stringtranslate.com

Ácido nafténico

Los ácidos nafténicos ( NA ) son mezclas de varios ácidos carboxílicos ciclopentílicos y ciclohexílicos con pesos moleculares de 120 a más de 700 unidades de masa atómica . Las fracciones principales son ácidos carboxílicos con una cadena principal de carbono de 9 a 20 carbonos. McKee et al. afirman que "los ácidos nafténicos (NA) son principalmente ácidos carboxílicos cicloalifáticos con 10 a 16 carbonos", [1] aunque se han identificado ácidos que contienen hasta 50 carbonos en el petróleo pesado. [2]

Nomenclatura

El ácido nafténico puede referirse a derivados e isómeros de ácidos carboxílicos naftalénicos . En la industria petroquímica, los NA se refieren a ácidos carboxílicos de alquilo que se encuentran en el petróleo. [3] El término ácido nafténico tiene raíces en el término algo arcaico "nafteno" (cicloalifático pero no aromático) utilizado para clasificar los hidrocarburos. Originalmente se utilizó para describir la compleja mezcla de ácidos derivados del petróleo cuando los métodos analíticos disponibles a principios de la década de 1900 podían identificar solo unos pocos componentes de tipo nafteno con precisión. Hoy en día, el ácido "nafténico" se utiliza en un sentido más genérico para referirse a todos los ácidos carboxílicos presentes en el petróleo, [1] ya sean compuestos cíclicos, acíclicos o aromáticos, y ácidos carboxílicos que contienen heteroátomos como N y S. Aunque los ácidos nafténicos comerciales a menudo contienen una mayoría de ácidos cicloalifáticos, múltiples estudios [4] [5] han demostrado que también contienen ácidos alifáticos de cadena lineal y ramificada y ácidos aromáticos; Algunos ácidos nafténicos contienen >50% de ácidos alifáticos y aromáticos combinados.

Las sales de ácidos nafténicos, llamadas naftenatos , se utilizan ampliamente como fuentes hidrófobas de iones metálicos en diversas aplicaciones. [6]

Clasificación

Los ácidos nafténicos se representan por una fórmula general C n H 2n-z O 2 , donde n indica el número de carbonos y z especifica una serie homóloga. La z es igual a 0 para ácidos acíclicos saturados y aumenta a 2 en ácidos nafténicos monocíclicos, a 4 en ácidos nafténicos bicíclicos, a 6 en ácidos tricíclicos y a 8 en ácidos tetracíclicos. [5] Los petróleos crudos con un índice de acidez total (TAN) tan bajo como 0,5 mg KOH/g de ácido o fracciones de petróleo mayores de aproximadamente 1,0 mg KOH/g de petróleo generalmente califican como un crudo o petróleo de alta acidez. En el nivel de TAN de 1,0 mg/g, los petróleos crudos ácidos comienzan a tener un gran descuento en valor y, por lo tanto, se los conoce como crudos de oportunidad. [7] Los grados comerciales de ácido nafténico se recuperan con mayor frecuencia de fracciones de queroseno/combustible para aviones y diésel, donde su corrosividad [6] y su impacto negativo en las cualidades de combustión requieren su eliminación. Los ácidos nafténicos también son un contaminante importante en el agua producida durante la extracción de petróleo de las arenas petrolíferas de Athabasca . [8] [9]

Fuentes y ocurrencia

Los ácidos nafténicos se extraen de los destilados de petróleo mediante extracción con una base acuosa. La acidificación de este extracto mediante neutralización ácida devuelve los ácidos libres de hidrocarburos. El ácido nafténico se elimina de las fracciones de petróleo no sólo para minimizar la corrosión sino también para recuperar productos comercialmente útiles. [10] Algunos petróleos crudos tienen un alto contenido de compuestos ácidos (hasta un 4%). [11]

Corrosión por ácido nafténico

La composición varía con la composición del petróleo crudo y las condiciones durante el refinado y la oxidación. [3] [12] Las fracciones ricas en ácidos nafténicos pueden causar daños por corrosión al equipo de refinería de petróleo ; el fenómeno de la corrosión por ácido nafténico (NAC). [13] [14] Los petróleos crudos con un alto contenido de ácidos nafténicos a menudo se denominan petróleos crudos de alto número de ácido total (TAN) o petróleo crudo de alta acidez (HAC).

Naftenatos metálicos

Como el mayor uso actual e histórico, el ácido nafténico se utiliza para producir naftenatos metálicos . [10] Los naftenatos metálicos se denominan a menudo "sales" de ácidos nafténicos, pero los naftenatos metálicos no son iónicos. Son complejos de coordinación covalentes e hidrofóbicos . Más específicamente, son complejos de carboxilato metálico con la fórmula M(naftenato) 2 o M3O (naftenato) 6 para óxidos básicos. Los naftenatos metálicos no están bien definidos en el sentido químico convencional porque son una mezcla compleja en lugar de un único componente, estructura o fórmula específicos. Tienen diversas aplicaciones. [6] [15]

Los naftenatos tienen aplicaciones industriales que incluyen detergentes sintéticos , lubricantes , inhibidores de corrosión, aditivos para combustibles y aceites lubricantes, conservantes de madera , insecticidas , fungicidas , acaricidas , agentes humectantes , agentes espesantes de napalm y agentes secantes de aceite utilizados en pintura y tratamiento de superficies de madera. Los naftenatos industrialmente útiles incluyen los de aluminio, magnesio, calcio, bario, cobalto, cobre, plomo, manganeso, níquel, vanadio y zinc. [6] Ilustrativo es el uso de naftenato de cobalto para la oxidación de tetrahidronaftaleno al hidroperóxido. [16]

La mezcla compleja y la naturaleza hidrófoba del ácido nafténico permite que los naftenatos metálicos sean altamente solubles en medios orgánicos como los hidrocarburos derivados del petróleo, a menudo mucho más que los carboxilatos de isómero único como los acetatos y estearatos metálicos. Sus aplicaciones industriales explotan esta propiedad, donde se utilizan como detergentes a base de aceite , lubricantes , inhibidores de corrosión, aditivos para combustibles y aceites lubricantes, conservantes de madera , insecticidas , fungicidas , acaricidas , agentes humectantes , agentes secantes de aceite (secadores) utilizados en pinturas a base de aceite y tratamiento de superficies de madera, incluido el barniz . Los naftenatos metálicos industrialmente útiles incluyen los de aluminio, bario, calcio, cobalto, cobre, hierro, plomo, magnesio, manganeso, níquel, potasio, vanadio, zinc y circonio. [5]

Impacto ambiental

Los ácidos nafténicos son el principal contaminante del agua producida a partir de la extracción de petróleo de las arenas petrolíferas de Athabasca (AOS). [17]

Se ha afirmado que "los ácidos nafténicos son los contaminantes ambientales más importantes resultantes de la extracción de petróleo de los depósitos de arenas petrolíferas". No obstante, los mismos autores sugieren que "en las peores condiciones de exposición, es poco probable que se produzca una toxicidad aguda en los mamíferos salvajes expuestos a los ácidos nafténicos en el agua de los estanques de relaves de AOS, pero la exposición repetida puede tener efectos adversos para la salud". [18] Los ácidos nafténicos están presentes en las arenas petrolíferas y el agua de los estanques de relaves de Athabasca en una concentración estimada de 81 mg/L [19]

Según los protocolos de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos [OCDE] para probar la toxicidad, los NA refinados no son genotóxicos de forma aguda para los mamíferos. [20] Sin embargo, el daño inducido por los NA, aunque transitorio en una exposición aguda o discontinua, puede ser acumulativo en una exposición repetida. [21]

Los ácidos nafténicos tienen toxicidad tanto aguda como crónica para los peces y otros organismos. [22]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Richard H. McKee; Colin M. North; Paula Podhasky; Jeffrey H. Charlap; Adam Kuhl (febrero de 2014). "Toxicidad aguda y subcrónica de los ácidos nafténicos de los relaves de las arenas petrolíferas en mamíferos". Revista internacional de toxicología . 33 (1): 347–355. doi : 10.1177/1091581813504229 .
  2. ^ Qian, K. y WK Robbins (2001). Resolución e identificación de composiciones elementales para más de 3000 ácidos crudos en petróleo pesado mediante espectrometría de masas por resonancia de iones por transformada de Fourier de alto campo con microelectrospray de iones negativos. Energía y combustibles. 15:1505-1511.
  3. ^ ab Barros, Eliane V.; Filgueiras, Paulo R.; Lacerda, Valdemar; Rodgers, Ryan P.; Romão, Wanderson (2022). "Caracterización de ácidos nafténicos en muestras de petróleo crudo: una revisión de la literatura". Combustible . 319 . doi : 10.1016/j.fuel.2022.123775. S2CID  247340497.
  4. ^ Clemente, JS; Fedorak, PM (2005). "Una revisión de la ocurrencia, análisis, toxicidad y biodegradación de ácidos nafténicos". Chemosphere . 60 (5): 585–600. Bibcode :2005Chmsp..60..585C. doi :10.1016/j.chemosphere.2005.02.065. PMID  15963797.
  5. ^ abc James Brient, Peter Wessner, Mary Doyle (1995). "Ácido nafténico" en Kirk-Othmer, ed. Enciclopedia de tecnología química 4.ª ed. 16 : 1017-1029 .
  6. ^ abcd Nora, Angelo; Koenen, Gunther (2010). "Jabones metálicos". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . doi :10.1002/14356007.a16_361.pub2. ISBN 978-3-527-30385-4.
  7. ^ Qing, W. (2010). "Procesamiento de crudo con alto contenido de TAN: Parte 1". Refinación digital .
  8. ^ Vincent V. Rogers, Karsten Liber y Michael D. MacKinnon (agosto de 2002). "Aislamiento y caracterización de ácidos nafténicos del agua de los estanques de relaves de las arenas petrolíferas de Athabasca". Chemosphere 48 (5): 519–527. doi :10.1016/S0045-6535(02)00133-9
  9. ^ Allen, EW (2008). "Tratamiento de agua de proceso en la industria de arenas petrolíferas de Canadá: I. Contaminantes objetivo y objetivos de tratamiento" (PDF). Journal of Environmental Engineering and Science 7 (2): 123–138. doi :10.1139/S07-038
  10. ^ ab JA Brient; PJ Wessner; MN Doyle (1995). "Ácidos nafténicos". Ácidos nafténicos . Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/0471238961.1401160802180905.a01. ISBN 0-471-23896-1.
  11. ^ Grupo de asesoramiento técnico sobre acuicultura ambiental de Conrad (CEATAG) (1998). Informe de debate sobre información de fondo sobre ácidos nafténicos , 65 págs.
  12. ^ Walter E. Rudzinski; Leon Oehlers y Yi Zhang (2002). "Caracterización espectrométrica de masas en tándem de ácidos nafténicos comerciales y un crudo Maya". Combustibles energéticos . 16 (5): 1178–1185. doi :10.1021/ef020013t.
  13. ^ Slavcheva E.; Shone B.; Turnbull A. (1999). "Revisión de la corrosión por ácido nafténico en la refinación de petróleo". British Corrosion Journal . 34 (2): 125–131. doi :10.1179/000705999101500761.
  14. ^ "Artículo con detalles sobre la corrosión del ácido nafténico" (PDF) .
  15. ^ M. Landau. 1993. "Secadores y jabones metálicos", en J. Kroschwitz, ed., Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology . Nueva York: John Wiley & Sons. Vol. 8, págs. 432-445. doi :10.1002/0471238961.0418090512011404.a01
  16. ^ Knight, HB; Swern, Daniel (1954). "Hidroperóxido de tetralina". Síntesis orgánicas . 34 : 90. doi :10.15227/orgsyn.034.0090.
  17. ^ Allen, EW (2008). "Tratamiento de agua de proceso en la industria de arenas petrolíferas de Canadá: I. Contaminantes objetivo y objetivos de tratamiento" (PDF) . Revista de ingeniería y ciencia ambiental . 7 (2): 123–138. doi :10.1139/S07-038.}
  18. ^ Vincent V. Rogers; Karsten Liber y Michael D. MacKinnon (agosto de 2002). "Aislamiento y caracterización de ácidos nafténicos del agua de los estanques de relaves de las arenas petrolíferas de Athabasca". Chemosphere . 48 (5): 519–527. doi :10.1016/S0045-6535(02)00133-9.
  19. ^ Vincent V. Rogers; Mark Wickstrom; Karsten Liber; Michael D. MacKinnon (2001). "Toxicidad aguda y subcrónica de los ácidos nafténicos de los relaves de las arenas petrolíferas en mamíferos" . Toxicological Sciences . 66 (2): 347–355. doi :10.1093/toxsci/66.2.347.
  20. ^ Richard H. McKee; Colin M. North; Paula Podhasky; Jeffrey H. Charlap; Adam Kuhl (febrero de 2014). "Toxicidad aguda y subcrónica de los ácidos nafténicos de los relaves de las arenas petrolíferas en mamíferos". Revista Internacional de Toxicología . 33 (1): 347–355. doi : 10.1177/1091581813504229 .
  21. ^ Vincent V. Rogers; Karsten Liber y Michael D. MacKinnon (agosto de 2002). "Aislamiento y caracterización de ácidos nafténicos del agua de los estanques de relaves de las arenas petrolíferas de Athabasca". Chemosphere . 48 (5): 519–527. doi :10.1016/S0045-6535(02)00133-9.
  22. ^ Allen, EW (2008). "Tratamiento de agua de proceso en la industria de arenas petrolíferas de Canadá: I. Contaminantes objetivo y objetivos de tratamiento" (PDF) . Revista de ingeniería y ciencia ambiental . 7 (2): 123–138. doi :10.1139/S07-038.

Enlaces externos