化學工業

化學工業（chemical industry）是生產化學產品的工業，泛指生產過程中化學及化學工程方法占主要地位，用於生產交通運輸燃料、化工材料及化學品的過程工業（process industry）。

化學工業是一個多行業、多品種，為國民經濟各部門和人民生活各方面服務的工業，是重工業的支柱。一般可分為無機化學工業、基本有機化學工業、高分子化學工業和精細化化學工業。

化學工業包括各種繁多的化工生產過程，一般將這些過程分類為化學工程和化學工藝兩部分。

化學工業由開發和生產工業化學品、特種化學品和其他化學品的公司和其他組織組成。

它是現代世界經濟的核心，將原材料（石油、天然氣、空氣、水、金屬和礦物）轉化為工業和消費品的大宗化學品。

它包括石化行業，例如塑料聚合物和合成纖維；酸、鹼等無機化學品；農業化學品，如肥料、農藥和除草劑；以及工業氣體、特種化學品和藥品等其他類別。

## 歷史

儘管化學品的製造和使用貫穿了整個歷史，但重化工業（大量生產多種用途的化學品）的誕生與工業革命的開始同時發生。

### 工業革命

#### 硫酸

硫酸是最早通過工業過程大量生產的化學品之一。

1736 年，藥劑師約書亞·沃德（Joshua Ward）開發了一種生產工藝，其中包括將硫與硝石一起加熱，使硫氧化並與水結合。這是硫酸的首次大規模實際生產。約翰·羅巴克 (John Roebuck) 和塞繆爾·加貝特 (Samuel Garbett) 於 1749 年首先在蘇格蘭普雷斯頓潘斯建立了大型工廠，使用鉛冷凝室來製造硫酸。

#### 漂白粉

18世紀初，布料通過用不新鮮的尿液或酸牛奶處理並長時間暴露在陽光下進行漂白，這造成了生產的嚴重瓶頸。到本世紀中葉，硫酸開始與石灰一樣被用作更有效的藥劑，但查爾斯·坦南特 (Charles Tennant) 發現漂白粉刺激了第一家大型化學工業企業的創建。他的粉末是通過氯與干熟石灰反應製成的，被證明是一種廉價而成功的產品。他在格拉斯哥北部開設了聖羅洛克斯化學工廠，產量從1799 年的僅52噸增至五年後的近10,000 噸。

#### 純鹼

純鹼自古以來就被用於生產玻璃、紡織品、肥皂和紙張，而鉀肥的來源傳統上是西歐的木灰。到了 18 世紀，由於森林砍伐，這種來源變得不經濟，法國科學院為從海鹽（氯化鈉）生產鹼的方法提供了 2400 里弗的獎金。

1791 年，尼古拉斯·勒布朗 (Nicolas Leblanc) 為勒布朗工藝申請了專利，隨後他在聖但尼建立了勒布朗工廠。由於法國大革命，他被剝奪了獎金。

在英國，勒布朗工藝開始流行。威廉·洛什 (William Losh) 於 1816 年在泰恩河畔的洛什、威爾遜和貝爾工廠建造了英國第一座蘇打水廠，但由於對鹽生產徵收高額關稅，直到 1824 年，該工廠的規模一直很小。當這些關稅被廢除時，英國蘇打水廠工業得以迅速發展。

詹姆斯·穆斯普拉特 (James Muspratt) 位於利物浦的化工廠和查爾斯·坦南特 (Charles Tennant) 位于格拉斯哥附近的綜合設施成為世界上最大的化學品生產中心。

到1870年代，英國每年的蘇打產量達到20萬噸，超過了世界上所有其他國家的總和。

隨著工業革命的成熟，這些巨大的工廠開始生產更加多樣化的化學品。最初，大量鹼性廢物在蘇打生產過程中被排放到環境中，促使 1863 年通過了第一批環境立法。該立法規定對工廠進行嚴密檢查，並對超標工廠處以重罰。關於污染。人們設計了一些方法來從鹼中製造有用的副產品。

索爾維工藝由比利時工業化學家歐內斯特·索爾維於 1861 年開發。

1864 年，索爾維和他的兄弟阿爾弗雷德在比利時沙勒羅瓦建造了一家工廠。

1874 年，他們在法國南錫擴建了一家更大的工廠。事實證明，新工藝比勒布朗法更經濟、污染更小，並且得到廣泛使用。同年，路德維希·蒙德 (Ludwig Mond) 訪問索爾維，獲得了使用其工藝的權利，他和約翰·布倫納 (John Brunner) 成立了 Brunner, Mond & Co.，並在英國溫寧頓建立了索爾維工廠。蒙德在索爾維工藝取得商業成功方面發揮了重要作用。1873 年至 1880 年間，他進行了多次改進，去除了過程中可能抑制碳酸鈉生產的副產物。

