煤化工工藝試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在煤氣化過程中，下列哪種氣化劑最容易導致甲烷生成量顯著增加？A.氧氣B.空氣C.水蒸氣D.氫氣答案：D解析：氫氣作為氣化劑時，會與碳發(fā)生加氫反應生成甲烷（C+2H?→CH?），該反應為放熱反應，低溫高壓條件下平衡向右移動，甲烷產率顯著提高。氧氣、空氣、水蒸氣主要生成CO與H?，甲烷生成量較少。2.固定床魯奇氣化爐中，為防止灰分熔融造成爐內結渣，通常采取的措施是：A.提高汽氧比B.降低汽氧比C.提高爐膛壓力D.降低煤的灰熔點答案：A解析：提高汽氧比可降低爐內氧化層溫度，使灰分處于非熔融狀態(tài)，避免結渣；但過高汽氧比會降低冷煤氣效率，需權衡操作。3.在煤直接液化工藝中，循環(huán)溶劑的主要作用是：A.提供活性氫B.溶解煤及產物C.催化加氫裂化D.降低系統(tǒng)黏度答案：B解析：循環(huán)溶劑為芳香度較高的餾分，可溶解煤及瀝青烯、前瀝青烯，降低體系黏度，穩(wěn)定自由基，但活性氫主要由催化劑提供。4.下列關于Shell粉煤氣化技術的描述，錯誤的是：A.采用干法進料B.氣化爐內襯水冷壁C.粗煤氣采用干法除塵D.激冷流程回收熱量產生高壓蒸汽答案：D解析：Shell爐采用廢鍋流程而非激冷，高溫煤氣經合成氣冷卻器回收熱量產高壓蒸汽，激冷流程為Texaco、E-Gas等水煤漿技術的特點。5.煤制天然氣（SNG）項目中，甲烷化催化劑失活的最主要原因是：A.硫中毒B.積碳C.燒結D.水熱失活答案：A解析：甲烷化催化劑多為Ni基，對總硫要求＜0.1ppm，即使微量H?S也可與Ni生成Ni?S?導致永久失活；積碳、燒結、水熱失活可通過再生或優(yōu)化工藝緩解。6.在低溫甲醇洗（Rectisol）工藝中，提高貧甲醇進塔溫度將導致：A.CO?吸收推動力增大B.H?S吸收選擇性提高C.系統(tǒng)冷負荷降低D.凈化氣總硫超標答案：D解析：溫度升高，甲醇對H?S、COS的溶解度下降，選擇性變差，凈化氣硫含量上升；同時CO?吸收推動力減小，冷負荷反而增加。7.下列關于煤間接液化費托合成的說法，正確的是：A.鈷基催化劑適合高溫FT工藝B.鐵基催化劑水煤氣變換活性低C.提高H?/CO比可降低CH?選擇性D.漿態(tài)床反應器比固定床更易控制熱點答案：D解析：漿態(tài)床傳熱系數(shù)高，溫度梯度小，熱點溫度低；鈷基適合低溫，鐵基WGS活性高，提高H?/CO比會提高CH?選擇性。8.魯奇爐氣化低階煤時，若煤的焦油產率偏高，最可能出現(xiàn)的運行問題是：A.爐箅堵塞B.煤氣熱值下降C.廢水量激增D.氧耗降低答案：C解析：高焦油煤在干餾層產生大量焦油，隨煤氣進入洗滌系統(tǒng)，導致含酚氨廢水水量及COD濃度大幅上升，增加后續(xù)生化處理負荷。9.在煤制烯烴（MTO）裝置中，導致催化劑“焦炭”失活的主要物種是：A.芳香烴B.烯烴C.烷烴D.甲醇答案：A解析：SAPO-34分子篩孔道尺寸與芳烴匹配，芳烴在籠內聚合形成稠環(huán)芳烴焦炭，堵塞孔口；烯烴雖可環(huán)化，但芳烴是主要前驅體。10.對于水煤漿氣化，若煤漿濃度由60%提至65%，則：A.有效氣產量下降B.氧耗下降C.比煤耗上升D.