Химическая промышленность включает в себя компании и другие организации, которые разрабатывают и производят промышленные, специальные и другие химикаты . Являясь центральной частью современной мировой экономики , она преобразует сырье ( нефть , природный газ , воздух , воду , металлы и минералы ) в товарные химикаты для промышленных и потребительских товаров . Она включает в себя отрасли нефтехимии , такие как полимеры для пластмасс и синтетических волокон ; неорганические химикаты, 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 заняты различные специалисты, в том числе инженеры-химики, химики и лаборанты.
Хотя химические вещества производились и использовались на протяжении всей истории, зарождение тяжелой химической промышленности (производство химикатов в больших количествах для различных целей) совпало с началом промышленной революции .
Одним из первых химических веществ, которые производились в больших количествах посредством промышленных процессов, была серная кислота . В 1736 году фармацевт Джошуа Уорд разработал процесс ее производства, который включал нагревание серы с селитрой, позволяя сере окисляться и соединяться с водой. Это было первое практическое производство серной кислоты в больших масштабах. Джон Робак и Сэмюэль Гарбетт были первыми, кто основал крупномасштабную фабрику в Престонпансе, Шотландия , в 1749 году, которая использовала свинцовые конденсационные камеры для производства серной кислоты. [1] [2]
В начале 18 века ткань отбеливали, обрабатывая ее несвежей мочой или кислым молоком и подвергая воздействию солнечного света в течение длительного времени, что создало серьезное узкое место в производстве. Серная кислота стала использоваться как более эффективное средство, а также известь к середине века, но именно открытие отбеливающего порошка Чарльзом Теннантом подстегнуло создание первого крупного химического промышленного предприятия. Его порошок был получен путем реакции хлора с сухой гашеной известью и оказался дешевым и успешным продуктом. Он открыл химический завод St Rollox , к северу от Глазго , и производство выросло с всего лишь 52 тонн в 1799 году до почти 10 000 тонн всего пять лет спустя. [3]
Кальцинированная сода использовалась с древних времен в производстве стекла , текстиля , мыла и бумаги , а источником поташа традиционно была древесная зола в Западной Европе . К XVIII веку этот источник стал неэкономичным из-за вырубки лесов, и Французская академия наук предложила премию в размере 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 деньгах из-за Французской революции . [5]
В Британии процесс Леблана стал популярным. [5] Уильям Лош построил первый содовый завод в Британии на заводах Лоша, Уилсона и Белла на реке Тайн в 1816 году, но он оставался в небольших масштабах из-за больших тарифов на производство соли до 1824 года. Когда эти тарифы были отменены, британская содовая промышленность смогла быстро расшириться. Химические заводы Джеймса Маспратта в Ливерпуле и комплекс Чарльза Теннанта около Глазго стали крупнейшими центрами химического производства в мире. К 1870-м годам британский выпуск содовой в 200 000 тонн в год превысил объемы всех других стран мира вместе взятых.
Эти огромные фабрики начали производить большее разнообразие химикатов по мере созревания промышленной революции . Первоначально большие объемы щелочных отходов сбрасывались в окружающую среду при производстве газировки, что спровоцировало принятие одного из первых законов об охране окружающей среды в 1863 году. Он предусматривал тщательную проверку фабрик и налагал большие штрафы на тех, кто превышал лимиты загрязнения. Были разработаны методы получения полезных побочных продуктов из щелочи.
Процесс Сольве 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 расширили завод до более крупного 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 Сольве, чтобы приобрести права на использование своего процесса, и он и Джон Бруннер основали Brunner, Mond & Co. и построили завод Сольве в Виннингтоне , Англия. Монд сыграл важную роль в том, чтобы процесс Сольве стал коммерчески успешным. Он внес несколько усовершенствований между 1873 и 1880 годами, которые удалили побочные продукты, которые могли бы препятствовать производству карбоната натрия в этом процессе.
Производство химических продуктов из ископаемого топлива началось в больших масштабах в начале 19 века. Каменноугольная смола и аммиачные остатки производства угольного газа для газового освещения начали перерабатываться в 1822 году на химическом заводе Боннингтон в Эдинбурге для производства нафты , пекового масла (позже названного креозотом ), пека , ламповой сажи ( сажи ) и нашатырного спирта ( хлорида аммония ). [6] Удобрение из сульфата аммония , асфальтовое дорожное покрытие , коксовое масло и кокс были позже добавлены в линейку продуктов.
В конце 19 века произошел взрыв как в количестве производства, так и в разнообразии производимых химикатов. Крупные химические отрасли возникли в Германии, а затем и в Соединенных Штатах.
