石油化工极简史＆现代化工极简史

刘萝卜锅 · 发表于 2021-3-8 11:24:30

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本帖最后由刘萝卜锅于 2021-3-8 11:41 编辑

品质源于技术服务源于态度

这是阿什卡微信公众号第853篇原创文章

首发于2021年3月7日

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世间万物，都是元素周期表上那100多种元素的各种排列组合。

不同的组合，就有不同的性质、不同的功用。

以前，人类过的都是纯天然生活，想用啥东西，只能在大自然中去找，多数找不着，少数找得着的，也是费时费力收获小，还破坏环境——古代人类因生态破坏，而不断废弃聚集地、不断大迁徙就是证明。

所以我们被卡在农业社会几千年，徘徊内卷，兴衰循环。

定制想要的物质，是人性所需。

于是，炼金、炼丹在世界各地兴起。炼来炼去，和农业社会一样，没什么发展。

直到十六世纪，随着近代科学的兴起，元素概念的建立，化学发展日新月异，定制物质，开始变得越来越容易。

随着工业革命的兴起，近代化学工业亦步亦趋——比如为纺织业、造纸业提供大量的酸、碱等等。

化工不经意间，助力了纺织业，而且后来还搞出合成纤维，让纺织品越来越便宜耐用，解决了“穿暖”的问题。当然，这是后话。

十八世纪起，拉瓦锡开创定量化学，道尔顿原子说推动原子量的认识，阿伏伽德罗推进了对分子的认识，门捷列夫元素周期表的建立，李比希和维勒对有机结构理论的发展，让化学成为一门系统科学，为现代化学奠了基。

十八世纪中叶，英国开始用铅室法，以硫磺和硝石为原料，生产硫酸。

1783年，法国的卢布兰提出了以氯化钠、硫酸、煤为原料的制碱法，盐酸、漂白粉、烧碱等化工产品也围绕着这个方法展开。

由此，以无机酸碱为核心的近代化学工业开始蓬勃发展。

从十九世纪末期起，热力学、粒子物理等开始引入化学，在现代物理的支撑下，化学理论被提升到新高度，溶液理论、电离理论、电化学、化学动力学的等理论相继建立，推动了化学工业发展，比如1890年，用电解法制取氯气和烧碱的方法诞生，电化学工业由此兴起。

工业社会对金属的渴求，加速了现代“炼金术”——冶金业的发展。

冶金需要大量的焦炭。而焦炭是用煤当原料，通过炼焦而成：隔绝空气，把煤加热到950℃左右——高温干馏，产生焦炭、煤气、煤焦油。

焦炭拿去烧，冶炼金属。煤气也可以当燃料。

关键是黑乎乎的煤焦油，其中含有苯、酚、萘、蒽、菲等有机物。在认识、提取、利用它们的过程中，有机化学工业兴起了。

有机物的主料是碳、氢，从种类上看，势单力薄。但这两位，自带兼容性超强的接口和插头，可以与同类，以及其他多种元素自由、灵活地花样插拔与装配，产生新物质、新结构的想象空间无限大——我们生物这么奇葩的存在，就是有机物无限组合可能性的产物。

所以，在我们已知的4737万多种化合物中，超过4000万种是有机化合物，而且多数是人工合成的有机化合物。

这就是说，人类社会应用的多数物质种类，是有机化学带来的。以后的趋势也是有机化合物更多。从这个意义上说，现代化工，基本上就是有机化工的天下。

有机化工的兴起，给人类首先带来的是“颜色革命”——各种染料、涂料突然丰富、便宜、好用起来，人类世界由此变得五彩缤纷。

刘萝卜锅 · 发表于 2021-3-8 11:25:29

当然，有机化学不止是表面文章做得好，它对人类文明发展内功的贡献，更是无处不在、无所不及、润物无声。比如医药、农药、炸药、材料等方面。

就算是自然界中存在的东西，也是有机化工产品的质更纯、量更足，比如市面上随买随有的阿司匹林，就是用煤焦油合成，而不是白柳皮。

1917年，美国新泽西州发生了一件小事，标准油公司利用炼厂气中的丙烯，合成出了异丙醇。

这玩意除了吃，基本可以承包一个肥宅的生活：可作燃料，可做涂料美化出租屋，可制成化妆品PS自己的脸，可做成香料提升魅力值，也可制成你常用的各种橡胶塑料用品，有病了还可以制成药吃……

