專利名稱：使流化床催化裂化的料油霧化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種液體霧化的方法和裝置，即與要求具有高過流量和低壓力降的流化床催化裂化(FCC)過程一同使用的方法和裝置。該方法包括形成熱料油和分散氣體例如蒸汽的兩相流體混合物，將流體混合物分成兩個獨立的流，它們在壓力下流經(jīng)沖擊混合區(qū)、剪切混合區(qū)，將兩個流重新匯聚成單一流，流入一低壓霧化區(qū)，在此發(fā)生霧化，形成霧化液滴的噴射。
提高以高流速流動的相對粘稠的流體的霧化程度尤其具有挑戰(zhàn)性，特別是對于可能用在流化床催化裂化工藝中的重石油原料。流化床催化裂化工藝廣泛地應用于石油精煉工業(yè)，主要用于將高沸點石油轉(zhuǎn)換成更具有價值的低沸點產(chǎn)品，包括汽油和中間餾出物例如煤油、噴氣燃料、柴油和燃料油。
在流化床催化裂化過程中，經(jīng)常將預熱的原料與霧化增進流體例如蒸汽相混合以促進原料的霧化。霧化了的原料與向上流經(jīng)一提升管的顆粒狀的、熱的裂化催化劑相接觸，該提升管包括流化床催化裂化反應區(qū)。在反應區(qū)內(nèi)，原料油滴的尺寸越小，就會導致更多的原料轉(zhuǎn)換成有價值的產(chǎn)品，尤其是在流化床催化裂化原料中混合有重原料例如殘油時。有時，不與上升的催化劑顆粒相接觸的原料主要熱裂化成甲烷和焦炭-一般是我們所不期望得到的產(chǎn)品。因此，已經(jīng)有不斷的努力去嘗試發(fā)現(xiàn)更為經(jīng)濟可行的方法來降低霧化油的液滴尺寸，最好在通過噴霧器或噴嘴時不會產(chǎn)生不可接受的高壓力降，并/或不會增加蒸汽或者其它霧化增進劑的用量。嘗試這種努力的例子見于美國專利US5289976和US5173175，它們公開了一種原料尺寸的平均值，范圍大約在400～1000微米。但是仍有必要對用于流化床催化裂化工藝的重原料油和用于其它工藝的其它流體進行更細的霧化。如果霧化的液滴尺寸能夠降低到小于300微米的話，那么將是極為有利的。
本發(fā)明的另一實施例包括一種液體霧化裝置，該裝置包括具有至少一個流體入口和至少一個流體出口，以及在入口和出口之間延伸的流體通道的本體。該通道限定一個沖擊混合區(qū)和在該沖擊混合區(qū)下游的剪切混合區(qū)。該通道還限定至少一個沖擊表面，它成形為基本上垂直于通過本體延伸的縱軸線。沖擊表面成形為使流經(jīng)通道的流體的一部分徑向向內(nèi)流動(沿垂直于總體流動方向的方向)。剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中第一尺寸沿通過本體的縱軸線朝向流體出口的方向減小。
本發(fā)明的另一實施例包括一種用于形成液滴噴霧的方法，該方法包括以下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的至少兩個流；(b)使所述流到達沖擊混合區(qū)，該混合區(qū)里，每個流的至少一部分與另一流的至少一部分相撞擊以形成單一混合流，撞擊流之間的夾角大約在170°到190°之間；(c)使所述單一混合流到達剪切混合區(qū)，將剪切混合力施加給單一混合流，以形成剪切混合流；以及(d)使剪切混合流到達一霧化區(qū)，在該區(qū)中，氣相發(fā)生膨脹，液相的表面積增加，因此產(chǎn)生液滴的霧化。
本發(fā)明的另一實施例是一種用于形成液滴噴霧的方法，該方法包括以下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的一系列流；(b)使每個流的至少一部分與另一個流的至少一部分相撞擊，以形成單一混合流，其中在撞擊流之間的夾角大約在120°和240°之間；(c)使單一混合流承受剪切混合力，從而形成剪切混合流；(d)使剪切混合流中的氣相進行膨脹，從而產(chǎn)生原料液滴的霧化。
本發(fā)明的另一實施例包括一種催化裂化方法，該方法包括以下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的至少兩個流，液相包括一種流化床催化裂化原料；(b)使所述流到達一沖擊混合區(qū)，在該區(qū)中，每一個流的至少一部分與另一個流的至少一部分相撞擊從而形成單一混合流，在撞擊流之間的夾角大約在120°和240°之間；(c)使單一混合流到達剪切混合區(qū)，將剪切混合力施加給單一混合流，以形成剪切混合流；以及(d)使剪切混合流到達一霧化區(qū)，在該區(qū)，氣相膨脹，液相的表面積增加，因此產(chǎn)生原料液滴的噴霧；(e)使原料液滴的噴霧進入流化床催化裂化反應區(qū)；以及(f)在催化裂化條件下使原料液滴與催化裂化催化劑相接觸。在一種實施例中，撞擊區(qū)和剪切混合區(qū)包含于在此描述的噴嘴的一個實施例中。
本發(fā)明的另一實施例包括一種催化裂化方法，該方法包括以下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的一系列流，液相包括一種流化床催化裂化原料；(b)使每一個流的至少一部分與另一個流的至少一部分相撞擊以形成單一混合流，其中在撞擊流之間的夾角大約在170°和190°之間；(c)使單一混合流承受剪切混合力，從而形成剪切混合流；(d)將剪切混合流中的氣相進行膨脹，從而產(chǎn)生原料液滴的噴霧；以及(e)在催化裂化條件下使原料液滴與催化裂化催化劑相接觸。
在本發(fā)明的每一種方法和/或裝置中，撞擊流之間的夾角更好地是在大約175°和180°之間，最好是大約為180°。


圖1(a)是一個噴嘴的實施例的軸向下游方向視圖，向噴嘴的流體入口方向看。圖1(b)是圖1(a)中的實施例的沿1(b)-1(b)軸線方向的剖面?zhèn)纫晥D。圖1(c)是示于圖1(a)中的實施例的軸向上游方向視圖，向噴嘴的流體出口看。圖1(d)是示于圖1(a)中的實施例的沿圖1(b)中的1(d)-1(d)軸線方向的剖面頂視圖。
圖2(a)是噴嘴的另一個實施例的剖面?zhèn)纫晥D。圖2(b)是圖2(a)中的實施例的軸向上游方向視圖，朝噴嘴的流體出口看。圖2(c)是示于圖2(a)中的實施例的剖面頂視圖，其中包含一個噴霧分配器的實施例。圖2(d)是可用于組成圖2(a)中的實施例的板的一個實施例。為了清楚起見，流體通道內(nèi)的板線(platelet lines)在圖2(a)和2(c)中沒有示出。
圖3(a)是噴嘴的另一個實施例的軸向下游方向視圖，朝噴嘴的流體入口的方向看。圖3(b)是圖3(a)中的實施例的沿3(b)-3(b)軸線的剖面?zhèn)纫晥D。圖3(c)是示于圖3(a)中的實施例的軸向上游方向視圖，朝噴嘴的流體出口看。圖3(d)是示于圖3(a)中的實施例的沿圖3(c)中的3(d)-3(d)軸線方向的剖面頂視圖。
圖4(a)是噴嘴的另一個實施例的剖面?zhèn)纫晥D。圖4(b)是示于圖4(a)中的實施例的軸向上游方向視圖，朝噴嘴的流體出口看。圖4(c)是示于圖4(a)中的實施例的剖面頂視圖，其中包含噴霧分配器的另一個實施例。
圖5是與為噴嘴供料的流體管流體連通的噴嘴(和噴霧分配器)的剖面圖。
圖6(a)是噴嘴的另一個實施例的軸向下游方向視圖，朝噴嘴的流體入口的方向看。圖6(b)是圖6(a)中的實施例的沿6(b)-6(b)軸線的剖面?zhèn)纫晥D。圖6(c)是示于圖6(a)中的實施例的沿圖6(a)中的6(c)-6(c)軸線方向的剖面?zhèn)纫晥D。
圖7是應用了一個噴嘴的實施例的流化床催化裂化原料注入設備的橫剖面圖。
