煤化工工艺试题及答案

煤化工工艺试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在煤气化过程中，下列哪种气化剂最容易导致甲烷生成量显著增加？A.氧气B.空气C.水蒸气D.氢气答案：D解析：氢气作为气化剂时，会与碳发生加氢反应生成甲烷（C+2H₂→CH₄），该反应为放热反应，低温高压条件下平衡向右移动，甲烷产率显著提高。氧气、空气、水蒸气主要生成CO与H₂，甲烷生成量较少。2.固定床鲁奇气化炉中，为防止灰分熔融造成炉内结渣，通常采取的措施是：A.提高汽氧比B.降低汽氧比C.提高炉膛压力D.降低煤的灰熔点答案：A解析：提高汽氧比可降低炉内氧化层温度，使灰分处于非熔融状态，避免结渣；但过高汽氧比会降低冷煤气效率，需权衡操作。3.在煤直接液化工艺中，循环溶剂的主要作用是：A.提供活性氢B.溶解煤及产物C.催化加氢裂化D.降低系统黏度答案：B解析：循环溶剂为芳香度较高的馏分，可溶解煤及沥青烯、前沥青烯，降低体系黏度，稳定自由基，但活性氢主要由催化剂提供。4.下列关于Shell粉煤气化技术的描述，错误的是：A.采用干法进料B.气化炉内衬水冷壁C.粗煤气采用干法除尘D.激冷流程回收热量产生高压蒸汽答案：D解析：Shell炉采用废锅流程而非激冷，高温煤气经合成气冷却器回收热量产高压蒸汽，激冷流程为Texaco、E-Gas等水煤浆技术的特点。5.煤制天然气（SNG）项目中，甲烷化催化剂失活的最主要原因是：A.硫中毒B.积碳C.烧结D.水热失活答案：A解析：甲烷化催化剂多为Ni基，对总硫要求＜0.1ppm，即使微量H₂S也可与Ni生成Ni₃S₂导致永久失活；积碳、烧结、水热失活可通过再生或优化工艺缓解。6.在低温甲醇洗（Rectisol）工艺中，提高贫甲醇进塔温度将导致：A.CO₂吸收推动力增大B.H₂S吸收选择性提高C.系统冷负荷降低D.净化气总硫超标答案：D解析：温度升高，甲醇对H₂S、COS的溶解度下降，选择性变差，净化气硫含量上升；同时CO₂吸收推动力减小，冷负荷反而增加。7.下列关于煤间接液化费托合成的说法，正确的是：A.钴基催化剂适合高温FT工艺B.铁基催化剂水煤气变换活性低C.提高H₂/CO比可降低CH₄选择性D.浆态床反应器比固定床更易控制热点答案：D解析：浆态床传热系数高，温度梯度小，热点温度低；钴基适合低温，铁基WGS活性高，提高H₂/CO比会提高CH₄选择性。8.鲁奇炉气化低阶煤时，若煤的焦油产率偏高，最可能出现的运行问题是：A.炉箅堵塞B.煤气热值下降C.废水量激增D.氧耗降低答案：C解析：高焦油煤在干馏层产生大量焦油，随煤气进入洗涤系统，导致含酚氨废水水量及COD浓度大幅上升，增加后续生化处理负荷。9.在煤制烯烃（MTO）装置中，导致催化剂“焦炭”失活的主要物种是：A.芳香烃B.烯烃C.烷烃D.甲醇答案：A解析：SAPO-34分子筛孔道尺寸与芳烃匹配，芳烃在笼内聚合形成稠环芳烃焦炭，堵塞孔口；烯烃虽可环化，但芳烃是主要前驱体。10.对于水煤浆气化，若煤浆浓度由60%提至65%，则：A.有效气产量下降B.氧耗下降C.比煤耗上升D.冷煤气效率下降答案：B解析：浓度提高意味着单位质量煤浆中煤量增加，水分减少，用于蒸发水的热损失降低，氧耗下降，有效气产量、冷煤气效率均提高。二、多项选择题（每题3分，共15分）11.下列措施中，能够降低Texaco气化炉耐火砖蚀损速率的有：A.降低操作温度B.提高煤浆浓度C.添加适量CaO助熔剂D.采用高铬砖替代高铝砖E.提高炉膛压力答案：A、B、D解析：降低温度直接减缓熔渣侵蚀；高浓度煤浆降低水分蒸发吸热，减少局部高温；高铬砖抗渣性优于高铝砖；CaO助熔剂降低灰熔点反而加剧侵蚀；压力对蚀损影响较小。12.煤直接液化装置中，加氢裂化反应器出口产物常采用高温分离器（HTS）+低温分离器（LTS）两段分离，其优点包括：A.降低轻油中沥青烯含量B.减少高温高压设备数量C.回收高温位热量D.避免重质油在低温下凝固堵塞E.提高循环溶剂芳香度答案：A、C、D解析：HTS先脱除重质组分，减轻LTS负荷，回收热量；LTS低温避免重质油凝固；轻油质量提高；设备数量并未减少，芳香度由后续加氢调节。13.关于甲烷化工艺，下列说法正确的有：A.