M⁃MOF⁃74吸附分离天然气中CO2的模拟研究

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2019.03.008

辽宁石油化工大学学报 ›› 2019, Vol. 39 ›› Issue (3): 40-45.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2019.03.008

M⁃MOF⁃74吸附分离天然气中CO₂的模拟研究

朱敏¹，王艳芳¹，陈树军^1,2，付越¹，李雪健¹，刘永强¹

（1.中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东青岛 266580； 2.山东省油气储运安全省级重点实验室，山东青岛 266580）

收稿日期:2018-12-29 修回日期:2019-02-21 出版日期:2019-06-05 发布日期:2019-06-18
通讯作者: 陈树军（1978⁃），男，博士，副教授，从事气体吸附与天然气预处理脱酸等方面的研究；E⁃mail: shujunchenfu@126.com。
作者简介:朱敏（1993-），女，硕士研究生，从事多孔介质吸附分离气体方面的研究；E-mail：1015194852@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目（51306210）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（18CX02080A）

Simulation Study on the Adsorption and Separation of CO2 from Natural Gas by M⁃MOF⁃74

Zhu Min¹，Wang Yanfang ¹，Chen Shujun^1,2，Fu Yue¹，Li Xuejian¹，Liu Yongqiang¹

(1.College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao Shandong 266580,China； 2.Shandong Key Laboratory of Oil & Gas Storage and Transport Safety, Qingdao Shandong 266580, China）

Received:2018-12-29 Revised:2019-02-21 Published:2019-06-05 Online:2019-06-18

摘要/Abstract

摘要： 研究了M⁃MOF⁃74系列吸附剂在天然气脱CO₂中的应用，建立了M⁃MOF⁃74系列吸附剂的骨架模型，并利用GCMC方法计算了CO₂纯组分气体以及CO₂/CH₄混合气体在M⁃MOF⁃74系列吸附剂上的吸附。结果表明，M⁃MOF⁃74系列吸附剂对CO2的吸附量从大到小的顺序为Mg⁃MOF⁃74＞Ni⁃MOF⁃74＞Co⁃MOF⁃74＞Fe⁃MOF⁃74＞Cr⁃MOF⁃74＞Mn⁃MOF⁃74；吸附混合气体时，CO₂吸附量规律与纯CO₂吸附量一致，CH₄吸附量从大到小的顺序为Mg⁃MOF⁃74＞Ni⁃MOF⁃74≈Co⁃MOF⁃74≈Fe⁃MOF⁃74≈Cr⁃MOF⁃74≈Mn⁃MOF⁃74；气体在M⁃MOF⁃74系列吸附剂上的等量吸附热的大小规律与吸附量规律相同，说明气体与M⁃MOF⁃74系列吸附剂之间的相互作用是影响吸附量的主要因素。吸附剂对混合气体的选择性从大到小的顺序为Ni⁃MOF⁃74＞Co⁃MOF⁃74＞Fe⁃MOF⁃74＞Mn⁃MOF⁃74＞Cr⁃MOF⁃74＞Mg⁃MOF⁃74。综合比较CO₂吸附量、再生能耗、选择性系数等参数，Ni⁃MOF⁃74更适合吸附分离天然气中的CO₂。

关键词: 分子模拟, 吸附分离, 吸附量, 等量吸附热, 选择性系数

Abstract: The application of M⁃MOF⁃74 series in CO₂removal of natural gas was studied. The skeleton model of M⁃MOF⁃74 was established. The adsorption of pure CO₂gas and CO₂/CH₄ mixed gas in M⁃MOF⁃74 series adsorbent was calculated by GCMC method. The results showed that the order of adsorption of CO₂by M⁃MOF⁃74 adsorbent was Mg⁃MOF⁃74 > Ni⁃MOF⁃74 > Co⁃MOF⁃74 > Fe⁃MOF⁃74 > Cr⁃MOF⁃74 > Mn⁃MOF⁃74.When adsorbing mixed gases, the adsorption amount of CO₂ by each adsorbent is consistent with that of pure CO2 adsorption, and the adsorption amount of CH₄ is: Mg⁃MOF⁃74>Ni⁃MOF⁃74≈Co⁃MOF⁃74≈Fe⁃MOF⁃74≈Cr⁃MOF⁃74≈Mn⁃MOF⁃74. The law of isosteric heat of gas on M⁃MOF⁃74 is the same as that of adsorption capacity, indicating that the interaction between gas and M⁃MOF⁃74 is the main factor affecting the adsorption amount. The selectivity of each adsorbent to mixed gas: Ni⁃MOF⁃74>Co⁃MOF⁃74>Fe⁃MOF⁃74>Mn⁃MOF⁃74>Cr⁃MOF⁃74>Mg⁃MOF⁃74. Comprehensive comparison of CO₂adsorption capacity, regeneration energy consumption, selectivity coefficient and other parameters, Ni⁃MOF⁃74 is more suitable for the adsorption and separation of CO₂ in natural gas.

Key words: Molecular simulation, Adsorption separation, Adsorption capacity, Isosteric heat, Selectivity

朱敏，王艳芳，陈树军，付越，李雪健，刘永强. M⁃MOF⁃74吸附分离天然气中CO₂的模拟研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(3): 40-45.

Zhu Min，Wang Yanfang，Chen Shujun，Fu Yue，Li Xuejian，Liu Yongqiang. Simulation Study on the Adsorption and Separation of CO2 from Natural Gas by M⁃MOF⁃74[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2019, 39(3): 40-45.

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M⁃MOF⁃74吸附分离天然气中CO₂的模拟研究

Simulation Study on the Adsorption and Separation of CO2 from Natural Gas by M⁃MOF⁃74

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