考点合成氨工艺模拟考试题库一遍过

[考点]合成氨工艺模拟考试题库[一遍过]一、判断题（共20题，每题1分，总计20分。正确选√，错误选×）合成氨的化学反应方程式为$\ce{N_{2}+3H_{2}<=>2NH_{3}}$，该反应属于可逆放热、气体分子数减少的反应，高压、低温条件有利于平衡向生成氨的方向移动。（）

答案：√。解析：该反应摩尔焓变为-46.22kJ/mol，为典型放热反应，反应后气体物质的量从4mol降至2mol，从热力学角度，提高操作压力、降低反应温度可显著提升平衡氨浓度。以无烟煤为原料采用固定层间歇气化法制备半水煤气时，吹风阶段的主要目的是提高炉温，为制气阶段提供热量，该阶段产出的吹风气通常直接送入气柜储存。（）答案：×。解析：吹风阶段通入空气与碳层反应释放热量提升炉温，产出的吹风气主要成分为氮气、二氧化碳，可燃组分（$\ce{CO}$、$\ce{H_{2}}$）占比不足10%，且夹带大量空气，若直接送入气柜会导致原料气氧含量超标，引发后续工序燃爆风险，吹风气通常送入余热回收系统回收热量后达标排放。

3.湿法脱硫中，ADA法（蒽醌二磺酸钠法）属于氧化法脱硫，脱硫过程中需定期补充偏钒酸钠作为活性组分、ADA作为载氧体，维持溶液氧化能力。（）答案：×。解析：ADA法脱硫液中偏钒酸钠为主要活性组分，可直接与硫化氢反应生成单质硫，ADA为载氧体，将被还原的四价钒重新氧化为五价钒，维持溶液脱硫活性。铁铬系中温变换催化剂的活性组分为四氧化三铁，催化剂出厂形态为三氧化二铁，使用前需利用氢气、一氧化碳还原为四氧化三铁才具备催化活性，还原过程需严格控制氢气浓度和升温速率，防止还原过度生成单质铁引发甲烷化副反应超温。（）答案：√。苯菲尔法脱碳是利用热碳酸钾溶液吸收原料气中的二氧化碳，溶液中加入二乙醇胺的作用是加快吸收速率，加入偏钒酸钾作为缓蚀剂，降低碱性溶液对碳钢设备的腐蚀速率。（）答案：√。醋酸铜氨液洗涤法精炼原料气时，铜比（$\ce{Cu^{+}/Cu^{2+}}$）是核心操作指标，正常控制范围为5~7，铜比过高时容易出现金属铜沉淀，堵塞设备和管道；铜比过低则一价铜含量不足，吸收一氧化碳的能力下降。（）

答案：√。合成氨原料气压缩机采用多段压缩、段间冷却的主要原因是降低压缩过程的功耗，避免单级压缩比过高导致气体温度超温，损坏压缩机密封、叶轮等部件，同时段间可分离压缩过程中凝析的水分和油分。（）答案：√。传统中压法合成氨的操作压力通常为1530MPa，操作温度控制在400500℃，主要原因是该温度区间为铁基合成催化剂的高活性区间，可兼顾反应速率和平衡氨浓度，实现氨净值最优化。（）答案：√。合成氨生产中，进入合成回路的新鲜气氢氮比严格控制在3:1，结合循环气中惰性气含量、氨分离效率的影响，合成塔入口循环气的氢氮比通常稳定在2.6~2.9区间，可获得最高的合成反应速率。（）答案：√。合成氨生产过程中涉及的一氧化碳属于高毒物品，根据《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》（GBZ2.1-2019），作业场所空气中一氧化碳的时间加权平均容许浓度为20mg/m³，短时间接触容许浓度为30mg/m³。（）

答案：√。氨气在空气中的爆炸极限为15.7%~27.4%（体积分数），属于乙类可燃气体，泄漏后与空气混合达到爆炸极限区间时，遇明火、静电火花、高温热源即可发生燃爆事故。（）

