Химическая промышленность включает в себя компании и другие организации, которые разрабатывают и производят промышленные, специальные и другие химикаты . Центральное место в современной мировой экономике , оно перерабатывает сырье ( нефть , природный газ , воздух , воду , металлы и минералы ) в товарные химикаты для производства промышленных и потребительских товаров . Сюда входят отрасли нефтехимии , такие как производство полимеров для пластмасс и синтетических волокон ; неорганические химические вещества , такие как кислоты и щелочи ; сельскохозяйственные химикаты , такие как удобрения , пестициды и гербициды ; и другие категории, такие как промышленные газы , специальные химикаты и фармацевтические препараты .
В химической промышленности задействованы различные специалисты, включая инженеров-химиков, химиков и лаборантов.
Хотя химические вещества производились и использовались на протяжении всей истории, рождение тяжелой химической промышленности (производство химикатов в больших количествах для различных целей) совпало с началом промышленной революции .
Одним из первых химических веществ, производившихся в больших количествах с помощью промышленных процессов, была серная кислота . В 1736 году фармацевт Джошуа Уорд разработал процесс его производства, который включал нагревание серы с селитрой, что позволяло сере окисляться и соединяться с водой. Это было первое практическое производство серной кислоты в больших масштабах. Джон Робак и Сэмюэл Гарбетт первыми основали в 1749 году в Престонпансе, Шотландия , крупномасштабный завод , на котором для производства серной кислоты использовались свинцовые конденсационные камеры. [1] [2]
В начале 18 века ткань отбеливали, обрабатывая ее несвежей мочой или кислым молоком и подвергая ее воздействию солнечного света в течение длительного времени, что создавало серьезные проблемы в производстве. Серная кислота стала использоваться в качестве более эффективного агента, так же как и известь, к середине века, но именно открытие Чарльзом Теннантом отбеливающего порошка стимулировало создание первого крупного химического промышленного предприятия. Его порошок был изготовлен путем реакции хлора с сухой гашеной известью и оказался дешевым и успешным продуктом. Он открыл химический завод в Сент-Роллоксе к северу от Глазго , и производство выросло с 52 тонн в 1799 году до почти 10 000 тонн всего пять лет спустя. [3]
Кальцинированную соду с древнейших времен использовали при производстве стекла , текстиля , мыла , бумаги , а источником поташа традиционно была древесная зола в Западной Европе . К 18 веку этот источник стал нерентабельным из-за вырубки лесов, и Французская академия наук предложила премию в 2400 ливров за метод получения щелочи из морской соли ( хлорида натрия ). Процесс Леблана был запатентован в 1791 году Николя Лебланом , который затем построил завод Леблана в Сен-Дени . [4] Ему было отказано в призовых из-за Французской революции . [5]
В Великобритании процесс Леблана стал популярным. [5] Уильям Лош построил первый завод по производству соды в Великобритании на заводе Лоша, Уилсона и Белла на реке Тайн в 1816 году, но он оставался в небольших масштабах из-за высоких тарифов на производство соли до 1824 года. Когда эти тарифы были отменены, Британская промышленность по производству газированных напитков смогла быстро расшириться. Химический завод Джеймса Маспратта в Ливерпуле и комплекс Чарльза Теннанта недалеко от Глазго стали крупнейшими центрами химического производства в мире. К 1870-м годам британское производство газировки в 200 000 тонн в год превышало производство всех других стран мира вместе взятых.
Эти огромные заводы начали производить все больше и больше разнообразных химикатов по мере развития промышленной революции . Первоначально большое количество щелочных отходов выбрасывалось в окружающую среду при производстве соды, что спровоцировало принятие одного из первых экологических законов , принятых в 1863 году. Это предусматривало тщательный контроль заводов и налагало большие штрафы на тех, кто превышал допустимые пределы. по загрязнению. Были разработаны методы получения полезных побочных продуктов из щелочи.
