第9章　照明和供暖用气体

阿瑟·埃尔顿爵士

（SIR ARTHUR ELTON，BT.）

照明和供暖用气体的第一次公开展览，于1801年10月在巴黎的塞格莱酒店（现在的圣多米尼克大街45—47号）举行。气体是用木材在两盏“热灯”（thermolamps）中干馏后产生的。“热灯”是由其发明人勒邦（Philippe Lebon，1767—1804）命名的，他是在桥梁公路工程局服务处工作的一位工程师。一盏热灯使得屋内变得温暖而又明亮，另一盏热灯的火焰则被设计成一些好玩而又稀奇古怪的形状，照亮了花园。一个洞穴内的喷泉喷出的是火焰，而不是水。

展览每隔一周举行一次，持续了好几个月，新闻界对此也大肆宣扬。由此，气体照明开始被看作实际可行的了。在以前，“可燃空气”的产生和燃烧曾只被看成是令人吃惊的实验室实验罢了。勒邦最重要的贡献并不在于他的发明，而在于他把已经众所周知的原理的实际应用展示出来。

从16世纪后期海尔蒙特（Van Helmont，1577—1644）发现天然气以来，天然的和“人工的”可燃气体已经吸引了化学家和自然哲学家们的注意。1618年，塔尔丁（Jean Tardin）研究了天然气燃烧渗漏现象后认为，它与燃烧油或煤产生的火焰有某些共同之处［1］。1667年，雪莉（Thomas Shirley，1638—1678）向皇家学会寄送了一则通讯，描述了从威根附近的煤系冒出的可燃气体。贝歇尔（Johann Joachim Becher，1635—1682）于1683年发表的《愚蠢的聪明和聪明的愚蠢》（Närrische Weissheit und weise Narrheit）中概括地描述了煤气。

黑尔斯（Stephen Hales，1677—1761）在他的《植物的大气干扰》（Vegetable Staticks，1727年）中谈到，把煤和其他有机物质放在密闭容器中加热，能够产生出可燃气体来。1730年，劳瑟（James Lowther）在怀特黑文附近的一个矿井的工作区中，通过管道把“潮湿气体”（瓦斯）引到地面上，这些气体能在地面上不停地燃烧（参见图版6A）。他把保存在气囊里的气体样品展示给皇家学会看，还演示了气体在管口燃烧的现象。约在同一时期，他的代理商斯佩丁（Carlisle Spedding，1695—1755）提出把矿坑中喷发出来的气体通过街道下铺设的管道为怀特黑文提供照明［2］。这一提议遭到了拒绝，但据说斯佩丁就是这样照亮他的办公室的，而且怀特黑文的内科医生布朗里格（William Brownrigg，1711—1800）还从化学和物理上研究过这种气体。

第一位详细描述对煤进行破坏性干馏以产生气体的人是克莱顿（John Clayton，1657—1725），他是韦克菲尔德附近克罗夫顿的修道院院长。虽然他是在1684年左右进行这些观察的，但直到1739年才在《哲学学报》（Philosophical Thansactions）上发表。他说道：

我……取来一些煤，把它放在明火上的曲颈瓶中进行干馏。首先出现的只有黏液，后来是黑油，然后又出现了一种“精灵”，但我无法把它冷凝，这便强使我封停下来，否则会弄破我的玻璃瓶的。有一次，在被迫停止时……我观察到这个跑出来的精灵被烛焰点燃了，当它成股地放出来时，会一直猛烈地燃烧，我把它吹灭，然后再点燃，就这样重复了多次。于是我有了一个想法，想试试看是否可以储存一些这种精灵，为此，我拿了一个陀螺状容器，在容器管上放了一支蜡烛，当精灵出现时，我看到它着了起来，并在管子末端继续燃烧，虽然看不出是什么在燃烧。于是我把它吹灭，再把它点燃了几次。随后，我准备了一只气囊，挤出里面的空气，然后接到容器管上。油和黏液向下流进了容器，但这种精灵却在向上，把气囊吹胀了起来……当我想让某些陌生人或朋友们高兴时，我经常会取出这样一个气囊，用一根针在上面戳一个小孔，在烛焰附近轻轻挤压这个气囊，它立即就会点着，随后它会继续燃烧，直到所有的精灵都被挤出气囊……

第一位朝着使用煤气供室内照明迈出坚实一步的人似乎是狄克森（George Dixon），他拥有泰恩河畔纽卡斯尔附近的一座矿山。约在1760年，他用水壶作为曲颈蒸馏器，把气体通过烟斗导入在黏土泥封上戳孔制成的燃烧器中进行实验。他还把煤放进锅炉里进行碳化，想以此估算出1吨煤中的焦油含量。由于实验过程中发生过一次爆炸，他就认为把煤气供日常使用太过于危险了［3］。在兰达夫主教沃森（Richard Watson，1737—1816）的《化学评论》（Chemical Essays，1781年）中，记载有关于在密闭容器中对煤和木材进行干馏，以测定其不同变化时相关特性的实验说明。他把通过水洗后的气体收集起来，并且建议把常规型炼焦炉转变成“干馏釜”。

