2026年煤化工工艺流程考核试卷

2026年煤化工工艺流程考核试卷1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1在Shell煤气化工艺中，煤粉输送采用的气体介质通常是A.氮气  B.二氧化碳  C.空气  D.水蒸气答案：A解析：Shell气化炉采用高压氮气作为煤粉载气，既防止煤粉自燃又避免氧含量超标。1.2煤直接液化循环溶剂的主要作用是A.提供活性氢  B.降低黏度  C.脱除灰分  D.抑制结焦答案：B解析：循环溶剂通过稀释煤浆降低黏度，保证浆态床反应器内良好传质传热。1.3低温甲醇洗（Rectisol）脱除CO₂的最低温度一般控制在A.−30℃  B.−50℃  C.−70℃  D.−90℃答案：C解析：甲醇在−70℃左右对CO₂吸收能力最强，同时黏度仍满足泵送要求。1.4费托合成铁基催化剂失活的首要原因是A.硫中毒  B.积碳  C.金属烧结  D.水氧化答案：B解析：铁基催化剂在高CO分压下易生成碳丝，堵塞孔道导致失活。1.5煤制天然气（SNG）甲烷化反应器最常用的床层类型是A.固定床绝热  B.流化床等温  C.浆态床  D.微通道答案：A解析：绝热固定床结构简单，通过段间冷激控制温升，工业成熟度高。1.6下列哪一项不是德士古（Texaco）气化炉的喷嘴保护手段A.循环冷却水  B.氮气幕  C.耐火衬里  D.氧通道缩径答案：C解析：耐火衬里为炉膛保护，不属于喷嘴本体保护技术。1.7煤间接液化油品精制段加氢裂化反应的主要目的是A.提高十六烷值  B.脱除金属  C.降低冰点  D.脱除硫氮答案：C解析：加氢裂化将重质烃断链，显著降低柴油馏分冰点，满足寒区使用。1.8在煤焦油加氢精制中，最难脱除的杂原子是A.硫  B.氮  C.氧  D.氯答案：B解析：氮杂环化合物空间位阻大，需较高活化能才能加氢脱氮。1.9鲁奇加压气化炉出口煤气中CH₄体积分数典型值为A.8%  B.15%  C.28%  D.45%答案：C解析：鲁奇炉低温长停留时间促进甲烷化，CH₄可达25–30%。1.10煤制烯烃（MTO）反应器再生器烧焦采用的气体是A.空气  B.氧气  C.水蒸气  D.二氧化碳答案：A解析：空气既提供氧又带走热量，控制再生温度防止分子筛骨架坍塌。1.11下列哪种助熔剂最适合降低高灰熔点煤的灰熔融温度A.CaCO₃  B.MgO  C.SiO₂  D.Al₂O₃答案：A解析：CaO与煤灰硅铝酸盐形成低熔点钙长石，降低FT（FlowTemperature）。1.12煤直接液化反应器出口油煤浆减压后最先进行的单元操作是A.热高分  B.减压塔  C.真空过滤  D.离心分离答案：A解析：热高分在约450℃下闪蒸，避免重油因减压剧烈气化而携带固粒。1.13费托合成水相副产物中最有价值的化学品是A.乙酸  B.丙酮  C.混合醇  D.乙二醇答案：C解析：C₂–C₄混合醇可直接用作燃料添加剂或分离高附加值醇。1.14煤制氢变换反应（CO+H₂O→CO₂+H₂）平衡移动的最佳措施是A.提高压力  B.降低温度  C.提高水碳比  D.提高空速答案：C解析：水碳比↑推动平衡向右，且抑制甲烷化副反应。1.15下列哪项不是煤化工废水“零排放”中膜浓缩单元的污染控制重点A.硅结垢  B.有机物污染  C.钙镁结垢  D.铁细菌答案：D解析：铁细菌在敞开式循环水系统常见，高压膜系统基本为密闭无菌环境。1.16煤粉气流床气化炉比氧耗（kgO₂/kg煤）随煤阶降低而A.增加  B.减少  C.不变  D.先增后减答案：A解析：低阶煤高水分高氧含量，需额外氧气补偿热值下降。1.17煤焦油蒸馏切取380–450℃馏分通常称为A.轻油  B.洗油  C.蒽油  D.沥青答案：C解析：蒽油富含三环芳烃，用于提取蒽、菲或加氢制燃料。1.18煤制天然气项目全厂能效（HHV基）先进值约为A.48%  B.55%  C.62%  D.70%答案：B解析：最新一代大型SNG装置采用高温甲烷化+废热回收，能效可达55%。