プロパン

プロパンは分子式C3H8の3炭素アルカンである。 これは、標準的な温度および圧力のガスであるが、輸送可能な液体に圧縮可能である。 天然ガス処理と石油精製の副生成物であり、燃料として一般的に使用されている。 プロパンは、液化石油ガス(LPガス)のグループの1つです。 他のものには、ブタン、プロピレン、ブタジエン、ブチレン、イソブチレン、およびそれらの混合物が含まれる。

プロパティ
化学式 C 3 H 8
モル質量 44.10g・mol -1
外観 無色ガス
臭い 無臭
密度 2.0098kg / m 3 (0℃、101.3kPa)
融点 -187.7℃; -305.8°F; 85.5 K
沸点 -42.25~-42.04℃; -44.05~-43.67°F; 230.90〜231.11 K
水への溶解性 47mgL -1 (0℃で)
ログP 2.236
蒸気圧 853.16kPa(21.1℃(70.0°F)で)
ヘンリーの法則
定数( k H )
15 nmol Pa -1 kg -1
コンジュゲート酸 プロピレン
磁化率(χ) -40.5・10 -6 cm 3 / mol
熱化学
熱容量( C ) 73.60JK -1 mol -1
Stdエンタルピー
形成(ΔfH 0 298 )
-105.2~104.2kJmol -1
Stdエンタルピー
燃焼( Δc H 0 298 )
-2.2197-2.2187MJmol -1
ハザード
安全性データシート
GHS絵文字 世界的に調和した化学物質の分類と表示(GHS)の炎の図形は、
GHSシグナルワード 危険
GHSの災害声明 H220
GHS予防措置 P210
引火点 -104°C(-155°F; 169°K)
自発発火
温度
470℃(878°F; 743K)
爆発限界 2.37-9.5%
米国の健康暴露限度(NIOSH):
PEL(許可) TWA 1000ppm(1800mg / m 3 )
REL(推奨) TWA 1000ppm(1800mg / m 3 )
IDLH(即時の危険) 2100ppm

歴史
プロパンは1857年にフランスの化学者Marcellin Berthelotによって発見された。それは1910年に米国鉱山局Walter O. Snellingによってガソリンの揮発性成分として最初に同定された。これまでずっと知られていたが、Snellingの研究が始まり米国のプロパン業界の 軽質炭化水素の揮発性は、未精製ガソリンの高い蒸気圧のために、それらが「野生」として知られるようにした。 1912年3月31日、ニューヨーク・タイムズ紙は、スネーリング社の液化ガスでの作業について、「スチールボトルは、3週間通常の家庭に光を放つのに十分なガスを運ぶ」と報じた。

SnellingはFrank P. Peterson、Chester Kerr、Arthur Kerrと協力して、天然ガソリンの精製中にLPガスを液化する方法を作り出しました。 一緒に、彼らはAmerican Gasol Co.、プロパンの最初の商業マーケターを設立しました。 スネリングは1911年までに比較的純粋なプロパンを生産し、1913年3月25日にLPガスを処理し製造する方法が特許番号1,056,845として発行された。 1912年7月2日に付与されたフランク・ピーターソンとその特許によって、圧縮によるLPガスの別の製造方法が創出された。

1920年代にLPガスの生産が増加し、1922年には生産開始年の最初の1年間が223,000 USガロン(840 m3)となった。1927年、LPガスの年間生産量は100万USガロン(3,800 m3)に達し、 LPガスの年間売上高は5,600万USガロン(210,000 m3)に達しました。 1930年代の主な産業発展としては、鉄道車両輸送、ガス臭化、地元のボトル充填プラントの建設などがありました。 1945年は、年間LPガス販売量が10億ガロンに達した最初の年となりました。 1947年までに、全米国家庭の62%が天然ガスまたはプロパンを調理していました。

1950年には、1,000本のプロパン燃料バスがChicago Transit Authorityから発注され、1958年までに米国での売上高は年間70億USガロン(26,000,000m3)に達しました。 2004年には、米国で毎年150億USガロン(5700万m3)以上のプロパンが使用されており、80億ドルから100億ドルの産業が増加していると報告されています

「プロパン」に含まれる「prop」の根と3炭素鎖を持つ他の化合物の名前は、「プロピオン酸」に由来し、ギリシャ語のprotos(最初を意味する)とpion(fat)の名前を付けました。

ソース
プロパンは、天然ガス処理と石油精製の2つのプロセスの副生成物として生成される。 天然ガスの処理には、天然ガスパイプラインにおけるこれらの揮発性物質の凝縮を防ぐために、ブタン、プロパンおよび大量のエタンを原料ガスから除去することが含まれる。 さらに、製油所は、ガソリンまたは加熱油に石油を分解する副産物として、いくつかのプロパンを生成する。

プロパン製造の副産物の性質のために、プロパンの供給は、増加した需要を満たすために容易に調整することができない。 米国のプロパンの約90%が国内生産されています。 米国は毎年消費されるプロパンの約10%を輸入し、カナダのパイプラインと鉄道で約70%が輸入されています。 輸入プロパンの残りの30%は、海上輸送を介して他の供給源から米国に到着する。

原油から分離された後、北アメリカのプロパンは巨大な塩洞窟に貯蔵されます。 これらの例は、フォートサスカチェワン、アルバータ州、 Mont Belvieu、Texas; カンザス州のコンウェイ。 これらの塩洞窟は1940年代に空洞化され、80,000,000バレル(13,000,000m3)以上のプロパンを貯蔵することができます。 プロパンが必要な場合、その多くはパイプラインによって米国の他の地域に輸送されます。 自動車用プロパンの北米標準グレードはHD5と評価されています。HD 5グレードはブタンが最大5%ですが、ヨーロッパで販売されているプロパンはブタン最大許容量が30%で、HDと同じ燃料ではありません5.アジアやオーストラリアの自動車燃料や調理ガスとして使用されているLPGは、ブタンの含有量も非常に高い。 プロパンはまた、トラック、船、バージ、鉄道で多くの米国の地域に出荷されています。

プロパンは、バイオ燃料として製造することもできる。

特性と反応
プロパンは他のアルカンと同様に燃焼反応を起こす。 過剰の酸素が存在すると、プロパンは燃焼して水と二酸化炭素を生成する。


完全な燃焼のために十分な酸素または多量の酸素が存在しない場合、不完全燃焼が起こり、一酸化炭素および/またはすす(炭素)も同様に形成される。


プロパンの完全燃焼は、約50MJ / kgの熱を発生させる。
プロパンの燃焼は、無鉛ガソリン燃焼よりはるかにクリーンであり、プロパンの水素含量が極めて高いため、天然ガスの燃焼よりも浄化されます。 プロパンは、水素含有量が非常に高いため、家庭用暖房油またはディーゼル燃料よりも熱く燃焼する。 あなたの家やオフィスに輸送されるメタンとして知られている天然ガスは、北米で使用されるプロパンの水素含有量が高くありません。 C-C結合の存在に加えて、プロピレンおよびブチレンの多重結合は、典型的な燃焼中に二酸化炭素および水蒸気の他に有機排出物を生成する。 これらの結合はまた、プロパンを可視炎で燃焼させる。

エネルギーの内容
プロパンガスの燃焼エンタルピーは、すべての生成物が標準状態に戻る場合、例えば水が標準的な温度(より高い発熱量として知られている)で液体状態に戻る場合、(2219.2±0.5)kJ / mol、または50.33±0.01 )MJ / kg。 生成物が標準状態に戻らないプロパンガスの燃焼エンタルピーは、例えば水蒸気を含む高温ガスが煙突を出る場合(低い発熱値として知られている)は-2043.455kJ / molである。 より低い熱量は、燃焼生成物が大気に放出される物質を燃焼させることにより利用可能な熱の量である。 例えば、煙道が開いているときの暖炉からの熱。 北米では自動車燃料やフォークリフトとして使用されているプロパンはHD 5グレードと評価され、オクタン価は104.5 R + Mです。Rはリサーチオクタンを意味し、Mはモーターオクタンを意味する。 これら2つの異なるラボテストの平均を得るには、R + Mを一緒に追加する必要があります。 EG:メタノールは99オクタンで、エタノールは99.5オクタンです。比較のため、CNG天然ガスは120オクタンであるため、エンジンを15対1の圧縮比で稼働させて楽しんでください。