绝热反应器需段间换热控制温升B.循环比增大可降低催化剂床层热点C.原料气CO₂含量高会抑制CO甲烷化D.水蒸气添加可抑制积碳E.镍含量越高，催化剂活性越高，抗硫性越好答案：A、B、D解析：甲烷化强放热，需段间冷却；循环比大降低入口CO浓度，热点下降；CO₂与CO竞争吸附，但CO₂本身也可甲烷化，不抑制；水蒸气可气化积碳；高Ni活性高但抗硫性差。14.下列属于煤基聚烯烃工艺路线中“碳一化工”环节的有：A.煤气化B.合成气净化C.甲醇合成D.烯烃聚合E.甲烷蒸汽重整答案：A、B、C解析：煤气化、净化、甲醇合成为碳一化工；烯烃聚合属石化下游；甲烷重整为天然气化工，非煤基路线必需。15.在低温甲醇洗装置冬季运行时，为保证系统热平衡，可采取的措施有：A.提高氨吸收制冷温度B.投用甲醇再生塔底再沸器蒸汽C.降低贫甲醇循环量D.增加原料气预冷器丙烯冷剂E.提高汽提氮气量答案：B、D解析：冬季冷却介质温度低，系统过冷，需补充热量，再沸器蒸汽可提高再生塔底温度；丙烯冷剂可调节预冷器负荷；其余措施会打破热平衡或导致净化度下降。三、判断题（每题1分，共10分）16.水煤浆气化炉烧嘴磨损后，氧煤比会下降。答案：错解析：烧嘴磨损导致煤浆雾化效果变差，需提高氧煤比保证碳转化率，氧煤比上升。17.费托合成铁基催化剂在250℃以上易发生水煤气变换逆反应，导致H₂/CO比下降。答案：对解析：高温下铁基催化WGS活性高，CO+H₂O⇌CO₂+H₂向右进行，消耗CO生成H₂，体系H₂/CO升高，逆反应表述错误，应为正反应消耗CO，导致H₂/CO升高，故原题表述“逆反应导致H₂/CO比下降”为错，应判错。18.煤制天然气项目若采用戴维CRG甲烷化工艺，第一段反应器出口温度通常控制在650℃左右。答案：对解析：CRG工艺第一段允许高温运行，利用高温提高反应速率，出口约650℃，后续段通过循环降温。19.对于鲁奇炉，汽氧比提高会使煤气中CO₂含量下降。答案：错解析：汽氧比提高，氧化层温度降低，CO₂还原为CO反应速率下降，出口CO₂含量上升。20.甲醇合成催化剂Cu/Zn/Al₂O₃失活后，采用水蒸气处理可恢复活性。答案：错解析：水蒸气会加速Cu晶粒烧结，导致永久失活；再生需用含氧气体低温钝化再还原。21.在MTP工艺中，DME反应器与MTP反应器可共用一套催化剂。答案：错解析：DME反应器用γ-Al₂O₃脱水，MTP用ZSM-5分子筛，酸强度与孔道结构不同，不可共用。22.粉煤气化炉采用水冷壁结构可副产高压饱和蒸汽。答案：对解析：水冷壁吸收辐射热，产高压饱和蒸汽，经汽包分离后送入管网。23.煤直接液化残渣（CLR）热值低，一般只能填埋处理。答案：错解析：CLR热值约25MJ/kg，可气化、燃烧或制焦，资源化利用技术已工业化。24.低温甲醇洗中，H₂S在甲醇中的溶解度随温度升高而增大。答案：错解析：物理溶解过程放热，升温溶解度下降。25.费托合成油品的链增长因子α越大，柴油馏分选择性越高。答案：对解析：α大表示链增长概率高，产物向长链偏移，柴油馏分（C10-C20）比例增加。四、填空题（每空2分，共20分）26.鲁奇炉气化褐煤时，干馏层温度一般控制在________℃之间，以保证焦油二次裂解最小化。答案：500-600解析：低于500℃焦油蒸发不完全，高于600℃二次裂解加剧，均影响后续废水处理。27.水煤浆气化烧嘴的雾化角通常设计为________度，过大易引起炉壁冲刷。答案：30-45解析：雾化角小则混合差，角大则射流贴壁，30-45°为经验最优区间。28.费托合成铁基催化剂助剂K₂O的作用是________电子助剂，提高链增长能力。解析：K向Fe表面提供电子，降低C-O键断裂能，促进CO解离，提高α值。29.煤制烯烃装置中，甲醇制烯烃反应器采用________床反应器，可实现连续再生。答案：流化解析：SAPO-34催化剂积碳快，需连续烧焦再生，流化床可满足。30.低温甲醇洗装置中，甲醇再生塔顶设置________换热器，回收甲醇蒸气潜热。答案：热泵解析：采用开式热泵或闭式压缩热泵，将塔顶低温位热量升级用于塔底再沸，节能30%以上。31.煤直接液化循环溶剂的理想组分为________与________的混合物，以保证溶解性与供氢性平衡。