프로판: 화학적 특성, 구조, 생산, 응용. 프로판을 만드는 방법. 프로판과 부탄의 차이점은 무엇입니까?

프로판과 부탄의 혼합물은 산업, 생산 및 일상 생활의 여러 분야에서 오랫동안 사용되어 왔으며 이는 이들 가스 혼합물의 특별한 특성 때문입니다. 프로판-부탄은 액체 농도에서 기체 형태로 또는 그 반대로 변환하는 독특한 능력으로 구별됩니다. 또한, 필요한 상태를 얻기 위해 극저온 장치를 사용할 필요가 없습니다.

프로판-부탄을 얻는 방법

프로판-부탄은 석유와 관련 가스의 응축물에서 얻습니다. 프로판-부탄의 또 다른 이름은 액화석유가스입니다. 액체 또는 기체 형태는 기후 조건에 따라 결정됩니다. 온도가 상승하면 증기로 변환되고, 온도가 낮아지면서 동시에 압력이 상승하면 액체 형태를 취합니다.

프로판-부탄은 어디에, 어떻게 사용되나요?

석유 가스는 친환경 연료로 간주되므로 가정용 난방 시스템, 농업 및 기타 산업에서 보일러 하우스 또는 차량의 연료로 사용되며 금속 용접 또는 절단에도 사용됩니다. 이 경우 부탄은 연료 자체 역할을 하고 프로판은 필요한 압력을 생성합니다. 프로판-부탄은 실린더에서 생산되며, 혼합물은 폭발성이 매우 높기 때문에 그 비율은 주정부에 의해 엄격하게 규제됩니다.

생산 시 가스 용접 작업이 진행되는 방식:

생산 작업을 위해 프로판-부탄 혼합물은 실린더에서 가연성 가스와 산소가 공급되는 특수 가스 용접 토치 형태로 생산됩니다. 금속을 절단해야 하는 경우, 산소 흐름에서 금속을 연소시키고 형성되는 산화물을 제거하는 과정이 진행됩니다.

프로판-부탄 혼합물을 사용하는 용접 공정 중에 용접할 금속과 그 필러 유사체가 화염에 의해 녹아 석유 가스를 형성합니다. 제품의 가장자리를 녹이고 그 사이의 틈을 용가재로 채우고 혼합물과 함께 버너 화염의 중앙에 조심스럽게 주입합니다.

프로판-부탄 혼합물이 가정 및 산업 분야에서 널리 사용되는 것은 당연한 일입니다. 독특한 특성과 함께 상대적으로 저렴하고 안정적인 비용을 가지고 있습니다. 또한 대부분의 보일러실과 기업은 두 가지 유형의 연료에 맞게 설계되었습니다. 연소 장치는 프로판-부탄 혼합물과 천연 가스를 번갈아 연소할 수 있어 비용 절감 효과가 뛰어납니다.

프로판은 동종 계열의 알칸을 대표하는 세 번째 유기 화합물입니다. 실온에서는 무색, 무취의 기체이다. 프로판의 화학식은 C 3 H 8 입니다. 화재 및 폭발 위험. 약간의 독성이 있습니다. 에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 신경계그리고 마약성 성질을 가지고 있습니다.

구조

프로판은 세 개의 탄소 원자로 구성된 포화 탄화수소입니다. 이러한 이유로 곡선 모양을 가지지만, 일정한 회전결합 축 주위에는 여러 가지 분자 형태가 있습니다. 분자의 결합은 공유결합입니다: C-C 비극성, C-H 약극성. 이 때문에 깨지기 어렵고 물질이 화학 반응을 일으키기가 매우 어렵습니다. 이것은 프로판의 모든 화학적 특성을 설정합니다. 이성질체가 없습니다. 프로판의 몰 질량은 44.1 g/mol입니다.

획득 방법

산업계에서 프로판은 인위적으로 합성되는 경우가 거의 없습니다. 증류를 통해 천연가스와 석유로부터 분리됩니다. 이를 위한 특별한 생산 공장이 있습니다.

실험실에서 프로판은 다음과 같이 얻을 수 있습니다. 화학 반응:

프로판의 물리적 특성

이미 언급했듯이 프로판은 무색, 무취의 가스입니다. 물 및 기타 극성 용매에는 녹지 않습니다. 그러나 일부 유기 물질(메탄올, 아세톤 등)에는 용해됩니다. -42.1°C에서는 액화되고, -188°C에서는 고체가 됩니다. 공기와 함께 가연성 및 폭발성 혼합물을 형성하므로 가연성이 있습니다.

프로판의 화학적 성질

이는 알칸의 전형적인 특성을 나타냅니다.

