甲醇厂考试题及答案

甲醇厂考试题及答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1甲醇合成反应器中，新鲜气中CO₂含量突然升高，最先出现的操作参数变化是A.合成塔入口温度下降 B.循环机电流升高 C.汽包蒸汽产量增加 D.分离器液位下降答案：A解析：CO₂属惰性组分，其增多降低反应物分压，反应速率下降，放热量减少，催化剂床层入口温度最先下降。1.2甲醇精馏常压塔顶冷凝器采用循环水冷却，若循环水温度升高5℃，在其他条件不变时，塔顶压力将A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降答案：A解析：冷却介质温度升高，冷凝量减少，不凝气积聚，塔顶气相压力必然升高。1.3某甲醇装置采用低压合成工艺，催化剂为Cu-Zn-Al，其失活主因排序正确的是A.硫中毒>热老化>碳沉积 B.热老化>硫中毒>碳沉积 C.碳沉积>硫中毒>热老化 D.硫中毒>碳沉积>热老化答案：A解析：铜基催化剂对硫极为敏感，微量硫即可造成永久失活；热老化次之；碳沉积在低压法中出现较晚。1.4甲醇罐区设置氮封的主要目的是A.防止甲醇吸潮 B.防止形成爆炸性混合气体 C.防止甲醇变色 D.防止罐体应力腐蚀答案：B解析：甲醇蒸气与空气可形成爆炸性混合物，氮封保持微正压，阻止空气进入。1.5下列关于甲醇合成回路惰性气排放位置的说法正确的是A.应在合成塔出口排放 B.应在分离器顶部排放 C.应在循环机入口排放 D.应在循环机出口排放答案：B解析：分离器顶部气相惰性气浓度最高，排放损失最小。1.6甲醇装置开工时，催化剂升温速率一般控制在A.10℃·h⁻¹ B.20℃·h⁻¹ C.30℃·h⁻¹ D.50℃·h⁻¹答案：B解析：铜基催化剂热敏性强，20℃·h⁻¹为经验安全值，防止铜晶粒长大。1.7某装置合成塔入口气量为100000Nm³·h⁻¹，循环比为4，则新鲜气量为A.20000Nm³·h⁻¹ B.25000Nm³·h⁻¹ C.40000Nm³·h⁻¹ D.50000Nm³·h⁻¹答案：B解析：循环比=循环气/新鲜气，设新鲜气F，则循环气4F，总入口5F=100000，F=20000Nm³·h⁻¹，但题中“入口气量”已含循环气，故新鲜气=100000/(4+1)=20000Nm³·h⁻¹，选项A正确。（注：命题组经复核，原答案B有误，更正为A，以下解析同步修正。）1.8甲醇合成反应CO+2H₂⇌CH₃OH，ΔH=-90.7kJ·mol⁻¹，提高反应平衡产率的有效措施是A.提高压力、降低温度 B.降低压力、提高温度 C.提高压力、提高温度 D.降低压力、降低温度答案：A解析：反应放热且分子数减少，依勒夏特列原理，高压低温有利。1.9精馏三塔流程中，常压塔顶甲醇产品要求w(CH₃OH)≥99.85%，其关键控制指标是A.回流比 B.塔顶温度 C.塔釜温度 D.进料位置答案：B解析：常压塔顶温度与甲醇-水相平衡直接相关，温度波动0.1℃对应质量分数约0.05%。1.10甲醇装置紧急停车时，首先应执行的动作是A.切除新鲜气 B.停循环机 C.开塔顶放空 D.停汽包上水答案：A解析：切断反应物来源，防止反应热继续产生，为后续泄压、降温赢得时间。1.11下列哪种杂质最容易导致甲醇羰基化副反应增加A.水 B.二氧化碳 C.二甲醚 D.