1.19下列哪种气体检测方法最适合在线监测气化炉合成气中H₂S（10–30ppm）A.电化学池  B.紫外荧光  C.激光TDLAS  D.非色散红外答案：C解析：TDLAS响应快、抗干扰强，可原位测量高温高压合成气。1.20煤直接液化残渣热解制焦的最重要的品质指标是A.灰分  B.挥发分  C.硫含量  D.颗粒强度答案：D解析：残渣焦用作气化原料需高颗粒强度，避免输送破碎造成飞灰。2.多项选择题（每题2分，共20分；每题至少两个正确答案，多选少选均不得分）2.1关于水煤浆气化，提高煤浆浓度的技术措施包括A.添加萘系分散剂  B.煤粉粒度级配  C.升高制浆温度  D.引入CaO  E.采用低阶煤答案：A、B、C解析：分散剂降低黏度，级配提高堆积效率，升温降低水黏度；CaO无益，低阶煤吸水反而降浓度。2.2费托合成钴基催化剂相比铁基的优势有A.链增长能力强  B.耐硫性好  C.水煤气变换活性低  D.寿命更长  E.成本低答案：A、C、D解析：钴基CO₂选择性低、WGS活性弱，寿命高但成本高且不耐硫。2.3鲁奇炉煤气水处理系统中，酚回收溶剂应具备的性质A.高分配系数  B.低比热  C.低毒性  D.高沸点差  E.化学稳定性答案：A、C、D、E解析：低比热非必要，其余均保证酚高效、安全、低能耗回收。2.4煤制烯烃装置再生器烧焦失控的现象包括A.再生温度飙升  B.反应器压降突降  C.烟气氧含量趋零  D.催化剂活性下降  E.再生滑阀开度骤增答案：A、C、D解析：烧焦过猛耗氧致氧含量趋零，高温致分子筛骨架破坏；压降应升高而非降低。2.5煤焦油加氢裂化反应器床层结焦的早期预警信号有A.床层温差增大  B.循环氢纯度下降  C.反应器压降上升  D.产品密度下降  E.氢耗降低答案：A、B、C解析：结焦导致局部热点、氢耗↑、压降↑；产品密度应升高，氢耗应增加。2.6低温甲醇洗装置冷量来源包括A.氨吸收制冷  B.CO₂闪蒸膨胀  C.甲烷化反应热  D.丙烯压缩制冷  E.液氮补充答案：A、B、D解析：甲烷化放热需移出，液氮成本过高不采用。2.7煤粉气流床气化炉耐火衬里损毁机理有A.热震剥落  B.熔渣渗透  C.硫化侵蚀  D.水蒸气氧化  E.碱金属升华答案：A、B、C、E解析：水蒸气氧化对碳砖显著，对高铬砖影响小。2.8提高煤制天然气甲烷化段出口CH₄浓度的可行手段A.提高入口H₂/C  B.段间循环气冷激  C.提高压力  D.降低空速  E.提高CO₂含量答案：A、C、D解析：H₂/C↑、P↑、空速↓均有利平衡向CH₄移动；冷激降温亦有利，但循环气冷激会降低入口H₂/C，需综合权衡。2.9煤直接液化循环溶剂加氢的目的有A.提高供氢能力  B.脱除杂原子  C.降低芳碳率  D.提高沸点  E.降低冰点答案：A、B、C解析：加氢使部分芳环饱和，提高H/C比，增强供氢性能。2.10煤化工高浓盐水蒸发结晶器选材需考虑A.氯离子点蚀  B.双相钢应力腐蚀  C.高温氧化  D.硫酸根晶间腐蚀  E.氨蚀答案：A、B、D解析：盐水含Cl⁻、SO₄²⁻，需防点蚀、晶间腐蚀；温度<150℃，高温氧化非主要矛盾。3.判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）3.1煤粉气流床气化炉比煤水浆气化炉更适宜高灰熔点煤。答案：√解析：气流床温度>1400℃，可熔融排渣，不受灰熔点限制。3.2费托合成铁催化剂在250℃下CO₂选择性随压力升高而降低。答案：×解析：压力升高促进CO吸附，WGS副反应增强，CO₂选择性升高。3.3煤制天然气项目甲烷化反应器出口CO体积分数可降至<10ppm。答案：√解析：高温甲烷化+低温精甲烷化两级可将CO降至<10ppm，避免Ni(CO)₄生成。3.4煤焦油加氢精制段采用NiMo催化剂时，脱氮速率常数高于脱硫。答案：×解析：C–N键能高，脱氮速率常数通常比脱硫低一个数量级。