Производство искусственных удобрений для сельского хозяйства было впервые начато сэром Джоном Лоусом в его специально построенном исследовательском центре в Ротамстеде. В 1840-х годах он основал крупные заводы недалеко от Лондона по производству суперфосфата извести . Процессы вулканизации резины были запатентованы Чарльзом Гудиером в Соединенных Штатах и Томасом Хэнкоком в Англии в 1840-х годах. Первый синтетический краситель был открыт Уильямом Генри Перкиным в Лондоне . Он частично преобразовал анилин в сырую смесь, которая при экстракции спиртом давала вещество интенсивного фиолетового цвета. Он также разработал первые синтетические духи. Немецкая промышленность быстро начала доминировать в области синтетических красителей. Три основные фирмы BASF , Bayer и Hoechst производили несколько сотен различных красителей. К 1913 году немецкая промышленность производила почти 90% мировых поставок красителей и продавала около 80% своей продукции за границу. [7] В Соединенных Штатах использование Гербертом Генри Доу электрохимии для производства химикатов из рассола имело коммерческий успех, который способствовал развитию химической промышленности страны. [8]
Нефтехимическая промышленность берет свое начало от нефтяных работ шотландского химика Джеймса Янга и канадца Авраама Пинео Геснера . Первый пластик был изобретен Александром Паркесом , английским металлургом . 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 пластика. 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 начале 20-го века в Америке.
Полимеры и пластики, такие как полиэтилен , полипропилен , поливинилхлорид , полиэтилентерефталат , полистирол и поликарбонат, составляют около 80% мирового объема производства отрасли. [11] Химикаты используются во многих различных потребительских товарах, а также во многих различных секторах. Это включает в себя сельское хозяйство, производство, строительство и сферу услуг. [11] Основные промышленные потребители включают резиновые и пластиковые изделия, текстиль , одежду, нефтепереработку, целлюлозу и бумагу , а также первичные металлы. Химикаты — это почти 5 триллионов долларов глобального предприятия, а химические компании ЕС и США являются крупнейшими мировыми производителями. [12]
Продажи химического бизнеса можно разделить на несколько широких категорий, включая основные химикаты (около 35% - 37% от объема производства в долларах), естественные науки (30%), специальные химикаты (20% - 25%) и потребительские товары (около 10%). [13]
Основные химикаты или «товарные химикаты» представляют собой широкую химическую категорию, включающую полимеры, оптовые нефтехимические продукты и промежуточные продукты, другие производные и основные промышленные продукты, неорганические химикаты и удобрения .
Полимеры являются крупнейшим сегментом доходов и включают все категории пластика и искусственных волокон. Основными рынками для пластика являются упаковка , за которой следуют строительство домов, контейнеры, бытовая техника, трубы, транспорт, игрушки и игры.
Основным сырьем для полимеров являются такие нефтепродукты, как этилен, пропилен и бензол.
Нефтехимические и промежуточные химикаты в основном производятся из сжиженного нефтяного газа (СНГ), природного газа и фракций сырой нефти . Крупнообъемные продукты включают этилен , пропилен , бензол , толуол , ксилолы , метанол , винилхлоридмономер (ВХМ), стирол , бутадиен и этиленоксид . Эти основные или товарные химикаты являются исходными материалами, используемыми для производства многих полимеров и других более сложных органических химикатов, особенно тех, которые производятся для использования в категории специальных химикатов .
Другие производные и основные промышленные продукты включают синтетический каучук , поверхностно-активные вещества , красители и пигменты , скипидар , смолы , сажу , взрывчатые вещества и резиновые изделия и составляют около 20 процентов внешних продаж основных химикатов.
Неорганические химикаты (около 12% от общего объема выручки) составляют старейшую из химических категорий. Продукция включает соль , хлор , каустическую соду , кальцинированную соду , кислоты (такие как азотная кислота , фосфорная кислота и серная кислота ), диоксид титана и перекись водорода .
Удобрения составляют самую маленькую категорию (около 6 процентов) и включают фосфаты , аммиак и калийные химикаты.
