化工是“化学工艺”、“
化学工业”、“
化学工程”等的简称。凡运用化学方法改变物质组成、结构或合成
新物质的技术,都属于化学
生产技术,也就是化学工艺,所得产品被称为化学品或化工产品。起初,生产这类产品的是
手工作坊,后来演变为工厂,并逐渐形成了一个特定的生产行业即化学工业。化学工程是研究化工产品
生产过程共性规律的一门科学。人类与化工的关系十分密切,有些化工产品在人类发展历史中,起着划时代的重要作用,它们的生产和应用,甚至代表着
人类文明的一定历史阶段。
专业名词
化学工业(chemical industry)、
化学工程(
chemical engineering)、化学工艺(chemical technology)都简称为化工。化学工业包括
石油化工(petrochemicals)、
农业化工(agrochemicals)、化学医药(pharmaceuticals)、高分子(polymers)、涂料(paints)、油脂(oleochemicals)等。它们出现于不同历史时期,各有不同含义,却又关系密切,相互渗透,具有
连续性,并在其发展过程中被赋予新的内容。人类早期的生活更多地依赖于对天然物质的直接利用。渐渐地这些物质的
固有性能满足不了人类的需求,于是产生了各种加工技术,有意识有目的地将天然物质转变为具有多种性能的
新物质,并且逐步在
工业生产的规模上付诸实现。广义地说,凡运用化学方法改变物质组成或结构、或合成新物质的,都属于化学生产技术,也就是化学工艺,所得的产品被称为化学品或化工产品。
发展历史
基本介绍
人类为了求得生存和发展,不断地与大自然作斗争,逐步地加深了对
周围世界的认识,从而掌握了征服自然、
改造世界的本领。经过漫长的历史实践,人类越发善于利用
自然条件,并且为自己创造了丰富的
物质世界。
古代人们的生活更多地依赖于直接利用,或从中提取所需要的东西。由于这些物质的
固有性能满足不了人们的需求,便产生了各种加工技术,把天然物质转变成具有多种性能的
新物质,并且逐步在工业生产的规模上付诸实现。起初,生产这类产品的是
手工作坊,后来演变为工厂,并逐渐形成了一个特定的
生产部门,即化学工业。随着生产力的发展,有些生产部门,如冶金、炼油、造纸、制革等,已作为独立的生产部门从化学工业中划分出来。当大规模石油炼制工业和石油化工蓬勃发展之后,以化学、物理学、数学为基础并结合其他工程技术,研究
化工生产过程的共同规律,解决规模放大和大型化中出现的诸多工程技术问题的学科——化学工程进一步完善了。它把化学工业生产提高到一个新水平,从经验或半经验状态进入理论和预测的新阶段(见
化学工程发展史),使化学工业以其更大规模生产的
创造能力,为人类增添大量
物质财富,加快了人类
社会发展的进程。
在
现代汉语中,化学工业、化学工程和化学工艺都简称为化工,它们出现于不同历史时期,各有不同涵义,却又关系密切,互相渗透。在人们头脑里,“化工”这个词,习惯上已成为一个总的知识门类和事业的代名词,它在国民经济和工程技术上所具有的重要意义,引起了人们广泛的兴趣,吸引着成千上万的人,为之献出毕生精力。下面简要地从人类
社会生活的各个方面,来说明化工绚丽多彩的内容及其重要贡献。
从数据来看,2013年1~4月,我国的原油加工量为15868.3万吨,同比增长3.2%;乙烯产量为529.8万吨,同比增长3.0%;合成树脂产量为1851.8万吨,同比增长9.8%;合成纤维单体产量为736.8万吨,同比增长1.4%;合成橡胶产量为132.1万吨,同比增长7.4%。乙烯产量扭转了负增长,但增速很低,三大合成也都低速增长。
石化各主要子行业的盈利状况基本呈现小幅反弹。其中,有机
化学原料制造业实现主营业务收入4322.18亿元,同比增长15.2%,
实现利润总额111.00亿元,同比增长2.3%;合成树脂制造业实现
主营业务收入2427.01亿元,同比增长13.5%,实现利润总额80.31亿元,同比增长11.9%;合成
橡胶制造业实现主营业务收入388.33亿元,同比增长24.9%,实现利润总额21.70亿元,同比增长17.2%;合成纤维单体(聚合)制造业实现主营业务收入946.06亿元,
同比下降4.4%,实现利润总额-6.20亿元。
从各主要子行业看,合成纤维单体(聚合)制造业由于受到
棉花价格大幅下降等因素的影响,行业出现亏损。
有机化学原料制造业和合成树脂制造业两个最大的子行业的盈利水平也反弹乏力,这在很大程度上反映出了
经济基本面偏冷。
从2013年的情况来看,虽然原油
价格稳定在100美元/桶(
布伦特)上下,对于整个石化产业链还是比较有利的,但是,由于
实体经济的持续走弱而导致的需求端下降趋势,将对整个行业形成冲击。固定资产投资增速将会下降,装臵
开工率会下降,行业的经济活度会下降,化工的下降周期将变得漫长且底部无法明确。
整体表现低迷
2013年6月23日,根据相关
数据显示,化工行业指数为900点,低于2012年7月份国际原油暴跌后出现的低点929点。截至6月12日,国内化工行业景气度远远低于2011年,在重点监测的109个化工
代表性产品中,上涨品种仅19个,占监测品种的17.43%,上
涨幅度最大的液氯、盐酸,涨幅高达40%左右,但两者均为
氯碱行业的次要产品,行业影响力较小。
化工市场
运行阻力主要来自于供需矛盾,上半年市场需求呈现“过早启动、后劲不足”的特点,春节期间中下游企业提早备货,却未能照常迎来春季行情,至6月份普遍陷入
全产业链清淡的境地。另外,
国际市场行情也极度低迷,无法提振
国内市场,即便纯碱、
尿素等产品打破出口量记录,这也是生产企业在大幅牺牲利润的基础上为减轻库存压力的无奈之举。
结构性亮点仍存
数据显示,2011年全球农药
市场规模约为503亿美元,其中
化学农药为440亿美元,同比增长分别为13.4%和14.9%,预计在2017年规模将达685亿美元,全球农药行业有望在接下来的五年里以5.5%的
复合年增长率持续良好发展。中国农药行业的快速发展得益于制造成本低和由此带来的
产业转移,环保要求趋严还有利于产能向优势企业集中。
革命助手
化学工业从它形成之时起,就为各
工业部门提供必需的基础物质。作为各个时期
工业革命的助手,正是它所担负的
历史使命。18~19世纪的
