侯德榜的侯氏制碱法 侯德榜和他的侯氏制碱法

在中国近代化工业史上,有一位杰出的科学家,他为祖国的化工事业奋斗终生,并发明了独特的制碱工艺,他犹如一块坚硬的基石,与范旭东、陈调甫等实业家化学家一起,托起了中国现在化学工业的大厦,这位先行者就是被人们称为“国宝”的侯德榜先生。

侯德榜对世界化工业的最大贡献主要有3点:一是他揭开了索尔维制碱的秘密,并公之于众,1933年写成《纯碱制造》,该书在纽约被列入美国化学会丛书出版,一经问世,即被美国权威杂志报道被认为是第一次解开了索尔维法秘密的化工巨著,是制碱工业的权威之作。

此书相继被译成多种文字出版,对世界制碱工业的发展起了重要作用,是中国化学家对世界文明所作的重大贡献。直到近年,书中的观点还被美国科学引文索引(SCL)所引用。二是他创立了中国人自己的制碱工艺——侯氏制碱法。

晚年他总结自己从制碱工业40余年的经验,写出了《制碱工学》,将侯氏制碱法系统地奉献给读者,在国内外学术界引起强烈反响。三是他为中国小化肥工业的发展做出了不可磨灭的贡献。

下面就让我们循着侯德榜的足迹,探寻这位科学家成功的奥秘。

挂车攻读有美名

侯德榜,字致本,1892年8月9日出生于福建省闽侯县南台区坡尾乡一个农民家庭。由于家境贫寒,他只念了两年私塾就辍学了。只得随着祖父在家读书。稍长,边在祖父教育下读书,便跟随父亲到田里劳动。他干农活非常用心,举凡施肥、耕种、锄耪、插秧、收割,他无一不精。

侯德榜不仅聪颖过人,而且勤奋好学。他拔草时背书,走路时背书,在用水车车水时双肘往横木上一趴,脚下踩着水轮,两手端着书就念起来,有时把书挂在横木上诵读。祖父给他这种读书法起了个名字叫“挂车攻读”。时间就这样一天天过去了,侯德榜的双肘都磨起了茧子。

侯德榜的姑母在家乡开了一间小药店,有了些许积蓄,她见侄子如此用功,就决定出钱供他读书。有了姑母的资助,侯德榜学习更加努力,1904年他考入福州教会学校英华书院。在这所学校里侯德榜对数理化产生了浓厚的兴趣。

几年的学习生活使他懂得了许多天下大事,他看到了中国人在自己的土地上被列强欺凌的情形,立下了以事业和科学技术振兴中华的志愿。1906年,侯德榜因参加福州各界举行的反帝爱国大游行,被学校开除了。侯德榜就在家里凭着顽强的毅力发奋苦读,1907年他考入了上海闽皖铁路学堂,毕业后在安徽符离集任铁路工程师。

1913年侯德榜以十门功课1000分的好成绩,考入清华留美预备学堂。该学堂是清政府建立的留美预备学校,1912年更名为清华学校。为尝试本地人才的培养1925年建立大学部。1928年更名为国立清华大学。

1913侯德榜年赴美国留学,入麻省理工学院攻读化工专业,1917年获学士学位。他感到“要当一名称职的化工工程师,至少对机、电、建筑内行。”所以毕业后曾在美国的水泥、硫酸、燃料、电化等工厂实习,积累了各种不同的工作经验,所有这些为他日后成为杰出的化工专家打下了一定的基础。

1918侯德榜入哥伦比亚大学研究院研究制革,1919年获硕士学位,1921年获博士学位,由于学习成绩优异,他被接纳为美国科学会会员和化学会会员。他的博士论文《铁盐鞣革》,围绕铁盐的特性以大量数据论述了铁盐鞣制的易出现不耐温、粗糙、粒面发脆、易腐、易吸潮和起盐斑等缺点的主要对策,很有创见。美国《制革化学师协会会刊》特予连载,全文发表,迄今该文仍是制革界广为引用的经典文献。

