石油化工极简史(也是现代化工极简史)

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2021-06-21
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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。

石油化工极简史(也是现代化工极简史)

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)……

石油化工极简史(也是现代化工极简史)

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。

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。

石油化工极简史(也是现代化工极简史)

△ 氢气制备来源

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?

-END-转载: 阿什卡国际油气软件

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  • 本文由 发表于 2021-06-21
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