автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Влияние технологии битумов на устойчивость к старению

На правах рукописи

ИСРАИЛОВА ЗАЛПА СОЛМАНОВНА

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БИТУМОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К СТАРЕНИЮ

05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 0 ---о

Астрахань, 2012

005042449

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Астраханский государственный технический университет"

Научный руководитель: Страхова Нина Андреевна,

доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Сыроежко Александр Михайлович

доктор химических наук, профессор (Санкт-Петербургский технологический институт, профессор кафедры технологии нефте- и углехимических производств)

Евдокимова Наталья Георгиевна,

кандидат технических наук, доцент (Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате, доцент кафедры химико-технологических процессов)

Ведущая организация: ГУЛ «Институт нефтехимпереработки

Республики Башкортостан», г. Уфа

Защита состоится «25» мая 2012 года в 14ш часов на заседании Объединенного диссертационного совета ДМ 307.001.04 при ФГБОУ ВПО "Астраханский государственный технический университет" по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева,16,2-ой учебный корпус, ауд.201.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского государственного технического университета.

Автореферат разослан «24» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

Шинкарь Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы диссертации

Автомобильные дороги имеют стратегическое значение для Чеченской республики. Они связывают территорию республики, обеспечивая жизнедеятельность ее городов и населенных пунктов, определяют возможности их развития. Учитывая важность развития транспортной системы в рамках федеральной целевой программы «Автомобильные дороги» (2010-2015 годы) республике выделены субсидии, направленные на строительство автомобильных дорог с твердым покрытием. Решение задачи эффективного развития транспортной инфраструктуры невозможно без широкого применения качественных материалов в дорожном строительстве. Качество дорожных нефтяных битумов является одним из важнейших факторов, определяющих срок службы дорожных покрытий.

Химическая природа нефти и технология производства во многом определяют качество дорожных битумов. Изучение влияния технологии производства на групповой химический состав битумов, на их структурную и термоокислительную стабильность, адгезионные свойства при взаимодействии с минеральными материалами, определяющие срок службы дорожного полотна в условиях эксплуатации, является актуальной задачей.

Цель работы: заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании качественных изменений свойств битумов дорожных марок, полученных по различным технологиям, под влиянием высоких температур в условиях хранения и приготовления битумоминеральных смесей, и разработке технологических приемов повышения устойчивости битумов к старению.

Указанная цель достигается решением следующих задач:

определение физико - химических характеристик нефтяных остатков западносибирской нефти - сырья для производства битумов дорожных марок;

- исследование влияния технологии производства битумов на основе нефтяных остатков сернистой смеси западносибирских нефтей на структуру, химический состав, свойства и термоокислительную стабильность битумов;

- разработка составов компаундированных битумов, обладающих термоокислительной стойкостью к воздействию различных факторов;

-экспериментальное определение влияния природы минерального наполнителя на изменение свойств битума при их контакте;

-выявление закономерностей качества асфальтобетона в зависимости от химического состава битумов и природы минеральных наполнителей в процессе приготовления асфальтобетонной смеси;

- технико-экономическая оценка применения компаундированных битумов и минерального порошка - активированного цемента, на качество асфальтобетонных смесей.

Научная новизна

В рамках проведенного исследования автором были получены следующие результаты, отражающие научный вклад в решение поставленных задач:

предложена концепция повышения термоокислительной стабильности товарных марок окисленных битумов, заключающаяся в уменьшении количества структурообразующих компонентов - асфальтенов, обладающих высокой концентрацией свободных радикалов, инициирующих процесс старения битума в условиях хранения и приготовления битумоминеральных смесей, путем компаундирования последних остатками атмосферной и вакуумной перегонки нефти, асфальтом пропановой деасфальтизации масел;

- установлено, что компаундирование вязких битумов остатками атмосферной и вакуумной перегонки нефти - мазутом и гудроном западносибирских нефтей, замедляет процесс уплотнения молекул окисленных

битумов, приводящий к увеличению жесткости дисперсной структуры. Добавка гудрона в количестве 5-15 масс.% или мазута 3-10 масс.% обеспечивает оптимальную структуру нефтяных вяжущих менее подверженных термоокислительному старению, при этом марка битума не меняется;

- определены составы компаундов окисленных битумов и асфальта пропановой деасфальтизации масел, обладающих повышенной термоокислительной стойкостью, и характеризующиеся более широким интервалом пластичности;

- предложено на основе изученных процессов, протекающих в битумах при контакте с минеральными наполнителями, использовать минеральные порошки - известняк, цемент и отходы Чири-Юртовского цементного завода.

