2025煤化工工艺学题库及答案

2025煤化工工艺学题库及答案一、煤气化原理与工艺参数计算1.【单选】在Shell干粉气化炉中，当氧煤比（O₂/C）由0.8kg/kg升至1.0kg/kg时，下列哪项变化最显著？A.有效气（CO+H₂）产率提高8%B.冷煤气效率下降3个百分点C.合成气中CH₄体积分数升高0.5%D.炉膛最高温度下降50℃答案：B解析：氧煤比升高，燃烧区温度升高，CO₂与H₂O生成量增加，冷煤气效率因显热损失增大而下降；有效气产率反而略降，CH₄因高温裂解而减少，炉膛温度升高而非下降。2.【填空】已知Texaco水煤浆气化炉操作压力6.5MPa，煤浆浓度62%（质量），煤元素分析（wt%，daf）：C80.5、H5.2、O10.3、N1.0、S0.9。若要求合成气中(CO+H₂)干基体积分数≥82%，则理论氧煤比应为______kgO₂/kg煤（保留两位小数）。答案：0.87解析：按元素平衡建立C、H、O三元方程，设完全转化，忽略CH₄与N₂，解得化学计量氧耗0.87kgO₂/kg煤；经验证，此时(CO+H₂)干基体积分数82.3%，满足要求。3.【判断】在固定床固态排渣气化炉中，提高蒸汽/氧比可降低床层温度，但同时会造成合成气中CO₂体积分数升高、有效气含量下降。（）答案：√解析：蒸汽吸热分解，床层温度下降；水煤气反应CO+H₂O⇌CO₂+H₂向右移动，CO₂升高，CO降低，有效气含量下降。4.【计算】某干法气流床气化炉日投煤量2500t（干基），煤含碳量78.5%，碳转化率98%，合成气产量180000Nm³/h（干基）。求合成气中CO₂体积分数（干基）为16.0%时，碳元素分配至CO₂的百分比。答案：23.4%解析：碳入炉量=2500×10³×0.785=1.9625×10⁶kg/d进入合成气碳量=1.9625×10⁶×0.98=1.923×10⁶kg/d合成气总碳量=180000×24×(CO+CO₂+CH₄)中碳摩尔数设CO₂体积分数16%，则CO₂碳量=180000×24×0.16×12/22.4=4.50×10⁵kg/d占比=4.50×10⁵/1.923×10⁶=23.4%5.【简答】简述气流床气化炉采用“膜式水冷壁+液态排渣”相比“耐火砖+固态排渣”在煤种适应性上的两大优势，并指出其代价。答案：优势1：水冷壁使炉膛内壁温度低于灰熔点，可处理灰熔点>1500℃的高熔点煤，避免结渣；优势2：液态排渣可捕集90%以上灰分，合成气含尘<1mg/Nm³，后续无需飞灰循环。代价：需额外加入助熔剂（CaO或Fe₂O₃）降低灰黏度，增加运行成本约15元/t煤；水冷壁热损失0.5%～1%，降低冷煤气效率。二、合成气净化与变换工艺6.【单选】在低温甲醇洗（Rectisol）工艺中，当操作温度从30℃降至50℃时，CO₂在甲醇中的溶解度约提高多少倍？A.1.3倍B.2.0倍C.3.3倍D.5.0倍答案：C解析：依据CO₂甲醇体系气液平衡数据，30℃时亨利常数约1.2kPa·m³/kmol，50℃时降至0.36kPa·m³/kmol，溶解度与亨利常数成反比，故提高3.3倍。7.【填空】某合成气成分为CO45%、H₂35%、CO₂18%、CH₄2%，进入钴钼耐硫变换炉，汽气比1.0，出口CO干基体积分数要求≤1.5%，则理论最高反应温度应控制在______℃（平衡温距取15℃）。答案：410解析：根据CO变换反应平衡常数Kp与温度关系式lnKp=4575/T4.33，设出口CO1.5%，计算得平衡温度395℃，加15℃温距，得410℃。8.【判断】采用NHD（聚乙二醇二甲醚）脱碳时，H₂S与CO₂共溶，因此无需单独设置精脱硫槽即可将合成气中H₂S降至0.1ppm以下。（）答案：×解析：NHD对H₂S选择性仅比CO₂高5～7倍，出口H₂S约1～2ppm，达不到0.1ppm，仍需ZnO精脱硫。9.【计算】某厂低温甲醇洗装置处理合成气300000Nm³/h，进口CO₂34%、H₂S1.2%，要求出口CO₂≤20ppm、H₂S≤0.1ppm。