煤化工工艺学第三版考试题及答案

煤化工工艺学第三版考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在固定床煤气化过程中，若炉内出现“沟流”现象，最先受到影响的工艺指标是A.煤气热值 B.蒸汽分解率 C.灰渣含碳量 D.煤气出口温度答案：B解析：沟流使气化剂短路，局部高温区消失，导致蒸汽分解率骤降；煤气热值与组分变化滞后，灰渣含碳量需取样分析，出口温度反而可能升高，故最先波动的是蒸汽分解率。2.鲁奇炉气化褐煤时，煤锁斗充压介质通常选用A.氮气 B.二氧化碳 C.粗煤气 D.高压蒸汽答案：C解析：粗煤气含50%以上CO₂，可抑制煤锁斗内煤粉自燃，同时回收压力能，降低氮气消耗；氮气虽安全但增加成本，CO₂需外供，高压蒸汽易冷凝造成煤粉结块。3.甲醇合成回路中，设置高压甲烷洗涤塔的主要目的是A.脱除硫醇 B.回收氢气 C.降低惰性气浓度 D.脱除水分答案：C解析：甲烷为惰性气，循环积累会降低H₂/CO分压，洗涤塔将甲烷富集后送至燃料气管网，维持合成塔内有效气分压；硫醇由精脱硫工段脱除，氢气回收通过膜分离，水分由甲醇本身吸收。4.煤直接液化装置中，溶剂加氢反应器采用滴流床而非鼓泡床的根本原因是A.降低压降 B.提高液时空速 C.抑制过度加氢 D.强化气液传质答案：C解析：溶剂加氢只需部分饱和芳烃，滴流床持液量低，停留时间短，可避免深度加氢生成环烷烃而降低供氢能力；鼓泡床持液量大，易过度加氢，压降反而更高。5.在Shell粉煤气化工艺中，合成气冷却器入口设置“飞灰脱除+陶瓷过滤器”组合，陶瓷过滤器运行温度需严格控制在A.250–300℃ B.350–400℃ C.450–500℃ D.550–600℃答案：B解析：350–400℃高于HCl、SO₂露点，避免低温腐蚀；低于钠、钾蒸气凝结温度，防止陶瓷微孔堵塞；550℃以上飞灰软化，易烧结。6.煤制天然气（SNG）甲烷化反应器床层热点温度超过700℃时，最易发生的副反应是A.CO歧化 B.甲烷裂解 C.水煤气变换逆反应 D.费托合成答案：B解析：700℃以上甲烷热力学不稳定，裂解生成碳纳米管并放氢，造成床层阻力上升；CO歧化在400–500℃显著，水煤气变换逆反应需更高水气比，费托合成需铁基催化剂。7.低温甲醇洗（Rectisol）中，向富甲醇中注入少量水，可A.降低CO₂溶解度 B.提高H₂S选择性 C.降低系统冰点 D.抑制设备应力腐蚀答案：B解析：水分子与甲醇形成氢键，降低甲醇对CO₂的物理溶解度，相对提高H₂S溶解度，实现选择性脱除；冰点升高，应力腐蚀与Cl⁻有关，与注水无关。8.煤间接液化费托合成浆态床反应器内，蜡过滤反冲洗周期缩短，最先排查A.催化剂磨损率 B.原料气H₂/CO比 C.蜡产品熔点 D.气体表观速度答案：A解析：催化剂磨损产生细粉，堵塞烧结金属滤芯，导致压差升高，反冲洗周期缩短；H₂/CO比影响产物分布但不直接堵滤，蜡熔点由冷却控制，表观速度波动影响气泡大小而非固体。9.乙二醇羰化工段亚硝酸甲酯（MN）再生塔顶排出的NOx气体，通常采用A.碱洗 B.分子筛吸附 C.低温克劳斯 D.硝酸吸收答案：D解析：NOx在0.3MPa、5℃下用浓硝酸吸收生成硝酸甲酯，返回系统再生MN，实现闭路；碱洗产生硝酸盐废水，分子筛易爆炸，低温克劳斯无硫不适用。10.煤热解提质工艺中，若回转窑窑尾氧含量突然升高，最可能触发A.窑头煤粉自燃 B.窑内料层结圈 C.半焦挥发分升高 D.煤气热值下降答案：B解析：氧漏入使局部半焦燃烧，局部高温导致低熔点灰渣熔融，粘附窑壁形成结圈；窑头自燃需富氧环境，半焦挥发分已析出，煤气热值因燃烧损失下降但非“最可能”。二、多项选择题（每题3分，共15分）11.关于水煤浆气化喷嘴磨损，下列说法正确的是A.煤浆浓度升高，磨损速率指数增加 B.喷嘴入口锐角倒圆可延长寿命C.采用碳化钨-钴合金可减磨 D.提高氧煤比可缓解磨损 E.设置冷却水夹套降低热应力答案：B、C、E解析：A错误，浓度升高粘度增大，对壁面剪切下降；D错误，氧煤比升高火焰温度高，热冲击加剧；B减少湍流剥离，C硬度高，E降低热疲劳裂纹。