与此同时，其他人也在对1766年卡文迪什（Henry Cavendish）发现的氢气的性质进行研究。氢气通常是在稀硫酸中放入铁屑或锌屑时产生的。1777年，肖西耶（François Chaussier，1746—1828）指出，当把氢从气囊中通过一只细管挤出并用电火花点燃时，它会明亮地燃烧。1780年，埃尔曼（F.L.Ehrmann）提出了用氢气作为光源的照明灯，这是由迪勒（James Diller）作为新奇事物加以利用的一种方法，迪勒的“哲学烟火”（Philosophical Fireworks）于1787年在巴黎的皇家科学院现场进行了表演［4］，后来又在欧洲的许多地方演示过。

尽管有沃森的提议，但炼焦工业对煤气灯的发展却没有多大影响，因为早期的炼焦炉是不大适合于收集煤气的。然而在1770年，以封闭的蒸馏器形式，一种焦化煤的炼焦炉已由拿骚王子（Prince of Nassau）在苏尔茨巴赫建造起来。让萨纳（de Gensanne）对它们进行了详细描述。煤焦油被排到一只金属缸中，气体则如图中所示的那样，通过直立管逸出废弃掉了（图138）。没有迹象表明它们是被烧掉了，虽然约在12年后，邓唐纳德第九代伯爵科克伦（Archibald Cochrane）在他位于卡尔罗斯的炼焦炉旁点燃了煤气火焰（边码252）。据说他还曾在“类似于大茶壶”的容器中收集煤气，并在壶嘴处点燃，以此来使他的朋友们高兴［5］。

图138　燃烧从苏尔茨巴赫的让萨纳炼焦炉冒出来的气体。

或许人们想到的煤气的第一个实际用途是为气球充气。这导致了某些早期的没有什么结果的煤气灯实验。格林（Charles Green）——1821年——似乎是把煤气用于任何规模的充气的第一人，但圣—丰（Faujas de Saint-Fond）却早在1783年便提出过煤气的用途，虽然这还没有确定。他曾提出把煤气通到加有石灰的水中，以去除二氧化碳［6］。同年，亚眠的一位药剂师拉波斯托勒（Lapostolle）指出，为气球充气而制备的煤气燃烧时带有美丽的火焰［7］。1784年，卢万大学自然哲学教授闵凯勒尔（Jean Pierre Minkelers，1748—1824）发表了他关于利用煤和其他有机固体物制备充气用煤气的《易燃气体备忘录》（Mémoire sur l'air inflammable）。在他去世许多年后还有人说，就在那时，他用煤气照亮了他的教室，这一做法他连续重复了很多年。因此，闵凯勒尔有时也被称为煤气灯的发明人。

大约就在这个时期，其他许多人开始进行煤气灯的前期实验。似乎并没有人在实验进行时向公众公开自己的工作。维尔茨堡的药理学教授皮克尔（Johann Georg Pickel，1751—1838）于1786年用煤气照亮了他的实验室［8］，布里斯托尔的一位铜冶炼者钱皮恩（John Champion）于1790年企图获得一项在灯塔上使用煤气的专利［9］，里昂的拉努瓦（J.B.Lanoix）早在1792年之前已实验了一段时间［10］，兰茨克龙的药剂师埃克斯莱本（Christian Polykarp Friedrich Erxleben，1765—1831）约在1795年用煤气照亮了他的实验室［11］，兰帕迪乌斯（Wilhelm August Lampadius，1772—1842）于1796年开始实验，并于1799年在德累斯顿的萨克森选帝侯的城堡中进行了煤气灯照明演示［12］。

但是，早期进行煤气灯实验的实验者中，只有勒邦和默多克（William Murdock，1754—1839）的工作最终得到了商业应用。前者可能早在1791年便已开始对用木材产生的煤气进行研究，后者在1792年开始对用煤产生的煤气的照明特性进行研究。

勒邦是在茹安维尔附近布拉谢的木炭烧制者群体中出生成长起来的，毫无疑问这就是他为什么会对燃烧产生兴趣的原因。他在24岁时写的一篇论文中，指出烟是由无色可燃的气体中悬浮的微粒组成的，可使之通过水或在一连串水冷却管中冷凝。1797年，他把木材放在铁制干馏釜中干馏，再在一只大桶中对产生的气体进行冷却。他认为这种气体能够用于照明、供暖和给气球充气。

在努力说服法国政府把煤气用于公共建筑的过程中，勒邦于1798年迁居巴黎，在圣·路易斯岛上的一所建筑中进行较大规模的实验。1799年9月28日，他取得了一项专利，凭借这一新创的气体的易燃性，一般可利用它发热、发光，并可形成各种各样的声音。这项专利在1801年又有了扩展。当时专注于对英格兰战争的法国政府对此没有兴趣。正是由于这个原因，勒邦决定在塞格莱酒店进行更为公开的演示，这在前面已有叙述了。

