合成氨生產(chǎn)工技能鑒定理論考試題庫資料(含答案)一、選擇題（每題2分，共40分）1.合成氨生產(chǎn)中，原料氣的主要成分是（）A.H?、N?、CO?B.H?、N?、CH?C.H?、N?、COD.H?、O?、N?答案：C解析：合成氨的原料氣主要通過煤、天然氣等原料造氣獲得，主要成分為氫氣（H?）和氮?dú)猓∟?），同時(shí)可能含有少量一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）等雜質(zhì)，需經(jīng)凈化處理后使用。2.合成氨反應(yīng)的主反應(yīng)方程式為（）A.N?+3H??2NH?（催化劑，高溫高壓）B.N?+2H??2NH?（催化劑，常溫）C.2N?+3H??2NH?（催化劑，低壓）D.N?+4H??2NH?+H?（催化劑，高溫）答案：A解析：合成氨的核心反應(yīng)是氮?dú)馀c氫氣在鐵基催化劑作用下，于高溫（450-550℃）、高壓（15-30MPa）條件下生成氨，反應(yīng)式為N?+3H??2NH?（ΔH＜0，放熱反應(yīng)）。3.合成氨工藝中，變換工序的主要目的是（）A.將CO轉(zhuǎn)化為CO?并生成H?B.將H?S轉(zhuǎn)化為S單質(zhì)C.將CH?轉(zhuǎn)化為CO和H?D.將N?分離提純答案：A解析：造氣工序產(chǎn)生的原料氣中含有CO（約12-30%），CO會使合成催化劑中毒，因此需通過變換反應(yīng)（CO+H?O?CO?+H?）將CO轉(zhuǎn)化為CO?并生成更多H?，提高原料氣中H?的比例。4.合成塔入口氣體中，H?與N?的摩爾比應(yīng)控制在（）A.1:1B.2:1C.3:1D.4:1答案：C解析：根據(jù)合成氨反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比（N?:H?=1:3），為提高反應(yīng)效率，實(shí)際生產(chǎn)中通常控制H?:N?≈3:1，偏離此比例會降低催化劑活性和氨合成率。5.合成氨催化劑（鐵基）的活性成分是（）A.Fe?O?B.α-FeC.Fe?O?D.FeO答案：B解析：鐵基催化劑的主要成分為Fe?O?（磁鐵礦），經(jīng)還原（用H?或原料氣）后生成活性組分α-Fe（金屬鐵），其表面吸附N?和H?分子，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。6.下列不屬于合成氨工藝中氣體凈化步驟的是（）A.脫硫B.脫碳C.脫氧D.脫砷答案：C解析：原料氣凈化包括脫硫（脫除H?S等硫化物，防止催化劑中毒）、脫碳（脫除CO?，避免與氨反應(yīng)生成氨基甲酸銨堵塞管道）、變換（處理CO）及精制（如甲烷化法脫除殘余CO、CO?），脫氧非常規(guī)步驟。7.合成塔操作中，床層溫度過高的主要危害是（）A.氨分解加劇，合成率下降B.催化劑燒結(jié)失活C.系統(tǒng)壓力急劇升高D.循環(huán)氣流量減少答案：B解析：合成塔床層溫度過高（超過550℃）會導(dǎo)致催化劑表面活性組分α-Fe晶粒長大（燒結(jié)），比表面積減小，活性降低；同時(shí)高溫會加劇氨的分解（NH???N?+3/2H?），但主要危害是催化劑失活。8.往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)生“喘振”的主要原因是（）A.入口流量低于最小允許值B.出口壓力過低C.潤滑油溫度過高D.氣缸間隙過大答案：A解析：喘振是離心式壓縮機(jī)的典型故障，往復(fù)式壓縮機(jī)一般不會發(fā)生喘振；若題目泛指壓縮機(jī)，喘振的根本原因是流量低于臨界值，導(dǎo)致氣流周期性倒流，引起機(jī)身振動。9.液氨貯罐的安全液位應(yīng)控制在（）A.50%-70%B.70%-85%C.85%-95%D.95%以上答案：B解析：液氨貯罐需預(yù)留氣相空間以緩沖溫度變化引起的壓力波動，通常安全液位控制在70%-85%，避免滿罐導(dǎo)致超壓。10.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)閉合成塔進(jìn)出口閥C.開啟系統(tǒng)泄壓閥D.啟動氨壓縮機(jī)卸載答案：A解析：緊急停車的核心是切斷危險(xiǎn)源，因此首先應(yīng)切斷原料氣（H?、N?）供應(yīng)，防止可燃?xì)怏w繼續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)，降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。11.下列氣體中，不屬于合成氨工藝可燃?xì)怏w的是（）A.H?B.CH?C.NH?D.N?答案：D解析：N?（氮?dú)猓┦嵌栊詺怏w，不可燃；H?（爆炸極限4%-75%）、CH?（5%-15%）、NH?（15%-28%）均為可燃或易爆氣體。12.變換催化劑（如鈷鉬系）失活的主要原因是（）A.溫度過低B.水蒸汽量過大C.硫含量不足D.床層積碳答案：C解析：鈷鉬系變換催化劑為耐硫催化劑，需在原料氣中保持一定濃度的H?S（通常0.1-0.5g/m3）以維持活性，硫含量過低會導(dǎo)致催化劑被還原為金屬態(tài)而失活。13.合成氨系統(tǒng)循環(huán)氣中CH?含量過高的主要影響是（）A.增加壓縮機(jī)功耗B.降低H?、N?分壓C.導(dǎo)致催化劑中毒D.以上都是答案：D解析：CH?是惰性氣體，不參與反應(yīng)，其含量過高會稀釋H?、N?（降低分壓，抑制合成反應(yīng)），同時(shí)增加循環(huán)氣總量，導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗上升；此外，高濃度CH?可能在系統(tǒng)中積累，若遇火源易引發(fā)爆炸。14.液氨的臨界溫度約為（）A.132.4℃B.232.4℃C.332.4℃D.432.4℃答案：A解析：液氨的臨界溫度為132.4℃，超過此溫度時(shí)，無論壓力多大，液氨均無法保持液態(tài)，因此貯罐需控制溫度低于臨界溫度。15.合成塔內(nèi)件中，用于回收反應(yīng)熱的設(shè)備是（）A.熱交換器B.電加熱器C.催化劑筐D.測溫套管答案：A解析：合成塔內(nèi)通常設(shè)有熱交換器（如層間換熱器），利用反應(yīng)放熱（合成氨為放熱反應(yīng)）加熱入口氣體，提高能量利用率，降低能耗。16.下列不屬于合成氨工藝指標(biāo)的是（）A.入塔氣氨含量≤0.5%B.循環(huán)氣H?:N?=3:1±0.1C.新鮮氣CO+CO?≤10ppmD.鍋爐給水pH值≥9答案：D解析：鍋爐給水pH值屬于公用工程指標(biāo)，合成氨工藝指標(biāo)主要涉及氣體成分（如入塔氣氨含量、CO+CO?殘留量）、比例（H?:N?）、壓力（系統(tǒng)壓力）、溫度（床層溫度）等。17.氨冷器操作中，液氨蒸發(fā)溫度過低的主要原因是（）A.液氨入口壓力過高B.循環(huán)氣流量過大C.液氨液位過低D.循環(huán)氣中氨含量過高答案：C解析：氨冷器通過液氨蒸發(fā)吸收熱量，若液位過低，液氨蒸發(fā)空間不足，蒸發(fā)溫度（對應(yīng)壓力）降低，可能導(dǎo)致管道結(jié)霜甚至凍堵。18.合成氨催化劑還原時(shí)，控制出水速率的主要目的是（）A.防止催化劑床層溫度驟降B.避免催化劑過度還原C.防止水汽在床層冷凝D.以上都是答案：D解析：催化劑還原反應(yīng)為Fe?O?+4H?=3Fe+4H?O（放熱），若出水速率過快，會導(dǎo)致床層溫度波動（水汽帶走熱量）、未還原的Fe?O?遇水冷凝（影響還原均勻性），甚至因還原過度（生成FeO）降低活性。19.下列關(guān)于合成氨系統(tǒng)壓力的說法，錯誤的是（）A.系統(tǒng)壓力越高，氨合成率越高B.壓力過高會增加設(shè)備投資和能耗C.低壓法（10-15MPa）適用于小型裝置D.高壓法（30MPa以上）氨凈值更高答案：A解析：合成氨為體積縮小的反應(yīng)（1體積N?+3體積H?→2體積NH?），提高壓力可提高平衡氨含量，但受催化劑活性和設(shè)備限制，壓力并非越高越好；實(shí)際生產(chǎn)中需綜合考慮能耗、設(shè)備成本，通常采用中壓法（15-30MPa）。20.發(fā)生液氨泄漏時(shí)，應(yīng)急處理錯誤的是（）A.佩戴正壓式空氣呼吸器進(jìn)入現(xiàn)場B.用大量水稀釋泄漏的液氨C.向上風(fēng)方向撤離D.立即啟動現(xiàn)場通風(fēng)機(jī)答案：D解析：液氨泄漏時(shí)，啟動通風(fēng)機(jī)可能加速氨氣擴(kuò)散，擴(kuò)大污染范圍；正確做法是關(guān)閉泄漏源，用噴霧水稀釋、吸收氨氣，人員向上風(fēng)或側(cè)上風(fēng)方向撤離。二、判斷題（每題1分，共10分）1.合成氨反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此需要持續(xù)加熱維持溫度。（）答案：×解析：合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)（ΔH=-92.4kJ/mol），反應(yīng)初期需加熱至催化劑活性溫度（約400℃），反應(yīng)啟動后可通過自身放熱維持溫度。2.原料氣中H?S含量越高，對變換催化劑（鈷鉬系）活性越有利。（）答案：×解析：鈷鉬系催化劑需一定濃度的H?S（0.1-0.5g/m3）維持活性，但H?S過高會導(dǎo)致后續(xù)脫硫工序負(fù)荷增加，且可能與設(shè)備反應(yīng)生成硫化物堵塞管道。3.合成塔入口氨含量過高會降低氨合成率。（）答案：√解析：入口氨含量高會使反應(yīng)平衡向逆方向移動（NH?分解），同時(shí)降低H?、N?的有效分壓，導(dǎo)致合成率下降。4.往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣量與轉(zhuǎn)速成正比。（）答案：√解析：往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣量主要取決于活塞行程、氣缸截面積和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)吸入氣體量越多（忽略泄漏）。5.液氨貯罐的安全閥應(yīng)安裝在氣相空間。（）答案：√解析：安全閥需直接連接到貯罐氣相空間，以快速釋放超壓氣體；若安裝在液相管線上，可能因液氨汽化導(dǎo)致起跳延遲。6.合成氨系統(tǒng)中，循環(huán)氣的作用是提高原料氣利用率。（）答案：√解析：合成反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率僅10%-20%，未反應(yīng)的H?、N?通過循環(huán)氣返回合成塔，提高總利用率（可達(dá)95%以上）。7.催化劑筐裝填催化劑時(shí)，應(yīng)分層裝填并壓實(shí)，避免床層塌陷。（）答案：√解析：催化劑裝填需均勻、密實(shí)，避免因床層空隙率不均導(dǎo)致氣流偏流（局部溫度過高或過低），同時(shí)防止催化劑顆粒因振動相互摩擦破碎。8.氨冷器中，液氨蒸發(fā)壓力越高，蒸發(fā)溫度越低。（）答案：×解析：液氨的蒸發(fā)溫度與壓力成正比（壓力升高，沸點(diǎn)升高），如常壓下液氨沸點(diǎn)為-33.5℃，壓力0.5MPa時(shí)沸點(diǎn)約為10℃。9.合成氨系統(tǒng)緊急停車后，需對合成塔進(jìn)行惰性氣體置換，防止空氣進(jìn)入。（）答案：√解析：停車后系統(tǒng)內(nèi)殘留H?、N?等可燃?xì)怏w，若空氣（O?）進(jìn)入，可能形成爆炸性混合物（H?爆炸極限4%-75%），因此需用N?等惰性氣體置換至O?含量＜0.5%。10.尿素生產(chǎn)是合成氨的主要下游工藝之一。（）答案：√解析：合成氨的主要用途包括生產(chǎn)尿素（NH?+CO?→尿素）、硝酸、銨鹽等，其中尿素占比約60%。三、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述合成氨工藝中“造氣-凈化-合成”三大工序的主要任務(wù)。答案：（1）造氣工序：以煤、天然氣或重油為原料，通過氣化反應(yīng)（如煤氣化：C+H?O→CO+H?）生成含H?、N?、CO、CO?、H?S等的粗原料氣；（2）凈化工序：脫除粗原料氣中的雜質(zhì)（如脫硫脫除H?S，變換將CO轉(zhuǎn)化為CO?并生成H?，脫碳脫除CO?，精制脫除殘余CO、CO?），獲得H?:N?≈3:1的純凈原料氣；（3）合成工序：在高溫（450-550℃）、高壓（15-30MPa）和鐵基催化劑作用下，將H?、N?合成為NH?，經(jīng)分離得到液氨產(chǎn)品。2.分析合成塔床層溫度波動的可能原因及處理措施。答案：可能原因：（1）入塔氣流量或成分波動（如H?:N?偏離3:1，入口氨含量過高）；（2）循環(huán)氣中惰性氣體（CH?、Ar）含量變化，影響反應(yīng)熱釋放；（3）催化劑活性下降（燒結(jié)或中毒），反應(yīng)速率降低；（4）熱交換器故障（如內(nèi)漏或結(jié)垢），熱量回收異常；（5）儀表或DCS控制系統(tǒng)故障，導(dǎo)致溫度顯示/調(diào)節(jié)偏差。處理措施：（1）穩(wěn)定入塔氣流量和成分（調(diào)整新鮮氣補(bǔ)充量，控制循環(huán)氣排放）；（2）定期排放循環(huán)氣，維持惰性氣體含量（如CH?≤15%）；（3）若催化劑失活，需停車更換或再生；（4）檢查熱交換器運(yùn)行狀態(tài)，清理結(jié)垢或修復(fù)內(nèi)漏；（5）校驗(yàn)儀表，恢復(fù)控制系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)功能。3.說明往復(fù)式壓縮機(jī)“十字頭”的作用及常見故障。答案：作用：十字頭是連接活塞桿與連桿的部件，將連桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為活塞桿的往復(fù)直線運(yùn)動，同時(shí)承受氣缸內(nèi)氣體壓力產(chǎn)生的側(cè)向力，保證活塞桿沿直線運(yùn)動。常見故障：（1）十字頭銷磨損：因潤滑不足或載荷過大，導(dǎo)致銷與襯套間隙增大，運(yùn)行時(shí)發(fā)出異響；（2）十字頭滑道磨損：滑道表面拉傷或過度磨損，造成活塞桿偏斜，密封件損壞；（3）十字頭螺栓松動：導(dǎo)致連接部位振動加劇，甚至斷裂引發(fā)停機(jī)；（4）潤滑油中斷：引起摩擦副過熱，嚴(yán)重時(shí)燒瓦（襯套熔化）。4.簡述合成氨催化劑（鐵基）的還原過程及關(guān)鍵控制參數(shù)。答案：還原過程：催化劑初始狀態(tài)為Fe?O?（氧化態(tài)），需通入H?或原料氣（H?+N?）進(jìn)行還原，反應(yīng)式為Fe?O?+4H?=3Fe（α-Fe）+4H?O（放熱）。還原分為升溫期（室溫→300℃，用N?升溫）、還原初期（300-400℃，低H?濃度還原）、還原主期（400-500℃，H?濃度逐步提高）、還原末期（500-550℃，恒溫至出水速率＜0.5kg/h·m3催化劑）。關(guān)鍵控制參數(shù)：（1）溫度：分段控制，避免局部超溫（＞550℃）導(dǎo)致催化劑燒結(jié)；（2）H?濃度：初期＜20%，主期逐步提高至80%以上，防止還原過快；（3）空速：控制在3000-5000h?1，保證熱量和水汽及時(shí)帶走；（4）出水速率：主期出水速率≤15kg/h·m3催化劑，末期≤0.5kg/h·m3，確保還原徹底且均勻。5.列舉合成氨系統(tǒng)中易發(fā)生泄漏的部位及防范措施。答案：易泄漏部位：（1）法蘭連接面（如合成塔進(jìn)出口法蘭、管道法蘭）；（2）閥門填料函（截止閥、球閥等動密封點(diǎn)）；（3）設(shè)備焊縫（如氨冷器、貯罐的焊接部位）；（4）壓縮機(jī)填料密封（活塞桿與氣缸之間的動密封）；（5）儀表引壓管接頭（溫度、壓力測點(diǎn)）。防范措施：（1）選用符合壓力等級的法蘭（如WN對焊法蘭）和密封墊片（金屬纏繞墊或八角墊），螺栓按力矩要求緊固；（2）定期更換閥門填料（如柔性石墨填料），采用雙填料函結(jié)構(gòu)減少泄漏；（3）設(shè)備制造時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝（如氬弧焊打底+電弧焊蓋面），焊后進(jìn)行射線或超聲波檢測；（4）壓縮機(jī)填料函采用多級密封（如三瓣式填料環(huán)），定期檢查磨損情況并調(diào)整壓緊力；（5）儀表接頭使用卡套式連接，安裝前檢查卡套完整性，避免反復(fù)拆卸。6.分析合成氨系統(tǒng)能耗高的主要原因及節(jié)能措施。答案：主要原因：（1）造氣工序效率低（如煤氣化爐碳轉(zhuǎn)化率低，吹風(fēng)氣損失大）；（2）凈化工序能耗高（如脫碳采用熱鉀堿法，再生蒸汽消耗大）；（3）合成塔氨凈值低（受催化劑活性、操作參數(shù)影響，導(dǎo)致循環(huán)氣量大，壓縮機(jī)功耗高）；（4）余熱回收不足（如合成反應(yīng)熱未充分用于預(yù)熱原料氣或發(fā)電）；（5）設(shè)備效率低（如壓縮機(jī)內(nèi)泄漏大，電機(jī)功率因數(shù)低）。節(jié)能措施：（1）采用高效造氣技術(shù)（如航天爐粉煤氣化，碳轉(zhuǎn)化率＞98%），回收吹風(fēng)氣潛熱（設(shè)置余熱鍋爐）；（2）優(yōu)化凈化工藝（如采用低溫甲醇洗脫碳，能耗比熱鉀堿法低30%）；（3）提高合成塔氨凈值（選用高活性催化劑，優(yōu)化操作參數(shù)使氨凈值≥15%），減少循環(huán)氣量；（4）加強(qiáng)余熱回收（合成塔出口氣通過熱交換器預(yù)熱入塔氣，多余熱量用于發(fā)電或加熱脫鹽水）；（5）更新高效設(shè)備（如離心式壓縮機(jī)替代往復(fù)式，節(jié)能10%-15%；采用變頻電機(jī)調(diào)節(jié)流量）。四、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某合成氨裝置運(yùn)行中，合成塔床層溫度持續(xù)下降，同時(shí)系統(tǒng)壓力上升，循環(huán)氣流量減少。請分析可能原因及處理步驟。答案：可能原因：（1）催化劑活性下降：長期運(yùn)行后催化劑燒結(jié)或中毒（如原料氣中CO、H?O含量超標(biāo)），反應(yīng)速率降低，放熱減少，床層溫度下降；反應(yīng)不完全導(dǎo)致未反應(yīng)氣體積累，系統(tǒng)壓力上升，循環(huán)氣流量因壓縮機(jī)負(fù)荷增加而減少。（2）入塔氣成分異常：H?:N?比例偏離3:1（如N?過多），反應(yīng)速率降低；或入口氨含量過高（如氨冷器效率下降，分離效果差），抑制正向反應(yīng)，放熱減少。（3）熱交換器故障：合成塔內(nèi)熱交換器結(jié)垢或內(nèi)漏，導(dǎo)致熱量回收不足，入塔氣溫度降低，床層整體溫度下降；同時(shí)系統(tǒng)阻力增大（結(jié)垢），循環(huán)氣流量減少，壓力上升。（4）壓縮機(jī)故障：壓縮機(jī)內(nèi)泄漏或氣閥損壞，排氣量減少，循環(huán)氣流量降低，系統(tǒng)壓力因氣體積累而上升；同時(shí)入塔氣流量減少，反應(yīng)熱不足以維持床層溫度。處理步驟：（1）檢查原料氣成分：分析入塔氣H?:N?（應(yīng)3:1±0.1）、CO+CO?（≤10ppm）、入口氨含量（≤0.5%），若超標(biāo)需調(diào)整凈化工序（如增加脫碳溶液循環(huán)量降低CO?，排查氨冷器液位是否正常）。（2）檢測催化劑活性：對比相同工況下的氨凈值（正?！?2%-15%），若顯著降低（如＜10%），可能需提高床層溫度（但不超過550℃）或計(jì)劃停車更換催化劑。（3）檢查熱交換器：通過進(jìn)出口溫差判斷（正常溫差應(yīng)≥50℃），若溫差過小（如＜30℃），可能結(jié)垢，需停車清洗；若內(nèi)漏（出口氣中H?O含量升高），需檢修或更換。（4）排查壓縮機(jī)：監(jiān)聽氣缸運(yùn)行聲音（是否有漏氣聲），檢測各級排氣壓力（若某級壓力異常降低），拆檢氣閥或活塞環(huán)，更換損壞部件。（5）臨時(shí)調(diào)整操作：適當(dāng)提高循環(huán)氣流量（若壓縮機(jī)允許），或降低系統(tǒng)壓力（排放部分循環(huán)氣），維持床層溫度穩(wěn)定；同時(shí)聯(lián)系儀