2025年合成氨工艺考试题库含答案

2025年合成氨工艺考试题库含答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.合成氨反应的主反应式为（）A.N₂+3H₂→2NH₃（吸热）B.N₂+3H₂⇌2NH₃（放热）C.2N₂+3H₂→2NH₃（放热）D.N₂+2H₂⇌2NH₃（吸热）答案：B2.合成氨工业中，铁基催化剂的主要活性成分是（）A.FeOB.Fe₂O₃C.α-FeD.Fe₃O₄答案：C（注：催化剂前驱体为Fe₃O₄，还原后生成α-Fe为活性成分）3.原料气净化过程中，低温甲醇洗工艺主要用于（）A.脱除H₂SB.脱除CO₂C.同时脱除H₂S和CO₂D.脱除CH₄答案：C4.合成氨系统中，循环气的主要作用是（）A.提高反应温度B.减少原料气消耗C.降低系统压力D.增加催化剂活性答案：B（注：未反应的H₂、N₂循环利用，降低原料损耗）5.合成塔操作中，适宜的氢氮比（H₂/N₂）为（）A.1:1B.2:1C.3:1D.4:1答案：C（注：根据反应式N₂+3H₂⇌2NH₃，理论最佳比例为3:1）6.下列脱硫方法中，属于干法脱硫的是（）A.ADA法B.低温甲醇洗C.氧化锌法D.氨水吸收法答案：C7.合成氨压缩工段通常采用（）A.离心式压缩机B.往复式压缩机C.轴流式压缩机D.螺杆式压缩机答案：B（注：往复式压缩机适用于高压、小流量场景）8.液氨分离常用的设备是（）A.过滤器B.冷却器+分离器C.精馏塔D.蒸发器答案：B（注：通过冷却使氨液化，再通过分离器实现气液分离）9.合成塔入口气体中，惰性气体（CH₄、Ar）的体积分数通常控制在（）A.1%-3%B.5%-15%C.20%-30%D.30%以上答案：B（注：惰性气过高会降低反应效率，过低则驰放气损失大）10.氨合成反应的最适宜温度是（）A.200-300℃B.300-400℃C.400-500℃D.500-600℃答案：C（注：兼顾反应速率与平衡转化率，催化剂活性温度范围）11.原料气中CO含量过高会导致（）A.催化剂中毒B.反应速率加快C.氨产量增加D.系统压力降低答案：A（注：CO会与铁基催化剂活性位点结合，造成永久性中毒）12.合成氨系统中，驰放气的主要成分是（）A.NH₃、H₂B.H₂、N₂、CH₄、ArC.CO₂、H₂OD.O₂、N₂答案：B（注：未反应的H₂、N₂及累积的惰性气CH₄、Ar）13.下列不属于合成氨工艺安全控制重点的是（）A.合成塔温度B.系统压力C.循环气流量D.原料气中O₂含量答案：D（注：原料气需严格脱除O₂，但其非日常控制重点）14.氨合成塔的操作压力通常为（）A.1-5MPaB.15-30MPaC.50-80MPaD.100MPa以上答案：B（注：中压法为15-30MPa，高压法30-100MPa，目前主流为中压）15.原料气脱碳的主要目的是（）A.防止设备腐蚀B.减少无效气体占比C.提高H₂浓度D.降低系统温度答案：B（注：CO₂不参与反应，累积会降低H₂、N₂分压）16.催化剂还原过程中，控制水汽浓度的主要原因是（）A.防止催化剂过还原B.避免设备腐蚀C.防止还原产物Fe氧化D.提高还原速率答案：C（注：水汽会与还原态Fe反应生成Fe₃O₄，降低活性）17.合成氨系统中，氨冷器的作用是（）A.加热循环气B.冷却循环气以分离液氨C.提高系统压力D.储存液氨答案：B18.下列关于合成氨反应平衡的说法，正确的是（）A.增大压力，平衡向逆反应方向移动B.升高温度，平衡向正反应方向移动C.增大H₂浓度，平衡向正反应方向移动D.加入催化剂，平衡转化率提高答案：C（注：增大反应物浓度，平衡正向移动；催化剂不影响平衡）19.原料气预处理中，“变换”工序的目的是（）A.将CO转化为CO₂并生成H₂B.