有机物蒸汽重整及防焦措施探讨

有机物蒸汽重整及防焦措施探讨

陈小平

成都天保节能环保工程有限公司     四川 成都 610000

摘要：本文主要探讨了有机物蒸汽重整技术在化工生产中的应用及其防焦措施。首先，介绍了有机物蒸汽重整的工艺流程和原理；然后分析了该技术在生产过程中容易出现的焦炭堆积问题，并提出了相应的解决方案；最后，针对不同生产场景下的应用特点，探讨了适合的防焦措施。

关键词：有机物；蒸汽重整；防焦措施；化工生产

前言：有机物蒸汽重整技术是基于甲烷蒸汽重整的化学反应，通过控制反应条件使得其他有机物也能够参与其中，进而转化为氢气和二氧化碳。该技术具有高效、清洁的特点，被广泛用于石油化工、化工合成等领域，成为产生高纯度氢气的主要途径之一。然而，在实际生产中，有机物蒸汽重整也存在着一些问题，最主要的就是焦炭堆积问题。焦炭的堆积会严重影响设备的正常运行，甚至造成安全事故。因此，如何有效地解决焦炭堆积问题成为了该技术应用过程中亟需解决的难题。本文以有机物蒸汽重整技术为研究对象，从防止焦炭堆积的角度出发，对其应用及防焦措施进行了深入探讨，旨在为化工生产实践提供可行性建议和技术支持。

1 有机物蒸汽重整技术的原理

蒸汽重整反应是一种重要的化学反应，有机物蒸汽重整技术是一种将低级碳氢化合物转化为高级烃或氢气的方法。其原理是在高温下，将有机物气化后与过热的水蒸汽形成的混合气与催化剂接触，使其发生催化裂解反应和重组反应，生成较高级别的烃类和氢气，也被称为水煤气转换反应。催化剂则通常采用镍、钼、铜等金属及其氧化物。在反应过程中，有机物蒸汽首先被加热至高温状态，然后通过催化剂床，与催化剂表面发生吸附作用。在反应器中，有机物发生部分氧化反应，生成氢气和二氧化碳，其反应式如下：

表1   蒸汽重整热解主要化学反应

该过程需要控制反应条件，使得反应能够顺利进行。一般情况下，温度在600℃左右、压力在3~4 MPa左右、有机物浓度在1%~5%左右时，最佳反应效果可以得到保证。有机物蒸汽重整技术具有反应速度快、产品选择性好、催化剂寿命长等优点，因此在石油化工、化学制品等领域得到了广泛应用。

2 焦炭堆积的解决策略

2.1 保持反应器的温度和压力恒定

  焦炭是指在一些生产过程中，由于不完全燃烧或者分解的物质，沉积在反应器内部或管道中而形成的黑色或棕色固体物质。当焦炭堆积过多时，可能会影响到反应器的正常运行，因此需要采取相应措施。保持反应器的温度和压力恒定是解决焦炭堆积问题的一个策略。首先，要确保反应器的温度和压力在适宜范围内，这有利于保持反应器内物料的流动性和化学反应的正常进行，减少焦炭的形成。其次，在反应器运行过程中，可以通过增加物料的搅拌强度、调节进料速率和改变反应条件等方法来控制焦炭的生成。此外，还可以采取清除焦炭的方法，例如定期进行清理和维护，避免焦炭对反应器造成不良影响。总之，保持反应器的温度和压力恒定是解决焦炭堆积问题的一种有效策略，但也需要根据具体情况采取其他措施来避免或处理焦炭堆积问题。

2.2 加强催化剂的选择和管理

加强催化剂的选择和管理也是解决焦炭堆积问题的有效策略之一。首先，优选合适的催化剂可以减少反应过程中不完全燃烧或分解的物质，从而降低焦炭生成的可能性。因此，在选择催化剂时，应该根据反应特性和物料组成等因素综合考虑，选择具有高效活性、良好稳定性和抗毒化特性的催化剂。其次，对催化剂进行有效管理，可以提高其使用寿命和催化效率，并减少产生的废物和污染物。例如，定期清洗和更换催化剂、控制反应条件以避免催化剂失活、严格控制进料质量和比例等方法，都可以有效地管理催化剂，减少焦炭积聚的风险。不同催化剂对于有机物蒸汽重整过程中解决焦炭堆积的效果对比如表1所示。

表2 不同催化剂对于有机物蒸汽重整过程中解决焦炭堆积的效果

2.3 实施反应物的预处理

    在反应过程中，如果反应物中存在一些不良成分或杂质，容易导致产生焦炭和反应堵塞等问题。因此，在进行反应之前，可以对反应物进行预处理，去除其中的杂质和有害成分，以降低焦炭生成的可能性。具体来说，可以采用物理、化学方法等方式进行反应物的预处理。例如，采用过滤、蒸馏、萃取等物理方法去除反应物中的悬浮物和挥发性有机物；或者采用酸碱中和、氧化还原等化学方法去除反应物中的有害成分和杂质。通过这些方法处理后的反应物具有更高的纯度和更稳定的特性，可以减少焦炭生成和反应堵塞的风险。需要注意的是，反应物的预处理需要根据具体情况进行，因为不同的反应物可能需要采用不同的处理方式。

