Пропан: химические свойства, строение, получение, применение

Как делают сжиженный газ, можно ли самому сделать сжиженный газ?

Смотря какой газ. Метан дома не получится, он сжижается (при атмосферном давлении) при температуре минус 163оС. А вот баллончики для получения газированной воды в сифонах уже содержат «готовый» жидкий углекислый газ (под большим давлением: десятки атмосфер). Майкл Фарадей легко получил (впервые) жидкий хлор: при комнатной температуре достаточно всего нескольких атмосфер. Аммиак легко сжижается при комнатной температуре под давлением 10 атм (это используется в холодильных установках). Еще легче сжижается сернистый газ (его используют в пищевой промышленности, например, для консервации сухих вин). Две — три атмосферы при комнатной температуре (она же тоже бывает разной) — и газ становится жидким. А вот «сделать» в домашних условиях горючий газ, чтобы его можно было использовать, например, для отопления или для готовки на плите, невозможно. Из чего же его делать? Из дерева, угля (так когда-то получали газ для освещения)? Так это нужно целый завод строить. И выйдет в копеечку.

Что такое пропан

16 Марта 2019

Технический газ пропан — это горючее соединение, которое широко используется в различных сферах человеческой деятельности. Относится к классу алканов.

Эти вещества в больших количествах находится в нефтяных продуктах и в сопутствующем добыче «черного золота» природном газе. В промышленности в основном используются горючие свойства данного химического соединения.

На объекты поставляется в сжиженном состоянии в специализированных баллонах.

Преимущества этого технического газа заключается в его очень слабой токсичности по отношению к организму человека. Но при вдыхании паров пропана в больших количествах может наступить слабое наркотическое действие

Поэтому во время эксплуатации баллонов с техническим газом важно следить за герметичностью вентилей и других соединений

Технический газ пропан не обладает характерным запахом, он бесцветен и легко воспламеняется, если вблизи есть открытые источники огня. При соединении с кислородом и воздушной смесью не создает взрывоопасных ситуаций (За исключением больших концентраций газа в замкнутых пространствах).

Химические свойства технического газа пропан

По своей химической структуре пропан — это углеродистое соединение с водородом. Широко известно и используется в промышленность свойство пропана к галогенизации.

По этому принципу соединение используется в производстве галогеновых светильников и осветительных приборов для автомобильного транспорта.

Для того чтобы инициировать реакцию галогенизации необходимо пропан соединить с галогеном и подвергнуть облучению ультрафиолетовыми лучами.

В сварочном процессе используется химическая реакция окисления пропана. Для успешного сварочного процесса необходима смесь пропана и кислорода. Для получения технического газа с более высокой температурой горения используется реакция дегидрирования под влиянием электрического или теплового крекинга. Таким образом получается горючее соединение ацетиленового ряда.

Катализация пропана и других алканов широко используется в химической промышленности для получения спиртов и различных кислот.

Это позволяет в последнее время использовать пропан не только в качестве горючего топлива для автомобильного транспорта и проведения сварочных работ по металлу, но и в пищевой промышленности.

Здесь обработанный пропан может стать как вкусоароматической добавкой, так и важным компонентом упаковочной тары.

Пропан — как смесь газов

В природе существует два основных вида естественных горючих газов. Это бутан и пропан. Их химическое отличие не значительное.

И в большинстве случаев для заправки газовых баллон используется именно смесь пропана и бутана. Это не влияет на конечное качество материала.

Для сварочного процесса смесь технического газа пропана с бутаном не требует использования специализированного сварочного оборудования и горелок.

У нас вы можете купить

Основные физико-химические свойства компонентов СУГ и продуктов их сгорания

К основным характеристикам СУГ относят:

• температуру испарения/конденсации;
• температуру воспламенения;
• теплоту сгорания;
• плотность;
• объемное расширение.

Важными характеристиками являются пределы взрываемости при смешении с воздухом, быстрота распространения огня при горении, условия для полного сгорания.

Температура испарения/конденсации

При нормальном давлении составляет:

• для пропана – минус 42 °C;
• для бутана – минус 0,5 °C.

Если температура газов поднимается выше этих значений, они начинают испаряться, при опускании ниже – конденсироваться. Как правило, сжиженный газ поставляется в форме смеси (бутан+пропан). Поэтому фактическая температура испарения/конденсации зависит от их соотношения.

Обычно газ, поставляемый зимой, сохраняет испаряемость до минус 20 °C. Но иногда производитель поставляет смесь с повышенным количеством бутана. Это приводит к тому, что даже при небольшом понижении температуры ниже нуля газ перестает испаряться.