12.煤制烯烃（MTO）装置中，造成催化剂“积碳失活”的碳物种包括A.芳烃池物种 B.石墨碳 C.甲基萘 D.烯烃聚合物 E.季铵盐答案：A、B、C、D解析：SAPO-34分子筛笼内形成多甲基苯、萘等芳烃池，进一步缩合为石墨碳；烯烃在酸性位聚合生成长链烷烃；季铵盐为模板剂残留，不属积碳。13.下列措施可同时降低合成氨装置能耗与CO₂排放的是A.提高二段炉空气预热温度 B.采用钌基低温合成催化剂C.增设变压吸附回收氢 D.低温甲醇洗预冷段增设氨吸收制冷E.提高转化水碳比答案：A、B、D解析：A降低燃料气消耗，B降低合成压力与循环比，D利用低位热制冷减少电耗；C回收氢但增加电耗，E提高水碳比增加转化炉负荷。14.煤焦油加氢裂化装置，造成反应器压降升高的原因有A.铁盐沉积 B.催化剂床层板结 C.胶质缩合生焦 D.循环氢脱硫塔液泛E.原料油氯离子超标答案：A、B、C、E解析：铁盐与氯离子促进生焦并堵塞通道；胶质缩合直接生焦；板结由局部高温引起；脱硫塔液泛为气液失衡，不直接影响反应器压降。15.关于IGCC电站气化岛热效率提升，可行的方案有A.气化炉出口设辐射锅炉回收高温热 B.采用干煤粉进料减少水耗C.提高空分装置氧纯度至99.5% D.废热锅炉采用次临界参数E.飞灰返炉再气化答案：A、B、E解析：A回收1400℃高温热，B减少蒸发潜热，E提高碳转化率；C氧纯度提高增加空分能耗，D次临界参数效率低。三、判断改错题（每题2分，共10分）16.鲁奇炉气化高灰熔点煤时，添加石灰石可降低灰熔点，但过量会导致炉内“液泛”。答案：正确解析：石灰石分解为CaO，与灰中SiO₂形成低共熔物，降低FT；过量CaO提高熔渣粘度，气体难以穿透，形成液泛。17.费托合成铁基催化剂在280℃、2.5MPa条件下，随H₂/CO比升高，CO₂选择性单调下降。答案：错误解析：铁基催化剂水煤气变换活性高，H₂/CO升高促进变换反应，CO₂选择性升高；应改为“CO₂选择性单调上升”。18.低温甲醇洗装置中，CO₂闪蒸塔顶冰机负荷与原料气中H₂S浓度呈正相关。答案：错误解析：H₂S在甲醇中溶解度远高于CO₂，富甲醇经H₂S热再生后CO₂负荷降低，闪蒸气量下降，冰机负荷反而降低；应改为“呈负相关”。19.煤直接液化装置中，减压塔底设置“薄膜蒸发器”可提高轻质油收率，但加剧结焦。答案：错误解析：薄膜蒸发器停留时间仅数秒，壁面更新快，结焦倾向低于常规釜式蒸发器；应改为“减轻结焦”。20.合成气发酵制乙醇工艺中，微生物对CO分压的耐受上限为0.5MPa，超过后菌体自溶。答案：正确解析：Clostridiumautoethanogenum在CO分压>0.5MPa时，CO与细胞色素氧化酶不可逆结合，导致能量代谢中断，菌体自溶。四、简答题（每题8分，共24分）21.简述水煤浆气化喷嘴外混式与内混式的差异，并说明各自适用场合。答案：外混式指煤浆与氧气在喷嘴出口外部混合，雾化角大（70–90°），火焰直径大，适合灰熔点低、灰分<10%的烟煤，可避免喷嘴端面过热；内混式在喷嘴内部预混，雾化角小（30–45°），火焰集中，热强度高，适合灰熔点高、反应活性差的贫煤或无烟煤，可提高碳转化率，但端面需强制冷却。外混式压降低（0.3–0.5MPa），内混式压降高（0.8–1.2MPa），后者需更高氧压。22.煤制天然气甲烷化反应器为何采用多级绝热固定床串联，而非单级等温床？答案：甲烷化为强放热反应（ΔH=-206kJ/mol），单级等温床需大量冷媒，设备庞大；多级绝热床在段间设循环气或蒸汽冷激，可将温升控制在60–80℃/段，避免热点>700℃导致催化剂烧结、甲烷裂解积碳；同时绝热床结构简单，可承受高压（3–6MPa），单段压降低，利于大型化。等温床需内置U形管锅炉，热应力大，管材要求高，投资高，不适合百万方级SNG装置。23.低温甲醇洗系统出现“甲醇起泡”现象，列举三种在线诊断方法并给出消泡对策。