El propano ( / ˈpr oʊp eɪn / ) es un alcano de tres carbonos con la fórmula molecular C3H8 . Es un gas a temperatura y presión estándar , pero comprimible a un líquido transportable. Un subproducto del procesamiento del gas natural y la refinación del petróleo , a menudo es un componente del gas licuado de petróleo (GLP), que se usa comúnmente como combustible en aplicaciones domésticas e industriales y en el transporte público de bajas emisiones; otros componentes del GLP pueden incluir propileno , butano , butileno , butadieno e isobutileno . Descubierto en 1857 por el químico francés Marcellin Berthelot , estuvo disponible comercialmente en los EE. UU. en 1911. El propano tiene una densidad de energía volumétrica menor que la gasolina o el carbón, pero tiene una densidad de energía gravimétrica mayor que ellos y se quema de manera más limpia. [6]
El gas propano se ha convertido en una opción popular para barbacoas y estufas portátiles porque su bajo punto de ebullición de -42 °C hace que se vaporice dentro de contenedores de líquido presurizado (existe en dos fases, vapor sobre líquido). Mantiene su capacidad de vaporizarse incluso en climas fríos, lo que lo hace más adecuado para uso al aire libre en climas fríos que las alternativas con puntos de ebullición más altos como el butano. [7] El GLP impulsa autobuses, carretillas elevadoras, automóviles, motores fuera de borda de embarcaciones y máquinas para renovar el hielo , y se utiliza para calentar y cocinar en vehículos recreativos y autocaravanas . El propano también se está volviendo popular como refrigerante de reemplazo (R290) para bombas de calor, ya que ofrece una mayor eficiencia que los refrigerantes actuales: R410A / R32, mayor salida de calor a mayor temperatura y menos daño a la atmósfera por los gases escapados, a expensas de una alta inflamabilidad del gas. [8]
El propano fue sintetizado por primera vez por el químico francés Marcellin Berthelot en 1857 durante sus investigaciones sobre la hidrogenación . Berthelot fabricó propano calentando dibromuro de propileno (C 3 H 6 Br 2 ) con yoduro de potasio y agua. [9] [10] : p. 9, §1.1 [11] Edmund Ronalds encontró propano disuelto en petróleo crudo ligero de Pensilvania en 1864. [12] [13] Walter O. Snelling de la Oficina de Minas de EE. UU . lo destacó como un componente volátil en la gasolina en 1910, lo que marcó el "nacimiento de la industria del propano" en los Estados Unidos. [14] La volatilidad de estos hidrocarburos más ligeros 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, diciendo que "una botella de acero transportará suficiente gas para iluminar una casa normal durante tres semanas". [15]
Fue durante esta época que Snelling , en cooperación con Frank P. Peterson, Chester Kerr y Arthur Kerr , desarrolló formas de licuar los gases LP durante el refinado de la gasolina. [14] 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 recibió la patente n.° 1 056 845. [14] Frank Peterson desarrolló un método independiente para producir gas LP mediante compresión y su patente se concedió el 2 de julio de 1912. [16]
En la década de 1920 se produjo un aumento de la producción de gases LP, y el primer año de producción registrada ascendió a 223 000 galones estadounidenses (840 m 3 ) en 1922. En 1927, la producción anual comercializada de gas LP alcanzó 1 millón de galones estadounidenses (3800 m 3 ), y en 1935, las ventas anuales de gas LP habían alcanzado los 56 millones de galones estadounidenses (210 000 m 3 ). Los principales desarrollos de la industria en la década de 1930 incluyeron la introducción del transporte en vagones cisterna, la odorización del 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 estadounidenses habían sido equipados con gas natural o propano para cocinar. [14]
En 1950, la Autoridad de Tránsito de Chicago encargó 1.000 autobuses propulsados por propano y, en 1958, las ventas en los EE. UU. habían alcanzado los 7 mil millones de galones estadounidenses (26.000.000 m 3 ) anuales. En 2004, se informó de que se trataba de una industria en crecimiento de entre 8.000 y 10.000 millones de dólares, con un consumo anual de más de 15.000 millones de galones estadounidenses (57.000.000 m 3 ) de propano en los EE. UU. [17]
Durante la pandemia de COVID-19 , se informó de escasez de propano en los Estados Unidos debido al aumento de la demanda. [18] [19] [20]
La raíz " prop- " que se encuentra en "propano" y en los nombres de otros compuestos con cadenas de tres carbonos se derivó de " ácido propiónico ", [21] que a su vez recibió su nombre de las palabras griegas protos (que significa primero) y pion (grasa), ya que fue el "primer" miembro de la serie de ácidos grasos . [22]
El propano es un gas incoloro e inodoro. Como medida de seguridad, se le añade etilmercaptano como odorizante [ 23 ] y se le conoce comúnmente como olor a "huevo podrido". [24] A presión normal se licúa 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. [25] [26] El bajo llenado del 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 experimenta reacciones de combustión de manera similar a otros alcanos . En presencia de un exceso de oxígeno, el propano se quema para formar agua y dióxido de carbono . Cuando no hay suficiente oxígeno para una combustión completa, también se forman monóxido de carbono , hollín ( carbono ) o ambos: La combustión completa del propano produce alrededor de 50 MJ/kg de calor. [27]
La combustión del propano es mucho más limpia que la del carbón o la gasolina sin plomo. La producción de CO2 por BTU del propano es casi tan baja como la del gas natural. [28] El propano arde a una temperatura más alta que el combustible para calefacción doméstica o el combustible diésel debido a su alto contenido de hidrógeno. La presencia de enlaces C–C , más 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 arda con una llama visible.
