《煤化工工艺学考题(130616)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤化工工艺学考题(130616)（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1天津大学工程硕士研究生（渤海化工班）煤化工工艺学试题（2013.6.16）考试地点：天津大学学员姓名 学号 成绩 1.简答题:（20 分）什么叫煤的干馏？煤的干馏产物有哪几种？煤种的不同及温度条件的不同对煤干馏产物分布有哪些影响？煤在隔绝空气条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程，成为煤干馏（或称炼焦、焦化） 。煤干馏按加热终温的不同，可大致分为三种：500-600为低温干馏；600-900为中温干馏；900-1100为高温干馏。随着煤的变质程度增高，氧含量降低，焦油中酚类含量明显减少，酚类中酚、甲酚和二甲酚含量可达 50。热解生成水量与煤中氧含量有关，随着煤的变质程度增高其量减少
2、。煤气中氨和硫化氢含量与原料煤中氮和硫的含量及其形态有关。煤化度低的煤的开始热解温度也低。焦油形成约于 550结束，故 510600为低温干馏的适宜温度。煤的块度增加，焦油产率降低。提高煤的加热速度能降低半焦产率，增加焦油产率，煤气产率稍有减少。2. 简答题：（20 分）将甲醇用作燃料的有效方法之一是将其通过催化转化法转变为高辛烷值汽油（MTG） 。简述 Mobil 工艺中 ZSM-5 催化剂的催化原理。甲醇转化成汽油的催化剂为合成沸石分子筛 ZSM-5，这是 Mobil 法的关键。ZSM-5 是立体晶体硅铝酸盐分子筛结构，具有规则的孔道结构，结晶中有直的和拐弯的两种通道，尺寸为 0.50.6
3、nm，此尺寸大小正好与 C10 分子直径相当， C10 以下的分子能通过 2ZSM-5 催化剂。在反应中生成的 C10 分子，由于其分子直径大于 ZSM5 催化剂的通道，从而限制了它的链增长，只有向减少尺寸方向反应才能离开催化剂，催化反应产物主要为 C5C10 烃，其沸点范围恰为汽油馏分。3.论述题：（20 分）煤焦油中含有几百种化学物质，是珍贵的化工原料。如何对这些宝贵的资源加以充分、有效地加以利用？针对我国目前的焦油加工现状，您有何高见？1、走大型化集中加工的道路，形成规模优势大型化集中加工不仅是科学发展观的具体体现，而且是二次及深加工、精细加工的原料来源，具体体现为：一是可以最大限度地合
4、理利用煤焦油资源，保护环境；二是将低组分（1% ）馏分聚合成为二次深加工、多次深加工的原料，提纯市场急需、附加值高的精细化学品；三是可以采用先进的科技成果，实现装置现代化，达到节能环保降耗，提供产品质量，生产装置长期稳定运行。2、产学研结合，我国经过多年发展，已经形成一支具有较大国内外影响的科研与人才优势队伍，研究及设计单位可以提供大量新技术、新工艺、新产品。完全能够形成具有自主知识产权核心竞争力，实现向规模化、精细化方向发展，生产高附加值的深加工系列产品，不断延伸焦油加工产业链、才能真正把煤焦油加工产业最大最强。3、结合市场需求，不断提高煤焦油加工深度、开发新品种煤焦油产品广泛用于化工、轻工
5、、医药、冶金等部门，不同部门对产品的品种与质量有不同要求，煤焦油的下游产品有很高的的附加值，但必须有高投入和先进的技术作保障，因此在设计产品方案时，不能盲目追求品种数量与质量，必须根据市场需求，结合自身实际加强科技力量的建设，增加科技投资，选择组织重点课题攻关，开发研究煤焦油深度加工和分离的新技术，以生产适销对路和高附加值的精细化学品，促进我国焦油加工的发展与进步。4.论述题：（20 分）在加压固定床气化炉生产城市煤气过程中，气化压力是非常重要的操作参数，其对煤气化过程及其煤气组成、热值、产率都有显著的影响。试从过程原理角度解释其原因。 压力对煤气组成的影响随着气化压力的增加，粗煤气中甲烷和二
6、氧化碳含量增加，氢气和一氧化碳含量减少。热值也随气化压力提高而增加。3对于体积减小的放热反应，提高压力和降低温度有利于反应向着生成甲烷的方向移动。加压下气化产生的粗煤气中二氧化碳含量高于常压气化，而一氧化碳含量低于常压气化。在试验的压力下，随着温度升高，反应速率随压力增加而增加。而在同一温度下，随着压力增加，而反应速率下降，即加压不利于水蒸气分解反应。因加压下甲烷生成反应需耗氢，而水蒸气分解生成的氢又是甲烷生成反应中氢的重要来源，由此导致随着气化压力提高，煤气中氢含量减少。 压力对氧气耗量的影响在气化过程中，甲烷生成反应为放热反应，这些反应热可为水蒸气分解、二氧化碳还原等吸热反应提供热源。因此