破译索尔维制碱法的秘密

就在即将完成学业、准备回国报效祖国之际,侯德榜遇到了他未来事业的伯乐——化学家陈调甫先生。

1918年范旭东和陈调甫等人在天津塘沽创立了中国第一家制碱厂——永利制碱公司。

碱是人们生活离不开的东西,又是化学工业不可缺少的原料。过去中国工业落后,人们习惯食用产于张家口、古北口一带的天然碱(也就是俗称的“口碱”)这种碱加工粗糙,杂质很多,影响人民健康,也无法用于现代工业。1900年八国联军侵华战争后,英商卜内门公司的洋碱开始倾销中国,独霸市场。

洋碱是用化学方式生产的,含碳酸钠在99%以上,质量远远超过土碱,且价格低廉,无论民用工业都很受欢迎。1914年,第一次世界大战爆发,交通阻塞,卜内门洋碱中断,旧存的洋碱价格飞涨,引起民食和工业的恐慌。

此情此景进一步激发了范旭东创办中国人自己制碱工业的决心。范旭东深深感到一个国家如无制碱工业,就谈不到化学工业的发展。他于1917年先创办了久大精盐公司,正是为了下一步变盐为碱,再发展制酸工业,孕育强壮中国的“化学工业之母”。永利碱厂召开成立大会后,范旭东即派陈调甫去美国学习,考察制碱工业同时延揽招聘人才。

陈调甫经纽约华昌贸易公司总经理李国钦介绍,结识了侯德榜,他把卜内门公司在中国横行霸道、索尔维集团技术垄断、国内需碱急切和范旭东待人之诚兴办碱厂的情况,向侯德榜一一作了介绍。侯德榜被范旭东先生的雄心壮志和创新精神所感动,感到“应将制碱有关技术方面,勉力一肩担起”。

欣然接受了范旭东的邀请。他马上就参加了永利制碱厂的设计工作,而且表示毕业后要尽快到永利工作。这是侯德榜献身中国制碱工业的开始,也是为中国和世界制碱工艺作出非凡贡献而迈出的第一步。

1921年10月,侯德榜回到祖国,他迅速赶到天津塘沽向范旭东报到。范旭东对他寄予无限希望,任命他作永利制碱公司技师长(即总工程师),全权负责厂内建筑、安装、技术等工作,陈调甫是制造部长,李烛尘负责经营管理。后机构改组,由侯德榜、李烛尘轮流当厂长,每人任职一年,循环轮流。

侯德榜深知创业之艰难。要创业,首先需要有实干的精神。他一到任就脱下西服,换上蓝布工作服和胶鞋,身先士卒,同工人们一起操作。他夜以继日、废寝忘食地工作着,哪里有问题他就出现在哪里,经常是浑身臭汗,衣服散发着酸味、氨味。他这种埋头苦干的作风赢得了工人们和外国技师的称赞。

侯德榜注重在工作中培养锻炼技术人员,凡是当值班技师的(相当于现在的总调度),一定让他先到各车间熟悉情况后再上任;搞生产的不仅要精通工艺、设备、调度,还要求会设计、研究;搞研究的要了解设计、生产。比如搞机械的光会计算和画图不行,一定要跟着去制造安装,直投入生产,运转正常才行,这种“负责到底”的原则,要求技术人员对专业有深厚的基础和广泛的知识,迫使他们刻苦学习和钻研技术,加快了技术人员的成长速度。

侯德榜对青年人的提携和培养从无倦意。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。

当时世界上通常是采用比利时化学家索尔维于1862年创制的氨碱法制碱。此法的原理很简单: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不得而知。所以侯德榜要运用此法制碱,得完全靠自己进行摸索,困难之大可想而知。

1924年8月13日,永利碱厂正式开工生产,可生产出的纯碱红黑两色间杂,令人大失所望。这样的纯碱是卖不动的,然而永利却已耗资200多万银元。就此停产,便意味着彻底失败,寻找失败的原因,改进技术尚有生机,但须有资金垫付。

