Propano

El propano es un alcano de tres carbonos con la fórmula molecular C ₃ H ₈. Es un gas a temperatura y presión estándar, pero comprimible a un líquido transportable. Un subproducto del procesamiento de gas natural y la refinación de petróleo, se usa comúnmente como combustible en aplicaciones domésticas e industriales y en el transporte público de bajas emisiones. Descubierto en 1857 por el químico francés Marcellin Berthelot, estuvo disponible comercialmente en los EE. UU. en 1911. El propano es uno de un grupo de gases licuados de petróleo (gases LP). Los otros incluyen butano, propileno, butadieno, butileno, isobutileno y mezclas de los mismos. El propano tiene una densidad de energía más baja pero se quema más limpiamente que la gasolina y el carbón.

El gas propano se ha convertido en una opción popular para barbacoas y estufas portátiles porque su bajo punto de ebullición hace que se vaporice tan pronto como se libera de su recipiente presurizado. El propano alimenta autobuses, montacargas, taxis, motores de botes fuera de borda y máquinas de repavimentación de hielo y se usa para calentar y cocinar en vehículos recreativos y casas rodantes.

Historia

El propano fue descubierto por el químico francés Marcellin Berthelot en 1857. Edmund Ronalds lo encontró disuelto en petróleo crudo ligero de Pensilvania en 1864. Walter O. Snelling, de la Oficina de Minas de EE. UU., lo destacó como un componente volátil en la gasolina en 1910, que fue el comienzo de la industria del propano en los Estados Unidos. La volatilidad de estos hidrocarburos más livianos hizo que se los conociera como "salvajes" debido a las altas presiones de vapor de la gasolina sin refinar. El 31 de marzo de 1912, The New York Times informó sobre el trabajo de Snelling con gas licuado y dijo que "una botella de acero transportará suficiente gas para iluminar una casa normal durante tres semanas".

Fue durante este tiempo que Snelling, en cooperación con Frank P. Peterson, Chester Kerr y Arthur Kerr, desarrolló formas de licuar los gases LP durante la refinación de la gasolina. Juntos establecieron American Gasol Co., el primer comercializador comercial de propano. Snelling había producido propano relativamente puro en 1911, y el 25 de marzo de 1913, su método de procesamiento y producción de gases LP obtuvo la patente n.º 1.056.845. Frank Peterson desarrolló un método separado para producir gas LP mediante compresión y su patente fue otorgada el 2 de julio de 1912.

La década de 1920 vio un aumento en la producción de gas LP, con el primer año de producción registrada con un total de 223 000 galones estadounidenses (840 m) en 1922. En 1927, la producción anual de gas LP comercializado alcanzó 1 millón de galones estadounidenses (3800 m) y para 1935, la las ventas anuales de gas LP habían alcanzado los 56 millones de galones estadounidenses (210 000 m3). Los principales desarrollos de la industria en la década de 1930 incluyeron la introducción del transporte ferroviario de vagones cisterna, la odorización de gas y la construcción de plantas locales de llenado de botellas. El año 1945 marcó el primer año en que las ventas anuales de gas LP alcanzaron los mil millones de galones. En 1947, el 62 % de todos los hogares de EE. UU. estaban equipados con gas natural o propano para cocinar.

En 1950, la Autoridad de Tránsito de Chicago ordenó 1.000 autobuses alimentados con propano y, para 1958, las ventas en los EE. UU. habían alcanzado los 7.000 millones de galones estadounidenses (26.000.000 m) al año. En 2004, se informó que era una industria en crecimiento de $ 8 mil millones a $ 10 mil millones con más de 15 mil millones de galones estadounidenses (57,000,000 m) de propano que se usan anualmente en los EE. UU.

La raíz "prop-" que se encuentra en "propano" y los nombres de otros compuestos con cadenas de tres carbonos se derivó de "ácido propiónico", que a su vez recibió su nombre de las palabras griegas protos (que significa primero) y pion (grasa).

Durante la pandemia de COVID-19, se informó escasez de propano en los Estados Unidos.

Fuentes

El propano se produce como subproducto de otros dos procesos, el procesamiento de gas natural y la refinación de petróleo. El procesamiento de gas natural implica la eliminación de butano, metano y grandes cantidades de etano del gas crudo, para evitar la condensación de estos volátiles en las tuberías de gas natural. Además, las refinerías de petróleo producen algo de propano como subproducto del craqueo del petróleo en gasolina o combustible para calefacción.

