stringtranslate.com

Нафтеновая кислота

Нафтеновые кислоты ( NA ) представляют собой смеси нескольких циклопентил- и циклогексилкарбоновых кислот с молекулярной массой от 120 до более чем 700 атомных единиц массы . Основные фракции представляют собой карбоновые кислоты с углеродным остовом от 9 до 20 атомов углерода. Макки и др. утверждают, что «нафтеновые кислоты (NA) в первую очередь являются циклоалифатическими карбоновыми кислотами с 10–16 атомами углерода» [1] , хотя в тяжелой нефти были обнаружены кислоты, содержащие до 50 атомов углерода. [2]

Номенклатура

Нафтеновая кислота может относиться к производным и изомерам нафталинкарбоновых кислот . В нефтехимической промышленности NA относятся к алкилкарбоновым кислотам, обнаруженным в нефти. [3] Термин нафтеновая кислота имеет корни в несколько архаичном термине «нафтен» (циклоалифатический, но неароматический), используемом для классификации углеводородов. Первоначально он использовался для описания сложной смеси кислот на основе нефти, когда аналитические методы, доступные в начале 1900-х годов, могли с точностью идентифицировать только несколько компонентов типа нафтенов. Сегодня «нафтеновая» кислота используется в более общем смысле для обозначения всех карбоновых кислот, присутствующих в нефти [1] , будь то циклические, ациклические или ароматические соединения, а также карбоновые кислоты, содержащие гетероатомы, такие как N и S. Хотя коммерческие нафтеновые кислоты часто содержат большую часть циклоалифатических кислот, многочисленные исследования [4] [5] показали, что они также содержат линейные и разветвленные алифатические кислоты и ароматические кислоты; некоторые нафтеновые кислоты содержат >50% объединенных алифатических и ароматических кислот.

Соли нафтеновых кислот, называемые нафтенатами , широко используются в качестве гидрофобных источников ионов металлов в различных областях применения. [6]

Классификация

Нафтеновые кислоты представлены общей формулой C n H 2n-z O 2 , где n указывает число атомов углерода, а z указывает гомологический ряд. Z равен 0 для насыщенных ациклических кислот и увеличивается до 2 в моноциклических нафтеновых кислотах, до 4 в бициклических нафтеновых кислотах, до 6 в трициклических кислотах и ​​до 8 в тетрациклических кислотах. [5] Сырая нефть с общим кислотным числом (TAN) всего лишь 0,5 мг KOH/г кислоты или нефтяные фракции более примерно 1,0 мг KOH/г нефти обычно квалифицируются как высококислотная нефть или масло. При уровне TAN 1,0 мг/г кислые сырые нефти начинают сильно обесцениваться и поэтому называются нефтью с возможностью. [7] Коммерческие сорта нафтеновой кислоты чаще всего извлекаются из фракций керосина/авиатоплива и дизельного топлива, где их коррозионная активность [6] и отрицательное влияние на горючие качества требуют их удаления. Нафтеновые кислоты также являются основным загрязнителем воды, образующейся при добыче нефти из нефтяных песков Атабаски . [8] [9]

Источники и возникновение

Нафтеновые кислоты извлекаются из нефтяных дистиллятов путем экстракции водным основанием. Подкисление этого экстракта кислотной нейтрализацией возвращает кислоты, свободные от углеводородов. Нафтеновая кислота удаляется из нефтяных фракций не только для минимизации коррозии, но и для извлечения коммерчески полезных продуктов. [10] Некоторые сырые нефти содержат большое количество кислотных соединений (до 4%). [11]

Коррозия нафтеновой кислотой

Состав меняется в зависимости от состава сырой нефти и условий во время переработки и окисления. [3] [12] Фракции, богатые нафтеновыми кислотами, могут вызывать коррозионные повреждения оборудования нефтеперерабатывающих заводов ; явление коррозии нафтеновыми кислотами (NAC). [13] [14] Сырую нефть с высоким содержанием нафтеновых кислот часто называют сырой нефтью с высоким общим кислотным числом (TAN) или высококислотной сырой нефтью (HAC).