到1925年3月,主要设备4口干燥锅都被烧坏了,生产被迫停顿。正当永利面临危机之时,英商卜内门提出投资永利;股东们也议论纷纷,要求另聘外国技师来替换侯德榜。范旭东和侯德榜认为永利肩负着发展中国化学工业的光荣任务,成败在于自己的努力与奋斗,他们断然拒绝了英商的请求。

同时范旭东力排众议,一方面采取措施解决资金问题,另一方面让大家不要去干扰侯德榜的工作,他说:“创业难,带有革命性的创业尤难。” 范旭东的态度是对侯德榜莫大的信任和鼓励,从此,侯德榜“一意从事死拼,以谋技术问题之解决”。继续向金城银行借款,解救经济困难。

侯德榜在范旭东的支持下,率领几位技术人员赴美,进一步考察制碱技术,寻找永利失败的原因;多方调查经研究发现,从美国进口的半圆形干燥锅,质量低劣,操作不方便,杂质容易入锅,严重妨害纯碱质量。这种锅在欧美各制碱厂早已是淘汰产品。

,作为一为科学家,他感到耻辱,心中升腾着一种受了欺骗而难以名状的愤恨之情。“知耻而后勇”,他发誓要将列强对制碱工艺的封锁击得粉碎。他马上打电报给范旭东,汇报了这里的情况,范旭东当即表示:不惜重金,买他们最新的干燥锅。经多方周旋,最后终于买到了新的圆通形干燥锅。

侯德榜回到厂里后,主持改进了碳化塔水管、滤碱机和石灰窑,新设计了分解炉等关键设备。为第二次开工创造了良好的条件。

1926年6月29日是永利碱厂史上令人难忘的一天,经过一年多的实践,永利碱厂第二次试车终于成功了。随着侯德榜一声“出料”的命令,包装工拉开制动的翻板,瞬时,似莹莹白雪的碱面,吐珠泻玉般地从出料口倾泻到麻袋里,久久围在周围的人们,不约而同地欢呼着:“白的!白的!”侯德榜长吁了一口气,欣慰地笑了。生产的纯碱碳酸钠的含量达99%。

永利纯碱的商标为“红三角”,三角中间有一个化工实验常用的坩埚,标志着中国化学工业的诞生和兴起。永利碱厂的事业蒸蒸日上,纯碱日产量超过了30吨。1926年8月,“红三角”牌中国纯碱在美国费城万国博览会上为中国赢得了第一枚金质奖章,并被评价为“中国近代工业进步的象征”。

摸索到索尔维制碱法的奥秘,本可以高价出售专利而大发其财,但侯德榜主张把这一奥秘公之于众,让世界各国分享这一科技成果。

1931年侯德榜赴美进修,在纽约用英文撰写了出版《Manufacture of Soda》(《纯碱制造》)。美国化学会破例接受中国的专家著作列入《科学专论丛书》出版,该书对制碱工业的研究、设计、生产均有重要的指导意义,使国际化工界为之轰动。侯德榜的著作很快风靡各国,给全人类打开了制碱工业的密境,

1942年在纽约出版社增订第二版,1948年苏联出版社俄文译本。

1952年,永利碱厂实行公私合营,侯德榜出任总经理。该公司现为天津碱厂。

创办硫酸氨厂

20世纪30年代,合成氨开始在欧美各国兴起,并迅速工业化。硫酸铵开始作为主要的氮肥商品,具有明显的增产效果,在农业上得到广泛应用。此时,欧美各国及日本的硫酸氨产品大肆倾销中国市场。

我国农村利用硫酸氨作为肥料的风气很盛,每年进口达20万吨,支付外汇两千数百万元。在侯德榜心目中,若兴建化学工业,必须同时创办制碱制酸工厂,正像一只鸟要有两个翅膀才能飞翔。在国民政府与英、美、德商议合办硫酸氨厂谈判破裂后,范旭东侯德榜主动申请办硫酸氨厂。厂址设在南京六合县卸甲甸。

1934年至1936年初,侯德榜为等建硫酸氨厂,率永利6名专家赴美国购置设备。建造硫酸铵厂与当年创办永利碱厂不一样,不存在技术保密的问题,面临的问题关键是怎么引进外国技术、采购设备,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,他认为氨厂的设计,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。在采购设备时,侯德榜精打细算。凡是国内能有质量保证的,就在国内解决。

