2025年合成氨工艺复训题库及答案

2025年合成氨工艺复训题库及答案一、选择题（每题2分，共40分）1.合成氨工艺中，原料气经压缩后进入合成塔前需进行最终净化，其主要目的是（）。A.降低气体温度B.脱除微量CO、CO₂、H₂O等杂质C.提高气体压力D.调整氢氮比例答案：B2.合成氨反应N₂+3H₂⇌2NH₃（ΔH=-92.4kJ/mol）的最佳操作温度范围是（）。A.200-300℃B.300-400℃C.400-500℃D.500-600℃答案：C（该温度下催化剂活性最高，兼顾反应速率与平衡转化率）3.合成氨催化剂的主要活性成分是（）。A.Fe₃O₄（还原前）B.Fe₂O₃C.Al₂O₃D.K₂O答案：A（还原后转化为α-Fe活性中心）4.合成塔内件中，用于回收反应热预热入塔气的关键部件是（）。A.电加热器B.热交换器C.触媒筐D.分气盒答案：B5.循环气中惰性气体（Ar、CH₄）含量过高会导致（）。A.合成氨转化率提高B.系统压力下降C.循环机功耗增加D.触媒活性提升答案：C（惰性气体不参与反应，需增大循环量维持生产，导致能耗上升）6.液氨贮槽的设计压力通常为（）。A.1.6-2.5MPaB.2.5-4.0MPaC.4.0-6.0MPaD.6.0-8.0MPa答案：B（常温下液氨饱和蒸气压约1.6MPa，考虑安全裕度设计为2.5-4.0MPa）7.合成氨装置紧急停车时，首先应采取的措施是（）。A.切断原料气供应B.开启系统放空C.停止循环机运行D.关闭合成塔进出口阀答案：A（防止原料气继续进入系统引发超压）8.氢氮比（H₂/N₂）控制为3:1的主要依据是（）。A.反应计量比B.触媒最佳活性比例C.压缩机最大输气能力D.氨分离效率最高值答案：A（根据反应式N₂+3H₂⇌2NH₃，计量比为1:3时平衡氨浓度最高）9.合成塔触媒层温度骤降的可能原因是（）。A.循环气流量减小B.原料气中CO含量超标C.氨冷器液位过低D.电加热器投用答案：B（CO会导致触媒中毒失活，反应放热减少）10.氨合成反应的最适宜压力范围是（）。A.10-20MPaB.20-30MPaC.30-40MPaD.40-50MPa答案：B（压力升高虽提高转化率，但设备投资和能耗增加，综合经济性选择20-30MPa）11.液氨产品中油含量超标的主要原因是（）。A.合成塔内件泄漏B.循环压缩机润滑油串入系统C.氨冷器换热管泄漏D.新鲜气脱硫不彻底答案：B12.合成系统压力突然升高的可能原因是（）。A.循环机跳车B.氨分离器液位过高C.驰放气阀开度增大D.新鲜气流量减小答案：A（循环机停运会导致气体无法循环，系统憋压）13.触媒还原过程中，出水速率过快的危害是（）。A.触媒机械强度下降B.反应温度难以控制C.还原时间延长D.氨产量增加答案：A（水分快速蒸发会导致触媒颗粒破裂，影响强度）14.合成氨装置中，用于分离液氨的主要设备是（）。A.水冷器B.氨冷器C.氨分离器D.循环气压缩机答案：C（利用气液密度差实现分离）15.新鲜气中硫化氢含量超过指标（通常≤0.1ppm）会导致（）。A.合成塔压力下降B.触媒硫中毒C.氨冷器结霜D.循环机振动增大答案：B16.合成塔进出口温差反映的是（）。A.触媒层阻力B.反应放热强度C.循环气流量D.惰性气体含量答案：B（温差越大，反应放热越多，转化率越高）17.氨冷器液氨蒸发温度控制的关键参数是（）。A.液氨入口压力B.循环气流量C.水冷器出口温度D.氨冷器液位答案：A（液氨压力决定其沸点，压力越低，蒸发温度越低）18.合成系统短期停车时，保持系统正压（≥0.5MPa）的主要目的是（）。A.防止空气进入引发爆炸B.维持触媒温度C.减少氨损失D.保护设备密封答案：A（合成气（H₂、N₂）与空气混合易形成爆炸性气体）19.触媒使用后期活性下降的主要表现是（）。A.合成塔入口温度升高B.系统压力下降C.循环气中氨含量增加D.触媒层热点温度降低答案：D（活性下降导致反应放热减少，热点温度需提高入口温度维持）20.液氨贮槽的安全附件不包括（）。A.安全阀B.液位计C.爆破片D.流量计答案：D（流量计用于计量，非安全附件）二、简答题（每题6分，共60分）1.