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]
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]
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 el 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]
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]
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).
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]
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]