2026年新合成氨题库及答案

2026年新合成氨题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.现代合成氨工艺中，原料气经压缩后进入合成塔前需经过最终净化，其核心目的是（）A.降低气体湿度B.脱除微量CO、CO₂防止催化剂中毒C.提高气体温度D.减少气体体积答案：B2.新型钌基合成氨催化剂相较于传统铁基催化剂的主要优势是（）A.成本更低B.可在更低温度（300-400℃）下保持高活性C.抗硫性能更弱D.对原料气纯度要求更低答案：B3.合成氨反应N₂+3H₂⇌2NH₃（ΔH=-92.4kJ/mol）在工业生产中，为提高氢气转化率，通常不采用的措施是（）A.增大系统压力B.降低反应温度C.增加氮气过量系数D.提高空速（单位时间处理气量）答案：D4.合成氨装置中，氨分离的主要设备是（）A.水冷器+氨冷器+分离器B.精馏塔C.吸附塔D.膜分离器答案：A5.2025年某企业采用低压合成氨工艺（操作压力8-12MPa），其配套合成塔内件设计的关键改进是（）A.增加催化剂装填量B.采用径向流动结构降低阻力C.取消内件保温层D.改用铜基换热管答案：B6.原料气中硫化氢（H₂S）含量超过0.1ppm时，对合成氨催化剂的影响是（）A.促进催化剂活性B.导致永久性中毒失活C.仅造成暂时性吸附失活D.无显著影响答案：B7.合成氨驰放气回收工艺中，采用膜分离技术的主要目的是（）A.回收氢气返回系统B.分离氮气用于其他工序C.去除惰性气体（Ar、CH₄）D.富集氨用于直接销售答案：A8.合成氨系统正常运行时，循环气中惰性气体（Ar、CH₄）的体积分数通常控制在（）A.1%-3%B.5%-15%C.20%-30%D.35%-45%答案：B9.液氨储罐的安全设计中，必须设置的紧急切断装置是（）A.顶部气相切断阀B.底部液相切断阀C.人孔快速密封盖D.呼吸阀前截止阀答案：B10.合成氨装置节能改造中，利用反应余热副产蒸汽的关键设备是（）A.合成塔内件换热器B.水冷器C.氨冷器D.弛放气燃烧炉答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1.合成氨原料气的“三脱”处理指脱（）、脱（）、脱（）。答案：硫（H₂S）、碳（CO、CO₂）、氧（O₂或H₂O）2.铁基合成氨催化剂的活性成分是（），常用的助催化剂包括（）、（）（至少填两种）。答案：α-Fe；Al₂O₃、K₂O（或CaO、MgO）3.合成塔操作温度通常控制在（）℃，过高会导致（），过低会（）。答案：450-550；催化剂烧结失活；反应速率过慢4.氨合成反应的平衡常数随温度升高而（），随压力增大而（）（填“增大”“减小”或“不变”）。答案：减小；不变（平衡常数仅与温度有关）5.合成氨装置的关键能耗指标是（），2025年先进企业该指标已降至（）GJ/tNH₃以下。答案：综合能耗；286.液氨的临界温度为（）℃，临界压力为（）MPa，因此常温下液氨储存需（）（填“加压”或“降温”）。答案：132.4；11.35；加压7.合成氨系统紧急停车时，首先需切断（），并通过（）将系统压力降至安全范围。答案：原料气供应；放空阀或火炬系统三、简答题（每题6分，共30分）1.简述合成氨原料气二次脱硫（精脱硫）的必要性及常用工艺。答：必要性：原料气经一次脱硫（如湿法脱硫）后仍含微量H₂S（通常>1ppm），若进入合成工序会导致铁基或钌基催化剂永久中毒失活，降低催化剂寿命并影响氨产量。常用工艺：①钴钼加氢转化+氧化锌吸附（将有机硫转化为H₂S后吸附脱除）；②活性炭吸附（针对低硫含量）；③低温甲醇洗（同时脱除H₂S和CO₂，适用于大型装置）。2.分析高压（如20-30MPa）对合成氨反应的影响（从平衡和速率两方面）。答：平衡方面：合成氨反应为体积减小的可逆反应（4mol气体→2mol气体），增大压力可使平衡向提供氨的方向移动，提高平衡氨浓度（如20MPa下平衡氨浓度约25%，30MPa下约30%）。速率方面：高压可增加气体分子碰撞频率，同时提高反应物分压，加快反应速率；但过高压力会增加设备投资和运行能耗（如压缩机功耗），需综合平衡。3.合成塔内件设计需考虑哪些关键因素？列举两种新型内件结构及优势。答：关键因素：①催化剂装填量与分布（影响反应效率）；②热量回收效率（利用反应热预热原料气）；③阻力降（降低能耗）；④温度控制（避免局部过热）。