Процесс Сольвея был разработан бельгийским промышленным химиком Эрнестом Сольвеем в 1861 году. В 1864 году Сольве и его брат Альфред построили завод в Шарлеруа , Бельгия. В 1874 году они расширились до более крупного завода в Нанси , Франция. Новый процесс оказался более экономичным и менее загрязняющим, чем метод Леблана, и его использование распространилось. В том же году Людвиг Монд посетил Solvay, чтобы приобрести права на использование его процесса, и вместе с Джоном Бруннером основал Brunner, Mond & Co. и построил завод Solvay в Виннингтоне , Англия. Монд сыграл важную роль в обеспечении коммерческого успеха процесса Сольве. Между 1873 и 1880 годами он внес несколько усовершенствований, которые удалили побочные продукты, которые могли препятствовать производству карбоната натрия в этом процессе.
Масштабное производство химической продукции из ископаемого топлива началось в начале 19 века. Остатки каменноугольной смолы и аммиачного раствора при производстве каменноугольного газа для газового освещения начали перерабатываться в 1822 году на Боннингтонском химическом заводе в Эдинбурге для получения нафты , пекового масла (позже названного креозотом ), пека , ламповой сажи ( углеродной сажи ) и нашатырного спирта (нафта). хлорид аммония ). [6] Позже к линейке продукции были добавлены сульфатно-аммонийные удобрения, асфальтовое дорожное покрытие , коксовое масло и кокс .
В конце 19 века наблюдался взрыв как количества производства, так и разнообразия производимых химикатов. Крупные химические производства возникли в Германии, а затем и в США.
Производство искусственных удобрений для сельского хозяйства было инициировано сэром Джоном Лоузом в его специально построенном исследовательском центре в Ротамстеде. В 1840-х годах он основал под Лондоном крупный завод по производству суперфосфата извести . Процессы вулканизации каучука были запатентованы Чарльзом Гудиером в США и Томасом Хэнкоком в Англии в 1840-х годах. Первый синтетический краситель был обнаружен Уильямом Генри Перкиным в Лондоне . Он частично превратил анилин в сырую смесь, которая при экстракции спиртом давала вещество интенсивного фиолетового цвета. Он также разработал первые синтетические духи. Немецкая промышленность быстро стала доминировать в области производства синтетических красителей. Три крупнейшие фирмы BASF , Bayer и Hoechst произвели несколько сотен различных красителей. К 1913 году немецкая промышленность производила почти 90% мировых поставок красителей и продавала за границу около 80% своей продукции. [7] В Соединенных Штатах использование Гербертом Генри Доу электрохимии для производства химикатов из рассола имело коммерческий успех, который способствовал развитию химической промышленности страны. [8]
Нефтехимическую промышленность можно проследить до нефтяных заводов шотландского химика Джеймса Янга и канадца Абрахама Пинео Геснера . Первый пластик изобрел Александр Паркс , английский металлург . В 1856 году он запатентовал паркезин — целлулоид на основе нитроцеллюлозы , обработанной различными растворителями. [9] Этот материал, представленный на Лондонской международной выставке 1862 года, предвосхитил многие современные эстетические и полезные применения пластмасс. Промышленное производство мыла из растительных масел было начато Уильямом Левером и его братом Джеймсом в 1885 году в Ланкашире на основе современного химического процесса, изобретенного Уильямом Хафом Уотсоном, в котором использовались глицерин и растительные масла . [10]
К 1920-м годам химические фирмы объединились в крупные конгломераты ; IG Farben в Германии, Rhône-Poulenc во Франции и Imperial Chemical Industries в Великобритании. Dupont стала крупной химической фирмой в Америке в начале 20 века.
Полимеры и пластмассы, такие как полиэтилен , полипропилен , поливинилхлорид , полиэтилентерефталат , полистирол и поликарбонат , составляют около 80% продукции промышленности во всем мире. [11] Химические вещества используются во многих различных потребительских товарах, а также во многих различных секторах. Сюда входят сельское хозяйство, строительство и сфера услуг. [11] Основными промышленными потребителями являются резиновые и пластмассовые изделия, текстиль , одежда, нефтепереработка, целлюлоза и бумага , а также первичные металлы. Химическая промышленность — это глобальное предприятие стоимостью почти 5 триллионов долларов, а химические компании ЕС и США являются крупнейшими мировыми производителями. [12]
Продажи химического бизнеса можно разделить на несколько широких категорий, включая базовые химикаты (около 35–37% долларового объема производства), медико-биологические науки (30%), специальные химикаты (20–25%) и потребительские товары (около 25%). 10%). [13]
Основные химикаты, или «товарные химикаты», представляют собой широкую химическую категорию, включающую полимеры, нефтехимические продукты и промежуточные продукты, другие производные и основные промышленные продукты, неорганические химикаты и удобрения .