圖8所示的是一種流化床催化裂化方法，其中可包含所述噴嘴或者所述方法的一個實施例。
具體實施例方式
在此所說的流體流經(jīng)的其面積或者區(qū)域的橫截面積應當是垂直于圖中所示的x軸線、由y軸和z軸上的尺寸來確定的面積。在此所說的“沿”其軸線是指沿圖中所示的該軸線或基本平行于該軸線。在此所說的噴嘴本體或者流體通道的縱軸線沿著x軸線，或者是流經(jīng)噴嘴的流體總體的軸線。
流入噴嘴10中的兩相流體可以是氣相連續(xù)的或者液相連續(xù)的(gas-continuous or liquid-continuous)，或者也可以是泡沫，不能確定是一相連續(xù)或者兩相連續(xù)的。這還可以進一步通過參考開孔海綿和閉孔海綿來理解。海綿一般具有1∶1的空氣與固體的體積比。開孔海綿的氣體(空氣)與固體均是連續(xù)的，而閉孔海綿固態(tài)是連續(xù)的，包含不連續(xù)的(離散的)氣室。在開孔海綿中，固態(tài)包括薄膜和條帶(就如在氣-液兩相泡沫中那樣)。在閉孔海綿中，氣體可以包括分散在固態(tài)中的離散小氣球。一些海綿介于開孔海綿和閉孔海綿之間，正如某些兩相流體包括氣相和液相。
不可能存在這樣的海綿，即它是氣相連續(xù)的，而不是固態(tài)連續(xù)的，但是可能存在僅僅氣相連續(xù)的兩相氣液流體。因此，當它流進并通過本發(fā)明的混合噴嘴時所產(chǎn)生的流體的特定形態(tài)不總是確知的。流入噴嘴內(nèi)的流體中必須存在足夠的氣體用于碰撞和剪切混合，以便提高液相的表面積。這反映在霧化前或者霧化過程中采取的以下措施(i)降低任何液相薄膜的厚度；(ii)減小任何液相流的厚度和/或長度；以及(iii)減細流體中的任何液滴的尺寸。在實踐中，在噴嘴10中的以及流經(jīng)一個或者更多個孔口時的沖擊和剪切混合僅發(fā)生于包括氣相和液相的兩相流體中。
流體中氣體的體積最好占絕大多數(shù)(例如氣體的體積與液體的體積比至少為2∶1)，以實現(xiàn)有效的剪切混合。流經(jīng)噴嘴10的單相流體(例如液體)的動能的增加直接與通過噴嘴10的壓力降成比例。在兩相流體中，氣相速度相對于液相速度的增加發(fā)生于以下區(qū)域，(i)在撞擊混合區(qū)22；(ii)在剪切混合區(qū)24，以及(iii)當流體流經(jīng)一個橫截面積比流體入口14a(壓力降口)上游的流體管的更小的孔口時。
氣相與液相之間的速度差導致液體形成帶狀體(1igamentation)，尤其是對于粘稠液體比如熱的流化床催化裂化原料油。形成帶狀體意味著液體可以形成拉長的小珠或者細流。在剪切混合的過程中速度差縮小。這樣，使兩相流體流經(jīng)降壓孔或者在撞擊混合區(qū)22進行混合，將會在氣相和液相之間產(chǎn)生速度差，從而由于液體剪切成延長的條帶和/或分散的液滴，而導致在氣體中產(chǎn)生液相的條帶和/或液體的分散。當流體進入噴嘴10的流體入口14a(開孔26，26’)，并且通過一個或者多個位于流體通道14內(nèi)的霧化孔口(s)時，液體將產(chǎn)生附加剪切變形。附加剪切變形使得霧化噴霧中的最終的液滴尺寸進一步減小。噴嘴出口14b(孔口30)的橫截面積最好小于流體開孔26，26’的橫截面積之和。
噴嘴10還包括比霧化孔口的上游壓力更小的低壓霧化區(qū)68。霧化區(qū)68可以在噴嘴10內(nèi)形成，或者可以成形為與噴嘴10相連接的霧化分配器64的一部分。因此，流經(jīng)霧化孔口的流體中的氣體快速膨脹，從而導致液態(tài)細流和/或液滴分散進霧化區(qū)68。在霧化過程中，液態(tài)細流分解成兩個或者更多個液滴。霧化區(qū)可以是分散的、很容易被識別的孔口，在剪切混合區(qū)24下游，或者它可以包括如圖6(b)中所示的位于剪切混合區(qū)24內(nèi)的最小的橫截面積區(qū)68。在后一種情況下，在剪切混合區(qū)24中開始流體霧化。
從技術(shù)上最嚴格地講，霧化可以指當將蒸汽或者其它霧化汽混合或者注入即將被霧化的液體中時增大液體的表面積。在本發(fā)明的上下文中，霧化指的是當流體流經(jīng)霧化孔口時，液相分解，或者開始分解成氣相中的離散質(zhì)量，并且一直向下游持續(xù)，從而使液體霧化成分散于氣相中的液滴霧。
本發(fā)明包括霧化液體的方法和裝置，其中液體經(jīng)歷撞擊和剪切混合。撞擊混合和剪切混合均發(fā)生于沿縱向延伸穿過中空的噴嘴10的內(nèi)部的流體通道14內(nèi)，該噴嘴限定至少一個膨脹區(qū)20，一個撞擊混合區(qū)22和一個剪切混合區(qū)24。流體通道14在兩端開口(流體入口14a，流體出口14b)。流體入口14a位于噴嘴的上游端16，流體出口14b位于噴嘴的下游端18。
在本發(fā)明的方法實施例中，至少有兩個包括氣相和即將被霧化的液相的兩相流體的獨立流，在壓力作用下同時相繼地流經(jīng)撞擊混合區(qū)22和剪切混合區(qū)24。在撞擊混合區(qū)22，所述獨立流通過每個流的至少一部分彼此相互碰撞或者撞擊混合形成單一混合流。
在撞擊混合區(qū)22，分離的流大部分(50％)通過撞擊而混合。剪切混合意味著混合大部分是通過剪切力發(fā)生的。當流之間的半角在至少15°至90°之間時，即當撞擊流之間的總夾角范圍在大約30°至180°之間時，兩個流之間發(fā)生撞擊混合，當夾角為180°時，產(chǎn)生最為猛烈和混亂的混合。當半角范圍在大約0°至15°之間時，發(fā)生剪切混合。
在實踐中，在撞擊混合區(qū)22內(nèi)的每一個流的至少一部分(例如≥20％)還具有平行于下行流動方向的流動分量，因此在區(qū)域22內(nèi)，并不是所有的混合均通過撞擊發(fā)生。在最佳實施例中，每一個流的至少外側(cè)或者四周部分指向撞擊混合區(qū)22中的另一個流，角度最好為90°±30°，在流體縱向流動方向(流體流的通?；蚩傮w方向)的法向，該角度為90°±10°更好，90°±5°更好，90°±2°還要好，最好就是約90°(或基本上平行于圖中所示的y軸線)。撞擊混合區(qū)22和剪切混合區(qū)24中的流體膨脹被最小化了撞擊混合區(qū)22、剪切混合區(qū)24和霧化區(qū)68都是流體連通的，在撞擊之后，混合流通過剪切混合區(qū)24，在這里，混合流進一步混合。沖擊和剪切混合區(qū)22、24可以分別由流體通道14的上游部分和下游部分構(gòu)成。撞擊混合區(qū)22的下游端與剪切混合區(qū)的上游端在二混合區(qū)的交界處流體連通。通過撞擊和剪切混合而施加于流體的動能形成單一流，當霧化時，該單一流產(chǎn)生分散在氣體連續(xù)相中的小液滴。分散在氣相中的液滴或小液滴的平均尺寸在通過噴嘴后比在噴嘴上游時更小(例如，至少小10％，最好小至少50％)。
剪切混合區(qū)24與一霧化器或霧化分配器64中的霧化區(qū)68流體連通，或如本文所述，霧化區(qū)68可以形成為剪切混合區(qū)24的一部分。
霧化器可以包括一個橫截面積比剪切混合區(qū)24中的最小橫截面積還要小的孔，形成穿過霧化器的壓力降，導致兩相流體進入低壓霧化區(qū)68時進一步剪切。例如，在圖4(a)中，霧化器可以包括分配器入口158或者噴嘴孔口30。這種剪切也會進一步降低液滴的尺寸。當流體流入霧化區(qū)68時，它迅速地膨脹，產(chǎn)生霧化液滴的噴霧。這種迅速的膨脹和液滴噴霧的發(fā)生包括霧化。
