石油是動植物遺體在地殼中經過複雜的變化而形成的。考古學家們在現今伊拉克幼發拉底河兩岸5000多年的古建築中,發現有利用石油瀝青、砂漿的跡象。
我國東漢著名史學家班固(32—92)編著的《漢書》中記載著:高奴有洧水可熊。高奴在今天的陝西省延長縣一帶。洧(音委)水是延河的一條支流。“熊”是古代的“燃”字。這就是說,我國早在一世紀以前就已經發現洧水上有石油,可以燃燒。
但是長期以來,不論是我國,還是其他文明古國,在發現石油後隻是直接用作燃料或照明,它冒出濃厚的黑煙,還產生強烈刺鼻的臭味。
大約到19世紀初,人們才開始認識從石油中蒸餾出煤油,用作燃料和照明,可以減少黑煙和不愉快的臭味。1823年,俄國農民B.杜比寧和他的兩個兄弟在北高加索地區盛產石油的格羅茲尼附近首先建成蒸餾石油提取煤油的裝置。
1855年,美國耶魯大學化學教授西利曼通過分析石油的化學成分,確定石油是多種碳氫化合物的混合物,開始將石油蒸餾,獲得50%類似煤焦的產物,供照明用。
1859年,德雷克首先在美國賓夕法尼亞州蒂圖斯維爾鑽井采油,不再是等待石油慢慢聚集到地麵上來收集了。當時石油被用作外科藥劑,醫治“百病”。隻是經過了一段時期後,美國匹茲堡一位銷售石油的商人基爾接受一位化學家的勸告,按照分餾酒和水的方式分餾石油。最初隻是得到含5—8個碳原子的碳氫化合物石腦油,即溶劑油、汽油。後來分餾出含9—18個碳原子的煤油,其餘餾分是潤滑油,用作潤滑劑,殘渣瀝青用作塗敷屋頂防滲漏。從潤滑油中又逐漸分餾出柴油、潤滑油、凡士林等,並將煤油用硫酸、堿處理以脫色除臭用於照明。這大約已到19世紀末。
從石油中提取煤油供照明用是第一次發現石油的效用。
這時汽油卻沒有得到充分的利用,因為它的著火點低,又容易揮發,不僅是一遇火就著,而且是燒成一片,甚至會發生爆炸。因而當時人們視它為危險的“廢料”不知如何處理。
到19世紀末,內燃機和汽車相繼問世。內燃機和蒸汽機不同。蒸汽機是用燃料燒開鍋爐裏的水,產生蒸汽,再把蒸汽引進汽缸裏,推動活塞工作。內燃機是將燃料引進汽缸裏燃燒,使燃燒產生的氣體推動活塞工作。內燃機需要易燃的液體作燃料,汽油正好符合它的要求。當內燃機安裝在車上成為汽車後,汽車迅猛發展起來,接著飛機、汽艇等相繼出現,汽油變“廢”為寶了。這是第二次發現石油的效用。
電燈出現後,煤油的需要量大減。這就又促使人們盡快研究能否從石油中提取更多汽油,減少煤油產量。
化學家和工程師們設想,既然汽油是含碳原子較少的碳氫化合物,而煤油是含碳原子較多的碳氫化合物,能不能將含碳原子較多的分解成較少的呢?
到20世紀初,這種設想開始變成現實了。美國標準石油公司化學家伯頓從1910年開始研究。1913年取得專利。他將石油放進鍋裏加熱,使煤油在一定壓力下分裂成較小的分子,煤油變成了汽油,現在這個過程叫作裂化。本來從10噸石油裏隻能得到1噸左右的汽油,采用裂化方法後汽油的產量增加了。
把石油中含碳原子較多的碳氫化合物裂化成含碳原子較少的碳氫化合物過程是石油的化學加工過程,不同於石油的分餾,後者是石油的物理加工。
隨著汽車和飛機的高速發展,出現了大型客機和超音速噴氣式飛機,汽油的需求量不斷增加,不僅要把煤油裂化成汽油,更希望從石油中提取出更多分量的汽油,同時對汽油的質量也提出了更高的要求。
汽油的蒸氣與空氣的混合物在內燃機的汽缸中燃燒時往往在發火前就進行爆炸性的燃燒,因而引起爆震現象。這不僅造成能量的浪費,而且也損害內燃機的汽缸。經過化學家們試驗,知道爆震程度的大小與所用汽油的成分有關。
一般來說,直鏈烷烴在燃燒時發生的爆震程度最大,環狀烴和帶有很多支鏈的烷烴發生的爆震程度最小。在含有7—8個碳原子的汽油成分中,以正庚烷的爆震程度最大,而異辛烷基本上不發生爆震。正庚烷的分子結構是直鏈的,異辛烷帶有支鏈。
於是製定出辛烷值作為汽油爆震的尺度,以正庚烷和異辛烷作為標準,規定正庚烷的辛烷值為0,異辛烷的辛烷值為100。在正庚烷和異辛烷的混合物中,異辛烷的質量分數叫作這個混合物的辛烷值,也就是通常所說的多少號汽油。
各種汽油的辛烷值,或多少號汽油,是把它們在燃燒時所發生的爆震現象與上述混合物比較得到的。例如,某汽油的辛烷值是80,或80號汽油,就是說這種汽油在一種標準的單個汽缸中燃燒時所發生的爆震現象與由20%(體積分數)正庚烷和80%異辛烷在同一汽缸中燃燒時所發出的爆震程度相同。普通汽油並不是正庚烷和異辛烷的簡單混合物,所以辛烷值隻表示汽油爆震程度的大小,並不表示異辛烷在其中的含量。