Understanding the Reactive Adsorption of H 2 S and CO 2 in Sodium‐Exchanged Zeolites

化学 沸石 硫化氢 平衡常数 吸附 催化作用 分子 物理化学 化学计量学 无机化学 酸性气体 化学平衡 蒙特卡罗方法 热力学 天然气 有机化学 硫黄 物理 统计 数学
作者
Evgenii O. Fetisov,Mansi S. Shah,Chris Knight,Michael Tsapatsis,J. Ilja Siepmann
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:19 (4): 512-518 被引量:13
标识
DOI:10.1002/cphc.201700993
摘要

Abstract Purifying sour natural gas streams containing hydrogen sulfide and carbon dioxide has been a long‐standing environmental and economic challenge. In the presence of cation‐exchanged zeolites, these two acid gases can react to form carbonyl sulfide and water (H 2 S+CO 2 ⇌H 2 O+COS), but this reaction is rarely accounted for. In this work, we carry out reactive first‐principles Monte Carlo (RxFPMC) simulations for mixtures of H 2 S and CO 2 in all‐silica and Na‐exchanged forms of zeolite beta to understand the governing principles driving the enhanced conversion. The RxFPMC simulations show that the presence of Na + cations can change the equilibrium constant by several orders of magnitude compared to the gas phase or in all‐silica beta. The shift in the reaction equilibrium is caused by very strong interactions of H 2 O with Na + that reduce the reaction enthalpy by about 20 kJ mol −1 . The simulations also demonstrate that the siting of Al atoms in the framework plays an important role. The RxFPMC method presented here is applicable to any chemical conversion in any confined environment, where strong interactions of guest molecules with the host framework and high activation energies limit the use of other computational approaches to study reaction equilibria.
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