FI93207C - Menetelmä ja laitteisto tertiaaristen eetterien valmistamiseksi - Google Patents

Description

93207

Menetelmä ja laitteisto tertiaaristen eetterien valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää tertiaaris-5 ten alkyylieetterien valmistamiseksi iso-olefiineista ja alkoholeista.

Tällaisen menetelmän mukaan lähtöaineessa olevat C4-...C7-iso-olefiinitja mahdollisesti niitä raskaammat iso-olefiinit tai edellä mainittujen iso-olefiinien seokset saatetaan reagoimaan alempien alifaattisten alkoholien, etenkin metanolin tai etanolin, kanssa vastaavien eetterien 10 tuottamiseksi.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 9 johdannon mukaista laitteistoa tertiaaristen eetterien valmistamiseksi sekä patenttivaatimuksen 24 johdannon mukaista menetelmää laitteiston käyttämiseksi. Mainitunlainen laitteisto käsittää tyypillisesti kationinvaihtohartsilla 15 täytetyn yhtenäisen ja pitkänomaisen reaktoriastian, jonka pituusakseli on järjestetty oleellisesti pystysuoraksi ja jossa on lähtöaineiden syöttöyhde ja tuotteiden poistoyhde.

Tertiaarisista eettereistä esillä oleva keksintö liittyy etenkin tert-metyyli- ja rm-etyylibutyyli-eetterien (seuraavassa MTBE ja vastaavasti ETBE) ja rm-amyylimetyylieetterin ja rert-20 amyylietyylieetterin (seuraavasssa TAME ja vastaavasti TAEE) tuotantoon.

Iso-olefiinin ja alkoholin välinen eetteröitymisreaktio on luonteeltaan eksoterminen (lämpöä vapauttava). Teollisesti järkevä reaktorityyppi voidaan valita miksi tahansa kiintokerros-·. reaktorin, putkireaktorin, leijukerrosreaktorin tai reaktiivisen tislaimen väliltä. Viimeksi 25 mainittu on viimeisien vuosien kuluessa yleistynyt. Tislauksessa tapahtuvat reaktio ja tuotteiden erotus lähtötuotteista samanaikaisesti. Tästä on merkittävää etua reaktiokinetiikan kannalta, koska kyseessä on tasapainoreaktio, jossa maksimikonversion määrää reaktiosystee-min termodynaaminen tasapaino. Niinpä valmistettaessa esimerkiksi MTBE:tä tavanomaisella kiinto-kerrosreaktori/tuotteen-erotustislauksella päästään tyypillisesti noin 90 - 95 %:n isobu-30 teenikonversioon, kun taas reaktiivisella tislaimella päästään 98 - 99 %:n konversioihin.

Prosessien katalyyttinä käytetään yleensä sulfonoitua polystyreeni/divinyyli-bentseenipohjaista kationinvaihtohartsia, jonka raekoko tavallisesti on noin 0,1-1 mm. Virtausten kanavoitu- 2 93207 misesta johtuen tämänkokoinen partikkeli toimii hydraulisessa mielessä huonosti isossa - teollisuusmittakaavaisessa tislaimessa, mikä kasvattaa tarvittavan katalyytin määrää. Suuret katalyyttimäärät kuitenkin vain lisäävät mainittua kanavoitumisongelmaa. Tämän vuoksi on kehitetty erilaisia pussi/säkkisysteemejä sekä yritetty saada katalyyttiä muotoiltua tävtekappa-5 leen muotokseksi. Viimeksi mainitusta ainoa teollisesti käytössä oleva sovellutus on NPO Yarsintezillä ja sitä on kuvattu US-patenttijulkaisussa 3 965 039.

Toinen katalyyttisen tislauksen merkittävä ongelma liittyy katalyytin vaihtoon. Koska katalyytti on tislauskolonnin sisällä, on katalyytin vaihtaminen huomattavasti hankalampaa 10 kuin perinteisen kiintokerrosreaktorin kohdalla, eikä sitä voida tehdä yksikön ollessa käynnissä. Tätä ongelmaa voidaan pienentää käyttämällä esireaktoria. joka ottaa vastaan katalyyttimyrkyt ja jonka katalyytin vaihto on helppoa.

Eetteröintireaktion kannalta on tärkeää kontrolloida alkoholi/iso-olefiini suhdetta, koska 15 vajaa-alkoholi-suhteella isoolefiini dimeroituu/polymeroituu katalyyttipedissä ja ylialkoho-lisuhteella kaksi alkoholimolekyyliä muodostavat keskenään vastaavan eetterin. Tislausta edeltävän reaktorin ollessa kyseessä, liiallinen alkoholiylimäärän käyttö johtaa vaikeuksiin tuotteenerotustislauksessa alkoholin muodostaessa atseotroopin sekä tuotteen että jäännöshiili-vetyjen kanssa. Tämän vuoksi reaktiivisen tislauksen esireaktori toimii usein pienellä 70 vajaa-alkoholisuhteella. Konventionaalisessa prosessissa, jossa on yleensä kaksi esireaktoria sarjassa toimitaan tavallisesti pienellä ylialkoholisuhteella.

Hiilivety virta syötetään esireaktoriin iso-olefiinin suhteen mahdollisimman konsentroituna. Koska sen sisältämät hiilivedyt eivät ole vielä päässeet reagoimaan missään prosessivaiheessa 25 eetteriksi, on lämmönkehitvs voimakkainta juuri tässä prosessivaiheessa. Tämän vuoksi esireaktoriksi kannattaa valita joko kierrätyksellä varustettu kiintokerrosreaktori tai jäähdytyk-;; sellä varustetuiksi putkireaktori. Esireaktoriksi voidaan myös valita leijukerrosreaktori. Vii meksi mainitun tyyppinen ratkaisu tunnetaan DE-hakemusjulkaisusta 2 944 914.

30 Leijukerrosreaktorissa katalyyttiä leijutetaan nestefaasissa olevalla syöttöhiilivetyvirtauksella. Leijutukseen tarvittava virtausmäärä saadaan aikaan kierrätyksellä. Jos syöttövirrat sisältävät paljon katalyyttimyrkkyjä. leijukerrosreaktoria voidaan käyttää näiden yhdisteiden poistami- 3 93207 seen ennen reaktiivista tislauskolonnia. Leijukerrosreaktorin käyttöön liittyy tällöin se tärkeä etu, että katalyyttiä voidaan jatkuvasti vaihtaa ajon aikana. Lisäksi leijukerrosreaktorissa lämpötila-gradienttien hallinta on helpompaa kuin muissa reaktorityypeissä.

5 DE-hakemusjulkaisussa 2 944 914 esitetyssä tapauksessa reaktioseos johdetaan leijukerros-reaktorista toiseen reaktoriin, jossa katalyytti on järjestetty kiinteään petiin. Tähän tunnettuun ratkaisuun liittyy eräitä oleellisia epäkohtia. Niinpä kiintopetireaktorin katalyytti ei voida vaihtaa prosessia pysäyttämättä muulla tavoin kuin järjestämällä useita rinnakkaisia reaktoreita leijukerrosreaktorin jälkeen, mikä puolestaan lisää prosessilaitteiston hankinta- ja käyttö-10 kustannuksia. Lisäksi leijukerrosreaktorista karkaavat katalyyttipartikkelit tukkivat helposti kiintokerrosreaktorin ja leijukerrosreaktorin välisen putkiston. Partikkelien karkaamista tapahtuu häiriötilanteissa, joissa nestevirtauksen nopeus hetkellisesti muuttuu, mutta myös silloin, kun leijukerrokseen syötetään liian paljon katalyyttiä tai kun katalyytti partikkelikooltaan on pienempää kuin mille reaktori on suunniteltu.

15

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan uusi laitteisto ja menetelmä tertiaaristen eetterien valmistamiseksi.

Keksinnön mukainen ratkaisu perustuu siihen ajatukseen, että iso-olefiinien ja alkoholin 20 välinen reaktio suoritetaan ainakin osittain sellaisessa oleellisesti pystysuoraan asentoon järjestetyssä yhtenäisessä reaktioastiassa, jossa on alaosa, johon on muodostettavissa leijuker-rospeti, ja yläosa, johon on muodostettavissa kiinteä reaktiopeti. Keksinnön mukaan kiinteä * reaktiopeti saadaan tällöin aikaan alentamalla reaktorin läpi virtaavan nesteen lineaarivirtaus-nopeus reaktorin yläosassa alle minimileijutusnopeuden. Järjestämällä kiintokerros leiju-25 kerroksen yläpuolelle, voidaan kiintokerroksen katalyytin vaihto toteuttaa alentamalla hetkellisesti nesteen virtausnopeutta niin paljon, että kiintokerroksen katalyytti painovoiman vaikutuksesta pääsee valumaan alas reaktorin alaosaan, josta se tarvittaessa poistetaan ja korvataan tuoreella katalyytillä. Vaihtoehtoisesti se voidaan myös jättää reaktorin alaosaan leijukerroksen muodostamiseksi.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

30 4 93207

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 9 tunnusmerkkiosassa ja keksinnön mukaiselle menetelmälle laitteiston käyttämi-seksion tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 24 tunnusmerkkiosassa.

