2025年合成氨生产工(高级)职业技能《理论知识》考试真题试卷及答案

2025年合成氨生产工(高级)职业技能《理论知识》考试练习题试卷及答案一、单项选择题（每题1分，共30分。每题只有一个正确答案，请将正确选项填入括号内）1.合成氨反应N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)的ΔH°=92.4kJ·mol⁻¹，下列操作能同时提高平衡氨含量和反应速率的是（）。A.降低温度并减小压强B.升高温度并增大压强C.降低温度并增大压强D.升高温度并减小压强答案：C解析：反应放热且分子数减少，低温高压利于平衡右移；增大压强同时提高正反应速率，低温虽降低速率，但可通过高效催化剂弥补，故选C。2.某合成塔出口气含NH₃18%（体积分数），循环气量与新鲜气量之比为5:1，则单程转化率约为（）。A.12.5%B.15.0%C.18.0%D.22.5%答案：B解析：设新鲜气中N₂1mol，H₂3mol，循环气量5倍，则塔入口N₂1+5×0.82×0.25=2.025mol，出口NH₃0.18×(4+2.025)=1.0845mol，转化N₂0.542mol，单程转化率0.542/2.025≈26.8%，扣除循环稀释后净转化率≈15.0%。3.铁基催化剂还原时，下列哪种毒物最先导致催化剂永久失活（）。A.COB.H₂SC.O₂D.H₂O答案：B解析：H₂S与Fe生成FeS，覆盖活性中心且难以再生；CO、O₂、H₂O可逆中毒，故选B。4.某装置采用两段绝热反应器，段间冷激用循环气，其目的不包括（）。A.控制床层温度B.提高最终氨净值C.降低循环机功耗D.抑制催化剂热失活答案：C解析：段间冷激降低温度，提高平衡氨含量，保护催化剂，但循环气量增加反而升高循环机功耗，故选C。5.合成回路中设置氨冷器的主要作用是（）。A.冷凝分离产品氨B.预热新鲜气C.回收反应热D.降低系统压降答案：A解析：氨冷器将气相氨冷凝为液氨，实现气液分离，故选A。6.某厂采用布朗回路，氨分离温度为10℃，对应液氨蒸气压为0.29MPa，若分离器压力为1.5MPa，则气相中NH₃摩尔分数约为（）。A.0.19B.0.29C.0.39D.0.49答案：A解析：y=p/P=0.29/1.5≈0.19，故选A。7.合成塔内件采用三套管结构，其传热特性为（）。A.并流换热，温差大B.逆流换热，温差小C.并流换热，温差小D.逆流换热，温差大答案：B解析：三套管为逆流，换热充分，床层温差小，热点温度低，故选B。8.某装置新鲜气含CH₄0.5%，循环气含CH₄8%，弛放气量占循环气量5%，则系统CH₄平衡浓度为（）。A.6.5%B.7.2%C.8.0%D.8.5%答案：B解析：设循环气100kmol，弛放5kmol，新鲜气xkmol，0.5%x=8%×5，x=80kmol，平衡浓度=(0.5%×80)/(80+1005)=7.2%，故选B。9.合成氨装置中，设置合成气干燥器的主要目的是防止（）。A.催化剂结疤B.换热器腐蚀C.冰机带液D.合成塔超压答案：A解析：水分在低温区结冰堵塞，并导致催化剂结疤粉化，故选A。10.某厂采用蒸汽透平驱动循环机，透平背压0.3MPa，其排汽最适合用于（）。A.转化炉燃料B.除氧器加热C.冰机动力D.装置伴热答案：B解析：0.3MPa饱和蒸汽温度约133℃，适合低压除氧器加热，故选B。11.铁催化剂还原时，理论出水量与催化剂质量之比约为（）。A.0.05B.0.10C.0.15D.0.20答案：C解析：Fe₃O₄+4H₂→3Fe+4H₂O，分子量换算得0.15kg水/kg催化剂，故选C。12.合成塔出口气换热器中，热端温差一般控制在（）以内，防止副产蒸汽段出现露点腐蚀。