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,他力主择优。在与外商谈判和选择设备时,侯德榜表现的相当机智,例如在买下制硫酸的全套设备的同时,他同时顺便索要了硫酸氨的生产工艺图纸。他还从另一家工厂以废钢铁的价格买下了一套硫酸氨生产设备(时至今日还在运转)。

硫酸氨厂的设备来自英、美、德、瑞士等许多国家的不同厂家 ,也有一些是中国自己制造的,最后竟能全部成龙套配,这充分显示了侯德榜的学识才干和悉心经营,表现出他高度的事业心和可贵的献身精神。他给友人的信中他曾写道:“万一功亏一篑,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。其实目前一切困难,在事前早已见及,故向未抱丝毫乐观,只知责任所在,拼命为之而已。”

1936年底,南京硫酸氨厂工程如期完工,终于在第二年2月5日正式出产了中国人自己制造的第一批硫酸氨,第一次为祖国的农业制成了化学肥料。南京硫酸氨厂规模宏大,设备齐全,能制各种无机酸。摄取空气中的氮,制造农肥和均需物品。南京硫酸氨厂揭开中国化学工业崭新的一页,也是中国工业史的创举和奇迹。

不料,仅仅过了半年,七七事变爆发,日军大举侵华,先后3次轰炸南京硫酸氨厂。1937年12月,南京沦陷了,侯德榜和范旭东等永利人倾尽心力创建的永利南京氨厂被日本三井财阀吞没,1942年将硝酸生产设备被拆运到日本。

抗战胜利后,永利接收的南京硫酸氨厂,只是空楼一座。侯德榜等向国民政府申请,要求前往日本拆运,归还原物。国民政府当局托词由盟军总司令部统一处理赔偿,问题久悬不决。侯德榜在《大公报》发表《向日本拆回被劫去的硝酸装置》的文章,得到了社会舆论的支持。

国民政府无奈之下,只有准予办理。几经向盟军驻日司令部交涉,迟至1946年7月才获复函,说已经查明,并令日本政府妥为保管,准备归还,永利可派人去日本处理。1947年7月7日,侯德榜亲赴日本,找到盟军司令部麦克·阿瑟,据理力争。

对于只能拆原件,不能拆日本人换上去的配件之类不合理的意见,他寸步不让。他严正指出“这是不可能的,我们反对这样做!譬如说日本拆迁了我们一辆汽车,拆走时能行驶,不论他们更换了轮胎还是其他配件,也总得是一辆能开动的骑车才行。

否则我们收回做什么?”多次交涉,麦克·阿瑟正式下令给日本政府成套归还。1947年9月11日,侯德榜赴日7周后终于获胜而归,但他的心却在流泪:“我们的新机器经过这么多年的折磨,真是憔悴不堪,我已经完全不认识它们了!”这是我国战后从日本追回的唯一一套设备。

1950年侯德榜向人民政府申请公私合营很快得到批准。1952年6月永利化学工业公司宣布合营,这是全国大企业中合营最早的一家。1952年南京硫酸氨厂更名为“公司合营永利化学工业公司宁厂”,后更名为南京化学工业联合公司,现已经成为以生产氮、磷、催化剂等为中心的大型联合化工基地。

发明侯氏制碱法

1937年,抗日战争全面爆发。我国著名实业家范旭东创建的永利碱厂、久大精盐厂、黄海化学工业研究社(简称永久黄团体)拒绝与日军合作,遂由天津塘沽将各厂迁到抗日后方四川,以重建中国化工基地。

制碱的主要原料是盐,而四川地处西南内陆,不像天津有丰富的海盐资源。在这里吃的用的是井盐,所谓井盐是打深井取卤熬制而成,盐卤浓度低,成本比海盐高得多。加之索尔维法的转化率只有70%,这就进一步增加了制碱的成本,所以新厂采用什么工艺是首先要考虑的,如继续采用索尔维法,制碱生产将难以维持。

