化学工业简述.doc

化学工业概述一什么是化学工业。什么是化学工业？我这里大概的说法是“涉及通过化学反应制取化学品的工业过程及其相关的环境社会责任的综合”，其特点是主过程或辅助过程涉及化学反应。这是从大的工业门类来分说。具体到化学工业，又可以由化学品或反应类型或过程性质而有不同的分类。应该说，难以给出一个真正准确明确的定义（大家也可以上网查，有多种多样的定义的，但在我看来我上面给出的是比较“好”的），这样总是有许多模糊之处。在这里简称化工，但要别于化学工程的化工。比如说生命过程也包含无数的（生物）化学反应，象简单粮食加工工业（涉及到生物化学反应）不好归于化工，但粮食确实又可以作为化学品或者可以由别的化学品和粮食作用如制取变性淀粉等显然属于化工。传统的从自然界淘金不属于化工，但现代的通过化学反应提取黄金（比如氰化物提取法）就是属于化工。炼铁炼钢是典型的化工过程，可根据传统和习惯，一般却拿出来另列为冶金工业，常常与化学工业并列。还比如，在我国，直到上世纪九十年代还把石油化工拿出来单独看待，与化学工业工并列的。毕竟，化学作为科学，具有广泛一致性，而化学“工业”的定义和分类易从属于国家习惯，各国各地不同时候都可以有差异。所以注意从定义，习惯，时空等多方面来讨论才比较方便些。无疑地，化学工业可以看作是化学品生产的社会实践活动的综合。之所以在定义里就包含说化工是一个工业部门和环境社会影响和责任的结合，是为了反映今天的现实强调化工对环境对社会环境的影响以及社会责任对化工的影响（相互影响），就是为了强调这个重要性，这是化工发展到今天的本质上的要求，绝不只是理论上的意义，也绝不是哗众取宠式的赶时髦做法。确实是时代和现实的要求。而这一点在我国的从前和现在的化学化工等各类教科书里较少提及。因此也影响了我国人民的观念，包括化工从业者的观念和具体的化工实践。如果在观念上习惯上没有这样的要求，难以指望我们会在实践上自觉做到化工生产（或别的实践）过程从设计到操作上均严肃认真地考虑保护环境，创造良好的社会效果。更严重的是不利于化工生产从环境社会责任方面从立法执法上来符合可持续发展的目标。所谓“名不正则言不顺”。当然。我们社会有许多名正言顺的时情做不好，违法违规的事情则盛行而得不到制止制裁，这就是另外的悲哀了。如果说单纯的传统的化学工业，可以简单地说是生产化学品的工业。一般说来，生产化学品要由原料（或原料的原料，可能要经过预处理，最初这些都从自然界得到，如采矿，水，空气，海水中的盐，等等，及利用天然生物物质），经过一定步骤（有单元操作过程，如反应，提纯，过滤分离，干燥。等），得到产物。所以，在这里化工生产首先涉及化学反应，原料和产品，涉及到由各种单元操作组成的过程。最初认为影响化工生产的主要是化学反应和单元操作过程。传统上说，有效率地使原料转化成为产品就是最大的目的。化学反应常常不是100%进行，可能只是转化了一定比例（如转化率75%等），未转化的反应物如果未全部循环使用，则那部分就成为废物。此外，过程中常常产生其它物质，成为副产品，如果不加以利用，也成为废物。操作中的跑冒滴漏也直接产生废物。这些废物可以是废水（生成费液或用水洗涤）废气废固体，成为三废（其实可以有废的气溶胶烟雾等组合废料等或不好简单分类的废物）。这些废物是对原料对过程的一个浪费，降低了化工生产的效益。这样在反应和过程外，要考虑怎么避免或尽量减少废物。怎么提高反应效率和转化程度，怎么减少跑冒滴漏本来就是传统化工的一个重要部分，从过程设计到具体操作上就应该加以考虑。最初的化工生产重点在化工产品上，怎么用较少的消耗生产较多的产物就好。至于三废什么的，一般就是直接排入环境。问题是这些东西环境不容易有效分解掉，后来废物积累起来为害，打断了自然界正常的生态平衡，逐渐形成了许多污染，导致灾难。著名的如伦敦雾都，日本的水俉病，落山矶的光化学烟雾，中国的大气层水层地层等的全面污染等都很有名。