剪切混合區(qū)24的流體出口與噴霧分配器64相連通，該噴霧分配器64將噴霧成形為我們所期望的形狀。噴霧分配器64可包括部分霧化區(qū)68，也可以包括或者不包括部分噴嘴10。噴霧分配器64最好用于在霧化前使液相的聚結(jié)最小化。在另一實施例中，剪切混合區(qū)24可以與霧化器相連通，該霧化器包括一個兩端均開口的中空流體管開口、一個霧化孔口及其下游端的噴霧分配器。在本實施例中，所述管的垂直于流體流動方向的橫截面積最好大于剪切混合區(qū)24和霧化孔口的最小橫截面積。這樣，當流體流經(jīng)霧化器時，液相物的凝聚或者聚結(jié)最少。
該方法和裝置對于將大體積的熱原料油進行霧化，并且使之流入流化床催化裂化設備的提升管反應區(qū)是有利的，以實現(xiàn)霧化原料液滴的相對小的液滴尺寸和均一的液滴尺寸分布，而又使過混合區(qū)22，24和霧化器的壓力降最小。例如，當小于50，最好小于40磅每平方英寸(磅/平方英寸)的壓力降通過噴嘴時，用4英寸直徑的噴嘴，可以每秒霧化30磅的熱原料油。當用于流化床催化裂化原料油的霧化時，噴嘴10包括原料注射器182(看圖7)，它將噴嘴10裝在其中，就如隨后所述。一般采用多個原料注射器182，最好位于接近于提升管底部的流化床催化裂化反應區(qū)的上游端的四周。熱原料油通常與噴嘴10上游的蒸汽(和/或分散/霧化氣)相混合，形成包括蒸汽和熱的流化床催化裂化原料油的液相的兩相流體。該混合物還會提高兩相流體的流動速度。眾所周知，蒸汽和油在噴嘴10上游的混合一般在原料注射器182中通過蒸汽或者其它的分散氣體噴射設備來實現(xiàn)。
兩相流體流最好用分離器28分裂成兩個單獨的流。比如在如圖5所示的實施例中，兩個流同時流經(jīng)分離器28，通過兩個分離的流體開孔26，26’。分離器28可以適當?shù)囟ㄎ挥诹黧w入口14a處，以便分離器28和流體通道14形成至少兩個流體開孔26，26’。流體開孔26，26’最好是對稱地完全相同，距離流體通道14的縱軸線(圖中的x軸)是等距離的。
在撞擊混合區(qū)22，每一個流被施加一流動分量，其流向為徑向向內(nèi)，最好是垂直于流體通道14的縱軸(也就是說，沿或者基本上平行于圖中的y軸)。該流動分量指向另一個具有徑向向內(nèi)的相應流動分量的流的至少一部分。每一個流的至少一部分與另一個流相撞擊，從而產(chǎn)生湍流的撞擊混合，伴隨著液滴尺寸的減小。然后，得到的混合流體流流入剪切混合區(qū)24以進一步混合，壓力降比發(fā)生于撞擊混合區(qū)22的壓力降更低。然后，混合流流入低壓霧化區(qū)68。
霧化孔口的垂直于流體流動方向的橫截面積一般小于流體管的橫截面積。(此頁在國際階段未考慮)側(cè)壁之間的面積形成流體通道14，后者可以具有總體上為矩形的橫截面。
流體通道14的橫截面積可以通過改變至少一對相對的側(cè)壁的至少一部分之間的距離來進行變化，所述距離或者是在沿y軸的第一維度，或者是在沿z軸的第二維度。在一些實施例中，剪切混合區(qū)24的橫截面積沿流體出口14b的方向減小或收斂。在其它的實施例中，剪切混合區(qū)24的橫截面積在朝流體出口14b方向的部分路段上減小，然后可以隨著區(qū)域24繼續(xù)接近出口14b而增大。橫截面積可沿任意方向(第一和第二維度(s))變化，也就是說，可沿z軸或者y軸變化。流體通道14的橫截面積在撞擊混合區(qū)24的上游端，接近于流體的孔26，26’處最大。在其它的實施例中，由于沿y軸的距離降低的速度與沿z軸方向的距離增加的速度相同，所以剪切混合區(qū)24的橫截面積將保持不變。
圖1(a)-1(d)示出的是噴嘴10的一個實施例。噴嘴10包括本體12，其內(nèi)部包括一個單一的、整體的、大體上呈縱向的具有流體入口14a(開孔26，26’)和流體出口14b的流體通道14。流體通道14的縱軸線(x軸)與噴嘴10的縱軸線(x軸)重合。流體通道14的上游端和下游端分別位于噴嘴10的相應的上游端16和下游端18處。
看圖1(b)，流體通道14的橫截面為矩形，分成三個連續(xù)的區(qū)域(膨脹區(qū)20、撞擊混合區(qū)22和剪切混合區(qū)24)，它們均流體連通，并與相鄰的區(qū)域直接流體連通。
參看圖1(a)，流體入口14a包括一對對稱相同的、圓缺形的流體開孔26，26’，由分離器28分開。分離器28包括大體上呈矩形的、將流體入口14a等分的板，將流動的兩相流體分裂成兩個分離的流，流經(jīng)流體開孔26，26’。分離器28的邊緣形成各相應流體入口26，26’的弦部。
流體通道14的下游端包括非圓形出口孔口30。在本實施例中，孔口30是方形的，雖然也可以采取其它形狀，但是非圓形孔口30更好。孔口30可以也可以不包括霧化器或霧化區(qū)的至少一部分?？卓?4的非圓形形狀還會產(chǎn)生比圓形或者弓形孔口更為均一的霧化油滴尺寸分布。
參看圖1(b)-1(d)，如圖所示，流體通道14由兩不同的相對側(cè)壁對(36-38-23)-(36’-38’-23’)和34-34’組成。壁34和34’是完全相同的、平坦的、相互平行的矩形平面，而36-38-23和36’-38’-23’是對稱的。在一對壁上的相同點距離縱軸對每個壁來說是等距的，壁(36-38-23)-34和(36’-38’-23’)-34’的相交各自形成直角，雖然在一些實施例中，這些交叉處是弧形或圓角的。壁36-38-23和36’-38-23’在上游以垂直于噴嘴10的縱軸的拱形或者圓形開始，基本上與原料管164(看圖5)和流體開孔26，26’的圓形或者拱形的形狀一致。流體通道14的形狀沿流體通道14一直持續(xù)至剪切混合區(qū)24的入口處的臺階38-38’在此也稱作撞擊混合表面)。在剪切混合區(qū)24，流體通道14的形狀可以變化為大體上是平坦的、四邊形形狀，一直持續(xù)到孔口30，以便更有效地利用撞擊混合動量。
流體開孔26，26’沿直徑方向相對，在徑向上與縱軸等距離地間隔。開孔26，26’的橫截面積之和小于膨脹區(qū)20的橫截面積，但是大于緊接臺階38，38’的下游處的橫截面積，以降低流體進入剪切混合區(qū)24的壓力降。流體開孔26，26’是速度增加的開孔，因為它們的橫截面積小于流體管164的橫截面積，如圖5中所示。
參看圖1(b)，兩相流在分離器28上分成兩個相等的流，通過開孔26，26’流入流體通道。分離器28上的壓力降對某些用途來說可能太高，因此可以采用將流體引入噴嘴的低壓力降裝置。流經(jīng)開孔26，26’進入膨脹區(qū)20使流體受到剪切力，這是因為更輕的氣相比更重的液相加速更快。膨脹區(qū)20是一受控膨脹區(qū)20，即與在霧化區(qū)68中一樣，不允許流體自由地膨脹。膨脹區(qū)20可以使壓力降降低，如果不存在膨脹區(qū)的話，壓力降則不會降低。
兩個流的至少四周部分直接碰撞或者撞擊到直角臺階(撞擊表面)38-38’上，在碰撞混合區(qū)22內(nèi)，被強制徑向向內(nèi)，直接與另一個撞擊流直接碰撞。在一個具有直角碰撞表面或者臺階38-38’的實施例中，撞擊流之間的夾角為180°。這樣，在垂直于x軸方向的y-z平面內(nèi)形成碰撞表面。該撞擊使兩個流的徑向向內(nèi)的分量基本上沿著流體通道14的縱軸方向，以產(chǎn)生最大程度的撞擊混合。
當流體繼續(xù)向下游運動時，它進入剪切混合區(qū)24，這里，橫截面積向下游方向減小，從而提高流動速度，從而主要在剪切力作用下進一步降低液滴的尺寸。由于從撞擊混合區(qū)22到剪切混合區(qū)24，沒有發(fā)生突變，因此剪切混合基本上從臺階38-38’的下游開始。確定剪切混合區(qū)24的一對相對側(cè)壁23，23’是傾斜的，朝向孔口30向內(nèi)收斂。剪切混合區(qū)24的橫截面積的逐漸減小使得流體速度提高，最大的流體速度最好發(fā)生于孔口30處。