密度
25℃(77°F)での液体プロパンの密度は0.493g / cm3であり、これはUSガロン当たり4.11ポンドまたは493g / Lに相当する。 プロパンは10°Fあたり1.5%で膨張します。 従って、液体プロパンは60°F(15.6℃)で約4.2ポンド/ガロン(504g / L)の密度を有する。

用途
プロパンはバーベキューやポータブルストーブによく使用されます。低沸点の-42°C(-44°F)は加圧容器から放出されると気化します。 したがって、気化器または他の気化装置は必要とされない。単純な計量ノズルで十分である。 プロパンは、エンジン、ターボチャージャーに追加された燃料として、より良い燃焼、バス、フォークリフト、タクシー、船外ボートモーター、氷リサーフェシングマシンを供給し、レクリエーション用車両やキャンプ用の熱と料理に使用されます。

それは容易に輸送することができるため、天然ガスパイプラインを持たない希少な人口の地域では、家庭の熱とバックアップの発電のための一般的な燃料です。 多くの頑丈な高速道路トラックは、ターボチャージャーを介して添加されたブーストとしてプロパンを使用し、ディーゼル燃料液滴と混合する。 プロパン液滴の非常に高い水素含有量は、ディーゼル燃料がより高温で、したがってより完全に燃焼するのを助ける。 これは、より多くのトルク、より多くの馬力、よりクリーンな排気を意味します。 7リットルの中型ディーゼルトラックエンジンでは、プロパンブーストシステムを使用すると燃費を20〜33%向上させるのが普通です。 プロパンはディーゼル燃料よりもはるかに安いので安いです。 クロスカントリートラックが燃料、コンディショナー、ディーゼル、プロパンの合計で走行できる距離が長いことは、全国の燃料停止が2回少なく、連邦の労働時間内に維持できることを意味します。

トラッカー、競技者引き上げ競技、農家は、北アメリカで40年以上にわたりプロパン・ブースト・システムを使用してきました。 国際船は、LPGを輸送する海上船から蒸発するプロパンフュームを使用することができます。なぜなら、太陽が航海中にプロパンを暖めると、蒸発したプロパンガスを捕捉し、船のディーゼルエンジンの吸気システムに供給するからです。 これにより、バンカーの燃料消費が削減され、排出ガスがより少ない公害を排出するのに役立ちます。 これは2020年に始まるすべての船舶のバンカー燃料(非常に重油)への必須添加物であるプロパンまたはCNG天然ガスを使用する国際協定があることから、2020年にとって非常に重要です。

鋼製のプロパンシリンダー20 lb(9.1 kg)。 このシリンダーには、三葉式ハンドホイールによって証明されるように、オーバーフィル防止装置(OPD)バルブが取り付けられています。
プロパンは、一般に、スチームシリンダー内に貯蔵され、液体の上に蒸気空間を有する液体として輸送される。 シリンダ内の蒸気圧は、温度の関数である。 ガス状のプロパンが高速で吸い込まれると、ガスを生成するのに必要な気化潜熱によってボトルが冷却される。 (これは水がしばしばボトルの側面に凝縮して凍結する理由です)。 さらに、軽量の高オクタン化合物は、より重い低オクタン化合物の前に気化する。 したがって、点火特性は、シリンダが空になるにつれて変化する。 これらの理由から、液体はしばしばディップチューブを用いて引き出される。 プロパンは、暖房、調理、給湯器、洗濯乾燥機、バーベキュー、ポータブルストーブ、および自動車用のエネルギー源としての燃料炉として燃料として使用されています。

