合成氨考试题库及答案2025

合成氨考试题库及答案2025一、单项选择题（共20题，每题1分，总计20分）标准状态下，合成氨反应$\ce{N_{2}+3H_{2}<=>2NH_{3}}$的摩尔反应焓变为（）

A.-92.4kJ/molB.+92.4kJ/molC.-46.2kJ/molD.+46.2kJ/mol传统铁基氨合成催化剂在还原前的主组分是（）A.α-FeB.$\ce{Fe_{3}O_{4}}$C.FeOD.$\ce{Fe_{2}O_{3}}$

3.绿氨生产的核心氢源来自（）A.煤制氢B.天然气重整制氢C.可再生能源电解水制氢D.焦炉气制氢其他条件不变时，合成氨反应的平衡氨含量随压力升高的变化规律是（）A.无变化B.先升高后降低C.降低D.升高目前国内新建大型合成氨装置（年产30万吨及以上）普遍采用的合成压力等级为（）A.5~10MPaB.12~22MPaC.30~40MPaD.50~70MPa工业上氨合成工序中，氨分离最常用的方法是（）A.冷凝分离法B.水吸收法C.溶剂吸收法D.吸附分离法合成氨原料气净化中，CO变换工序的主要目的是（）A.脱除硫化物B.脱除二氧化碳C.将CO转化为$\ce{H_{2}}$和$\ce{CO_{2}}$D.脱除惰性气体

8.下列物质中，可造成铁基氨合成催化剂永久性中毒的是（）A.COB.$\ce{CO_{2}}$C.$\ce{H_{2}S}$D.$\ce{H_{2}O}$

9.氨合成塔内件的核心部件是（）A.热交换器B.催化剂筐C.电加热器D.分气盒绿氨与传统合成氨相比，最核心的竞争优势是（）A.全生命周期碳排放低B.生产成本更低C.生产工艺更简单D.产品纯度更高2025年我国合成氨行业超低排放要求中，烟气氮氧化物排放浓度限值为（）A.50mg/m³B.100mg/m³C.150mg/m³D.200mg/m³合成氨原料气精制工序中，液氮洗法的脱除原理是（）A.化学反应吸收B.低温物理吸收C.吸附分离D.膜分离氨合成反应中，入塔气体适宜的氢氮摩尔比约为（）A.1:1B.2:1C.3:1D.4:1根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2018），下列储罐区构成重大危险源的是（）（液氨密度按0.617t/m³计）

A.20m³液氨压力储罐B.5m³液氨钢瓶组C.100m³常压氮气储罐D.50m³高压氢气储罐合成氨循环气中惰性气体（$\ce{CH_{4}}$、Ar）的主要来源不包括（）

A.原料煤带入的甲烷B.造气工序副反应生成C.空分氮气带入的氩气D.氨合成反应副反应生成下列不属于工业合成氨原料路线的是（）A.天然气制合成氨B.煤制合成氨C.绿电制合成氨D.乙烯裂解制合成氨氨合成塔操作中，控制催化剂床层热点温度的主要依据是（）A.合成塔的设计压力B.催化剂的活性温度范围C.循环气流量D.氨冷却器温度合成氨生产中，循环气设置弛放气放空的主要目的是（）A.控制合成塔压力B.回收氨产品C.控制循环气中惰性气体含量D.提高反应速率根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2018），液氨的临界量为（）

A.10tB.50tC.100tD.500t2025年我国合成氨行业重点推广的低碳技术不包括（）A.绿电制氢合成氨技术B.生物质气化合成氨技术C.传统煤制氨扩能技术D.CCUS耦合合成氨技术【参考答案】1.A2.B3.C4.D5.B6.A7.C8.C9.B10.A11.A12.B13.C14.A15.D16.D17.B18.C19.A20.C二、多项选择题（共10题，每题2分，总计20分。多选、少选、错选均不得分）工业合成氨的典型生产工序包括（）A.原料气制备B.原料气净化C.氨合成D.氨分离与储存铁基氨合成催化剂的助催化剂包括（）A.$\ce{Al_{2}O_{3}}$B.$\ce{K_{2}O}$C.CaOD.$\ce{Fe_{3}O_{4}}$

