2025年(煤炭深加工與利用研究員)煤炭深加工與利用試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，錯(cuò)選、多選均不得分）1.在煤直接液化工藝中，為防止反應(yīng)器結(jié)焦，通常向反應(yīng)系統(tǒng)注入的抑制劑是A.硫化鐵??B.四氫萘??C.磷酸三甲苯酯??D.氯化銨答案：B解析：四氫萘（THN）是煤直接液化常用的供氫溶劑，可穩(wěn)定自由基，抑制縮合結(jié)焦。硫化鐵為催化劑，磷酸三甲苯酯為阻燃增塑劑，氯化銨無抑焦作用。2.下列哪種煤氣化技術(shù)最適用于高灰熔點(diǎn)、高灰分劣質(zhì)煤？A.Shell干煤粉氣流床??B.Texaco水煤漿氣流床??C.魯奇固定床??D.恩德常壓流化床答案：A解析：Shell干煤粉氣化采用高溫（1600℃）熔融排渣，灰熔點(diǎn)適應(yīng)范圍寬；水煤漿受限于制漿濃度，固定床對(duì)灰熔點(diǎn)敏感，流化床溫度低難以熔渣。3.煤制天然氣（SNG）甲烷化反應(yīng)CO+3H??CH?+H?O的ΔH???為A.–206kJ·mol?1??B.–165kJ·mol?1??C.–41kJ·mol?1??D.+74kJ·mol?1答案：A解析：CO甲烷化為強(qiáng)放熱反應(yīng)，文獻(xiàn)值–206kJ·mol?1；–165kJ·mol?1為CO?甲烷化；–41kJ·mol?1為變換反應(yīng)；+74kJ·mol?1為正丁烷脫氫。4.低階煤提質(zhì)成型過程中，添加Ca(OH)?的主要目的是A.提高固定碳??B.固硫降灰??C.提高抗碎強(qiáng)度??D.降低水分復(fù)吸答案：B解析：Ca(OH)?與煤中有機(jī)硫/黃鐵礦硫反應(yīng)生成穩(wěn)定CaSO?，實(shí)現(xiàn)燃燒前固硫；對(duì)抗碎強(qiáng)度影響有限，不降低復(fù)吸。5.煤焦油加氫精制段，最難脫除的雜原子是A.氧??B.氮??C.硫??D.氯答案：B解析：含氮化合物（喹啉、吖啶）空間位阻大，需較高活化能斷裂C–N；氧、硫較易加氫脫除，氯以HCl形式易析出。6.下列哪種溶劑對(duì)煤萃取率最高且選擇性最好？A.N甲基吡咯烷酮（NMP）??B.甲苯??C.乙醇??D.水答案：A解析：NMP兼具供電子與受電子能力，可破壞煤中ππ堆積及氫鍵，萃取率>60%；甲苯僅溶解低分子組分，乙醇、水極性不匹配。7.煤基活性炭制備中，KOH活化法所得產(chǎn)品最顯著的特征是A.中孔發(fā)達(dá)??B.微孔容積大??C.得率高??D.灰分高答案：B解析：KOH與碳反應(yīng)生成K?CO?、K，刻蝕產(chǎn)生大量<2nm微孔，BET>2000m2·g?1；得率低于水蒸氣法，灰分可通過酸洗降低。8.煤直接液化殘?jiān)―CLR）最合理的資源化路徑是A.焚燒發(fā)電??B.道路瀝青改性劑??C.土壤改良劑??D.直接填埋答案：B解析：DCLR富含重質(zhì)芳烴和預(yù)瀝青烯，與基質(zhì)瀝青相容性好，可提升軟化點(diǎn)、延度；焚燒熱值低且煙氣復(fù)雜，填埋污染風(fēng)險(xiǎn)高。9.煤氣化細(xì)渣（<0.1mm）經(jīng)浮選脫碳后，尾渣最佳利用方向?yàn)锳.水泥混合材??B.鋁土礦替代??C.農(nóng)業(yè)鉀肥??D.石油壓裂支撐劑答案：A解析：浮選尾渣含較多玻璃體與SiO?、Al?O?，具備火山灰活性，可按GB/T2847用作水泥混合材；K?O含量低，難作鉀肥。10.煤制烯烴（MTO）反應(yīng)中，導(dǎo)致催化劑積碳失活的最主要中間體為A.乙烯酮??B.芳烴池??C.甲醇??D.二甲醚答案：B解析：SAPO34孔道內(nèi)形成多甲基苯、萘等“芳烴池”，進(jìn)一步縮合為稠環(huán)芳烴堵塞孔口；甲醇、二甲醚為反應(yīng)物，乙烯酮不穩(wěn)定。11.下列指標(biāo)中，最能直接反映水煤漿氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定性的是A.