化工学报
化工學報
화공학보
CIESC Jorunal
2015年
9期
3549-3555
,共7页
张倬铭%杨江峰%陈杨%王勇%李立博%李晋平
張倬銘%楊江峰%陳楊%王勇%李立博%李晉平
장탁명%양강봉%진양%왕용%리립박%리진평
甲烷%分离%吸附剂%金属有机骨架%吸附选择性%穿透试验
甲烷%分離%吸附劑%金屬有機骨架%吸附選擇性%穿透試驗
갑완%분리%흡부제%금속유궤골가%흡부선택성%천투시험
methane%separation%adsorbents%metal-organic frameworks%adsorption selectivity%breakthrough test
非常规天然气未来可以作为常规天然气的有效补充,其中低浓度煤层气和生物质燃气分别需要脱除大量的N2 和 CO2 以达到富集和纯化 CH4 的目的.本研究针对 CH4/N2 这一对较难分离的气体组合,选取了具有一维菱形孔道的 MOFs 材料 Cu(INA)2 作为吸附剂,将合成的样品做了 XRD 和 TG 表征,测试了纯气体 CO2、CH4 和 N2 的吸附曲线,利用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)分子模拟和理想吸附溶液理论(IAST)计算了气体的吸附热和该材料对于 CH4/N2 和 CO2/CH4 的吸附选择性系数;3 MPa 压力下制备的颗粒样品填装吸附分离装置,进行了混合气体 CH4/N2 (50%/50%)和 CO2/CH4 (50%/50%)的穿透试验,分离的结果显示,Cu(INA)2 不仅高选择性地吸附 CH4/N2混合物中的 CH4(SCH4/N2=10),而且对 CH4/N2 的分离效果优于 CO2/CH4.
非常規天然氣未來可以作為常規天然氣的有效補充,其中低濃度煤層氣和生物質燃氣分彆需要脫除大量的N2 和 CO2 以達到富集和純化 CH4 的目的.本研究針對 CH4/N2 這一對較難分離的氣體組閤,選取瞭具有一維蔆形孔道的 MOFs 材料 Cu(INA)2 作為吸附劑,將閤成的樣品做瞭 XRD 和 TG 錶徵,測試瞭純氣體 CO2、CH4 和 N2 的吸附麯線,利用巨正則繫綜矇特卡囉(GCMC)分子模擬和理想吸附溶液理論(IAST)計算瞭氣體的吸附熱和該材料對于 CH4/N2 和 CO2/CH4 的吸附選擇性繫數;3 MPa 壓力下製備的顆粒樣品填裝吸附分離裝置,進行瞭混閤氣體 CH4/N2 (50%/50%)和 CO2/CH4 (50%/50%)的穿透試驗,分離的結果顯示,Cu(INA)2 不僅高選擇性地吸附 CH4/N2混閤物中的 CH4(SCH4/N2=10),而且對 CH4/N2 的分離效果優于 CO2/CH4.
비상규천연기미래가이작위상규천연기적유효보충,기중저농도매층기화생물질연기분별수요탈제대량적N2 화 CO2 이체도부집화순화 CH4 적목적.본연구침대 CH4/N2 저일대교난분리적기체조합,선취료구유일유릉형공도적 MOFs 재료 Cu(INA)2 작위흡부제,장합성적양품주료 XRD 화 TG 표정,측시료순기체 CO2、CH4 화 N2 적흡부곡선,이용거정칙계종몽특잡라(GCMC)분자모의화이상흡부용액이론(IAST)계산료기체적흡부열화해재료대우 CH4/N2 화 CO2/CH4 적흡부선택성계수;3 MPa 압력하제비적과립양품전장흡부분리장치,진행료혼합기체 CH4/N2 (50%/50%)화 CO2/CH4 (50%/50%)적천투시험,분리적결과현시,Cu(INA)2 불부고선택성지흡부 CH4/N2혼합물중적 CH4(SCH4/N2=10),이차대 CH4/N2 적분리효과우우 CO2/CH4.
As powerful and effective supplement to conventional natural gas in future, the unconventional gas including low concentration coalbed methane and biomass need to remove a large amount of N2 and CO2 to achieve enrichment and purification of CH4. To separate N2 and O2, Cu(INA)2 with pores of a one-dimensional rhombus was chosen as an adsorbent. The synthesized sample was characterized with XRD and TG. Combined with CO2, CH4 and N2 adsorption curves, the grand canonical ensemble Monte Carlo (GCMC) molecular modeling and the ideal adsorbed solution theory (IAST) were used to calculate the adsorption heat of gas and adsorption selectivities for binary mixtures (CH4/N2 and CO2/CH4), separately; For breakthrough separation experiments, powder samples of Cu(INA)2 were pelletized into particles of a certain size under pressure of 3 MPa. The result revealed that Cu(INA)2 has not only high selective adsorption of CH4 in mixture of CH4/N2 (SCH4/N2=10), but also better separation for CH4/N2 than CO2/CH4.