合成氨读书笔记 - 图文

心的成果。这就是在600℃的高温、200 个大气压和锇为催化剂的条件下，能得到产率约为8％的合成氨（另说8%为理论产值，实际为6%）。8％的转化率不算高，当然会影响生产的经济效益。哈伯知道合成氨反应不可能达到象硫酸生产那么高的转化率，在硫酸生产中二氧化硫氧化反应的转化率几乎接近于100％。怎么办？哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工，并从这个循环中不断地把反应生成的氨分离出来，则这个工艺过程是可行的。于是他成功地设计了原料气的循环工艺。这就是合成氨的哈伯法。

走出实验室，进行工业化生产，仍将要付出艰辛的劳动。哈伯将他设计的工艺流程申请

了专利后，把它交给了德国当时最大的化工企业——巴登苯胺和纯碱制造公司。这个公司原

先计划采用以电弧法生产氧化氮，然后合成氨的生产方法。两相比较，公司立即取消了原先

的计划，组织了以化工专家C·博施（Carl Bosch）为首的工程技术人员将哈伯的设计付诸

实施。

首先，根据哈伯的工艺流程，他们找到了较合理的方法，生产出大量廉价的原料氮气、

氢气。通过试验，他们认识到锇虽然是非常好的催化剂，但是它难于加工，因为它与空气接

触时，易转变为挥发性的四氧化物；另外这种稀有金属在世界上的储量极少，价格极高。哈

伯建议的第二种催化剂是铀，铀不仅很贵，而且对痕量的氧和水都很敏感。为了寻找高效稳

定的催化剂，两年问，他们进行了多达6500 次试验，测试了2500 种不同的配方，最后选定

了含铅镁促进剂的铁催化剂。开发适用的高压设备也是工艺的关键。当时能受得住200 个大

气压的低碳钢，却害怕氢气的脱碳腐蚀；博施想了许多办法，最后决定在低碳钢的反应管子

里加一层熟铁的衬里，熟铁虽没有强度，却不怕氢气的腐蚀，这样总算解决了难题。

此时，德国皇帝威廉二世准备发动战争，急需大量炸药，而由氨制得的硝酸是生产炸药

的理想原料，于是巴登苯胺纯碱公司于1912 年在德国奥堡（Oppau）建成世界上第一座日

产30t合成氨的装置，1913 年9 月9 日开始运转，氨产量很快达到了设计能力。一百多年来无数科学家们合成氨的设想，终于得以实现。合成氨历经磨难，终于从实验室走向了工业化，它成了工业上实现高压催化反应的一座里程碑。由于哈伯和博施的突出贡献，他们分别获得1918、1931 年度诺贝尔化学奖金。其他国家根据德国发表的论文也进行了研究，并在哈伯-博施法的基础上作了一些改进，先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法（表1-1）。

表1-1 氨合成方法

名称 合成压力（MPa) 年份 开发国家

哈伯-博施法 20.3 1913 德国 克劳德法 100.3 1917 法国 卡塞莱法 70.9-80.1 1920 意大利 佛瑟法 30.4 1921 意大利 蒙特·赛尼斯-伍德法 10.1-15.2 1921 德国 氮气工程公司法 30.4 1921 美国 到20世纪30年代初，合成氨已经成为世界上广泛采用的制氨方法。20 世纪70 年代以来，合成氨的生产不仅促进了如高压、低温、原料气制造、气体净化、特殊金属冶炼以及催化剂研制等方面的发展，还对一些化学合成工业，如尿素、甲醇和高级醇、石油加氢精制、高压聚合等起了巨大的推动作用。

表1-2 1931～1932年度世界氨产量（以N 计）

来源 产量（kt） 比例