2025年合成氨工藝考試題庫(kù)及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20題）1.合成氨反應(yīng)的主反應(yīng)方程式為（）。A.N?+3H??2NH?（ΔH＜0）B.N?+2H??2NH?（ΔH＞0）C.N?+3H??NH?（ΔH＜0）D.2N?+3H??2NH?（ΔH＞0）答案：A2.合成氨工業(yè)中，常用的鐵基催化劑活性組分是（）。A.FeOB.Fe?O?C.α-FeD.Fe?O?答案：C3.原料氣凈化過(guò)程中，脫除CO的主要方法不包括（）。A.中溫變換B.低溫甲醇洗C.甲烷化D.液氮洗答案：D（液氮洗主要用于脫除殘留氣體，非CO主脫除方法）4.合成氨系統(tǒng)中，循環(huán)氣的氫氮比（H?/N?）最佳控制范圍是（）。A.1.5~2.0B.2.5~3.0C.3.5~4.0D.4.5~5.0答案：B5.合成塔內(nèi)件中，用于回收反應(yīng)熱預(yù)熱入塔氣的部件是（）。A.觸媒筐B(yǎng).熱交換器C.電加熱器D.分氣盒答案：B6.氨合成反應(yīng)的最適宜溫度隨轉(zhuǎn)化率升高而（）。A.升高B.降低C.不變D.先升后降答案：B（平衡溫度隨轉(zhuǎn)化率升高而降低）7.原料氣脫硫時(shí)，若采用氧化鋅法，其主要脫除的是（）。A.有機(jī)硫B.無(wú)機(jī)硫（H?S）C.硫醇D.二硫化碳答案：B8.合成氨系統(tǒng)壓力控制的關(guān)鍵設(shè)備是（）。A.壓縮機(jī)B.氨分離器C.水冷器D.循環(huán)機(jī)答案：A（壓縮機(jī)決定系統(tǒng)壓力）9.當(dāng)合成塔入口氨含量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致（）。A.反應(yīng)速率加快B.催化劑活性提高C.平衡氨含量降低D.系統(tǒng)能耗降低答案：C（入口氨含量高，抑制正向反應(yīng)）10.以下不屬于合成氨工藝節(jié)能措施的是（）。A.采用等溫合成塔B.提高循環(huán)氣流量C.回收反應(yīng)余熱發(fā)電D.優(yōu)化氫氮比控制答案：B（循環(huán)氣流量過(guò)大增加能耗）11.氨合成催化劑還原時(shí)，關(guān)鍵控制參數(shù)是（）。A.壓力B.空速C.水汽濃度D.入口溫度答案：C（水汽濃度過(guò)高會(huì)氧化催化劑）12.原料氣中CO?含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致（）。A.變換反應(yīng)速率加快B.脫碳系統(tǒng)負(fù)荷增加C.合成塔壓力降低D.氨冷器效率提高答案：B（CO?需通過(guò)脫碳工序去除）13.合成氨系統(tǒng)緊急停車時(shí)，首先應(yīng)（）。A.切斷原料氣供應(yīng)B.關(guān)閉循環(huán)機(jī)C.開(kāi)啟馳放氣閥D.降低合成塔溫度答案：A（切斷原料防止超壓）14.氨分離器的主要作用是（）。A.分離氣體中的液氨B.提高循環(huán)氣壓力C.降低氣體溫度D.凈化循環(huán)氣雜質(zhì)答案：A15.合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度升高而（）。A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：B（放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向移動(dòng)）16.以下哪種氣體屬于合成氨原料氣中的惰性氣體（）。