2024年甲醇合成操作工技能竞赛理论考试题库(含答案)

2024年甲醇合成操作工技能竞赛理论考试题库(含答案)一、单项选择题（共20题，每题1分）1.甲醇合成反应的主反应方程式是（）。A.CO+2H₂→CH₃OH（g）△H=90.8kJ/molB.CO₂+3H₂→CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=49.5kJ/molC.2CO+4H₂→(CH₃)₂O+H₂O（g）△H=200kJ/molD.CO+H₂O→CO₂+H₂（g）△H=41.2kJ/mol答案：A2.工业甲醇合成常用的催化剂活性组分为（）。A.CuZnAl系B.FeCr系C.NiMo系D.PtRh系答案：A3.甲醇合成塔操作温度通常控制在（）。A.150200℃B.210270℃C.300350℃D.380420℃答案：B4.合成气中H₂/（CO+0.5CO₂）的理想控制范围是（）。A.1.01.2B.1.82.0C.2.052.15D.2.53.0答案：C5.甲醇合成系统压力主要由（）决定。A.压缩机出口压力B.催化剂活性C.合成塔空速D.弛放气排放量答案：A6.合成塔内件中，用于移走反应热的关键设备是（）。A.中心管B.冷管C.分布器D.测温点答案：B7.甲醇水冷器出口温度过高会导致（）。A.循环气中甲醇含量降低B.粗甲醇产量增加C.水冷器结垢加剧D.压缩机功耗降低答案：A8.催化剂升温还原时，还原介质的H₂浓度应控制在（）。A.≤0.5%B.1%3%C.5%8%D.≥10%答案：B9.甲醇合成反应中，副反应生成的主要杂质是（）。A.甲烷B.乙醇C.二甲醚D.丙酮答案：C10.合成系统紧急停车时，首先应（）。A.切断新鲜气进料B.关闭弛放气阀C.开启系统卸压D.停止循环压缩机答案：A11.甲醇合成塔空速的定义是（）。A.单位时间内通过催化剂的气体体积与催化剂体积之比B.单位时间内通过催化剂的气体质量与催化剂质量之比C.催化剂体积与气体流量之比D.气体流量与反应器截面积之比答案：A12.粗甲醇中水分含量主要由（）反应生成。A.主反应B.CO₂加氢反应C.副反应生成二甲醚D.催化剂烧结答案：B13.合成塔入口气中惰性气体（如N₂、CH₄）含量过高会（）。A.提高反应速率B.降低有效气体分压C.增加甲醇收率D.减少弛放气排放量答案：B14.甲醇合成催化剂失活的主要原因不包括（）。A.高温烧结B.硫中毒C.水热失活D.氮气保护答案：D15.循环气中甲醇含量过高的主要原因是（）。A.水冷器出口温度过低B.分离器液位过低C.循环量过大D.合成塔温度过高答案：B16.甲醇合成系统的压力等级通常为（）。A.低压（510MPa）B.中压（1520MPa）C.高压（3035MPa）D.超高压（≥40MPa）答案：A17.合成气压缩机的主要作用是（）。A.提高气体温度B.维持系统压力并循环气体C.分离粗甲醇D.回收余热答案：B18.催化剂装填时，底部铺设惰性瓷球的主要目的是（）。A.增加催化剂装填量B.均匀分布气体C.防止催化剂漏出D.提高反应温度答案：B19.甲醇合成反应的最佳氢碳比计算公式为（）。A.(H₂CO₂)/(CO+CO₂)=2.052.15B.(H₂+CO₂)/(COCO₂)=2.052.15C.(H₂CO)/(CO₂+CO)=2.052.15D.(H₂+CO)/(CO₂CO)=2.052.15答案：A20.合成塔出口温度突然下降，可能的原因是（）。A.新鲜气中CO含量增加B.循环量突然增大C.催化剂活性升高D.水冷器泄漏答案：B二、多项选择题（共10题，每题2分）1.甲醇合成催化剂的组成通常包括（）。A.活性组分（CuO）B.助催化剂（ZnO、Al₂O₃）C.载体（SiO₂）D.抑制剂（K₂O）答案：AB2.影响甲醇合成反应速率的因素有（）。A.温度B.压力C.催化剂活性D.气体组成答案：ABCD3.合成系统紧急停车的触发条件包括（）。