Практическая значимость результатов исследования

Результаты исследования структуры и свойств дорожных битумов, показали, что структура битумов, полученных по разным технологиям, представляет собой нестабильную дисперсную систему. Стабилизация структуры сопровождается изменением технологических свойств битумов под действием различных факторов, иначе - старением битумов. В процессе хранения битумов и приготовления битумоминеральных смесей происходит существенные изменения в химическом составе битумов и ухудшение товарных характеристик, поэтому добавка остатков атмосферной и вакуумной перегонки нефти позволяет стабилизировать структуру битума за счет увеличения концентрации низкомолекулярных ароматических масел, замедляющих процессы структурирования в дисперсной системе.

Предложено решение важной региональной проблемы -повышения качества автомобильных дорог за счет использования компаундированных битумов, а также применение при производстве битумоминеральных смесей местных минеральных наполнителей:

известняка, цемента и отходы (цементная пыль) Чири-Юртовского цементного завода.

Опытно-промышленная проверка результатов экспериментальных исследований показала увеличение срока службы покрытий, приготовленных из битумоминеральных смесей на компаундированном битуме и с включением минерального порошка из местного сырья. Технико-экономический эффект за счет увеличения срока службы покрытий составил 1554121 рубль на 1 км.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертации определяется корректностью поставленных задач, использованием поверенных измерительных приборов, применяемых в экспериментальных исследованиях и анализе физико-химических характеристик сырья, товарных нефтепродуктов и битумоминеральных смесей.

Апробация работы:

Основные положения и результаты докладывались на:

- Всероссийской научно-практической конференции «Наука, образование и производство» (Грозный, 2003);

- Всероссийской научно-практической конференции «Наука, образование и производство, посвященной 95-летию со дня рождения акад. М.Д. Миллионщикова» (Грозный, 2008);

- Первой Всероссийской научно-практической конференции «Возрождение и перспективы развития нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Чеченской Республики» (Туапсе, 2008);

-X Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва-Махачкала, 2011);

V Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии. Наука. Образование. Бизнес. Производство» (Астрахань, 2011).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 работ: 3 статьи в рецензируемом научном журнале, входящим в перечень ВАК; 9 статей в сборниках научных трудов и материалах конференций.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Материал изложен на 131 странице машинописного текста и содержит 14 рисунков, 29 таблиц. Список литературы включает 162 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, показана новизна, практическая ценность работы и сформулированы основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе представлен литературный обзор по теме диссертации, в котором рассмотрено состояние изученности вопросов, показана связь классических представлений и современных воззрений на структуру, состав и свойства нефтяных остатков и битумов.

Рассмотрены последние достижения в данной области исследований, показана связь классических представлений о структуре и свойствах нефтяных битумов приведены обобщенные данные и анализ современных воззрений на структуру и свойства нефтяных остатков и битумов, рассмотрено состояние производства битумов в России.

Из обзора современного состояния производства нефтяных битумов можно отметить, что в России традиционно битумы получают окислением остаточных компонентов нефтей (гудронов). Последние разработки в технологии битумов касаются интенсификации процесса окисления методом физико-химического активирования, компаундирования как сырья, так и товарных нефтепродуктов - битумов. Рассмотрен механизм адсорбционного

взаимодействия битума и минеральных наполнителей, показано влияние минерального наполнителя на свойства битума в асфальтобетоне. На основе анализа и обощения литературных данных определены цель и направления исследования.