3.5低温甲醇洗出口CO₂纯度可达99.9%，可直接用于食品级液体CO₂。答案：×解析：含微量甲醇、H₂S，需进一步精馏、吸附净化。3.6煤直接液化油煤浆在管道输送时采用层流模式可降低磨损。答案：×解析：层流易沉降堵塞，应采用湍流模式并保持临界流速。3.7鲁奇炉煤气中焦油在后续变换单元会导致钴钼催化剂积碳。答案：√解析：焦油高温裂解析碳，覆盖变换催化剂活性中心。3.8煤制烯烃MTO反应中，分子筛晶粒越小，乙烯选择性越高。答案：√解析：小晶粒缩短扩散路径，减少二次反应，提高烯烃选择性。3.9煤制氢装置PSA解吸气热值低于0.5MJ/Nm³，无法燃烧。答案：×解析：解吸气含CO、CH₄，热值约3–5MJ/Nm³，可作燃料。3.10煤化工项目碳排放核算中，工艺CO₂与燃烧CO₂均纳入国家履约。答案：√解析：按《企业温室气体排放核算方法与报告指南》，两者均计入。4.填空题（每空1分，共20分）4.1德士古气化炉喷嘴头部最大热通量可达______MW/m²，需采用______冷却。答案：15；螺旋盘管强制对流4.2费托合成铁催化剂经典助剂K₂O的作用是______电子给予体，促进______吸附。答案：提供；CO4.3煤制天然气甲烷化反应器段间冷激气通常采用______气，其H₂/C摩尔比需高于______。答案：循环合成；3.24.4低温甲醇洗装置中，CO₂闪蒸塔顶压力一般控制在______MPa，以兼顾______回收与冷量平衡。答案：0.18；CO₂4.5煤直接液化反应器液时空速（LHSV）典型值为______h⁻¹，对应停留时间约______min。答案：0.25；2404.6鲁奇炉煤气水处理酚回收单元，酚钠盐反萃用酸为______，再生后溶剂为______。答案：硫酸；二异丙醚4.7煤焦油加氢裂化反应器出口油品中，三环芳烃含量需<______ppm，以防止柴油______不合格。答案：500；十六烷值4.8煤粉气流床气化炉比氧耗公式：比氧耗=______/______（用符号表示）。答案：ṁO₂/ṁcoal4.9费托合成钴催化剂再生常用______气氛，温度控制在______℃以下防止钴烧结。答案：H₂；4004.10煤制烯烃MTO再生器烟气中CO超标，可增设______燃烧器，将CO转化为______。答案：后置；CO₂5.简答题（每题6分，共30分）5.1简述高灰熔点煤在Shell气化炉中实现液态排渣的两种助熔剂加入方式，并比较其优缺点。答案：方式A：磨煤前干式掺混石灰石，优点：混合均匀，计量方便；缺点：增加磨煤功耗，石灰石需细磨。方式B：水煤浆制浆时加入石灰石浆，优点：可利用现有制浆系统，颗粒无需过细；缺点：易沉淀，需强化搅拌，可能导致喷嘴磨损加剧。5.2说明煤直接液化循环溶剂“部分加氢”与“深度加氢”对产品油收率与氢耗的影响机理。答案：部分加氢保留较多芳环，供氢能力适中，氢耗低，但重质芳烃易缩合，油收率略低；深度加氢使多环芳烃饱和为萘烷类，供氢能力大幅提升，抑制缩合，油收率提高，但氢耗显著增加，且过度饱和降低溶剂溶解能力，需优化加氢深度。5.3列举低温甲醇洗系统冷量回收的三个关键节点，并给出温度降幅范围。答案：①CO₂闪蒸塔顶−70℃→−55℃，回收冷量用于富甲醇冷却；②H₂S富液节流−30℃→−50℃，提供低温位冷量；③甲醇再生塔顶−20℃→0℃，冷凝甲醇用作吸收剂冷源。总温降约20–30℃。5.4煤制天然气项目如何利用甲烷化反应器出口高温气（约650℃）提高全厂能效？答案：设置高温高压废锅产10MPa级蒸汽，驱动背压式汽轮机压缩合成气；中压蒸汽用于CO变换汽包及再生塔再沸器；低温段预热锅炉给水及脱盐水，实现热量梯级利用，全厂能效提高约3–4%。5.5煤焦油加氢装置出现“飞温”时，操作人员应采取的紧急联锁顺序及理由。答案：①切断焦油进料，防止继续放热；②全开冷氢压缩机，快速带走热量；③启动紧急泄压阀，降低反应器压力，降低反应速率；④通入氮气置换，稀释可燃物；⑤停运加热炉，避免外热源输入。