5 Tämän hakemuksen puitteissa käytetään tuotteenerotustislausta edeltävistä reaktoreista nimitystä esireaktorit olipa prosessissa tämän reaktorin jälkeinen tuotteen erotustislaus sitten reaktiivinen tislaus tai ei. Tietyissä tapauksissa, varsinkin TAME:n ja TAEE:n tuotannossa, näiden esireaktorien tuottamaa tuotetta ei tarvitse tislata hiilivetyvirrasta erilleen koska sekä tuote että hiilivety virta soveltuvat loppukäyttötuotteen komponenteiksi (TAME:n ja TAEE:n 10 ollessa kyseessä, sekä kyseiset komponentit että C5-hiilivetyvirta soveltuvat moottoriben-siinikomponenteiksi).

Tertiaaristen eetterien valmistuksen lähtöaineina käytetään C4-...C7-iso-olefiineja kuten isobuteenia, isopenteeniä, isohekseeniä ja isohepteeniä tai näiden seoksia sisältäviä hiilivety-15 virtoja, ja alempia (eli max. 6 hiiliatomia sisältäviä) alkoholeja, kuten metanolia, etanolia, propanolia, jne. Hiilivetysyötössä on usein läsnä myös n-olefiineja ja tyydyttyneitä hiilivetyjä.

"Partikkeli’1 (esimerkiksi ioninvaihtohartsipartikkeli tai katalyyttipartikkeli) tarkoittaa tässä hakemuksessa nesteleijutuksen kannalta sopivan raekoon omaavaa ainesosaa. Keksinnön 20 mukaisesti katalyyttinä käytetyn happaman kationinvaihtopartikkelin raekoko on 0,01 - 10 mm, sopivimmin noin 0,1-1 mm.

* Reaktiopetillä tarkoitetaan tilaa, jossa katalyytti ja neste kohtaavat toisensa ja tämän hakemuksen puitteissa käytetään termejä "reaktiopeti" ja "reaktiokerros" toistensa synonyymeinä. 25 "Nesteen virtausnopeus" eli lineaarinen virtausnopeus (superficial velocity) määritetään nesteen tilavuusvirtauksen ja kolonnin halkaisijan osamääränä.

Reaktiovyöhykkeiden määritelmien kohdalla käytetään ilmaisuja "ainakin yksi ensimmäinen 30 reaktiovyöhyke" ja "ainakin yksi toinen reaktiovyöhyke", millä tarkoitetaan sitä, että keksinnön mukaan voidaan reaktoriin sovittaa useita peräkkäisiä nesteleijutus- ja vastaavasti kiintokerroksia. Se, että leijukerros voidaan jakaa osiin käyttäen uudelleenvirtausjakajia, on 5 93207 sinänsä ennestään tunnettua esim. kirjasta Kunii, D. ja Levenspiel, O., Fluidization Engineering, 2nd Ed. (1977), Robert E. Krieger publishing Co. New York, s 26-34.

Tässä keksinnössä optimoidaan MTBE/ETBE/TAME/TAEE -prosessien tuotteenerotustislaus-5 ta edeltävän prosessin ensimmäisen reaktorin virtausolosuhteet siten, että kyseisessä reaktorissa katalyytti esiintyy sekä leijukerros- että kiintokerrostilassa. Reaktorin pohjalla on tällöin edullisesti suuren pedin laajenemisasteen (yli 50 %) ja hyvän sekoitusasteen omaava katalyyttikerros ja tämän yläpuoleella on normaalin nesteleijutuksessa käytettävän pedin laajenemisasteen (20 - 30 %) ja kohtalaisen sekoitusasteen omaava katalyyttikerros. Reaktorin 10 yläosassa on kiinteässä tilassa oleva katalyyttikerros.

Kaikki nämä kerrokset voidaan periaatteessa toteuttaa kyseisessä reaktorissa joko yksin tai erikseen. Oleellista keksinnön mukaan on, että reaktoriin on muodostettavissa normaali nesteleijukerros ja tämän yläpuolelle ainakin oleellisesti kiintokerrostilassa oleva reaktiopeti.

15

Keksinnön mukaan alaosa ja yläosa on edullisesti täytetty samanlaisella katalyytillä, tyypillisesti yllä mainituilla kationinvaihtohartsipohjaisilla partikkeleilla, joita käytetään tekniikan tason mukaissa menetelmissä tertiaaristen eetterien valmistamiseksi.

20 Laitteiston alaosa liittyy yläosaan laajennuskappaleen välityksellä, jolloin reaktoriastian poikkipinta laajenee laajennuskappaleen jälkeen niin paljon, että alaosasta yläosaan virtaavan nesteen virtausnopeus laskee alle minimileijutusnopeuden. Laajennusosa käsittää katkaistun kartion muotoisen kaulusosan, jonka kartiokulma on 5° - 45°. Reaktorirungon poikkileikkauksen pinta-ala yläosan kohdalla on tällöin noin 2-...10-kertaa suurempi kuin poikkileik-25 kauksen pinta-ala alaosan kohdalla. Yläosa on tällöin niin laaja, että se käsittää ainakin osan laajennuskappaleesta.

On ennestään tunnettua yhdistää useampi reaktiopeti yhteen reaktioastiaan. Niinpä US-patenttijulkaisussa 4 589 927 on kuvattu reaktori, jossa on kaksi leijukerrosta, nimittäin 3D karkeita partikkeleita sisältävä ensimmäinen tiheä kerros reaktioastian pohjalla sekä toinen kerros reaktoriastian yläosassa, joka sisältää pieniä partikkeleita. Hienojen ja karkeiden partikkelien erottumisen edistämiseksi reaktoriastian yläosa on poikkileikkaukseltaan alaosaa 6 93207 laajempi ja yhdistetty siihen kauluksen välityksellä. Pienet partikkelit kierrätetään yläosasta hiukkaserottimen ja regeneraattorin kautta takaisin karkeiden partikkelien muodostamaan tiheään kerrokseen. US-julkaisun mukaista reaktoria ehdotetaan käytettäväksi jatkuvissa kemiallisissa ja biologisissa reaktioissa, kuten jäteveden käsittelyssä. Mitään viittausta eetteröintiin ei 5 ole löydettävissä julkaisusta. Onkin ilmeistä, ettei eetteröinnin konversiota voitaisi parantaa ehdotetun tyyppisellä reaktorilla, jossa on kaksi leijutettua kerrosta. Mikäli tunnettua laitteistoa sovellettaisiin eetterien valmistukseen johtaisi tämä siihen, että eetterituote sisältäisi hienoja hiukkasia, jotka pitäisi erittäin huolellisesti erottaa erillisessä puhdistusvaiheessa.

10 DD-patenttijulkaissa 150 697 on kuvattu laite stabiloitujen leijukerrosten muodostamiseksi, jolle laitteelle on tyypillistä, että sen poikkipinta kasvaa virtaussuunnassa. Tässäkään julkaisussa ei ole mitään mainitaa keksinnön mukaisesti reaktorirakenteesta, jossa on kaksi toisiinsa liitetty reaktoriosaa, joista ylempään saadaan muodostetuksi kiinteä peti.

15 Keksinnön ensimmäisen sovellutusmuodon mukaan yläosaan virtaavan nesteen virtausnopeus alennetaan alle minimileijutusnopeuden poikkeuttamalla ainakin osa leijukerroksesta tulevasta nestevirrasta kierrätyssilmukkaan. Tästä syystä reaktoriastian alaosan yläpuolelle on sovitettu kierrätysputkilinjan tuloyhde, jonka kautta ainakin osa alaosan läpi kulkeutuneesta tuoteseok-sesta voidaan kierrättää lähtöaineiden syöttöyhteeseen. Kierrättämällä nestevirtaa nesteleiju-20 tuskerroksessa voidaan samalla parantaa konversiota, mistä syystä kierrätystä voidaan myös soveltaa yllä esitetyssä vaihtoehdossa.

' Seoksen lineaarivirtausnopeutta alennetaan tertiaaristen eetterien valmistuksen yhteydessä leijukerroksen jälkeen arvoon, joka on noin 10-40 %, edullisesti noin 30- 35 % leijuker-25 roksessa vallitsevasta virtausnopeudesta.

Poikkileikkaukseltaan reaktori voi prosessipaineen mukaan olla esim. oleellisesti ympyränmuotoinen tai oleellisesti nelikulmion muotoinen. Tämä koskee molempia edellä esitettyjä sovellutusmuotoja. Alhaisissa prosessipaineissa neliön tai suorakaiteen muotoinen poikkileik-30 kaus on teknisesti ja taloudellisesti edullinen kun taas korkeissa paineissa käytetään mieluiten poikkileikkaukseltaan ympyränmuotoista reaktoria.

Il 7 93207

Keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa ala- ja yläosat erotetaan toisistaan nestevirtauksen jakajalla, jolla nestevirtausta jaetaan tasaisesti yli reaktorin poikkileikkauksen.

Kuten yllä mainittiin on eetteröintireaktio, jossa muodostuu tertiaarisia alkyylieettereitä, kuten 5 MTBE/ETBE/TAME/TAEE:a, eksoterminen, jolloin lämpötilan nousu pienentää reaktion tasapainovakiota ja teoreettisesti saavutettavaa maksimikonversiota. Lähellä reaktiotasapainoa tuotteen läsnäolo hidastaa reaktionopeutta. Tästä seuraa, että reaktio on kiivas kun tuotetta ei ole läsnä, eli reaktion alkuvaiheessa. Tässä vaiheessa lämpötilagradientin hallinnan takia on hyvä pedin sekoitusaste suotavaa. Leijukerrosreaktorissa tämä saadaan aikaan suurella nesteen 10 lineaarivirtausnopeudella. Nesteen virtausnopeuden kasvattaminen koko reaktorissa hyvän sekoituksen vaatimaan arvoon kasvattaa kuitenkin reaktorin kokoa, koska peti laajenee voimakkaasti. Lisäksi hyvä sekoittuminen ei ole toivottavaa pedin yläosassa, koska se pienentää saavutettavaa konversiota. Ongelma on ratkaistavissa käyttämällä kartionmuotoista reaktorin pohjaa. Tällä aikaansaadaan pohjaosassa hyvä sekoitus sekä eliminoidaan suurten 15 partikkelien jääminen makaamaan virtausjakolevylle. Laajennusosan kartiokulma on 5° - 45°.

