耕战不分家——说说合成氨对于战争的重要性

我们每个上过高中物理课的朋友，都应该知道合成氨这个著名的反应方程式：N2+3H2=（五氧化二钒在高温下催化）=3NH3。我们也知道，氨基酸作为蛋白质构成的核心单元，氨（或氮）化合物对于人体和农业生产也是必须的营养元素，因此氮肥产量通常彰显着一个国家农业现代化的水平。不过，很多人不曾想到，发明合成氨的哈珀，并不是因为为了农业生产而发明了合成氨，而是为了战争。

要说到氨和战争的关系，就得说到另一种我们熟悉的化合物——硝酸。早在中国唐宋时代，炼丹家们就发现了“硫磺+硝石+木炭”的黑火药配方，这里的硝石就是一种硝酸盐——硝酸钾。而进入工业时代以来，我们广泛所知的炸药——硝化甘油、硝酸纤维素（和硝化甘油构成目前枪弹二元推进剂的主要成分）、TNT（三硝基甲苯）、黄色炸药（英国苦味酸、日本的下濑火药，方程式三硝基苯酚）、RDX（黑索金，环三亚甲基三硝胺）、硝酸铵（通常和TNT混合成阿马托炸药，二战最常见的炸药之一），以及火箭推进剂的CL-20（六硝基六氮杂异伍兹烷）,HMX，八硝基立方烷，绝大多数都是含硝基化合物。因此，一个国家的硝酸产量，就决定一个国家能够生产多少炸药，也就是一个国家进行热兵器战争的最起码的资本。

而说到生产硝酸，历史上有很多种手段。在1900年代，最常用的生产工艺是硝酸钠和浓硫酸加热制取硝酸蒸汽。这是一个复分解反应。

NaNO3+H2SO4=加热=NaSO4+HNO3↑

因此，那时候大家都普遍去智利购买硝酸钠含量较高的“智利硝石”。对于海运能力很强的英国，组建护航队从智利拉硝石倒不是很难，但对于被英国包围在北海的德国来说，获取智利硝石在战时就不是一件容易的事情。因此，哈珀受命于研发一种生产硝酸的新手段。经过努力，他采用炼焦工业的水煤气（CO和H2的混合物），先通过CO和H2O的反应将CO转为H2和CO2，然后用二氧化碳吸附剂（比如氢氧化钠）吸收二氧化碳，将纯净的氢气和空气液化分离的氮气加温加压，通过催化剂（一开始用铂金，类似地球上的汽车尾气处理，后来普遍铁触媒），即可生产出氨气。因为氨在高压和接近室温的情况下就会液化（这也是很多过去的制冷机用氨作为制冷剂），所以把生产的氨气浓缩后加压冷却即可回收足够的液氨。

得到液氨后，就可以用另一个我们熟知的化学反应——氨的氧化来生产硝酸。

4NH3+5O2=高温催化=4NO+6H20，该阶段N从-3化合价被氧化到+2价。接下来，2NO+O2=2NO2，N从+2被氧化到+4，最后二氧化碳与水反应，产生歧化反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，这时候就完成了硝酸的生产。

在这个过程得以商业化后，德国人就不再因智利硝石短缺而无法生产足够的硝酸了，同时硝酸和氨水反应，可以直接生产硝酸铵。至于其他的成分，如三硝基甲苯需要的甲苯，三硝基苯酚需要的苯酚，可以通过煤焦油生产，或者从石油分离。由此可见，俗话煤炭号称工业的粮食，而石油号称工业的血液，此言不虚。仅1944年，德国人就生产了4万吨TNT炸药，其中大部分用于陆军的TNT，和硝酸铵混合成阿马托炸药（amatol），这是一种氧平衡炸药，40%TNT和60%硝酸铵合成的阿马托威力约是TNT的80%。二战所有的主流国家都采用该炸药，如X艇爆破提尔皮兹号战列舰的炸弹就是4吨阿马托炸药。

合成氨工业一直是重工业化的体现。在积贫积弱的旧中国，几乎没有几家工厂能够生产硝酸铵。著名的化学家侯德榜先生不仅发明了侯氏制碱法，同时他还将合成氨工业引进了中国。以下援引百科数据：

1935年，在中国化学家侯德榜的领导下，中国建成了第一座兼产合成氨、硝酸、硫酸和硫酸铵的联合企业-永利宁厂。

1937年2月，永利宁厂第一次生产出优质的硝酸，但开工不到半年就遇上日本发动侵华战争。由于硝酸与国防工业密切相关，日方多次威逼永利宁厂合作，均遭侯德榜拒绝，因此工厂遭日机轰炸而停产。 1945年8月日本投降后，硝酸生产逐渐恢复，但仍然处于十分落后的状态，在1949年，我国的硝酸生产企业只有两家:永利宁厂和大连化学厂，年产量仅4200吨。

1951年5月，大连化学厂的炼焦、合成氨、硝酸和硫酸等车间的生产得到了全面的恢复，产出了硝酸产品。

1952~1958年之间，我国先后在吉林、兰州、太原等地建成了综合法硝酸装置，其中浓硝酸在1997年之前的几十年里一直蝉联着我国最大装置的桂冠。

1980年起，中国国内硝酸产业的发展开始加速，总产量每年以10%~15%的速度增长。特别是90年代后期，中国的硝酸工业进入蓬勃发展时期，总产量年增速达到了15%~20%。但这个时期中国硝酸生产技术仍然比较落后，早期的常压法、综合法工艺装置多为淘汰型生产线，高压法装置全部靠进口国外的二手设备。不久，山西化肥厂从国外引进了中国第一套双加压硝酸装置，从此中国的硝酸工业开始向国际先进行列迈进。

以上为百科词条数据。由上图可见，建国初期我国硝酸工业几乎是从0起步，这意味着国产炸药难度非常之大。在此之前，我国生产的手榴弹大多数填充黑火药，威力非常低下。据说在朝鲜战争一次战斗中，志愿军将数十枚木柄手榴弹丢进敌军阵地，其中8枚爆炸（其余的没丢中或者被捡起来丢走），但20多名美军连续吃了8枚手榴弹却无人重伤和阵亡。这种威力也可见于十年动乱时期各地民兵生产的手榴弹：

检察机关起诉说，2014年10月10日13时05分许，金华的王世潮大爷因之前与K19路公交车司机发生冲突，怀恨在心，就从自家的地下室的箱子里拿出以前私藏的手榴弹，插在右侧腰带里，来到园丁新村门口的公交站点等司机陈金云开车过来。

　　13时26分许，司机陈金云开着K19路公交车过来，被告人王世潮上了公交车，当时车子上十余名乘客。王大爷就坐在公交车司机的后面座位上。

公诉人说，待公交车行驶一段路时，被告人王世潮大爷就用右手拉开别在腰带上的手榴弹，“嘭”一声，手榴弹爆炸，从王大爷的腰间先后掉下一块圆铁，一块木头柄。所幸，最后炸弹没响，否则后果不堪设想。后来，王大爷就被乘客控制在公交车，并被公安机关传唤归案。

因嫌疑人已超过75岁，最终法院以危害公共安全将其判刑7年。

由此可见，当时缺乏炸药而填充黑火药的手榴弹威力实在是相当感人。而我国当时用的炮弹装药也不见好哪去，因为硝酸产量奇缺，别说TNT的供应，就连硝酸铵也不够，这导致中国甚至不能使用阿马托炸药。最终，中国以另一种煤焦油的产品——硝基苯和TNT制成了梯萘炸药。

严格的说，二硝基萘原本只是一种工业染料，填充炸药真的是情非得已。这种炸药属于负氧平衡炸药，在其他国家使用往往会混合硝酸铵使用，而且用量不多。中国53式82迫击炮弹使用42%TNT，58%二硝基萘的配方，仅有TNT的75%，还不如40%TNT的阿马托好用，而且哑火率不低（负氧平衡炸药不容易起爆，而阿马托是氧平衡炸药），这也是79对越反击战中迫击炮弹、无后座炮弹哑火率部分单位高达30%的原因之一（其他原因主要是十年动乱的质量下滑导致）。

更要命的是，梯萘炸药不容易销毁。传统TNT，阿马托可以水浴加热（TNT熔点81度）熔化倒出炮弹，而梯萘炸药熔点140度，而且较为粘稠，不易取出，而且极易爆炸。二硝基萘还有严重污染问题，所以那时候的废旧弹药只能选择引爆等手段处理。

幸好，随着改革开放，中国的硝酸和化学工业已经取得了突飞猛进，2005年起，我国成为合成氨、硝酸第一大生产国，高能化合物也是居于世界前列，如我军的红旗9B，东风41已经采用了CL-20这样的第三代高能含氮推进剂。未来，我国缺乏弹药的情况，将不复存在。