答案：√。铁基合成氨催化剂的暂时性毒物主要是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氧等含氧化合物，毒物去除后催化剂活性可逐步恢复；永久毒物主要是硫、磷、砷及其化合物，会与催化剂活性组分生成稳定化合物，造成活性不可逆丧失。（）答案：√。合成氨装置废热锅炉设置液位联锁的核心目的是防止干锅或满水，当液位低于低低联锁值时，应联锁切断废热锅炉上水，防止炉管过热损坏。（）答案：×。解析：废热锅炉液位低低触发联锁时，应快速切断高温工艺气热源，同时维持锅炉上水，若直接切断上水会导致炉管干烧，此时贸然进冷水会引发炉管炸裂、蒸汽爆炸事故。合成回路中惰性气（甲烷、氩）主要来自新鲜原料气，惰性气含量过高会降低氢气、氮气的有效分压，降低合成反应效率，因此需要定期从循环回路中氨分离器后、循环机入口位置放空排放部分惰性气，减少有效气损失。（）答案：√。液氨储罐的设计压力通常不低于2.16MPa，储罐除设置安全阀、压力表、液位计、温度表等安全附件外，应安装事故喷淋装置，当发生液氨泄漏时可启动喷淋，利用水吸收泄漏的氨气，控制扩散范围。（）答案：√。一氧化碳变换反应为等分子反应（$\ce{CO+H_{2}O<=>CO_{2}+H_{2}}$），反应前后气体分子数不变，因此压力对变换反应的平衡无影响，生产中提高变换压力主要是为了提升反应速率、降低后续压缩工序功耗。（）

答案：√。低温甲醇洗工艺属于化学吸收法，利用甲醇与二氧化碳、硫化氢发生化学反应实现酸性气体脱除，适用于大型煤制合成氨装置的原料气净化。（）答案：×。解析：低温甲醇洗是典型的物理吸收工艺，利用-40~-60℃低温下甲醇对酸性气体的高溶解度实现杂质脱除，过程中无化学反应。离心式压缩机设置防喘振回路的作用是当入口气体流量过低、接近喘振阈值时，将出口部分高温气体经冷却后返回入口，保证入口流量高于喘振流量，避免发生喘振损坏叶轮、密封等部件。（）答案：√。液氨储罐的充装系数不得超过0.85，防止液氨受热体积膨胀造成储罐超压破裂，储罐顶部设置氮封系统，维持微正压防止空气进入形成爆炸性混合气体。（）答案：√。氨合成塔外筒主要承受高压、不承受高温，内件主要承受高温、不承受高压，该结构设计可大幅降低外筒材质的耐高温要求，减少设备投资。（）答案：√。解析：冷原料气从外筒与内件的环隙进入，将外筒壁温维持在100℃以下，外筒仅需承受高压，无需采用耐高温合金材质。二、单项选择题（共30题，每题1分，总计30分。每题只有1个正确答案）固定层间歇气化法制备半水煤气时，用于合成氨生产的有效气组分是（）。A.$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$B.$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}}$C.$\ce{CH_{4}}$和$\ce{CO}$D.$\ce{H_{2}}$和$\ce{CH_{4}}$

答案：A。解析：半水煤气中$\ce{CO}$可经变换反应转化为$\ce{H_{2}}$，最终与$\ce{N_{2}}$合成氨，$\ce{CO_{2}}$、$\ce{CH_{4}}$为需脱除的杂质组分。

2.一氧化碳变换工序的核心作用是（）。A.脱除原料气中的硫化氢B.将一氧化碳转化为二氧化碳和氢气，调整氢氮比，同时脱除大部分有机硫C.脱除原料气中的二氧化碳D.脱除原料气中的微量一氧化碳和二氧化碳答案：B。解析：A为脱硫工序作用，C为脱碳工序作用，D为精炼工序（甲烷化、铜洗、液氮洗）作用。铜锌铝系低温变换催化剂的适宜操作温度区间为（）。A.180~260℃B.320~500℃C.500~600℃D.600~700℃答案：A。解析：B为铁铬系中温变换催化剂的操作温度区间，低变催化剂活性温度低，可将变换气中CO含量降至0.3%以下。