答案：氢化芳烃；部分氢化多环芳烃解析：四氢萘、十氢萘等可提供活性氢，同时保持高芳香度以溶解煤。32.戴维CRG甲烷化催化剂采用________载体，以提高抗积碳性能。答案：铝酸钙解析：铝酸钙呈弱碱性，可中和Ni表面酸性，减少甲烷裂解积碳。33.Shell气化炉废锅入口设置________管，防止飞灰粘结。答案：膜式水冷解析：膜式壁面温度低于灰熔点，灰粒以固态撞击，不易粘结。34.煤制天然气项目全厂能效计算时，折标系数采用________MJ/kgce。答案：29.307解析：国家标准GB/T2589-2020规定。35.费托合成浆态床反应器内，催化剂颗粒粒径一般控制在________μm，以兼顾悬浮与过滤。答案：50-150解析：粒径过小易穿过滤管，过大则沉降，50-150μm为最佳区间。五、简答题（每题10分，共30分）36.简述Texaco水煤浆气化炉烧嘴头部磨损的机理，并提出三种延长寿命的工程措施。答案：磨损机理：（1）煤浆中硬质石英、高岭土颗粒以150-180m/s速度冲击烧嘴头部，造成切削磨损；（2）氧气射流形成局部负压，颗粒回流反复冲刷；（3）高温下头部材料氧化脱碳，硬度下降，加剧磨损。工程措施：①头部镶嵌耐磨陶瓷衬套，采用热等静压烧结Si₃N₄，硬度HV1800以上；②烧嘴中心增设旋流钝体，使颗粒向外侧偏移，降低头部中心区域颗粒浓度；③采用超音速冷喷涂WC-Co涂层，厚度0.5mm，孔隙率<1%，结合强度>70MPa，寿命由60天提高至180天。37.煤直接液化装置在开工阶段，循环溶剂需进行“预加氢”处理，请说明其目的、反应条件及控制指标。答案：目的：（1）提高溶剂中氢化芳烃含量，保证初期煤溶解与自由基稳定；（2）脱除溶剂中微量烯烃、氧合物，防止其缩合生焦堵塞反应器；（3）建立系统氢气分压，为后续煤浆加氢提供初始活性氢。反应条件：温度320-340℃，氢分压15-17MPa，空速0.5h⁻¹，催化剂为再生后的NiMo/Al₂O₃。控制指标：氢化度（四氢萘/萘摩尔比）≥1.5；溴价≤5gBr₂/100g；水分≤200ppm；铁、钙金属含量分别≤1ppm，防止催化剂床层压降升高。38.某煤制天然气项目采用绝热甲烷化工艺，设计原料气流量100kmol/h，组成CO20%、CO₂5%、H₂70%、CH₄3%、N₂2%。若要求出口CH₄含量≥94%（干基），计算理论需循环气量（假设循环气与出口气组成相同，忽略副反应，CO与CO₂全部甲烷化，反应器入口温度280℃，出口允许最高650℃，甲烷化反应ΔH=-206kJ/molCO，-165kJ/molCO₂，气体平均热容Cp=36J/mol·K）。答案：步骤1：计算总放热CO甲烷化放热=100×0.2×206=4120kJ/hCO₂甲烷化放热=100×0.05×165=825kJ/h总放热Q=4945kJ/h步骤2：计算允许温升ΔT=650-280=370K步骤3：计算需稀释气体量设循环气量Rkmol/h，则总热容流率=(100+R)×36J/mol·KQ=总热容流率×ΔT4945×1000=(100+R)×36×370解得R≈271kmol/h故理论需循环气量约271kmol/h，循环比2.71，方可控制出口温度不超过650℃。六、综合计算题（25分）39.某年产40万吨煤制烯烃项目，采用Shell粉煤气化→变换→低温甲醇洗→甲醇合成→MTO路线。已知：（1）原料煤收到基热值22MJ/kg，灰分15%，水分8%；（2）Shell炉冷煤气效率79%，合成气中有效气（CO+H₂）体积分数90%；（3）变换出口H₂/CO=2.05；（4）甲醇合成单程转化率16%，循环比5；（5）MTO吨烯烃耗甲醇2.96t，烯烃平均分子量46.8kg/kmol；（6）全厂自用电耗120MW，蒸汽消耗折标煤12kgce/t烯烃；（7）气化岛副产高压蒸汽（6MPa，485℃）用于全背压汽轮发电，汽轮机效率82%，排汽0.8MPa饱和，全部用于工艺。求：（1）年需原料煤量（万吨，取整）；（2）年副产高压蒸汽量（万吨，取整）；（3）全厂能量转化效率（烯烃热值/输入煤热值，%）。答案：（1）计算烯烃产量与甲醇需求年产烯烃40万吨=40×10⁷kg需甲