Пропан — характеристики, промышленное применение

Общая характеристика пропана

Пропан — третье соединение гомологического ряда алканов с молекулярной формулой C₃H₈. Он состоит с трех атомов углерода и восьми атомов водорода. Все связи в молекуле пропана насыщенные.

Пропан чаще всего хранится в баллонах под давлением в жидком состоянии.  При опорожнении баллона жидкий пропан испаряется за счет перепада давления и переходит в газообразное состояние. Это бесцветный газ без запаха, поэтому к нему часто добавляют ароматизатор. Характерный запах позволяет быстро обнаружить утечки и разгерметизацию газовых установок. Пропан, как и другие алканы, химически инертен, что гарантирует сохранение его структуры при складировании и хранении. Пары пропана тяжелее воздуха, поэтому имеют свойство оседать и стлаться низко над землей.

Физико-химические свойства пропана

• Газ без цвета и запаха.
• Они не растворяется в воде.
• Хорошо растворяется в этаноле и диэтиловом эфире.
• Образует взрывоопасную смесь с воздухом.
• Его плотность выше плотности воздуха.
• Он нетоксичен.

Наибольшее количество пропана получается непосредственно в результате переработки сырой нефти и природного газа. Из нефти его обычно получают путем перегонки в виде смеси с бутаном. Пропан, как ископаемое топливо, часто встречается вместе с другими газами, такими как метан, этан или бутан. В лабораторных масштабах его обычно получают в результате реакции синтеза, например, с использованием нитрила масляной кислоты и натрия. Кроме того, пропан также можно получить как побочный продукт переработки возобновляемого дизельного топлива. В будущем, если в отопительной отрасли все чаще будет использоваться возобновляемое дизельное топливо в качестве топлива, производство пропана может стать более важным, что, в свою очередь, приведет к тому, что пропан станет экологически чистым альтернативным топливом. Более того, этот газ безвреден для окружающей среды. В случае разлива или выброса он не представляет угрозы для почвы, поверхностных и грунтовых вод.

Как и другие алканы, пропан прежде всего подвергается реакции горения. В зависимости от количества кислорода, который участвует в реакции, отличают полное и неполное сгорание. В первом случае (при неограниченном поступлении кислорода) продуктами являются окись углерода (IV) и вода. С энергетической точки зрения такое сгорание наиболее выгодно. Во втором случае (доступ кислорода ограничен) образуются оксид углерода (II) (ядовитый угарный газ) и вода или элементарный углерод и вода.

Помимо реакций горения, пропан также реагирует с галогенами. На практике это чаще всего молекулы хлора или брома. Механизм таких реакций радикальный, и весь процесс инициируется светом. При хлорировании или бромировании один из атомов водорода в молекуле пропана отрывается и заменяется радикалом галогена. Оторвавшийся атом водорода соединяется со вторым радикалом и образует молекулу галогеноводорода, т.е. хлористого водорода или бромистого водорода соответственно. Однако следует помнить, что в случае алканов с более длинными, чем у этана, молекулами при галогенировании образуются изомерные продукты. В случае пропана может произойти замещение первичного или вторичного атома углерода. Экспериментально определена реакционная способность атомов углерода в пропане различных порядков. Наиболее реакционноспособен вторичный — его легче всего отсоединить от молекулы соединения. Необходимо помнить, что при бромировании или хлорировании получается не одно производное, а их смесь. Всегда преобладает то, в котором галоген замещен до вторичного атома углерода. Кроме того, реакция бромирования является особенно селективной реакцией. Обычно выход основного продукта достигает почти 99%.

