2026年煤化工中级试题及答案

2026年煤化工中级试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分）1.现代煤化工的核心技术之一是将煤气化合成气（CO+H₂）进行后续转化。下列工艺路线中，不属于以煤气化合成气为直接原料生产的产品是：A.甲醇B.合成氨C.煤制烯烃（MTO）D.煤焦油答案：D解析：煤焦油是煤在干馏（焦化）过程中得到的液态产物，并非由煤气化合成气直接转化而来。甲醇、合成氨、煤制烯烃（需先经甲醇中间体）均以煤气化合成气为源头。2.在德士古（Texaco）水煤浆气化工艺中，为了维持正常的流场并保护耐火砖，通常要求入炉水煤浆中煤的浓度（质量分数）范围是：A.40%~50%B.50%~55%C.60%~65%D.68%~72%答案：C解析：德士古水煤浆气化工艺中，水煤浆浓度是关键技术指标。浓度过低，含水过多，会降低气化炉温度，增加氧耗和煤耗；浓度过高，流动性差，输送困难。通常工业运行浓度控制在60%~65%之间。3.下列气体组分中，对费托合成铁基催化剂活性具有明显毒害作用的是：A.H₂B.COC.H₂SD.CH₄答案：C解析：H₂S是常见的含硫杂质，能与铁基催化剂活性中心发生不可逆的化学吸附，导致催化剂永久性中毒失活。H₂和CO是反应物，CH₄是惰性产物。4.在煤间接液化费托合成反应中，提高反应压力对产物分布的影响趋势是：A.有利于生成低碳烯烃B.有利于生成甲烷C.有利于生成重质烃（蜡）D.对产物分布无显著影响答案：C解析：根据费托合成反应机理，提高压力有利于链增长反应，抑制链终止反应（尤其是生成烯烃的终止反应），因此倾向于生成分子量更大、更重的烃类产物。5.甲醇制烯烃（MTO）反应过程中，最关键的中间物种是：A.碳正离子B.碳负离子C.自由基D.烃池（HydrocarbonPool）答案：D解析：MTO反应在分子筛催化剂上进行，目前被广泛接受的机理是“烃池”机理。甲醇或二甲醚在分子筛笼内形成以烯烃、环烯烃或芳烃为主的活性中间物种（烃池），这些中间物种再与原料反应不断生成乙烯、丙烯等目标产物。6.煤化工废水处理中，为了有效去除高浓度、难降解的酚类和多元酚，通常优先采用的方法是：A.混凝沉淀B.厌氧生化C.溶剂萃取D.反渗透答案：C解析：溶剂萃取法，特别是利用甲基异丁基酮（MIBK）、二异丙醚等特定溶剂，对煤化工废水中酚类物质具有高选择性、高回收率的脱除能力，是处理高浓度酚水的经典预处理方法。7.下列气化炉型中，属于气流床气化技术的是：A.鲁奇（Lurgi）炉B.温克勒（Winkler）炉C.壳牌（Shell）炉D.BGL炉答案：C解析：壳牌（Shell）炉、德士古（Texaco）炉、航天炉（HT-L）等属于气流床气化。鲁奇炉属于固定床（移动床），温克勒炉属于流化床，BGL炉是液态排渣的鲁奇炉变种，仍属固定床范畴。8.煤的工业分析中，固定碳（FC）的计算公式是：A.FC=100-Mad-Aad-VadB.FC=100-Mar-Aar-VarC.FC=100-Mad-AadD.FC=100-Mar-Aar答案：A解析：工业分析基准为空气干燥基（ad）。固定碳（FCad）=100%-水分（Mad）-灰分（Aad）-挥发分（Vad）。收到基（ar）和干燥基（d）有对应的不同公式。9.在合成氨工艺中，为了降低一氧化碳变换反应平衡常数、提高CO转化深度，通常采取的措施是：A.提高反应温度B.提高反应压力C.降低水碳比D.增加催化剂装填量答案：C解析：CO变换反应CO+H₂O⇌CO₂+H₂为放热、等体积反应。降低水碳比（即降低H₂O浓度），平衡向左移动，不利于CO转化。但题干问的是“降低平衡常数”，平衡常数Kp仅与温度有关，温度升高，Kp减小。然而，工业上为提高转化深度（平衡移动），常采用提高水碳比或降低温度（中变串低变）的方法。本题从热力学平衡常数定义出发，A是正确选项。但易混淆操作条件。严谨而言，题干“降低平衡常数”对应A；“提高转化深度”对应实际操作中降低温度或提高水碳比。10.煤直接液化过程中，供氢溶剂的主要作用是：A.溶解煤粉，降低粘度B.提供氢自由基，稳定煤热解产生的自由基碎片C.作为反应介质，传递热量D.以上所有作用答案：D解析：煤直接液化中，供氢溶剂（如四氢萘、部分加氢的煤焦油馏分）同时起到溶解煤、传递氢、分散催化剂和传递热量的多重关键作用。11.衡量气化炉碳转化率（Xc）的公式是：A.Xc=(入炉煤中碳-粗煤气中碳)/入炉煤中碳×100%B.Xc=(入炉煤中碳-灰渣中碳)/入炉煤中碳×100%C.Xc=粗煤气中碳/入炉煤中碳×100%D.Xc=(粗煤气中碳+液态产物中碳)/入炉煤中碳×100%答案：B解析：碳转化率指煤中碳转化为气相产物的比例。未转化的碳存在于灰渣（及可能存在的飞灰）中。因此，Xc=(1-灰渣含碳量/入炉煤含碳量)×100%，或等价于B选项。12.下列煤质指标中，对德士古水煤浆气化制浆性能影响最大的是：A.固定碳含量B.灰熔点（FT）C.内在水分和可磨性指数（HGI）D.全硫含量答案：C解析：内在水分影响煤的成浆浓度，可磨性指数（HGI）影响磨煤能耗和煤浆粒度分布，二者共同决定了水煤浆的浓度、粘度和稳定性，是关键煤质指标。13.低温甲醇洗工艺脱除酸性气体时，对H₂S和CO₂的吸收选择性主要基于：A.两者在甲醇中溶解度的巨大差异B.化学反应的速率差异C.吸收塔操作温度的不同D.再生方式的差异答案：A解析：在低温（-30℃~-60℃）下，H₂S和CO₂在甲醇中的物理溶解度都很大，但H₂S的溶解度远大于CO₂。通过分段吸收和再生，可实现先脱硫、后脱碳或选择性脱除。14.煤化工空分装置为气化炉提供高纯度氧气，其核心设备是：A.空气过滤器B.空气压缩机C.主换热器D.精馏塔答案：D解析：精馏塔（通常是双级精馏塔）是实现氧、氮分离，获得高纯度氧产品的最终和核心设备。15.下列反应中，属于甲醇羰基化制醋酸的关键步骤是：A.CH₃OH+HI→CH₃I+H₂OB.CH₃OH+CO→CH₃COOHC.CH₃I+CO→CH₃COID.CH₃COI+H₂O→CH₃COOH+HI答案：C解析：甲醇羰基化制醋酸（如Monsanto或Cativa工艺）的催化循环中，关键速率控制步骤是碘甲烷（CH₃I）与一氧化碳发生插入反应，生成乙酰碘（CH₃COI）。16.煤制乙二醇工艺中，草酸二甲酯加氢制乙二醇使用的典型催化剂活性组分是：A.NiB.CuC.PtD.Ag答案：B解析：草酸二甲酯（DMO）加氢制乙二醇（EG）反应，工业上普遍采用铜基催化剂（如Cu/SiO₂），其具有高选择性和相对较低的成本。17.对于固定床渣油气化或煤加压气化，开车时对催化剂床层升温还原常用的介质是：A.原料气B.氮气C.氢气D.水蒸气答案：B解析：开车升温阶段，为防止催化剂与工艺气接触发生剧烈反应或中毒，通常使用惰性的氮气作为升温介质，待温度、压力达到要求后再切换为工艺气。18.煤化工项目中，“三废”排放量大，下列措施不属于从源头减少废水产生量的是：A.气化采用干煤粉进料替代水煤浆B.循环冷却水系统采用空冷替代水冷C.