煤化工试题B及答案

煤化工试题B及答案1.（单选）在德士古水煤浆气化炉正常操作温度区间内，提高氧煤比对合成气中有效气（CO+H₂）体积分数的影响规律是A.持续升高B.先升高后降低，存在峰值C.持续降低D.基本不变答案：B解析：氧煤比过低时，碳转化率不足，有效气量低；氧煤比过高，部分CO、H₂被过度氧化为CO₂、H₂O，有效气分数反而下降。实验曲线呈“倒U”形，峰值出现在碳转化率≈98%对应的氧煤比附近。2.（单选）Shell干煤粉气化采用废锅流程回收高温合成气显热，其废锅入口合成气温度设计值为A.1100℃B.1350℃C.1600℃D.900℃答案：C解析：Shell气化炉出口合成气温度高达1600℃，废锅入口设于此温度可最大限度回收显热，同时避免飞灰黏结。后续激冷至900℃进入陶瓷过滤器。3.（单选）煤直接液化装置中，减压塔底含固油浆的固含量控制指标一般不超过A.5wt%B.10wt%C.15wt%D.20wt%答案：A解析：固含量>5wt%时，油浆泵磨损指数呈指数上升，且加热炉管结焦速率翻倍；≤5wt%可保证装置“三年一修”的可靠性。4.（单选）煤制天然气（SNG）甲烷化反应器最常用的催化剂活性组分为A.Fe₃O₄B.Ni/Al₂O₃C.CoMo/Al₂O₃D.CuZnAl答案：B解析：Ni基催化剂在250–450℃、3.0–6.0MPa条件下对CO/CO₂甲烷化兼具高活性与抗积碳性能；Fe易生成高级烃，CoMo用于加氢脱硫，CuZnAl为甲醇合成催化剂。5.（单选）下列关于低温甲醇洗（Rectisol）工艺的描述，正确的是A.甲醇吸收CO₂为放热过程，温度越低，吸收能力越弱B.富甲醇再生采用低压闪蒸+氮气汽提，能耗占全装置总能耗>50%C.硫化氢在甲醇中的溶解度随温度升高而显著增大D.甲醇对COS无吸收能力，需前置水解槽答案：B解析：低温甲醇洗冷量消耗大，富液再生需多段闪蒸、汽提、热再生，能耗占比高；CO₂吸收为放热，温度越低溶解度越大；H₂S溶解度随温度升高而降低；甲醇对COS有良好吸收性，无需前置水解。6.（单选）煤制烯烃（MTO）反应中，甲醇转化率>99.5%时，乙烯+丙烯选择性最高时的反应温度窗口为A.350–380℃B.400–430℃C.470–500℃D.530–560℃答案：C解析：470–500℃时，SAPO-34分子筛孔道尺寸与乙烯、丙烯动力学直径匹配，副产C₄⁺烃和积碳最少；温度再升高，烯烃二次裂解加剧，选择性下降。7.（单选）采用碎煤熔渣气化（BGL）时，蒸汽/氧比由0.8kg/Nm³提高到1.2kg/Nm³，气化炉出口合成气中CH₄体积分数将A.增加约2–3百分点B.减少约2–3百分点C.基本不变D.先增后减答案：A解析：提高蒸汽/氧比，炉内H₂分压升高，促进C+2H₂⇌CH₄甲烷化反应，CH₄增加；但氧总量减少，炉温下降，碳转化率略降，综合结果CH₄净增。8.（单选）煤间接液化F-T合成采用钴基催化剂时，链增长概率α值设计为0.90，则C₅⁺馏分理论质量分数为A.45%B.65%C.80%D.90%答案：C解析：按Anderson-Schulz-Flory分布，Wₙ=n(1−α)²αⁿ⁻¹，α=0.90时，C₅⁺累计质量分数≈80%；α>0.9则蜡产率过高，需加氢裂解。9.（单选）下列哪种煤质指标对水煤浆气化氧耗影响最显著A.灰熔点B.内水含量C.固定碳含量D.哈氏可磨性指数答案：B解析：内水含量每增加1%，煤浆浓度下降约0.7%，为维持相同冷煤气效率，氧耗增加0.9–1.1%；灰熔点影响助熔剂，可磨性影响制浆电耗，但非氧耗主因。10.（单选）煤制氢装置中，变压吸附（PSA）提氢工序的氢气回收率通常设计为A.60–65%B.70–75%C.85–90%D.95–98%答案：C解析：PSA采用10-2-5流程（10塔吸附、2塔同时均压、5次均压），氢回收率可达85–90%；再提高需增加均压次数，投资指数上升。11.（单选）煤焦油加氢裂化装置，为防止反应器床层压降过快，原料油中固含量应小于A.100ppmB.300ppmC.500ppmD.1000ppm答案：B解析：固含量>300ppm时，运行6个月压降可升至设计上限的150%，需停工反吹；控制<300ppm可保证一年运行周期。12.（单选）在煤制乙二醇工艺中，草酸酯合成塔入口CO纯度要求≥99.3%，其杂质中对催化剂毒性最强的是A.H₂B.N₂C.H₂SD.NH₃答案：C解析：H₂S与Pd系催化剂形成Pd₄S，活性中心永久中毒，允许上限0.1ppm；NH₃可逆中毒，H₂、N₂为惰性。13.（单选）煤气化细灰（<10μm）经熔融造粒后，得到的玻璃体颗粒主要矿物相为A.石英B.莫来石C.透辉石D.非晶态铝硅酸盐答案：D解析：高温熔融+水淬急冷，晶体生长受抑，形成非晶态铝硅酸盐玻璃体，重金属浸出毒性低于国标限值两个数量级。14.（单选）煤制甲醇装置中，合成气氢碳比（H₂−CO₂）/（CO+CO₂）=2.05时，补碳方式最优选A.深冷分离回收CO₂B.烟道气CO₂捕集C.天然气蒸汽重整D.电解水制氢答案：B解析：烟道气CO₂浓度8–12%，低压捕集能耗低，可直接压缩回合成气压缩机入口，实现碳氢平衡；深冷回收CO₂投资高，电解水成本最高。15.（单选）下列关于煤热解多联产系统的说法，错误的是A.热解气中CH₄体积分数通常>20%B.半焦可送气化炉制合成气C.焦油加氢可生产汽柴油D.热解温度越高，半焦产率越高答案：D解析：热解温度升高，一次裂解加剧，半焦产率下降，气体、焦油增加；>700℃后半焦产率曲线趋于平缓。16.（单选）煤气化废水经“预处理+厌氧+好氧+深度氧化”后，最难降解的有机污染物是A.苯酚B.氨氮C.多环芳烃芘D.氰化物答案：C解析：芘为四环芳烃，生物毒性大，可生化性BOD₅/COD<0.05，需臭氧催化氧化或树脂吸附才能降至μg/L级。17.（单选）采用干粉气化时，煤粉输送用密相气力输送，其固气比一般控制在A.5–10kg/kgB.15–25kg/kgC.30–40kg/kgD.50–60kg/kg答案：C解析：固气比30–40kg/kg时，能耗与磨损综合最优；>40kg/kg易堵塞，<30kg/kg载气量大，CO₂压缩功耗高。18.（单选）煤制合成氨装置，二级转化炉出口甲烷体积分数要求<0.3%，其关键控制参数是A.水碳比B.转化温度C.空速D.催化剂颗粒大小答案：B解析：二级转化炉温度>1000℃时，CH₄平衡浓度可降至0.1%以下；水碳比影响CO变换，非甲烷主因。19.（单选）F-T合成反应器采用浆态床，其催化剂颗粒平均粒径为A.10–30μmB.50–80μmC.100–150μmD.200–300μm答案：B解析：50–80μm兼顾高活性与易分离，过大则内扩散限制，过小则过滤困难。20.（单选）煤制氢Claus硫磺回收装置，尾气SO₂排放限值为100mg/Nm³时，需配套A.SCOT尾处理B.氨法脱硫C.海水脱硫D.干法喷射活性炭答案：A解析：Claus+SCOT总硫回收率>99.8%，尾气SO₂<100mg/Nm³；氨法适用于电厂，海水脱硫限值400mg/Nm³。21.（多选）影响水煤浆稳定性的因素包括A.煤内水含量B.添加剂分子量C.浆体温度D.剪切速率E.灰分含量答案：A,B,C,D解析：灰分对稳定性影响较小，其余四项均显著：内水高降低成浆浓度，添加剂分子量决定空间位阻，温度影响布朗运动，剪切速率破坏三维网络。22.（多选）下列属于煤气化灰渣综合利用途径的有A.水泥生料B.路基材料C.橡塑填料D.土壤改良剂E.铝冶炼原料答案：A,B,C,E解析：灰渣富含SiO₂、Al₂O₃，可替代黏土、铝矾土；路基利用已商业化；土壤改良需控制重金属，尚未大规模推广。23.（多选）煤直接液化循环溶剂的主要作用A.溶解煤粉B.供氢C.带走反应热D.抑制结焦E.降低黏度答案：A,B,D,E解析：循环溶剂为氢化芳烃，可提供活性氢自由基，溶解煤及产物，降低系统黏度，抑制结焦；反应热由冷氢+外循环取热，非溶剂主责。24.（多选）低温甲醇洗装置冷量来源包括A.氨吸收制冷B.丙烯压缩制冷C.液氮洗冷量回收D.合成气膨胀机E.CO₂闪蒸冷量答案：A,B,D,E解析：液氮洗用于深冷分离CO，与甲醇洗冷量无直接关联；其余均可通过换热网络提供-40℃以下冷量。25.（多选）煤制烯烃装置中，造成SAPO-34催化剂快速失活的原因A.积碳B.水热脱铝C.碱金属中毒D.铁镍污染E.高空速答案：A,B,C,D解析：高空速缩短停留时间，反而抑制积碳，但会导致转化率下降，不属于“快速失活”主因；其余四项均破坏酸中心或堵塞孔道。26.（多选）F-T合成钴基催化剂还原阶段，下列措施可提高还原度的有A.提高H₂/CO比B.降低空速C.程序升温D.添加水蒸气E.提高压力答案：B,C解析：降低空速延长还原时间，程序升温避免热点；H₂/CO比高易生成甲烷，水蒸气会氧化Co⁰，高压抑制还原。27.（多选）煤制乙二醇亚硝酸酯再生塔顶排出的尾气中含有A.NOB.CO₂C.N₂D.甲醇E.草酸二甲酯答案：A,B,C,D解析：再生塔顶气主要为NO、CO₂、N₂及微量甲醇；草酸二甲酯沸点高，基本不挥发。28.（多选）下列关于煤气化废水“零排放”工艺组合，合理的有A.膜浓缩+蒸发结晶B.电渗析+冷冻结晶C.正渗透+机械蒸汽再压缩D.生物强化+湿地蒸发E.高级氧化+回用答案：A,B,C解析：湿地蒸发受气候限制，难以稳定“零排放”；高级氧化+回用无盐结晶段，无法固液分离；前三者可实现盐水分离。29.（多选）煤热解提质工艺中，提高焦油收率的措施A.快速升温B.缩短停留时间C.提高热解压力D.氢气气氛E.添加CaO答案：A,B,D解析：高压促进二次裂解，焦油下降；CaO吸附CO₂、H₂S，但对收率影响小；快速升温、短停留、富氢可抑制二次反应，提高焦油。30.（多选）煤制合成氨装置，一段转化炉炉管材质为HK-40，影响其蠕变寿命的因素A.管壁温度B.水碳比C.管内压力D.催化剂活性E.炉管厚度答案：A,C,E解析：水碳比影响CO分布，对管壁温度有间接影响，但非蠕变主因；催化剂活性影响热点位置，但寿命模型以温度、压力、厚度为直接输入。31.（填空）德士古气化炉烧嘴头部采用________冷却方式，以抵抗________℃以上高温火焰辐射。答案：外循环水膜；1800解析：烧嘴头部设螺旋水夹套，流速>5m/s，水膜带走辐射热，金属壁温<300℃。32.（填空）煤直接液化反应器液相停留时间通常为________min，总气液比（V/V）约为________。答案：45–60；700–900解析：长停留保证煤有机质充分加氢裂解；气液比高可提供足够氢分压，抑制结焦。33.（填空）Shell气化废锅合成气侧换热管材质为________，其抗________腐蚀是关键。答案：SA-213T91；高温硫化-氯化解析：合成气含H₂S、HCl，高温下形成低熔点共晶，T91含9%Cr+1%Mo，生成致密氧化皮。34.（填空）煤制甲醇合成回路，为控制惰性气（CH₄+N₂+Ar）含量，连续排放的弛放气位置设在________压缩机________段后。答案：循环；二解析：二段后压力已升至7.5MPa，惰性气富集，排放可最大限度减少氢损失。35.（填空）F-T合成浆态床反应器顶部设置________分离器，实现________与蜡分离。答案：旋风-过滤组合；催化剂解析：先旋风预分离>50μm颗粒，再金属烧结滤芯捕集细粉，保证蜡中固含量<50ppm。36.（填空）煤制氢装置，变换炉入口汽气比（H₂O/干气）控制为________，以兼顾________与________。答案：1.2–1.4；CO转化率；催化剂水热稳定性37.（填空）低温甲醇洗装置，甲醇再生塔再沸器热源采用________，以利用________能级。答案：变换气余热；低位解析：变换气120℃左右，与甲醇再生塔底温度匹配，减少蒸汽消耗约0.3t/tCO₂。38.（填空）煤制烯烃反应器再生器烧焦峰值温度限制在________℃，以防SAPO-34________。答案：700；骨架脱铝解析：>700℃水蒸气分压高，Al-O-Si键水解，酸中心永久流失。39.（填空）煤焦油加氢裂化，为避免床层________，采用________级膨胀节。答案：热膨胀；三解析：反应器上下温差150℃，三级膨胀节吸收轴向位移，防止壳体应力超限。40.（填空）煤制乙二醇草酸酯合成催化剂载体选用________，其孔径集中分布在________nm。答案：SiC泡沫；20–50解析：SiC导热系数高，移走反应热；20–50nm介孔利于草酸酯扩散，减少内扩散限制。41.（判断）气流床气化炉比固定床更适宜高灰熔点煤。答案：正确解析：气流床操作温度>1400℃，高于大多数煤灰熔点，无需助熔剂；固定床受排渣黏度限制，需低灰熔点。42.（判断）煤直接液化油收率随煤阶降低而单调升高。答案：错误解析：低阶煤反应活性高，但含氧官能团多，生成水多，油收率峰值出现在含碳80–82%的烟煤区间。43.（判断）F-T合成铁基催化剂比钴基更适合低H₂/CO比（<1.0）合成气。答案：正确解析：铁基具水气变换活性，可将CO+H₂O→CO₂+H₂，自给氢源；钴基无此功能，易积碳。44.（判断）煤制甲醇合成气中硫含量<0.1ppm即可满足铜锌铝催化剂要求。答案：正确解析：铜基催化剂对硫极敏感，<0.1ppm可保证五年寿命；>0.5ppm活性呈线性下降。45.（判断）煤热解多联产系统中，半焦用于发电比用于气化更具碳减排优势。答案：错误解析：半焦气化后合成气用于化工，全生命周期碳利用率>50%；直燃发电碳排放因子高，减排优势小。46.（简答）说明水煤浆气化炉烧嘴磨损的主要机理，并给出两种工程延寿措施。答案：磨损机理为：高速（120–150m/s）煤浆与氧射流形成湍流，煤颗粒对烧嘴头部材料产生冲蚀-切削；高温火焰区存在氧化-冲蚀协同，氧化皮减薄后裸金属被快速切削。延寿措施：①烧嘴头部镶嵌WC-Co硬质合金环，硬度HRA>90，寿命由6个月延至18个月；②采用旋流偏心设计，使煤浆贴壁形成自保护膜，降低直射冲蚀，寿命提高30%。47.（简答）阐述煤制甲醇合成回路设置循环机段间冷却器的必要性。答案：甲醇合成放热剧烈，循环气经压缩后温升>80℃，若不经冷却直接进入合成塔，会导致：①催化剂床层热点超温，副产甲烷增加；②平衡转化率下降；③循环机功耗增加。段间冷却器将气体冷至40℃，可移除反应热，提高甲醇净值2–3%，节能约0.15GJ/t。48.（简答）煤间接液化F-T合成采用浆态床而非固定床的两点技术考量。答案：①浆态床温度均匀（±2℃），可消除固定床热点，利于链增长，C₅⁺选择性提高5–7百分点；②浆态床可在线补卸催化剂，保证三年连续运行，固定床需一年一停车换剂，开工率低15%。49.（简答）说明煤制氢装置PSA解吸气热值波动大的原因及稳定措施。答案：原因：原料煤气质变化导致H₂收率波动，解吸气量及CH₄/CO比例随之变化；PSA时序调整（均压次数、冲洗时间）也会改变解吸气组成。稳定措施：①设置解吸气缓冲罐，容积>10min流量，抑峰填谷；②热值前馈+燃气轮机负荷反馈控制，实时调节掺烧焦炉煤气量，保持低热值波动<±3%。50.（计算）某Shell干粉气化炉，日投煤量2000t（干基），煤含碳80.5wt%，气化温度1600℃，碳转化率98%，合成气中CO₂干基体积分数2.5%，求日产合成气量（干基，Nm³/d）。答案：碳量=2000×0.805×0.98=1577.8t/d=1.5778×10⁹molC设合成气总量为VNm³，则CO+CO₂+CH₄+…含碳摩尔数=CO+CO₂+CH₄…忽略CH₄等，近似碳全部进入CO+CO₂，则：(CO+CO₂)mol=V/22.4×(CO%+CO₂%)=V/22.4×(97.5%+2.5%)=V/22.4碳摩尔数=V/22.4=1.5778×10⁹V=1.5778×10⁹×22.4=3.53×10¹⁰Nm³/d=35.3millionNm³/d解析：碳转化率已考虑，CO₂占比小，近似误差<1%。51.（计算）煤制甲醇装置，合成气组成（vol%）：CO28%，CO₂4%，H₂65%，CH₄2%，N₂1%。若新鲜气流量300kmol/h，循环比=5，单程CO转化率18%，求甲醇产量（t/h）。答案：新鲜CO=300×0.28=84kmol/h循环气=300×5=1500kmol/h总进料CO=84+1500×0.28=84+420=504kmol/h反应CO=504×0.18=90.72kmol/h甲醇产量=90.72×32=2903kg/h=2.90t/h解析：忽略副产，按CO唯一碳源，工业实际需扣除CO₂副反应，计算值偏高3–5%。52.（计算）煤制天然气甲烷化反应CO+3H₂⇌CH₄+H₂O，ΔH=-206kJ/mol。原料气流量1000kmol/h，组成CO25%，H₂70%，CO₂3%，CH₄2%。若CO转化率为99%，求需移走的热量（GJ/h）。答案：CO反应量=1000×0.25×0.99=247.5kmol/h放热=247.5×206=50955MJ/h=50.96GJ/h解析：CO₂甲烷化放热忽略，工业需考虑水气变换副反应，实际放热约52GJ/h。53.（计算）低温甲醇洗装置，富甲醇流量500m³/h，密度950kg/m³，CO₂负载由0.12mol/molMeOH降至0.02，求再生塔顶CO₂释放量（t/h）。答案：甲醇质量流量=500×950=475000kg/h=475t/h甲醇摩尔流量=475000/32=14843.75kmol/hCO₂释放=14843.75×(0.12−0.02)=1484.375kmol/h=1484.375×44=65312.5kg/h=65.31t/h解析：工业需考虑CH₄、H₂S共溶，CO₂纯度约98%，质量略高。54.（计算）F-T合成铁基催化剂，合成气H₂/CO=1.0，CO转化率80%，C₅⁺选择性70%，求1000Nm³合成气理论产C₅⁺（kg）。答案：CO量=1000/22.4×0.5=22.32mol反应CO=22.32×0.8=17.86mol碳进入C₅⁺=17.86×0.7=12.5mol按平均碳数12计，C₁₂H₂₆质量=12.5/12×(12×12+26)=12.5×170.3=2129g≈2.13kg解析：工业平均分子量按C₁₉H₄₀修正，产率约2.5kg。55.（计算）煤制烯烃MTO，甲醇进料100t/h，甲醇转化率99.5%，乙烯+丙烯选择性80%，求乙烯+丙烯产量（t/h）。答案：甲醇反应=100×0.995=99.5t/h=99500/32=3109.375kmol/h按碳守恒，乙烯+丙烯含碳=3109.375×0.8=2487.5kmolC设乙烯x，丙烯y，则2x+3y=2487.5，且x+y=总烯烃摩尔平均碳数2.5，则总烯烃摩尔=2487.5/2.5=995kmol/h乙烯+丙烯质量：平均分子量=0.5×28+0.5×42=35kg/kmol产量=995×35=34825kg/h=34.83t/h解析：工业需考虑C₄烯烃循环，实际产量约32t/h。56.（综合）某煤制油项目采用水煤浆气化+变换+低温甲醇洗+F-T合成+加氢精制，设计年产油品200万吨，煤种含碳78%，热值24MJ/kg，全厂能效42%（HHV）。求年耗煤量（万吨），并分析提高能效的两条技术路径。答案：油品能量=2×10⁶t×44MJ/kg=8.8×10¹³kJ需煤能量=8.8×10¹³/0.42=2.095×10¹⁴kJ煤量=2.095×10¹⁴/24×10³=8.73×10⁹kg=873万吨路径1：气化岛升级，采用干煤粉气化+废锅回收，比水煤浆气化冷煤气效率提高5–6百分点，全厂能效可升至46%，年节煤约100万吨。路径2：F-T合成高温费托，油品+烯烃联产，反应热用于120℃热水发电，采用有机朗肯循环，发电效率12%，全厂能效再增2百分点，年节煤35万吨。57.（综合）煤制天然气项目，合成气甲烷化采用四级绝热反应器，逐级配入冷激气。请画出流程简图（文字描述），并说明冷激气分配比例设计原则。答案：流程描述：合成气→第一甲烷化反应器（出口650℃）→一级冷激（配入25%冷合成气）→第二反应器（出口580℃）→二级冷激（配入20%）→第三反应器（出口480℃）→三级冷激（配入15%）→第四反应器（出口400℃）→废热锅炉→冷却分离→SNG。原则：①冷激量按床层绝热温升<150℃计算，防止催化剂烧结；②逐级递减，前段反应速率快，需大冷激；③冷激气温度<200℃，避免