当时德国查恩制碱法,盐的利用率还是比较高的 。为此,侯德榜于1938年率侯虞篪、林文彪、姜子丹、寿乐等人去德国考察。当时,德国与日本是轴心国,德方提出若用德国技术制碱,不得在日本占领地区销售,从政治上进行要挟。

侯德榜当时愤然表示:“黄发蓝眼睛能办到的,我们黑头发黑眼珠的也能办到!”遂决定改去美国考察和购买设备。另将一部分人留在香港,利用范旭东在香港住宅的客厅进行试验和研究。

经过调查,侯德榜决定改进索尔维法开创制碱新路。他总结了索尔维的优缺点,认为这方法的主要缺点在于,两种原料只利用了一半,即食盐(氯化钠)中的钠和石灰(碳酸钙)中的碳酸根结合成纯碱(碳酸钠),另一半组分食盐中的氯离子和石灰中的钙离子结合成了氯化钙,却没有什么用途,是很大的浪费。

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连在一起,联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化氨用加入食盐的方法使它结晶出来,作为化工产品或是化肥。食盐溶液又可以循环使用。

为了实现这一设计目标,在抗日战争的艰苦环境中,侯德榜严格指导和要求,经过了500多次循环试验,分析了2000多个样品后,才把具体的工艺流程定下来,这个新工艺使食盐的利用率从70%次提高到了98%,产品回收率高,成本低。

还使原来无用的氯化钙转化成化肥氯化氨,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。1941年3月16日,范旭东总经理到达川厂,集会宣布:决定将侯德榜发明的新的制碱方法命名为“侯氏制碱法”,以表彰他为中国化学工业所做出的杰出贡献。

1943年,在中国化学工程师学会举办的第十一届年会上,将“侯氏制碱法”被授予“化工贡献最大者奖”。

1945年4月国民政府授予侯德榜五等景星勋章。1948年“侯氏制碱法”向政府经济部奖励工业技术审查委员会呈请发明专利,经批准给予10年。此法公布后,在国际上引起了强烈反响。为此,侯德榜荣获英国皇家学会、美国化学工程学会、美国机械学会荣誉会员的称号,并成为美国机械工程师协会终身荣誉会员。从此,中国化学工业技术一跃登上世界舞台。

永利川厂1958年2月改为国营四川化工厂,利用天然气为原料生产尿素、硝酸等产品。

支援印度和巴西制碱厂

侯德榜不仅为中国化学工业的发展呕心沥血,而且还以无私的胸怀积极援助工业生产落后的国家办制碱厂。

1940年,侯德榜受南非政府邀请,为其考察设厂制碱条件,在那里工作了半年之久。1945年春,他应巴西政府邀请,偕同事解寿缙赴巴西,勘察碱厂厂址。巴西政府对侯德榜的工作甚为满意,与其约定,如将来再办制碱厂仍请他设计。

1946年,侯德榜应印度达达公司之聘为该公司总工业顾问,为该碱厂改进生产出谋划策,改良制碱方法。相约侯德榜每年去一次,每次为期一个月。达达公司使用道尔稠厚器精制卤盐,其所有用的主要设备可称为最新式,原设计能力为纯碱50吨,最初只能生产20吨,经侯德榜改进工艺后,一个单位产碱40至50吨,效果很好。

侯德榜曾先后5次赴印度指导改进该公司碱厂的设计,使其正常运转,生产的纯碱质量优良。公司上下对侯德榜的工作赞誉有嘉。后来印度总理班尼赫鲁访华时,也对侯德榜及其同事大加赞扬,并引以为中国人民友谊的典范。

共和国的骄子

1949年5月刘少奇副主席来到塘沽参观永利碱厂,此时德榜正在印度达达公司帮助他们改进制碱技术。刘副主席说:“愿与侯德榜、孙学悟晤面,共商国家化工事业大就计。”他还说到“范旭东先生之作风,令人备极仰佩。侯德榜先生亦令人十分敬重。

国家有大的事情和他商量并请他做,请侯先生赶快回到华北来。” 侯德榜接到厂里的电报后于同年7月21日回到天津,在车站受到聂荣臻的欢迎。毛泽东主席在接见他时说:“革命是我们的事业,工业建设就要看你们的啦!

