Propan – Eigenschaften, industrielle Anwendungen

Allgemeine Merkmale von Propan

Propan ist die dritte Verbindung in der Reihe der homologen Alkane mit der Summenformel C₃H₈. Es besteht aus drei Kohlenstoff- und acht Wasserstoffatomen. Alle im Propanmolekül vorhandenen Bindungen sind von Natur aus gesättigt.

Propan wird in den meisten Fällen in Druckbehältern in flüssigem Zustand gelagert. Beim Entleeren der Flasche verdampft flüssiges Propan aufgrund des Druckabfalls und geht in den gasförmigen Aggregatzustand über. Es ist ein farb- und geruchloses Gas, weshalb es häufig mit einem Duftstoff versehen wird. Der charakteristische Geruch ermöglicht eine schnelle Erkennung von Lecks und Undichtigkeiten in Gasinstallationen. Propan ist wie andere Alkane chemisch wenig reaktiv, was gewährleistet, dass seine Struktur bei der Lagerung und Aufbewahrung unverändert bleibt. Propan-Dämpfe sind schwerer als Luft und neigen daher dazu, sich tief zum Boden zu senken und über dem Boden zu schweben.

Physikalisch-chemische Eigenschaften von Propan:

• farbloses und geruchloses Gas,
• es ist unlöslich in Wasser,
• es löst sich gut in Ethanol und Diethylether,
• mit Luft bildet es ein explosives Gemisch,
• seine Dichte ist größer als die der Luft,
• es ist ein nicht toxisches Gas.

Die größten Mengen an Propan stammen direkt aus den Verfahren zur Verarbeitung von Rohöl und Erdgas. Aus Rohöl wird es in der Regel durch Destillation in Form eines Gemischs mit Butan gewonnen. Als fossiler Brennstoff tritt Propan häufig neben anderen Gasen wie Methan, Ethan oder Butan auf. Im Labormaßstab wird es in der Regel durch eine Synthesereaktion z.B. unter Verwendung von Buttersäurenitril und Natrium. Darüber hinaus kann Propan auch als Nebenprodukt bei der Raffination von erneuerbarem Dieseltreibstoff gewonnen werden. Wenn die Heizungsbranche in Zukunft vermehrt erneuerbaren Dieseltreibstoff als Brennstoff einsetzen wird, könnte die Produktion von Propan an Bedeutung gewinnen, was wiederum Propan zu einem umweltfreundlichen alternativen Treibstoff machen würde. Vielmehr ist dieses Gas unschädlich für die Umwelt. Im Falle einer Verschüttung oder Freisetzung stellt es keine Gefahr für Böden, Oberflächenwasser oder Grundwasser dar.

Ähnlich wie bei den anderen Alkanen der Fall ist, unterliegt Propan in erster Linie Verbrennungsreaktionen. Je nach der Menge des am Vorgang beteiligten Sauerstoffs wird zwischen vollständigen und unvollständigen Verbrennungsreaktionen unterschieden. Im ersten Fall (bei uneingeschränkter Sauerstoffzufuhr) entstehen als Produkte Kohlenstoff(IV)-oxid und Wasser. Aus energetischer Sicht ist dies am vorteilhaftesten. Im zweiten Fall (bei eingeschränkter Sauerstoffzufuhr) entstehen Kohlenstoffmonoxid (II) – das giftige Kohlenmonoxid – und Wasser oder elementarer Kohlenstoff und Wasser.

Außer den Verbrennungsreaktionen reagiert Propan auch mit Halogenen. In der Praxis sind dies meist Chlor– oder Brommoleküle. Der Mechanismus solcher Reaktionen ist radikal, und der gesamte Prozess wird durch Licht ausgelöst. Bei der Chlorierung oder Bromierung löst sich eines der Wasserstoffatome des Propanmoleküls ab und wird durch ein Halogenradikal substituiert. Das abgelöste Wasserstoffatom verbindet sich mit dem anderen Radikal zu einem Halogenwasserstoffmolekül, also entsprechend zum Chlorwasserstoffmolekül bzw. Bromwasserstoffmolekül. Es ist jedoch zu beachten, dass bei Alkanen mit längeren Molekülen als Ethan bei der Halogenierung isomere Produkte gebildet werden. Im Falle von Propan kann es zur Substitution eines primären oder sekundären Kohlenstoffatoms kommen. Experimentell wurde die Reaktivität der Kohlenstoffatome in Propan in unterschiedlichen Substitutionsgrade bestimmt. Der sekundäre Substitutionsgrad ist dabei der reaktivste – er lässt sich am leichtesten aus dem Molekül der Verbindung herauslösen. Es ist wichtig, daran zu denken, dass man bei der Bromierung oder Chlorierung nicht nur ein Derivat erhält, sondern ein Gemisch davon. Dominierend ist immer dasjenige, bei dem das Halogen anstelle des sekundären Kohlenstoffatoms substituiert ist. Außerdem ist die Bromierungsreaktion eine besonders selektive Reaktion. Die Ausbeute des Hauptprodukts liegt in der Regel bei fast 99%.

Verwendungsmöglichkeiten in der Industrie

• Propan ist in erster Linie eine wertvolle Quelle, aus der Energie gewonnen wird. Aufgrund seiner hohen Oktanzahl eignet es sich hervorragend als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren. Nach Benzin und Diesel ist Propan der am dritthäufigsten verwendete Transportkraftstoff in der Welt. Das in Fahrzeugen verwendete Propan wird als HD-5-Propan bezeichnet und ist ein Gemisch aus Propan und kleineren Mengen anderer Gase. Ein solcher Kraftstoff sollte aus mindestens 90% Propan, höchstens 5% Propylen und 5 % anderen Gasen, vor allem Butan und Butylen, bestehen. Propan hat eine höhere Oktanzahl als Benzin, so dass es bei höheren Verdichtungsstufen des Motors verwendet werden kann und widerstandsfähiger gegen Klopfen bei der Verbrennung ist.
• In Hausheizungsanlagen (z.B. für die Raumheizung oder Warmwasserbereitung) wird Propan als Heizstoff Aufgrund seiner Effizienz, Vielseitigkeit und Verfügbarkeit in Gebieten, die nicht an Erdgasleitungen angeschlossen sind, erfreut sich Propan zunehmender Beliebtheit bei den Hausbesitzern. Die Beheizung eines Hauses mit Propan bietet denselben Komfort und dieselbe Effizienz wie die Beheizung mit Erdgas. Darüber hinaus heizt es schneller und hält das Haus länger warm als das beim Heizen mit elektrischer Energie der Fall ist. Man sollte daran denken, dass beim Heizen mit Propan unbedingt Kohlenmonoxid (II)-Detektoren in der Wohnung installiert werden müssen, das bei der Verbrennung des Brennstoffs entsteht. Kohlenmonoxid (II) ist ein geruchloses und hochgiftiges Gas.
• Propan ist auch ein hervorragendes Kühlmittel in Kühlanlagen. Es wird in der Regel in kleinen und mittelgroßen Klimageräten und Kühlanlagen verwendet. Dieses Kältemittel ist in all diesen Geräten technisch rentabel. Der Nachteil der Verwendung von Propan ist in diesem Fall seine hohe Entflammbarkeit. Dies erweist sich als besonders gefährlich bei einem Leck oder einer Undichtigkeit der Anlage. Bedenken über Brandexplosionen und Brandschutz haben in den letzten Jahren die breite Verwendung von Propan als Kältemittel stark ausgebremst.
• Propan ist auch einer der grundlegenden Rohstoffe für die chemische Industrie. Es wird zur Herstellung zahlreicher Derivate verwendet, darunter Acrylsäure, Propionsäure und Propylen.
• Eine interessante Anwendung von Propan ist die Verwendung in gasbetriebenen Wäschetrocknern. Solche Trockner sind eine gute Alternative zu elektrischen Trocknern.
• In der Kosmetikindustrie wird Propan zur Abfüllung von Aerosolverpackungen verwendet.

Die wichtigsten Propanderivate

Propanol

Eines der Derivate von Propan ist Propanol, das zur homologen Reihe der Alkohole gehört. Propanol ist eine farblose, transparente Flüssigkeit mit einem stechenden, charakteristischen Geruch. Es löst sich sehr gut in Wasser und Ethanol. Es ist eine leicht entflammbare Flüssigkeit. Mit Luft bildet es ein explosives Gemisch, Propanol tritt in zwei isomeren Varianten auf – n-Propanol und 2-Propanol, auch Isopropanol genannt, je nachdem, an welches Kohlenstoffatom im Molekül die Hydroxylgruppe (-OH) gebunden wird. Es ist für Menschen eine gefährliche Verbindung. Sie schädigt das Nervensystem und verursacht narkotische Zustände. Der Aufenthalt in den Dämpfen dieser Substanz verursacht Schläfrigkeit, Schwindel sowie Seh- und Geruchsstörungen.

Propanol wird hauptsächlich in der chemischen Industrie verwendet, vor allem als Lösungsmittel. Es kann auch in der Zusammensetzung von Präparaten zur Reinigung und Desinfektion von Oberflächen für den Einsatz in der Medizin und der Lebensmittelindustrie gefunden werden.

Propionsäure

Propansäure oder auch Propionsäure ist ein Beispiel für eine Carbonsäure mit der Summenformel C₂H₅COOH. Sie zeichnet sich durch das Vorhandensein einer -COOH-Carboxylgruppe in ihrem Molekül aus. Diese Säure nimmt die Form einer farblosen, öligen Flüssigkeit mit hoher Löslichkeit in Wasser an. Propionsäure zeichnet sich durch einen stark herben, unangenehmen Geruch aus. Sie ist brennbar und ihr Gemisch mit Luft ist explosiv. Sie kommt in der Milch und im Verdauungstrakt von Tieren vor. Sie wird auch im menschlichen Körper durch den Abbau von Zucker, Ballaststoffen und Pektin durch Bakterien gebildet. Dieser Vorgang wird als Propionsäuregärung bezeichnet.

Eine der wichtigsten Verwendungsbereiche von Propionsäure ist die Lebensmittelindustrie. Sie ist ein gutes Konservierungsmittel mit dem Symbol E-280. Sie wird als Zusatzstoff in Süßwaren, Schnittbrot und Roggenbrot verwendet. In Tierfutter wird Propionsäure als Schimmelschutzmittel eingesetzt.

Glycerin

Glycerin (oder Glycerol) ist einer der Vertreter der Triole. Sein systematischer Name ist Propan-1,2,3-triol. Es wird zur Gruppe der Polyhydroxyalkohole zugeordnet. Das Glycerinmolekül besteht aus drei Kohlenstoffatomen. An jedes von diesen ist eine Hydroxylgruppe (-OH) und ein Wasserstoffatom gebunden. Glycerin ist eine farblose, geruchlose, ölige Flüssigkeit. Es zeichnet sich durch hohe Entflammbarkeit und Hygroskopizität aus. Das Vorhandensein von bis zu drei Hydroxylgruppen macht es leicht löslich in Wasser – es mischt sich mit ihm ohne Einschränkung. Glycerin ist chemisch sehr reaktiv. Es unterliegt Verbrennungs- und Veresterungsreaktionen mit Salpetersäure (V). Außerdem reagiert es mit aktiven Metallen wodurch Salze entstehen, die Alkoholate genannt werden.

Glycerin wird hauptsächlich in der Kosmetik verwendet. Es ist einer der Bestandteile von Produkten, die für die direkte Anwendung auf der Haut bestimmt sind, z.B. Cremes, Lotionen und Gele. Glycerinhaltige Kosmetikprodukte sind besonders für Menschen mit empfindlicher, trockener Haut und für Menschen mit Hautkrankheiten (Psoriasis, Ekzeme, atopische Dermatitis usw.) empfohlen. Neben der Kosmetikindustrie wird Glycerin auch in der Lebensmittelindustrie verwendet. Es ist einer der Bestandteile von Lebensmittelfarbstoffen, wird als Süßungsmittel verwendet und dient auch zur Regulierung und Erhaltung des Feuchtigkeitsgehalts.