新型结构：①轴向-径向内件：气体先轴向流动再径向通过催化剂层，阻力降比全轴向结构降低30%-50%，适用于低压工艺；②多段间接换热内件：每段催化剂层间设置换热器，精准控制反应温度，提高氨净值（单程转化率）。4.合成氨驰放气的主要成分及回收利用路径（至少3种）。答：主要成分：H₂（50%-70%）、N₂（15%-25%）、Ar（3%-8%）、CH₄（5%-15%）、NH₃（1%-3%）。回收路径：①膜分离提氢：通过氢分离膜回收H₂返回合成系统，提高氢利用率；②深冷分离：低温下分离H₂、N₂用于合成，Ar、CH₄作为燃料气；③变压吸附（PSA）：吸附H₂后解吸，纯度可达99.9%；④燃烧发电：驰放气（含可燃组分H₂、CH₄）燃烧驱动燃气轮机发电，余热副产蒸汽。5.简述合成氨装置液氨泄漏的应急处理措施。答：①立即启动应急预案，切断泄漏源（关闭上下游阀门，若阀门无法关闭则转移储罐内液氨至备用罐）；②设置警戒区，疏散泄漏点上风方向500m内人员（液氨密度比空气小，易向上扩散）；③用雾状水稀释泄漏氨气（1体积水可吸收700体积氨），降低空气中氨浓度（低于30mg/m³的职业接触限值）；④穿戴正压式空气呼吸器和防化服的救援人员进入现场，使用专用堵漏工具（如木楔、密封胶）封堵泄漏点；⑤泄漏量较大时，启动消防水幕隔离，防止氨气扩散至居民区或其他装置区；⑥监测环境中氨浓度，确认安全后恢复生产。四、计算题（每题10分，共30分）1.某合成氨装置原料气组成为（体积分数）：H₂74%、N₂24%、Ar1%、CH₄1%，新鲜气流量为10000m³/h（标准状态），循环比（循环气流量/新鲜气流量）为5:1，合成塔入口气中氨含量为3%，出口气中氨含量为18%。计算：（1）新鲜气中H₂/N₂摩尔比是否符合化学计量比（3:1）？（2）合成塔单程氨净值（出口氨含量-入口氨含量）；（3）每小时提供液氨的质量（液氨密度0.682t/m³，忽略溶解损失）。解：（1）H₂/N₂=74%/24%≈3.08:1，接近3:1，符合化学计量比（允许±5%偏差）。（2）单程氨净值=18%-3%=15%。（3）循环气流量=5×10000=50000m³/h，总入塔气量=10000+50000=60000m³/h（标准状态）。入塔气中H₂、N₂总量=60000×(74%+24%)/(1-3%)≈60000×98%/97%≈60618.56m³/h（扣除3%的氨）。反应的H₂、N₂总量=入塔气总量×(出口氨含量-入口氨含量)/2（根据反应式N₂+3H₂→2NH₃，提供2mol氨消耗4mol气体）。提供氨的物质的量=60000×(18%-3%)/22.4=60000×0.15/22.4≈401.79kmol/h。液氨质量=401.79kmol/h×17kg/kmol=6830.43kg/h≈6.83t/h。2.合成氨反应热为-92.4kJ/mol（以提供2molNH₃计），某合成塔入口气体温度为380℃，流量为80000m³/h（标准状态），出口气体温度为480℃，气体平均定压热容为30kJ/(kmol·℃)。计算：（1）反应释放的总热量；（2）需通过换热器移除的热量（假设无热损失）。解：（1）入口气量=80000/22.4≈3571.43kmol/h。假设单程氨净值为12%（常见值），则提供氨的物质的量=3571.43×12%=428.57kmol/h（以入口气总量计，实际应为入塔气中H₂、N₂反应量，但简化计算）。每提供2molNH₃放热92.4kJ，故每提供1molNH₃放热46.2kJ。总反应热=428.57kmol/h×46.2kJ/mol=428570mol/h×46.2kJ/mol≈19,800,000kJ/h≈19.8GJ/h。（2）气体升温吸收的热量=3571.43kmol/h×30kJ/(kmol·℃)×(480-380)℃=3571.43×30×100=10,714,290kJ/h≈10.71GJ/h。需移除的热量=反应释放热量-气体升温吸收热量=19.8-10.71=9.09GJ/h。3.某合成氨装置采用钌基催化剂，设计空速为15000h⁻¹（标准状态下气体体积流量/催化剂体积），催化剂装填量为8m³，原料气中H₂、N₂总含量为98%（体积分数），其他为惰性气体。计算：（1）装置每小时处理原料气的标准体积；（2）若原料气中H₂/N₂=3:1，计算每小时理论最大氨产量（假设转化率100%）。解：（1）处理气量=空速×催化剂体积=15000h⁻¹×8m³=120,000m³/h（标准状态）。