El suministro de propano no puede ajustarse fácilmente para satisfacer una mayor demanda, debido a la naturaleza de subproducto de la producción de propano. Alrededor del 90% del propano de EE. UU. se produce en el país. Estados Unidos importa alrededor del 10% del propano consumido cada año, y alrededor del 70% proviene de Canadá a través de oleoductos y ferrocarriles. El 30% restante del propano importado llega a los Estados Unidos desde otras fuentes a través del transporte marítimo.

Una vez que se separa del petróleo crudo, el propano norteamericano se almacena en enormes cavernas de sal. Ejemplos de estos son Fort Saskatchewan, Alberta; Monte Belvieu, Texas; y Conway, Kansas. Estas cavernas de sal pueden almacenar 80 000 000 de barriles (13 000 000 m3) de propano.

Propiedades y reacciones

El propano es un gas incoloro e inodoro. A presión normal, se licua por debajo de su punto de ebullición a -42 °C y se solidifica por debajo de su punto de fusión a -187,7 °C. El propano cristaliza en el grupo espacial P2 ₁ /n. El bajo relleno de espacio del 58,5% (a 90 K), debido a las malas propiedades de apilamiento de la molécula, es la razón del punto de fusión particularmente bajo.

El propano sufre reacciones de combustión de manera similar a otros alcanos. En presencia de exceso de oxígeno, el propano se quema para formar agua y dióxido de carbono.{displaystyle {ce {C3H8 + 5 O2 -> 3 CO2 + 4 H2O + calor}}}

3 CO2 + 4 H2O + calor}}}">Cuando no hay oxígeno suficiente para una combustión completa, también se forman monóxido de carbono, hollín (carbono) o ambos:{displaystyle {ce {C3H8 + 9/2 O2 -> 2 CO2 + CO + 4 H2O + calor}}}

2 CO2 + CO + 4 H2O + calor}}}">{displaystyle {ce {C3H8 + 2 O2 -> 3 C + 4 H2O + calor}}}

3 C + 4 H2O + calor}}}">La combustión completa de propano produce alrededor de 50 MJ/kg de calor.

La combustión del propano es mucho más limpia que la del carbón o la gasolina sin plomo. La producción de CO ₂ por BTU del propano es casi tan baja como la del gas natural. El propano se quema más caliente que el aceite de calefacción doméstico o el combustible diesel debido al alto contenido de hidrógeno. La presencia de enlaces C-C, además de los enlaces múltiples de propileno y butileno, producen gases de escape orgánicos además de dióxido de carbono y vapor de agua durante la combustión típica. Estos enlaces también hacen que el propano se queme con una llama visible.

Contenido energético

La entalpía de combustión del gas propano en la que todos los productos vuelven al estado estándar, por ejemplo, cuando el agua vuelve a su estado líquido a temperatura estándar (conocido como poder calorífico superior), es (2219,2 ± 0,5) kJ/mol, o (50,33 ± 0,01) MJ/kg.

La entalpía de combustión del gas propano donde los productos no vuelven al estado estándar, por ejemplo, cuando los gases calientes, incluido el vapor de agua, salen de una chimenea (conocido como poder calorífico inferior) es −2043,455 kJ/mol. El valor calorífico inferior es la cantidad de calor disponible al quemar la sustancia donde los productos de combustión se ventilan a la atmósfera; por ejemplo, el calor de una chimenea cuando la chimenea está abierta.

Densidad

La densidad del gas propano a 25 °C (77 °F) es de 1,808 kg/m3, aproximadamente 1,5 veces la densidad del aire a la misma temperatura. La densidad del propano líquido a 25 °C (77 °F) es de 0,493 g/cm, lo que equivale a 4,11 libras por galón líquido estadounidense o 493 g/L. El propano se expande al 1,5 % por cada 10 °F. Por lo tanto, el propano líquido tiene una densidad de aproximadamente 4,2 libras por galón (504 g/L) a 60 °F (15,6 °C).