当然，也别只顾攻击中国（冤枉，没有有意攻击），象印度博珀尔（BHOPAL）异氰酸甲酯毒气泄露什么的一死一个镇子，几千人当时死亡，其后有关联的致死者一万多（间接致死者数量有不同说法），邻近地区受害人畜无数，举世震惊。此外，在长期效果不清楚的情况下轻率使用的化学品如DDT农药在自然界和生物体内的积累等，导致世界范围内的长期慢性污染。所有这些都强迫人民考虑怎么对付减少三废消除污染，并逐渐制订法律来控制废物排放。此外，化工生产的操作要靠人，生产出来的产品的消费对象也是人，没有孤立隔离的生产，环境和社会本来就对生产产生影响。生产中由于过程原材料能源反应废物等必然对环境对人对社会产生影响，那么这些因素又更加反过来影响化学工业影响化工生产本身，等等，相互作用。这样，环境社会影响和责任也成为影响化学工业化工生产的一个重要因素。因此，今天的化学工业整体以及具体的化工生产一定包括环境及社会影响和责任，这样，考虑化学工业和具体化工生产时必须考虑环境和社会责任。这是一个长期发展演化后达到的必然的结果。西方化工发展的早，暴露的问题早，解决问题的经验教训也多。值得我们借鉴。在观念上实践上立法执法方面等我们的差距有多大，大家自己均可以判断。我们的目的是什么？并不是为了缩短差距而来缩短差距，而是要发展得到了优化的化学工业来满足中国可持续发展的要求，也满足具体一个公司可持续发展的要求。观念教育习惯全民参与，政府要，社会，公司要，我们自己。成为了化工不可分割的整体。化学工业和具体的化工生产厂家生产线人化学工业还应该包括什么？法律等。二化学工业的门类化学工业下面的分类可以按化工生产中原料，产品，或过程，或反应特性等等来分，甚至可能安生产的工厂的特性来分，或某种组合，也可以是结合历史习惯来分，而同样分类后的称呼也常常可能不一致。比较常见的是按原料/产品结合历史习惯来考虑分类，比如说粗分为无机有机生物化工，无机化工包括基本无机化工，硅酸盐化工或陶瓷化工，冶金化工。有机化工包括煤化工，石油化工等。日用化工，精细产品化工，以及医药化工可能无机有机均包括。生物化工包括以天然生物如农林动植物海洋生物等等为原料的传统生物加工化工和以现代生物工程为基础的生物化工，当然也不是绝对的。在这几个大类之外，哪类都包含的环境处理专门拿出来作为环境化工另列，这个就不是严格按产品来分了。一般说来，无机化工中的类别有比较古老的渊源，是早期的代表的化工，直到今天也仍然是其它化工的原料基础。然后是在煤加工和其后石油加工基础上分别建立起来的煤化工和石油化工，以及用它们为基础原材料进行较深加工生产的日用农用精细化工和医药化工。按照惯例，石油化工中一般还分出来炼油化工来专门放生产油料燃料的石油炼制过程。生物化工比较另类，比如也有古老渊源，原料可以再生，同时现代生物工程提供了新的领域和动力等等。还有些不太好明确归于以上类型的特殊材料可列一个“特殊化工或其它化工”的门类。环境化工不属于不限于上面的门类分类，但是每一类都不可缺少不可分割的，又有其特色，也应该另做一类。1。基本无机化工以自然界的无机资源，如空气水二氧化碳海水（盐）矿物（氧化物，盐类，煤，及其它矿石）等等为原料生产简单无机物如单质酸碱盐氧化物等的工业。主要产品有无机酸（硫酸盐酸硝酸磷酸），无机碱（包括氢氧化钠，碳酸钠，碳酸氢钠，生熟石灰，氨，氢氧化钾，碳酸钾等称为碱的无机物，强碱的碳酸盐在这里也做为碱），某些无机盐和氧化物（类似于高锰酸钾氯酸钾聚磷酸盐等等，但盐类更多的归于日用精细产品，而大部分无机盐氧化物取于自然界如海水盐湖矿物等），多种工业气体如一氧化碳氢气氮气氧气稀有气体氯气特殊气体等等（其中制取过程如空气分离本身不是化学过程，但辅助过程可以有。其它气体比如一氧化碳和氢气等由水煤气化及变换过程生产）。此外，早期的煤气化，煤焦化，焦炭电弧反应生成电石也有归于基本化学工业这个门类的，当然，直接更煤有关的这些过程更多的情况下被归于煤化工里。基本无机产品比较古老，但生产它们的过程仍在完善更新。主要无机酸碱等的生产过程在中学化学教材里就有介绍。