A.CH?B.COC.CO?D.H?O答案：A（CH?不參與反應(yīng)，累積影響平衡）17.中溫變換催化劑的主要成分是（）。A.Fe-Cr系B.Cu-Zn系C.Co-Mo系D.Ni系答案：A18.合成塔操作中，控制熱點(diǎn)溫度的核心目的是（）。A.提高催化劑活性B.防止催化劑超溫?zé)Y(jié)C.增加循環(huán)氣流量D.降低系統(tǒng)壓力答案：B（熱點(diǎn)溫度過(guò)高會(huì)損壞催化劑）19.液氨儲(chǔ)存的臨界溫度約為（）。A.132.4℃B.232.4℃C.332.4℃D.432.4℃答案：A20.以下不屬于合成氨工藝“三廢”的是（）。A.馳放氣B.變換催化劑廢劑C.循環(huán)冷卻水D.脫碳貧液答案：C（循環(huán)冷卻水可重復(fù)利用，非廢棄物）二、判斷題（每題1分，共20題）1.合成氨反應(yīng)是體積增大的放熱反應(yīng)。（）答案：×（體積減小，3mol氣體提供2mol）2.原料氣中硫含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致催化劑永久中毒。（）答案：√（硫會(huì)與催化劑活性組分反應(yīng)）3.氨合成塔的操作壓力越高，平衡氨含量越低。（）答案：×（壓力升高，平衡氨含量增加）4.循環(huán)氣中惰性氣體（如Ar、CH?）含量過(guò)高會(huì)降低合成效率。（）答案：√（惰性氣體稀釋反應(yīng)物濃度）5.低溫變換催化劑（Cu-Zn系）可在高溫下長(zhǎng)期使用。（）答案：×（高溫會(huì)導(dǎo)致銅晶粒燒結(jié)失活）6.合成氨系統(tǒng)中，氨冷器的作用是降低循環(huán)氣溫度，促進(jìn)液氨分離。（）答案：√7.催化劑還原時(shí)，應(yīng)先升溫后通氫，避免水分冷凝。（）答案：×（應(yīng)先通氫置換，再升溫還原）8.氫氮比（H?/N?）偏離3:1會(huì)導(dǎo)致合成反應(yīng)速率下降。（）答案：√（最佳比例為3:1）9.合成塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少氣體流動(dòng)阻力。（）答案：√（降低阻力可減少能耗）10.原料氣中的O?會(huì)與H?反應(yīng)提供水，對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響。（）答案：×（O?可能引發(fā)爆炸，需嚴(yán)格控制）11.氨合成反應(yīng)的速率控制步驟是氮?dú)獾幕钚晕健＃ǎ┐鸢福骸蹋ǖ獨(dú)馕绞亲盥襟E）12.脫碳工序中，MDEA（甲基二乙醇胺）溶液主要用于吸收CO?。（）答案：√13.合成氨系統(tǒng)的弛放氣可回收氫氣用于其他工序。（）答案：√（弛放氣含H?、N?、CH?等，可提氫）14.催化劑裝填時(shí)，應(yīng)盡量填滿觸媒筐，避免氣體短路。（）答案：√（裝填不實(shí)會(huì)導(dǎo)致氣體走短路，降低轉(zhuǎn)化率）15.合成塔出口氨含量越高，系統(tǒng)能耗越低。（）答案：√（出口氨含量高，循環(huán)量減少，能耗降低）16.原料氣壓縮過(guò)程中，多級(jí)壓縮比單級(jí)壓縮更節(jié)能。（）答案：√（多級(jí)壓縮可中間冷卻，減少功消耗）17.液氨的密度隨溫度升高而增大。（）答案：×（溫度升高，液氨密度減?。?8.合成氨裝置的開(kāi)工步驟中，催化劑還原完成后即可直接導(dǎo)入原料氣。（）答案：×（需置換系統(tǒng)內(nèi)還原產(chǎn)生的水分和雜質(zhì)）19.當(dāng)合成塔壓差突然增大時(shí)，可能是觸媒粉化堵塞所致。