商業的に入手可能な「プロパン」燃料、すなわちLPGは純粋ではない。 典型的には、米国およびカナダではプロパン(少なくとも90%)であり、残りは主にエタン、プロピレン、ブタン、およびエチルメルカプタンを含む臭気物質である。 これは、標準1835年の内燃機関のために米国試験材料学会によって定義されたHD-5標準(ヘビーデューティー-5%最大許容プロピレン含量、および5%以下のブタンおよびエタン)である。 しかし、 “LPG”とラベルされたすべての製品がこの規格に適合するわけではありません。 例えば、メキシコでは、「LPG」と表示されたガスは、プロパン60%とブタン40%からなる。 この組み合わせの正確な割合は、国際的な価格、成分の入手可能性、特に温暖地域でのブタン含有量が高く、寒冷地域でのプロパンを含むLPGを好む気候条件に応じて、国によって異なる。

国内および産業用燃料
プロパンの使用は、工業化されていない世界の地域で急速に利用されています。 プロパンは他の多くの古い伝統的な燃料源に取って代わりました。

プロパンを使用する北アメリカの産業には、ガラス製造業者、煉瓦窯、家禽養殖場などのポータブル熱を必要とする産業が含まれます。

北米の農村部やオーストラリアの北部では、家畜施設、穀物乾燥機、その他の熱発生機器を加熱するためにプロパンが使用されています。 加熱または穀物乾燥のために使用されるとき、それは通常、プロパン供給トラックによって再充填される大型永久配置シリンダーに貯蔵される。 2014年現在、620万人のアメリカの家庭がプロパンを主要な加熱燃料として使用しています。

北アメリカでは、3,000 USガロン(11,000 L)の平均シリンダーサイズを持つ現地配送トラックが、不動産に恒久的に設置された大型シリンダーを充填するか、または他のサービストラックがプロパンの空シリンダーを充填シリンダーと交換します。 平均シリンダサイズが10,000米国ガロン(38,000L)の大型トラクタートレーラートラックは、プロパンをパイプラインまたは製油所から地元のバルクプラントに輸送します。 ボブテールと輸送は、北米市場に特有のものではありませんが、他の場所ではそうではなく、一般にタンカーと呼ばれています。 多くの国で、プロパンは小規模または中規模の個々のシリンダーを介して消費者に供給され、空のシリンダーは中央の場所で補充するために取り外されます。

プロペン(プロピレンとも呼ばれる)は、商業的プロパンの汚染物質となり得る。 プロパン含有量が高すぎるプロパンは、ほとんどの車両燃料には適していません。 HD-5は、プロパン中に5%プロペンの最大濃度を確立する仕様です。 プロパンおよび他のLPガスの仕様は、ASTM D-1835に定められています。 すべてのプロパン燃料には臭気物質、ほとんど常にエタンチオールが含まれているため、漏れの場合に人々は容易にガスの臭いを嗅ぐことができます。 HD-5としてのプロパンはもともとは車両用燃料としての使用を意図していた。 HD-5は現在、すべてのプロパンアプリケーションで使用されています。

冷凍
プロパンは、ガス吸収冷凍機のエネルギー源としてオフグリッド冷凍を提供する手段でもあり、一般にキャンプやレクリエーション用の車両に使用されています。 さらに、適切に構成されたコンプレッサーベースの冷凍において、純粋で乾燥した「イソプロパン」(R-290a)(イソブタン/プロパン混合物)およびイソブタン(R-600a)の混合物を循環冷媒として使用することができる。 フルオロカーボンと比較して、プロパンはごくわずかなオゾン枯渇ポテンシャルと非常に低い地球温暖化係数(二酸化炭素のGWPのわずか3.3倍の値)を有し、R-12、R-22、R-134aの機能的置換えとして役立ちます、および他のクロロフルオロカーボンまたはハイドロフルオロカーボン冷媒が挙げられる。 その地球温暖化効果は現在の冷媒よりはるかに少ないため、EPAが2015年に承認した5種類の代替冷媒の1つとしてプロパンが選択されました。

