Пропан — это органическое соединение, третий представитель алканов в гомологическом ряду. При комнатной температуре он представляет собой газ без цвета и запаха. Химическая формула пропана - C 3 H 8 . Пожаро- и взрывоопасен. Обладает небольшой токсичностью. Он оказывает слабое воздействие на нервную систему и обладает наркотическими свойствами.

Строение

Пропан — это предельный углеводород, состоящий из трех атомов углерода. По этой причине он имеет изогнутую форму, но из-за постоянного вращения вокруг осей связей существует несколько молекулярных конформаций. Связи в молекуле ковалентные: С-С неполярные, C-H слабополярные. Из-за этого их сложно разорвать, а вещество довольно трудно вступает в химические реакции. Это и задает все химические свойства пропана. Изомеров у него нет. Молярная масса пропана - 44,1 г/моль.

Способы получения

В промышленности пропан почти не синтезируют искусственно. Его выделяют из природного газа и нефти с помощью перегонки. Для этого существуют специальные производственные установки.

В лаборатории пропан можно получить следующими химическими реакциями:


Физические свойства пропана

Как уже упоминалось, пропан — это газ без цвета и запаха. Он не растворяется в воде и других полярных растворителях. Зато растворяется в некоторых органических веществах (метанол, ацетон и другие). При - 42,1 °C сжижается, а при − 188 °C становится твердым. Огнеопасен, так как образует с воздухом легковоспламеняющиеся и взрывоопасные смеси.

Химические свойства пропана

Они представляют собой типичные свойства алканов.


Механизм реакций галогенирования — цепной. Под действием света или высокой температуры молекула галогена распадается на радикалы. Они вступают во взаимодействие с пропаном, отнимая у него атом водорода. В результате этого образуется свободный пропил. Он взаимодействует с молекулой галогена, вновь разбивая ее на радикалы.

Бромирование происходит по такому же механизму. Йодирование можно осуществлять только специальными йодсодержащими реагентами, так как пропан не взаимодействует с чистым йодом. При взаимодействии с фтором происходит взрыв, образуется полизамещенное производное пропана.

Нитрование может осуществятся разбавленной азотной кислотой (реакция Коновалова) или оксидом азота (IV) при повышенной температуре (130-150 °C).

Сульфоокисление и сульфохлорирование осуществляется при УФ-свете.

Реакция горения пропана: C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O.

Можно провести и более мягкое окисление, используя определенные катализаторы. Реакция горения пропана будет другой. В этом случае получают пропанол, пропаналь или пропионовую кислоту. В качестве окислителей, кроме кислорода, могут использоваться перекиси (чаще всего перекись водорода), оксиды переходных металлов, соединения хрома (VI) и марганца (VII).

Пропан реагирует с серой с образованием изопропилсульфида. Для этого в качестве катализаторов используется тетрабромэтан и бромид алюминия. Реакция идет при 20 °C в течение двух часов. Выход реакции составляет 60 %.

С теми же катализаторами может реагировать с оксидом углерода (I) с образованием изопропилового эфира 2-метилпропановой кислоты. Реакционная смесь после реакции должна быть обработана изопропанолом. Итак, мы рассмотрели химические свойства пропана.

Применение

Из-за хорошей горючести пропан находит применение в быту и промышленности как топливо. Он может быть использован также в качестве горючего для автомобилей. Пропан горит с температурой почти 2000° C, поэтому его используют для сварки и резки металла. Пропановыми горелками разогревают битум и асфальт в дорожном строительстве. Но зачастую на рынке используется не чистый пропан, а его смесь с

Как ни странно, но нашел он применение и в пищевой промышленности как добавка Е944. Благодаря своим химическим свойствам пропан используется там в качестве растворителя ароматизаторов, а также для обработки масел.

Смесь пропана и изобутана используется как хладагент R-290a. Он более эффективен, чем старые хладагенты, и также является экологически чистым, так как не разрушает озоновый слой.

Большое применение пропан нашел в органическом синтезе. Его используют для получения полипропилена и различного рода растворителей. В нефтепереработке его используют для деасфальтизации, то есть уменьшения доли тяжелых молекул в битумной смеси. Это необходимо для вторичного использования старого асфальта.

