合成氨裝置設備設計人

㈠ 侯虞鈞的介紹

福建省福州市人，1941級校友。歷任浙江大學科學技術研究所副所長，國務院學位委員會第一、二屆學科評議組成員，國家教委科技委員會化工與工業化學學科組第一、二屆成員 ，國家科委化學工程學科組成員。第三、五屆全國人大代表，第七屆全國政協委員。1997年10月當選為中國科學院院士。在化工熱力學狀態方程與相平衡方面做了較系統的研究，五十年代與J.J.Martin 共同提出了一個氣體狀態方程，後被稱為馬丁--侯（MH）方程，為國內外許多專著和教科書所引用。並被國內外應用於大型合成氨裝置的設計及其他化工計算中。

㈡ 哈伯法合成氨的發明

哈伯首先進行一系列實驗，探索合成氨的最佳物理化學條件。在實驗中他所取得的某些數據與能斯特的有所不同，他並不盲從權威，而是依靠實驗來檢驗，終於證實了能斯特的計算是錯誤的。在一位來自英國的學生洛森諾的協助下，哈伯成功地設計出一套適合於高壓實驗的裝置和合成氨的工藝流程，這流程是：
在熾熱的焦炭上方吹入水蒸汽，可以獲得幾乎等體積的一氧化碳和氫氣的混和氣體。其中的一氧化碳在催化劑的作用下，進一步與水蒸汽反應，得到二氧化碳和氫氣。然後將混和氣體在一定壓力下溶於水，二氧化碳被吸收，就製得了較純凈的氫氣。
同樣將水蒸汽與適量的空氣混和通過紅熱的炭，空氣中的氧和碳便生成一氧化碳和二氧化碳而被吸收除掉，從而得到了所需要的氮氣。
氮氣和氫氣的混合氣體在高溫高壓的條件下及催化劑的作用下合成氨。但什麼樣的高溫和高壓條件為最佳？以什麼樣的催化劑為最好？這還必須花大力氣進行探索。以楔而不舍的精神，經過不斷的實驗和計算，哈伯終於在1909年取得了鼓舞人心的成果。這就是在600℃的高溫、200個大氣壓和鋨為催化劑的條件下，能得到產率約為8%的合成氨。8%的轉化率不算高，當然會影響生產的經濟效益。哈怕知道合成氨反應不可能達到象硫酸生產那麼高的轉化率，在硫酸生產中二氧化硫氧化反應的轉化率幾乎接近於100%。怎麼辦？哈伯認為若能使反應氣體在高壓下循環加工，並從這個循環中不斷地把反應生成的氨分離出來，則這個工藝過程是可行的。於是他成功地設計了原料氣的循環工藝。這就是合成氨的哈伯法。

㈢ 哈伯不懈合成氨

完成氮的固定

19世紀中期，人們對植物生長的機理已經有了一定認識，越來越認識到氮元素對於生物的重要作用。氮是一切生物蛋白質組成中不可缺少的元素，因而它在自然界中對人類以及其他生物的生存有很重要的意義。自然界中氮的總含量約佔地殼全部質量的0.04%，大部分是以游離狀態存在於大氣中，空氣中含有約78%（體積分數）的氮氣，是空氣的主要組成部分。但是，不論是人還是其他生物（少數生物除外），都不能直接從空氣中吸收這種游離狀態的氮作為養料。植物只能靠根部從土壤中吸收含氮的化合物，轉變成蛋白質；人和動物只能攝食各種植物和動物體內的蛋白質，補充需要。因此生物從自然界索取氮元素作為自身營養的問題最終歸結為植物由土壤吸收含氮化合物的問題。

土壤中含氮化合物主要來源一是動物的排泄物或動植物的遺體進入土壤後轉變形成；二是雷電促使空氣中的氮氣和氧氣化合，形成氮的氧化物，溶於雨水中落進土壤；三是某些細菌，例如與豆科植物共生的根瘤菌，吸收空氣中的氮氣而生成一些含氮的化合物。但是這些來源遠遠不能滿足大規模農業生產的需要，於是如何使大氣中游離的氮轉變成能為植物吸收的氮的化合物，也就是氮的固定，成為化學家們探索的課題。

這個課題在19世紀末首先取得突破。按發明時間先後，第一項是製取氰氨化鈣（CaNCN）。1898年，德國夏洛登堡（Charlottenburg）工業學院教授弗蘭克（Adolf Frank，1834-1916）和他的助手羅特（F．Rother）、卡羅（N．Caro）博士發現碳化鋇在氮氣中加熱後生成氰化鋇和氰氨化鋇，接著發現碳化鈣在氮氣中加熱到1000℃以上也能生成氰氨化鈣：

CaC+N2══CaNCN+C弗蘭克於1900年發現以過熱水蒸氣水解氰氨化鈣可產生氨：

CaNCN+3H2O══CaCO3+2NH3↑這樣，空氣中游離的氮被固定成氰氨化鈣和氨的含氮化合物，均可用作肥料。於是1904年在德國建立了第一個工業生產裝置，1905年義大利也建起工廠，隨後在美國、加拿大相繼建廠。到1921年，氰氨化鈣的世界產量達每年50萬噸。但是從此以後停止建造新工廠，因為由氫和氮直接合成氨的工業興起了。

第二項是氮氣和氧氣直接化合，生成氮的氧化物，溶於水後生成硝酸和亞硝酸，但也很快被合成氨的工業排擠。

第三項就是將氫氣和氮氣直接合成氨。

氨氣，又稱阿摩尼亞（ammonia）氣。這個詞來自古埃及太陽神Ammon（也拼寫成Amon或Amen）。這是由於在古埃及Ammon神殿旁堆積著朝拜人騎的駱駝排泄的糞便和剩餘的供品，經過長時間變化釋放出來含氨的氣體。在自然界中任何一種含氮有機物在沒有空氣的情況下分解時就產生氨。這種分解作用是由於受熱或受細菌的作用發生的。在馬廄里和下水道里可以檢查到刺鼻臭味的氨。

1774年英國化學家普里斯特利（Joseph Piestley，1733-1804）加熱氯化銨（NH4Cl）和氫氧化鈣（Ca（OH）2）的混合物，利用排汞取氣法，首先收集到氨氣，稱它為鹼空氣（alkalineair）。他已認識到氨氣的水溶液具有鹼性。由於氨易溶於水，所以採用排汞取氣法收集。當時他把一切氣體物質都稱為「空氣」。

1784年法國化學家貝托萊（Claude Louis Berthollet，1748-1822）分析了氨氣，確定它是由氮和氫組成的。

最初的氨是來自煉焦工業副產的氨水，因為煤裡面含有2%的氮，在煉焦過程中，一部分氮（約20%~25%）轉變成氨，含在煤氣中，用水把它洗出來，就是粗氨水，含氨不過1%，人們直接把含氨的煤氣通入硫酸，製得硫酸銨（（NH4）2SO4），作為肥料。

自從19世紀以來，很多化學家試圖由氮氣和氫氣合成氨，採用催化劑、電弧、高溫、高壓等手段進行試驗，一直未能成功，以致有人認為氮氣和氫氣合成氨是不可能實現的。這是因為氮氣和氫氣化合成氨是可逆反應：