产业革命时期,
手工业生产转变为机器生产,
蒸汽机发明了,
社会化大生产开始了,这正是近代化学工业形成的时候。面临产业革命的急需,
吕布兰法制纯碱等技术应运而生,这使已有的
铅室法制硫酸也得到发展,解决工业对酸、碱的需要。同时,随着炼铁、炼焦工业的兴起,以
煤焦油分离出的芳烃和以
电石生产的
乙炔为基础的有机化工也得到发展。合成染料、
化学合成药、
合成香料等相继问世,橡胶轮胎、
赛璐珞和
硝酸纤维素等也投入生产。这样,早期的化学工业就为
纺织工业、
交通运输业、
电力工业和
机器制造业提供了所必需的原材料和辅助品,促成了产业革命的成功。
20世纪经过两次
世界大战,一方面石油炼制工业中的催化裂化、
催化重整等技术先后出现,使汽、煤、柴油和润滑油的生产有了大幅度增长,特别是丙烯水合制
异丙醇工业化以后,烃类裂解制取乙烯和丙烯等工艺相继成功,使
基本有机化工生产建立在石油化工雄厚的技术基础之上,从而得以为各工业部门提供大量有机原料、溶剂、助剂等。从此,人们常以烃类裂解生产
乙烯的能力,作为一个国家石油化工生产力发展的标志。另一方面,哈伯-博施法
合成氨高压高温技术在工业上实现,
硝酸投入生产,使大量的硝化物质出现,尤其是使火炸药工业从黑火药发展到
奥克托今,炸药的
比能量提高了十几倍。这不仅解决了战争之急需,更重要的是在矿山、铁路、桥梁等民用
爆破工程上,得到了应用。此外,对于核工程中
同位素分离和航天事业中
火箭推进剂的应用,化工都作出了关键性的贡献。
农业支柱
长期以来,人类的食物和衣着主要依靠农业。而农业自远古的刀耕火种开始,一直依靠大量人力劳作,受各种自然条件的制约,发展十分缓慢。19世纪,农业机械的运用,逐步改善劳动状况。然而,在
农业生产中,
单位面积产量的真正提高,则是施用化肥、农药以后的事。
实践证明,农业的各项
增产措施中,化肥的作用达40%~65%。在石油化工蓬勃发展的基础上,合成氨和尿素生产大型化,使化肥的产量在化工产品中占据很大比重。1985年世界化肥总产量约达140Mt,成为大宗化工产品之一。氮、磷、钾
复合肥料和
微量元素肥料的开发,进一步满足了不同
土壤结构、不同作物的需求。
早期,人类采用天然作物病虫害。直到19世纪末,近代化学工业形成以后,采用
巴黎绿(砷制剂)杀
马铃薯甲虫、
波尔多液防治
葡萄霜霉病,农业才开始了
化学防治的新时期。20世纪40年代生产了有机氯、有机磷、
苯氧乙酸类等杀虫剂和
除草剂,广泛用于农业、林业、
畜牧业和公共卫生。但这一代农药中有些因高残留、高毒,造成
生态污染,已被许多国家禁用。开发了一些高效、低残留、低毒的新农药,其中
拟除虫菊酯(
除虫菊是具有除虫作用的植物)是一种
仿生农药,每亩用量只几克,不污染环境,已经投入工业生产。此外,
生物农药是21世纪来在农药研究中是最活跃的一个领域。
现代农业
应用塑料薄膜(如高压聚乙烯、
线型低密度聚乙烯等),用作
地膜覆盖或温室育苗,可明显地提高
作物产量,正在进行大面积推广。
医药化学
医学和药物学一直是人类努力探求的领域,在中国最早的药学著作《
神农本草经》(公元1世纪前后编著)中,就记载了365种药物的性能、制备和配伍。明代
李时珍的《本草纲目》中所载药物已达1892种。这些药采自
天然矿物或动植物,多数须经泡制处理,突出药性或消除毒性后才能使用。19世纪末至20世纪初,生产出
解热镇痛药阿司匹林、
抗梅毒药“606”(砷制剂)、
抗疟药阿的平等,这些化学合成药成本低、纯度高、不受自然条件的影响,表现出明显的疗效。30年代,人们用化学剖析的方法,鉴定了水果和
米糠中维生素的结构,用人工合成的方法,生产出
维生素C和
维生素B1等,解决了从天然物质中提取维生素产量不够、质量不稳的矛盾。1935年
磺胺药投产以后,拯救了数以万计的
产褥热患者。
青霉素的发现和投产,在第二次世界大战中,救治伤病员,收到了惊人效果。
链霉素以及
对氨基水杨酸钠、
雷米封等战胜了
结核菌,结束了一个历史时期这种蔓延性疾病对人类的威胁。
天花、
鼠疫、
伤寒等,直到19世纪,曾一直是人类无法控制的灾害之一,
抗病毒疫苗投入工业生产以后,才基本上消灭了这些传染病。21世纪疫苗仍是人类与
病毒性疾病斗争的有力武器。还有各种
临床化学试剂和各种新
药物剂型不断涌现,使医疗事业大为改观,人类的健康有了更可靠的保证。
化工向人们提供的产品是
丰富多彩的,它除了生产大量材料用于制成各种制品为人所用以外,还有用量很少、但效果十分明显的产品,使人们的生活得到不断改善。例如:用于食品防腐、调味、强化营养的各种
食品添加剂;提高蔬菜物
生长调节剂和
保鲜剂;促使肉、蛋丰产的
饲料添加剂;生产化妆品和香料、香精的基础原料和助剂;房屋、家具和各种工、器具装饰用的涂料;各种印刷油墨用的颜料;以及
洗涤用品用的表面活性剂等等,不胜枚举。还有
电影胶片(感光材料)、录音(像)磁带(
磁记录材料),以及
激光电视唱片(光盘)等。利用这些传播声像的手段,可加强通信联络,再现历史场景,表演精湛艺术。借助于信息记录材料,把人们的视野扩展到
宇宙空间、海底深处或深入脏腑内部,甚至解剖
原子结构,为提高人类的
精神文明,揭开自然界的奥秘,提供了条件。
化工材料
化工生产
上述工农业生产和生活的提高,都离不开材料。据统计,到1984年为止,世界上所具有的化学
物质实际约达900万种,其中约有43%为材料。材料数量虽多,若按化学组成分类,可以概括为
金属材料、
无机非金属材料和
聚合物材料三大类。也有将
复合材料列为第四大类,或者把它看作是由三大类中派生出来的一类新材料。一般来说,除金属是
冶金部门生产的产品外,其余都是化工生产的材料。
非金属
无机非金属材料
分为
传统材料和
新型材料两类。前者主要是硅酸盐材料;后者组成多样,发展很快。
硅酸盐材料
指玻璃、陶瓷、水泥和
搪瓷等。它们是以含
硅酸盐类矿石为原料进行生产的,广泛用作建筑材料,也可以作为日用品和
工艺美术制品。玻璃和陶瓷虽然性脆易碎是其主要的缺点;但由于原料易得,
生产工艺简单,产品的
化学稳定性好,又具有硬度高、耐热和耐蚀等优点,用途十分广泛,产量很大,并仍在不断发展中。
新型无机非金属材料
主要是
特种陶瓷。随着工农业、
军事工业和科学技术的发展,新型
结构陶瓷先后问世。它们是由不同的
