Пропан. Все аспекты применения в быту и производстве технического газа пропана

Таблица плотности газа

Таблица плотностей сжиженной пропан-бутановой смеси (в т/м³) в зависимости от ее состава и температуры

Отличительные особенности сжиженных газов:

• высокая упругость паров;
• не имеют запаха. Для своевременного выявления утечек сжиженным газам придают специфический запах — производят одоризацию этилмер-каптаном (C2H5SH);
• невысокие температуры и пределы воспламеняемости. Температура воспламенения бутана — 430°C, пропана — 504°C. Нижний предел воспламеняемости пропана — 2,3%, бутана — 1,9%;
• пропан, бутан и их смеси тяжелее воздуха. В случае утечки сжиженный газ может скапливаться в колодцах или подвалах. Запрещается устанавливать оборудование, работающее на сжиженном газе, в помещениях подвального типа;
• переход в жидкую фазу при увеличении давления или уменьшении температуры;
• высокая теплотворная способность. Для сжигания СУГ необходимо большое количество воздуха (для сжигания 1 м³ газовой фазы пропана необходимо 24 м³ воздуха, а бутана — 31 м³ воздуха);
• большой коэффициент объемного расширения жидкой фазы (коэффициент объемного расширения жидкой фазы пропана в 16 раз больше, чем у воды). Баллоны и резервуары заполняются не более чем на 85% геометрического объема. Заполнение более чем на 85% может привести к их разрыву, последующему быстрому истечению и испарению газа, а также воспламенению смеси с воздухом;
• в результате испарения 1 кг жидкой фазы СУГ при н. у. получается 450 литров паровой фазы. Другими словами, 1 м³ паровой фазы пропан-бутановой смеси имеет массу 2,2 кг;
• при сгорании 1 кг пропан-бутановой смеси выделяется около 11,5 кВт×ч тепловой энергии;
• сжиженный газ интенсивно испаряется и, попадая на кожу человека, вызывает обморожение.

Пример:

Плотность пропан-бутановой смеси состава 60% пропан, 40% бутан при температуре окружающей среды -20°C составит 0,577 т/м3 либо 577 кг/м3

Свойства СУГ

Чтобы понять, зачем смешивают пропан с бутаном, необходимо знать особенности каждого компонента, в том числе их взаимодействие с внешней средой. С точки зрения молекулярного строения они относятся к углеводородным соединениям, которые можно хранить в жидком состоянии, что значительно упрощает транспортировку и эксплуатацию.

Одним из условий образования жидкого газа является высокое давление, поэтому его хранят в специальных резервуарах под давлением 16 бар. Второе условие для перехода углеводородных газов из одного состояния в другое – внешняя температура воздуха. Пропан закипает при -43°С, тогда как преобразование из жидкого в газообразное состояние у бутана происходит при -0,5°С, что является основным отличием данных углеводородов.

Таблица с некоторыми другими свойствами данных газов

Дополнительную информацию о свойствах сжиженного углеводородного газа можно прочитать в статье: пропан-бутан для газгольдера – свойства и особенности применения.

I. Видеоурок: “Алканы”

II. Гомологический ряд алканов

Алканы (предельные углеводороды) – это алифатические (ациклические), насыщенные углеводороды, в которых все валентности атомов углерода, не затраченные на образование простых С – С связей, насыщены атомами водорода.

Общая формула алканов – СnH2n+2

В таблице представлены некоторые представители ряда алканов и их радикалы.

Из таблицы видно, что эти углеводороды отличаются друг от друга количеством групп — СН2 -.Такой ряд сходных по строению, обладающих близкими химическими свойствами и отличающихся друг от друга числом данных групп называется гомологическим рядом. А вещества, составляющие его называются гомологами.

Гомологи – вещества сходные по строению и свойствам, но отличающиеся по составу на одну или несколько гомологических разностей (- СН2 -).

Тренажёр: «Гомологический ряд алканов»

III. Строение алканов

Основные характеристики:

• пространственное строение – тетраэдрическое
• sp3 – гибридизация,
• ‹ HCH = 109 ° 28
• Углеродная цепь — зигзаг (если n ≥ 3)
• σ – связи (свободное вращение вокруг связей)
• длина (-С-С-) 0,154 нм
• энергия связи (-С-С-) 348 кДж/моль

Все атомы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии sр3-гибридизации

Угол между связями С-C составляет 109°28′, поэтому молекулы нормальных алканов с большим числом атомов углерода имеют зигзагообразное строение (зигзаг). Длина связи С-С в предельных углеводородах равна 0,154 нм (1нм=1*10-9м).

Анимация: “Образование молекулы метана”

а) электронная и структурная формулы

б) пространственное строение

Строение молекулы этана С2Н6

Строение молекулы пропана С3Н8 – цепь зигзагообразная

Тренажёр: «Состав и строение алканов»

IV. Изомерия алканов

Характерна СТРУКТУРНАЯ изомерия цепи с С4

Один из этих изомеров (н-бутан) содержит неразветвленную углеродную цепь, а другой — изобутан — разветвленную (изостроение).

Атомы углерода в разветвленной цепи различаются типом соединения с другими углеродными атомами. Так, атом углерода, связанный только с одном другим углеродным атомом, называется первичным, с двумя другими атомами углерода – вторичным, с тремя – третичным, с четырьмя – четвертичным.

С увеличением числа атомов углерода в составе молекул увеличиваются возможности для разветвления цепи, т.е. количество изомеров растет с ростом числа углеродных атомов.

