从卡尔斯鲁厄到奥堡
1913年9月,巴登苯胺纯碱公司(BASF)的合成氨工厂在德国路德维希港以北的奥堡(Oppau)投入运行。公司博施历史专题把投产日记为9月9日。这座新厂把大学实验室中的反应变成工业生产,随后将氨加工为氮肥,成为公司染料业务之外的一条重要产品路线。
此前,卡尔斯鲁厄高等工业学校教授弗里茨·哈伯已经研究氮与氢合成氨。BASF于1908年与他合作;1909年,哈伯向公司代表展示实验装置,卡尔·博施随即承担工业放大的领导工作。实验结果为公司提供了方向,制造一座能长期运转的工厂则另需成套设备和生产组织。
分工围绕三项工程任务展开
工业化同时面对三项任务:制造足够的合成用气体,寻找适用的催化剂,以及建造可靠的高压反应设备。博施集中处理装置问题,将其他工作交给同事。化学家、工程师、物理学家与金属加工工人、技工共同参加,研究与制造在同一项目内衔接。
这项工作要求公司持续投入试验。合适的零件往往无法直接购买,必须自行设计和测试。BASF的历史资料把化学研究与工程制造的合作放在核心位置:从小型装置得到氨,与按工业规模稳定供给产品,各自有要解决的问题。
反应容器改变了设计
试验装置增大后,高压钢管接连破裂。博施利用冶金知识研究失效原因,发现高温高压下的氢会侵入钢材,影响钢中维持强度的碳,使材料性能恶化。增加设备尺寸因此带来了新的材料难题。
1911年前后形成的双层管设计,把内衬与外部承压部分的任务分开,并为侵入材料的氢提供逸出通道。公司在1912年设立材料试验机构,检查与装置可靠性有关的问题。材料检验成为合成氨工程的一项组织条件,工厂建设也推动了专门技术部门的形成。
原料供应连着厂房
合成氨使用氮气和氢气,所需氮来自空气,氢的工业供应则需要另外的制气工作。BASF在2013年的技术回顾中说明,这一工艺的早期数十年以焦炭和水蒸气制取合成用气体,相关环节需要大量工人。后来改用天然气,是原料与能源供应的后续变化。
奥堡新厂的规划在1911年秋推进,1912年5月开始建设;不久博施出任新设氮部门的负责人。制气、催化研究、设备制造和厂房建设由此汇入同一工业项目。1913年的投产,标志这些工作的联接已经能够支持生产。
氨进入肥料供应
空气中的氮虽然丰富,却须转成适当的化合物才能供应作物所需养分。当时智利天然硝石是重要氮源;对其供应前景的忧虑,构成合成氨研究的农业背景。奥堡提供了一条由工厂制造含氮原料的途径。
新厂最初把所产氨加工为硫酸铵。这种肥料在农业中已有使用经验,工业合成扩大了其原料来源。氨因而既是工厂的产品,又是进一步制造肥料的起点,研究成果要经过加工和供应,才会到达农田。
把工厂产品带到田间检验
博施随后提议建立农业试验站,并使它与奥堡实验室密切联系。1914年春,五名工作人员在路德维希港以南的林堡霍夫开始工作,用多种植物比较公司制造的硫酸铵、硝酸钠与已有氮肥的效果。试验进行时,实验室和办公用房也在建设。
这一步回应的是农民实际使用的需要。工厂可以生产含氮产品,农田里的肥效仍要通过试验说明。合成氨项目由大学研究走向企业工程,又接入农业试验;1913年的投产及1914年的配套研究,分别完成了这条联系中的不同环节。