A.10℃B.20℃C.30℃D.40℃答案：B解析：热端温差>20℃可确保管壁温度高于露点，避免硫腐蚀，故选B。13.某装置采用分子筛干燥，再生气体最经济的选择是（）。A.氮气B.合成气C.燃料气D.氨冷器出口循环气答案：D解析：循环气已脱水，温度低、量大，再生后可直接回系统，无额外损耗，故选D。14.合成回路压降每增加0.1MPa，吨氨电耗约增加（）kWh。A.5B.10C.15D.20答案：C解析：经验数据：压降0.1MPa，循环机功耗增约15kWh/tNH₃，故选C。15.某厂弛放气量突然增大，最先反映该变化的在线仪表是（）。A.循环气氢氮比B.合成塔压差C.冰机电流D.弛放气流量计答案：D解析：弛放气流量计直接测量，响应最快，故选D。16.合成氨装置中，设置开工加热炉的目的是（）。A.预热新鲜气B.催化剂升温还原C.除氧器升温D.干燥器再生答案：B解析：开工加热炉提供高温还原气，用于催化剂升温还原，故选B。17.某装置采用深冷净化，脱除CO后残余CO含量要求小于（）×10⁻⁶。A.1B.5C.10D.50答案：B解析：合成氨要求CO+CO₂<10×10⁻⁶，深冷后CO<5×10⁻⁶，故选B。18.合成塔催化剂床层热点温度超过520℃时，首先采取的措施是（）。A.降低入口氨含量B.增大循环量C.降低系统压力D.减少新鲜气量答案：B解析：增大循环量可快速带走热量，降低热点，故选B。19.某厂采用钌基催化剂，其操作压力可比铁基降低约（）MPa。A.5B.10C.15D.20答案：B解析：钌基催化剂活性高，可在10MPa下达到铁基15MPa的氨净值，故选B。20.合成氨装置中，设置汽包排污的主要目的是控制（）。A.总硬度B.总碱度C.溶解固形物D.溶解氧答案：C解析：排污控制溶解固形物，防止结垢，故选C。21.某装置合成塔内径2400mm，催化剂装量80m³，则空速为8000h⁻¹时，新鲜气量约为（）Nm³·h⁻¹。A.64000B.128000C.256000D.512000答案：C解析：空速=气量/催化剂体积，气量=8000×80=640000m³·h⁻¹，换算为标况≈256000Nm³·h⁻¹，故选C。22.合成氨反应器设计时，通常将热点温度控制在催化剂允许最高温度的（）以下。A.10℃B.20℃C.30℃D.40℃答案：B解析：留20℃裕量，防止超温失活，故选B。23.某厂采用液氮洗脱除CO，其原理是利用CO与N₂的（）差异。A.沸点B.临界温度C.溶解度D.吸附量答案：A解析：液氮洗利用CO沸点（191.5℃）低于N₂（195.8℃），精馏分离，故选A。24.合成氨装置中，设置合成气压缩机的段间冷却器，其主要作用是（）。A.降低功耗B.提高排气温度C.减少气体湿度D.提高压缩比答案：A解析：段间冷却降低温度，减小下一级功耗，故选A。25.某装置采用透平循环机，其调速系统通常采用（）。A.变频调速B.液力耦合器C.汽轮机调速器D.磁力耦合器答案：C解析：透平循环机由汽轮机直接驱动，采用汽轮机调速器，故选C。26.合成氨装置中，设置氨储罐的降温喷淋，其介质通常采用（）。A.循环水B.脱盐水C.液氨D.低温甲醇答案：C解析：液氨蒸发吸热，降温效果好且无外排，故选C。27.某厂合成塔出口气中氨净值每提高1%，吨氨压缩功耗约降低（）kWh。A.8B.12C.16D.20答案：B解析：经验值：氨净值+1%，循环量减少，压缩功耗降约12kWh/t，故选B。28.合成氨装置中，设置弛放气回收氢气的膜分离单元，其氢气回收率可达（）。A.70%B.80%C.90%D.95%答案：C解析：聚砜膜氢回收率约90%，故选C。29.某装置合成塔催化剂使用10年后，活性下降20%，为维持产量，最先考虑的优化措施是（）。A.提高入口温度B.降低系统压力C.增加催化剂装量D.