ハーバー・ボッシュ法
高転化率と高い反応速度を両立するため、Fe-Cr系触媒とCu-Zn系触媒を用いた二段階の水性ガスシフト反応によって、一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素と水素を得る。本反応は平衡反応であるため、濃度0.5 %程度の一酸化炭素が残存する。
CO + H 2 O ⟶ CO 2 + H 2 {\displaystyle {\ce {{CO}+ {H2O}-> {CO2}+ {H2}}}}
炭酸カリウム水溶液により、二酸化炭素を除去する。生成した炭酸水素カリウムは再生塔で炭酸カリウムに再生される。
CO 2 + K 2 CO 3 + H 2 O ⟶ 2 KHCO 3 {\displaystyle {\ce {{CO2}+ {K2CO3}+ {H2O}-> {2KHCO3}}}}
混合気体はメタン化炉へ送られ、ニッケル系の触媒を用いて、アンモニア合成反応で触媒毒になる一酸化炭素を10 ppm以下までメタン化により除去する。
CO + 3 H 2 ⟶ CH 4 + H 2 O {\displaystyle {\ce {{CO}+ {3H2}-> {CH4}+ {H2O}}}}
ハーバーらは鉄鉱石(酸化鉄を主体とし、酸化アルミニウム、酸化カリウムを含む)を触媒に用いた。このとき注意すべきことは、酸化鉄を触媒として装填するが、実際に反応しているのは水素によって還元されて生じた単体の金属鉄であることである。酸化アルミニウムは還元されず単体として鉄の単体がシンタリングするのを防ぎ、酸化カリウムは塩基として鉄に電子を供与して触媒能力を高めている。これらの作用から二重促進鉄触媒と呼ばれる。これらの機構は後にゲルハルト・エルトルにより解明された。 Fe 3 O 4 − Al 2 O 3 − K 2 O {\displaystyle {\ce {Fe3O4-Al2O3-K2O}}}
アルヴィン・ミタッシュ触媒開発を担当したアルヴィン・ミタッシュにより見出された。ミタッシュは、様々な鉄鉱石を触媒として用いたところ、スウェーデン産の磁鉄鉱が非常に高い活性を示すことを発見した。そしてさらに検討を重ね、微量のアルミナとカリウムが必要であると結論付けた。この結論に至るまで、ミタッシュは約2万種類の触媒を試したと言われている。