简述合成氨工艺中“氢氮比”控制的重要性及调节方法。答案：氢氮比（H₂/N₂）是影响合成氨转化率的关键参数。根据反应式N₂+3H₂⇌2NH₃，理论最佳比例为3:1，此时平衡氨浓度最高。若H₂过量，会导致循环气中H₂累积，增加循环机功耗；若N₂过量，会降低反应速率。调节方法：通过分析新鲜气中H₂、N₂含量，调整造气工段的空气与水蒸气比例（固定床间歇制气）或空分装置的氧气/氮气产量（现代煤气化工艺），维持入系统氢氮比稳定；也可通过驰放气中H₂/N₂比例反推，调整新鲜气组成。2.合成塔触媒层“热点温度”的定义及控制意义是什么？答案：热点温度是指触媒层中温度最高的点，通常位于触媒筐上部。控制意义：热点温度反映触媒活性和反应进行程度。温度过低，反应速率慢，氨产量低；温度过高，触媒易烧结失活，且增加能耗。正常生产中需将热点温度控制在催化剂活性温度范围内（如铁基催化剂450-520℃），通过调节循环气流量、入口温度或冷激气流量维持稳定。3.列举三种合成氨系统常见的泄漏点及检查方法。答案：（1）合成塔大盖密封面：检查方法为肥皂水试漏或可燃气体检测仪检测；（2）氨冷器列管与管板焊缝：通过壳程压力试验（充氮气后观察压力降）或分析循环气中氨含量是否异常；（3）循环机填料函：听是否有气流声，用试纸检测（氨泄漏使湿润pH试纸变蓝）。4.合成氨催化剂中毒的类型及预防措施有哪些？答案：中毒类型：（1）永久中毒：如硫（H₂S）、磷（PH₃）等与活性中心Fe反应生成稳定化合物，无法再生；（2）暂时中毒：如CO、CO₂、H₂O等吸附在活性表面，可通过提高温度或纯氢吹扫再生。预防措施：（1）严格控制原料气净化指标（H₂S≤0.1ppm，CO+CO₂≤10ppm）；（2）加强脱硫、变换、脱碳工序的运行监控；（3）触媒还原后避免系统进水（如氨冷器液位过高导致带液）。5.合成系统压力升高的可能原因及处理措施。答案：可能原因：（1）循环机故障（如跳车或打气量下降）；（2）氨分离器液位过高，气体通道受阻；（3）驰放气阀开度过小，惰性气体累积；（4）新鲜气流量突然增大。处理措施：（1）检查循环机运行状态，若跳车则启动备用机；（2）降低氨分离器液位至正常范围（30%-50%）；（3）开大驰放气阀，排放惰性气体；（4）联系调度减少新鲜气输入量。6.液氨贮槽超压的应急处理步骤。答案：（1）立即关闭贮槽进氨阀，停止向贮槽送氨；（2）开启贮槽顶部气相平衡阀，将压力泄至低压氨系统（如冰机入口）；（3）若压力持续上升，开启安全阀副线或紧急放空阀（注意放空管高度≥5m，防止人员中毒）；（4）检查氨冷器运行情况，若因液氨蒸发量过大导致超压，需降低冰机负荷或增加水冷器冷却量；（5）现场设置警戒区，禁止无关人员进入，佩戴空气呼吸器进行操作。7.合成塔触媒还原的主要控制指标及终点判断方法。答案：控制指标：（1）还原温度：初期300-400℃，中期400-480℃，末期480-500℃；（2）还原气体：纯氢（H₂≥99.5%，避免O₂、CO等杂质）；（3）空速：5000-10000h⁻¹，确保还原均匀；（4）出水速率：≤100kg/h（初期），后期逐步增加。终点判断：（1）累计出水量达到理论值（根据触媒中Fe₃O₄含量计算）；（2）连续4小时出水速率＜5kg/h；（3）合成塔出口气中H₂O含量＜10ppm；（4）触媒层各点温度均匀，热点位置下移。8.合成氨装置开车前系统置换的目的及合格标准。答案：目的：（1）清除系统内的空气（O₂），防止与H₂、N₂混合形成爆炸性气体；（2）置换出水分、油污等杂质，避免影响触媒活性和设备运行。合格标准：（1）O₂含量＜0.5%（体积分数）；（2）系统内气体经多次置换后，取样分析连续两次O₂含量达标；（3）对于有油系统（如压缩机），需额外进行油洗置换，确保油含量＜10ppm。9.循环气中氨含量过高的危害及调节方法。答案：危害：（1）氨在循环气中累积，降低H₂、N₂分压，影响反应平衡；（2）氨易在管道、设备内冷凝，增加系统阻力；（3）氨冷器负荷增大，能耗上升。