3.合成氨生产中属于核心危险因素的有（）A.中毒窒息B.火灾爆炸C.液氨灼烫D.电离辐射绿氨生产的核心技术环节包括（）A.可再生能源发电B.电解水制氢C.空气分离制氮D.低压氨合成合成氨原料气净化的主要子工序包括（）A.脱硫B.变换C.脱碳D.精制影响氨合成反应平衡氨含量的因素包括（）A.温度B.压力C.氢氮比D.惰性气体含量合成氨装置节能降耗的有效措施包括（）A.优化换热网络回收余热B.采用低阻力轴径向合成塔内件C.回收弛放气中的氨和氢气D.提高原料品位降低造气能耗我国合成氨行业超低排放管控的主要污染物包括（）A.颗粒物B.二氧化硫C.氮氧化物D.氨逃逸工业氨合成塔内件的常见结构类型包括（）A.冷管式B.冷激式C.轴径向式D.列管式下列关于合成氨安全操作的说法正确的有（）A.液氨泄漏时应向上风向撤离B.合成塔开车前必须用氮气置换C.液氨钢瓶可靠近热源临时存放D.进入合成塔检修前需检测氧含量【参考答案】1.ABCD2.ABC3.ABC4.ABCD5.ABCD6.ABCD7.ABCD8.ABCD9.ABC10.ABD三、判断题（共15题，每题1分，总计15分。正确打“√”，错误打“×”）合成氨反应是一个放热、体积缩小的可逆气固相催化反应。（）铁基氨合成催化剂的活性组分是四氧化三铁。（）绿氨是指全生命周期碳排放趋近于零的合成氨产品，主要采用可再生能源电解水制氢作为氢源。（）合成氨生产中，提高反应温度既能加快反应速率，又能提高平衡氨含量。（）合成氨原料气中的CO会使合成催化剂暂时性中毒，因此必须通过精制工序脱除至ppm级。（）液氨的火灾危险性分类为乙类，其蒸气与空气混合后遇明火可发生爆炸。（）合成氨循环气中惰性气体含量越高，平衡氨含量越低，装置生产能力下降。（）合成氨生产中采用冷凝法分离氨的原理是氨的沸点高于氢和氮，加压下易被液化。（）根据2025年实施的《合成氨单位产品能源消耗限额》，新建合成氨装置只需满足能耗准入值，无需达到先进值要求。（）氨合成塔的外筒需要同时承受高温和高压，因此必须采用特殊耐热合金钢制造。（）生物质气化合成氨属于低碳合成氨技术路线，全生命周期碳排放远低于传统煤制氨。（）合成氨装置的弛放气只含少量惰性气体，可直接高空排放，无需回收处理。（）合成氨生产中，入塔氢氮摩尔比控制在3:1左右时，平衡氨含量最高。（）液氮洗工艺适用于大型合成氨装置的原料气精制，可将CO、$\ce{CO_{2}}$等杂质脱除至1ppm以下。（）2025年我国合成氨行业的发展方向包括大型化、低碳化、智能化、产品多元化。（）【参考答案】1.√2.×3.√4.×5.√6.√7.√8.√9.×10.×11.√12.×13.√14.√15.√四、简答题（共4题，每题7分，总计28分）简述传统煤制合成氨的典型工艺流程及各核心工序的主要作用。简述铁基氨合成催化剂的组成及各组分的功能。简述绿氨与传统合成氨的核心差异，以及2025年绿氨的主要商业化应用场景。简述合成氨装置液氨储罐区重大危险源的核心管控要点。【参考答案】传统煤制合成氨工艺流程分为原料气制备、原料气净化、氨合成、氨储存四大环节，各工序作用如下：（1）原料气制备（造气工序）：以煤为原料，通过气流床、流化床或固定床气化反应制取粗煤气，主要成分为$\ce{H_{2}}$、CO、$\ce{CO_{2}}$、$\ce{N_{2}}$及少量硫化物、粉尘等，为后续工序提供氢氮原料气。（1.5分）

