这种情况不能再继续下去,况且室内照明的需求还在不断增长。随着人口数量越来越多、人们越来越富裕,教育问题也越来越受到重视,在夜晚读书与娱乐的文化开始流行起来,对燃油的需求随之增长,发明家和科学家的压力也越来越大。其中,有位名叫詹姆斯·扬(James Young)的苏格兰化学家在1848年发现了一种从煤炭中提取液体的方法,并将这种液体放在油灯中燃烧,效果非常好。加拿大发明家亚伯拉罕·格斯纳(Abraham Gesner)也发现了这一产品,并称之为煤油。这本来也不算什么大事,令人始料未及的是,它恰好发生在美国南北战争爆发之前,捕鲸船成为军事目标,向其他灯油征税为新发现的煤油创造了立足之地。不过,煤油产业一直未能真正地发展起来。没过多久,发明家们就不再围着煤炭打转,转而研究一种在煤矿附近经常可以发现的黑色油体。这种必须用泵从地下抽取的原油,是散发刺鼻气味的黑色黏稠物质。不过,在使用这种原料前,他们还得先学会蒸馏,也就是最初由拉齐使用的古老工艺。这门生意非常赚钱,这一次,妖怪真的从灯里冒了出来。
与此同时,在我乘坐的飞机上,仍然没有人提及航空煤油。安全须知里有很多关于紧急出口的内容,在我前方的乘务员挥舞着双臂,伸出手指,指明了出口的位置。我被告知,在我身后有两个出口,机舱前方也有两个,还有两个位于机翼的上方。我很想再加上一句:“在我们脚下的油箱中,有5万升煤油,而在飞机的两片机翼下,还各存有5万升。”我可能是嘟囔了几句,因为我引起了邻座乘客的注意,暂且叫她苏珊吧。自打上了飞机之后,这是她第一次抬起头并将视线从书上挪开。她戴着红框眼镜,视线越过镜框上缘打量了我一下,便又继续读书。她那一瞥肯定还不足一秒钟,却像是有一个声音在说:“放松点儿。飞机是最安全的长途交通工具,难道你不知道每天都有100多万人在平流层上飞行吗?发生空难的概率微乎其微。不,比微乎其微的概率还要低。坐下吧,别担心,看看书……”我知道这对于一个眼神来说,传达的信息有些太多了,但是请相信我,她真的用眼神说了这些。
精炼油厂(高柱是蒸馏釜)
话说回来,不管情况是好是坏,我思考的无非就是煤油,以及19世纪中叶那些发明家用来提炼原油的卓越技艺——蒸馏。为了蒸馏出油,拉齐使用过一种叫作“蒸馏器”的装置,现在我们称之为蒸馏釜,就是你在原油精炼厂看到的那些高耸的塔。
原油是由很多形态各异的烃类分子构成的混合物,有一些分子很长,就像意大利面,有的则更小一些,形态也更为紧凑,还有一些分子是以环的形式结合的。每个分子的骨架都是由碳原子构成的,顺次靠化学键 结合在一起。每个碳原子上还有两个氢原子与之相连,但是它们的外形和尺寸都相差很大:分子的大小从仅有5个碳原子到几百个不等。不过,碳原子数目不足5个的烃类分子极少,因为太小的分子一般会以气态的形式存在,它们被称为甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。分子越长,沸点就会越高,越有可能在常温时以液态形式存在。大到含有40个碳原子的分子,肯定也是存在的,但是如果变得再大一些,便会很难流动,就像沥青。
蒸馏原油的时候,小分子会先被提取出来。含有5至8个碳原子的烃类分子会成为极易燃烧的清澈透明液体。它的闪点为-45℃,也就是说,即便气温低至零下,它也很容易被点燃。实际上,因为太容易被点燃,将这种液体加入油灯也会变得格外危险。所以,在石油工业发展早期,它都被当成废料丢弃。后来,当我们更了解它的优点时,它就成了香饽饽,特别是将它和空气混合后再点燃,能产生足以推动活塞的热气体。再后来,它被命名为汽油,而我们现在将它作为汽油发动机的燃料。
含有9至21个碳原子的分子大一点,可以形成比汽油沸点更高的清澈透明液体。它蒸发的速度比较慢,也没那么容易被点燃。不过,因为每个分子都很大,所以当它和氧气发生反应的时候,可以释放出更多的能量,还是以热气体的形式。它不容易被点燃,除非将它喷入空气中。它在突然变成火焰之前,还可以被压缩至较高的密度。这是由鲁道夫·狄塞尔(Rudolf Diesel)在1897年发现的,最终这一液体以他的名字命名,并成就了他的伟大发明——柴油机,那是20世纪最成功的发动机。
原油中包含的烃类分子混合物(图中只显示了碳原子)
不过,在石油工业早期,也就是19世纪中叶,柴油发动机还没有被发明出来,人们反倒迫切需要用作灯油的可燃物。在寻找这种油的时候,生产商制造出了一种液体,其分子中的碳原子数量在6至16之间。这种液体介于汽油和柴油之间,具有柴油的优点,不会快速挥发,也不会形成易爆的混合物。但它仍然是黏度很低的流体,就像水一样,因此芯吸效应十分显著,这使得被点燃后的火焰异常明亮。这种液体可以说是物美价廉,也不用依赖橄榄树或鲸。它就是煤油,最完美的灯油。