将CH₄转化为H₂C.将N₂分离提纯D.脱除H₂S答案：A（注：反应式CO+H₂O⇌CO₂+H₂，提高H₂产量）20.液氨储存的临界温度约为（）A.-33℃B.132.4℃C.200℃D.300℃答案：B（注：超过临界温度132.4℃，液氨无法通过加压液化）二、判断题（每题1分，共15分。正确打“√”，错误打“×”）1.合成氨反应是体积增大的反应，因此高压有利于提高转化率。（）答案：×（注：反应式N₂+3H₂⇌2NH₃为体积减小的反应，高压有利）2.原料气中H₂S含量≤0.1ppm时，仍可能导致催化剂中毒。（）答案：√（注：铁基催化剂对硫极敏感，微量硫即可中毒）3.合成塔空速增大，氨净值（进出口氨含量差）一定提高。（）答案：×（注：空速过大，气体与催化剂接触时间缩短，氨净值可能下降）4.低温甲醇洗工艺中，甲醇温度越低，吸收效率越高。（）答案：√（注：低温有利于气体在甲醇中的溶解）5.催化剂还原时，应先升温后通H₂。（）答案：×（注：应先通H₂置换系统，再逐步升温还原，避免O₂与H₂反应）6.合成氨系统中，循环气流量越大，能耗越低。（）答案：×（注：循环气流量过大，压缩能耗增加）7.液氨储存罐的压力随温度升高而增大。（）答案：√（注：液氨饱和蒸气压随温度升高而增大）8.原料气中CO₂含量过高会导致脱碳工序负荷增加，但不影响合成反应。（）答案：×（注：CO₂未脱除完全会与氨反应生成氨基甲酸铵，堵塞管道）9.合成塔入口氨含量越高，反应速率越快。（）答案：×（注：入口氨含量高会抑制正反应，降低反应速率）10.往复式压缩机的排气量调节可通过余隙容积调节实现。（）答案：√（注：增大余隙容积可减少吸气量，调节排气量）11.氨合成反应的平衡常数随温度升高而增大。（）答案：×（注：反应为放热反应，温度升高，平衡常数减小）12.原料气中的O₂可通过加氢反应脱除，生成H₂O。（）答案：√（注：O₂+2H₂→2H₂O，通过脱氧剂催化反应）13.合成塔操作中，热点温度应控制在催化剂活性温度范围内。（）答案：√（注：热点温度过低反应速率慢，过高催化剂易烧结）14.驰放气的排放位置应选择在循环气中惰性气浓度最高处。（）答案：√（注：通常在合成塔出口分离氨后排放，此时惰性气浓度最高）15.液氨的密度随温度升高而增大。（）答案：×（注：液氨密度随温度升高而减小）三、简答题（每题5分，共30分）1.简述原料气净化中“脱硫”和“脱碳”的目的及常用方法。答案：脱硫目的：防止H₂S等硫化合物导致合成氨催化剂中毒（永久性失活）。常用方法：①湿法脱硫（如ADA法、氨水催化法），适用于高硫含量；②干法脱硫（如氧化锌法、活性炭法），适用于低硫含量（精脱硫）。脱碳目的：脱除原料气中的CO₂，避免其与氨反应生成氨基甲酸铵堵塞管道，同时减少无效气体占比，提高H₂、N₂分压。常用方法：①化学吸收法（如热钾碱法、MEA法）；②物理吸收法（如低温甲醇洗、聚乙二醇二甲醚法）。2.分析合成塔操作温度对氨合成反应的影响。答案：温度对氨合成的影响需兼顾反应速率与平衡转化率：①温度升高，反应速率常数增大，反应速率加快；但氨合成是放热反应，温度升高会降低平衡转化率（平衡常数减小）。②存在“最适宜温度”：在催化剂活性温度范围内（通常400-500℃），温度需控制在使反应速率最大的点，该点随转化率升高而降低（因平衡限制增强）。③温度过低，反应速率过慢，产量下降；温度过高，催化剂易烧结失活，且平衡转化率下降，氨净值降低。3.列出三种提高合成氨装置氨产量的操作措施，并说明原理。答案：①提高系统操作压力：氨合成是体积减小的反应，高压可提高平衡转化率，增加氨净值。②降低循环气中惰性气（CH₄、Ar）含量：通过增大驰放气流量，减少惰性气累积，提高H₂、N₂分压，促进反应正向进行。