自動車では
このような代替は、自動車の空調システムにおいて、もともと非可燃性冷媒を運ぶように設計されたシステム内の可燃性炭化水素を使用することが、火災または爆発の危険性が高いという理由で、広く禁止されているか、または推奨されていない。

ベンダーや炭化水素冷媒の主張者は、炭化水素で満たされた車両空調システムの数に比べて事故が非常に少ないという理由で、そのような禁止に反対している。

モーター燃料
プロパンはまた、車両燃料としてますます使用されている。 米国では、19万台以上の路車がプロパンを使用しており、450,000台以上のフォークリフトが電力用に使用しています。 ガソリンとディーゼル燃料の後ろで、世界で3番目に人気のある車両燃料です。 世界の他の地域では、自動車に使用されるプロパンはオートガスとして知られています。 2007年には、世界中で約1,300万台の自動車がオートガスを使用しています。

自動車内のプロパンの利点は、中程度の圧力の液体状態である。 これにより、迅速な補充時間、手頃な価格の燃料シリンダー構造、および一般的にガソリンの半分を超える価格帯が可能になります。 一方、エンジンオイルを希釈することなく(オイル交換間隔を延長することなく)エンジン磨耗を減少させ、北米では最近まで相対取引が行われていました(取り扱い中および燃焼中の両方) 。 プロパンのオクタン価は110で比較的高くなっています。米国では、プロパン燃料供給インフラが、代替車両燃料の中で最も発展しています。 変換された多くの車両には、バーベキューボトルからトッピングするための規定があります。 目的地に建設された車両は、商業所有の車両であることが多く、プライベート燃料補給施設があります。 プロパン燃料車両オペレーター、特にフリートでのさらなる節約は、ガソリンまたはディーゼル燃料よりも窃取がはるかに難しいことです。

プロパンは、小型エンジン、特に屋内または不十分な新鮮な空気と換気で、ガソリンまたはディーゼル燃料で作動するエンジンのより有毒な排気を持ち去るエリアで使用される燃料用の燃料としても使用される。 最近では、屋外用の弦トリマー、芝刈り機および葉ブロワーのような芝生ケア製品がありますが、大気汚染を減らすためにプロパンによって燃料が供給されています。

即興爆発装置
プロパンとプロパンのシリンダーは、コロンバイン高等学校の大虐殺、ブリンディジ学校の爆破事件、ディスカバリー・コミュニケーションズ本部の人質危機や車の爆弾など、学校やテロリストに対する攻撃や試みに対する即時爆発装置として使用されてきました。

その他の用途
プロパンは、はんだ付けのためのブロー成形機の主要な可燃性ガスです。
プロパンは、蒸気クラッキングのベース石油化学製品の製造のための原料として使用される。
プロパンは熱気球の主な燃料です。
これは、炭化ケイ素を堆積するために半導体製造に使用される。
プロパンは、テーマパークや映画業界で、爆発やその他の特殊効果のための安価で高エネルギーの燃料として一般的に使用されています。
プロパンはプロペラントとして使用され、発射物を発射するガスの膨張に頼っている。 それはガスを点火しない。 液化ガスの使用は、圧縮ガスと比較して、シリンダ当たりのショット数が増えます。
プロパンは、シェービングクリームおよび空気清浄剤を含む多くの家庭用エアロゾルスプレーの推進剤として使用されている。
プロパンは、プロピレンおよびアクリル酸の製造のための有望な供給原料である。
ハザード
プロパンはシンプルな窒息薬です。 天然ガスとは異なり、プロパンは空気より密度が高い。 低いスペースや床の近くに蓄積することがあります。 吸入剤として乱用されると、低酸素(酸素不足)、肺炎、心不全または心停止を引き起こす可能性があります。 プロパンは、容易に吸収されず、生物学的に活性でないため、毒性が低い。 通常、室温で加圧下で貯蔵すると、プロパンおよびその混合物は、大気圧でフラッシュ蒸発し、水の凝固点より十分に低い温度で冷却される。 冷たいガスは、空気からの水分の凝縮により白く見え、凍傷を引き起こす可能性があります。

