自然界原生態(tài)的石油大都樣貌丑陋,多數(shù)是顏色發(fā)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(fā)出臭雞蛋的氣味令人作嘔,這種偶然冒出地面的天然液態(tài)礦物極易燃燒,火焰猛烈,濃煙滾滾,早在公元前的蒙昧?xí)r代就被古人發(fā)現(xiàn),最初用來制作火把照明,甚至當(dāng)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(dāng)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(gòu)筑堅固城堡的西突厥人,利用易燃的石油制成戰(zhàn)爭利器,火燒了阿拉伯人進(jìn)犯的戰(zhàn)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??傊惺兰o(jì)以前人們不知道石油還有更廣泛的用途,僅是靠運氣發(fā)現(xiàn),就地取材,籠統(tǒng)地簡單利用。
一千多年前,中國宋代的科學(xué)家沈括,對天然石油的產(chǎn)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(zhǔn)的命名,還通過收集炭黑可制墨的啟示,預(yù)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(jìn)程沒有飛躍性的進(jìn)展,小步徘徊到了18世紀(jì)初,歐洲的化學(xué)家才發(fā)現(xiàn)天然石油不是成色單一的化合物,而是眾多有機(jī)成分混合的大雜燴,復(fù)雜的程度遠(yuǎn)勝一鍋煮的八寶粥。于是探索分解石油方法的科學(xué)研究悄然興起,歷經(jīng)半個世紀(jì)的嘗試,初步揭開了石油的成分之謎。
煤油的誕生
據(jù)《俄羅斯石油技術(shù)史》一書記載,1748年到1754年間,俄國科學(xué)家用曲徑瓶像燒開水一樣煮沸了石油,收集揮發(fā)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(zhì)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(jìn)行分離實驗,得到了同樣的結(jié)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(tuán)迷霧。當(dāng)時僅是觀察到煤油更容易燃燒,并且火焰明亮,不產(chǎn)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(guān)注,幾乎同時發(fā)明出用煤油做燃料、可調(diào)節(jié)火苗大小,配上玻璃罩不怕風(fēng)吹的煤油燈。煤油和燈具的完美聯(lián)姻,立即受到貴族階層的青睞,成為驅(qū)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(yè)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(fā)明進(jìn)而擴(kuò)建成專業(yè)化的煉油廠。未曾想到,小小的煤油燈竟然引發(fā)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(fā)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?nèi)祟惷\的重大發(fā)明。1860年,法國工程師勒努瓦受蒸汽機(jī)原理的啟發(fā),試制成功了用煤氣推動活塞往復(fù)運動的內(nèi)燃機(jī),因為輸出的功率太小,沒有得到應(yīng)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(jié)果不僅使內(nèi)燃機(jī)的運轉(zhuǎn)平穩(wěn),并且輸出功率大增。于是他把這種取代煤氣產(chǎn)生動力的燃料稱為汽油。改進(jìn)后的內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)又做了重大改進(jìn),設(shè)計出了利用煉制汽油和煤油剩余重質(zhì)組分做燃料的發(fā)動機(jī),輸出的功率更大,彰顯出淘汰蒸汽機(jī)的優(yōu)越性,成為重型卡車、火車機(jī)車、軍艦輪船更新?lián)Q代首選的心臟。這種能夠驅(qū)動大功率內(nèi)燃機(jī)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(jì)中期才大顯身手,一飛沖天,成為驅(qū)動噴氣式航空發(fā)動機(jī)的最佳燃料。這種抗低溫、熱值高的燃料把飛機(jī)的航速提升到超過聲音數(shù)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(dāng)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(xué)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(chǎn)出率的時候,意外發(fā)現(xiàn)減壓蒸餾釜里剩余的粘稠物潤滑效果非常好,于是用其調(diào)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(zhì)、適用性廣泛的顯著優(yōu)點,立即封殺了產(chǎn)量低,造價高的植物油,成為炙手可熱的香餑餑。從此人們認(rèn)識到渣油不僅不是廢料,還是導(dǎo)致“潤滑革命”的元勛。
石油成為工業(yè)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(chǎn)品的原料,石油具有無可比擬的優(yōu)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(jī)化學(xué)工業(yè)不可或缺的基礎(chǔ)之需,人工合成的各種塑料、人造橡膠、化學(xué)纖維,是當(dāng)今世界人人離不開的三大石油化工產(chǎn)品。以分解石油為先導(dǎo),衍生出的化肥、農(nóng)藥、炸藥、油漆、食品添加劑等產(chǎn)業(yè)鏈不勝枚舉,極大地豐富和繁榮了當(dāng)今人類物質(zhì)生活。粗略統(tǒng)計,至少有5000余種日?;瘜W(xué)品來自石油母體。
正是由于構(gòu)成石油成分的復(fù)雜性,才有了千變?nèi)f化的異彩紛呈。那么石油當(dāng)中到底混雜了哪些物質(zhì)?現(xiàn)代科學(xué)給出了答案。由碳(C)和氫(H)兩種元素構(gòu)成的有機(jī)化合物稱為烴,烴類物質(zhì)是一個體量龐大的家族,可分為烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴三個支系。這三種烴在天然石油當(dāng)中占據(jù)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(gòu)成的其它化合物。目前已知,世界各地出產(chǎn)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(xué)家,將產(chǎn)自世界各地未經(jīng)煉制的原油,大致分為低芳香烴——高烷烴和芳香烴——環(huán)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(xì),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(fā)動機(jī)糧食”、“潤滑之王”、“工業(yè)血液”、“軟黃金”、“化工之母”等一系列的美名。石油歷經(jīng)四千余年的發(fā)現(xiàn)史,三百來年的烈焰分身,終于由混沌狀態(tài)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(dá)到用途窮盡的頂峰,未來的科學(xué)發(fā)展,還會讓石油中蘊(yùn)含的精華再放溢彩。