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 valor calorífico superior ), es (2219,2 ± 0,5) kJ/mol, o (50,33 ± 0,01) MJ/kg. [27]
La entalpía de combustión del gas propano cuando los productos no vuelven al estado estándar, por ejemplo cuando los gases calientes, incluido el vapor de agua, salen de una chimenea (conocido como valor calorífico inferior ) es -2043,455 kJ/mol. [29] El valor calorífico inferior es la cantidad de calor disponible al quemar la sustancia cuando los productos de la combustión se liberan a la atmósfera; por ejemplo, el calor de una chimenea cuando el conducto de humos está abierto.
La densidad del gas propano a 25 °C (77 °F) es de 1,808 kg/m 3 , 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 3 , lo que equivale a 4,11 libras por galón líquido estadounidense o 493 g/L. El propano se expande a un 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). [30]
Como la densidad del propano cambia con la temperatura, este hecho debe tenerse en cuenta cada vez que la aplicación se relacione con operaciones de seguridad o transferencia de custodia. [31]
El propano es una opción popular para barbacoas y estufas portátiles porque su 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 necesita carburador ni ningún otro dispositivo vaporizador; basta con una simple boquilla dosificadora.
Las mezclas de "isopropano" puro y seco [mezclas de isobutano/propano de propano (R-290) e isobutano (R-600a)] se pueden utilizar como refrigerante circulante en sistemas de refrigeración basados en compresores construidos adecuadamente. [32] En comparación con los fluorocarbonos, el propano tiene un potencial de agotamiento de la capa de ozono insignificante y un potencial de calentamiento global muy bajo (tiene un valor de GWP de 0,072, [33] 13,9 veces menor que el GWP del dióxido de carbono) y puede servir como un reemplazo funcional para el R-12 , R-22 , R-134a y otros refrigerantes de clorofluorocarbono o hidrofluorocarbono en sistemas de refrigeración y aire acondicionado estacionarios convencionales. [34] 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. [35]
Esta 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. [36]
Los vendedores y defensores de refrigerantes de hidrocarburos argumentan contra tales prohibiciones con el argumento de que ha habido muy pocos incidentes de ese tipo en relación con el número de sistemas de aire acondicionado de vehículos llenos de hidrocarburos. [37] [38]
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 utiliza comúnmente en campamentos y vehículos recreativos.
