2025年煤化學(xué)與化工試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列選項(xiàng)中，不屬于煤工業(yè)分析項(xiàng)目的是（）A.水分（M）B.灰分（A）C.碳含量（C）D.揮發(fā)分（V）2.煤的元素分析中，對(duì)發(fā)熱量影響最大的元素是（）A.碳（C）B.氫（H）C.氧（O）D.硫（S）3.衡量煤化程度的最主要指標(biāo)是（）A.揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）B.灰分（Ad）C.水分（Mt）D.膠質(zhì)層厚度（Y）4.煤熱解過(guò)程中，二次熱解（焦油裂解）主要發(fā)生在（）A.300500℃B.500700℃C.700900℃D.9001200℃5.下列煤氣化反應(yīng)中，屬于強(qiáng)吸熱反應(yīng)的是（）A.C+O?→CO?B.2C+O?→2COC.C+H?O→CO+H?D.CO+H?O→CO?+H?6.煤直接液化過(guò)程中，溶劑的主要作用是（）A.提供氫源B.溶解煤大分子C.降低反應(yīng)溫度D.催化裂解7.煉焦配煤時(shí)，若單種煤的揮發(fā)分過(guò)高（>35%），可能導(dǎo)致（）A.焦炭強(qiáng)度不足B.結(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)C.煤氣產(chǎn)率降低D.灰分升高8.評(píng)價(jià)煤的可磨性常用指標(biāo)是（）A.哈氏可磨性指數(shù)（HGI）B.莫氏硬度C.維氏硬度D.洛氏硬度9.下列煤種中，最適合作為氣化原料的是（）A.褐煤B.肥煤C.貧煤D.無(wú)煙煤10.煤的熱解產(chǎn)物中，半焦的產(chǎn)率隨熱解溫度升高而（）A.先增后減B.持續(xù)增加C.持續(xù)減少D.基本不變二、填空題（每空1分，共20分）1.煤的大分子結(jié)構(gòu)由基本結(jié)構(gòu)單元和橋鍵組成，其中基本結(jié)構(gòu)單元的核心是______。2.煤的工業(yè)分析中，固定碳（FC）的計(jì)算式為______（用空氣干燥基表示）。3.衡量煤粘結(jié)性的主要指標(biāo)有膠質(zhì)層指數(shù)（Y）、______和______。4.煤熱解過(guò)程可分為干燥脫氣階段、______和______三個(gè)階段。5.煤氣化的主要產(chǎn)物是______，其有效成分（CO+H?）含量通常要求≥______%（體積分?jǐn)?shù)）。6.煤間接液化的核心反應(yīng)是______，常用催化劑為______或______。7.煉焦過(guò)程中，煤的成焦機(jī)理包括______、______和______三個(gè)階段。8.煤的灰分是指煤完全燃燒后殘留的______，其主要成分是______、______等金屬氧化物。9.煤的加氫液化中，供氫溶劑的作用是______和______。10.評(píng)價(jià)煤質(zhì)的基準(zhǔn)包括收到基、空氣干燥基、干燥基和______。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述煤的大分子結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)煤加工利用的影響。2.工業(yè)分析與元素分析的主要區(qū)別是什么？各自在煤質(zhì)評(píng)價(jià)中的作用是什么？3.煤熱解過(guò)程中，溫度對(duì)產(chǎn)物分布（半焦、焦油、煤氣）的影響規(guī)律是什么？并解釋其原因。4.煤氣化過(guò)程中，水蒸氣作為氣化劑的作用有哪些？寫出相關(guān)化學(xué)反應(yīng)式。5.煉焦配煤的主要目的是什么？配煤時(shí)需考慮哪些關(guān)鍵指標(biāo)？四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某煙煤的空氣干燥基分析數(shù)據(jù)如下：M?d=1.5%，A?d=12.0%，V?d=28.0%。已知該煤的收到基水分M?=8.0%，計(jì)算收到基的固定碳（FC?）和干燥無(wú)灰基揮發(fā)分（V???）。2.某煤氣化爐以褐煤為原料，輸入煤量為1000kg/h（收到基，C含量60%，灰分20%），輸出粗煤氣中CO含量為45%（體積分?jǐn)?shù)），CO?含量為15%，H?含量為30%，CH?含量為5%，其余為N?和少量雜質(zhì)。假設(shè)煤氣中碳全部來(lái)自煤的轉(zhuǎn)化，計(jì)算該氣化過(guò)程的碳轉(zhuǎn)化率（保留兩位小數(shù)）。五、綜合分析題（20分）某企業(yè)擬建設(shè)一套煤制烯烴項(xiàng)目，需選擇氣化工藝與液化工藝的組合?