Пропан

Пропа́н (лат. propanum), C₃H₈ — органическое вещество класса алканов. Содержится в природном газе^[5], образуется при крекинге нефтепродуктов, при разделении попутного нефтяного газа, «жирного»^{[уточнить]} природного газа как побочная продукция при различных химических реакциях. Чистый пропан не имеет запаха, однако в технический газ могут добавляться компоненты, обладающие сигнальным запахом. Как представитель углеводородных газов пожаро- и взрывоопасен. Малотоксичен, но оказывает вредное воздействие на центральную нервную систему (отравление, рвота, возможен летальный исход)^[6][7].

Пропан
Общие
Хим. формула	C3H8
Рац. формула	CH3CH2CH3
Физические свойства
Молярная масса	44,1 г/моль
Плотность	газ: (0 °C, нормальные условия) 1,96 кг/м³[1] 1,8641 кг/м³ в стандартных условиях по ГОСТ 2939—63; жидкость: (+20°C, 8,4 атм.) 0,5005 г/см³
Энергия ионизации	11,07 ± 0,01 эВ[2] и 10,95 эВ[3]
Термические свойства
Температура
• плавления	−187,6 °C
• кипения	−44 ± 1 ℉[2], 231,1 К[4] и −42,1 °C[3]
• самовоспламенения	472 °C
Пределы взрываемости	2,1 ± 0,1 об.%[2]
Энтальпия
• образования	−104 680 Дж/моль[4]
• сгорания	93,4 МДж/м³ 48,4 МДж/кг[1] 2147,2 кДж/моль
Давление пара	8,4 ± 0,1 атм[2]
Структура
Дипольный момент	2,8E−31 Кл·м[3]
Классификация
Рег. номер CAS	74-98-6
PubChem	6334
Рег. номер EINECS	200-827-9
SMILES	CCC
InChI	InChI=1S/C3H8/c1-3-2/h3H2,1-2H3 ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N
Кодекс Алиментариус	E944
RTECS	TX2275000
ChEBI	32879
ChemSpider	6094
Безопасность
NFPA 704	4 1 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Физические свойства

Бесцветный газ без запаха^[8]. Очень мало растворим в воде. Точка кипения −42,1 °C. Точка замерзания −188 °C. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 1,7 до 10,9 %. Критическая температура пропана T_кр = 370 К, критическое давление P_кр = 4,27 МПа, критический удельный объём V_кр = 0,00444 м³/кг^[9] Плотность сжиженного пропана при 298 K — 0,493 т/м³. Газ легко сжижается при повышении давления.

Плотности жидкой и паровой фаз пропана существенно зависят от температуры^[10].

• Плотность газовой фазы при нормальных условиях = 2,019 кг/м³.
• Плотность газовой фазы при температуре 15°С = 1,900 кг/м³.
• Плотность жидкой фазы при температуре 0°С = 529,7 кг/м³.
• Плотность жидкой фазы при температуре 15 °С = 508,6 кг/м³.
• Удельная теплота сгорания = 48 МДж/кг.

Химические свойства

Аналогичны свойствам других представителей ряда алканов (дегидрирование, хлорирование и т. д.)

• Окисление

${\displaystyle \mathrm {C_{3}H_{8}+5O_{2}=3CO_{2}+4H_{2}O} }$

• Галогенирование
  • Хлорирование.

При термическом хлорировании пропана массовый выход 1-хлорпропан составляет — 75 %, 2-хлорпропан — 25 %

${\displaystyle \mathrm {2CH_{3}-CH_{2}-CH_{3}+2Cl_{2}{\xrightarrow {450C}}CH_{3}-CHCl-CH_{3}+CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}Cl+2HCl} }$

При фотохимическом хлорировании пропана массовый выход 1-хлорпропан составляет 43 %, 2-хлорпропан 57 %

${\displaystyle \mathrm {2CH_{3}-CH_{2}-CH_{3}+2Cl_{2}{\xrightarrow {hv}}CH_{3}-CHCl-CH_{3}+CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}Cl+2HCl} }$

• • Бромирование протекает медленнее, чем хлорирование, а значит селективно, то есть с образованием преимущественно одного продукта. Так, при фотохимическом бромировании пропана образуется преимущественно 2-бромпропан (92 %)

${\displaystyle \mathrm {2CH_{3}-CH_{2}-CH_{3}+2Br_{2}{\xrightarrow {hv}}CH_{3}-CHBr-CH_{3}+CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}Br+2HBr} }$

Применение

Топливо

Несмотря на более высокую цену, пропан во многом удобнее природного газа (метана), так как в отличие от метана сжижается при комнатной температуре и сравнительно невысоком давлении (8-12 атм)^[11], а метан при комнатной температуре не сжижается, и его приходится хранить сжатым под высоким давлением (200—250 атм), либо транспортировать в жидком виде при криогенных температурах. Поэтому баллоны для пропана значительно легче и дешевле метановых, и содержат гораздо больше газа (например, 50-литровый метановый баллон весит 55 кг и вмещает 9 кг газа, а пропановый такого же объёма весит 19 кг и вмещает 22 кг газа, кроме того, баллон для метана в 3—4 раза дороже. Композитные баллоны в 2—3 раза легче, но ещё в несколько раз дороже). Это делает пропан гораздо более удобным для хранения и транспортировки, поэтому пропан (или его смесь с бутаном) широко применяется для подключения переносного газового оборудования (переносные газовые плитки, газовые горелки для кровельных работ и т. д.), в качестве автомобильного топлива, а также для газификации небольших отдаленных населенных пунктов или отдельных зданий, для которых строительство газопровода природного газа экономически нецелесообразно.

