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  • 煉出來的大行于世

    時間:2022-06-06 14:04 來源:《石油與裝備》 作者:宮 柯
    自然界原生態的石油大都樣貌丑陋,多數是顏色發黑有黏性的流體,沾染到皮膚或衣服上用清水洗不掉,有些還散發出臭雞蛋的氣味令人作嘔,這種偶然冒出地面的天然液態礦物極易燃燒,火焰猛烈,濃煙滾滾,早在公元前的蒙昧時代就被古人發現,最初用來制作火把照明,甚至當成天賜的圣物頂禮膜拜。

    石油古來有之用之

    古時候,建造金字塔的埃及人把石油當成防腐材料,用來制作法老的木乃伊;兩河流域的巴比倫人利用黏稠的石油粘接石塊,砌筑殿堂房屋;構筑堅固城堡的西突厥人,利用易燃的石油制成戰爭利器,火燒了阿拉伯人進犯的戰船;黃河南北的中國先民則利用石油的滑潤性,涂抹在馬車的軸上馳騁千里,還把石油視為藥物治療牲畜身上的疥瘡??傊?,中世紀以前人們不知道石油還有更廣泛的用途,僅是靠運氣發現,就地取材,籠統地簡單利用。

    一千多年前,中國宋代的科學家沈括,對天然石油的產狀和用途做了粗略的觀察記錄,不僅用漢字為石油做了精準的命名,還通過收集炭黑可制墨的啟示,預言“此物后必大行于世”。然而,在沈括故去的六七百年間,開采和利用石油的進程沒有飛躍性的進展,小步徘徊到了18世紀初,歐洲的化學家才發現天然石油不是成色單一的化合物,而是眾多有機成分混合的大雜燴,復雜的程度遠勝一鍋煮的八寶粥。于是探索分解石油方法的科學研究悄然興起,歷經半個世紀的嘗試,初步揭開了石油的成分之謎。

    煤油的誕生

    據《俄羅斯石油技術史》一書記載,1748年到1754年間,俄國科學家用曲徑瓶像燒開水一樣煮沸了石油,收集揮發出來的氣體再冷凝成液體,得到了色澤較為清澈的餾分。然而,這時候還不知道分離出來的輕質組分有啥用途,僅是開啟了一道破解石油奧秘的門縫。又過了一百年,蘇格蘭人杰姆斯·伊本,在1849年用煤層里滲出來的石油,沿用蒸餾法進行分離實驗,得到了同樣的結果,申請了英國專利。所不同的是他給這種分解出來的餾分起了名字,由于實驗樣本來自煤層,因此定名為煤油。

    煤油的問世引起了不小的轟動,但是有什么用途還是一團迷霧。當時僅是觀察到煤油更容易燃燒,并且火焰明亮,不產生濃重的黑煙,用來點燈照明比植物油更勝一籌。這一消息的披露,引起了法國人和波蘭人的關注,幾乎同時發明出用煤油做燃料、可調節火苗大小,配上玻璃罩不怕風吹的煤油燈。煤油和燈具的完美聯姻,立即受到貴族階層的青睞,成為驅逐黑暗的奢侈品,平民百姓也隨之效仿趨之若鶩。巨大的商業利益使石油身價陡然倍增,催生出一批專門煉制石油的作坊,由于蒸餾釜的發明進而擴建成專業化的煉油廠。未曾想到,小小的煤油燈竟然引發了鉆探開采和煉制加工石油的激烈競爭,造就了一批靠石油發家的財富大亨。

    汽油、柴油的誕生

    煤油的走紅,僅僅是分解石油出露華彩的序幕,更高層次的利用歸功于兩項改變人類命運的重大發明。1860年,法國工程師勒努瓦受蒸汽機原理的啟發,試制成功了用煤氣推動活塞往復運動的內燃機,因為輸出的功率太小,沒有得到應有的重視。1883年,德國工程師戴姆勒,用煉制煤油時棄置無用的輕組分替代煤氣做燃料,結果不僅使內燃機的運轉平穩,并且輸出功率大增。于是他把這種取代煤氣產生動力的燃料稱為汽油。改進后的內燃機使汽油變廢為寶,比煤油更暢銷,隨后誕生的摩托車、汽車、快艇成為煉制石油賺大錢的流動廣告。