（）答案：√（觸媒粉化會(huì)增加氣體流動(dòng)阻力）20.氨合成反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率隨空速增大而升高。（）答案：×（空速增大，氣體停留時(shí)間減少，轉(zhuǎn)化率降低）三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共10題）1.簡(jiǎn)述合成氨原料氣凈化的主要步驟及目的。答案：原料氣凈化包括脫硫、變換、脫碳、精制四步。脫硫（脫除H?S及有機(jī)硫，防止催化劑中毒）；變換（將CO與H?O反應(yīng)提供H?和CO?，提高H?產(chǎn)量）；脫碳（脫除CO?，避免其與氨反應(yīng)提供碳銨堵塞管道）；精制（脫除殘留的CO、CO?、O?等，防止合成催化劑中毒）。2.說(shuō)明氫氮比（H?/N?）控制為3:1的原因。答案：根據(jù)合成氨反應(yīng)方程式N?+3H??2NH?，理論上H?與N?的摩爾比為3:1時(shí)，反應(yīng)物濃度比與化學(xué)計(jì)量比一致，可使反應(yīng)速率最大；若比例偏離，會(huì)導(dǎo)致某一組分過(guò)量，降低另一組分的利用率，同時(shí)影響平衡氨含量和系統(tǒng)能耗。3.合成塔操作中，如何控制“熱點(diǎn)溫度”？答案：熱點(diǎn)溫度是合成塔內(nèi)催化劑層溫度最高的位置，控制方法包括：（1）調(diào)節(jié)循環(huán)氣流量：增加循環(huán)氣流量可帶走更多熱量，降低熱點(diǎn)溫度；（2）調(diào)節(jié)入口溫度：降低入口溫度可抑制反應(yīng)放熱；（3）調(diào)節(jié)原料氣成分：控制入口氨含量、惰性氣體含量，避免反應(yīng)過(guò)于劇烈；（4）若催化劑活性下降，需適當(dāng)提高入口溫度維持熱點(diǎn)溫度。4.簡(jiǎn)述氨合成催化劑還原的條件及注意事項(xiàng)。答案：還原條件：溫度450~500℃，壓力0.5~3.0MPa，還原氣（H?）空速5000~10000h?1。注意事項(xiàng)：（1）控制水汽濃度＜1g/m3，防止催化劑氧化；（2）逐步升溫，避免局部過(guò)熱燒結(jié)；（3）還原后期需徹底排凈水分；（4）還原結(jié)束后，用氮?dú)庵脫Q系統(tǒng)，防止空氣進(jìn)入氧化催化劑。5.合成氨系統(tǒng)壓力升高對(duì)生產(chǎn)的影響有哪些？答案：（1）有利影響：提高平衡氨含量，減少循環(huán)氣量，降低能耗；提高反應(yīng)速率，增加產(chǎn)量。（2）不利影響：設(shè)備材質(zhì)要求提高（需耐高壓），壓縮功增加；系統(tǒng)泄漏風(fēng)險(xiǎn)增大；催化劑床層阻力增大，可能導(dǎo)致觸媒粉化。6.原料氣中CO含量過(guò)高會(huì)造成什么后果？答案：（1）CO會(huì)與合成催化劑中的α-Fe反應(yīng)提供Fe(CO)?，導(dǎo)致催化劑永久中毒；（2）CO與氨反應(yīng)提供氨基甲酸銨，堵塞管道和設(shè)備；（3）CO參與副反應(yīng)（如甲烷化），消耗H?，降低原料利用率；（4）CO積累會(huì)增加系統(tǒng)爆炸風(fēng)險(xiǎn)（與H?混合遇明火爆炸）。7.合成氨裝置緊急停車的主要步驟有哪些？答案：（1）立即切斷原料氣供應(yīng)，關(guān)閉壓縮機(jī)入口閥；（2）停止循環(huán)機(jī)，關(guān)閉循環(huán)氣閥；（3）開(kāi)啟馳放氣閥，將系統(tǒng)壓力緩慢降至常壓；（4）關(guān)閉合成塔電加熱器，利用循環(huán)氣或氮?dú)饫鋮s催化劑層；（5）切斷液氨排放閥，防止氨泄漏；（6）檢查各設(shè)備溫度、壓力，確認(rèn)無(wú)異常后做好記錄。