3 不同生产场景下的防焦措施

3.1 改变反应条件

    改变反应条件可以包括调整反应温度、压力、气体流量、催化剂种类和添加剂比例等因素。这些因素的变化会直接影响反应物的反应速率、转化率以及生成物的选择性，从而减少焦炭生成的可能性。例如，在石化工业中，通过增加催化剂的使用量、优化其种类和组分以及控制进料的比例和质量等方法，可以有效地降低焦炭的生成。在高温热解生产过程中，通过控制反应器的温度和压力，避免粘附和积聚，减少焦炭的生成和堆积。此外，在喷气式燃气轮机等设备中，也可通过采用预混燃烧、增加燃烧空气量、改变燃烧器结构等方式，改变反应条件，降低焦炭的生成。需要注意的是，改变反应条件虽然能够降低焦炭生成的可能性，但同时也可能会对产品质量和生产效率产生影响。

3.2 使用预处理设备

    预处理设备可以根据反应物的性质和组成，对其进行物理或化学上的预处理，从而去除其中的杂质、有害成分和固体颗粒等。这样可以减少反应物中不完全燃烧或分解的物质，降低焦炭生成的可能性。在生产过程中，常用的预处理设备包括：1）过滤器：能够去除反应物中的悬浮物和固体颗粒，减少堵塞和焦炭生成的可能性。2）萃取装置：能够通过溶剂提取等方法，去除反应物中的挥发性有机物和生物质等，减少其对反应的干扰和影响。3）中和装置：能够将反应物中的酸性或碱性物质中和掉，减少其对反应的干扰和影响。4）气体净化装置：能够去除反应物中的氧、水蒸气和其他杂质气体，减少反应物的氧化和热解，降低焦炭生成的可能性。需要注意的是，预处理设备的选择和使用要根据具体情况进行，因为不同反应物可能需要采用不同的预处理设备。因此，在选择预处理设备时，需要充分了解反应物的性质和组成，并结合实际情况进行综合考虑。

3.3 定期清洗反应器

随着反应物的不断进入和反应的进行，反应器内部可能会出现各种杂质、沉积物或不完全燃烧的物质等，这些都可能导致反应堵塞和焦炭生成。因此，定期清洗反应器可以有效地去除这些杂质和沉积物，减少反应堵塞的风险，并避免焦炭的生成和堆积。具体来说，反应器的清洗可以采用物理、化学、机械等多种方式。在物理清洗中，可以使用高压水枪、蒸汽、气体或溶剂等方法，将反应器内部的杂质和沉积物清除干净。在化学清洗中，可以选用酸碱中和、氧化还原等化学方法，通过对反应器内部的清洗液进行加热、循环、冲刷等操作，将反应器内部的杂质和沉积物彻底清除。在机械清洗中，则可以利用机械设备对反应器内部进行刮擦、冲击等处理，去除难以清洗的沉积物和焦炭。需要注意的是，定期清洗反应器不仅可以减少焦炭生成的风险，同时也能够延长反应器的使用寿命，提高运行效率和产品质量。但是，在清洗反应器时，必须注意安全操作，避免对环境和人员造成伤害。

3.4 加入防焦蒸汽

为了防止焦炭的产生，可以采取采用加入防焦蒸汽的方式进行优化。防焦蒸汽是由水蒸气和空气等组成的混合气体，在反应器中通过喷嘴喷入，可以防止有机物蒸汽在反应器中过度分解和聚合，减少焦炭的产生。具体而言，防焦蒸汽可以通过以下步骤制备：1）将透明液体防焦剂注入蒸汽发生器中。2）将水加入蒸汽发生器中，将温度升高至透明液体防焦剂开始挥发。3）调节水的流量和温度，使蒸汽发生器中的透明液体防焦剂挥发速度与反应物进料速度相匹配。4）将生成的防焦蒸汽通过喷嘴喷入反应器中。需要注意的是，防焦蒸汽的制备要根据实际情况进行调整和优化，以达到最佳防焦效果。

结语：在有机物蒸汽重整生产过程中，焦炭的生成往往是难以避免的。为了减少或防止焦炭生成，并确保反应器的正常运行和产品质量，在生产过程中需要采取一系列防焦措施。这些措施包括：优化催化剂选择和管理、实施反应物的预处理、改变反应条件、使用预处理设备、定期清洗反应器等。通过采用不同的策略，可以有效地降低焦炭生成的可能性，提高生产效率和产品质量，确保生产过程的顺利进行。

参考文献：

[1]李国. 煤化工工业废水熄焦对焦炭影响[D].河北科技大学,2013.

[2]李国栋. 粉状焦炭和粉状氧化钙制备碳化钙新工艺的基础研究[D].北京化工大学,2011.