刚才提到卡尔·博施正在设计高压反应器。这是工业化的关键一步,对吗?”
“对,这的确是关键,也是最大的技术难关。合成氨的反应需要在高温高压下进行,至少400摄氏度,200个大气压以上。在这种条件下长期运行,任何材料的缺陷都会被无限放大。”
“铁基催化剂本身呢?在实验室条件下表现如何?”
“不稳定。高温下活性组分容易烧结,催化剂颗粒会团聚、长大,表面积减小,活性下降。而且,原料气中的杂质,特别是硫和磷的化合物会让催化剂永久中毒。一旦中毒催化剂可就废了。”
“有解决方法吗?”
“我们在尝试添加助催化剂。氧化铝、氧化钾、氧化钙……像做菜加调料一样,一点点试,看哪种组合能在高温高压下保持结构稳定,又能抵抗中毒。”
“但这又带来了新问题,每种添加物都会影响反应,需要重新优化工艺参数。而且,助催化剂本身在高温下也可能挥发、迁移,或者与催化剂主体发生副反应。”
克劳德沉默了一会,在记忆的碎片中搜寻
他记得……二十一世纪的初中化学教材……某个关于哈伯-博施法的章节……铁基催化剂的缺点列表……
“反应器壁……你们考虑了吗”
“什么?”
“高压反应器的内壁。在高温高压的氢气氛下,氢会渗透进钢材内部,与碳结合生成甲烷。”
“钢材会脱碳,变脆,最终在压力下开裂,而一旦开裂,高温高压的混合气体喷涌而出……”
哈伯的表情凝固了
几秒钟后,他低声说
“您怎么会想到这个?我们在实验室的小型反应器上已经观察到类似现象,但……那只是理论推测,还没有在工业规模上证实。”
“那就证实它,在实验室用小型反应器模拟工业条件,测试不同钢材的抗氢脆性能。如果现有钢材都不行,那就研发新的钢材,添加铬、钼、钨,提高钢材的高温强度和抗氢渗透能力。”
哈伯的眼睛越睁越大
“还有,反应器的密封。法兰连接、螺栓、垫片……在200个大气压、400摄氏度下,任何微小的泄漏都会成为灾难。而一旦开始泄漏,高温高压的氢气和氮气混合,遇到空气……”
“会爆炸。”哈伯借口道
“所以需要多重密封设计。金属垫片不够,就用缠绕垫片。螺栓的预紧力
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