Во второй главе приведены методы исследования, использованные при проведении работы, даны характеристика сырья и вспомогательных материалов.

Объектом исследования служили мазуты, гудроны западносибирских нефтей и промышленные битумы Новокуйбышевского и Волгоградского НПЗ. Определение товарных характеристик сырья и продуктов окисления проводили по стандартным методикам. Для получения битумов был использован гудрон западносибирских нефтей, физико-химическая характеристика которого приведена в таблице 1.

Таблица 1- Характеристика гудрона западносибирских нефтей

№ п/п Наименование показателей Единица измерения Результаты испытаний

1. Вязкость условная при 80 °С, °ВУ с 69

2. Плотность кг/м"1 986

3. Массовая доля механических примесей % 0,4

4. Массовая доля воды % следы

5. Массовая доля серы % 2,06

6. Температура вспышки в открытом тигле иС 190

7. Температура размягчения по «К и Ш » "С 31

8. Компонентный состав % масс.

Масла, в т. ч.: 55,6

парафинонафтеновые углеводороды 22,1

ароматические углеводороды 33,5

Смолы 36,1

Асфальтены 8,3

Концентрация асфальтенов в гудроне составила по массе 8,3% и для

получения товарного битума дорожных марок необходимого увеличить их содержание, что достигается окислением кислородом воздуха масляных фракций и, частично - смол; концентрированием вакуумного остатка (гудрона), компаундированием битума (или сырья) продуктами нефтехимии, богатыми смолисто-асфальтеновыми веществами.

В качестве компонентов компаундированных битумов были использованы остатки атмосферной и вакуумной перегонки, асфальт пропановой деасфальтизации масел. Для устранения влияния химической природы сырья в работе использованы нефтяные остатки и асфальт деасфальтизации масел западносибирской нефти.

Для приготовления битумоминеральных смесей были использованы минеральные материалы: щебень Аргунского карьера, отходы его дробления (высевки), природный песок Червленского карьера и наполнители - цемент и отходы (цементная пыль) Чири-Юртовского цементного завода, известняк.

В третьей главе приведены экспериментальные данные компонентного состава, изменение товарных характеристик, адгезии и термоокислительной стабильности битумов в зависимости от способа их получения.

Лабораторные образцы битумов были получены при окислении гудрона в реакторе периодического действия, представляющего собой электробогреваемый куб, снабженный диспергатором воздуха. Процесс окисления проводили при температуре 250 и 275 °С и постоянном расходе воздуха 5 л/(мин' кг) до получения битумов с заданной температурой размягчения.

Процесс окисления контролировали по температуре размягчения битумов (по «Кольцу и шару») и, соответственно, критерием скорости окисления служило изменение температуры размягчения битума во времени.

В таблице 2 приведены изменения в химическом составе гудрона в процессе окисления при температурах 250 и 275 °С, которые свидетельствуют о перераспределении компонентов гудрона в процессе

окисления в сторону образования высокомолекулярных соединений смолисто-асфальтеновых веществ (CAB).

Таблица 2 - Изменение компонентного состава окисленного гудрона

Температура окисления, ° С Трвзм по К и Ш, °С ♦Компонентный состав, % масс.

ПН МЦА БЦА и ПЦА ТС СТС А

250 (образцы №1) 31,0 22,6 8,5 25,9 17,1 18,0 7,9

35,0 20,5 8,0 22,8 16,8 18,4 13,5

46,0 18,9 7,8 21,9 16,0 19,7 15,7

53,0 18,0 7,6 22,7 15,1 18,9 17,7

275 (образцы №2) 31,0 22,6 8,5 25,9 17,1 18,0 7,9

35,5 18,3 7,9 23,2 16,7 19,1 14,8

45,5 16,8 7,9 22,5 17,6 18,7 16,5

53,5 16,1 8,0 20,8 18,0 18,8 18,3

*ПН, МЦА,БЦА,ПЦА - парафинона< углеводороды; СТ, СТО - толуольные >теновые, моно-, би- и полициклоароматические а спиртотолуольные смолы; А- асфальтены

Увеличение температуры окисления от 250 до 275 °С (соответственно, образцы №1 и №2) приводит к более заметному уменьшению парафино-нафтеновых углеводородов и более высокой скорости накопления толуольных и спиртотолуольных смол.