4.合成氨原料气干法脱硫中，氧化锌脱硫剂属于精脱硫剂，其脱硫精度可达（），正常工况下可将出口原料气中硫化氢含量降至0.1ppm以下，有效保护后续变换、合成催化剂不被硫中毒。A.1×10−6（体积分数）B.0.1×10−6（体积分数）C.氨合成回路中氨分离采用水冷+氨冷的冷凝分离法，中压合成工艺中氨冷器出口循环气温度通常降至（）左右，将气氨冷凝为液氨分离，控制合成塔入口氨含量在2%~3%。

A.0℃B.-10℃C.-33℃D.-196℃答案：B。解析：-33℃为常压下液氨沸点，氨冷器利用液氨蒸发制冷，控制蒸发压力对应温度为-18℃左右，可将循环气冷却至-10℃，满足氨分离要求。铁基氨合成催化剂升温还原过程中，需严格遵循（）的操作原则，控制床层升温速率和出水速率，防止催化剂超温烧结、强度下降。A.高温、高氢、高空速B.提温不提氢、提氢不提温C.快速升温、快速还原D.低压、低氢、低空速答案：B。解析：还原过程中提温与提氢不同步进行，避免还原反应速率过快造成床层超温、水汽浓度过高，导致催化剂反复氧化还原降低活性。甲烷化精炼工序采用镍基催化剂，将原料气中微量CO、$\ce{CO_{2}}$与氢气反应生成甲烷和水，正常工况下可将出口原料气中总碳（$\ce{CO+CO_{2}}$）含量降至（）以下，满足合成催化剂对原料气纯度的要求。

A.10ppmB.100ppmC.0.1%D.1%

答案：A。发生急性氨中毒时，下列应急处置措施错误的是（）。A.对呼吸困难者给予输氧B.皮肤接触液氨时立即用大量流动清水冲洗至少15分钟C.眼睛接触液氨时立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水冲洗至少15分钟D.对呼吸心跳停止的人员，立即在泄漏污染区原地实施心肺复苏答案：D。解析：中毒人员需第一时间转移至上风向空气新鲜的安全区域再实施急救，防止施救人员吸入氨气造成次生中毒。离心式原料气压缩机发生喘振的根本原因是（）。A.入口气体流量过低，低于压缩机喘振流量阈值B.出口压力过低C.入口气体温度过低D.压缩机转速过高答案：A。苯菲尔法脱碳溶液中，作为活化剂提高二氧化碳吸收速率的组分是（）。A.碳酸钾B.二乙醇胺（DEA）C.偏钒酸钾D.有机硅消泡剂答案：B。解析：碳酸钾为基础吸收剂，偏钒酸钾为缓蚀剂，消泡剂用于抑制溶液起泡拦液。下列物质中，不会造成铁基氨合成催化剂永久性中毒的是（）。A.硫化氢B.砷化氢C.二氧化碳D.磷化氢答案：C。解析：二氧化碳为暂时性毒物，经还原、升温操作后催化剂活性可恢复，硫、磷、砷的化合物会与活性铁生成稳定化合物，造成不可逆中毒。合成氨装置蒸汽自给的核心设备是（），可回收变换气、合成气的高位余热生产高压蒸汽，驱动汽轮机带动压缩机运行，大幅降低装置电耗。A.合成塔B.废热锅炉C.氨冷器D.铜洗塔答案：B。液氮洗精炼工艺适用于大型煤制合成氨装置，通常与低温甲醇洗配套，下列关于液氮洗工艺的说法错误的是（）。A.属于物理吸收过程，利用低温液氮对CO、$\ce{CH_{4}}$的高溶解度脱除杂质B.可配入适量液氮调整原料气氢氮比C.操作温度通常在-190℃左右D.操作过程中需消耗大量蒸汽再生吸收剂

答案：D。解析：液氮洗无需吸收剂再生，分离出的杂质气可作为燃料气回收，能耗远低于湿法精炼工艺。铜洗工序正常操作压力通常为12~15MPa，铜液吸收CO的能力随温度升高而（），因此需严格控制铜液温度在38~42℃区间。A.升高B.降低C.不变D.无规律变化答案：B。解析：铜液吸收CO为放热反应，温度过高会降低CO溶解度，导致精炼气CO含量超标。合成氨生产中，合成塔入口氨含量升高会导致（）。A.氨净值升高B.合成反应速率下降C.平衡氨浓度升高D.系统压力下降答案：B。解析：入口氨含量升高会降低反应推动力，导致反应速率下降、氨净值降低、系统压力升高。固定层间歇气化制气过程中，二次上吹阶段的主要目的是（）。A.提高炉温B.置换炉底残留的水煤气，防止下吹阶段空气进入引发爆炸C.提高半水煤气中氢气含量D.降低炉内温度答案：B。氨的常压沸点为-33.4℃，当液氨泄漏到大气中时，会迅速蒸发吸热，可造成接触人员（）。A.化学灼伤B.冻伤C.烫伤D.电击伤答案：B。合成塔催化剂床层设置冷激气的主要作用是（）。A.提高氢氮比B.调节床层温度，维持反应在最适宜温度区间C.降低入口氨含量D.提高系统压力答案：B。下列联锁触发条件中，不会引发合成装置紧急停车的是（）。A.循环压缩机突然停运B.合成塔床层温度超高高限C.废热锅炉液位低低限D.液氨储罐液位高报答案：D。解析：液氨储罐液位高报为提示性报警，仅需开启转液阀将液氨倒至备用罐，无需触发全系统停车。变换工序设置饱和热水塔的主要目的是（）。A.回收变换气的余热，提高半水煤气的温度和饱和度，减少外加蒸汽消耗B.脱除变换气中的硫化氢C.降低变换气温度D.分离变换气中的冷凝水答案：A。脱硫工序中，脱硫液再生塔通入空气的主要目的是（）。A.氧化被还原的脱硫液活性组分，同时浮选分离单质硫B.降低脱硫液温度C.提高脱硫液的氧气含量D.稀释脱硫液中的硫化氢答案：A。合成回路中循环压缩机的主要作用是（）。A.将新鲜原料气加压至合成压力B.克服循环回路的阻力损失，推动气体在回路中循环C.将液氨加压输送至储罐D.压缩惰性气实现排放答案：B。液氨球罐区应设置（）型气体检测报警器，报警器安装高度应低于释放源0.3~0.6m，因为氨气密度比空气略小，易向上扩散。A.有毒气体B.可燃气体C.氧气D.二氧化碳答案：A。解析：氨属于有毒可燃气体，职业接触限值低，在生产装置区应优先设置有毒气体检测报警器。铁基合成催化剂还原过程中，核心控制指标是（），防止浓度过高导致催化剂反复氧化，降低机械强度和活性。A.氢气浓度B.循环气中水汽浓度C.氮气浓度D.甲烷浓度答案：B。合成氨生产中，新鲜原料气中的氧含量需严格控制在（）以下，防止氧进入合成塔造成催化剂氧化超温。A.0.5%B.0.1%C.5%D.10%