已知45℃、5.2MPa下CO₂溶解度为21Nm³/t甲醇、H₂S溶解度为180Nm³/t甲醇，甲醇循环量最小为多少t/h？答案：CO₂脱除量=300000×(0.3420×10⁻⁶)=101994Nm³/hH₂S脱除量=300000×(0.0120.1×10⁻⁶)=3599.7Nm³/h按溶解度分别计算：甲醇量₁=101994/21=4857t/h甲醇量₂=3599.7/180=20t/h取大值，最小循环量4857t/h。10.【简答】说明为何在变换装置前设置“飞灰洗涤+水解催化剂”组合可解决Texaco气化合成气中COS超标问题，并给出水解反应式及适宜温度区间。答案：Texaco合成气含尘量高，飞灰中的Fe、Ni离子会催化COS生成CS₂，导致有机硫超标。先经飞灰洗涤去除颗粒物，再在水解催化剂（TiO₂/Al₂O₃）上将COS转化为H₂S，反应式：COS+H₂O→H₂S+CO₂，ΔH=35kJ/mol。适宜温度80～150℃，空速1000～2000h⁻¹，转化率>95%，后续ZnO精脱硫可将H₂S脱至<0.02ppm。三、甲醇合成与催化剂工程11.【单选】在ICI低压甲醇合成工艺中，当循环比（循环气/新鲜气）由4降至2时，下列哪项变化正确？A.单程CO转化率升高，副产蒸汽量减少B.反应器出口甲醇摩尔分数下降C.压缩机功耗降低约30%D.催化剂热点温度下降5℃答案：A解析：循环比降低，惰性气减少，CO分压升高，单程转化率升高；因总气量下降，副产蒸汽量随之减少；压缩机功耗下降约50%，而非30%；热点温度因反应速率加快反而升高。12.【填空】某2500t/d甲醇装置采用水冷管壳式反应器，催化剂体积80m³，入口气量550000Nm³/h，CO+CO₂摩尔分数14%，若催化剂利用系数为0.85t/(m³·h)，则催化剂时空产率为______kg/(L·h)。答案：1.30解析：甲醇产量=2500×10³/24=104167kg/h催化剂体积=80m³=80000L时空产率=104167/80000=1.30kg/(L·h)13.【判断】在Cu/Zn/Al₂O₃催化剂上，H₂S体积分数>1ppm即可造成不可逆的晶相长大，导致甲醇时空产率下降>10%。（）答案：√解析：H₂S与Cu生成Cu₂S，使活性中心烧结，晶粒由6nm增至12nm，比表面积下降15%，产率下降10%～15%，且再生无法恢复。14.【计算】某甲醇合成回路惰性气（CH₄+N₂）摩尔分数12%，为维持反应器入口惰性气≤8%，求所需排放气量占新鲜气量的百分比（循环比=5）。答案：设新鲜气F，排放气P，循环气5F惰性气平衡：0.12×5F=0.08×(5F+FP)解得P/F=0.25，即排放气占新鲜气25%。15.【简答】阐述“水冷管壳式”与“气冷径向流”两类甲醇合成反应器在热点控制上的机理差异，并指出哪种更适合大规模（>5000t/d）装置。答案：水冷管壳式：催化剂装填于管程，沸水走壳程，通过汽化潜热将热点温度控制在±2℃，适合高活性催化剂，但管板制造难度大，单台最大3000t/d。气冷径向流：冷激气分层注入，通过调节冷激量控制温度，床层压降低，单台可达7000t/d，但轴向温差>10℃，催化剂寿命略短。>5000t/d装置推荐气冷径向流，因单台即可满足，投资低20%，检修周期2年，综合经济性更优。四、费托合成与产品精制16.【单选】在钴基费托浆态床反应器中，当H₂/CO进料比由2.0降至1.6时，链增长概率α的变化趋势为：A.升高0.02B.下降0.03C.基本不变D.升高0.05答案：A解析：低H₂/CO抑制链终止，α由0.90升至0.92，提高0.02；但过低H₂/CO导致CO吸附过强，催化剂积碳，故工业上控制在1.8～2.0。17.【填空】某费托装置采用FeCuK催化剂，反应温度240℃，压力3.0MPa，H₂/CO=1.8，CO转化率70%，若产物分布遵循ASF模型，α=0.85，则C₅⁺选择性（质量分数）为______%。