2025年合成氨工艺考试题库附答案

2025年合成氨工艺考试题库附答案一、单项选择题（每题2分，共30题）1.合成氨反应的理论氢氮摩尔比为（）A.1:1B.2:1C.3:1D.4:1答案：C2.工业合成氨常用的催化剂活性成分为（）A.Fe3O4B.α-FeC.Fe2O3D.FeO答案：B3.合成氨反应的最佳温度范围是（）A.200-300℃B.300-400℃C.400-500℃D.500-600℃答案：C4.合成塔内件中起主要反应作用的区域是（）A.热交换段B.催化剂床层C.气体分布器D.内筒答案：B5.氨合成反应的ΔH为（）A.吸热，+92.4kJ/molB.放热，-92.4kJ/molC.吸热，+184.8kJ/molD.放热，-184.8kJ/mol答案：B6.合成系统压力控制的关键参数是（）A.新鲜气流量B.循环气流量C.弛放气流量D.氨分离效率答案：C7.氢氮比严重偏离3:1时，最可能导致（）A.催化剂失活B.反应速率下降C.设备腐蚀D.温度骤升答案：B8.氨分离器的主要分离原理是（）A.重力沉降B.离心分离C.冷却冷凝D.吸附分离答案：C9.合成塔入口气中氧含量应严格控制在（）A.≤0.1%B.≤0.2%C.≤0.5%D.≤1.0%答案：B10.惰性气体（CH4、Ar）在合成系统中的主要危害是（）A.降低反应速率B.增加设备磨损C.导致催化剂中毒D.提高系统压力答案：A11.合成氨装置紧急停车时，首先应（）A.切断新鲜气B.停止循环机C.开启放空阀D.关闭氨冷器答案：A12.氨冷器出口温度过低可能导致（）A.氨冷凝不完全B.设备冻堵C.能耗增加D.催化剂失活答案：B13.催化剂还原过程中，出水阶段的关键控制参数是（）A.还原温度B.空速C.水汽浓度D.氢含量答案：C14.合成塔床层温差过大的主要原因是（）A.催化剂装填不均B.循环气流量过大C.氢氮比失调D.惰性气体过多答案：A15.弛放气回收的主要目的是（）A.减少环境污染B.回收氢气和氮气C.降低系统压力D.提高氨净值答案：B16.合成系统压力突然升高的可能原因是（）A.循环机故障B.弛放气阀开度增大C.新鲜气流量减少D.氨分离器液位过高答案：A17.催化剂活性下降的直观表现是（）A.床层温度上升B.氨净值降低C.系统压力下降D.循环气流量增大答案：B18.水冷器换热效果差的主要原因是（）A.循环水流量过大B.管束结垢C.气体流速过低D.操作压力过高答案：B19.合成塔内件保温层的主要作用是（）A.防止热量散失B.减少热应力C.避免外部腐蚀D.提高反应温度答案：A20.氨合成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：B21.循环气中氨含量过高会导致（）A.催化剂中毒B.反应速率降低C.设备腐蚀加剧D.系统压力下降答案：B22.合成塔入口气温度控制的主要依据是（）A.催化剂活性温度B.循环水温度C.氨冷器负荷D.弛放气流量答案：A23.紧急停车后，合成塔卸压速率应控制在（）A.≤0.5MPa/minB.≤1.0MPa/minC.≤1.5MPa/minD.≤2.0MPa/min答案：A24.氨冷器使用液氨制冷时，液位应控制在（）A.10%-20%B.30%-50%C.60%-80%D.80%-90%答案：B25.催化剂还原结束的标志是（）A.床层温度达到500℃B.连续4小时出水速率＜0.1L/hC.氢含量达到95%D.系统压力稳定答案：B26.合成系统压力与氨净值的关系是（）A.压力越高，氨净值越高B.压力越高，氨净值越低C.