直到19世紀，在化學熱力學、化學動力學和催化劑等這些學科取得一定進展後，才使一些化學家在正確理論指導下，對合成氨的反應進行了有效的研究。

取得成功的是德國化學家哈伯（Fritz Haber，1868-1934）。他在1901-1911年間對氮氣和氫氣直接合成氨進行了不懈地研究，哈伯和他的學生勒羅西尼奧爾（R．Le Rossignol）以及同事們進行了兩萬多次實驗。1904年，他曾在常壓和1000℃條件下將氮氣和氫氣通過鐵，獲得0.012%（體積分數）的氨產物。盡管產物中氨的濃度太低，缺乏經濟效益，但他卻沒有停止實驗。接著根據荷蘭化學家范特荷甫（Jacobus Henricus Van』t Hoff,1852-1911）制定的化學動力學方程，哈伯計算出合成氨反應在常壓和1000℃時的平衡常數，並按法國物理學家勒夏特列（Henry Louis Le Chatelier，1850-1936）提出的質量作用定律，計算出常壓和不同溫度下氨的平衡濃度，1907年又測定了大量合成氨反應平衡的實驗數據。他通過上述工作，認識到合成氨不可能達到像硫酸生產那樣高的轉化率，於是考慮採用反應氣體在高壓下循環加工的辦法，並從這個循環中不斷將生成的氨分離出去，再配合選用有效的催化劑以取得成功。1908年哈伯申請了最初的合成氨專利，首次提出對氨合成氣進行循環的意見，還提出在高壓氣體循環中實現熱能回收的措施。1909年他又申請用鋨和鈾—碳化鈾的混合物作為催化劑的專利；1910年5月他終於在實驗室取得可喜成果。最初用鋨作催化劑，在175千克力／厘米2壓強和550℃溫度下，在氮氣和氫氣反應後的混合氣體中得到8%的氨；以後又用鈾—碳化鈾作為催化劑，在125千克力／厘米2壓強和500℃溫度下獲得10%的氨。1910年5月18日他在德國卡爾斯魯厄（Karlsruhe）（他曾是這個城市工業學院的化學教授）自然科學討論會上發表演講，並展示高壓合成氨實驗裝置，宣告合成氨新工業的前途已經開拓。

賀炳昌。哈伯及世界上第一座合成氨廠。化學通報，1984（9）。

哈伯把成功的實驗運用到工業生產中，與德國聞名的巴迪舍苯胺和純鹼工廠（Badische Anilin and Soda Fabrik（BASF））的化學家博許（Carl Bosch，1874-1940）、拉佩（F．Lappe）、米塔赫（Alwin．Mittash，1869-1953）等人進行合作。博許製成合成氨工業必需的高壓設備；拉佩解決了高溫、高壓下機械方面的一系列難題；米塔赫研製成功用於工業合成氨的含少量三氧化二鋁和鉀鹼助催化的鐵催化劑。他們於1911年在德國路德維希港（Ludwig shafen）附近的奧堡（Oppau）建立起世界上第一座合成氨的工業裝置，設置氨的年生產能力為9000噸，1913年9月9日開工，從此完成了氮的人工固定。哈伯因此榮獲1918年諾貝爾化學獎，博許也榮獲1931年諾貝爾化學獎。

哈伯雖然創造了挽救千百萬飢餓生靈的方法，但卻又設計了一種致人於死地的可怕武器。1915年4月22日下年5時左右，第一次世界大戰爆發，德國將裝有氯氣的近6000個鋼瓶、約180噸氯氣打開散向面向守衛在比利時伊普爾城防線的加拿大盟軍和法裔阿爾及利亞軍隊，造成1.5萬人傷亡，其中5000人死亡，這是有史以來第一次把化學武器用於軍事進攻中，是哈伯策劃的。他的妻子伊梅瓦爾（Clara Immerwahr）是一位化學博士，曾懇求他放棄這項工作，遭到丈夫拒絕後用哈伯的手槍自殺。為此，哈伯遭到後人的譴責和唾罵。

㈣ 合成氨的發展歷程是怎樣的

德國化學家哈伯(F.Haber，1868-1934)從1902年開始研究由氮氣和氫氣直接合成氨。於1908年申請專利，即「循環法」，在此基礎上，他繼續研究，於1909年改進了合成，氨的含量達到6上。這是工業普遍採用的直接合成法。

反應過程中為解決氫氣和氮氣合成轉化率低的問題，將氨產品從合成反應後的氣體中分離出來，未反應氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應。

合成氨反應式如下(該反應為可逆反應，等號上反應條件為：「高溫高壓」，下為：「催化劑」)：

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氨的主要用途：

氨的主要用途是氮肥、製冷劑、化工原料。無機方面主要用於制氨水、液氨、氮肥（尿素、碳銨等）、硝酸、銨鹽、純鹼。有機方面廣泛應用於合成纖維、塑料、染料、尿素等。

合成氨工業的特點：

1、農業對化肥的需求是合成氨工業發展的持久推動力。世界人口不斷增長給糧食供應帶來壓力，而施用化學肥料是農業增產的有效途徑。

氨水（即氨的水溶液）和液氨體本身就是一種氮肥；農業上廣泛採用的尿素、硝酸銨、硫酸銨等固體氮肥，和磷酸銨、硝酸磷肥等復合肥料，都是以合成氨加工生產為主。

2、與能源工業關系密切。合成氨生產通常以各種燃料為原料，同時生產過程還需燃料供給能量,因此,合成氨是一種消耗大量能源的化工產品。每噸液氨的理論能耗為 21.28GJ,實際能耗遠比理論能耗多，隨著原料、工廠規模、流程與管理水平不同而有差異。

日產 1000t氨的大型合成氨裝置生產液氨的實際能耗約為理論能耗的兩倍（表2[ 大型氨廠生產合成氨的實際能耗]）。

3、工藝復雜、技術密集。氨合成是在高壓高溫和催化劑存在下進行的，為氣固相催化反應過程。由於氨合成催化劑（見無機化工催化劑）很易受硫的化合物、碳的氧化物和水蒸氣毒害（見催化劑中毒）。

而從各種燃料製取的原料氣中都含有不同數量的這些物質，故在原料氣送往氨合成前，需將有害物質除去。因此合成氨生產總流程長，工藝也比較復雜，根據不同原料及不同的凈化方法而有多種流程（見氨）。

㈤ 哈柏對合成氨技術的貢獻是什麼

2.哈柏功不可沒

從BASF公司的所在地路易港溯萊茵河而上，有一個地方叫卡爾斯魯厄，此處有一所著名的大學叫卡爾斯魯厄工程學院。該學院的化學教授弗里茨·哈柏，此時也因深受克魯克斯警告的影響，開始致力於氨合成的研究工作。

1902年初，為了研究合成氨理論，哈柏去美國進行科學考察，他專程參觀和訪問了設在尼亞加拉的一座模仿自然界雷雨放電的生產固定氮的工廠。通過參觀，使他對固定氮為氮氧化物和氨的研究產生了濃厚的興趣。返回德國後，他便一頭鑽進了實驗室，開始了這一劃時代的研究工作。

1904年，維也納的兩位化工企業家——馬古利斯兄弟，意識到這項工作的偉大意義，慕名來到卡爾斯魯厄工程學院，正式與哈柏簽訂了研究氮氫元素合成氨的合同。從此，哈柏與其學生和助手全力以赴地投入了氨合成的試驗研究。

