2025年裂解裂化工艺证考试题库及答案

2025年裂解裂化工艺证考试题库及答案一、裂解裂化基础理论与反应机理1.（单选）在管式裂解炉中，下列哪一温度区间最能代表工业乙烷裂解的“高选择性乙烯窗口”？A.750–780℃ B.820–850℃ C.880–920℃ D.950–980℃答案：B解析：低于800℃时乙烷转化率不足，高于860℃则副产甲烷、丙烯下降，丙烯/乙烯比急剧降低，故820–850℃为最佳乙烯选择性窗口。2.（单选）自由基链式反应机理中，β断裂步骤对烯烃收率起决定作用，其速率常数kβ与下列哪一参数呈Arrhenius正相关？A.反应压力 B.自由基碳数 C.自由基稳定性 D.C–C键解离能答案：C解析：β断裂速率随自由基稳定性增加而增大，因过渡态能量降低，符合Arrhenius指数关系；压力与键解离能为热力学量，不直接决定kβ。3.（多选）关于催化裂化（FCC）中正碳离子机理，下列说法正确的是：A.初始正碳离子主要由Brønsted酸质子攻击烯烃生成B.氢转移反应是生焦的主要路径之一C.骨架异构化属于单分子反应，不引起分子量变化D.β断裂遵循Saytzeff规则，生成烯烃双键上取代基最多的产物答案：A、B、C解析：D错误，β断裂遵循Hofmann规则，生成双键取代最少的烯烃，利于小分子烯烃；Saytzeff规则适用于醇脱水。4.（判断）在蒸汽裂解中，水蒸气稀释比（SteamtoHydrocarbon，SHR）越高，则炉管结焦速率一定越低。答案：错误解析：SHR>0.6后，结焦速率下降趋缓，且系统热负荷、压缩机功耗急剧上升，综合经济性反而变差；过高SHR会促进CO生成，增加下游冷箱堵塞风险。5.（填空）某炼厂FCC装置原料为VGO（含芳烃28%、环烷烃42%、链烷烃30%），在535℃、剂油比6.5、CAT/Δt=1.2s条件下，若目标汽油收率48%，则按“结构导向集总”模型，需控制芳烃裂化率≤______%，否则汽油辛烷值将低于92。答案：18解析：芳烃过度裂化生成大量苯与轻气体，导致汽油芳潜下降，RON损失约0.5/每1%芳烃裂化；当裂化率>18%时，RON跌破92。6.（简答）请用三步反应描述石脑油蒸汽裂解生成乙烯、丙烯的自由基链式路径，并指出速率控制步骤。答案：（1）Initiation：C5H12→·C3H7+·C2H5（均裂，需350kJ/mol，速率最慢）；（2）Propagation：·C2H5→C2H4+·H（β断裂，k=10^13.2exp(16500/T)s^1）；（3）Termination：·H+·CH3→CH4（放热，速率极快）。速率控制步骤为Initiation，因其活化能最高，断裂C–C键需高温驱动。二、工业装置流程与关键设备7.（单选）某乙烯装置采用“前脱乙烷前加氢”流程，与“前脱丙烷后加氢”相比，其最大优势是：A.降低冷箱冻堵风险 B.节省低温级制冷量 C.减少MAPD加氢反应器台数 D.提高丙烯/乙烯比答案：B解析：前脱乙烷将C2馏分提前分出，仅C2需低温氢化，冷箱负荷集中在101℃级，避免140℃级深冷，节省约12%制冷功耗。8.（多选）关于FCC沉降器“快速分离”系统，下列措施能有效降低催化剂夹带量的是：A.提升管出口设粗旋（RS） B.沉降器设高效旋风三级 C.油剂接触时间<1.5s D.沉降器线速降至0.25m/s答案：A、B、D解析：C错误，接触时间<1.5s主要抑制二次裂化，对夹带量影响有限；降低线速、增设粗旋与三级旋风可显著减少催化剂逃逸。9.（填空）某120万吨/年乙烯装置采用双炉膛辐射段，炉管为HPNb微合金钢，外径89mm，壁厚7.5mm，运行10000h后测得平均渗碳层深度2.1mm，按APIRP939C准则，该炉管剩余寿命为______h。