冷煤氣效率??B.渣中可燃物含量??C.合成氣甲烷含量??D.爐膛壓差答案：D解析：爐膛壓差直接反映床層阻力與掛渣程度，波動(dòng)大說明渣層脫落或偏燒；冷煤氣效率為熱力學(xué)指標(biāo)，可燃物、甲烷滯后反映。12.煤基氫能路線中，碳捕集率最高的技術(shù)是A.水煤漿氣化+變換+PSA??B.干煤粉氣化+變換+Selexol??C.煤催化熱解+變壓吸附??D.煤超臨界水氣化+分離答案：B解析：干煤粉氣化+Selexol（物理吸收）可在高壓下同步脫除CO?與H?S，捕集率>95%；PSA為尾氣捕集，熱解路線氫純度低。13.煤焦油中蒽油餾分（300–360℃）經(jīng)氧化制取蒽醌，常用催化劑為A.V?O?TiO???B.Pt/C??C.HZSM5??D.CuCl?答案：A解析：V?O?TiO?為氣相氧化蒽制蒽醌工業(yè)催化劑，選擇性>90%；Pt/C用于加氫，HZSM5酸性強(qiáng)易裂化，CuCl?為液相氯化催化劑。14.低階煤微波熱提質(zhì)相比常規(guī)回轉(zhuǎn)窯最突出的優(yōu)勢(shì)是A.降低水分??B.提高發(fā)熱量??C.體積加熱、快速均勻??D.降低灰分答案：C解析：微波體加熱避免溫度梯度，升溫速率>50℃·min?1，抑制二次裂解；水分、發(fā)熱量改善程度與常規(guī)法相近，灰分不變。15.煤液化循環(huán)溶劑中，最需要限制的指標(biāo)是A.密度??B.芳香度??C.瀝青質(zhì)含量??D.閃點(diǎn)答案：C解析：瀝青質(zhì)（正庚烷不溶物）易縮合生焦，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)垢；芳香度過低供氫不足，但可通過加氫調(diào)整，閃點(diǎn)、密度非關(guān)鍵。16.下列哪種氣體最適合作為煤粉輸送載氣？A.空氣??B.CO???C.N???D.天然氣答案：C解析：N?惰性、廉價(jià)，可防爆；CO?易與煤中CaO反應(yīng)導(dǎo)致粉體板結(jié)，天然氣含CH?有燃爆風(fēng)險(xiǎn)，空氣氧含量高。17.煤基石墨烯制備中，常用插層劑為A.濃H?SO?+KMnO???B.氫氧化鈉??C.氯化鈉??D.乙醇答案：A解析：Hummers法以濃H?SO?+KMnO?氧化插層，再熱膨脹剝離；NaOH、NaCl無插層作用，乙醇為溶劑。18.煤氣化廢水“零排放”工藝中，限制膜系統(tǒng)運(yùn)行的主要因素是A.COD??B.氨氮??C.硬度+硅??D.色度答案：C解析：Ca2?、Mg2?與硅酸鹽易在膜面形成硅垢，難以化學(xué)清洗；COD、氨氮可生化+汽提，色度對(duì)膜污染小。19.煤直接液化油加氫裂化段，最匹配的催化劑載體為A.γAl?O???B.SiO???C.TiO???D.活性炭答案：A解析：γAl?O?酸性適中、孔徑可調(diào)，與NiMo活性相相互作用適中；SiO?酸性弱，TiO?易相變，活性炭機(jī)械強(qiáng)度低。20.煤制芳烴（MTA）反應(yīng)中，提高BTX選擇性的關(guān)鍵操作是A.提高壓力??B.降低空速??C.提高反應(yīng)溫度??D.增加水醇比答案：B解析：降低空速延長(zhǎng)甲醇在ZSM5孔道內(nèi)停留時(shí)間，促進(jìn)芳構(gòu)化但抑制烯烴二次裂化；高壓促進(jìn)烷基化，高溫易生焦，水醇比高稀釋反應(yīng)。二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）21.下列屬于煤間接液化費(fèi)托合成“鐵基催化劑”助劑的有A.K?O??B.CuO??C.SiO???D.Al?O???E.ZnO答案：A、B、C、D解析：K?O促進(jìn)CO解離，CuO助還原，SiO?、Al?O?提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；ZnO為鋅基合成甲醇催化劑組分，與費(fèi)托鐵劑無關(guān)。22.低階煤分級(jí)分質(zhì)利用可得到的產(chǎn)品包括A.