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侯德榜：“侯氏制堿法”的創造者

我國近代工商業發展紀實之十二

2008-09-05 作者:吳東好來源:經濟參考報

　　摘要：侯德榜，我國重化學工業的開拓者。他于上世紀20年代突破氨堿法制堿技術的奧秘，主持建成亞洲第一座純堿廠；30年代領導建成了我國第一座兼產合成氨、硝酸、硫酸和硫酸銨的聯合企業；四五十年代又發明了連續生產純堿與氯化銨的聯合制堿新工藝，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年代實現了工業化和大面積推廣。
　　侯德榜一生在化工技術上有三大貢獻。第一，揭開了蘇爾維法的秘密。第二，創立了中國人自己的制堿工藝——侯氏制堿法。第三，是他為發展小化肥工業所作的貢獻。

　　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。早年考入清華大學留學預備學堂高等科。1913年赴美國留學。1916年畢業于美國麻省理工學院化工專業，獲學士學位。1919年獲美國哥倫比亞大學制革碩士學

1961年，毛主席接見竺可楨，吳有訓，侯德榜等科學家。

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

在中國科學院建院50周年時，刊出了侯德榜畫像和他參建的化工廠

位。1921年獲博士學位。
　　在國外留學時，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甫先生。陳受愛國實業家范旭東委托，為在中國興辦堿業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封鎖，而且利用我國缺堿而卡我國民族工業“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，出任范旭東創辦的永利堿業公司的技師長(即總工程師)。他深刻地體會到創業之艱難。要創業首先需要實干的精神。他脫下了白領西服，換上了藍布工作服和膠鞋，身先士卒，同工人們一起操作。哪里出現問題，他就出現在哪里，經常干得渾身汗臭，衣服中散發出酸味、氨味。他這種埋頭苦干的作風贏得了工人們、甚至外國技師的贊賞和欽佩。
　　堿是許多工業部門，尤其是紡織、肥皂、造紙、玻璃、火藥等行業大量采用的原料。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代化的需求。1775年，法國科學院曾用10萬法郎的懸賞征求可工業化的制堿方法。1788年，勒布蘭提出了以氯化鈉為原料的制堿法，經過4年的努力，創制了一套完整的生產流程。到了1862年，比利時化學家索爾維實現了氨堿法的工業化。由于這種新方法能連續生產，產量大，質量高，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成果，他們采取了嚴密的保密措施，使外人對此新技術一無所知。一些技術專家想探索此項技術秘密，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，生產溶解度較小的碳酸氫鈉。再將碳酸氫鈉過濾出來，經焙燒得到純凈潔白的碳酸鈉。但是具體的生產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。且不說工藝設計、材料選擇、設備的挑選和安裝等經過的一個又一個難關，僅從試生產的過程就可略見一斑。例如干燥鍋結疤了，渾圓的鐵鍋在高溫下停止了轉動，時間長了后果是很嚴重的。技師們都急得團團轉，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問題，經過大家商量，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，侯德榜又從調換碳酸化塔的水管，另行設計分解爐，到多次加強冷卻設備，改造過濾機以及處理不斷發生的生產故障，他都以探索者的勇氣、生產者的細心和科學家的嚴謹來對待。經過緊張而又辛苦的幾個寒暑的奮戰，侯德榜終于掌握了索爾維制堿法的各項技術要領。1924年8月13日，永利堿廠正式投產。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，經過分析他很快就發現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，致使鐵塔內表面結成一層硫化鐵保護膜，再生產時純堿變成純白色了。日產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獎章。這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和自己的實踐經驗寫成專著《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。

　　創制“侯式制堿法”

　　1937年日本帝國主義發動了侵華戰爭，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，發現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，二者結合才生成了純堿。食鹽中另一半的氯和石灰中的鈣結合生成的氯化鈣，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，同時又省去許多設備，如石灰窯、化灰桶、蒸氨塔等。
　　設想有了，能否成功還要靠實踐。于是他又帶領技術人員，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，使設想成為了現實。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進行碳酸化反應，生成碳酸氫鈉，煅燒后得到純堿產品。分離碳酸氫鈉后的母液富含氯化銨，經過加氨、降溫(至10～15℃)冷卻析出一部分氯化銨結晶，再加入固體食鹽進行鹽析，可使絕大部分氯化銨結晶析出，經過濾、分離、干燥，并加入抗結塊劑，即得產品氯化銨。殘留氯化鈉的母液送回鹽水精制系統循環使用。此法是氨堿法的重大改革，利用合成氨系統排出的二氧化碳，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備，同時獲得兩種工農業需要的產品——純堿和氯化銨。這個制堿新方法被命名為“聯合制堿法”，它使鹽的利用率從原來的70%一下子提高到96%。此外，污染環境的廢物氯化鈣成為對農作物有用的化肥——氯化銨，還可以減少1/3設備，所以它的優越性大大超過了蘇爾維制堿法，從而開創了世界制堿工業的新紀元。1943年，中國化學工程師學會一致同意將這一新的聯合制堿法命名為“侯氏聯合制堿法”，又稱侯氏制堿法，循環制堿法或雙產品法。

　　我國化學工業的奠基人

　　眾所周知，三酸二堿是化學工業的基本原料，僅能生產純堿顯然是不行的。侯德榜開始設計一個可以同時生產氨、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不一樣，不存在技術保密的問題，所面臨的關鍵問題是怎么引進國外技術和選購設備，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查研究。
　　銨廠的設計，應該自成系統，完整合理，引進技術要完全立足于國情，而不是照搬外國的成套設備。在采購設備中，侯德榜精打細算。凡是國內能夠保證質量的，就自己動手在國內解決。進口外國設備時，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備，對若干關鍵設備，更是力主擇優。在與外商談判和選購設備時，侯德榜相當機智，如制硫酸的全套設備是從美國買的，在買下這套設備的同時，侯德榜順便索要了硫酸銨的生產工藝圖紙。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設備(時至今日還在運轉)。這種精明能干連美國的許多經理都佩服。
　　硫酸銨廠的設備來自英、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識才干和細心經營，正如他自己說的：“要當一員稱職的化學工程師，至少對機電、建筑要內行。”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，設非隱忍順應，將一切辦好，萬一功虧一簣，使國人從此不敢再談化學工程，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，只知責任所在，拼命為之而已。”這就是侯德榜事業心的生動寫照。
　　1957年，為發展我國的小化肥工業，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，與技術人員一道，使碳化法氮肥生產新流程獲得成功，侯德榜是首席發明人。當時的這種小氮肥廠，對我國農業生產曾做出不可磨滅的貢獻。

　　(作者單位：東南大學STS研究中心)

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