哈柏研究氨的合成理論，是從可逆反應的平衡條件方面入手的。哈柏認為，僅有催化劑的知識是不夠的，需要有對化學反應的新的理解——化學平衡理論，這個理論的核心就是：原料物質一般不會全部成為生成物質，同時，生成物質也會發生逆反應。在一定的反應條件下，即濃度、溫度、壓力之下，這種正逆反應是平衡的。

哈柏認識到，若根據這種思想調整反應條件，從前認為不可能的氨合成也許是可能的。哈柏首先想到，也許高溫會進行這個反應。他按照他的思路開始進行實驗，但是，結果卻出乎意料，當溫度升高到1000℃時，氨的產量才不過是原料體積的0.012％，這還不如低溫度時的產量。但是，降低反應溫度時，反應卻又變得十分緩慢。哈柏認為，為了使化學反應加快，需要有適當的催化劑。

從1904年4月至1905年7月，這一年多時間里，雖然哈柏他們夜以繼日地堅持在實驗室里做著各種枯燥的試驗，但幾乎每次試驗的結果都令人失望。於是，馬古利斯兄弟見無利可圖，便取消了對這個項目的資金支持，這樣，哈柏就陷入了極度窘迫的境地。

與此同時，在柏林大學研究化學平衡理論的瓦爾特·赫爾曼·能斯特教授，也已投入了合成氨理論的研究，他親自製造高壓釜，進行高溫、高壓實驗。經過實驗，他發現哈柏的實驗結果有問題，數字過大，實際上僅0.0032％，還要再小一個數量級，這就證明了哈柏的實驗結果是不可行的。

瓦爾特·赫爾曼·能斯特為了使它的研究能夠實現工業化，請求某個有名的化學公司製造設備，雖然它的壓力並不算太高，但是，這個公司還是難以制出能耐住這樣高溫、高壓的設備，於是，他犯了一個極大的錯誤，打消了實現工業化的念頭，而埋頭於實驗室研究。

哈柏雖然在計算上有錯，但在與能斯特的這場爭論中，弄清了要使產量進一步提高就要對原料氣——氮氣和氫氣施以高壓、降低溫度，並使用催化劑。

能斯特灰心了，哈柏卻沒有灰心，他從瓦爾特·赫爾曼·能斯特終止的地方開始了新的實驗。此時，他不僅已經熟悉這個實驗的理論，而且具備了成功的基礎。

哈柏等人在化學平衡理論的指導下，開始一點一點地、耐心地進行試驗，他們實驗在什麼樣的壓力和溫度下產量能達到百分之幾。他們還下大力氣尋找最佳的催化劑，曾把能夠禁受數百個大氣壓的反應容器鑲嵌在槍彈殼里，用阿烏埃爾社團的瓦斯燈公司提供的鉑、鎢、鈾等稀有金屬，竭力尋找新的催化劑。

哈柏就是在這樣的困境下，冒著高溫、高壓的危險繼續試驗。正當哈柏的試驗研究屢遭失敗而一籌莫展的關鍵時候，法國科學院院刊上報道了法國化學家採用高溫、高壓合成氨，而使反應器發生爆炸事故的消息。哈柏知道後深受啟發，他果斷地改變了試驗條件，特別是提高了反應壓力，並改進了工藝，終於取得了令人振奮的進展，合成氨的產量顯著增加了。

1907年，哈柏等人選擇鋨或鈾為催化劑，在約550℃和150至250個大氣壓的不尋常的高壓條件下，成功地得到了8.25％的氨，第一次成功地製取了0.1公斤的合成氨，從而使合成氨有可能邁出實驗室階段。這無疑是一個具有實用價值的突破。而在此時，能斯特以50個大氣壓、685℃，以鉑粉或細鐵粉、錳做催化劑，卻只取得了產量為0.96％的氨。哈柏的實驗比能斯特的實驗幾乎高出8倍。

這一勝利極大地鼓舞了哈柏和他的助手們，他們預感到合成氨的試驗研究已進入了實用化階段，於是，又加緊對高溫、高壓合成氨工藝的研究。經過艱苦卓絕的試驗研究，他們取得了一系列第一手的實驗數據，大大加快了試驗研究的步伐，不斷取得令人振奮的新進展。

哈柏的科研成果極大地震動了歐洲化學界，化工實業界人士紛紛購買他的合成氨專利，獨具慧眼的德國巴登苯胺純鹼公司捷足先登，搶先付給哈柏2500美元預訂費，並答應購買他以後的全部研究成果。但公司中很多工程師，對鋼制反應容器的赤熱程度表示不安，對如此高壓更感吃驚，因而對它的工業化持有懷疑。他們想起法國所發生的反應器爆炸的消息，擔憂地說：「昨天爆炸的高壓釜只有7個大氣壓。」言外之意，哈柏的高壓實驗條件也可能引起爆炸。

1909年，哈柏又提出了「循環」的新概念。所謂「循環」，就是讓沒有發生化學反應的氮氣和氫氣重新返回到反應器中去，把已反應的氨通過冷凝分離出來，這樣，周而復始，以提高合成氨的獲得率，使流程實用化。這一概念的提出，可以說是合成氨邁向工業化進程中具有決定性意義的重大突破。德國政府極為重視，立即接受和採用了這個新設想。

當年7月2日，哈柏在實驗室製成了一座小型的合成氨裝置模型，這是世界上第一個氨合成裝置的模型。博施同他的部下米塔希一起，作為巴登苯胺純鹼公司的代表，前來接收哈柏的實驗技術和裝置。哈柏當場演示了他的合成氨裝置，這種裝置魔術般地以每小時0.08公斤的速度合成著氨。博施親眼看到了液氨滴落的情況。前來觀看的專家們共同認為，用不了多長時間，它將成為日產幾噸的設備，從而清楚地預見了它的工業化的前景。

巴登苯胺純鹼公司立即買下了哈柏合成氨的專利權，並將其全部研究成果接收下來，雙方還簽訂了協議，其要點是：不管生產工藝如何改進，合成氨的售價如何下降，巴登苯胺純鹼公司每售出1噸氨，哈柏分享10馬克，其收入永不改變。

1919年，瑞典科學院考慮到哈柏發明的合成氨已在經濟中顯示出巨大的作用，經過慎重考慮，正式決定為哈柏頒發1918年度的世界科學最高的榮譽和獎勵——諾貝爾化學獎，以表彰他在合成氨研究方面的卓越貢獻，從此，他躋身於世界著名化學家的行列。

㈥ 合成氨是什麼時候實現工業化生產的呢

3.實現工業化生產

1908年，在巴登苯胺純鹼公司工作的博施，已從一個無名之輩，躋身於世界著名化學家行列。當時，他正從事氮固定法工業化的研究。當他得到哈柏氨合成成功的消息後，就在巴登苯胺純鹼公司的大力支持下，開始把哈柏氨合成法發展為工業規模生產的工作。

此時，擺在博施面前主要有兩項工作：一項是製造能經受住100至200個大氣壓和500℃左右高溫的反應容器；另一個問題是找到適於大量生產的催化劑，因為鋨和鈾是稀有金屬，尤其是它在500℃左右時變成氣體狀態，容器也許會爆炸，不適於工業化生產。

