經(jīng)濟參考報

侯德榜：“侯氏制堿法”的創(chuàng)造者

我國近代工商業(yè)發(fā)展紀實之十二

2008-09-05 作者:吳東好來源:經(jīng)濟參考報

　　摘要：侯德榜，我國重化學(xué)工業(yè)的開拓者。他于上世紀20年代突破氨堿法制堿技術(shù)的奧秘，主持建成亞洲第一座純堿廠；30年代領(lǐng)導(dǎo)建成了我國第一座兼產(chǎn)合成氨、硝酸、硫酸和硫酸銨的聯(lián)合企業(yè)；四五十年代又發(fā)明了連續(xù)生產(chǎn)純堿與氯化銨的聯(lián)合制堿新工藝，以及碳化法合成氨流程制碳酸氫銨化肥新工藝，并使之在60年代實現(xiàn)了工業(yè)化和大面積推廣。
　　侯德榜一生在化工技術(shù)上有三大貢獻。第一，揭開了蘇爾維法的秘密。第二，創(chuàng)立了中國人自己的制堿工藝——侯氏制堿法。第三，是他為發(fā)展小化肥工業(yè)所作的貢獻。

　　揭開索爾維制堿法的秘密

　　侯德榜1890年8月9日生于福建閩侯，1974年8月26日卒于北京。早年考入清華大學(xué)留學(xué)預(yù)備學(xué)堂高等科。1913年赴美國留學(xué)。1916年畢業(yè)于美國麻省理工學(xué)院化工專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位。1919年獲美國哥倫比亞大學(xué)制革碩士學(xué)

1961年，毛主席接見竺可楨，吳有訓(xùn)，侯德榜等科學(xué)家。

在《中國現(xiàn)代科學(xué)家》這套郵票中，第二組是化學(xué)工業(yè)家——侯德榜。侯德榜是我國化學(xué)工業(yè)奠基人，與民族工業(yè)家范旭東在塘沽創(chuàng)辦久大精鹽廠和永利堿廠，所產(chǎn)“紅三角”牌純堿享譽全球，侯氏燒堿法在世界上產(chǎn)生了重大影響。