Полимеры являются крупнейшим сегментом доходов и включают все категории пластмасс и искусственных волокон. Основными рынками пластмасс являются упаковка , за которыми следуют жилищное строительство, контейнеры, бытовая техника, трубы, транспорт, игрушки и игры.
Основным сырьем для полимеров являются сыпучие нефтехимические продукты, такие как этилен, пропилен и бензол.
Нефтехимия и промежуточные химикаты в основном производятся из сжиженного нефтяного газа (СУГ), природного газа и фракций сырой нефти . Продукция большого объема включает этилен , пропилен , бензол , толуол , ксилолы , метанол , мономер винилхлорида (ВХМ), стирол , бутадиен и оксид этилена . Эти основные или товарные химикаты являются исходными материалами, используемыми для производства многих полимеров и других более сложных органических химикатов, особенно тех, которые предназначены для использования в категории специальных химикатов .
Другие производные и основные промышленные товары включают синтетический каучук , поверхностно-активные вещества , красители и пигменты , скипидар , смолы , углеродную сажу , взрывчатые вещества и резиновые изделия и составляют около 20 процентов внешних продаж основных химикатов.
Неорганические химикаты (около 12% выручки) составляют старейшую из химических категорий. Продукты включают соль , хлор , каустическую соду , кальцинированную соду , кислоты (такие как азотная кислота , фосфорная кислота и серная кислота ), диоксид титана и перекись водорода .
Удобрения — самая маленькая категория (около 6 процентов) и включают фосфаты , аммиак и калийные химикаты.
Науки о жизни (около 30% долларовой выручки химического бизнеса) включают дифференцированные химические и биологические вещества, фармацевтические препараты , диагностику, продукты для здоровья животных , витамины и пестициды . Хотя их продукция намного меньше по объему, чем другие химические отрасли, их продукция, как правило, имеет высокие цены - более десяти долларов за фунт, темпы роста в 1,5–6 раз превышают ВВП , а расходы на исследования и разработки составляют от 15 до 25% от продаж. Продукты медико-биологической науки обычно производятся с высокими техническими характеристиками и тщательно проверяются государственными учреждениями, такими как Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Пестициды, также называемые «химикатами для защиты растений», составляют около 10% этой категории и включают гербициды , инсектициды и фунгициды . [13]
Специальные химикаты представляют собой категорию относительно дорогостоящих, быстрорастущих химикатов с разнообразными рынками конечной продукции. Типичные темпы роста в один-три раза превышают ВВП при ценах выше доллара за фунт. Они, как правило, характеризуются своими инновационными аспектами. Продукты продаются за то, что они могут делать, а не за то, какие химические вещества они содержат. Продукция включает химикаты для электроники, промышленные газы , клеи и герметики, а также покрытия, промышленные и институциональные чистящие химикаты и катализаторы. В 2012 году, исключая чистую химию, мировой рынок специальной химии стоимостью 546 миллиардов долларов составлял 33% красок, покрытий и средств обработки поверхности, 27% современных полимеров, 14% клеев и герметиков, 13% добавок и 13% пигментов и чернил. [14]
Специальные химикаты продаются как химикаты с эффектом или эксплуатационными свойствами. Иногда они представляют собой смеси составов, в отличие от « тонких химикатов », которые почти всегда представляют собой одномолекулярные продукты.