（2）原料气净化：包含4个子工序：①脱硫：脱除粗煤气中的$\ce{H_{2}S}$和有机硫，防止后续催化剂中毒，常用湿法（栲胶法、MDEA法）、干法（氧化锌法）脱硫；②CO变换：在变换催化剂作用下，将CO与水蒸气反应生成$\ce{H_{2}}$和$\ce{CO_{2}}$，提高氢气产率并回收反应热，分为中温变换、低温变换；③脱碳：脱除变换气中的$\ce{CO_{2}}$，得到氢氮混合气，常用低温甲醇洗、NHD等物理吸收法或改良热钾碱等化学吸收法；④精制：脱除混合气中残留的微量CO、$\ce{CO_{2}}$等杂质，防止合成催化剂中毒，常用甲烷化、液氮洗工艺。（3分）

（3）氨合成：将精制氢氮混合气（氢氮比约3:1）压缩至1525MPa，在合成塔内铁基催化剂作用下，于400500℃反应生成氨；反应后气体经冷凝分离得到液氨，未反应的氢氮气循环使用，少量弛放气排出以控制惰性气体含量。（1.5分）（4）氨储存与加工：将分离得到的液氨送入压力或低温储罐储存，可直接作为产品外售，或加工为尿素、硝酸铵等下游产品。（1分）工业常用铁基氨合成催化剂以$\ce{Fe_{3}O_{4}}$为主组分，添加多种助催化剂，还原后活性组分为金属α-Fe，各组分功能如下：

（1）主组分：$\ce{Fe_{3}O_{4}}$，质量占比约90%，还原后生成具有高活性的α-Fe晶粒，是氨合成反应的活性中心，氮分子在α-Fe表面吸附、解离，逐步与氢原子反应生成氨。（2分）

（2）助催化剂：质量占比约10%，分为结构助催化剂和电子助催化剂两类：①$\ce{Al_{2}O_{3}}$：结构助催化剂，占比2%4%，与$\ce{Fe_{3}O_{4}}$形成固溶体，还原后作为骨架支撑α-Fe晶粒，防止烧结长大，提高催化剂比表面积、热稳定性和使用寿命。（1.5分）②$\ce{K_{2}O}$：电子助催化剂，占比0.5%1.5%，可降低α-Fe的电子逸出功，促进氮分子吸附和解离，提高催化剂低温活性。（1分）③CaO：助熔剂，占比1%3%，降低催化剂熔融温度，促进$\ce{Al_{2}O_{3}}$与$\ce{Fe_{3}O_{4}}$均匀混合，同时提高催化剂抗硫能力和机械强度。（1分）④MgO：占比0.5%1%，与$\ce{Al_{2}O_{3}}$协同作用，进一步提高催化剂热稳定性和抗毒能力，减缓高压下的活性衰减。（1.5分）（1）核心差异（4分）：①原料与能源基础不同：传统合成氨以煤、天然气等化石能源为原料，通过气化或重整制氢，碳排放强度高（煤制氨约1.6t$\ce{CO_{2}}$/t氨，天然气制氨约0.8t$\ce{CO_{2}}$/t氨）；绿氨以风电、光伏、水电等可再生能源发电为能源，通过电解水制氢、空分制氮，全生命周期碳排放≤0.2t$\ce{CO_{2}}$/t氨，趋近于零。