#### 化石燃料的副產品

利用化石燃料大規模生產化學產品始於 19 世紀初。

1822 年，愛丁堡的鮑寧頓化工廠開始對用於煤氣照明的煤氣製造中的煤焦油和氨液殘餘物進行加工，以製造石腦油、瀝青油（後來稱為雜酚油）、瀝青、油煙（炭黑）和鹽氨（氯化銨）。後來又增加了硫酸銨肥料、瀝青路面、焦油和焦炭。

### 化學工業發展與成熟

19 世紀末，化學品的產量和種類都出現了爆炸式增長。大型化學工業在德國興起，後來在美國進一步發展。

#### 化肥

約翰·勞斯爵士 (Sir John Lawes) 在他專門建造的洛桑研究機構中開創了生產農業用人造肥料的先河。1840 年代，他在倫敦附近建立了大型工廠，用於生產過磷酸鈣石灰。

#### 橡膠

1840 年代，美國的查爾斯·古德伊爾和英國的托馬斯·漢考克 (Thomas Hancock) 獲得了橡膠硫化工藝的專利。

#### 染料

第一種合成染料是由威廉·珀金在倫敦發現的。他將苯胺部分轉化為粗混合物，用酒精萃取後，產生了一種深紫色的物質。他還開發了第一批合成香水。德國工業很快開始在合成染料領域占據主導地位。

巴斯夫、拜耳和赫斯特三大公司生產了數百種不同的染料。

到 1913 年，德國工業生產了全球近 90% 的染料，並將約 80% 的產品銷往國外。在美國，赫伯特·亨利·陶利用電化學方法從鹽水中生產化學品，取得了商業上的成功，有助於促進該國化學工業的發展。

#### 塑料

石化工業的歷史可以追溯到蘇格蘭化學家詹姆斯·楊（化學家）(James Young（chemist）)和加拿大人亞伯拉罕·波諾·格斯納的石油工廠。

第一種塑料是由英國冶金學家亞歷山大·帕克斯發明的。

1856 年，他獲得了賽璐珞專利，這是一種基於經過多種溶劑處理的硝化纖維素的賽璐珞。這種材料在 1862 年倫敦國際展覽會上展出，預見了塑料的許多現代美學和實用用途。

#### 肥皂

1885 年，威廉·海斯科斯·利華和他的兄弟 James 在蘭開夏郡基於William Hough Watson發明的使用甘油和植物油的現代化學工藝，開始用植物油工業化生產肥皂。

#### 20世紀的知名化工企業

到了 20 年代，化學公司合併為大型企業集團；德國的法本公司、法國的羅納-普靈克和英國的帝國化學工業。杜邦公司在20世紀初成為美國一家主要的化學品公司。

### 重要產品發明

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19世紀，鋼鐵工業迅速發展的過程中，產生了大量稱為煤焦油的廢物。在對煤焦油如何進行處理的研究過程中，偶然發現它可以用做生產染料(油漆)的原料。由於當時染料的價格很昂貴，於是各國競相利用這一技術生產染料，很快形成了一個新的龐大的社會生產部門 ——有機化學產業。

1913年合成氨化學肥料開始生產。

在1921年乙烯生產開始了石油化工的發展，隨後大量的化纖、塑料、橡膠產品開始生產，石油和天然氣也廉價供應，石油工業化工得到了蓬勃發展。

1928年抗生素盤尼西林被發現，開創了抗生類藥物生產的先河。

1941年DDT作為殺蟲劑開始進入市場。此後，化肥和農藥成為化學工業的重要行業。

1953年DNA雙螺旋結構的發現更是奠定了基因工程藥物的基礎。製藥已經成為化學工業中的一個重要行業。

## 產品

聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯和聚碳酸酯等聚合物和塑料約占全球該行業產量的 80%。化學品用於許多不同的消費品，也用於許多不同的部門。這包括農業製造業、建築業和服務業。主要工業客戶包括橡膠和塑料製品、紡織品、服裝、石油精煉、紙漿和造紙以及初級金屬。化學品是一個價值近 5 萬億美元的全球企業，歐盟和美國的化學品公司是全球最大的生產商。

化學品業務的銷售可分為幾大類，包括基礎化學品（約占美元產出的 35% - 37%）、生命科學（30%）、特種化學品（20% - 25%）和消費品（約 10%）。

### 總覽

基礎化學品或「大宗化學品」是一個廣泛的化學類別，包括聚合物、大宗石化產品和中間體、其他衍生物和基礎工業、無機化學品和肥料。

#### 聚合物

聚合物是最大的收入領域，包括所有類別的塑料和人造纖維。塑料的主要市場是包裝，其次是家居建築、容器、電器、管道、運輸、玩具和遊戲。

- 用量最大的聚合物產品聚乙烯 (PE) 主要用於包裝薄膜和奶瓶、容器和管道等其他市場。
- 聚氯乙烯 (PVC) 是另一種大批量產品，主要用於製造建築市場的管道以及壁板，並在較小程度上用於製造運輸和包裝材料。
- 聚丙烯 (PP) 的體積與 PVC 相似，用於包裝、電器、容器、服裝和地毯等市場。
- 聚苯乙烯 (PS) 是另一種大體積塑料，主要用於電器和包裝以及玩具和娛樂。
- 主要的人造纖維包括聚酯、尼龍、聚丙烯和丙烯酸纖維，應用包括服裝、家居用品以及其他工業和消費品。