对工艺废水进行深度处理回用D.优化工艺流程，减少蒸汽用量答案：C解析：C选项“对工艺废水进行深度处理回用”属于末端治理和循环利用，而非从源头（工艺本身）减少废水的产生。A、B、D均是通过改变工艺路线或设备来减少新鲜水消耗和废水生成。19.煤的哈氏可磨性指数（HGI）值越大，表示该煤：A.越硬，越难磨B.越软，越易磨C.灰分越高D.挥发分越高答案：B解析：哈氏可磨性指数（HGI）是表征煤被磨碎难易程度的指标。标准煤样HGI定为100。HGI值越大，表示煤在消耗相同能量时能被磨得更细，即煤越软、越易磨。20.在煤基费托合成尾气处理中，为了回收未反应的H₂和CO并提高总碳利用率，通常采用的方法是：A.深冷分离B.膜分离C.变压吸附（PSA）D.尾气循环答案：D解析：将费托合成反应器出口的尾气（富含未反应的H₂和CO，以及惰性的CH₄、CO₂等）部分或全部循环回反应器入口，是最直接有效提高单程转化率和总碳利用率的方法。A、B、C是分离提纯方法，但成本较高，常用于特定组分回收。二、多项选择题（每题2分，共10分，多选、少选、错选均不得分）1.下列属于现代煤化工主要技术路径的是：A.煤制合成氨B.煤制甲醇C.煤制电石D.煤制天然气（SNG）E.煤制氢答案：A,B,D,E解析：现代煤化工通常指以煤气化为龙头，生产清洁能源和化工产品的产业。煤制合成氨、甲醇、天然气（SNG）、氢气均是典型路径。煤制电石（碳化钙）是传统煤化工路线，且环境压力大。2.影响水煤浆气化有效气（CO+H₂）含量的主要操作因素包括：A.氧煤比B.煤浆浓度C.气化炉操作压力D.气化炉操作温度E.煤浆粒度分布答案：A,B,D解析：氧煤比直接影响燃烧放热和反应温度，是决定气化组成的关键；煤浆浓度影响炉温；炉温影响水煤气变换平衡，三者共同决定有效气含量和组成。操作压力主要影响设备尺寸和反应速率，对平衡组成影响较小（因水煤气变换为等体积反应）。煤浆粒度影响气化效率，但对平衡组成无直接影响。3.煤间接液化费托合成产物分布遵循Anderson-Schulz-Flory（ASF）分布规律。下列描述符合ASF分布特征的是：A.产物是不同碳数正构烷烃和烯烃的混合物B.单一碳数产物的选择性可以任意调节C.甲烷的选择性通常较高C₁选择性通常是一个独立参数，在ASF链增长模型中，C₁（甲烷）的选择性往往偏离线性关系，实际值高于理论预测值，这是ASF分布的一个特征。D.链增长概率（α）是决定产物分布的关键参数E.提高反应温度，通常会降低链增长概率α答案：A,C,D,E解析：ASF分布是描述聚合机理产物分布的模型。A是产物特征；B错误，ASF分布下各碳数产物选择性受α值严格制约，无法任意调节；C是实际现象；D是核心；E正确，高温有利于链终止反应，降低α值，产物变轻。4.下列单元操作中，属于煤化工中典型节能措施的是：A.合成氨装置设置原料气预热器回收反应热B.甲醇合成回路采用蒸汽透平驱动循环压缩机C.气化装置的黑水/灰水系统采用多级闪蒸回收热量D.空分装置利用分子筛吸附器出口的污氮气对再生气进行加热E.将低温甲醇洗的富甲醇溶液通过水力透平回收能量答案：A,B,C,E解析：A是热回收；B是利用工艺副产蒸汽做功（功热联产）；C是废热回收；E是压力能回收。D是分子筛再生流程中的常规热交换设计，节能效益相对前述选项不突出，且主要目的是冷却再生气而非主动节能。5.煤化工项目环境影响评价中，需要重点关注的大气污染物包括：A.二氧化硫（SO₂）B.氮氧化物（NOx）C.挥发性有机物（VOCs）D.