答案：4200解析：渗碳速率=2.1mm/10000h=0.21mm/千小时；剩余壁厚7.52.1=5.4mm，临界渗碳深度取壁厚50%即3.75mm，尚可渗1.65mm，故剩余寿命1.65/0.21×1000≈4200h。10.（简答）请画出乙烯装置五段离心式裂解气压缩机防喘振控制逻辑图，并说明其“热力学防喘线”如何标定。答案：逻辑图要点：（1）X轴为入口体积流量Q，Y轴为压比ε；（2）由多变效率η、气体常数R、入口温度T1计算等熵指数k；（3）利用厂家喘振点数据拟合ε_limit=ab×Q²；（4）PLC实时比较实际ε与ε_limit，若ε>ε_limit则开防喘阀。热力学防喘线需在不同转速下做3次氮气循环试验，记录喘振点，再换算到设计分子量，确保裕量10%。三、催化剂与助剂体系11.（单选）FCC催化剂中，下列哪一元素以“骨架外铝”形式存在时，对汽油辛烷值提升最明显？A.La B.Zn C.P D.Re答案：C解析：磷与骨架外Al形成AlPO4弱酸中心，抑制氢转移，保留烯烃，RON可提高1.5–2.0单位；La、Re主要促进氢转移，反而降低辛烷值。12.（多选）关于蒸汽裂解结焦抑制剂，下列说法正确的是：A.二甲基二硫（DMDS）通过生成H2S抑制铁镍催化结焦B.磷酸酯类抑制剂可在炉管表面形成FePO4钝化膜C.添加CaO可中和焦中酸性物，但会加剧气相结焦D.硫含量>200ppm时，乙烯收率下降>0.8%答案：A、B、D解析：C错误，CaO为固相，无法进入气相，且会堵塞炉管；高硫确实抑制结焦但导致收率下降。13.（填空）某FCC装置使用USY催化剂，晶胞常数24.35Å，经800℃、100%水蒸气老化4h后，晶胞常数降至24.22Å，则骨架硅铝比（SAR）由初始的5.2提高至______。答案：6.9解析：依BreckFlanigen方程：a=24.191+0.0268×(Al/uc)，初始Al/uc=(24.3524.191)/0.0268=5.93，SAR=192/Al1=31.4；老化后Al/uc=4.14，SAR=192/4.141=45.4；但工业上按重量比计，SAR由5.2升至6.9。14.（简答）请说明“催化裂化金属钝化剂Sb2O3”的注入方式、反应机理及环保替代方案。答案：注入方式：用轻质芳烃配成5%溶液，在提升管底部与原料一起进料，Sb与Ni、V形成高熔点SbNiV合金，抑制脱氢。机理：Sb优先占据Ni3d轨道，降低其催化活性。环保替代：采用Bi基或Sn基水溶胶，Bi2O3毒性低，钝化效率达90%，废催化剂重金属浸出浓度<5mg/L，满足GB5085.32007。四、热工与节能优化15.（单选）某乙烯装置采用“急冷油/急冷水”双塔循环，若急冷油塔顶温由105℃降至95℃，则下列哪一项能耗变化正确？A.急冷油循环泵功耗降低，但低压蒸汽消耗增加B.裂解气压缩机一段功耗降低C.急冷水塔冷却负荷增加D.超高压蒸汽产量下降答案：C解析：顶温降低10℃，需回流量增加约18%，急冷水塔负荷上升；超高压蒸汽由急冷油余热产生，顶温降低反而提高余热回收，产量增加。16.（计算）某FCC装置主分馏塔顶油气流量180t/h，顶温105℃，需用0.35MPa蒸汽将轻汽油汽提至<50ppmH2S，汽提蒸汽量按油气质量3%计，求年（8000h）消耗蒸汽多少吨？若改用再沸器汽提，可节能多少GJ？（0.35MPa蒸汽潜热2170kJ/kg）答案：汽提蒸汽量=180×0.03=5.4t/h，年耗5.4×8000=43200t；改用再沸器，利用分馏塔中段330℃循环油作热源，汽提温度不变，可节约蒸汽43200t，折合能量43200×2170=93.7×10^6MJ=93700GJ。17.（简答）请列举三种乙烯装置“低品位热”升级利用方案，并给出能量品位提升幅度。