Propane – caractéristiques, applications industrielles

Caractéristiques générales du propane

Le propane est le troisième composé de la série homologue des alcanes, de formule moléculaire C ₃ H ₈ . Il est composé de trois atomes de carbone et de huit atomes d’hydrogène. Toutes les liaisons présentes dans la molécule de propane sont saturées. Le propane est le plus souvent stocké sous forme liquide dans des réservoirs sous pression. Lorsque la bouteille est vidée, le propane liquide s’évapore en raison d’une chute de pression et passe à l’état gazeux. C’est un gaz incolore et inodore, c’est pourquoi on ajoute très souvent un agent odorant. L’odeur caractéristique permet de détecter rapidement les fuites ou fuites de gaz des installations à gaz. Comme les autres alcanes, le propane a une faible réactivité chimique, ce qui garantit que sa structure reste inchangée pendant le stockage. La vapeur de propane est plus lourde que l’air, elle a donc tendance à tomber et à se déposer au ras du sol.

Propriétés physico-chimiques du propane

• gaz incolore et inodore
• insoluble dans l’eau
• se dissout bien dans l’éthanol et l’éther diéthylique
• forme un mélange explosif avec l’air
• densité supérieure à celle de l’air
• gaz non toxique

Les plus gros volumes de propane proviennent directement du traitement du pétrole et du gaz . Il est généralement extrait du pétrole brut par distillation, sous forme de mélange avec du butane. En tant que combustible fossile, le propane côtoie souvent d’autres gaz comme le méthane , l’éthane ou le butane . À l’échelle du laboratoire, il est généralement obtenu par une synthèse utilisant, par exemple, du butyronitrile et du sodium. De plus, le propane peut également être obtenu comme sous-produit du raffinage du diesel renouvelable. À l’avenir, si l’industrie du chauffage utilise de plus en plus de diesel renouvelable comme carburant, la production de propane pourrait devenir de plus en plus importante, ce qui ferait du propane un carburant alternatif respectueux de l’environnement . De plus, le gaz n’est pas nocif pour l’environnement. En cas de déversement ou de rejet, il ne présente aucun risque pour le sol, les eaux de surface ou les eaux souterraines. Comme les autres alcanes , le propane subit principalement des réactions de combustion. En fonction de la quantité d’oxygène impliquée dans le processus, on distingue les réactions de combustion complètes et incomplètes . Dans le premier cas (avec un apport illimité d’oxygène), les produits sont du dioxyde de carbone et de l’eau. C’est le plus bénéfique en termes d’énergie. Dans l’autre cas (apport limité d’oxygène), la réaction produit de l’oxyde de carbone (II) – le monoxyde de carbone toxique – et de l’eau, ou du carbone élémentaire et de l’eau. En plus des réactions de combustion, le propane réagit également avec les halogènes . En pratique, il s’agit généralement de molécules de chlore ou de brome. De telles réactions ont un mécanisme radical et l’ensemble du processus est initié par la lumière. Lors de la chloration ou de la bromation, l’un des atomes d’hydrogène de la molécule de propane se sépare et est remplacé par un radical halogène. L’atome d’hydrogène séparé se combine avec l’autre radical pour former une molécule d’halogénure d’hydrogène, c’est-à-dire respectivement du chlorure d’hydrogène ou du bromure d’hydrogène. Cependant, notez que pour les alcanes dont les molécules sont plus longues que l’éthane, des produits isomères se forment lors de l’halogénation. Dans le cas du propane, un atome de carbone primaire ou un atome de carbone secondaire peut être substitué. La réactivité des atomes de carbone dans le propane, avec différentes valeurs d’ordre, a été déterminée expérimentalement. L’atome secondaire est le plus réactif – c’est le plus facile à séparer de la molécule composée. Rappelons que la bromation ou la chloration ne produisent pas un seul dérivé, mais un mélange de dérivés. Celui dans lequel l’halogène est substitué à l’atome de carbone secondaire prédomine toujours. De plus, la réaction de bromation est extrêmement sélective. Habituellement, le rendement du produit principal atteint près de 99 %.

Application industrielle

• Le propane est avant tout une source d’énergie précieuse. En raison de son indice d’octane élevé, il convient parfaitement comme carburant pour les moteurs à combustion interne. Le propane est le troisième carburant de transport (après l’essence et le diesel) le plus utilisé dans le monde. Le propane utilisé dans les véhicules est appelé propane HD-5 et est un mélange de propane avec de plus petites quantités d’autres gaz. Ce carburant doit être composé d’au moins 90 %de propane, jusqu’à 5 %de propylène et 5 %d’autres gaz, principalement du butane et du butylène. Le propane a un indice d’octane plus élevé que l’essence, il peut donc être utilisé à des taux de compression du moteur plus élevés et est plus résistant aux cognements du moteur.
• Les systèmes de chauffage domestique (conçus, par exemple, pour chauffer des pièces ou de l’eau) utilisent du propane comme combustible de chauffage . Il devient très populaire auprès des propriétaires en raison de son efficacité, de sa polyvalence et de sa disponibilité dans les zones non alimentées par les conduites de gaz naturel. Le chauffage domestique au propane offre le même confort et la même efficacité que la combustion du gaz naturel. De plus, il peut chauffer plus rapidement et garder votre maison au chaud plus longtemps qu’avec le chauffage électrique. Il convient de rappeler que lorsqu’on chauffe au propane, il est essentiel d’installer des détecteurs de monoxyde de carbone dans la maison, car de l’oxyde de carbone (II) est produit lors de la combustion du combustible. L’oxyde de carbone (II), communément appelé monoxyde de carbone, est un gaz inodore et hautement toxique.
• Le propane est également un excellent réfrigérant dans les machines frigorifiques. Il est généralement utilisé dans les unités de climatisation et de réfrigération de petite et moyenne taille. Ce facteur est techniquement rentable dans toutes ces unités. Dans ce cas, l’inconvénient de l’utilisation du propane est sa haute inflammabilité. Cela s’avère particulièrement dangereux si le système fuit ou est dépressurisé. Les préoccupations concernant les incendies et les problèmes de protection contre les incendies ont sérieusement entravé l’utilisation généralisée du propane comme réfrigérant ces dernières années.
• Le propane est également l’une des matières premières de base utilisées dans l’ industrie chimique. Il est utilisé pour obtenir de nombreux dérivés, dont l’acide acrylique, l’acide propionique et le propylène.
• Fait intéressant, le propane est utilisé dans les sécheuses à gaz pour sécher les vêtements . Ces séchoirs sont une bonne alternative aux séchoirs électriques.
• Dans l’ industrie cosmétique , le propane est utilisé pour remplir des récipients d’aérosols .

Les principaux dérivés du propane

Propanol

L’un des dérivés du propane est le propanol, qui appartient à la série homologue des alcools . Le propanol est un liquide incolore et transparent avec une odeur âcre caractéristique . Il se dissout très bien dans l’eau et l’éthanol . C’est un liquide inflammable. Il forme un mélange explosif avec l’air. Le propanol se présente sous deux formes isomères : le n-propanol et le 2-propanol, également connu sous le nom d’isopropanol, selon l’atome de carbone de la molécule auquel le groupe hydroxyle (-OH) est attaché. Le composé n’est pas sans danger pour les humains. Il endommage le système nerveux et provoque des états narcotiques. Les vapeurs de cette substance provoquent somnolence, vertiges et troubles visuels et olfactifs. Le propanol est principalement utilisé dans l’industrie chimique, principalement comme solvant. On le retrouve également comme ingrédient dans des préparations pour le nettoyage et la désinfection des surfaces destinées à la médecine et à l’industrie alimentaire.

L’acide propionique

L’acide propanoïque ou propionique est un exemple d’ acide carboxylique de formule moléculaire C ₂ H ₅ COOH. Il se caractérise par la présence du groupe carboxyle -COOH dans la molécule. Cet acide se présente sous la forme d’un liquide huileux incolore et est très soluble dans l’eau. L’acide propionique se caractérise par une odeur très âcre et désagréable. La substance est inflammable et son mélange avec l’air est explosif. On le trouve dans le lait et dans le tube digestif des animaux. Il est également produit dans le corps humain à la suite de la dégradation des sucres, des fibres et des pectines par les bactéries. Ce processus est appelé fermentation de l’acide propionique. L’une des utilisations les plus importantes de l’acide propionique est son application dans l’industrie alimentaire. C’est un bon conservateur alimentaire avec le symbole E-280. On l’ajoute aux confiseries, au pain de mie et au pain de seigle. Dans l’alimentation animale, l’acide propionique est utilisé comme inhibiteur de moisissure.

Glycérol

Le glycérol (ou glycérine) est un représentant des triols. Son nom systémique est propane-1,2,3-trio l. Il appartient au groupe des alcools polyhydroxylés. La molécule de glycérol est constituée de trois atomes de carbone. Un groupe hydroxyle (-OH) et des atomes d’hydrogène sont attachés à chaque atome de carbone. Le glycérol est un liquide huileux, incolore et inodore. Il se caractérise par une inflammabilité et une hygroscopique élevées. La présence de trois groupes hydroxyle le rend facilement soluble dans l’eau – il se mélange à l’eau sans restriction. Le glycérol est hautement chimiquement réactif. Il subit des réactions de combustion et d’estérification avec l’acide nitrique . Il réagit également avec les métaux actifs, entraînant la formation de sels appelés alcoolates. Le glycérol est principalement utilisé en cosmétique . C’est un ingrédient des produits à appliquer directement sur la peau, tels que les crèmes, lotions et gels. Les cosmétiques à base de glycérol sont particulièrement recommandés aux personnes à la peau sensible et sèche et à celles souffrant de maladies de peau (psoriasis, eczéma, dermatite atopique…). Outre l’industrie cosmétique, le glycérol est également utilisé dans l’industrie alimentaire. C’est un ingrédient des colorants alimentaires, est utilisé comme édulcorant et est également utilisé pour réguler et maintenir les niveaux d’humidité.