在沒有圖示的另一個實施例中，來自包括氣相和液相的兩相混合物的任何方便的料源的兩個獨立流通過開孔26，26’流入流體通道14中。在本實施例中，兩個獨立供料管路的尺寸必須能獲得我們所希望的流體輸入速度。
圖2(a)所示的是噴嘴10的另一個實施例，由多個層疊的金屬板50-62制成。為了清楚起見，沒有示出板50-62在通道14內(nèi)的交線。在各金屬板上加工有所要求的通道，例如穿透金屬板的孔、槽或者口。然后把它們疊起來，用螺栓和/或擴散鍵結(jié)合起來(diffusion bondedtogether)，形成噴嘴10。從上游端16開始，板50由具有兩個圓缺形開孔26，26’的圓盤構(gòu)成，所述圓缺形開孔由類似于圖1(b)所示的分離器28形成。圖2(d)示出了板56。板56在孔口15的相對側(cè)包括兩個肩部80，80’。確定肩部80，80’和孔口15的尺寸，并且成形為合適地確定撞擊表面(臺階)38，38’。向下游繼續(xù)向前，每一塊相繼的板的孔口15的尺寸如圖中所示減小，與圖1(b)中所示的剪切混合區(qū)24的收斂類似。雖然每一塊相繼的圓盤57-62的徑向向內(nèi)的臺階沒有大到足以象肩部80，80’那樣對流體施加那么大的徑向向內(nèi)的動量，但是它們?nèi)詫α黧w施加徑向向內(nèi)的混合分量。確定剪切混合區(qū)24的板的孔口15具有變化的第一尺寸，其中確定剪切混合區(qū)24的每一塊板的孔口15的第一尺寸小于位于其前面的板的孔口15的第一尺寸。確定剪切混合區(qū)24的至少一塊板的孔口15最好具有變化的第二尺寸，其中確定剪切混合區(qū)24的每一塊板的孔口15的第二尺寸大于位于其前面的板的孔口15的第二尺寸。
參看圖2(a)，噴嘴10還可以包括位于下游端10和與流體出口14b流體連通的噴霧分配器64，以便使霧化的液體產(chǎn)生基本上扇形的平面噴霧。分配器64可以通過焊接、螺栓連接、銅焊或者其它方式與噴嘴10相連接，形成其一部分。如圖所示，分配器64包括翼緣63，以便允許分配器有效地與噴嘴10相連接。分配器64具有穿過它的通道70(帶有入口70a)，成形為基本上與孔口30同樣的大小和/或形狀，但通道70的橫截面積可以適當?shù)刈兓?，以有助于形成所希望的噴霧形狀。
通道70向下游方向開口，形成大體上為發(fā)散的平面扇形噴霧分配嘴71，它由相對的側(cè)壁對66-66’和74-74’確定，從而形成扇形霧化區(qū)68。如圖2(a)所示，當向孔口72的方向前進時，霧化區(qū)68具有垂向(沿y軸)可以收斂或者減小的第一尺寸，以便在入口處的第一尺寸大于出口處的尺寸，從而控制剪切混合的速度。然而，在一些實施例中，區(qū)域68的第一尺寸可以保持不變。當向孔口72的方向前進時，霧化區(qū)68具有發(fā)散的或者增加(沿z軸)的第二尺寸，以便在出口處的第二尺寸大于入口處的第二尺寸。噴嘴71在孔口72處終止?？卓?2可以沿垂直于向外流動的噴霧的方向進行定位，并且沿z軸具有最長的尺寸，最好具有圓的或者圓角的端面(壁74，74’)。壁74，74’大體上具有相同的曲率，但是在一些實施例中，其曲率可以彼此獨立的進行選擇。彎曲部分最好是圓形的。最佳的曲率半徑大約為通道70沿y軸的尺寸的一半。當沒有什么要求時，每一壁74，74’的曲率半徑中心大體上位于y軸的中心點(第一尺寸的中心點)附近。在一些第一尺寸沿x軸變的實施例中，曲率半徑也可以變化。
在沒有圖示的另一實施例中，尺寸的收斂和/或發(fā)散可以沿不同的軸，但是最好沿具有90。間隔的軸。通道70，或者區(qū)域68的第一和第二尺寸最好在相對側(cè)壁之間的間隔最寬點進行測量，也就是說，在彎曲部分距離中心點或者縱軸或者通道70的最寬點。
在另一實施例中，入口70a的沿z軸的寬度至少大約為分配器長度(沿x軸測量)的1.5倍，在出口孔口72處的寬度至少約為入口70a的寬度的1.5倍。
流出孔口30的流體進入霧化區(qū)68和通道70，以進一步剪切流體，從而進一步減小液滴尺寸。膨脹區(qū)68比孔口30處壓力更低，導致氣相快速膨脹，從而使液體霧化產(chǎn)生液滴的噴霧。這進一步剪切液滴，霧化噴嘴71的扇形形狀使流入如圖7所示的流化床催化裂化提升管反應器的反應區(qū)中的液滴產(chǎn)生扇形噴霧。
圖3是噴嘴10的另一實施例，它以一種在前面描述的其它實施例中的方式進行操作和成形?？磮D3(c)，出口孔口30具有圓弧形側(cè)端部130，130’最好為全圓角形full-radiused)，沿z軸的尺寸大于沿y軸的尺寸，與前面描述的圖2(b)中所示的類似。圓弧形端部130，130’最好為全圓角形，以便與分配器64的全圓角形端部相對應。如圖3(b)和圖3(d)所示，剪切混合區(qū)24由兩對徑向相對的側(cè)壁126，126’和130，130’來確定。壁126，126’在下游方向向內(nèi)收斂，壁130，130’在下游方向向外發(fā)散。其產(chǎn)生的凈效果是剪切混合區(qū)24的橫截面積基本上保持不變，或者是先減小或者收斂，然后發(fā)散或者增加到約比剪切混合區(qū)24的最小橫截面積大10～50％。
換句話說，剪切混合區(qū)24具有沿y軸方向的第一尺寸，它朝向出口30方向減小，和沿z軸方向的第二尺寸，最好在朝向出口30的方向增大。
壁的發(fā)散和收斂的設計產(chǎn)生比圖1中所示的實施例具有更低的流體壓力降的剪切混合區(qū)24。與圖1所示的實施例相比，它還降低了在剪切混合區(qū)24內(nèi)液滴聚結(jié)的可能性。
通向剪切混合區(qū)24的入口由臺階38，38’徑向向內(nèi)的邊緣和壁124-130和124’-130’的交叉形成。通向剪切混合區(qū)24的入口處的橫截面積小于開孔26，26’的橫截面積之和，以便當流體流入剪切混合區(qū)24時使其流速提高。在本實施例中，剪切混合區(qū)24的發(fā)散和收斂使得流體流基本上呈可以具有如圖3(c)所示的圓弧形端部的矩形的形狀。該形狀使得流體平穩(wěn)地從噴嘴10流入分配器64。
圖4(a)-(c)示出的是在圖3(a)-3(d)中所示的實施例的基礎之上，另加以前述傳統(tǒng)方式連接于噴嘴10上的噴霧分配器64。如圖9所示，噴霧分配器64包括大體上為扇形的本體152，內(nèi)含扇形流體通道154，該通道由相對的且向外發(fā)散的側(cè)壁155，155’限定而成，側(cè)壁155，155’用來控制霧化的流體的膨脹，使之形成扇形噴霧。側(cè)壁155，155’構(gòu)成通道154的圓形的、完全圓角的側(cè)端部，該通道最好至少沿通道154的軸發(fā)散，以便形成扇形噴霧。圖3(a)-3(d)和圖4(a)-(c)所示的實施例包括如圖所示的圓弧形側(cè)壁126，126’。噴霧分配器64的流體入口158在形狀上與噴嘴10中的孔口30相對應，分配器64的流體出口160更大，以便允許液滴的霧化噴霧繼續(xù)膨脹形成扇形噴霧。通道154內(nèi)的壓力低于噴嘴流體通道14內(nèi)的壓力。流出噴嘴10且流入流體通道154的混合流體霧化為扇形液滴噴霧，流經(jīng)出口160，進入圖7所示的流化床催化裂化提升管反應。圖5所示的是霧化噴嘴10和分配器16的斷面圖，還包括上游流體管164。管164為兩相流體提供流動通道，以便通過流體入口14a(開孔26，26’流入噴嘴10。