Erään edullisen vaihtoehdon mukaan leijukerroksesta tulevaa reaktioseosta jäähdytetään ennen kuin se johdetaan kiintokerrokseen. Alaosan leijukerrokseen tai tämän yläpuolelle järjestetään siksi lämmönvaihdin, esim. putkilämmönvaihdin, joka samalla voi toimia virtauksen jakajana.

20

Reaktioastian alaosaan on sovitettu katalyytin syöttö- ja poistoyhteet. Näiden kautta ioninvaih-tohartsi voidaan syöttää reaktioastiaan ja vastaavasti poistaa siitä. Keksinnön mukaan saadaan ' aikaan menetelmä laitteiston käyttämiseksi, jonka menetelmän mukaan reaktioastia ensin täytetään kahden reaktiopedin muodostamiseen tarvittavalla määrällä katalyyttipartikkeleita.

25 Reaktioastian syöttöyhteestä johdetaan tällöin reaktioastian alaosaan keskenään reagoimaan saatettavien lähtöaineiden nesteseos, jonka virtausnopeus säädetään syöttöyhteeseen tulevaan putkistoon sovitetulla säätöelimellä niin korkeaksi, että katalyyttipartikkelit muodostavat astian alaosassa leijukerrospedin. Säätöelimellä virtaus asetetaan samalla niin korkeaksi, että ylimääräinen osa katalyytista kulkeutuu nesteseoksen mukana reaktioastian yläosaan.

30 Nesteseoksen virtausnopeus reaktioastian yläosassa on minimileijutusnopeutta pienempi, jolloin siihen muodostuu kiintokerros. Tarvittaessa poistetaan leijukerroksesta reaktion aikana osa kationinvaihtohartsista, joka korvataan tuoreella tai regeneroidulla hartsilla.

( 8 93207

Pienmittakaavaisissa kokeissa, joissa on käytetty kartionmallista reaktoria, on havaittu, että katalyytti ei vaihdu leijukerros- ja kiintokerrosvyöhykkeiden välillä. Tästä on se etu, että katalyytin myrkyttyessä, tämä tapahtuu vain reaktorin alaosassa leijutetussa tilassa. Tällöin aikajoin tapahtuvassa katalyytinvaihdossa tarvitsee kokonaan vaihtaa vain tämä osa katalyytis-5 tä. Kiintokerroksessa ollut katalyytti voidaan katalyytin vaihdon yhteydessä tai ajon aikana siirtää leijukerrokseen. Katalyyttivaihto tapahtuu sijoittamalla katalyytin ulosottoyhde reaktorin alaosaan ja avaamalla se katalyytin vaihdon yhteydessä. Katalyytin ulosottosäiliön tilavuutta rajoittamalla voidaan rajoittaa ulosotettavan katalyytin määrää, jolloin kyseiseen säiliöön mahtuu vain tietty tilavuus katalyyttiä, lopun jäädessä reaktoriin. Kun haluttu määrä 10 katalyyttiä on poistettu leijukerrososasta pysäytetään nestevirtaus reaktorissa 1-5 minuutiksi, jolloin katalyytti laskeutuu reaktorin yläosasta alas. Nestevirtaus reaktorissa nostetaan tämän jälkeen hitaasti yli minimileijutusnopeuden nestettä kierrättäen niin korkeaksi, että haluttu katalyyttimäärä paisuu reaktorin yläosan kiintokerrososaan. Sitten syötetään uusi katalyyttierä reaktoriin ia lasketaan nesteen virtausnopeus halutulle leijutusvirtausnopeustasolle.

15

Keksinnön mukaisessa menetelmässä iso-olefiineista tai näiden seoksista ja ainakin yhdestä alemmasta alifaattisesta alkoholista muodostetaan ensin nestemäinen seos, joka johdetaan edellä kuvattuun laitteistoon, jossa olefiinit ja alkoholi saatetaan reagoimaan keskenään.

20 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Yhdistämällä kiintokerros- ja leijukerrospedit samaan reaktoriin edellä esitetyllä tavalla ’ voidaan huomattavasti yksinkertaistaa katalyytin vaihtoa. Laajentunut yläosa toimii lisäksi tehokkaana pedinlaajentumistilavuutena, koska pedin äkillisesti laajentuessa esimerkiksi 25 häiriötilanteessa, tässä vyöhykkeessä tapahtuu nopea nesteen lineaarivirtauksen lasku, jolloin leijukerroksen huokoisuus pienenee. Täten katalyyttipedin ottama tilavuus pienenee.

Yhteenvetona keksinnöllä saavutettavista eduista tavalliseen leijukerrosreaktoriin nähden voidaan mainita seuraavat: 30 - kiintokerroksen katalyytti on vaihdettavissa ajon aikana, - hyvä sekoittuminen välittömästi virtausjakajan yläpuolella, - ei kuolleita kohtia virtausjakajan nurkissa, koska tämän tyyppinen reaktorin alaosa ti 9 93207 leijukerrosreaktorissa aikaansaa kiintoainespartikkelien pyörteen, joka kulkee seinämiä pitkin alaspäin ja keskeltä ylöspäin, - hyvä aineen- ja lämmönsiirto heti reaktorin virtausjakajan yläpuolella, - hyvä sekoittuminen reaktorin siinä osassa, jossa se on toivottavaa, 5 - isot partikkelit eivät jää makaamaan virtausjakolevylle, - pohjan hyvä sekoitusaste ei kasvata reaktorikokoa merkittävästi, - reaktorin yläosassa voidaan käyttää pientä pedin laajanemisastetta, jolloin sekoittuminen on lievää, mikä nostaa reaktorissa saavutettavaa konversioastetta, - pieni sekoittumisaste reaktorin yläosassa, 10 - reaktion konversion paraneminen muutamalla prosentilla, - saadaan aikaan tehokas pedin laajenemisvara reaktorin yläosaan, - pienennetään katalyytin poiskulkeutumisriskiä reaktorista, - saadaan pelivaraa katalyytin määrälle, - pienennetään kerralla vaihdettavaa katalyytin määrää, koska kiinto- ja leijukerrostilassa 15 olevat partikkelit eivät vaihdu keskenään normaali operoinnin aikana.

Jos reaktori on jaettu lämmönvaihtimen avulla osiin saavutetaan lisäksi seuraavat edut: - reaktorin alaosassa voidaan pitää korkeampaa lämpötilaa kuin reaktorin yläosassa, - päästään korkeampaan konversioon samalla katalyyttimäärällä, 20 - reaktorin lämmönvaihtimella jaetun alimman kerroksen ja ylemmän kerroksen katalyytit eivät sekoitu keskenään.

- katalyytin deaktivoituminen konsentroituu reaktorin alaosaan, - pienennetään myrkyttyvän katalyytin määrää, ja samalla pienennetään kerralla vaihdettavaa katalyytin määrää, 25

Keksintöä, sen yksityiskohtia ja etuja kuvataan seuraavassa lähemmin yksityiskohtaisen selityksen avulla oheisiin piirustuksiin viitaten, jolloin kuviossa 1 on esitetty katkaistun kartion periaatekuvion, johon viitataan keksinnön teoreettisen taustan tarkastelun yhteydessä, 30 kuviossa 2 on esitetty tunnetun tekniikan mukaisen leijukerrosreaktorin kaaviokuva, kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukaisen leiju/kiintokerrosreaktorin ensimmäisen sovel-lutusmuodon kaaviokuva.

10 93207 kuviossa 4 on esitetty kaaviokuva edellisestä sovellutusmuodosta varustettuna sivu-ulosotolla ja tähän liittyvällä kierrätyksellä, kuviossa 5 on esitetty kuviossa 3 esitetyn sovellutusmuodon mukainen reaktori varustettuna lämmönvaihtimella, 5 kuviossa 6 on esitetty kuviossa 4 esitetyn sovellutusmuodon mukainen reaktori varustettuna lämmönvaihtimella, kuviossa 7 on esitetty keksinnön mukaisen leiju/kiintokerrosreaktorin toisen sovellutusmuodon kaaviokuva ja kuviossa 8 on esitetty kuvion 3 mukaiseen sovellutusmuotoon yhdistetyn katalyytin syöttö- ja 10 poistosovitelman prosessikaavio.