冷煤氣效率下降答案：B解析：濃度提高意味著單位質量煤漿中煤量增加，水分減少，用于蒸發(fā)水的熱損失降低，氧耗下降，有效氣產量、冷煤氣效率均提高。二、多項選擇題（每題3分，共15分）11.下列措施中，能夠降低Texaco氣化爐耐火磚蝕損速率的有：A.降低操作溫度B.提高煤漿濃度C.添加適量CaO助熔劑D.采用高鉻磚替代高鋁磚E.提高爐膛壓力答案：A、B、D解析：降低溫度直接減緩熔渣侵蝕；高濃度煤漿降低水分蒸發(fā)吸熱，減少局部高溫；高鉻磚抗渣性優(yōu)于高鋁磚；CaO助熔劑降低灰熔點反而加劇侵蝕；壓力對蝕損影響較小。12.煤直接液化裝置中，加氫裂化反應器出口產物常采用高溫分離器（HTS）+低溫分離器（LTS）兩段分離，其優(yōu)點包括：A.降低輕油中瀝青烯含量B.減少高溫高壓設備數(shù)量C.回收高溫位熱量D.避免重質油在低溫下凝固堵塞E.提高循環(huán)溶劑芳香度答案：A、C、D解析：HTS先脫除重質組分，減輕LTS負荷，回收熱量；LTS低溫避免重質油凝固；輕油質量提高；設備數(shù)量并未減少，芳香度由后續(xù)加氫調節(jié)。13.關于甲烷化工藝，下列說法正確的有：A.絕熱反應器需段間換熱控制溫升B.循環(huán)比增大可降低催化劑床層熱點C.原料氣CO?含量高會抑制CO甲烷化D.水蒸氣添加可抑制積碳E.鎳含量越高，催化劑活性越高，抗硫性越好答案：A、B、D解析：甲烷化強放熱，需段間冷卻；循環(huán)比大降低入口CO濃度，熱點下降；CO?與CO競爭吸附，但CO?本身也可甲烷化，不抑制；水蒸氣可氣化積碳；高Ni活性高但抗硫性差。14.下列屬于煤基聚烯烴工藝路線中“碳一化工”環(huán)節(jié)的有：A.煤氣化B.合成氣凈化C.甲醇合成D.烯烴聚合E.甲烷蒸汽重整答案：A、B、C解析：煤氣化、凈化、甲醇合成為碳一化工；烯烴聚合屬石化下游；甲烷重整為天然氣化工，非煤基路線必需。15.在低溫甲醇洗裝置冬季運行時，為保證系統(tǒng)熱平衡，可采取的措施有：A.提高氨吸收制冷溫度B.投用甲醇再生塔底再沸器蒸汽C.降低貧甲醇循環(huán)量D.增加原料氣預冷器丙烯冷劑E.提高汽提氮氣量答案：B、D解析：冬季冷卻介質溫度低，系統(tǒng)過冷，需補充熱量，再沸器蒸汽可提高再生塔底溫度；丙烯冷劑可調節(jié)預冷器負荷；其余措施會打破熱平衡或導致凈化度下降。三、判斷題（每題1分，共10分）16.水煤漿氣化爐燒嘴磨損后，氧煤比會下降。答案：錯解析：燒嘴磨損導致煤漿霧化效果變差，需提高氧煤比保證碳轉化率，氧煤比上升。17.費托合成鐵基催化劑在250℃以上易發(fā)生水煤氣變換逆反應，導致H?/CO比下降。答案：對解析：高溫下鐵基催化WGS活性高，CO+H?O?CO?+H?向右進行，消耗CO生成H?，體系H?/CO升高，逆反應表述錯誤，應為正反應消耗CO，導致H?/CO升高，故原題表述“逆反應導致H?/CO比下降”為錯，應判錯。18.煤制天然氣項目若采用戴維CRG甲烷化工藝，第一段反應器出口溫度通?？刂圃?50℃左右。答案：對解析：CRG工藝第一段允許高溫運行，利用高溫提高反應速率，出口約650℃，后續(xù)段通過循環(huán)降溫。19.對于魯奇爐，汽氧比提高會使煤氣中CO?含量下降。答案：錯解析：汽氧比提高，氧化層溫度降低，CO?還原為CO反應速率下降，出口CO?含量上升。