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期刊简介

  • 主管

    中国煤炭科工集团有限公司

  • 主办

    煤炭科学研究总院有限公司
    煤炭工业洁净煤工
    程技术研究中心

  • 主编

    解强

  • 刊期

    月刊

  • ISSN

    1006-6772

  • CN

    11-3676/TD

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MFI型分子筛对燃煤电厂烟气中CO2吸附的分子模拟

2024年 第S2期
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作者:
杨旭
王伟云
黄航宇
周灿
单位:
沈阳航空航天大学能源与环境学院
摘要:

    CO2作为产生温室效应的主要气体,对它进行吸附分离对于环境保护和能源转化具有重大意义。材料对CO2的吸附性能是决定吸附效率的关键。沸石分子筛作为一种高比表面积、高孔隙率、强热稳定性的可再生无机材料,近年来在CO2吸附领域备受关注。前人通过模拟计算广泛研究了分子筛类吸附剂对CO2、N2、CH4等气体的吸附能力,但对实际燃煤电厂烟气中存在的复杂烟气环境的吸附模拟研究较少。由于燃煤电厂烟气中N2、H2O、O2、SO2等都会影响分子筛对CO2的吸附,因此选择烟气中的主要成分构建双组分与多组分气体进行吸附对比,通过烟气模拟计算分别构建了CO2-N2、CO2-H2O、CO2-O2、CO2-SO2四组双组分气体模拟以及包含N2、H2O、SO2、CO2和O2的多组分气体模拟,通过Materials Studio软件构建了一种全硅MFI型沸石分子筛模型以及上述模拟气体的分子模型,用Dmol3模块进行分子优化,采用GCMC方法计算沸石对模拟烟气的吸附量,探究实际烟气温度和压力范围下各气体组分的吸附性能和CO2吸附选择性的变化,通过吸附量和吸附选择性变化曲线研究温度和压力对二元混合组分中CO2的吸附分离的影响,分析二元组分吸附时各组分与CO2的吸附竞争规律,探究各气体组分的吸附性能和CO2吸附选择性的变化,得到分离模拟烟气中CO2的最佳温度和压力。结果表明,二元组分吸附时,CO2在与N2、H2O、O2组分的竞争中处于优势地位,温度降低有利于CO2的分离;在与SO2的竞争中处于弱势地位,温度和压力的升高有利于CO2的分离。多元组分吸附时,气体的吸附量受温度、压力与气体分子和沸石骨架相互作用强度等因素的共同作用。相同条件下MFI型沸石对各气体的吸附量顺序为:当温度低于413.15 K时,τCO2>τSO2>τN2>τH2O>τO2;当温度大于413.15 K时,τCO2>τN2>τSO2>τH2O>τO2。在温度413.15 K、压力1 500 kPa的条件下,模拟烟气中CO2与其他气体的分离比s达到最高值1.314,同时CO2的吸附量为1.239 mmol/g。

关键词:
MFI分子筛
CO2吸附
蒙特卡罗
分子模拟
烟气处理
图表:
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引用格式:
[1]杨旭,王伟云,黄航宇,等.MFI型分子筛对燃煤电厂烟气中CO2吸附的分子模拟[J].洁净煤技术,2024,30(S2):436-446.
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