在中國科學(xué)院建院50周年時，刊出了侯德榜畫像和他參建的化工廠

位。1921年獲博士學(xué)位。
　　在國外留學(xué)時，侯德榜時刻懷念祖國，惦記著處于水深火熱中的苦難同胞。這時候，他在紐約遇到了赴美考察的陳調(diào)甫先生。陳受愛國實業(yè)家范旭東委托，為在中國興辦堿業(yè)特地到美國來物色人才。當陳先生介紹一些列強不僅對我國采取技術(shù)封鎖，而且利用我國缺堿而卡我國民族工業(yè)“脖子”的情況時，具有強烈愛國心的侯德榜馬上表示，“可以放棄在美國的舒適生活，立即返回祖國，用自己的知識報效祖國。”
　　1921年10月侯德榜回國后，出任范旭東創(chuàng)辦的永利堿業(yè)公司的技師長(即總工程師)。他深刻地體會到創(chuàng)業(yè)之艱難。要創(chuàng)業(yè)首先需要實干的精神。他脫下了白領(lǐng)西服，換上了藍布工作服和膠鞋，身先士卒，同工人們一起操作。哪里出現(xiàn)問題，他就出現(xiàn)在哪里，經(jīng)常干得渾身汗臭，衣服中散發(fā)出酸味、氨味。他這種埋頭苦干的作風(fēng)贏得了工人們、甚至外國技師的贊賞和欽佩。
　　堿是許多工業(yè)部門，尤其是紡織、肥皂、造紙、玻璃、火藥等行業(yè)大量采用的原料。古代那種從草木灰中提取堿液，從鹽湖水中取得天然堿的方法已遠遠不能滿足現(xiàn)代化的需求。1775年，法國科學(xué)院曾用10萬法郎的懸賞征求可工業(yè)化的制堿方法。1788年，勒布蘭提出了以氯化鈉為原料的制堿法，經(jīng)過4年的努力，創(chuàng)制了一套完整的生產(chǎn)流程。到了1862年，比利時化學(xué)家索爾維實現(xiàn)了氨堿法的工業(yè)化。由于這種新方法能連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量大，質(zhì)量高，省勞動力，廢物容易處理，成本低廉，它很快取代了勒布蘭制堿法。
　　然而，掌握索爾維制堿法的公司為了獨享此項技術(shù)成果，他們采取了嚴密的保密措施，使外人對此新技術(shù)一無所知。一些技術(shù)專家想探索此項技術(shù)秘密，大都以失敗告終。不料這一秘密竟被一個中國人運用智慧摸索出來了，這個人就是侯德榜。
　　雖然看起來索爾維制堿法的原理很簡單：先把氨氣通入食鹽水，然后向氨鹽水中通二氧化碳，生產(chǎn)溶解度較小的碳酸氫鈉。再將碳酸氫鈉過濾出來，經(jīng)焙燒得到純凈潔白的碳酸鈉。但是具體的生產(chǎn)工藝卻為外國公司所壟斷，因此侯德榜要掌握此法制堿，得完全靠自己進行摸索。且不說工藝設(shè)計、材料選擇、設(shè)備的挑選和安裝等經(jīng)過的一個又一個難關(guān)，僅從試生產(chǎn)的過程就可略見一斑。例如干燥鍋結(jié)疤了，渾圓的鐵鍋在高溫下停止了轉(zhuǎn)動，時間長了后果是很嚴重的。技師們都急得團團轉(zhuǎn)，這時候侯德榜果敢地拿起玉米棒子粗的大鐵桿往下捅，累得他雙眼直冒金星，汗水濕透了工裝。不久他覺得單靠力氣難于解決這一技術(shù)問題，經(jīng)過大家商量，他們采用加干堿的辦法，終于使鍋底上的堿疤脫水掉下來，總算克服了困難。
　　此后，侯德榜又從調(diào)換碳酸化塔的水管，另行設(shè)計分解爐，到多次加強冷卻設(shè)備，改造過濾機以及處理不斷發(fā)生的生產(chǎn)故障，他都以探索者的勇氣、生產(chǎn)者的細心和科學(xué)家的嚴謹來對待。經(jīng)過緊張而又辛苦的幾個寒暑的奮戰(zhàn)，侯德榜終于掌握了索爾維制堿法的各項技術(shù)要領(lǐng)。1924年8月13日，永利堿廠正式投產(chǎn)。正當大家興高采烈地等待雪白的純堿從烘燒干燥爐中出來時，出現(xiàn)在眼前的卻是暗紅色的純堿。怎么回事？這無形給大家潑了一盆冰水。作為總工程師的侯德榜冷靜地去尋找事故的原因，經(jīng)過分析他很快就發(fā)現(xiàn)純堿變成暗紅色是由于鐵銹污染所致。隨后他們以少量硫化鈉和鐵塔接觸，致使鐵塔內(nèi)表面結(jié)成一層硫化鐵保護膜，再生產(chǎn)時純堿變成純白色了。日產(chǎn)180噸純堿的永利堿廠終于矗立在中國大地上。1926年，永利堿廠生產(chǎn)的紅三角牌純堿在美國費城舉辦的萬國博覽會上榮獲了金質(zhì)獎?wù)隆＿@一袋袋的純堿是中華民族的驕傲，它象征著中國人民的志氣和智慧。
　　摸索到素爾維制堿法的奧秘，本可以高價出售其專利而大發(fā)其財，但是和范旭東一樣，侯德榜主張把這一奧秘公布于眾，讓世界各國人民共享這一科技成果。他把制堿法的全部技術(shù)和自己的實踐經(jīng)驗寫成專著《制堿》，于1932年在美國以英文出版，從此揭開了素爾維制堿法的神秘面紗。

　　創(chuàng)制“侯式制堿法”

　　1937年日本帝國主義發(fā)動了侵華戰(zhàn)爭，他們看中了南京的硫酸銨廠，為此想收買侯德榜，但是遭到侯德榜的嚴正拒絕。為了不使工廠遭受破壞，他決定把工廠遷到四川，新建一個永利川西化工廠。制堿的主要原料是食盆，也就是氯化鈉，而四川的鹽都是井鹽，要用竹筒從很深很深的井底一桶桶吊出來。由于它濃度稀，還要經(jīng)過濃縮才能成為原料，這樣制食鹽的成本就高了。另外，蘇爾維制堿法的致命缺點是食鹽利用率不高，也就是說將有30%的食鹽會被白白地浪費掉，侯德榜決定不用蘇爾維制堿法，而另辟新路。
　　為了探索新的制堿方法，他首先分析了蘇爾維制堿法的缺點，發(fā)現(xiàn)主要在于原料中各有一半的成分沒有利用上，只用了食鹽中的鈉和石灰中的碳酸根，二者結(jié)合才生成了純堿。食鹽中另一半的氯和石灰中的鈣結(jié)合生成的氯化鈣，卻都沒有利用上。那么怎樣才能使另一半成分變廢為寶呢？他設(shè)計了好多方案，但是—一都被推翻了。后來他想到，能否把蘇爾維制堿法和合成氨法結(jié)合起來，也就是說，制堿用的氨和二氧化碳直接由氨廠提供，濾液中的氯化銨加入食鹽水，讓它沉淀出來。這樣氯化銨既可作為化工原料，又可以作為化肥，還可以大大提高食鹽的利用率，同時又省去許多設(shè)備，如石灰窯、化灰桶、蒸氨塔等。
　　設(shè)想有了，能否成功還要靠實踐。于是他又帶領(lǐng)技術(shù)人員，做起了實驗。l次、2次、10次、100次……一直進行了500多次試驗，分析了2000多個樣品，才把試驗搞成功，使設(shè)想成為了現(xiàn)實。其方法是：由合成氨廠提供氨和二氧化碳，以食鹽為原料生產(chǎn)純堿和氯化銨。將氨通入飽和鹽水中，制成氨鹽水，加入碳(酸)化塔中，同時通入二氧化碳在塔內(nèi)進行碳酸化反應(yīng)，生成碳酸氫鈉，煅燒后得到純堿產(chǎn)品。分離碳酸氫鈉后的母液富含氯化銨，經(jīng)過加氨、降溫(至10～15℃)冷卻析出一部分氯化銨結(jié)晶，再加入固體食鹽進行鹽析，可使絕大部分氯化銨結(jié)晶析出，經(jīng)過濾、分離、干燥，并加入抗結(jié)塊劑，即得產(chǎn)品氯化銨。殘留氯化鈉的母液送回鹽水精制系統(tǒng)循環(huán)使用。此法是氨堿法的重大改革，利用合成氨系統(tǒng)排出的二氧化碳，可以省去龐大、耗能的石灰窯，也可以取消氨堿法中所用的蒸餾設(shè)備，同時獲得兩種工農(nóng)業(yè)需要的產(chǎn)品——純堿和氯化銨。這個制堿新方法被命名為“聯(lián)合制堿法”，它使鹽的利用率從原來的70%一下子提高到96%。此外，污染環(huán)境的廢物氯化鈣成為對農(nóng)作物有用的化肥——氯化銨，還可以減少1/3設(shè)備，所以它的優(yōu)越性大大超過了蘇爾維制堿法，從而開創(chuàng)了世界制堿工業(yè)的新紀元。1943年，中國化學(xué)工程師學(xué)會一致同意將這一新的聯(lián)合制堿法命名為“侯氏聯(lián)合制堿法”，又稱侯氏制堿法，循環(huán)制堿法或雙產(chǎn)品法。