勒邦的专利说明书中有一张他的煤气发生装置的简图（图139）。铁板制成的干馏釜（AA）被由炉子（EE）引出的烟道（FF）环绕多次。所有设备都砌在耐火砖中。干馏釜中产生的煤气通过G处导出，经过水洗，其副产品——油、沥青和焦木酸（乙酸）——都被收集起来。尽管圣—丰提议用石灰去除二氧化碳，勒邦却不可能碰巧也想到用同样的方法来去除硫杂质。

图139　勒邦的第一座煤气发生装置。

（AA）铁板干馏釜；（EE）炉子；（FF）烟道；（G）从干馏釜引出的管道。摘自他的专利说明书，1799年。

勒邦指出，他的煤气可以推广到需要最适宜供暖和最柔和照明的任何地方，而且可以通过最细、最脆弱的管道输送。管道可以嵌在墙壁和天花板的灰泥里面。只要喷嘴是金属的，管子本身可以是涂漆的丝绸管（涂有树胶的塔夫绸）制成。他提出在一个玻璃球中燃烧煤气，球中引有三根管子，一根输送煤气，一根输送空气，第三根则把燃烧产生的废气带到大气中去。

勒邦对煤气照明的理论和实践的贡献很大，这不仅因为他是公开演示其可行性的第一人，而且因为他对煤气照明潜力的富于想象力的把握，引导并鼓励了许多后来者。在他不多的著作中，勒邦预见到了在他死后的上百年中，煤气的几乎所有应用。

默多克是被他的父亲作为机械师培养的，他父亲是艾尔郡奥欣莱克的磨坊主。1777年，23岁的默多克受雇于博尔顿（Boulton）和瓦特（Watt）的大工程公司，到1790年已成为公司在康沃尔的主要发动机安装工。他对煤气的兴趣是由他于1791年获得的“处理某些矿石以制取绿矾、颜料及保护船底用的复合物”专利的激励，这导致他去研究木材、泥煤、烟煤和其他物质的干馏。1792年，他利用煤产生出煤气，照亮了雷德鲁斯克劳斯大街上一幢住所的一个房间。他开始对用煤气照明的成本和用油及油脂的成本进行对比测试。他在1808年通过班克斯爵士（Sir Joseph Banks）向皇家学会提交的一篇论文中写道：

我的设备包括一只铁制干馏釜、涂锡的铜管以及铁管，通过这些管子可以把煤气通到相当远的距离。煤气在远处以及中间的好几处，通过各种形状和不同尺寸的小孔被点燃。这些实验用的是不同质量的煤……煤气还经过水洗，并采用其他方法加以净化。

一个燃烧器上有许多小孔，就像洒水壶的喷嘴。另一处，煤气在一个长薄板上燃烧。还有一种燃烧煤气的阿尔甘灯，当时这种灯是指带有灯芯和玻璃灯罩的常用型油灯，是由阿尔甘（Pierre Ami Argand，1750—1803）发明并于1783年传入英格兰。博尔顿和瓦特1784年也对此产生了兴趣。在燃烧煤气的阿尔甘灯中，空气是从一个由玻璃圆筒罩起来的环形灯头的中心引入的。此外，默克多还把煤气收集到涂锡的铁容器中，和由皮革或涂漆的丝绸制成的袋子里，以制出便携式灯来。

1798年，默多克迁至伯明翰以便在博尔顿和瓦特的著名的索霍制造厂工作。在那里他继续进行更大规模的实验，干馏釜用的是深30英寸、直径12英寸的立式铸铁罐，密合的盖子用黏土封涂，装料达15磅，干馏釜则被加热到红热。虽然公司的主要建筑“连续许多个夜晚”都是用煤气照明，但有证据显示这些实验到1801年已停了下来，因为公司对此缺乏兴趣。

默多克对煤气照明的特殊而又重要的贡献是，从一开始他便跟随沃森，系统研究了在不同温度和碳化时间的条件下，不同类别的煤的相对表现。

虽然我们尚未见到过同时期勒邦的热灯图片，但它或许类似于根据帕绍的宫廷司库文茨勒（Johannes B.Wenzler）的设计——由代森伯格（J.M.Daisenberger）于1802年建造的那种［13］（图140）。适合于装饰居室的代森伯格热灯可分成三部分。炉子在最下部，上面是一只方形铁板干馏釜，重馏分便由此排出。干馏釜的上面是一个圆形容器，装有一只浸在冷水中的盘管。煤气上升进入油漆过的丝绸管内，传送到写字台上的照明灯的灯头里去。