Температура воспламенения

Она равна:

• для пропана – от 504 до 588 °C;
• для бутана – от 430 до 569 °C.

При этих значениях температуры газ может воспламениться даже при отсутствии открытого огня – если имеются предметы, которые нагреты до высокой температуры, но еще не светятся.

Теплота сгорания

Этот параметр характеризует количество тепла, выделяемое при сгорании 1 м3 газа. Он равен:

• для пропана – 22…24 тыс. ккал. (91…99 МДж/ м3);
• для бутана – 28…31 тыс. ккал. (118…128 МДж/ м3).

Пределы взрываемости

Это очень важная с точки зрения безопасности характеристика. При определенном соотношении смесь газов с воздухом или кислородом может взрываться. Вероятность взрыва зависит от скорости распространения огня. Чем она выше, тем опаснее ситуация. В свою очередь скорость распространения огня зависит от пропорции газов. Нужно иметь в виду, что при увеличении температуры границы взрываемости расширяются.

При смешении газа с воздухом он становится взрывоопасным при следующих соотношениях:

• пропан – 2,1%…9,5%;
• бутан – 1,5%…8,5%;
• смесь – 1,5%…9,5%.

Плотность

Плотность газообразной фазы в норме составляет:

• пропана – 2,019 кг/ м3;
• бутана – 2,703 кг/ м3.

Плотность жидкой фазы – 0,5…0,6 кг/л.

Как видим, пары СУГ весят больше воздуха, плотность которого равна 1,29 кг/м3. Это приводит к тому, что при утечках газ собирается внизу помещения, где в относительно малом количестве может образовать с воздухом взрывоопасную смесь. Визуально это может быть похоже на дымку или стелющийся туман. При утечках из подземных коммуникаций и емкостей СУГ заполняют непроветриваемые углубления, подвалы, канализационные колодцы и остаются там довольно долго. Визуально обнаружить утечки трудно. Не выходя на поверхность, они растекаются под землей на довольно большие расстояния.

Объемное расширение

Объемное расширение жидкой фазы в 16 раз выше, нежели у воды. Это создает опасность разрыва баллона при увеличении температуры.

Степень сгораемости

Чтобы газ сгорал полностью, на 1 м3 его паров должно приходиться:

• для пропана – 24 м3 воздуха или 5,0 м3 О2;
• для бутана – 31 м3 воздуха или 6,5 м3 О2.

При испарении 1 кг жидкого газа образуется:

• пропана – 0,51 м3 паров;
• бутана – 0,386 м3 паров.

При испарении 1 л газа образуется:

• пропана – 0,269 м3 паров;
• бутана – 0,235 паров м3.

Скорость распространения огня

Пламя горящего бутана распространяется с максимальной скоростью 0,826 м/сек, пропана – 0,821 м/сек.

Цвет и запах

Чистые СУГ бесцветны и лишены запаха. Это создает опасность неконтролируемых утечек с последующим образованием взрывоопасных смесей. Чтобы облегчить своевременное обнаружение утечек, СУГ подвергают одоризации (приданию запаха) техническим этилмеркаптаном.

Как и зачем сжижают газ: технология производства и сфера использования сжиженного газа

Связанные с добычей, транспортировкой и переработкой природного газа технологии развиваются стремительными темпами. И у многих сегодня на слуху аббревиатуры СПГ (LPG) и СУГ (LNG). Практически через день в новостях в том или ином контексте упоминается природное газовое топливо.

Но, согласитесь, чтобы иметь четкое понимание о происходящем, важно изначально разобраться, как сжижается газ, зачем это делается и какую выгоду дает либо не дает. А нюансов в данном вопросе существует масса

Чтобы произвести сжижение газообразных углеводородов, строятся крупные высокотехнологичные заводы. Далее мы внимательно разберемся: для чего все это нужно и как происходит.

Пропан, формула, газ, характеристики:

Пропан (лат. propanum) – органическое вещество класса алканов, состоящий из трех атомов углерода и восьми атомов водорода.

Химическая формула пропана C3H8, рациональная формула CH3CH2CH3. Изомеров не имеет.

Строение молекулы:

Пропан – бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако в пропан, используемый в качестве технического газа, могут добавляться одоранты – вещества, имеющие резкий неприятный запах для предупреждения его утечки.

В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе. Для выделения из природного и попутного нефтяного газа производят их очистку и сепарацию газа.

