侯氏制碱法的创造者侯德榜

1890一1974


    许多工业部门,尤其是纺织、肥皂、造纸。玻璃、火药等行业都需要大量用碱。古代那种从草木灰中提取碱液,从盐湖水中取得天然碱的方法是远远不能满足需求的。为此, 1775年法国科学院用10万法郎的悬赏征求可工业化的制碱方法。1788年,勒布兰提出了以氯化钠为原料的制碱法,经过4年的努力,得到了一套完整的生产流程。勒布兰制碱流程虽然在推广应用中不断地被完善,但是因为这方法主要是利用固相反应,又是高温操作,存在许多缺陷,生产不能连续,劳动强度大,煤耗量大,产品质量不高。面对这些问题,许多人有意改革它。到了1862年,比利时化学家索尔维实现了氨碱法的工业化。由于这种新方法能连续生产,产量大,质量高,省劳动力。废物容易处理,成本低廉,它很快取代了勒布兰法。

    掌握索尔维制碱法的资本家为了独享此项技术成果,他们采取了严密的保密措施,使外人对此新技术一无所知。一些技术专家想探索此项技术秘密,大都以失败告终。不料这一秘密竞被一个中国人运用智慧摸索出来了。这个人就是侯德榜。

披露索尔维制碱法的秘密

    侯德榜, 1890年8月9日生于福建闽侯农村。少年时他学习1分刻苦,就是伏在水车上双脚不停地车水时,仍能捧着书本认真读书。后来在姑母的资助下,他单身来到福州英华书院和闽皖路矿学堂读书。毕业后曾在津浦铁路符离集车站做过工程练习生。在工作之余,他抓紧时间学习,1911年考人清华留美预备学校。经过3年的努力,他以10门功课1000分的优异成绩被保送到美国留学。8年中,他先后在麻省理工学院、柏拉图学院、哥伦比亚大学攻读化学工程,1921年取得博士学位。

    在国外留学时,他时刻怀念祖国,惦记着处于水深火热中的苦难同胞。这时候,在纽约他遇到了赴美考察的陈调甫先生。陈受爱国实业家范旭东委托,为在中国兴办碱业特地到美国来物色人才。当陈先生介绍帝国主义国家不仅对我国采取技术封锁,而且利用我国缺碱而卡我国民族工业的脖子的情况时,具有强烈爱国心的侯德榜马上表示,“可以放弃在美国的舒适生活,立即返回祖国,用自己的知识报效祖国。”

    1921年10月侯德榜回国后,出任范旭东创办的永利碱业公司的技师长(即总工程师)。他深刻地体会到创业之艰难。要创业首先需要实干的精神。他脱下了白领西服,换上了蓝布工作服和胶鞋,身先士卒,同工人们一起操作。哪里出现问题,他就出现在哪里,经常于得浑身汗臭,衣服中散发出酸味、氨味。他这种埋头苦干的作风赢得了工人们、甚至外国技师的赞赏和钦佩。在他的带领下,技师、工人们团结一心,为建成中国自己的碱厂而奋战。

    虽然索尔维制碱法的原理很简单:先把氨气通入食盐水,然后向氨盐水中通二氧化碳,生产溶解度较小的碳酸氢钠。再将碳酸氢钠过滤出来,经焙烧得到纯净洁白的碳酸钠。但是具体的生产工艺却为外国公司所垄断,所以侯德榜要掌握此法制碱,得完全靠自己进行摸索,困难是很多的。且不说工艺设计、材料选择、设备的挑选和安装等经过了一个又一个难关,仅从试生产的过程也可略见一斑。例如干燥锅结疤了,浑圆的铁锅在高温下停止了转动,时间长了后果是很严重的。技师们都急得团团转,这时候侯德榜果敢地拿起玉米棒子粗的大铁杆往下捅,操起10一15公斤重的铁杆上下捅可不比举重运动员举杠铃轻松,累得他双眼直冒金星,汗水湿透了工装。不久他觉得单靠力气难于解决这一技术问题,经过大家商量,他们采用加干碱的办法终于使锅底上的碱疤脱水掉下来,总算克服了困难。