异丙醇聊这么多，是为了我们一起感受下，只这一种产品，就有多大的利用空间。

炼厂气合成异丙醇，也标志着石油化工的悄然萌芽。

随着新产品、新技术的大量涌现，石油化工业也迅速崛起，我们简单翻一下流水账——

1919年，美国联合碳化物公司以乙烷、丙烷为原料，进行高温裂解，制成乙烯。随后，林德公司从裂解气中分离出乙烯。

1920年，第一个生产乙烯的石油化工厂落成。

接着就引发出一系列乙烯化工技术，合成多种产品：乙醇（1930）；苯乙烯（1930）；环氧乙烷（1937）；氯乙烯（1940）；丁二烯（1943）……

1941年，利用石油轻质馏分，进行催化重整，制取了芳烃。同年，从烃类裂解气体中分离出合成橡胶的重要单体丁二烯。

制取基本原料的同时，在聚合物科学理论的指导下，各种下游产品——高分子化工产品也同时大量涌现：聚苯乙烯、树脂（1930）；聚氯乙烯、有机玻璃（1931）；尼龙66纤维、聚乙烯（1939）……

现代文明，已经离不开有机化工产品，或者说，有机化工的发展，参与缔造了现代文明。

别的不讲，就说电线的绝缘层，没了人工合成的有机材料，用什么东西可以完美替代？做出来恐怕一般家庭就用不起了。

到了五十年代，世界各国的电视机、电冰箱、洗衣机、汽车等产品消费大增，有机合成材料的需求随之大涨。石油取代煤炭，摘取了有机化工界的头牌，从此一飞冲天。

比如美国，1940年~1980年，乙烯由40万吨增长到1300万吨，增长110倍。

与此同时，石油化工也加快了医药的发展，参与开发了数以千计的新药。比如：磺胺药，抗生素青霉素、链霉素，甾体和非甾体抗炎药、青蒿素类抗疟药物、紫杉醇抗癌药、流感治疗药物达菲，等等。石油化工或直接参与合成，或助力提炼萃取。不仅拓宽了药物开发的可能性——解决了“有”的问题，而且保证了足量供应——解决了“够”的问题，让一般人不仅有得用，而且用得起，解除了无数人的病痛，延长了人类的寿命。

刘萝卜锅 · 发表于 2021-3-8 11:28:05

说起延长人类寿命，我们地球人解决“吃饱”问题，也是近几十年的事——居然也是随着石油化工的发展而一步步做到的，你说怪不怪。

人类农业社会几千年，都没解决吃饱问题，而且耕地是用着用着就废了，为啥呢？因为植物生长需要的氮、磷、钾，土地里没那么多，再肥沃的土地，都扛不住人类年年收割，所以粮食不够吃，是常态。

知道了这个原理，就好办了——给土地补钾、补磷、补氮呗。

钾和磷好办，不难搞到。但是氮就比较扯蛋了：空气中大部分是氮，但是没卵用，因为植物不会直接吸收氮气，只会吸收氮的化合物。

氮化合物在农家肥里就有，农家肥的臭味里，就包括了氮肥的基本原料——氨。

然而农家肥当然远远不够用。氮气又非常稳定，不爱化合，除非遭雷劈——这个量就更少了。

所以，工业制氮，成了人类解决粮食问题的唯一选择。

上世纪20世纪初，哈珀提出了氮氢制氨的办法，博施很快设计出了设备和工艺，氮肥的工业生产由此实现，粮食肥料的解决方案就这样被俩德国人搞定了。

氮气有的是，问题是，氢从哪儿来？你可能想到了电解水，但这很不经济。

从化石燃料里提取氢，才是正规军的打法，所以制氮分为煤头、油头、气头三类，也就是分别用煤、石油、天然气取氢制氨。

最开始当然是从煤中提取，石油化工兴起后，用天然气、炼厂气为原料，来制取氢，成本更低、纯度更高，价格便宜量又足。

△ 氢气制备来源

刘萝卜锅 · 发表于 2021-3-8 11:29:15

所以说，目前声称搞氢能源来替代化石能源，首先要解决的是：如何脱离化石能源搞到足量、便宜的氢。

石油化工保证了氮肥的供应——也就解决了地球人“吃饱”的问题。

此外，石油化工还提供了杀虫剂、杀菌剂、除草剂等一系列农用药品，360度无死角地保证粮食够吃。

当然，石油化工不仅仅是让我们吃饱穿暖，提供各种基础材料，它还援手其他工业生产——比如它的表面活性剂产品，不仅用于日常洗涤，还支持多种工业生产过程。

当然，它也会参与高精尖的光电器件开发，比如，我们天天盯着舍不得挪开目光的液晶屏——你每天盯着石油看啥呢？

石油化工产品当然远远不止这些，在我们的生活中，就有超过5000种，深入到了我们生活的每一个角落。

抛除已有成果，石油化工的未来发展空间也是无限大，作为有机化工的主力军，它与纳米技术、生物工程技术、分子自组装技术、粒子操控技术等相互结合、相互渗透、互促互进的过程中，谁知道会生发出怎样的奇迹呢？

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卢沟桥 · 发表于 2021-4-26 09:52:30

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