Образуется также при крекинге нефтепродуктов., в т.ч. сланцевой нефти.

Также содержится в сланцевом газе и сжиженном газе (сжиженном природном газе).

Пожаро- и взрывоопасен.

Не растворяется в воде и других полярных растворителях. Зато растворяется в некоторых неполярных органических веществах (метанол, ацетон, бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и другие).

Пропан

по токсикологической характеристике относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007.

Взрывоопасность

Газ — тяжелее воздуха, и его пары способны накапливаться в помещениях, вблизи повреждённых участков газопроводов и прохудившихся ёмкостей. Если вовремя не обнаружить утечки и не перекрыть подачу, вскоре его пары достигнут взрывоопасной концентрации в 2-10%. В таком газовом растворе любая искра, в т. ч электрическая, может стать причиной катастрофы.

Взрывоопасность паров данного СУГ – самый мощный и наиболее коварный из поражающих факторов. По этой причине действующие нормы возлагают на владельцев газовых баллонов обязанность по проведению их регулярной переаттестации, а в состав пропан-бутановой смеси подмешиваются сильнопахнущие одоранты.

Выгоды смешивания

Дело в том, что несмотря на всю похожесть, физические свойства обоих компонентов немного разнятся. Основное отличие – температура кипения, у пропана она — -43º, а у бутана — -0,5ºC. Пропан может использоваться как топливо при минусовых температурах, а бутан – нет.

Но у первого есть и большой недостаток: он сильно расширяется при повышении температуры и начинает продавливать стенки ёмкости, в которой хранится. Изнутри на стенках образуются небольшие трещины, которые в конечном счете становятся причиной списания баллона. Резкое нагревание сосуда с пропаном способно привести к взрыву. Действующий ГОСТ 20448-90 с целью унификации устанавливает допустимые пропорции пропана и бутана в конечном СУГ. Зимой и в регионах севера доля пропана должна быть не менее 75%, а содержание бутана в любой смеси ограничивается 60%. Оба газа не имеют цвета и запаха, поэтому для обнаружения протечек к ним подмешивают одорант с резким запахом.

Плюсы пропан-бутана:

• можно использовать при отрицательной температуре окружающей среды;
• значительно снижается вероятность взрыва;
• газовый баллон получает меньше повреждений при нагреве;
• утечку газа легко обнаружить.

Как правильно отогреть газовый баллон?

А сейчас рассмотрим, как обеспечить правильную работу газового оборудования при низкой температуре воздуха, и что можно сделать, чтобы газ не замерзал. Для решения этого вопроса, есть несколько вариантов.

В первую очередь, попробуйте перенести газовый баллон в теплое помещение, через некоторое время иней с поверхности постепенно испарится, а внутри баллона образуются условия, необходимые для преобразования сжиженного газа в парообразное состояние. После этого, подача газа будет восстановлена, и газовый прибор можно будет использовать по назначению.

Но, если перенести оборудование не представляется возможным, тогда необходимо обогреть ёмкость на месте, чтобы газ внутри не охлаждался. Очень часто, владельцы газовых приборов прибегают к прогреванию баллона путём прямого воздействия огня. Такие действия выполнять категорически запрещено, так как это способствует быстрому преобразованию газа в парообразное состояние, соответственно давление в емкости стремительно растёт и может вызвать взрыв.

Чтобы уменьшить вероятность охлаждения топлива, можно утеплить баллон специальными материалами, которые предотвращают проникновение холода. Но такой способ подходит при небольших температурных изменениях окружающей среды.

Для того чтобы предотвратить обмерзание газового баллона, можно утеплить емкость специальным материалом с термо-регулирующей основой, но при этом нельзя создавать эффект термоса

Если же на улице более холодная температура, тогда можно воспользоваться специальным обогревательным оборудованием. Электрический обогреватель способен не только отогреть газовый баллон, но и обеспечить постоянную температуру, при которой прибор будет выполнять свои функции с наибольшей эффективностью.

Таким образом, сокращается расход топлива до 30 процентов.

Хлорирование пропана – промышленный метод получения перхлорэтилена

Термическое хлорирование пропана (250-350 °С) приводит к трудноразделяемой смеси моно-и дихлорпропанов, при повышении температуры до 400-500 °С образуются хлорпропены; исчерпывающее хлорирование в избытке хлора при 550-600 °С — один из промышленных методов получения перхлорэтилена и СС14.