A.循环压缩机跳车B.合成塔温度超温（>280℃）C.新鲜气中断超过5分钟D.水冷器出口温度<40℃答案：ABC4.粗甲醇中常见的杂质有（）。A.二甲醚B.水C.高级醇D.甲烷答案：ABC5.催化剂升温还原的操作要点包括（）。A.控制升温速率（≤10℃/h）B.还原初期H₂浓度≤0.5%C.出水速率均匀（避免集中出水）D.还原终点判断（出口H₂浓度与入口基本一致）答案：ABCD6.合成塔内件设计需满足的要求有（）。A.良好的热交换性能B.气体分布均匀C.催化剂装填方便D.便于测温测压答案：ABCD7.循环气中惰性气体含量过高的危害有（）。A.降低有效气体分压B.增加压缩机功耗C.减少甲醇产量D.提高反应温度答案：ABC8.甲醇合成系统压力控制的手段包括（）。A.调节新鲜气流量B.调整弛放气排放量C.控制循环压缩机转速D.改变水冷器温度答案：ABC9.催化剂失活的主要类型有（）。A.化学失活（中毒）B.物理失活（烧结）C.水热失活（晶粒长大）D.机械失活（破碎）答案：ABCD10.合成塔出口甲醇含量低的可能原因有（）。A.催化剂活性下降B.操作温度过低C.循环量过大D.氢碳比偏离设计值答案：ABCD三、填空题（共15题，每题1分）1.甲醇合成的主反应是（一氧化碳与氢气在催化剂作用下生成甲醇）。2.工业甲醇合成催化剂的还原反应方程式为（CuO+H₂→Cu+H₂O）。3.合成塔操作中，“热点温度”是指（催化剂床层中温度最高的点）。4.粗甲醇分离的主要设备是（甲醇分离器）。5.合成气中硫含量必须控制在（≤0.1ppm）以下，否则会导致催化剂中毒。6.甲醇合成系统的弛放气主要成分是（氢气、甲烷、氮气、一氧化碳）。7.催化剂装填时，顶部铺设惰性瓷球的作用是（防止催化剂被气流吹翻）。8.水冷器的作用是（将合成塔出口气体冷却，使甲醇冷凝分离）。9.甲醇合成反应的平衡常数随温度升高而（减小）（填“增大”或“减小”）。10.循环压缩机的轴封类型通常为（干气密封）。11.合成塔空速一般控制在（800012000h⁻¹）。12.粗甲醇的密度约为（0.790.81g/cm³）（20℃）。13.催化剂使用寿命通常为（23年）（视工况而定）。14.合成系统正常运行时，循环气与新鲜气的体积比约为（510:1）。15.甲醇合成反应的最佳压力范围是（510MPa）（低压法）。四、简答题（共8题，第15题每题5分，第68题每题8分）（封闭型）1.简述低压法甲醇合成工艺流程的主要步骤。答案：①新鲜合成气（H₂、CO、CO₂）与循环气混合；②经预热器加热至反应温度（210270℃）；③进入合成塔，在Cu基催化剂作用下发生合成反应；④塔出口气体经水冷器冷却至4050℃，甲醇冷凝；⑤气液混合物进入分离器，粗甲醇分离后去精馏工序，未反应气体经循环压缩机返回合成塔。2.催化剂升温还原时为何要控制H₂浓度和升温速率？答案：①还原反应（CuO+H₂→Cu+H₂O）为强放热反应，H₂浓度过高会导致床层超温，损坏催化剂；②升温速率过快会使催化剂内部温差过大，导致破碎；③控制H₂浓度（初期≤0.5%）和升温速率（≤10℃/h）可确保还原均匀，避免集中出水造成催化剂水热失活。3.合成塔压力突然下降的可能原因及处理措施？答案：原因：①弛放气阀误开或泄漏；②循环压缩机故障（如跳车）；③系统管线或设备泄漏。处理：①检查弛放气阀开度，关闭泄漏点；②启动备用压缩机，若无法恢复则紧急停车；③确认泄漏位置，必要时系统卸压检修。4.简述甲醇分离器液位过高的危害及控制方法。答案：危害：液位过高会导致液体进入循环压缩机，造成液击损坏设备；控制方法：①调节分离器出口阀开度；②监控粗甲醇流量；③检查液位计是否故障；④确保水冷器出口温度正常（避免甲醇未完全冷凝）。5.合成气中CO₂含量过高对甲醇合成的影响有哪些？答案：①CO₂加氢反应（CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O）会生成水，增加粗甲醇含水量；②水会导致催化剂表面羟基化，加速催化剂失活；③过多CO₂会消耗H₂，可能导致氢碳比偏低，降低甲醇收率。（开放型）6.如何通过操作调整提高甲醇合成的收率？（至少列出4项措施）答案：①控制氢碳比在2.052.15的最佳范围，避免H₂或CO过量；②维持合成塔热点温度在240260℃（根据催化剂活性调整），避免温度过低（反应速率慢）或过高（副反应增加、催化剂烧结）；③优化循环量，确保空速在800012000h⁻¹，避免空速过低（催化剂利用率下降）或过高（气体停留时间短）；④降低循环气中惰性气体（CH₄、N₂）含量（通过调节弛放气排放量），提高有效气体分压；⑤定期检测合成气中硫、氯等杂质含量，防止催化剂中毒；⑥控制水冷器出口温度在4050℃，确保甲醇充分冷凝，减少循环气中甲醇携带量。7.分析催化剂活性下降的可能原因及判断方法。答案：可能原因：①中毒（硫、氯等杂质累积）；②高温烧结（长期超温导致Cu晶粒长大）；③水热失活（频繁开停车或还原时出水过快，催化剂吸水粉化）；④机械失活（催化剂床层压差过大，颗粒破碎）。判断方法：①对比相同工况下合成塔出口甲醇含量（若下降10%以上，可能活性下降）；②观察热点温度变化（活性下降时，需提高反应温度维持产量）；③分析催化剂床层压差（压差增大可能因催化剂破碎）；④检测合成气杂质含量（如硫含量超标）；⑤取样分析催化剂成分（如Cu比表面积下降）。8.简述甲醇合成系统长期停车的步骤（含保护措施）。答案：步骤：①逐渐减少新鲜气进料，降低系统负荷至50%；②关闭弛放气阀，维持系统压力；③停止循环压缩机，切断新鲜气；④开启系统卸压至微正压（0.10.2MPa）；⑤用氮气置换系统，直至O₂含量≤0.5%、可燃气含量≤0.5%；⑥催化剂保护：若短期停车（<7天），保持系统微正压氮气密封；若长期停车（>7天），需对催化剂进行钝化（通入含O₂≤0.5%的氮气，使表面生成CuO保护膜，防止空气进入氧化放热）；⑦关闭所有阀门，挂牌标识，定期检查系统压力。五、计算题（共3题，每题10分）1.已知合成塔入口气中CO含量为12%（体积分数），出口气中CO含量为2.5%，计算CO的单程转化率。解：单程转化率X=(入口CO浓度出口CO浓度)/入口CO浓度×100%=(12%2.5%)/12%×100%=79.17%答案：79.17%2.某甲醇合成系统新鲜气流量为10000Nm³/h，循环气流量为50000Nm³/h，计算系统空速（催化剂体积为10m³）。解：空速=（新鲜气流量+循环气流量）/催化剂体积=（10000+50000）/10=6000h⁻¹答案：6000h⁻¹3.粗甲醇精馏前分析结果：甲醇含量85%（质量分数），水含量12%，二甲醚含量3%。若日处理粗甲醇100吨，计算每日可得到纯甲醇的量（假设精馏收率为98%）。解：纯甲醇量=100吨×85%×98%=83.3吨答案：83.3吨六、分析题（共2题，每题15分）1.某甲醇合成装置运行中，合成塔出口温度从250℃逐渐升至275℃，同时出口甲醇含量下降，试分析可能原因及处理措施。答案：可能原因：①催化剂活性下降：长期运行后，催化剂因中毒或烧结失活，主反应速率降低，副反应（如甲烷化反应，强放热）加剧，导致床层超温；②循环量过小：循环气流量降低，气体带走的热量减少，床层温度上升；③新鲜气中CO含量过高：CO浓度增加，主反应放热增多，若未及时调整循环量，导致超温；④测温点故障：热偶损坏，显示假温度（需结合其他点温度判断）。处理措施：①检测合成气杂质（如硫、氯）含量，若超标则切除上游脱硫系统；②提高循环量，增加气体带走的热量；③降低新鲜气进料量，减少反应热；④若催化剂活性严重下降，需计划停车更换催化剂；⑤校验热偶，确认温度显示准确性。2.合成系统开车后，甲醇分离器液位持续上涨，但粗甲醇产量无明显增加，试分析可能原因及解决方法。答案：可能原因：①水冷器冷却效果差：循环水流量不足或温度过高，导致合成塔出口气体