2026年煤化工工艺改进试卷

2026年煤化工工艺改进试卷一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在煤直接液化工艺中，催化剂活性下降最主要的原因是A.金属硫化物沉积  B.焦炭覆盖  C.水热烧结  D.载体孔道坍塌答案：B解析：煤浆中的大分子芳烃在高温下极易缩合生成焦炭，覆盖活性中心，导致催化剂失活。2.某厂Shell气化炉操作压力4.0MPa，若采用N₂输送干煤粉，其最小输送密度（kg·m⁻³）应满足A.≥250  B.≥320  C.≥400  D.≥480答案：C解析：依据Shell专利经验曲线，4.0MPa下最小输送密度约400kg·m⁻³，低于此值易出现脉动。3.低温甲醇洗（Rectisol）脱除CO₂时，若甲醇含水量从0.5%升至2%，其CO₂相对溶解度下降约A.5%  B.15%  C.30%  D.45%答案：C解析：水与甲醇形成强氢键，显著降低自由甲醇分子浓度，实验测得溶解度下降约30%。4.煤间接液化F-T合成段，若H₂/CO摩尔比由2.0降至1.5，则链增长因子α的变化趋势为A.增大  B.减小  C.先增后减  D.基本不变答案：A解析：低H₂/CO抑制烯烃二次加氢，促进表面C⁺聚合，α增大。5.在煤制乙二醇（CTEG）路线中，亚硝酸甲酯再生反应器最易发生的副反应是A.草酸二甲酯分解  B.NO二聚  C.甲醇脱水  D.CO偶联答案：B解析：低温下NO易二聚为N₂O₂，造成再生回路NO损失，降低偶联效率。6.某水煤浆气化装置氧煤比（O/C质量比）由0.9提至1.05，冷煤气效率η的变化为A.+2%  B.−2%  C.+5%  D.−5%答案：B解析：过量O₂使燃烧份额增加，合成气中CO₂上升，η下降约2%。7.煤焦油加氢裂化装置，若反应器入口温度由380℃提至420℃，则最需关注的腐蚀形态为A.硫化物应力腐蚀  B.环烷酸腐蚀  C.高温氢腐蚀  D.氯化铵垢下腐蚀答案：C解析：高温高压氢环境下，碳钢易发生脱碳与微裂纹，即高温氢腐蚀。8.采用CaO循环碳酸化/煅烧法捕集CO₂，若煅烧器采用富氧燃烧，则O₂浓度（干基）一般控制为A.30%  B.50%  C.70%  D.95%答案：B解析：50%O₂可在避免高温结渣的同时降低空分功耗，兼顾经济性与材料寿命。9.煤制天然气（SNG）甲烷化段，若循环比由3降至2，则热点温度上升约A.10℃  B.25℃  C.40℃  D.60℃答案：C解析：循环比降低，反应热稀释能力下降，绝热温升约40℃。10.在煤热解多联产系统中，若快速热解温度由650℃提至800℃，则焦油中萘/苯比值A.增大  B.减小  C.先增后减  D.基本不变答案：A解析：高温促进芳烃脱烷基与缩合，萘相对含量上升。二、多项选择题（每题3分，共15分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）11.下列措施可有效抑制F-T合成催化剂钴烧结的有A.添加Re助剂  B.降低CO分压  C.采用SiO₂-Al₂O₃复合载体  D.提高还原温度答案：A、B、C解析：Re抑制钴还原度过高；降低CO分压减少放热；复合载体提高热稳定性；提高还原温度反而促进烧结。12.水煤浆气化炉耐火砖蚀损机理包括A.熔渣溶解  B.热震剥落  C.还原性气体侵蚀  D.碱金属渗透答案：A、B、D解析：还原性气体对Cr₂O₃-Al₂O₃砖侵蚀极弱，主要蚀损为熔渣溶解、热震与K/Na渗透。13.煤直接液化溶剂再生的有效手段有A.加氢饱和  B.分子筛吸附  C.减压蒸馏  D.离子液体萃取答案：A、B、C解析：离子液体萃取尚未工业化，且成本高。14.下列属于煤制烯烃（MTO）副产芳烃高效利用路线的是A.芳烃烷基化制对二甲苯  B.芳烃裂解制乙烯  C.芳烃与合成气制BTX  D.芳烃加氢制环己烷答案：A、C、D解析：芳烃直接裂解制乙烯收率低，经济性差。15.关于干粉气化与湿法气化能耗对比，正确的有A.干粉气化冷煤气效率更高  B.湿法气化空分功耗更低  C.干粉气化废水量更大  D.湿法气化氧耗更低答案：A、B、D解析：干粉气化需蒸汽作流化气，废水量反而略低。三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）16.煤焦油中喹啉不溶物（QI）越高，针状焦质量越好。答案：×解析：QI高会阻碍中间相小球体融并，降低针状焦取向性。17.在F-T合成中，钴基催化剂比铁基更适合低H₂/CO比合成气。答案：×解析：钴基需高H₂/CO，铁基具有水气变换活性，可适应低H₂/CO。18.煤热解与气化耦合工艺可提高系统冷煤气效率。答案：√解析：热解气作为富氢补充气，降低氧耗，提高冷煤气效率约3–4%。19.采用富氧燃烧+CO₂循环的煅烧器，其排气中CO₂浓度可达95%以上。答案：√解析：循环烟气替代空气，N₂被大幅稀释。20.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：×解析：物理吸收，温度升高溶解度下降。21.煤制乙二醇路线中，亚硝酸甲酯再生反应为放热反应。答案：×解析：2NO+1/2O₂+2CH₃OH→2CH₃ONO+H₂O，反应放热，但再生反应为NO氧化与酯化耦合，整体微吸热。22.在SNG甲烷化流程中，采用中间取热可控制绝热温升。答案：√解析：通过级间废锅或冷激，可将每段温升限制在60℃以内。23.煤液化残渣（CLR）的软化点一般高于150℃。答案：√解析：CLR富含缩合芳烃与矿物质，软化点150–200℃。24.水煤浆浓度每提高5%，气化氧耗约下降2%。答案：√解析：浆浓度高，单位有效碳氧耗降低。25.采用CaO吸附CO₂的循环系统中，CaO转化率在第10循环后通常低于20%。答案：√解析：烧结导致比表面积骤降，工业需采用水合再活化或掺杂ZrO₂。四、填空题（每空2分，共20分）26.煤直接液化典型操作温度______℃，压力______MPa。答案：440–460，15–20解析：高温高压保证煤大分子裂解与加氢同步进行。27.Shell气化炉合成气冷却器入口飞灰粒度d₅₀约为______μm，采用______陶瓷过滤器可降至5mg·m⁻³以下。答案：15，Fe₃Al-Al₂O₃复合解析：高温高压下金属间化合物滤芯兼具抗热震与抗硫蚀。28.低温甲醇洗再生塔顶温度一般控制在______℃，防止甲醇______。答案：−35，过度挥发解析：塔顶温度高导致甲醇损失增大，需用冷冻丙烯保持低温。29.F-T合成铁基催化剂助剂K₂O的作用是______，但过量会导致______。答案：促进CO解离吸附，CH₄选择性升高解析：K₂O给电子，强化C-O键断裂；过量使表面H覆盖度下降，烯烃二次加氢受阻，但CH₄也上升。30.煤制乙二醇偶联反应器常用______材质管束，以抵抗亚硝酸甲酯______腐蚀。答案：316L，晶间解析：316L含Mo，耐硝酸/亚硝酸腐蚀，且低碳防止敏化。31.某厂采用干煤粉气流床气化，氧煤比（质量）1.0，合成气中CO₂干基体积分数为______%，若碳转化率98%，则冷煤气效率约为______%。答案：18，80解析：依据元素平衡与LHV计算。32.煤热解多联产系统中，快速热解气经______（设备）急冷至650℃以下，抑制______反应。答案：双旋分+喷淋塔，二次裂解解析：快速急冷减少焦油二次反应，提高焦油收率。五、简答题（每题8分，共24分）33.简述干粉气化炉烧嘴磨损机理并提出两项工程改进措施。答案要点：（1）机理：高速煤粉（>30m·s⁻¹）冲击烧嘴头部，造成冲刷磨损；局部还原性气氛使合金表面贫Cr，形成硫化物脆性相，加剧剥落。（2）改进：①采用WC-Co梯度涂层，硬度>1200HV，寿命由6个月延至18个月；②在烧嘴中心增设旋流冷却风膜，降低壁温至600℃以下，减缓硫化腐蚀速率。34.煤直接液化循环溶剂中，为何需保持芳环饱和度在35–45%？过高或过低有何后果？答案要点：（1）适度饱和溶剂提供活性氢自由基，稳定煤热解碎片；同时保持足够芳环结构，溶解大分子沥青烯。（2）饱和度过高（>50%）导致溶剂密度与溶解度参数下降，沥青烯析出，堵塞高压换热器；过低（<25%）则供氢不足，生焦率上升，催化剂失活加快。35.说明低温甲醇洗系统发泡的主要原因及在线消泡策略。答案要点：（1）原因：原料气携带胺类、有机硅、细微颗粒（FeS、炭黑）降低甲醇表面张力，形成稳定泡沫。（2）策略：①在线注入聚醚改性硅油消泡剂，浓度5–10ppm；②在甲醇/水分层器前增设活性炭过滤器（5μm），去除表面活性杂质；③控制再生塔液位波动<5%，防止气相卷液。六、计算题（共31分）36.（10分）某煤制氢装置采用水煤浆气化，煤浆浓度62%（质量），煤元素分析（wt%，daf）：C80.5，H5.2，O10.3，N1.3，S0.7。气化压力6.5MPa，温度1350℃，碳转化率98%，合成气干基组成（vol%）：CO46.2，H₂34.8，CO₂17.5，CH₄0.5，N₂+Ar1.0。忽略飞灰含碳。（1）计算氧煤比（质量比，kgO₂/kg干煤）。（2）计算冷煤气效率η（LHV基准）。已知：LHV(CO)=10.1MJ·m⁻³，LHV(H₂)=10.8MJ·m⁻³，LHV(CH₄)=35.9MJ·m⁻³；干煤LHV=27.2MJ·kg⁻¹。解：（1）以100kg干煤为基准，碳摩尔=80.5/12=6.708kmol。碳转化量=6.708×0.98=6.574kmol。合成气总量由碳平衡：CO+CO₂+CH₄=6.574kmol。设合成气干基总量为Vm³（STP），则0.462V+0.175V+0.005V=6.574→V=6.574/0.642=10.24×10³m³。氧耗由元素平衡：O₂供给=〔CO+2CO₂+0.5(H₂O→H₂)〕−煤中O。H₂来源：煤中H+水煤浆中水。水煤浆量=100/0.62=161.3kg，含水61.3kg=3.406kmol。煤中H=5.2/2=2.6kmol。总H=2.6+3.406=6.006kmol，其中98%转化为H₂：H₂生成=6.006×0.98=5.886kmol=131.8m³（STP）。合成气中H₂=0.348×10.24=3.56×10³m³=158.9kmol>131.8kmol，差额来自水气变换，需迭代，但工程近似取氧耗：O₂=0.5×(CO+2CO₂)+0.5×(H₂O→H₂)−煤中O。煤中O=10.3/32=0.322kmol。O₂≈0.5×(0.462×456.5+2×0.175×456.5)+0.5×(3.406−0.02×6.006)−0.322=1.96kmol=62.7kg。氧煤比=62.7/100=0.627kg/kg。（2）合成气LHV=(0.462×10.1+0.348×10.8+0.005×35.9)×10.24=(4.67+3.76+0.18)×10.24=87.9GJ。干煤LHV=100×27.2=2.72GJ。η=87.9/272=0.323→32.3%。答案：氧煤比0.63kg/kg，冷煤气效率32%。37.（10分）某F-T合成回路采用铁基催化剂，反应器入口H₂/CO=1.0，出口H₂/CO=0.4，单程CO转化率60%。循环比R=3（摩尔）。求：（1）整体CO转化率；（2）若入口合成气100kmol·h⁻¹，求尾气量（kmol·h⁻¹）。解：（1）设新鲜合成气CO=1，循环气CO=x，总入口CO=1+x。反应消耗CO=0.6(1+x)。出口CO=(1+x)−0.6(1+x)=0.4(1+x)。由H₂/CO出口=0.4，且H₂消耗=CO消耗（按F-T计量n(H₂)+n(CO)=1），得H₂出口=(1+x)−0.6(1+x)=0.4(1+x)。循环气H₂/CO=0.4，则x=0.4×(循环气CO)，但循环气CO=出口CO=0.4(1+x)。解得x=0.4×0.4(1+x)→x=0.16+0.16x→x=0.191。整体CO转化率=反应CO/新鲜CO=0.6(1+0.191)/1=0.715→71.5%。（2）新鲜气100kmol·h⁻¹，CO=50kmol·h⁻¹。循环气CO=0.191×50=9.55kmol·h⁻¹。总入口CO=59.55kmol·h⁻¹，反应消耗=0.6×59.55=35.73kmol·h⁻¹。出口总气量=入口−反应净减=100+循环气−2×35.73（因每消耗1molCO+H₂，生成−1mol烃+H₂O，气相净减1mol）。循环气量=新鲜气×(1+R)/R=100×4/3=133.3kmol·h⁻¹。出口气量=100+133.3−2×35.73=161.8kmol·h⁻¹。答案：整体CO转化率71.5%，尾气161.8kmol·h⁻¹。38.（11分）某煤制乙二醇装置偶联反应器直径2m，入口气体质量流速G=8kg·m⁻²·s⁻¹，温度140℃，压力0.3MPa，气体组成（mol%）：CO15，CH₃ONO18，N₂67。已知反应2CO+2CH₃ONO→(COOCH₃)₂+2NO，k=2.5×10⁵exp(−5500/T)m³·kmol⁻¹·s⁻¹。假设拟均相、等温、无内扩散影响，求CO转化率80%时所需床高。催化剂堆积密度ρb=1200kg·m⁻³，空隙率ε=0.45，颗粒外表面积ap=3×10³m²·m⁻³。解：（1）计算入口摩尔流量：G=8kg·m⁻²·s⁻¹，平均分子量M=0.15×28+0.18×61+0.67×28=33.9g·mol⁻¹。摩尔通量=8/33.9=0.236kmol·m⁻²·s⁻¹。CO入口摩尔通量=0.15×0.236=0.0354kmol·m⁻²·s⁻¹。（2）反应速率：rCO=−kCCO²，因CH₃ONO过量，按二级对CO。T=413K，k=2.5×10⁵exp(−5500/413)=0.482m³·kmol⁻¹·s⁻¹。CCO=PCO/RT=0.15×0.3×10³/(8.314×413)=0.0131kmol·m⁻³。（3）设计方程：u=G/(ρgε)，ρg=PM/RT=0.3×33.9/(0.008314×413)=2.96kg·m⁻³。u=8/(2.96×0.45)=6.0m·s⁻¹。空时τ=Z/u，对二级反应：1/CCO−1/CCO0=kτ。出口CCO=CCO0(1−X)=0.0131×0.2=0.00262kmol·m⁻³。τ=(1/0.00262−1/0.0131)/0.482=(381.7−76.3)/0.482=633s。Z=uτ=6.0×633=3798m→显然不合理，说明拟均相假设错误，应改用外表面积基准：rCO=−kCCO²=−0.482×(0.0131)²=8.27×10⁻⁵kmol·m⁻³·s⁻¹。单位体积催化剂速率=ρbrCO=1200×8.27×10⁻⁵=0.099kmol·m⁻³·s⁻¹。对微元床层：FdX=−rCOdV→Z=(FX)/(−rCOA)。A=πD²/4=3.14m²。F=0.0354kmol·m⁻²·s⁻¹。平均−rCO=(r0+r)/2=(8.27×10⁻⁵+8.27×10⁻⁵×0.2²)/2=4.3×10⁻⁵kmol·m⁻³·s⁻¹。Z=(0.0354×0.8)/(4.3×10⁻⁵)=658m→仍过大，表明实际为快速反应，应改用ap外扩散控制：kgap(CCO−CCOs)=rCO。设外扩散控制，则CCOs≈0，rCO=kgapCCO。kg由Chilton-Colburn类比：Sh=0.33Re⁰·⁸Sc⁰·³³。Re=ρgudp/μ，dp=6(1−ε)/ap=6×0.55/3000=1.1×10⁻³m。μ≈3×10⁻⁵Pa·s。Re=2.96×6.0×0.0011/3e−5=651。Sc=μ/(ρgDCO)，DCO≈1×10⁻⁵m²·s⁻¹。Sc=3e−5/(2.96×1e−5)=1.01。Sh=0.33×651⁰·⁸×1.01⁰·³³=0.33×167×1=55.1。kg=ShDCO/dp=55.1×1e−5/0.0011=0.50m·s⁻¹。rCO=kgapCCO=0.50×3000×0.0131=19.65k