Propán – vlastnosti, priemyselné aplikácie

Všeobecné vlastnosti propánu

Propán je treťou zlúčeninou v sérii homologických alkánov s molekulovým _{vzorcom C3H8} . Skladá sa z troch atómov uhlíka a ôsmich atómov vodíka. Všetky väzby prítomné v molekule propánu sú nasýtené. Propán sa najčastejšie skladuje ako kvapalina v tlakových nádržiach. Pri vyprázdnení valca sa kvapalný propán v dôsledku poklesu tlaku vyparí a zmení sa na plynné skupenstvo. Je to plyn bez farby a zápachu, preto sa veľmi často pridáva odorant. Charakteristický zápach umožňuje rýchlo odhaliť unikajúci alebo unikajúci plyn z plynárenských zariadení. Podobne ako ostatné alkány má propán nízku chemickú reaktivitu, čo zaisťuje, že jeho štruktúra zostane počas skladovania nezmenená. Výpary propánu sú ťažšie ako vzduch, preto majú tendenciu klesať a usadzovať sa nízko pri zemi.

Fyzikálno-chemické vlastnosti propánu

• plyn bez farby a zápachu
• nerozpustný vo vode
• dobre sa rozpúšťa v etanole a dietyléteri
• tvorí so vzduchom výbušnú zmes
• hustota vyššia ako hustota vzduchu
• netoxický plyn

Najväčšie objemy propánu pochádzajú priamo zo spracovania ropy a plynu . Z ropy sa zvyčajne získava destiláciou vo forme zmesi s butánom. Ako fosílne palivo sa propán často nachádza spolu s inými plynmi, ako je metán , etán alebo bután . V laboratórnom meradle sa zvyčajne získava syntézou s použitím napr. butyronitrilu a sodíka. Okrem toho možno propán získať aj ako vedľajší produkt pri rafinácii nafty z obnoviteľných zdrojov. V budúcnosti, ak bude teplárenský priemysel vo zvýšenej miere využívať obnoviteľnú naftu ako palivo, výroba propánu môže nadobudnúť čoraz väčší význam, čo následne urobí z propánu ekologické alternatívne palivo . Okrem toho plyn nie je škodlivý pre životné prostredie. V prípade úniku alebo úniku nepredstavuje žiadne riziko pre pôdu, povrchové ani podzemné vody. Rovnako ako u iných alkánov , propán primárne podlieha spaľovacím reakciám. V závislosti od množstva kyslíka zahrnutého v procese sa rozlišuje medzi úplným a neúplným spaľovaním . V prvom prípade (pri neobmedzenom prísune kyslíka) sú produktmi oxid uhličitý a voda. Je energeticky najprospešnejší. V druhom prípade (obmedzený prísun kyslíka) reakciou vzniká oxid uhoľnatý (II) – jedovatý oxid uhoľnatý – a voda, alebo elementárny uhlík a voda. Okrem spaľovacích reakcií propán reaguje aj s halogénmi . V praxi sú to zvyčajne molekuly chlóru alebo brómu. Takéto reakcie majú radikálny mechanizmus a celý proces je iniciovaný svetlom. Počas chlorácie alebo bromácie sa jeden z atómov vodíka v molekule propánu oddelí a nahradí halogénovým radikálom. Oddelený atóm vodíka sa spojí s druhým radikálom za vzniku molekuly halogenovodíka, tj chlorovodíka alebo bromovodíka. Všimnite si však, že pre alkány s dlhšími molekulami ako etán sa počas halogenácie vytvárajú izomérne produkty. V prípade propánu môže byť substituovaný primárny atóm uhlíka alebo sekundárny atóm uhlíka. Experimentálne bola stanovená reaktivita atómov uhlíka v propáne s rôznymi hodnotami usporiadania. Sekundárny atóm je najreaktívnejší – najľahšie sa oddeľuje od molekuly zlúčeniny. Pamätajte, že bromáciou alebo chloráciou nevzniká jediný derivát, ale zmes derivátov. Vždy prevažuje ten, v ktorom je halogén substituovaný na sekundárnom atóme uhlíka. Okrem toho je bromačná reakcia mimoriadne selektívna. Typicky výťažok hlavného produktu dosahuje takmer 99 %.

Priemyselná aplikácia

• Propán je predovšetkým cenným zdrojom energie. Pre svoje vysoké oktánové číslo je veľmi vhodný na použitie ako palivo pre spaľovacie motory. Propán je tretím (po benzíne a nafte) najpoužívanejším dopravným palivom na svete. Propán používaný vo vozidlách sa označuje ako HD-5 propán a je zmesou propánu s menším množstvom iných plynov. Takéto palivo by malo pozostávať aspoň z 90 %propánu, do 5 %propylénu a 5 %iných plynov, najmä butánu a butylénu. Propán má vyššie oktánové číslo ako benzín, takže ho možno použiť pri vyšších kompresných pomeroch motora a je odolnejší voči klepaniu motora.
• Domáce vykurovacie systémy (určené napr. na vykurovanie miestností alebo vody) využívajú ako palivo propán. Stáva sa veľmi populárnym medzi majiteľmi domov pre svoju efektívnosť, všestrannosť a dostupnosť v oblastiach, ktoré nie sú zásobované zemným plynom. Vykurovanie domácnosti spaľovaním propánu poskytuje rovnaký komfort a účinnosť ako spaľovanie zemného plynu. Navyše dokáže vykúriť rýchlejšie a udržať váš domov v teple dlhšie ako pri elektrickom vykurovaní. Stojí za to pripomenúť, že pri kúrení propánom je nevyhnutné nainštalovať v domácnosti detektory oxidu uhoľnatého, pretože oxid uhoľnatý vzniká spaľovaním paliva. Oxid uhoľnatý, bežne nazývaný oxid uhoľnatý, je vysoko jedovatý plyn bez zápachu.
• Propán je tiež vynikajúcim chladivom v chladiacich strojoch. Typicky sa používa v malých a stredne veľkých klimatizačných a chladiacich jednotkách. Tento faktor je vo všetkých týchto jednotkách technicky nákladovo efektívny. V tomto prípade je nevýhodou použitia propánu jeho vysoká horľavosť. Toto je obzvlášť nebezpečné, ak systém netesní alebo je bez tlaku. Obavy z požiarov a požiarnej ochrany v posledných rokoch vážne narušili rozšírené používanie propánu ako chladiva.
• Propán je tiež jednou zo základných surovín používaných v chemickom priemysle. Používa sa na získanie mnohých derivátov vrátane kyseliny akrylovej, kyseliny propiónovej a propylénu.
• Zaujímavé je, že propán sa používa v plynových sušičkách na sušenie oblečenia . Takéto sušičky sú dobrou alternatívou k elektrickým sušičkám.
• V kozmetickom priemysle sa propán používa na plnenie nádob aerosólmi .

Hlavné deriváty propánu

Propanol

Jedným z derivátov propánu je propanol, ktorý patrí do homologickej série alkoholov . Propanol je bezfarebná a priehľadná kvapalina s charakteristickým štipľavým zápachom . Veľmi dobre sa rozpúšťa vo vode a etanole . Je to horľavá kvapalina. So vzduchom tvorí výbušnú zmes. Propanol sa vyskytuje v dvoch izomérnych formách – n-propanol a 2-propanol, tiež známy ako izopropanol, v závislosti od toho, na ktorý atóm uhlíka v molekule je pripojená hydroxylová skupina (-OH). Zlúčenina nie je bezpečná pre ľudí. Poškodzuje nervový systém a vyvoláva narkotické stavy. Výpary tejto látky spôsobujú ospalosť, závraty, poruchy zraku a čuchu. Propanol sa používa hlavne v chemickom priemysle, predovšetkým ako rozpúšťadlo. Môžeme ho nájsť aj ako prísadu do prípravkov na čistenie a dezinfekciu povrchov pre použitie v medicíne a potravinárskom priemysle.

Kyselina propiónová

Kyselina propánová alebo _propiónová je príkladom karboxylovej kyseliny s molekulovým vzorcom _C2H5COOH . Je charakterizovaná prítomnosťou karboxylovej skupiny -COOH v molekule. Táto kyselina má formu bezfarebnej olejovitej kvapaliny a je vysoko rozpustná vo vode. Kyselina propiónová sa vyznačuje veľmi štipľavým nepríjemným zápachom. Látka je horľavá a jej zmes so vzduchom je výbušná. Vyskytuje sa v mlieku a v tráviacom trakte zvierat. Produkuje sa aj v ľudskom tele v dôsledku rozkladu cukrov, vlákniny a pektínov baktériami. Tento proces sa nazýva fermentácia kyseliny propiónovej. Jedným z najdôležitejších použití kyseliny propiónovej je jej aplikácia v potravinárskom priemysle. Je to dobrý konzervant potravín so symbolom E-280. Pridáva sa do cukroviniek, krájaného chleba a ražného chleba. V krmive pre zvieratá sa kyselina propiónová používa ako inhibítor plesní.

Glycerol

Glycerol (alebo glycerín) je predstaviteľom triolov. Jeho systémový názov je propán-1,2,3-trio l. Patrí do skupiny polyhydroxyalkoholov. Molekula glycerolu pozostáva z troch atómov uhlíka. Ku každému atómu uhlíka je pripojená jedna hydroxylová skupina (-OH) a atómy vodíka. Glycerol je bezfarebná olejovitá kvapalina bez zápachu. Vyznačuje sa vysokou horľavosťou a hygroskopicitou. Prítomnosť až troch hydroxylových skupín ho robí ľahko rozpustným vo vode – s vodou sa mieša bez obmedzenia. Glycerol je vysoko chemicky reaktívny. Prechádza spaľovacími a esterifikačnými reakciami s kyselinou dusičnou . Reaguje tiež s aktívnymi kovmi, čo vedie k tvorbe solí nazývaných alkoholáty. Glycerol sa používa najmä v kozmetike . Je zložkou produktov, ktoré sa majú aplikovať priamo na pokožku, ako sú krémy, mlieka a gély. Kozmetika s obsahom glycerolu sa odporúča najmä ľuďom s citlivou a suchou pokožkou a tým, ktorí trpia kožnými ochoreniami (psoriáza, ekzémy, atopická dermatitída atď.). Okrem kozmetického priemyslu sa glycerol používa aj v potravinárskom priemysle. Je zložkou potravinárskych farbív, používa sa ako sladidlo a tiež sa používa na reguláciu a udržiavanie úrovne vlhkosti.