2025年大学《能源化学》专业题库- 二氧化碳捕集与利用技术

2025年大学《能源化学》专业题库——二氧化碳捕集与利用技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在题干后的括号内）1.下列哪种二氧化碳捕集技术主要利用化学吸收剂与CO2发生可逆反应来实现分离？()A.变压吸附B.膜分离C.胺液吸收D.冷凝法2.在CO2的物理吸附过程中，为了提高吸附容量，通常采取的措施是？()A.降低吸附剂表面能B.降低吸附温度C.提高吸附剂比表面积D.使用非极性吸附剂3.目前大规模长距离运输二氧化碳的主要方式是？()A.散装船运B.气化后管道运输C.固体干冰运输D.卤水运输4.将捕获的二氧化碳转化为甲醇，其核心反应涉及哪些物质的转化？()A.CO2和H2B.CO2和CH4C.CO和H2D.CO2和O25.利用二氧化碳强化石油开采（EOR）技术，其主要原理是？()A.CO2与石油发生化学反应B.CO2降低了原油粘度，增加了流动性C.CO2直接替代原油D.CO2提高了地层压力，推动石油流动6.与传统化学吸收法相比，变压吸附（PSA）技术的主要优点之一是？()A.捕集率极高B.能耗较低C.溶剂再生容易D.可用于低温环境7.二氧化碳用于生产聚碳酸酯塑料，其单体来源是？()A.CO2和环氧丙烷B.CO2和环氧乙烷C.CO2和苯酚D.CO2和甲醛8.在评估一个CO2捕集与利用项目的经济性时，以下哪项通常不被视为内部因素？()A.捕集装置的投资成本B.捕集过程的能耗C.国家的碳税政策D.CO2利用产品的市场售价9.以下哪种CO2利用途径被认为是“负碳排放”过程？()A.CO2制甲醇再燃烧B.CO2与石灰石反应生产水泥C.CO2直接用于EORD.CO2电化学还原制备燃料10.影响CO2地质封存长期安全性的关键因素之一是？()A.封存库区的地形地貌B.CO2在地层中的泄漏监测技术C.封存成本的高低D.封存区域的经济发达程度二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.__________是指从含CO2的气流中分离出CO2的过程，是整个CCU/CCS链条的首要环节。2.膜分离技术根据CO2分子尺寸和扩散速率实现分离，通常膜材料需要具备良好的__________和选择性。3.将CO2转化为尿素，其化学反应方程式为__________。4.二氧化碳的管道运输需要考虑高压下的__________效应以及管道材料的__________。5.CO2资源化利用的“.____________.”原则，要求利用过程应具有经济效益和环境友好性。6.混合气体中CO2的捕集率受其分压和与体系中其他气体分压比（水煤气变换反应中为H2/CO）的影响，该影响体现在__________系数上。7.吸附法捕集CO2时，通过改变__________或__________条件，可以使吸附剂再生。8.除了利用CO2合成化学品和燃料外，CO2的直接利用还包括__________和__________。9.某一CO2捕集技术的__________指标反映了其从混合气体中提取CO2的效率。10.将捕获的CO2通过管道运输至利用端或封存点，需要克服的主要工程挑战包括__________和__________。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述化学吸收法捕集CO2的基本原理及其与物理吸收法的显著区别。2.简要说明为什么提高CO2捕集效率通常伴随着能耗的增加。3.比较吸附法和膜分离法捕集CO2在再生方式和适用场景上的主要差异。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述将捕获的二氧化碳转化为燃料（如通过MTO或Fischer-Tropsch合成）的技术路线面临的挑战与机遇。2.结合当前能源结构和环境问题，论述发展二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的必要性和紧迫性。