    侯德榜奋不顾身地把全部身心都扑到了生产上,从调换碳酸化塔的水管,另行设计分解炉,到多次加强冷却设备,改造过滤机以及处理不断发生的生产故障,他都以探索者的勇气、生产者的细心和科学家的严谨来对待。经过紧张而又辛苦的几个寒暑的奋战,侯德榜终于掌握了索尔维制碱法的各项技术要领。1924年8月13日,永利碱厂正式投产。正当大家兴高彩烈地等待雪白的纯碱从烘烧干燥炉中出来时,出现在眼前的却是暗红色的纯碱。怎么回事?这无形给大家泼了一盆冰水。作为总工程师的侯德榜冷静地去寻找事故的原因。经过分析他很快就发现纯碱变成暗红色是由于铁锈污染所致。随后他们以少量硫化钠和铁塔接触,致使铁塔内表面结成一层硫化铁保护膜。再生产时纯碱变成纯白色了。日产180吨纯碱的永利碱厂终于矗立在中国大地上。1926年,永利碱厂生产的“红三角”牌纯减在美国费城举办的万国博览会上荣获了金质奖章。这一袋袋的纯碱是中华民族的骄做,它象征着中国人民的志气和智慧。

    摸索到素尔维制碱法的奥秘,本可以高价出售其专利而大发其财,但是和范旭东一样,侯德榜主张把这一奥秘公布于众,让世界各国人民共享这一科技成果。为此侯德榜继续努力工作,把制碱法的全部技术和自己的实践经验写成专著《制碱》于1932年在美国以英文出版。一个有骨气的中国人就是这样披露了素尔维制碱法的奥秘。

拼命为之的中国化学工业

    三酸二碱是化学工业的基本原料,仅能生产纯碱显然是不行的。在永利碱厂投入正常运行后,永利公司计划筹建永利硫酸铵厂。这个厂可以同时生产氨、硫酸、硝酸和硫酸铵。建厂的重担自然又落在侯德榜的肩上。

    建造硫酸铵厂与当年永利碱厂的开创不一样,不存在技术保密的问题,面临的问题关键是怎么引进国外技术、选购设备,争取投资少而见效快。为此侯德榜不辞辛苦对整个计划作了周密的调查研究。

    铵厂的设计,应该自成系统,完整合理,引进技术要完全立足于国情,而不是照搬外国的成套设备。在采购设备中,侯德榜精打细算。凡是国内能够保证质量的,就自己动手在国内解决。进口外国设备时,他巧妙地利用了各国厂商之间的竞争,选择适用又价廉的设备,对若干关键设备;更是力主择优。在与外商谈判和选购设备时,侯德榜相当机智,例如制硫酸的全套设备是从美国买的,在买下这套设备的同时,侯德榜顺便索要了硫酸铵的生产工艺图纸。掉过头来,他又从另一家工厂以废钢铁的价格买下一套硫酸铵生产设备(时至今日还在运转)。这种精明能干连美国的许多经理都佩服。

    硫酸铵厂的设备来自英、美、德、瑞士等国的许多厂家,还有些是本国造的,最后竟能全部成龙配套,这是很不容易的。它充分显示了侯德榜的学识才干和昔心经营,表现出他高度的事业J乙和可贵的献身精神。侯德榜能这样出色地指挥完成这项巨大工程,还在于他精通业务、知识广博。正如他自己说的:“要当一员称职的化学工程师,至少对机电、建筑要内行。”这也是他的座右铭。在他给友人伪一封信中他曾写道:这些事,“无一不令人烦闷,设非隐忍顺应,将一切办好,万一功亏一簧,使国人从此不敢再谈化学工程,则吾等成为中国之罪人。吾人今日只有前进,赴汤蹈火,亦所弗顾,其实目前一切困难,在事前早已见及,故向来未抱丝毫乐观,只知责任所在,拼命为之而已。“这就是侯德榜事业心的生动写照。

