프로판(영어: propane, 독일어: propan)은 화학식 C₃H₈을 가지는 3탄소 알케인(alkane) 계열의 포화 탄화수소이다. 대한화학회의 권장 명칭은 프로페인이지만, 일상적으로는 프로판이라는 명칭이 널리 사용된다.
발견 및 역사
프로판은 1857년 프랑스 화학자 마르셀랭 베르틀로(Marcellin Berthelot)에 의해 처음 합성되었으며, 1864년 에드먼드 로널즈(Edmund Ronalds)가 펜실베이니아산 경질 원유에서 자연적으로 존재함을 확인하였다. 1910년 미국 광산국(U.S. Bureau of Mines)의 월터 O. 스넬링(Walter O. Snelling)이 체계적인 연구를 통해 프로판을 휘발성 가솔린 성분으로 분리하였고, 1913년 LP가스의 가공 및 생산 방법에 대한 특허를 획득하면서 상업적 프로판 산업이 시작되었다.
물리적 성질
프로판은 표준 온도 및 압력(25°C, 101.3 kPa)에서 무색의 기체로 존재한다. 분자량은 44.10 g/mol이며, 녹는점은 -187.7°C, 끓는점은 -42.1°C이다. 밀도는 1.808 kg/m³(25°C 기체 기준)로 공기(약 1.2 kg/m³)보다 약 1.5배 무겁다. 액체 상태의 밀도는 25°C에서 0.493 g/cm³이다. 물에 대한 용해도는 낮으며(25°C에서 약 62.61 mg/L), 알코올에는 중간 정도로 녹고 에테르에는 잘 녹는다. 쌍극자 모멘트는 0.083 D로 매우 낮아 비극성 분자에 가깝다.
화학적 성질
프로판은 알케인 계열의 탄화수소로서 반응성이 낮지만, 다음과 같은 주요 반응을 보인다.
- 완전 연소: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O (엔탈피 변화 -2,219.2 kJ/mol, 약 50.33 MJ/kg)
- 불완전 연소 시 일산화탄소(CO) 또는 그을음(탄소)이 생성될 수 있다.
- 탈수소 반응을 통해 프로펜(프로필렌)을 만들 수 있다.
- 산화 반응을 통해 포름알데히드 등을 생성할 수 있다.
- 할로겐화 반응은 자유 라디칼 메커니즘을 통해 진행된다.
생산
프로판은 두 가지 주요 경로를 통해 생산된다. 첫째, 천연가스 처리 과정에서 파이프라인 내 응축을 방지하기 위해 프로판, 부탄, 에탄을 분리하는 과정에서 부산물로 얻어진다. 둘째, 석유 정제 과정에서 원유를 분해(크래킹)하여 가솔린이나 난방유를 생산할 때 부산물로 생성된다. 분별 증류를 통해 다른 탄화수소와 분리된다. 미국에서 소비되는 프로판의 약 90%는 국내에서 생산된다.
용도
프로판의 가장 대표적인 용도는 액화 석유 가스(LPG)의 구성 성분으로서의 연료 사용이다. 단독으로 또는 프로펜, 뷰테인(부탄), 펜테인 등과 혼합되어 사용된다. 주요 용도는 다음과 같다.
- 가정용 및 산업용 난방 연료
- 휴대용 화로(바비큐, 캠핑 스토브) 연료
- 자동차 연료(오토가스, Autogas) — 전 세계 약 1,300만 대 이상의 차량이 사용
- 지게차 등 산업용 차량 동력
- 냉매(R-290) — 오존 파괴 잠재력이 없고 지구 온난화 잠재력이 매우 낮음
- 금속 절단 및 브레이징용 연료
- 에어로졸 스프레이의 추진제
- 석유화학 공정의 원료(프로필렌, 아크릴산 생산)
- 반도체 제조 공정(탄화규소 증착)
위험성
프로판은 인화성이 매우 강한 가연성 가스로, 공기 중 폭발 한계는 약 2.4%~9.5%(부피비)이다. 공기보다 무거워 누출 시 바닥에 쌓이기 때문에 밀폐된 공간에서 폭발 위험이 크다. 흡입 시 산소 부족으로 인한 질식, 중추 신경계 억제, 의식 상실 등을 일으킬 수 있다. 액체 프로판이 피부에 접촉하면 증발 잠열로 인해 동상과 유사한 화상을 입힐 수 있다. 장기간 화염이나 열에 노출된 용기는 급격한 압력 상승으로 인해 BLEVE(끓는 액체 팽창 증기 폭발)를 일으킬 수 있다.
환경적 특성
프로판은 석탄이나 휘발유보다 깨끗하게 연소되며, 단위 에너지당 이산화탄소 배출량은 천연가스와 유사한 수준이다. 냉매로 사용될 경우 기존 프레온계 냉매에 비해 오존층 파괴 및 지구 온난화에 미치는 영향이 현저히 낮다.