製造反應容器的工作是由博施本人承擔的，他領導的實驗室里有上千人的龐大科研隊伍，他原來又是一位金屬學專家，所以，他滿懷信心。尋找催化劑的任務是由米塔希承擔的，他是奧斯特瓦爾德的得意學生，加上BASF公司具有在工業上利用催化劑的豐富經驗，早年從萘製造合成染料靛藍的原料時，曾使用過水銀催化劑。另外，該公司高純度的硫酸也是用鉑催化劑製造的。由於有這樣一些優勢，在博施和米塔希的面前，合成氨的工業化變得十分可能了。

這時，博施遇到的困難是製造耐高壓反應塔的進展緩慢，若是實驗室用的小型的反應器還比較容易，一旦製成工業用的大型反應塔，鋼壁雖然厚達3厘米，但也僅僅使用3天就破裂了。

博施查看了破片後大為吃驚，他發現：由於在100~200個大氣壓下，氫氣滲進鋼里同其中的碳化物反應，生成了甲烷氣而減弱了鋼的內部組織，因而發生了破裂。博施現在更加驚嘆高壓的可怕了。

為了防止這一現象，就應改良反應塔內壁的結構，使高壓氫氣在那裡緩和下來，找出使它不能滲入鋼內部結構的辦法。首先，博施在內壁襯上銅、青銅、純銀等各種金屬進行試驗，但立即就變成破破爛爛了，他提議用「熟鐵」襯在裡面再進行實驗，也沒有獲得成功。研製工作陷入了僵局。

1911年2月的某一個晚上，博施在俱樂部里一邊喝酒一邊思考著解決的辦法。因為熟鐵是軟的，由於高壓的作用而使它緊貼在內壁上，就像通過口罩的氫氣仍會使反應塔的強度削弱，怎樣解決這個問題呢?在去往工廠的路上，他突然領悟到一個好的辦法：在反應塔的壁上鑽出許多小孔，讓透過熟鐵而進來的氫氣跑掉。為此，反應塔製成雙層結構就可以了。

熟鐵襯里和在鋼壁上開許多小孔，這是個很好的主意，這樣，從前人們難以處理的耐高溫、高壓的反應塔——雙層反應塔終於誕生了。這個反應塔，用雙壁管代替了哈柏的單壁反應器，就是一個管子套在另一個管子裡面，外管用普通鋼製成，內管用合金鋼製成。博施通過用合金鋼代替碳鋼解決了高溫、高壓下鋼材脆裂的問題，也解決了反應室不能經受這么高的壓力的難題，避免了爆炸事故的發生。

「氨合成的整個發展，很大程度上是依靠這個簡單的解決辦法。」這是博施在20年後獲得諾貝爾化學獎的受獎演說中所說的。至此，實現工業化的障礙已經全部排除了。

接著，博施又進行了大量的實驗，尋找適合既經濟又不對氣體雜質的作用過於敏感的催化劑。此時，他的助手米塔希已進行了大量試驗。米塔希認為工業用的催化劑就是鐵，為此，他試驗了各個地方的鐵。他用比銀的價錢還要貴的純鐵，搞成各種各樣的混合物，一個一個地試驗下去。人們有時看到，在他的實驗室里，排列著25~30個可以自由取出和裝進催化劑的高約503厘米的實驗用高壓釜。在不到半年的時間里，即到1910年1月初，米塔希和博施發現，在天然磁鐵礦中摻入少量鹼金屬和其他金屬就能得到優良的催化劑。後來，他們又發現了氧化鐵與少量的氧化鋁混合物更為優良。1913年，經過2萬次的反復實驗，博施和米塔希終於成功地改進了哈柏的高壓合成氨的裝置和催化方法。為此，他們對2500種樣品進行了6500次試驗。

在博施和米塔希尋找催化劑的同時，1911年，巴登苯胺純鹼公司正式開始在路易港郊外奧帕烏建造世界上第一座合成氨工廠。到1913年9月，博施終於建成了整個工廠，包括從製造煤氣發生爐起直到從壓縮機出來的成品的裝運設備的連續裝置。曾在哈柏實驗室里看起來像玩具似的反應塔，此時已成為高達8米、甚至12米的雙層反應塔。

1913年9月9日，巴登苯胺純鹼公司建成的第一個合成氨工廠開始投入生產，實現了合成氨工業化的生產，獲得了年產3.6萬噸硫酸銨的成果。人工合成的硫酸銨被運往期待收獲的農村裡，從而促進了農業的發展。由於哈柏的合成氨理論，以及博施把哈柏氨合成法發展成工業化，因此，後來把該種氨生產法稱為「哈柏—博施」法。

