stringtranslate.com

Нафтеновая кислота

Нафтеновые кислоты ( НК ) представляют собой смеси нескольких циклопентил- и циклогексилкарбоновых кислот с молекулярной массой от 120 до более 700 атомных единиц массы . Основные фракции представляют собой карбоновые кислоты с углеродным остовом из 9-20 атомов углерода. Макки и др. утверждают, что «нафтеновые кислоты (НК) представляют собой в первую очередь циклоалифатические карбоновые кислоты с 10–16 атомами углерода» [1] , хотя кислоты, содержащие до 50 атомов углерода, были идентифицированы в тяжелой нефти. [2] Термин «нафтеновая кислота» уходит корнями в несколько архаичный термин «нафтен» (циклоалифатический, но неароматический), используемый для классификации углеводородов. Первоначально он использовался для описания сложной смеси нефтяных кислот, когда аналитические методы, доступные в начале 1900-х годов, могли с точностью идентифицировать только несколько компонентов нафтенового типа. Сегодня «нафтеновая» кислота используется в более общем смысле для обозначения всех карбоновых кислот, присутствующих в нефти, будь то циклические, ациклические или ароматические соединения, а также карбоновых кислот, содержащих гетероатомы, такие как N и S. Хотя коммерческие нафтеновые кислоты часто содержат большинство циклоалифатических кислот, многочисленные исследования [3] [2] показали, что они также содержат алифатические кислоты с прямой и разветвленной цепью и ароматические кислоты; некоторые нафтеновые кислоты содержат >50% объединенных алифатических и ароматических кислот.

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 .

Соли нафтеновых кислот, называемые нафтенатами, широко используются в качестве гидрофобных источников ионов металлов в различных приложениях. [4]

Источники и возникновение

Были рассмотрены природа, возникновение, извлечение и коммерческое использование нафтеновой кислоты. [5] Известно, что сырая нефть из месторождений Румынии, России, Венесуэлы, Северного моря, Китая и Западной Африки содержит большое количество кислотных соединений по сравнению с большинством американских сырых нефтей. [5] Содержание карбоновых кислот в некоторых сортах сырой нефти Калифорнии особенно велико (до 4%) [6] , где, как сообщается, наиболее распространенными классами карбоновых кислот являются циклоалифатические и ароматические кислоты.

Состав варьируется в зависимости от состава сырой нефти и условий ее переработки и окисления. [7] Фракции, богатые нафтеновыми кислотами, могут вызвать коррозионное повреждение нефтеперерабатывающего оборудования; Таким образом, явление коррозии нафтеновой кислоты (NAC) хорошо изучено. [8] [9] Сырую нефть с высоким содержанием нафтеновых кислот часто называют сырой нефтью с высоким общим кислотным числом (TAN) или высококислотной сырой нефтью (HAC). Нафтеновые кислоты являются основным загрязнителем воды, получаемой при добыче нефти из нефтеносных песков Атабаски (AOS). [10] Нафтеновые кислоты обладают как острой, так и хронической токсичностью для рыб и других организмов. [11]

В своей часто цитируемой статье, опубликованной в журнале Toxicological Sciences Rogers et al. заявил, что «нафтеновые кислоты являются наиболее значительными загрязнителями окружающей среды, возникающими в результате добычи нефти из месторождений нефтеносных песков». Они обнаружили, 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». [12] В своей статье 2002 года, процитированной более 100 раз, Rogers et al. сообщили о лабораторной процедуре на основе растворителей, разработанной для «эффективного извлечения нафтеновых кислот из больших объемов воды хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски (TPW)». [13] Нафтеновые кислоты присутствуют в воде хвостохранилища AOS (TPW) в расчетной концентрации 81 мг/л, что слишком низкий уровень, чтобы TPW можно было считать жизнеспособным источником для коммерческого извлечения.

Используя протоколы Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) для тестирования токсичности, McKee et al. (2014) утверждали, что на основании своих исследований очищенные НА при пероральном употреблении не оказывают острой генотоксичности для млекопитающих. [14] Однако ущерб, вызванный NA, временный при остром или прерывистом воздействии, может накапливаться при повторном воздействии. [15]

Нафтенаты металлов

Нафтеновую кислоту удаляют из нефтяных фракций не только для минимизации коррозии, но и для извлечения коммерчески полезных продуктов. [5] Наибольшее текущее и историческое использование нафтеновой кислоты приходится на нафтенаты металлов. Нафтеновые кислоты извлекаются из нефтяных дистиллятов путем щелочной экстракции [ необходимо уточнение ] , а затем регенерируются посредством процесса кислотной нейтрализации , а затем перегоняются для удаления примесей. Нафтеновые кислоты, продаваемые на рынке, классифицируются по кислотному числу, уровню примесей и цвету и используются для производства нафтенатов металлов и других производных, таких как сложные эфиры и амиды.

