Рассмотрены совокупность проблем, возникающих в присутствии в структуре битумов неустойчивых фрагментов, и целенаправленное воздействие на них модификаторов и каменного материала разных сортов. Показана возможность предсказания некоторых свойств битумов и асфальтобетонов, а также коррекции этих свойств на основе теоретических достижений в изучении структуры битумных материалов и асфальтобетонов.

Рассмотрены вопросы модификации нефтяных битумов полимерными материалами. Модификаторами могут быть полимеры, содержащие кристаллическую фазу. На основе адсорбционной модели взаимодействия полимера с дисперсной фазой битума получено соотношение для определения нижней концентрации структурообразования полимера в полимербитумной композиции. Показано, что суммарное максимальное содержание в композиции полимера и дисперсной фазы битума не должно превышать 25 %.

Показано, что термообработка предварительно озонированного природного битума при 340-350°С сопровождается глубоким крекингом компонентов сырья, благодаря инициированию озонидами цепных реакций термодеструкции. Выход топливных дистиллятов НК -350°С из природного битума месторождения Мортук (Казахстан) после его озонирования и отмеченного инициированного крекинга может быть доведен до 60 мас.%, что значительно выше потенциального содержания тех же фракций в сыром битуме (24,2%) и выхода их при обычном термическом крекинге при 450°С (48%). Благодаря пониженной температуре процесса, крекинг, инициированный озонидами, сопровождается значительно меньшим образованием газов и кокса. Дистилляты инициированного крекинга значительно беднее серой и полициклоароматическими углеводородами по сравнению с прямогонными фракциями сырого битума, но, как и продукты иных термодеструктивных процессов, содержат до 14 мас.% олефинов, могут быть нестабильными при хранении и, возможно, нуждаются в дополнительном гидрогенизационном облагораживании.

Изучены особенности протекания процесса озонолиза природного битума месторождения Мортук (Западный Казахстан) в зависимости от природы используемого растворителя (осветительного керосина, толуола) и глубины превращения (общего расхода озона). При проведении реакции в керосине выпадает в осадок, легко отделяемый декантацией, до 32 маc. % от суммы продуктов. Образование твердой фазы при проведении процесса в толуольной среде не наблюдается. Суммарные выходы продуктов в обоих случаях растут с углублением процесса за счет присоединения к исходным молекулам атомов кислорода и при расходе озона в 100 г/кг сырого битума превышают массу последнего на 6-11%. Важный результат процесса – значительное снижение степени ароматичности молекул благодаря деструкции конденсированных полиареновых структур. Адсорбционное разделение растворимых продуктов реакции позволяет получить в виде гексановых элюатов с выходами до 43% (в керосине) или до 52% (в толуоле) масла, глубоко очищенные от полициклоароматических и (при проведении процесса в керосине) гетероатомных соединений. Отделенные от масел полярные продукты превращения могут найти практическое использование как высокоэффективные дешевые деэмульгаторы, структураторы почв.

Проведена термообработка природных битумов Казахстана в присутствии катализатора микросфер энергетических зол, ди-третбутилпероксида. Установлены измерения вещественного и фракционного составов продуктов крекинга в зависимости от условий процесса. Выявлены характерные различия состава жидких продуктов крекинга в присутствии катализатора и добавки от продуктов крекинга исходного битума.

В сборнике представлены статьи, подготовленные Бугульминским научно-исследовательским центром по добыче природных битумов и высоковязких нефтей Урало-Поволжья ВНИИнефти. Раскрыты вопросы геологического строения и условия залегания природных битумов Урало-Поволжья, показаны перспективы ввода в разработку месторождений, рассмотрены особенности скважинной разработки месторождений природных битумов с применением термических методов воздействия на пласт. Затронуты новые методы, в частности прогрев пласта токами промышленной частоты. Рассмотрены особенности строительства и эксплуатации битумных скважин. Большое внимание уделено работам в области техники и технологии добычи природного битума, исследования скважин при термических методах разработки. Освещены вопросы переработки природных битумов, опыт применения битумоносных пород в дорожном строительстве.

