纪念侯德榜先生，不要只记得侯氏制碱法

在知乎上被提问：

《毛泽东时期，中国工业有没有成就能比肩民国时期联合制碱法为世界带来的贡献？》

这个问题有这样几层潜台词：

1 联合制碱法是完全独创的技术，颠覆了整个行业规则。

2 解放后中国没有能与之相提并论的技术突破。

3 解放后侯德榜先生（1974年去世）没什么大成就。

如果只从中学课本上理解中国化工史的话，的确容易有以上的误解。但如果这样理解“侯氏制碱法”，对中国工业乃至侯德榜先生的评价都是不公正的。

首先，侯氏制碱法并不完全是中国科研人员的独创，而是同时期化学工业的发展和全球技术进步的一个结果。在侯氏制碱法诞生前半个世纪，它的雏形——循环制碱法的工艺流程就已经很清晰了。而在侯氏研发的同时，德国、苏联、法国、日本都在进行相似的研究。最早的小规模联合制碱厂1935年诞生在德国，6年后，侯氏联合制碱法研制成功。德国的联合制碱与侯氏的制备路径，只有一步之遥——当然，这一步要迈过去不容易。

侯德榜及联合制碱法

其次，侯氏制碱法并不是“主流”工业进步，而是日军侵华战争迫使侯德榜老先生和永利制碱厂在内陆“绝地求生”。抗战结束后，侯氏制碱法的应用也没有推广到世界，主要在中国发展。目前侯德榜改良的“索氏法”占据着我国纯碱制造的半壁江山，而剩下一半的纯碱还有部分取自天然碱矿。从2009年左右的资料看，中国以外的地区除日本外，对联合制碱法缺乏热情（日本联合制碱法也长期依赖中国的氯化铵需求）。

最后，即便不谈中国工业其他方面的进步，仅说侯德榜先生自己，在解放后也有很了不起的技术突破，对中国乃至世界的贡献不逊于侯氏制碱法。

结论说完了，下面开始讲故事。

1

侯德榜之前

纯碱，也就是Na2CO3一直是生产生活离不开的化学物质。在工业制备手段成熟前，人类主要从盐湖和草木灰当中获取纯碱。18世纪下半叶，欧洲现代纺织业兴起，棉纱在染色和印花之前，需要用纯碱洗涤。纯碱需求量快速上升，天然碱不够用了。1775年，法国国王路易十六拿出真金白银，奖励第一个解决工业制碱问题的人。

法国医师尼古拉斯·路布兰，率先成功研究出通过食盐NaCl制纯碱的工艺，堪称化学工业的重要里程碑。不过，这一波制碱方法对反应温度要求很高、煤需求量大、工人劳动强度也很大，19世纪就被取代了。

1862年，比利时化学家索尔维（Solvay）发明了“氨碱法”，也称“索氏制碱法”，从而开启了制碱新时代。为了后面阅读顺畅，也为了对得起各位的中学化学老师，请记住下面这个总方程式：

比利时化学家索尔维

NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl

产物里的NaHCO3加热一下，就得到纯碱Na2CO3。

索氏法产量高、质量优、成本低、能连续生产。但也有缺陷：

首先，原料NaCl的利用率只有70%，但在沿海地区不算什么大事。

其次，在那个年代，合成氨工业还不成熟，原料氨NH3是非常稀有的物资。为了降低成本，必须把产物里的氯化铵NH4Cl恢复成NH3，循环利用。索尔维于是让NH4Cl与氢氧化钙Ca(OH)2反应，生成氯化钙CaCl2。CaCl2是一种非常容易溶于水的废渣。但相比于产生的污染，生产成本降低在那个时代显然更重要。

这套工艺如此强大，以至于索尔维靠着它名利双收，走上了人生巅峰。索氏制碱法从1862年发明后，法、德、美等国家对外严密封锁技术，还成立了索尔维公会，只向会员国公开设计图纸——不用说，中国没份，还要受制于公会的分区售货策略。20世纪初之前，除了来自内蒙古的“口碱”（盐湖天然碱），中国只能向英国卜内门公司购买“洋”碱。

2

努力跟上时代

索氏法使用广泛，但化学家们也没有放弃技术升级。1885年，德国人什赖布发现，在低温条件下在产物中加入NaCl可以分离出NH4Cl。一举解决了盐利用率低和CaCl2污染两个问题，这已经是50%的侯氏制碱法了。只不过，这意味着氨气无法循环使用，直接变成了氯化铵。还要等20年，等到合成氨工艺成熟，化学工厂才能这么“不差钱”地用氨气，新技术暂时停留在理论阶段。

