メタン改質反応の平衡計算時における炭素(固体)の考え方について教えてください。
大学でSOFC関連の研究を行っている者です。
SOFCで使用するH2を得るためのメタン改質反応の平衡計算を行っていて、行き詰ってしまい質問いたしました。以下本題に入ります。
メタン改質反応時には次のような反応が起こります。(他にもありますが今回はこれだけ考えました。)
(1)CH4+H2O⇔CO+3H2
(2)CO+H2O⇔CO2+H2
(3)2CO⇔C+CO2
これらの反応の平衡定数は、電気化学便覧などを参照して得ることが出来たのですが、組成計算を行うときの固体炭素の分圧をどのように定義したらいいのかが分かりませんでした。実際どのような計算を行ったか以下に示します。
初期条件を温度T[K]、圧力1[atm]、メタン1[mol]、水蒸気3[mol]と定めます。(1)~(3)式の左辺→右辺へ転化量をx,y,z[mol]とします。すると物質収支は以下のようになります。
成分 反応前[mol] 反応後[mol] 分圧[mol]
CH4 1 1-x P1=(1-x)/Nt
H2O 3 3-x-y P2=(3-x-y)/Nt
CO 0 x-y-2z P3=(x-y-2z)/Nt
H2 0 3x+y P4=(3x+y)/Nt
CO2 0 y+z P5=(y+z)Nt
C 0 z P6=?
合計 4 Nt=? 1
これらの値を用いて、以下の3式を連立して数値計算しx,y,zを求めようとしました。
K1=P3*P4^3/(P1*P2)
K2=P5*P4/(P3*P2)
K3=P5*P6/P3^2
(平衡定数K1,K2,K3は既知)
しかし、反応後のモル数Ntというのは固体炭素のモル数を含めるのかどうかが分からず、また固体炭素の分圧は上式にどのように当てはめればよいのか分かりませんでした。
以上です。説明不足かも知れませんが、よろしくお願いします。