Propaan – kenmerken, industriële toepassingen

Algemene kenmerken van propaan

Propaan is de derde verbinding in de homologe alkaanreeks, met de molecuulformule C ₃ H ₈ . Het bestaat uit drie koolstofatomen en acht waterstofatomen. Alle bindingen in het propaanmolecuul zijn verzadigd. Propaan wordt meestal als vloeistof opgeslagen in tanks onder druk. Wanneer de cilinder wordt geleegd, verdampt het vloeibare propaan door een drukval en gaat over in een gasvormige toestand. Het is een kleur- en geurloos gas, daarom wordt er heel vaak een geurstof aan toegevoegd. De kenmerkende geur maakt het mogelijk om snel ontsnappend of lekkend gas uit gasinstallaties te detecteren. Net als de andere alkanen heeft propaan een lage chemische reactiviteit, wat ervoor zorgt dat de structuur tijdens opslag onveranderd blijft. Propaandamp is zwaarder dan lucht en heeft daarom de neiging te vallen en zich laag bij de grond te nestelen.

Fysisch-chemische eigenschappen van propaan

• kleurloos en geurloos gas
• onoplosbaar in water
• lost goed op in ethanol en diethylether
• vormt met lucht een explosief mengsel
• dichtheid groter dan die van lucht
• niet-giftig gas

De grootste hoeveelheden propaan zijn rechtstreeks afkomstig van de olie- en gasverwerking . Het wordt gewoonlijk door destillatie uit ruwe olie gewonnen, in de vorm van een mengsel met butaan. Als fossiele brandstof wordt propaan vaak aangetroffen naast andere gassen zoals methaan , ethaan of butaan . Op laboratoriumschaal wordt het gewoonlijk verkregen door synthese met behulp van bijvoorbeeld butyronitril en natrium. Daarnaast kan propaan ook worden verkregen als bijproduct van de raffinage van hernieuwbare diesel. Als de verwarmingsindustrie in de toekomst steeds meer hernieuwbare diesel als brandstof gaat gebruiken, kan de productie van propaan steeds belangrijker worden, wat op zijn beurt propaan tot een milieuvriendelijke alternatieve brandstof zal maken . Bovendien is het gas niet schadelijk voor het milieu. In het geval van een lekkage of lozing vormt dit geen risico voor de bodem, het oppervlaktewater of het grondwater. Net als de andere alkanen ondergaat propaan voornamelijk verbrandingsreacties. Afhankelijk van de hoeveelheid zuurstof die bij het proces betrokken is, wordt er onderscheid gemaakt tussen volledige en onvolledige verbrandingsreacties . In het eerste geval (bij een onbeperkte toevoer van zuurstof) zijn de producten kooldioxide en water. Qua energie is dit het meest voordelig. In het andere geval (beperkte toevoer van zuurstof) produceert de reactie koolstof(II)oxide – het giftige koolmonoxide – en water, of elementaire koolstof en water. Naast verbrandingsreacties reageert propaan ook met halogenen . In de praktijk zijn dit meestal chloor- of broommoleculen. Dergelijke reacties hebben een radicaalmechanisme en het hele proces wordt geïnitieerd door licht. Tijdens chlorering of bromering wordt een van de waterstofatomen in het propaanmolecuul gescheiden en vervangen door een halogeenradicaal. Het gescheiden waterstofatoom combineert met het andere radicaal om een ​​waterstofhalogenidemolecuul te vormen, dat wil zeggen respectievelijk waterstofchloride of waterstofbromide. Houd er echter rekening mee dat voor alkanen met langere moleculen dan ethaan tijdens de halogenering isomere producten worden gevormd. In het geval van propaan kan een primair koolstofatoom of een secundair koolstofatoom worden gesubstitueerd. De reactiviteit van koolstofatomen in propaan, met verschillende ordeningswaarden, werd experimenteel bepaald. Het secundaire atoom is het meest reactief; het is het gemakkelijkst te scheiden van het samengestelde molecuul. Bedenk dat bromering of chlorering niet één enkel derivaat oplevert, maar een mengsel van derivaten. Degene waarin het halogeen is gesubstitueerd door het secundaire koolstofatoom heeft altijd de overhand. Bovendien is de bromeringsreactie uiterst selectief. Typisch bereikt de opbrengst van het hoofdproduct bijna 99%.