Описаны ранее не изучавшиеся специфические свойства продуктов озонолиза компонентов каустобиолитов и новые области их практического использования. Показана возможность значительного увеличения выхода дистиллятных фракций из нефтей и природных битумов, а также продуктов ожижения бурых углей при сравнительно низкотемпературной термодеструкции, инициированной озонидами и сульфоксидами. Найдены способы глубокой очистки нефтяных дистиллятов от сернистых и полицикло-ароматических соединений, не требующие применения катализаторов, водорода, высоких температур. Озонолизом смесей базовых или отработанных смазочных масел со смолисто-асфальтовыми компонентами нефтей получены эффективные смазочно-охлаждающие жидкости, в несколько раз повышающие стойкость режущих инструментов при обработке металлов. Вскрыта высокая биологическая активность продуктов озонолиза смолистых компонентов ряда нефтей и природных битумов, сформулированы требования к составу исходного сырья, выполнение которых обеспечивает получение мощных стимуляторов роста растений.

Изучен состав алканов, циклогексанов, прегнанов, стеранов, диастеранов, би-, три-, тетра- и пентациклических терпанов природных битумов, залегающих в толщах базальтов на севере Хакасии. Показано, что отдельные разновидности битумов различаются составом и содержанием углеводородных структур. В твердых битумах н-алканы доминируют или присутствуют в близкой концентрации со стеранами и терпанами, в вязком битуме основными являются стерановые и терпановые структуры. Основные особенности состава насыщенных углеводородов исследованных битумов обусловлены различным составом исходного органического вещества, термическим воздействием и нивелирующими его, а в случае вязкого битума - определяющими процессами биодеградации.

Изучен состав ароматических углеводородов вязкого и твердых природных битумов, залегающих в толщах базальтов на севере Хакасии. Во всех битумах идентифицированы би-, три- и тетрациклические конденсированные ароматические структуры.В твердых битумах наряду с ними, -пентациклические, а также полифенилы (до пяти фенильных колец) и фенилзамещенные нафталины, фенантрены и пирены. Моноарены в твердых битумах представлены преимущественно метилалкилбензолами, в вязком битуме - арилизопреноидами. На состав ароматических углеводородов твердых битумов значительное влияние оказали процессы пиролиза при контакте с расплавленной магмой, а вязкого битума - специфические условия накопления исходного органического вещества.

Проведен акватермолиз битума месторождения Баян-Эрхэт (Монголия) в докритических и сверхкритических условиях. Показаны различия вещественного состава жидких продуктов в зависимости от условий термолиза. Рассчитаны структурно-групповые параметры средних молекул смол и асфальтенов исходого битума и продуктов его акватермолиза. Установлены закономерности изменения структур высокомолекулярных соединений (смол и асфальтенов) битума в протекающих процессах.

Изучены групповой углеводороный состав природных битумов различных горизонтов месторождения Мортук (Западный Казахстан) и структурно-групповые параметры содержащихся в битумах масел, смол и асфальтенов. Установлена принадлежность исследованных битумов к ароматико-нефтеновому углеводородному типу. Вскрыты основные закономерности изменения элементного, группового и структурно-группового состава природных битумов Мортука в зависимости от глубины залегания битумсодержащих пород. Показано отсутствие каких-либо композиционных и структурных критериев, различающих высокомолекулярные компоненты природных битумов и однотипных с ними тяжелых нефтей.

Методом термогравиметрического анализа исследовано термическое разложение образцов битума зимнего хранения (обогрев водяным паром), который был обработан с целью удаления воды по регламенту и с превышением регламентируемых температуры и времени обработки. Рассмотрено влияние на термолиз механохимически активированной минеральной добавки и добавки-имитатора асфальтенов. Приведены рассчитанные значения энергии активации термического разложения образцов битума.