Термическое хлорирование пропана в промышленности проводится главным образом с целью производства 1,3-дихлорпропана, на основе которого получается циклопропан. Механизм хлорирования пропана включает следующие стадии: пропан и хлор нагревают раздельно в жидком виде до 400—600°, после чего в поток пропана с большой скоростью вводится хлор с таким расчетом, чтобы скорость его ввода была выше скорости распространения пламени. Реакция проводится в трубчатом змеевике. Так же как и при хлорировании метана, применяется ступенчатая подача хлора с таким расчетом, чтобы на отрезке реакционной трубы между предыдущей и последующей подачей хлора реакция успевала полностью завершиться. Съем избыточного тепла реакции достигается введением с пропаном инертного разбавителя, например, азота или двуокиси углерода. На некоторых установках реакционный змеевик с этой целью помещают в баню с расплавленными солями. Продукты реакции охлаждаются в змеевиковом холодильнике, после чего поступают в ректификационную колонну на разделение. Выделяемые углеводороды вновь направляются на реакцию, а хлорированные углеводороды подвергаются повторной ректификации для разделения на моно-, ди- и полихлориды. Разгонка осуществляется на нескольких колоннах.

Плотность пропана C3H8 при различной температуре

• Представлены таблицы значений плотности пропана C3H8 при различных температурах и давлении.
• В первой таблице рассмотрена плотность пропана в газообразном состоянии при положительной и отрицательной температуре (от -33 до 407°С) и нормальном атмосферном давлении.
• Во второй таблице приведена плотность сжиженного пропана, находящегося в сжатом состоянии, при давлении от 20 до 200 бар и температуре 20…100°С.

Плотность газообразного пропана

Плотность газа пропана при нормальных условиях имеет значение 1,985 кг/м3. Пропан, как и другие газы с молярной массой более 29-ти, тяжелее воздуха. Он занимает третье место после метана и этана по молярной массе среди углеводородов с брутто-формулой CnH2n+2.

Плотность пропана в газообразном состоянии при увеличении его температуры снижается. При нагревании этот газ увеличивается в объеме, что при постоянной массе приводит к снижению его плотности. Например, при росте температуры с 7 до 407°С плотность газа пропана снижается в почти в 2,5 раза — с 1,958 до 0,791 кг/м3. 

-33	2,317	87	1,506	207	1,124
-23	2,214	97	1,464	217	1,1
-13	2,121	107	1,425	227	1,078
-3	2,036	117	1,387	247	1,036
7	1,958	127	1,352	267	0,998
17	1,886	137	1,318	287	0,962
27	1,82	147	1,287	307	0,928
37	1,758	157	1,256	327	0,897
47	1,701	167	1,227	347	0,868
57	1,647	177	1,2	367	0,841
67	1,597	187	1,173	387	0,815
77	1,55	197	1,148	407	0,791

Плотность сжиженного пропана

Плотность сжиженного пропана значительно больше, чем газообразного. При комнатной температуре она лишь немногим меньше плотности некоторых жидких углеводородных топлив и почти в два раза меньше плотности воды. Например, при температуре 20°С и давлении 20 бар (19,74 атм.) плотность пропана сжиженного составляет величину 510,7 кг/м3. 

При увеличении давления при постоянной температуре плотность пропана в жидком состоянии увеличивается. При нагревании сжиженного пропана при постоянном давлении его плотность снижается — пропан становиться менее плотным.

Зависимость изменения плотности жидкого пропана от давления менее существенна, чем от температуры. При росте давления в 10 раз (с 20 до 200 бар) его плотность увеличивается всего на 6…10%. Причем, это увеличение тем больше, чем выше температура жидкого пропана.

20	510,7	476,9	—	—	—
40	515,2	483,3	445,8	393,5	—
60	518,9	489,7	456	412,7	347,6
80	523	495,3	464,7	427,7	381,2
100	526,9	500,5	472,4	439,8	401,1
120	530,2	505,1	479,2	449,6	416
140	533,6	509,4	485	458,1	427,5
160	536,8	513,3	490,2	464,9	436,7
180	539,7	517,1	495	471	444,4
200	542,6	520,6	499,2	476,2	450,9

Химические свойства

Аналогичны свойствам других представителей ряда алканов (горение, дегидрирование, галогенирование, нитрирование, крегинг).

Реакции замещения

В молекулах алканов связи С–Н более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи С–С.

1.1. Галогенирование

Пропан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании пропана образуется смесь хлорпроизводных.

Например, при хлорировании пропана образуются 1-хлорпропан и 2-хлопропан:

Бромирование протекает более медленно и избирательно.