Применение в промышленности

• Пропан – это, прежде всего, ценный источник, из которого получают энергию. С учетом высокого октанового числа он очень хорошо подходит для использования как топливо для двигателей внутреннего сгорания. Пропан является третьим (после бензина и дизельного топлива) наиболее часто используемым транспортным топливом в мире. Пропан, используемый в транспортных средствах, называется пропан HD-5 и представляет собой смесь пропана с небольшим количеством других газов. Такое топливо должно состоять не менее чем на 90 % пропана, не более чем на 5 % пропилена и на 5 % других газов, преимущественно бутана и бутилена. Пропан имеет более высокое октановое число, чем бензин, поэтому его можно использовать при более высоких степенях сжатия двигателя и он более устойчив к детонации.
• В бытовых отопительных установках (предназначенных, например, для обогрева жилых помещений или нагрева воды) пропан используется в качестве топлива. Он набирает популярность среди домовладельцев благодаря своей эффективности, универсальности и доступности в районах, где отсутствует подача природного газа. Отопление дома пропаном обеспечивает такой же комфорт и эффективность, как и сжигание природного газа. Более того, оно может нагревать дом быстрее и сохранять тепло дольше, чем в случае использования для отопления электроэнергии. Стоит помнить, что при отоплении пропаном необходимо установить в доме датчики угарного газа (II), который образуется в результате сгорания топлива. Окись углерода (II), обычно называемая угарным газом, представляет собой очень ядовитый газ без запаха.
• Пропан также является отличным хладагентом в холодильном оборудовании. Обычно он используется в небольших и средних кондиционерах и холодильных устройствах. Этот фактор технически выгодный во всех этих устройствах. В этом случае недостатком использования пропана является его высокая воспламеняемость. Что оказывается особенно опасным в случае протечки или разгерметизации установки. Опасения по поводу возникновения пожаров и противопожарной защиты серьезно замедлили распространение использования пропана в качестве хладагента в последние годы.
• Пропан также является одним из основных сырьевых материалов, используемых в химической промышленности. Его используют для получения многочисленных производных, включая акриловую кислоту, пропионовую кислоту и пропилен.
• Интересным применением пропана является его использование в газовых сушилках, предназначенных для сушки одежды. Такие сушки являются хорошей альтернативой электрическим сушкам.
• В косметической промышленности пропан используют для наполнения аэрозольной упаковки.

Наиболее важные производные пропана

Пропанол

Одним из производных пропана является пропанол, принадлежащий к гомологическому ряду спиртов. Пропанол — это бесцветная, прозрачная жидкость с характерным резким запахом. Хорошо растворим в воде и этиловом спирте. Это легковоспламеняющаяся жидкость. Образует взрывоопасную смесь с воздухом. Пропанол бывает двух изомерных разновидностей — n-пропанола и 2-пропанола, также называемого изопропанолом, в зависимости от того, к какому атому углерода в молекуле присоединена гидроксильная группа (-ОН). Это соединение небезопасно для человека. Он повреждает нервную систему и вызывает наркотическое состояние. Воздействие паров этого вещества вызывает сонливость, головокружение, расстройства зрения и обоняния.

Пропанол в основном используется в химической промышленности, главным образом в качестве растворителя. Также может быть включен в состав препаратов для очистки и дезинфекции поверхностей для использования в медицине и пищевой промышленности.

Пропионовая кислота

Пропановая кислота или пропионовая кислота является примером карбоновой кислоты с молекулярной формулой C₂H₅COOH. Его характерной особенностью является наличие в молекуле карбоксильной группы -СООН. Эта кислота имеет форму бесцветной маслянистой жидкости с высокой растворимостью в воде. Пропионовая кислота имеет очень терпкий, неприятный запах. Это легковоспламеняющееся вещество, а его смесь с воздухом взрывоопасна. Встречается в молоке и пищеварительном тракте животных. Он также вырабатывается в организме человека в результате расщепления бактерий сахаров, клетчатки и пектина. Этот процесс называется пропионовой ферментацией.

Одним из наиболее важных применений пропионовой кислоты является ее использование в пищевой промышленности. Это хороший пищевой консервант с обозначением Е-280. Является добавкой к кондитерским изделиям, нарезанному и ржаному хлебу. В кормах пропионовую кислоту используют как вещество, предотвращающее появление плесени.

Глицерин

Глицерин (также известный как глицерол) – один из представителей триолов. Его систематическое название — пропан-1,2,3-триол. Относится к группе многоатомных спиртов. Молекула глицерина состоит из трех атомов углерода. К каждому из них присоединена одна гидроксильная группа (-ОН) и атомы водорода. Глицерин — бесцветная маслянистая жидкость без запаха. Характеризуется легковоспламеняемостью и гигроскопичностью. Наличие целых трёх гидроксильных групп означает, что он легко растворяется в воде – смешиваться с ней можно без ограничений. Глицерин химически очень активен. Он подвергается реакциям горения и этерификации с азотной кислотой (V).  Более того, он реагирует с активными металлами, в результате чего образуются соли, называемые алкоксидами.

Глицерин в основном используется в косметике. Это один из ингредиентов продуктов, предназначенных для непосредственного нанесения на кожу, например, кремов, бальзамов и гелей. Косметика, содержащая глицерин, особенно рекомендуется людям с чувствительной, сухой кожей и страдающим кожными заболеваниями (псориаз, экзема, атопический дерматит и др.). Помимо косметической промышленности, глицерин также используется в пищевой промышленности. Он входит в состав пищевых красителей, используется в качестве подсластителя, а также используется для регулирования и поддержания влажности на соответствующем уровне.