    1937年之丹,在侯德榜、范旭东及全厂员工的努力下,硫酸铵厂首次试车成功。侯德榜“拼命为之”的又一事业成功了。

侯氏联合制碱法的发明

    1937年。日本侵华的战火伸向上海、南京。位于南京的硫酸铵厂作为亚洲第一流的化工厂,令日本侵略者垂涎三尺,日本侵略者看到永利公司的军事价值,年产一万吨硝酸,可以制造几万吨烈性炸药。他们派人企图收买范旭东和侯德榜。范、侯明确地表示:“宁肯给工厂开追悼会,也决不与侵略者合作”侵略者加大压力。甚至派飞机对碱厂进行狂轰滥炸。在战火逼近的情况下,侯德榜当机立断,布置技术骨干和老工人转移,组织重要机件设备拆运西迁。

    1938年,侯德榜率西迁的全部员工在四川岷江岸边的五通桥建设永利川西化工厂。新厂采取什么工艺是首先要考虑的。制碱的主要原料食盐,在川西只能来源于深井中的盐卤浓缩。盐卤浓度低,所以食盐的成本很高。加上索尔维法的食盐转化率不高(只有70%),这就进一步提高了制碱的成本。固此继续采用索尔维制碱法,生产就难以维持。

    侯德榜经过调查,决定改进索尔维法开创制碱新路,他总结了索尔维法的优缺点,认为这方法的主要缺点在于,两种原料组分只利用了一半,即食盐(NaC1)中的钠和石灰(CaCO3)中的碳酸根结合成纯碱(NaCO3)另一半组分食盐中的氯和石灰中的钙结合成了CaCl2,却没有用途。

    针对以上生产中不可克服的种种缺陷,侯德榜创造性地设计了联合制碱新工艺。这个新工艺是把氨厂和碱厂建在一起,联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来,作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。

    为了实现这一设计,在1941一1943年抗日战争的艰苦环境中,在侯德榜的严格指导下,经过了500多次循环试验,分析了2000多个样品后,才把具体工艺流程定下来,这个新工艺使食盐利用率从70%一下子提高到96%,也使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化铵,解决了氯化钙占地毁田、污染环境的难题。这方法把世界制碱技术水平推向了一个新高度,赢得了国际化工界的极高评价。1943年,中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法”。

    新中国即将成立的1949年初,侯德榜还在印度指导工作,当他得到友人转来的周恩来给他的信后,他立即克服了种种阻挠,于1949年7月回到了气象更新的祖国,作为科学家的代表参加了全国政治协商会议。从此他开始投入恢复、发展新中国化学工业的崭新工作。为了祖国的化工事业,他走遍大江南北、长城内外。1960年前后,为适应我国农业生产的需要,侯德榜不顾自己已是70高龄,和技术人员一道共同设计了碳化法制造碳酸氢铵的新工艺,为我国的化肥工业发展作出了巨大贡献。

    侯德榜先生对科学的态度一贯是严肃认真的。在研究联合制碱的过程中,他要求每个试验都得做30多遍才行。开始时有些人不理解,以为这是浪费时间和耗费精力,多此一举。后来的事实证明,多数试验在进行了20多次以后,数据才稳定下来,这样得到的数据资料才是可靠的,人们这才真正认识到侯德榜这种细致周密、一丝不苟的的科学态度是多么难能可贵。

    侯德榜一生谦虚谨慎,平易近人。在创造永利碱厂时是这样,在以后的长期工作中也是这样。他和技术人员、工人及晚辈们在一起,从来不把自己放在权威或高人一等的位置,讨论问题,他总是认真地听取别人的意见,善于从大家的智慧中吸取积极的因素来充实、完善自己的设想。大家都觉得跟他一起工作,心情特别舒畅,能从他身上学到不少东西。

    侯德榜先生象一名辛勤的园了,为我国化学工业的发展培养了一批又一批的技术骨干。这些骨干现在大都仍活跃在中国化工领域的各个部门,相当多的骨干已成为厂长、总工程师。他们以侯先生作为自己的榜样,为发展我国的化工事业鞠躬尽瘁。

    1974年8月26日,侯德榜先生因病与世长辞,享年84岁。