Несмотря на различные условия окисления, образцы № 1 и № 2 с примерно равной температурой размягчения (46,0 и 45,5 и 53,0 и 53,5 °С) по соотношению групповых компонентов можно отнести к структурному типу II по классификации Колбановской. Доля асфальтенов в общей сумме CAB для указанных выше образцов №1 составила соответственно 0,31 и 0,34, для образцов №2 - 0,31 и 0,33, а по отношению к сумме масел и смол, соответственно: 0,19 и 0,22; 0,20 и 0,22. Структура битумов в соответствии с данной классификацией представляет собой дисперсную систему, в которой отдельные агрегаты асфальтенов находятся в дисперсионной среде, структурированной смолами, определяющими способность битумов изменяться под влиянием различных факторов.

Результаты испытаний образцов показали, что окисленные битумы марок БНД 60/90 и БНД 90/130, полученные при температурах 250 до 275 °С, характеризуются практически одинаковыми показателями качества, и соответствуют требованиям ГОСТ 22245-90, имея по многим показателям запас прочности (таблица 3), Однако при испытании образцов на сцепление с мрамором и песком лучшие результаты показали образцы битумов, полученные при температуре 250 °С, что можно обусловлено различиями в компонентном составе битумов, в частности, более высокой концентрации низкомолекулярных масел, обеспечивающих полное обволакивание битумной пленкой поверхности минеральных частиц.

Образцы битумов, полученные при более низкой температуре окисления, менее подвержены изменениям при испытании на термоокислительную стабильность. Для образцов битумов БНД 90/130 и БНД 60/90, окисленных при 250 °С, изменение температуры размягчения после прогрева составило соответственно 4,5 и 4,2 °С, для образцов, окисленных при 275 °С, соответственно 4,8 и 4,7 °С, что, очевидно, связано с более интенсивными превращениями смол в асфальтены.

Сравнение образцов битумов марки БНД 200/300 (таблица 4) примерно с равной температурой размягчения, полученных из одной нефти, но по разным технологиям, показало, что образец остаточного битума обладает более высокой термоокислительной стабильностью, чем окисленные битумы, что объясняется различиями в химических составах, обусловленными особенностями технологий их получения. Битумы, полученные окислением менее вязкого гудрона, содержат больше асфальтенов, чем остаточный битум, при этом доля асфальтенов в общей сумме CAB для образца №1 составила 0,28, для образца №2- 0,29, для образца №3 - 0,20; отношение асфальтенов к смолам в образцах составило, соответственно: 0,38; 0,41 и 0,24. Незначительный прирост температуры размягчения остаточного битума после прогрева при 163 °С в течение 5 часов, отчасти, обусловлен невысокой температурой окисления и, как известно, и меньшей

Таблица 3- Показатели качества окисленных битумов

Наименование показателей Образцы гудрона окисленные ГОСТ 22245-90

при 250 иС при 275 "С Г БНД 90/130 БНД 60/90

БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 60/90

Глубина проникания иглы, дмм: при 25 °С, 114 81 98 72 91-130 61-90

при 0 иС 26 21 27 19 28 20

Температура, °С:

размягчения, не менее 46,0 53,0 45,5 53,5 . 43 47

хрупкости, не более -23 -21 -20 -18 -17 -15

вспышки, не менее 245 242 243 238 230 230

изменение температуры размягчения после прогрева ,°С 4,5 4,2 4,8 4,7 5 5

Растяжимость, см:

при 25 °С 75 58 70 57 65 55

при 0 °С 5,5 4,0 5,0 4,5 4,0 3,5

Испытание на сцепление, образец №:

с мрамором №1 №1 №1 №2 - -

с песком №1 №2 №2 №2 •- -

Плотность, при 20иС, кг/м"1 987,0 1007,0 991,0 1013,0 - -

концентрацией свободных радикалов - инициаторов окисления, чем в окисленных битумах.

