炼出来的大行于世

时间:2022-06-06 14:04 来源:《石油与装备》 作者:宫 柯
自然界原生态的石油大都样貌丑陋,多数是颜色发黑有黏性的流体,沾染到皮肤或衣服上用清水洗不掉,有些还散发出臭鸡蛋的气味令人作呕,这种偶然冒出地面的天然液态矿物极易燃烧,火焰猛烈,浓烟滚滚,早在公元前的蒙昧时代就被古人发现,最初用来制作火把照明,甚至当成天赐的圣物顶礼膜拜。

石油古来有之用之

古时候,建造金字塔的埃及人把石油当成防腐材料,用来制作法老的木乃伊;两河流域的巴比伦人利用黏稠的石油粘接石块,砌筑殿堂房屋;构筑坚固城堡的西突厥人,利用易燃的石油制成战争利器,火烧了阿拉伯人进犯的战船;黄河南北的中国先民则利用石油的滑润性,涂抹在马车的轴上驰骋千里,还把石油视为药物治疗牲畜身上的疥疮。总之,中世纪以前人们不知道石油还有更广泛的用途,仅是靠运气发现,就地取材,笼统地简单利用。

一千多年前,中国宋代的科学家沈括,对天然石油的产状和用途做了粗略的观察记录,不仅用汉字为石油做了精准的命名,还通过收集炭黑可制墨的启示,预言“此物后必大行于世”。然而,在沈括故去的六七百年间,开采和利用石油的进程没有飞跃性的进展,小步徘徊到了18世纪初,欧洲的化学家才发现天然石油不是成色单一的化合物,而是众多有机成分混合的大杂烩,复杂的程度远胜一锅煮的八宝粥。于是探索分解石油方法的科学研究悄然兴起,历经半个世纪的尝试,初步揭开了石油的成分之谜。

煤油的诞生

据《俄罗斯石油技术史》一书记载,1748年到1754年间,俄国科学家用曲径瓶像烧开水一样煮沸了石油,收集挥发出来的气体再冷凝成液体,得到了色泽较为清澈的馏分。然而,这时候还不知道分离出来的轻质组分有啥用途,仅是开启了一道破解石油奥秘的门缝。又过了一百年,苏格兰人杰姆斯·伊本,在1849年用煤层里渗出来的石油,沿用蒸馏法进行分离实验,得到了同样的结果,申请了英国专利。所不同的是他给这种分解出来的馏分起了名字,由于实验样本来自煤层,因此定名为煤油。

煤油的问世引起了不小的轰动,但是有什么用途还是一团迷雾。当时仅是观察到煤油更容易燃烧,并且火焰明亮,不产生浓重的黑烟,用来点灯照明比植物油更胜一筹。这一消息的披露,引起了法国人和波兰人的关注,几乎同时发明出用煤油做燃料、可调节火苗大小,配上玻璃罩不怕风吹的煤油灯。煤油和灯具的完美联姻,立即受到贵族阶层的青睐,成为驱逐黑暗的奢侈品,平民百姓也随之效仿趋之若鹜。巨大的商业利益使石油身价陡然倍增,催生出一批专门炼制石油的作坊,由于蒸馏釜的发明进而扩建成专业化的炼油厂。未曾想到,小小的煤油灯竟然引发了钻探开采和炼制加工石油的激烈竞争,造就了一批靠石油发家的财富大亨。

汽油、柴油的诞生

煤油的走红,仅仅是分解石油出露华彩的序幕,更高层次的利用归功于两项改变人类命运的重大发明。1860年,法国工程师勒努瓦受蒸汽机原理的启发,试制成功了用煤气推动活塞往复运动的内燃机,因为输出的功率太小,没有得到应有的重视。1883年,德国工程师戴姆勒,用炼制煤油时弃置无用的轻组分替代煤气做燃料,结果不仅使内燃机的运转平稳,并且输出功率大增。于是他把这种取代煤气产生动力的燃料称为汽油。改进后的内燃机使汽油变废为宝,比煤油更畅销,随后诞生的摩托车、汽车、快艇成为炼制石油赚大钱的流动广告。