比较重要的趋势是怎么在温和条件下生成这些酸和碱，用新材料用信息技术自动控制等结合入生产控制，降低消耗消耗提高效率减少排放等，例如电解食盐水制取烧碱过程的优化，利用超稳定的选择性阳离子交换膜等等来抬高电解装置的寿命电流效率等等。也可以设计出新的过程，比如同样是用食盐水，如果不用电解(electrolysis)槽而用电分解过程（electrodialysis），可望由食盐直接制取氢氧化钠和盐酸，过程温和电流效率能量效率均较高，且不生产危险的氯气，没有污染。同样可以通过一定的手段由许多盐通过盐解反应（salt splitting）来制取相应的碱和酸，简单高效无（少）污染。2。硅酸盐化工这是建筑在硅酸盐硅铝（硼等）酸盐氧化硅（铝镁钙）等上的化学工业，主要产品有陶瓷（制品），粘土（制品），玻璃（制品）石英和水泥等日用和建筑材料，还有一些工业材料如耐火砖及其它无机耐火材料等也常属于这个归类。陶瓷粘土等制品有悠久的历史，它们确实是典型的化工制品，但往往单列出去了或归做建筑材料行业。至于许多无机氧化物材料无机非金属材料（现称为陶瓷材料，ceramic materials）或复合材料，则可归于前面未列出的“特殊化工或叫其它化工”产品里去，或称陶瓷化工材料。陶瓷材料陶瓷基复合材料等具有特异性能如耐高温耐磨损等等，因而在新时期特殊用途中应用广泛。这些特殊材料的开发制备主要是看投入的努力，要靠时间经验实验等作配比做条件实验，以及比较特殊的工艺过程等。理论上的作用不如其它化工品开发那样成熟，主要要靠实验实践经验运气等等。要对有实力的研究生产单位的大力投入（不是乱撒胡椒面）。在这方面我国各方面还宜在人力材力等等上多“投入”，多下功夫，日久才能见效。日美欧等国家作得比较好。3。冶金化工。冶金中的大头，钢铁和铝等建筑机械上用的金属一般都归于冶金工业。而其它金属（碱金属碱土金属过渡金属如锂钠镁铜锌铅镍钴钒钨钛锑等等）和半导体材料（两性元素如硅砷镓硼等）各种贵金属（制品），稀土金属合金金属基复合材料等，以及通过纯金属来制取纯化合物的，则属于化学工业，一般就放在冶金化工里了。这也是对制取特殊材料很重要的化工生产。与冶金工业等共同构成一个国家基础产业和新兴产业（如半导体，信息技术的硬体材料）的“骨架”。二十世纪早期以前，基本无机化工产品是主要的化工产品。它们主要是由矿产品反应加工来的，比如无机酸就又叫矿物酸。如今这些酸碱盐仍然是日用中常见的化学品，也是所有其它化学过程中最基本的反应试剂。但其产值只占整体化工产值的约4%了。即使加上硅酸盐化工及除钢铁以外的冶炼化工，其整体产值也不过67%。从基本无机产品的产量和价格比较来看，中国在这个行业整体上是比较有竞争力的，但新技术应用不足，开发创新含量过低。中国的陶瓷水泥玻璃等产量均是世界前列，但产品档次较低。我国的金属矿藏相对而言较多（人均就不行了），有好好发展冶金化工的基础，应该珍惜资源，有效利用。而现代化工的大头是有机化工，首先是上世纪前期的煤化工然后上世纪中后期转移到石油化工。从现状和趋势看很可能将来会是生物和新型材料的化工。这些要下更大的功夫。4。煤化工。为冶炼目的的炼焦业及相关的焦炉煤气应用及副产物苯的应用及煤焦油提炼化学品是早期重要的煤化工业内容。由焦炭与生石灰电弧反应制取电石，后者水解得到乙炔，乙炔可以水合得乙醛乙酸也可以部分加氢制取乙烯，可以加成反应制取氯乙烯等等，这些都是重要的有机化工原料，由此可以制取各种各样的有机化工产品。上世纪二十年代在煤炭资源丰富的德国开展的煤基合成气在铁催化剂上制取烃类的FISHER-TROPSCH合成标志着由简单无机物制取有机产品化工过程的突破，这是煤的间接液化。煤的直接液化以及煤基合成气在铜催化剂上制取甲醇的过程也很重要。这样，以煤化工为代表的有机化工就蓬勃发展起来，那时化工的代表产物是乙炔，也可以加上合成气。而此前化工代表产品是所谓三酸（硫酸盐酸硝酸）两碱（烧碱纯碱）。二战后则由于石油化工的发展，有机基本原料转而主要由石油制取，进入石油化工时代。