7、，甲烷生成放热的反应即成为气化炉内除碳燃烧反应以外的第二热源，从而减少了碳燃烧反应中氧的消耗。故随气化反应压力提高，氧气的消耗量减少。例如，生产的煤气热值一定时，在 1.96MPa 下消耗的氧气仅为常压下气化时耗氧量的 1/31/2。 压力对蒸汽消耗量的影响加压使生成的甲烷量增加，生成甲烷所消耗的氢气量亦增加，水蒸气分解生成的氢气是甲烷生成反应中氢的重要来源。但加压不利于水蒸气分解反应进行。在加压下，水蒸气分解率下降。为解决这一矛盾，只有增加水蒸气用量，通过提高水蒸气浓度，使生成物氢气的绝对量增加，以满足甲烷生成反应的需要。这样，就导致加压气化的水蒸气耗量比常压下气化大幅度上升，而且在实际操作
8、中，还需用蒸汽量来控制炉温，以有利于甲烷生成反应进行。故总的蒸汽耗量在加压时约比常压下高 2.53 倍。水蒸气分解率在常压下约为65%，而在压力为 1.96MPa 时下降为 36%。 压力对气化炉生产能力的影响提高鼓风速度是强化生产的一项措施。但鼓风速度的提高往往受到料层阻力和带出物数量的限制。但在加压下操作时，该情况可明显改善，从而使气化强度得以提高。加压气化炉与常压气化炉生产能力之比为：一般 P1=0.1078MPa；常压气化炉和加压气化炉的气化温度之比 T1/T2=1.11.25。故：121pTqv4qv2/ qv1=3.193.41另外，压力下气体密度大，因而气化反应的速率加快，有助于
9、生产能力的提高。而且在料层高度相同的条件下，压力下气化的气固相接触时间加大约 56 倍，因而使气化反应进行得较充分，碳的转化率较高。 压力对煤气产率的影响气化压力的提高，使得甲烷的生产量增加，气体的总体积减小，与常压气化相比，加压气化时煤气产率较低。随着气化压力的提高，煤气产率呈现下降趋势，且净煤气产率的下降幅度比粗煤气更大。因为加压气化所生产的粗煤气中，含有大量二氧化碳，一旦净化脱除，使净煤气的体积大为减少。 加压气化对煤气输送动力消耗的影响因为煤的气化所产生的煤气的体积一般都比气化介质的体积更大。据计算，在2.94MPa 压力下用氧水蒸气混合物作为气化剂时，所需压缩的氧气约占所制得煤气体积
10、的 1415，这比常压造气产生的煤气再压缩到 2.94MPa，几乎可节省动力 2/3。加压下气化生产的煤气所具有的压力可被利用于远距离输送。5.论述题: （20 分）随着原油价格的不断上升及石油资源的紧缺，煤化学工业近几年得到了快速的发展。在倡导绿色化学的今天，煤化工领域应怎样迎接机遇与挑战，朝什么方向努力，结合工作实践谈一谈您的见解。我国煤化工产业发展水平目前达到一个新的高度，其中新型煤化工已达到世界先进水平，装备国产化率大幅提升，培养和锻炼了一批技术创新与管理人才。随着世界石油资源的日益减少和世界能源格局的变化，今后十年将是我国煤化工发展的黄金期。然而，由于各地煤化工项目一哄而上，重复建设
11、、同质化竞争导致产能过剩，传统煤化工产业发展累积的矛盾日渐突出，现代煤化工超常规发展后果显现。同时，技术可靠性和经济合理性有待进一步验证，产能和产品的标准体系还不够完善。因此，从全国来看，煤化工发展应当加强以下几方面工作：统筹规划，树立一盘棋思想。我国煤化工面临着结构调整、技术升级、淘汰落后产能的重要任务。我们应科学规划煤炭液化、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气、煤制油项目，加快开发应用煤制芳烃、煤质分级利用、国产化技术装备，以及适用于我国煤种的大5型先进气化、净化、分离等技术。应坚持一体化、基地化、大型化、现代化原则，统筹规划、合理布局、推动经济、生态环境与社会协调发展。既要有政府行为，又要
12、充分发挥政策、门槛的杠杆作用，并依据市场法则优胜劣汰。不断完善和提升新型煤化工技术。对这一产业的发展要本着积极慎重的原则，用科学严谨的态度，扎实开展科研攻关，即集中财力、人力攻关，进行中试和工程放大，一步一个脚印地积极稳妥发展，不断总结经验教训，使之日臻完善。煤化工产业应当有序发展。目前，我国煤化工产品总体处于国际分工和产业链的中低端，传统优势日益减弱。今后应把发展的重点放在技术进步、模式创新、产业链重组延伸、提高竞争力与产业活力上来，推动传统煤化工由中低端向高端挺进，现代煤化工由一哄而上及同质化竞争向有序发展过渡，煤化工产业由大众化向精细化、差异化转变。加大政策调控力度。对于行业产能过剩的问
13、题，应采取有效措施，即提高相关煤化工产业准入门槛，严格控制产能总量，从企业规模和项目水平、能源消耗、环境保护（包括水资源）、安全生产、资源条件等方面提出产业准入标准，对新项目要建立审批制、备案制，严格控制国家建设投资和银行贷款，遏制盲目建设，将产能控制在一个合理的规模水平上。煤化工产业未来发展应以提高能源利用率和实现关键设备自主生产为突破口，以企业创新为主体，通过政策、法规、财税、经济等手段，促进产学研用无缝对接，不断攻克煤化工技术的关键与难点。煤化工产业未来发展机遇与挑战并存。一方面我国煤化工多年来的发展积累了丰富的经验，具备良好的产业基础，并形成一个庞大的产业；另一方面日益加大的能源、环保、安全、水资源、碳排放压力，迫使行业乃至每个企业必须做好自身定位，保持清醒头脑。只有统筹规划、科学引导，我国煤化工产业才能健康发展。