降低空速答案：A解析：提高入口温度可弥补活性损失，操作简单，故选A。30.合成氨装置中，设置冰机冷凝器采用蒸发式，其优点不包括（）。A.节水B.节能C.占地小D.抗冻性强答案：D解析：蒸发式冷凝器冬季易结冰，抗冻性差，故选D。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、少选、错选均不得分）31.下列属于合成氨催化剂永久中毒的有（）。A.H₂SB.COC.磷化物D.氯离子答案：A、C、D解析：H₂S、磷、氯与活性中心形成稳定化合物，不可再生；CO可逆，故选ACD。32.提高合成回路氨净值的可行措施包括（）。A.降低入口氨含量B.提高循环气量C.段间冷却D.采用活性更高的催化剂答案：A、C、D解析：提高循环量降低单程转化率，反而减少净值，故选ACD。33.合成塔催化剂还原过程中，需严格控制的参数有（）。A.升温速率B.水汽浓度C.氢氮比D.系统压力答案：A、B、C解析：还原压力影响小，主要控制升温速率、水汽、氢氮比，故选ABC。34.下列关于合成氨装置能耗的说法正确的有（）。A.合成回路压降每降0.1MPa，吨氨电耗降约15kWhB.氨净值每提高1%，吨氨电耗降约12kWhC.透平背压每降0.1MPa，吨氨汽耗增约50kgD.冰机蒸发温度每升1℃，吨氨电耗降约3kWh答案：A、B、D解析：背压降低汽耗减少，C错误，故选ABD。35.合成氨装置中，设置合成气干燥器的好处有（）。A.防止催化剂结疤B.降低冰机负荷C.减少换热器腐蚀D.提高氨净值答案：A、B、C解析：干燥与氨净值无直接关系，故选ABC。36.下列属于布朗回路特点的有（）。A.氨分离温度低B.循环气量小C.弛放气量少D.适合大型化答案：A、B、C、D解析：布朗回路低温分离，氨净值高，循环量小，弛放少，规模经济，故全选。37.合成塔内件采用径向流的优点有（）。A.压降低B.催化剂利用率高C.结构简单D.热点温度低答案：A、B、D解析：径向流结构复杂，C错误，故选ABD。38.下列关于钌基催化剂的说法正确的有（）。A.活性高于铁基B.可在低压下操作C.对CO敏感D.价格昂贵答案：A、B、C、D解析：钌基活性高、低压、怕CO、成本高，故全选。39.合成氨装置中，设置汽包连续排污的目的有（）。A.控制溶解固形物B.防止汽包液位过高C.回收热量D.减少化学加药量答案：A、C解析：连续排污主要控制固形物并回收热量，与液位、加药量关系小，故选AC。40.下列关于合成氨装置开停车的说法正确的有（）。A.升温速率≤30℃·h⁻¹B.降压速率≤0.5MPa·h⁻¹C.催化剂钝化用含氧氮气D.停车后需保持正压答案：A、B、C、D解析：升温、降压、钝化、保压均有规范，故全选。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）41.合成氨反应器出口气中氨含量越高，则循环机功耗越低。（）答案：√解析：氨净值高，循环量小，功耗低。42.铁催化剂还原时，水汽浓度越高，还原速度越快。（）答案：×解析：水汽高会抑制还原，导致氧化再水合，活性下降。43.合成塔催化剂床层压降突然增大，可能是催化剂粉化或顶部结垢。（）答案：√解析：粉化、结垢均导致通道堵塞，压降升高。44.布朗回路中，氨分离温度越低，则冰机功耗越高。（）答案：√解析：低温分离需更低蒸发温度，冰机功耗增加。45.合成氨装置中，设置弛放气回收氢气可降低吨氨能耗。（）答案：√解析：回收氢减少新鲜气消耗，降低能耗。46.钌基催化剂可在含硫条件下长期运行。（）答案：×解析：钌对硫极敏感，会永久中毒。47.合成塔催化剂还原结束后，可直接提压至正常操作压力。（）答案：×解析：需逐步提压，防止应力冲击。48.合成氨装置中，设置合成气压缩机段间冷却可降低排气温度。（）答案：√解析：段间冷却降低下一级入口温度，减少功耗。49.合成氨反应器设计时，采用多层冷激可减小热点温度。（）答案：√解析：段间冷激降低下一层入口温度，控制热点。50.合成氨装置中，设置氨储罐降温喷淋可防止液氨热膨胀超压。（）答案：√解析：夏季喷淋降温，避免储罐超压。四、简答题（每题5分，共20分）51.简述合成氨催化剂还原过程中控制升温速率的重要性。答案：升温速率过快会导致催化剂颗粒内外温差大，产生热应力而破碎；同时快速还原放热集中，局部超温使活性相烧结，比表面积下降，活性降低；此外，快速升温使水汽集中释放，水气比升高，引起再氧化和水合，造成永久失活。因此需按≤30℃·h⁻¹分段升温，确保还原均匀、活性高、强度好。52.说明布朗回路与传统卡萨回路在氨分离方面的差异及能耗影响。答案：布朗回路采用10℃低温分离，液氨蒸气压低，气相氨含量可降至1.5%以下，氨净值高，循环量小，压缩功耗低；但需冰机提供冷量，冰机功耗增加。卡萨回路在+30℃分离，气相氨约4%，循环量大，压缩功耗高，但无需冰机。综合比较，大型装置布朗回路吨氨电耗低约40kWh，更适合规模经济。53.列举合成氨装置中导致循环气氢氮比波动的三种常见原因，并给出调整措施。答案：原因：①转化炉水碳比波动，导致甲烷化后氢氮比变化；②深冷净化单元操作不稳，氮洗塔液位波动；③弛放气量突然变化，氢回收率波动。调整：①稳定转化水碳比，自动调节蒸汽流量；②深冷单元投自动，液位流量串级控制；③弛放气流量与氢回收单元联锁，氢氮比偏差>0.05时自动微调氮气补充阀。54.说明合成塔催化剂运行后期活性下降的原因及延长寿命的措施。答案：原因：活性相烧结、杂质中毒、机械磨损、碳酸盐覆盖。措施：①控制热点温度≤510℃，减缓烧结；②加强原料气脱硫，使H₂S<0.1×10⁻⁶；③降低循环气中CO+CO₂<10×10⁻⁶，防止羰基生成；④避免频繁开停车，减少热冲击；⑤定期低负荷“再生”，用高氢气体吹扫，还原氧化态铁，恢复部分活性。五、计算题（每题10分，共20分）55.某合成氨装置新鲜气量100000Nm³·h⁻¹，组成：N₂24.5%，H₂73.5%，CH₄1.0%，Ar1.0%。循环气量500000Nm³·h⁻¹，组成：N₂20%，H₂60%，CH₄12%，Ar8%。合成塔出口氨含量18%，弛放气量占循环气量5%，求：（1）单程转化率；（2）弛放气组成；（3）吨氨弛放气量。答案：（1）设合成塔入口N₂xkmol·h⁻¹，新鲜气N₂100000×24.5%=24500Nm³·h⁻¹，循环气N₂500000×20%=100000Nm³·h⁻¹，弛放气0.05×500000=25000Nm³·h⁻¹。N₂平衡：24500+100000x=25000×0.2，得x=118000Nm³·h⁻¹。出口NH₃0.18×(118000+3×118000)=84960Nm³·h⁻¹，转化N₂42480Nm³·h⁻¹，单程转化率=42480/118000=36.0%。（2）弛放气与循环气组成相同：N₂20%，H₂60%，CH₄12%，Ar8%。（3）吨氨需N₂22.4×1000/17=1317.6Nm³，弛放气含N₂25000×20%=5000Nm³·h⁻¹，对应氨产量5000/0.2×17/22.4=19017kg·h⁻¹，吨氨弛放气量=25000/19.017=1314Nm³。56.某合成氨装置合成回路压力15MPa，氨净值12%，循环机绝热效率80%，气体绝热指数1.4，入口温度40℃，求循环机理论温升及吨氨理论功耗。答案：（1）压缩比忽略，按微分压降0.2MPa估算，实际压缩比1.013，温升ΔT=T₁[(P₂/P₁)^((k1)/k)1]/η=313×[(15.2/15)^0.2861]/0.8≈3.1℃。（2）吨氨循环