无直接关系D.压力变化对氨净值影响不大答案：A27.氢氮比调节的主要手段是（）A.调整新鲜气组成B.控制弛放气流量C.改变循环气流量D.调节氨冷器温度答案：A28.合成塔内件中，气体预分布器的作用是（）A.提高气体流速B.均匀分配气体C.增加反应面积D.降低气体温度答案：B29.氨分离器液位过高的危害是（）A.导致液泛B.减少氨分离量C.降低系统压力D.增加循环气流量答案：A30.合成氨装置的能耗主要集中在（）A.压缩工段B.合成工段C.净化工段D.氨分离工段答案：A二、填空题（每题2分，共20题）1.合成氨反应的化学方程式为________________________。答案：N₂+3H₂⇌2NH₃（催化剂，高温高压）2.工业合成氨采用的压力等级通常为________MPa。答案：15-303.催化剂的主要组成包括活性组分、________和载体。答案：助催化剂（或促进剂）4.合成塔内件按气体流动方式可分为________和逆流式。答案：并流式5.氨合成反应的速率控制步骤是________的化学吸附。答案：氮气（N₂）6.循环气中惰性气体含量一般控制在________%。答案：10-157.氨冷器的制冷原理是利用液氨的________吸热。答案：汽化（或蒸发）8.合成塔床层热点温度是指催化剂床层中________的位置。答案：温度最高9.催化剂还原时，水汽浓度应控制在________g/m³以下。答案：510.合成系统的氨净值是指________与入口氨含量的差值。答案：出口氨含量11.水冷器的作用是将合成塔出口气从________℃冷却至________℃左右。答案：450-500；40-5012.紧急停车时，应立即关闭________阀，防止气体倒流。答案：新鲜气进口13.催化剂失活的主要原因包括中毒、________和烧结。答案：老化（或衰退）14.弛放气的主要成分是CH4、Ar、H₂和________。答案：N₂15.合成塔压力由________和气体排出量共同决定。答案：气体输入量（或新鲜气流量）16.氢氮比调节的关键是控制________的组成。答案：新鲜原料气17.氨分离器的液位应控制在________%，防止液泛或跑气。答案：30-7018.合成塔内件的热交换器用于回收________的热量。答案：反应后气体（或出口气）19.催化剂还原过程分为升温期、________和降温期三个阶段。答案：出水期20.合成氨装置的安全联锁系统主要监测温度、压力和________含量。答案：氧（或O₂）三、判断题（每题1分，共20题）1.合成氨反应是体积增大的可逆反应。（）答案：×（体积减小）2.催化剂能提高氨的平衡转化率。（）答案：×（不改变平衡）3.提高操作压力有利于提高氨的合成速率。（）答案：√4.循环气流量越大，氨净值越高。（）答案：×（流量过大导致接触时间缩短，氨净值降低）5.惰性气体含量过高会增加系统能耗。（）答案：√6.氨冷器出口温度越低，氨分离效果越好。（）答案：×（过低可能导致冻堵）7.催化剂还原时，应先升温后通氢气。（）答案：×（应先通氢气再升温）8.合成塔床层温差过大不会影响催化剂寿命。（）答案：×（会导致局部过热，加速催化剂老化）9.氢氮比低于3:1时，氮气过量会抑制反应。（）答案：√10.紧急停车后，合成塔应快速卸压。（）答案：×（应缓慢卸压，防止内件变形）11.水冷器管束结垢会导致出口气温度升高。（）答案：√12.弛放气回收主要是为了减少氮气损失。（）答案：×（主要回收氢气和氮气）13.催化剂活性下降时，需要提高床层温度维持生产。