紀念侯德榜先生，不要只記得侯氏制鹼法_風聞

在知乎上被提問：

《毛澤東時期，中國工業有沒有成就能比肩民國時期聯合制鹼法為世界帶來的貢獻？》

這個問題有這樣幾層潛台詞：

1 聯合制鹼法是完全獨創的技術，顛覆了整個行業規則。

2 解放後中國沒有能與之相提並論的技術突破。

3 解放後侯德榜先生（1974年去世）沒什麼大成就。

如果只從中學課本上理解中國化工史的話，的確容易有以上的誤解。但如果這樣理解“侯氏制鹼法”，對中國工業乃至侯德榜先生的評價都是不公正的。

首先，侯氏制鹼法並不完全是中國科研人員的獨創，而是同時期化學工業的發展和全球技術進步的一個結果。在侯氏制鹼法誕生前半個世紀，它的雛形——循環制鹼法的工藝流程就已經很清晰了。而在侯氏研發的同時，德國、蘇聯、法國、日本都在進行相似的研究。最早的小規模聯合制鹼廠1935年誕生在德國，6年後，侯氏聯合制鹼法研製成功。德國的聯合制鹼與侯氏的製備路徑，只有一步之遙——當然，這一步要邁過去不容易。

侯德榜及聯合制鹼法

其次，侯氏制鹼法並不是“主流”工業進步，而是日軍侵華戰爭迫使侯德榜老先生和永利制鹼廠在內陸“絕地求生”。抗戰結束後，侯氏制鹼法的應用也沒有推廣到世界，主要在中國發展。目前侯德榜改良的“索氏法”佔據着我國純鹼製造的半壁江山，而剩下一半的純鹼還有部分取自天然鹼礦。從2009年左右的資料看，中國以外的地區除日本外，對聯合制鹼法缺乏熱情（日本聯合制鹼法也長期依賴中國的氯化銨需求）。

最後，即便不談中國工業其他方面的進步，僅説侯德榜先生自己，在解放後也有很了不起的技術突破，對中國乃至世界的貢獻不遜於侯氏制鹼法。

結論説完了，下面開始講故事。

1

侯德榜之前

純鹼，也就是Na2CO3一直是生產生活離不開的化學物質。在工業製備手段成熟前，人類主要從鹽湖和草木灰當中獲取純鹼。18世紀下半葉，歐洲現代紡織業興起，棉紗在染色和印花之前，需要用純鹼洗滌。純鹼需求量快速上升，天然鹼不夠用了。1775年，法國國王路易十六拿出真金白銀，獎勵第一個解決工業制鹼問題的人。

法國醫師尼古拉斯·路布蘭，率先成功研究出通過食鹽NaCl制純鹼的工藝，堪稱化學工業的重要里程碑。不過，這一波制鹼方法對反應温度要求很高、煤需求量大、工人勞動強度也很大，19世紀就被取代了。

1862年，比利時化學家索爾維（Solvay）發明了“氨鹼法”，也稱“索氏制鹼法”，從而開啓了制鹼新時代。為了後面閲讀順暢，也為了對得起各位的中學化學老師，請記住下面這個總方程式：

比利時化學家索爾維

NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl

產物裏的NaHCO3加熱一下，就得到純鹼Na2CO3。

索氏法產量高、質量優、成本低、能連續生產。但也有缺陷：

首先，原料NaCl的利用率只有70%，但在沿海地區不算什麼大事。

其次，在那個年代，合成氨工業還不成熟，原料氨NH3是非常稀有的物資。為了降低成本，必須把產物裏的氯化銨NH4Cl恢復成NH3，循環利用。索爾維於是讓NH4Cl與氫氧化鈣Ca(OH)2反應，生成氯化鈣CaCl2。CaCl2是一種非常容易溶於水的廢渣。但相比於產生的污染，生產成本降低在那個時代顯然更重要。

這套工藝如此強大，以至於索爾維靠着它名利雙收，走上了人生巔峯。索氏制鹼法從1862年發明後，法、德、美等國家對外嚴密封鎖技術，還成立了索爾維公會，只向會員國公開設計圖紙——不用説，中國沒份，還要受制於公會的分區售貨策略。20世紀初之前，除了來自內蒙古的“口鹼”（鹽湖天然鹼），中國只能向英國卜內門公司購買“洋”鹼。

2

努力跟上時代

索氏法使用廣泛，但化學家們也沒有放棄技術升級。1885年，德國人什賴布發現，在低温條件下在產物中加入NaCl可以分離出NH4Cl。一舉解決了鹽利用率低和CaCl2污染兩個問題，這已經是50%的侯氏制鹼法了。只不過，這意味着氨氣無法循環使用，直接變成了氯化銨。還要等20年，等到合成氨工藝成熟，化學工廠才能這麼“不差錢”地用氨氣，新技術暫時停留在理論階段。