煤化工包括煤炭焦化制取焦炭，煤气，苯，和煤焦油；煤气化制取发生炉气，合成气等以及合成气制取甲醇和烃类；煤液化包括直接液化和间接液化（F-T合成）制取合成油。合成气也可以制取气体烃，可以羰基化制取羰基化合物，制取低炭醇等等。也包括电石乙炔生产过程（由于历史习惯有时候也把这个放在基本无机化工）及其后续过程，还包括炭素化工品如石墨活性炭等等（往往把这些加上合成气天然气，二氧化碳的化工过程结合称为碳一化工）。由于我国历史上煤多油少，初期石油化工发展慢，煤化工长期是主要化工无机有机产品来源。直到大庆油田开发后才有所改观，但即使如此，煤化工仍然提供了我国种类近40%的化工产品。而且随着我国石油资源的紧张，进一步发展高效符合环保需要的煤炭化工就显得更加重要和紧迫。我国煤炭资源相对丰富，在较长一段时期都应该能够满足作为能源和化工原料的要求。但由于煤炭中高含硫氮磷等，在其处理转化中大量产生硫氮和磷等的氧化物，容易造成大量的污染，我国是二氧化硫最大释放者，损害环境影响健康及生产，酸雨范围广并波及邻国。对于煤液化，投资巨大，过程本身能耗巨大。因此我国发展煤化工应该注意大型基地化，便于集中处理污染的问题，也有利于获取规模效益。对于现有的煤化工的管理和转型，我国应该是很有经验横有基础的。从煤气化制取水煤气进一步制取氢气的小氮肥厂七十年代在我国遍地开花，即使后来倒闭了许多，但仍然存在不少。这些如果集中起来使用，则可以在投资规模效益上均取的好的效果。同样的我国的甲醇生产数量规模均可观，在此基础上不难进一步合并加强而取得长足发展。炼焦及制取水煤气等未必需要大的投入（这就造成了许多小焦化炉土焦化炉甚至几百年前的技术还有人用，反正可以赚钱），因此要大力加强执法，取缔小土焦炉。近年来我国每年用于炼焦的煤超过两亿吨，产生煤焦油超过一千万吨。但综合应用未搞好。煤焦油中的珍贵组分提取好了“是个宝”，象杂环芳烃类是重要的医药化工原料，完全可以满足国内需要及出口，这应该说是我国发展精细化工和医药化工的一个优势。而处理不好就是巨大污染，稠杂环芳烃都是强制癌物，不可以掉以轻心，这方面的漏洞很大。我主要的担心是煤液化制取燃料的过程，我国尚未有工业化的过程，而客观上又要求我国要发展这个过程，这样可以有效打破产油国对我国的制约。我国从事这方面的研究时间其实很长，但未能取得好的突破。高压加氢的直接液化一直未放大好，而费托合成中每立方合成气的油成量一直达不到指标，这与国家未长期坚持大量投入有关，更与相关的科研人员团体构成不合理管理不合适攻关方式有问题有关。细节就不好说了。前几年我国的某个集团与西方某公司接触让人家转让煤直接液化技术，人家一开口就是三十亿技术转让费，是美元。而我们的这个集团真有钱，一口就能答应下来。在签约前遭到国内外知道内情的学者的强烈反对和反映而作罢。原来这家西方公司并没有成熟的经过了检验的工业化技术。对一个并不可靠的东西就肯出三十亿美元，太轻率了。可对国内投入就舍不得了，可叹。真有钱，真轻率。煤间接液化的南非SASOL过程经过了多年运转，我国与SASOL一直有接触。前几年我国的许多个省甚至市都去找SASOL请求转让技术，结果弄的人家神气得不得了，价码开得越来越高，不知道我们有关方面出于什么心理这么干。确实这些方面全都是太有钱了，可为什么那时不好好投入国内的开发？当然，近几年国内的中试基地也得到了几亿人民币的投入，钱早就已经不是问题了，但一直没有突破。不知道该怎么说。而经过一些事情后我国的许多各方面也决定应该立足于国内了。但国内要怎么样才能突破呢？在我看来，首先要打破垄断，一个单位几十年都搞不好某个重大项目，那就说明其不合适搞，为什么人家德国南非早就搞得较好的项目我们现在还不行？那就应该引入另外方面来竞争，没有非谁不可的道理，即使是其中涉及到多方面的利益，但国家的利益才更重要。拿着国家的重大项目重大投资几十年搞不出结果，希望遥遥无期，那就应该换人来做了。如果坚持不改，我看不到希望。这些话不吐不快，即使会得罪许多人。除了应该引入竞争的团队外，还有采取备用