（）答案：√14.合成系统压力突然下降可能是循环机跳车导致的。（）答案：×（循环机跳车会导致压力上升）15.氨分离器液位过低会导致循环气带液。（）答案：×（液位过高才会带液）16.合成塔入口气中氨含量过高会降低反应速率。（）答案：√17.催化剂还原时，出水速率越快越好。（）答案：×（需控制出水速率，防止催化剂粉化）18.合成塔内件保温层损坏会导致热损失增加。（）答案：√19.氢氮比调节应优先调整新鲜气组成。（）答案：√20.合成氨装置的最高安全温度是催化剂的烧结温度。（）答案：√四、简答题（每题5分，共10题）1.简述合成氨催化剂的还原过程及关键控制要点。答案：还原过程分为三个阶段：（1）升温期：用氢气将催化剂从常温升至400℃，控制升温速率≤20℃/h；（2）出水期：400-500℃时，催化剂中的Fe3O4与H2反应生成α-Fe和H2O，需控制水汽浓度＜5g/m³，防止催化剂反复氧化；（3）降温期：还原结束后（连续4小时出水＜0.1L/h），逐步降低温度至正常操作温度。关键控制要点：严格控制升温速率、水汽浓度和还原终点判断。2.氢氮比偏离3:1对合成氨反应有何影响？如何调节？答案：影响：（1）氢氮比＞3时，氢气过量会导致催化剂表面氢吸附饱和，抑制氮气吸附，降低反应速率；（2）氢氮比＜3时，氮气过量会占据催化剂活性位，同样降低反应速率。调节方法：（1）通过调整造气工段的原料配比（如煤/天然气与空气的比例）控制新鲜气氢氮比；（2）通过弛放气调节循环气组成，当氢氮比过高时，可适当增加弛放气中氢气的排放（如通过膜分离回收氢气）；（3）使用补氮或补氢设施进行微调。3.合成塔床层温度波动的主要原因及处理措施。答案：主要原因：（1）新鲜气流量或组成波动（如氢氮比、惰性气体含量变化）；（2）循环气流量变化（循环机转速波动）；（3）催化剂活性不均（局部失活）；（4）热交换器换热效果变化（结垢或内漏）。处理措施：（1）稳定新鲜气流量和组成，控制氢氮比在2.8-3.2；（2）检查循环机运行状态，保持循环气流量稳定；（3）若因催化剂问题，可适当调整各层冷激气流量，均衡床层温度；（4）清理热交换器管束或检修内漏部位。4.简述氨分离器的操作要点及液位异常的处理。答案：操作要点：（1）控制液位在30%-70%，避免液泛（液位＞80%）或跑气（液位＜20%）；（2）保持出口气温度在-5℃至10℃（根据氨冷器负荷调整）；（3）定期排放油污，防止堵塞。液位异常处理：（1）液位过高：检查氨冷器温度是否过低（适当提高），增加液氨排出量，排查是否有液氨管线堵塞；（2）液位过低：检查液氨排出阀是否开度太大（关小），确认氨冷器制冷效果是否正常（增加液氨供给），排查是否有泄漏点。5.合成系统压力升高的可能原因及应对措施。答案：可能原因：（1）新鲜气流量过大或组成变化（如惰性气体含量增加）；（2）循环机故障（转速下降或跳车）；（3）弛放气阀开度减小或堵塞；（4）氨分离器液位过高导致循环气带液，增加流动阻力。应对措施：（1）减少新鲜气流量，调整原料气组成降低惰性气体含量；（2）切换备用循环机，排查故障原因；（3）检查弛放气阀开度，清理堵塞物；（4）降低氨分离器液位至正常范围，必要时紧急排放液氨。6.催化剂活性下降的表现及延长其寿命的措施。答案：表现：（1）氨净值降低（相同条件下出口氨含量下降）；（2）床层热点温度上移（需要更高温度维持反应速率）；（3）系统压力上升（反应速率降低导致未反应气体积累）。