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文档简介
2025年合成氨工艺考试题库及答案一、单项选择题(每题2分,共20题)1.合成氨反应的主反应方程式为()。A.N₂+3H₂⇌2NH₃(ΔH<0)B.N₂+2H₂⇌2NH₃(ΔH>0)C.N₂+3H₂⇌NH₃(ΔH<0)D.2N₂+3H₂⇌2NH₃(ΔH>0)答案:A2.合成氨工业中,常用的铁基催化剂活性组分是()。A.FeOB.Fe₃O₄C.α-FeD.Fe₂O₃答案:C3.原料气净化过程中,脱除CO的主要方法不包括()。A.中温变换B.低温甲醇洗C.甲烷化D.液氮洗答案:D(液氮洗主要用于脱除残留气体,非CO主脱除方法)4.合成氨系统中,循环气的氢氮比(H₂/N₂)最佳控制范围是()。A.1.5~2.0B.2.5~3.0C.3.5~4.0D.4.5~5.0答案:B5.合成塔内件中,用于回收反应热预热入塔气的部件是()。A.触媒筐B.热交换器C.电加热器D.分气盒答案:B6.氨合成反应的最适宜温度随转化率升高而()。A.升高B.降低C.不变D.先升后降答案:B(平衡温度随转化率升高而降低)7.原料气脱硫时,若采用氧化锌法,其主要脱除的是()。A.有机硫B.无机硫(H₂S)C.硫醇D.二硫化碳答案:B8.合成氨系统压力控制的关键设备是()。A.压缩机B.氨分离器C.水冷器D.循环机答案:A(压缩机决定系统压力)9.当合成塔入口氨含量过高时,会导致()。A.反应速率加快B.催化剂活性提高C.平衡氨含量降低D.系统能耗降低答案:C(入口氨含量高,抑制正向反应)10.以下不属于合成氨工艺节能措施的是()。A.采用等温合成塔B.提高循环气流量C.回收反应余热发电D.优化氢氮比控制答案:B(循环气流量过大增加能耗)11.氨合成催化剂还原时,关键控制参数是()。A.压力B.空速C.水汽浓度D.入口温度答案:C(水汽浓度过高会氧化催化剂)12.原料气中CO₂含量过高会导致()。A.变换反应速率加快B.脱碳系统负荷增加C.合成塔压力降低D.氨冷器效率提高答案:B(CO₂需通过脱碳工序去除)13.合成氨系统紧急停车时,首先应()。A.切断原料气供应B.关闭循环机C.开启驰放气阀D.降低合成塔温度答案:A(切断原料防止超压)14.氨分离器的主要作用是()。A.分离气体中的液氨B.提高循环气压力C.降低气体温度D.净化循环气杂质答案:A15.合成氨反应的平衡常数随温度升高而()。A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案:B(放热反应,温度升高平衡逆向移动)16.以下哪种气体属于合成氨原料气中的惰性气体()。A.CH₄B.COC.CO₂D.H₂O答案:A(CH₄不参与反应,累积影响平衡)17.中温变换催化剂的主要成分是()。A.Fe-Cr系B.Cu-Zn系C.Co-Mo系D.Ni系答案:A18.合成塔操作中,控制热点温度的核心目的是()。A.提高催化剂活性B.防止催化剂超温烧结C.增加循环气流量D.降低系统压力答案:B(热点温度过高会损坏催化剂)19.液氨储存的临界温度约为()。A.132.4℃B.232.4℃C.332.4℃D.432.4℃答案:A20.以下不属于合成氨工艺“三废”的是()。A.驰放气B.变换催化剂废剂C.循环冷却水D.脱碳贫液答案:C(循环冷却水可重复利用,非废弃物)二、判断题(每题1分,共20题)1.合成氨反应是体积增大的放热反应。()答案:×(体积减小,3mol气体提供2mol)2.原料气中硫含量过高会导致催化剂永久中毒。