Потребительские товары включают прямые продажи химических веществ, таких как мыло , моющие средства и косметика . Типичные темпы роста составляют от 0,8 до 1,0 раза ВВП. [ нужна цитата ]
Потребители редко вступают в контакт с основными химическими веществами. Полимеры и специальные химикаты — это материалы, с которыми они ежедневно сталкиваются повсюду. Примерами являются пластмассы, чистящие средства, косметика, краски и покрытия, электроника, автомобили и материалы, используемые в жилищном строительстве. [15] Эти специальные продукты продаются химическими компаниями перерабатывающим отраслям в виде пестицидов , специальных полимеров , химикатов для электроники, поверхностно-активных веществ , строительной химии, промышленных чистящих средств, ароматизаторов и ароматизаторов , специальных покрытий, печатных красок, водорастворимых полимеров, пищевых добавок. , химикаты для бумаги , химикаты для нефтяных месторождений , пластиковые клеи , клеи и герметики , косметические химикаты , химикаты для управления водными ресурсами , катализаторы и химикаты для текстиля. Химические компании редко поставляют эту продукцию напрямую потребителю.
Ежегодно Американский химический совет составляет таблицу объемов производства 100 крупнейших химикатов в США. В 2000 году совокупный объем производства 100 крупнейших химикатов составил 502 миллиона тонн по сравнению с 397 миллионами тонн в 1990 году. Неорганические химикаты, как правило, имеют наибольший объем, но гораздо меньший по долларовому доходу из-за их низких цен. В 11 из 100 химических веществ в 2000 году вошли серная кислота (44 миллиона тонн), азот (34), этилен (28), кислород (27), известь (22), аммиак (17), пропилен (16), полиэтилен ( 15), хлор (13), фосфорная кислота (13) и диаммонийфосфаты (12). [ нужна цитата ]
Крупнейшими производителями химической продукции сегодня являются глобальные компании с международными операциями и заводами во многих странах. Ниже приведен список 25 крупнейших химических компаний по объему продаж химической продукции в 2015 году. (Примечание: продажи химической продукции составляют лишь часть общего объема продаж некоторых компаний.)
Крупнейшие химические компании по продажам химической продукции в 2015 г. [16]
С точки зрения инженеров-химиков, химическая промышленность предполагает использование химических процессов , таких как химические реакции и методы очистки , для производства широкого спектра твердых, жидких и газообразных материалов. Большая часть этой продукции используется для производства других товаров, хотя меньшее количество поступает непосредственно потребителям. Растворители , пестициды , щелок , стиральная сода и портландцемент — вот несколько примеров продуктов, используемых потребителями.
В отрасль входят производители неорганической и органической промышленной химии, керамической продукции, нефтехимии, агрохимии, полимеров и каучуков (эластомеров), олеохимикатов (масел, жиров и восков), взрывчатых веществ, ароматизаторов и ароматизаторов. Примеры этих продуктов показаны в таблице ниже.
Смежные отрасли промышленности включают нефть , стекло , краску , чернила , герметики , клеи , фармацевтику и пищевую промышленность .
Химические процессы, такие как химические реакции, происходят на химических заводах с образованием новых веществ в различных типах реакционных сосудов. Во многих случаях реакции проходят в специальном коррозионностойком оборудовании при повышенных температурах и давлениях с использованием катализаторов . Продукты этих реакций разделяются с использованием различных методов, включая дистилляцию , особенно фракционную перегонку , осаждение , кристаллизацию , адсорбцию , фильтрацию , сублимацию и сушку .
Процессы и продукты или продукты обычно проверяются во время и после производства с помощью специальных приборов и местных лабораторий контроля качества , чтобы гарантировать безопасную работу и гарантировать, что продукт будет соответствовать требуемым спецификациям . Все больше организаций в отрасли внедряют программное обеспечение по соответствию химическим требованиям для поддержания качества продукции и производственных стандартов. [17] Продукция упаковывается и доставляется разными способами, включая трубопроводы, цистерны и автоцистерны (как для твердых, так и для жидких веществ), баллоны, бочки, бутылки и ящики. Химические компании часто имеют научно-исследовательскую лабораторию для разработки и тестирования продуктов и процессов. Эти объекты могут включать в себя пилотные установки, и такие исследовательские установки могут располагаться на площадке, отдельной от производственных предприятий.
Масштаб химического производства, как правило, организован от самого крупного по объему ( нефтехимия и товарная химия ) до специализированных химикатов и самых маленьких, тонких химикатов .