Пропан – газ из группы алканов (общая формула ряда – C n H 2n+2), обладающий высокой горючестью. Пропан используется для бытовых нужд, в качестве топлива для автомобилей и в промышленности. Пропан часто используется вместе с техническим бутаном – газ пропан-бутан сокращенно называется СПБТ (смесь пропан-бутан техническая).

Как используется пропан в быту.

В качестве топлива для домохозяйств в системах автономного газоснабжения активно используется газ пропан-бутан технический. Газ используется для отопления жилых и нежилых объектов, удаленных от действующих централизованных газопроводов, проведение трубы до которых занимает значительное количество времени и стоит больших денег. Применение пропан-бутана технического для таких домохозяйств позволяет решить не только проблему отопления, но и наличия горячей воды и топлива для работы бытовых газовых приборов (газовых плит для приготовления пищи, работающих от пропан-бутана из газгольдера или газового баллона).

Технический бутан в быту также используется для работы холодильных установок (пропановое и бутановое охлаждение более эффективно и менее вредно для окружающей среды, чем охлаждение фреоном).

Встретить бутан можно и в обычных зажигалках (баллоны с бутаном и пропаном для подзаправки зажигалок также распространены в быту). Работают за счет бутана и осветительные приборы – фонари и прожектора (для чего периодически используется и пропан).

Существуют и паяльные лампы на сжиженном газе, которые используют бутан. Также многим туристам в походе ничего не помогает лучше разогреть пищу, чем пропан в небольшом баллоне.

Для чего пропан нужен на производстве?

Пропан, равно как и бутан, используются для сварочных работ (по технологии газокислородной сварки) – сварки металлоконструкций. Также пропан-бутан используют и для обратного процесса – резки металлов, в заготовительных производствах. Использование бутана в промышленных целях возможно и в холодильных установках, в обогревающих агрегатах.

Газы используются в химической промышленности – при производстве растворителей, производстве краски и лака, ленты для печатных машинок и копировальной бумаги.

Газы группы алканов используют и в парфюмерном деле – при производстве лака для волос, туши для ресниц.

При укладке дорожного полотна газы применяют для разогрева частиц асфальта.

Наконец, широкое применение данные газы получили в качестве топлива для автомобилей. На пропан-бутане работает не только наземный транспорт – такое топливо возможно применить и для летательных аппаратов и водного транспорта.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

В обычных условиях (при 25 o С и атмосферном давлении) пропан представляет собой бесцветный газ без запаха (строение молекулы приведено на рис. 1), который при концентрации паров 1,7 - 10,9% образует с воздухом взрывоопасную смесь.

Пропан практически не растворим в воде, так как его молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды. Он хорошо растворяется в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и др.

Рис. 1. Строение молекулы пропана.

Таблица 1. Физические свойства пропана.

Получение пропана

Основными источниками пропана являются нефть и природный газ. Его можно выделить фракционной перегонкой природного газа или бензиновой фракции нефти.

В лабораторных условиях пропан получают следующими способами:

— гидрированием непредельных углеводородов

CH 3 -CH=CH 2 + H 2 →CH 3 -CH 2 -CH 3 (kat = Ni, t o);

— восстановлением галогеналканов

C 3 H 7 I + HI →C 3 H 8 + I 2 (t o);

— по реакции щелочного плавления солей одноосновных органических кислот

C 3 H 7 -COONa + NaOH → C 3 H 8 + Na 2 CO 3 (t o);

— взаимодействием галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

C 2 H 5 Br + СH 3 Br + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 3 + 2NaBr.

Химические свойства пропана

В обычных условиях пропан не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.

Для пропана наиболее характерны реакции, протекающие по радикальному механизму. Энергетически более выгоден гомолитический разрыв связей C-H и C-C, чем их гетеролитический разрыв.

Все химические превращения пропана протекают с расщеплением:

  1. cвязей C-H
  • галогенирование (S R)

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

  • нитрование (S R)

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

  • сульфохлорирование (S R)

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

  • дегидрирование

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

  • дегидроциклизация

CH 3 -CH 2 -CH 3 → C 3 H 6 + H 2 (kat = Cr 2 O 3 , t o).

  1. связей C-H и C-C
  • окисление

C 3 H 8 + 5O 2 →3CO 2 + 4H 2 O (t o).

Применение пропана

Пропан применяется как автомобильное топливо, а также используется в быту (баллонный газ).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание Рассчитайте объемы хлора и пропана, приведенные к нормальным условиям, которые потребуются для получения 2,2-дихлорпропана массой 8,5 г.
Решение Запишем уравнение реакции хлорирования пропана до 2,2-дихлорпропана (реакция происходит под действием УФ-излучения):

H 3 C-CH 2 -CH 3 + 2Cl 2 = H 3 C-CCl 2 -CH 3 + 2HCl.

Рассчитаем количество вещества 2,2-дихлорпропана (молярная масса равна - 113 г/моль):

n(C 3 H 6 Cl 2) = m (C 3 H 6 Cl 2) / M (C 3 H 6 Cl 2);

n(C 3 H 6 Cl 2) = 8,5 / 113 = 0,07 моль.

Согласно уравнению реакции n(C 3 H 6 Cl 2) : n(CH 4) = 1:1, т.е. n(C 3 H 6 Cl 2) = n(C 3 H 8) = 0,07 моль. Тогда объем пропана будет равен:

V(C 3 H 8) = n(C 3 H 8) × V m ;

V(C 3 H 8) = 0,07 × 22,4 = 1,568 л.

По уравнению реакции найдем количество вещества хлора. n(C 3 H 6 Cl 2) : n(Cl 2) = 1:2, т.е. n(Cl 2) = 2 × n(C 3 H 6 Cl 2) = 2 × 0,07 = 0,14 моль. Тогда объем хлора будет равен:

V(Cl 2) = n(Cl 2) × V m ;

V(Cl 2) = 0,14 × 22,4 = 3,136л.
Ответ Объемы хлора и пропана равны 3,136 и 1,568 л соответственно.

Смесь пропана и бутана с давних времен используется во многих сферах промышленности, производства и быта, это обусловлено особыми свойствами смеси этих газов. Пропан-бутан отличается уникальной способностью переходить из жидкой консистенции в газообразную ее форму и наоборот. При этом для получения необходимого состояния не требуется задействовать какие-либо криогенные агрегаты.

Как получают пропан-бутан

Пропан-бутан получают из нефти и конденсата попутных ее газов, иное название пропан-бутана – сжиженный нефтяной газ. Жидкую или газообразную его форму определяют климатические условия: при повышении температуры он преобразуется в пар, при ее снижении и одновременном увеличении давления, принимает жидкую форму.

Где и как используется пропан-бутан

Нефтяной газ считается экологически чистым видом топлива, поэтому его используют в системах отопления домов, применяют в агропромышленности, иных производстве в качестве топлива для котельных или автотранспорта, а также при сварочных работах или резке металлов. При этом бутан выступает как само топливо, а пропан создает необходимое давление. Пропан-бутан выпускается в баллонах, пропорции строго регулируются государством, поскольку смесь крайне взрывоопасна.

Как происходят газосварочные работы на производстве:

Для производственных работ смесь пропан-бутана выпускается в виде специальных газосварочных горелок, в которые из баллонов подаются горючий газ и кислород. Если требуется разрезать металл, процесс происходит за счет его сжигания в кислородной струе и удаления оксидов, которые она образует.

В процессе сварки с помощью пропан-бутановой смеси металл, который нужно приварить и присадочный его аналог, расплавляются пламенем, который образует нефтяной газ. Края изделий расплавляются, и щель между ними заполняет присадочный металл, который аккуратно вводят в центр пламени горелки со смесью.

Пропан-бутановая смесь неспроста широко используется в бытовых и производственных сферах. Наряду со своими уникальными свойствами, она имеет относительно низкую и стабильную стоимость. Кроме того, большинство котельных домов и предприятий рассчитаны на два типа топлива – их устройства горения попеременно могут сжигать пропан-бутановую смесь и природный газ, что дает хорошую экономию.

Характер, где каждая новая ступень означает сжатие в 5-12 раз, после чего следует охлаждение и переход на следующую ступень. СПГ становится жидким по завершению последней стадии сжатия.

Сжижение газа – очень процесс, на который уходит до четверти всей энергии содержащейся в данном объеме газа. Для сжижения газа используются несколько типов установок – турбинно-вихревые, дроссельные, турбодетандерные и другие. Иногда сжижение производится по комбинированным схемам, куда входят элементы вышеперечисленных циклов. Как показывает практика, большей простотой и надежностью отличаются дроссельные установки.

Развитие современных технологий способствует тому, что сжижение природного газа стало возможным в условиях специализированных мини-заводов. Это тем более актуально для России – страны с развитой сетью магистральных газопроводов, чему способствует наличие многочисленных крупных и мелких газораспределительных станций и автомобильных газонаполнительных станций. Именно на их базе очень выгодно строить мини-заводы по производству СПГ.

Установка по производству сжиженного газа состоит из блока очистки от паров воды и двуокиси углерода, блока ожижения, системы управления и автоматики, криогенного емкостного оборудования для хранения и накопления СПГ и компрессорного оборудования. При выборе места установки мини-завода должны быть учтены характеристики оборудования, наличие коммуникаций – электроснабжения, воды, телефона и газовой магистрали, наличие безопасных расстояний от объекта, дорого и подъездных путей.

Сжиженный природный газ востребован в различных областях деятельности человека - в промышленности, в автомобильном транспорте, в медицине, в сельском хозяйстве, в науке и пр. Немалую популярность сжиженные газы завоевали за счет удобства их использования и транспортировки, а также экологической чистоты и невысокой стоимости.

Инструкция

Перед сжижением углеводородного газа его необходимо предварительно очистить и удалить водяной пар. Углекислый газ удаляют, используя систему трехступенчатых молекулярных фильтров. Очищенный таким образом газ в небольших количествах используется в качестве регенерационного. Восстанавливаемый газ либо сжигается, либо применяется для получения в генераторах мощности.

Просушивание происходит с помощью 3-х молекулярных фильтров. Один фильтр поглощает водяной пар. Другой сушит газ, который далее и проходит через третий фильтр. Для понижения температуры газ пропускается через водяной охладитель.

После очистки и сушки газа начинается процесс его сжижения, который последовательно осуществляется по стадиям. Природный газ на каждой стадии сжижения уплотняется от 5 до 12 раз, далее охлаждается и переходит на другую стадию. При завершении последней стадии сжатия с охлаждением происходит собственно сжижение природного газа. Объем его уменьшается примерно в 600 раз.

Получить газ можно несколькими способами: турбодетандерным, азотным способом, смешанным и др. При турбодетандерном способе на ГРС получают сжиженный природный газ, используя энергию перепада давления. К плюсам этого метода можно отнести небольшие энергозатраты и капиталовложения. А к минусам – низкий КПД сжижения, зависимость от стабильного давления, негибкое производство.

Азотный способ подразумевает производство сжиженного углеводородного газа из любых газовых источников. К преимуществам этого метода можно отнести простоту технологии, высокий уровень безопасности, гибкость производства, легкость и малозатратность эксплуатации. Ограничения этого метода - необходимость источника электроэнергии и высоких капитальных затрат.

При смешанном способе производства сжиженного газа в качестве хладагента используют смесь азота и метана. Получают газ также из любых источников. Этот метод отличается гибкостью производственного цикла и небольшими переменными затратами на производство. Если сравнивать с азотным способом сжижения, здесь капитальные затраты более существенны. Также необходим источник электроэнергии.

Источники:

  • Что такое сжижение газов?
  • Сжиженный газ: получение, хранение и транспортировка
  • что такое сжиженный газ

Любой газ можно превратить в жидкость, если его сжать и сильно охладить. Впервые такой лабораторный эксперимент был проведен с аммиаком в 1779 году. Знаменитый ученый Майкл Фарадей, первооткрыватель электромагнитной индукции, в XIX веке также провел целый ряд успешных опытов по сжижению газов. А в начале ХХ века с развитием низкотемпературных технологий стало возможным переводить в жидкое состояние абсолютно все газы, известные науке.

