Газообразный
Пропан относиться к органическим веществам класса алканов. Пропан содержится в природном газе и может быть образован при крекинге нефтепродуктов. Пропан считается одним из самых ядовитых газов.
Физические свойства
Пропан – это бесцветный газ, который слабо растворяется в воде. Точка кипения пропана — 42,1С. При контакте с воздухом пропан образует взрывоопасную смесь (при концентрации паров от 2 до 9,5%). При давлении 760 мм ртутного столба температура возгорания пропана может составить порядка 466 °С.
Химические свойства
Химические свойства пропана аналогичны большинству свойств ряда алканов. К таким свойствам относятся: хлорирование, дегидрирование и так далее.
Применение пропана
Пропан широко используется как топливо для различных нужд. Он является важным компонентом сжиженных углеводородных газов. Используется пропан для производства растворителей и в пищевой промышленности (в качестве пропеллента, добавки E944).
Хладагент
Смесь изобутана (R-600a) и чистого пропана (R-290a) не наносит вред озоновому слою и имеет низкий показатель парникового потенциала (GWP). Поэтому данную смесь широко применяют в качестве хладагента. Эта смесь заменила устаревшие хладагенты в холодильных установках и кондиционерах.
Бутан (C4H10) — как и пропан, относиться к классу алканов. Это органическое соединение, которое очень токсично и вызывает отравление организма человека при вдыхании. В химии обычно бутаном называют смесь н-бутана и его изомера изобутана CH(CH3)3. Название бутан состоит из двух частей, корня «бут-», что с английского языка означает масляная кислота (butyric acid) и окончания «-ан», которое говорит о принадлежности этого вещества к алканам.
Изомерия
Бутан имеет два изомера:
температура плавления, °С
температура кипения, °С
Физические свойства
Бутан представляет собой бесцветный и легковоспламеняемый газ. При нормальном давлении и температуре ниже 0 °C легко сжижается. При повышении давления и обычной температуре — легколетучая жидкость. Растворимость в воде бутана составляет 6,1 мг на 100 миллилитров воды. Бутан при давлении 10 атмосфер и температуре 100 °C может образовывать азеотропное соединение с водой.
Нахождение и получение
Бутан находиться в нефтяном и газовом конденсате (его доля составляет примерно 12%). Получают бутан и методом гидрокаталитического или каталитического крекинга нефтяных фракций. В лабораторных условиях бутан получают по реакции Вюрца:
Применение и реакции
При свободнорадикальном хлорировании получается смесь 2-хлорбутана и 1-хлора. На воздухе при сгорании образуется вода и углекислый газ. Бутан широко используется в качестве смеси с пропаном в зажигалках и газовых баллонах. В них он находиться в сжиженном состоянии и имеет определенный запах из-за наличия в смеси одорантов. Различают «летние» и «зимние» смеси, которые имеют разные составы. Теплота сгорания одного килограмма бутана составляет примерно 45 МДж (12,72 кВт•ч).
При недостатке кислорода образуется сажа или угарный газ или того и другого вместе.
Компания Дюпон запатентовала метод получения малеинового ангидрида при каталитическом окислении из н-бутана
н-Бутан является хорошим сырьем для производства бутена, 1,3-бутадиена, которые являются важными компонентом бензина с высоким октановым числом. Чистый бутан используется как хладагент в холодильных установках и кондиционерах. Бутан лучше фреона за счет своей экологичности и безопасности для окружающей среды, но менее производителен, чем фреоновые хладагенты. Бутан зарегистрирован как пищевая добавка E943a в пищевой промышленности, а изобутан как добавка E943b, пропеллент. Эти вещества применяются в дезодорантах.
В пищевой промышленности бутан зарегистрирован в качестве пищевой добавкиE943a, а изобутан — E943b, как пропеллент, например, в дезодорантах.
Влияние бутана на организм человека
Вдыхание человеком бутана может вызвать сердечную недостаточность и смерть от удушья. Попадание жидкого бутана или струи газа-бутан вызывает охлаждение до минус двадцати градусов, что очень опасно для человека.
Метан СН4
называется также болотным газом, так как он составляет главную часть горючих газов, пузырьками поднимающихся из болотной тины, где метан образуется при гниении растительных остаткоз (целлюлозы) без доступа воздуха. Кроме того, его называют рудничным газом, так как он образуется при медленном разложении каменного угля под землей и иногда выделяется в большом количестве в рудниках; образование смесей метана с воздухом может служить причиной опасных взрывов. Большие количества метана содержатся в растворенном состоянии в нефти; в нефтеносных местностях он иногда выделяется из земли. Метан входит также в состав светильного газа; обычно очищенный светильный газ, получаемый пиролизом угля или нефти, содержит около 50% водорода, 34% метана, 8% окиси углерода, 4% непредельных углеводородов, 4% азота и 1% двуокиси углерода.
Громадные количества метана содержатся в некоторых месторождениях природных газов. В настоящее время успешна эксплуатируются такие месторождения близ Саратова, Ставрополя, Дашавы и др.; они снабжают газом, состоящим из почти чистого метана, Москву, Киев и другие большие города и промышленные центры, За последние годы на территории СССР открыт ряд новых месторождений природного метана.
Ввиду большой важности метана как вещества, лежащего в основе важнейшего ряда органических соединений, химики приложили много стараний, чтобы синтезировать метан из элементов. Впервые метан был получен из сероуглерода (легко получаемого синтетически из элементов) при пропускании его вместе с сероводородом через трубки с накаленной медью (Бертело, 1856):
Лишь значительно позже (1897) было найдено, что метан может быть получен в качестве единственного продукта реакции непосредственным соединением углерода с водородом при 1200° С; в присутствии никеля эта реакция идет с хорошим выходом при более низкой температуре (475 °С).
Метан можно получить действием воды на карбид алюминия:
Это один из наиболее удобных способов получения метана в лаборатории. Он получается также восстановлением водородом окиси углерода или углекислого газа в присутствии металлического никеля при 250—400° С. Кроме того, метан можно получить по любому из общих способов получения углеводородов, и в лабораториях его часто получают сплавлением уксуснокислого натрия с едким натром.
Метан — бесцветный газ, без запаха, мало растворимый в воде, несколько лучше — в спирте. В 100 объемах воды при 20° С растворяется примерна 3,3 объема, а при 0° С — примерно 5,5 объема метана. Это — постоянный газ; его критическая температура —82,1°С при 45,8 ат. Горит он бледным синеватым пламенем.
При прохождении через раскаленные трубки, а также под действием искрового электрического разряда метан разлагается на водород и углерод, образуя, однако, при этом и некоторое количество более сложных углеводородов (этан, этилен, ацетилен, бензол, нафталин).
Пропусканием смеси метана с воздухом через нагретые трубки с различными катализаторами могут быть получены в качестве продуктов окисления метана метиловый спирт и муравьиный альдегид.
Хлор и бром на рассеянном свету замещают атомы водорода в метане, образуя, например, соединения СН3Сl, СН2Сl2, СНCl3 и СCl4. Под действием црямых солнечных лучей, а также при зажигании смеси метана с хлором происходит выделение углерода и образование хлористого водорода по уравнению
Некоторые физические свойства метана указаны выше (см. табл. 1).
Метан как главная составная часть природного газа является важным промышленным сырьем для получения ацетилена, хлорпроизводных (от хлористого метила до четыреххлористого углерода), формальдегида и нитро-метана.
Сжиженный углеводородный газ (СУГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ)
Сжиженный углеводородный газ (СУГ) является одним из видов альтернативного топлива.
СУГ — это смесь пропана, нормального бутана, изобутана, пропилена, этана, этилена и других углеводородов.
Способы получения СУГ:
- как продукт переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ),
- при добыче нефти и природного газа.