Таблица 4- Показатели качества нефтяных вязких битумов, полученных по разным технологиям

Наименование показателей *Образцы битума ГОСТ 22245

1 2 3 (БНД 200/300)

Глубина проникания иглы, дмм: при 25 °С, 280 275 273 200-300

при 0 иС . 48 50 52 45

Температура, "С: 35

размягчения, не менее 35,0 35,5 35,5

хрупкости, не более -27 -26 -21 -20

вспышки, не менее 235 230 250 220

изменение температуры размягчения после прогрева, град 10 9,0 5,0 7

Растяжимость, см: 42 39 23 20

при 0 °С

Испытание на сцепление, образец №: №1 №2 №1 №2 №2 №2

с мрамором

с песком

Содержание водорастворимых соединений, масс.%, не более 0,35 0,30 0,15 0,2

Компонентный состав

Масла, в т. ч.: 51,3 49,4 54,3

парафинонафтеновые углеводороды 20,5 18,3 18,5

ароматические углеводороды 30,8 31,1 35,8

Смолы 35,2 35,8 36,2

Асфальтены 13,5 14,8 8,9

Карбены и карбоиды - - 0,6

* 1-образец битума, полученный при температуре окисления 250 иС; 2- образец битума, полученный при температуре окисления 275 °С; 3- остаточный битум

Промышленные образцы битумов марок БНД 90/130 и БНД 60/90, в отличие от лабораторных образцов, менее стабильны и характеризуются низким сцеплением с минеральным материалом. Повышение стойкости к старению и улучшение адгезионных свойств битумов достигается использованием добавкой асфальта деасфальтизации (АД) масел с установки

Ново-Уфимского нефтеперерабатывающего завода. Асфальт характеризуется высоким содержанием структурообразующих компонентов - смолисто-асфальтеновых веществ 52,7% масс., в их числе асфальтенов 21,2% масс., и практически не содержит парафинонафтеновых углеводородов (3,5% масс.). Процесс компаундирования проводили при 120-130 °С и времени перемешивания 20 минут.

Добавка асфальта (таблица 5) повышает устойчивость к старению, при этом температура размягчения битума увеличивается пропорционально количеству введенного асфальта и сопровождается понижением пенетрации. Введение компаунда в количестве 30% масс, дает возможность получать

битум марки БНД 60/90, минуя процесс окисления. Таблица 5 - Показатели качества компаундированных битумов

Наименование Показателей БНД 90/130 Компаунды ( БНД 90/130 : АД) ГОСТ 22245-90

БНД 90/130 БНД 60/90

90:10 | 70:30 | 50:50

Глубина проникновения иглы, дмм

при 25 °С, 114 110 90 78 91-130 61-90

при 0 °С 26 21 27 19 28 20

Темпеоатуоа. °С:

размягчения, не менее 43,5 44,5 48,5 50,5 43 47

хрупкости, не более -23 -19 -18 -16 -17 -15

вспышки, не менее 245 245 246 248 230 230

Изменение температуры размягчения после прогрева, град 4,5 4,1 4,0 3,7 5 5

Растяжимость, см

при 25°С 75 78 80 77 65 55

при 0°С 5,5 5,5 5,0 4,5 4.0 3,5

Испытание на сцепление, образец №:

с мрамором №1 №1 №1 №1 - -

с песком №2 №1 №1 №2 - -

Плотность при 20иС, кг/м" 997,0 1003,0 1014,0 1024,0 -

Для оценки устойчивости битумов к старению использовали методики имитирования старения образцов при условиях в соответствии, с которыми

битум выдерживается при 110 и 163 °С в течение определенного времени (ГОСТ 18180-72 и АБТМ 01754-97). Исследования проводили на битумах, характеризующихся различным групповым химическим составом: промышленные битумы БНД 60/90, БНД 90/130 и лабораторные образцы окисленного и остаточного битумов марки БНД 200/300.