Ensin tarkastellaan keksinnön teoreettista taustaa:

Nesteleiiutus 15

Nesteen virtaus pienellä virtausnopeudella hienojakoisen täytekerroksen (kiintokerroksen, fixed bed) läpi ylöspäin tapahtuu partikkeleita liikuttamatta, jos partikkelien ominaistiheys ylittää nesteen ominaistiheyden kuten alla esitettävissä esimerkeissä. Virtausnopeutta lisättäessä partikkelit alkavat liikkua rajoitetuilla alueilla ja täytekerroksen koko kasvaa. Kun 20 virtausta on lisätty riittävästi, partikkelit sekoittuvat virtaavaan nesteeseen. Tässä tilassa partikkelin ja virtaavan aineen eli fluidin välinen kitkavoima kumoaa partikkelien painon, . päällekkäisten partikkelien välinen vertikaalinen kokoonpuristava voima häviää, ja painehäviö kerroksen läpi on yhtäsuuri kuin siinä olevien partikkelien efektiivinen paino. Nesteen virtausnopeutta kyseisen tilan alussa kutsutaan minimileijutusnopeudeksi (minimum fluidi-25 zation velocity). Virtausnopeutta nostettaessa minimileijutusnopeuden yläpuolelle nesteleiju-tuksessa, leijukerros laajenee tasaisesti, ja kiintoaineskonsentraatiot ovat samoja eri puolilla kerrosta. Tällaista leijutusta kutsutaan tasaiseksi, homogeeniseksi tai vain yksinkertaisesti nesteleijutukseksi (particulate, homogeneous, smooth, liquid fluidization).

30 Oleellisin ero kaasu- ja nesteleijutukseen välillä on fluidikuplien (kaasu/neste) suuri kokoero. Kaasuleijutuksessa merkittävä osa kaasusta pyrkii nousemaan leijukerroksen läpi isoina kuplina vetäen vanassaan partikkeleita, samalla tapahtuu virtauksen kanavoitumista. Isojen li : 11 93207 kuplien johdosta kaasuleijukerroksen pinta on hyvin epästabiili, ja partikkeleita esiintyy myös tämän pinnan yläpuolella. Tällaista leijutusta kutsutaan paakkuuntuvaksi, heterogeeniseksi, kuplivaksi tai kaasuleijutukseksi (aggregative, heterogeneous, bubbling, gas fluidization). Nesteleijutuksessa kuplat ovat hyvin pieniä, leijukerroksen pinta suhteellisen tasainen, eikä 5 partikkeleita esiinny merkittävästi leijukerroksen pinnan yläpuolella, jos nesteen virtaunopeus pysyy alle partikkelien vapaan laskeutumisnopeuden.

Nesteleijutuksessa käytetään yleensä virtausta, jolla saavutetaan 5 - 50 % pedin laajeneminen. Tyypillisesti arvo on noin 20 - 30 %. Tällaisilla pedin laajenemiskertoimilla ei saavuteta 10 täydellistä kiintoaineen sekoitusta korkeus/halkaisija suhteeltaan suurissa reaktoreissa, kuten alla esitettävissä esimerkeissä. Pedissä on selvä lämpötilagradientti ja isot partikkelit segregoituvat pohjalle siten, että isojen partikkelien esiintymistiheyden todennäköisyys on suurempi lähellä reaktorin pohjalla olevaa virtausjakajaa kuin leijukerroksen pinnalla. Pedissä vallitsevan turbulenssin ansiosta reaktoria on kuitenkin pidettävä sekoitusreaktorina. jolla ei 15 päästä mielekkäällä katalyyttimäärällä samaan konversioon kuin mihin kiintokerrosreaktorilla on päästävissä. Tyypillisesti esim. MTBE:n valmistuksessa kiintokerrosreaktorilla on päästävissä 80 - 90 %:n isobuteenikonversioon yhdellä reaktorilla järkevällä katalyyttimäärällä, kun taas vastaavasti leijukerrosreaktorilla päästään 70 - 80 %:n konversioon.

2C Osittaisien utus

Leijukerroksen ja kiintokerroksen yhdistelmää kutsutaan osittaisleijukerrokseksi (semifluidi-zed bed). Perinteisen tekniikan mukaisesti nesteleijukerroksen yläosaan voidaan jäljestää kiintokerros asettamalla kerroksen yläosaan leijutusrajoitin, jonka läpi pääsee virtaamaan vain 25 neste mutta ei partikkelit. Erona tunnettuun tekniikkaan keksinnössä saadaan aikaan kiintokerros alentamalla leijukerroksesta tuleva nesteen lineaarista virtausnopeutta alle minimileijutus-nopeuden. Tähän päästään keksinnön edullisen sovellutusmuodon mukaan laajentamalla kerroksen yläosaa.

30 Tarkastellaan ensin tunnetun tekniikan mukaista ratkaisua, jossa minimiosittaisleijutustila saavutetaan, kun leijukerroksen laajeneminen nesteen virtauksen johdosta on sellainen, että kerroksen korkeus on yhtä suuri kuin leijutusrajoittimen sijaintikorkeus. Nesteen virtausta « 12 93207 voidaan kasvattaa edelleen kunnes kaikki kiintoaines on pakkautunut leijutusrajoitinta vasten, jolloin kyseessä on puhdas kiintokerros. Kiintokerroksen ja leijukerroksen välistä osuutta kokonaissysteemissä voidaan estimoida laatimalla systeemille massatase.

5 m,o, = mpa + mn ( 1 ) jossa mlot = kerroksessa olevan kiintoaineksen kokonaismäärä η!,,* = kiintokerroksessa olevan kiintoaineksen kokonaismäärä m„ = leiju kerroksessa olevan kiintoaineksen kokonaismäärä 10

Yhtälö voidaan kirjoittaa uuteen muotoon (m/h)iIt* hist = (m/h)p,* hpa + (m/h)n* hn ( 2 ) 15 jossa (m/h) = partikkelien massa pituusyksikköä kohden hjst = alkuperäisen kiintokerroksen korkeus, nesteen virtauksen ollessa nolla hpa = leijutusrajoitinta vasten pakkaantuneen kiintokerroksen korkeus hn = leijutilassa olevan kerroksen korkeus 20 Toisaalta (m/h)is[ = (1- elsl) *A=Vp ( 3 ) jossa eist = alkuperäisen kiintokerroksen huokoisuus 25 A = kiintokerroksen poikkipinta-ala pp = yksittäisen partikkelin tiheys (m/h)n = (1 -t-(BE/100 %))'lj,t(m/h),st ( 4 ) 30 jossa BE = leijukerroksen laajenemiskerroin alkutilasta, %

Oletetaan, että

II

13 93207 (m/h)pa = z * (m/h)js, ( 5 ) jossa z = kiintokerroksen pakkaantumiskerroin 5 Yhtälöistä 1-4 seuraa hpa = ( h,,, *(1 +(BE/100 %)) - hr)/( z * (1+(BE/100 %)) -1) ( 6 ) jossa hr = leijutusrajoittimen sijaintikorkeus eli osittaisleijukerroksen kokonaiskorkeus 10

Yhtälöllä 6 voidaan laskea miten paljon katalyyttiä on kiintokerroksessa ja miten paljon leijukerroksessa.

Tunnetun tekniikan mukaisen ratkaisun yhteydessä painehäviö kiintokerrososuuden yli 15 muodostuu suureksi, mikä on varsin merkittävä epäkohta.

Keksinnön mukainen osittaisleijutustapaus saavutetaan alentamalla nesteen lineaarista virtausnopeutta minimileijutusnopeutta pienemmäksi. Tämä saadaan edullisesti aikaan kun leijutus suoritetaan ylöspäin aukenevassa kartiossa, jossa nestevirtauksen nopeus pienenee 20 alhaalta ylöspäin. Koska nesteen virtausnopeus muuttuu kiintoainekerroksen korkeuden funktiona, ei leijukerrososuuden huokoisuus ole vakio.

Tarkastellaan leijutusta kuvion 1 mukaisessa katkaistussa kartiossa, jonka poikkileikkaus on ympyränmuotoinen, pohjan säde on r0 ja seinämät muodostavat kulman a pystyakselin kanssa. 25

Kiintoainemäärä pituusyksikköä kohden täytekerroksen ollessa kokonaan leijuvassa tilassa on laskettavissa yhtälöllä d m = A * Π +fBE,'/100 %)) * (m/hT = A * (l-HBEn/100 %)) * (m/VE ( 7 ) 30 d h A„ * (1 + (BE/100 %)) 1 + (BE/100 %) jossa BE„ = leijukerroksen laajenemiskerroin korkeudella nolla, % 14 93207 (m/V)0 = partikkelien massakonsentraatio korkeuden arvolla nolla A = leijukerroksen poikkipinta-ala korkeudella h (m/V)0 = (1-eJ * pp/(l + (BE/100 %)) ( 8 ) 5

Leijukerroksessa olevien partikkelien kokonaismäärä saadaan yhtälöstä /dm- rhtot Δ-: nt<BE0aag%)) · n-£istiu^ dh (9) 0J 0J (1 + (BE/100%)) (1 + (BEq/1 00%)) 1 ' 10

Yhtälön 9 oikeanpuoleisessa termissä ovat poikkipinta-ala ja laajenemiskerroin riippuvaisia kerroksen korkeudesta. Poikkipinta-ala on riippuvainen korkeudesta yhtälöllä A = π * ( rQ + h * tan α)^ ( 10 ) 15

Nesteleijutuksessa alhaisilla leijutusasteilla, voidaan leijukerroksen laajenemista virtausnopeuden funktiona usein aproksimoida lineaarisella funktiolla (BE/100%) = a + b * v = a + b* (V/A) (11)