()答案:√(硫会与催化剂活性组分反应)3.氨合成塔的操作压力越高,平衡氨含量越低。()答案:×(压力升高,平衡氨含量增加)4.循环气中惰性气体(如Ar、CH₄)含量过高会降低合成效率。()答案:√(惰性气体稀释反应物浓度)5.低温变换催化剂(Cu-Zn系)可在高温下长期使用。()答案:×(高温会导致铜晶粒烧结失活)6.合成氨系统中,氨冷器的作用是降低循环气温度,促进液氨分离。()答案:√7.催化剂还原时,应先升温后通氢,避免水分冷凝。()答案:×(应先通氢置换,再升温还原)8.氢氮比(H₂/N₂)偏离3:1会导致合成反应速率下降。()答案:√(最佳比例为3:1)9.合成塔内件的设计应尽量减少气体流动阻力。()答案:√(降低阻力可减少能耗)10.原料气中的O₂会与H₂反应提供水,对系统无影响。()答案:×(O₂可能引发爆炸,需严格控制)11.氨合成反应的速率控制步骤是氮气的活性吸附。()答案:√(氮气吸附是最慢步骤)12.脱碳工序中,MDEA(甲基二乙醇胺)溶液主要用于吸收CO₂。()答案:√13.合成氨系统的弛放气可回收氢气用于其他工序。()答案:√(弛放气含H₂、N₂、CH₄等,可提氢)14.催化剂装填时,应尽量填满触媒筐,避免气体短路。()答案:√(装填不实会导致气体走短路,降低转化率)15.合成塔出口氨含量越高,系统能耗越低。()答案:√(出口氨含量高,循环量减少,能耗降低)16.原料气压缩过程中,多级压缩比单级压缩更节能。()答案:√(多级压缩可中间冷却,减少功消耗)17.液氨的密度随温度升高而增大。()答案:×(温度升高,液氨密度减小)18.合成氨装置的开工步骤中,催化剂还原完成后即可直接导入原料气。()答案:×(需置换系统内还原产生的水分和杂质)19.当合成塔压差突然增大时,可能是触媒粉化堵塞所致。()答案:√(触媒粉化会增加气体流动阻力)20.氨合成反应的转化率随空速增大而升高。()答案:×(空速增大,气体停留时间减少,转化率降低)三、简答题(每题5分,共10题)1.简述合成氨原料气净化的主要步骤及目的。答案:原料气净化包括脱硫、变换、脱碳、精制四步。脱硫(脱除H₂S及有机硫,防止催化剂中毒);变换(将CO与H₂O反应提供H₂和CO₂,提高H₂产量);脱碳(脱除CO₂,避免其与氨反应提供碳铵堵塞管道);精制(脱除残留的CO、CO₂、O₂等,防止合成催化剂中毒)。2.说明氢氮比(H₂/N₂)控制为3:1的原因。答案:根据合成氨反应方程式N₂+3H₂⇌2NH₃,理论上H₂与N₂的摩尔比为3:1时,反应物浓度比与化学计量比一致,可使反应速率最大;若比例偏离,会导致某一组分过量,降低另一组分的利用率,同时影响平衡氨含量和系统能耗。3.合成塔操作中,如何控制“热点温度”?答案:热点温度是合成塔内催化剂层温度最高的位置,控制方法包括:(1)调节循环气流量:增加循环气流量可带走更多热量,降低热点温度;(2)调节入口温度:降低入口温度可抑制反应放热;(3)调节原料气成分:控制入口氨含量、惰性气体含量,避免反应过于剧烈;(4)若催化剂活性下降,需适当提高入口温度维持热点温度。4.简述氨合成催化剂还原的条件及注意事项。答案:还原条件:温度450~500℃,压力0.5~3.0MPa,还原气(H₂)空速5000~10000h⁻¹。注意事项:(1)控制水汽浓度<1g/m³,防止催化剂氧化;(2)逐步升温,避免局部过热烧结;(3)还原后期需彻底排净水分;(4)还原结束后,用氮气置换系统,防止空气进入氧化催化剂。5.合成氨系统压力升高对生产的影响有哪些?答案:(1)有利影响:提高平衡氨含量,减少循环气量,降低能耗;提高反应速率,增加产量。