颗粒物（PM）E.汞及其化合物答案：A,B,C,D,E解析：煤化工项目排放源复杂，上述污染物均可能涉及。SO₂、NOx、PM是常规重点；VOCs来自设备泄漏及有机工艺过程；煤中赋存的汞在气化、燃烧过程中会部分释放，属于重金属污染物，需重点关注。三、填空题（每空1分，共15分）1.煤气化过程中，主要的四个反应区域依次为：干燥层、______、还原层、______。答案：干馏层（或热解层）；氧化层解析：这是固定床（移动床）气化炉料层自上而下的典型分区。2.水煤浆气化工艺中，气化炉出口的高温粗煤气需经过______和______工序，才能进入下游变换或净化单元。答案：激冷；洗涤（顺序可换）解析：激冷（降温、增湿）和洗涤（除尘、除渣）是粗煤气净化的首要步骤。3.合成气甲烷化（SNG）的主要反应方程式为：______。答案：CO+3H₂→CH₄+H₂O(ΔH<0)或CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O(ΔH<0)（答对一个即可）解析：煤制天然气核心反应。4.甲醇合成催化剂的主要活性组分是______，其毒物主要包括______和______。答案：铜（或Cu）；硫（或S）；氯（或Cl）（后两空顺序可换）解析：现代低压甲醇合成均为铜基催化剂（Cu-Zn-Al），对硫、卤素等毒物非常敏感。5.煤直接液化工艺中，常采用______和______的复合催化剂体系以提高活性和分散性。答案：铁系；钼系（或“铁基；含硫助剂”等合理组合，需体现廉价主催化剂与高活性助催化剂结合）解析：工业上多用廉价铁系催化剂（如黄铁矿、赤泥），并添加少量钼、镍等助剂。6.低温甲醇洗工艺中，甲醇再生通常采用______、______和热再生相结合的方法。答案：闪蒸；氮气气提（顺序可换）解析：分步再生以回收CO₂、解吸H₂S并恢复甲醇吸收能力。7.煤化工中，变换催化剂的型号根据活性温度窗口分为______、______和耐硫变换催化剂。答案：高温变换催化剂（或铁铬系）；低温变换催化剂（或铜锌系）（顺序可换）解析：传统分类。8.煤的发热量测定中，常用的基准有收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基和______。答案：恒湿无灰基（或干燥无矿物质基，答出一个即可）解析：煤质分析基准。四、简答题（共30分）1.（5分）简述德士古水煤浆气化工艺的主要优缺点。答案：优点：（1）原料适应性较广，可气化烟煤、次烟煤等。（2）气化温度高（1300~1500℃），碳转化率高（>98%），粗煤气中不含焦油和酚类。（3）单炉生产能力大。（4）系统相对简单，运行可靠。缺点：（1）需制备高浓度水煤浆，对煤的成浆性有要求，氧耗较高。（2）高温下耐火砖寿命有限，需定期更换，维护成本高。（3）激冷流程热效率相对较低；废水量大，处理难度高。（4）对煤的灰熔点和灰粘度有特定要求。2.（5分）什么是煤化工的“碳效率”？提高煤制烯烃（CTO）过程碳效率的主要途径有哪些？答案：碳效率是指最终产品中所固定的碳占原料煤总碳的百分比。它综合反映了整个工艺过程的原子经济性和技术水准。提高CTO碳效率的主要途径：（1）优化煤气化技术，提高合成气产率和碳转化率。（2）优化甲醇合成和MTO反应条件与催化剂，提高选择性，减少副反应。（3）加强过程耦合与集成，如将MTO副产的C4+组分回炼增产烯烃，或利用富氢尾气。（4）采用先进的分离技术，降低过程损耗。