Dado que la densidad del propano cambia con la temperatura, este hecho debe tenerse en cuenta siempre que la aplicación esté relacionada con operaciones de seguridad o transferencia de custodia.

Usos

Estufas portátiles

El propano es una opción popular para barbacoas y estufas portátiles porque el bajo punto de ebullición de −42 °C (−44 °F) hace que se vaporice tan pronto como se libera de su recipiente presurizado. Por lo tanto, no se requiere carburador u otro dispositivo de vaporización; basta con una simple boquilla dosificadora.

Refrigerante

Las mezclas de "isopropano" puro y seco (R-290a) (mezclas de isobutano/propano) e isobutano (R-600a) se pueden usar como refrigerante circulante en sistemas de refrigeración basados ​​en compresores adecuadamente construidos. En comparación con los fluorocarbonos, el propano tiene un potencial de agotamiento del ozono insignificante y un potencial de calentamiento global muy bajo (con un valor de solo 3,3 veces el GWP del dióxido de carbono) y puede servir como un reemplazo funcional para R-12, R-22, R-134a, y otros refrigerantes de clorofluorocarbono o hidrofluorocarbono en sistemas de refrigeración y aire acondicionado estacionarios convencionales. Debido a que su efecto de calentamiento global es mucho menor que el de los refrigerantes actuales, el propano fue elegido como uno de los cinco refrigerantes de reemplazo aprobados por la EPA en 2015, para su uso en sistemas especialmente diseñados para manejar su inflamabilidad.

Dicha sustitución está ampliamente prohibida o desaconsejada en los sistemas de aire acondicionado de los vehículos de motor, debido a que el uso de hidrocarburos inflamables en sistemas originalmente diseñados para transportar refrigerante no inflamable presenta un riesgo significativo de incendio o explosión.

Los vendedores y defensores de los refrigerantes de hidrocarburos argumentan en contra de tales prohibiciones con el argumento de que ha habido muy pocos incidentes de este tipo en relación con la cantidad de sistemas de aire acondicionado de vehículos llenos de hidrocarburos.

El propano también es fundamental para proporcionar refrigeración fuera de la red, como fuente de energía para un refrigerador de absorción de gas y se usa comúnmente para acampar y vehículos recreativos.

Combustible domestico e industrial

Dado que se puede transportar con facilidad, es un combustible popular para la generación de electricidad de respaldo y calor en el hogar en áreas escasamente pobladas que no tienen tuberías de gas natural.

En las áreas rurales de América del Norte, así como en el norte de Australia, el propano se usa para calentar instalaciones ganaderas, secadoras de granos y otros aparatos que producen calor. Cuando se usa para calentar o secar granos, generalmente se almacena en un cilindro grande colocado de forma permanente que se rellena con un camión de reparto de propano. A partir de 2014, 6,2 millones de hogares estadounidenses utilizan propano como combustible de calefacción principal.

En América del Norte, los camiones de reparto locales con un tamaño promedio de cilindro de 3000 galones estadounidenses (11 000 L), llenan cilindros grandes que están instalados permanentemente en la propiedad, u otros camiones de servicio intercambian cilindros vacíos de propano por cilindros llenos. Grandes camiones con remolque, con un tamaño promedio de cilindro de 10 000 galones estadounidenses (38 000 L), transportan propano desde la tubería o la refinería hasta la planta a granel local. El camión cisterna bobtail no es exclusivo del mercado norteamericano, aunque la práctica no es tan común en otros lugares, y los vehículos generalmente se denominan camiones cisterna. En muchos países, el propano se entrega a los usuarios finales a través de cilindros individuales pequeños o medianos, mientras que los cilindros vacíos se retiran para rellenarlos en una ubicación central.

También existen sistemas comunitarios de propano, con un cilindro central que alimenta viviendas individuales.

Combustible para motores

En los EE. UU., más de 190 000 vehículos de carretera usan propano y más de 450 000 montacargas lo usan como fuente de energía. Es el tercer combustible vehicular más popular en el mundo, detrás de la gasolina y el diesel. En otras partes del mundo, el propano utilizado en los vehículos se conoce como autogás. En 2007, aproximadamente 13 millones de vehículos en todo el mundo utilizan autogás.