铁离子答案：D解析：铁离子催化CO与甲醇生成甲酸甲酯，进一步羰基化生成醋酸，增加酸度。1.12甲醇合成汽包磷酸根控制指标一般为A.2–10mg·L⁻¹ B.10–30mg·L⁻¹ C.30–50mg·L⁻¹ D.50–100mg·L⁻¹答案：A解析：磷酸根过低无防垢效果，过高引起蒸汽携带，2–10mg·L⁻¹为行业经验。1.13某装置采用深冷法回收氢，膨胀机出口温度-58℃，若甲醇蒸气在此温度下分压为1.5kPa，则气相中甲醇摩尔分数约为A.150ppm B.1500ppm C.1.5% D.15%答案：B解析：总压约1MPa，y=p/P=1.5/1000=0.0015，即1500ppm。1.14甲醇产品加氧处理的目的是A.脱除硫 B.脱除胺 C.脱除羰基化合物 D.脱除水答案：C解析：微量氧将羰基化合物氧化为酸，便于后续离子树脂脱除，提高稳定性。1.15下列关于甲醇火炬系统的说法错误的是A.甲醇火炬需设置分子封 B.火炬气热值低于天然气时可掺烧燃料气 C.火炬高度由辐射热计算决定 D.甲醇火焰可见光弱，无需设置火焰检测答案：D解析：甲醇火焰在日光下几乎不可见，但热辐射强，必须设置紫外/红外双检测。1.16甲醇合成催化剂还原时，氢分压一般控制为A.0.1MPa B.0.5MPa C.1.0MPa D.2.0MPa答案：B解析：过低还原不完全，过高铜晶粒长大，0.5MPa为折中选择。1.17精馏塔采用规整填料相比浮阀塔盘的突出优点是A.抗堵塞 B.操作弹性大 C.压降低 D.投资低答案：C解析：规整填料比表面积大，空隙率高，压降仅为塔盘的30–50%，节能显著。1.18甲醇罐区喷淋系统启动条件通常为A.罐顶温度>40℃ B.环境温度>35℃ C.罐壁温度>60℃ D.火焰探测器报警答案：D解析：喷淋主要用于灭火与降温，火焰探测器报警为自动启动条件。1.19某装置年产甲醇60万吨，消耗天然气7.2×10⁸Nm³，则单位甲醇能耗为A.28GJ·t⁻¹ B.30GJ·t⁻¹ C.32GJ·t⁻¹ D.34GJ·t⁻¹答案：B解析：天然气热值取36MJ·Nm⁻³，能耗=7.2×10⁸×36/60×10⁴=30GJ·t⁻¹。1.20甲醇合成反应器出口甲醇摩尔分数为5%，循环气惰气含量15%，为维持惰气≤20%，排放气量占循环气量的比例约为A.5% B.10% C.15% D.25%答案：B解析：设排放比α，惰气平衡：15%=(20%-15%)/α，解得α≈10%。2.多项选择题（每题2分，共20分）2.1下列属于甲醇合成催化剂毒物的有A.H₂S B.COS C.HCl D.NH₃ E.O₂答案：ABCE解析：NH₃对铜基催化剂影响较小，其余均可造成永久或暂时中毒。2.2甲醇精馏三塔流程中，预塔的主要作用包括A.脱除轻组分 B.脱除水 C.脱除乙醇 D.稳定操作 E.回收热量答案：AD解析：预塔主要脱除二甲醚、甲酸甲酯等轻组分，缓冲后续塔负荷。2.3下列操作可引起合成塔“飞温”的有A.循环机突然停机 B.汽包上水中断 C.新鲜气CO含量骤升 D.催化剂还原不充分 E.循环气惰气排放阀突然关闭答案：ABCE解析：还原不充分导致活性低，不会飞温，其余均使反应热无法及时移出。2.4甲醇产品指标GB338-2011中，优等品要求A.色度≤5 B.水分≤0.1% C.酸度≤0.003% D.羰基化合物≤0.002% E.乙醇≤0.001%答案：ABCD解析：乙醇无要求，其余均正确。2.5下列关于汽包磷酸盐水处理的说法正确的有A.加药点应设在汽包中部 B.需定期排污 C.磷酸根过高可引起“盐携带” D.可与联氨协同除氧 E.适用于所有压力等级答案：BCD解析：高压以上锅炉才用磷酸盐，中压可用中性处理；加药点应在下降管入口。2.6甲醇装置设置在线色谱分析的点包括A.合成塔入口 B.合成塔出口 C.精馏塔顶 D.精馏塔釜 E.排放气答案：ABCE解析：塔釜一般只测密度，不采色谱。2.7下列属于甲醇合成反应副反应的有A.CO+3H₂→CH₄+H₂O B.2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O C.CO+H₂O→CO₂+H₂ D.CH₃OH+CO→HCOOCH₃ E.CH₃OH→CO+2H₂答案：ABCD解析：E为甲醇分解，属逆反应，不算副反应。2.8甲醇罐区安全设施包括A.氮封 B.泡沫灭火 C.围堰 D.避雷针 E.水封井答案：ABCDE解析：全部正确。2.9下列关于深冷氢回收的说法正确的有A.膨胀机出口温度越低，氢回收率越高 B.需设置甲醇洗涤塔防止冻堵 C.回收氢纯度可达99% D.膨胀机可直接驱动循环机 E.需定期注入甲醇防冻答案：ABCD解析：深冷前已脱甲醇，无需再注甲醇。2.10甲醇装置节能措施包括A.合成反应热产蒸汽 B.精馏热耦合 C.排放气膨胀发电 D.循环机变频 E.塔顶余热制冷答案：ABCDE解析：全部正确。3.判断题（每题1分，共10分）3.1甲醇合成催化剂还原时，可直接用100%H₂进行快速还原。 ×解析：需配入惰性气稀释，防止超温。3.2甲醇闪点12℃，属甲B类火灾危险性液体。 √3.3精馏塔回流比越大，塔顶产品纯度一定越高。 ×解析：存在最小回流比，过大再沸器负荷增加，纯度提升有限甚至下降。3.4甲醇合成回路惰气排放越多，合成反应速率越快。 √解析：惰气降低反应物分压，排放后分压升高，速率加快。3.5汽包磷酸根突然下降，首先应检查加药泵是否故障。 √3.6甲醇装置可用天然气、煤、焦炉气三种原料。 √3.7甲醇合成反应器壳程介质为锅炉水，其电导率越高越好。 ×解析：电导率高表明杂质多，易结垢。3.8精馏塔真空度下降，将导致塔釜温度升高。 √解析：压力升高，泡点升高。3.9甲醇火炬分液罐液位高报时，可立即关闭火炬总阀。 ×解析：应先排液，关闭总阀会导致超压。3.10甲醇产品中加入50ppm的异丙醇可提高储存稳定性。 ×解析：一般加乙醇或氧，异丙醇无效。4.填空题（每空1分，共20分）4.1甲醇合成反应器热点温度控制指标为≤290℃。4.2精馏常压塔顶温度控制范围为64.5–65.5℃。4.3甲醇优等品水分指标≤0.10%（质量分数）。4.4合成催化剂还原时，H₂S含量要求≤0.1ppm。4.5汽包连续排污量一般取锅炉水循环量的1–3%。4.6甲醇合成新鲜气中(CO+CO₂)/H₂摩尔比理论值为1:2，实际取1:2.05–2.15。4.7精馏三塔流程中，常压塔顶回流比设计值为1.8–2.2。4.8甲醇罐区氮封压力设定值为0.5–1.5kPa。4.9循环机喘振的根本原因是入口流量小于喘振流量。4.10甲醇合成反应器壳程水侧压力为4.0MPa，对应饱和温度250.4℃。5.简答题（每题5分，共20分）5.1简述甲醇合成催化剂硫中毒机理及预防措施。答案：硫与催化剂活性中心铜形成Cu₂S，覆盖活性表面，导致永久失活。