圖6(a)-(c)示出的是霧化噴嘴10的另一個實施例，其中霧化區(qū)115構(gòu)成剪切混合區(qū)24的一部分。另外，圖6(a)-(c)中的噴嘴10的工作過程類似于前面已經(jīng)描述過的實施例。如圖6(a)所示，如果分離器28上的壓力降不太大的話，流體開孔26，26’不必完全是圓缺形的。
看圖6(b)，剪切混合區(qū)24具有一個形狀復雜的流動區(qū)，在朝向孔口30的方向，它的橫截面積首先減小，然后增大。噴嘴的沿6(b)-6(b)和6(c)-6(c)的兩個局部剖視圖示于圖6(b)和圖6(c)中，以便說明剪切混合區(qū)24的復雜形態(tài)。霧化區(qū)115包括位于剪切混合區(qū)24內(nèi)的最小橫截面積區(qū)。區(qū)域115最好位于鄰近或者靠近孔口30處。霧化區(qū)115還可以終止于孔口30處?？卓?0最好具有與在前述實施例中描述的孔口相同的尺寸和形狀。
如圖所示，剪切混合區(qū)24的第一尺寸至少在剪切混合區(qū)24的一部分內(nèi)以第一速度朝向流體出口14b的方向減小，然后在剪切混合區(qū)24的剩余部分內(nèi)以第二速度朝向流體出口14b的方向繼續(xù)減小。剪切混合區(qū)24的第二尺寸最好在剪切混合區(qū)24的至少一部分內(nèi)以第一速度朝向流體出口14b的方向增大，然后在剪切混合區(qū)24的剩余部分內(nèi)以第二速度朝向流體出口14b的方向繼續(xù)增大。
工作時，當兩相流體流經(jīng)通道14且流入低壓霧化區(qū)115時，霧化區(qū)115的低壓區(qū)內(nèi)的快速氣體膨脹和比高密度的(不可壓縮的)液相更輕的可壓縮氣體的快速加速激起霧化。這導致在不同相之間的剪切，直至它們的速度更為接近相等。剪切力減小了霧化噴霧中的液滴的最終尺寸。
噴嘴10可以用各種方法制造?？梢杂檬灮蛘呷勰ｈT造工藝，或者鍛造和其它的鑄造工藝。噴嘴10可以由合適的陶質(zhì)或者金屬材料制成，或者二者的組合材料制成。如圖2(a)-2(d)所示，噴嘴10的制造采用多個疊放的、相對薄的金屬板或者小板來形成其中具有流體通道14的本體12，這在例如美國專利US3881701A和US5455401A中公開過，用于火箭發(fā)動機和等離子體切割。這種制造技術(shù)也可用于制造本發(fā)明的噴嘴10，包括總體上在圖1-6中公開和顯示的實施例，本發(fā)明的噴嘴也是使用這種技術(shù)制造的。然而，本發(fā)明并不局限于僅僅使用這種技術(shù)制造噴嘴。
參看圖7，顯示的是含有所示一個或者多個實施例的流化床催化裂化原料注入設備180。設備180包括中空的原料注射器182，它通過186，188與原料噴嘴裝置184相連接。原料噴嘴裝置184圖中還作為穿透流化床催化裂化提升管206的壁190進入提升管反應區(qū)192的管。從圖8中可清楚地看到，提升管206最好是圓柱體形，中空的，基本上垂直布置的管。在反應區(qū)192，至少一部分霧化油原料300與不斷上升的、熱的催化顆粒相接觸，原料300裂化成更有用的、沸點更低的碳氫化合物產(chǎn)品。為方便，僅示出了提升管206的一部分。
原料注射器182包括中空的導管194，預熱的油原料300通過供油管路196流入其中。供油管路196與原料注射器182的上游部分的壁形成T形連接。原料注射器182的下游部分包括噴嘴10，最好還有噴霧分配器64，為方便起見，二者均用框符表示。噴霧分配器64使霧化的油原料300產(chǎn)生較平的扇形噴霧，進入反應區(qū)192。
直徑或橫截面積小于注射器導管194的蒸汽噴射導管198伸入導管194并與其縱軸線共軸。在本實施例中，導管194，198的中央縱軸是重合的。這為注射器出口端上游的熱油原料300提供了環(huán)形的流動通道197。蒸汽導管198終止于注射器導管194內(nèi)，噴嘴10的上游。多個孔洞或者孔口199徑向鉆在導管198的下游端部分的四周?？锥?98使蒸汽徑向向外噴射，進入環(huán)形流動通道197，以便與流經(jīng)通道197的熱油原料300相混合，從而產(chǎn)生包括分散于蒸汽中的熱油的小滴的兩相流體。噴入熱油原料300中的蒸汽量大約占熱油原料300重量的1至5％。以體積比來說，所得到的流體混合物一般包括75～85％的蒸汽和15～25％的熱油原料300，該混合物到達噴嘴10，被其分成兩個分離的流，如前所述進入噴嘴10與熱油原料300進行混合并使其霧化。
熱油原料液滴300的霧化噴霧進入反應區(qū)192，與熱的催化顆粒(圖中未示出)的向上流動的流相接觸，將重油原料300催化裂化為所希望的低沸點產(chǎn)品。
圖8是傳統(tǒng)的流化床催化裂化方法，它含有本發(fā)明的一個或者多個實施例。流化床催化裂化設備200包括一個流化床催化裂化反應器202和再生器204。反應器202包括原料提升管206，該原料提升管206包含反應區(qū)192。反應器202還包括一個蒸汽-催化劑分離區(qū)210和包含多個導流片214的反萃區(qū)(stripping zone)212，這些導流片看起來像一排排的斜屋頂?shù)慕饘佟靶∥荨?。通過管路216將一種適當?shù)姆摧蛣缯羝敕摧蛥^(qū)。被反萃的、用過的催化劑顆粒通過輸送管路218輸送進再生器204。
預熱的流化床催化裂化原料通過管路220在原料噴射點224進入提升管206的底部。預熱的原料300可以也可以不與預定數(shù)量的蒸汽預先混合。圖6中所示的原料注射器182位于224處，但是為簡單起見，在圖8中并未示出。在實踐中，多個原料注射器182，例如圖7中所示的那些，位于提升管206的四周。蒸汽可以通過管路222進入原料注射器182中。熱原料300的霧化液滴與提升管中的催化劑顆粒相接觸。這使得原料汽化并且催化裂化成更輕的、沸點更低的成分，這些成分包括在汽油的沸點范圍內(nèi)(一般是100°～400°F，30～205℃)的成分，以及沸點更高的噴氣燃料，柴油，煤油或者類似物。
流化床催化裂化催化劑可以包括任何合適的傳統(tǒng)的催化裂化催化劑。催化劑可以包括那些本領域普通技術(shù)人員熟知的包含沸石分子篩裂化組分(zeolite molecular sieve cracking component)在內(nèi)的二氧化硅和氧化鋁的混合物。
當原料300與提升管206中的熱的催化劑相接觸時，流化床催化裂化反應開始，并且持續(xù)到產(chǎn)品蒸汽在分離區(qū)210中與用過的催化劑相分離為止。裂化反應淀積出可反萃的(strippable)碳氫化合物和不可反萃的含碳物質(zhì)例如焦炭，從而產(chǎn)生用過的催化顆粒，這些顆粒必須被反萃，以便除去和恢復可反萃的碳水化合物。然后通過在再生器中燃燒掉焦炭再生出催化劑。
反應器202在分離部分210中包括旋風分離器(圖中未示出)。旋風分離器將裂化的碳氫化合物蒸汽產(chǎn)品和反萃的碳氫化合物(如蒸汽)從用過的催化劑顆粒中分離出來。碳氫化合物蒸汽通過管路226提取出來。碳氫化合物蒸汽一般被注入蒸餾設備或分餾器(圖中未示出)，它們將蒸汽的可凝結(jié)部分凝結(jié)為液體，將液體分餾成單獨的產(chǎn)品蒸汽。
用過的催化劑顆粒流向反萃區(qū)212，與反萃媒體例如蒸汽相接觸。蒸汽通過管路216流入反萃區(qū)212，將在裂化反應中沉淀在催化劑上的可反萃的碳氫化合物除掉。這些蒸汽通過管路226與其它蒸汽產(chǎn)品一起提取出來。導流片214在反萃區(qū)212的寬度上均勻地將催化劑顆粒分散開，并使反萃區(qū)212內(nèi)的催化劑顆粒的內(nèi)部回流和逆向混合最小化。用過的、反萃了的催化劑顆粒通過輸送管路218從反萃區(qū)212的底部移走，進入再生器204中的流化床228。