Сравнительная характеристика гомологов и изомеров

V. Номенклатура алканов

Свою номенклатуру имеют радикалы (углеводородные радикалы)

Число одинаковых заместителей указывают при помощи множительных приставок:

• два – «ди»
• три – «три»
• четыре – «тетра»
• пять – «пента»
• шесть – «гекса»
• семь – «гепта»
• восемь – «окта»
• девять – «нано»

Для названия предельных углеводородов применяют в основном систематическую (международная номенклатура IUPAC) и рациональную номенклатуры.

Номенклатура алканов

1. Рациональная номенклатура

По рациональной номенклатуре алканы рассматривают как производные простейшего углеводорода — метана, в молекуле которого один или несколько водородных атомов замещены на радикалы. Эти заместители (радикалы) называют по старшинству (от менее сложных к более сложным). Если эти заместители одинаковые, то указывают их количество. В основу названия включают слово «метан»:

2. Систематическая номенклатура

Правила систематической номенклатуры:

1. В формуле молекулы алкана выбираем главную цепь — самую длинную.

2. Затем эту цепь нумеруем с того конца, к которому ближе расположен заместитель (радикал). (Если заместителей несколько, то поступают так, чтобы цифры, указывающие их положение, были наименьшими) Заместители перечисляем по алфавиту.

3. Называем углеводород: вначале указываем (цифрой) место расположения заместителя, затем называем этот заместитель (радикал), а в конце добавляем название главной (самой длинной) цепи.

Таким образом, углеводород может быть назван: 2 — метил — 4 — этилгептан (но не 6-метил-4-этилгептан).

Анимация: “Образование названий алканов по номенклатуре ИЮПАК”

Анимация: “Примеры разной записи формул одного и того же вещества”

Тренажер №1: “Первичные, вторичные и третичные атомы углерода”

Тренажер №2: “Составление формул алканов по названию”

ЦОРы

Видеоурок:“Алканы”

Анимация: “Образование молекулы метана”

Анимация: “Образование названий алканов по номенклатуре ИЮПАК”

Анимация: “Примеры разной записи формул одного и того же вещества”

Пропан в промышленности

Техническая форма вещества используется:

• для обогрева кабин большегрузных машин;
• в сварке и раскрое различных металлических конструкций;
• в парфюмерии, косметическом производстве;
• для изготовления лаков, растворителей;
• в производстве печатной продукции на полиграфических комбинатах — с его помощью делают копировальную бумагу и типографскую краску;
• как вкусоароматическая добавка;
• для производства хладагента для холодильных установок и кондиционеров;
• в изготовлении и окрашивании полимеров;
• для обогрева цехов, теплиц, производственных зданий.

Технологический фактор

Помимо климатического фактора, существует технологическое обоснование того, зачем смешивают пропан и бутан. На нефтеперерабатывающих предприятиях в процессе переработки попутных газов пропан и бутан производятся в разных количествах. Поэтому для оптимизации сырьевой политики данные углеводороды смешивают между собой в определенной пропорции. При этом, независимо от технологии изготовления сжиженного углеводородного газа, процентное содержание двух составляющих должно находиться в рамках, установленных ГОСТом.

Зачем смешивают пропан и бутан в автономной системе газоснабжения

Учитывая физико-химические характеристики насыщенных углеводородов, их применение во многом зависит от климатических условий. Сжиженный бутан в чистом виде не будет работать при отрицательных температурах. Тогда как применение чистого пропана противопоказано в условиях жаркого климата, поскольку высокая температура вызывает чрезмерное повышение давления в газовом резервуаре.

Так как для каждого региона нецелесообразно производить отдельную марку газа, с целью унификации ГОСТом предусмотрена смесь с определенным содержанием двух компонентов в рамках установленных норм. Согласно ГОСТ 20448-90 максимальное содержание бутана в данной смеси не должно превышать 60%, при этом для северных регионов и в зимнее время года доля пропана должно быть не меньше 75%.

Процентное соотношение газов в разное время года

Кстати, больше статей нашего блога о газификации — в этом разделе.

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.

Транспортирование и хранение

Так как испарение жидкости в СУГ происходит даже при 0 °С, эти назы принято хранить строга в закрытых ёмкостях.

Крупные потребители получают углеводородные газы в железнодорожных или автомобильных цистернах, из которых их переливают в заводские стационарные емкости.

Мелкие потребители пользуются обычно баллонами.

Транспортируют газы в соответствии с правилами перевозок опасных грузов и правилами безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

В первую очередь, стоит учитывать свойства пропана. Его температура в баллоне не должна превышать 15 градусов по Цельсию, иначе существует риск возгорания.

Где применяют пропан?

Благодаря высокой температуре горения, пропан широко применяется в качестве топлива для автомобилей, как топливный элемент для газовых плит и отопительных систем. На предприятиях используется в процессе резки металла и сварки металлоконструкций. В пищевой и химической промышленности он применим в качестве растворителя или пищевой добавки.

Пропан-бутановая смесь

Чем алканы отличаются от других химических соединений

«Парафины» – это химические соединения, которые имеют низкую реакционную способность. Алканы не растворяются в воде и не имеют какого-либо цвета. При горении алканы выделяют очень много тепла, а пламя их – бесцветное или светло-голубое. Этот класс соединений активно применяют в промышленности, в частности – при синтезировании топлива и нефти.

В таблице вы можете увидеть список веществ, которые относятся к классу алканов.