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프로페인
프로페인(영어: propane) 또는 프로판(독일어: propan)은 알케인계 탄화수소의 일종이다. 화학식은 C₃H₈이다. 습성 천연 가스의 성분이며, 석유 증류 시 석유 가스에 포함되어 있기도 한다. 원유를 가공하는 크래킹 과정에서도 발생한다. 1857년 프랑스 정치인이자 화학자 피에르 외젠 마르셀린 베르텔로(Pierre Eugène Marcellin Berthelot, 1827 ~ 1905)가 실험 도중에 우연하게 발견한것이라고 한다.
개요
프로페인은 3개의 탄소 원자가 들어 있는 메테인계 탄화수소이며 원래는 기체 상태이지만 운반하기 위해 액체로 압축할 수 있다. 엔진이나 바비큐의 연료, 가정용 연료 등으로 사용된다.
화학식 C₃H₈ 또는 CH₃CH₂CH₃. 흔히 약한 자극적 냄새가 나는 무색의 액체로 볼 수 있다. 분자량 44.1, 녹는점－187.69℃, 끓는점 －42.1℃, 비중 1.547(공기를 1로 한다)이다. 에테인보다도 더 강하게 빛나는 불꽃을 내면서 연소한다. 화학반응성은 낮으나, 수소가 이탈함으로써 프로필렌으로 변하고, 공기 산화에 의해서 포름알데하이드 등을 생성할 수 있다.
천연가스·석유의 크래킹(분해증류)으로부터 얻어지는 가스 속에 함유되어 있으며, 공업적으로 제조된다. 이들 가스로부터 기름 흡수, 활성탄 흡착, 압축·냉각에 의한 액화(液化) 등을 통하여 농축한 다음 저온분류(低溫分溜) 등의 방법으로 분리시킨다.
프로페인가스로서 가정용 연료로 사용되는 것은 프로페인을 대표 성분으로 하고, 이밖에 프로필렌·뷰테인·뷰틸렌 등으로 이루어지는 혼합물이며, 액화석유가스 또는 엘피지(LPG)라고 한다. 이 밖에 여러 물질의 합성원료, 윤활유 정제의 용제·냉매(冷媒) 등으로도 사용된다.
성질
독성은 없지만, 폭발성이 있으므로 누출되면 위험하다. 메테인이 주성분이라 공기보다 가벼운 천연가스와는 달리, 프로페인은 공기보다 1.5배 무겁다. 따라서 프로페인은 누출되면 바닥에 쌓이므로 한층 더 위험하다. LPG 가스통을 실내에 두면 안되는 이유기도 하며 과거 가스 안전관리 기술이 미흡했던 시절에는 실제로 폭발사고가 가정에서도 종종 있었기 때문에 지금도 가스밸브 주변에 비눗물을 발라 누출 여부를 체크하는 검사를 하고 있다. 프로페인 자체는 냄새가 없지만, 판매 시에는 에탄티올(ethanethiol)이라는 물질을 섞어 의도적으로 불쾌한 냄새가 나도록 만들기 때문에 누출 시에 쉽게 알 수 있다.
프로페인은 천연가스 정제 시와 석유 정제 시에 부산물로 생산된다. 천연가스는 가스관 내에서 응축하지 않도록 뷰테인, 프로페인, 에테인의 제거공정을 거치는데, 이때 프로페인이 생산된다. 석유 정제 시에는 가솔린 생산을 위한 크래킹 과정에서 프로페인이 생산된다.
연소 시 물과 이산화 탄소를 생성하며 1몰(mol)당 2,220 kJ의 열량을 낸다. 킬로그램(kg)당 50.35 MJ. 천연가스의 주 원료인 메테인과 비슷한 열량이다. 산소가 부족하면 불완전연소되면서 일산화탄소와 탄소를 생성한다.