Industriële toepassing

• Propaan is vooral een waardevolle energiebron. Door het hoge octaangetal is het zeer geschikt als brandstof voor verbrandingsmotoren. Propaan is de derde (na benzine en diesel) meest gebruikte transportbrandstof ter wereld. Propaan dat in voertuigen wordt gebruikt, wordt HD-5-propaan genoemd en is een mengsel van propaan met kleinere hoeveelheden andere gassen. Dergelijke brandstof moet bestaan ​​uit minimaal 90%propaan, maximaal 5%propyleen en 5%andere gassen, voornamelijk butaan en butyleen. Propaan heeft een hoger octaangetal dan benzine, waardoor het kan worden gebruikt bij hogere motorcompressieverhoudingen en beter bestand is tegen pingelen van de motor.
• Huishoudelijke verwarmingssystemen (die bijvoorbeeld zijn ontworpen voor het verwarmen van kamers of water) gebruiken propaan als verwarmingsbrandstof . Het wordt zeer populair onder huiseigenaren vanwege de efficiëntie, veelzijdigheid en beschikbaarheid in gebieden die niet door aardgasleidingen worden gevoed. Huisverwarming door propaan te verbranden biedt hetzelfde comfort en dezelfde efficiëntie als het verbranden van aardgas. Bovendien kan het sneller opwarmen en uw huis langer warmer houden dan met elektrische verwarming. Houd er rekening mee dat het bij verwarming met propaan van essentieel belang is om koolmonoxidedetectoren in huis te installeren, aangezien koolstof(II)oxide wordt geproduceerd door de verbranding van de brandstof. Koolstof(II)oxide, gewoonlijk koolmonoxide genoemd, is een geurloos en zeer giftig gas.
• Propaan is ook een uitstekend koelmiddel in koelmachines. Het wordt doorgaans gebruikt in kleine en middelgrote airconditioning- en koelunits. Deze factor is technisch kosteneffectief in al deze eenheden. In dit geval is het nadeel van het gebruik van propaan de hoge ontvlambaarheid. Dit blijkt bijzonder gevaarlijk als het systeem lekt of drukloos is. Bezorgdheid over branden en brandbeveiligingsproblemen hebben het wijdverbreide gebruik van propaan als koelmiddel de afgelopen jaren ernstig belemmerd.
• Propaan is ook een van de basisgrondstoffen die in de chemische industrie worden gebruikt. Het wordt gebruikt om talrijke derivaten te verkrijgen, waaronder acrylzuur, propionzuur en propyleen.
• Interessant is dat propaan wordt gebruikt in gasdrogers voor het drogen van kleding . Dergelijke drogers zijn een goed alternatief voor elektrische drogers.
• In de cosmetica-industrie wordt propaan gebruikt om containers met spuitbussen te vullen.

De belangrijkste propaanderivaten

Propanol

Een van de derivaten van propaan is propanol, dat tot de homologe reeks alcoholen behoort. Propanol is een kleurloze en transparante vloeistof met een karakteristieke scherpe geur . Het lost zeer goed op in water en ethanol . Het is een brandbare vloeistof. Het vormt een explosief mengsel met lucht. Propanol komt voor in twee isomere vormen: n-propanol en 2-propanol, ook bekend als isopropanol, afhankelijk van aan welk koolstofatoom in het molecuul de hydroxylgroep (-OH) is bevestigd. De verbinding is niet veilig voor mensen. Het beschadigt het zenuwstelsel en veroorzaakt narcotische toestanden. De dampen van deze stof veroorzaken slaperigheid, duizeligheid en visuele en reukstoornissen. Propanol wordt vooral in de chemische industrie gebruikt, vooral als oplosmiddel. Het kan ook worden aangetroffen als ingrediënt in preparaten voor het reinigen en desinfecteren van oppervlakken voor gebruik in de geneeskunde en de voedingsindustrie.

Propionzuur

Propaanzuur of propionzuur is een voorbeeld van een carbonzuur met de molecuulformule C ₂ H ₅ COOH. Het wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van de carboxylgroep -COOH in het molecuul. Dit zuur heeft de vorm van een kleurloze, olieachtige vloeistof en is zeer oplosbaar in water. Propionzuur wordt gekenmerkt door een zeer scherpe, onaangename geur. De stof is brandbaar en het mengsel ervan met lucht is explosief. Het komt voor in melk en in het spijsverteringskanaal van dieren. Het wordt ook in het menselijk lichaam geproduceerd als gevolg van de afbraak van suikers, vezels en pectines door bacteriën. Dit proces wordt propionzuurfermentatie genoemd. Een van de belangrijkste toepassingen van propionzuur is de toepassing ervan in de voedingsindustrie. Het is een goed voedselconserveermiddel met het symbool E-280. Het wordt toegevoegd aan zoetwaren, gesneden brood en roggebrood. In diervoeding wordt propionzuur gebruikt als schimmelremmer.

Glycerol

Glycerol (of glycerine) is een vertegenwoordiger van de triolen. De systemische naam is propaan-1,2,3-trio l. Het behoort tot de groep van polyhydroxyalcoholen. Het glycerolmolecuul bestaat uit drie koolstofatomen. Aan elk koolstofatoom zijn één hydroxylgroep (-OH) en waterstofatomen bevestigd. Glycerol is een kleurloze, geurloze, olieachtige vloeistof. Het wordt gekenmerkt door een hoge ontvlambaarheid en hygroscopiciteit. De aanwezigheid van maar liefst drie hydroxylgroepen maakt het gemakkelijk oplosbaar in water; het mengt zich zonder beperkingen met water. Glycerol is zeer chemisch reactief. Het ondergaat verbrandings- en veresteringsreacties met salpeterzuur . Het reageert ook met actieve metalen, wat resulteert in de vorming van zouten die alcoholaten worden genoemd. Glycerol wordt vooral gebruikt in cosmetica . Het is een ingrediënt in producten die rechtstreeks op de huid worden aangebracht, zoals crèmes, lotions en gels. Glycerolhoudende cosmetica worden met name aanbevolen voor mensen met een gevoelige en droge huid en mensen die lijden aan huidziekten (psoriasis, eczeem, atopische dermatitis, enz.). Naast de cosmetica-industrie wordt glycerol ook gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie. Het is een ingrediënt in kleurstoffen voor levensmiddelen, wordt gebruikt als zoetstof en wordt ook gebruikt om het vochtgehalte te reguleren en op peil te houden.