合成氨的历史和中国的现状(论文资料).docVIP

合成氨的历史和中国的现状（张子锋主编-化学工业出版） 1．合成氨的历史背景——氨气的发现! S0 q3 o, I8 v* q# y D$ E( Z0 e! r/ J0 a7 L# R, ^1727年英国的牧师、化学家S．哈尔斯(HaLes，1677～1 761)，用氯化铵与石灰的混合物在以水封闭的曲颈瓶中加热，只见水被吸入瓶中而不见气体放出。1 774年化学家普利斯德里重做此实验，采用汞代替水来密闭曲颈瓶，制得了碱空气(氨)。他还研究了氨的性! D1 [- Y* o5 K: t5 e u% T# C# u质，发现氨易溶于水、可以燃烧，还发现在该气体中通以电火花时，其容积增加很多，而且分解为两种气体：一种是可燃的氢气；另一种是不能助燃的氮气。从而证实了氨是氮和氢的化合物。其后H·戴维(Davy，1 778--1829)等化学家继续研究，进一步证实了2体积的氨通过火花放电之后，分解为1体积的氮气和3体积的氢气。! X/ i- ^( R6 R8 Q, ]. Q2 a4 k% B1 w3 B: V8 c9 t; A2．合成氨的发现. R5 L: I b! m2 o/ i1 J9 S) ]) t0 Z; n ?% W. ?1 9世纪以前，农业生产所需氮肥的来源，主要是有机物的副产物和动植物的废物，如* k0 f) `2 _: q% ]# b/ n1 D$ B+ \5 }9 B+ x3 r1 W6 u* J1 X粪便、种子饼、腐鱼、屠宰废料、腐烂动植物等。随着农业的发展和军工生产的需要，迫切要求建立规模巨大的探索性的研究。他们设想，能不能把空气中大量的氮气固定下来，而开始设计以氮和氢为原料的合成氨流程。2 h ?# q9 s3 q* V1 l6 g1 900年法国化学家勒夏特利(Henri Le ChateLier，1 850~1 936)是最先研究氢气和氮气在高压下直接合成氨的反应。很可惜，由于他所用的氢气和氮气的混合物中混进了空气，在实验过程中发生了爆炸。在没有查明发生事故的原因的情况下，就放弃了这项实验。德国化学家W·能斯特(Nernst，1864～1 941)，对于研究具有重大工艺价值的气体反应有兴趣，研究了氮、氢、氨的气体反应体系，但是由于他在计算时，用了一个错误的热力学数据，以致得出不正确的理论，因而认为研究这一反应没有前途，把研究停止了。! B! q: L9 ^1 j: r5 s0 z, P/ [4 T虽然在合成氨的研究中化学家遇到的困难不少，但是，德国的物理学家、化工专家F．哈伯(Haber，1868,---1934)和他的学生仍然坚持系统的研究。起初他们想在常温下使氮和氢反应，但没有氨气产生。又在氮、氢混合气中通以电火花，只生成了极少量的氨气，而且耗电量很大。后来才把注意力集中在高压这个问题上，他们认为高压是最有可能实现合成反应的。根据理论计算，表明让氢气和氮气在600和20MPa下进行反应，大约可能生成6％的氨气。如果在高压下将反应进行循环加工，同时还要不断地分离出生成的氨气，势必需要很有效的催化剂。为了探索有效的催化剂，他们进行了大量的实验，发现锇和铀具有良好的催化性能。如果在17．5～20MPa和500~600的条件下使用催化剂，氮、氢反应能产生高于6％的氨。 V6 l6 Z# G9 k C哈伯把他们取得的成果介绍给他的同行和巴登苯胺纯碱公司，并在他的实验室做了示范1 o5 G3 `8 @; _/ m, h表演。尽管事先对反应设备做了细致的准备工作，可是实验开始不久，有一个密封处就经受不住内部的压力，于是混合气体立即冲了出来，发出惊人的呼啸声。他们立即把损坏的地方修好，又进行了几小时的反应后，公司的经理和化工专家们亲眼看见清澈透明的液氨从分离器的旋塞里一滴滴地流出来。但是，实验开始时发生的现象确实是一个严重的警告，说明在. L4 Y1 G ~8 M7 A设计这套装置时，必须采取各种措施，以避免不幸事故发生。哈伯的那套装置，在示范表演后的第二天发生了爆炸。随后，刚刚安装好的盛有催化剂锇的圆柱装置也爆炸了。这时金属锇粉遇到空气又燃烧起来，结果，把积存备用的价值极贵的金属锇几乎全部变成了没有大用处的氧化锇。% Q/ S/ x??M, B- d3 Q% }尽管连续出现了一些爆炸事故，但巴登公司的经理布隆克和专家们还是一致认为这种合成氨方法具有很高的经济价值。于是该公司不惜耗费巨资，还投入强大的技术力量、并委任德国化学工程专家C．波施(Bosch，1874----1940)将哈伯研究的成果设计付诸生产。波施整整花了5年的时间主要做了三项工作：第一，从大量的金属和它们的化合物中筛选出合成氨反应的最适合的催化剂，在这项研究中波施和他的同事做了两万多次实验，才肯