㈦ 楊浚的主要科學技術成就

1955年後，楊浚在任吉林化肥廠廠長期間，對工廠擴建採取分步實施和切實的技術保障相結合的措施，使得由前蘇聯原來設計的年產5萬噸合成氨的設備逐步擴大到年產30萬噸，成為中國最早的大型合成氨工廠。在這項工作中，楊浚在消化、吸收、創新引進技術方面，進行了開創性的探索。楊浚對擴建化肥廠的成功嘗試，與他前一段時間從事化工生產工作積累的經驗是分不開的。1949年，他在擔任沈陽化工廠廠長期間，使這個因戰爭而殘破的工廠，僅用1個月就恢復了部分生產。為了向社會提供化工產品，他組織人員設計和建設了氯苯、氯酸鉀等生產裝置，又將日軍佔領期間試驗未成的過熱汽缸油試驗工作繼續進行下去，並取得成功，產品滿足了鐵路機車的需要。
吉林化肥廠是前蘇聯援建的156項重點工程之一。楊浚在主持吉林化肥廠第1期工程建設中，經過深入調查和反復計算，發現從前蘇聯引進的這套設備，設計留有較大餘地，生產工藝有保守、落後之處，備用設備較多，公用工程也有潛力。楊浚經過研究提出，化肥廠建設分3期進行：第1期工程，實現引進項目的施工、投產，可年產5萬噸合成氨、4000噸甲醇、9萬噸硝酸銨。第2期工程，化肥廠生產能力為年產12～14萬噸合成氨。第3期工程，化肥廠生產能力為年產22萬噸合成氨、2萬噸甲醇，摺合為24～25萬噸合成氨；在此基礎上進一步進行技術改造，有可能達到年產30萬噸合成氨。
1957年，化工部部長彭濤到吉林檢查工作。楊浚向彭濤匯報了關於化肥廠建設分3期進行的設想，彭濤表示贊成。隨後在楊浚的組織下，開始了化肥廠2期擴建設計和建設工作。在這一工作中，楊浚提出的建議有：煤氣發生工段採用小塊焦炭富氧連續氣化工藝，不僅可利用吉林電石廠生產的小塊焦炭為原料，而且還可提高原料氣的質量，實現增產；銅洗工段採用醋酸銅氨液來代替原蘇聯設計用的碳酸銅氨液，以除去原料氣中的微量一氧化碳；由於合成氨原料氣質量的提高，減少2台精製塔，以節省擴建投資；採用鉑—鐵—鉻二段催化劑代替鉑網催化劑，用於硝酸生產，以減少鉑的用量；硝酸吸收塔用非金屬耐酸材料代替當時十分匱乏的不銹鋼材料；硝酸銨造粒塔在擴建中經過挖掘潛力，將原蘇聯設計年產硝酸銨9萬噸已用的2台造粒塔提高生產能力，只需增加1台，即可滿足年產45萬噸硝酸銨的需要。
由於實施了楊浚的建議，化肥廠擴建工作進行順利。從1957年開始到1962年底，完成了二期擴建工作，主要產品年生產能力為：合成氨12萬噸，硝銨24萬噸，甲醇2萬噸。從1963年開始到1966年，完成了三期擴建工作，主要產品年生產能力為：合成氨22萬噸，硝銨45萬噸，甲醇2萬噸。後又經控潛改造，到1966年底主要產品年生產能力為：合成氨實際生產能力已達到30萬噸，硝銨達到53萬噸。吉林化肥廠已成為中國以煤為原料的規模最大的合成氨廠，生產的硝銨化肥，有力地支援了農業發展。
1958年，楊浚早些時候所提出的把吉林地區3個化工廠組成1個聯合企業的建議，得到化工部的批准，成立了吉林化學工業公司。楊浚任副經理兼總工程師、代經理。這時，楊浚除抓好吉林化肥廠的擴建工程建設，為國家提供更多的化肥產品，為公司內部提供配套原料之外，還對公司所屬染料廠、電石廠建成投產後，進行了新的籌劃，使兩廠發揮綜合利用、聯合經營的作用。
對電石廠，楊浚提出應當使其成為以電石乙炔為原料的有機化工產品生產廠。在楊浚的建議和組織下，開始了對電石廠擴建工程的規劃和設計。首先，擴大電石生產能力，在原蘇聯設計年產6萬噸電石的1台電石爐的基礎上，再增加1台密閉電石爐；以電石乙炔為原料生產乙醛、醋酸、醋酐、丙烯腈、丁醇、辛醇等產品；相應增加電解食鹽裝置，以生產氯乙烯、聚氯乙烯、三氯乙烯等產品。到1966年，吉林電石廠已成為中國規模最大、品種較多的電石乙炔化工廠。
對染料廠，原蘇聯設計是以生產冰染染料、還原染料及有關中間體等為主的工廠。為適應紡織工業發展需要，楊浚提出增加還原灰M、還原棕BR、還原橄欖綠B、還原紫2L、還原咔嘰2G 等品種。當時，公司不掌握這些染料的生產技術，楊浚組織公司的有關工廠和研究、設計部門人員共同研究開發獲得成功，到1966年，染料廠產品品種增加到40多種，其中新增染料20種。
這期間，為了配合國家研製原子彈、導彈、科學衛星所需的化工產品，根據化工部的決定，從1958年到1966年，楊浚還先後組織公司的科研、設計、生產部門，共同研究開發了一批軍用化工產品。為提高科技水平，在楊浚的倡導下，組建了吉林化工設計研究院、吉林化工學院等。這樣，吉林化學工業公司逐步建成為一業為主、多種經營、綜合利用、聯合經營的大型煤化工聯合企業。1964年1月，周恩來總理到吉林化學工業公司視察時，曾向楊浚提出一些有關的化工生產技術問題，楊浚一一作了回答，周恩來總理表示很滿意，並稱贊他是用辯證法講化學的人。
1965年5月，楊浚奉調到天津任化工部化工原料工業公司副經理兼總工程師。這期間，他做了許多工作，其中組織合成橡膠攻關會戰取得了突出成績。
橡膠是一種重要物資，為生產輪胎、膠管、膠帶等橡膠製品所必需。60年代，我國所用橡膠的80%是天然橡膠，其餘20%是用化學合成方法製得的合成橡膠，而大部分是從國外進口的。為解決我國橡膠製品工業所用原料橡膠不足的問題，楊浚提出組織國內科研、設計、生產力量，對順丁橡膠、乙丙橡膠、異戊橡膠、丁基橡膠等合成橡膠進行研究開發和攻關會戰的建議，得到了化工部和國家科委的支持，被列入了國家計劃，成立了由國家科委副主任張有萱任總指揮、楊浚任副總指揮的攻關領導小組，組織有關單位進行研究開發和攻關會戰。
當時，順丁橡膠已在中國科學院長春應用化學研究所、蘭州化物所、太原燃化所，蘭州化學工業公司研究院，錦州石油六廠進行小試、中試工作，經攻關領導小組對加氫汽油和苯兩種溶劑進行技術比較後，確定用加氫汽油為聚合溶劑的技術路線，在錦州石油六廠建設千噸順丁橡膠試驗裝置，重點解決工程問題。在此基礎上，又於1971年在北京石油化工總廠勝利化工廠建成了年產1.5萬噸順丁橡膠生產裝置。開車後，生產裝置存在的主要問題是連續運轉時間短，還有「一堵（管道容易堵塞）、二掛（反應物掛在反應釜壁，不容易消除）、三污水（污水排放量大）、四質量（產品質量達不到要求）」問題。在燃料化學工業部的領導下，楊浚組織北京石油化工總廠的研究和設計部門，中國科學院長春應用化學研究所、蘭州化物所、太原燃化所、錦州石油六廠、化工部第一設計院、蘭州化學工業公司研究院、石油部北京設計院、大連工學院、天津大學和浙江大學等單位進行攻關會戰。經過近2年努力，解決了上述存在的問題，於1974年再次開車，運轉周期達240天，接近國際先進水平；產品質量達到國外同類產品水平。到1976年，這套生產裝置產量達到並超過設計能力，在原料丁二烯供應充足後，年產量達到了6萬噸。順丁橡膠攻關會戰的成果獲1978年全國科技大會獎，1985年國家科學技術進步特等獎，產品遠銷美、法、日、意、聯邦德國等國家和地區，在國際上享有較高的聲譽。
