Propan lub metan: argumenty i fakty dotyczące Twojego samochodu. Jak skroplić gazy? Produkcja i wykorzystanie gazu skroplonego Zdobądź gaz propan

DEFINICJA

W normalnych warunkach (przy 25 o C i ciśnieniu atmosferycznym) propan jest bezbarwnym, bezwonnym gazem (budowę cząsteczki pokazano na ryc. 1), który przy stężeniu par 1,7 - 10,9% tworzy z powietrzem mieszaninę wybuchową.

Propan jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, ponieważ jego cząsteczki mają niską polarność i nie wchodzą w interakcje z cząsteczkami wody. Dobrze rozpuszcza się w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak benzen, tetrachlorek węgla, eter dietylowy itp.

Ryż. 1. Struktura cząsteczki propanu.

Tabela 1. Właściwości fizyczne propanu.

Dostawanie propanu

Głównymi źródłami propanu są ropa naftowa i gaz ziemny. Można go wydzielić przez destylację frakcyjną gazu ziemnego lub frakcję benzynową oleju.

W laboratorium propan otrzymuje się w następujący sposób:

— uwodornianie węglowodorów nienasyconych

CH3-CH \u003d CH2 + H2 →CH3-CH2-CH3 (kat \u003d Ni, t o);

— redukcja haloalkanów

C3H7I + HI → C3H8 + I2 (t o);

- zgodnie z reakcją alkalicznego topienia soli jednozasadowych kwasów organicznych

C3H7-COONa + NaOH → C3H8 + Na2CO3 (t o);

- oddziaływanie haloalkanów z metalicznym sodem (reakcja Wurtza)

C2H5Br + CH3Br + 2Na → CH3-CH2-CH3 + 2NaBr.

Właściwości chemiczne propanu

W normalnych warunkach propan nie reaguje ze stężonymi kwasami, stopionymi i stężonymi zasadami, metalami alkalicznymi, halogenami (z wyjątkiem fluoru), nadmanganianem potasu i dichromianem potasu w środowisku kwaśnym.

Dla propanu najbardziej charakterystyczne są reakcje przebiegające według mechanizmu rodnikowego. Homolityczne rozszczepianie wiązań C-H i C-C jest energetycznie korzystniejsze niż ich rozszczepianie heterolityczne.

Wszystkie przemiany chemiczne propanu przebiegają z rozszczepieniem:

1. wiązania CH

• halogenowanie (SR)

CH 3 -CH 2 -CH 3 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 3 + HBr ( hv).

• nitrowanie (SR)

CH 3-CH 2-CH 3 + HONO 2 (rozcieńczyć) → CH 3-C (NO 2) H-CH 3 + H 2 O (t o).

• sulfochlorowanie (SR)

C 3 H 8 + SO 2 + Cl 2 → C 3 H 7 -SO 2 Cl + HCl ( hv).

• odwodornienie

CH 3 -CH 2 -CH 3 → CH 2 \u003d CH-CH 3 + H 2 (kat \u003d Ni, t o).

• dehydrocyklizacja

CH 3 -CH 2 -CH 3 → do 3 H 6 + H 2 (kat \u003d Cr 2 O 3, t o).

1. Wiązania C-H i C-C

• utlenianie

C 3H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2O (t o).

Aplikacja propanu

Propan jest używany jako paliwo samochodowe, a także jest używany w życiu codziennym (gaz balonowy).

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

PRZYKŁAD 2

Propan jest związkiem organicznym, trzecim przedstawicielem alkanów w szeregu homologicznym. W temperaturze pokojowej jest to bezbarwny i bezwonny gaz. Wzór chemiczny propanu to C 3 H 8 . Zagrożenie pożarem i wybuchem. Ma niewielką toksyczność. Działa słabo na układ nerwowy i ma właściwości narkotyczne.

Struktura

Propan jest nasyconym węglowodorem składającym się z trzech atomów węgla. Z tego powodu ma zakrzywiony kształt, ale ze względu na stały obrót wokół osi wiązań istnieje kilka konformacji molekularnych. Wiązania w cząsteczce są kowalencyjne: C-C niepolarne, C-H słabo polarne. Z tego powodu trudno je rozbić, a substancja raczej trudno wchodzi w reakcje chemiczne. To ustawia wszystkie właściwości chemiczne propanu. Nie zawiera izomerów. Masa molowa propanu wynosi 44,1 g/mol.

Jak dostać się do

W przemyśle propan prawie nigdy nie jest syntetyzowany sztucznie. Jest izolowany z gazu ziemnego i ropy naftowej przez destylację. W tym celu istnieją specjalne zakłady produkcyjne.

W laboratorium propan można otrzymać w następujących reakcjach chemicznych:

Właściwości fizyczne propanu

Jak już wspomniano, propan jest gazem bezbarwnym i bezwonnym. Jest nierozpuszczalny w wodzie i innych rozpuszczalnikach polarnych. Ale rozpuszcza się w niektórych substancjach organicznych (metanol, aceton i inne). W -42,1 °C skrapla się, aw -188 °C staje się stały. Jest łatwopalny, ponieważ tworzy łatwopalne i wybuchowe mieszaniny z powietrzem.

Właściwości chemiczne propanu

Są to typowe właściwości alkanów.

Mechanizm reakcji halogenowania jest łańcuchowy. Pod wpływem światła lub wysokiej temperatury cząsteczka halogenu rozkłada się na rodniki. Oddziałują z propanem, odbierając mu atom wodoru. W rezultacie powstaje swobodne cięcie. Oddziałuje z cząsteczką halogenu, ponownie rozbijając ją na rodniki.

Bromowanie zachodzi według tego samego mechanizmu. Jodowanie można przeprowadzić tylko za pomocą specjalnych odczynników zawierających jod, ponieważ propan nie wchodzi w interakcje z czystym jodem. Podczas interakcji z fluorem dochodzi do eksplozji, powstaje polipodstawiona pochodna propanu.

Nitrowanie można przeprowadzić rozcieńczonym kwasem azotowym (reakcja Konowalowa) lub tlenkiem azotu (IV) w podwyższonej temperaturze (130-150°C).

Sulfoutlenianie i sulfochlorowanie prowadzi się w świetle UV.

Reakcja spalania propanu: C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2O.

Łagodniejsze utlenianie można również przeprowadzić przy użyciu pewnych katalizatorów. Reakcja spalania propanu będzie inna. W tym przypadku otrzymuje się propanol, propanal lub kwas propionowy. Oprócz tlenu jako utleniacze mogą być stosowane nadtlenki (najczęściej nadtlenek wodoru), tlenki metali przejściowych, związki chromu (VI) i manganu (VII).

Propan reaguje z siarką tworząc siarczek izopropylu. W tym celu jako katalizatory stosuje się tetrabromoetan i bromek glinu. Reakcja zachodzi w temperaturze 20°C przez dwie godziny. Wydajność reakcji wynosi 60%.

Z tymi samymi katalizatorami może reagować z tlenkiem węgla (I), tworząc ester izopropylowy kwasu 2-metylopropanowego. Mieszaninę reakcyjną po reakcji należy potraktować izopropanolem. Zbadaliśmy więc właściwości chemiczne propanu.

Aplikacja

Ze względu na dobrą palność propan jest stosowany w życiu codziennym i przemyśle jako paliwo. Może być również stosowany jako paliwo do samochodów. Propan pali się w temperaturze prawie 2000°C, dlatego jest używany do spawania i cięcia metali. Palniki propanowe podgrzewają bitum i asfalt w budownictwie drogowym. Ale często na rynku nie stosuje się czystego propanu, ale jego mieszaninę z

Dziwne, ale znalazł zastosowanie w przemyśle spożywczym jako dodatek E944. Ze względu na swoje właściwości chemiczne propan jest tam stosowany jako rozpuszczalnik substancji zapachowych, a także do obróbki olejków.

Jako czynnik chłodniczy R-290a stosowana jest mieszanina propanu i izobutanu. Jest bardziej wydajny niż starsze czynniki chłodnicze, a także przyjazny dla środowiska, ponieważ nie zuboża warstwy ozonowej.

Propan jest szeroko stosowany w syntezie organicznej. Służy do produkcji polipropylenu oraz różnego rodzaju rozpuszczalników. W rafinacji ropy naftowej służy do odasfaltowania, czyli zmniejszenia udziału ciężkich cząsteczek w mieszance bitumicznej. Jest to konieczne do recyklingu starego asfaltu.

Mieszanina propanu i butanu od dawna stosowana jest w wielu dziedzinach przemysłu, produkcji i życia codziennego, wynika to ze szczególnych właściwości mieszaniny tych gazów. Propan-butan ma wyjątkową zdolność do zmiany stanu skupienia z ciekłego na gazowy i odwrotnie. W takim przypadku do uzyskania wymaganego stanu nie jest wymagane stosowanie agregatów kriogenicznych.

Jak zdobyć propan-butan

Propan-butan otrzymuje się z ropy naftowej i kondensatu towarzyszących jej gazów, inną nazwą propanu-butanu jest gaz płynny. Jej ciekła lub gazowa postać jest determinowana warunkami klimatycznymi: gdy temperatura wzrasta, zamienia się w parę, gdy spada i jednocześnie wzrasta ciśnienie, przybiera postać płynną.

Gdzie i jak stosuje się propan-butan

Gaz ropopochodny jest paliwem przyjaznym dla środowiska, dlatego znajduje zastosowanie w domowych systemach grzewczych, wykorzystywany jest w rolnictwie, innych gałęziach przemysłu jako paliwo do kotłów czy pojazdów, a także przy spawaniu czy cięciu metali. W tym przypadku butan działa jak samo paliwo, a propan wytwarza niezbędne ciśnienie. Propan-butan jest produkowany w butlach, proporcje są ściśle regulowane przez państwo, ponieważ mieszanina jest wyjątkowo wybuchowa.

Jak przebiega spawanie gazowe w produkcji:

Do prac produkcyjnych mieszanina propan-butan jest wytwarzana w postaci specjalnych palników do spawania gazowego, do których z butli doprowadzany jest gaz palny i tlen. Jeśli wymagane jest cięcie metalu, proces ten zachodzi w wyniku jego spalania w strumieniu tlenu i usunięcia powstających tlenków.

W procesie spawania mieszaniną propan-butan spawany metal i jego odpowiednik wypełniacza topi się w płomieniu, który tworzy gaz ropopochodny. Krawędzie produktów są topione, a szczelina między nimi jest wypełniona lutem, który ostrożnie wprowadza się do środka płomienia palnika wraz z mieszanką.

Mieszanka propan-butan nie bez powodu jest szeroko stosowana w sektorze domowym i przemysłowym. Wraz ze swoimi unikalnymi właściwościami ma stosunkowo niski i stabilny koszt. Ponadto większość kotłowni i przedsiębiorstw jest przystosowana do dwóch rodzajów paliwa - ich urządzenia spalania mogą naprzemiennie spalać mieszankę propan-butan i gaz ziemny, co daje dobre oszczędności.

Propan jest gazem o wzorze chemicznym C 3 H 8, który jest bezwonny i bezbarwny. Butan jest tym samym bezbarwnym gazem co bezwonny propan, wzór butanu to C 4 H 10. Propan i butan należą do szeregu alkanów i są stosowane jako składniki paliw LPG. LPG to skroplony gaz węglowodorowy, propan podobnie jak butan ma wartość opałową odpowiednią do wykorzystania jako paliwo. Ogólne podobieństwo właściwości fizycznych obu gazów nie rozciąga się na temperaturę wrzenia - dla propanu wynosi ona -43 o C, dla butanu jest znacznie wyższa (-0,5 o C).

Dlatego propan może być stosowany jako paliwo w temperaturach poniżej zera, ale nie butan, do którego stosuje się mieszaninę gazów - gaz płynny lub propan-butan. Mieszanka gazów powstaje w taki sposób, aby propan (tak w skrócie nazywa się mieszaninę propanu i butanu) można było bezpiecznie stosować w dowolnej temperaturze. Oddzielne użycie propanu jest niemożliwe z następującego powodu - po podgrzaniu propan znacznie się rozszerza, co prowadzi do wzrostu ciśnienia na ściankach naczynia (w którym przechowywany jest gaz) od wewnątrz. Ta właściwość propanu prowadzi do powstawania pęknięć na wewnętrznych ściankach zbiornika i jego stopniowej degradacji (z powodu utraty zdolności do hermetycznego zatrzymywania gazu w środku). Wyciek propanu nie jest najgorszą konsekwencją jego ekspansji. W przypadku nagłego nagrzania propan może eksplodować zbiornik od wewnątrz i spowodować znaczne szkody dla znajdujących się w pobliżu osób. Substancje o ostrym zapachu są dodawane do mieszaniny propanu i butanu w celu szybkiego wykrycia wycieków.

Mieszanina propanu i butanu jest przechowywana w butli lub zbiorniku gazu w postaci skroplonej. Skraplanie propanu-butanu następuje pod wpływem ciśnienia – metodą kompresorową, pod ciśnieniem w zbiorniku magazynowana jest mieszanina propanu i butanu. Upłynnienie propanu sprawia, że ​​jest on wygodny w transporcie i przechowywaniu – w postaci skroplonej mieszanina propanu i butanu zajmuje 600 razy mniej miejsca. Przechowywanie odbywa się w normalnej temperaturze, w wyniku czego propan częściowo przechodzi ze stanu ciekłego do stanu gazowego (w tym stanie propan-butan jest używany jako paliwo, w stanie gazowym jest dostarczany do kotła gazowego) .

Jak powstaje propan-butan?

Propan otrzymuje się z operacji wydobycia lub rafinacji ropy naftowej. Podczas wydobycia ropy naftowej uwalniany jest związany z nią gaz ropopochodny - mieszanina różnych gazów węglowodorowych, w tym propanu. Taka produkcja propanu odbywa się podczas szczelinowania - technologii wydobywania ropy ze szczelinowaniem hydraulicznym. Część propanu otrzymuje się jako produkt uboczny rafinacji ropy naftowej w rafineriach. Propan jest następnie skraplany i transportowany do stacji benzynowych.