氧化物、
硅化物、
碳化物、
氮化物、
氟化物,
硼化物等组成的。主要包括
耐高温材料、电绝缘材料、
铁电材料、
压电材料、半导体陶瓷材料等,用途特殊,产量不大,但价值很高。21世纪开发了一种
陶瓷发动机用于汽车,可使燃气温度提高到1400℃以上,对提高效率,
节约能源具有重要意义。这些材料的
制造工艺的特点是:对原料的纯度要求高,成分、
显微结构以及产品表面和
界面都需严格控制,形状也细致而复杂,要求
精密加工。此类新型材料是在高水平科学技术基础上获得成功的。
聚合物材料
主要包括塑料、
化学纤维和橡胶三大类。其中
合成材料品种很多,它们是由石油化工生产的单体,经过
聚合反应而制成的。有的具有
天然材料所达不到的特殊性能,广泛用于工农业生产与日常生活,所以发展很快。30年代世界聚合物材料的产量还未超过100kt,到80年代即已达到约80Mt,塑料占3/4。由于塑料比金属轻,所以按体积计,其产量早已超越金属材料了。
聚合物材料的基础材料是
合成树脂。
塑料制品质轻(一般只有钢铁的1/9),耐腐蚀,耐热,
电绝缘性好,易于加工成型,近几十年来大量用来代替金属、玻璃、纸张、木材等。
塑料薄膜主要用作包装材料,在农业上,也被广泛使用。
塑料管大量用作汽车的输油、
输水管。汽车壳体和零件也用塑料。用
聚氯乙烯加工的地板和门窗比用
木材加工的
耐磨性增加五倍。
有机玻璃的密度为
普通玻璃的一半,而
冲击强度高达17倍,可用作飞机的风挡玻璃。塑料还大量用于电子和电气工业,制成电线、电缆、开关和仪器仪表壳体等。塑料制品可以说已经深入人们生产和生活的各个角落。还有一些合成树脂具有特殊的功能,被称为
功能高分子材料,如
导电材料、
半导体材料、
感光树脂、
光导材料和
超导材料等,引起人们很大的兴趣。
化学纤维
包括人造纤然纤维为原料经过
化学加工而生产的,在20~30年代已经流行,但它的产量受到
天然纤维来源的限制。合成纤维制品是在40年代中期出现的,原料来源为丰富的石油化工产品。化学纤维的品种很多,又有长丝、短丝、
鬃丝、
弹力丝以及各种异形丝。它们分别可以纯纺、
混纺,因而织物的品种极多,并且生产效率高,不受
自然条件的限制,有效地解决了与粮棉争地的矛盾。生产万吨化学纤维,可以相当于30万亩(1亩=666.6㎡)棉田一年生产的棉花;或由250万只羊一年剪下的羊毛。到80年代,全世界已有2/3的纺织品是由化学纤维制成的。一些聚合物制成的
中空纤维用作
分离膜,在海水淡化、
气体分离、
超纯物质制备以及生物技术等方面,具有重要意义。
橡胶
是一种
战略物资。
天然橡胶仅生长于热带及
亚热带地区,不产橡胶的国家考虑战时会受到封锁,都极其重视建立于石油化工基础上的
合成橡胶工业。合成橡胶的品种多,有的品种比天然橡胶具有更好的耐热、耐寒、耐油等性能。橡胶的最大消耗是做轮胎,此外还用以制作胶管、胶带、
胶鞋、
模具硅橡胶、以及
胶乳制品。橡胶又是各种设备所不可缺少的
密封材料。70年代以来,天然橡胶的产量基本稳定在3~3.5Mt,而合成橡胶产量在70年代已达6Mt,80年代增至8Mt,且仍有续增的趋势。
复合材料
是新型
结构材料。其特点是体积
比强度、体积
比刚度和
耐蚀性都超过金属材料。它由合成树脂、金属或陶瓷等
基体材料和无机或有机
合成纤维等
增强材料所组成复模材料。基材和增强材料都有多种,因而可以进行有选择的配合,以制得性能符合要求的各种复合的出现,使
化工材料有了更为广阔的前景。
化工能源
远古化学
化学加工在形成工业之前的历史,可以从18世纪中叶追溯到远古时期,从那时起人类就能运用
化学加工方法制作一些生活必需品,如制陶、酿造、染色、冶炼、制漆、造纸以及制造医药、火药和肥皂。
在
中国新石器时代的洞穴中就有了残陶片。公元前50世纪左右
仰韶文化时,已有
红陶、
灰陶、黑陶、彩陶等出现(见彩图[中国
新石器时期(公元前2500年)烧制的
彩陶罐],[隋代(581~618)烧制的三彩陶骆驼],[西汉(公元前206~公元25年)制作的
云纹漆],[唐代(618~907)越州窑烧制的青瓷水注],[中国古代炼丹白描图])。在中国浙江河姆渡出土文物中,有同一时期的木胎碗,外涂
朱红色生漆。商代(公元前17~前11世纪)遗址中有漆器破片
战国时代(公元前475~前221)漆器工艺已十分精美。公元前20世纪,夏
禹以酒为饮料并用于祭祀。公元前25世纪,埃及用染色物包裹干尸。在公元前21世纪,中国已进入
青铜时代,公元前5世纪,进入铁器时代,用冶炼之铜、铁制作武器、
耕具、炊具、餐具、乐器、货币等。盐,早供食用,在公元前11世纪,
周朝已设有掌盐政之官。公元前7~前6世纪,腓尼基人用山羊脂和
草木灰制成肥皂。公元1世纪中国东汉时,
造纸工艺已相当完善。
公元前后,中国和欧洲进入炼丹术、
炼金术时期,中国由于炼制
长生不老药,而对医药进行研究。于
秦汉时期完成的最早的药物专著《
神农本草经》,载录了动、植、矿物药品365种。16世纪,
李时珍的《本草纲目》总结了以前药物之大成,具有很高的
学术水平。此外,7~9世纪已有关于三种成分
混炼法的记载,并且在宋初时火药已作为军用。欧洲自3世纪起迷信炼金术,直至15世纪才由炼金术渐转为制药,史称15~17世纪为制药时期。在制药研究中为了配制药物,酸、
硝酸、
盐酸和
有机酸,虽未形成工业,但它导致化学品制备方法的发展,为18世纪中叶化学工业的建立,准备了条件。
能源可以分为
一次能源和
二次能源。一次能源系指从自然界获得、而且可以直接应用的热能或动力,通常包括煤、石油等。
消耗量十分巨大的世界能源,主要是
化石燃料。1985年世界
一次能源消费量达10610Mt
标准煤,其中石油39.9%、煤29.7%、天然气21.1%、水电7.7%、核电4.9%;中国一次能源消费量达764Mt标准煤,其中煤75.9%、石油17.1%、水电4.8%、天然气2.2%。二次能源(除电外)通常是指从一次能源(主要是化石燃料)经过各种
化工过程加工制得的、
使用价值更高的燃料。例如:由石油炼制获得的汽油、
喷气燃料、柴油、
重油等
液体燃料,它们广泛用于汽车、飞机、轮船等,是现代
交通运输和军事的重要物资;还有煤加工所制成的工业煤气、民用煤气等重要的
气体燃料;此外,也包括从煤和
