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2025年合成氨工艺操作考试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1.合成氨工艺中，新鲜气经压缩后进入合成塔前需经过的关键预处理步骤是（）。

A.脱硫脱碳

B.脱氧干燥

C.甲烷化精制

D.一氧化碳变换

答案：C

解析：合成氨原料气经变换、脱硫脱碳后，仍含少量CO、CO?，需通过甲烷化精制（反应式：CO+3H?→CH?+H?O，CO?+4H?→CH?+2H?O）将其转化为甲烷，避免催化剂中毒。

2.铁基合成氨催化剂的活性组分是（）。

A.Fe?O?

B.α-Fe

C.Fe?O?

D.FeO

答案：B

解析：铁基催化剂以磁铁矿（Fe?O?）为母体，还原后生成具有活性的α-Fe，同时添加Al?O?、K?O等助催化剂提高活性和热稳定性。

3.合成塔触媒层热点温度控制范围通常为（）。

A.300-350℃

B.450-550℃

C.600-650℃

D.700-750℃

答案：B

解析：合成氨反应为放热可逆反应，温度过低反应速率慢，过高平衡转化率下降。工业上铁基催化剂最佳活性温度为450-550℃，热点温度需在此范围内调控。

4.氨合成系统压力突然升高，最可能的原因是（）。

A.循环机转速提高

B.合成塔出口氨分离器液位过低

C.新鲜气补入量增加

D.放空气量增大

答案：C

解析：系统压力由气体净积累量决定，新鲜气补入量增加会导致系统压力上升；循环机转速提高会增加循环量但不改变总压；氨分离器液位过低可能导致带液，但不直接影响压力；放空气量增大则会降低压力。

5.氨冷器操作中，气氨出口温度过低（＜-35℃）的主要危害是（）。

A.增加冷冻功耗

B.导致液氨带水

C.造成设备低温脆裂

D.降低氨分离效率

答案：C

解析：液氨蒸发温度与压力相关（如0.1MPa下沸点-33.4℃），若气氨出口温度过低，可能使设备材料（如普通碳钢）在低温下韧性下降，引发脆裂事故。

6.合成塔入口气体中，惰性气体（Ar、CH?）含量应控制在（）。

A.1%-3%

B.5%-15%

C.20%-25%

D.30%以上

答案：B

解析：惰性气体不参与反应，积累会降低氢氮分压，影响转化率。工业上通常控制在5%-15%，通过放空气系统维持平衡。

7.氢氮比（H?/N?）偏离3:1时，对合成反应的影响是（）。

A.反应速率和平衡转化率均下降

B.反应速率上升但平衡转化率下降

C.反应速率下降但平衡转化率上升

D.无显著影响

答案：A

解析：根据动力学和热力学，氢氮比为3:1时反应速率最大；偏离此比例会导致有效碰撞减少（速率下降），同时平衡常数降低（转化率下降）。

8.合成氨装置紧急停车时，首先应执行的操作是（）。

A.切断新鲜气补入

B.停止循环机

C.开启系统泄压阀

D.关闭氨冷器液氨进口阀

答案：A

解析：紧急停车时需快速切断原料输入，避免系统超压；循环机停止可能导致催化剂床层温度骤降，需在切断气源后逐步操作；泄压和关氨冷器阀为后续步骤。

9.液氨储槽的设计压力应至少为（）。

A.1.6MPa

B.2.5MPa

C.4.0MPa

D.10.0MPa

答案：C

解析：液氨在常温（25℃）下饱和蒸气压约1.0MPa，但考虑温度波动（如夏季35℃时约1.5MPa）及安全裕度，设计压力通常取4.0MPa（GB150-2011标准要求）。

10.以下哪种情况会导致合成塔催化剂永久失活？（）

A.短期超温（580℃）

B.少量水蒸汽带入

C.硫化氢（H?S）持续泄漏

D.系统短暂停车（＜2小时）

答案：C

解析：H?S会与α-Fe反应生成FeS，覆盖活性位点且无法通过还原再生，导致永久失活；超温可能烧结催化剂（可逆失活），水蒸汽可通过干燥恢复，短暂停车不会破坏结构。

二、填空题（每空1分，共20分）

1.合成氨反应方程式为：（），该反应为（）热、（）体积反应。

答案：N?+3H??2NH?（催化剂，高温高压）；放；减

2.合成塔内件按结构分为（）、（）、（）三种类型，其中（）型内件因气体分布均匀、阻力小应用最广。

答案：轴向；径向；轴径向；轴径向

3.氨分离的主要设备有（）和（），前者利用（）原理分离，后者利用（）原理分离。

答案：氨分离器；氨冷器；重力沉降；冷凝

4.循环气中氨含量过高会导致（），通常控制合