1970～1978年，楊浚在北京石油化工總廠（後改名為燕山石化總公司）工作期間，重點抓了年產30萬噸乙烯裝置建設，為發展石油化學工業作出了突出貢獻。
中國的石油化工建設於50年代末60年代初就開始了研究工作，並在前蘇聯幫助下，建設了小型石油化工廠，但發展速度緩慢。究其原因，主要是由於石油供應困難，走的是「油頭化尾」之路，即利用煉油廠的尾氣生產化工產品，規模小，缺乏競爭能力。1961年中國開發了大慶油田後，石油問題發生了重大變化。楊浚於1971年開始，經過1年多的國內外情況調查，提出以下意見：發展中國石油化學工業，必須建設大型石油化工裝置；而建設大型石油化工裝置，又必須解決好原料路線問題。楊浚認為，採用輕柴油為原料比較有利。當時，世界上沒有一個工廠在大型乙烯裝置上採用輕柴油（切至370℃的餾分）為原料，只有日本正在一個裂解爐上進行試驗。楊浚分析中外資料發現，國外之所以沒有用輕柴油為原料制乙烯，是由於國外的石油輕組分含量高，所以多採用石腦油（切至200℃以前的餾分）為原料，在技術上經濟上更為合理。但中國石油重組分含量較高，如要以石腦油為原料，則數量滿足不了石油化工發展的需要，而在當時中國又無力進口石腦油。為此，中國建設大型乙烯裝置，必須用輕柴油為原料，盡管其裂解技術存在一些風險，但問題不大。楊浚還深入研究了其他問題，認為建設石油化工裝置之初，配套產品品種不宜太多，以便於管理。又認為，應先從國外引進先進技術，凡國內有條件配套的就不引進，做到既保證技術先進，又減少外匯支出。
綜合上述分析和構想，楊浚正式提出建設一套年產30萬噸乙烯及其配套的生產裝置，技術及主要設備從國外引進的報告，得到了上級的同意。1972年5月，為加強中國發展石油化工規劃與管理，楊浚專程到日本作了1個半月的實地考察，增加了在中國建設大型乙烯裝置的信心。同時，中國原油油樣經國外有關公司分析和試驗，證明以輕柴油為原料生產乙烯在技術上是可行的，經濟上是合理的。1972年末，中國有關部門與日方簽訂了引進30萬噸乙烯裝置的合同。
1973年6月，國務院正式批准了北京石油化工總廠擴建工程任務，開始了以引進年產30萬噸乙烯裝置為中心的「四烯」（乙烯、丁二烯、聚丙烯、高壓聚乙烯）工程建設大會戰。經過3萬多名建設者的共同努力，僅用27個月，就完成了一期擴建工程，成為中國建設大型引進乙烯裝置的成功範例，從而使中國石油化工技術向世界先進水平靠攏邁出了有力的一步。由於中國採用輕柴油為原料的大型乙烯裝置是當時世界上的首創，它的投產成功在國際上產生了較大的影響。國家抓住這一成功經驗，相繼引進、建設了南京揚子、上海金山、山東齊魯等幾個以輕柴油為原料的年產30萬噸乙烯裝置，使我國的石油化工工業迅速壯大。
楊浚不僅注重決策，更重視實施決策的技術保障。為此，他做了一系列的技術工作和管理工作，特別是抓了隊伍建設，提高職工素質，從而保證了「四烯」裝置開車一次成功。在「四烯」裝置投產成功的第2年，即1977年，北京石油化工總廠取得了工業產值突破20億元，上繳利潤突破10億元的良好效益。
1978年3月，楊浚調國家科委工作，先後任副局長、局長和科委副主任之職。楊浚一如既往，聯系群眾，調查研究，善於思考，勇於創新，在加強國家科技宏觀管理方面，作出多方面的貢獻。
為加速中國計算機事業的發展，在國家科委主任方毅的領導下，楊浚與閻沛霖等計算機專家一起進行了起步性的工作。一是建議大力開發微型計算機應用。1979年，經批准引進500台微型計算機，在科學計算，工業控制、管理，教學等方面，發揮了很好的作用，並為後來開發和形成長城系列微型計算機產業起了先導作用。二是在天津、香港等地舉辦了多次計算機專業培訓班，使一批部、委領導幹部提高了對推廣應用計算機重要意義的認識，並培養了一批微型計算機應用開發技術骨幹，還安排建設湖南、武漢、北京等地計算機專業人員的教學基地建設和籌辦信息研究所、軟體中心等。三是安排建設了一批地方的計算中心，對提高中國計算機應用水平起了重要作用。
楊浚重視圍繞對國家經濟發展有重大影響的項目，組織科技攻關，並和引進技術相結合。在工業方面，他在方毅領導下，具體組織落實甘肅金川、四川攀枝花、內蒙古包頭三大共生礦綜合利用，三峽工程建設准備，石油化工綜合利用，煤氣化液化，低溫核供熱堆，新能源，萬門程式控制交換系統，中同軸4380路載波，1800路微波及光纖光纜通信系統等重大科技攻關工作。在農業方面，組織了山區、灘塗綜合開發利用，三江平原開發，鄱陽湖開發等重大科技攻關工作。1981年，根據國務院領導指示，楊浚與國家計委副主任林華共同組織煉油和化工專家，經過1年半的調查研究、分析論證、規劃測算等工作，開展了常壓渣油催化裂化、裂解氣中碳五的分離及綜合利用、塑料改性及應用、石油化工催化劑、丁烯氧化脫氫制丁二烯等23個科技攻關，並取得成果。
楊浚十分重視推進農村科技進步，他是「星火計劃」倡導者之一。1983年，他在主持山區開發工作會議時，明確提出了科技進山、開發山區和振興山區的意見，指出：對山區的開發要投入少，產出多；對貧困地區的開發要變「輸血」為「造血」；強調推廣「適用」技術、「不起眼」技術（後稱為「短、平、快」技術）；培養大批土生土長的農村科技人才。他的這一思路，為後來提出「星火計劃」作了前期准備。
1985年，在中國農村經濟體制改革和農村科技工作均取得明顯進展的情況下，楊浚與國家科委主任宋健、副主任吳明瑜等共同提出了「星火計劃」的宏偉設想，旨在把「科技星火」點燃中國廣大農村，引導8億農民依靠科技振興農業和鄉鎮企業，推動農村發展和農民生活改善。「星火計劃」得到中共中央和國務院的批准，在國家科委統一領導下，楊浚負責組織「星火計劃」的實施。他提出要建設年產值1000萬元以上的鄉鎮企業，建設年產值1億元以上的鄉鎮；在國家「七五」計劃期間，建立500個推廣「星火計劃」示範企業，培訓100萬名農村知識青年和管理人員，開發100套實用技術裝備；創造推廣一批「星火計劃」密儲區、帶；為實行「星火計劃」開拓國內銀行科技貸款和世界銀行軟、硬貸款。「星火計劃」經過廣泛實施，取得了顯著的成績，如「七五」期間的「星火計劃」實施項目達2萬多項，其中完成1.4萬多項，累計創產值達300億元。實施「星火計劃」是一個創舉，它年復一年、步步深入地在農村廣泛實施，對引導科技與經濟結合走出了一條新路，成為中國科技計劃與國民經濟計劃的重要組成部分。
楊浚還在制定和完善中國科技獎勵制度方面做了很多工作。自1985年實施《中華人民共和國科學技術進步獎勵條例》以來，他一直擔任評審的組織領導工作，成效顯著。1987年，在楊浚的建議下，國務院正式批准設立「國家星火獎」，他任評委會主任委員，經過幾年的工作，「國家星火獎」已形成比較完善的體系。
楊浚還與國家科委其他領導一起，會同國家計委和原國家經委，組織廣大科技人員，制定了我國有關能源、材料、交通運輸、通信、農業、信息等14個領域的技術政策要點，經國務院批准執行。
楊浚在化學工業和科技管理領域中工作數十年，他遠見卓識，辯證思維，精益求精，百折不撓，體現了中國化工專家的風范和作風，為青年一代樹立了良好榜樣。

