Multiscale screening of metal‐organic frameworks for one‐step ethylene purification in pressure‐swing adsorption processes

变压吸附 吸附 蒸馏 金属有机骨架 稳健性(进化) 工艺工程 真空摆动吸附 材料科学 过程集成 化学工程 化学 色谱法 有机化学 工程类 生物化学 基因
作者
Yageng Zhou,Xiang Cao,Jin Shang,Kai Sundmacher,Teng Zhou
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aic.18544
摘要

Abstract Purification of polymer‐grade (99.9%) C 2 H 4 from C 2 hydrocarbon mixture is industrially important but challenging. Cryogenic distillation is energy intensive. Recently, pressure/vacuum swing adsorption (P/VSA) processes using metal‐organic frameworks (MOFs) as adsorbents have been attracting increasing attention as an alternative technology. A multiscale hierarchical framework is proposed to select promising MOFs and design suitable P/VSA processes by combining property‐based material screening and model‐based process optimization. Using this framework, we successfully identified seven promising one‐step C 2 H 4 purification MOFs that outperformed the benchmark TJT‐100 in both C 2 H 4 purity and recovery for the 5/90/5 C 2 H 2 /C 2 H 4 /C 2 H 6 feed mixture. Among them, OFUCAV exhibited the highest C 2 H 4 productivity of 0.158 mol/m 3 /s while JAVTAC demonstrated the lowest energy consumption of 42.76 kWh/tonne. The latter can potentially save 80% of the energy consumption compared to cryogenic distillation. Moreover, these two P/VSA processes show very high robustness in response to composition fluctuations in the feed stream.
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