20.甲烷-二氧化碳重整和甲烷水蒸氣-二氧化碳雙重整技術(shù)(CSCRM)均能將CH
4和CO
2溫室氣體轉(zhuǎn)化為高附加值的合成氣,在環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等方面均具有重大意義。
回答下列問(wèn)題:
Ⅰ.甲烷-二氧化碳重整:CH
4重整CO
2的催化轉(zhuǎn)化原理如圖1所示。
(1)已知相關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖2所示。則過(guò)程i的熱化學(xué)方程式為
。
(2)過(guò)程ii的總反應(yīng)可表示為
。
(3)向一剛性密閉容器中,充入物質(zhì)的量比為2:3的CH
4和CO
2,總壓為75kPa,加熱到一定溫度使其發(fā)生過(guò)程i的反應(yīng)。
①達(dá)到平衡后測(cè)得體系壓強(qiáng)是起始時(shí)的1.76倍,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的計(jì)算式為K
P=
(kPa)
2(用各物質(zhì)的分壓代替物質(zhì)的量濃度計(jì)算)。
②其他條件不變,在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后,CH
4的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖3所示。a點(diǎn)所代表的狀態(tài)
(填“是”或“不是”)平衡狀態(tài);b點(diǎn)CH
4的轉(zhuǎn)化率高于c點(diǎn),原因是
。
Ⅱ.甲烷水蒸氣-二氧化碳雙重整技術(shù)(CSCRM):在原料氣中通入水蒸氣來(lái)緩解積碳,發(fā)生的主要反應(yīng)的K
θ與溫度關(guān)系如圖4,已知各反應(yīng)原理如下,其中R(5)與R(6)為積碳反應(yīng)。
R(1)3CH
4(g)+CO
2(g)+2H
2O(g)?4CO(g)+8H
2(g) ΔH
1R(2)CH
4g)+H
2O(g)?CO(g)+3H
2(g) ΔH
2R(3)CH
4(g)+CO
2(g)?2COg)+2H
2(g) ΔH
3R(4)H
2(g)+CO
2(g)?CO(g)+H
2O(g) ΔH
4R(5)CH
4g)?C(s)+2H
2(g) ΔH
5R(6)2CO(g)?C(s)+CO
2(g) ΔH
6(4)ΔH
1
0(填“>”或“<”)。
(5)已知e
12=1.6×10
5,綜合分析進(jìn)料氣n(CH
4):n(H
2O):n(CO
2)=3:2:1時(shí)制備合成氣的最佳溫度為
;通入水蒸氣能緩解積碳的原因?yàn)?
。