1892年,德国工程师迪塞尔对内燃机又做了重大改进,设计出了利用炼制汽油和煤油剩余重质组分做燃料的发动机,输出的功率更大,彰显出淘汰蒸汽机的优越性,成为重型卡车、火车机车、军舰轮船更新换代首选的心脏。这种能够驱动大功率内燃机的燃料被称为柴油。

点灯照明的煤油相形见绌,不甘寂寞,到了20世纪中期才大显身手,一飞冲天,成为驱动喷气式航空发动机的最佳燃料。这种抗低温、热值高的燃料把飞机的航速提升到超过声音数倍,推举到了万米高空,成就了人类像雄鹰一样飞翔的梦想。

油渣变成润滑油

从石油当中提炼出的汽油、煤油、柴油作为动力燃料各显其能,竞相比美,剩余的油渣也不是等闲之辈。早在1855年,美国耶鲁大学的西利曼教授就提出了用矿物油取代生物油做润滑剂的倡议。1866年,另一位叫埃弗雷斯的美国人,在试验提高煤油产出率的时候,意外发现减压蒸馏釜里剩余的粘稠物润滑效果非常好,于是用其调配消减摩擦阻力的润滑油投放市场。这种油脂具有防腐蚀、耐低温、抗高温,不变质、适用性广泛的显著优点,立即封杀了产量低,造价高的植物油,成为炙手可热的香饽饽。从此人们认识到渣油不仅不是废料,还是导致“润滑革命”的元勋。

石油成为工业血液

从燃料油到润滑油的华丽变身,还不是分解石油绽放溢彩的高潮。做为制造化工产品的原料,石油具有无可比拟的优势。深度加工获取的三苯三烯(苯、甲苯、二甲苯,乙烯、丁烯、丁二烯)、乙炔、石蜡、油焦、沥青等化合物都是有机化学工业不可或缺的基础之需,人工合成的各种塑料、人造橡胶、化学纤维,是当今世界人人离不开的三大石油化工产品。以分解石油为先导,衍生出的化肥、农药、炸药、油漆、食品添加剂等产业链不胜枚举,极大地丰富和繁荣了当今人类物质生活。粗略统计,至少有5000余种日常化学品来自石油母体。

正是由于构成石油成分的复杂性,才有了千变万化的异彩纷呈。那么石油当中到底混杂了哪些物质?现代科学给出了答案。由碳(C)和氢(H)两种元素构成的有机化合物称为烃,烃类物质是一个体量庞大的家族,可分为烷烃、环烷烃、芳香烃三个支系。这三种烃在天然石油当中占据了95%以上的比例,是混合形成石油的主要成分。此外,石油中还含有硫、氮、氧、铁、钴、钙、镁、铝、钒等少量元素构成的其它化合物。目前已知,世界各地出产的石油囊括了230多种烃,3000来种其它化合物。自然天成的石油,各类烃混合的非常紧密,但是每种烃的多寡程度有所不同,因此研究石油成分的科学家,将产自世界各地未经炼制的原油,大致分为低芳香烃——高烷烃和芳香烃——环烷烃——烷烃两种类型。

近代以来,随着炼制石油方法的日臻成熟,提取的馏分越来越精细,每种馏分仍然是多种烃的混合物,各有用途方面的独门绝技。由于石油的用途极为广泛,因而博得了“发动机粮食”、“润滑之王”、“工业血液”、“软黄金”、“化工之母”等一系列的美名。石油历经四千余年的发现史,三百来年的烈焰分身,终于由混沌状态变成了人见人爱的资源宝藏。至今炼出来的大行于世,仍然没有达到用途穷尽的顶峰,未来的科学发展,还会让石油中蕴含的精华再放溢彩。


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