半焦??B.焦油??C.熱解氣??D.腐植酸??E.石墨烯答案：A、B、C、D解析：低溫?zé)峤饪傻冒虢?、焦油、熱解氣；褐煤氧化制腐植酸成熟；石墨烯需高附加值石墨化，非分?jí)分質(zhì)主產(chǎn)品。23.煤氣化協(xié)同處置危廢需滿足的條件有A.高溫區(qū)>1300℃??B.停留時(shí)間>2s??C.強(qiáng)還原氣氛??D.堿性灰渣??E.氯含量<5%答案：A、B、C、E解析：高溫+長(zhǎng)停留+還原氣氛徹底分解有機(jī)物；堿性灰渣易吸附重金屬但非必須；氯高導(dǎo)致腐蝕，需<5%。24.煤基聚甲醛（POM）合成路線中，中間產(chǎn)物有A.甲醛??B.甲酸甲酯??C.三聚甲醛??D.二氧戊環(huán)??E.乙二醇答案：A、C、D解析：煤氣化→甲醇→甲醛→三聚甲醛→POM；二氧戊環(huán)為共聚單體；甲酸甲酯、乙二醇非必經(jīng)。25.下列措施可提高煤制乙二醇（EG）草酸酯路線選擇性A.采用CuSiO?蛋殼催化劑??B.亞硝酸甲酯再生循環(huán)??C.提高CO分壓??D.降低反應(yīng)溫度至100℃??E.加入微量H?答案：A、B、C解析：蛋殼催化劑抑制深度加氫，再生酯保持NOx濃度，高CO推動(dòng)羰化；低溫動(dòng)力學(xué)不足，H?促進(jìn)副產(chǎn)甲醇。26.煤液化油航空煤油組分需滿足指標(biāo)A.芳烴<20%??B.冰點(diǎn)<–47℃??C.煙點(diǎn)>25mm??D.硫<0.1mg·kg?1??E.密度775–840kg·m?3答案：B、C、D、E解析：航煤芳烴<20%為舊標(biāo)，新版ASTMD7566放寬至25%；冰點(diǎn)、煙點(diǎn)、硫、密度為強(qiáng)制。27.煤基碳納米管（CNT）生長(zhǎng)模式包括A.底端生長(zhǎng)??B.頂端生長(zhǎng)??C.氣液固（VLS）??D.氣固固（VSS）??E.螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng)答案：A、B、C解析：CNT生長(zhǎng)以底端/頂端為主，VLS機(jī)制金屬液滴催化；VSS用于Si納米線，螺旋位錯(cuò)為晶體學(xué)概念。28.煤氣化渣用于礦井回填需檢測(cè)A.重金屬浸出毒性??B.放射性??C.抗壓強(qiáng)度??D.膨脹率??E.堿度系數(shù)答案：A、B、C、D解析：回填需滿足GB18599對(duì)重金屬、放射限值；強(qiáng)度>1MPa，膨脹率<5%防地表隆起；堿度系數(shù)影響滲濾液pH但非強(qiáng)制。29.煤焦油加氫脫氮反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中，最難轉(zhuǎn)化的含氮模型化合物A.喹啉??B.吲哚??C.咔唑??D.苯胺??E.吡啶答案：A、C解析：喹啉、咔唑含芳環(huán)并環(huán)結(jié)構(gòu)，空間位阻大，需先芳環(huán)飽和再C–N斷裂；吲哚、苯胺、吡啶相對(duì)易加氫脫氮。30.煤制氫耦合固體氧化物燃料電池（SOFC）需重點(diǎn)解決的問題A.硫中毒??B.碳沉積??C.熱整合??D.鎳晶粒長(zhǎng)大??E.水管理答案：A、B、C、D解析：煤制氫含H?S、COS，NiYSZ陽極硫容限<1ppm；碳沉積堵塞三相界面；高溫?zé)嵴峡商岣呦到y(tǒng)效率>60%；鎳燒結(jié)致極化阻抗增加；SOFC水為產(chǎn)物，無需外部水管理。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）31.煤直接液化反應(yīng)器出口油中，瀝青烯含量越高，說明反應(yīng)深度越大。答案：×解析：瀝青烯為中間產(chǎn)物，深度加氫應(yīng)轉(zhuǎn)化為油氣，含量高說明反應(yīng)深度不足或供氫不夠。32.費(fèi)托合成水相副產(chǎn)物中的含氧有機(jī)物可通過催化重整制氫。答案：√解析：水相含醇、酸、酮，經(jīng)Ni/Al?O?