油页岩制取的
人造石油。
化工与能源的关系非常密切,还表现在化石燃料及其衍生的产品不仅是能源,而且还是化学工业的重要原料。以石油为基础,形成了现代化的强大的
石油化学工业,生产出成千上万种石油化工产品。在化工生产中,有些物料既是某种加工过程(如
合成气生产)中的燃料,同时又是原料,两者合而为一。所以化工生产既是生产二次能源的部门,本身又往往是耗能的大户。
化石燃料特别是
煤的加工和应用常常产生污水、固体废料和有害的气体,导致环境的污染。对于污染的防治,也有赖于多种化工技术的应用。
中国的
能源生产自1949年以来有了很大的发展,但能源(尤其是石油)仍是制约国民经济发展的一个重要因素,因此能源的增产和节约有很重要的意义。改进
化工生产工艺,减少能耗,既能降低
生产成本,提高
经济效益,也有利于能源紧张程度的缓解。
长远来看,在全世界范围内,预计至21世纪上半叶,化石燃料仍将占能源的主要地位。随着时间的推移,由于化石燃料资源的限制,除上述
常规能源外,若干非常规能源的发展将越来越受到重视。非常规能源指核能和新能源,后者包括、
波浪能、
海洋能和
生物能(如沼气)等。在太阳能、核能利用的
研究开发和大规模应用的漫长过程中,化学工程和
化工生产技术也大有用武之地。
其他技术
推动化工发展的动力是工农业生产和人民生活对化学品的需要,它所依靠的基础是化学、物理学、数学和各种
工程技术。其中与化学的关系尤为密切,化学是化工须臾不能离开的学科。在它们之间,也曾有过“工业化学”、“
应用化学”等学科,起过一定的历史作用。
化工基本建设离不开土木工程、电力工程。化工机械的制造离不开机械工程和各种
金属材料,尤其是
不锈钢,乃至
特种钢材。化工机械特别注意的是高温、高压下的可靠性,即指系统、设备、元件在
规定条件下完成规定功能的概率。现代化工装置趋于大型化、单系列生产,对于可靠性的研究就显得格外重要。
化工过程的控制离不开电子学、计算机和自动化,这些理论和仪器仪表,不仅能运用于生产,甚至也能运用于解决发展预测、决策和
经营管理等问题。20世纪80年代,
新技术革命中蓬勃发展的若干领域,除前述能源和材料外,微电子技术和生物技术等前沿科学,以自己强大的生命力,对化工提出了更高的要求,从而把化工推向前进。
微电子技术 电技术都离不开微电子技术。在微电子技术中,大规模和
超大规模集成电路的应用,对化工提出了新的要求。例如
超纯气体和纯水、
电子工业用试剂、
光刻胶、液晶以及
腐蚀剂、
掺杂剂、
粘合剂等等。
微电子技术中使用的超纯气体有几十种,除氧、氢、氮、
二氧化碳、氩等常见气体外,还有
硼烷、
三氯化硼、
二氯硅烷、
四氟化碳等自然界不存在的气体。所用化工产品的纯度对半导体成品的影响很大。使用
工业气体时,
成品率只有10%;使用含杂质小于10ppm的气体和相应的高纯
化学试剂时,则成品率可提高到70%~80%。以用水而言,
集成度为1Mb的
集成电路,允许水中微粒的粒径不大于0.1μm。为了制得接近理论的纯水,
生产方法从蒸馏、离子交换发展到70年代的膜分离与离子交换相结合的方法,使纯水制备技术达到新的水平。
微电子器件生产的关健在于光刻胶。超大规模集成电路所用的光刻胶是由芳香族
叠氮化合物制成的
感光树脂,其优点是分辨率高,
去胶容易,
图像清晰。液晶是
微电子器件中不可缺少的显示材料。它是一种
有机化合物,由于要求显示温单一液晶都达不到这种要求,须用多种同类型或不同类型的液晶混配使用。
生物技术 微生物是一种
活细胞催化剂,在常压和不高的温度下通过
发酵过程,将原料转变为产品。多年来,应用这种传统的生物技术生产了
乙醇、
丁醇、
丙酮、
醋酸等产品。研究开发的利用
固定化细胞,由
丙烯腈生产
丙烯酰胺,
收率可达99.8%。此外,还可利用
酶催化剂,特别是
固定化酶,生产
有机产品。生物技术用于化工,投资较少,节省能源和原料,污染少,可以制得利用常规方法难以制取的物质,如
干扰素、
胰岛素、
单克隆抗体等。这些药物运用
重组DNA技术来制备,可望使
制药工业面貌一新。
生物技术对化学工程提出了新的要求,主要是解决适宜于微生物
大量培养的
生化反应器,满足复杂生化
反应过程的
分离技术以及过程控制等。在这方面,已形成了新的
边缘学科——
生物化学工程,它把化学工程理论,运用于
生物催化剂、
生化反应工程和新型
单元操作的研究开发,做出了许多成绩。
化工作为一个知识门类来说,在各个不同的历史时期,在各种不同目的的要求下,有多种分解或综合的
分类方法。可按照原料来源、产品性质分类,也可按照过程规律、历史联系分类。每种
划分方法都难于严格适应。本卷力求减少不必要的交叉,采取综合分类的方法,设计了从原料出发的
燃料化工分支;从产品出发的无机化工、
基本有机化工、
高分子化工、
精细化工等分支;还有从共同的过程规律出发的化学工程分支,以及从历史发展和
横向联系出发的综论分支。燃料化工的原料是石油、天然气、煤和油页岩等可燃矿物,所以它又划分为
石油炼制工业、石油化工、
天然气化工、
煤化工和页岩油工业。其中,石油炼制工业是创造产值较高的
工业部门,是国家的重要
经济命脉。天然气常与石油共生,也常把天然气化工归属于石油化工。在现阶段,石油炼制和石油化工是燃料化工的主体。燃料化工生产的产品包括燃料和化工原料,后者主要是有机化工原料(除合成气也用于生产
无机化工产品,如
合成氨等外)。所以,石油化工也是基本有机化工的主要组成部分。由石油化工可以生产塑料、合成橡胶、合成纤维等
三大合成材料,这是高分子化工的主要产品。因此,燃料化工、基本有机化工和高分子化工三者是有机地联系在一起的。至于无机化工所采用的原料既有可燃矿物,也有无机矿物。其产品主要有化肥,
硫酸、
硝酸、
磷酸等酸类,
纯碱、
烧碱等碱类,还有
无机盐,工业气体和
无机非金属材料等。无机非金属材料中的
硅酸盐材料,有时被划入传统的建筑材料领域。精细化工生产小批量、具有专门功能、主要用于消费的化学品。由于
市场需求的发展,有些产品已变成大批量产品,但按习惯,往往仍视作
精细化工产品。主要有染料、农药、医药、火
炸药、
信息记录材料、涂料、颜料、胶粘剂、催化剂、各种助剂和化学试剂等。医药和火炸药的生产又往往被分别划料考虑,则精细化工是既有无机的,又有有机的,还有聚合物,是一个着眼于使用功能的综合部门。在微电子技术、生物技术和
