煤化工工藝學第三版考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在固定床煤氣化過程中，若爐內出現“溝流”現象，最先受到影響的工藝指標是A.煤氣熱值?B.蒸汽分解率?C.灰渣含碳量?D.煤氣出口溫度答案：B解析：溝流使氣化劑短路，局部高溫區(qū)消失，導致蒸汽分解率驟降；煤氣熱值與組分變化滯后，灰渣含碳量需取樣分析，出口溫度反而可能升高，故最先波動的是蒸汽分解率。2.魯奇爐氣化褐煤時，煤鎖斗充壓介質通常選用A.氮氣?B.二氧化碳?C.粗煤氣?D.高壓蒸汽答案：C解析：粗煤氣含50%以上CO?，可抑制煤鎖斗內煤粉自燃，同時回收壓力能，降低氮氣消耗；氮氣雖安全但增加成本，CO?需外供，高壓蒸汽易冷凝造成煤粉結塊。3.甲醇合成回路中，設置高壓甲烷洗滌塔的主要目的是A.脫除硫醇?B.回收氫氣?C.降低惰性氣濃度?D.脫除水分答案：C解析：甲烷為惰性氣，循環(huán)積累會降低H?/CO分壓，洗滌塔將甲烷富集后送至燃料氣管網，維持合成塔內有效氣分壓；硫醇由精脫硫工段脫除，氫氣回收通過膜分離，水分由甲醇本身吸收。4.煤直接液化裝置中，溶劑加氫反應器采用滴流床而非鼓泡床的根本原因是A.降低壓降?B.提高液時空速?C.抑制過度加氫?D.強化氣液傳質答案：C解析：溶劑加氫只需部分飽和芳烴，滴流床持液量低，停留時間短，可避免深度加氫生成環(huán)烷烴而降低供氫能力；鼓泡床持液量大，易過度加氫，壓降反而更高。5.在Shell粉煤氣化工藝中，合成氣冷卻器入口設置“飛灰脫除+陶瓷過濾器”組合，陶瓷過濾器運行溫度需嚴格控制在A.250–300℃?B.350–400℃?C.450–500℃?D.550–600℃答案：B解析：350–400℃高于HCl、SO?露點，避免低溫腐蝕；低于鈉、鉀蒸氣凝結溫度，防止陶瓷微孔堵塞；550℃以上飛灰軟化，易燒結。6.煤制天然氣（SNG）甲烷化反應器床層熱點溫度超過700℃時，最易發(fā)生的副反應是A.CO歧化?B.甲烷裂解?C.水煤氣變換逆反應?D.費托合成答案：B解析：700℃以上甲烷熱力學不穩(wěn)定，裂解生成碳納米管并放氫，造成床層阻力上升；CO歧化在400–500℃顯著，水煤氣變換逆反應需更高水氣比，費托合成需鐵基催化劑。7.低溫甲醇洗（Rectisol）中，向富甲醇中注入少量水，可A.降低CO?溶解度?B.提高H?S選擇性?C.降低系統(tǒng)冰點?D.抑制設備應力腐蝕答案：B解析：水分子與甲醇形成氫鍵，降低甲醇對CO?的物理溶解度，相對提高H?S溶解度，實現選擇性脫除；冰點升高，應力腐蝕與Cl?有關，與注水無關。8.煤間接液化費托合成漿態(tài)床反應器內，蠟過濾反沖洗周期縮短，最先排查A.催化劑磨損率?B.原料氣H?/CO比?C.蠟產品熔點?D.氣體表觀速度答案：A解析：催化劑磨損產生細粉，堵塞燒結金屬濾芯，導致壓差升高，反沖洗周期縮短；H?/CO比影響產物分布但不直接堵濾，蠟熔點由冷卻控制，表觀速度波動影響氣泡大小而非固體。9.乙二醇羰化工段亞硝酸甲酯（MN）再生塔頂排出的NOx氣體，通常采用A.堿洗?B.分子篩吸附?C.低溫克勞斯?D.硝酸吸收答案：D解析：NOx在0.3MPa、5℃下用濃硝酸吸收生成硝酸甲酯，返回系統(tǒng)再生MN，實現閉路；堿洗產生硝酸鹽廢水，分子篩易爆炸，低溫克勞斯無硫不適用。10.煤熱解提質工藝中，若回轉窯窯尾氧含量突然升高，最可能觸發(fā)A.窯頭煤粉自燃?B.窯內料層結圈?C.半焦揮發(fā)分升高?D.煤氣熱值下降答案：B解析：氧漏入使局部半焦燃燒，局部高溫導致低熔點灰渣熔融，粘附窯壁形成結圈；窯頭自燃需富氧環(huán)境，半焦揮發(fā)分已析出，煤氣熱值因燃燒損失下降但非“最可能”。二、多項選擇題（每題3分，共15分）11.關于水煤漿氣化噴嘴磨損，下列說法正確的是A.煤漿濃度升高，磨損速率指數增加?B.噴嘴入口銳角倒圓可延長壽命C.采用碳化鎢-鈷合金可減磨?D.提高氧煤比可緩解磨損?E.設置冷卻水夾套降低熱應力答案：B、C、E解析：A錯誤，濃度升高粘度增大，對壁面剪切下降；D錯誤，氧煤比升高火焰溫度高，熱沖擊加劇；B減少湍流剝離，C硬度高，E降低熱疲勞裂紋。12.煤制烯烴（MTO）裝置中，造成催化劑“積碳失活”的碳物種包括A.芳烴池物種?B.石墨碳?C.甲基萘?D.烯烴聚合物?E.季銨鹽答案：A、B、C、D解析：SAPO-34分子篩籠內形成多甲基苯、萘等芳烴池，進一步縮合為石墨碳；烯烴在酸性位聚合生成長鏈烷烴；季銨鹽為模板劑殘留，不屬積碳。13.下列措施可同時降低合成氨裝置能耗與CO?排放的是A.提高二段爐空氣預熱溫度?B.采用釕基低溫合成催化劑C.增設變壓吸附回收氫?D.低溫甲醇洗預冷段增設氨吸收制冷E.提高轉化水碳比答案：A、B、D解析：A降低燃料氣消耗，B降低合成壓力與循環(huán)比，D利用低位熱制冷減少電耗；C回收氫但增加電耗，E提高水碳比增加轉化爐負荷。14.煤焦油加氫裂化裝置，造成反應器壓降升高的原因有A.鐵鹽沉積?B.催化劑床層板結?C.膠質縮合生焦?D.循環(huán)氫脫硫塔液泛E.原料油氯離子超標答案：A、B、C、E解析：鐵鹽與氯離子促進生焦并堵塞通道；膠質縮合直接生焦；板結由局部高溫引起；脫硫塔液泛為氣液失衡，不直接影響反應器壓降。15.關于IGCC電站氣化島熱效率提升，可行的方案有A.氣化爐出口設輻射鍋爐回收高溫熱?B.采用干煤粉進料減少水耗C.提高空分裝置氧純度至99.5%?D.廢熱鍋爐采用次臨界參數E.飛灰返爐再氣化答案：A、B、E解析：A回收1400℃高溫熱，B減少蒸發(fā)潛熱，E提高碳轉化率；C氧純度提高增加空分能耗，D次臨界參數效率低。三、判斷改錯題（每題2分，共10分）16.魯奇爐氣化高灰熔點煤時，添加石灰石可降低灰熔點，但過量會導致爐內“液泛”。答案：正確解析：石灰石分解為CaO，與灰中SiO?形成低共熔物，降低FT；過量CaO提高熔渣粘度，氣體難以穿透，形成液泛。17.費托合成鐵基催化劑在280℃、2.5MPa條件下，隨H?/CO比升高，CO?選擇性單調下降。答案：錯誤解析：鐵基催化劑水煤氣變換活性高，H?/CO升高促進變換反應，CO?選擇性升高；應改為“CO?選擇性單調上升”。18.低溫甲醇洗裝置中，CO?閃蒸塔頂冰機負荷與原料氣中H?S濃度呈正相關。答案：錯誤解析：H?S在甲醇中溶解度遠高于CO?，富甲醇經H?S熱再生后CO?負荷降低，閃蒸氣量下降，冰機負荷反而降低；應改為“呈負相關”。19.煤直接液化裝置中，減壓塔底設置“薄膜蒸發(fā)器”可提高輕質油收率，但加劇結焦。答案：錯誤解析：薄膜蒸發(fā)器停留時間僅數秒，壁面更新快，結焦傾向低于常規(guī)釜式蒸發(fā)器；應改為“減輕結焦”。20.合成氣發(fā)酵制乙醇工藝中，微生物對CO分壓的耐受上限為0.5MPa，超過后菌體自溶。答案：正確解析：Clostridiumautoethanogenum在CO分壓>0.5MPa時，CO與細胞色素氧化酶不可逆結合，導致能量代謝中斷，菌體自溶。四、簡答題（每題8分，共24分）21.簡述水煤漿氣化噴嘴外混式與內混式的差異，并說明各自適用場合。答案：外混式指煤漿與氧氣在噴嘴出口外部混合，霧化角大（70–90°），火焰直徑大，適合灰熔點低、灰分<10%的煙煤，可避免噴嘴端面過熱；內混式在噴嘴內部預混，霧化角?。?0–45°），火焰集中，熱強度高，適合灰熔點高、反應活性差的貧煤或無煙煤，可提高碳轉化率，但端面需強制冷卻。外混式壓降低（0.3–0.5MPa），內混式壓降高（0.8–1.2MPa），后者需更高氧壓。22.煤制天然氣甲烷化反應器為何采用多級絕熱固定床串聯(lián)，而非單級等溫床？答案：甲烷化為強放熱反應（ΔH=-206kJ/mol），單級等溫床需大量冷媒，設備龐大；多級絕熱床在段間設循環(huán)氣或蒸汽冷激，可將溫升控制在60–80℃/段，避免熱點>700℃導致催化劑燒結、甲烷裂解積碳；同時絕熱床結構簡單，可承受高壓（3–6MPa），單段壓降低，利于大型化。等溫床需內置U形管鍋爐，熱應力大，管材要求高，投資高，不適合百萬方級SNG裝置。23.低溫甲醇洗系統(tǒng)出現“甲醇起泡”現象，列舉三種在線診斷方法并給出消泡對策。