También se ha propuesto utilizar propano como refrigerante en bombas de calor . [39]
Dado que se puede transportar fácilmente, es un combustible popular para la calefacción doméstica y la generación de electricidad de respaldo en áreas escasamente pobladas que no tienen tuberías de gas natural. En junio de 2023, los investigadores de Stanford descubrieron que la combustión de propano emitía niveles detectables y repetibles de benceno que, en algunos hogares, elevaban las concentraciones de benceno en interiores por encima de los parámetros de salud bien establecidos. La investigación también muestra que los combustibles de gas y propano parecen ser la fuente dominante de benceno producido al cocinar. [40]
En las zonas rurales de América del Norte, así como en el norte de Australia, el propano se utiliza para calentar instalaciones ganaderas, en secadoras de granos y otros aparatos que producen calor. Cuando se utiliza para calentar o secar granos, normalmente se almacena en un cilindro grande colocado de forma permanente que se rellena mediante un camión de reparto de propano. En 2014 [actualizar], 6,2 millones de hogares estadounidenses utilizan propano como combustible principal para calefacción. [41]
En América del Norte, los camiones de reparto locales con un tamaño de cilindro promedio de 3000 galones estadounidenses (11 m3 ) llenan cilindros grandes que están instalados permanentemente en la propiedad, u otros camiones de servicio intercambian cilindros vacíos de propano con cilindros llenos. Los camiones grandes con remolque, con un tamaño de cilindro promedio de 10 000 galones estadounidenses (38 m3 ) , transportan propano desde el oleoducto 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 hogares individuales. [42]
En los EE. UU., más de 190 000 vehículos de carretera utilizan propano y más de 450 000 carretillas elevadoras lo utilizan como combustible. Es el tercer combustible para vehículos más popular en el mundo, [43] detrás de la gasolina y el combustible diésel . En otras partes del mundo, el propano utilizado en vehículos se conoce como autogás. En 2007, aproximadamente 13 millones de vehículos en todo el mundo utilizan autogás. [43]
La ventaja del propano en los automóviles es su estado líquido a una presión moderada, lo que permite tiempos de recarga rápidos, una construcción de cilindros de combustible asequible y un rango de precios que normalmente supera la mitad del de la gasolina. Mientras tanto, es notablemente más limpio (tanto en su manejo como en su combustión), produce un menor desgaste del motor (debido a los depósitos de carbón) sin diluir el aceite del motor (lo que a menudo extiende los intervalos de cambio de aceite) y hasta hace poco [¿ cuándo? ] era relativamente económico en América del Norte. El índice de octano del propano es relativamente alto, 110. En los Estados Unidos, la infraestructura de abastecimiento de combustible de propano es la más desarrollada de todos los combustibles alternativos para vehículos. Muchos vehículos transformados tienen disposiciones para rellenar con "botellas de barbacoa". Los vehículos construidos especialmente suelen pertenecer a 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 los combustibles de gasolina o diésel.
El propano también se utiliza como combustible para motores pequeños , especialmente los que se utilizan 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 combustible diésel. Más recientemente, [¿ cuándo? ] han surgido productos para el cuidado del césped como recortadoras de hilo , cortadoras de césped y sopladores de hojas diseñados para uso en exteriores, pero alimentados con propano para reducir la contaminación del aire . [44]
Muchos camiones pesados de carretera utilizan propano como refuerzo, que se añade a través del turbocompresor para mezclarlo con las gotas de combustible diésel. El alto contenido de hidrógeno de las gotas de propano ayuda a que el combustible diésel se queme a más temperatura y, por lo tanto, de forma más completa. Esto proporciona más par motor, más caballos de fuerza y un escape más limpio para los camiones. Es normal que un motor diésel de camión de servicio medio de 7 litros aumente el ahorro de combustible entre un 20 y un 33 por ciento cuando se utiliza un sistema de refuerzo de propano. Es más barato porque el propano es mucho más barato que el combustible diésel. La mayor distancia que puede recorrer un camionero de larga distancia con una carga completa de combustible diésel y propano combinados significa que puede cumplir con las normas federales sobre horas de trabajo con dos paradas menos para repostar en un viaje de larga distancia. 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 [ ¿cuándo? ] en América del Norte.
El grado estándar de propano para uso automotriz en América del Norte se clasifica como HD-5 (Heavy Duty 5%). El grado HD-5 tiene un máximo de 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 que se usa 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 de propano y otros gases LP están establecidas en ASTM D-1835. [46] Todos los combustibles de propano incluyen un odorante , casi siempre etanotiol , para que el gas se pueda oler fácilmente en caso de una fuga. El propano como HD-5 fue originalmente pensado para su uso como combustible para vehículos. Actualmente, el HD-5 se está utilizando en todas las aplicaciones de propano.
En Estados Unidos y Canadá, el GLP se compone principalmente de propano (al menos el 90 %), mientras que el resto es principalmente etano , propileno , butano y odorantes, incluido el etilmercaptano . [47] [48] Este es el estándar HD-5 (contenido máximo permitido de propileno y no más del 5 % de butanos y etano) definido por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales en su Estándar 1835 para motores de combustión interna. Sin embargo, no todos los productos etiquetados como "GLP" cumplen con este estándar. En México, por ejemplo, el gas etiquetado como "GLP" puede constar de 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 al GLP con mayor contenido de butano en regiones más cálidas y al propano en áreas frías". [49]
El propano se compra y se 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 estas están muy por encima de su temperatura crítica . Como gas, se requiere una presión muy alta para almacenar cantidades útiles. Esto plantea el peligro de que, en un accidente, al igual que con cualquier cilindro de gas comprimido (como un cilindro de CO2 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 para almacenar que el propano, debido al gran volumen requerido en el cilindro. Un medio alternativo de almacenar gas natural es como líquido criogénico en un contenedor aislado como gas natural licuado (GNL). Esta forma de almacenamiento es a baja presión y es aproximadamente 3,5 veces más eficiente que almacenarlo como GNC.