合成氨有多难呢？现代合成氨工业生产流程的实现者，德国化学家哈伯，靠一个超简单的方程拿到1918年的诺贝尔化学奖。

N2+3H2====2NH3

（真是要拼尽全力，才能看起来毫不费力）

合成氨工业化，这已经是1913年了，距离侯氏制碱法的诞生还有40多年。这几十年的时间里，青年侯德榜一路狂奔，追赶世界化学工业的发展。1911年，他以10门科目1000分满分考进清华留美预备学堂；1913年赴美，拿到MIT化工学士学位、哥伦比亚大学博士学位；1921年载誉归来，出任永利制碱厂总工程师，历时5年，破解“索氏制碱法”；1926年，中国第一家制碱厂终于投产，也是远东和亚洲的第一家索氏法制碱厂。

永利制碱工厂定址天津塘沽，沿海而建。

注意，很多资料犯了低级错误，把侯氏制碱法的发明前推到1926年。但此时侯德榜用的还是纯粹的索式法，并未打算自创技术路线。当然能用索式法也很了不起，因为垄断资本家结成联盟，保守技术秘密。侯德榜从欧美聘用了一批在欧美垄断企业工作过的操作人员，通过他们对生产细节描述，加上自己的化学基础知识，从原理到工艺破解了索式法。这是工程学和商业的胜利。

1928年8月，永利制碱公司在美国费城万国博览会上展出了“红三角”纯碱，获得大会金质奖章。从此声誉日盛，迫使卜内门（对，就那家垄断中国市场的英国洋碱公司）签订在日本代销“红三角”纯碱的协议，允许中国加入商业联盟，把中国碱销往日本、朝鲜等国。但侯德榜同学还是不肯和垄断联盟一起坑世界，几年后，他写了一本《纯碱制造》，把索氏法的原理公布于世，奠定了自己在世界历史中的位置。

3

逼出来的侯氏制碱法

太平日子没过几年，1937年，日军发动侵华战争，侵占了当时已经是亚洲最大碱厂的永利。此处省略一万字爱国情怀，永利制碱公司被迫迁入内陆，在川西建立永利川厂。

永利川厂

四川传统盐场

内陆制碱，问题大了。川西历来用井盐，要从千米深井里打出盐卤再熬制，比在塘沽海边取盐费钱、费工，质量还更差，再加上内陆排污困难，索氏法原有bug和新问题集体爆发。

​好消息是，此时合成氨技术已经成熟，且外国对索氏法的改良也有了很大突破。1931年德国新创“察安法”，1935年建成第一个小型联合制碱厂。日本也于1937年从德国手中购得专利，在朝鲜兴南道建了一家日产50吨的联合制碱厂。不过这个联合制碱比起侯氏联合制碱法，还是差了那么一点点。

按照原理推导出的联合制碱方程式如下：

NH4HCO3+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl

（稍安勿躁……倒数第二个方程式）

察安法让碳酸氢铵结晶NH4HCO3与饱和盐溶液反应，得到碳酸氢钠NaHCO3和氯化铵NH4Cl。NH4Cl不再加工成氨气，而是分离出来做化肥，这已经是80%的侯氏法。差的这20%就是工序上的不连续，设备只能间断性生产，从工程角度是损失。

侯德榜本来打算买回察安法专利，但赴德购买时，德国企图附加严苛的辱国条件。侯老当即终止谈判，愤而自行研发，1941年终于取得成功。新的侯氏制碱法把氨厂和碱厂建在一起，制造氨气过程中的产物（NH3）和副产物（CO2）被直接加入盐卤，产物NH4Cl分离出来成为成为氮肥。而且反应连续、废液大幅减少、食盐利用率提高到96%，工艺上堪称完美。

看下索氏和侯氏方程式中原料和产物的来源和去处，就能理解侯氏设计的精妙。

回头再看两者共享的反应方程式：

NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl

在合成氨工艺成熟、日军占领沿海、德国条件苛刻、以及氯化铵畅销、尿素还没有大规模投产等诸多条件限制下，侯德榜做出了一个非常漂亮的工艺设计，最大限度地利用了手头的资源和条件，这是一个值得在历史书上永久性占位的技术突破——实际上历史教科书书也的确比化学教科书花了更多的篇幅介绍侯氏制碱法