Науки о жизни (около 30% долларового объема производства химического бизнеса) включают дифференцированные химические и биологические вещества, фармацевтические препараты , диагностику, продукты для здоровья животных , витамины и пестициды . Хотя их объемы намного меньше, чем у других химических секторов, их продукция, как правило, имеет высокие цены - более десяти долларов за фунт - темпы роста от 1,5 до 6 раз превышающие ВВП , а расходы на исследования и разработки составляют от 15 до 25% от продаж. Продукты наук о жизни обычно производятся с высокими спецификациями и тщательно проверяются государственными учреждениями, такими как Управление по контролю за продуктами и лекарствами. Пестициды, также называемые «химикатами для защиты растений», составляют около 10% этой категории и включают гербициды , инсектициды и фунгициды . [13]
Специальные химикаты — это категория относительно дорогостоящих, быстрорастущих химикатов с разнообразными рынками конечной продукции. Типичные темпы роста составляют от одного до трех раз больше ВВП при ценах более доллара за фунт. Они, как правило, характеризуются своими инновационными аспектами. Продукты продаются за то, что они могут делать, а не за то, какие химикаты они содержат. Продукты включают электронные химикаты, промышленные газы , клеи и герметики, а также покрытия, промышленные и институциональные чистящие химикаты и катализаторы. В 2012 году, за исключением тонких химикатов, глобальный рынок специальных химикатов стоимостью 546 миллиардов долларов составлял: 33% — краски, покрытия и обработка поверхности, 27% — усовершенствованные полимеры, 14% — клеи и герметики, 13% — добавки и 13% — пигменты и чернила. [14]
Специальные химикаты продаются как химикаты с эффектом или производительностью. Иногда они представляют собой смеси формул, в отличие от « тонких химикатов », которые почти всегда являются продуктами с одной молекулой.
Потребительские товары включают прямые продажи химикатов, таких как мыло , моющие средства и косметика . Типичные темпы роста составляют от 0,8 до 1,0 ВВП. [ необходима цитата ]
Потребители редко контактируют с основными химикатами. Полимеры и специальные химикаты — это материалы, с которыми они сталкиваются повсюду ежедневно. Примерами являются пластмассы, чистящие средства, косметика, краски и покрытия, электроника, автомобили и материалы, используемые в строительстве домов. [15] Эти специальные продукты продаются химическими компаниями в нижестоящие производственные отрасли как пестициды , специальные полимеры , электронные химикаты, поверхностно-активные вещества , строительные химикаты, промышленные очистители, ароматизаторы и отдушки , специальные покрытия, печатные краски, водорастворимые полимеры, пищевые добавки , химикаты для бумаги , химикаты для нефтяных месторождений, пластиковые клеи, клеи и герметики , косметические химикаты , химикаты для управления водными ресурсами , катализаторы и текстильные химикаты. Химические компании редко поставляют эти продукты напрямую потребителю.
Ежегодно Американский химический совет составляет таблицу объемов производства 100 ведущих химикатов в США. В 2000 году совокупный объем производства 100 ведущих химикатов составил 502 миллиона тонн, что выше 397 миллионов тонн в 1990 году. Неорганические химикаты, как правило, имеют наибольший объем, но гораздо меньший в долларовом выражении из-за их низких цен. 11 ведущих химикатов из 100 в 2000 году были 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). [ необходима цитата ]
Крупнейшие производители химикатов сегодня — это глобальные компании с международными операциями и заводами во многих странах. Ниже приведен список 25 крупнейших химических компаний по объему продаж химикатов в 2015 году. (Примечание: продажи химикатов составляют лишь часть от общего объема продаж некоторых компаний.)
Ведущие химические компании по объему продаж химической продукции в 2015 году. [16]
С точки зрения инженеров-химиков, химическая промышленность включает в себя использование химических процессов , таких как химические реакции и методы очистки , для производства широкого спектра твердых, жидких и газообразных материалов. Большинство этих продуктов служат для производства других предметов, хотя меньшее количество идет напрямую потребителям. Растворители , пестициды , щелок , стиральный порошок и портландцемент — вот несколько примеров продуктов, используемых потребителями.
Отрасль включает производителей неорганических и органических промышленных химикатов, керамических изделий, нефтехимических продуктов, агрохимических продуктов, полимеров и резины (эластомеров), олеохимических продуктов (масел, жиров и восков), взрывчатых веществ, ароматизаторов и вкусовых добавок. Примеры этих продуктов приведены в таблице ниже.
Смежные отрасли промышленности включают нефтяную , стекольную , лакокрасочную , чернильную , герметизирующую , клеевую , фармацевтическую и пищевую .
Химические процессы, такие как химические реакции, действуют на химических заводах для образования новых веществ в различных типах реакционных сосудов. Во многих случаях реакции происходят в специальном коррозионно-стойком оборудовании при повышенных температурах и давлениях с использованием катализаторов . Продукты этих реакций разделяются с использованием различных методов, включая дистилляцию , особенно фракционную дистилляцию , осаждение , кристаллизацию , адсорбцию , фильтрацию , сублимацию и сушку .
Процессы и продукты или изделия обычно тестируются во время и после производства с помощью специальных приборов и лабораторий контроля качества на месте , чтобы гарантировать безопасную эксплуатацию и соответствие продукта требуемым спецификациям . Все больше организаций в отрасли внедряют программное обеспечение для обеспечения соответствия химическим нормам, чтобы поддерживать качество продуктов и стандарты производства . [17] Продукты упаковываются и доставляются многими способами, включая трубопроводы, цистерны и автоцистерны (как для твердых веществ, так и для жидкостей), цилиндры, бочки, бутылки и коробки. Химические компании часто имеют научно-исследовательские лаборатории для разработки и тестирования продуктов и процессов. Эти объекты могут включать пилотные установки, и такие исследовательские объекты могут быть расположены на площадке, отдельной от производственных заводов.