图140　根据文茨勒1802 年的设计制造的两种形式的代森伯格“热灯”。

（A）炉子；（B）干馏釜；（C）冷凝器；（F）过压释放管；（G）重馏分接收器。

文策勒（Zachaus Andreas Winzler，1750—1830？）是一位住在奥地利的摩拉维亚的化学制造商，他也从勒邦那里得到启发，于1802年12月举行了多次晚餐，宴会上的菜肴都是用煤气炉烹制的，而且餐厅也是用煤气取暖的［14］。1803年，他发表了自己的方法的详细说明［15］。他的干馏釜是以当时常用的实验室设备为基础制造的，但在如图141所示的那一只干馏釜上面，留有加热烹调用具的空间。煤气经过水（没加石灰）洗，可以通到装有四个灶头的灶具上，以及后边的一个小烘箱内，或者通到外表像是风箱，上面可以放小的重物的储气罐上。煤气可以从储气罐通到房间里，供加热取暖器和点亮阿尔甘灯使用。

图141　文策勒的煤气装置。

这与当时的实验室装置相似，适用于家庭烹调。

被勒邦在塞格莱酒店的展览吸引的许多人中，有一位古怪的德国“商业教授”温泽尔（Friedrich Albrecht Winzer，1763—1830），他随后把自己的名字英国化为温莎（Friedric Albert Winsor）。虽然他是对科学一窍不通的人，也没有机械方面的才能，却迷恋着用煤气为家庭和城市照明的想法。他并没有从勒邦处购买热灯，而是经过非常艰苦的努力之后，成功地为自己制造了一套。在欧洲各国努力兜售了一番煤气灯的观念之后，他大约在1803年底来到英国，“之所以有介绍这一发明的想法，是因为大英帝国的巨大发展像一束电火花打动了我……”

塞格莱酒店的另一位重要访客是格雷戈里·瓦特（Gregory Watt），他是詹姆斯·瓦特的次子，尽管从严格的法律意义上讲英国和法国仍然处于战争状态，他还是想办法到了巴黎。他向他的哥哥詹姆斯（James）寄了一份关于勒邦工作的报告，指出如果他们公司想从默多克的实验中获得任何利益的话，就再也不能错失时机了。

勒邦没有说服任何人接受他的建议。1804年11月30日晚，他在香榭丽舍大街遭到抢劫并被刺致死。尽管他富有远见，但他在37岁时的遇害使得欧洲大陆对煤气照明的所有兴趣泯灭了许多年。只有在英格兰才有煤气照明发展的有利条件。这是有很多原因的。美国的战争和拿破仑战争阻碍了鲸油和俄国牛油的供应，使得灯油和蜡烛的成本在18世纪末陡然上升。更进一步说，由于棉纺厂特别易于失火，相应地保险费就很重。因此，棉纺厂厂主对任何既经济又安全的新光源都很感兴趣。这对于克服煤气在生产、净化、存储和销售中存在困难的激励是很大的。在这些情况下，默多克的处境就非常有利，因为煤气灯的早期实验者中只有他可以得到有经验的机械师和工人们的帮助。如果没有索霍制造厂，他可能会困难重重。

由于格雷戈里·瓦特那封描述了勒邦的演示的信，默多克得以在1801年底重新开始他的实验。当索霍制造厂灯火通明地庆祝1802年3月27日签订的《亚眠和约》时，装饰物中引人注目的是两座煤气照明灯，在主建筑物的两端各有一座，是由放在普通壁炉中的一个小干馏釜通过烟囱用管子供应煤气的［16］。至于整座建筑物的正面都被煤气灯照亮的说法，是不真实的。

从那时起，在著名的曼彻斯特化学家亨利（William Henry，1774—1836）的鼓励下，默多克采用各种直立的、倾斜的、水平的铸铁干馏釜，积极地进行煤气照明实验。虽然人们曾做过测试来确定使用的最优煤炭等级，圆筒芯的灯与普通煤气燃烧器的相对效率，以及煤气和蜡烛照明的相对成本等，但对煤气本身或净化煤气的方法的研究似乎还没有什么人去做。到1804年，博尔顿和瓦特对默多克的装置有了足够的信心，认为它可以招揽到订单了。他们的第一位客户是菲利普斯和李公司（Phillips & Lee）的乔治·李（George Lee），他是曼彻斯特附近索尔福德的英国最大的一家棉纺厂的厂主。

对为菲利普斯和李公司制造的设备进行的第一次测试于1806年1月1日晚举行，共用了50盏灯煤气照的灯。默多克报告说，可喜的是没有“索霍臭味”。安装的第一阶段（图版13A）于3月完成。有6台铸铁罐式干馏釜，各深5英尺6英寸，直径从3英尺6英寸到3英尺逐渐变细（图142），3个一组装在起重机下面，起重机可以把每个装有约15英担煤投料的网格式金属筐吊放进去。煤气由手工操作经过水封（图143）输送到干燥的主管，到达一座长约6英尺、直径2英尺6英寸的圆柱形立式空气冷凝器中。煤焦油则流进一个坑内，煤气通至装在水上的一排边长为10英尺的立方体铁板储气罐中，每个储气罐的中心由一根绳索通过一个滑轮笨重地吊着，绳索的另一端则系着一块平衡锤。

可以说，再也没有比这更为粗糙的设备了。蒸馏釜煤焦化的效果很差，还耗去焦炭结成硬壳。从唯一可以得到的草图来判断，煤气既未经过水洗，也未经过净化。默多克对于没有气味这一点感到满意的时间肯定也不长。但是，尽管有这么多缺陷，照明的成本却大大降低了，而且设备也得到了扩展。到1807年，它已能为整座工厂服务，还扩展到一小段私有道路以及李的住处。整套设备总共连有271盏阿尔甘灯和633个鸡距灯——在管子封闭的末端有三个小孔构成的煤气头。单孔的煤气头被称为“老鼠尾巴”，三孔以上的则被称为“鸡冠”。

图142　默多克为菲利普斯和李公司制造的第一座干馏釜的剖面图，1805—1806年。另见图143。

图143　默多克首台装置上的水封详图。

伯明翰参考图书馆博尔顿和瓦特藏品馆收藏的图纸表明，到1808年，默多克已经发展出标准的生产过程，直到公司于几年之后放弃生产煤气装置，都很少有变动。他使用的水平铸铁干馏釜（图144）长4英尺，单端头，横截面为椭圆形，大小约为2英尺×1英尺。1810年，他还用耳形和其他形状的横截面做过实验，但都似乎未曾实际使用过。干馏釜上装有一个带有长方形开口的盖头，设置成45度角，用铰链板关闭。从炉子中来的热量经过烟道对干馏釜加热，而不像他最初设计的那样是直接加热的。粗制煤气从干馏釜前面上升，经过一个液压密封装置进入干燥的主管道。在有些设计中，从干馏釜前面出来的煤气向下通至水封，没有液压总管。

图144　默多克的水平卧式干馏釜，1808年。

煤气被通至一个立式圆筒形冷凝器里，有时是空气冷却，有时用储水罐里的水冷却。在这里它会遇到一股从底部引上来的水，这项设计显然是以蒸汽机的冷凝器为基础的。煤气、水和煤焦油从冷凝器的底部到达一个小室，煤气由此通向储气罐，水和煤焦油则一点一点地滴到一个焦油坑里，或者至少在一种情况下是流入一个水槽里。这里不用石灰进行化学净化处理。煤气是从直立管的下端进出储气罐的，有时是直接通过两端有笨重液压阀门的管子从侧面进入罐内，以便让储气罐上升或下降。储气罐为长方形，通常约为10英尺×10英尺×20英尺大小。

虽然据说博尔顿和瓦特在1814年左右放弃制造煤气装置，是由于他们对于对手们的成功感到非常愤怒，但似乎可能是因为他们的客户更喜欢别人制作的更好的设备而抛弃了他们。他们初期的成功在很大程度上并不是由于其观念有根本的合理性，而是由于他们的声望、他们的工厂和车间、他们掌握的资本、他们的推销技巧，更重要的还有默多克（William Murdock）作为当时最伟大的机械工程师之一所享有的崇高声誉。

但无论如何，默多克还是被第一个带着化学工程师的视野去研究煤气照明的人给远远超越了。大克莱格（Samuel Clegg the elder，1781—1861）——曾接受过道尔顿（Dalton）的教导——很快便成为默多克的成功的竞争对手。曾做过博尔顿和瓦特的学徒工的克莱格在庆祝《亚眠和约》签订的活动中做过照明工作，虽然他后来说，默多克拒绝向他透露自己的方法。克莱格于1805年离开这家公司。在为许多小工厂安装了煤气装置之后，他获得了一份订单，为哈利法克斯附近的洛奇（Henry Lodge）的棉纺厂配备煤气装置，合同中要求他比默多克为菲利普斯和李公司安装的煤气装备提前两周完成。克莱格或许是把煤气通过石灰水进行净化的第一人，这个主意使他在1808年获得了艺术促进学会（即后来的皇家艺术学会）的奖章。起初的做法是把石灰加到储气罐下面的水中，再把煤气通进去冒泡水洗。1810年，斯托尼赫斯特学院引进了一台独立的石灰处理机。克莱格于1811年发明了水压主管，供格林韦（Greenway）棉纺厂4台一组的干馏釜使用［17］。次年，他为斯特拉特福著名的出版商兼雕刻师阿克曼（Rudolf Ackerman）的办公室和寓所安装了煤气（图版12A）。化学讲师、第一本煤气照明教科书的作者阿库姆（Frederick Christian Accum，1769—1838）对该设备有详细描述。它包括两座铸铁的卧式单端圆截面干馏釜，一次投料的煤重约1英担，煤气经过水压总管，在浸到储气罐下面水中的盘管里冷凝。煤气在需不时用手工搅动的湿石灰机中净化，并以冒泡状通过储气罐里的水洗涤。该装置可供48盏阿尔甘灯和32盏鸡距灯使用，既可用于照明，也可用于金属板供暖。

独立于默多克和克莱格，温莎于1804年秋开始在伦敦公开演示煤气灯。从一开始他就认识到，博尔顿和瓦特的一个厂接一个厂、一间房接一间房地安装煤气设备的观念是有问题的。他看到应该通过从中央煤气生产站分出去的主管向用户供应煤气。他还认识到为达到这一目标所需要的资金总额将会超过任何个人或一批资本家的能力范围。这就必然要取得国会的许可证，以组织联合股份有限责任公司。

1806年，温莎为游说成立国家照明和供暖公司（The National Light and Heat Company）——“以向我们的街道和住宅提供照明和取暖……就像现在的供水一样”——进行了多方论证，结果使他大受鼓舞。尽管他的言辞有些夸夸其谈，许诺给投资者的利润近乎荒谬，但他具有博尔顿和瓦特所缺少的东西——想象力和对煤气照明的社会及经济潜力的把握。

1807年6月4日乔治三世（George Ⅲ）生日那天，他获得了许可在卡尔顿宫的花园与林荫路之间的墙上展示他的煤气灯。12月，他点亮了正对着卡尔顿宫的保尔大街以南的部分地区。公众们第一次认识到，在温莎疯狂的背后，除了夸大狂以外还有更多的东西。他的以阿索尔公爵（Duke of Atholl）和安森勋爵（Lord Anson）为首，由商人、银行家和其他人组成的委员会非常轻率地宣布，任何人只要捐助5英镑，一年便能获得5700英镑的收入，他们还决定向议会申请许可证。

对于将其个人资本冒险投资于工厂和商店的一般商人来说，这样的公司似乎是对私有企业的一种侵犯，是无论如何都应该受到抵制的。博尔顿和瓦特及其他许多利益集团都使用了一切手段来阻碍许可证的通过，但情况是支持集中供应煤气的力量太强大了。国家照明和供暖公司——后改名为煤气灯和焦炭公司（The Gas Light and Coke Company）——于1812年初获得了许可证。

在开始时，这家得到特许的公司由于温莎在商业运作上的反复无常而困难重重，他既不是管理者，又不是工程师，而且董事会在几个月内就被他粗暴地赶走了。另一个失误似乎是由阿库姆造成的，他在为许可证的斗争中曾被聘为技术方面的证人，公司一成立就给了他一个重要职位。他于1817年辞职。

这种困境被克莱格挽救了回来，他是在1812年末加入公司的，恰好是在公司疲于应付日益增长的因煤气灯引发的可怕问题的时候。1814年4月1日，威斯敏斯特圣玛格丽特教区赞成使用煤气的人们已不再使用油灯，好奇的人群跟着装灯人，围绕在他们周围。到1815年5月，伦敦的煤气主管线已有约15英里长了。到12月，已发展到26英里。甚至在此之前，采用煤气照明的工厂和公共建筑所需的保险费已经下降了。

在克莱格为煤气灯和焦炭公司设计的第一套装置中（图版12B），干馏釜是铸铁的，截面呈圆形，直径从前端的12英寸至后端的10英寸逐渐变细。这些干馏釜都是单端的，长约10英尺。它们对煤的焦化效果很差，不久便被放弃，改用椭圆截面的干馏釜，其一边是平的，用铲斗、长柄铁锹和钉耙装料和出料，这种方法一直沿用了几十年。

克莱格把在浸到储气罐内水中的盘管里冷却煤气的不很方便的办法固定了下来。煤气是在湿石灰机中净化的，并在储气罐下面的木支架支撑的隔箱中水洗，只是现在是用独立的水源供水。

虽然石灰处理机对于除去煤气中含有的硫杂质有一定作用，但它会产生一种恶臭、有毒的无用液体，称为“蓝渣”。有几家公司将其倾注到下水道里，污染了河流，毒死了鱼类。煤气灯和焦炭公司则将其放在干馏釜下面蒸发浓缩，在夜晚则把所产生的肮脏废物运出去倒掉。

克莱格由于工资纠纷于1817年离开了公司。同年他和阿库姆在皇家铸币厂安装了煤气装置，因为该装置中装有一套半连续的焦化系统、一台半固体石灰处理机、一台自动湿式计量器和一台煤气调节器，所以很引人注目。

图145　马拉姆的湿式计量器。

该设备包括一个叶轮，一个内室和四个外室，在一个壳体内旋转。煤气进入内室，在经过外壳中的一个出口管逸出时推动叶轮转动。

焦化系统由扇形托盘构成，各个托盘上都装着煤，由水平轮之间的辐条支撑着，用手转动，可以把煤带进炉内。这在当时虽说既精巧又先进，但由于使用时磨耗过大，因此还是被废弃了。克莱格的湿式计量器呈圆筒形，可转动，起初分为两室，后来分为三室，当圆筒转动时交替着充入和排出煤气。这种装置复杂而且机械性能很不稳定的阀门机构导致了它的失败，虽说其原理至今仍被用以计量工厂的煤气输出量。1819年，克莱格的女婿马拉姆（John Malam）——他也是煤气灯和焦炭公司的雇员——对湿式计量器作了很大的改进［18］（图145）。煤气调节器实际上是一个微型储气罐，会随着压力的变化而起落，根据它的位置来开关阀门。

克莱格在煤气灯和焦炭公司的继任者佩克斯顿（T.S.Peckston），写了第一本关于煤气的现代教科书。他确立的原理至少指导着随后75年的煤气生产。他安装过三座、四座和五座成排的干馏釜，尽管可以保证均衡供暖的满意设计还需要几年时间才发展出来。虽然还存在缺点，他还是使用了铸铁干馏釜。直到19世纪中期，在英国才普遍使用装有铸铁嘴的用耐火材料制造的干馏釜。不久，两排干馏釜开始背对背地排放。到1850年，“贯通式”装置——长约18英尺、两端开口的干馏釜——开始在较大的工厂投入应用。最初必须在两端人工投料和出料（图版13B、图版14A）。用机器进行自动和半自动投料和出料的方法后来才被引入。(https://www.daowen.com)

菲利普斯（Reuben Phillips）的干石灰法于1817年获得了专利。1823年，马拉姆提出的把煤气先从一个方向，然后再从另一个方向通过多层生石灰的方法也获得了专利。这也许导致了据说在这一时期出现的煤气的显著改进。直到19世纪末，石灰才让位于铁的氧化物。虽然铁的氧化物可以除去游离态硫化氢中的硫，但它却未能去除少量存在的其他硫化合物。铁的氧化物的使用取决于白炽灯照明的引进，因为无烟道燃烧的煤气比例大大降低了。

最初，干馏釜受到来自后面自身的压力，因在高温下煤气受到“裂化”，留下的炭的沉积物必须用手工铲掉。这样一个难题，直到19世纪30年代后期引入了抽气泵才被解决。没有这些东西是不可能降低干馏釜中的压力的，而且煤气甚至不能通过高效的洗槽和洗涤器。在这些设备引入之前，会有大量的氨气到达主管道，对铜和黄铜管道以及配件产生腐蚀，使一种危险的爆炸性化合物沉积下来，而且使煤气有一种令人作呕的臭气。

虽然落叶松（美洲落叶松）木制主管道迟至1878年才在美国得到广泛使用［19］，但伦敦的主管道还是铸铁的，在1810年首先用于供水。用这样的管道供气比采用小口径的服务性管道存在的问题少多了。这种小口径管道被称为“枪管”，这个词至今仍被煤气安装工们使用，因为其制造方法与廉价枪管的制造方法相同，是用4英尺长的铁片在一根心轴上成形，再把接口焊接起来制成的。因为便宜，在对法国的战争结束之后，供应充分的旧的或报废的枪管往往会被投入使用。制造枪管的许多问题直到1825年怀特豪斯（Cornelius Whitehouse）取得制造冷拔铁管的专利之后才得到解决，在随后的10年中，这一工艺又得到了完善。图146所示的就是一根早期的煤气管。

图146　库珀煤气公司于1836年铺设的一段直径0.5英寸的铁管。

（左）外观图；（右）剖面图（已放大）。

图147　萨格（Sugg）的阿尔甘煤气头，被英国政府于1869年采纳为标准煤气头。

（A）至燃烧室的供气管；（B）玻璃罩支架；（C）锥形体，外层供应空气；（D）冻石燃烧室；（E）火焰；（F）灯罩。

计量仪表在许多年里并没有供用户使用，直到19世纪50年代，干式计量表才开始普及。煤气在以前往往不是按体积收费的，而是按在一定时间里所用的煤气头的数量收费——这项制度导致了大量煤气被窃。有人简单地在煤气管开口处点燃煤气，使得煤气管破裂，许多烤鱼店喜欢把火焰烧得有10英寸长。不久之后，蝙蝠摇摆煤气头和鱼尾状煤气头便成了标准。前者是由一个狭长的裂缝构成的，后者则能喷出两股煤气交织在一起，这一系统是在1820年左右由尼尔森（J.B.Neilson）发明的。非常优秀的阿尔甘煤气头就从未流行过。这种煤气头易受煤气压力变动的影响，在调节得不好时易于冒烟，价格也很昂贵，玻璃罩更使得它难以维护（图147）。

到1823年，在泰晤士河以北的伦敦地区，有三家得到许可的竞争性公司在营业。每家公司都进入了对方的区域范围，他们的主供气管像蚯蚓一样，相互盘绕在一起。鲸油业最初曾加入到那些希望把煤气视为危险的、有毒的或者说是对上帝的公然蔑视的东西而予以全面取缔的努力中去，后来他们也直接参与了与煤气业的竞争。动物油脂被放入铸铁蒸馏器中加热裂解。铸铁在反应中起催化剂的作用，但很快就会为碳所覆盖，以至于不再发生作用。这是一个致命的缺点，所有的油脂煤气公司到1830年左右都倒闭了。