Использование смеси данных газов в качестве топлива обусловлено рядом физико-химических свойств:
- высокие температуры кипения при атмосферном давлении — позволяют хранить сжиженную пропан-бутановую смесь в диапазоне эксплуатационных температур: — 40°С — + 45°С при относительно низком давлении (до 1,6 МПа);
- СУГ не теряет и не изменяет своих свойств в течении долгого времени, не выветривается.
- октановое число СУГ — более благоприятно в сравнении с бензином и дизельным топливом и изменяется в интервале 90 -110, в зависимости от соотношения пропана и бутана в смеси.
- энергоэффективность СНГ ниже, чем у традиционных видов топлива из-за низкой энергии на ед. объема. Это повышает расход при сгорании на 10-20%, по сравнению с бензиновым топливом, но компенсируется в 2 раза меньшей ценой.
- СНГ сгорает более эффективно и безопасно даже в холодном двигателе, даже когда двигатель холодный, горит относительно чисто, без дыма и пепла, то есть более экологичен.
По сравнению с дизтопливом:
— 90 % меньше твердых частиц,
— 90 % меньше оксидов азота,
— 60 % меньше углекислого газа СО2,
— СНГ не загрязняет почву, потому что не растворяется в воде.
Каждый из компонентов газа имеет определенную температуру кипения, поэтому давление паровой фазы СУГ зависит как от температуры, так и от его компонентного состава.
Компонентный состав сжиженного углеводородного газа регламентируется ГОСТ 20448-90 «ГАЗЫ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ СЖИЖЕННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ДЛЯ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ».
Стандарт предусматривает 3 марки газа:
- ПТ (пропан технический),
- СПБТ (смесь пропана и бутана технических),
- БТ (бутан технический).
Содержание пропана, бутана и других примесей в СУГ влияет на многие его свойства, потому что значительно влияет на величину октанового числа и плотность паров топлива.
Октановое число (ОЧ) — показатель сопротивления топлива детонации:
- растет за счет увеличения содержания насыщенных углеводородов (пропана, н-бутана, изобутана и тд),
- ненасыщенные углеводороды полимеризуются, что способствует образованию осадка — нагара в баке, в топливной системе и камере сгорания.
Упругость паров (летучесть смеси) является очень важной в низких температурах окружающей среды. Удержание ее на соответствующем уровне дает возможность СНГ выйти из бака. Оба компонента смеси являются газообразными и низкокипящими.
Пропан кипит при атмосферном давлении уже при — 42 ° С, бутан, в тех же условиях температуры при -0,5 ° С, поэтому в зимний период содержание пропана в топливном газе увеличивают для роста упругости паров газа.
Летом соотношение смеси составляет около 40% пропана и 60% бутана, а зимой соотношение является противоположным: 60/40.
Пропан дороже бутана, поэтому «зимняя» смесь тоже дороже «летней».
На АГЗС должны следить за составом смеси и не хитрить, заменяя зимнюю смесь на летнюю.
В отличие от АГЗС, на АГНКС используется компримированный сетевой природный газ из газопроводов.
Технологии производства СУГ:
- непосредственно из сырой нефти: при добыче выделяется попутный нефтяной газ (ПНГ),
- при стабилизации в резервуарах выделяется этан, пропан, бутан и пентан.
Этан С2Н6
Этан С2Н6, так же как и метан, содержится в нефти и в газах, выделяющихся из земли в нефтеносных районах. Он содержится также в газах, получаемых сухой перегонкой каменного угля, и в газообразных продуктах крекинга и пиролиза нефти. В лабораториях этан обыкновенно получают восстановлением йодистого этила цинковой пылью в спиртовом растворе
или электролизом уксуснокислого натрия.
Этан
— бесцветный газ, горящий слабо светящимся пламенем. Он может быть сгущен в жидкость уже при 4° С и давлении 46 ат. В воде он почти нерастворим; 1 объем абсолютного спирта растворяет 1,5 объема этана. При 575—650° С в отсутствие катализаторов этан разлагается на этилен и водород:
