2025年合成氨生产工(高级)职业技能《理论知识》考试真题试卷含答案

2025年合成氨生产工(高级)职业技能《理论知识》考试练习题试卷含答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个最符合题意的选项，错选、多选均不得分）1.在30MPa、450℃条件下，N₂:H₂=1:3进入合成塔，平衡NH₃体积分数为18%。若将压力提高至35MPa、温度降至420℃，平衡NH₃体积分数最接近A.12% B.18% C.24% D.30%答案：C解析：合成氨反应放热且分子数减少，高压低温均使平衡右移。压力升高5MPa、温度降低30℃，平衡常数Kp显著增大，NH₃平衡浓度上升约6个百分点，故选24%。2.铁基催化剂αFe晶粒尺寸由40nm降至20nm，其比表面积增大倍数约为A.1.0 B.1.4 C.2.0 D.4.0答案：C解析：比表面积与粒径成反比，粒径减半则比表面积翻倍。3.某装置采用两级氨冷，一级蒸发温度10℃、二级33℃，若循环气量不变，二级氨冷负荷占总氨冷负荷的百分比约为A.15% B.30% C.45% D.60%答案：D解析：33℃蒸发潜热大，且需冷凝更多NH₃，二级冷量占比约60%。4.合成塔出口气NH₃16%，经水冷后温度由280℃降至35℃，若忽略溶解损失，NH₃冷凝率约为A.35% B.50% C.65% D.80%答案：C解析：查NH₃在35℃饱和蒸气压约13bar，分压2.1bar，气相NH₃摩尔分数降至2.1/130≈1.6%，冷凝率=(161.6)/16≈90%，但受不凝气稀释实际约65%。5.透平循环机入口带液氨，最可能出现的异常是A.轴向推力反向 B.转子超速 C.叶片冲蚀 D.电机过载答案：C解析：液滴高速撞击叶片造成冲蚀。6.采用分子筛干燥时，若入口气含水量由400ppm升至800ppm，干燥周期缩短比例约为A.25% B.40% C.50% D.75%答案：C解析：水吸附量与入口浓度近似线性，周期减半。7.某装置弛放气量占循环气量4%，其中CH₄12%、Ar4%，若新鲜气中CH₄+Ar≤10ppm，则新鲜气消耗量增加比例约为A.1% B.2% C.3% D.4%答案：B解析：弛放气带走N₂+H₂，需额外补充新鲜气约2%。8.铁基催化剂还原时，若H₂O/H₂摩尔比＞0.1，将直接导致A.晶粒烧结 B.表面碳化 C.孔道堵塞 D.活性相氧化答案：D解析：水氧分压高，αFe重新氧化为Fe₃O₄，活性下降。9.合成塔内件采用三层套筒结构，其主要目的是A.减少热损失 B.便于催化剂装卸 C.均布气流 D.控制温度梯度答案：D解析：层间冷气调节，实现接近等温操作。10.某厂采用钌基催化剂，其操作压力可降至8MPa，但需严格控制A.CO B.H₂S C.O₂ D.H₂O答案：B解析：Ru对S极度敏感，0.1ppm即中毒。11.氨合成反应器设计空速12000h⁻¹，若催化剂体积增加20%，在相同转化率下，处理气量可提高A.10% B.20% C.24% D.40%答案：B解析：空速不变，体积增20%，气量同比例增20%。12.高压锅炉给水泵采用10MPa、180℃除氧水，其汽蚀余量NPSH主要受限于A.溶解氧 B.饱和蒸气压 C.泵转速 D.管路阻力答案：B解析：高温下饱和蒸气压升高，NPSH需求增大。13.合成回路压降由2.0MPa降至1.5MPa，循环机功耗约下降A.15% B.25% C.35% D.45%答案：B解析：功耗与压比幂次相关，压降降25%，功耗约降25%。14.液氨储罐充装系数0.8，若改为全冷冻罐（33℃），其充装系数可提高到A.0.85 B.0.90 C.0.95 D.0.98答案：C解析：低温下液氨密度增大，蒸发空间需求减小。15.采用深冷净化时，CO脱除至1ppm以下，其冷量主要来源于A.氨冷器 B.透平膨胀机 C.焦耳汤姆逊阀 D.外部丙烯冷剂答案：B解析：膨胀机提供低温冷量，效率最高。16.合成塔热点温度突然升高20℃，最先排查A.循环量 B.新鲜气组成 C.催化剂活性 D.换热器内漏答案：A解析：循环量下降导致反应热移走不足，热点上移。17.某装置年产能30万吨氨，若吨氨耗天然气降至28GJ，年节约燃料气约A.1.0×10⁸Nm³ B.1.5×10⁸Nm³ C.2.0×10⁸Nm³ D.2.5×10⁸Nm³答案：B解析：传统30GJ/t，节约2GJ/t，年省60万GJ，折合1.5×10⁸Nm³（按35MJ/Nm³）。18.氨合成采用磁悬浮循环机，其最大优势是A.节电10% B.无润滑油污染 C.降低噪音 D.减少占地答案：B解析：磁悬浮无接触，彻底消除油污染。19.液氨中油含量超标时，在后续硝酸装置首先表现为A.铂网中毒 B.吸收塔发泡 C.冷凝器结垢 D.尾气冒黄烟答案：A解析：油覆盖铂网，氨氧化转化率下降，NOx生成减少，尾气出现NH₃滑移呈黄烟。20.合成氨装置碳排放强度计算中，直接排放系数最大的单元是A.转化炉 B.变换炉 C.合成塔 D.吸收塔答案：A解析：转化炉燃料燃烧CO₂占总量约60%。二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、漏选、错选均不得分）21.下列措施可同时提高合成氨反应速率与平衡转化率的是A.提高压力 B.降低温度 C.减小催化剂粒径 D.增加H₂/N₂比至3.5答案：A、C解析：高压既加速又促平衡；小粒径降低内扩散阻力，提高表观速率；低温仅利平衡不利速率；H₂/N₂>3对平衡与速率均无额外好处。22.关于铁基催化剂助剂Al₂O₃的作用，正确的是A.提高比表面积 B.抑制αFe烧结 C.提供酸性中心 D.促进电子转移答案：A、B解析：Al₂O₃为结构助剂，隔离Fe晶粒，防止高温烧结，同时提高比表面积；无酸性亦不改变化学态。23.造成合成回路压降升高的常见原因有A.催化剂粉化 B.换热器结垢 C.管道积液 D.循环机喘振答案：A、B、C解析：喘振为流量振荡，不直接增大压降。24.深冷净化前设置分子筛干燥的目的包括A.防止冰堵 B.保护透平膨胀机 C.降低CO₂腐蚀 D.减少甲醇损失答案：A、B解析：水在低温下结冰堵塞板翅式换热器；液滴冲击膨胀机叶片。25.下列属于合成氨装置重大危险源的有A.液氨球罐 B.转化炉膛 C.氢气压缩机 D.锅炉给水泵答案：A、B、C解析：液氨>10t、氢气>5t即构成重大危险源；转化炉属高温高压火源。26.采用一级一段转化改为两级转化后，可带来的效果有A.降低转化炉管壁温 B.提高甲烷转化率 C.减少燃料气消耗 D.增加蒸汽产量答案：A、B、C解析：二级转化利用空气燃烧残余CH₄，炉管热负荷下降，燃料气节省约8%。27.关于钌基催化剂与铁基催化剂对比，正确的是A.钌基可在低压下运行 B.钌基对S更敏感 C.钌基活性温度窗口更宽 D.钌基成本低于铁基答案：A、B解析：钌基成本远高于铁；温度窗口窄，需严格控温。28.液氨储罐发生翻滚（rollover）的诱因有A.分层温差>5℃ B.充装新液密度差>1% C.罐内泵循环量不足 D.环境气压骤降答案：A、B、C解析：气压骤降影响小，主要因密度差与热分层。29.合成塔出口设置废热锅炉的优点有A.回收高位热能 B.降低后续水冷负荷 C.提高汽包蒸汽等级 D.减少催化剂热失活答案：A、B、C解析：快速降温减少热失活，但非直接保护催化剂。30.下列属于绿氢合成氨技术路线的是A.PEM电解+HaberBosch B.SOEC电解+低压合成 C.光催化直接合成 D.生物质气化+变换答案：A、B、C解析：生物质气化仍属灰氢范畴。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）31.合成氨反应器径向流设计可显著降低压降。答案：√解析：气流路径短，流速低，压降可降至轴向流的1/5。32.铁基催化剂还原时，升温速度越快越有利于活性相形成。答案：×解析：快速升温导致水热烧结，活性下降。33.液氨中溶解的CO₂在常压升温时会先析出。答案：√解析：CO₂溶解度随温度升高而降低，先逸出。34.合成回路惰性气体含量升高会降低压缩机喘振裕度。答案：√解析：惰性气体使分子量增大，压缩机特性线左移，喘振区扩大。35.采用过量空气燃烧可降低转化炉NOx排放。答案：×解析：过量空气提高火焰温度，热力型NOx增加。36.钌基催化剂可在无K助剂条件下保持高活性。答案：×解析：K为电子助剂，缺K活性下降50%以上。37.液氨球罐液位计宜选用雷达式而非差压式，以避免冰堵。答案：√解析：低温下引压管易结冰，雷达非接触更可靠。38.合成塔内件采用波纹管可消除热应力。答案：√解析：波纹管吸收轴向热膨胀，防止焊缝开裂。39.深冷净化单元CO₂脱除采用甲醇洗，其再生采用闪蒸+汽提，能耗低于热钾碱法。答案：√解析：低温吸收+物理闪蒸，再生热耗低约40%。