20.甲醇合成催化劑Cu/Zn/Al?O?失活后，采用水蒸氣處理可恢復活性。答案：錯解析：水蒸氣會加速Cu晶粒燒結，導致永久失活；再生需用含氧氣體低溫鈍化再還原。21.在MTP工藝中，DME反應器與MTP反應器可共用一套催化劑。答案：錯解析：DME反應器用γ-Al?O?脫水，MTP用ZSM-5分子篩，酸強度與孔道結構不同，不可共用。22.粉煤氣化爐采用水冷壁結構可副產高壓飽和蒸汽。答案：對解析：水冷壁吸收輻射熱，產高壓飽和蒸汽，經汽包分離后送入管網。23.煤直接液化殘渣（CLR）熱值低，一般只能填埋處理。答案：錯解析：CLR熱值約25MJ/kg，可氣化、燃燒或制焦，資源化利用技術已工業(yè)化。24.低溫甲醇洗中，H?S在甲醇中的溶解度隨溫度升高而增大。答案：錯解析：物理溶解過程放熱，升溫溶解度下降。25.費托合成油品的鏈增長因子α越大，柴油餾分選擇性越高。答案：對解析：α大表示鏈增長概率高，產物向長鏈偏移，柴油餾分（C10-C20）比例增加。四、填空題（每空2分，共20分）26.魯奇爐氣化褐煤時，干餾層溫度一般控制在________℃之間，以保證焦油二次裂解最小化。答案：500-600解析：低于500℃焦油蒸發(fā)不完全，高于600℃二次裂解加劇，均影響后續(xù)廢水處理。27.水煤漿氣化燒嘴的霧化角通常設計為________度，過大易引起爐壁沖刷。答案：30-45解析：霧化角小則混合差，角大則射流貼壁，30-45°為經驗最優(yōu)區(qū)間。28.費托合成鐵基催化劑助劑K?O的作用是________電子助劑，提高鏈增長能力。解析：K向Fe表面提供電子，降低C-O鍵斷裂能，促進CO解離，提高α值。29.煤制烯烴裝置中，甲醇制烯烴反應器采用________床反應器，可實現(xiàn)連續(xù)再生。答案：流化解析：SAPO-34催化劑積碳快，需連續(xù)燒焦再生，流化床可滿足。30.低溫甲醇洗裝置中，甲醇再生塔頂設置________換熱器，回收甲醇蒸氣潛熱。答案：熱泵解析：采用開式熱泵或閉式壓縮熱泵，將塔頂?shù)蜏匚粺崃可売糜谒自俜?，?jié)能30%以上。31.煤直接液化循環(huán)溶劑的理想組分為________與________的混合物，以保證溶解性與供氫性平衡。答案：氫化芳烴；部分氫化多環(huán)芳烴解析：四氫萘、十氫萘等可提供活性氫，同時保持高芳香度以溶解煤。32.戴維CRG甲烷化催化劑采用________載體，以提高抗積碳性能。答案：鋁酸鈣解析：鋁酸鈣呈弱堿性，可中和Ni表面酸性，減少甲烷裂解積碳。33.Shell氣化爐廢鍋入口設置________管，防止飛灰粘結。答案：膜式水冷解析：膜式壁面溫度低于灰熔點，灰粒以固態(tài)撞擊，不易粘結。34.煤制天然氣項目全廠能效計算時，折標系數(shù)采用________MJ/kgce。答案：29.307解析：國家標準GB/T2589-2020規(guī)定。35.費托合成漿態(tài)床反應器內，催化劑顆粒粒徑一般控制在________μm，以兼顧懸浮與過濾。答案：50-150解析：粒徑過小易穿過濾管，過大則沉降，50-150μm為最佳區(qū)間。五、簡答題（每題10分，共30分）36.簡述Texaco水煤漿氣化爐燒嘴頭部磨損的機理，并提出三種延長壽命的工程措施。