答案：（1）急冷油70–90℃余热驱动吸收式热泵，制取0.8MPa蒸汽，COP=1.7，品位由80℃升至170℃，ΔEx=+38kJ/kg；（2）裂解气压缩机段间冷凝器（55℃）用于预热锅炉给水，由55→120℃，ΔEx=+28kJ/kg；（3）采用有机朗肯循环（ORC）发电，R245fa工质，蒸发80℃，冷凝35℃，发电效率8%，1t急冷水可发电1.8kWh，折合ΔEx=+6.5kJ/kg。五、安全环保与事故案例18.（单选）2019年某厂裂解炉闪爆事故，根因分析显示：炉管渗碳深度达壁厚65%，仍继续运行，最终因______引发破裂。A.热疲劳 B.硫化腐蚀 C.金属粉化 D.应力腐蚀开裂答案：C解析：渗碳后材料脆化，晶界形成Cr7C3，在内压+热应力下发生金属粉化，局部壁厚瞬间减薄，高温油气喷出闪爆。19.（多选）关于FCC再生器NOx排放控制，下列技术组合可使NOx<50mg/m3的是：A.低CO助燃剂+SNCR（氨水） B.富氧再生+SCR（钒钛催化剂） C.两段再生+脱硝助剂 D.完全燃烧+低氮燃烧器答案：A、C解析：B富氧再生反而提高热力型NOx；D低氮燃烧器用于锅炉，不适用于再生器；SNCR+脱硝助剂组合已有多套装置达标。20.（简答）请给出“裂解炉紧急停炉”SOP关键步骤（按时间顺序，≤10条）。答案：（1）主操按下ESD1，切断原料、锅炉给水、急冷油；（2）停注汽，保留稀释蒸汽5min扫线；（3）关闭燃料气主阀，引氮气吹扫炉膛；（4）开过热段放空，防止超压；（5）维持急冷油循环，确保塔底不抽空；（6）停压缩机，开防喘阀；（7）监测炉管表面温度<300℃后停引风机；（8）关闭烟道挡板，自然降温；（9）采样分析烃含量<0.5%后交付检修；（10）24h内完成渗碳层超声抽检并出具报告。六、先进控制与数字化21.（单选）某乙烯装置采用RTO（实时优化）层与MPC层闭环，若RTO更新周期为30min，MPC控制周期为1min，则RTO梯度滤波时间常数τ应设为：A.5min B.10min C.20min D.60min答案：C解析：τ取RTO周期的2/3，可平滑设定值扰动，避免MPC频繁动作，经验值20min。22.（多选）基于机器学习的FCC催化剂活性预测模型，下列变量中属于“高敏感度”特征的是：A.平衡剂微反活性指数 B.再生器密相温度 C.原料K因子 D.催化剂库存量答案：A、B、C解析：库存量为低频慢变量，敏感度<0.05；微反活性、温度、K因子敏感度>0.3，SHAP值排序前三。23.（填空）某裂解炉数字孪生系统采用LSTM网络预测炉管外壁温度，若输入时间步长取60点、采样周期5s，则模型输入时间窗为______min。答案：5解析：60×5s=300s=5min，可覆盖炉管热惯性时间常数（约3min），满足预测精度。24.（简答）请说明“裂解气压缩机干气密封”数字孪生如何实现故障提前24h预警。答案：采集一级密封气差压、排气温度、流量、振动4类信号，构建CNNLSTM融合模型，以历史故障前72h数据为标签，采用FocalLoss处理不平衡，准确率96%，提前24h触发预警，并给出密封气过滤器压差>15kPa、排气温度>75℃的维修建议，现场验证误报率<2%。七、综合案例与计算25.（案例）某180万吨/年乙烯装置计划新增一台“乙烷石脑油”共裂解炉，设计原料比例乙烷:石脑油=40:60（wt），目标乙烯收率34%、丙烯16%，请完成：（1）计算共裂解时综合原料氢含量（wt%）；（2）若乙烷单程转化率65%、石脑油单程转化率78%，求每吨原料需稀释蒸汽量（kg）；（3）若炉管最大热通量90kW/m2，求辐射段炉管表面积；（4）给出提高丙烯/乙烯比的两条工艺措施并量化效果。答案与解析：（1）乙烷H含量20%，石脑油H含量14.5%，综合H=0.4×20+0.6×14.5=16.7%；（2）按工业经验，SHR与氢含量呈线性SHR=0.35+