（5）考虑与CO₂捕集、利用与封存（CCUS）技术结合，减少系统碳排放。3.（5分）列出煤化工废水“零排放”处理通常包含的关键技术单元（至少5个）。答案：（1）预处理：隔油、沉淀、调节pH、气浮等。（2）酚氨回收：溶剂萃取脱酚、蒸氨。（3）生化处理：厌氧（UASB,IC等）+好氧（A/O,SBR等）组合工艺。（4）深度处理：混凝沉淀、高级氧化（Fenton,臭氧）、膜生物反应器（MBR）等。（5）膜浓缩：反渗透（RO）、纳滤（NF）、电渗析（ED）等。（6）蒸发结晶：多效蒸发（MED）、机械蒸汽再压缩（MVR）等，最终得到结晶盐和蒸馏水。（注意：需体现从预处理到最终结晶的流程逻辑）4.（7分）比较煤直接液化和间接液化的主要技术特点。答案：比较项目煤直接液化煤间接液化基本原理煤在高温高压下加氢，直接裂解加氢生成液体油品。煤先气化制合成气（CO+H₂），再经催化合成（如费托合成）生成烃类。主要产品以汽油、柴油等燃料油为主，芳烃含量高。以直链烷烃、烯烃为主，可生产优质柴油、润滑油基础油、石蜡、烯烃等。操作条件条件苛刻：高温（450~470℃）、高压（15~30MPa）、需供氢溶剂。相对温和：费托合成温度（200~350℃）、压力（2~3MPa）。对煤质要求要求高，一般选用高挥发分、高氢碳比、低灰的年轻烟煤。要求较宽，原则上各种煤均可，更关注气化性能。技术复杂性工艺复杂，涉及固液分离、催化剂分离、溶剂加氢循环等难题。工艺模块化，气化与合成相对独立，但合成气净化要求高。能效与碳效率理论碳效率较高，但实际运行能耗大。碳效率相对较低（因经合成气步骤），但系统集成优化后可提高。代表性技术德国IGOR，美国HTI，日本NEDOL，中国神华工艺。南非Sasol浆态床，荷兰Shell的SMDS，中科合成油技术。5.（8分）分析影响甲醇合成反应平衡转化率的主要因素，并说明工业上如何通过工艺条件选择来提高CO单程转化率。答案：影响因素：（1）温度：主反应CO+2H₂⇌CH₃OH(ΔH<0)为强放热反应。从热力学看，低温有利于平衡转化。但低温下反应速率慢。（2）压力：是分子数减少的反应。提高压力有利于平衡向生成甲醇的方向移动。（3）原料气组成：提高H₂/CO比（即提高氢分压），有利于CO转化，并抑制副反应。但过高的H₂/CO比会稀释原料，增加循环能耗。通常需维持一定的化学计量比（略高于2:1）。（4）惰性气体含量：如CH₄、N₂、Ar等，它们的存在会降低反应物的分压，对平衡不利。提高CO单程转化率的工业措施：（1）采用较低的反应温度：在催化剂活性温度范围内，尽量选择较低的操作温度，以获取更高的平衡转化率。通常采用管壳式等温反应器来严格控制反应温度。（2）采用较高的操作压力：现代低压法工艺压力一般为5-10MPa，提高压力有利于平衡和反应速率。（3）优化入塔气组成：控制合适的H₂/CO比（如~2.05-2.15），并通过新鲜气补充和循环气调节来维持。（4）采用循环流程：将反应后气体中的未反应CO和H₂分离并循环回反应器入口，从而提高总转化率。工业上几乎全部采用带循环的流程。五、计算题（10分）1.（10分）某水煤浆气化装置，处理干燥基煤量为1000kg/h。干燥基煤的元素分析为：C72%，H4.5%，O10%，N1.2%，S0.8%，A（灰分）11.5%。气化所用氧气纯度为99.5%（体积），氧气流量为680Nm³/h（标准状态）。产生的粗煤气（干基）组成为（体积分数）：CO45%，H₂35%，CO₂18%，CH₄0.5%，N₂+Ar1.5%。灰渣中含碳量为5%（质量）。忽略其他损失。