答案：72.4解析：Wₙ=nαⁿ⁻¹(1α)²，C₅⁺=1∑₁⁴Wₙ计算得C₅⁺=α⁴=0.85⁴=0.522，质量分数需乘以分子量比修正，最终72.4%。18.【判断】在费托合成油加氢裂化装置中，提高反应压力可降低催化剂积碳速率，但会促进二次裂化，导致柴油收率下降。（）答案：√解析：高压抑制烯烃脱附，减少聚合积碳；但过度加氢使大分子烷烃裂化为石脑油，柴油收率下降5%～8%。19.【计算】某厂年产80万吨费托粗蜡，酸值0.15mgKOH/g，需降至0.02mgKOH/g，采用NiMo加氢精制，催化剂装填量40t，密度0.85g/cm³，空速1.2h⁻¹，求所需反应器体积。答案：处理量=80×10⁴×10³/(330×24)=10101kg/h体积空速=质量空速/密度=1.2/0.85=1.41h⁻¹反应器体积=10101/(0.85×1.2)=9.9m³，取10m³。20.【简答】说明为何钴基催化剂更适合生产长链烷烃，而铁基催化剂更适合生产烯烃与含氧化合物，并给出电子结构层面的解释。答案：Co为面心立方，d电子密度高，利于CO解离后CHx插入，链增长能垒低（~50kJ/mol），故C₅⁺选择性高；Fe为体心立方，d带中心靠近费米能级，易形成Fe₅C₂活性相，CO解离后部分氧化为CO₂，剩余CHx易脱氢生成烯烃，且Fe与K协同促进CO非解离吸附，生成醇、醛等含氧化物。五、煤制烯烃（MTO/MTP）催化剂与反应工程21.【单选】在DMTOⅢ流化床装置中，当反应温度由470℃升至490℃时，乙烯+丙烯选择性变化为：A.升高1.2%B.下降2.0%C.升高0.5%D.基本不变答案：B解析：高温促进二次裂化，烯烃转化为烷烃与芳烃，双烯选择性下降约2%。22.【填空】某180万吨/年甲醇制烯烃装置，甲醇单耗2.95t/t烯烃，SAPO34催化剂藏量180t，定碳量6%，烧焦周期12h，则催化剂循环量______t/h。答案：90解析：甲醇量=180×10⁴×2.95/330=16091t/d=670t/h焦炭产率=6%×催化剂循环量烧焦需碳量=670×0.06=40.2t/h催化剂循环量=40.2/0.06=670t/h，但周期12h，故平均循环量=670×12/（12+0）=670，但藏量180t，实际循环量=180×0.06×12/12=90t/h。23.【判断】SAPO34分子筛的“氢转移”反应是导致丙烯选择性下降、丙烷升高的主要原因，可通过提高Si/Al比抑制。（）答案：√解析：高Si/Al降低酸密度，减少氢转移，丙烯/丙烷比由8升至12，但活性下降，需提高温度补偿。24.【计算】某MTO装置再生器烧焦区氧含量3.5%，烟气量120000Nm³/h，CO₂体积分数15%，求烧焦放热量（GJ/h）。答案：碳量=120000×0.15×12/22.4=9643kg/hC+O₂→CO₂放热32.8GJ/tC放热量=9.643×32.8=316GJ/h25.【简答】阐述“快速流化床+湍动再生”组合在DMTOⅢ工艺中如何实现催化剂高活性与低磨损的统一，并给出粒径设计区间。答案：快速床气速1.2～1.5m/s，催化剂粒径60～90μm，密度1200kg/m³，颗粒终端速度0.8m/s，形成高密度悬浮，传质系数高，活性提高15%；再生器采用湍动床，气速0.4m/s，粒径上限放宽至120μm，降低磨损率30%；两级旋风+第三级旋流器，催化剂损耗<0.5kg/t烯烃，运行周期>8000h。六、煤制乙二醇（草酸酯路线）工艺26.【单选】在亚硝酸甲酯（MN）再生塔中，若NO与O₂摩尔比<4，则主要副产物为：A.N₂OB.NO₂C.N₂O₄D.HNO₃答案：A解析：缺氧条件下，NO二聚生成N₂O₂，再与O₂反应生成N₂O，选择性>80%。27.【填空】某30万吨/年乙二醇装置，草酸二甲酯（DMO）加氢反应器入口H₂/DMO摩尔比80，DMO液时空速0.25h⁻¹，催化剂堆密度0.95g/cm³，则所需