流化床228中的催化劑顆粒與通過管路240進入再生器中的空氣相接觸。一些催化劑顆粒流入分離區(qū)242。空氣將碳的沉淀物進行氧化和燃燒，再生出催化劑顆粒，并將它們加熱至一般大約為950°～1400°F(510～760℃)的溫度范圍。再生器204包括旋風分離器(圖中未示出)，它將熱的再生催化劑顆粒從氣體燃燒產(chǎn)物，或者煙氣中分離出來，這些氣體大多數(shù)為CO2、CO、H2O和N2。旋風分離器將再生催化劑顆粒通過浸入管(圖中未示出)送回流化催化劑床層228，這是本領域普通技術(shù)人員熟知的技術(shù)。
流化床228支承于一個氣體分配器格柵244上，后者用虛線表示。流化床228內(nèi)的熱的再生催化劑顆粒溢出溢流堰246，后者由漏斗248的頂部形成，漏斗248的底部與下導管250的頂部相連接。下導管250的底部與再生催化劑輸送管路252相連接。溢流出來的再生顆粒向下流經(jīng)漏斗248、下導管250，進入輸送管路252，從而返送回反應區(qū)192。煙氣通過管路254從再生器的頂部排出。
用于流化床催化裂化方法中的催化裂化裝置原料一般包括柴油，它是一種高沸點的非殘留油，例如真空柴油(VGO)，直餾(常壓)柴油，輕催化裂化油(LCGO)以及煉焦柴油。這些油的初沸點一般大約高于450°F(232℃)，更常見的是約高于650°F(343℃)，終沸點為1150°F(621℃)以下，與直餾或者常壓柴油以及煉焦柴油一樣。另外，流化床催化裂化原料中可以混合入終沸點高于1050°F(566℃)(例如1300°F(704℃)以下或者更大)的一種或者多種重原料。重原料包括，例如全原油和常壓重油，原油、瀝青和瀝青烯的常壓和真空蒸餾的殘油或者殘渣，重石油、焦油砂油和頁巖油熱裂解產(chǎn)生的焦油和循環(huán)油，以及來自煤的液體，合成石油，等等。這些產(chǎn)品在流化床催化裂化原料中的量按體積可以占混合物的2～50％，更典型的是體積占5～30％。
重油原料一般包含有太多的我們所不希望的成份，例如芳香族和包含雜原子尤其是硫和氮的化合物。因此，經(jīng)常要對這些原料進行處理或者改良，以便降低我們所不希望的化合物的含量，方法例如是加氫處理、溶劑萃取、固體吸附劑例如分子篩和類似物等，這都是我們所熟知的。
典型的流化床催化裂化反應條件為溫度范圍為大約800°-1200°F(427～648℃)，更好的范圍是850°～1150°F(454～621℃)，最好是900°～1150°F(482～621℃)，壓力范圍大約為5～60磅/平方英寸，更好的范圍是大約為5～40磅/平方英寸，原料/催化劑的接觸時間大約為0.5～15秒，最好的范圍是1～5秒，催化劑對原料的比率是0.5～10，最好為2～8。流化床催化裂化原料預熱至溫度不超過850°F(454℃)，最好不大于800°F(427℃)，典型的范圍為500°～800°F(260～427℃)。
參考下面的非限定性例子可以更好地來理解本發(fā)明。
氣態(tài)氮用于模擬氣相物，液態(tài)水用來模擬液相物。
通過改變水和氮的流動速度進行了多組對比試驗，假定一個Rosin-Rammier分布函數(shù)，計算出沙得(Sauter)平均液滴直徑。兩種不同的噴嘴設計的結(jié)果比較列于下表。

在所有情況下，在水和氮的流動速度可比時，本發(fā)明的噴嘴產(chǎn)生的霧化噴霧比商用噴嘴產(chǎn)生的霧化噴霧具有更小的Sauter平均直徑的液滴。這就表明采用本發(fā)明的噴嘴將取得更好的霧化效果。
應當理解，在本發(fā)明的實踐中，各種其它的實施例和修改對本領域普通技術(shù)人員都是很明顯的，很容易作出而不偏離上面所描述的本發(fā)明的范圍和精神實質(zhì)。因此，并不意味著所附權(quán)利要求所限定的保護范圍局限于上面說明書所作的描述，而應將權(quán)利要求解釋為包含本發(fā)明中的所有具有可專利的新穎性的特征，包括那些本領域普通技術(shù)人員視為等同技術(shù)的所有特征和實施例。
權(quán)利要求
1.一種液體霧化裝置包括包括流體入口和流體出口的本體，所述本體成形為限定一個撞擊混合區(qū)和一個剪切混合區(qū)，所述區(qū)域位于所述入口和所述出口之間，所述流體入口包括能夠?qū)⑤斎肓黧w流分裂成至少兩個流的分離器；所述撞擊混合區(qū)包括至少一個撞擊表面，所述撞擊表面成形為使流體的至少一部分與另一個撞擊流相撞擊，其中兩個撞擊流之間的夾角大約在120°和240°之間；以及所述剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中所述第一尺寸沿通過所述本體的縱軸方向向流體出口的方向減小。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述撞擊混合表面成形為基本上垂直于流經(jīng)所述本體的流體的總體方向。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述撞擊混合區(qū)包括至少一個直角臺階。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中兩個撞擊流之間的夾角大約在170°和190°之間。
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中兩個撞擊流間的夾角大約為180°
6.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述撞擊表面將撞擊流施加于在與通過所述本體的縱軸方向正交的約90°方向接觸的部分所述流。
7.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述流體出口具有非圓形的形狀。
8.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述剪切混合區(qū)的第二尺寸沿所述縱軸向所述流體出口的方向增大。
9.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一尺寸在所述剪切混合區(qū)的至少一部分內(nèi)以第一速度向所述流體出口的方向減小，然后在所述剪切混合區(qū)的剩余部分內(nèi)以第二速度向流體出口的方向繼續(xù)減小。
10.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第二尺寸在所述剪切混合區(qū)的至少一部分內(nèi)以第一速度向所述流體出口的方向增大，然后在所述剪切混合區(qū)的剩余部分內(nèi)以第二速度向流體出口的方向繼續(xù)增大。
11.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述剪切混合區(qū)具有圓形側(cè)端部。
12.按照權(quán)利要求11所述的裝置，還包括與所述流體出口流體連通的噴霧分配器，所述分配器限定一個壓力小于所述剪切混合區(qū)內(nèi)的壓力的膨脹區(qū)。
13.按照權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述分配器包括一個從其中穿過的分配器流體通道，所述通道具有沿所述通道的縱軸向所述分配器的出口方向發(fā)散的第一尺寸，所述通道包括圓形側(cè)端部。