Проведен термолиз кармальского и ашальчинского природных битумов при температуре 450С. Показано, что в процессе термолиза содержание смол снижается, а масел (углеводородов) - возрастает. Методом хроматомасс-спектрометрии проанализирован углеводородный состав масел. Термолиз кармальского природного битума приводит к увеличению содержания как насыщенных, так и алкил- и нафтенозамещнных моно-, би- и трициклических аренов. Термолиз же ашальчинского природного битума ведет к снижению содержания цикланов, алкил- и нафтенобензолов, нафтенозамещенных нафталинов и фенантренов, возрастанию содержания алканов, алкилзамещенных нафталинов и фенантренов.

Показано, что в структуре смол природного битума Ашальчинского месторождения (Татарстан) присутствуют фрагменты, связанные эфирными и сульфидными мостиками. Состав таких фрагментов изучен с использованием методов химической деструкции, жидкостно-адсорбционной хроматографии и ашальчинского битума связаны нормальные и разветвленные алканы, алкилциклопентаны и алкилциклогексаны, фенилалканы с различным положением фенильного заместителя, моно-, би-, три- и тетраалкилбензолы, алкилзамещенные нафталины и фенантрены, бензо- и дибензотиофены, алифатические кислоты и эфиры, циклические спирты и бициклические терпеноидные сульфиды. При этом связь насыщенных и ароматических углеводородов, дибензотиофенов, сульфидов и алифатических кислот осуществляется посредством эфирных и сульфидных мостиков. Алифатические эфиры связаны только сульфидными мостиками, а циклические спирты - только эфирными мостиками. Среди идентифицированных соединений преобладают насыщенные углеводороды, в основном нормальные алканы. Присутствие в их составе углеводородов С20 и выше свидетельствует о наличии в структуре смолистых веществ ашальчинского битума длинных алифатических цепей. В ряду ароматических углеводородов доминируют н-алкилбензолы, нафталины и фенанитрены, а в ряду гетероатомных соединений - алкилдибензотиофены.

Проведен анализ продуктов термокрекинга высокосернистого битума Мордово-Кармальского месторождения, содержащего 3,7 % мас. серы, 6,7 % мас. фракции н.к.-200 оС. Крекинг битума при температуре 450 оС в течение 120 мин позволяет получить дополнительно 8,1 % фракции н.к.-360 оС, при этом наблюдаются максимальные выходы газа и кокса - суммарно более 20 % мас. Исследовано влияние микросфер энергетической золы на направленность превращений компонентов битума. Крекинг битума в присутствии 10 % микросфер приводит к увеличению выхода фракции н.к.-360 оС на 10 %, при этом выход побочных продуктов (газа и кокса) суммарно составил всего 4 % мас. Результаты структурно-группового анализа смол и асфальтенов продуктов крекинга битума свидетельствуют о значительной деструкции молекул смол и асфальтенов в присутствии микрпосфер. Средняя молекулярная масса асфальтенов снижается на 703 а.е.м., количество блоков в молекуле - с 4 до 3, в 3 раза уменьшается количество нафтеновых колец, что приводит к увеличению фактора ароматичности, уменьшаются количество алифатических фрагментов и длина заместителей. Средняя молекула асфальтенов становится более компактной, преобладают ароматические структурные фрагменты.

Изучено влияние асфальтенов различной структуры на термический крекинг мальтенов, выделенных из природных битумов Ашальчинского и Мордово-Кармальского месторождений. Асфальтены, выделенные из этих же битумов, разделены на фракции А1 и А2, представляющие собой структуру типа "континент" и "архипелаг" соответственно. Показано, что при термолизе мальтенов обоих битумов в присутствии фракций асфальтенов А1 и А2 образуется дополнительное количество асфальтенов и углеводородов за счет деструкции смол, количество которых уменьшается в продуктах термолиза смесей.

Измерена фрактальная размерность поверхности пористой керамики. Полученная зависимость от объема порового пространства имеет два излома, отражающие изменение характера пористости от изолированных пор до сообщающихся поровых кластеров. что позволяет получить корреляцию с известными особенностями в поведении пористых тел.

В обзорных статьях, написанных специалистами из США и Швейцарии, рассматриваются проблемы создания материалов, используемых в солнечных батареях, а также вопросы применения плазмы низкого давления в технологии получения полупроводниковых и других материалов. Для специалистов в области материаловедения.