Сжиженные газы находят широкое в самых разных областях науки и техники. Например, жидкий используется в качестве хладоагента при хранении скоропортящихся продуктов. Жидкий водород используют как компонент ракетного топлива. Сжиженная смесь пропана и бутана применяется в качестве автомобильного топлива. Примеры можно продолжать бесконечно. Кроме того, сжижение газов экономически выгодно при их транспортировке на большие расстояния.

Таким образом транспортируется ценнейшее полезное – природный газ. До сих пор самый распространенный способ его передачи от производителя потребителю реализован с помощью трубопроводов. Газ прокачивают по трубам под высоким давлением (порядка 75 атмосфер). При этом газ постепенно теряет кинетическую энергию и , поэтому необходимо время от времени охлаждать его, одновременно увеличивая давление. Это делается на компрессорных станциях. Легко можно понять, что строительство и обслуживание газопровода требует больших затрат. Однако при транспортировке газа на относительно небольшие расстояния это самый дешевый способ.

Если же газ необходимо транспортировать на очень большие расстояния, то гораздо выгоднее использовать специальные суда – танкеры-газовозы. От места добычи газа до ближайшего подходящего места на морском побережье протягивают трубопровод, а на берегу строят газовый терминал. Там газ сильно сжимают и охлаждают, переводя в жидкое состояние, и закачивают в изотермические емкости танкеров (при температурах порядка -150оС).

Этот способ транспортировки имеет ряд преимуществ перед трубопроводным. Во-первых, один подобный танкер за один рейс может перевезти громадное количество газа, ведь плотность вещества, находящегося в жидком состоянии, гораздо выше. Во-вторых, основные расходы приходятся не на транспортировку, а на погрузку-разгрузку продукта. В-третьих, хранение и перевозка сжиженного газа гораздо безопаснее, чем сжатого. Можно не сомневаться, что доля природного газа, транспортируемого в сжиженном виде, будет неуклонно возрастать по сравнению с газопроводными поставками.

В современном мире экономических отношений компании нередко ищут возможность минимизировать затраты на все процессы, связанные с производством, хранением, транспортировкой того или иного продукта. Не исключение и продукты газа.

Природный газ является полезным ископаемым, который добывают при помощи скважин. На территории месторождения природного газа располагают большое количество таких скважин, чтобы обеспечить равномерное падение пластового давления в залежи. Конечным пунктом доставки добытого газа являются различные фабрики, заводы, предприятия, ТЭЦ, газовые службы города.


Тысячи ученых в различных лабораториях ежедневно проводят огромное количество экспериментов, технологи на заводах и фабриках, следуя четким предписаниям, ломают головы при поиске наиболее выгодных способов доведения до конечного потребителя газа - вещества в газообразном агрегатном состоянии, которое катастрофически плохо поддается обработке и тем более транспортировке в исходном виде.



Сегодня природный газ научились транспортировать в жиженном виде. Так как газ не имеет ни цвета, ни запаха, то с целью предупреждения его утечки, а как следствие, отравления людей или возгорания помещения, в него добавляют различные одоранты , то есть химические вещества, которые имеют неприятный для человека запах.

  • Чистый сжиженный природный газ не горит и не может самовоспламеняться. Но в результате испарения и при контакте с огнем это свойство возобновляется. Для того чтобы начать его использовать, газ снова необходимо подогреть.

Как газ делают жидким

Для упрощения перемещения, хранения, использования газ сжижают. Весь процесс сжижения проходит в специальных регазификационных терминалах. Сжиженный природный газ – это абсолютно бесцветная жидкость, лишенная запаха.

  • После перехода из газообразного состояния в жидкость, его объем уменьшается в раз.

Сам процесс состоит из последовательного сжатия и охлаждения, которое продолжается до тех пор, пока сжижение не происходит. Следует отметить, что процесс этот весьма энергозатратен. Для уменьшения количества затраченной энергии используют потенциальную энергию газа и его естественное охлаждение.



Хранение газа осуществляется в специализированных цистернах, которые называются криоцистернами. А перевоз осуществляется на морских судах и спецавтомобилях. Конечный путь следования происходит по трубопроводам.