工厂、公共建筑和商店几乎都立即采用了煤气。截至1825年，教堂、银行、《泰晤士报》印刷厂、机械学院、东印度宫、德鲁里·莱恩剧院以及6家伦敦俱乐部都用煤气照明。但是，净化不完全、装配粗劣、接头渗漏和天花板被熏黑，这些因素结合在一起，使其在小房间使用时会令人不堪忍受。讽喻画家马丁（John Martin）表现的在地狱主持魔鬼会议的撒旦，就是被闪烁着的煤气火焰的光环照耀着。甚至连阿库姆的讨人喜欢的摄政时期的设备，或者卡斯隆（William Caslon）于1818年设计的水滑道——一个用可伸缩滑动的管子做的煤气灯架和一个可上可下的水密封——都未能驱散公众的偏见。虽然伦敦市长官邸在1825年已有2062盏煤气灯，但在市长大人的客厅里却一盏也没有。迟至1833年，《机械工杂志》（Mechanics'Magazine）指出，把煤气用于家庭照明的适当方法是把煤气头放在窗户外面，把光线反射进屋内。1841年，小克莱格警告说，在房间内由煤气灯引起的“恶心和压抑性头痛”是由于室内通风不良所致。1843年，法拉第应阿泰纳默（Athenaeum）之邀，去减轻“煤气使人头脑昏乱的效应”，并防止书籍的装订处受到损坏。1851年，煤气被完全排除在水晶宫之外（日落即关闭），这样该行业就不得不在工艺学院自行举办展览［20］。经过几年的发展，在每一盏灯上装一个小的通风管——称为除烟管——已成为一种惯例。

煤气的应用效率一直很低，直到大气压煤气头被设计出来。在这种煤气头中，空气是在略低于煤气燃烧点时加进煤气中去的。这种煤气头出现在1840年前后，晚得令人惊讶［21］。1855年，便携型煤气头由本生（R.W.Bunsen，1811—1899）为他在海德堡的新实验室设计出来，并用他的名字命名。1867年人们采用了煤气环。莫恩（Benjamin Waddy Maughan）于1865年取得了热水器的专利，但他没有保护好这个名称，致使所有的生产商都在使用。虽然迈本（John Maiben）于1813年就曾提出过一种煤气取暖装置，即在铸造金属的“幻想轮廓图”上喷射出煤气火焰来。装有我们今天所熟悉的发热体的煤气取暖器直到1880年才被引进，在其后的20年里也未普及。用煤气烹饪在19世纪70年代以前并不常见，虽说人们至今仍比较熟悉的上面带有热铁板的铸铁盒在1850年左右便已被引进（图148）。灶具自1880年起从根本上就几乎没有变化，直至1930年前后温度调节装置开始普及。

煤气对社会和经济的影响之大怎么说都不为过。尤尔（Andrew Ure）嘲笑那些声称阳光对成长必不可少的人说，孩子们在用煤气照明的工厂中一天工作12小时也不会受到任何伤害。如果说煤气必须要为19世纪早期那长得令人无法容忍的劳动时间承担某些责任的话，那也应看到它给工人和他们的家人带来了一种新的生活。因为煤气促进了机械学院的夜校出现，并且有助于产生新的文化和教育形式。人们能够在工作时间之后，聚集到灯火通明的大厦里学习，这加速了产生民众政府的进程。没有煤气灯，19世纪的社会、工业和公众生活便不可能这样发展。

图148　夏普（Sharp）的煤气烹饪装置，约1851年。

占地4.5×4.5平方英尺，炉子上面是汽锅，用来给水壶和平底锅加热。这套装置可以烹饪100人所需的正餐。

早期那些公司迅速成功所产生的推动力如此巨大，使英格兰人承揽了欧洲大陆和美国的许多安装工程。煤气设备和管道方面的出口贸易也有了巨大发展。从1828年直到19世纪80年代，英国的煤气工业经历了一段轻松而又引以为豪的繁荣时期。贸易委员会1869年的报告抱怨说，在不同城市带有不同煤气头的照明动力之繁杂令人不可思议，而且煤气之浪费也令人气愤。

不久，煤气业突然从麻木状态被惊醒，因为在1879—1884年间电弧灯和白炽电细丝灯取得了商业上的成功。煤气股暴跌，如果没有奥地利发明家韦尔斯巴赫（Carl Auer von Welsbach，1858—1929）于1885年获得的白炽煤气灯罩专利，煤气工业将处于非常困难的境地。对电的威胁的应对措施已被发现，煤气能够作为照明介质维持其身价，同时该行业也在开发能发挥其在20世纪的主要功能——为家庭和工业应用提供灵活方便的热能，为化工生产提供所用的原料——所必需的技术。

对于下列人士提供的诸多信息和帮助，作者深表感谢：药物学史学会主席布韦（M.Bouvet）博士，德意志博物馆的克莱姆（F.Klemm）博士，伯明翰参考图书馆博尔顿和瓦特藏品馆馆长，以及伯明翰分析化验室的化验师。有关勒邦的资料，都引自法约尔（Amédée Fayol）的《菲利普·勒邦》（Philippe Lebon）和戈德里（Charias Gaudry）在《法国煤气工业部门，1824—1924》（L'Industrie du gaz en France，1824—1924）中广泛引用的文章。

第9章 照明和供暖用气体

第9章　照明和供暖用气体