Propan – vlastnosti, průmyslové aplikace

Obecná charakteristika propanu

Propan je třetí sloučeninou v řadě homologních alkanů s molekulárním vzorcem C ₃ H ₈ . Skládá se ze tří atomů uhlíku a osmi atomů vodíku. Všechny vazby přítomné v molekule propanu jsou nasycené. Propan se nejčastěji skladuje jako kapalina v tlakových nádržích. Při vyprázdnění válce se kapalný propan vlivem poklesu tlaku odpaří a přejde do plynného skupenství. Je to bezbarvý plyn bez zápachu, proto se velmi často přidává odorant. Charakteristický zápach umožňuje rychle detekovat unikající nebo unikající plyn z plynoinstalací. Podobně jako ostatní alkany má propan nízkou chemickou reaktivitu, což zajišťuje, že jeho struktura zůstane během skladování nezměněna. Propanové páry jsou těžší než vzduch, takže mají tendenci klesat a usazovat se nízko u země.

Fyzikálně-chemické vlastnosti propanu

• bezbarvý plyn bez zápachu
• nerozpustný ve vodě
• dobře se rozpouští v ethanolu a diethyletheru
• tvoří se vzduchem výbušnou směs
• hustota větší než u vzduchu
• netoxický plyn

Největší objemy propanu pocházejí přímo ze zpracování ropy a plynu . Obvykle se získává z ropy destilací ve formě směsi s butanem. Jako fosilní palivo se propan často vyskytuje vedle jiných plynů, jako je metan , etan nebo butan . V laboratorním měřítku se obvykle získává syntézou za použití např. butyronitrilu a sodíku. Kromě toho lze propan získat také jako vedlejší produkt při rafinaci nafty z obnovitelných zdrojů. V budoucnu, pokud bude teplárenský průmysl stále více využívat jako palivo obnovitelnou naftu, může nabývat na významu výroba propanu, což zase udělá z propanu ekologické alternativní palivo . Navíc tento plyn není škodlivý pro životní prostředí. V případě úniku nebo úniku nepředstavuje žádné riziko pro půdu, povrchové ani podzemní vody. Jak s jinými alkanes , propan primárně podstoupí spalovací reakce. V závislosti na množství kyslíku zahrnutého v procesu se rozlišují reakce úplného a neúplného spalování . V prvním případě (při neomezeném přísunu kyslíku) jsou produkty oxid uhličitý a voda. Je energeticky nejprospěšnější. V druhém případě (omezený přísun kyslíku) reakcí vzniká oxid uhličitý – jedovatý oxid uhelnatý – a voda nebo elementární uhlík a voda. Kromě spalovacích reakcí reaguje propan také s halogeny . V praxi se obvykle jedná o molekuly chloru nebo bromu. Takové reakce mají radikální mechanismus a celý proces je zahájen světlem. Během chlorace nebo bromace se jeden z atomů vodíku v molekule propanu oddělí a nahradí se halogenovým radikálem. Oddělený atom vodíku se spojí s dalším radikálem za vzniku molekuly halogenovodíku, tj. chlorovodíku nebo bromovodíku. Všimněte si však, že u alkanů s delšími molekulami než ethan se během halogenace tvoří izomerní produkty. V případě propanu může být substituován primární atom uhlíku nebo sekundární atom uhlíku. Experimentálně byla stanovena reaktivita atomů uhlíku v propanu s různými hodnotami uspořádání. Sekundární atom je nejreaktivnější – nejsnáze se odděluje od molekuly sloučeniny. Pamatujte, že bromací nebo chlorací nevzniká jediný derivát, ale směs derivátů. Vždy převažuje ten, ve kterém je halogen substituován na sekundárním atomu uhlíku. Kromě toho je bromační reakce extrémně selektivní. Typicky výtěžek hlavního produktu dosahuje téměř 99 %.

Průmyslová aplikace

• Propan je především cenným zdrojem energie. Pro své vysoké oktanové číslo je velmi vhodný pro použití jako palivo pro spalovací motory. Propan je třetí (po benzínu a naftě) nejrozšířenější dopravní palivo na světě. Propan používaný ve vozidlech se označuje jako propan HD-5 a je směsí propanu s menším množstvím jiných plynů. Takové palivo by mělo tvořit minimálně 90 %propanu, do 5 %propylenu a 5 %ostatních plynů, zejména butanu a butylenu. Propan má vyšší oktanové číslo než benzín, lze jej tedy použít při vyšších kompresních poměrech motoru a je odolnější vůči klepání motoru.
• Domácí topné systémy (určené např. pro vytápění místností nebo vody) využívají jako topné palivo propan. Mezi majiteli domů se stává velmi oblíbeným pro svou účinnost, všestrannost a dostupnost v oblastech, které nejsou zásobovány rozvody zemního plynu. Vytápění domu spalováním propanu poskytuje stejný komfort a účinnost jako spalování zemního plynu. Navíc dokáže vytopit rychleji a udržet váš domov v teple déle než s elektrickým vytápěním. Stojí za to připomenout, že při vytápění propanem je nezbytné instalovat v domě detektory oxidu uhelnatého, protože oxid uhelnatý vzniká spalováním paliva. Oxid uhelnatý, běžně nazývaný oxid uhelnatý, je vysoce jedovatý plyn bez zápachu.
• Propan je také vynikajícím chladivem v chladicích strojích. Obvykle se používá v malých a středně velkých klimatizačních a chladicích jednotkách. Tento faktor je u všech těchto jednotek technicky nákladově efektivní. V tomto případě je nevýhodou použití propanu jeho vysoká hořlavost. To je zvláště nebezpečné, pokud systém netěsní nebo je bez tlaku. Obavy z požárů a požární ochrany v posledních letech vážně narušily rozšířené používání propanu jako chladiva.
• Propan je také jednou ze základních surovin používaných v chemickém průmyslu. Používá se k získání mnoha derivátů, včetně kyseliny akrylové, kyseliny propionové a propylenu.
• Zajímavé je, že propan se používá v plynových sušičkách na sušení prádla . Takové sušičky jsou dobrou alternativou k elektrickým sušičkám.
• V kosmetickém průmyslu se propan používá k plnění nádob aerosoly .

Hlavní deriváty propanu

Propanol

Jedním z derivátů propanu je propanol, který patří do homologní řady alkoholů . Propanol je bezbarvá a průhledná kapalina s charakteristickým štiplavým zápachem . Velmi dobře se rozpouští ve vodě a etanolu . Je to hořlavá kapalina. Se vzduchem tvoří výbušnou směs. Propanol se vyskytuje ve dvou izomerních formách – n-propanol a 2-propanol, také známý jako isopropanol, podle toho, ke kterému atomu uhlíku v molekule je připojena hydroxylová skupina (-OH). Sloučenina není bezpečná pro lidi. Poškozuje nervový systém a vyvolává narkotické stavy. Páry této látky způsobují ospalost, závratě, poruchy zraku a čichu. Propanol se používá především v chemickém průmyslu, především jako rozpouštědlo. Lze jej nalézt také jako přísadu do přípravků na čištění a dezinfekci povrchů pro použití v lékařství a potravinářském průmyslu.

Kyselina propionová

Kyselina propanová nebo _propionová je příkladem karboxylové kyseliny s molekulovým vzorcem _C2H5COOH . Je charakterizována přítomností karboxylové skupiny -COOH v molekule. Tato kyselina má formu bezbarvé olejovité kapaliny a je vysoce rozpustná ve vodě. Kyselina propionová se vyznačuje velmi štiplavým nepříjemným zápachem. Látka je hořlavá a její směs se vzduchem je výbušná. Vyskytuje se v mléce a v trávicím traktu zvířat. Produkuje se také v lidském těle v důsledku štěpení cukrů, vlákniny a pektinů bakteriemi. Tento proces se nazývá fermentace kyseliny propionové. Jedním z nejdůležitějších použití kyseliny propionové je její aplikace v potravinářském průmyslu. Je to dobrý konzervant potravin se symbolem E-280. Přidává se do cukrovinek, krájeného chleba a žitného chleba. V krmivech pro zvířata se kyselina propionová používá jako inhibitor plísní.

Glycerol

Glycerol (nebo glycerin) je zástupcem triolů. Jeho systémový název je propan-1,2,3-trio l. Patří do skupiny polyhydroxyalkoholů. Molekula glycerolu se skládá ze tří atomů uhlíku. Ke každému atomu uhlíku je připojena jedna hydroxylová skupina (-OH) a atomy vodíku. Glycerol je bezbarvá olejovitá kapalina bez zápachu. Vyznačuje se vysokou hořlavostí a hygroskopičností. Přítomnost až tří hydroxylových skupin ji činí snadno rozpustnou ve vodě – s vodou se míchá bez omezení. Glycerol je vysoce chemicky reaktivní. Prochází spalovacími a esterifikačními reakcemi s kyselinou dusičnou . Reaguje také s aktivními kovy, což vede k tvorbě solí nazývaných alkoholáty. Glycerol se používá především v kosmetice . Je složkou produktů, které se nanášejí přímo na pokožku, jako jsou krémy, pleťové vody a gely. Kosmetika s obsahem glycerolu se doporučuje zejména lidem s citlivou a suchou pokožkou a lidem trpícím kožními chorobami (lupénka, ekzémy, atopická dermatitida atd.). Kromě kosmetického průmyslu se glycerol používá také v potravinářském průmyslu. Je složkou potravinářských barviv, používá se jako sladidlo a také se používá k regulaci a udržení úrovně vlhkosti.