Нафтенаты — это соли нафтеновых кислот, аналогичные соответствующим ацетатам, которые лучше структурно определены (поскольку они легко кристаллизуются). Однако такие четко определенные виды демонстрируют низкую растворимость в гидрофобных средах, таких как краски. Обычно предполагается, что они имеют формулу M(нафтенат) 2 или являются основными оксидами с формулой M 3 O(нафтенат) 6 . Нафтенаты находят промышленное применение, включая синтетические моющие средства , смазочные материалы , ингибиторы коррозии, присадки к топливу и смазочным маслам, консерванты для древесины , инсектициды , фунгициды , акарициды , смачивающие агенты , загуститель напалма и агенты для сушки масла, используемые при покраске и обработке поверхности древесины. Промышленно полезные нафтенаты включают нафтенаты алюминия, магния, кальция, бария, кобальта, меди, свинца, марганца, никеля, ванадия и цинка. [16] Показательным является использование нафтената кобальта для окисления тетрагидронафталина до гидропероксида. [17]

Безопасность

В одном часто цитируемом исследовании говорится, что «нафтеновые кислоты являются наиболее значительными загрязнителями окружающей среды, возникающими в результате добычи нефти из месторождений нефтеносных песков». Однако «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 воде хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски (AOS) в расчетной концентрации 81 мг/л. [19]

Используя протоколы Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) для тестирования токсичности, McKee et al. (2014) утверждали, что на основании своих исследований очищенные НК при пероральном употреблении не оказывают острой генотоксичности для млекопитающих. [20] Однако ущерб, вызванный NA, временный при остром или прерывистом воздействии, может накапливаться при повторном воздействии. [18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ 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. дои : 10.1177/1091581813504229 .[ нужна проверка ]
  2. ^ Аб Цянь, К. и У.К. Роббинс (2001). Разрешение и идентификация элементного состава более чем 3000 сырых кислот в тяжелой нефти с помощью масс-спектрометрии с ионно-циклотронным резонансом с преобразованием Фурье в сильном поле с микроэлектрораспылением отрицательных ионов. Энергетика и топливо. 15:1505-1511.
  3. ^ Клементе, Дж.С.; Федорак, ПМ (2005). «Обзор возникновения, анализа, токсичности и биоразложения нафтеновых кислот». Хемосфера . 60 (5): 585–600. Бибкод : 2005Chmsp..60..585C. doi :10.1016/j.chemSphere.2005.02.065. ПМИД  15963797.
  4. ^ Анджело Нора, Альфред Щепанек, Гюнтер Кенен, «Металлическое мыло» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , 2005, Wiley-VCH, Вайнхайм. doi :10.1002/14356007.a16_361 [ необходима проверка ]
  5. ^ abc Дж. А. Брайент; П. Дж. Весснер; М. Н. Дойл (1995). «Нафтеновые кислоты». Нафтеновые кислоты . Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/0471238961.1401160802180905.a01. ISBN 0-471-23896-1.
  6. ^ Техническая консультативная группа Конрада по экологическим и водным видам спорта (CEATAG) (1998). Отчет об обсуждении исходной информации о нафтеновых кислотах , 65 стр.
  7. ^ Уолтер Э. Рудзински; Леон Олерс и И Чжан (2002). «Тандемная масс-спектрометрическая характеристика коммерческих нафтеновых кислот и сырой нефти майя». Энергетическое топливо . 16 (5): 1178–1185. дои : 10.1021/ef020013t.[ нужна проверка ]
  8. ^ Славчева Е.; Шон Б.; Тернбулл А. (1999). «Обзор нафтеновокислой коррозии в нефтепереработке». Британский журнал по коррозии . 34 (2): 125–131. дои : 10.1179/000705999101500761.[ нужна проверка ]
  9. ^ «Статья с подробной информацией о коррозии нафтеновой кислотой» (PDF) .[ нужна проверка ]
  10. ^ Аллен, EW (2008). «Очистка технологической воды в промышленности нефтеносных песков Канады: I. Целевые загрязнители и цели очистки» (PDF) . Журнал экологической инженерии и науки . 7 (2): 123–138. дои : 10.1139/S07-038.[ нужна проверка ]
  11. ^ Аллен, EW (2008). «Очистка технологической воды в промышленности нефтеносных песков Канады: I. Целевые загрязнители и цели очистки» (PDF) . Журнал экологической инженерии и науки . 7 (2): 123–138. дои : 10.1139/S07-038.[ нужна проверка ]
  12. ^ Винсент В. Роджерс; Карстен Либер и Майкл Д. Маккиннон (август 2002 г.). «Выделение и характеристика нафтеновых кислот из воды хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски». Хемосфера . 48 (5): 519–527. дои : 10.1016/S0045-6535(02)00133-9.[ нужна проверка ]
  13. ^ 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. дои : 10.1093/toxsci/66.2.347.[ нужна проверка ]
  14. ^ 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. дои : 10.1177/1091581813504229 .[ нужна проверка ]
  15. ^ Винсент В. Роджерс; Карстен Либер и Майкл Д. Маккиннон (август 2002 г.). «Выделение и характеристика нафтеновых кислот из воды хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски». Хемосфера . 48 (5): 519–527. дои : 10.1016/S0045-6535(02)00133-9.[ нужна проверка ]
  16. ^ Анджело Нора, Альфред Щепанек, Гюнтер Кенен, «Металлическое мыло» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , 2005, Wiley-VCH, Вайнхайм. doi :10.1002/14356007.a16_361 [ необходима проверка ]
  17. ^ Найт, HB; Сверн, Дэниел (1954). «Гидропероксид тетралина». Органические синтезы . 34 : 90. дои : 10.15227/orgsyn.034.0090.
  18. ^ AB 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. дои : 10.1093/toxsci/66.2.347. ПМИД  11896302.
  19. ^ Винсент В. Роджерс; Карстен Либер и Майкл Д. Маккиннон (август 2002 г.). «Выделение и характеристика нафтеновых кислот из воды хвостохранилища нефтеносных песков Атабаски». Хемосфера . 48 (5): 519–527. Бибкод : 2002Chmsp..48..519R. дои : 10.1016/S0045-6535(02)00133-9. ПМИД  12146630.
  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. дои : 10.1177/1091581813504229 . PMID  24179025. S2CID  46506662.

Внешние ссылки