40.绿氨装置若采用风电供电，其平准化氢成本与电价呈线性关系。答案：√解析：电解电耗占氢成本70%以上，电价线性主导。四、填空题（每空1分，共20分）41.合成氨反应标准焓变ΔH°₂₉₈=________kJ·mol⁻¹，该反应属于________热反应。答案：46.1；放42.铁基催化剂还原主反应式为________，理论出水量为________kg·t⁻¹催化剂。答案：Fe₃O₄+4H₂→3Fe+4H₂O；约35043.30MPa下，NH₃的临界冷凝温度为________℃，此时对应的气相摩尔分数为________。答案：约132；0.7844.转化炉出口甲烷含量设计值一般≤________%，二段转化炉出口≤________%。答案：10；0.545.采用二级氨冷时，33℃蒸发压力为________kPa（绝），其对应饱和温度为________℃。答案：103；3346.合成回路惰性气体（CH₄+Ar）控制指标≤________%，弛放气量一般占循环气量________%。答案：15；3547.钌基催化剂活性组分为________，载体常用________。答案：Ru；碳纳米管或石墨化碳48.液氨储罐日蒸发率BER≤________%，其保冷材料常用________。答案：0.05；聚氨酯泡沫+PIR49.深冷净化甲醇洗操作温度________℃，CO₂脱除至<________ppm。答案：60；1050.绿氨装置电解水耗电约________kWh·kg⁻¹H₂，合成氨综合电耗约________kWh·t⁻¹NH₃。答案：50；9000五、简答题（每题6分，共30分）51.简述铁基催化剂还原过程“三低一高”原则及科学依据。答案：低温、低压、低空速、高氢干气。低温防止水热烧结；低压降低水分压，减少氧化；低空速延长接触时间，确保还原彻底；高氢干气提高还原推动力，抑制逆反应。实践表明，该原则可将出水速率控制在1kg·h⁻¹·m⁻³催化剂以下，活性比表面积提高15%。52.合成塔出口废热锅炉发生干锅迹象有哪些？如何应急处理？答案：迹象：汽包液位骤降、出口气温度突升、蒸汽流量归零、炉水导电度升高。应急：立即切出废锅，投用旁路水冷；开大锅炉给水阀，若无法补水则停炉；关闭蒸汽出口阀防回水冲击；监测合成塔出口温度，必要时降负荷。53.说明液氨储罐翻滚（rollover）机理及预防措施。答案：机理：新旧液氨密度差>1%且分层，上层因热漏温度升高，密度减小，当底部与顶部温差>5℃时，重力失稳，突然混合，大量蒸发导致罐压骤升。预防：充装前分析密度，差值>0.5%时强制循环；设置罐内泵，每小时循环量≥罐容10%；采用多点温度监测，温差>2℃自动启动循环；充管设计为底部浸没式，减少喷射扰动。54.对比铁基与钌基催化剂在工业应用中的经济性差异。答案：铁基：成本<5美元·kg⁻¹，寿命1015年，操作压力1530MPa，吨氨催化剂消耗<0.1kg，综合成本低；钌基：成本>2000美元·kg⁻¹，寿命35年，操作压力812MPa，吨氨消耗0.02kg，但催化剂费用仍高10倍；然而钌基使压缩功耗降30%，对电价>0.1美元·kWh地区，总成本可持平，且碳排放低20%，适合绿氨小型化。55.列出合成氨装置碳排放核算边界及主要减排技术路径。答案：边界：直接燃烧排放（转化炉、开工锅炉）、工艺排放（CO₂脱除）、间接排放（外购电、蒸汽）。减排路径：①提高转化炉热效率至95%以上，降低燃料气；②采用氢气回收透平，减少弛放气；③深冷净化+PSA回收氢，降低新鲜气消耗3%；④电解绿氢替代天然气，实现零工艺CO₂；⑤应用磁悬浮循环机，节电5%；⑥CO₂捕集封存（CCS），回收率>90%。六、计算题（每题10分，共30分）56.某装置新鲜气量100000Nm³·h⁻¹，组成N₂24.5%、H₂73.5%、CH₄1.5%、Ar0.5%。合成塔出口NH₃18%，单程转化率20%。求：（1）循环气量；（2）弛放气量（维持CH₄+Ar≤12%）；（3）吨氨弛放气损失。答案：（1）生成NH₃量=100000×0.735×0.2/3=4900Nm³·h⁻¹；循环气量=4900/0.18=27222Nm³·h⁻¹；（2）设弛放气x，则(100000×0.02+x×0.12)/(100000+x)=0.12，解得x=4444Nm³·h⁻¹；（3）吨氨弛放气=4444/（4900×0.77）=1.18Nm³·t⁻¹NH₃。57.