โพรเพนเป็นเชื้อเพลิงในระบบนิเวศ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของมัน

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

จากมุมมองของเคมี โพรเพนเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวที่มีคุณสมบัติทั่วไปของอัลเคน อย่างไรก็ตาม ในบางพื้นที่ของการผลิต โพรเพนถูกเข้าใจว่าเป็นส่วนผสมของสารสองชนิด - โพรเพนและบิวเทน ต่อไป เราจะพยายามหาว่าโพรเพนคืออะไรและทำไมมันถึงผสมกับบิวเทน

โครงสร้างของโมเลกุล

แต่ละโมเลกุลของโพรเพนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนสามอะตอมที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะเดี่ยวอย่างง่าย และอะตอมของไฮโดรเจนแปดอะตอม มีสูตรโมเลกุล C₃H₈ พันธะ CC ในโพรเพนเป็นพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว แต่ในคู่ C-H คาร์บอนจะมีค่าอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่าเล็กน้อย และดึงคู่อิเล็กตรอนธรรมดาเข้าหาตัวมันเองเล็กน้อย ซึ่งหมายความว่าพันธะนั้นเป็นขั้วโควาเลนต์ โมเลกุลมีโครงสร้างซิกแซกเนื่องจากอะตอมของคาร์บอนอยู่ในสถานะ sp³-hybridization แต่ตามกฎแล้ว โมเลกุลจะเรียกว่าเส้นตรง

มีอะตอมของคาร์บอนสี่อะตอมในโมเลกุลบิวเทน С₄Н10 _{และมีไอโซเมอร์สองตัว: n-บิวเทน (มี โครงสร้างเชิงเส้น) และไอโซบิวเทน (มีโครงสร้างแตกแขนง) มักจะไม่แยกเมื่อได้รับ แต่มีเป็นส่วนผสม}

สมบัติทางกายภาพ

โพรเพนเป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น มันละลายได้ไม่ดีในน้ำ แต่ละลายได้ดีในคลอโรฟอร์มและไดเอทิลอีเทอร์ มันละลายที่ t_pl=-188 °С และเดือดที่ t_kip=-42 °С มันจะระเบิดได้เมื่อความเข้มข้นในอากาศเกิน 2%

คุณสมบัติทางกายภาพของโพรเพนและบิวเทนนั้นใกล้เคียงกันมาก บิวเทนทั้งสองยังมีสถานะเป็นก๊าซภายใต้สภาวะปกติและไม่มีกลิ่น แทบไม่ละลายในน้ำ แต่ทำปฏิกิริยาได้ดีกับตัวทำละลายอินทรีย์

ลักษณะต่อไปนี้ของไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้มีความสำคัญในอุตสาหกรรมเช่นกัน:

• ความหนาแน่น (อัตราส่วนของมวลต่อปริมาตรของร่างกาย). ความหนาแน่นของสารผสมโพรเพน-บิวเทนเหลวส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยองค์ประกอบของไฮโดรคาร์บอนและอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การขยายตัวเชิงปริมาตรจะเกิดขึ้น และความหนาแน่นของของเหลวลดลง ด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น ปริมาตรของโพรเพนเหลวและบิวเทนจะถูกบีบอัด
• ความหนืด (ความสามารถของสารในสถานะก๊าซหรือของเหลวในการต้านทานแรงเฉือน) ถูกกำหนดโดยแรงยึดเกาะของโมเลกุลในสาร ความหนืดของส่วนผสมของเหลวของโพรเพนกับบิวเทนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (เมื่อเพิ่มขึ้น ความหนืดจะลดลง) แต่การเปลี่ยนแปลงความดันมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณลักษณะนี้ ในทางกลับกัน แก๊สจะเพิ่มความหนืดตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ค้นหาธรรมชาติและรับวิธีการ

โพรเพนธรรมชาติที่สำคัญคือน้ำมันและแหล่งก๊าซ มีอยู่ในก๊าซธรรมชาติ (ตั้งแต่ 0.1 ถึง 11.0%) และในก๊าซปิโตรเลียมที่เกี่ยวข้อง ได้บิวเทนค่อนข้างมากในกระบวนการกลั่นน้ำมัน โดยแยกออกเป็นเศษส่วนตามจุดเดือดของส่วนประกอบ วิธีการทางเคมีของการกลั่นน้ำมันนั้น การแตกตัวเร่งปฏิกิริยามีความสำคัญมากที่สุด ซึ่งในระหว่างนั้นห่วงโซ่ของอัลเคนโมเลกุลสูงจะถูกทำลาย ในกรณีนี้ โพรเพนก่อตัวประมาณ 16-20% ของผลิตภัณฑ์ก๊าซทั้งหมดของกระบวนการนี้:

СΗ₃-СΗ₂-СΗ₂-СΗ ₂-СΗ₂-СΗ2_-СΗ2_{-СΗ 3} ―> СΗ₃-СΗ₂-СΗ₃ + СН ₂=CΗ-CΗ₂-CΗ₂-CΗ₃

โพรเพนจำนวนมากก่อตัวขึ้นในระหว่างการไฮโดรจิเนชันของถ่านหินประเภทต่างๆ และน้ำมันถ่านหิน ซึ่งจะมีปริมาณถึง 80% ของปริมาณก๊าซที่ผลิตได้ทั้งหมด

นอกจากนี้ยังแพร่หลายที่จะได้รับโพรเพนโดยวิธี Fischer-Tropsch ซึ่งขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันของ CO และ H₂ ในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ที่อุณหภูมิสูงและ ความกดดัน:

nCO + (2n + 1)Η₂ ―> C Η_2n+2 + nΗ₂O

3CO + 7Η₂ ―> C₃Η8 _{+ 3Η} 2_O

ปริมาณบิวเทนในอุตสาหกรรมยังถูกแยกออกระหว่างกระบวนการแปรรูปน้ำมันและก๊าซโดยวิธีทางกายภาพและทางเคมี

คุณสมบัติทางเคมี

จากลักษณะโครงสร้างของโมเลกุลขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของโพรเพนและบิวเทน เนื่องจากเป็นสารประกอบอิ่มตัว ปฏิกิริยาการเติมจึงไม่มีลักษณะเฉพาะ

1. ปฏิกิริยาการทดแทน ภายใต้การกระทำของแสงอัลตราไวโอเลต ไฮโดรเจนจะถูกแทนที่อย่างง่ายดายด้วยอะตอมของคลอรีน:

CH₃-CH₂-CH₃ + Cl ₂ ―> CH₃-CH(Cl)-CH₃ + HCl

เมื่อถูกความร้อนด้วยสารละลายของกรดไนตริก อะตอม H จะถูกแทนที่ด้วยกลุ่ม NO₂:

СΗ₃-СΗ₂-СΗ₃ + ΗNO ₃ ―> СΗ₃-СΗ (NO₂) -СΗ₃ + H₂O

2. ปฏิกิริยาความแตกแยก เมื่อถูกความร้อนต่อหน้านิกเกิลหรือแพลเลเดียม อะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมจะถูกแยกออกด้วยการก่อตัวของพันธะหลายตัวในโมเลกุล:

CΗ₃-CΗ₂-CΗ₃ ―> CΗ ₃-СΗ=СΗ₂ + Η₂

3. ปฏิกิริยาการสลายตัว เมื่อสารถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 ° C กระบวนการไพโรไลซิสจะเกิดขึ้น ซึ่งมาพร้อมกับการทำลายพันธะเคมีทั้งหมดที่มีอยู่ในโมเลกุล:

C₃H₈ ―> 3C + 4H₂

4. ปฏิกิริยาการเผาไหม้ ไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้เผาไหม้ด้วยเปลวไฟที่ไม่มีควัน ปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก โพรเพนเป็นที่รู้จักสำหรับแม่บ้านหลายคนที่ใช้เตาแก๊ส ปฏิกิริยาทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ:

C₃N₈ + 5O₂―> 3CO ₂ + 4H₂O

การเผาไหม้ของโพรเพนในสภาวะที่ขาดออกซิเจนทำให้เกิดเขม่าและการก่อตัวของโมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์:

2C₃H₈ + 7O₂―> 6SO + 8H 2_O

C₃H₈ + 2O₂―> 3C + 4H2_O

แอปพลิเคชัน

โพรเพนถูกใช้อย่างแข็งขันเป็นเชื้อเพลิง เนื่องจากมีการปล่อยความร้อน 2202 kJ / โมลระหว่างการเผาไหม้ ซึ่งเป็นตัวเลขที่สูงมาก ในกระบวนการออกซิเดชัน สารหลายอย่างที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ทางเคมีได้มาจากโพรเพน เช่น แอลกอฮอล์ อะซิโตน กรดคาร์บอกซิลิก จำเป็นต้องได้รับไนโตรโพรเพนที่ใช้เป็นตัวทำละลาย

เป็นสารขับเคลื่อนที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร มีรหัส E944 ผสมกับไอโซบิวเทน ใช้เป็นสารทำความเย็นที่ทันสมัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ส่วนผสมโพรเพน-บิวเทน

มีข้อดีเหนือกว่าเชื้อเพลิงอื่นๆ มากมาย รวมถึงก๊าซธรรมชาติ:

• ประสิทธิภาพสูง;
• คืนสภาพก๊าซได้ง่าย
• ระเหยและเผาไหม้ได้ดีที่อุณหภูมิแวดล้อม

โพรเพนมีคุณสมบัติตรงตามคุณสมบัติเหล่านี้ แต่บิวเทนจะระเหยค่อนข้างแย่ลงเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -40°C สารเติมแต่งช่วยแก้ไขข้อบกพร่องนี้ ที่ดีที่สุดคือโพรเพน

โพรเพน-บิวเทนใช้สำหรับทำความร้อนและปรุงอาหาร เชื่อมแก๊สกับโลหะและตัด เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์และเคมีการสังเคราะห์