La ventaja del propano en los automóviles es su estado líquido a una presión moderada. Esto permite tiempos de recarga rápidos, construcción de cilindros de combustible asequible y rangos de precios típicamente un poco más de la mitad que la gasolina. Mientras tanto, es notablemente más limpio (tanto en el manejo como en la combustión), da como resultado un menor desgaste del motor (debido a los depósitos de carbono) sin diluir el aceite del motor (a menudo extendiendo los intervalos de cambio de aceite), y hasta hace pocoera de costo relativamente bajo en América del Norte. El octanaje del propano es relativamente alto, 110. En los Estados Unidos, la infraestructura de combustible de propano es la más desarrollada de todos los combustibles alternativos para vehículos. Muchos vehículos convertidos tienen provisiones para rellenar con "botellas de barbacoa". Los vehículos especialmente diseñados se encuentran a menudo en flotas de propiedad comercial y tienen instalaciones de abastecimiento de combustible privadas. Otro ahorro para los operadores de vehículos de combustible de propano, especialmente en flotas, es que el robo es mucho más difícil que con gasolina o diesel.

El propano también se usa como combustible para motores pequeños, especialmente los que se usan en interiores o en áreas con aire fresco y ventilación insuficientes para eliminar los gases de escape más tóxicos de un motor que funciona con gasolina o diesel. Más recientemente, ha habido productos para el cuidado del césped, como podadoras de hilo, cortadoras de césped y sopladores de hojas destinados al uso en exteriores, pero alimentados con propano para reducir la contaminación del aire.

Muchos camiones de carretera de servicio pesado usan propano como refuerzo, donde se agrega a través del turbocompresor, para mezclarlo con las gotas de combustible diesel. El altísimo contenido de hidrógeno de las gotas de propano ayuda a que el combustible diésel se queme más caliente y, por lo tanto, de forma más completa. Esto proporciona más torque, más caballos de fuerza y ​​un escape más limpio para los camiones. Es normal que un motor de camión diesel de servicio mediano de 7 litros aumente la economía de combustible entre un 20 y un 33 por ciento cuando se usa un sistema de refuerzo de propano. Es más barato porque el propano es mucho más barato que el diesel. La distancia más larga que puede viajar un camionero a campo traviesa con una carga completa de combustible combinado diésel y propano significa que puede mantener las reglas federales de horas de trabajo con dos paradas de combustible menos en un viaje a campo traviesa. Los camioneros, las competiciones de tracción de tractores y los agricultores han estado utilizando un sistema de refuerzo de propano durante más de cuarenta años.en Norte América.

Combustible de envío

Los barcos internacionales pueden reutilizar el propano de los barcos transoceánicos que transportan GLP porque a medida que el sol evapora el propano durante el viaje, el barco internacional atrapa el gas propano que se evapora y lo introduce en el sistema de admisión de aire de los motores diésel del barco. Esto reduce el consumo de combustible del búnker y la contaminación que producen los barcos. Existe un acuerdo internacional para usar propano o GNC como aditivo obligatorio para el combustible búnker para todos los barcos que viajan por el océano a partir de 2020.

El propano generalmente se almacena y transporta en cilindros de acero como un líquido con un espacio de vapor por encima del líquido. La presión de vapor en el cilindro es una función de la temperatura. Cuando se extrae propano gaseoso a una tasa alta, el calor latente de vaporización requerido para producir el gas hará que la botella se enfríe. (Es por eso que el agua a menudo se condensa en los lados de la botella y luego se congela). Dado que el propano liviano de alto octanaje se vaporiza antes que el propano más pesado y de bajo octanaje, las propiedades de ignición cambian a medida que el cilindro se vacía. Por estas razones, el líquido a menudo se extrae mediante un tubo de inmersión.