新型材料蓬勃发展的
新技术革命中,精细化工给化学工业增添了新的活力。
化学工程又分为
化工热力学、
传递过程、单元操作、
化学反应工程和
化工系统工程。前两者是化学工程的理论基础,
单元操作是化学工程最早形成的概念,它把化工生产的
物理过程分解为若干单元,如
流体输送、蒸馏、萃取、换热、干燥等。这些单元操作不仅在化工生产中起着重要作用,也广泛用于冶金、轻工、食品、
核工业等与化工有共同特点的工业领域。单元操作仍在继续发展和完善,如21世纪发展的
颗粒学,作为粉体工程的一种理论,已应用于
催化剂粒度设计、高温
气体除尘、粮食干燥和输送。化学反应工程着眼于工业规模的
化学反应过程的传递和动力学等规律,以解决
反应器的设计和放大的问题。至于化工系统工程,则是运用系统工程的理论和方法,来解决化工
过程优化问题的边缘学科。
化工所包含的核心内容基本上都可以归纳在上述六个分支之中,并且综论也是由这六个分支组成的。但是,这种
分类方法并不是完全合理的,如
催化剂工业被列入精细化工。虽然理论上讲,催化剂具有加快
反应速率的专门功能,是不参与反应的少量物质,但在大型化生产,催化剂的产量和装填量也是相当大的,中国1985年
石油炼制催化剂的用量达20kt。而且催化剂的使用范围遍及燃料、无机、有机、高分子和精细化工等所有领域。这样的归属问题尚有很多。
此外,环境保护既是化工各部门不断解决的共性问题,也是化工能作出贡献的领域。18世纪兴起的近代化学工业,迄今已有200多年的历史,创造了无数的化工产品,同时也排放了废气、废液、废渣,污染了环境。因此,人们要求化学工尽其用,成为无排放工程。
国民经济中其他部门的发展也或多或少造成
公害。长此以往,超越大自然
环境自净能力的排放,必将使人类的
生活环境日益恶化。因此,有识之士对世界上大气、水、土壤、生物所受到的污染和破坏,发出了危险警告。为了解决污染,
保护环境,使自然界的
生态平衡走向新的和谐一致,化工将成为一支
主力军。
早期化工
概述
从18世纪中叶至20世纪初是化学工业的初级阶段。在这一阶段
无机化工已初具规模,
有机化工正在形成,
高分子化工处于萌芽时期。
无机化工
第一个典型的化工厂是在18世纪40年代于英国建立的
硫酸厂。先以硫磺为原料,后以
黄铁矿为原料,产品主要用以制
硝酸、
盐酸及药物,当时产量不大。在
产业革命时期,
纺织工业发展迅速。它和玻璃、肥皂等工业都大量用碱,而
植物碱和
天然碱科学院悬赏之下,获取专利,以食盐为原料建厂,制得,并且带动硫酸(原料之一)工业的发展;生产中产生的
氯化氢用以制盐酸、
氯气、
漂白粉等为产业界所急需的物质,纯碱又可苛化为,把原料和副产品都充分利用起来,这是当时化工企业的创举;用于吸收氯化氢的填充装置,煅烧原料和半成品的
旋转炉,以及浓缩、结晶、过滤等用的设备,逐渐运用于其他化工企业,为
化工单元操作打下了基础。
吕布兰法于20世纪初逐步被
索尔维法取代。19世纪末叶出现电解食盐的。这样,整个化学工业的基础——酸、碱的生产已初具规模。
有机化工
纺织工业发展起来以后,
天然染料便不能满足需要;随着
钢铁工业,
炼焦工业的发展,副产的煤焦油需要利用。化学家们以
有机化学的成就把煤焦油分离为:蒽、菲等。1856年,英国人由合成
苯胺紫染料,后经过剖析确定天然
茜素的结构为
二羟基蒽醌,便以煤焦油中的蒽为原料,经过氧化、取代、水解、重排等反应,仿制了与天然茜素完全相同的产物。同样,
制药工业,香料工业也相继合成与
天然产物相同的化学品,品种日益增多。1867年,瑞典人发明代那迈特炸药,大量用于采掘和军工。
当时有机化学化工。于1895年建立以煤与
石灰石为原料,用电热法生产电石的第一个工厂,电石再经水解发生
乙炔,以此为起点生产
乙醛,
醋酸等一系列
基本有机原料。20世纪中叶发展后,电石耗能太高,大部分原有乙炔
系列产品,改由为原料进行生产。
高分子
受热发粘,受冷变硬。1839年美国用硫磺及加热天然橡胶,使其交联成
弹性体,应用于轮胎及其他
橡胶制品,用途甚广,这是高分子化工的萌芽时期。1869年,美国用
樟脑增塑硝酸纤维素制成塑料,很有
使用价值。1891年在法国
贝桑松建成第一个
人造丝厂。1909年,美国制成,俗称
电木粉,为第一个,广泛用于
电器绝缘材料。
这些萌芽产品,在品种、产量、质量等方面都远不能满足社会的要求。所以,上述基础有机化学品的生产和
高分子材料生产,在建立起石油化工以后,都获得很大发展。
近代化工
概述
从20世纪初至战后的60~70年代,这是化学工业真正成为
大规模生产的主要阶段,一些主要领域都是在这一时期形成的。和
石油化工得到了发展,进行了开发,逐渐兴起。这个时期之初,英国和美国的等人提出的概念,奠定了化学工程的基础。它推动了生产技术的发展,无论是装置规模,或产品产量都增长很快。
合成氨
20世纪初期异军突起,用
物理化学的反应
平衡理论,提出氮气和氢气直接
合成氨的
催化方法,以及原料气与产品分离后,经补充再循环的设想,进一步解决了设备问题。因而使德国能在
第一次世界大战时建立第一个由氨生产的工厂,以应战争之需。合成氨原用焦炭为原料,40年代以后改为石油或天然气,使化学工业与
石油工业两大部门更密切地联系起来,合理地利用原料和能量。
石油化工
1920年美国用生产,这是大规模发展石油化工的开端。1939年美国标准油公司开发了临氢
催化重整过程,这成为
芳烃的重要来源。1941年美国建成第一套以为原料用制
乙烯的装置。在
第二次世界大战以后,由于化工产品市场不断扩大,石油可提供大量廉价
有机化工原料,同时由于化工生产技术的发展,逐步形成石油化工。甚至不产石油的地区,如
西欧、日本等也以原油为原料,发展石油化工。同一原料或同一产品,各化工企业却有不同的
工艺路线或不同催化剂。由于
基本有机原料及
高分子材料单体都以石油化工为原料,所以人们以乙烯的产量作为衡量有机化工的标志。80年代,90%以上的
有机化工产品,来自石油化工。例如,等,过去以
电石乙炔为原料,这时改用氧氯化法以乙烯生产
氯乙烯,用
丙烯氨氧化法以生产
丙烯腈。1951年,以天然气为原料,用蒸汽转化法得到
一氧化碳及氢,使得到重视。
