2025年煤化工试题及答案

2025年煤化工试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，错选、多选均不得分）1.在煤直接液化工艺中，最关键的中间产物是A.合成气  B.煤焦油  C.前沥青烯  D.甲烷答案：C解析：前沥青烯（preasphaltene）是煤大分子结构初步裂解后的重质中间体，其进一步加氢裂化才生成可蒸馏液体，直接决定液化油收率。2.下列哪种助剂最常用于降低Shell煤气化炉渣的黏度A.CaO  B.MgO  C.Fe₂O₃  D.Na₂CO₃答案：A解析：CaO与煤灰中SiO₂、Al₂O₃形成低熔点钙铝硅酸盐，显著降低渣黏度，防止排渣口堵塞。3.煤制天然气（SNG）甲烷化反应器床层热点温度一般控制在A.250–280℃  B.350–400℃  C.450–500℃  D.550–600℃答案：B解析：350–400℃兼顾CO转化率和催化剂寿命；温度过高易积碳，过低则CO转化率不足。4.低温甲醇洗（Rectisol）脱除CO₂时，溶液再生采用A.热再生塔减压闪蒸  B.氮气汽提  C.蒸汽汽提  D.真空+热再生答案：D解析：低温甲醇洗富液先经多级闪蒸回收H₂，再真空+热再生彻底解吸CO₂，能耗最低。5.煤间接液化FT合成中，钴基催化剂比铁基催化剂A.更耐硫  B.水煤气变换活性更高  C.链增长因子α更高  D.寿命更短答案：C解析：钴基催化剂表面碳链增长概率高，α可达0.9以上，更适合生产长链烷烃。6.下列哪项不是煤热解三相产物中“焦油”进一步加工路线A.加氢裂化制燃料油  B.延迟焦化制针状焦  C.萃取制碳纤维原料  D.直接水蒸气重整制氢答案：D解析：焦油氢含量不足，直接水蒸气重整积碳严重，工业上需先加氢或裂化。7.在碎煤熔渣（BGL）气化炉中，提高蒸汽/氧比主要目的是A.提高冷煤气效率  B.降低炉顶温度  C.增加甲烷含量  D.抑制炉壁结渣答案：B解析：蒸汽吸热分解降低炉顶温度，保护炉衬，同时抑制CH₄生成，保证有效气产量。8.煤制烯烃（MTO）反应中，甲醇转化率突然下降且乙烯/丙烯比升高，最可能原因为A.催化剂孔道微孔堵塞  B.反应温度过低  C.水蒸气浓度过高  D.再生器烧焦不足答案：A解析：SAPO34微孔堵塞导致扩散受限，乙烯选择性上升，甲醇转化率下降。9.下列哪种煤性质指标对Shell干粉气化炉氧耗影响最大A.水分  B.灰分  C.挥发分  D.哈氏可磨性答案：B解析：灰分每增加1%，氧耗增加约0.7%，因灰分升温与熔融需额外热量。10.煤直接液化装置中，强制循环悬浮床反应器设置循环泵的主要目的是A.提高气液传质  B.控制反应温度  C.防止固体沉积  D.降低氢分压答案：C解析：循环泵维持高流速，防止未转化煤粉与矿物质沉积堵塞。11.在FT合成水中，有机酸质量分数最高的是A.甲酸  B.乙酸  C.丙酸  D.丁酸答案：B解析：乙酸占总有机酸60%以上，来源于表面乙酰基中间体水解。12.煤制乙二醇（CTEG）路线中，草酸二甲酯（DMO）加氢催化剂活性中心为A.Cu⁰  B.Cu⁺  C.Cu²⁺  D.Cu⁰+Cu⁺协同答案：D解析：Cu⁰解离H₂，Cu⁺稳定酯基，协同作用保证高选择性生成乙二醇。13.下列哪种气体在低温甲醇洗中溶解度最小A.H₂S  B.COS  C.CO₂  D.H₂答案：D解析：H₂为非极性小分子，溶解度最低，因此可实现H₂与CO₂的高效分离。14.煤热解提质工艺（MCP）中，半焦着火点提高主要归因于A.挥发分降低  B.比表面积增大  C.石墨化度提高  D.灰分催化作用减弱答案：A解析：挥发分降低使热解半焦需更高温度才能释放可燃气体，着火点升高。15.在煤制天然气装置中，下列哪项操作可导致甲烷化催化剂“飞温”A.原料气中CO₂突增  B.循环气量突降  C.蒸汽/干气比升高  D.入口温度降低答案：B解析：循环气量突降移热不足，反应热积聚，床层温度瞬间飙升。16.下列关于水煤浆气化说法正确的是A.煤浆浓度越高，氧耗越低  B.煤浆浓度越高，冷煤气效率越低  C.添加剂主要降低灰熔点  D.喷嘴压降与炉膛压力无关答案：A解析：浓度高意味着单位水蒸发耗热少，氧耗下降；但过高黏度影响泵送。17.煤直接液化残渣（CLR）最有效的利用方式是A.锅炉燃料  B.气化制氢  C.道路沥青改性  D.煅烧铝矾土答案：B解析：CLR含30%重质油与大量芳烃，气化可回收氢气并副产蒸汽，实现能量最大化。18.在FT合成浆态床反应器中，蜡分离采用A.热过滤  B.离心分离  C.减压闪蒸  D.溶剂萃取答案：A解析：反应器出口设内置过滤器，150–180℃下蜡被截留，避免堵塞下游管线。19.煤制氢中，变换反应CO+H₂O⇌CO₂+H₂ΔH=41kJ/mol，提高CO转化率的有效手段A.提高压力  B.提高温度  C.提高汽/气比  D.提高空速答案：C解析：增加水蒸气浓度使平衡右移，且抑制催化剂积碳。20.下列哪种煤不适合用于固定床固态排渣气化A.无烟煤  B.贫煤  C.褐煤  D.不粘煤答案：C解析：褐煤高水分、高挥发分，干馏段易粉化，导致床层阻力剧增。二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列哪些因素会加剧FT合成催化剂表面积碳A.反应温度高  B.H₂/CO比低  C.原料气含硫  D.反应压力高答案：A、B、C解析：高温、低氢碳比促进CO歧化反应；硫抑制加氢活性，加速碳链增长并沉积。22.关于Shell干粉气化工艺，正确的是A.煤粉输送用N₂  B.炉膛操作温度1400–1600℃  C.废锅流程副产高压蒸汽  D.渣口采用水冷壁答案：A、B、C、D解析：Shell气化属高温干法进料、废锅流程，全部选项均符合设计特征。23.煤制乙二醇路线中，亚硝酸甲酯（MN）再生反应需A.NO  B.O₂  C.甲醇  D.水答案：A、B、C解析：2NO+1/2O₂+2CH₃OH→2CH₃ONO+H₂O，水虽生成但非反应物。24.下列哪些属于煤直接液化催化剂载体功能A.分散活性金属  B.提供酸性中心  C.抑制积碳  D.降低机械强度答案：A、B、C解析：载体（γAl₂O₃、TiO₂）提高分散度、提供酸中心并转移氢，抑制积碳；强度应提高而非降低。25.低温甲醇洗装置冷量来源包括A.氨吸收制冷  B.气体透平膨胀机  C.液氮补充  D.甲醇节流答案：A、B、D解析：工业上不设液氮补充，冷量由氨冷、膨胀机及甲醇节流提供。26.煤热解多联产系统中，焦油捕集常用A.旋风分离  B.文丘里洗涤  C.电捕焦  D.陶瓷过滤答案：B、C解析：文丘里洗涤降温除尘，电捕焦对0.1–1μm焦油雾滴效率>99%。27.下列哪些操作可降低水煤浆气化氧耗A.提高煤浆浓度  B.降低灰分  C.提高助熔剂CaO  D.降低气化压力答案：A、B解析：浓度高、灰分低均减少热损失；CaO降低灰熔点但增加惰性物，氧耗略升；压力对氧耗影响小。28.煤制天然气甲烷化催化剂失活原因有A.硫中毒  B.积碳  C.烧结  D.水蒸气钝化答案：A、B、C解析：水蒸气为反应物，不会钝化；硫、积碳、高温烧结是主要失活机理。29.在FT合成产品精制中，加氢裂化催化剂需具备A.高异构活性  B.低加氢活性  C.抗氮能力  D.大孔径答案：A、C、D解析：需高异构以降低凝点；含氮化物易中毒，需抗氮；大孔利于大分子扩散。30.下列哪些属于煤化工CO₂捕集与封存（CCUS）环节A.胺液吸收  B.富氧燃烧  C.CO₂驱油  D.盐水层封存答案：A、C、D解析：富氧燃烧属燃烧前捕集，但本身不是捕集与封存环节；胺吸收、驱油、封存均为CCUS核心。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）31.煤直接液化油芳烃含量高于石油VGO。答案：√解析：煤大分子富含芳环，加氢裂化后仍保留高芳烃，可达60%以上。32.Shell气化炉膛温度越高，渣黏度一定越低。答案：×解析：温度超过最佳流动温度后，渣中晶体析出，黏度反而回升。33.FT合成铁基催化剂比钴基更适合低H₂/CO比的生物质合成气。答案：√解析：铁基具水煤气变换活性，可将多余CO转化为H₂，适应低氢原料。34.煤制乙二醇偶联反应器入口MN浓度越高，草酸二甲酯收率越高。答案：×解析：MN>8%易分解爆炸，工业控制在4–6%，过高反而降低选择性。35.低温甲醇洗中，H₂S吸收塔温度越低，CO₂共吸量越少。答案：√解析：低温下H₂S与CO₂溶解度差增大，选择性提高。36.煤热解焦油加氢脱氧时，酚类最难脱除。答案：×解析：酚羟基加氢活性高于呋喃环，最难脱氧的是二苯并呋喃。37.水煤浆添加剂萘磺酸盐主要起分散作用。答案：√解析：萘磺酸钠吸附煤粒表面，提供静电位阻，降低黏度。38.煤制天然气甲烷化反应器出口CO含量要求<10ppm。答案：√解析：管输天然气标准CO<10ppm，防止腐蚀与催化剂中毒。39.FT合成浆态床反应器内，催化剂颗粒越大，越易磨损。答案：×解析：大颗粒沉降速度高，不易磨损；小颗粒易被气泡湍动撞击破碎。40.煤化工领域，化学链燃烧（CLC）可实现低能耗CO₂内分离。答案：√解析：CLC利用载氧体循环，燃烧产物仅CO₂+H₂O，冷凝即可得高纯CO₂。四、填空题（每空1分，共20分）41.煤直接液化典型反应条件：温度______℃，氢分压______MPa，空速______h⁻¹。答案：440–460，15–20，0.5–1.0解析：高温高压保证煤大分子裂解与加氢同步进行，低空速提高转化率。42.Shell气化炉废锅副产蒸汽压力等级______MPa，温度______℃。答案：13.5，540解析：与火电厂超高压管网匹配，提高能量利用效率。43.FT合成钴基催化剂载体常用______，助剂常用______。答案：Al₂O₃，Re解析：Re促进Co还原，提高分散度与链增长能力。44.煤制乙二醇偶联反应主催化剂活性组分为______，载体为______。答案：Pd，αAl₂O₃解析：Pd对CO与MN偶联高活性，αAl₂O₃惰性抑制副反应。45.低温甲醇洗贫液中H₂S含量要求<______ppm，CO₂含量<______%。答案：100，3解析：保证吸收效率，避免下游硫穿透。46.煤热解三相产物中，气体产率与______指数相关性最强，焦油产率与______指数相关性最强。答案：挥发分，挥发分解析：挥发分高则气、油产率均高，但气体相关性更显著。47.水煤浆气化喷嘴雾化角一般为______°，出口速度约______m/s。答案：60–90，120–150解析：高速雾化保证煤浆与氧瞬间混合，提高碳转化率。48.煤制天然气甲烷化催化剂载体常用______，形状为______。答案：Al₂O₃，球形解析：球形降低床层压降，Al₂O₃热稳定性好。49.FT合成水相副产物经______塔回收醇，______塔回收酸。