Otros usos

• El propano es el principal gas inflamable en los sopletes para soldar.
• El propano se utiliza en el calentamiento y corte con oxicombustible. El propano no se quema tan caliente como el acetileno en su cono interior, por lo que rara vez se usa para soldar. El propano, sin embargo, tiene una cantidad muy alta de BTU por pie cúbico en su cono exterior, por lo que con el soplete correcto (estilo de inyector) puede hacer un corte más rápido y más limpio que el acetileno, y es mucho más útil para calentar y doblar que acetileno.
• El propano se utiliza como materia prima para la producción de productos petroquímicos básicos en el craqueo al vapor.
• El propano es el combustible principal de los globos aerostáticos.
• Se utiliza en la fabricación de semiconductores para depositar carburo de silicio.
• El propano se usa comúnmente en parques temáticos y en la producción de películas como combustible económico y de alta energía para explosiones y otros efectos especiales.
• El propano se utiliza como propulsor y depende de la expansión del gas para disparar el proyectil. No enciende el gas. El uso de un gas licuado da más tiros por cilindro, en comparación con un gas comprimido.
• El propano también se utiliza como combustible para cocinar.
• El propano se usa como propulsor para muchos aerosoles domésticos, incluidas las cremas de afeitar y los ambientadores.
• El propano es una materia prima prometedora para la producción de propileno y ácido acrílico.

El propano licuado se utiliza en la extracción de grasas animales y aceites vegetales.

Pureza

El grado estándar norteamericano de propano para uso automotriz tiene una clasificación HD-5 (servicio pesado al 5%). El grado HD-5 tiene un máximo del 5 por ciento de butano, pero el propano que se vende en Europa tiene una cantidad máxima permitida de butano del 30 por ciento, lo que significa que no es el mismo combustible que el HD-5. El GLP utilizado como combustible para automóviles y gas para cocinar en Asia y Australia también tiene un contenido muy alto de butano.

El propileno (también llamado propeno) puede ser un contaminante del propano comercial. El propano que contiene demasiado propeno no es adecuado para la mayoría de los combustibles para vehículos. HD-5 es una especificación que establece una concentración máxima de 5% de propeno en propano. Las especificaciones del propano y otros gases LP se establecen en la norma ASTM D-1835. Todos los combustibles de propano incluyen un odorante, casi siempre etanotiol, para que el gas se pueda oler fácilmente en caso de fuga. El propano como HD-5 se diseñó originalmente para usarse como combustible para vehículos. HD-5 se está utilizando actualmente en todas las aplicaciones de propano.

Por lo general, en los Estados Unidos y Canadá, el GLP es principalmente propano (al menos el 90 %), mientras que el resto es principalmente etano, propileno, butano y odorantes, incluido el etil mercaptano. Este es el estándar HD-5, (contenido máximo permitido de propileno, y no más del 5% de butanos y etano) definido por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales por su Estándar 1835 para motores de combustión interna. Sin embargo, no todos los productos etiquetados como "LPG" cumplen con este estándar. En México, por ejemplo, el gas etiquetado como "GLP" puede consistir en 60% de propano y 40% de butano. “La proporción exacta de esta combinación varía según el país, dependiendo de los precios internacionales, de la disponibilidad de componentes y, especialmente, de las condiciones climáticas que favorecen el GLP con mayor contenido de butano en las regiones más cálidas y de propano en las frías”.

Comparación con el gas natural

El propano se compra y almacena en forma líquida, GLP. Se puede almacenar fácilmente en un espacio relativamente pequeño.

En comparación, el gas natural comprimido (GNC) no se puede licuar por compresión a temperaturas normales, ya que están muy por encima de su temperatura crítica. Como gas, se requiere una presión muy alta para almacenar cantidades útiles. Esto presenta el peligro de que, en un accidente, al igual que con cualquier cilindro de gas comprimido (como un cilindro de CO ₂ utilizado para una concesión de refrescos), un cilindro de GNC puede explotar con gran fuerza o tener fugas lo suficientemente rápido como para convertirse en un misil autopropulsado.. Por lo tanto, el GNC es mucho menos eficiente de almacenar que el propano, debido al gran volumen de cilindro requerido. Un medio alternativo de almacenamiento de gas natural es como líquido criogénico en un recipiente aislado como gas natural licuado (GNL). Esta forma de almacenamiento es a baja presión y es alrededor de 3,5 veces más eficiente que almacenarlo como GNC.

A diferencia del propano, si ocurre un derrame, el GNC se evaporará y disipará porque es más liviano que el aire.

El propano se usa mucho más comúnmente como combustible para vehículos que el gas natural, porque ese equipo cuesta menos. El propano requiere solo 1220 kilopascales (177 psi) de presión para mantenerse líquido a 37,8 °C (100 °F).