聚合物的主要原材料是乙烯、丙烯和苯等大宗石化產品。

石化產品和中間化學品主要由液化石油氣（LPG）、天然氣和原油餾分製成。大批量產品包括乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、氯乙烯單體（VCM）、苯乙烯、丁二烯和環氧乙烷。這些基本或商品化學品是用於製造許多聚合物和其他更複雜的有機化學品（特別是那些用於特種化學品類別的化學品）的起始材料。

#### 其他衍生品

其他衍生品和基礎工業包括合成橡膠、表面活性劑、染料和顏料、松節油、樹脂、炭黑、炸藥和橡膠製品等，約占基礎化學品對外銷售額的20%。

#### 無機化學品

無機化學品（約占收入產出的 12%）是最古老的化學品類別。產品包括鹽、氯、燒鹼、純鹼、酸（如硝酸、磷酸和硫酸）、二氧化鈦和過氧化氫。

#### 化肥

化肥是最小的一類（約占 6%），包括磷酸鹽、氨和鉀肥化學品。

### 生命科學

生命科學（約占化學行業美元產出的 30%）包括差異化化學和生物物質、藥品、診斷、動物保健產品、維生素和農藥。雖然其產量比其他化工行業小得多，但其產品往往價格較高（每磅超過 10 美元），增長率為 GDP 的 1.5 至 6 倍，研發支出占銷售額的 15% 至 25%。生命科學產品通常以高規格生產，並受到食品和藥物管理局等政府機構的嚴格審查。農藥，也稱為「作物保護化學品」，約占該類別的 10%，包括除草劑、殺蟲劑和殺菌劑。

### 特殊化學品

特種化學品是一類價值相對較高、增長迅速的化學品，具有多樣化的最終產品市場。典型的增長率是 GDP 的一到三倍，價格超過每磅 1 美元。它們的特點通常是創新。產品的銷售是因為它們能做什麼，而不是因為它們含有什麼化學物質。產品包括電子化學品、工業氣體、粘合劑和密封劑以及塗料、工業和機構清潔化學品以及催化劑。2012年，不包括精細化學品，全球特種化學品市場價值5460億美元，其中油漆、塗料和表面處理劑占33%，高級聚合物占27%，粘合劑和密封劑占14%，添加劑占13%，顏料和油墨占13%。

特種化學品作為效果或性能化學品出售。有時它們是配方的混合物，與「精細化學品」不同，「精細化學品」幾乎總是單分子產品。

### 消費化學品

消費者很少接觸基本化學品。聚合物和特種化學品是他們每天隨處遇到的材料。例如塑料、清潔材料、化妝品、油漆和塗料、電子產品、汽車以及住宅建築中使用的材料。

這些特種產品由化工公司向下游製造業銷售，如農藥、特種聚合物、電子化學品、表面活性劑、建築化學品、工業清潔劑、香精香料、特種塗料、印刷油墨、水溶性聚合物、食品添加劑、造紙化學品、油田化學品、塑料粘合劑、粘合劑和密封劑、化妝品、水管理化學品、催化劑和紡織化學品。化學公司很少直接向消費者供應這些產品。

## 化工企業

當今最大的化學品生產商是在許多國家擁有國際業務和工廠的跨國公司。以下是 2015 年化學品銷售額排名前 25 名的化工公司名單。（註：化學品銷售額僅占部分公司總銷售額的一部分。）

## 分類

化學工業包括多種門類的工業，如基本化工原料的製備、染料、火藥、醫藥、香精香料、油漆、塗料、農藥、塑料、化肥、感光材料、化學試劑、洗滌劑、製冷劑等生產，石油工業、冶金工業、食品工業、燃料工業、皮革工業、陶瓷工業、玻璃工業、合成橡膠工業以及鈾的濃縮提取等都屬於化學工業範疇。

化學工業的一些部門：

- 有機化工（有機化學工業）
- 煤化工
- 石油化工
- 精細化工：指產量小、純度高、價格貴，按不同化學結構進行生產和銷售的化工產品（fine chemicals，如醫藥、染料、塗料等）的生產。

## 問題

化學工業的發展雖然為人類帶來了巨大的好處，化學製品進入了生活的各個方面。但是化學工業也為人類的健康、社區安全以及生態環境帶來了危害。各國出台了各種措施來限制化學工業造成的危害，而化學工業為保持自身的可持續發展，也開始了綠色化學的探索和實踐。