14.按照權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述本體成形為限定一個位于所述分離器和撞擊混合區(qū)之間的第一膨脹區(qū)，所述膨脹區(qū)具有一橫截面積。
15.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述本體和分離器限定至少兩個流體開孔，每一個流體開孔具有橫截面積，其中所述開孔的橫截面積之和小于所述膨脹區(qū)的橫截面積。
16.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述剪切混合區(qū)包括一霧化區(qū)，所述霧化區(qū)包括所述剪切混合區(qū)內(nèi)的最小橫截面積。
17.按照權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述本體包括一系列板，所述板包括穿透其自身的孔口，從而所述板的孔口形成所述流體通道。
18.按照權(quán)利要求17所述的裝置，其中限定剪切混合區(qū)的板的孔口具有變化的第一尺寸，其中，限定剪切混合區(qū)的每一塊板的孔口的第一尺寸小于它前面的板的孔口的第一尺寸。
19.按照權(quán)利要求18所述的裝置，其中限定所述剪切混合區(qū)的所述板的至少一塊板的孔口具有變化的第二尺寸，其中，限定剪切混合區(qū)的每一塊板的孔口的第二尺寸大于它前面的板的孔口的第二尺寸。
20.一種液體霧化裝置包括包括至少一個流體入口和一個流體出口，以及一個在所述入口和出口之間延伸的流體通道的本體；所述通道確定一個撞擊混合區(qū)和一個在該撞擊混合區(qū)下游的剪切混合區(qū)；所述通道成形為確定至少一個撞擊表面，所述撞擊表面成形為使流體的方向基本上垂直于穿過所述本體延伸的縱軸的方向；所述剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中所述第一尺寸沿通過所述本體的縱軸方向向流體出口的方向減小。
21.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中與所述撞擊表面相接觸的流體部分是流經(jīng)所述通道的流體的周圍部分。
22.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中兩個撞擊流之間的夾角大約為180°。
23.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中撞擊表面將撞擊流施加于在與通過所述本體的縱軸方向正交的約90°方向接觸的部分所述流。
24.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述流體出口具有非圓形的形狀。
25.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述第二尺寸沿所述縱軸向所述流體出口方向增大。
26.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述第一尺寸在所述剪切混合區(qū)的至少一部分內(nèi)以第一速度向所述流體出口的方向減小，然后在所述剪切混合區(qū)的剩余部分內(nèi)以第二速度向流體出口的方向繼續(xù)減小。
27.按照權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述第二尺寸在所述剪切混合區(qū)的至少一部分內(nèi)以第一速度向所述流體出口的方向增大，然后在所述剪切混合區(qū)的剩余部分內(nèi)以第二速度向流體出口的方向繼續(xù)增大。
28.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述剪切混合區(qū)具有圓形側(cè)端部。
29.按照權(quán)利要求20所述的裝置，還包括與所述流體出口流體連通的噴霧分配器，所述分配器確定一個壓力小于所述剪切混合區(qū)內(nèi)的壓力的膨脹區(qū)。
30.按照權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述分配器包括穿過其自身延伸的分配器流體通道，所述通道具有沿所述通道的縱軸向所述分配器的出口方向發(fā)散的第一尺寸，所述通道包括圓形側(cè)端部。
31.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述本體成形為限定一個位于所述分離器和撞擊混合區(qū)之間的第一膨脹區(qū)，所述膨脹區(qū)具有橫截面積。
32.按照權(quán)利要求31所述的裝置，其中所述本體和分離器確定至少兩個流體開孔，每一個流體開孔具有橫截面積，其中所述開孔的橫截面積之和小于所述膨脹區(qū)的橫截面積。
33.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述剪切混合區(qū)包括一霧化區(qū)，所述霧化區(qū)包括所述剪切混合區(qū)內(nèi)的最小橫截面積。
34.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述本體包括一系列板，所述板包括穿透其自身的孔口，所述板的所述孔口形成所述流體通道。
35.按照權(quán)利要求34所述的裝置，其中確定剪切混合區(qū)的所述板的孔口具有變化的直徑，其中，確定剪切混合區(qū)的每一塊板的孔口的直徑小于它前面的板的孔口的直徑。
36.一種液體霧化裝置包括包括至少一個流體入口和一個流體出口，以及一個在所述入口和出口之間延伸的流體通道的本體，所述流體入口包括一個分離器，所述分離器和本體確定至少兩個通向所述通道的流體開孔；所述通道確定一個撞擊混合區(qū)和在該撞擊混合區(qū)下游的剪切混合區(qū)；所述通道成形為形成至少一個位于所述通道外圍附近的撞擊表面，所述撞擊表面使流體方向基本上垂直于穿過所述本體延伸的縱軸方向；所述剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中所述第一尺寸沿通過所述本體的縱軸方向向流體出口的方向減小。
37.按照權(quán)利要求36所述的裝置，還包括噴霧分配器，所述噴霧分配器包括穿過其自身延伸的分配器流體通道，所述通道具有從分配器入口向分配器出口發(fā)散的側(cè)向尺寸，所述分配器入口成形為基本上與所述本體的流體出口的尺寸和形狀相同。
38.一種液體霧化裝置包括包括至少一個流體入口和一個流體出口，以及一個在所述入口和出口之間延伸的流體通道的本體，所述流體入口包括一個分離器，所述分離器和本體確定至少兩個通向所述通道的流體開孔，所述本體包括一系列板，所述板包括穿透其自身的孔口，所述板的所述孔口形成所述流體通道，其中形成所述剪切混合區(qū)的所述板的孔口具有變化的直徑，其中，確定剪切混合區(qū)的每一塊板的孔口的直徑小于它前面的板的孔口的直徑；所述通道確定一個撞擊混合區(qū)和在該撞擊混合區(qū)下游的剪切混合區(qū)；所述通道成形為確定至少一個位于所述通道外圍附近的撞擊表面，所述撞擊表面成形為使該流體方向基本上垂直于穿過所述本體延伸的縱軸方向；所述剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中所述第一尺寸沿通過所述本體的縱軸從入口向出口的方向減小，所述第二尺寸沿所述縱軸從入口向出口的方向增大。