②工艺适配特性不同：传统合成氨为连续稳定生产，装置大型化，适配化石能源稳定供给；绿氨需适配可再生能源的波动性，采用柔性电解水、低压合成、储氢储氨耦合技术，可实现间歇性灵活生产。③产品定位不同：传统合成氨主要用于化肥、基础化工原料；绿氨除化工应用外，还可作为零碳能源载体，用于长周期储能、交通燃料、分布式发电等场景。（2）2025年主要应用场景（3分）：①替代传统合成氨用于高端化肥、精细化工生产，满足国内外低碳产品认证和碳边境调节机制要求；②作为可再生能源长周期储能载体，解决风电、光伏消纳问题，参与电网调峰；③作为零碳燃料，用于航运、重型卡车、备用电源等领域，替代柴油、天然气等高碳燃料；④出口欧洲、日韩等低碳要求严格的地区，获取绿氨产品溢价。液氨储罐区属于一级重大危险源，核心管控要点如下：（1）本质安全设计：储罐采用压力储罐或常压低温储罐，设置双液位计、压力变送器、温度传感器，配备安全阀、爆破片、紧急切断阀等安全附件；罐区设置防火堤、防液堤，地面做防腐防渗处理，配备事故收集池。（1.5分）（2）监测监控系统：在罐区周围设置氨气泄漏检测报警仪（安装高度距地面0.3~0.6m，报警阈值≤25ppm），与事故排风机、喷淋吸收系统联锁；配备全覆盖视频监控和重大危险源在线监测系统，数据实时接入属地应急管理平台。（1.5分）（3）安全管理：建立重大危险源专项管理制度，每3年开展一次安全评估；编制液氨泄漏专项应急预案，每半年至少组织1次实战演练；操作人员持证上岗，严格执行巡回检查制度，每年检测储罐壁厚，每2年校验一次安全附件。（1.5分）（4）应急处置：配备足够的正压式呼吸器、全封闭防毒服、堵漏工具，设置应急喷淋洗眼器；液氨泄漏时立即启动应急预案，撤离下风向人员，用雾状水稀释吸收泄漏氨气，严格控制扩散范围。（1.5分）（5）作业管控：进入罐区作业必须办理作业票，佩戴便携式氨气检测仪，执行两人同行制度；动火、受限空间等特殊作业需严格落实审批和监护要求。（1分）五、计算题（共2题，第1题8分，第2题9分，总计17分）某合成氨装置采用中压合成工艺，合成塔入口压力为20MPa，反应温度为450℃，入塔气体氢氮摩尔比为3:1，惰性气体（$\ce{CH_{4}}$、Ar）摩尔分数为2%。已知该条件下氨合成反应的平衡常数$K_{p}=6.63×10^{-3}\\ce{MPa^{-2}}$，反应式为$\ce{N_{2}+3H_{2}<=>2NH_{3}}$，忽略反应过程中惰性气体含量变化，计算该条件下的平衡氨摩尔分数（计算结果保留2位有效数字）。某煤制合成氨装置2025年年产合成氨60万吨，年生产时间8000小时。已知年消耗原料煤84万吨（收到基低位发热量22.4MJ/kg，折标系数0.764kgce/kg），燃料煤12万吨（收到基低位发热量24.0MJ/kg，折标系数0.819kgce/kg），年消耗电力10800万kWh（当年火电供电标准煤耗0.305kgce/kWh），其他能源消耗忽略不计。请计算：（1）该装置年综合能耗（吨标煤）；（2）单位产品合成氨综合能耗（kgce/t，保留整数）；（3）判断该装置是否满足GB21344-2024中煤制合成氨单位产品能耗先进值（≤1250kgce/t）的要求。【参考答案】解：设平衡时氨的摩尔分数为x，惰性气体摩尔分数yinert=2$y(\ce{N_{2}})=\frac{0.98-x}{4}$，$y(\ce{H_{2}})=\frac{3(0.98-x)}{4}$（1分）

氨合成反应平衡常数表达式为：$K_{p}=\frac{[p(\ce{NH_{3}})]^{2}}{p(\ce{N_{2}})\cdot[p(\ce{H_{2}})]^{3}}=\frac{(x\cdotP)^{2}}{y(\ce{N_{2}})\cdotP\cdot[y(\ce{H_{2}})\cdotP]^{3}}=\frac{x^{2}}{y(\ce{N_{2}