石油化工是20世纪20年代兴起的以石油为原料的化学工业。起源于美国。初期依附于
石油炼制工业,后来逐步形成一个独立的
工业体系。第二次世界大战前后,迅速发展,50年代在欧洲继起,60年代又进一步扩大到日本及
世界各国,使世界化学工业的
生产结构和原料体系发生了重大变化,很多化学品的生产从以煤为原料转移到以石油和天然气为原料,石油化学工业的新工艺、新产品不断出现。70年代初,美国石油化工生产的各种
石油化学产品,多达数千种,当前石油化工已成为各工业国家的重要基干工业。
初创时期:随着石油炼制工业的兴起,产生了越来越多的
炼厂气。1917年美国C.埃利斯用炼厂气中的丙烯合成了
异丙醇。1920年,美国
新泽西标准油公司采用此法进行
工业生产。这是第一个石油化学品,它标志着石油化工发展的开始。1919年
联合碳化物公司研究了
乙烷、丙烷裂解制乙烯的方法,随后林德空气产品公司实现了从
裂解气中分离乙烯,并用乙烯加工成化学产品。1923年,联合碳化物公司在
西弗吉尼亚州的
查尔斯顿建立了第一个以裂解乙烯为原料的
石油化工厂。在20~30年代,美国石油化学工业,主要利用单
烯烃生产化学品。如
丙烯水合制异丙醇、再脱氢制
丙酮,
次氯酸法乙烯制
环氧乙烷,丙烯制
环氧丙烷等。20年代,H.施陶丁格创立了
高分子化合物概念;W.H.卡罗瑟斯发现了
缩聚法制
聚酰胺后,
杜邦公司1940年开始将聚酰胺纤维(尼龙)投入市场。
表面活性剂烷基硫酸伯醇酯出现。这些原来由煤和农副产品生产的新产品,大大刺激了石油化工的发展,同时为这些领域转向石油原料创造了新的
技术条件。这时,石油炼制工业也有新的发展。1936年催化裂化技术的开发,为石油化工提供了更多低分子烯烃原料。这些发展使美国的乙烯
消费量由1930年的14kt增加到1940年的120kt。
战时的推动:第二次世界大战前夕至40年代末,美国石油化工在芳烃产品生产及
合成橡胶等高分子材料方面取得了很大进展。战争对
橡胶的需要,促使
丁苯、
丁腈等合成橡胶生产技术的迅速发展。1941年
陶氏化学公司从
烃类裂解产物中分离出
丁二烯作为合成橡胶的单体;1943年,又建立了
丁烯催化脱氢制丁二烯的大型生产装置。1945年美国合成橡胶的产量达到670kt。为了满足战时对
梯恩梯炸药(即
TNT)原料(
甲苯)的大量需求,1941年美国研究成功由石油轻质馏分催化重整制取芳烃的新工艺,开辟了苯、甲苯和
二甲苯等重要芳烃的新来源(在此以前,芳烃主要来自煤的焦化过程)。当时,由催化重整生产的甲苯占全美国所需甲苯总量的一半以上。1943年,美国杜邦公司和联合碳化物公司应用英国
卜内门化学工业公司的技术建设成
聚乙烯厂;1946年美国壳牌化学公司开始用高温
氧化法生产
氯丙烯系列产品;1948年,美国标准油公司移植德国技术用氢
甲酰化法(见羰基合成)生产八碳醇;1949年,乙烯
直接法合成酒精投产。石油化工的不断发展,使美国在1950年的乙烯产量增至680kt,重要产品品种超过100种,石油化工产品占有机化工产品的60%(1940年仅占5%)。
蓬勃发展:50年代起,
世界经济由战后恢复转入发展时期。合成橡胶、塑料、
合成纤维等材料的迅速发展,使石油化工在欧洲、日本及世界其他地区受到广泛的重视。在发展
高分子化工方面,欧洲在50年代开发成功一些关键性的新技术,如1953年
联邦德国化学家K.齐格勒研究成功了
低压法生产
聚乙烯的
新型催化剂体系,并迅速投入了工业生产;1955年卜内门化学工业公司建成了大型
聚酯纤维生产厂;1954年
意大利化学家G.
纳塔进一步发展了
齐格勒催化剂,合成了立体等规聚丙烯,并于1957年投入工业生产。其他方面也有很大的发展,1957年美国俄亥俄标准油公司成功开发了丙烯
氨化氧化生产丙烯腈的催化剂,并于1960年投入生产;1957年乙烯直接氧化制
乙醛的方法取得成功,并于1960年建成大型生产厂。进入60年代,先后投入生产的还有
乙烯氧化制
醋酸乙烯酯,乙烯氧氯化制氯乙烯等重要化工产品。石油化工新工艺技术的不断开发成功,使传统上以电石乙炔为起始原料的大宗产品,先后转到石油化工的原料路线上。在此期间,日本、
苏联也都开始建设石油化学工业。日本发展较快,仅十多年时间,其
石油化工生产技术已达到国际先进水平。苏联在合成橡胶、合成氨、
石油蛋白等生产上,有突出成就。
石油化工新技术特别是
合成材料方面的成就,使生产上对原料的
需求量猛增,推动了烃类裂解和
裂解气分离技术的迅速发展。在此期间,围绕各种类型的裂解方法开展了广泛的探索工作,开发了多种管式
裂解炉和多种裂解气分离流程,使产品乙烯
收率大大提高、能耗下降。西欧各国与日本,由于石油和天然气资源贫乏,裂解原料采用了价格低廉并易于运输的
中东石脑油,以此为基础,建立了大型乙烯生产装置,大踏步地走上发展石油化工的道路。至此,石油化工的生产规模大幅度扩大。作为石油化工
代表产品的乙烯,1980年全世界产量达到35.8Mt,创历史最高水平。1960年以后,有机合成原料自煤转向石油和天然气的速度加快(见表)。
新阶段:70年代,国际石油价格发生了两次大幅度上涨,乙烯原料价格骤升,
产品生产成本增加,石油化工面临巨大冲击。美国、日本和西欧地区主要乙烯
生产国,纷纷采取措施:如关闭部分生产装置,适当降低
装置开工率,节约生产能耗,开展副产品综合利用,进行深度加与此同时,世界石油化工的格局也有了新的变化。全世界大约有1000个
石油化工联合企业,所用
原料油约占原油
总产量的8.4%,用气约占天然气总量的10%,这些企业大多为少数跨国起变化,油、气资源丰富的
发展中国家正在更多地建设起用,获得极大的发展,成为新的材料工业。作为战略物质的
天然橡胶产于热带,受阻于海运开发了顺丁、
丁基、氯丁、丁腈、异戊、乙丙等多种合成橡胶,各有不同的特性和用途。方面,1937年美国成功地合成
尼龙66,用
熔融法纺丝,因其有较好的强度,用作
降落伞及轮胎用。以后涤纶、
维尼纶、
腈纶等陆续投产,也因为有石油化工为其原料保证,逐渐占有
天然纤维和
人造纤维大部分市场。塑料方面,继
酚醛树脂后,又生产了,
醇酸树脂等
热固性树脂。30年代后,品种不断出现,如迄今仍为塑料中的大品种,为当时优异的
绝缘材料,1939年高压用于
海底电缆及雷达,
低压聚乙烯,等规聚丙烯的开发成功,为民用塑料开辟广泛的用途,这是
齐格勒-纳塔催化剂为高分子化工所作出的一个极大贡献。这一时期还出现耐高温,抗腐蚀的材料,如,其中
聚四氟乙烯有塑料王之称。第二次世界大战后,一些也陆续用于
汽车工业,还作为建筑材料,包装材料等,并逐渐成为塑料的大品种。
精细化工
精细化学工业是生产
精细化学品工业的通称,简称“
精细化工”。精细化学品的含义,国外迄今仍在讨论中。凡具有以下特点的化工产品通称为精细化学品,即:
1.品种多;
3.具有功能性或最终使用性;
7.技术密集高,要求不断进行新产品的
技术开发和
应用技术的研究,重视
技术服务;
8.设备投入多;
精细化工包括的范围,各国也不甚一致,大体可归纳为:医药、农药、
合成染料、
有机化工、
无机化工、涂料、香料与香精、化妆品与盥洗卫生品、肥皂与
合成洗涤剂、表面活性剂、
印刷油墨及其助剂、
粘接剂、
感光材料、
磁性材料、催化剂、试剂、
水处理剂与
高分子絮凝剂、
造纸助剂、皮革助剂、
合成材料助剂、纺织印染剂及整理剂、
食品添加剂、
饲料添加剂、动物用药、
油田化学品、
石油添加剂及炼制助剂、水泥添加剂、矿物
浮选剂、铸造用化学品、
金属表面处理剂、
合成润滑油与
润滑油添加剂、汽车用化学品、芳香
除臭剂、工业防菌
防霉剂、
电子化学品及材料、功能性高分子材料、
生物化工制品、
工业清洗剂配方分析、商业清洗剂配方分析、民用清洗剂配方分析等业务,掌握顶尖的清洗剂配方分析技术等40多个行业和门。
引火熟食是人类有史以来的一个了不起的进步;等到炙制药物、酿酒制醋、烧陶制砖、炼铜冶铁、熬油造漆、纺织印染、造纸印刷等化学的时候,历史已流逝了几十万年。这些技艺的积累,创造了从古代到中世纪的宝贵遗产,并且也为化学工业的形成,奠定了基础。(见
化学工业发展史)
在这方面,发明了
活性染料,使
染料与纤维以
化学键相结合。合成纤维及其
混纺织物需要新型染料,如用于涤纶的,用于腈纶的,用于
涤棉混纺的活性
分散染料。此外,还有用于激光,液晶,
显微技术等特殊染料。在方面,40年代
瑞士P.H.米勒发明第一个
有机氯农药之后,又开发一系列
有机氯、
有机磷,后者具有胃杀、触杀、
内吸等特殊作用。嗣后则要求高效低毒或无残毒的农药,如
仿生合成的类。60年代,发展极快,出现了一些性能很好的品种,如
吡啶类
除草剂、
苯并咪唑杀菌剂等。此外,还有抗生素农药,如中国1976年研制成的
井冈霉素用于抗
水稻纹枯病。医药方面,在1910年法国制成606砷制剂(根治梅素的
特效药)后,又在结构上改进制成914,30年代的类化合物,
甾族化合物等都是从结构上改进,发挥出特效作用。1928年,英国发现,开辟了
抗菌素药物的新领域。以后研究成功治疗生理上疾病的药物,如治
心血管病、
精神病等的药物,以及
避孕药。此外,还有一些专用诊断药物问世。摆脱天然油漆的传统,改用,如醇酸树脂、
丙烯酸树脂等,以适应汽车工业等高级
涂饰的需要。第二次世界大战后,
丁苯胶乳制成
水性涂料,成为
建筑涂料的大品种。采用
高压无空气喷涂、
静电喷涂、
电泳涂装、阴极电沉积涂装、
光固化等新技术,可节省劳力和材料,并从而发展了相应的涂料品种。
现代化工
20世纪60~70年代以来,化学工业各企业间竞争激烈,一方面由于对反应过程的深入了解,可以使一些传统的基本化工产品的生产装置,日趋大型化,以
降低成本。与此同时,由于新技术革命的兴起,对化学工业提出了新的要求,推动了化学工业的
技术进步,发展了精细化工,
超纯物质,新型
结构材料和
功能材料。
大型化
1963年,美国凯洛格公司设计建设第一套日产540t(即600sh.t)合成氨单系列装置,是化工生产装置大型化的标志。从70年代起,合成氨单系列
生产能力已发展到日产900~1350t,80年代出现了日产1800~2700t合成氨的设计,其吨氨
总能量消耗大幅度下降。乙烯单系列生产规模,从50年代年产50kt发展到70年代年产100~300kt,80年代初新建的
乙烯装置最大生产能力达年产680kt。由于
冶金工业提供了耐高温的管材,因之
毫秒裂解炉得以实现,从而提高了烯烃收率,降低了能耗。其他化工生产装置如硫酸,烧碱,基本有机原料,合成材料等均向大型化发展。这样,减少了对环境的污染,提高了长期运行的可靠性,促进了安全,环保的预测和防护技术的迅速发展。
化学品
60年代以来,
大规模集成电路和
电子工业迅速发展,所需电子
计算机的器件材料和信息记录材料得到发展。60年代以后,
多晶硅和
单晶硅的产量以每年20%的速度增长。80年代周期表中~V族的
二元化合物已用于
电子器件随着
半导体器件的发展,气态源如
磷化氢(PH)等日趋重要。在大规模集成电路制备过程中,需用多种,其杂质含量小于1ppm,对水分及尘埃含量也有严格要求。大规模集成电路的另一种基材为光刻胶,其质量和稳定性直接影响其集成度和成品率。此外,对
基质材料,
密封材料,焊剂等也有严格要求。1963年,
荷兰菲利浦公司研制盒式录音成功后,日益普及。它不仅用于音频记录、视频记录等,更重要的是用于计算器作为
外存储器及
内存储器,有磁带、磁盘、磁鼓、
磁泡、
磁卡等多种类型。为重要的
信息材料,不仅用于
光纤通信,而且在工业上、医疗上作为
内窥镜材料。
60年代已开始用(俗称尼龙),聚
缩醛类(如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)等为结构材料。它们具有高强度、耐冲击、耐磨、抗
化学腐蚀、
耐热性好、电性能优良等特点,并且自重轻,易成型,广泛用于汽车,电器,建筑材料,包装等方面。60年代以后,又出现耐高温,耐高真空,自润滑材料,可用于
航天器。其纤维可做
航天服以抗辐射。
聚苯并噻唑和
聚苯并咪唑为
耐高温树脂,耐热性高,可作
烧蚀材料,用于火箭。共聚,
共混和复合使结构材料改性,例如
多元醇预聚物与经
催化反应,为尼龙
聚醚嵌段共聚物,具有高
冲击强度和耐热性能,用于农业和
建筑机械。另一种是以
纤维增强树脂的
高分子复合材料。所用树脂主要为
环氧树脂、
不饱和聚酯、
聚酰胺、
聚酰亚胺等所用为
玻璃纤维,或(常用丙烯腈基或
沥青基)。这些
复合材料比重轻,比强高,韧性好,特别适用于航天,航空及其他