　　我國化學(xué)工業(yè)的奠基人

　　眾所周知，三酸二堿是化學(xué)工業(yè)的基本原料，僅能生產(chǎn)純堿顯然是不行的。侯德榜開始設(shè)計一個可以同時生產(chǎn)氨、硫酸、硝酸和硫酸銨的硫酸銨廠。建造硫酸銨廠與當年永利堿廠的開創(chuàng)不一樣，不存在技術(shù)保密的問題，所面臨的關(guān)鍵問題是怎么引進國外技術(shù)和選購設(shè)備，爭取投資少而見效快。為此侯德榜對整個計劃作了周密的調(diào)查研究。
　　銨廠的設(shè)計，應(yīng)該自成系統(tǒng)，完整合理，引進技術(shù)要完全立足于國情，而不是照搬外國的成套設(shè)備。在采購設(shè)備中，侯德榜精打細算。凡是國內(nèi)能夠保證質(zhì)量的，就自己動手在國內(nèi)解決。進口外國設(shè)備時，他巧妙地利用了各國廠商之間的競爭，選擇適用又價廉的設(shè)備，對若干關(guān)鍵設(shè)備，更是力主擇優(yōu)。在與外商談判和選購設(shè)備時，侯德榜相當機智，如制硫酸的全套設(shè)備是從美國買的，在買下這套設(shè)備的同時，侯德榜順便索要了硫酸銨的生產(chǎn)工藝圖紙。掉過頭來，他又從另一家工廠以廢鋼鐵的價格買下一套硫酸銨生產(chǎn)設(shè)備(時至今日還在運轉(zhuǎn))。這種精明能干連美國的許多經(jīng)理都佩服。
　　硫酸銨廠的設(shè)備來自英、美、德、瑞士等國的許多廠家，還有些是本國造的，最后竟能全部成龍配套，很是不容易的。它充分顯示了侯德榜的學(xué)識才干和細心經(jīng)營，正如他自己說的：“要當一員稱職的化學(xué)工程師，至少對機電、建筑要內(nèi)行。”這也是他的座右銘，他在給友人的一封信中曾寫道：這些事，“無一不令人煩悶，設(shè)非隱忍順應(yīng)，將一切辦好，萬一功虧一簣，使國人從此不敢再談化學(xué)工程，則吾等成為中國之罪人。吾人今日只有前進，赴湯蹈火，亦所弗顧，其實目前一切困難，在事前早已見及，故向來未抱絲毫樂觀，只知責(zé)任所在，拼命為之而已。”這就是侯德榜事業(yè)心的生動寫照。
　　1957年，為發(fā)展我國的小化肥工業(yè)，侯德榜倡議用碳化法制取碳酸氫銨，他親自帶隊到上海化工研究院，與技術(shù)人員一道，使碳化法氮肥生產(chǎn)新流程獲得成功，侯德榜是首席發(fā)明人。當時的這種小氮肥廠，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)曾做出不可磨滅的貢獻。

　　(作者單位：東南大學(xué)STS研究中心)

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