重整可轉(zhuǎn)化為H?+CO?，實(shí)現(xiàn)零排放。33.煤基活性炭對(duì)VOCs的吸附容量?jī)H與比表面積有關(guān)，與表面官能團(tuán)無關(guān)。答案：×解析：含氧官能團(tuán)（羧基、酚羥基）增強(qiáng)對(duì)極性VOCs（如丙酮）吸附；非極性組分依賴范德華力，與表面積相關(guān)。34.煤氣化細(xì)渣經(jīng)機(jī)械研磨可顯著提高其火山灰活性。答案：√解析：研磨破壞玻璃體外殼，增加SiOAl活性位點(diǎn)，7d活性指數(shù)可由65%提至85%。35.煤制甲醇合成氣中（H?CO?）/（CO+CO?）摩爾比理論最佳值為1.0。答案：√解析：甲醇合成化學(xué)計(jì)量比f=（H?CO?）/（CO+CO?）=1.0，可抑制逆水氣變換。36.煤焦油加氫裂化段，提高反應(yīng)壓力會(huì)降低芳烴飽和深度。答案：×解析：高壓抑制熱裂化，促進(jìn)加氫飽和，芳烴含量下降；但過高壓力增加設(shè)備成本。37.低階煤微波熱提質(zhì)過程，微波頻率越高，穿透深度越大。答案：×解析：頻率越高（如2450MHzvs915MHz），波長(zhǎng)越短，穿透深度降低，但加熱速率快。38.煤制天然氣甲烷化催化劑，添加La?O?可提高抗積碳性能。答案：√解析：La?O?為電子助劑，促進(jìn)CO解離與表面OH再生，抑制石墨碳生成。39.煤直接液化循環(huán)溶劑中，部分加氫萘的供氫能力優(yōu)于四氫萘。答案：×解析：四氫萘為典型供氫體，部分加氫萘（如二氫萘）供氫能力僅為THN的30%。40.煤基石墨烯導(dǎo)熱膜的面內(nèi)熱導(dǎo)率可高于銅。答案：√解析：CVD石墨烯膜面內(nèi)熱導(dǎo)率>1500W·m?1·K?1，銅約400W·m?1·K?1。四、填空題（每空1分，共20分）41.煤焦油蒸餾切取230–300℃餾分稱為________餾分，其中含量最高的三環(huán)芳烴是________。答案：洗油；蒽解析：洗油餾程230–300℃，蒽質(zhì)量分?jǐn)?shù)約8–12%，為制蒽醌原料。42.水煤漿氣化爐耐火磚最內(nèi)層常用________鉻鋁鋯磚，其Cr?O?含量約為________%。答案：高；90解析：Cr?O?高含量提高抗熔渣侵蝕，90%級(jí)用于熱點(diǎn)區(qū)，壽命>8000h。43.煤制乙二醇草酸酯路線，亞硝酸甲酯再生反應(yīng)式為________+1/2O?→2CH?ONO。答案：2NO解析：2NO+1/2O?+2CH?OH→2CH?ONO+H?O，NO循環(huán)使用。44.費(fèi)托合成鐵基催化劑還原活化氣體為________，其H?/CO比通?？刂圃赺_______。答案：合成氣；0.5–1.0解析：鐵劑需CO還原生成Fe?C?活性相，高CO抑制過度還原為金屬Fe。45.煤直接液化油加氫精制，工業(yè)裝置氫油體積比一般大于________，氫分壓大于________MPa。答案：1000；15解析：高氫油比帶走反應(yīng)熱，防止飛溫；高分壓抑制縮合，保證脫硫脫氮深度。46.低階煤低溫?zé)峤馊喈a(chǎn)物中，氣相產(chǎn)率通常隨溫度升高呈________趨勢(shì)，焦油產(chǎn)率在________℃出現(xiàn)峰值。答案：?jiǎn)握{(diào)增加；550解析：溫度升高，一次裂解加劇，二次裂解使氣相增加；550℃前焦油產(chǎn)率增加，之后二次裂解下降。47.煤基活性炭微孔容積常用________方程計(jì)算，介孔分布用________法測(cè)定。答案：DR（DubininRadushkevich）；BJH解析：DR方程基于微孔填充理論；BJH利用Kelvin方程計(jì)算介孔分布。48.煤氣化廢水“短程硝化反硝化”控制的關(guān)鍵參數(shù)為________與________。答案：游離氨（FA）；溶解氧（DO）解析：FA1–10mg·L?1抑制NOB，DO0.3–0.5mg·L?1維持AOB活性，實(shí)現(xiàn)亞硝積累。