A diferencia del propano, si se produce un derrame, el GNC se evaporará y se disipará porque es más ligero que el aire.
El propano se utiliza 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). [50]
El propano es un asfixiante simple . [51] A diferencia del gas natural , 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 . [52] [53] 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 instantáneamente a presión atmosférica y se enfriarán muy por debajo del punto de congelación del agua. El gas frío, que aparece blanco debido a la humedad que se condensa del aire, puede causar congelación.
El propano es más denso que el aire. Si se produce una fuga en un sistema de combustible de propano, el gas vaporizado tendrá una tendencia a hundirse en cualquier área cerrada y, por lo tanto, plantea 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 suelo hasta la luz piloto del horno o calentador de agua y da lugar a una explosión o incendio. Esta propiedad hace que el propano no sea adecuado como combustible para embarcaciones. En 2007, se produjo una explosión relacionada con el vapor que fue objeto de una intensa investigación 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 , lo que provocó varias lesiones. [54] [55]
Otro peligro asociado con el almacenamiento y transporte de propano es el conocido como BLEVE ( explosión de vapor en expansión de líquido hirviente) . La explosión de Kingman afectó a 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 muertes y numerosos heridos. [56]
El propano se produce como subproducto de otros dos procesos, el procesamiento del gas natural y la refinación del petróleo . El procesamiento del gas natural implica la eliminación de butano , propano y grandes cantidades de etano del gas crudo, para evitar la condensación de estos volátiles en los gasoductos. Además, las refinerías de petróleo producen algo de propano como subproducto del craqueo del petróleo para convertirlo en gasolina o combustible para calefacción.
El suministro de propano no se puede ajustar fácilmente para satisfacer la creciente demanda debido a la naturaleza de subproducto de la producción de propano. Alrededor del 90% del propano estadounidense se produce en el país. [41] Estados Unidos importa alrededor del 10% del propano que consume cada año, de los cuales aproximadamente el 70% proviene de Canadá a través de oleoductos y ferrocarriles. El 30% restante del propano importado llega a Estados Unidos de otras fuentes a través del transporte marítimo.
Una vez separado del petróleo crudo, el propano norteamericano se almacena en enormes cavernas de sal . Ejemplos de ellas son Fort Saskatchewan , Alberta ; Mont Belvieu, Texas ; y Conway, Kansas . Estas cavernas de sal [57] pueden almacenar 80.000.000 de barriles (13.000.000 m 3 ) de propano.
En octubre de 2013 [actualizar], el costo minorista del propano era de aproximadamente $2,37 por galón, o aproximadamente $25,95 por 1 millón de BTU. [58] Esto significa que llenar un tanque de propano de 500 galones, que es lo que los hogares que usan propano como su principal fuente de energía generalmente requieren, cuesta $948 (80% de 500 galones o 400 galones), un aumento del 7,5% en el precio promedio de la temporada de invierno 2012-2013 en los EE. UU. [59] Sin embargo, los costos del propano por galón cambian significativamente de un estado a otro: la Administración de Información Energética (EIA) cita un promedio de $2,995 por galón en la Costa Este para octubre de 2013, [60] mientras que la cifra para el Medio Oeste fue de $1,860 para el mismo período. [61]
En diciembre de 2015, [actualizar]el costo minorista del propano era de aproximadamente $1,97 por galón, [62] lo que significaba que llenar un tanque de propano de 500 galones al 80% de su capacidad costaba $788, una disminución del 16,9% o $160 menos que en noviembre de 2013. Existen diferencias regionales similares en los precios: la cifra de la EIA de diciembre de 2015 para la Costa Este es de $2,67 por galón y para el Medio Oeste es de $1,43 por galón. [62]
En agosto de 2018, [actualizar]el precio minorista promedio del propano en los EE. UU. era 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 necesitan para la calefacción. El precio mayorista del propano en el verano de 2018 fue de entre 86 centavos y 96 centavos por galón estadounidense, basado en un camión o vagón de tren lleno. El precio para la calefacción del hogar era exactamente el doble de ese precio; a 95 centavos por galón al por mayor, un 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 entrega a domicilio siempre suben cerca de fines de agosto o los primeros días de septiembre, cuando las personas comienzan a pedir que se llenen los tanques de sus hogares. [63]
De manera similar, los nombres conservados "etano", "propano" y "butano" nunca fueron reemplazados por los nombres sistemáticos "dicarbano", "tricarbano" y "tetracarbano", como se recomienda para los análogos del silano, "disilano", el fosfano, "trifosfano" y el sulfano, "tetrasulfano".
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de septiembre de 2024 ( enlace )El IDLH elegido se basa en el LEL de 21 000 ppm redondeado a 20 000 ppm.