答案：診斷：①在線泡沫探頭（電導率法），測得氣液界面電導率突降；②DCS趨勢對比，貧甲醇泵電流下降、閃蒸塔壓差升高；③紅外熱像儀觀測再生塔頂泡沫層溫度梯度異常，出現低溫區(qū)（<30℃）。對策：①注入聚醚類消泡劑（0.5–1ppm），30min內泡沫高度下降50%；②降低富甲醇閃蒸速率，減少氣體夾帶；③投用備用纖維過濾器，將甲醇中固體顆粒<1mg/L，去除起泡核心；④臨時提高熱再生塔底溫度2℃，降低甲醇粘度，加速泡沫破裂。五、計算題（每題12分，共24分）24.某Shell氣化爐日投煤量2200t（干基），煤元素分析：C75.2%，H4.1%，O8.3%，N1.2%，S0.6%，灰分10.6%。操作條件：氧純度95%，氣化溫度1500℃，壓力4.0MPa，碳轉化率98%，合成氣中CH?體積分數0.8%，無焦油。求：（1）小時耗氧量（kmol/h）；（2）干合成氣流量（kmol/h）；（3）若采用濕法洗滌后合成氣溫度降至200℃，水汽飽和，求需補充的蒸汽量（t/h）。答案：（1）碳量：2200×0.752×0.98=1618.6t/d=67.44t/h=5612kmol/h設生成CO、CO?、CH?的碳摩爾比為x:y:z，z=0.008×總干氣量，x+y+z=5612氫平衡：煤中H=2200×0.041×1000/24.5=3682kmol/d=153.4kmol/h合成氣中H?+2CH?+H?O=153.4+2z氧平衡：耗O?=（x+2y）/2能量平衡略，經迭代得x=4689，y=816，z=107kmol/h耗O?=（4689+2×816）/2=3161kmol/h考慮氧純度95%，實際耗氧3161/0.95=3327kmol/h=106.5t/h（2）干合成氣總量=（x+y+z）/（1-0.008）=5612/0.992=5657kmol/h（3）200℃飽和水汽分壓1.555MPa，水汽比=1.555/（4.0-1.555）=0.635干氣5657kmol/h，需水汽5657×0.635=3593kmol/h=64.7t/h原煤含H生成水153.4kmol/h=2.8t/h，需補充64.7-2.8=61.9t/h25.某煤制烯烴裝置采用DMTO-II工藝，甲醇進料量100t/h，甲醇轉化率99.8%，乙烯+丙烯選擇性82%，乙烯/丙烯摩爾比1.2。設催化劑積碳量0.15kg/t甲醇，再生煙氣CO?體積分數18%，求：（1）乙烯產量（t/h）；（2）再生煙氣量（Nm3/h）；（3）若采用烯烴裂解（OCP）提高雙烯收率5%，求新增丙烯量（t/h）。答案：（1）有效甲醇=100×0.998=99.8t/h=3119kmol/h雙烯選擇性82%，雙烯摩爾量=3119×0.82=2558kmol/h設乙烯x，丙烯y，x/y=1.2，x+y=2558→x=1395kmol/h=39.1t/h，y=1163kmol/h=48.9t/h（2）積碳量=100×0.15=15kg/h=1.25kmol/h再生燃燒C+O?→CO?，生成CO?1.25kmol/h煙氣中CO?占18%，總干煙氣=1.25/0.18=6.94kmol/h=155Nm3/h（3）原雙烯收率82%，提高5%后相對增加0.82×0.05=4.1%新增雙烯量=3119×0.041=128kmol/h按原比例，新增丙烯=128/（1+1.2）=58.2kmol/h=2.44t/h六、綜合論述題（21分）26.某廠擬將現有水煤漿氣化-甲醇-醋酸產業(yè)鏈升級為“氣化-合成氣發(fā)酵-乙醇-乙烯”路線，請從能量利用、碳減排、經濟性三方面對比兩種路線，給出升級建議。答案：能量利用：原路線氣化效率75%，甲醇合成放熱未回收，整體一次能耗42GJ/t乙烯；新路線發(fā)酵在37℃、0.1MPa下進行，反應熱<1MJ/kg乙醇，可忽略，合成氣化學能利用率>90%，一次能耗降至28GJ/t乙烯，節(jié)能33%。碳減排：原路線每t乙烯排放CO?3.2t，其中甲醇合成副產0.8t，醋酸工序0.4t；新路線發(fā)酵菌體消耗CO，煙氣CO?濃度<3%，且菌體蛋白可作飼料，凈排放1.1t，減排66%。經濟性：新路線省去甲醇合成、醋酸