49.煤液化殘?jiān)苽渲虚g相瀝青，需控制________參數(shù)在________℃區(qū)間。答案：加熱速率；380–420解析：慢速升溫（2–5℃·min?1）利于中間相小球生長(zhǎng)，再經(jīng)2800℃石墨化得高導(dǎo)熱石墨。50.煤制氫與質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）耦合，需將CO濃度降至________ppm以下，常用________反應(yīng)器。答案：10；選擇性氧化（PROX）解析：PEMFC陽極Pt/CCO耐受<10ppm，PROX在80–120℃將CO優(yōu)先氧化為CO?。五、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）51.闡述煤直接液化循環(huán)溶劑“供氫奪氫”平衡機(jī)制，并說明工業(yè)上如何通過溶劑加氫維持該平衡。答案：（1）機(jī)制：液化反應(yīng)自由基R·需活性氫（H·）穩(wěn)定生成RH，否則R·縮合為焦炭；供氫溶劑（四氫萘）通過氫化芳環(huán)釋放H·，自身變?yōu)榉紵N（萘）；反應(yīng)后貧氫溶劑返回加氫單元，在NiMo催化劑上再加氫恢復(fù)四氫萘，實(shí)現(xiàn)“供氫奪氫”循環(huán)。（2）工業(yè)措施：①溶劑加氫單元獨(dú)立設(shè)置，處理量≈液化進(jìn)料1.5倍；②控制加氫溫度320–360℃、壓力15MPa，使芳烴飽和率>55%；③在線監(jiān)測(cè)溶劑中四氫萘/萘比，低于1.2時(shí)提高加氫深度；④采用部分新鮮溶劑置換，防止重質(zhì)芳烴累積。52.對(duì)比Shell干煤粉氣化與Texaco水煤漿氣化在碳轉(zhuǎn)化率、氧耗、冷煤氣效率、廢水排放四項(xiàng)指標(biāo)的差異，并分析原因。答案：|指標(biāo)|Shell|Texaco|原因||碳轉(zhuǎn)化率|>98%|94–96%|干煤粉無水分蒸發(fā)吸熱，爐溫高（1600℃），灰熔融徹底；水煤漿含35%水，爐溫下降，殘?zhí)几?。||氧耗|0.8m3(O?)/kg(煤)|0.9–1.0|水煤漿水分蒸發(fā)耗熱，需額外氧補(bǔ)償熱損失。||冷煤氣效率|80–83%|71–76%|干煤粉熱損失小，合成氣甲烷含量低，有效氣（CO+H?）比例高。||廢水排放|低（<0.5t/t煤）|高（1.2–1.5t）|Texaco需制漿水、洗滌水，含酚氨；Shell干法除灰，水循環(huán)量少。|53.煤焦油加氫制清潔燃料過程中，氮化物如何逐步脫除？請(qǐng)以喹啉為例寫出主要反應(yīng)路徑，并指出控制步驟。答案：路徑：①喹啉吡啶環(huán)先加氫生成1,2,3,4四氫喹啉；②繼續(xù)加氫至十氫喹啉；③C–N鍵氫解斷裂，生成丙基環(huán)己烷與NH??？刂撇襟E：第二步芳環(huán)飽和為速率控制，因氮原子孤對(duì)電子與催化劑活性中心強(qiáng)吸附，阻礙鄰近芳環(huán)加氫；需NiMoS活性相提供足夠氫溢流，且溫度>340℃、壓力>12MPa才能突破能壘。六、計(jì)算題（每題15分，共30分）54.某煤制天然氣工廠日處理褐煤3.6×10?kg（干基），煤元素分析：C65%、H4.5%、O15%、N1%、S0.5%、灰分14%。氣化+變換后合成氣組成（干基）：CH?3%、CO15%、CO?25%、H?55%、N?2%。假設(shè)碳全部轉(zhuǎn)化為氣相，求：（1）日產(chǎn)合成氣干基體積（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；（2）為滿足甲烷化入口（H?CO?）/（CO+CO?）=3.0，需額外從外界補(bǔ)充H?量（kmol·d?1）；（3）若甲烷化CO轉(zhuǎn)化率為98%，求日產(chǎn)SNG（CH?）質(zhì)量。答案：（1）碳摩爾數(shù)：3.6×10?×0.65/12=1.95×10?kmol·d?1設(shè)合成氣干基總量