4

后续发展

参考中国纯碱工业协会2008年底的统计资料，我国现有的纯碱生产中，索氏法占48．42％、侯氏法占45．19％、天然碱加工占6．39％。其他国家的侯氏法占比都很低。从发展趋势看，侯氏制碱法的占比还在快速降低，毕竟在大规模、长时间、连续生产的化工车间里，综合斟酌设备耗损、原料成本、反应条件之后，侯氏制碱法并没有绝对压倒性的优势。

此外，不可忽视的原因就是氯化铵的应用问题。作为一种氮肥，氯化铵不能算是优质肥料。容易受潮板结，而且由于带有氯根，它会抑制烟草、马铃薯、葡萄、亚麻等作物的生长。即便是用于水稻、小麦、棉花等不那么在乎氯离子的作物，长期使用也会让土壤酸化、钙流失、水源污染。

最严峻的挑战来自大量供应的尿素。氯化铵的缺点，尿素全都没有，氮含量还要高它近一倍，几乎全方位碾压。日本对中国出口的氯化铵一度达到每年60万吨，中国引进大型尿素装置后，1976年，这个数字跌到27万吨。为适应这种情况，日本不得不削减甚至去除一些联碱厂的合成氨厂配合，采用“新旭法”制碱，实际上等于退回到索氏法。

5

解放与生产力

1943年，侯德榜在四川突破了侯氏制碱法，大家猜猜第一个侯氏制碱法工厂是何时何地全面投产的？

1964年，大连化工厂。

大连化工厂

因为侯氏制碱法需要大量精盐，而且要和氨厂联合生产，投资较大，大规模生产的损耗需要逐步降低。所以解放前一直处于图纸-作坊的中间状态，并未实现工业化生产，也没有确定生产细节。直到解放后国力增强，各环节工艺细节纷纷突破，尤其是国产合成氨工业突飞猛进，这才把联合制碱法工厂“召唤”出来。工业方面的进步，工艺和执行往往比原理更重要，从这个角度说，1943-1964年都是侯氏制碱法的发展过程，不能简单地说侯氏制碱法是民国产物。

如前文所述，合成氨工业的进步促生了侯氏制碱法，但合成氨工业进一步发展，又会逐步压缩联合制碱法的使用。即侯氏制碱法在大的化学工业背景下，是个阶段性产品。合成氨工业的进步可能更有决定性意义。

说到合成氨工业，就不能让解放后的侯德榜先生缺席了。

中国多煤少油缺气，在大庆油田之前几乎放弃了本土大规模产油的努力。此外，中国农业管理权力集中于县级政府，而在70年代后期之前，县级政府的财力、技术水平都很低，很难投资、管理复杂的化工厂。所以，如果中国完全依赖石油化工搞大化肥工业，化肥的普及恐怕要晚上十年，粮食生产很可能追不上迅速爆炸的人口。

1957年，还是这个大连化工厂，技术人员用石灰窑气和氨反应，造出碳酸氢铵。侯德榜迅速前往考察，提出了碳化法制取碳酸氢铵的思路：

NH3+CO2+H2O→NH4HCO3

随后侯德榜到上海化工研究院，带头搞科研，落实了细节。这一工艺以无烟煤为原料，先制造半水煤气，把氮、氢和二氧化碳混合气进入碳化塔，在此二氧化碳与浓度为17%左右的氨水反应，生成碳酸氢铵结晶。而脱除二氧化碳的原料气，经过进一步脱除残余二氧化碳与少量一氧化碳后，进入氨合成系统。

上海化工研究院前身：上海天利氮厂

如此简单的工艺，投资小，控制简单，县级工业部门就能操作，中国的小化肥厂因此遍地开花，让中国成为唯一大量生产碳酸氢铵肥料的国家。在70年代石油产量增加、引进大化肥工艺之前，这些小化肥厂撑起了中国农业的肥料需求，之后的地位也绝不可忽视。从1970年到2000年30年间，全国共有煤基小化肥厂1000多座，45%的氮肥是碳酸氢铵。对于缺乏石油和天然气的中国来说，能在10亿人口的门槛前后保持社会稳定，碳化法制氮肥技术功不可没。

总之，侯德榜先生对世界、对中国都有卓越贡献，但如果把时间限于解放前的话，侯氏制碱法并不算是侯先生最大的成绩。而即便把解放后侯氏制碱法的推广考虑进来，侯先生的功绩也绝不能用这一个词来概括。1956年，侯先生升任化工部副部长，1957年侯先生主持碳化法制取碳酸氢铵，同年入党，1964年侯氏制碱法通过鉴定。这才是侯德榜一生最辉煌，最荣耀的年代。用侯德榜来证明民国科技的成功，或是质疑新中国的科技进步，那实在是找错了人。

本文自马前卒工作室微信公号