交通运输工具的结构件,以代替金属,节省能量。和含氟材料也发展迅速,由于它们具有突出的耐高
低温性能,优良电性能,耐老化,耐辐射,广泛用于电子与电器工业,
原子能工业和
航天工业。又由于它们具有生理
相容性,可作
人造器官和生物医疗器材。
50年代原子能工业开始发展,要求化工企业生产
重水,吸收中子材料和传热材料以满足需要。航天事业需要高能。
固体推进剂由胶粘剂,
增塑剂,氧化剂和添加剂所组成。液体
高能燃料有
液氢、
煤油、
偏二甲肼、无水
肼等,氧化剂有
液氧、
发烟硝酸、
四氧化二氮。这些产品都有严格的性能要求,已形成一个专门的生产行业。为了满足节能和环保的要求,1960年美国试制成可以实用的膜,以淡化、处理工业污水,以后又扩展用于医药、
食品工业。但这种膜易于
生物降解,也易水解,使用寿命短。1970年,开发了
芳香族聚酰胺反渗透膜,它能够抗生物降解,但不能抗
游离氯。1977年,改进后的
复合膜用于海水淡化,每立方米淡水仅耗电23.7~28.4MJ。此外,还开发了和用膜等。
聚砜中空纤维气体分离膜,用于合成氨尾气的氢氮分离及其他多种
气体分离。这种技术比其他工业
分离方法可以节能。精细以其硬度见长,用作切削工具。1971年,美国
福特汽车公司及威斯汀豪斯电气公司以β-
氮化硅(β-SiN)为燃汽
透平的结构材料,运行温度曾高达1370℃,提高功效,节省燃料,减少污染,为良好的
节能材料,但经10年试验,仍存在不少问题,尚须进一步改进。现主要用作
陶瓷发动机、
透平叶片、
导电陶瓷、
人造骨等。陶瓷的主要
物系有
氧化物系,如氧化铝(AlO)、
氧化锆(ZrO)等,和非氧化物系,如
碳化物(SiC)、
氮化物(BN)、氮化硅(SiN)等。80年代,为改进陶瓷的脆性,又在开发硅
碳纤维增强陶瓷。
专用化学品得到进一步发展,它以很少的用量增进或赋予另一产品以特定功能,获得很高的使用价值。例如食品和
饲料添加剂、塑料和
橡胶助剂、皮革、造纸、油田等专用化学品,以及胶粘剂、
防氧化剂、
表面活性剂、
水处理剂、催化剂等。以催化剂而言,由于
电子显微镜、
电子能谱仪等现代化仪器的发展,有助于了解催化机理,因而制备成各种专用催化剂,标志催化剂进入了
新阶段。
化工发展行业发展的重点——精细化工
精细化工包括医药、农药、
合成染料、
有机颜料、涂料、香料与香精、化妆品与盥洗卫生品、肥皂与合成洗涤剂、表面活性剂、印刷油墨及其助剂、粘接剂、感光材料、磁性材料、催化剂、试剂、水处理剂与高分子絮凝剂、造纸助剂、皮革助剂、合成材料助剂、纺织印染剂及整理剂、食品添加剂、饲料添加剂、动物用药、油田化学品、
石油添加剂及炼制助剂、
水泥添加剂、矿物浮选剂、铸造用化学品、金属表面处理剂、合成润滑油与润滑油添加剂、汽车用化学品、芳香除臭剂、工业防菌防霉剂、电子化学品及材料、功能性高分子材料、
生物化工制品等40多个行业和门类。随着国民经济的发展,
精细化学品的开发和
应用领域将不断开拓,新的门类将不断增加。
精细化学品这个名词,沿用已久,原指产量小、纯度高、价格贵的化工产品,如医药、染料、涂料等。但是,这个含义还没有充分揭示精细化学品的本质。21世纪以来,各国专家对精细化学品的定义有了一些新的见解,
欧美一些国家把产量小、按不同
化学结构进行生产和销售的化学
物质,称为精细化学品(fine chemicals);把产量小、经过加工配制、具有专门功能或最终
使用性能的产品,称为专用化学品(specialty chemicals)。中国、日本等则把这两类产品统称为
精细化学品。
发展趋势
2011年,
化学工业综合实力进一步增强。截至2011年11月末,全国化学工业
规模以上企业24125家,累计
总产值6.0万亿元,
同比增长35.2%,占全行业总产值的58.61%。2011年前11个月,化学工业
固定资产投资8617.21亿元,同比增长26.9%,高于全行业平均增幅5.5个
百分点,占比70.12%。2011年前10个月,
化工行业利润总额3208.98亿元,同比增长44.4%,占全行业利润总额的47.1%。预计化学工业全年产值约6.58万亿元,同比增长32%,利润总额3500亿元,增长35%。2011年化工行业增加值同比增长14.8%,增速同比减缓1个百分点。主要产品中,
乙烯产量1528万吨,增长7.4%。初级形态的塑料产量4798万吨,增长9.3%;
合成橡胶产量349万吨,增长13.1%;
合成纤维产量3096万吨,增长13.9%。
烧碱产量2466万吨,增长15.2%。纯碱产量2303万吨,增长13.4%。化肥产量6027万吨,增长12.1%;其中,氮肥、磷肥、钾肥产量分别增长8.6%、24.3%和10.8%。农药产量265万吨,增长21.4%。
橡胶轮胎外胎产量83209万条,增长8.5%。
电石产量1738万吨,增长22.3%。
我国正处于工业化和城镇化加速
发展阶段,部分石油和化工产品仍有较大增长空间,民营企业应找好切入点,充分参与到
石化产业的发展中来。成品油、钾肥等
细分行业、
烯烃、部分
有机原料等缺口仍较大的产品、天然气、轻烃等低碳新材料、新型专用种化学品等高端产品,将是“十二五”期间具有较大增长空间的领域。在石化下游行业,“十二五”期间应发展高端有机原料、合成树脂、合成橡胶、
煤制天然气等,加快淘汰传统
煤化工落后产能。“十二五”期间,石油和化学工业规模将继续稳步壮大,总产值
年均增长率将达到10%以上。到2015年,全行业总产值增长到16万亿元左右。过去十年中,我国石油和化学工业年均增长20.6%,截至2010年底,石油和化学工业总产值达到8.88万亿元。目前我国的工业化进程尚未完成,城市化处于高速发展期,住房、交通的发展对能源、原材料形成大规模需求,未来相当长的时期内石油和化学工业仍有较大发展空间。石化、化工是国家支持的重点领域。具体来看,“十二五”期间石化重点开发渣油
沸腾床加氢、悬浮床加氢、
灵活焦化、重油催化裂化等技术,符合国Ⅴ标准的
清洁燃料技术,催化裂化
烟气脱硫脱硝技术,
乙烯装置的裂解、分离、
深冷、
精馏等
先进控制和
优化技术及副产物综合利用技术,
芳烃生产成套技术,
合成树脂、合成橡胶高性能化技术,
特种合成纤维生产技术,新型
分子筛材料、
催化剂载体和制备新技术等。