Нафтенаты металлов

Как самое большое текущее и историческое использование, нафтеновая кислота используется для производства нафтенатов металлов . [10] Нафтенаты металлов часто называют «солями» нафтеновых кислот, но нафтенаты металлов не являются ионными. Они представляют собой ковалентные, гидрофобные координационные комплексы . Более конкретно, они представляют собой комплексы карбоксилатов металлов с формулой M(naphthenate) 2 или M 3 O(naphthenate) 6 для основных оксидов. Нафтенаты металлов не имеют четкого определения в общепринятом химическом смысле, поскольку они представляют собой сложную смесь, а не определенный отдельный компонент, структуру или формулу. Они имеют разнообразные применения. [6] [15]

Нафтенаты имеют промышленное применение, включая синтетические моющие средства, смазочные материалы, ингибиторы коррозии, присадки к топливу и смазочным маслам, консерванты древесины, инсектициды, фунгициды, акарициды, смачивающие агенты, загустители напалма и масляные осушители , используемые в покраске и обработке поверхности древесины . Промышленно полезные нафтенаты включают нафтенаты алюминия , магния, кальция, бария, кобальта, меди, свинца, марганца, никеля, ванадия и цинка. [6] Показательным является использование нафтената кобальта для окисления тетрагидронафталина в гидропероксид. [16]

Сложная смесь и гидрофобная природа нафтеновой кислоты позволяет нафтенатам металлов быть хорошо растворимыми в органических средах, таких как углеводороды на основе нефти, часто гораздо лучше, чем карбоксилаты отдельных изомеров, такие как ацетаты и стеараты металлов. Их промышленное применение использует это свойство, где они используются в качестве моющих средств на масляной основе , смазочных материалов , ингибиторов коррозии, топливных и смазочных присадок, консервантов древесины , инсектицидов , фунгицидов , акарицидов , смачивающих агентов , осушителей масла (осушителей), используемых в масляных красках и обработке поверхности древесины, включая лак . Промышленно полезные нафтенаты металлов включают в себя нафтенаты алюминия, бария, кальция, кобальта, меди, железа, свинца, магния, марганца, никеля, калия, ванадия, цинка и циркония. [5]

Воздействие на окружающую среду

Нафтеновые кислоты являются основным загрязнителем воды, получаемой при добыче нефти из нефтяных песков Атабаски (AOS). [17]

Было заявлено, что «нафтеновые кислоты являются наиболее значительными загрязнителями окружающей среды, образующимися в результате добычи нефти из месторождений нефтеносных песков». Тем не менее, те же авторы предполагают, что «при наихудших условиях воздействия острая токсичность маловероятна у диких млекопитающих, подвергшихся воздействию нафтеновых кислот в воде хвостохранилища AOS, но повторное воздействие может иметь неблагоприятные последствия для здоровья». [18] Нафтеновые кислоты присутствуют в нефтяных песках Атабаски и воде хвостохранилища в предполагаемой концентрации 81 мг/л [19]

Используя протоколы Организации экономического сотрудничества и развития [ОЭСР] для тестирования токсичности, очищенные NA не являются остро генотоксичными для млекопитающих. [20] Однако повреждения, вызванные NA, будучи временными при остром или прерывистом воздействии, могут быть кумулятивными при повторном воздействии. [21]