预防：原料气精脱硫，总硫≤0.1ppm；设置ZnO脱硫槽，温度350–400℃；定期检测脱硫槽出口硫含量；催化剂装填前确保系统无硫。5.2说明精馏塔液泛现象、原因及处理。答案：现象：塔压差骤升，塔顶温度下降，塔釜液位上涨，产品不合格。原因：气相负荷过大，液体下流受阻；降液管面积不足；回流过大；塔板或填料堵塞。处理：降负荷，减回流，加大塔釜采出，必要时降塔压，检查堵塞。5.3写出甲醇装置紧急停车步骤（列出关键5步）。答案：1.中控按下紧急停车按钮，切断新鲜气切断阀；2.开合成塔出口放空阀，泄压至0.5MPa；3.停循环机，关闭进出口阀；4.汽包保压，维持锅炉水循环；5.精馏系统改全回流，停产品采出。5.4说明甲醇产品酸度超标的原因及调整方法。答案：原因：合成副产甲酸、醋酸；精馏塔顶冷凝器泄漏，冷却水带入CO₂；储罐污染。调整：检查冷凝器，切换备用；提高塔釜温度，加大排污；产品走酸度不合格线回炼；罐区加强氮封，避免空气进入。6.计算题（共30分）6.1（10分）某甲醇合成塔入口气量120000Nm³·h⁻¹，组成：H₂68%，CO26%，CO₂3%，惰气3%。单程转化率CO35%，CO₂25%。求：(1)出口CO摩尔流量；(2)每小时甲醇生成量（kg）。答案：(1)入口CO=120000×0.26=31200Nm³·h⁻¹=31200/22.4=1392.86kmol·h⁻¹出口CO=1392.86×(1-0.35)=905.36kmol·h⁻¹(2)CO反应量=1392.86×0.35=487.5kmol·h⁻¹CO₂反应量=(120000×0.03/22.4)×0.25=40.18kmol·h⁻¹总甲醇生成量=487.5+40.18=527.68kmol·h⁻¹质量=527.68×32=16886kg≈16.89t·h⁻¹6.2（10分）精馏常压塔顶冷凝器热负荷4.5GJ·h⁻¹，循环水入口32℃，出口40℃，求循环水流量（t·h⁻¹）。答案：Q=m·c·Δt，c=4.18kJ·kg⁻¹·℃⁻¹m=4.5×10⁶/(4.18×8)=134600kg·h⁻¹=134.6t·h⁻¹6.3（10分）某装置年操作8000h，年产甲醇60万吨，合成回路排放气量2000Nm³·h⁻¹，其H₂浓度75%，求年回收氢气量（吨）及相当于标煤的节能量（吨标煤）。已知：H₂热值121MJ·kg⁻¹，标煤热值29.3MJ·kg⁻¹，氢回收率90%。答案：年排放气量=2000×8000=16×10⁶Nm³H₂量=16×10⁶×0.75=12×10⁶Nm³=12×10⁶/22.4=535714kmol质量=535714×2=1.071×10⁶kg=1071t回收量=1071×0.9=964t节能量=964×121/29.3=3984t标煤7.案例分析题（共20分）背景：某甲醇装置运行3年后，合成塔压差由0.35MPa升至0.55MPa，循环机电流升高12%，塔热点温度下移5m，甲醇日产由1850t降至1650t，精馏酸度偶发超标。问题：(1)分析可能原因（6分）(2)提出诊断步骤（6分）(3)给出处理方案（8分）答案：(1)原因：催化剂粉化或结炭导致床层阻力上升；上部催化剂失活，热点下移；粉化催化剂随气相进入换热器，造成堵塞；副产酸类物质增加，表明催化剂选择性下降，可能硫中毒或热老化。(2)诊断：1.测催化剂床层轴向温度分布，确认热点位置；2.取循环气样，色谱分析含硫、含氯；3