Первый реактор для синтеза аммиака в г. Оппау (Германия). 1913 г.
Достаточное обеспечение растениеводства азотными удобрениями было актуальной проблемой в XIX — начале XX веков. Первоначально для удобрения использовался только навоз, с XIX века к нему прибавилась чилийская селитра — одно из немногих природных ископаемых месторождений нитрата натрия. Поскольку этот ресурс невозобновляем, производство синтетических соединений азота стало важной областью химических исследований на рубеже веков. Кроме того селитра была нужна военным для производства взрывчатых веществ. Военные же могли щедро оплатить работы.
В 1903 г. Ф. Габер в Германии начал лабораторные опыты по синтезу аммиака.
В 1904—1907 годах В. Оствальдом, В. Нернстом и Ф. Габером были выполнены работы, позволившие установить равновесные концентрации водорода, азота и аммиака в зависимости от давления и температуры. Оптимальной была азото-водородная смесь 3 : 1. Азот брали из воздуха, водород получали из воды с помощью электролиза.
Лабораторная установка Габера для получения жидкого аммиака. 1909 год.
В 1909 году Фриц Габер получил жидкий аммиак искусственным способом. В отличие от своих предшественников, ученый добился синтеза при низкой температуре и высоком давлении. В качестве катализатора Габер использовал осмий. Так химик производил 250 миллилитров аммиака за 2 часа. Своё открытие он продал фирме К. Боша Badische Anilin- & Soda-Fabrik (BASF).
В июле 1910 года на заводе BASF в Людвигсхафене были произведены первые 5 кг аммиака по так называемому процессу Габера-Боша. После ввода в эксплуатацию более крупных реакторов суточная выработка увеличилась до 30 кг в 1911 году, а затем до 1000 кг в 1912-м.
Небольшая перегонная установка (1910 г.)
Бош и Габер занялись совместными поисками наиболее выгодных катализаторов и установили, что скорость образования аммиака достигает наибольших значений при использовании в качестве катализаторов осмия и урана (и их солей) при температурах 500-600° С и давлениях 100-250 атм. Выходы при этом составляют около 6% . Концерн БАСФ сразу же обеспечил себя всеми известными в то время запасами осмия, заплатив за это 400 000 марок.
Убедившись в возможности крупномасштабного производственного процесса для приготовления аммиака и сульфатно-аммиачных удобрений, концерн BASF в ноябре 1911 года решил построить азотный завод в Оппау. 7 мая 1912 года он был заложен в 1,5 км к северу от Людвигсхафена на площади около 500 000 м². Тем временем Крупп производил специальные нержавеющие стали, не поддающиеся обезуглероживанию при высокой температуре и давлении до 200 бар необходимых для синтеза. В сентябре 1913 года завод ввел в эксплуатацию первый в мире реактор для промышленного производства аммиака с использованием нового процесса Габера-Боша. Ежедневный объем производства составлял около 30 т аммиака
Одновременно продолжался поиск других веществ, пригодных для использования в качестве катализаторов. К 1912 г. сотрудник фирмы Алвин Митташ провел 6500 опытов с 2500 различными катализаторами. К началу 1919 г. число опытов достигло 10 000, а число катализаторов -4000. Наконец было установлено, что наиболее удобным катализатором является Fe₃O₄ (магнетит, 85-90%, основа катализатора, источник активного железа), который содержал примеси Al₂O₃ (оксид алюминия, 2-4%, структурообразующий промотор, предотвращает спекание), K₂O (оксид калия, 0,5-1%, структурообразующий промотор, предотвращает спекание), CaO (оксид кальция, 2-3%, модифицирующий промотор, повышает активность) и SiO₂ (диоксид кремния, 0,7-1,3%, стабилизатор структуры) . Таким образом, А. Митташ обнаружил новый вид катализаторов - смешанные катализаторы, активизирующее действие которых одновременно открыл и В. Н. Ипатьев. Этот катализатор стал основным для синтеза аммиака на 90 лет.
В начале Первой мировой войны военно-морская блокада союзников вызвала перебои с поставками в Германскую империю чилийской селитры. Теперь нитраты были нужны не только в сельском хозяйстве, но тем более остро в качестве окислителя для взрывчатых веществ. В сентябре 1914 года BASF и правительство Германии заключили контракт по селитре, который обеспечил снабжение сначала натриевой, а затем аммиачной селитрой. Бош пообещал поставить 5000 тонн селитры всего за шесть месяцев. Взамен правительство было готово инвестировать 6 миллионов марок в завод, который должен был выйти на мощность 7500 тонн в течение одиннадцати месяцев, и в феврале 1915 г. были запущены первые печи.
Первое в СССР промышленное производство синтетического аммиака было основано в 1928 году на Чернореченском химическом заводе в Дзержинске. 9 февраля 1928 года здесь получили первую партию синтетического аммиака. Эта дата считается днём рождения российской азотной промышленности.