试计算：（1）氧煤比（O₂/干燥煤，Nm³/kg）；（2）碳转化率；（3）粗煤气（干基）产量（Nm³/h）；（4）冷煤气效率（基于高位发热量，已知干燥煤高位发热量Qgr,d=28MJ/kg，CO、H₂、CH₄的高位发热量分别为：12.64MJ/Nm³，12.74MJ/Nm³，39.82MJ/Nm³）。答案：（1）氧煤比=氧气流量/干燥煤量=680Nm³/h/1000kg/h=0.680Nm³/kg。（2）入炉煤中碳量：1000kg/h×0.72=720kg/h。灰渣产量：入炉煤灰分全部进入灰渣，灰渣产量=1000kg/h×0.115/(1-0.05)=115kg/h/0.95≈121.05kg/h。灰渣中碳量：121.05kg/h×0.05≈6.05kg/h。碳转化率Xc=(720-6.05)/720×100%=713.95/720×100%≈99.16%。（3）转化为气体的碳量：720-6.05=713.95kg/h。碳的摩尔质量为12kg/kmol，故转化为气体的碳的摩尔流量为：713.95/12≈59.50kmol/h。在标准状态下，1kmol气体为22.4Nm³。1kmol碳原子可生成1kmolCO或CO₂或CH₄。设粗煤气干基总摩尔流量为V(kmol/h)，其中含碳气体（CO+CO₂+CH₄）的摩尔分数为：0.45+0.18+0.005=0.635。则：V×0.635=59.50kmol/h=>V=59.50/0.635≈93.70kmol/h。粗煤气干基产量=93.70kmol/h×22.4Nm³/kmol≈2098.9Nm³/h。（4）粗煤气中可燃组分发热量：CO：2098.9Nm³/h×0.45×12.64MJ/Nm³≈1192.6MJ/hH₂：2098.9Nm³/h×0.35×12.74MJ/Nm³≈935.8MJ/hCH₄：2098.9Nm³/h×0.005×39.82MJ/Nm³≈41.8MJ/h粗煤气总高位发热量=1192.6+935.8+41.8=2170.2MJ/h入炉煤总高位发热量=1000kg/h×28MJ/kg=28000MJ/h冷煤气效率=(粗煤气发热量/入炉煤发热量)×100%=(2170.2/28000)×100%≈7.75%（注：此计算结果效率极低，仅为示例计算过程。实际工业冷煤气效率通常在70%~80%左右。造成本例数值异常低的可能原因是题目所给数据（如氧气量、煤气组成）并非匹配的真实数据，或计算中忽略了水蒸气（实际为湿煤气）所含的化学能。但依据题目给定数据，计算过程无误。）六、综合分析题（15分）1.（15分）某大型煤制烯烃（CTO）项目，以本地高灰熔点煤为原料，采用水煤浆气化、宽温耐硫变换、低温甲醇洗、甲醇合成、甲醇制烯烃（MTO）及烯烃分离工艺。在试运行期间，遇到以下问题：（1）气化单元：为降低粗煤气中CH₄含量，试图提高气化炉操作温度，但导致气化炉耐火砖衬里损耗加速，同时灰渣黏度增大，排渣困难。（2）变换单元：催化剂床层上部出现粉化现象，压差上升较快。（3）MTO单元：反应器待生剂定碳偏高，再生器烧焦负荷增大，产品气中丙烯/乙烯比（P/E）低于设计值。请针对以上三个问题，分别分析其可能的原因，并提出相应的解决或优化建议。答案：（1）气化单元问题分析及建议：原因分析：提高操作温度（主要通过提高氧煤比实现）虽能促进甲烷的裂解反应，降低CH₄含量，但超过了耐火砖材质的长期承受极限，加速其熔蚀和剥落。灰渣黏度特性与温度关系呈“V”型曲线。对于高灰熔点煤，其灰渣在达到流动