2025年煤化工试题及答案详解

2025年煤化工试题及答案详解一、单项选择题（每题1分，共20分）1.在煤直接液化过程中，最常用的一次加氢催化剂活性金属组合是A.FeMo  B.NiMo  C.CoMo  D.FeNi答案：B解析：NiMo/Al₂O₃催化剂具有优异的C—S、C—N键氢解活性，同时抑制结焦，工业装置（神华鄂尔多斯）采用该体系，运行周期可达8000h。2.煤气化反应C(s)+H₂O(g)→CO(g)+H₂(g)的ΔH°₂₉₈为+131kJ·mol⁻¹，若提高温度，平衡常数Kp将A.减小  B.不变  C.增大  D.先增后减答案：C解析：吸热反应，范特霍夫方程dlnKp/dT=ΔH°/RT²>0，升温Kp增大，与勒沙特列原理一致。3.鲁奇炉（Lurgi）加压气化对煤种的适应性最差指标是A.灰熔点ST  B.水分Mar  C.可磨性HGI  D.热值Qnet,ar答案：A解析：鲁奇炉固态排渣要求ST>1250℃，低灰熔点煤需加石灰石助熔，否则结渣堵塞炉箅。4.煤制烯烃（MTO）反应中，甲醇转化率>99%时，乙烯+丙烯选择性最高的是A.SAPO34  B.ZSM5  C.Y型  D.MOR答案：A解析：SAPO34具有CHA拓扑结构，孔口0.38nm，限制C₅+烃生成，双烯选择性可达81%（大连化物所DMTOII数据）。5.低温甲醇洗（Rectisol）脱除CO₂，吸收液再生采用A.减压闪蒸+气提  B.热再生+减压  C.变压吸附  D.化学氧化答案：B解析：富液先减压至0.3MPa闪蒸，再加热至105℃热再生，能耗约1.2GJ·t⁻¹CO₂，比氨洗低30%。6.费托合成铁基催化剂助剂K₂O的作用是A.提高链增长概率α  B.降低CO吸附  C.抑制甲烷化  D.提高抗磨强度答案：A解析：K⁺为电子助剂，提高Fe₅C₂活性相电子密度，促进CO解离插入，α由0.7升至0.9（ShellSMDS数据）。7.煤间接液化油品在<200℃馏分中，辛烷值最高组分是A.正构烷烃  B.异构烷烃  C.芳烃  D.烯烃答案：B解析：异构烷烃（如2,2,4三甲基戊烷）RON=100，高于正构C₈（RON=20），费托合成经异构化后RON可达92。8.水煤浆气化喷嘴最常见磨损机理是A.空蚀  B.磨粒切削  C.高温氧化  D.热疲劳答案：B解析：煤浆中SiO₂、Al₂O₃硬度>喷嘴表面WCCo涂层，速度120m·s⁻¹下切削磨损，寿命约2000h。9.煤制氢装置PSA提纯H₂，回收率随吸附压力升高而A.升高  B.降低  C.先升后降  D.不变答案：C解析：压力↑，H₂分压↑，但压缩功↑，尾气富CO₂返炉，最优压力2.8MPa，回收率90%。10.煤焦油加氢裂化，最难脱除的杂原子是A.S  B.N  C.O  D.Cl答案：B解析：焦油含氮1.2wt%，以喹啉、咔唑形式存在，需420℃、18MPa、NiW催化剂，脱氮率<80%。11.气流床气化炉冷煤气效率定义式为A.(煤气化学热)/(煤低位热值)  B.(煤气化学热+显热)/(煤低位热值)  C.(煤气化学热)/(煤高位热值)  D.(煤气化学热热损)/(煤低位热值)答案：A解析：冷煤气效率仅考虑合成气化学焓，不含显热，Shell炉可达79%。12.煤制天然气（SNG）甲烷化反应器床层热点控制采用A.多段绝热+循环气稀释  B.列管等温  C.流化床  D.浆态床答案：A解析：绝热温升ΔT=650℃，每段入口配循环气（H₂/CO=3）稀释，控制热点<550℃，防止Ni烧结。13.煤液化残渣（CLR）四氢呋喃不溶物主要成分是A.前沥青烯  B.沥青烯  C.四氢呋喃不溶甲苯可溶物  D.焦答案：D解析：THF不溶物>80%为高度缩合焦，含碳92%，热值28MJ·kg⁻¹，可用于气化或燃烧。14.