8.簡(jiǎn)述氨分離器的工作原理及操作要點(diǎn)。答案：工作原理：利用氣液密度差，通過(guò)重力沉降或離心分離，使循環(huán)氣中的液氨分離。操作要點(diǎn)：（1）控制分離器溫度（低于氨的露點(diǎn)溫度）；（2）維持適當(dāng)壓力（與系統(tǒng)壓力匹配）；（3）定期排放分離出的液氨，防止液位過(guò)高導(dǎo)致氣體帶液；（4）檢查分離器內(nèi)部件（如絲網(wǎng)除沫器）是否堵塞或損壞。9.合成氨工藝中，如何降低系統(tǒng)能耗？答案：（1）采用節(jié)能型壓縮機(jī)（如離心式壓縮機(jī)），降低壓縮功；（2）優(yōu)化熱交換網(wǎng)絡(luò)，回收反應(yīng)余熱（如預(yù)熱原料氣、發(fā)電）；（3）使用高效催化劑（如釕基催化劑），降低反應(yīng)溫度和壓力；（4）控制循環(huán)氣中惰性氣體含量（定期馳放），減少無(wú)效循環(huán)；（5）優(yōu)化氫氮比和入口氨含量，提高單程轉(zhuǎn)化率；（6）采用等溫合成塔，減少熱量損失。10.分析合成氨產(chǎn)量下降的可能原因。答案：（1）催化劑活性下降（中毒、老化、粉化）；（2）原料氣質(zhì)量差（硫、CO含量超標(biāo)，惰性氣體含量高）；（3）操作參數(shù)偏離（氫氮比不當(dāng)、熱點(diǎn)溫度過(guò)低、系統(tǒng)壓力下降）；（4）設(shè)備故障（壓縮機(jī)效率降低、氨分離器分離效果差、熱交換器結(jié)垢）；（5）循環(huán)氣流量過(guò)大（氣體停留時(shí)間短，轉(zhuǎn)化率降低）；（6）液氨排放不及時(shí)（入口氨含量升高，抑制反應(yīng)）。四、計(jì)算題（每題10分，共2題）1.某合成氨裝置入口氣體組分為：H?68%、N?22%、NH?3%、CH?+Ar7%（體積分?jǐn)?shù)），出口氣體中NH?含量為15%（體積分?jǐn)?shù)）。假設(shè)系統(tǒng)無(wú)泄漏，求單程氨合成轉(zhuǎn)化率（以N?計(jì)）。解：設(shè)入口氣體總量為100mol，則：入口N?量=22mol，H?量=68mol，NH?量=3mol，惰性氣體=7mol。反應(yīng)方程式：N?+3H??2NH?，設(shè)反應(yīng)的N?為xmol，則消耗H?3xmol，提供NH?2xmol。出口氣體總量=100-2x（每反應(yīng)1molN?，總物質(zhì)的量減少2mol）。出口NH?含量=（3+2x）/（100-2x）=15%解方程：3+2x=0.15×(100-2x)3+2x=15-0.3x2.3x=12→x≈5.217mol單程轉(zhuǎn)化率=（反應(yīng)的N?量/入口N?量）×100%=（5.217/22）×100%≈23.71%答案：約23.71%2.已知合成氨反應(yīng)的熱效應(yīng)ΔH=-92.4kJ/mol（以提供2molNH?計(jì)），某合成塔入口氣流量為50000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），入口溫度200℃，出口溫度450℃，氣體平均比熱容為30kJ/(kmol·℃)。若忽略熱損失，求反應(yīng)釋放的熱量（保留兩位小數(shù)）。解：入口氣流量=50000m3/h=50000/22.4≈2232.14kmol/h氣體溫度變化=450-200=250℃顯熱變化=2232.1