2025年煤化工期末考試試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個正確答案，錯選、多選均不得分）1.在煤氣化過程中，若采用水煤漿進料，其典型水煤比（質量比）范圍是A.0.3～0.5??B.0.6～0.8??C.1.0～1.2??D.1.5～1.8答案：B解析：水煤漿氣化要求煤漿具有良好的流動性和穩(wěn)定性，水煤比過低會導致黏度劇增，過高則降低冷煤氣效率，工業(yè)實踐表明0.6～0.8為最佳區(qū)間。2.Shell干煤粉氣化爐的激冷方式屬于A.廢鍋回收型??B.激冷環(huán)水浴型??C.氣激冷+廢鍋聯合型??D.全激冷型答案：C解析：Shell爐在氣化室下部設置激冷段，先用少量激冷氣將高溫合成氣降至900℃左右，再進入廢鍋回收熱量，兼顧設備安全與能效。3.煤直接液化循環(huán)溶劑的主要作用是A.提供活性氫??B.分散煤粉??C.控制反應溫度??D.抑制自由基縮聚答案：D解析：循環(huán)溶劑富含部分加氫的芳烴，可及時封閉煤熱解產生的自由基，防止其縮聚成焦，提高油收率。4.甲醇合成反應器床層“飛溫”最直接的原因是A.循環(huán)比過大??B.汽包蒸汽壓力突降??C.催化劑破碎??D.入口CO?含量突增答案：B解析：汽包壓力突降導致沸騰水溫度下降，移熱能力銳減，反應熱無法及時移出，床層溫度瞬間飆升。5.煤制天然氣（SNG）甲烷化工藝中，限制CO?循環(huán)回用的關鍵因素是A.催化劑積碳??B.反應平衡溫距??C.設備材質??D.循環(huán)壓縮機功耗答案：A解析：CO?在甲烷化條件下易與活性Ni反應生成Ni(CO)?，導致催化劑晶粒長大、活性位覆蓋，工業(yè)上通常控制CO?<3%。6.下列哪種助溶劑對降低褐煤水煤漿黏度效果最顯著A.木質素磺酸鈉??B.萘磺酸鈉甲醛縮合物??C.腐植酸鈉??D.聚丙烯酸鈉答案：C解析：褐煤富含含氧官能團，腐植酸鈉可通過氫鍵與煤表面含氧基團作用，拆散水化膜，釋放自由水，降黏幅度可達40%。7.在煤焦油加氫裂化過程中，抑制床層壓降上升的首選措施是A.提高反應溫度??B.注入阻垢劑??C.降低氫油比??D.增大空速答案：B解析：焦油含大量膠質、瀝青質，易在高溫下縮合結焦。注入含磷、含硅的阻垢劑可鈍化金屬表面，阻斷自由基鏈反應。8.以無煙煤為原料的固定床氣化爐，最適宜的氣化劑組合是A.O?+水蒸氣??B.空氣+CO???C.富氧空氣??D.空氣答案：A解析：無煙煤活性低，需要較高溫度；純氧蒸汽可避免N?稀釋，提高有效氣（CO+H?）含量，同時蒸汽調節(jié)床層溫度。9.煤制烯烴（MTO）裝置中，造成催化劑“細粉”增多的主要原因是A.反應壓力高??B.再生器線速高??C.甲醇進料帶水??D.反應溫度低答案：B解析：再生器采用湍流床，線速高導致催化劑顆粒間碰撞加劇，表面磨損產生<20μm細粉，增加旋風分離器負荷。10.對于煤間接液化費托合成，下列操作條件最有利于提高C?+選擇性的是A.高溫240℃、低壓1.5MPa??B.低溫190℃、高壓4.0MPa??C.高溫260℃、高壓5.0MPa??D.低溫170℃、低壓1.0MPa答案：B解析：低溫高壓抑制甲烷化，促進鏈增長，AndersonSchulzFlory分布向重質烴移動，C?+選擇性可>80%。二、多項選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個或兩個以上正確答案，多選、漏選、錯選均不得分）11.下列屬于煤氣化灰渣綜合利用途徑的有A.水泥生料??B.筑路骨料??C.土壤改良劑??D.鋁冶煉預焙陽極??E.?；⒅楸夭拇鸢福篈、B、C、E解析：氣化灰渣含SiO?、Al?O?、CaO，可作為建材原料；經磁選除鐵后可用于土壤補硅；高溫熔融可制?；⒅?。陽極用焦骨料需低灰、低硫，灰渣不滿足。12.影響水煤漿氣化爐燒嘴壓差波動的因素包括A.煤漿粒度分布??B.中心氧比例??C.燒嘴冷卻水溫度??D.氣化爐負荷??E.煤漿含氯量答案：A、B、D解析：粒度變細、中心氧比例提高均使壓差升高；負荷變化直接影響流速。冷卻水溫度與含氯量主要影響腐蝕，不直接改變壓差。13.煤直接液化裝置中，加氫穩(wěn)定塔出口油需滿足A.芳烴含量<30%??B.硫含量<50μg·g?1??C.氮含量<200μg·g?1??D.瀝青質<0.5%??E.餾程初餾點>180℃答案：B、C、D解析：穩(wěn)定塔主要脫除S、N、瀝青質，為后續(xù)加氫裂化提供優(yōu)質進料；芳烴含量與餾程由反應深度決定，非塔出口硬性指標。14.下列關于甲烷化催化劑失活機理的描述，正確的有A.硫中毒為不可逆??B.燒結導致Ni晶粒長大??C.碳納米管堵塞孔道??D.水蒸氣氧化使Ni價態(tài)升高??E.氯中毒可通過蒸汽再生答案：A、B、C、D解析：硫與Ni形成Ni?S?，再生溫度下難分解；氯中毒生成NiCl?，水溶流失，蒸汽再生無效。15.煤制乙二醇工藝中，草酸酯合成塔入口氣相組成需嚴格控制A.CO純度>98%??B.O?<0.1%??C.H?O<50μg·g?1??D.NO<100μg·g?1??E.S<0.1μg·g?1答案：B、C、D、E解析：微量O?導致亞硝酸酯分解；水使酯水解；NO與副反應相關；S使Pd系催化劑中毒。CO純度90%即可，無需>98%。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）16.魯奇加壓氣化爐出口粗煤氣中CH?體積分數可達8%～12%。答案：√解析：魯奇爐屬移動床干餾層與氣化層共存，干餾段產生熱解氣富含CH?，導致出口CH?明顯高于氣流床。17.費托合成漿態(tài)床反應器內，催化劑顆粒平均粒徑越小，越容易發(fā)生“澄清”現象。答案：×解析：粒徑越小，布朗運動顯著，不易沉降澄清；澄清多因粒徑過大或氣速過低。18.煤制甲醇裝置中，合成氣氫碳比（H?CO?）/（CO+CO?）=2.05時，理論甲醇收率最高。答案：√解析：化學計量比為2，考慮逆水煤氣變換與惰性氣體積累，工業(yè)上略高0.05可提高單程轉化率。19.煤焦油加氫精制段，提高反應壓力可顯著降低產品密度，但會促進芳烴飽和放熱，需增設急冷氫。答案：√解析：高壓促進芳烴飽和，放熱量大，需分層注冷氫控制溫升<20℃·m?1，防止飛溫。20.采用分子篩膜分離CO?/CH?時，滲透側壓力越低，CH?損失率越高。答案：×解析：膜分離驅動力為分壓差，滲透側壓力降低提高CO?滲透速率，但CH?為慢氣，損失率反而下降。21.煤直接液化殘渣經超臨界萃取可制得高軟化點瀝青，用于生產針狀焦。答案：√解析：殘渣富含2～3環(huán)芳烴與少量瀝青質，超臨界甲苯萃取可脫除喹啉不溶物，得到各向同性瀝青，經后續(xù)改性可制針狀焦。22.甲醇制烯烴反應中，SAPO34分子篩的“籠”尺寸大于ZSM5，因此丙烯選擇性更高。答案：√解析：SAPO34為CHA結構，籠徑1.1nm，可容納C?中間體，抑制芳烴生成；ZSM5十元環(huán)孔道易結焦生芳烴。23.煤氣化細灰經熔融改性后，可替代鋁土礦作為拜耳法原料。答案：×解析：細灰Al?O?含量通常<25%，且含大量玻璃相，溶出率<60%，無法直接用于拜耳法。24.煤制天然氣項目，甲烷化反應器出口氣中CO?含量升高，可判斷催化劑發(fā)生水蒸氣氧化失活。答案：√解析：水蒸氣氧化使Ni活性位減少，CO轉化率下降，未反應CO在后續(xù)變換生成CO?，導致出口CO?升高。25.在煤制乙二醇亞硝酸酯再生塔中，補充NO的目的是抑制副產草酸銨結晶。答案：√解析：NO不足時，亞硝酸酯濃度下降，副反應生成草酸銨，堵塞塔板；適量NO可維持酯化平衡。四、填空題（每空1分，共15分）26.德士古氣化爐燒嘴采用________+________外混式結構，霧化角通常為________°。答案：三通道、中心氧、60～75解析：三通道指煤漿通道、中心氧、外環(huán)氧，外混式確保煤漿離開燒嘴后被高速氧剪切霧化，角度過大易沖刷耐火磚。27.煤直接液化“________油”循環(huán)可顯著提高煤漿穩(wěn)定性，其族組成為________、________、________。答案：供氫、氫化芳烴、部分氫化多環(huán)芳烴、氫化雜環(huán)化合物解析：供氫油在400℃、15MPa條件下可釋放活性氫，穩(wěn)定自由基，抑制縮聚。28.費托合成鐵系催化劑助劑K?O的作用是________，但過量會導致________。答案：電子助劑促進CO解離、甲烷選擇性升高解析：K?O給電子使Fe表面電子密度增加，加速CO解離；過量覆蓋活性相，氫吸附受阻，鏈終止概率增大。29.甲烷化裝置常用________不銹鋼（鋼號）作為反應器內壁覆材，其耐________腐蝕機理為________。答案：06Cr17Ni12Mo2（316L）、晶間、超低碳含量減少Cr??C?析出解析：316L含Mo耐Cl?點蝕，超低碳防止敏化溫度區(qū)間晶間腐蝕。30.煤制乙二醇草酸酯路線中，亞硝酸甲酯再生反應式為________，該反應平衡常數隨溫度升高而________。答案：2CH?OH+2NO+?O?→2CH?ONO+H?O、下降解析：該反應放熱，ΔH≈120kJ·mol?1，升溫不利于正向進行，工業(yè)上采用低溫30～50℃吸收再生。31.煤氣化廢水“________”工藝可將COD從5000mg·L?1降至<200mg·L?1，其核心單元為________、________。答案：厭氧缺氧好氧（A2O）、IC厭氧反應器、MBR解析：IC內循環(huán)厭氧可承受高SO?2?，MBR實現泥水分離，保證出水達標。五、簡答題（每題8分，共24分）32.簡述水煤漿氣化爐耐火磚蝕損的“三帶”機理，并給出延長壽命的工程措施。答案：（1）熱面帶（>1500℃）：高溫熔渣溶解Cr?O?Al?O?磚，形成低熔點尖晶石，伴隨熱應力剝落；（2）滲透帶（1200～1500℃）：熔渣沿氣孔與晶界滲透，產生結構剝落；（3）侵蝕帶（800～1200℃）：堿性組分（K?O、Na?O）與磚中SiO?反應生成玻璃相，降低強度。工程措施：①磚體梯度復合，熱面采用高Cr?O?（90%）電熔澆注料，背襯鉻剛玉過渡；②燒嘴霧化優(yōu)化，降低液滴平均粒徑至50μm，減少局部高溫區(qū)；③爐膛內壁噴涂3mmZrO?熱障涂層，降低熱面溫度約80℃；④運行中控制氧煤比±2%波動，避免熱沖擊；⑤年度檢修采用激光熔覆補磚，厚度損失>30%區(qū)域局部挖補，減少整體更換。33.對比固定床、流化床、氣流床三種氣化方式對煤質指標的適應性，并給出選擇原則。答案：（1）固定床：要求煤粒度13～50mm，灰熔點>1250℃，灰分<20%，黏結指數G<5，適合無煙煤、弱黏煤；（2）流化床：粒度0～8mm，活性>65%（950℃），灰分<25%，適合褐煤、長焰煤；（3）氣流床：粒度<0.1mm（干法）或<0.3mm（水煤漿），灰分<15%，灰熔點<1350℃（可調助熔劑），適合煙煤、石油焦。選擇原則：①原料匹配優(yōu)先，避免過度破碎或添加助熔劑；②產品導向：合成氨需高H?/CO，選水煤漿氣流床；SNG需CH?高，選固定床；③規(guī)模效應：>2000t·d?1單爐，氣流床投資優(yōu)勢明顯；④環(huán)保約束：氣流床廢水少，流化床飛灰高，需配套灰熔聚。34.闡述煤制烯烴裝置反應再生系統(tǒng)“熱平衡”計算步驟，并給出催化劑循環(huán)量表達式。答案：步驟：①確定目標：丙烯產量100t·h?1，反應熱ΔH?=1650kJ·kg?1（甲醇基）；②計算反應需熱：Q?=100×103×1650=1.65×10?kJ·h?1；③再生燒焦放熱：焦炭燃燒熱ΔH?=32.8MJ·kg?1（C→CO?），設焦炭產率4%（甲醇基），則燒焦量m?=100×0.04=4t·h?1，放熱Q?=4×32.8×103=1.312×10?kJ·h?1；④熱損失：取5%，Q?=0.05×(Q?+Q?)=1.48×10?kJ·h?1；⑤催化劑循環(huán)熱容：催化劑比熱容c?=1.05kJ·kg?1·K?1，反應再生溫差ΔT=50℃；⑥循環(huán)量G滿足：G·c?·ΔT=Q?+Q?Q?，代入得G=(1.65+0.1481.312)×10?/(1.05×50)=1.68×10?kg·h?1=1680t·h?1。表達式：G=[Q?+Q?Q?]/(c?·ΔT)，單位kg·h?1。六、計算題（共16分）35.某煤制天然氣項目，甲烷化入口干基組成：CO22%、CO?6%、H?66%、CH?4%、N?2%。設絕熱反應器出口平衡溫度650℃，壓力3.0MPa，求單級CO轉化率。已知：CO+3H??CH?+H?O?ΔG°???=52.8kJ·mol?1，K?=1.2×10?假設：水蒸氣過量20%，忽略副反應，氣體為理想氣體。答案：（1）設CO轉化率為x，基準100mol干氣，則初始：CO=22、H?=66、CO?=6、CH?=4、N?=2、H?O=0.2×(22+6)=5.6mol；平衡：CO=22(1x)、H?=663×22x、CH?=4+22x、H?O=5.6+22x、CO?=6、N?=2；總mol數=100+5.644x。（2）K?=[(P_CH?·P_H?O)/(P_CO·P_H?3)]·P°2，P°=0.1MPa分壓P_i=y_i·P，P=3.0MPa，代入：1.2×10?=[(4+22x)(5.6+22x)]/[22(1x)(6666x)3]×(0.1)2/(3.0)2化簡得：(4+22x)(5.6+22x)/[22(1x)(6666x)3]=1.2×10?×9/0.01=1.08×10?采用試差法，x=0.92時LHS≈1.1×10?，誤差<2%。單級CO轉化率=92%。七、綜合設計題（共20分）36.某企業(yè)擬利用高硫石油焦（S5.5%、灰0.5%、C85%）建設80萬t·a?1乙二醇項目，采用“石油焦氣化草酸酯路線”。請完成：（1）論證氣化技術路線（3分）；（2）計算年耗石油焦量（4分）；（3）給出硫回收方案及尾氣SO?排放濃度（5分）；（4）分析石油焦灰中釩、鎳對草酸酯合成催化劑的影響，并提出防護對策（8分）。答案：（1）石油焦高硫、高固定碳、低灰，活性低，需高溫氣化；選擇干煤粉氣流床（Shell或航天爐），氧蒸汽為氣化劑，溫度1500～160?℃，碳轉化率>98%，熔融排渣，利于釩、鎳固化于玻璃態(tài)渣。（2）乙二醇單耗：草酸酯路線1.75t