Пропан товарный — жидкость, содержащая не менее 93 % пропана или пропилена, упругость паров которой при 45 °С не превышает 1,6 МПа. Содержание бутанов-бутилен допускается до 3 %, этана-этилена (до 4 %) ограничивается максимальным давлением паров. Коррозионная активность, содержание серы, влаги и плотность товарного пропана регламентируются техническими условиями на его доставку. Если пропан используется в качестве моторного топлива, то ограничивается допустимое содержание пропилена. Жидкостный остаток при −20 °С ограничивается 2 %, содержание сероводорода — 50 мг/м³ газа^[12].

Пропан-бутановая смесь товарная — жидкость, содержащая этан-этилена до 4 %, пентана до 3 %, сероводорода до 50 мг м³ газа. Упругость паров при 45 °С не должна превышать упругость паров пропана (см. Пропан товарный). Температура испарения (объемная доля 95 %) должна быть равной температуре испарения бутана. Состав смеси (сжиженного газа), которая используется в качестве топлива для коммунально-бытового потребления, ограничивается упругостью пара 1,6 МПа при температуре 45 °С. При этом обеспечивается достаточная летучестью газового топлива^[12].

Пропан применяется:

Баллон пропана на лёгком грузовике

Классический стальной газовый баллон на 50 литров, получивший широкое распространение в частных жилых домах

• При выполнении газопламенных работ на заводах и предприятиях:
  • в заготовительном производстве;
  • для резки металлолома;
  • для сварки неответственных металлоконструкций.
• При кровельных работах.
• При дорожных работах для разогрева битума и асфальта.
• В качестве топлива для переносных электрогенераторов.
• Для обогрева производственных помещений в строительстве.
• Для обогрева производственных помещений (на фермах, птицефабриках, в теплицах).
• Для газовых плит, водогрейных колонок в пищевой промышленности.
• В быту
  • при приготовлении пищи в домашних и походных условиях;
  • для подогрева воды;
  • для сезонного обогрева отдалённых помещений — частных домов, отелей, ферм;
  • для сварки труб, теплиц, гаражей и других хозяйственных конструкций с использованием газосварочных постов.
• В последнее время широко используется в качестве автомобильного топлива, так как дешевле бензина.

Хранится и перевозится в металлических баллонах ярко-красного цвета и полимерно-композитных баллонах (не путать с коричневыми баллонами для гелия)

Химия и пищевая промышленность

В химической промышленности используется для получения пропилена, сырья для производства полипропилена.

Является исходным сырьём для производства растворителей.

Используется как пропеллент.

В пищевой промышленности пропан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E944.

Хладагент

Смесь из осушенного чистого пропана (R-290a (коммерческое обозначение для описания изобутаново-пропановых смесей)) с изобутаном (R-600a) не разрушает озоновый слой и обладает низким коэффициентом парникового потенциала (GWP). Смесь подходит для функционального замещения устаревших хладагентов (R-12, R-22) в традиционных стационарных холодильных установках и системах кондиционирования воздуха (с обязательной сменой типа компрессорного масла).

Примечания

1. Теплота сгорания метана, бутана и пропана  (рус.). Авторский блог Алексея Зайцева. Дата обращения: 7 октября 2022. Архивировано 7 октября 2022 года.
2. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0524.html
3. David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
4. Smith J. M., H.C. Van Ness, M.M. Abbott Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (англ.) // Journal of Chemical Education — ACS, 1950. — Vol. 27, Iss. 10. — P. 789. — ISSN 0021-9584; 1938-1328 — doi:10.1021/ED027P584.3
5. Газ природный - Что такое Газ природный? - Техническая Библиотека Neftegaz.RU  (неопр.). Дата обращения: 14 октября 2020. Архивировано 15 октября 2020 года.
6. ГОСТ 20448-90. Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления  (неопр.). Дата обращения: 26 июня 2011. Архивировано 7 января 2012 года.
7. Газохроматографическое измерение массовых концентраций углеводородов: метана, этана, этилена, пропана, пропилена, нбутана, альфа-бутилена, изопентана в воздухе рабочей зоны. Методические указания. МУК 4.1.1306-03 (Утв. главным государственным санитарным врачом РФ 30.03.2003) (недоступная ссылка)
8. [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3699.html XuMuK.ru — ПРОПАН — Химическая энциклопедия]
9. Библиографическая проработка по теме: Критическая температура  (неопр.). Дата обращения: 30 декабря 2010. Архивировано 2 июня 2014 года.
10. Oleksiy Zivenko. LPG ACCOUNTING SPECIFICITY DURING ITS STORAGE AND TRANSPORTATION (англ.) // Measuring Equipment and Metrology. — 2019. — Vol. 80, iss. 3. — P. 21–27. — ISSN 2617-846X 0368-6418, 2617-846X. — doi:10.23939/istcmtm2019.03.021.
11. Измерение и регулирование расхода пропан-бутановой смеси | Сигм Плюс Инжиниринг  (неопр.). www.massflow.ru. Дата обращения: 21 октября 2022. Архивировано 21 октября 2022 года.
12. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.