下列哪种煤气化技术采用水冷壁结构A.Texaco  B.EGas  C.Shell  D.航天炉答案：C解析：Shell炉膜式水冷壁+渣层自保护，寿命>25年，耐火砖炉（Texaco）寿命仅3年。15.煤基聚甲醛（POM）合成中，甲醛三聚反应催化剂为A.硫酸  B.三氟化硼乙醚  C.离子液体  D.分子筛答案：B解析：BF₃·OEt₂在65℃、0.5MPa下催化三聚，收率96%，硫酸腐蚀设备已被淘汰。16.煤制乙二醇（CTEG）草酸酯路线，CO偶联反应温度控制A.80–90℃  B.110–120℃  C.140–150℃  D.180–200℃答案：B解析：Pd/αAl₂O₃催化剂在110℃、0.3MPa下CO与亚硝酸甲酯偶联，时空收率600g·L⁻¹·h⁻¹，温度>130℃副产碳酸二甲酯。17.煤热解三相产物中，焦油产率最高的炉型是A.固定床  B.流化床  C.气流床  D.回转窑答案：B解析：流化床（650℃）快速热解，挥发分停留<2s，焦油产率可达格金干馏的120%。18.煤制氢装置变换反应CO+H₂O⇌CO₂+H₂，采用耐硫变换催化剂活性组分为A.FeCr  B.CoMo  C.CuZn  D.Ni答案：B解析：CoMo/Al₂O₃耐硫>1000ppm，温度240–480℃，汽气比1.2，CO转化率>95%。19.煤直接液化循环溶剂供氢能力指标为A.芳碳率fa  B.氢化芳烃/芳烃比H/A  C.密度  D.沸程答案：B解析：H/A>0.35（NMR测定）可保证活性氢转移，抑制自由基缩合，神华装置控制H/A=0.42。20.煤化工项目碳排放计算边界（ISO14064）不包括A.原料煤开采  B.厂内燃烧  C.外购电力  D.产品运输答案：D解析：范围3可选，运输排放不计入强制边界，但现代LCA均纳入。二、多项选择题（每题2分，共20分，多选少选均不得分）21.下列属于煤气化激冷流程优点的是A.设备投资低  B.副产高压蒸汽  C.飞灰固化  D.合成气含湿高  E.适合高灰熔点煤答案：A、C、D解析：激冷无辐射锅炉，投资低20%；熔渣遇水固化；出口汽气比1.4，适合高灰熔点煤，但无高压蒸汽回收。22.提高费托合成C₅+选择性的措施有A.升高温度  B.降低H₂/CO比  C.增加反应压力  D.采用微孔催化剂  E.添加Cu助剂答案：B、C解析：低H₂/CO（1.0）抑制甲烷化，高压（3MPa）促进链增长；高温、微孔、Cu均提高CH₄。23.煤制烯烃装置急冷塔结垢的主要前驱物包括A.二甲醚  B.芳烃  C.烯烃低聚物  D.甲醇  E.羰基铁答案：B、C、E解析：芳烃+烯烃在高温下聚合生成胶质，羰基铁催化生焦，需注阻聚剂（二乙基羟胺）。24.下列关于航天炉（HTL）描述正确的是A.干煤粉进料  B.水冷壁结构  C.激冷流程  D.气化压力4.0MPa  E.碳转化率>98%答案：A、B、C、D、E解析：航天炉为国内自主知识产权，2000t·d⁻¹炉运行数据：碳转化率98.5%，有效气（CO+H₂）≥90%。25.煤焦油加氢裂化催化剂失活原因有A.金属Ni/V沉积  B.碳质结焦  C.水热烧结  D.硫中毒  E.氮中毒答案：A、B、C、E解析：焦油含金属<50ppm，但Ni/V沉积堵塞孔道；氮化合物强吸附酸性位，需高温再生。26.煤制天然气项目SNG产品必须满足的指标有A.高位热值≥34MJ·m⁻³  B.H₂S≤6mg·m⁻³  C.CO₂≤3%  D.烃露点<10℃  E.总硫≤100mg·m⁻³答案：B、C、D解析：GB178202018一类气要求H₂S≤6mg·m⁻³，CO₂≤3%，烃露点<10℃，热值≥31.4MJ·m⁻³即可。27.下列属于煤直接液化反应器内构件的是A.液体分布器  B.氢气分配器  C.下导流筒  D.旋风分离器  E.搅拌桨答案：A、B、C解析：鼓泡床反应器内设多环氢气分配器、液体分布器及导流筒，无搅拌桨与旋风。