，F(xiàn)有兩種煤種可選：A煤（褐煤，V???=45%，灰熔點(diǎn)1100℃，HGI=80）；B煤（瘦煤，V???=18%，灰熔點(diǎn)1350℃，HGI=50）。（1）從氣化適應(yīng)性角度分析，應(yīng)優(yōu)先選擇哪種煤？說(shuō)明理由（需結(jié)合氣化工藝對(duì)煤質(zhì)的要求）。（2）若采用煤間接液化路線生產(chǎn)烯烴，簡(jiǎn)述其核心工藝步驟及關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。答案一、單項(xiàng)選擇題1.C2.A3.A4.C5.C6.B7.A8.A9.A10.C二、填空題1.縮合芳香環(huán)（或芳香核）2.FC?d=100%(M?d+A?d+V?d)3.粘結(jié)指數(shù)（G）、奧亞膨脹度（b）4.膠質(zhì)體形成階段、半焦轉(zhuǎn)化為焦炭階段5.合成氣；706.費(fèi)托合成（CO+H?→烴類）；鐵基催化劑、鈷基催化劑7.干燥預(yù)熱、膠質(zhì)體形成、半焦與焦炭形成8.無(wú)機(jī)礦物質(zhì)；SiO?、Al?O?（或CaO、MgO等）9.傳遞氫原子、溶解煤熱解產(chǎn)物10.干燥無(wú)灰基（daf）三、簡(jiǎn)答題1.特征：煤的大分子結(jié)構(gòu)以縮合芳香環(huán)為核心（基本結(jié)構(gòu)單元），通過(guò)橋鍵（如脂肪烴鏈、醚鍵等）連接，含有含氧、氮、硫的官能團(tuán)及少量脂肪側(cè)鏈。影響：芳香環(huán)含量高（煤化程度高）則反應(yīng)活性低（如氣化、液化難度大）；橋鍵和官能團(tuán)易斷裂（低階煤），熱解時(shí)易產(chǎn)生焦油和氣體；結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性導(dǎo)致加工產(chǎn)物復(fù)雜（如煉焦需配煤調(diào)整粘結(jié)性）。2.區(qū)別：工業(yè)分析是物理化學(xué)方法測(cè)定水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳（間接計(jì)算），反映煤的實(shí)用特性；元素分析是化學(xué)方法測(cè)定C、H、O、N、S等元素含量，反映煤的化學(xué)組成。作用：工業(yè)分析用于評(píng)價(jià)煤的燃燒、氣化等工藝的適應(yīng)性（如揮發(fā)分影響燃燒特性）；元素分析用于計(jì)算發(fā)熱量（如高位發(fā)熱量）、評(píng)估污染（如硫含量）及工藝設(shè)計(jì)（如液化需氫碳比）。3.規(guī)律：溫度升高，半焦產(chǎn)率降低，焦油先增后減（500600℃達(dá)峰值），煤氣產(chǎn)率增加。原因：低溫（<500℃）主要脫除水分和低分子氣體，半焦和焦油生成；中溫（500700℃）橋鍵斷裂，焦油大量生成；高溫（>700℃）焦油二次裂解（縮合、脫氫）生成小分子氣體（H?、CH?等），半焦進(jìn)一步縮聚（芳香化）導(dǎo)致產(chǎn)率下降。4.作用：①提供氫源，參與反應(yīng)生成H?（增加合成氣中有效成分）；②與碳發(fā)生吸熱反應(yīng)（C+H?O→CO+H?），調(diào)節(jié)爐溫（避免局部過(guò)熱）；③與CO發(fā)生變換反應(yīng)（CO+H?O→CO?+H?），調(diào)整H?/CO比。反應(yīng)式：C+H?O(g)→CO+H?（ΔH=+131.3kJ/mol）；CO+H?O(g)→CO?+H?（ΔH=41.2kJ/mol）。5.目的：通過(guò)多煤種配合，互補(bǔ)粘結(jié)性、揮發(fā)分等指標(biāo)，獲得高強(qiáng)度、塊度適中的焦炭，同時(shí)降低成本。關(guān)鍵指標(biāo)：①粘結(jié)性（G值、Y值）：保證結(jié)焦性；②揮發(fā)分（V???）：控制焦炭收縮裂紋（2530%為佳）；③灰分（Ad）、硫分（St,d）：影響焦炭質(zhì)量；④細(xì)度：控制粉碎程度以優(yōu)化結(jié)焦。四、計(jì)算題1.收到基固定碳（FC?）：空氣干燥基固定碳FC?d=100%(1.5%+12.0%+28.0%)=58.5%收到基與空氣干燥基換算系數(shù)：K=(100M?)/(100M?d)=(1008)/(1001.5)≈0.934FC?=FC?d×K+(M?M?d×K)→實(shí)際應(yīng)為FC?=(FC?d×(100M?))/(100M?d)=58.5%×(92/98.5)≈54.63%干燥無(wú)灰基揮發(fā)分（V???）：V???=V?d×100/(100M?dA?d)=28.0%×100/(1001.512.0)=28.0%×100/86.5≈32.37%2.碳轉(zhuǎn)化率：輸入煤中碳質(zhì)量：1000kg/h×(1灰分20%)×60%=1000×0.8×0.6=480kg/h煤氣中碳總量（以CO、CO?、CH?計(jì)）：假設(shè)煤氣總體積為V，則：CO含碳量：0.45V×(12/28)=0.45V×0.4286≈0.1929VCO?含碳量：0.15V×(12/44)=0.15V×0.2727≈0.0409VCH?含碳量：0.05V×(12/16)=0.05V×0.75=0.0375V總碳量：0.1929V+0.0409V+0.0375V=0.2713V根據(jù)碳平衡，輸入碳=煤氣中碳+未轉(zhuǎn)化碳（灰中殘?zhí)迹?，假設(shè)灰中殘?zhí)伎珊雎?，則：碳轉(zhuǎn)化率=（煤氣中碳量/輸入碳量）×100%需將體積轉(zhuǎn)換為質(zhì)量，假設(shè)煤氣密度為ρ（kg/m3），但因體積比與摩爾比一致，可按摩爾計(jì)算：設(shè)煤氣總摩爾數(shù)為n，則CO、CO?、CH?的摩爾數(shù)分別為0.45n、0.15n、0.05n，碳摩爾數(shù)=0.45n+0.15n+0.05n=0.65n輸入煤中碳摩爾數(shù)=480000g/12g/mol=40000mol煤氣中碳摩爾數(shù)=0.65n假設(shè)氣化過(guò)程中N?等不參與反應(yīng)，n可由煤中其他元素（如H、O）計(jì)算，但簡(jiǎn)化為碳轉(zhuǎn)化率=（0.65n/40000）×100%。實(shí)際更簡(jiǎn)單的方法：煤氣中碳占輸入碳的比例=（CO體積%+CO?體積%+CH?體積%）×（碳的摩爾質(zhì)量/對(duì)應(yīng)氣體摩爾質(zhì)量）×（煤氣總體積/煤中碳摩爾數(shù)），但通常直接按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算碳轉(zhuǎn)化率：碳轉(zhuǎn)化率=（CO%+CO?%+CH?%）×（對(duì)應(yīng)碳的摩爾數(shù)）/輸入碳的摩爾數(shù)因CO、CO?、CH?每mol含1mol碳，總碳體積分?jǐn)?shù)=45%+15%+5%=65%（假設(shè)煤氣中其他氣體不含碳），則碳轉(zhuǎn)化率=65%（體積）對(duì)應(yīng)的碳量/輸入碳量=（65%×煤氣總量中的碳）/輸入碳。但更準(zhǔn)確的計(jì)算：輸入碳為480kg/h=40000mol/h，煤氣中碳總量=（0.45n+0.15n+0.05n）mol/h=0.65nmol/h。假設(shè)煤氣中H?、N?等不含碳，且氣化過(guò)程無(wú)碳損失（灰中殘?zhí)己雎裕瑒t0.65n=40000→n=40000/0.65≈61538.46mol/h。但實(shí)際碳轉(zhuǎn)化率=（煤氣中碳量/輸入碳量）×100%=（0.65n/40000）×100%=（40000/40000）×100%=100%（顯然不合理，因灰中必有殘?zhí)迹?。正確方法：輸入煤中有效碳（扣除灰分）=1000kg×(120%)×60%=480kg，煤氣中碳質(zhì)量=（CO體積%×CO中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)+CO?體積%×CO?中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)+CH?體積%×CH?中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)）×煤氣總質(zhì)量。假設(shè)煤氣密度為1.2kg/m3（近似），煤氣總產(chǎn)量=（1000kg煤×氣化效率），但簡(jiǎn)化為體積分?jǐn)?shù)計(jì)算：碳轉(zhuǎn)化率=（45%×(12/28)+15%×(12/44)+5%×(12/16)）/（60%×(120%)）×100%計(jì)算分子：45%×0.4286+15%×0.2727+5%×0.75≈0.1929+0.0409+0.0375=0.2713分母：60%×80%=0.48轉(zhuǎn)化率=0.2713/0.48×100%≈56.52%五、綜合分析題（1）優(yōu)先選擇A煤（褐煤）。理由：氣化工藝（如流化床、氣流床）對(duì)煤質(zhì)要求：①反應(yīng)活性：褐煤（低階煤）孔隙率高、含氧官能團(tuán)多，反應(yīng)活性高于瘦煤（高階煤），更易氣化；②灰熔點(diǎn)：A煤灰熔點(diǎn)1100℃（低于氣流床氣化溫度13001500℃），液態(tài)排渣順暢；B煤灰熔點(diǎn)1350℃，接近氣化溫度，可能導(dǎo)致結(jié)渣；③可磨性：A煤HGI=80（易磨），粉碎能耗低；B煤HGI=50（難磨），增加成本；④水分：褐煤水分高（需干燥），但現(xiàn)代氣化技術(shù)（如碎煤加壓氣化