”周恩来总理到永利驻京办事处探望他,邀请他参加中国人民政治协商会议,“共商国是,设计建设新中国的蓝图。”在谈话中周总理还高度赞扬了范旭东先生为开拓和发展祖国的民族化工业所建立的丰功伟绩,并对他的逝世深表惋惜和哀悼。党和国家领导人如此爱惜人才,尊重知识分子,让侯德榜深受感动。巨大的关怀和殷切期望让他备受鼓舞,决心更加努力工作,报效祖国。

1949年侯德榜参加了新政协筹备会和中国人民政治协商委员会第一届全体会议,并先后被推荐为第二、三、四届中国人民政治协商委员会常务委员会委员。

1950年侯德榜出任中央财经委员会委员、重工业部顾问、中华全国自然科学联合会副主席。

1951年任中国化学会理事长。

1953年加入中国民主建国会,先后当选第一、二届民建中央常务委员会委员。

1954年从这年起先后当选为第一、二、三届全国人民代表大会代表。

1955年被聘为中国科学院技术科学部委员。

1957年侯德榜光荣地加入了中国共产党。

1958年,任化学工业部副部长,当选为中国科学技术协会副主席。为发展小化肥工业,他倡议用碳化法制取碳酸氢氨化肥。从这一年起到1965年,他与谢为杰、陈东等人合作发明了“碳化法合成氨流程制碳酸氢氨”,荣获国家科委创造发明奖。为中国的农业发展做出了不可磨灭的贡献。现在我国采用此发明的中小型合成氨厂有1000多个,年产量占全国合成氨产量的一半以上。

1959年,侯德榜他的身体日见渐虚弱,周恩来总理安排他去青岛和北京小汤山疗养。然而他不顾病魔的缠绕,以惊人的毅力总结自己数十年制碱工业的实践,结合中国的资源情况,对1933年出版的专著《纯碱制造》进行修订,并增加了自己发明的联合制碱法的相关内容,写出了80余万字的鸿篇巨制《制碱工学》,全书分上下两册,共54章,国庆节前夕由化学工业出版社出版。

这是他数十年从事制碱工业的实践和理论的总结。中国科学院院长郭沫若为该书题写了书名并作序。著作出版后,他将2万元稿费全部作为当月党费交给了党组织。

1974年8月26日侯德榜因患脑溢血去世。

侯德榜先生离开我们已经40多年了,但他为化工事业发展所作的杰出贡献,永远镌刻在世界科技发展史上;他热爱祖国、倾心科学的大家风范,依然激励着人们投身科教兴国的建设事业,共创人类美好明天。

在福建省科技馆的闽籍院士长廊里,人们可以同时一睹侯德榜和他的侄子侯虞钧院士的风采。

北京化工大学院内矗立着一尊侯德榜的塑像,寄托着莘莘学子追思,为化工人所景仰。

2001年中国化工学会设立了“侯德榜科学技术奖”,以激励广大科技工作献身科学报效祖国的情怀。

侯德榜是南化(南京化工集团)人的骄傲,也是南京化工集团第四小学师生的楷模。2002年该学校成立了“侯德榜中队”,学生们经常利用班会、晨会的时间学习侯德榜的感人事迹,邀请南化老职工讲述侯德榜的故事,到南京化工集团去参观,亲身感受科学技术的伟大与神奇。

与此同时,孩子们还举行 “侯爷爷我想对您说”主题班会,向侯爷爷汇报自己在德智体美劳等方面所取得的成绩。通过上述活动,全体队员勤奋学习勇攀高峰的斗志不断增强。

在由天津市委宣传部和滨海新区工委主办的“感动天津人物——海河骄子”评选活动中,经广大群众网上投票、短信投票和报纸投票,侯德榜被评选为60位感动天津人物——海河骄子之一。

侯德榜先生并没走远,他的精神,他的风范长留人间;他的爱国情怀,他对人类科学事业的无私奉献,激励着一代又一代中国人为着祖国的繁荣和世界的进步而努力。