프로판 – 특성, 산업 응용

프로판의 일반적인 특성

프로판은 분자식 C ₃ H _{8 을} 갖는 알칸 동종 계열의 세 번째 화합물입니다. 그것은 3개의 탄소 원자와 8개의 수소 원자로 구성됩니다. 프로판 분자에 존재하는 모든 결합은 포화되어 있습니다. 프로판은 대부분 가압 탱크에 액체로 저장됩니다. 실린더가 비워지면 액체 프로판은 압력 강하로 증발하여 기체 상태로 변합니다. 무색, 무취의 가스이기 때문에 부취제가 첨가되는 경우가 많습니다. 특유의 냄새를 통해 가스 설비에서 가스가 새거나 새는 것을 신속하게 감지할 수 있습니다. 다른 알칸과 마찬가지로 프로판은 화학적 반응성이 낮아 저장 중에 구조가 변하지 않습니다. 프로판 증기는 공기보다 무거우므로 땅에 떨어져 가라앉는 경향이 있습니다.

프로판의 물리화학적 성질

• 무색, 무취의 가스
• 물에 불용성
• 에탄올과 디에틸에테르에 잘 녹는다.
• 공기와 폭발성 혼합물을 형성
• 공기보다 밀도가 크다
• 무독성 가스

가장 많은 양의 프로판은 석유 및 가스 처리 과정 에서 직접 발생합니다 . 이는 일반적으로 부탄과의 혼합물 형태로 증류를 통해 원유에서 추출됩니다. 화석 연료인 프로판은 메탄 , 에탄 또는 부탄 과 같은 다른 가스와 함께 발견되는 경우가 많습니다. 실험실 규모에서는 일반적으로 부티로니트릴과 나트륨 등을 사용하여 합성하여 얻습니다. 또한, 프로판은 재생 가능한 디젤 정제의 부산물로 얻을 수도 있습니다. 미래에 난방 산업에서 재생 가능한 디젤을 연료로 점점 더 많이 사용한다면 프로판 생산이 점점 더 중요해질 수 있으며, 결과적으로 프로판은 환경 친화적인 대체 연료가 될 것입니다 . 또한, 가스는 환경에 유해하지 않습니다. 유출 또는 방출이 발생하더라도 토양, 지표수 또는 지하수에 위험을 초래하지 않습니다. 다른 알칸 과 마찬가지로 프로판도 주로 연소 반응을 겪습니다. 공정에 포함된 산소의 양에 따라 완전 연소 반응과 불완전 연소 반응이 구분됩니다 . 첫 번째 경우(무제한 산소 공급)의 생성물은 이산화탄소와 물입니다. 에너지 측면에서 가장 유리합니다. 다른 경우(제한된 산소 공급)의 반응에서는 유독한 일산화탄소인 산화탄소(II)와 물 또는 원소 탄소와 물이 생성됩니다. 연소 반응 외에도 프로판은 할로겐 과도 반응합니다. 실제로 이들은 일반적으로 염소 또는 브롬 분자입니다. 이러한 반응은 급진적인 메커니즘을 가지고 있으며 전체 과정은 빛에 의해 시작됩니다. 염소화 또는 브롬화 과정에서 프로판 분자의 수소 원자 중 하나가 분리되어 할로겐 라디칼로 대체됩니다. 분리된 수소 원자는 다른 라디칼과 결합하여 할로겐화수소 분자, 즉 각각 염화수소 또는 브롬화수소를 형성합니다. 그러나 에탄보다 분자가 더 긴 알칸의 경우 할로겐화 중에 이성질체 생성물이 형성된다는 점에 유의하십시오. 프로판의 경우, 1차 탄소 원자 또는 2차 탄소 원자가 치환될 수 있다. 서로 다른 순서 값을 갖는 프로판 내 탄소 원자의 반응성을 실험적으로 결정했습니다. 2차 원자는 반응성이 가장 큰 원자입니다. 즉, 화합물 분자에서 분리하는 것이 가장 쉽습니다. 브롬화 또는 염소화는 단일 유도체가 아닌 여러 유도체의 혼합물을 생성한다는 점을 기억하십시오. 할로겐이 2차 탄소 원자로 대체되는 것이 항상 우세합니다. 또한 브롬화 반응은 매우 선택적입니다. 일반적으로 주요 제품의 수율은 거의 99%에 이릅니다.

산업적 응용

• 프로판은 주로 귀중한 에너지원입니다. 옥탄가가 높아 내연기관 연료로 사용하기에 매우 적합합니다. 프로판은 세계에서 세 번째(휘발유와 디젤 다음으로) 가장 널리 사용되는 운송 연료입니다. 차량에 사용되는 프로판은 HD-5 프로판이라고 하며 프로판과 소량의 다른 가스가 혼합된 것입니다. 이러한 연료는 프로판 최소 90%, 프로필렌 최대 5%, 기타 가스(주로 부탄과 부틸렌) 5%로 구성되어야 합니다. 프로판은 휘발유보다 옥탄가가 높기 때문에 더 높은 엔진 압축비에서 사용할 수 있고 엔진 노킹에 더 강합니다.
• 가정용 난방 시스템(예: 실내 난방 또는 온수 난방용으로 설계됨)은 프로판을 난방 연료 로 사용합니다. 천연가스 라인이 공급되지 않는 지역에서의 효율성, 다용성 및 가용성으로 인해 주택 소유자들 사이에서 매우 인기가 높아지고 있습니다. 프로판을 연소하여 가정 난방을 하는 것은 천연 가스를 연소하는 것과 동일한 편안함과 효율성을 제공합니다. 또한, 전기 난방보다 더 빨리 난방을 할 수 있고 집을 더 오랫동안 따뜻하게 유지할 수 있습니다. 프로판으로 난방을 할 경우, 연료가 연소되면서 산화탄소(II)가 발생하므로 가정에 일산화탄소 감지기 설치가 필수라는 점을 기억해 두시기 바랍니다. 일반적으로 일산화탄소라고 불리는 산화탄소(II)는 냄새가 없고 독성이 강한 가스입니다.
• 프로판은 냉동기의 탁월한 냉매 이기도 합니다. 일반적으로 중소형 에어컨 및 냉동 장치에 사용됩니다. 이 요소는 모든 장치에서 기술적으로 비용 효율적입니다. 이 경우 프로판 사용의 단점은 인화성이 높다는 것입니다. 이는 시스템이 누출되거나 압력이 낮아지는 경우 특히 위험합니다. 화재 및 화재 예방 문제에 대한 우려로 인해 최근 몇 년 동안 프로판을 냉매로 널리 사용하는 것이 심각하게 방해를 받았습니다.
• 프로판은 화학공업에서 사용되는 기본원료 중 하나이기도 합니다. 아크릴산, 프로피온산, 프로필렌을 포함한 수많은 유도체를 얻는 데 사용됩니다.
• 흥미롭게도 프로판은 가스 건조기에서 옷을 건조하는 데 사용됩니다. 이러한 건조기는 전기 건조기의 좋은 대안입니다.
• 화장품 산업 에서 프로판은 용기에 에어로졸을 채우는 데 사용됩니다.

주요 프로판 유도체

프로판올

프로판의 유도체 중 하나는 동종 알코올 계열에 속하는 프로판올입니다. 프로판올은 특유의 자극적인 냄새를 지닌 무색 투명한 액체입니다 . 물과 에탄올 에 잘 녹습니다. 가연성 액체입니다. 이는 공기와 폭발성 혼합물을 형성합니다. 프로판올은 두 가지 이성질체 형태, 즉 n-프로판올과 2-프로판올(이소프로판올로도 알려져 있음)로 발생하며 분자 내 수산기(-OH)가 어느 탄소 원자에 부착되어 있는지에 따라 다릅니다. 이 화합물은 인간에게 안전하지 않습니다. 신경계를 손상시키고 마취 상태를 유발합니다. 이 물질의 증기는 졸음, 현기증, 시각 및 후각 장애를 유발합니다. 프로판올은 주로 화학 산업에서 주로 용매로 사용됩니다. 또한 의학 및 식품 산업에 사용되는 표면을 청소하고 소독하기 위한 준비 성분으로도 발견될 수 있습니다.

프로피온산

프로판산 또는 프로피온산은 분자식 C ₂ H ₅ COOH를 갖는 카르복실산 의 예입니다. 분자 내에 카르복실기 -COOH가 존재하는 것이 특징입니다. 이 산은 무색의 유성 액체 형태를 가지며 물에 잘 녹습니다. 프로피온산은 매우 자극적이고 불쾌한 냄새가 특징입니다. 이 물질은 가연성이며 공기와 혼합되면 폭발성이 있습니다. 이는 우유와 동물의 소화관에서 발생합니다. 또한 박테리아에 의해 설탕, 섬유질 및 펙틴이 분해되어 인체에서 생성됩니다. 이 과정을 프로피온산 발효라고 합니다. 프로피온산의 가장 중요한 용도 중 하나는 식품 산업에서의 적용입니다. E-280이라는 기호가 붙은 좋은 식품 방부제입니다. 과자, 얇게 썬 빵, 호밀빵에 첨가됩니다. 동물 사료에서 프로피온산은 곰팡이 억제제로 사용됩니다.

글리세린

글리세롤(또는 글리세린)은 트리올의 대표적인 것입니다. 전신 명칭은 propane-1,2,3-trio l입니다 . 폴리하이드록시알코올 그룹에 속합니다. 글리세롤 분자는 세 개의 탄소 원자로 구성됩니다. 각 탄소 원자에는 하나의 수산기(-OH)와 수소 원자가 결합되어 있습니다. 글리세롤은 무색, 무취의 유성 액체입니다. 인화성과 흡습성이 높은 것이 특징입니다. 최대 3개의 하이드록실 그룹이 존재하므로 물에 쉽게 용해됩니다. 제한 없이 물과 혼합됩니다. 글리세롤은 화학적으로 반응성이 높습니다. 질산 과 연소 및 에스테르화 반응을 합니다. 또한 활성 금속과 반응하여 알코올산염이라는 염이 형성됩니다. 글리세롤은 주로 화장품에 사용됩니다 . 크림, 로션, 젤 등 피부에 직접 바르는 제품의 성분입니다. 특히 글리세롤이 함유된 화장품은 민감하고 건조한 피부, 피부질환(건선, 습진, 아토피성 피부염 등)을 앓고 있는 분들에게 추천합니다. 화장품 산업 외에도 글리세롤은 식품 산업에서도 사용됩니다. 식품 착색제의 성분이며 감미료로 사용되며 수분 수준을 조절하고 유지하는 데에도 사용됩니다.