Peligros

El propano es un asfixiante simple. A diferencia del gas natural, el propano es más denso que el aire. Puede acumularse en espacios bajos y cerca del piso. Cuando se abusa como inhalante, puede causar hipoxia (falta de oxígeno), neumonía, insuficiencia cardíaca o paro cardíaco. El propano tiene baja toxicidad ya que no se absorbe fácilmente y no es biológicamente activo. Comúnmente almacenado bajo presión a temperatura ambiente, el propano y sus mezclas se evaporarán rápidamente a presión atmosférica y se enfriarán muy por debajo del punto de congelación del agua. El gas frío, que parece blanco debido a la humedad que se condensa en el aire, puede causar congelación.

El propano es más denso que el aire. Si ocurre una fuga en un sistema de combustible de propano, el gas vaporizado tenderá a hundirse en cualquier área cerrada y, por lo tanto, representa un riesgo de explosión e incendio. El escenario típico es un cilindro con fugas almacenado en un sótano; la fuga de propano se desplaza por el piso hasta la luz piloto del horno o del calentador de agua y provoca una explosión o un incendio. Esta propiedad hace que el propano sea generalmente inadecuado como combustible para barcos. En 2007, se produjo una explosión relacionada con el vapor muy investigada en Ghent, Virginia Occidental, EE. UU., que mató a cuatro personas y destruyó por completo la tienda de conveniencia Little General en Flat Top Road, causando varias lesiones.

Otro peligro asociado con el almacenamiento y transporte de propano se conoce como BLEVE o explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición. La explosión de Kingman involucró un vagón cisterna de ferrocarril en Kingman, Arizona, EE. UU., en 1973 durante una transferencia de propano. El incendio y las explosiones posteriores provocaron doce muertos y numerosos heridos.

Costo minorista

Estados Unidos

En octubre de 2013, el costo minorista del propano era de aproximadamente $2,37 por galón, o aproximadamente $25,95 por 1 millón de BTU. Esto significa que llenar un tanque de propano de 500 galones, que es lo que generalmente requieren los hogares que usan propano como fuente principal de energía, cuesta $ 948 (80% de 500 galones o 400 galones), un aumento del 7.5% en el invierno 2012-2013. precio promedio de temporada en EE.UU. Sin embargo, los costos de propano por galón cambian significativamente de un estado a otro: la Administración de Información de Energía (EIA) cotiza un promedio de $2,995 por galón en la Costa Este para octubre de 2013, mientras que la cifra para el Medio Oeste fue de $1,860 para el mismo período.

A partir de diciembre de 2015, el costo minorista de propano fue de aproximadamente $1.97 por galón. Esto significa que llenar un tanque de propano de 500 galones al 80 % de su capacidad cuesta $788, una disminución del 16,9 % o $160 menos que la cotización de noviembre de 2013 en esta sección. Diferencias regionales similares en los precios están presentes con la cifra EIA de diciembre de 2015 para la Costa Este a $2.67 por galón y el Medio Oeste a $1.43 por galón.

A partir de agosto de 2018, el costo minorista promedio de propano en EE. UU. fue de aproximadamente $ 2.48 por galón. El precio mayorista del propano en los EE. UU. siempre baja en el verano, ya que la mayoría de los hogares no lo requieren para la calefacción del hogar. El precio mayorista del propano en el verano de 2018 fue de entre 86 centavos y 96 centavos por galón estadounidense, basado en una carga de camión o vagón de tren. El precio de la calefacción del hogar es exactamente el doble de ese precio; a 95 centavos por galón al por mayor, el precio de entrega a domicilio era de $1,90 por galón si se pedían 500 galones a la vez. Los precios en el medio oeste siempre son más baratos que en California. Los precios de la entrega a domicilio siempre suben hacia fines de agosto o los primeros días de septiembre, cuando la gente comienza a ordenar que se llenen los tanques de sus casas.

En la cultura popular

A Hank Hill, el personaje principal del programa de televisión animado de FOX King of the Hill, a menudo se le atribuye la popularización del propano entre el público estadounidense en general como una fuente confiable de combustible para muchos propósitos, como asar a la parrilla. En el programa, vende propano y accesorios de propano para Strickland Propane en la ciudad ficticia de Arlen, Texas. La representación del programa de la industria del propano es vista favorablemente por dicha industria.