延长寿命措施：（1）严格控制原料气质量，防止硫、磷、氧等毒物进入（脱硫精度≤0.1ppm）；（2）避免床层温度剧烈波动（升降温速率≤20℃/h）；（3）控制循环气中惰性气体含量≤15%，减少催化剂表面覆盖；（4）停车时保持系统正压，防止空气进入氧化催化剂；（5）定期进行催化剂活性评价，及时调整操作参数。7.合成塔内件的主要结构及各部分作用。答案：主要结构及作用：（1）气体分布器：均匀分配入塔气体，避免局部流速过高；（2）热交换器：回收出口气热量，预热入口气，提高能量利用率；（3）催化剂筐：装填催化剂，提供反应场所；（4）冷激管：引入冷循环气调节床层温度，防止超温；（5）内筒：隔离高温反应区与塔壁，减少热损失和热应力；（6）测温点：监测各层催化剂温度，指导操作调整。8.合成氨装置紧急停车的步骤及注意事项。答案：步骤：（1）立即切断新鲜气进口阀，停止向系统补气；（2）关闭弛放气阀，保持系统压力（防止空气倒灌）；（3）停止循环机运行，切断动力源；（4）关闭氨冷器液氨进口阀，停止制冷；（5）缓慢开启合成塔出口放空阀，控制卸压速率≤0.5MPa/min；（6）待系统压力降至0.5MPa时，通入氮气置换，直至氧含量＜0.2%；（7）记录停车时各参数（温度、压力、液位），为开车提供依据。注意事项：（1）卸压速度不可过快，防止内件因热应力变形；（2）置换时确保氮气纯度（≥99.5%），避免氧气进入；（3）重点监测合成塔床层温度，若异常升高需通入氮气降温；（4）关闭所有动设备进出口阀，防止介质倒流。9.水冷器换热效果差的原因分析及处理方法。答案：原因分析：（1）循环水侧：管束结垢（CaCO3、Mg(OH)2沉积）、循环水流量不足（泵故障或阀门开度小）、循环水温度过高（冷却塔效率低）；（2）工艺气侧：气体流速过低（循环机流量小）、气体中油污或铵盐堵塞管束、内件泄漏导致气走短路。处理方法：（1）化学清洗管束（用稀盐酸或络合剂清除水垢）；（2）检查循环水泵运行状态，增大循环水流量或降低循环水温度（清洗冷却塔填料）；（3）提高循环气流量，定期用蒸汽吹扫工艺气侧管束（清除油污和铵盐）；（4）停车检修内件，修复泄漏点。10.弛放气回收的意义及常用回收方法。答案：意义：（1）提高原料利用率（弛放气中H2约50%、N2约15%）；（2）降低能耗（减少新鲜气压缩功耗）；（3）减少环境污染（避免直接排放温室气体CH4）。常用回收方法：（1）膜分离法：利用高分子膜对H2的选择性渗透，回收氢气返回系统；（2）深冷分离法：通过低温液化分离H2、N2与CH4、Ar，分别回收；（3）变压吸附（PSA）法：利用吸附剂对不同气体的吸附能力差异，提纯氢气；（4）燃烧回收热能：将弛放气作为燃料气用于锅炉或加热炉，回收热量。五、综合分析题（每题10分，共2题）1.某合成氨装置正常生产时，合成塔入口压力15MPa，出口压力14.8MPa，氨净值8%。突然出现入口压力升至16MPa，出口压力15.5MPa，氨净值降至5%，同时循环机电流升高。请分析可能原因及处理措施。答案：可能原因分析：（1）循环机故障：循环机叶轮磨损或入口阀堵塞，导致循环气流量减少，系统阻力增加（入口压力上升，出口压力与入口压差增大），气体在系统内停留时间延长但反应不充分（氨净值下降），循环机负荷增加（电流升高）；（2）催化剂活性下降：催化剂中毒（如硫含量超标）或老化，反应速率降低，未反应气体积累导致系统压力上升，氨净值下降；（3）合成塔内件堵塞：催化剂粉化或铵盐结晶堵塞催化剂床层，增加气体流动阻力，同时减少反应面积（氨净值下降）；（4）弛放气系统故障：弛放气阀卡涩或管线堵塞，气体排出量减少，系统压力上升。处理措施：（1