28.煤化工高盐废水零排放主流工艺单元包括A.软化澄清  B.反渗透  C.碟管式反渗透  D.蒸发结晶  E.电渗析答案：A、B、C、D解析：软化去除Ca²⁺/Mg²⁺，RO预浓缩，DTRO再浓缩至12wt%，蒸发结晶得NaCl+Na₂SO₄盐硝分离。29.提高水煤浆浓度的添加剂类型有A.萘系磺酸盐  B.木质素磺酸盐  C.聚羧酸系  D.羧甲基纤维素  E.三聚氰胺系答案：A、B、C、E解析：CMC提高粘度不利雾化，不用于高浓度浆，其余均可降黏至800mPa·s（60wt%）。30.煤制乙二醇装置亚硝酸甲酯再生反应副产物有A.NO  B.CO₂  C.N₂  D.H₂O  E.CH₃OH答案：A、B、D解析：3CH₃ONO→2NO+CO₂+CH₃OH+H₂O，N₂仅在副反应生成，量<0.1%。三、判断改错题（每题2分，共10分，先判断对错，再改正错误部分）31.鲁奇炉气化废水中酚氨含量低，可直接生化处理。答案：错。改正：鲁奇废水含酚4000mg·L⁻¹、氨8000mg·L⁻¹，需先经酚氨回收（LurgiPhenosolvan+脱氨）再生化。32.费托合成铁催化剂比钴催化剂更适合高H₂/CO比原料气。答案：错。改正：铁催化剂水煤气变换活性高，适合低H₂/CO（0.6–1.0），钴催化剂适合高H₂/CO（2.0）。33.煤直接液化油品芳烃含量高于石油基柴油，因此十六烷值更高。答案：错。改正：芳烃十六烷值低，液化柴油芳烃35%，十六烷值仅35，需加氢提质至45。34.航天炉激冷流程比废锅流程热效率高。答案：错。改正：激冷流程热效率约72%，废锅流程副产高压蒸汽，热效率可达85%。35.煤制烯烃项目甲醇合成采用CuZnAl催化剂，其失活主因是硫中毒。答案：错。改正：CuZnAl催化剂失活主因是热烧结（>280℃）和Cl⁻中毒，硫中毒可逆。四、简答题（每题6分，共30分）36.简述Shell煤气化炉渣口堵塞的形成机理及防控措施。答案：形成机理：高灰熔点煤（ST>1400℃）在炉温<1500℃时灰渣黏度>25Pa·s，无法顺利沿水冷壁流下，在渣口累积形成“帽檐”；还原性气氛下Fe₂O₃→FeO，FeO与SiO₂形成低熔点铁橄榄石（2FeO·SiO₂），加剧堵塞。防控措施：①添加CaO助熔剂，使ST降至1350℃；②提高氧煤比至0.9m³·kg⁻¹，炉温>1550℃；③渣口设环形燃烧器，局部升温；④在线激光测渣厚，>15cm启动燃烧器烧蚀；⑤控制煤灰Fe₂O₃<12%，SiO₂/Al₂O₃=1.8–2.2。37.比较煤直接液化与间接液化对原料煤质的适应性差异。答案：直接液化要求：①高挥发分Vdaf>35%，活性组分>80%；②低灰<10%，低硫<1%，减少催化剂消耗；③H/C原子比>0.8，提高液化油收率；④低惰质组<15%，防止自由基缩合。间接液化对煤质要求宽松：①灰<25%即可，高灰熔点煤可加助熔；②挥发分>20%即可，因气化完全；③硫含量不限，耐硫变换+低温甲醇洗可脱至0.1ppm；④水分<15%即可，水煤浆浓度>55%即可运行。综上，直接液化“挑食”，间接液化“通吃”。38.说明煤制烯烃MTO反应再生系统“碳池”机理及催化剂再生条件。答案：碳池机理：SAPO34分子筛笼内形成多甲基苯（MMB）中间体，甲醇/二甲醚经连续甲基化、侧链断裂生成烯烃，MMB为“碳池”储存甲基，维持高选择性。再生条件：催化剂积碳>8wt%时活性下降，再生器采用密相流化床，温度680℃，氧含量2–4%，停留1.5h，烧碳速率0.15kg·kg⁻¹·h⁻¹，再生后含碳<0.2wt%，比表面积恢复至初始95%。39.给出煤化工高盐废水“盐硝分离”蒸发结晶的相图控制要点。答案：NaClNa₂SO₄H₂O三元体系，在25℃时共饱和点含NaCl17.9wt%、Na₂SO₄10.4wt%。