Question

（12分）隨著石油資源的日趨緊張，天然氣資源的開發利用受到越來越多的關注。以天然氣為原料經由合成氣（CO 、H₂）制化學品是目前天然氣轉化利用的主導技術路線，主要工藝有以下幾種：

（1）甲烷的部分氧化。CH₄(g) + 1/2O₂ (g) = CO (g) + 2H₂(g)  ，△H = —35.6 kJ/mol。該反應是   ▲       反應（填“自發”、“非自發”或“一定條件下自發”）。有研究認為甲烷部分氧化的機理為：

①CH₄(g) + 2O₂ (g) = CO ₂(g) + 2H₂O(g)  ，△H₁ =—890.3 kJ/mol

②CH₄(g) + CO₂ (g) = 2CO (g) + 2H₂(g)  ，△H₂ = 247.3 kJ/mol

③CH₄(g) + H₂O (g) = CO (g) + 3H₂(g)  ，△H₃

反應③的△H₃=    ▲    。

（2）甲烷水蒸汽催化重整。如圖，反應時熱氦氣從下部流入提供能量。由甲烷和水蒸汽組成的混合氣從催化管的上部流入，發生吸熱反應，混合氣從下端出來后再向上進入中心管，其目的是     ▲       。根據下表數據計算甲烷

的轉化率為       ▲       。

氣體	進口溫度/℃	進口壓強/MPa	進口流量/g.s-1	出口流量/g.s-1
甲烷	464	4.26	12	5.4

（3）甲烷二氧化碳催化重整。高溫下，該反應速率明顯降低的原因可能是  ▲   。

（4）甲烷的部分氧化與重整耦合。以天然氣為燃料的發電尾氣（主要含CO₂、H₂O、O₂ 和N₂）與甲烷可直接用于制合成氣，下列說法錯誤的是 ▲  。（填字母序號）

A．直接利用煙氣中的CO₂，可以大規模地減少 CO₂的排放量

B．煙氣的出口溫度較高，可以顯著地節約能量

C．使用恰當的催化劑可以增大甲烷的轉化率

    D．由于反應體系中包含甲烷燃燒，可實現部分熱量自供，降低成本

Answer 1

（12分）（1）自發，250.3 kJ/mol（4分）（2）加熱催化管中溫度較低的混合氣，充分利用能量 。55%（4分）（3）催化劑失去活性或甲烷在高溫條件下分解產生炭黑影響該反應速率（2分）（4）C（2分）