2'J

jossa a, b = vakioita v = nesteen lineaarivirtausnopeus (fluid superficial velocity) V = nesteen tilavuusvirtaus 25 Sijoittamalla yhtälöt 10 ja 11 yhtälöön 9 ja ottamalla vakiotekijät integraalimerkin eteen, saadaan m =n (1- ε ) · p f — (¾..^ h—tan c) —. _ fj h / ip i ,ot 'St p0 (1 + a)*π* ( r0 + tan a)z + bV ° ( 12 *

Yhtälön 11 ratkaisu kun a > -1 on tl : 30 15 93207 ~ z^J_ll^s1_Ll£p ( h» tan α M) lto+h tana)t h2lan2a . hX ^ + 10r tan a 3(1 + a)n (1 + af vf + ' 9 g-n t; ( arctan(V ϋ-±-&ΐ2)( r + h tan a)) - arctan(n(V - a^) r ))) (1 +a)z>V·5 bV 0 bV 0 5 ( 13 )

Koska yhtälö 11 pätee ainoastaan leijutilassa olevalle kerrokselle pätee yhtälö 12 vain 10 seuraavan ehdon ollessa voimassa -„ V 2 * v , ( 14 ) π( Tq + h tana) m f 15 eli h< -3—(( V-V-) - r ) (15) tana ^mf 0 20 jossa vmf = nesteen virtausnopeus minimileijutustilassa

Jos kiintokerroksen huokoisuus oletetaan virtausnopeudesta riippumattomaksi ja samaksi kuin alkuperäisen kiintokerroksen huokoisuus, pätee -5 0lm d m = (m/V)jst* h1ih2 A d h ( 16 )

jossa (m/V)jst= (1-eist)pp ( 17 J

Edellä käsitellylle kartiolle saadaan 30 mpa= pp(1 - ejsJ)ji( r02(h2 -h-|) + r0(h22 -hätänä + 3' 1(h23 -h13)tan2a) ( 18 ) 16 93207 Tästä yhtälöstä saadaan lasketuksi kiintokerroksen sisältämien partikkelien massa kun tunnetaan sen korkeus alkutilassa (hist) nesteen virtausnopeuden ollessa nolla. Tällöin m,* = mtot ja h, = 0. Sijoittamalla näin saatu lauseke yhtälöön 13 saadaan leijukerroksen korkeus määritettyä iteratiivisesti yhtälöllä 5 r02hist+ r0h2isttana+ ((h3jsttan2a)/3) + - —2—(h* tan O (3-¾ l^biancOt h2lan2a . bV ) + tana 3(1 + a)n (1 + ar tr + ? e ί ( arctan(V Π-± 3)π)( r + h tan a)) - arctan(n(V Π + alfl) r )))= 0 (1 + a)2,5nr’5 bV 0 bV 0 10 ( 19 )

Jos leijukerroksen korkeus on niin suuri, että nesteen virtausnopeus kerroksen yläosassa alittaa minimileijumisnopeuden, on kerroksen yläosa kiintokerros tilassa. Jos oletetaan, että 15 kerroksen paisumista ennen minimileijutustilaa voidaan aproksimoida lineaarisella yhtälöllä 11 (samalla, jolla aproksimoidaan kerroksen laajenemista leijutilassa), saadaan kerroksen korkeus ratkaistua sijoittamalla yhtälöön 19 h:n tilalle yhtälöstä 14 saatu korkeus (yhtälöön 14 sijoitetaan vmf:n tilalle se virtausnopeus, jolla kerros alkaa paisua) ja lisäämällä siihen kiintokerrososuutta vastaava termi, joka saadaan yhtälöstä 18 sijoittamalla siihen h3 = 20 täytekerroksen kokonaiskorkeus ja h, = yhtälöstä 14 saatu korkeus.

Jos leijukerrosta rajoitetaan rajoittimella kartiossa ja tehdään samat alkuoletukset kuin yhtälöitä 6 ja 19 johdettaessa, saadaan leijutusrajoitinta vasten pakkaantuneen täytekerroksen korkeus ratkaistua yhtälöiden 1, 13 ja 18 avulla.

25

Seuraavaksi selostetaan lähemmin kuvioissa 2-8 esitettäviä prosessivaihtoehtoja.

Kuviossa 2 on esitetty kaaviokuva tunnetun tekniikan mukaisesta putkireaktorista 21. jota operoidaan leijukerrostilassa. Reaktori toimii tyypillisesti eetterin valmistuksen esireaktorina. 30 Alkoholi- ja olefiinikomponenteista muodostetaan tällöin ensin seos, joka syötetään reaktorin syöttöpumpun 22 avulla reaktoriin 21. Tarvittaessa reaktioseosta lämmitetään lämmönsiirti-men 23 avulla. Pedin laajenemisaste on esim. 5 - 50 % ja sopiva virtausnopeus saadaan 17 93207 aikaan säätämällä pumpun 22 tuottoa. Osa reaktorin poisteesta johdetaan esim. katalyyttiseen tuotteenerotustislaukseen, kun taas toinen osa kierrätetään reaktanttien syöttöön konversion nostamiseksi. Kierrätysputkilinjaan on sovitettu lämmönvaihdin 24 kierrätettävän tuotevirran jäähdyttämiseksi.

5

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön ensimmäisen sovellutusmuodon periaatekaavio. Tämän ratkaisun prosessikonfiguraatio vastaa reaktoria lukuunottamatta edellä esitettyä tunnettua tekniikkaa. Niinpä tässäkin ratkaisussa nesteseos syötetään pumpun 32 ja valinnanvaraisen lämmönvaihtimen 33 ja syöttöyhteen 30A kautta reaktoriin 31, josta tuoteseos poistetaan 10 poistoyhteen 30B kautta. Osa tuoteseoksesta kierrätetään lämmönvaihtimen 34 kautta syöttöön. Reaktori on periaatteessa edellisen esimerkin lailla putkireaktori, jossa on leijuker-rospeti 35, mutta sen yläpäähän on muodostettu laajenemisvyöhyke 37 ja tämän yläpuolelle poikkipinnaltaan keskiosaa laajempi toinen reaktioalue 36, johon on muodostettavissa kiintokerrospeti. Kartiomaisen laajenemisvyöhykkeen kartiokulma on tyypillisesti noin 15° -15 45°, mutta se voi periaatteessa vaihdella välillä 5° - 60°. Laajenemisaste leijukerroksessa on 5 - 50 %, tavallisesti noin 20 - 30 %, ja se saadaan aikaan pumpun 32 tuoton säädöllä.

Reaktorin pohjaosaan lähelle lähtöaineiden syöttöyhdettä on jäljestetty virtauksenjakaja 38, jolla nestevirtausta jaetaan tasaisesti yli reaktorin poikkileikkauksen. Virtauksenjakajana voi 20 toimia esimerkiksi rei’itetty levy, joka on suunniteltu normaalien mitoituskriteerien mukaan. Reikäkoko virtausjakajassa tulee olla sellainen, että virtauksen pysähtyessä katalyytti valuu niistä alas.

Reaktorin 31 pohja on muotoiltu kartionmuotoiseksi laajennusosaksi 39. Tällä aikaansaadaan 25 pohjaosassa hyvä sekoitus sekä eliminoidaan suurten partikkelien jääminen makaamaan virtausjakolevylle. Kartiomaisen osan 38 kartiokulma on tällöin 5° - 60°, edullisesti noin 15° - 45°.

Reaktorissa vaadittava virtausnopeus määritetään katalyytin maksimipartikkelikoon sekä 30 pedinlaajenemisasteen mukaan. Virtausnopeuden virtausjakajan 38 tasalla tulee olla suurempi kuin maksimipartikkelikoon minimileijutusnopeus ja pedin laajeneminen kartiomaisessa laajennusosassa 39 (virtausjakajan kohdalla) laskettuna keskipartikkelikoolla 50 - 150 %, 18 93207 tyypillisesti luokkaa 70 %. Kartiokulman (kokonaiskulma) tulee olla 5° - 60° tyypillisesti luokkaa 30°.

Kuviossa 4 on esitetty edellisen sovellutusmuodon vaihtoehtoinen toteutus, jossa reaktorin 41 5 leijukerroksen 45 ja kiintokerroksen 46 väliin on myös sovitettu virtauksenjakaja 47. Tässä vaihtoehdossa on leijukerroksen 45 yläpuolelle jäljestetty sivu-ulosottoyhde 48 nesteen kierrätystä varten, kuten kuviosta käy ilmi. Kierrätyslinjassa on lämmönvaihdin 44, jota tarvittaessa käytetään nesteseoksen jäähdyttämiseen. Kiintokerroksesta 46 saatava tuotevirta johdetaan sensijaan kokonaisuudessaan edelleenkäsittelyyn.

10

Edellä mainitun sivu-ulosotolla varustetun reaktorin merkittävin etu MTBE/ETBE/TAME/-TAEE -prosesseissa on se, että reaktioneste voidaan jakaa kahteen osaan, nimittäin siihen, joka kierrätetään takaisin reaktorin leijukerrososaan 45, jolla saadaan aikaan leijutustapahtuma, ja siihen joka menee kiintokerrososan 46 läpi. Näin saavutetaan reaktiotekniseltä 15 kannalta katsottuna hieman suurempi konversioaste kuin sellaisella reaktorilla, jossa koko reaktorin läpi mennyt neste kierrätetään leijutuksen aikaansaamiseksi. Saavutettava etu riippuu tuotteesta, katalyyttimäärästä kiintokerroksessa ja reaktiolämpötilasta kiintokerrokses-sa ollen tyypillisesti 5 - 20 %-yksikköä.

?0 Katalyytti tulee sivu-ulosottovirran mukana ulos reaktorista, joten se on erotettava nestevir-rasta esimerkiksi (ei-esitetvn) syklonin tai ulosottoyhteeseen asennetun suotimen avulla, jotta virran slurry-konsentraatio saadaan riittävän alas (5 - 40 p-%), jotta virran pumppaus konventionaalisilla pumpuilla on mahdollista.

25 Sivu-ulosotolla varustettua reaktoria operoidaan seuraavasti: - ladataan katalyytti reaktoriin 41, - nostetaan hitaasti nestevirtaus reaktorissa yli minimileijutusnopeuden nestettä koko reaktorin yli kierrättäen niin korkeaksi, että haluttu katalyytti määrä paisuu reaktorin yläosan kiintokerrososaan 46, 30 - lasketaan nesteen virtausnopeus halutulle leijutusvirtausnopeustasolle, jolloin yläosan virtausjakajan 47 ansiosta kiintokerros- 46 ja leijukerrososien 45 väliin jää katalyytistä vapaa vyöhyke. Sivuolosottokohta sijaitsee tällä alueella.

il 19 93207 - aloitetaan kierrätys sivu-ulosottoyhteen kautta

Reaktion kannalta on edullista, että lämpötilaa saadaan lasketuksi sitä mukaan kun reaktio edistyy. On sinänsä tunnettua, että leijukerrosreaktorissa on mahdollista aikaansaada 5 jäähdytys asentamalla petiin lämmönsiirtoputkia. Koska leijukerros on hyvin sekoitettu, ei tällä tavalla kuitenkaan saada aikaan halutun suuntaista lämpötila-gradienttia.

Lisäksi on toivottavaa, että katalyytinvaihdossa vaihdettavan katalyytin määrä voidaan minimoida. Mainituissa eetteröintiprosesseissa katalyytin deaktivoituminen johtuu pääasiassa 10 syöttövirtojen mukana tulevista katalyyttimyrkyistä. Täten on edullista rajata syöttövirran välittömästi koskettamaa katalyyttimäärää. Leijukerroksessa katalyytin eristäminen eri osiin vaatii pedin sisäisiä virtausjakajia. Mikäli petiin asennetulla seulalla on liian pieni painehäviö, ei kuitenkaan voida estää partikkeleita kulkemasta seulan läpi edestakaisin.

15 Kummatkin kahdessa edellisessä kappaleessa kaivatut ominaisuudet voidaan saada aikaan yhtäaikaa lämmönvaihtimella, joka on liitetty leijukerrososuuden sisään tai asennettu sen jälkeen, jolloin erillistä virtauksenjakajaa ei tarvita. Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty kaksi vaihtoehtoista lämmönvaihdinratkaisua. Kuvion 5 mukainen reaktorikonfiguraatio vastaa kuviossa 3 esitettyä ratkaisua, sillä erolla, että reaktorin 51 leiju kerroksen 54 sisään on 20 sovitettu putkilämmönvaihdin 57. Prosessiaine kulkee vaihtimen 57 tuubeissa, jotka toimivat myös leijukerroksen välivirtausjakajana. Vaihtimen kylmälle puolelle tuodaan jäähdytysvettä. Kuvion 6 reaktorikonfiguraatio vastaa puolestaan kuvion 4 mukaista laitteistoa, jossa leijukerroksen 65 sisään on asennettu putkilämmönvaihdin 67. Lämmönvaihtimen toimintaa säädetään lämpötilasäätimen 68 avulla.

25

Reaktion loppuvaihe on edullista suorittaa pienellä sekoitusasteella. Kuten edellä esitetystä käy ilmi sekoitusastetta hidastetaan keksinnön mukaan pienentämällä nesteen lineaarivirtausnopeus alle minimileijutusnopeuden, mikä saadaan aikaan käyttämällä joko kartion muotoista reaktorin yläosaa, kuten kuvioissa 3 - 6, tai ottamalla osa reaktiofluidista sivu-ulosottona 30 leijukerrososuuden jälkeen, jolloin reaktori on varustettava nesteen uudelleenjakajalla.

Viimeksi mainittua keksinnön toista edullista vaihtoehtoa on kuvattu kuviossa 7. Tämä 20 93207 sovellutusmuoto vastaa periaatteessa kuviossa 2 esitettyä ratkaisua, sillä erolla, että kierrätyk-- sellä varustetun putkileijukerrosreaktorin 75 yläpuolelle - yhdistettynä samaan yhtenäiseen reaktiotilaan - on sovitettu kiintokerrosreaktori 76. Kiintokerrokseen suuntautunutta nesteen virtausta rajoitetaan ohjaamalla ainakin osa leijukerroksesta saatavasta nesteseoksesta 5 kierrätykseen, jossa sitä haluttaessa jäähdytetään 74 ennen syöttöön yhdistämistä. Sivu-ulosoton yläpuolelle on jäljestetty putkilämmönvaihdin 77 ja tämän yläpuolelle vielä virtauksenjakaja 78. Leijukerroksen syöttöpäähän on myös jäljestetty virtauksen jakaja 78.

Edellä esitettyjen ominaispiirteiden lisäksi on todettava, että kiintoaineksen lisäys ja poisto 10 leijukerroksesta on helppoa, koska leijutilassa kiintoaines käyttäytyy fluidin tavoin.

Niinpä katalyytin lisäys ja poisto voidaan suorittaa esim. kuvion 8 mukaisella järjestelyllä.

Kuviossa 8 on esitetty järjestelmä, joka mahdollistaa katalyytin ajonaikaisen vaihdon tertiaaristen eetterin valmistuksen yhteydessä. Laitteisto käsittää kuvion 3 mukaisen reaktorin 15 81 syöttöpumppuineen 82 ja iämmönvaihtimineen 83 ja 84, joista viimeksi mainittu on sovitettu kierrätyslinjaan.

Leijutetussa muodossa katalyytti juoksee nestemäisesti, jolloin se voidaan ottaa ulos reaktorista 81 yksinkertaisesti avaamalla yhde 85, joka on leijukerroksen pinnan alapuolella. Leijuker-20 rosreaktoria ei usein tyhjennetä täydellisesti, koska sinne halutaan jättää siemenpeti. Toisaalta ulosotto kannattaa tehdä mahdollisimman läheltä reaktorin virtausjakajaa 86, koska tällöin saadaan sinne mahdollisesti kertyneet isot partikkelit ulos. Jotta ulosotto tapahtuisi hallitusti, täytyy ulosottomäärää hallita. Yksinkertaisimmin tämä tapahtuu ulosottosäiliön 87 avulla, joka rajoittaa ulosotettavan säiliön sisälle menevää täyttöasteen rajoitinputkea. jolloin maksimi-25 täytös on rajoitinputken alapään tasalla. Ulosottosäiliön koon määrää halutun kerta-katalyytti-vaihdon suuruus, mutta sen on oltava pienempi kuin reaktorissa olevan katalyytin tilavuus sen ollessa kiintokerrosolotilasssa. Ulosottosäiliö 87 sijaitsee joka samalla tasolla kuin reaktorin ulosottovhde 85 tai sen alapuolella.

30 Ulosottoproseduuri on seurava: Säiliö 87 on tyhjä ja typetetty. Putki 88 reaktorin 81 huipulle on täynnä nestettä.

Kaikki säiliön venttiilit ovat kiinni.

21 93207

Jotta reaktoriin ei pumpattaisi inerttejä kaasuja, täytetään säiliö 87 reaktorin ympäri kiertävällä nesteellä avaamalla venttiili 93. Säiliön paine pidetään nesteen höyryn-painetta suurempana paineensäätimen 90 avulla, joka ohjaa venttiiliä 91. Täyttö tapahtuu varovasti.

5 - Kun pintakytkin 92 kertoo säiliön 87 olevan täynnä nestettä suljetaan venttiilit 93 ja 94.

Avataan venttiilit 95 ja 96, jolloin katalyytti virtaa säiliöön. Kun venttiileitä pidetään riittävän pitkään avoinna (1-2 min.), säiliö täyttyy rajoitinputken korkeudelle katalyytistä ja nesteestä. Siirto voidaan varmistaa pintakytkimin.

10 - Suljetaan venttiilit 95 ja 96.

Avataan venttiili 91, jolloin säiliön paine laskee alle nesteen höyrynpaineen, jolloin neste höyrystyy pois. Säiliö on saatettava liiallisen jäähtymisen estämiseksi. Jos höyrystyviä hiilivetyjä ei oteta talteen johonkin talteenottojärjestelmää, vaan ne annetaan mennä soihtuun, on venttiilit 91 ja 94 mahdollista yhdistää.

15 - Avataan venttiili 97, jolloin typpeä pursotetaan katalyyttikerroksen läpi, jolloin jäännöshiilivedyt haihtuvat (tyypillinen aika muutamia tunteja).

Avataan 98, jolloin käytetty katalyytti putoaa esim. lavalle poiskuljetettavaksi. Suljetaan venttiilit 91, 97, 98.

Voidaan palata proseduurin alkuun.

Γ0

Reaktoriin voidaan lisätä katalyyttia helposti. Panoksittain tapahtuva katalyytin lisäys voidaan tehdä reaktorin katalyyttikerroksen pinnan yläpuolella sijaitsevan syöttösäiliön 99 (vähimmäisvaatimus on, että säilön pohja sijaitsee reaktorin virtausjakajan 86 yläpuolella) avulla. Säliön 99 koko valitaan halutun maksimikerta-annoksen mukaan. Sen maksimikoko on 25 korkeintaan reaktorissa olevan katalyytin tilavuus sen ollessa kiintokerrosolotilassa. Syöttö tapahtuu seuraa van proseduurin mukaisesti: Säiliö 99 on tyhjä ja typetetty. Kaikki säiliöön liittyvät venttiilit on kiinni.

Täytetään säiliö katalyytillä miesluukun kautta. Täytön aikana säiliötä 99 typetetään venttiilin 100 kautta, jolloin venttiiliä 101 pidetään auki typen päästämiseksi ulos 30 säiliöstä.

Suljetaan miesluukku.

Jos katalyytti on vesislurrynä, avataan säiliön pohjaventtiili 102 ja annetaan veden 22 93207 valua pois, minkä jälkeen venttiili suljetaan.

Suljetaan venttiilit 100 ja 101.

Jotta reaktoriin ei pumpattaisi inerttejä kaasuja, täytetään säiliö 99 reaktorin 81 ympäri kiertävällä nesteellä avaamalla venttiili. 103. Säiliön paine pidetään nesteen höyryn-5 painetta suurempana paineensäätimen 104 avulla. Säädin ohjaa venttiiliä 105. Täyttö tapahtuu varovasti.

Kun pintakytkin 106 kertoo säiliön 99 olevan täynnä nestettä suljetaan venttiilit 103 ja 105.

Avataan venttiilit 107 ja 108, jolloin katalyytti virtaa reaktoriiin. Venttiilin 106 kautta 10 huuhdellaan säiliötä ja syöttöputkea nesteellä. Siirto voidaan varmistaa pintakytkimin.

Suljetaan venttiilit 107 ja 108. Säiliö on nyt täynnä nestettä. Säiliö voidaan tyhjentää reaktoriin typpipaineen avulla, jos on käytettävissä riittävän korkeapaineista typpeä.

Jos näin ei ole, voidaan säiliö tyhjentää soihtuun.

Tämän jälkeen voidaan palata proseduurin alkuun.

15

Seuraavat sovellutusesimerkit valaisevat keksintöä lähemmin.

Esimerkki 1 (vertailu) TAME:n valmistus leijukerrosreaktorissa 20

Laitteistona käytettiin kuviossa 2 esitettyä putkireaktoria, jossa metanoli ja iso-olefiiniseos saatettiin reagoimaan tavallisessa leijukerroksessa keskenään. Reaktori oli varustettu tuotteiden kierrätyksellä.

25 Reaktorin sisähalkaisija 154,1 mm Reaktorin korkeus 7500 mm

Katalyytti Amberlyst 15 kationinvaihtohartsi Määrä 66 litraa (ei leijutustilassa) ti 23 93207

Leijutusominaisuudet reaktioseoksella:

Kerroksen laajeneminen lineaarivirtausnopeus v (BE) % m/h 0 27 5 10 47 30 87

Kerroksen laajenemista voidaan estimoida yhtälön 11 mukaisella yhtälöllä 10 BE/100 % = 0,0050*v/(m/h) - 0,135

Syötön koostumus

Metanoli 7,96 p-% C4. 9,16 p-% 15 2-metyyli-2-buteeni 10,80 p-% 2-metyyli-l-buteeni 5,73 p-% C5 loput 52,74 p-% C6+ 13,61 p-% 20 Reaktorin tuoresyötön määrä 117 kg/h

Reaktorin syötön määrä 695 kg/h sisältää kierrätysvirran

Reaktorin operointilämpötila 65 °C

25 Saavutettu isoamyleenikonversio (2-metyyli-2-buteeni + 2-metyyli-l-buteeni = isoamyleenit) TAME:ksi 51.4 %

Esimerkki 2 TAME:n valmistus leijukerros/kiintokerros-putkireaktorilla 30 TAME:a valmistettiin kuvion 7 mukaisella laitteistolla, jossa esimerkin 1 mukaisen laitteiston päälle on asennettu lämmönvaihdin (hiilivetypuolella kerran läpi -tyyppinen) ja sen päälle 24 93207 154,1 mm halkaisijainen 4500 mm korkea putki, jonka ala-osassa on reikälevytyyppinen virtausjakaja. Katalyyttiä tässä osassa pidetään normaali operoinnin aikana 70 litraa. Lämmönvaihtimella reaktioseos jäähdytetään 50 °C:ksi. Kierrätysvirta otetaan lämmönvaihtimen alapuolelta. Muut reaktio-olosuhteet ovat samat kuin esimerkissä 1.

5

Saavutettu isoamyleenikonversio (TAME:ksi) on 60,7 %.

Esimerkki 3 10 TAME:n valmistus kahdella laajennusosalla varustetulla reaktorilla

Laitteistona käytettiin kuviossa 3 esitettyä reaktoria, johon oli muodostettu kiintokerros leijukerroksen yläpuolelle jäljestämällä reaktorin 30 %:n laajennusosan, jonka ansiosta nesteseoksen lineaarivirtausnopeus putoaa alle minimileijutusnopeuden. Osa tuotevirrasta 15 kierrätetään lähtöaineiden syöttöön.

Reaktorin halkaisija virtausjakajan kohdalla 650 mm

Reaktorin pohjan kartiokulma 30°

Reaktorin halkaisija leijukerrososuudella 20 (30 %:n laajenemisvyöhyke 900 mm

Leijukerrososan korkeus (30 %:n laajenemisvyöhyke) 25500 mm Katalyytin määrä leijukerrososuudella (ei leijutustilassa) 13,2 m3 Leijukerrososuuden jälkeisen kartion kulma 30°

Reaktorin halkaisija kartion yläosassa 2000 mm 75 Katalyytin määrä kiintokerrososuudella (ei leijutustilassa) 15 m3

Kiintokerrososuuden korkeus (0 %:n laajenemisvyöhyke) 5000 mm

Katalyyttikerroksen kokonaiskorkeus reaktorissa (voidaan laskea yhtälöillä 4, 13 - 15, 18 ja 19) 31,0 m

Pysähdystilassa olevan reaktorin katalyyttikorkeus 29,8 m

Katalyytti

Sama kuin esimerkissä 1 30 25 93207

Syötön koostumus Sama kuin esimerkissä 1

Tuoresyötön määrä 16,25 t/h 5

Reaktorisyötön määrä 29 t/h

Reaktori syötön lämpötila 65 °C

10 Saavutettu kokonaisisoamyleenikonversio TAME:ksi 52,1 %

Esimerkki 4 TAME:n valmistus lämmönvaihtimella varustetussa leijukerros/kiintokerrosreaktorissa 15 Laitteistoja reaktioseos ovat kuin esimerkissä 3, mutta leijukerrososuudelle on sijoitettu korkeudelle 15000 mm virtausjakajasta lämmönvaihdin, jonka pituus on 3000 mm, joka koostuu 1160:stä od. 3A" lämmönvaihdintuubista (ks. kuvio 5). Lämmönvaihtimella esimerkin 3 kanssa identtinen reaktioseos jäähdytetään 50 °C:ksi.

70 Saavutettu kokonaisisoamyleenikonversio TAME:ksi 53,9 %

Esimerkki 5 TAME:n valmistus lämmönvaihtimella ja välituotteiden kierrätyksellä varustetussa leijuker-ros/kiintokerrosreaktorissa 25

Esimerkin 4 mukainen laitteisto ja reaktioseos, mutta ylemmän kartion pohjaosa on varustettu uudelleenvirtausjakajalla ja reaktorista otetaan sivukierto tämän alapuolelta (ks.

* kuvio 6).

30 Saavutettu kokonaisisoamyleenikonversio TAME:ksi 57,3 % 26 93207

Esimerkki 6 ETBErn valmistus Tässä esimerkissä käytettiin esimerkin 5 mukaista laitteistoa, mutta reaktioseos oli seuraava: 5

Hiilivetysyöttö: Etanolisyöttö

Isobuteeni 22,33 p-% Etanoli 99,38 p-%

Isobutaani 31,58 ETBE 0,16 10 n-butaani 10,03 H20 0,46 1-buteeni 12,82

Trans-2-buteeni 12,94

Cis-2-buteeni 9,27

Ci+ 1,03 15 Määrä 10 t/h Määrä 1,5 kg/h

Reaktori syötön kokonaismäärä 30 t/h ja syötön lämpötila 50 °C. Näissä olosuhteissa saavutettu isobuteenikonversio ETBE:ksi: 76,9 % 20

Esimerkki 7 - MTBE:n valmistus

Esimerkin 6 mukainen laitteisto, hiilivetysyöttö ja reaktio-olosuhteet, mutta alkoholina 25 metanoli, jonka syöttömäärä on 1,1 t/h.

Saavutettu isobuteenikonversio MTBE:ksi 81,4 %

Claims (25)

93207

1. Menetelmä tertiaaristen alkyylieetterien valmistamiseksi iso-olefiineista tai näiden 5 seoksista ja ainakin yhdestä alemmasta alifaattisesta alkoholista, jonka menetelmän mukaan - reaktioon osallistuvista aineista muodostetaan nestemäinen seos, joka johdetaan reaktioastiassa olevan ainakin yhden ensimmäisen reaktiovyöhykkeen (35; 45; 55; 65; 75) läpi, jossa vyöhykkeessä on happamasta kationinvaihtohartsista koostuvia katalyytti-hiukkasia, jotka muodostavat ensimmäisen reaktiopedin, jolloin seoksen virtausnopeus 10 pidetään niin suurena, että katalyyttihiukkasista koostuva ensimmäinen reaktiopeti laajenee ainakin jonkin verran nesteseoksen läpivirtauksen aikana, - ensimmäisestä reaktiovyöhykkeestä saatava seos johdetaan ainakin oleellisesti kiinteästä reaktiopedistä koostuvan ainakin yhden toisen reaktiovyöhykkeen (36; 46; 56; 66; 76) läpi, jossa pedissä on samantyyppisiä katalyyttihiukkasia kuin ensimmäisessä pedissä ja 15. toisesta reaktiovyöhykkeestä saatava tuote johdetaan tarvittaessa jatkokäsittelyyn ja tuotteiden erotukseen, tunnettu siitä, että - toinen reaktiovyöhyke (36; 46; 56; 66; 76) järjestetään samaan reaktioastiaan kuin ensimmäinen vyöhyke ja 20. ensimmäisestä reaktiovyöhykkeestä (35; 45; 55; 65; 75) saatava seos johdetaan alhaalta ylöspäin suuntautuvana virtana toisen reaktiovyöhykkeen läpi minimileijutusnopeutta pienemmällä virtausnopeudella ainakin olennaisesti kiinteässä tilassa olevan reaktiope-din muodostamiseksi toiseen reaktiovyöhykeeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seoksen lineaarivir- tausnopeutta alennetaan ensimmäisen reaktiovyöhykkeen (35; 45; 55; 65; 75) jälkeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seoksen virtausnopeus alennetaan arvoon, joka on noin 20...40 %, edullisesti noin 30...35 % ensimmäisessä 30 reaktiovyöhykkeessä (35; 45; 55; 65; 75) vallitsevasta virtausnopeudesta.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seoksen 93207 lineaarivirtausnopeuden alentamiseksi toinen reaktiovyöhyke (36; 46; 56; 66; 76) järjestetään poikkipinnaltaan ensimmäistä reaktiovyöhykettä suuremmaksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin 5 osa ensimmäisestä reaktiovyöhykkeestä (35; 45; 55; 65; 75) tulevasta seoksesta erotetaan ennen toista reaktiovyöhykettä ja yhdistetään ensimmäisen reaktiovyöhykkeen tuoresyöttöön.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen reaktiovyöhykkeen reaktioseoksen syöttöpäähän järjestetään korkean sekoitusas- 10 teen omaava vyöhyke (39).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen reaktiovyöhykkeen pedin laajenemiskerroin on ainakin noin 50 % reaktiovyöhykkeen syöttöpäässä (39) ja edullisesti ainakin noin 10 % sen poistopäässä ja toisen reaktiovyöhyk- 15 keen pedin laajenemiskerroin on pienempi kuin 5 %.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioseosta jäähdytetään ennen kuin se johdetaan toiseen reaktiovyöhykkeeseen.

9. Laitteisto tertiaaristen alkyylieetterien valmistamiseksi iso-olefiineista tai näiden seoksista ja ainakin yhdestä alemmasta alifaattisesta alkoholista, jolloin lähtöaineiden sisältämät iso-olefiinit ja alkoholit saatetaan reagoimaan keskenään reaktiotilassa olevan kationinvaihtohart-sin läsnäollessa eetterien muodostamiseksi, joka laitteisto käsittää - kationinvaihtohartsilla täytetyn yhtenäisen ja pitkänomaisen reaktoriastian (31; 41; 51; 61; 71), jonka pituusakseli on järjestetty oleellisesti pystysuoraksi ja jossa on lähtöaineiden syöttöyhde (30A; 40A; 50A; 60A; 70A) ja tuotteiden poistoyhde (30B; 40B; 50B; 60B; 70B), tunnettu siitä, että - reaktioastiassa on alaosa, johon on muodostettavissa leijukerrospeti (35; 45; 55; 65; 75), ja yläosa, johon on muodostettavissa kiinteä reaktiopeti (36; 46; 56; 66; 76), - reaktoriastian alaosa (35) liittyy yläosaan (36) laajennuskappaleen (37) välityksellä, joka laajennuskappale käsittää katkaistun kartion muotoisen kaulusosan (37), jonka kartiokul- tl 93207 ma on 5° - 45°, ja - lähtöaineiden syöttöyhde (30A; 40A; 50A; 60A; 70A) on yhdistetty realctioastian alaosaan ja tuotteiden poistoyhde (30B; 40B; 50B; 60B; 70B) vastaavasti yläosaan,

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kiinteä reaktiopeti (36; 46; 56; 66; 76) on saatavissa aikaan alentamalla reaktorin läpi viilaavan nesteen lineaarivirtausnopeus reaktorin yläosassa alle minimileijutusnopeuden ja kiintokerroksen katalyytti on vaihdettavissa alentamalla hetkellisesti nesteen virtausnopeutta niin paljon, että kiintokerroksen katalyytti painovoiman vaikutuksesta pääsee valumaan alas reaktorin alaosaan, josta se tarvittaessa voidaan poistaa ja korvata tuoreella katalyytillä.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että reaktoriastian poikkipinta laajenee laajennuskappaleen kohdalla niin paljon, että alaosasta yläosaan viilaavan nesteen virtausnopeus laskee alle minimileijutusnopeuden.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että alaosa ja yläosa on täytetty samanlaisilla kationinvaihtohartsipartikkeleilla.

13. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että yläosa käsittää ainakin osan laajennuskappaleesta (37).

14. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että reaktorirungon poikkileikkauksen pinta-ala yläosan kohdalla on noin 2-...10-kertaa suurempi kuin poikkileikkauksen pinta-ala alaosan kohdalla.

15. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että oleellisesti reaktoriastian alaosan yläpuolelle on sovitettu kierrätysputkilinjan tuloyhde (48), jonka kautta ainakin osa alaosan läpi kulkeutuneesta tuoteseoksesta voidaan kierrättää lähtöaineiden syöttöyhteeseen.

16. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 14 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ala- ja yläosat on erotettu toisistaan nestevirtauksen jakajalla (47). 93207

17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että alaosa syöttöpää on muotoiltu kartion muotoiseksi laajennusosaksi (39) hyvin sekoitetun vyöhykkeen muodostamiseksi.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kartiomaisen laajennusosan (39) kartiokulma on 5° - 60°, edullisesti 15° - 45°.

19. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että alaosaan on sovitettu lämmönvaihdin (57; 67; 77), jolla leijukerroksen läpi kulkevaa reaktioseosta voidaan jäähdyttää ennen kiintokerrosta.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 9 - 19 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että reaktio-astian syöttöyhde on yhdistetty lähtöaineiden virtauksen säätöelimeen, jolla voidaan säätää reaktioastiaan syötettävän nestevirtauksen virtausnopeutta.

21. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että reaktioastian alaosaan on sovitettu kationinvaihtohartsin syöttö- (108) ja poistoyhteet (95).

22. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se on MTBE-, ETBE-, TAEE- tai TAME-prosessin esireaktori.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 9-21 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se on ' TAME-prosessin varsinainen eetteröintireaktori.

24. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksen 9 - 23 mukaisen laitteiston käyttämiseksi, tunnettu seuraavien toimenpiteiden yhdistelmästä: - reaktioastia (31; 41; 51; 61; 71) täytetään alaosaltaan kahden reaktiopedin muodostamiseen tarvittavalla määrällä kationinvaihtohiukkasia, - reaktioastian syöttöyhteestä (30A; 40A; 50A; 60A; 70A) johdetaan reaktioastian alaosaan keskenään reagoimaan saatettavien lähtöaineiden nesteseos, - nesteseoksen virtausnopeus säädetään niin korkeaksi, että kationinvaihtohiukkaset muodostavat astian alaosassa halutun kokoisen leijukerrospedin (35; 45; 55; 65; 75) ja 93207 että ylimääräinen osa katalyytista kulkeutuu nesteseoksen mukana reaktioastian yläosaan, - nesteseoksen virtausnopeus reaktioastian yläosassa pidetään minimileijutusnopeutta pienempänä kiintokerroksen (36; 46; 56; 66; 76) muodostamiseksi yläosaan, - reaktioastian alaosan leijukerrostilaa ja yläosan kiintokerrostilaa ylläpidetään lähtöaineiden reaktion aikana ja - tarvittaessa leijukerroksesta poistetaan reaktion aikana osa kationinvaihtohartsista, joka korvataan tuoreella tai regeneroidulla hartsilla.

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalyytti vaihdetaan - avaamalla reaktorin (81) alaosassa sijaitseva katalyytin ulosottoyhde (95), - pitämällä nestevirtauksen virtausnopeus minimileijutusnopeutta suurempana, kunnes haluttu määrä katalyyttia on saatu poistetuksi reaktorista, - pysäyttämällä ainakin osittain nestevirtaus reaktorissa, jotta saataisiin reaktorin yläosassa oleva katalyytti laskeutumaan alas, - nostamalla nestevirtaus reaktorissa jälkeen yli minimileijutusnopeuden nestettä kierrättäen niin, että haluttu katalyyttimäärä paisuu reaktorin yläosan kiintokerrososaan, ja - syöttämällä uusi katalyyttierä reaktoriin ja laskemalla nesteen virtausnopeus halutulle leijutusvirtausnopeustasolle. 93207