할로겐화 반응의 메커니즘은 사슬입니다. 빛의 영향을 받거나 높은 온도할로겐 분자는 라디칼로 분해됩니다. 그들은 프로판과 상호 작용하여 프로판에서 수소 원자를 제거합니다. 결과적으로 프리 컷이 형성됩니다. 이는 할로겐 분자와 상호작용하여 다시 라디칼로 분해됩니다.

브롬화도 동일한 메커니즘으로 발생합니다. 프로판은 순수한 요오드와 반응하지 않기 때문에 요오드화는 특수 요오드 함유 시약으로만 수행할 수 있습니다. 불소와 상호작용하면 폭발이 일어나고 다치환된 프로판 유도체가 형성됩니다.

질화는 희석하여 수행할 수 있습니다. 질산(Konovalov 반응) 또는 높은 온도(130-150 °C)에서 산화질소(IV).

황산화 및 황산염소화는 자외선 하에서 수행됩니다.

프로판 연소 반응: C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O.

특정 촉매를 사용하여 보다 온화한 산화를 수행할 수도 있습니다. 프로판의 연소 반응은 다를 것입니다. 이 경우 프로판올, 프로판알 또는 프로피온산이 얻어집니다. 산소 외에도 과산화물(대부분 과산화수소), 전이 금속 산화물, 크롬(VI) 및 망간(VII) 화합물을 산화제로 사용할 수 있습니다.

프로판은 황과 반응하여 이소프로필 황화물을 형성합니다. 이를 위해 테트라브로모에탄과 브롬화알루미늄이 촉매로 사용됩니다. 반응은 20°C에서 2시간 동안 진행됩니다. 반응 수율은 60%이다.

동일한 촉매를 사용하면 일산화탄소(I)와 반응하여 2-메틸프로판산 이소프로필 에스테르를 형성할 수 있습니다. 반응 후의 반응 혼합물은 이소프로판올로 처리되어야 합니다. 그래서 우리는 프로판의 화학적 성질을 살펴보았습니다.

애플리케이션

프로판은 가연성이 좋기 때문에 일상생활과 산업현장에서 연료로 사용됩니다. 자동차 연료로도 사용할 수 있다. 프로판은 거의 2000°C의 온도에서 연소되므로 금속 용접 및 절단에 사용됩니다. 프로판 버너는 도로 건설 시 역청과 아스팔트를 가열하는 데 사용됩니다. 그러나 종종 시장에서는 순수 프로판이 아닌 프로판과의 혼합물을 사용합니다.

이상하게도 이는 식품 산업에서도 E944 첨가제로 응용될 수 있습니다. 화학적 특성으로 인해 프로판은 향료 및 가공 오일용 용매로 사용됩니다.

프로판과 이소부탄의 혼합물이 R-290a 냉매로 사용됩니다. 기존 냉매보다 효율성이 뛰어나며, 오존층을 파괴하지 않아 환경친화적이기도 합니다.

프로판은 유기 합성에 매우 유용하게 사용됩니다. 폴리프로필렌 및 ​​각종 용제를 생산하는데 사용됩니다. 정유에서는 역청 혼합물에서 중분자의 비율을 줄이는 역청 제거에 사용됩니다. 이는 오래된 아스팔트를 재활용하는 데 필요합니다.

프로판은 무취, 무색의 화학식 C 3 H 8을 갖는 가스입니다. 부탄은 무취의 프로판과 동일한 무색 가스이며, 부탄의 공식은 C 4 H 10입니다. 프로판과 부탄은 다수의 알칸에 속하며 LPG 연료의 성분으로 사용됩니다. LPG는 액화석유가스이며, 프로판은 부탄과 마찬가지로 연료로 사용하기에 적합한 발열량을 가지고 있습니다. 두 가스의 물리적 특성의 일반적인 유사성은 끓는점까지 확장되지 않습니다. 프로판의 경우 -43oC이고 부탄의 경우 훨씬 더 높습니다(-0.5oC).

따라서 프로판은 영하의 온도에서 연료로 사용할 수 있지만 부탄은 사용할 수 없으므로 액화 석유 가스 또는 프로판-부탄과 같은 가스 혼합물이 사용됩니다. 프로판(프로판과 부탄의 혼합물의 약칭)을 어떤 온도에서도 안전하게 사용할 수 있도록 혼합가스를 만든 것입니다. 프로판을 별도로 사용하는 것은 다음과 같은 이유로 불가능합니다. 가열되면 프로판이 크게 팽창하여 내부에서 용기 벽 (가스가 저장된)의 압력이 증가합니다. 프로판의 이러한 특성으로 인해 탱크 내벽에 균열이 생기고 점진적인 성능 저하가 발생합니다(내부에 가스를 밀봉하는 능력의 상실로 인해). 프로판 누출은 팽창으로 인한 최악의 결과는 아닙니다. 급격한 가열이 발생하면 프로판이 실린더 내부에서 폭발하여 근처에 있는 사람에게 심각한 피해를 줄 수 있습니다. 프로판과 부탄의 혼합물에 자극적인 냄새가 나는 물질이 첨가됩니다. 시기적절한 감지누출.

프로판과 부탄의 혼합물은 액화 형태로 실린더나 가스 탱크 내부에 저장됩니다. 프로판-부탄의 액화는 압력의 영향으로 발생합니다. 압력 하에서 압축기 방식을 사용하면 프로판과 부탄의 혼합물이 탱크 내부에 저장됩니다. 프로판을 액화하면 운송 및 보관이 편리해집니다. 액화 형태로 프로판과 부탄의 혼합물은 공간을 600배나 적게 차지합니다. 저장은 상온에서 이루어지며 그 결과 프로판은 부분적으로 액체 상태에서 기체 상태로 변환됩니다 (이 상태에서는 프로판-부탄이 연료로 사용되며 기체 상태에서는 가스 보일러에 공급됩니다).

프로판-부탄은 어떻게 생산되나요?

프로판은 석유 추출이나 정제 작업에서 얻습니다. 석유 생산 중에 프로판을 포함한 다양한 탄화수소 가스의 혼합물인 관련 석유 가스가 방출됩니다. 이러한 프로판 생산은 수압 파쇄와 관련된 석유 생산 기술인 파쇄 중에 발생합니다. 일부 프로판은 정유소에서 석유를 처리할 때 부산물로 얻어집니다. 프로판은 액화되어 가스 충전소로 운반됩니다.

소련과 러시아에서는 30년 이상 동안 액화 및 압축 가스가 국가 경제에 사용되었습니다. 이 기간 동안 액화 가스 회계를 구성하고 펌핑, 측정, 저장 및 운송 기술을 개발하는 데 다소 어려운 경로를 통과했습니다.

굽기부터 인식까지

역사적으로 우리나라에서는 에너지원으로서 가스의 잠재력이 과소평가되어 왔습니다. 경제적으로 타당한 적용 분야를 보지 못한 석유 생산자들은 탄화수소의 가벼운 부분을 제거하려고 시도하여 쓸모 없게 태웠습니다. 1946년에 가스 산업이 독립 산업으로 분리되면서 상황이 변했습니다. 이러한 유형의 탄화수소 생산량은 러시아의 연료 균형 비율과 마찬가지로 급격히 증가했습니다.

과학자와 엔지니어가 가스를 액화하는 방법을 배웠을 때 가스 액화 기업을 설립하고 가스 파이프라인이 없는 외딴 지역에 청색 연료를 공급하고 모든 가정에서 자동차 연료로 사용하고 생산에 사용하고 수출하는 것이 가능해졌습니다. 경화를 위해.

액화석유가스란?

그들은 두 그룹으로 나뉩니다:

1. 액화탄화수소가스(LPG)는 주로 수소와 탄소로 구성된 화합물의 혼합물입니다. 다른 구조분자, 즉 분자량과 구조가 다른 탄화수소의 혼합물입니다.
2. 경질 탄화수소(NGL)의 넓은 부분 - 헥산(C6) 및 에탄(C2) 부분의 경질 탄화수소 혼합물이 대부분 포함됩니다. 일반적인 구성: 에탄 2-5%, 액화 가스분획 C4-C5 40-85%, 헥산 분획 C6 15-30%, 펜탄 분획이 나머지를 차지합니다.

액화 가스: 프로판, 부탄

가스 산업에서 산업 규모로 사용되는 것은 LPG입니다. 주요 성분은 프로판과 부탄입니다. 또한 불순물로 더 가벼운 탄화수소(메탄 및 에탄)와 더 무거운 탄화수소(펜탄)가 포함되어 있습니다. 나열된 모든 구성 요소는 포화 탄화수소입니다. LPG에는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌과 같은 불포화 탄화수소가 포함될 수도 있습니다. 부탄-부틸렌은 이성질체 화합물(이소부탄 및 이소부틸렌)의 형태로 존재할 수 있습니다.

액화 기술

그들은 20세기 초에 가스를 액화하는 방법을 배웠습니다. 1913년에는 헬륨 액화에 대한 상이 수여되었습니다. 노벨상네덜란드 사람 K.O. Heike에게. 일부 가스는 추가 조건 없이 간단한 냉각을 통해 액체 상태가 됩니다. 그러나 대부분의 탄화수소 "산업용" 가스(이산화탄소, 에탄, 암모니아, 부탄, 프로판)는 압력 하에서 액화됩니다.

액화 가스의 생산은 탄화수소 필드 근처나 대규모 운송 허브 근처의 가스 파이프라인 경로를 따라 위치한 가스 액화 플랜트에서 수행됩니다. 액화(또는 압축) 천연가스는 도로, 철도 또는 철도를 통해 쉽게 배송될 수 있습니다. 해상 운송으로최종 소비자에게 저장되어 저장된 후 다시 기체 상태로 변환되어 가스 공급 네트워크에 공급됩니다.

특수 장비

가스를 액화하기 위해 사용됩니다. 특별 설치. 청색 연료의 양을 크게 줄이고 에너지 밀도를 높입니다. 이들의 도움으로 후속 적용, 공급원료의 특성 및 조건에 따라 다양한 탄화수소 처리 방법을 수행할 수 있습니다. 환경.

액화 및 압축 플랜트는 가스 처리용으로 설계되었으며 블록(모듈식) 설계를 갖거나 완전히 컨테이너화됩니다. 재기화 스테이션 덕분에 가장 먼 지역에도 값싼 천연 연료를 제공하는 것이 가능해졌습니다. 또한 재기화 시스템을 사용하면 천연가스를 저장하고 수요에 따라(예: 수요가 가장 많은 기간 동안) 필요한 양을 공급할 수 있습니다.

액화 상태의 다양한 가스는 대부분 실용적으로 적용됩니다.

• 액체 염소는 직물을 소독하고 표백하는 데 사용되며 화학 무기로 사용됩니다.
• 산소 - 호흡 문제가 있는 환자를 위한 의료 기관.
• 질소 - 냉동수술에서 유기 조직을 동결시키는 데 사용됩니다.
• 수소는 제트 연료와 같습니다. 최근 수소엔진을 탑재한 자동차가 등장했다.
• 아르곤 - 금속 절단 및 플라즈마 용접 산업에 사용됩니다.

프로판과 부탄(n-부탄, 이소부탄)이 가장 널리 사용되는 탄화수소 가스를 액화하는 것도 가능합니다.

• 프로판(C3H8)은 알칸 계열의 유기 기원 물질입니다. 천연가스와 석유제품을 분해하여 얻습니다. 무색, 무취의 가스로 물에 약간 용해됩니다. 식품 산업에서 폴리프로필렌 합성, 용제 생산을 위한 연료로 사용됩니다(첨가제 E944).
• 알칸의 일종인 부탄(C4H10). 무색, 무취의 가연성 가스로 쉽게 액화됩니다. 석유 제품을 분해하는 동안 가스 응축물, 석유 가스(최대 12%)에서 얻습니다. 화학 산업의 연료, 냉장고의 냉매, 식품 산업의 연료로 사용됩니다(첨가제 E943).

LPG의 특성

LPG의 가장 큰 장점은 주변 온도와 액체 및 기체 상태 모두에서 적당한 압력에서 존재할 가능성이 있다는 것입니다. 액체 상태에서는 기체 상태로 쉽게 가공, 저장 및 운송됩니다. 최고의 특성화연소.

탄화수소 시스템의 상태는 다양한 요인의 영향 조합에 의해 결정됩니다. 전체 특성모든 매개변수를 알아야 합니다. 직접 측정할 수 있고 흐름 체계에 영향을 미칠 수 있는 주요 항목에는 압력, 온도, 밀도, 점도, 구성 요소 농도, 위상 관계가 포함됩니다.

모든 매개변수가 변경되지 않으면 시스템은 평형 상태에 있습니다. 이 상태에서는 시스템에서 눈에 띄는 질적, 양적 변형이 발생하지 않습니다. 하나 이상의 매개변수가 변경되면 시스템의 평형 상태가 중단되어 하나 이상의 프로세스가 발생합니다.

속성

액화 가스를 저장하고 운송할 때 응집 상태가 변경됩니다. 물질의 일부가 증발하여 기체 상태로 변하고, 일부가 응축되어 액체로 변합니다. 액화 가스의 이러한 특성은 저장 및 유통 시스템 설계를 결정하는 요소 중 하나입니다. 끓는 액체를 저장소에서 가져와 파이프라인을 통해 운반하면 압력 손실로 인해 액체의 일부가 증발하고 2상 흐름이 형성되며 증기압은 흐름 온도에 따라 달라지며 이는 온도보다 낮습니다. 저수지에서. 파이프라인을 통한 2상 액체의 이동이 멈 추면 모든 지점의 압력이 균등해지고 증기압과 같아집니다.