Koolstofvorming

Koolstofvorming is het proces waarbij vaste koolstofdeeltjes zich ophopen op oppervlakken van materialen en installaties wanneer koolwaterstoffen worden omgezet bij hoge temperaturen. Het komt veel voor bij chemische processen zoals kraken, reforming en verbranding, maar ook op metalen oppervlakken waar koolstof uit brandstoffen kan opladen en precipiteren. In katalytische systemen leidt koolstofvorming vaak tot deactivering van de katalysator en tot verhoegd prestatieverlies door verstopte poriën en verslechterde warmteoverdracht.

De belangrijkste oorzaken zijn selectieve opeenvolgende reacties onder hoge temperatuur, beperkte aanwezigheid van waterstof en een koolstofrijke brandstof. Koolstofvorming ontstaat vooral door dehydrogenatie, polymerisatie en cyclisatie van vluchtige koolwaterstoffen tot polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAH’s), die samenklonteren tot coke. Op katalytatoroppervlakken in cracking- en reformingprocessen kan coke zich verspreiden in actieve sites en in poriën, waardoor de activiteit en selectiviteit afnemen. Bij verbranding of roetvorming ontstaan vergelijkbareDeposities door onvolledige verbranding en transitie naar vaste koolstof.

Gevolgen zijn onder meer verminderde katalytische activiteit en selectiviteit, verhoogde drukval en temperatuurongelijkheid, snellere slijtage van apparatuur en toenemende onderhoudsbehoefte. In verbrandingssystemen leidt koolstofvorming tot hogere emissies en minder efficiënte verbranding.

Mitigatie omvat operationele en ontwerpmaatregelen zoals regeneratie van coke door gecontroleerde opvoeding tot oxidatie, gebruik van stoom of zuurstofrijke regeneratie, optimalisatie van temperatuur en zuurstofverhouding, en selectie van coke-resistente katalysatoren of dopings die cokevorming afremmen. Ook wordt vaak gekozen voor betere brandstoffen, lagere aromaten of processen waarmee de koolstoftoevoer wordt beperkt.