Масштаб химического производства, как правило, организован от самого крупного по объему ( нефтехимия и товарные химикаты ) до специализированных химикатов и самого мелкого — тонкая химия .
Производственные единицы нефтехимической и товарной химии в целом являются заводами непрерывной обработки одного продукта. Не все нефтехимические или товарные химические материалы производятся в одном месте, но группы связанных материалов часто должны вызывать промышленный симбиоз, а также эффективность материалов, энергии и утилит и другие экономии масштаба .
Эти химикаты, производимые в самых больших масштабах, производятся в нескольких производственных местах по всему миру, например, в Техасе и Луизиане вдоль побережья Мексиканского залива в Соединенных Штатах , в Тиссайде ( Великобритания ) и в Роттердаме в Нидерландах . Крупномасштабные производственные места часто имеют кластеры производственных единиц, которые совместно используют коммунальные услуги и крупномасштабную инфраструктуру, такую как электростанции , портовые сооружения , а также автомобильные и железнодорожные терминалы. Чтобы продемонстрировать кластеризацию и интеграцию, упомянутые выше, около 50% нефтехимических и товарных химикатов Соединенного Королевства производятся в Северо-восточном промышленном кластере Англии в Тиссайде .
Специализированное химическое и тонкое химическое производство в основном осуществляется дискретными пакетными процессами. Эти производители часто находятся в схожих местах, но во многих случаях их можно найти в многоотраслевых бизнес-парках.
В США насчитывается 170 крупных химических компаний. [18] Они работают на международном уровне, имея более 2800 предприятий за пределами США и 1700 иностранных дочерних компаний или филиалов. Производство химической продукции в США составляет 750 миллиардов долларов в год. Американская промышленность регистрирует большие торговые излишки и обеспечивает работой более миллиона человек только в Соединенных Штатах. Химическая промышленность также является вторым по величине потребителем энергии в производстве и тратит более 5 миллиардов долларов ежегодно на борьбу с загрязнением.
В Европе химический, пластмассовый и резиновый секторы являются одними из крупнейших промышленных секторов. [19] Вместе они создают около 3,2 млн рабочих мест в более чем 60 000 компаний. С 2000 года только химический сектор представлял 2/3 всего профицита торговли промышленными товарами ЕС.
В 2012 году на химический сектор приходилось 12% добавленной стоимости обрабатывающей промышленности ЕС. Европа остается крупнейшим в мире регионом торговли химической продукцией с 43% мирового экспорта и 37% мирового импорта, хотя последние данные показывают, что Азия догоняет с 34% экспорта и 37% импорта. [20] Несмотря на это, Европа по-прежнему имеет торговый профицит со всеми регионами мира, за исключением Японии и Китая, где в 2011 году был химический торговый баланс. Торговый профицит Европы с остальным миром сегодня составляет 41,7 млрд евро. [21]
За 20 лет с 1991 по 2011 год объем продаж европейской химической промышленности увеличился с 295 млрд евро до 539 млрд евро, что является примером постоянного роста. Несмотря на это, доля европейской промышленности на мировом химическом рынке упала с 36% до 20%. Это произошло из-за огромного роста производства и продаж на развивающихся рынках, таких как Индия и Китай. [22] Данные показывают, что 95% этого влияния приходится только на Китай. В 2012 году данные Европейского совета химической промышленности показали, что на пять европейских стран приходилось 71% продаж химикатов в ЕС. Это Германия, Франция, Великобритания, Италия и Нидерланды. [23]
Химическая промышленность показала рост в Китае, Индии, Корее, на Ближнем Востоке, в Юго-Восточной Азии, Нигерии и Бразилии. Рост обусловлен изменениями в доступности и цене сырья, затратами на рабочую силу и энергию, различными темпами экономического роста и давлением на окружающую среду.
Так же, как компании становятся основными производителями химической промышленности, мы можем также посмотреть в более глобальном масштабе на то, как ранжируются промышленно развитые страны в отношении миллиардов долларов продукции, которую страна или регион может экспортировать. Хотя бизнес химии имеет всемирный масштаб, основная часть мирового объема производства химической продукции в размере 3,7 триллиона долларов приходится лишь на несколько промышленно развитых стран. Только Соединенные Штаты произвели 689 миллиардов долларов, 18,6 процента от общего мирового объема производства химической продукции в 2008 году. [24]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )