2025年合成氨工藝筆試答案解析一、選擇題（共10題，每題2分）1.合成氨反應(yīng)的標準焓變ΔH°(298K)約為：A.-42kJ/molB.-90kJ/molC.+90kJ/molD.+42kJ/mol答案：B解析：合成氨反應(yīng)N?(g)+3H?(g)?2NH?(g)ΔH°(298K)=-90.4kJ/mol，為強放熱反應(yīng)。2.工業(yè)上合成氨常用的催化劑是：A.氧化鐵系B.銅系C.鉑系D.鎳系答案：C解析：現(xiàn)代合成氨工藝采用鐵基催化劑（含K?O、Al?O?助劑），但鉑系催化劑（含銠）活性更高。3.合成氨原料氣中氫氮比對平衡氨產(chǎn)率的影響是：A.比值越高越好B.比值越低越好C.3:1最適宜D.無影響答案：C解析：根據(jù)勒夏特列原理，H?/N?=3時平衡轉(zhuǎn)化率最高。4.合成塔操作溫度通?？刂圃?50-950℃的主要原因是：A.提高反應(yīng)速率B.防止催化劑燒結(jié)C.降低反應(yīng)焓D.提高選擇性答案：B解析：高溫可提高速率，但過高易導(dǎo)致催化劑Fe?O?還原為Fe并燒結(jié)失活。5.脫氫反應(yīng)H?O+CO→CO?+H?的標準吉布斯自由能ΔG°(298K)為：A.-41kJ/molB.+41kJ/molC.-178kJ/molD.+178kJ/mol答案：C解析：該反應(yīng)為低溫變換反應(yīng)，ΔG°(298K)=-41.2kJ/mol，實際操作需更高溫度。6.合成氨循環(huán)中壓縮工段的主要目的是：A.提高反應(yīng)平衡常數(shù)B.增大反應(yīng)速率C.提高氣體分壓D.降低反應(yīng)焓答案：C解析：根據(jù)范特霍夫方程，壓力升高有利于平衡向氨方向移動。7.原料氣脫除CO?常用的吸收劑是：A.乙醇胺B.堿性水溶液C.甲基二乙醇胺D.活性炭答案：A解析：MEA（乙醇胺）是最常用的CO?吸收劑，MDEA（甲基二乙醇胺）抗酸性更強。8.合成氨工藝中水碳比(CO/CO?)一般控制在：A.0.5-1.0B.1.5-2.5C.3.0-4.0D.5.0-6.0答案：B解析：水碳比影響變換反應(yīng)平衡，一般控制1.5-2.5使CO轉(zhuǎn)化率達99%以上。9.合成塔出口氣體中氨含量通?？刂圃冢篈.10-15%B.20-30%C.50-60%D.70-80%答案：D解析：單級催化反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率有限，通常出口氨含量70-80%。10.合成氨工藝中常用的分子篩類型是：A.3A型B.4A型C.5A型D.13X型答案：C解析：5A型分子篩可同時吸附H?O、CO?、CH?等雜質(zhì)，孔徑0.5nm。二、判斷題（共10題，每題1分）1.合成氨反應(yīng)是體積縮小的放熱反應(yīng)。答案：對解析：正向反應(yīng)Δν=-2，ΔH°<0。2.提高循環(huán)氣中的惰性氣體會降低氨的平衡產(chǎn)率。答案：對解析：惰性氣體會稀釋反應(yīng)物分壓。3.變換爐出口溫度控制在200-300℃是為了提高CO轉(zhuǎn)化率。答案：錯解析：實際控制溫度300-400℃以確保CO轉(zhuǎn)化率達99%以上。4.合成氨工藝中常用的冷卻方式是直接水冷。答案：錯解析：高溫氣體采用水-氨混合冷凝。5.合成塔催化劑需要進行定期再生。答案：對解析：積碳中毒后的催化劑需用空氣燒碳再生。6.原料氣脫除硫化物常用堿液吸收法。答案：對解析：NaOH或KOH溶液可有效脫除H?S、CS?。7.合成氨工藝中氨的分離通常采用低溫精餾。答案：對解析：利用氨與惰性氣體的沸點差異分離。8.提高合成氨反應(yīng)壓力可以提高平衡轉(zhuǎn)化率。答案：對解析：正向反應(yīng)Δν<0，壓力升高有利平衡移動。9.合成氨工藝中常用的燃料是天然氣。答案：對解析：天然氣是主流原料，提供H?和熱量。10.合成塔出口氣體中CO含量超標會導(dǎo)致后續(xù)變換爐負荷增加。答案：錯解析：CO超標會導(dǎo)致變換爐入口CO含量過高。三、簡答題（共5題，每題5分）1.簡述合成氨工藝中水碳比控制的重要性。答案：-影響變換反應(yīng)平衡，高水碳比使CO轉(zhuǎn)化率達99%以上-控制變換爐出口CO含量-避免甲烷化反應(yīng)加劇-保證后續(xù)脫碳效果2.簡述合成塔催化劑失活的主要原因及對策。答案：-失活原因：積碳、中毒（硫化物、磷化物）、燒結(jié)-對策：定期再生（空氣燒碳）、原料精煉、控制操作溫度3.簡述合成氨工藝中循環(huán)氣壓縮的作用。答案：-提高反應(yīng)總壓，促進平衡向氨方向移動-增大反應(yīng)速率-節(jié)約原料氣制備能耗4.簡述原料氣脫碳工藝的原理。答案：-利用水煤氣變換反應(yīng)：CO+H?O?CO?+H?-采用化學(xué)吸收法（如MDEA溶液）脫除CO?-控制水碳比和溫度確保CO轉(zhuǎn)化率5.簡述合成氨工藝中能量回收的意義。答案：-利用反應(yīng)熱預(yù)熱原料氣（合成塔出口氣體預(yù)熱爐管入口氣體）-減少燃料消耗-回收冷凝熱用于發(fā)電或供熱四、計算題（共3題，每題10分）1.某合成氨裝置原料氣組成為：N?75mol%,H?25mol%，總壓3.0MPa，溫度850℃。已知該條件下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)為Kp=1.2×10?3。試計算平衡時氨的摩爾分數(shù)。答案：-反應(yīng)方程：N?+3H??2NH?-初始摩爾數(shù)：N?=3,H?=1,NH?=0-平衡常數(shù)表達式：Kp=(P(NH?)/P°)2/(P(N?)/P°)(P(H?)/P°)3-總壓分壓：P(N?)=0.75×3.0=2.25MPa,P(H?)=0.25×3.0=0.75MPa-設(shè)平衡時生成xmolNH?，則：N?:3-x,H?:1-1.5x,NH?:2xKp=(2x/3.0)2/(2.25/3.0)(0.75/3.0)3=1.2×10?3解得x=0.086,氨摩爾分數(shù)=2×0.086/4=0.043（約4.3%）2.某變換爐入口氣體組成為：CO4%,CO?1%,H?O10%,N?85%，溫度500℃。已知該條件下變換反應(yīng)Kp=1.8。試計算CO的平衡轉(zhuǎn)化率。答案：-反應(yīng)方程：CO+H?O?CO?+H?-初始分壓：P(CO)=0.04×總壓,P(H?O)=0.10×總壓-設(shè)CO轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時：P(CO)=(1-α)P(CO)_0,P(H?O)=(1-α)P(H?O)_0P(CO?)=αP(CO)_0,P(H?)=αP(H?O)_0Kp=[P(CO?)/P°][P(H?)/P°]/[P(CO)/P°][P(H?O)/P°]=α2/[(1-α)2]-代入Kp=1.8解得α=0.64（64%）3.某合成氨裝置年產(chǎn)30萬噸氨，原料氫氮氣混合物流量為1200kmol/h，氫氮比3:1。試計算：(1)氨的時空收率（單位體積催化劑每小時生產(chǎn)的氨噸數(shù)）；(2)若催化劑體積為10m3，生產(chǎn)能力為200噸氨/(m3·h)，是否滿足要求。答案：(1)氨產(chǎn)量=30萬噸/年=8333.3kg/h=8333.3/17=490.5kmol/h時空收率=(490.5kmol/h)/(1200kmol/h/4)=16.4kg/(m3·h)(2)實際生產(chǎn)能力=200×16.4=3280kg/(m3·h)=3.28kg/(m3·h)結(jié)論：不滿足要求（實際僅達設(shè)計能力的1/3）五、論述題（共2題，每題15分）1.論述合成氨工藝中節(jié)能降耗的主要措施。答案：-原料制備優(yōu)化：選用低熱值天然氣替代高熱值燃料，提高H?/CO比例-能量梯級利用：合成塔出口高溫氣體預(yù)熱原料氣，余熱發(fā)電或供熱-工藝流程改進：采用雙氣化爐流程提高碳轉(zhuǎn)化率，減少燃料消耗-系統(tǒng)壓降控制：優(yōu)化壓縮機級間冷卻，降低循環(huán)氣壓縮功耗-變工況操作：根據(jù)負荷調(diào)整操作參數(shù)，避免過量壓縮2.論述合成氨工藝中原料氣凈化系統(tǒng)的重要性及主要問題。答案：-重要性：-防止催化劑中毒（硫化物、磷化物、砷化物）-確保變換爐CO轉(zhuǎn)化率（脫除CO?）-提高分離效率（脫除CH?、Ar等惰性氣體）-主要問題：-雜質(zhì)種類復(fù)雜：原料來源不同導(dǎo)致雜質(zhì)譜變化-凈化深度要求高：