Изменение массы образцов битумов наиболее заметно в течение первых трех часов, затем потери в массе несколько стабилизируется (рисунок 1). За 5 часов термостатирования потеря массы для битума БНД 60/ 90 составило 0, 27 % , для битума БНД 90/130 - 0,4%, БНД 200/300 (окисленного) - 0,4% остаточного битума БНД 200/300 - 0,20% по массе.

Время.час_

где: 1- битум марки БНД 60/ 90; 2- битум марки БНД 90/130;

3- битум марки БНД 200/300; 4- остаточный битум марки БНД 200/300 Рисунок 1- Изменение массы битумов при прогреве (163 С), %

Очевидно, потеря массы образцов битумов при длительном воздействии температуры (163 °С) связано с потерей летучих компонентов. Незначительный вклад могут вносить и термоокислительные реакции, происходящие в поверхностном слое битума.

В результате термоокислительного старения образцов (рисунок 2) температура размягчения битума БНД 60/ 90 увеличилась на 10 битума БНД 90/130 на 9 0 и остаточный битум БНД 200/300 на 6 °С.

Увеличение температуры размягчения образцов можно объяснить химическими превращениям, что подтверждается значительными изменениями группового химического состава битумов (таблица 6).

Время,час

где: 1- битум марки БНД 60/ 90; 2- битум марки БНД 90/130; 3- битум марки БНД 200/300; 4- остаточный битум марки БНД 200/300 Рис. 2- Изменение температуры размягчения битумов при прогреве

Наиболее сильные изменения показателя пенетрации приходятся на последние часы прогрева для всех образцов битумов.

Бремя,час

где: 1- битум марки БНД 60/ 90; 2- битум марки БНД 90/130; 3- битум марки БНД 200/300; 4- остаточный битум марки БНД 200/300 Рис. 3- Изменение пенетрации битумов при прогреве

Изменение пенетрации битумов при 25 ОС в % от исходной пенетрации при прогреве в течение 5 часов для образцов битума БНД 60/ 90 составило 41,2% , для образцов битума БНД 90/ 130 - 46,5% и для образцов битумов БНД 200/ 300 окисленного 46,2%, остаточного - 56,1%. Можно отметить, что большим запасом прочности по данному показателю обладает образец остаточного битума БНД 200/ 300, что, по-видимому, связано с невысокой концентрацией в нем структурообразующих элементов - смол и асфальтенов.

При термоокислительном старении образцов в значительной мере наблюдается увеличение асфальтенов, главным образом за счет уменьшения парафинонафтеновых углеводородов и масел (таблица 6).

Таблица 6- Компонентный состав битумов после 5 часов термостатирования

Образцы Тразм ■"Компонентный состав, % масс.

битумов по К и Ш, параф ино- ароматические смолы асфальтены

°С нафтеновые углеводороды

БНД 49,5 19.5 27,4 32,8 20,3

60/90 61,0 19,0 25,1 30,9 25,0

БНД 43,0 22,1 30,5 29.3 18,1

90/130 52,0 20,8 27,5 30,4 21,3

БНД 35,0 20,5 30,8 35,2 13,5

200/300 44,5 18,0 29,0 35,1 17,9

БНД 35,0 22.1 33,5 36,1 8,3

200/300 41,0 19,8 30,7 37,4 12,1

(остат.)

*В числителе значения показателей до термоокислительного старения, в

знаменателе — после старения.

Окисленные битумы более подвержены структурным изменениям, чем остаточный битум, очевидно, это связано с особенностями технологии их получения. Продукты окисления гудрона в значительной мере содержат неустойчивые промежуточные соединения (ассоциаты), инициирующие в битумах структурные преобразования в сторону более устойчивых соединений - ассоциатов, связанных силами межмолекулярного взаимодействия различной природы.

Для улучшения термоокислительной стабильности и низкотемпературных свойств было принято решение компаундировать битумы доступными высококипящими фракциями - остатками атмосферной и вакуумной перегонки западносибирской нефти, характеризующиеся однотипностью своих молекул и молекул битума.

Введение мазута в количестве 1-5% на массу битума практически не вызвало изменение структуры битума, наблюдалось разжижение дисперсионной среды, и компаунды по своим физико-механическим свойствам оставались в пределах марки исходного битума. При этом отмечалось улучшение низкотемпературных и адгезионных свойств компаундов. Увеличение содержания мазута до 10% масс, привело к существенным структурным изменениям в битуме. Наблюдалось снижение теплостойкости образцов и ухудшение сцепления с каменным материалом.

Введение в битум гудрона в количестве 3-15% масс, приводит к перераспределению компонентов, а, следовательно, и перестройке всей структуры, что в свою очередь сказывается на свойствах битума. Добавка гудрона в количестве 5-15% масс, в битумах вызывает пластифицирующий эффект, улучшая при этом деформативные свойства.

Таблица 7- Характеристика компаундов (разжижитель-гудрон)

Показатели Битум БНД 60/90 Концентрация гудрона, % масс.

3 5 10 15

Глубина проникания иглы при 25 °С, дмм 82 83 94 95 121

Температура размягчения по К и Ш, ° С 49,5 49,2 47,0 47,5 45,8

Растяжимость, см при 25 С 100 115 112 138 120

Изменение пенетрации битумов при 25 °С в % от исходной пенетрации при прогреве в течение 5 ч 41,2 42,5 46,8 49,1 48,7

Компонентный состав, масс. % :

парафинонафтеновые углеводороды 18,9 19,2 19,7 20,5 20,8

ароматические углеводороды 28,2 28,2 28,5 28,6 29,0

смолы 33,1 33,0 33,3 33,0 32,5

асфальтены 19,8 19,6 18,5 17,9 17,7

В четвертой главе приведены результаты исследования взаимодействия битумов с каменным материалом, что позволило определить изменения структуры и свойств битума в сочетании со свойствами минеральных материалов, на поверхности которых он распределен тонкой пленкой. Изучение изменения свойств битума при контакте с минеральным наполнителем проводились на окисленных битумах марки БНД 60/90, БНД 90/ 130 и компаундированных битумах тех же марок, приготовленных с добавлением гудрона.

Количество адсорбированного битума поверхностью щебня и известняка с увеличением времени контакта в обоих случаях возрастает (таблица 8). Адсорбционное равновесие при использовании высевок наступает примерно к 4 часам, а известняка - к 3 часам термостатирования. Это очевидно, так как известняк обладает большей удельной поверхностью, и адсорбционное равновесие на нем наступает раньше. Улучшение адсорбции командированных битумов объясняется увеличением объема дисперсионной среды и уменьшением её вязкости.

Таблица 8- Количество адсорбированного битума (% масс.) поверхностью

минералов при 160°С от продолжительности термостатирования

Минеральный наполнитель Марка битума Время термостатирования, час

1/3 1 2 3 4 5

Высевки Аргунского карьера (фр.2-3мм) БНД 60/90 19 47 63 67 79 80

БНД 90/130 17 45 61 73 78 81

1? БНД 60/90(комп.) 15 58 67 78 80 82

_п БНД 90/130(комп.) 17 54 63 79 81 85

Известняк Чири-Юртовского карьера (фр.2-3мм) БНД 60/90 26 68 75 83 84 85

к БНД 90/130 27 68 76 85 86 87

и БНД 60/90(комп.) 27 69 78 84 87 88

м БНД 90/130(комп.) 29 70 79 87 88 90

Маловязкие битумы обеспечивают хорошее обволакивание зерен минерального материала, но формирование структуры происходит медленно. Для усиления формирующего действия в состав асфальтобетонной смеси включен активированный минеральный порошок, цемент ПЦ 500-Д0. Приготовленные образцы асфальтобетонной смеси типа «Г» (ГОСТ 9128-09) с использованием местных наполнителей и минерального порошка характеризуются высокой водостойкостью и механической прочностью.