五、计算题（共15分）假设一个燃煤电厂烟气中CO2浓度为15%，烟气流量为100m³/min（标准状态）。采用一个变压吸附（PSA）系统捕集CO2，吸附压力为4bar，解吸压力为1bar。该系统在稳定运行下，每个吸附周期（吸附+解吸）可处理一定量的烟气，并最终得到纯度约为95%的CO2产品。若该系统在一个运行周期内捕集的CO2量占进入吸附剂接触段烟气中CO2总量的80%，试估算该PSA系统在一个小时内理论上可产出多少标准立方米（Nm³）的纯CO2产品？（假设温度为标准温度和压力）---试卷答案一、选择题1.C2.C3.B4.A5.B6.B7.B8.C9.D10.B二、填空题1.二氧化碳捕集2.稳定性3.CO2+2NH3+H2O→(NH2)2CO+2H2O4.压缩5.循环利用6.选择性7.压力、温度8.强化地质封存、提高石油采收率9.捕集率10.管道腐蚀、泄漏风险三、简答题1.原理与区别：化学吸收法利用化学溶剂与CO2发生可逆的化学反应，形成稳定化合物而被捕集，随后通过改变条件（如升温、减压）使溶剂再生，CO2得以解吸。物理吸收法利用低沸点物理吸收剂（如低温甲醇洗中的甲醇）在低温下对CO2的高溶解度进行吸收，解吸则通过升温实现。区别在于相互作用机制（化学键合vs分子溶解度）和再生方式（化学反应vs蒸发）。2.效率与能耗：提高CO2捕集效率通常意味着需要更高的压力（对吸收和吸附有利）或更低的温度（对吸收有利），但这些条件往往对应更高的设备投资和运行能耗。例如，化学吸收需要耐高压的吸收塔和再生系统，吸附法需要高压吸附器和真空解吸设备，整个过程能耗（尤其是压缩和再生能耗）是决定其经济性的关键因素。3.差异比较：吸附法通过吸附剂表面的化学吸附或物理吸附将CO2固定，再生通常通过改变压力（变压吸附PSA）或温度（变温吸附TSA）实现，吸附剂可重复使用。膜分离法利用选择性膜材料允许CO2分子扩散而阻止其他组分通过，属于物理过程，再生即持续通入原料气，膜材料稳定性是关键，通常适用于中低浓度CO2分离，且膜易污染。四、论述题1.挑战：①CO2浓度低（通常为燃烧尾气），分离提纯难度大、能耗高；②将CO2转化为高能量密度的燃料（如汽油、航空煤油）需要经过多步复杂反应，反应路径长，选择性控制难；③催化剂成本高、稳定性及寿命需提升；④整个转化过程的能量平衡和经济效益有待优化，目前多数路线仍需外部能量输入；⑤规模化示范和商业化应用面临高昂的投资和运行成本。机遇：①实现碳中和技术路径，为化石能源的清洁高效利用提供可能；②变废为宝，将廉价的CO2资源转化为有价值的化学品和燃料，开拓新的经济增长点；③有助于优化能源结构，减少对传统化石燃料的依赖；④部分转化过程（如利用CO2合成甲烷或甲醇）可回收部分能量，提高系统整体能效；⑤随着技术进步和规模化应用，成本有望下降，环境效益显著。2.必要性与紧迫性：①全球气候变化加剧，大气CO2浓度持续上升是主要原因，CCUS技术是直接控制和削减大规模排放源（如发电厂、工业点源）CO2排放的关键技术之一，有助于实现《巴黎协定》等国际气候目标。②当前可再生能源存在波动性和间歇性问题，CCUS结合化石能源发电或工业过程，可实现电力和工业的稳定供应，并使其低碳化，是能源转型过渡期的有效工具。③部分工业过程（如水泥、钢铁）难以通过可再生能源替代实现完全脱碳，CCUS是这些行业实现净零排放的必要选项。④CO2地质封存技术相对成熟，可作为大规模碳汇，提供长期、安全的碳储存方案。⑤发展CCUS有助于带动相关技术创新、装备制造和产业发展，创造就业机会，提升国家竞争力。面对严峻的气候形势和能源转型需求，CCUS技术的研发、示范和部署已刻不容缓。五、计算题1.标准烟气量换算：100m³/min(标态)=100/22.4=4.464Nm³/min2.烟气中CO2摩尔分数：15%=0.153.烟气中CO2摩尔流量：4.464Nm³/min*0.15=0.6746Nm³/min(CO2)4.吸附系统捕集CO2量：0.67