Вредно влияет на центр. нервную систему, при попадании на кожу жидкий пропан может вызвать обморожение.
Происхождение
Пропан содержится в природе газе (0,1…11,0 % по массе); в попутных газах нефтедобычи и нефтепереработки, например в газах каталитического крекинга (16…20%), в газообразных продуктах гидрогенизации бурых, каменных углей и каменноугольной смолы (до 80 %); образуется при синтезе углеводородов по методу Фишера - Тропша.
Способы добычи
Из промышленных газов пропан выделяют ректификацией под давлением, адсорбцией на активированный угле или масляной адсорбцией; выход пропана достигает 98 %. Основной промышленный метод получения пропана (наряду с низшими олефинами) - пиролиз углеводородов в трубчатых печах с добавкой водяного пара.
Применение
Применяют пропан в качестве растворителя для депарафинизации при выделении твердых парафинов из нефти, при производстве сажи из газообразных парафиновых углеводородов, в промышленных холодильниках как хладагент. Широко используется как бытовой и топливный газ и бездымное моторное топливо для автомобилей. Благодаря высокой температуре пламени (1980 °С в воздухе) применяется для некоторых видов газопламенной обработки металлов. Пропан – сырье в производстве этилена и пропилена, нитрометана.
2.3.2 Бута́н
Состав C4H10 — органическое соединение класса алканов.
В химии название используется в основном для обозначения н-бутана. Такое же название имеет смесь н-бутана и его изомера изобутана CH(CH3)3. Название происходит от корня бут- (английское название масляной кислоты — butyric acid) и суффикса -ан (принадлежность к алканам).
Общие характеристики
Бесцветный горючий газ, без запаха, легко сжижаемый (ниже 0 °С и нормальном давлении или при повышенном давлении и обычной температуре — легколетучая жидкость). Растворимость в воде — 6,1 мг в 100 мл воды (для н-бутана, при 20 °C, значительно лучше растворяется в органических растворителях). Может образовывать азеотропное соединение с водой при температуре около 100 °C и давлении 10 атм
Происхождение
Бутаны – типичные насыщенные алифатичные углеводороды. Содержатся в газовом конденсате и нефтяных газах в количествах (в зависимости от месторождения, % по массе): н-бутан - 0,12…6,54 и 0,16..12,1, изо-бутан - 0,56…0,72 и 0,27…6,01 соответственно.
Способы добычи
В промышленности бутаны выделяют из указанных природных источников и из продуктов каталитического крекинга и гидрокрекинга нефтяных фракций с последней ректификацией. В промышленности изо-бутан получают также из н-бутана; основной способ - каталитическая изомеризация: н-бутан изо-бутан [k1 1,27 (400 К) и 0,84 (500 К)]. Реакцию осуществляют в газовой фазе (150..200 °С, 1,4…2,8 МПа; кат. - Pt на носителе; выход 58…60 % по объему за проход) или в жидкой фазе (50…130 °С, 2,1 МПа; кат. - А1С13; выход 60 %). В наиболее распространенном процессе из бутановой фракции выделяют изо-бутан, а н-бутан смешивают с Н2, нагревают и подвергают изомеризации в газовой фазе. Из продуктов реакции извлекают изо-бутан после охлаждения и отделения фракции, содержащей Н2, которрую возвращают в реактор. В отечественном процессе изомеризацию н-бутана осуществляют в жидкой фазе при 180…220 °С, давлении 3,5…4,0 МПа, мольном соотношении Н2: н-бутан = 1:1; выход изо-бутана за проход 49 % (по массе). На производство 1 т изо-бутана расходуется 1,109 т бутановой фракции, 0,0105 т Н2.
Применение
При свободнорадикальном хлорировании образует смесь 1-хлор- и 2-хлорбутана. Их соотношение хорошо объясняется разницей в прочности С-Н связей в позиции 1 и 2 (425 и 411 кДж/моль). При полном сгорании на воздухе образует углекислый газ и воду. Бутан применяется в смеси с пропаном в зажигалках, в газовых баллонах в сжиженном состоянии, где он имеет запах, так как содержит специально добавленные одоранты. При этом используются "зимние" и "летние" смеси с различным составом. Теплота сгорания 1 кг — 45,7 МДж (12,72 кВт·ч).
Бутан высокой чистоты и особенно изобутан может быть использован в качестве хладагента в холодильных установках. Производительность таких систем немного ниже, чем фреоновых. Бутан безопасен для окружающей среды, в отличие от фреоновых хладагентов. В пищевой промышленности бутан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E943a, а изобутан — E943b, как пропеллент, например, в дезодорантах. Также применяется в рекреационных целях, так как вызывает галлюцинации.
3. Нетипичные топлива
3.1 Я́дерное то́пливо
Bещество, которое используется в ядерных реакторах для осуществления цепной ядерной реакции деления.
Общая характеристика
Цепная ядерная реакция представляет собой деление ядра на две части, называемые осколками деления, с одновременным выделением нескольких (2…3) нейтронов, которые, в свою очередь, могут вызвать деление следующих ядер. Такое деление происходит при попадании нейтрона в ядро атома исходного вещества. Образующиеся при делении ядра осколки деления обладают большой кинетической энергией. Торможение осколков деления в веществе сопровождается выделением большого количества тепла. Осколки деления — это ядра, образовавшиеся непосредственно в результате деления. Осколки деления и продукты их радиоактивного распада обычно называют продуктами деления. Ядра, делящиеся нейтронами любых энергий, называют ядерным горючим (как правило, это вещества с нечетным атомным числом). Существуют ядра, которые делятся только нейтронами с энергией выше некоторого порогового значения (как правило, это элементы с четным атомным числом). Такие ядра называют сырьевым материалом, так как при захвате нейтрона пороговым ядром образуются ядра ядерного горючего. Комбинация ядерного горючего и сырьевого материала называется ядерным топливом.
Получение
Урановое топливо
Урановое ядерное топливо получают переработкой руд. Процесс происходит в несколько этапов:
Для бедных месторождений: В современной промышленности в силу отсутствия богатых урановых руд (исключения составляют канадские месторождения несогласия, где концентрация урана доходит до 3 % и австралийских с содержанием урана до 3 %) используется способ подземного выщелачивания руд. Это исключает дорогостоящую добычу руды. Предварительная подготовка идет непосредственно под землей. Через закачные трубы под землю над месторождением закачивается серная кислота, иногда с добавлением солей трехвалентного железа (для окисления урана U(IV) до U(VI)), хотя руды часто содержат железо и пиролюзит, которые облегчают окисление. Через откачные трубы специальными насосами раствор серной кислоты с ураном поднимается на поверхность. Далее он непосредственно поступает на сорбционное, гидрометаллургическое извлечение и одновременное концентрирование урана.
Для рудных месторождений: используют обогащение руды и радиометрическое обогащение руды.
Гидрометаллургическая переработка — дробление, выщелачивание, сорбционное или экстракционное извлечение урана с получением очищенной закиси-окиси урана U3O8 или диураната натрия Na2U2O7, или диураната аммония.
Перевод урана из оксида в тетрафторид UF4, или из оксидов непосредственно для получения гексафторида UF6, который используется для обогащения урана по изотопу 235.
Обогащение методами газовой термодиффузии или центрифугированием:
UF6, обогащенный по 235 изотопу переводят в двуокись UO2, из которой изготавливают "таблетки" ТВЭЛов или получают другие соединения урана с этой же целью.
Ториевое топливо
Торий в настоящее время в качестве сырья для производства ядерного топлива не применяется в силу следующих причин:
· запасы урана достаточно велики;
· извлечение тория сложнее и дороже из-за отсутствия богатых месторождений;
· образование 232U, который, в свою очередь, образует г-активные ядра 212Bi, 208Te, затрудняющие производство ТВЭЛов;
· переработка облучённых ториевых ТВЭЛов сложнее и дороже переработки урановых.
Плутониевое топливо
Плутониевое ядерное топливо в настоящее время также не применяется, что связано с его крайне сложной химией. За многолетнюю историю атомной промышленности неоднократно предпринимались попытки использования плутония как в виде чистых соединений, так и в смеси с соединениями урана, однако успехом они не увенчались. Топливо для АЭС, содержащее плутоний, называется MOX-топливо. Применение его в реакторах ВВЭР нецелесообразно из-за уменьшения примерно в 2 раза периода разгона, на что не рассчитаны штатные системы управления реактором.
Применение
Ядерное топливо используется в ядерных реакторах, где оно обычно располагается в герметично закрытых тепловыделяющих элементах в виде таблеток размером в несколько сантиметров. К ядерному топливу применяются высокие требования по химической совместимости с оболочками, у него должна быть достаточная температура плавления и испарения, хорошая теплопроводность, небольшое увеличение объема при нейтронном облучении, технологичность производства.