答案：A。下列关于合成氨生产中氢氮比失调的影响，说法正确的是（）。A.氢氮比过高或过低都会导致合成反应速率下降、系统压力升高B.氢氮比越高，反应速率越快C.氢氮比越低，平衡氨浓度越高D.氢氮比失调不会影响催化剂活性答案：A。铜洗工序出现铜液带液事故时，铜液会随高压气体进入合成塔，会造成（）。A.合成催化剂暂时中毒B.合成催化剂永久中毒、内件堵塞C.合成塔压力下降D.氨净值升高答案：B。解析：铜液中含有铜、醋酸、氨等组分，进入合成塔会覆盖催化剂活性中心，造成永久性失活，还会堵塞内件通道导致系统阻力升高。脱碳工序出现溶液起泡拦液时，会造成（）。A.吸收塔阻力快速升高，气体带液进入后续工序B.脱碳效率提升C.溶液再生效果变好D.系统压力下降答案：A。夏季高温时段，液氨储罐需开启喷淋水降温，控制储罐内压力不超过设计压力，其原因是（）。A.温度升高液氨饱和蒸气压升高，易造成超压B.高温会导致液氨发生化学反应C.降温可提高液氨纯度D.降温可减少氨的溶解度答案：A。合成氨生产中，惰性气排放时有效气损失最小的位置是（）。A.合成塔入口B.氨分离器出口C.废热锅炉出口D.水冷器入口答案：B。解析：氨分离器出口位置的循环气经氨冷凝分离后，惰性气浓度最高，此时排放惰性气可减少氢气、氮气的损失。三、多项选择题（共20题，每题1.5分，总计30分。每题有2个及以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）合成氨生产可采用的原料路线包括（）。A.固体原料：无烟煤、烟煤、焦炭B.气体原料：天然气、焦炉气、页岩气C.液体原料：重油、石脑油D.金属原料：铁、铜答案：ABC。合成氨生产过程中存在的主要危险有害因素包括（）。A.燃爆风险：氢气、一氧化碳、甲烷、氨气均为可燃气体，泄漏后易形成爆炸性混合物B.中毒风险：一氧化碳、硫化氢为高毒物质，氨气具有强刺激性，易造成急性中毒C.高温高压风险：多工序操作压力超过10MPa，反应温度超过300℃，易发生灼烫、设备超压爆炸D.机械伤害、噪声风险：压缩机、泵等转动设备易造成机械伤害，高压气体节流、设备运行产生的噪声易造成听力损伤答案：ABCD。下列关于氨合成反应影响因素的说法，正确的有（）。A.提高操作压力可提升平衡氨浓度、加快反应速率B.反应存在最适宜温度，在催化剂活性区间内，最适宜温度随气相氨含量升高而降低C.氢氮比严格控制在3:1时反应速率最快D.合成塔入口氨含量越低，反应净速率越高，氨净值越大答案：ABD。解析：氢氮比在2.5~2.9区间时铁基催化剂上的合成反应速率最快，3:1为反应计量比，此时平衡氨浓度最高，但反应速率并非最优。固定层间歇气化法制半水煤气的工艺阶段包括（）。A.吹风阶段B.上吹制气阶段C.下吹制气阶段D.二次上吹、空气吹净阶段答案：ABCD。湿法脱硫工艺的特点包括（）。A.脱硫容量大，适用于高硫含量原料气的粗脱硫B.脱硫液可再生循环使用，副产硫磺，运行成本低C.脱硫精度极高，可直接将总硫脱至0.1ppm以下D.可连续操作，适配大规模生产装置答案：ABD。解析：湿法脱硫为粗脱硫工艺，出口硫化氢通常在10~100ppm，需搭配干法精脱硫才能满足后续催化剂要求。铁基氨合成催化剂的活性影响因素包括（）。A.操作温度B.原料气中毒物含量C.氢氮比D.操作压力答案：ABCD。液氨泄漏事故的正确处置措施包括（）。A.救援人员佩戴正压式空气呼吸器、穿防静电防化服，从上风向开展处置B.启动事故喷淋系统，利用雾状水吸收氨气，控制扩散范围C.切断泄漏点上下游阀门，有条件时将罐内液氨倒至备用储罐D.下风向设置警戒区，严禁无关人员进入，区域内严禁明火、启停非防爆电器答案：ABCD。原料气脱碳工艺中，属于物理吸收法的有（）。A.低温甲醇洗法B.聚乙二醇二甲醚法（NHD法）C.苯菲尔热钾碱法D.MDEA法答案：AB。解析：苯菲尔法、MDEA法属于化学吸收法。合成氨装置压缩工序的防喘振措施包括（）。A.设置防喘振回流回路，保证入口流量不低于喘振阈值B.开停机过程中严格遵循升压、升速操作曲线C.稳定入口气体压力和温度，避免流量大幅波动D.尽量降低出口压力运行答案：ABC。造成合成催化剂床层温度下降的原因可能有（）。A.新鲜气氢氮比失调B.入口氨含量升高C.原料气中微量CO、$\ce{CO_{2}}$含量升高（暂时性中毒）D.循环量过大