    1892年,德國工程師迪塞爾對內燃機又做了重大改進,設計出了利用煉制汽油和煤油剩余重質組分做燃料的發動機,輸出的功率更大,彰顯出淘汰蒸汽機的優越性,成為重型卡車、火車機車、軍艦輪船更新換代首選的心臟。這種能夠驅動大功率內燃機的燃料被稱為柴油。

    點燈照明的煤油相形見絀,不甘寂寞,到了20世紀中期才大顯身手,一飛沖天,成為驅動噴氣式航空發動機的最佳燃料。這種抗低溫、熱值高的燃料把飛機的航速提升到超過聲音數倍,推舉到了萬米高空,成就了人類像雄鷹一樣飛翔的夢想。

    油渣變成潤滑油

    從石油當中提煉出的汽油、煤油、柴油作為動力燃料各顯其能,競相比美,剩余的油渣也不是等閑之輩。早在1855年,美國耶魯大學的西利曼教授就提出了用礦物油取代生物油做潤滑劑的倡議。1866年,另一位叫埃弗雷斯的美國人,在試驗提高煤油產出率的時候,意外發現減壓蒸餾釜里剩余的粘稠物潤滑效果非常好,于是用其調配消減摩擦阻力的潤滑油投放市場。這種油脂具有防腐蝕、耐低溫、抗高溫,不變質、適用性廣泛的顯著優點,立即封殺了產量低,造價高的植物油,成為炙手可熱的香餑餑。從此人們認識到渣油不僅不是廢料,還是導致“潤滑革命”的元勛。

    石油成為工業血液

    從燃料油到潤滑油的華麗變身,還不是分解石油綻放溢彩的高潮。做為制造化工產品的原料,石油具有無可比擬的優勢。深度加工獲取的三苯三烯(苯、甲苯、二甲苯,乙烯、丁烯、丁二烯)、乙炔、石蠟、油焦、瀝青等化合物都是有機化學工業不可或缺的基礎之需,人工合成的各種塑料、人造橡膠、化學纖維,是當今世界人人離不開的三大石油化工產品。以分解石油為先導,衍生出的化肥、農藥、炸藥、油漆、食品添加劑等產業鏈不勝枚舉,極大地豐富和繁榮了當今人類物質生活。粗略統計,至少有5000余種日?;瘜W品來自石油母體。

    正是由于構成石油成分的復雜性,才有了千變萬化的異彩紛呈。那么石油當中到底混雜了哪些物質?現代科學給出了答案。由碳(C)和氫(H)兩種元素構成的有機化合物稱為烴,烴類物質是一個體量龐大的家族,可分為烷烴、環烷烴、芳香烴三個支系。這三種烴在天然石油當中占據了95%以上的比例,是混合形成石油的主要成分。此外,石油中還含有硫、氮、氧、鐵、鈷、鈣、鎂、鋁、釩等少量元素構成的其它化合物。目前已知,世界各地出產的石油囊括了230多種烴,3000來種其它化合物。自然天成的石油,各類烴混合的非常緊密,但是每種烴的多寡程度有所不同,因此研究石油成分的科學家,將產自世界各地未經煉制的原油,大致分為低芳香烴——高烷烴和芳香烴——環烷烴——烷烴兩種類型。

    近代以來,隨著煉制石油方法的日臻成熟,提取的餾分越來越精細,每種餾分仍然是多種烴的混合物,各有用途方面的獨門絕技。由于石油的用途極為廣泛,因而博得了“發動機糧食”、“潤滑之王”、“工業血液”、“軟黃金”、“化工之母”等一系列的美名。石油歷經四千余年的發現史,三百來年的烈焰分身,終于由混沌狀態變成了人見人愛的資源寶藏。至今煉出來的大行于世,仍然沒有達到用途窮盡的頂峰,未來的科學發展,還會讓石油中蘊含的精華再放溢彩。


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