プロパンは空気より密度が高い。 プロパン燃料システムの漏れが発生すると、ガスは密閉された場所に沈む傾向があり、爆発や火災の危険性があります。 典型的なシナリオは、地下室に貯蔵された漏洩シリンダである。 プロパンの漏れは床を横切って炉または温水器のパイロット灯に漂い、爆発または火災を引き起こす。 この特性により、プロパンは一般的にボートの燃料として不適当である。

プロパンの貯蔵および輸送に関連する1つの危険は、BLEVEまたは沸騰する液体の蒸気爆発として知られている。 キングマン爆発は、1973年にアリゾナ州キングマンでプロパン輸送の間に鉄道のタンク車を運んでいた。 火災とそれに続く爆発は、12人の死者と多数の怪我をもたらした。

天然ガスとの比較
プロパンは、液体形態(LPG)で購入され、貯蔵されるので、燃料エネルギーは比較的小さな空間に貯蔵することができる。 主としてメタンである圧縮天然ガス(CNG)は、燃料として使用される別のガスであるが、臨界温度をはるかに上回っているため、常温では圧縮することによって液化することができない。 ガスとして、有用な量を貯蔵するためには非常に高い圧力が必要である。 これは、事故の際に、圧縮ガスボンベ(ソーダ倉庫に使用されるCO2ボンベなど)と同様に、CNGボンベが大きな力で破裂したり、自発発射ミサイルになるのに十分な速さで漏れたりする危険性があります。 したがって、必要なシリンダ容積が大きいため、CNGの保管効率が大幅に低下します。 天然ガスを貯蔵する別の手段は、液化天然ガス(LNG)のような断熱容器内の極低温液体である。 この貯蔵形態は低圧であり、CNGとして貯蔵するのに比べて約3.5倍の効率がある。 プロパンとは違って、スピルが発生すると、CNGは空気よりも軽いため蒸発して無害に消散します。 プロパンは、天然ガスよりも多くの場合燃料を供給するために使用されます。 プロパンは37.8℃(100°F)で液体を保つためにわずか1,220キロパスカル(177psi)の圧力が必要です。

小売コスト

アメリカ
2013年10月現在、プロパンの小売りコストは、ガロン当たり約$ 2.37、または百万BTU当たり約$ 25.95でした。 これは、プロパンを主なエネルギー源として使用する家庭が通常必要とする500ガロンのプロパンタンクを充填するには、948ドル(500ガロンまたは400ガロンの80%)の費用がかかり、2012年から2013年の冬シーズン平均米国価格。 しかし、プロパンのガロンあたりのコストは、州ごとに大きく変化します。エネルギー情報管理(EIA)は、2013年10月の東海岸でガロン当たり平均2.995ドルを、中西部では1.860ドルでした。

2015年12月現在、プロパンの小売コストは約1.97ドル/ガロンです。 これは、500ガロンのプロパンタンクを80%の容量に充填すると、このセクションの2013年11月の引用から16.9%減、すなわち160ドル減の788ドルとなります。 東海岸の2015年12月のEIAの数字は、ガロンあたり2.67ドル、中西部は1.43ドルである。

2018年8月現在、平均米国プロパン小売りコストは、ガロン当たり約2.48ドルでした。 米国のプロパンの卸売価格は、ほとんどの家庭で家庭用暖房用に必要としないため、夏には常に下がります。2018年の夏のプロパンの卸売価格は、トラック積載量または鉄道車両負荷に基づいて、米国ガロン当たり86セントから96セントの間であった。 毎日のプロパン価格は、Barronsドットコムの市場データの下に掲載され、現金価格の下で毎日午後9時頃にその日のプロパン卸売業に掲載されます。家庭暖房の料金はその倍の価格なので、1ガロン当たり95セントで、一度に500ガロンを注文すると、家庭はガロン当たり1.90ドルの価格を提供します。 中西部の価格は常にカリフォルニアより安いです。 宅配料金は、8月末または9月の最初の数日の間に常に上昇し、人々は自宅のタンクを注文し始める。