(2)不利影响:设备材质要求提高(需耐高压),压缩功增加;系统泄漏风险增大;催化剂床层阻力增大,可能导致触媒粉化。6.原料气中CO含量过高会造成什么后果?答案:(1)CO会与合成催化剂中的α-Fe反应提供Fe(CO)₅,导致催化剂永久中毒;(2)CO与氨反应提供氨基甲酸铵,堵塞管道和设备;(3)CO参与副反应(如甲烷化),消耗H₂,降低原料利用率;(4)CO积累会增加系统爆炸风险(与H₂混合遇明火爆炸)。7.合成氨装置紧急停车的主要步骤有哪些?答案:(1)立即切断原料气供应,关闭压缩机入口阀;(2)停止循环机,关闭循环气阀;(3)开启驰放气阀,将系统压力缓慢降至常压;(4)关闭合成塔电加热器,利用循环气或氮气冷却催化剂层;(5)切断液氨排放阀,防止氨泄漏;(6)检查各设备温度、压力,确认无异常后做好记录。8.简述氨分离器的工作原理及操作要点。答案:工作原理:利用气液密度差,通过重力沉降或离心分离,使循环气中的液氨分离。操作要点:(1)控制分离器温度(低于氨的露点温度);(2)维持适当压力(与系统压力匹配);(3)定期排放分离出的液氨,防止液位过高导致气体带液;(4)检查分离器内部件(如丝网除沫器)是否堵塞或损坏。9.合成氨工艺中,如何降低系统能耗?答案:(1)采用节能型压缩机(如离心式压缩机),降低压缩功;(2)优化热交换网络,回收反应余热(如预热原料气、发电);(3)使用高效催化剂(如钌基催化剂),降低反应温度和压力;(4)控制循环气中惰性气体含量(定期驰放),减少无效循环;(5)优化氢氮比和入口氨含量,提高单程转化率;(6)采用等温合成塔,减少热量损失。10.分析合成氨产量下降的可能原因。答案:(1)催化剂活性下降(中毒、老化、粉化);(2)原料气质量差(硫、CO含量超标,惰性气体含量高);(3)操作参数偏离(氢氮比不当、热点温度过低、系统压力下降);(4)设备故障(压缩机效率降低、氨分离器分离效果差、热交换器结垢);(5)循环气流量过大(气体停留时间短,转化率降低);(6)液氨排放不及时(入口氨含量升高,抑制反应)。四、计算题(每题10分,共2题)1.某合成氨装置入口气体组分为:H₂68%、N₂22%、NH₃3%、CH₄+Ar7%(体积分数),出口气体中NH₃含量为15%(体积分数)。假设系统无泄漏,求单程氨合成转化率(以N₂计)。解:设入口气体总量为100mol,则:入口N₂量=22mol,H₂量=68mol,NH₃量=3mol,惰性气体=7mol。反应方程式:N₂+3H₂⇌2NH₃,设反应的N₂为xmol,则消耗H₂3xmol,提供NH₃2xmol。出口气体总量=100-2x(每反应1molN₂,总物质的量减少2mol)。出口NH₃含量=(3+2x)/(100-2x)=15%解方程:3+2x=0.15×(100-2x)3+2x=15-0.3x2.3x=12→x≈5.217mol单程转化率=(反应的N₂量/入口N₂量)×100%=(5.217/22)×100%≈23.71%答案:约23.71%2.已知合成氨反应的热效应ΔH=-92.4kJ/mol(以提供2molNH₃计),某合成塔入口气流量为50000m³/h(标准状态),入口温度200℃,出口温度450℃,气体平均比热容为30kJ/(kmol·℃)。若忽略热损失,求反应释放的热量(保留两位小数)。解:入口气流量=50000m³/h=50000/22.4≈2232.14kmol/h气体温度变化=450-200=250℃显热变化=2232.1
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