Нафтеновые кислоты обладают как острой, так и хронической токсичностью для рыб и других организмов. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Ричард Х. Макки; Колин М. Норт; Паула Подхаски; Джеффри Х. Чарлап; Адам Куль (февраль 2014 г.). «Острая и субхроническая токсичность нафтеновых кислот из хвостов нефтеносных песков для млекопитающих». Международный журнал токсикологии . 33 (1): 347–355. doi : 10.1177/1091581813504229 .
  2. ^ Qian, K. и WK Robbins (2001). Разрешение и идентификация элементного состава более 3000 сырых кислот в тяжелой нефти с помощью отрицательно-ионной микроэлектрораспылительной высокополевой Фурье-преобразующей ионно-циклотронной резонансной масс-спектрометрии. Энергия и топливо. 15:1505-1511.
  3. ^ аб Баррос, Элиан В.; Филгейрас, Пауло Р.; Ласерда, Вальдемар; Роджерс, Райан П.; Ромао, Вандерсон (2022). «Характеристика нафтеновых кислот в пробах сырой нефти - обзор литературы». Топливо . 319 . doi :10.1016/j.fuel.2022.123775. S2CID  247340497.
  4. ^ Клементе, Дж. С.; Федорак, П. М. (2005). «Обзор встречаемости, анализов, токсичности и биодеградации нафтеновых кислот». Chemosphere . 60 (5): 585–600. Bibcode :2005Chmsp..60..585C. doi :10.1016/j.chemosphere.2005.02.065. PMID  15963797.
  5. ^ abc Джеймс Брайент, Питер Весснер, Мэри Дойл (1995). «Нафтеновая кислота» в Kirk-Othmer, ред. Энциклопедия химической технологии 4-е изд. 16 : 1017-1029 .
  6. ^ abcd Нора, Анджело; Кёнен, Гюнтер (2010). «Металлические мыла». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . doi :10.1002/14356007.a16_361.pub2. ISBN 978-3-527-30385-4.
  7. ^ Qing, W. (2010). «Переработка нефти с высоким TAN: Часть 1». Цифровая переработка .
  8. ^ Винсент В. Роджерс, Карстен Либер и Майкл Д. МакКиннон (август 2002 г.). «Выделение и характеристика нафтеновых кислот из хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски». Chemosphere 48 (5): 519–527. doi :10.1016/S0045-6535(02)00133-9
  9. ^ Аллен, Э. У. (2008). «Очистка технологической воды в канадской промышленности по добыче нефтяных песков: I. Целевые загрязнители и цели очистки» (PDF). Журнал по экологической инженерии и науке 7 (2): 123–138. doi :10.1139/S07-038
  10. ^ ab JA Brient; PJ Wessner; MN Doyle (1995). "Нафтеновые кислоты". Нафтеновые кислоты . Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/0471238961.1401160802180905.a01. ISBN 0-471-23896-1.
  11. ^ Техническая консультативная группа по водным ресурсам окружающей среды Конрада (CEATAG) (1998). Отчет по обсуждению фоновой информации о нафтеновых кислотах , 65 стр.
  12. ^ Уолтер Э. Рудзински; Леон Олерс и И Чжан (2002). «Тандемная масс-спектрометрическая характеристика коммерческих нафтеновых кислот и сырой нефти майя». Energy Fuels . 16 (5): 1178–1185. doi :10.1021/ef020013t.
  13. ^ Славчева Е.; Шон Б.; Тернбулл А. (1999). «Обзор коррозии нафтеновой кислотой при переработке нефти». British Corrosion Journal . 34 (2): 125–131. doi :10.1179/000705999101500761.
  14. ^ "Статья с подробностями о коррозии под действием нафтеновых кислот" (PDF) .
  15. ^ М. Ландау. 1993. "Сиккативы и металлические мыла", в J. Kroschwitz, ed., Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology . Нью-Йорк: John Wiley & Sons. Т. 8, стр. 432-445. doi :10.1002/0471238961.0418090512011404.a01
  16. ^ Найт, Х. Б.; Сверн, Дэниел (1954). «Гидропероксид тетралина». Органические синтезы . 34 : 90. doi :10.15227/orgsyn.034.0090.
  17. ^ Аллен, Э. У. (2008). «Очистка технологической воды в канадской промышленности по добыче нефтяных песков: I. Целевые загрязнители и цели очистки» (PDF) . Журнал экологической инженерии и науки . 7 (2): 123–138. doi :10.1139/S07-038.}
  18. ^ Винсент В. Роджерс; Карстен Либер и Майкл Д. МакКиннон (август 2002 г.). «Выделение и характеристика нафтеновых кислот из хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски». Chemosphere . 48 (5): 519–527. doi :10.1016/S0045-6535(02)00133-9.
  19. ^ Винсент В. Роджерс; Марк Викстром; Карстен Либер; Майкл Д. Маккиннон (2001). «Острая и субхроническая токсичность нафтеновых кислот из хвостов нефтеносных песков для млекопитающих» . Токсикологические науки . 66 (2): 347–355. doi :10.1093/toxsci/66.2.347.
  20. ^ Ричард Х. Макки; Колин М. Норт; Паула Подхаски; Джеффри Х. Чарлап; Адам Куль (февраль 2014 г.). «Острая и субхроническая токсичность нафтеновых кислот из хвостов нефтеносных песков для млекопитающих». Международный журнал токсикологии . 33 (1): 347–355. doi : 10.1177/1091581813504229 .
  21. ^ Винсент В. Роджерс; Карстен Либер и Майкл Д. МакКиннон (август 2002 г.). «Выделение и характеристика нафтеновых кислот из хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски». Chemosphere . 48 (5): 519–527. doi :10.1016/S0045-6535(02)00133-9.
  22. ^ Аллен, Э. У. (2008). «Очистка технологической воды в канадской промышленности по добыче нефтяных песков: I. Целевые загрязнители и цели очистки» (PDF) . Журнал экологической инженерии и науки . 7 (2): 123–138. doi :10.1139/S07-038.

Внешние ссылки