合成氨是什么时候实现工业化生产的呢?

发布网友发布时间：2022-04-25 04:16

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3.实现工业化生产

1908年，在巴登苯胺纯碱公司工作的博施，已从一个无名之辈，跻身于世界著名化学家行列。当时，他正从事氮固定法工业化的研究。当他得到哈柏氨合成成功的消息后，就在巴登苯胺纯碱公司的大力支持下，开始把哈柏氨合成法发展为工业规模生产的工作。

此时，摆在博施面前主要有两项工作：一项是制造能经受住100至200个大气压和500℃左右高温的反应容器；另一个问题是找到适于大量生产的催化剂，因为锇和铀是稀有金属，尤其是它在500℃左右时变成气体状态，容器也许会爆炸，不适于工业化生产。

制造反应容器的工作是由博施本人承担的，他领导的实验室里有上千人的庞大科研队伍，他原来又是一位金属学专家，所以，他满怀信心。寻找催化剂的任务是由米塔希承担的，他是奥斯特瓦尔德的得意学生，加上BASF公司具有在工业上利用催化剂的丰富经验，早年从萘制造合成染料靛蓝的原料时，曾使用过水银催化剂。另外，该公司高纯度的硫酸也是用铂催化剂制造的。由于有这样一些优势，在博施和米塔希的面前，合成氨的工业化变得十分可能了。

这时，博施遇到的困难是制造耐高压反应塔的进展缓慢，若是实验室用的小型的反应器还比较容易，一旦制成工业用的大型反应塔，钢壁虽然厚达3厘米，但也仅仅使用3天就破裂了。

博施查看了破片后大为吃惊，他发现：由于在100~200个大气压下，氢气渗进钢里同其中的碳化物反应，生成了甲烷气而减弱了钢的内部组织，因而发生了破裂。博施现在更加惊叹高压的可怕了。

为了防止这一现象，就应改良反应塔内壁的结构，使高压氢气在那里缓和下来，找出使它不能渗入钢内部结构的办法。首先，博施在内壁衬上铜、青铜、纯银等各种金属进行试验，但立即就变成破破烂烂了，他提议用“熟铁”衬在里面再进行实验，也没有获得成功。研制工作陷入了僵局。

1911年2月的某一个晚上，博施在俱乐部里一边喝酒一边思考着解决的办法。因为熟铁是软的，由于高压的作用而使它紧贴在内壁上，就像通过口罩的氢气仍会使反应塔的强度削弱，怎样解决这个问题呢?在去往工厂的路上，他突然领悟到一个好的办法：在反应塔的壁上钻出许多小孔，让透过熟铁而进来的氢气跑掉。为此，反应塔制成双层结构就可以了。

熟铁衬里和在钢壁上开许多小孔，这是个很好的主意，这样，从前人们难以处理的耐高温、高压的反应塔——双层反应塔终于诞生了。这个反应塔，用双壁管代替了哈柏的单壁反应器，就是一个管子套在另一个管子里面，外管用普通钢制成，内管用合金钢制成。博施通过用合金钢代替碳钢解决了高温、高压下钢材脆裂的问题，也解决了反应室不能经受这么高的压力的难题，避免了爆炸事故的发生。

“氨合成的整个发展，很大程度上是依靠这个简单的解决办法。”这是博施在20年后获得诺贝尔化学奖的受奖演说中所说的。至此，实现工业化的障碍已经全部排除了。

接着，博施又进行了大量的实验，寻找适合既经济又不对气体杂质的作用过于敏感的催化剂。此时，他的助手米塔希已进行了大量试验。米塔希认为工业用的催化剂就是铁，为此，他试验了各个地方的铁。他用比银的价钱还要贵的纯铁，搞成各种各样的混合物，一个一个地试验下去。人们有时看到，在他的实验室里，排列着25~30个可以自由取出和装进催化剂的高约503厘米的实验用高压釜。在不到半年的时间里，即到1910年1月初，米塔希和博施发现，在天然磁铁矿中掺入少量碱金属和其他金属就能得到优良的催化剂。后来，他们又发现了氧化铁与少量的氧化铝混合物更为优良。1913年，经过2万次的反复实验，博施和米塔希终于成功地改进了哈柏的高压合成氨的装置和催化方法。为此，他们对2500种样品进行了6500次试验。

在博施和米塔希寻找催化剂的同时，1911年，巴登苯胺纯碱公司正式开始在路易港郊外奥帕乌建造世界上第一座合成氨工厂。到1913年9月，博施终于建成了整个工厂，包括从制造煤气发生炉起直到从压缩机出来的成品的装运设备的连续装置。曾在哈柏实验室里看起来像玩具似的反应塔，此时已成为高达8米、甚至12米的双层反应塔。

1913年9月9日，巴登苯胺纯碱公司建成的第一个合成氨工厂开始投入生产，实现了合成氨工业化的生产，获得了年产3.6万吨硫酸铵的成果。人工合成的硫酸铵被运往期待收获的农村里，从而促进了农业的发展。由于哈柏的合成氨理论，以及博施把哈柏氨合成法发展成工业化，因此，后来把该种氨生产法称为“哈柏—博施”法。