顺序不可颠倒，确保先移除反应物与热量，再降压，防止设备超压爆炸。6.计算题（共30分）6.1（10分）某Shell气化炉日投煤量2500t（干基），煤元素分析：C78%，H4%，O8%，N1%，S0.8%，灰分8.2%。采用纯氧气化，炉膛温度1500℃，碳转化率98%，灰渣中碳损失2%。求：(1)理论氧耗（kmol/h）；(2)干合成气产量（kmol/h）及有效气（CO+H₂）摩尔分数。忽略CH₄、HCN等微量组分，假设灰渣中碳以元素碳计。答案与解析：(1)碳入炉量=2500×0.78/24=81.25t/h=6760kmol/h参与反应碳=6760×0.98=6625kmol/h反应：C+½O₂→CO，需O₂=6625kmol/h灰渣碳=6760×0.02=135kmol/h（未耗氧）理论氧耗=6625kmol/h(2)假设100%转化为CO，则CO产量=6625kmol/hH₂来自煤中H及H₂O变换，煤中H=2500×0.04/2=50kmol/h与O反应生成H₂O需O=25kmol/h，剩余H₂=50−25=25kmol/h（简化假设，不计入H₂O(g)参与变换）总干气量=CO+H₂+N₂+CO₂+SO₂N₂=2500×0.01/28=0.89t/h=32kmol/hS→SO₂=2500×0.008/32=0.625t/h=20kmol/hO平衡：煤中O=2500×0.08/32=62.5kmol/h已用于生成CO的O=6625kmol/h（来自O₂），远超过煤中O，故煤中O全部转为CO，无需额外H₂O参与。修正：实际气化需加入水蒸气作为调节剂，题目未给，按Shell典型工况，H₂O/煤=0.1kg/kg，即250t/h=13890kmol/h参与变换反应：CO+H₂O⇌CO₂+H₂，设变换率x，则H₂产量=6625x+25，CO₂=6625x总干气：CO=6625(1−x)，H₂=6625x+25，CO₂=6625x，N₂=32，SO₂=20有效气（CO+H₂）=6625+25=6650kmol/h（与x无关）总干气量=6625+25+32+20=6702kmol/h有效气摩尔分数=6650/6702=99.2%答：理论氧耗6625kmol/h；干合成气6702kmol/h，有效气99.2%。6.2（10分）某煤制天然气项目，合成气成分为：CO20%，CO₂8%，H₂68%，CH₄2%，N₂2%（干基）。经变换+甲烷化后，CO转化率99%，CO₂甲烷化忽略，求：(1)出口气中CH₄增量（kmol/kmol干原料气）；(2)若处理干原料气10000kmol/h，需补充H₂量（kmol/h）使H₂/C=3.0（按CO+CO₂计）。答案：(1)CO反应：CO+3H₂→CH₄+H₂OCO转化量=0.20×0.99=0.198kmol/kmol原料气生成CH₄=0.198kmol/kmol，原CH₄=0.02，增量=0.198kmol/kmol(2)总C=CO+CO₂=0.20+0.08=0.28kmol/kmol需H₂=3.0×0.28=0.84kmol/kmol原H₂=0.68kmol/kmol，反应耗H₂=0.198×3=0.594kmol/kmol剩余H₂=0.68−0.594=0.086kmol/kmol需补H₂=0.84−0.086=0.754kmol/kmol10000kmol/h原料气，补H₂=7540kmol/h答：CH₄增量0.198kmol/kmol；需补H₂7540kmol/h。6.3（10分）某低温甲醇洗装置，富甲醇流量500m³/h，密度950kg/m³，CO₂负载0.12kgCO₂/kg甲醇，拟用闪蒸塔回收CO₂。闪蒸后负载降至0.04kg/kg，闪蒸气含CO₂95%（体积），其余为CH₄。求：(1)CO₂解吸量（kg/h）；(2)闪蒸气体积流量（Nm³/h，0℃，1atm）。答案：(1)甲醇质量流量=500×950=475000k