哈伯工艺，在一些地方也被称为哈伯-博尔什工艺，是一种科学方法，通过这种方法从氮气和氢气中产生氨气。铁作为催化剂，该过程的成功在很大程度上取决于理想的温度和压力；大多数时候，它是在一个封闭的室内进行的，条件可以得到密切控制。该工艺对许多不同的行业都非常重要，并为制造商节省了无数时间，否则他们将不得不通过其他通常更费力的手段来制造氨。它的执行有些复杂，但如果操作得当，通常会得到非常可靠的结果。

进程是如何发展的

这个过程是由德国化学家弗里茨-哈伯在1909年开发的，后来由另一个德国人卡尔-博世扩大到工业规模。由于克服了在工业规模上使用高压技术所涉及的技术障碍，这两个人在1918年被授予诺贝尔奖。在这种方法被开发出来之前，氨的提取相对困难，因此，往往相当昂贵。想出一种更快速地合成氨的方法，既使它更容易获得，也使它的成本降低。这个过程也为更多的控制环境实验和化学还原铺平了道路。

工作原理

在大多数情况下，制造氨气需要三种基本元素：氢气、氮气和某种催化剂。虽然最初使用锇和铀作为催化剂，但后来被铁所取代，因为铁是一种更便宜的替代品，而且往往效果也很好。一个受控的环境也非常重要。一般来说，合成氨的方法是在多孔铁作为催化剂的情况下，将一体积的氮气与三体积的氢气结合起来。哈伯工艺在最佳温度1022°F（550°C）和压力2175至3626磅/平方英寸（15至25兆帕）下进行这一反应。

反应所需的氢气通常是通过甲烷或天然气与蒸汽在氧化镍作为催化剂的情况下进行反应而获得。然后使该元素与大气中的氮气一起通过氧化铁床。由于该反应在室温下非常缓慢，因此温度被提高以加速该过程。这个反应是放热的，这意味着它释放热量，所以温度的增加只会有利于反向反应，并倾向于导致产品的进一步减少。

这符合Le Chatlier原理，该原理指出，对处于平衡状态的系统而言，任何浓度、温度、体积或分压的变化都会导致平衡状态发生变化，以抵消强加的变化。更简单地说，如果提高反应的温度以加快氨的生产，将导致生产的氨进一步分解为氮和氢。由于催化剂只有在400℃左右才能有效发挥作用，因此温度必须保持在752°到1022°F（300°到550℃）之间。

压力的重要性

哈伯工艺倾向于在压力非常高的环境中最有效地工作。这增加了氨的形成，提高了最终产品的保留率。不过，即使在理想条件下，每次也只能获得约15%的氨。通过反复回收未反应的气体，有可能获得近98%的回收率。不过，保持未反应的产品可用于回收，是事情可能变得棘手的地方。在高压力的环境之外，这几乎是不可能的。

为什么重要

许多行业和制造项目都因这一过程的效率和效果而受益匪浅。氨对许多不同的事物都非常重要--它作为一种清洁产品在家里很常见，但对于制造含氮的肥料和大多数形式的弹药也是必不可少的。该工艺每年用于制造近1亿吨的化肥，对全世界大多数军队和国防承包商来说也是至关重要的。