答案：ABCD。铜洗工序铜比异常升高的原因可能有（）。A.再生塔空气加入量不足，二价铜还原过度B.铜液中总铜含量过高C.铜液温度过高D.原料气中一氧化碳含量过高，一价铜生成量增加答案：AD。变换工序催化剂床层超温的原因可能有（）。A.半水煤气中氧含量突然升高B.蒸汽加入量不足C.入口气体温度过高D.负荷突然大幅增加答案：AC。下列关于液氨储存的安全要求，说法正确的有（）。A.储罐安全阀出口需接至安全高度，泄放的氨气需用水吸收B.储罐区需设置应急收集池，收集泄漏的液氨和喷淋废水，防止流入外环境C.充装时采用万向节管道充装，严禁使用软管充装D.液氨储罐可埋地设置，无需防雷防静电接地答案：ABC。解析：液氨储罐需按一类防雷要求设置防雷防静电接地装置。合成塔内件的组成部分包括（）。A.催化剂筐B.热交换器C.冷激/冷管分布系统D.高压外筒答案：ABC。解析：高压外筒不属于内件范畴。造成合成系统压力升高的原因有（）。A.氢氮比失调，反应效率下降B.催化剂活性下降，氨净值降低C.惰性气含量过高D.氨冷温度升高，入口氨含量升高答案：ABCD。甲烷化工序超温的原因可能有（）。A.原料气中CO、$\ce{CO_{2}}$含量突然升高B.入口气体温度过高C.原料气中氧含量升高D.空速过大

答案：ABC。合成氨生产中，设置余热回收的节点包括（）。A.固定层气化吹风气余热回收B.变换气余热回收C.合成塔出口气余热回收D.氨冷器冷量回收答案：ABC。关于合成氨装置开停车操作，下列说法正确的有（）。A.开车升温过程中需严格控制升温速率，防止设备、催化剂因热应力损坏B.停车卸压时需控制卸压速率，防止催化剂颗粒破碎C.系统检修前需用氮气置换合格，可燃气体、有毒气体含量满足受限空间作业要求D.紧急停车后可直接快速卸压，无需控制速率答案：ABC。脱硫液再生效率下降的原因可能有（）。A.再生塔空气量不足B.脱硫液温度异常C.脱硫液中活性组分浓度过低D.脱硫液中悬浮硫含量过高答案：ABCD。氨合成催化剂还原结束的判定指标包括（）。A.催化剂床层温度达到设计最高还原温度B.连续8小时出水速率低于0.2kg/h·t催化剂C.循环气中水汽浓度连续低于0.1g/m³D.系统压力不再下降答案：ABC。四、案例分析题（共2题，每题10分，总计20分）案例1某以无烟煤为原料的18万吨/年合成氨装置，某日铜洗工段操作工发现铜洗塔出口精炼气中CO含量持续升高，从正常的5ppm升至85ppm，铜液温度升至47℃（正常控制范围38~42℃），铜比从正常的6.2升至8.7，铜液泵出口压力从12MPa升至13.2MPa，后续合成催化剂床层第一点温度30分钟内上涨4℃，现场巡检发现铜洗塔底部排液阀有金属铜沉淀堵塞迹象。请回答以下问题：分析该工况下铜洗工序的工艺异常原因。（4分）简述应采取的应急处置措施。（3分）说明异常未及时处置可能引发的安全及工艺风险。（3分）参考答案：异常原因：①铜液再生过程中空气加入量不足，导致铜比异常升高，过量一价铜析出金属铜沉淀，堵塞塔内填料和管道，增大系统阻力，同时降低了铜液有效吸收组分浓度；②铜液冷却器换热效率下降，冷却水量不足导致铜液温度超标，降低了铜液吸收CO的能力；③铜液循环量不足，无法满足高负荷下CO吸收要求；④铜液再生效果差，溶液中残余CO含量过高，吸收推动力下降。处置措施：①适当开大再生塔空气进气阀，提高再生空气量，将铜比逐步降至5~7的正常区间；②加大铜液冷却器冷却水量，清理冷却器水垢，将铜液温度降至正常范围；③适当提高铜液循环量，补充新鲜铜液提升总铜浓度；④若铜洗塔出口CO含量持续超标，立即降低系统生产负荷，必要时切断合成回路新鲜气，防止不合格气进入合成塔；⑤密切监控合成塔