Избирательность бромирования: сначала замещается атом водорода у третичного атома углерода, затем атом водорода у вторичного атома углерода, и только затем первичный атом. С третичный–Н > С вторичный–Н > С первичный–Н

Например, при бромировании пропана преимущественно образуется 2-бромпропан:

Хлорпропан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорпропана, трихлорпропана, тетрахлорпропана и т.д.

1.2. Нитрование пропана

Пропан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании и под давлением. Атом водорода в пропане замещается на нитрогруппу NO2.

Например. При нитровании пропана образуется преимущественно 2-нитропропан:

Окисление пропана

Пропан

– слабополярное соединение, поэтому при обычных условиях он не окисляется даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение

Пропан горит с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения пропана сопровождается выделением большого количества теплоты.

2C3H6 + 9O2 → 6CO2 + 6H2O + Q

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

CnH2n+2 + (3n+1)/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O + Q

При горении пропана в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Дегидрирование пропана – способ получения пропилена

Дегидрирование пропана как промышленный способ получения пропилена используется с 1990 года. В процессе дегидрирования практически отсутствуют побочные продукты.

В соответствии с данной технологией пропан (и небольшое количество водорода для снижения коксообразования) подают в реактор с неподвижным либо движущимся слоем катализатора при температуре 510-700 ºС при атмосферном давлении. Катализатором служит платина, нанесенная на активированный оксид алюминия, содержащий 20% хрома. При любой конструкции реактора необходима постоянная регенерация катализатора для сохранения его активности. Выходящий из реактора поток поступает в стандартные колонны для разделения. Непрореагировавший пропан и некоторое количество водорода возвращаются в процесс, смешиваясь со свежей порцией сырья. Оставшийся продукт содержит примерно 85% пропилена, 4% водорода, а также легкие и тяжелые отходящие газы.

Применение данной технологии оправдано при высоком спросе на пропилен, превышающем спрос на этилен. Отсутствие побочных продуктов избавляет от дополнительных усилий по их реализации. Одним из ключевых моментов для производства пропилена дегидрированием пропана является разница цен пропилена и пропана. Если разница будет недостаточной, то может оказаться, что производимый пропилен будет стоить дороже, чем по рыночным расценкам. Однако нельзя сказать, что процесс дегидрирования используется лишь при наличии источника достаточно дешевого пропана. Фактически, большинство заводов по дегидрированию пропана расположено в местах, где существует особая потребность в пропилене, а не там, где есть дешевый пропан. В то время как большая часть пропилена производится при переработке нефти и ее продуктов, получение пропилена дегидрированием пропана позволяет получать сырье, которое не связано напрямую с ценами на нефть.

Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH→R–H + Na2CO3

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.

При взаимодействии бутаноата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуются пропан и карбонат натрия:

CH3–CH2–CH2–COONa + NaOH→CH3–CH2–CH3 + Na2CO3

Разница между природным газом и пропаном

Определение

Природный газ: Природный газ представляет собой смесь простых углеводородных соединений.

Пропан Пропан — горючий газ, имеющий химическую формулу С₃ЧАС₈.

плотность

Природный газ: Относительная плотность природного газа низкая. Поэтому он легче воздуха.

Пропан Относительная плотность газа пропана высокая. Поэтому он тяжелее воздуха.

Природный газ: Природный газ не может храниться в резервуарах.

Пропан Пропан можно хранить в резервуарах.

Компоненты

Природный газ: Природный газ состоит в основном из метана и других простых углеводородных веществ.

Пропан Пропан состоит из молекул пропана.

сжимаемость

Природный газ: Природный газ нельзя легко сжать, чтобы сжижить газ.

Пропан Пропан может быть легко сжат, чтобы сделать пропан жидким.

Влияние на окружающую среду

Природный газ: Природный газ производит меньше вредных веществ, чем сырая нефть.

Пропан Пропан производит большое количество вредных веществ по сравнению с природными газами.

Заключение

Природный газ и пропан являются важными источниками энергии. Поскольку природный газ не может храниться в резервуарах, он доступен только там, где расположены сети природного газа. Поэтому пропан является хорошей альтернативой для районов, где природный газ недоступен. Пропан присутствует в природном газе в значительном количестве. Поэтому природный газ является хорошим источником для производства пропана. Основное различие между природным газом и пропаном состоит в том, что газообразный пропан тяжелее воздушной фазы, тогда как природный газ легче воздуха. Это связано с тем, что относительная плотность пропана выше 1, тогда как относительная плотность природного газа ниже 1.