石油效用的三次发现

石油又称原油，是一种粘稠的、深褐色液体。地壳上层部分地区有石油储存。主要成分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于化石燃料。石油主要被用来作为燃油和汽油，也是许多化学工业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。在历史上，对石油效用的开发主要经历过三次。

第一次发现

大约到19世纪初，人们才开始认识从石油中蒸馏出煤油，用作燃料和照明，可以减少黑烟和不愉快的气味。1823年，俄罗斯农民杜比宁和他的两个兄弟在北高加索地区盛产石油的格罗兹尼附近首先建成蒸馏石油提取煤油的装置。

1855年，美国耶鲁大学化学教授西利曼通过分析石油的化学成分，确定石油是多种碳氢化合物的混合物，开始将石油蒸馏，获得50%类似煤焦的产物，供照明用。1859年首先在美国宾夕法尼亚州蒂图斯维尔钻井采油，它不再是等待石油慢慢聚集到地面上来收集了。当时石油被用作外科药剂，医治“百病”。只是经过了一段时期后，美国匹兹堡一位销售石油的商人基尔接受一位化学家的劝告，按照分馏酒和水的方式分馏石油。最初只是得到含5～8个碳原子的碳氢化合物石脑油，即溶剂油、汽油。后来分馏出含9～18个碳原子的煤油，分馏出的润滑油用作润滑剂；分馏出的残渣沥青用作涂敷屋顶防渗漏。从润滑油中又逐渐分馏出柴油、润滑油、凡士林等，并将煤油用硫酸、碱处理以脱色除嗅用于照明。这大约已到19世纪末。

从石油中提取煤油供照明用是第一次发现石油的效用。

▲海上石油钻井平台

第二次发现

这时汽油却没有得到充分的利用，因为它的着火点低，又容易挥发，不仅是一遇火就着，而且是烧成一片，甚至会发生爆炸，因而当时人们视它为危险的“废料”不知如何处理。

到19世纪末，内燃机和汽车相继问世。内燃机和蒸汽机不同。蒸汽机是用燃料烧开锅炉里的水。产生蒸气，再把蒸气引进汽缸里，推动活塞工作。内燃机是将燃料引进汽缸里燃烧，使燃烧产生的气体推动活塞工作。内燃机需要易燃的液体作燃料，汽油正好符合它的要求。当内燃机安装在车上成为汽车后，汽车迅猛发展起来，接着飞机、汽艇等相继出现，汽油变“废”为宝了。这是第二次发现石油的效用。

第三次发现

电灯出现后，煤油的需要量大减。这就又促使人们尽快研究能否从石油中提取更多汽油，减少煤油产量。

到20世纪初，这种设想开始变成现实了。美国标准石油公司化学家伯顿从1910年开始研究。1913年取得专利。他将石油放进锅里加热，使煤油在一定压力下分裂成较小的分子，煤油变成了汽油。现在这个过程叫做裂化。本来从10吨石油里只能得到1吨左右的汽油，采用裂化方法后汽油的产量增加了。

把石油中含碳原子较多的碳氢化合物裂化成含碳原子较小的碳氢化合物过程是石油的化学加工过程，不同于石油的分馏，后者是石油的物理加工。

随着汽车和飞机的高速发展，出现了大型客机和超音速喷气式飞机，汽油需求量不断增加，不仅要把煤油裂化成汽油，更希望从整个石油中提取出更多分量的汽油，同时对汽油的质量也提出了更高的要求。

第一次世界大战后不久，美国通用汽油公司的实验室里进行着许多物质的筛选研究，试图找到一种物质，把它添加到汽油里，减低汽油的燃烧爆震。终于在1921年12月9日找到了四乙基铅这种化合物。

四乙基铅是一种具有强烈气味的无色而有毒的液体，在汽油中加入少量后确实能降低爆震，被称为抗震剂。但后来发现四乙基铅在汽缸里燃烧后会生成氧化铅，堆积在汽缸里，造成障碍。于是又添加二溴乙烷和二氯乙烷。它们在燃烧时能与四乙基铅发生化学反应，把生成的物质一起排出。

▲石油开采

怎样解决汽油在汽缸里燃烧产生的爆震呢？早在20世纪20年代，法国一位机械工程师乌德里创造了石油裂解的化学加工方法。

裂解和裂化一样，都是把含碳较多的碳氢化合物分解成含碳较少的碳氢化合物，以增加从石油中提取汽油的份额。不过裂化一般是得到更多的汽油。也有一些气体产生，反应温度一般不超过500℃。而裂解除获得更多汽油外，还获得较多的低碳的气体，反应温度一般在700～1000℃或更高，又称深度裂化。

裂解一般分为热裂解、催化裂解和加氢裂解三种。热裂解是在高温、高压下进行的，得到较大份额的汽油和副产气体；催化裂解是在硅酸铝等催化剂存在下加压加热进行的，得到的汽油质量高，辛烷值可以达到80。这就可以不再添加抗震剂；加氢裂解可使产品中不饱和的烯烃转变成饱和烃，增加汽油的产量。

提高汽油辛烷值的方法除了催化裂解外，随后又出现重整、烷基化等化学加工。

“重整”顾名思义就是重新整顿，即是将汽油中所含直链烃转变成带支链的烃和环状结构的烃，也就是提高汽油的辛烷值。烷基化就是把烷基加到异丁烷或裂解产生的丙烯、丁烯等分子中，既增加了汽油的产量，也提高了汽油的辛烷值。

从裂解、裂化得到的副产气体主要是乙烯、丙烯、甲烷、乙烷、丙烷等等。它们是制造聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等塑料和人造纤维、人造橡胶、洗衣粉、农药等的原料。它们成为了化工原料。这是第三次发现石油的效用。