答案：磨損機理：（1）煤漿中硬質石英、高嶺土顆粒以150-180m/s速度沖擊燒嘴頭部，造成切削磨損；（2）氧氣射流形成局部負壓，顆?；亓鞣磸蜎_刷；（3）高溫下頭部材料氧化脫碳，硬度下降，加劇磨損。工程措施：①頭部鑲嵌耐磨陶瓷襯套，采用熱等靜壓燒結Si?N?，硬度HV1800以上；②燒嘴中心增設旋流鈍體，使顆粒向外側偏移，降低頭部中心區(qū)域顆粒濃度；③采用超音速冷噴涂WC-Co涂層，厚度0.5mm，孔隙率<1%，結合強度>70MPa，壽命由60天提高至180天。37.煤直接液化裝置在開工階段，循環(huán)溶劑需進行“預加氫”處理，請說明其目的、反應條件及控制指標。答案：目的：（1）提高溶劑中氫化芳烴含量，保證初期煤溶解與自由基穩(wěn)定；（2）脫除溶劑中微量烯烴、氧合物，防止其縮合生焦堵塞反應器；（3）建立系統(tǒng)氫氣分壓，為后續(xù)煤漿加氫提供初始活性氫。反應條件：溫度320-340℃，氫分壓15-17MPa，空速0.5h?1，催化劑為再生后的NiMo/Al?O??？刂浦笜耍簹浠龋ㄋ臍漭?萘摩爾比）≥1.5；溴價≤5gBr?/100g；水分≤200ppm；鐵、鈣金屬含量分別≤1ppm，防止催化劑床層壓降升高。38.某煤制天然氣項目采用絕熱甲烷化工藝，設計原料氣流量100kmol/h，組成CO20%、CO?5%、H?70%、CH?3%、N?2%。若要求出口CH?含量≥94%（干基），計算理論需循環(huán)氣量（假設循環(huán)氣與出口氣組成相同，忽略副反應，CO與CO?全部甲烷化，反應器入口溫度280℃，出口允許最高650℃，甲烷化反應ΔH=-206kJ/molCO，-165kJ/molCO?，氣體平均熱容Cp=36J/mol·K）。答案：步驟1：計算總放熱CO甲烷化放熱=100×0.2×206=4120kJ/hCO?甲烷化放熱=100×0.05×165=825kJ/h總放熱Q=4945kJ/h步驟2：計算允許溫升ΔT=650-280=370K步驟3：計算需稀釋氣體量設循環(huán)氣量Rkmol/h，則總熱容流率=(100+R)×36J/mol·KQ=總熱容流率×ΔT4945×1000=(100+R)×36×370解得R≈271kmol/h故理論需循環(huán)氣量約271kmol/h，循環(huán)比2.71，方可控制出口溫度不超過650℃。六、綜合計算題（25分）39.某年產40萬噸煤制烯烴項目，采用Shell粉煤氣化→變換→低溫甲醇洗→甲醇合成→MTO路線。已知：（1）原料煤收到基熱值22MJ/kg，灰分15%，水分8%；（2）Shell爐冷煤氣效率79%，合成氣中有效氣（CO+H?）體積分數(shù)90%；（3）變換出口H?/CO=2.05；（4）甲醇合成單程轉化率16%，循環(huán)比5；（5）MTO噸烯烴耗甲醇2.96t，烯烴平均分子量46.8kg/kmol；（6）全廠自用電耗120MW，蒸汽消耗折標煤12kgce/t烯烴；（7）氣化島副產高壓蒸汽（6MPa，485℃）用于全背壓汽輪發(fā)電，汽輪機效率82%，排汽0.8MPa飽和，全部用于工藝。求：（1）年需原料煤量（萬噸，取整）；（2）年副產高壓蒸汽量（萬噸，取整）；（3）全廠能量轉化效率（烯烴熱值/輸入煤熱值，%）。答案：（1）計算烯烴產量與甲醇需求年產烯烴40萬噸=40×10?kg需甲