Нефтехимические и товарно-химические производства в основном представляют собой предприятия непрерывной переработки монопродуктов. Не все нефтехимические или товарно-химические материалы производятся в одном месте, но группы родственных материалов часто должны вызывать промышленный симбиоз, а также эффективность материалов, энергии и коммунальных услуг, а также другие виды экономии за счет масштаба .
Эти химикаты, производимые в самых больших масштабах, производятся в нескольких производственных точках по всему миру, например, в Техасе и Луизиане на побережье Мексиканского залива США , в Тиссайде ( Великобритания ) и в Роттердаме в Нидерландах . Крупные производственные предприятия часто имеют кластеры производственных подразделений, которые используют общие коммунальные услуги и крупную инфраструктуру, такую как электростанции , портовые сооружения , автомобильные и железнодорожные терминалы. Чтобы продемонстрировать упомянутую выше кластеризацию и интеграцию, около 50% нефтехимической и химической продукции Соединенного Королевства производится кластером перерабатывающей промышленности северо-востока Англии в Тиссайде .
Производство специальной химии и тонкой химии в основном осуществляется дискретными периодическими процессами. Эти производители часто встречаются в схожих местах, но во многих случаях их можно найти в многоотраслевых бизнес-парках.
В США действуют 170 крупных химических компаний. [18] Они работают на международном уровне, имея более 2800 объектов за пределами США и 1700 иностранных дочерних компаний или филиалов. Производство химической продукции в США составляет 750 миллиардов долларов в год. В промышленности США наблюдается значительный профицит торгового баланса, и только в Соединенных Штатах в ней занято более миллиона человек. Химическая промышленность также является вторым по величине потребителем энергии в промышленности и ежегодно тратит более 5 миллиардов долларов на борьбу с загрязнением окружающей среды.
В Европе химическая, пластмассовая и резиновая отрасли являются одними из крупнейших промышленных секторов. [19] Вместе они создают около 3,2 миллиона рабочих мест в более чем 60 000 компаний. С 2000 года только химический сектор составлял 2/3 всего профицита торговли обрабатывающей промышленностью ЕС.
В 2012 году на долю химического сектора пришлось 12% добавленной стоимости обрабатывающей промышленности ЕС. Европа остается крупнейшим в мире регионом торговли химикатами: на ее долю приходится 43% мирового экспорта и 37% мирового импорта, хотя последние данные показывают, что Азия догоняет 34% экспорта и 37% импорта. [20] Несмотря на это, Европа по-прежнему имеет положительное сальдо торгового баланса со всеми регионами мира, за исключением Японии и Китая, где в 2011 году был торговый баланс химической продукции. Профицит торгового баланса Европы с остальным миром сегодня составляет 41,7 миллиарда евро. [21]
За 20 лет, с 1991 по 2011 год, объем продаж европейской химической промышленности увеличился с 295 миллиардов евро до 539 миллиардов евро, что свидетельствует о постоянном росте. Несмотря на это, доля европейской промышленности на мировом химическом рынке упала с 36% до 20%. Это стало результатом огромного увеличения производства и продаж на развивающихся рынках, таких как Индия и Китай. [22] Данные показывают, что 95% этого воздействия исходит только от Китая. По данным Европейского совета химической промышленности за 2012 год, на пять европейских стран приходится 71% продаж химикатов в ЕС. Это Германия, Франция, Великобритания, Италия и Нидерланды. [23]
В химической промышленности наблюдается рост в Китае, Индии, Корее, на Ближнем Востоке, в Юго-Восточной Азии, Нигерии и Бразилии. Рост обусловлен изменениями в наличии и ценах на сырье, затратах на рабочую силу и энергию, различиях в темпах экономического роста и давлении на окружающую среду.
Точно так же, как компании становятся основными производителями химической промышленности, мы также можем посмотреть в более глобальном масштабе на то, какое место занимают промышленно развитые страны с точки зрения продукции на миллиарды долларов, которую страна или регион могут экспортировать. Хотя химическая деятельность охватывает весь мир, основная часть мирового химического производства стоимостью 3,7 триллиона долларов приходится лишь на горстку промышленно развитых стран. Только в Соединенных Штатах в 2008 году было произведено 689 миллиардов долларов, что составляет 18,6 процента от общего мирового объема химической продукции. [24]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )