煤自古以来就是重要的燃料,我国是世界上用煤最早的国家。考古发掘和文献记载资料表明,我们的祖先在汉代就用煤了。千百年来,煤炼成焦炭可用来炼铁,产生的煤气是很好的燃料,副产品煤焦油更是有机化学工业的重要原料。马克思说:“把以前几乎毫无用处的煤焦油,变成苯胺染料、茜红染料(茜素),近来甚至把它变成药品。”
19世纪初期,人们从煤焦油中分离出了苯、萘、二甲苯、甲苯等芳香族化合物,大大促进了有机合成工业的发展。
煤焦油变染料
苯和硝酸作用,得到了一种叫做硝基苯的化合物,它又可以还原成苯胺,苯胺的硫酸盐经过重铬酸钾处理,可得到一种紫色的碱性染料,叫做苯胺紫,适宜于染毛和丝。如果用四氯化碳处理粗制苯胺,又可得到一种叫做性品红的红色染料,它同苯胺紫一样可以直接染毛和丝。
一百多年前,人工合成的天然染料——茜素,在市场上出现后,恩格斯说:“茜草的色素——茜素,我们已经不再从田地里的茜草根中取得,而是用便宜得多、简单得多的方法从煤焦油里提炼出来了。”
19世纪末期,德国化学家拜耳和霍依曼先研究出靛蓝的合成方法,这个跨世纪的蓝色染料,俗名阴丹士林,在20世纪初为世界人民所喜爱。
1916年7月10日,一艘德国潜水艇装了100t染料和药品,运到美国,受到美国人民的热烈欢迎。当时美国的染料工业比较落后,士兵们穿的绿色咔叽军服经不起日晒雨淋,不久就会变成灰色;星条旗上的星也会褪成腥红一片;妇女们喜爱的黑色丝袜洗过两次就会褪色,由此可见,德国潜水艇运来的靛蓝染料,当然深受美国人民的欢迎。19世纪后半期,煤焦油有机合成工业有了进一步的发展,突出的表现是染料工业的发展,此外,药品、香料、糖精和炸药等方面也有很大发展。
煤在地下燃烧……
20世纪以来,科学家研究不必到地下采掘煤块,而是把煤在地下煤层里直接气化,生成一氧化碳气体和氢气,引送到地面,就是使用方便的煤气。这种地下气化的办法,同到地下去挖煤比较起来,省力多了。只要在地面上安排好一定位置,向地下煤层打孔将地下煤层引燃,通过进气孔向煤层鼓入空气或氧气,然后通过排气孔把煤气引到地面上来。就这样一面鼓入空气,一面排出煤气,将地下煤矿变成了一个极大的“煤气发生炉”。
煤变石油
地下气化还有缺点,科学家们又想出新办法,把煤加热到450℃,同时加压力到200个大气压,在催化剂作用下与氢气反应,煤由固体变成了液体——人造石油,这就是所谓煤液化技术。可是,它同地下气化一样,实践过程中出现不少毛病,如催化剂效率不高,反应条件苛刻,设备容易损坏等,难以投入大规模的工业生产。
近年来,科学家在催化剂研究上有了很大的突破,使得煤变汽油的可能性大大提高了。化学家利用超声化学技术,研制出一种非结晶状铁粉。这种铁粉十分细小,小到不能用毫米来量,它的直径是原子级的,只有几个毫微米,也叫纳米,人们称它为“金属气体”。在煤液化实验中,科学家发现利用“金属气体”——非晶铁作为催化剂,在200℃时,一氧化碳和氢气就可转化为碳氢化合物,这样比以前的反应温度要降低许多,而且反应速度比使用多晶铁粉要快10倍,其中奥妙显然是“金属气体”——非晶铁具有巨大的总表面积造成的。
21世纪,煤液化技术肯定会日臻完善,一种没有硫化物污染的未来汽油,必然会受到欢迎,可以预计在不太远的将来,用煤变的汽油作燃料的汽车,将会悠闲地奔驰在城乡大道上
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