Бутан, изобутан и пропан - три родственных углеводородных газа, которые часто используются в промышленности и быту. Рассмотрим их подробнее.
Химические свойства
Бутан, изобутан и пропан относятся к гомологическому ряду алканов. У них схожие химические свойства, но различаются физические свойства и применение.
Бутан и изобутан являются изомерами - соединениями с одинаковым химическим составом, но разным расположением атомов. Поэтому они могут легко превращаться друг в друга в реакции изомеризации. Например:
CH3CH2CH2CH3 -> (CH3)3CH
Все три газа легко вступают в реакции замещения с галогенами, образуя галогенпроизводные:
- Бутан + Cl2 -> 1-Хлорбутан + 2-Хлорбутан + HCl
- Изобутан + Br2 -> 2-Бром-2-метилпропан + HBr
- Пропан + I2 -> 1-Иодпропан + 2-Иодпропан + HI
Получение
Бутан, изобутан и пропан получают из природных источников - нефти и природного газа. Их выделяют методом ректификации или разделения попутного газа.
Также эти газы можно получить синтетически - из других углеводородов в реакциях крекинга, пиролиза и дегидрирования:
- Крекинг алканов С5-С12
- Пиролиз этана, пропана, бутана
- Дегидрирование изобутана
Например, при нагревании этана происходит реакция:
2C2H6 -> C3H8 + CH4
Применение
Благодаря низкой температуре кипения бутан, изобутан и пропан используют в виде сжиженных газов. Их применяют как топливо, хладагент и сырье для органического синтеза.
Пропан-бутановые смеси широко используются в бытовых газовых баллонах для приготовления пищи и отопления.
Важнейшие области применения:
| Топливо | Автомобильное топливо, горелочный газ, ракетное топливо |
| Хладагенты | Бытовая техника, промышленные холодильники |
| Сырье | Нефтехимия, производство пластмасс и каучуков |
| Пропеллент | Аэрозоли, пены, спреи |
Изобутан часто используется в бытовых холодильниках благодаря низкой токсичности и небольшому воздействию на озоновый слой.
А бутан применяют в газовых зажигалках и в ракетном топливе из-за его энергоемкости.
Транспортировка и хранение
Для транспортировки и хранения бутан, изобутан и пропан сжижают и заливают в стальные баллоны, цистерны и другие емкости, рассчитанные на давление.
Типичные условия хранения:
- Давление: 1,5-2 МПа
- Температура: не выше +50°C
- Защита от солнечного излучения и нагрева
При транспортировке и хранении необходимо соблюдать правила пожарной безопасности, т.к. эти газы легковоспламеняющиеся.
Допустимая масса газа на 1 литр вместимости емкости составляет:
- Для бутана - 0,5 кг/л
- Для изобутана - 0,49 кг/л
- Для пропана - 0,42 кг/л
Безопасность
Бутан, изобутан и пропан относятся к 4 классу опасности по степени воздействия на организм человека. Они обладают наркотическим и удушающим действием при вдыхании.
Основные меры безопасности при работе с этими газами:
- Использование СИЗ - противогазов, спецодежды
- Хорошая вентиляция помещений
- Контроль концентрации газов в воздухе
- Соблюдение правил пожарной безопасности
- Герметичность оборудования и емкостей
При соблюдении всех норм безопасности, бутан, изобутан и пропан безопасны в использовании.
Свойства газов
Хотя бутан, изобутан и пропан имеют схожие химические свойства, их физические свойства различаются.
Например, температуры кипения и плавления у них отличаются:
- Бутан: -0,5°C (кипение) и -138°C (плавление)
- Изобутан: -11,7°C (кипение) и -159,6°C (плавление)
- Пропан: -42°C (кипение) и -187,7°C (плавление)
Из-за более низкой температуры кипения пропан остается в жидком состоянии при более низких температурах по сравнению с бутаном и изобутаном.
Также различается их плотность в газообразном и жидком состояниях. Например, плотность жидкого пропана составляет 0,5 г/см3, а жидкого бутана - 0,6 г/см3.
Воздействие на организм
При вдыхании бутан, изобутан и пропан оказывают наркотическое и анестезирующее действие. При высоких концентрациях они вызывают удушье и потерю сознания.
Симптомы острого отравления:
- Головная боль, головокружение
- Тошнота, рвота
- Учащенное сердцебиение
- Потеря координации движений
- Потеря сознания
Также длительное воздействие этих газов может привести к хроническим заболеваниям центральной нервной системы.
Пожароопасность
Бутан, изобутан и пропан легковоспламеняющиеся газы. Их пределы взрываемости в воздухе:
- Бутан - 1,8-8,4% по объему
- Изобутан - 1,8-8,4% по объему
- Пропан - 2,1-9,5% по объему
Это означает, что эти концентрации газов в воздухе могут образовывать взрывоопасные смеси от искры или открытого пламени.
Поэтому при работе с бутаном, изобутаном и пропаном крайне важно соблюдать все правила пожарной безопасности.
Заменители
В некоторых областях применения бутан, изобутан и пропан могут быть заменены на более безопасные и экологичные альтернативы, например:
- Природные хладагенты (аммиак, углекислый газ)
- Синтетические хладагенты (R134а, R404а)
- Водород в качестве автомобильного топлива
- Электрическая энергия для отопления и приготовления пищи
Однако пока эти альтернативы не могут полностью заменить бутан, изобутан и пропан во всех областях.
Утилизация
Отработанные емкости из-под бутана, изобутана и пропана (баллоны, бочки, цистерны) подлежат утилизации как промышленные отходы 4 класса опасности.
Их необходимо очистить от остатков газа в специально оборудованных местах. Затем емкости отправляют на переплавку или захоронение.
Утечки бутана, изобутана и пропана ликвидируют при помощи вентиляции помещения. Если концентрация газа велика, то для ее снижения используют распыленную воду.