③控制适宜的氢氮比（接近3:1）：根据反应式N₂+3H₂⇌2NH₃，氢氮比为3:1时，原料气利用率最高，氨产量最大。4.简述合成氨催化剂还原的关键控制要点。答案：①还原介质：以H₂为主（可含少量N₂），避免O₂、H₂O等氧化性气体。②升温速率：初期（<300℃）缓慢升温（约10-15℃/h），防止催化剂表面水分蒸发过快导致粉化；中期（300-450℃）控制水汽浓度（<1g/m³），避免还原态Fe被氧化；末期（>450℃）快速升温至还原终点（约500-550℃）。③水汽浓度：通过出口气体露点监测，严格控制水汽浓度，防止Fe被氧化为Fe₃O₄，降低活性。④还原终点判断：出口气体中H₂O含量持续低于0.1g/m³，床层温度分布均匀，催化剂颜色由黑色（Fe₃O₄）变为银灰色（α-Fe）。5.说明合成氨系统中“循环气”与“驰放气”的关系及控制意义。答案：关系：循环气是未反应的H₂、N₂及惰性气（CH₄、Ar）的混合气体，经压缩后返回合成塔再次反应；驰放气是从循环气中排出的部分气体，用于控制循环气中惰性气浓度。控制意义：①循环气的存在可提高原料气利用率（H₂、N₂循环利用），降低原料消耗；②惰性气在循环中累积会降低H₂、N₂分压，影响反应速率和平衡转化率，因此需通过驰放气排放维持惰性气浓度在合理范围（通常5%-15%）；③驰放气流量需根据惰性气含量动态调整，流量过大导致H₂、N₂损失增加，流量过小则惰性气累积超标。6.列举合成氨工艺中可能发生的安全风险及对应的防范措施。答案：①高压设备泄漏：合成塔、压缩机等高压设备可能因密封失效泄漏H₂、NH₃，引发燃爆（H₂）或中毒（NH₃）。防范措施：定期检查密封件，安装泄漏监测报警装置，设置防爆区域。②催化剂床层超温：操作不当或原料气带氧可能导致床层温度过高，催化剂烧结失活甚至设备损坏。防范措施：严格控制原料气O₂含量（<0.1%），设置温度联锁控制系统，超温时紧急停车。③液氨储存罐超压：温度升高或冷却系统故障导致罐内压力超过设计值。防范措施：设置安全阀、爆破片，配备冷却装置（如喷淋水），控制储存温度（常温储存压力≤1.6MPa）。④煤气化单元煤气泄漏：原料气（如煤气化产生的H₂、CO）泄漏可能引发爆炸。防范措施：设备采用密闭设计，作业区禁止明火，配备可燃气体检测仪。四、计算题（共15分）某合成氨装置中，合成塔入口气体组成为（体积分数）：H₂69%、N₂23%、Ar5%、CH₄3%；出口气体中氨含量为18%（体积分数）。假设反应过程中无气体损失，计算：（1）入口气体的氢氮比（H₂/N₂）是否符合理论最佳比例？（3分）（2）出口气体中H₂、N₂的体积分数（保留2位小数）。（6分）（3）若系统日处理入口气体量为10×10⁴Nm³（标准状态），计算每日合成的液氨量（kg）。（6分）（注：N₂、H₂、NH₃的摩尔质量分别为28g/mol、2g/mol、17g/mol；标准状态1mol=22.4L）答案：（1）入口氢氮比=69%/23%=3:1，符合理论最佳比例（3:1）。（2）设入口总物质的量为100mol，则H₂=69mol，N₂=23mol，惰性气（Ar+CH₄）=8mol。反应式：N₂+3H₂⇌2NH₃，设反应的N₂为xmol，则消耗H₂为3xmol，生成NH₃为2xmol。出口总物质的量=100-2x（每消耗4mol气体生成2molNH₃，净减少2mol）。出口氨含量=2x/(100-2x)=18%，解得：2x=0.18×(100-2x)2x=18-0.36x2.36x=18x≈7.627mol出口H₂=69-3x=69-3×7.627≈69-22.88=46.12mol出口N₂=23-x=23-7.627≈15.37mol出口总物质的量=100-2×7.627≈84.746mol出口H₂体积分数=46.12/84.746≈54.42%