LPG(액화 석유 가스)라는 형태로서 연료로 주로 사용된다. LPG의 주성분은 프로페인과 뷰테인인데, 세부 조성은 계절별로 달라진다. 겨울에는 끓는 점이 낮은 프로페인을 더 첨가해서 낮은 기온에서도 기화가 잘 되도록 하고, 여름에는 뷰테인을 더 첨가한다.
보통 일상 생활에서는 독일식 발음인 프로판이라는 명칭으로 불린다. 보통 뷰테인은 부탄가스라는 휴대용 가스레인지의 캔이 익숙하고 프로판가스는 까스통으로 익숙하기 때문에 LPG를 프로판가스로만 아는 경우도 간혹 있다.
용도
많은 화합물이 프로페인의 유도체이기는 하나, 프로페인을 다른 화합물의 합성에 사용하는 경우는 적다. 프로페인은 다음과 같은 용도로 사용된다.
- 액화 석유 가스
- 윤활유 정제용 용제
- 냉매
액화 석유 가스
프로페인은 액화 석유 가스(LPG)의 성분으로 사용되는 경우가 많다. 단독, 또는 프로펜, 뷰테인, 부탄, 펜테인 등과 함께 섞여 사용된다. 연료용으로 사용된다. 액화될 때 부피가 약 270배 감소하며, 액화 프로페인의 밀도는 25 °C에서 0.493 g/cm3이다. LPG는 주로 다른 연료를 수송하기가 곤란한 경우나 휴대용 화로에서 많이 사용된다. 프로페인의 연소 반응은 다음과 같으며 완전 연소할 때 약 50 MJ/kg 의 열을 내놓는다.
주로 다른 연료를 수송하기가 곤란한 경우나 휴대용 화로에서 많이 사용된다. 연소 반응은 다음과 같다.
C₃H₈ (g) + 5O₂ (g) ⟶ 3CO₂ (g) +4H₂O (l)
액화 석유 가스의 성분에서 프로페인이 주성분일 경우 프로페인 가스라고도 한다. 프로페인 가스는 프로페인과 프로펜이 전체의 절반정도를 차지하고, 전체의 30% 이내를 뷰테인과 뷰텐을 함유하고 있다.
연료들의 발열량(heating value)을 서로 비교하면 프로페인 2,520 Btu/ft3 (283 calories/m3); 뷰테인 3,260 Btu/ft3 (366 calories/m3); 펜테인 4,025 Btu/ft3 (452 calories/m3)이다.
프로페인은 디젤엔진의 파워를 증가시키기 위한 연료 첨가제로 쓰이기도 한다. 프로페인이 디젤의 연소를 돕기 때문에 버스, 트럭, 캠핑카 등에서 이와 같은 용도로 사용된다.
프로페인은 냉장고, 에어컨 등의 냉매로 쓰인다. 프레온 가스와 비교할 때 오존층 파괴와 온실 가스 효과가 미미하기 때문에 이 점은 큰 장점이라고 할 수 있다.
위험성
인화성이 매우 강하기 때문에 주의해서 다루어야 한다. 프로페인은 공기보다 무거워 누출될 경우 바닥에 쌓이는데, 이 경우 폭발 한계를 쉽게 넘을 수 있기 때문에 주의해야 한다.
액체는 섭취 시 동상과 유사한 화상을 입게 할 수 있다.
흡입 시 산소부족으로 인한 숨 가쁨, 정신적 경계심의 감소, 근육 조정의 손상, 판단력 상실, 감각의 무뎌짐, 정신적 불안정, 피로를 일으킬 수 있다. 질식의 과정으로 구역질, 구토, 피로, 의식 상실 등이 일어날 수 있으며 심할 경우 발작, 혼수상태, 사망에까지 이를 수 있다. 임산부에게서의 산소 부족은 태아 발육에 지장을 줄 수 있다.
피부와 눈 접촉 시 액체는 동상과 유사한 화상을 입게 할 수 있다.
참고자료
같이 보기