39.按照權(quán)利要求38所述的裝置，還包括噴霧分配器，所述噴霧分配器包括穿過其自身延伸的分配器流體通道，所述通道具有從分配器入口向分配器出口發(fā)散的側(cè)向尺寸，所述分配器入口成形為基本上與所述本體的流體出口的尺寸和形狀相同。
40.一種液體霧化裝置包括包括至少一個流體入口和一個流體出口，以及一個在所述入口和出口之間延伸的流體通道的本體，所述流體入口包括一個分離器，所述分離器和本體確定至少兩個通向所述通道的流體開孔；所述通道確定一個撞擊混合區(qū)和在該撞擊混合區(qū)下游的剪切混合區(qū)；所述通道成形為形成至少一個位于所述通道外圍附近的撞擊表面，所述撞擊表面使流體方向基本上垂直于穿過所述本體延伸的縱軸方向；所述剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中所述第一尺寸沿通過所述本體的縱軸從入口向出口的方向減小，所述第二尺寸沿所述本體的縱軸從入口向出口的方向增大；其中所述第一尺寸以第一速度向所述流體出口的方向減小，然后以第二速度向流體出口的方向繼續(xù)減小，所述第一速度大于所述第二速度；以及其中所述第二尺寸以第一速度向所述流體出口的方向增大，然后以第二速度向流體出口的方向繼續(xù)增大，所述第一速度大于所述第二速度。
41.一種用于形成液滴噴霧的方法包括以下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的至少兩個流；(b)使所述流到達一撞擊混合區(qū)，其中使每一個流的至少一部分與另一個流的至少一部分相碰撞以形成單一混合流，兩個撞擊流之間的夾角大約在120°和240°之間；(c)所述單一混合流流入一剪切混合區(qū)，對其施加剪切混合力，以形成剪切混合流；(d)所述剪切混合流流入一霧化區(qū)，其中所述氣相膨脹，增加了所述液相的表面積，因此產(chǎn)生液滴的噴霧。
42.按照權(quán)利要求41所述的方法，還包括將氣相與液相相混合的步驟，以便形成所述的兩相流體。
43.按照權(quán)利要求42所述的方法，其中所述撞擊混合區(qū)和剪切混合區(qū)位于噴嘴內(nèi)，該噴嘴包括(i)包括流體入口和流體出口的本體，所述本體成形為確定所述撞擊混合區(qū)和剪切混合區(qū)，所述區(qū)域位于入口和出口之間，所述流體入口包括一個分離器，它能夠?qū)⑤斎肓黧w流分成至少兩個兩相流體流；(ii)所述撞擊混合區(qū)包括至少一個撞擊表面，所述撞擊表面成形為使接觸所述撞擊表面的流體流的至少一部分撞擊另一撞擊流，兩個撞擊流之間的夾角大約在120°和240°之間；以及(iii)所述剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中所述第一尺寸沿通過所述本體的縱軸向流體出口的方向減小。
44.按照權(quán)利要求43所述的方法，其中所述剪切混合區(qū)具有圓形側(cè)端部。
45.按照權(quán)利要求44所述的方法，其中所述噴嘴還包括與所述流體出口流體連通的噴霧分配器。
46.按照權(quán)利要求45所述的方法，其中所述分配器確定所述霧化區(qū)，所述霧化區(qū)的壓力小于剪切混合區(qū)內(nèi)的壓力。
47.按照權(quán)利要求46所述的方法，其中所述分配器包括穿過其自身延伸的分配器流體通道，所述通道具有沿所述通道的縱軸向所述分配器的出口的方向發(fā)散的第一尺寸，所述通道包括圓形側(cè)端部。
48.按照權(quán)利要求41所述的方法，其中撞擊流之間的夾角在大約120°和約240°之間。
49.按照權(quán)利要求41所述的方法，其中撞擊流之間的夾角大約為180
50.一種用于形成液滴噴霧的方法包括以下步驟(a)形成包括氣相和液相的兩相流體的一系列流；(b)使每一個流的至少一部分與另一個流的至少一部分進行撞擊，以便形成單一混合流，其中撞擊流之間的夾角大約在120°和240°之間；(c)使所述單一混合流承受剪切混合力，從而形成剪切混合流；以及(d)使所述剪切混合流中的所述氣相膨脹，從而產(chǎn)生原料液滴的噴霧。
51.按照權(quán)利要求50的方法，還包括將氣相流與液相流相混合的步驟，以形成所述兩相流體。
52.按照權(quán)利要求51所述的裝置，其中所述撞擊混合區(qū)和剪切混合區(qū)位于噴嘴內(nèi)，該噴嘴包括(i)包括流體入口和流體出口的本體，所述本體成形為確定所述撞擊混合區(qū)和剪切混合區(qū)，所述區(qū)域位于入口和出口之間，所述流體入口包括一分離器，它能夠?qū)⑤斎肓黧w流分成所述至少兩個兩相流體流；(ii)所述撞擊混合區(qū)包括至少一個撞擊表面，所述撞擊表面成形為使接觸所述撞擊表面的流體流的至少一部分撞擊另一個撞擊流，兩個撞擊流之間的夾角大約在170°和190°之間；以及(iii)所述剪切混合區(qū)具有由第一尺寸和第二尺寸確定的橫截面積，其中所述第一尺寸沿通過所述本體的縱軸向流體出口的方向減小。
53.按照權(quán)利要求52所述的方法，其中所述剪切混合區(qū)具有圓形側(cè)端部。
54.按照權(quán)利要求53所述的方法，其中所述噴嘴還包括與所述流體出口流體連通的噴霧分配器。
55.按照權(quán)利要求54所述的方法，其中所述分配器確定所述霧化區(qū)，所述霧化區(qū)的壓力小于剪切混合區(qū)內(nèi)的壓力。
56.按照權(quán)利要求55所述的方法，其中所述分配器包括穿過其自身延伸的分配器流體通道，所述通道具有沿所述通道的縱軸向所述分配器的出口的方向發(fā)散的第一尺寸，所述通道包括圓形側(cè)端部。
57.按照權(quán)利要求56所述的方法，其中撞擊流之間的夾角大約在175°和185°之間。
58.按照權(quán)利要求56的方法，其中撞擊流之間的夾角大約為180°。
59.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述流體開孔具有橫截面積，所述本體的流體出口具有橫截面積，其中所述本體的所述流體出口的橫截面積小于所述流體開孔的橫截面積之和。
60.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述流體開孔具有橫截面積，所述本體的流體出口具有橫截面積，所述本體的流體出口的橫截面積小于所述流體開孔的橫截面積之和。
全文摘要
一種液體霧化方法,包括:形成液體和氣體的兩相流體混合物,在壓力下,將流體分成兩個獨立的流,使它們流入并且流經(jīng)撞擊混合區(qū)(22),在那里發(fā)生相互撞擊混合形成兩相流體的單一流。單一混合流流入并且流經(jīng)剪切混合區(qū)(24),然后流入低壓膨脹區(qū)(30),在那里發(fā)生霧化形成霧化液滴的噴霧。撞擊混合區(qū)(22)和剪切混合區(qū)(24)分別包括位于噴嘴(10)內(nèi)的流體通道(14)的上游部分(16)和下游部分(18)。本發(fā)明可用于在流化床催化裂化過程中霧化熱油原料。
文檔編號B01J19/26GK1344173SQ00805227
公開日2002年4月10日 申請日期2000年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月18日
發(fā)明者小拉塞爾·J·科維爾, 杰克森·I·伊托 申請人:?？松梨谘芯抗こ坦?br>