㈧ 姚曉明的人物生平

畢業於北京大學。現任中國核工業建峰化工總廠研究員級高級工程師、中國核工業建峰化工總廠化肥廠副總工程師，兼任中國核工業建峰化工總廠技術標准委員會委員、科學技術委員會委員、《天然氣化工》期刊編委。主要業績：先後參加了核燃料後處理廠的設計審查工作；與核工業部第二設計院設計人員共同研製了桿式超聲清洗機；負責電解錳分析方法的建立，主持編寫了《電解錳分析規程》；籌建了特種橡膠分析實驗室並建立了分析方法；在投資17多億元，年產30萬噸全成氨，52萬噸尿素的大化肥工程(系國家「八五」重點建設項目)建設中，翻譯了30多萬字的資料，並任合成氨工藝技術談判主談人，工藝設計包、基礎設計及詳細設計主審，負責合成氨裝置生產准備與試車，任化肥廠性能考核廠方代表，為化肥工程建設成功作出了貢獻；編著了《布朗工藝增產蒸汽能力的探討》、《建峰化肥廠合成氨裝置達標歷程》、《建峰化肥廠合成氨裝置能耗剖析》等論、譯文10多篇。1992年被中國核工業總公司授予優秀科技工作者稱號。

㈨ 林華的石油化工

早在50年代，林華就注意到石油化工工業是新興工業，許多發達國家競相發展；也注意到國內有關各方都在努力爭取發展石油工業，從而可能給石油化工生產提供原料。為此，他很早就把石油化工科研工作視為重點來抓。
他在擔任沈陽化工研究院院長期間，在安排無機鹽、化學肥料、染料、塗料、農葯等科研工作的同時，安排了乙烯制環氧乙烷、乙烯制聚乙烯、天然氣甲烷利用、塑料、合成纖維、合成橡膠等科研工作，為日後發展石油化工科研工作打下了基礎。

1956年，沈陽化工研究院有機化工及合成材料部分遷到北京，建立北京化工研究院，林華任化工部技術司司長兼北京化工研究院院長，致力於把北京化工研究院建成為石油化工專業研究機構。在他的倡導下，又安排了石油裂解分離、聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠、順丁橡膠等科研課題，使北京化工研究院逐步形成了石油化工科研體系。
林華認為，要推動石油化工發展，不但要搞好科研工作，還要到企業去實踐。他考慮蘭州化學工業公司在「156項」榜上有名，有較好的技術基礎；同時，附近有蘭州煉油廠，可以提供發展石油化工的原料。在林華的請求下，經化工部批准，1960年11月，他到蘭州化學工業公司工作，任副經理兼總工程師。當時，蘭州化學工業處境十分困難，缺煤、缺糧食酒精，使化肥廠、合成橡膠廠瀕臨停產危險。由於缺糧，1．5萬名職工吃不飽飯，許多人生病，技術人員要求調走。林華認為，要扭轉被動局面，根本措施是要把以煤和糧食酒精為原料改變為以石油或石油產品為原料。為此，他抓了以下工作：
一是制訂規劃。向上級主管部門提出發展石油化工的規劃報告，求得各方面的支持。
二是進行思想發動和培訓幹部。1961年底，公司召開首屆技術人員代表大會，他號召大家勒緊褲帶，闖過難關，積極向石油化工生產轉軌。通過會議，有力地調動了技術人員的積極性。與此同時，他倡導舉辦了一系列石油化工講座，組織教師團講授石油化工產品生產原理、工藝流程等，歷時3年，培養出200多名技術骨幹。
三是強化石油化工科研工作。在林華倡導下，在原蘭州化學工業公司設計研究院的基礎上，分別成立蘭州化學工業公司研究院和第五設計院，一次安排近40項石油化工科研開發課題，分別進行科研和設計工作。1961年底，蘭州化學工業公司建設了一套以蘭州煉油廠煉廠氣為原料的年產5000噸乙烯的管式裂解裝置。由於煉廠氣供應不穩定，不能順利進行生產。林華又組織科研設計人員，在這套裝置上進行了以輕油為原料的裂解試驗，取得成功後，於1962年下半年完成了裝置的技術改造。之後又應用北京化工研究院科研成果，將油吸收分離裂解氣改為深度冷凍分離裂解氣，提高了乙烯、丙烯的收得率，節約能耗，降低了成本。這套裝置經過技術改造後，乙烯年產量增加到2．2萬噸，同時，深冷分離裂解氣技術更臻成熟，後來還推廣到了其他類似工廠。
四是引進技術裝置。要發展石油化工，除了依靠國內力量外，還要及時引進國外裝置。1962年6月，林華率國家科委組織的石油化工考察團到法國、英國、荷蘭、比利時、瑞士、義大利等國考察石油化工工業，回國後經周恩來總理批准，決定引進12套生產裝置，其中5套包括3．6萬噸/年乙烯砂子爐、3．45萬噸/年高壓聚乙烯、0．5萬噸/年聚丙烯、1萬噸/年聚丙烯腈及0．8萬噸/年腈綸、0．33萬噸/年丙綸，建在蘭化。1965年，這些裝置破土動工，排除了「文化大革命」的種種干擾，陸續建成投產。這些裝置的「龍頭」，按照林華的意見引進了砂子裂解爐，主要因它能使用原油、柴油為原料，技術較易掌握，適合當時國情。1974年至1976年，為增加乙烯產量，蘭州化學工業公司在掌握了技術的基礎上，又自行設計建設了第二套砂子裂解爐，促進了蘭州化學工業公司石油化工生產的發展。1984年，各方面情況有了很大變化，林華又積極推動在蘭州化學工業公司引進了先進的8萬噸乙烯/年的毫秒爐。建成投產後，經中國石化總公司顧問委員會技術組現場檢查，各項指標為國內外各種爐型之首。1992年，中國石化總公司批准擴建毫秒爐為16萬噸乙烯/年，並相應改造和擴建配套設備。
五是改變合成氨原料路線。蘭州化學工業公司化肥廠合成氨原以煤為原料進行生產，由於煤供應不足，生產不能正常進行。針對這個問題，林華組織研究、設計人員，利用乙烯裝置分離出的甲烷氫和合成粗甲醇的吹出氣為原料，進行常壓催化部分氧化制合成氨原料氣的試驗。小試、中試完成後，設計、建設了年產1萬噸合成氨裝置，成本比用煤為原料降低39%。與此同時，林華又安排研究院進行重油常壓氣化制合成氨原料氣的試驗，通過完善和改進，將造氣爐處理重油能力由原設計400千克/時提高到1200千克/時；不僅可以使用重油，還可以使用閃蒸重油和石油氣等多種原料。重油氣化制合成氨原料氣試驗成功，不僅為蘭州化學工業公司合成氨生產拓寬了原料來源，還為國內其他工廠提供了技術經驗。
由於抓了以上工作，蘭州化學工業公司生產日益發展，經濟效益顯著提高

㈩ 合成氨和硝酸製造是怎麼來的

到19世紀中期，人們對植物生長的機理已經有了一定的認識，越來越注意到氨對生物的作用。氟是一切生物蛋白質組成中不可缺少的元素。因而它在自然界中對人類以及其他生物的生存有很重要的意義。自然界中氮的總含量約佔地殼全部質量的0.04％，大部分以單質狀態存在於大氣中。空氣中含有約78％的氮氣，是空氣的主要組成部分。但是，不論是人或其他生物（除少數生物外），都不能從空氣中直接吸收這種游離狀態的氮作為自己的養料。植物只能靠根部從土壤中吸收含氮的化合物轉變成蛋白質。人和其他動物只能攝食各種植物和動物體內已經制好了的蛋白質來補充自己的需要。因此生物從自然界索取氮作為自身營養的問題最終歸結為植物由土壤吸收含氮化合物的問題。

土壤中含氧化合物的主要來源是：動物的排泄物或動植物的屍體進入土壤後轉變形成；雷雨放電時在大氣中形成氮的氧化物溶於雨水被帶入土壤；某些與豆科植物共生的根瘤菌吸收空氣中的氯氣生成一些氟的化合物。但是這些來源遠遠不能補償大規模農業生產的需要。於是如何使大氣中游離的氟氣轉變成能為植物吸收的氮的化合物，也就是氨的固定，成為化學家們探索的課題。

這個課題在20世紀初取得突破。首先是在1898年德國化學教授弗蘭克和他的助手羅特與卡羅博士發現，碳化鋇在氮氣中加熱後有氰化鋇和氰氨基鋇生成，接著發現碳化鈣在氮氣中加熱到1000℃以上，也能生成氰氨基鈣，並發現氰氨基鈣水解後產生氨，於是首先建議將氰氨基鈣用做肥料。1904年在德國建立了第一個工業生產裝置。1905年在義大利也建立工廠，隨後在美國、加拿大相繼建廠。到1921年氰氨基鈣在世界產量達每年50萬噸，但從此以後新工廠建造漸漸停止，因為由氫和氮直接合成氨的工業在悄然興起。