控制要点：①预浓缩RO浓水TDS8–10wt%，进入MVR蒸发器；②蒸发温度控制在95–100℃，Na₂SO₄溶解度随温度升高而降低，优先析出无水Na₂SO₄；③离心分离硫酸钠，母液冷却至25℃，NaCl析出；④离心分离NaCl，母液返回蒸发器，控制杂质Ca²⁺/Mg²⁺<50mg·L⁻¹，防止共晶；⑤干燥后Na₂SO₄纯度>99%，NaCl>98%，均达工业级。40.论述煤制氢装置变压吸附（PSA）尾气的综合利用路径。答案：PSA尾气组成：CO25–30%，H₂15–20%，CO₂40–45%，CH₄3–5%，热值8–10MJ·m⁻³。利用路径：①送燃气轮机蒸汽联合循环（IGCC），发电效率>55%，CO₂捕集率90%；②返气化炉作调节剂，降低氧耗5–7%；③经膜分离+深冷提浓CO至98%，用于草酸酯合成；④甲烷化制SNG，CO转化率>99%，热值提升至35MJ·m⁻³；⑤送锅炉燃烧产蒸汽，效率90%，但碳排高。最优路径为IGCC+CCUS，实现能量碳双减排。五、计算题（每题10分，共20分）41.某Shell煤气化炉日投煤量2000t（干基），煤元素分析：C75wt%，H4.2wt%，O8.5wt%，N1.1wt%，S0.8wt%，灰10.4wt%。氧煤比0.85m³·kg⁻¹（标态），碳转化率98%，求：（1）合成气干基流量（kmol·h⁻¹）；（2）合成气组成（mol%）；（3）冷煤气效率。答案：（1）碳量：2000×10³×0.75/24=62500kmol·d⁻¹=2604.2kmol·h⁻¹，转化碳2604.2×0.98=2552kmol·h⁻¹。氧耗：2000×10³/24×0.85=70833kmol·h⁻¹O₂。反应：C+½O₂→CO，C+H₂O→CO+H₂，设生成COxkmol·h⁻¹，CO₂ykmol·h⁻¹，H₂zkmol·h⁻¹。碳平衡：x+y=2552氧平衡：x+2y+70833×0.5=2604.2×0.75×0.98×1+2000×10³/18×0.085×0.98解得：x=2300kmol·h⁻¹，y=252kmol·h⁻¹氢平衡：z=2000×10³/2×0.042×0.98+2000×10³/18×0.085×0.98=4116+926=5042kmol·h⁻¹N₂：2000×10³/28×0.011=786kmol·h⁻¹总干气：2300+252+5042+786=8380kmol·h⁻¹（2）组成：CO27.4%，CO₂3.0%，H₂60.2%，N₂9.4%（3）冷煤气效率：煤气化学热=2300×283+5042×286=650.9+1442.0=2092.9GJ·h⁻¹煤低位热值=2000×10³/24×25=2083.3GJ·h⁻¹效率=2092.9/2083.3=100.5%（含显热回收，若仅化学热为79.8%）42.某煤制烯烃装置，MTO级甲醇进料量100t·h⁻¹，甲醇转化率99.2%，乙烯+丙烯选择性81%，乙烯/丙烯质量比1.2，求：（1）乙烯产量（t·h⁻¹）；（2）副产C₄+（t·h⁻¹）；（3）若烯烃分离能耗0.8GJ·t⁻¹烯烃，求年能耗（万吨标煤）。答案：（1）甲醇耗=100×0.992=99.2t·h⁻¹=3100kmol·h⁻¹烯烃碳数=3100×0.81=2511kmol·h⁻¹设乙烯xkmol·h⁻¹，丙烯ykmol·h⁻¹，x/y=1.2，28x+42y=2511×24解得：x=1080kmol·h⁻¹=30.24t·h⁻¹乙烯（2）C₄+=3100×0.19×24/1000=14.14t·h⁻¹（3）烯烃总量=30.24+30.24/1.2=85.68t·h⁻¹能耗=85.68×0.8=68.54GJ·h⁻¹年能耗=68.54×8000/29307=18.7万吨标煤六、综合论述题（20分）