合成氨有多難呢？現代合成氨工業生產流程的實現者，德國化學家哈伯，靠一個超簡單的方程拿到1918年的諾貝爾化學獎。

N2+3H2====2NH3

（真是要拼盡全力，才能看起來毫不費力）

合成氨工業化，這已經是1913年了，距離侯氏制鹼法的誕生還有40多年。這幾十年的時間裏，青年侯德榜一路狂奔，追趕世界化學工業的發展。1911年，他以10門科目1000分滿分考進清華留美預備學堂；1913年赴美，拿到MIT化工學士學位、哥倫比亞大學博士學位；1921年載譽歸來，出任永利制鹼廠總工程師，歷時5年，破解“索氏制鹼法”；1926年，中國第一家制鹼廠終於投產，也是遠東和亞洲的第一家索氏法制鹼廠。

永利制鹼工廠定址天津塘沽，沿海而建。

注意，很多資料犯了低級錯誤，把侯氏制鹼法的發明前推到1926年。但此時侯德榜用的還是純粹的索式法，並未打算自創技術路線。當然能用索式法也很了不起，因為壟斷資本家結成聯盟，保守技術秘密。侯德榜從歐美聘用了一批在歐美壟斷企業工作過的操作人員，通過他們對生產細節描述，加上自己的化學基礎知識，從原理到工藝破解了索式法。這是工程學和商業的勝利。

1928年8月，永利制鹼公司在美國費城萬國博覽會上展出了“紅三角”純鹼，獲得大會金質獎章。從此聲譽日盛，迫使卜內門（對，就那家壟斷中國市場的英國洋鹼公司）簽訂在日本代銷“紅三角”純鹼的協議，允許中國加入商業聯盟，把中國鹼銷往日本、朝鮮等國。但侯德榜同學還是不肯和壟斷聯盟一起坑世界，幾年後，他寫了一本《純鹼製造》，把索氏法的原理公佈於世，奠定了自己在世界歷史中的位置。

3

逼出來的侯氏制鹼法

太平日子沒過幾年，1937年，日軍發動侵華戰爭，侵佔了當時已經是亞洲最大鹼廠的永利。此處省略一萬字愛國情懷，永利制鹼公司被迫遷入內陸，在川西建立永利川廠。

永利川廠

四川傳統鹽場

內陸制鹼，問題大了。川西曆來用井鹽，要從千米深井裏打出鹽滷再熬製，比在塘沽海邊取鹽費錢、費工，質量還更差，再加上內陸排污困難，索氏法原有bug和新問題集體爆發。

​好消息是，此時合成氨技術已經成熟，且外國對索氏法的改良也有了很大突破。1931年德國新創“察安法”，1935年建成第一個小型聯合制鹼廠。日本也於1937年從德國手中購得專利，在朝鮮興南道建了一家日產50噸的聯合制鹼廠。不過這個聯合制鹼比起侯氏聯合制鹼法，還是差了那麼一點點。

按照原理推導出的聯合制鹼方程式如下：

NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl

（稍安勿躁……倒數第二個方程式）

察安法讓碳酸氫銨結晶NH4HCO3與飽和鹽溶液反應，得到碳酸氫鈉NaHCO3和氯化銨NH4Cl。NH4Cl不再加工成氨氣，而是分離出來做化肥，這已經是80%的侯氏法。差的這20%就是工序上的不連續，設備只能間斷性生產，從工程角度是損失。

侯德榜本來打算買回察安法專利，但赴德購買時，德國企圖附加嚴苛的辱國條件。侯老當即終止談判，憤而自行研發，1941年終於取得成功。新的侯氏制鹼法把氨廠和鹼廠建在一起，製造氨氣過程中的產物（NH3）和副產物（CO2）被直接加入鹽滷，產物NH4Cl分離出來成為成為氮肥。而且反應連續、廢液大幅減少、食鹽利用率提高到96%，工藝上堪稱完美。

看下索氏和侯氏方程式中原料和產物的來源和去處，就能理解侯氏設計的精妙。

回頭再看兩者共享的反應方程式：

NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl

在合成氨工藝成熟、日軍佔領沿海、德國條件苛刻、以及氯化銨暢銷、尿素還沒有大規模投產等諸多條件限制下，侯德榜做出了一個非常漂亮的工藝設計，最大限度地利用了手頭的資源和條件，這是一個值得在歷史書上永久性佔位的技術突破——實際上歷史教科書書也的確比化學教科書花了更多的篇幅介紹侯氏制鹼法