答案：诊断：①在线泡沫探头（电导率法），测得气液界面电导率突降；②DCS趋势对比，贫甲醇泵电流下降、闪蒸塔压差升高；③红外热像仪观测再生塔顶泡沫层温度梯度异常，出现低温区（<30℃）。对策：①注入聚醚类消泡剂（0.5–1ppm），30min内泡沫高度下降50%；②降低富甲醇闪蒸速率，减少气体夹带；③投用备用纤维过滤器，将甲醇中固体颗粒<1mg/L，去除起泡核心；④临时提高热再生塔底温度2℃，降低甲醇粘度，加速泡沫破裂。五、计算题（每题12分，共24分）24.某Shell气化炉日投煤量2200t（干基），煤元素分析：C75.2%，H4.1%，O8.3%，N1.2%，S0.6%，灰分10.6%。操作条件：氧纯度95%，气化温度1500℃，压力4.0MPa，碳转化率98%，合成气中CH₄体积分数0.8%，无焦油。求：（1）小时耗氧量（kmol/h）；（2）干合成气流量（kmol/h）；（3）若采用湿法洗涤后合成气温度降至200℃，水汽饱和，求需补充的蒸汽量（t/h）。答案：（1）碳量：2200×0.752×0.98=1618.6t/d=67.44t/h=5612kmol/h设生成CO、CO₂、CH₄的碳摩尔比为x:y:z，z=0.008×总干气量，x+y+z=5612氢平衡：煤中H=2200×0.041×1000/24.5=3682kmol/d=153.4kmol/h合成气中H₂+2CH₄+H₂O=153.4+2z氧平衡：耗O₂=（x+2y）/2能量平衡略，经迭代得x=4689，y=816，z=107kmol/h耗O₂=（4689+2×816）/2=3161kmol/h考虑氧纯度95%，实际耗氧3161/0.95=3327kmol/h=106.5t/h（2）干合成气总量=（x+y+z）/（1-0.008）=5612/0.992=5657kmol/h（3）200℃饱和水汽分压1.555MPa，水汽比=1.555/（4.0-1.555）=0.635干气5657kmol/h，需水汽5657×0.635=3593kmol/h=64.7t/h原煤含H生成水153.4kmol/h=2.8t/h，需补充64.7-2.8=61.9t/h25.某煤制烯烃装置采用DMTO-II工艺，甲醇进料量100t/h，甲醇转化率99.8%，乙烯+丙烯选择性82%，乙烯/丙烯摩尔比1.2。设催化剂积碳量0.15kg/t甲醇，再生烟气CO₂体积分数18%，求：（1）乙烯产量（t/h）；（2）再生烟气量（Nm³/h）；（3）若采用烯烃裂解（OCP）提高双烯收率5%，求新增丙烯量（t/h）。答案：（1）有效甲醇=100×0.998=99.8t/h=3119kmol/h双烯选择性82%，双烯摩尔量=3119×0.82=2558kmol/h设乙烯x，丙烯y，x/y=1.2，x+y=2558→x=1395kmol/h=39.1t/h，y=1163kmol/h=48.9t/h（2）积碳量=100×0.15=15kg/h=1.25kmol/h再生燃烧C+O₂→CO₂，生成CO₂1.25kmol/h烟气中CO₂占18%，总干烟气=1.25/0.18=6.94kmol/h=155Nm³/h（3）原双烯收率82%，提高5%后相对增加0.82×0.05=4.1%新增双烯量=3119×0.041=128kmol/h按原比例，新增丙烯=128/（1+1.2）=58.2kmol/h=2.44t/h六、综合论述题（21分）26.某厂拟将现有水煤浆气化-甲醇-醋酸产业链升级为“气化-合成气发酵-乙醇-乙烯”路线，请从能量利用、碳减排、经济性三方面对比两种路线，给出升级建议。答案：能量利用：原路线气化效率75%，甲醇合成放热未回收，整体一次能耗42GJ/t乙烯；新路线发酵在37℃、0.1MPa下进行，反应热<1MJ/kg乙醇，可忽略，合成气化学能利用率>90%，一次能耗降至28GJ/t乙烯，节能33%。碳减排：原路线每t乙烯排放CO₂3.2t，其中甲醇合成副产0.8t，醋酸工序0.4t；新路线发酵菌体消耗CO，烟气CO₂浓度<3%，且菌体蛋白可作饲料，净排放1.1t，减排66%。经济性：新路线省去甲醇合成、醋酸