调节方法：（1）提高氨冷器冷却效果（降低液氨蒸发温度或增加循环水量）；（2）降低合成塔出口温度（通过增加循环气流量或冷激气量）；（3）检查氨分离器运行情况，确保分离效率（液位控制在30%-50%，防止带液）；（4）调整冰机负荷，增加液氨分离量。10.合成氨工艺中“两气”（新鲜气、循环气）的作用及关系。答案：新鲜气是补充反应消耗的H₂、N₂的原料气（含少量惰性气体），循环气是未反应的H₂、N₂与惰性气体的混合物。关系：新鲜气与循环气在氨分离器前混合，共同进入合成塔参与反应。循环气的作用是提高原料气利用率（单程转化率仅15%-20%，需循环利用），但循环气中惰性气体需通过驰放气排出，以维持系统压力稳定。新鲜气流量决定装置产能，循环气流量影响触媒层温度和反应速率（流量增大，带走热量多，温度降低；流量减小，温度升高）。三、案例分析题（每题10分，共50分）案例1：某合成氨装置运行中，DCS显示合成塔触媒层热点温度从480℃降至450℃，同时系统压力缓慢上升，循环气中氨含量下降。试分析可能原因及处理措施。答案：可能原因：（1）触媒中毒（如原料气中CO、H₂S超标），反应放热减少；（2）氢氮比失调（N₂不足或H₂过量），反应速率降低；（3）循环气流量过大，带走热量过多；（4）惰性气体含量过高（Ar、CH₄累积），降低有效气体分压。处理措施：（1）立即取样分析新鲜气中CO、H₂S含量，若超标则切断原料气，启用备用脱硫槽或联系造气工段调整；（2）分析循环气氢氮比，若偏离3:1，调整新鲜气组成（如增加N₂或减少H₂）；（3）降低循环机转速，减少循环气流量，提高触媒层温度；（4）开大驰放气阀，排放惰性气体，提高有效气体浓度；（5）若温度持续下降，投用电加热器补充热量，维持触媒活性温度。案例2：液氨泵出口压力突然下降至0.5MPa（正常为2.5MPa），现场检查发现泵体振动大，出口管线无液氨流出。试分析故障原因及处理步骤。答案：故障原因：（1）液氨泵入口过滤器堵塞，导致吸液不足；（2）泵叶轮损坏或密封环磨损，内部泄漏严重；（3）液氨贮槽液位过低，泵抽空；（4）入口阀门未全开或管线冻堵（液氨含水分结冰）。处理步骤：（1）立即停泵，关闭进出口阀；（2）检查贮槽液位，若过低则开启补氨阀；（3）拆卸入口过滤器，清理堵塞物（如铁锈、杂质）；（4）拆泵检查叶轮、密封环，更换损坏部件；（5）若管线冻堵，用蒸汽加热解冻，同时分析液氨含水量（正常≤0.1%），若超标需检查氨冷器是否泄漏；（6）重启泵前灌泵排气，确认无气蚀后逐步升压至正常。案例3：合成塔进出口压差从0.8MPa升至1.5MPa（正常≤1.0MPa），系统压力上升，循环机电流增大。试分析可能原因及预防措施。答案：可能原因：（1）触媒粉化（因还原时出水速率过快或操作温度波动大），堵塞触媒筐筛网；（2）触媒筐内件损坏（如分气盒断裂），气体分布不均，局部阻力增大；（3）氨分离器分离效果差，液氨带至合成塔，在触媒层冷凝堵塞孔隙；（4）新鲜气中粉尘含量高（如造气工段除尘效果差），沉积在触媒层。预防措施：（1）严格控制触媒还原条件（出水速率≤100kg/h，温度波动≤10℃/h）；（2）定期检查合成塔内件（如每年大检修时），更换损坏的分气盒、筛网；（3）确保氨分离器液位控制在30%-50%，防止带液；（4）加强原料气除尘（如增设布袋除尘器），控制粉尘含量＜1mg/m³。案例4：冰机（氨压缩机）运行中轴瓦温度升至85℃（正常≤70℃），伴有异常摩擦声。试分析原因及处理方法。答案：原因：（1）润滑油量不足（油过滤器堵塞或油泵故障）；（2）润滑油质劣化（含水或杂质，粘度下降）；（3）轴瓦间隙过小（安装误差或磨损后未调整）；（4）轴颈与轴瓦接触不良（接触面不足70%）。处理方法：（1）立即降低冰机负荷，若温度持续上升则紧急停车；（2）检查润滑油压力（正常0.2-0.4MPa），若压力低则切换备用油泵，清理油过滤器；（3）取样分析润滑油，若水分超标（＞0.1%）或杂质过多，更换新油；（4）拆检轴瓦，测量间隙（径向间隙0.15-0.25mm），调整至标准值；（5）研磨轴瓦与轴颈接触面，确保接触点均匀（每平方厘米≥3点）。案例5：合成系统紧急停车后，需对触媒进行保护。简述保护措施及注意事项。答案：保护措施：（1）保持系统正压（