4

後續發展

參考中國純鹼工業協會2008年底的統計資料，我國現有的純鹼生產中，索氏法佔48．42％、侯氏法佔45．19％、天然鹼加工佔6．39％。其他國家的侯氏法佔比都很低。從發展趨勢看，侯氏制鹼法的佔比還在快速降低，畢竟在大規模、長時間、連續生產的化工車間裏，綜合斟酌設備耗損、原料成本、反應條件之後，侯氏制鹼法並沒有絕對壓倒性的優勢。

此外，不可忽視的原因就是氯化銨的應用問題。作為一種氮肥，氯化銨不能算是優質肥料。容易受潮板結，而且由於帶有氯根，它會抑制煙草、馬鈴薯、葡萄、亞麻等作物的生長。即便是用於水稻、小麥、棉花等不那麼在乎氯離子的作物，長期使用也會讓土壤酸化、鈣流失、水源污染。

最嚴峻的挑戰來自大量供應的尿素。氯化銨的缺點，尿素全都沒有，氮含量還要高它近一倍，幾乎全方位碾壓。日本對中國出口的氯化銨一度達到每年60萬噸，中國引進大型尿素裝置後，1976年，這個數字跌到27萬噸。為適應這種情況，日本不得不削減甚至去除一些聯鹼廠的合成氨廠配合，採用“新旭法”制鹼，實際上等於退回到索氏法。

5

解放與生產力

1943年，侯德榜在四川突破了侯氏制鹼法，大家猜猜第一個侯氏制鹼法工廠是何時何地全面投產的？

1964年，大連化工廠。

大連化工廠

因為侯氏制鹼法需要大量精鹽，而且要和氨廠聯合生產，投資較大，大規模生產的損耗需要逐步降低。所以解放前一直處於圖紙-作坊的中間狀態，並未實現工業化生產，也沒有確定生產細節。直到解放後國力增強，各環節工藝細節紛紛突破，尤其是國產合成氨工業突飛猛進，這才把聯合制鹼法工廠“召喚”出來。工業方面的進步，工藝和執行往往比原理更重要，從這個角度説，1943-1964年都是侯氏制鹼法的發展過程，不能簡單地説侯氏制鹼法是民國產物。

如前文所述，合成氨工業的進步促生了侯氏制鹼法，但合成氨工業進一步發展，又會逐步壓縮聯合制鹼法的使用。即侯氏制鹼法在大的化學工業背景下，是個階段性產品。合成氨工業的進步可能更有決定性意義。

説到合成氨工業，就不能讓解放後的侯德榜先生缺席了。

中國多煤少油缺氣，在大慶油田之前幾乎放棄了本土大規模產油的努力。此外，中國農業管理權力集中於縣級政府，而在70年代後期之前，縣級政府的財力、技術水平都很低，很難投資、管理複雜的化工廠。所以，如果中國完全依賴石油化工搞大化肥工業，化肥的普及恐怕要晚上十年，糧食生產很可能追不上迅速爆炸的人口。

1957年，還是這個大連化工廠，技術人員用石灰窯氣和氨反應，造出碳酸氫銨。侯德榜迅速前往考察，提出了碳化法制取碳酸氫銨的思路：

NH3+CO2+H2O→NH4HCO3

隨後侯德榜到上海化工研究院，帶頭搞科研，落實了細節。這一工藝以無煙煤為原料，先製造半水煤氣，把氮、氫和二氧化碳混合氣進入碳化塔，在此二氧化碳與濃度為17%左右的氨水反應，生成碳酸氫銨結晶。而脱除二氧化碳的原料氣，經過進一步脱除殘餘二氧化碳與少量一氧化碳後，進入氨合成系統。

上海化工研究院前身：上海天利氮廠

如此簡單的工藝，投資小，控制簡單，縣級工業部門就能操作，中國的小化肥廠因此遍地開花，讓中國成為唯一大量生產碳酸氫銨肥料的國家。在70年代石油產量增加、引進大化肥工藝之前，這些小化肥廠撐起了中國農業的肥料需求，之後的地位也絕不可忽視。從1970年到2000年30年間，全國共有煤基小化肥廠1000多座，45%的氮肥是碳酸氫銨。對於缺乏石油和天然氣的中國來説，能在10億人口的門檻前後保持社會穩定，碳化法制氮肥技術功不可沒。

總之，侯德榜先生對世界、對中國都有卓越貢獻，但如果把時間限於解放前的話，侯氏制鹼法並不算是侯先生最大的成績。而即便把解放後侯氏制鹼法的推廣考慮進來，侯先生的功績也絕不能用這一個詞來概括。1956年，侯先生升任化工部副部長，1957年侯先生主持碳化法制取碳酸氫銨，同年入黨，1964年侯氏制鹼法通過鑑定。這才是侯德榜一生最輝煌，最榮耀的年代。用侯德榜來證明民國科技的成功，或是質疑新中國的科技進步，那實在是找錯了人。

本文自馬前卒工作室微信公號

作者： dundun