隨後，開始利用電力使氮氣和氧氣直接化合，生成氯的氧化物，溶於水生成硝酸和亞硝酸。

要使這個方法在工業生產中實現，需要強大的電力、穩定的電弧。1904年這個實驗由挪威物理學教授伯克蘭德和工程師艾德設計完成。他們用通有冷卻水的銅管作為電極，通入交流電。對生成的電弧加上一具強磁場，使電弧形成一個振盪的圓盤狀，火焰的面積因此增加很大，溫度可達3300℃。此裝置於1905年在挪威諾托登投入運轉。挪威具有強大的水力發電裝置，能夠利用這一方法製取硝酸。但是這種製取硝酸的方法在氧的氧化法制硝酸出現後，很快就失去了工業價值。

氨的氧化是先從合成氨開始。合成氧的發明是第三個氮的化學固定方法。

氨又稱阿摩尼亞氣。這個詞來自古埃及的司生命和生殖的神。這是由於在古埃及司生命和生殖神神殿旁堆集著來朝拜人騎的駱駝糞和剩餘的供品，逐漸形成氯化銨。含氮的有機物、動植物的屍體和排泄物在細菌的作用下均能生成氨。

1774年普利斯特里加熱氯化銨和氫氧化鈣的混合物，利用排汞取氣法，首先收集到氨。1784年貝托萊分析確定氨是由氮和氫組成。19世紀很多化學家們試圖從氯氣和氫氣合成氧，採用催化劑、電弧、高溫、高壓等手段進行試驗，一直未能獲得成功，以致有人認為氮和氫合成氨是不可能實現的。

直到19世紀，在化學熱力學、化學動力學和催化劑等這些新學科研究領域取得一定進展後，才使一些化學家在正確理論指導下，對合成氨的反應進行了有效的研究而取得成功。

1904年，德國化學家哈伯利用陶瓷管，內充填鐵催化劑，進行合成試驗。測定出在常壓下和高溫1020℃反應達到平衡時，氣體混合物中存在有0.012％體積的氨。在1904~1911年，他先後進行了兩萬多次試驗，根據試驗的數據，他認為使反應氣體在高壓下循環加工，並從這個循環中不斷將反應生成的氨分離出來，可使這個工藝過程實現。1909年，他申請了用鋨和鈾、碳化鈾的混合物作催化劑的專利。1910年5月終於在實驗室取得可喜成果。

哈伯把成功的實驗運用到工業生產，得到德國巴迪希苯胺和純鹼公司工程師博施、拉普、米塔赫等人的合作。1910年7月博施製成合成氨工業必需的高壓設備；拉普解決了高溫、高壓下機械方面一系列難題；米塔赫研製成功用於工業合成氨的含少量三氧化二鋁和鉀鹼助催化劑的鐵催化劑。他們於1911年在奧堡建立起世界上第一個合成氨的工業裝置，設置氨的生產能力為年產9000噸，在1913年9月9日開工。從此完成了氮的人工固定。

氫的合成不僅僅是合成了氨，更創造了高壓下促進化學反應的先例。隨後德國化學家貝吉烏斯將高壓法用於多種化工產品的生產，1920年用高壓法實現了煤的液化，合成人造汽油成功。

由此，哈伯獲得了1918年諾貝爾化學獎；博施和貝吉烏斯共同獲得了1931年諾貝爾化學獎。

但是，哈伯雖然創造了挽救千百萬飢餓生靈的方法，卻又設計一種致人於死地的可怕手段。

1915年4月22日下午5時左右，第一次世界大戰爆發，德國將裝有氯氣的近6000個鋼瓶約180多噸氯氣打開散向守衛在比利時伊普爾城防線的加拿大盟軍和法裔阿爾及利亞軍隊，造成1.5萬人傷亡，其中5000人死亡，是有史以來第一次把化學武器用於軍事進攻中。這是哈伯策劃的。他的妻子是一位化學博士，曾懇求他放棄這項工作，遭到丈夫拒絕後用哈伯的手槍自殺。對此，哈伯遭到後人的譴責和唾罵。

合成氨中的氫氣來自水，氨氣來自空氣。向裝有煤的煤氣發生爐的爐底鼓入空氣，使煤燃燒。當爐溫達到1000℃左右時，通入水蒸氣，產生一氧化碳和氫氣，同時吸收熱量。為了維持爐中溫度，在實際操作中，是將空氣和水蒸氣交替鼓入，這樣得到的氣體叫半水煤氣。它的組成大致如下：

H2：38%~42%N2：21%~23%CO：30%~32%CO2：8%~9%H2S：0.2%~0.5%半水煤氣中氫氣和氯氣是合成氨所需的，其他氣體需要除去。

硫化氫（H2S）是利用氨水吸收。

一氧化碳是在催化劑存在下加熱與水反應變換成二氧化碳和氫氣，經過變換的氣體叫變換氣。

變換氣中的二氧化碳在水中的溶解度顯著大於變換氣中其他組分，所以用水就可除去，也可以用鹼液、氨水吸收。

生成的碳酸氫銨（NH4HCO3）正是我國農村使用的小化肥。

少量一氧化碳是通過醋酸銅氨液吸收來除凈的。

得到純凈的氫氣和氮氣的混合物經壓縮進入合成塔，在一定溫度和壓力下通過催化劑，部分合成氨。由於氨氣易液化，在常壓和-33.4℃即轉變成液體，從合成塔中出來的氮氣、氫氣和氨氣進入冷卻器，氨氣被液化，而氮和氫仍是氣體。再通過分離器，氨氣就與氮氣、氫氣兩種氣體分離。未反應的氮氣、氫氣兩種氣體用循環壓縮機送入合成塔循環使用。

氨的合成也為製取硝酸開辟了一條途徑。8世紀阿拉伯煉金術士賈伯的著作里講述到硝酸的製取：蒸餾1磅綠礬和半磅硝石得到一種酸，很好地溶解一些金屬。如果添加1/4磅氯化銨，效果更好。

綠礬蒸餾後得到硫酸，與硝石作用，得到硝酸，添加氯化銨，就得到鹽酸。

3份鹽酸和1份硝酸的混合液就是王水。

從8世紀開始，歐洲人利用硝石與綠礬製取硝酸。在硫酸擴大生產後，逐漸利用硝酸鈉與硫酸作用製取硝酸。

前面曾提到20世紀初利用一氧化氮氧化製取硝酸的方法，不過那種方法要消耗大量電力。

早在1830年法國化學品製造商人庫爾曼就提出氨在鉑的催化下與氧氣結合，形成硝酸和水。

1906年，拉脫維亞化學家奧斯特瓦爾德將這一方法工業化，1918年引進英國。

隨後催化劑不斷更換。俄羅斯化學家安德列夫在1914年改用鉑銥合金；弗蘭克和卡羅研究用氧化鈰和氧化釷的混合物，催化作用遜於鉑，但價低廉；現在使用的多是鉑銠合金，並在高溫下，氨先被氧化成一氧化氮，然後是二氧化氮。二氧化氮溶於水成硝酸。