答案：脱轻，脱酸解析：先脱轻组分（C1–C4醇），再脱有机酸（乙酸等）。50.煤化工CCUS链条中，CO₂压缩至______MPa进行管输，封存地层深度需>______m。答案：10–15，800解析：超临界状态降低黏度，800m以下保证地层压力>CO₂临界压力。五、简答题（每题6分，共30分）51.简述煤直接液化与煤间接液化在产品分布上的本质差异并给出原因。答案：直接液化以环烷烃+芳烃为主，柴油馏分占50–60%，链烷烃<20%；间接液化以直链烷烃为主，柴油馏分占70%以上，芳烃<5%。原因：直接液化保留煤大分子芳环结构，加氢饱和生成环烷；间接液化通过FT合成C₁中间体，链增长生成直链烷烃，无芳环来源。52.说明低温甲醇洗装置“冷量自给”原理并给出能量平衡数据。答案：富液高压闪蒸释放CO₂、H₂S气体，经透平膨胀机回收功并降温；低温气体与贫液换热，降低贫液温度；系统热损失由氨冷补充<5%。以50万吨合成氨为例，膨胀机回收冷量约3.2MW，氨冷仅0.8MW，实现80%冷量自给。53.写出Shell气化炉渣口堵塞的三种典型征兆并给出处理措施。答案：①炉膛压差突升>0.3MPa；②渣样玻璃体含量<30%，出现大量黑色多孔渣；③废锅蒸汽量突降>10%。处理：提高氧/煤比10–15%，增加CaO助熔剂，降负荷至70%，必要时通入高压氮气冲击渣口。54.分析煤制乙二醇偶联反应器飞温的化学机理并给出控制策略。答案：MN分解为CH₃OH+NO，释放热量约200kJ/mol，局部热点>180℃引发链式分解。控制：入口MN<6%，设置急冷甲醇喷头，催化剂分段装填，床层温度联锁>160℃启动紧急泄压。55.对比固定床、流化床、气流床三种煤气化方式对煤质灰熔点的要求差异。答案：固定床固态排渣要求灰熔点>1250℃，防止结渣；流化床要求1050–1200℃，床料团聚；气流床要求<1350℃，保证液态排渣。灰熔点过高需加助熔剂，增加运行成本。六、计算题（每题10分，共30分）56.某煤制天然气装置，原料煤干基量100t/h，C含量75%，H₂O含量5%，气化炉碳转化率98%，变换反应CO转化率90%，甲烷化反应CO、CO₂全部转化为CH₄。求：（1）合成气总摩尔流量（kmol/h）；（2）甲烷化出口CH₄流量（kmol/h）；（3）若甲烷化反应放热全部用于产10MPa、540℃蒸汽，求蒸汽产量（t/h）。已知：煤低位热值25MJ/kg，蒸汽焓值3470kJ/kg，锅炉效率90%。解：（1）碳摩尔流量：100×0.75×0.98÷12=6125kmol/h设气化反应C+H₂O→CO+H₂，CO+H₂O→CO₂+H₂，总气量6125×2=12250kmol/h（2）CO+CO₂共6125kmol，甲烷化CO+3H₂→CH₄+H₂O，CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O，生成CH₄6125kmol/h（3）甲烷化放热：6125×(206+165)×1000=2.27×10⁹kJ/h有效热2.27×10⁹×0.9=2.04×10⁹kJ/h蒸汽产量2.04×10⁹÷3470=588t/h答案：（1）12250kmol/h；（2）6125kmol/h；（3）588t/h。57.某FT合成浆态床，催化剂体积100m³，表观气速0.3m/s，催化剂浓度30%，颗粒密度2500kg/m³，液体密度700kg/m³，气体密度20kg/m³。求：（1）催化剂质量（t）；（2）床层膨胀比；（3）若催化剂活性为0.2kg烃/(kg催化剂·h)，求日产柴油（t）。已知：柴油选择性70%，平均分子量220。解：（1）催化剂质量100×