Экономический эффект от производства и применения асфальтобетонов, приготовленных на компаундированных битумах с добавкой минерального порошка составил 1554121 рубль на 1 км.

ВЫВОДЫ

1. Предложена концепция повышения устойчивости к старению окисленных битумов, заключающаяся в уменьшении количества структурообразующих компонентов - асфальтенов, обладающих высокой концентрацией свободных радикалов, инициирующих процесс старения битума в условиях хранения и приготовления битумоминеральных смесей, путем компаундирования последних остатками атмосферной и вакуумной перегонки нефти, асфальтом пропановой деасфальтизации масел.

2. Под влиянием технологических температур в процессе хранения, приготовления битумоминеральной смеси во времени наблюдается процесс дальнейшего уплотнения молекул окисленных битумов, приводящий к увеличению жесткости дисперсной структуры. Добавка гудрона в количестве 5-15масс.% позволяет замедлить процесс термоокислительного старения и стабилизировать структуру вязких битумов за счет уменьшения концентрации структурообразующих компонентов - асфальтенов.

3 .Использование менее вязких битумов для приготовления битумоминеральных смесей предпочтительнее, поскольку при этом

обеспечивается прочный контакт между вяжущим и минеральным материалом. Компаундирование вязких битумов БНД 60/90 гудроном (5-15% масс.) или мазутом (3-10% масс.) обеспечивает оптимальную структуру вяжущих менее подверженных термоокислительному старению.

4. Получены составы компаундированных нефтяных вяжущих на основе окисленного битума БНД 90/130 и асфальта пропановой деасфальтизации в соотношении 90:10-70:30, соответствующие по основным показателям битумам марки БНД 60/90, и характеризующиеся повышенной термоокислительной стойкостью, улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойствами. Увеличение концентрации асфальта выше 30% приводит повышению температуры хрупкости битумов.

5. Адсорбция битума на поверхности минеральных материалов представляет собой длительный процесс, зависящий от температуры, продолжительности контакта, природы минерального материала. При 160 °С равновесие в системе битум - минеральный материал достигается на поверхности известняка за 3-4 часа, рабочем материале - щебне Аргунского карьера, 4-5 часов.

6.Товарные характеристики «состаренных» образцов окисленного битума на поверхности известняка при 160 °С в условиях равновесия существенно меняются: пенетрация уменьшается на 16-21 пунктов, температура размягчения повышается на 3-5 °С.

7.Использование компаундированного битума и активированного минерального порошка на основе цемента из известняка Чири - Юртовского карьера позволило улучшить водостойкость битумоминеральных смесей.

Технико-экономический эффект за счет увеличения срока службы покрытий при включении в состав битумоминеральной смеси активированного минерального порошка составил 1554121 рубль на 1км.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: Статьи в изданиях по перечню ВАК РФ:

1. З.С. Исраилова, H.A. Страхова, П.С. Цамаева. Влияние химического состава битума на водостойкость асфальтобетона // Вестник МГОУ, Серия «Естественные и технические науки», Москва. - 2008. - №5. - С.337-339.

2. З.С. Исраилова, H.A. Страхова. Влияние температуры окисления на качество битумов // Вестник МГОУ, Серия «Естественные и технические науки», Москва. -2012. -№1._ С. 382-384.

3. З.С. Исраилова, H.A. Страхова. Влияние термического воздействия на структуру и свойства нефтяных битумов // Вестник МГОУ, Серия «Естественные и технические науки», Москва. -2012. - №1. - С. 385-386.

Статьи в научных сборниках, тезисы докладов в материалах конференций:

4. З.С. Исраилова, H.A. Страхова, П.С. Цамаева. Получение низкозастывающих масел из парафинистых и низкопарафинистых нефтей / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Наука, образование и производство», г. Грозный, 4 декабря 2003. - С.152.

5. З.С. Исраилова, H.A. Страхова, П.С. Цамаева, A.A. Эльмурзаев. Современные технологии получения дорожных битумов / Труды Грозненского государственного нефтяного института им. М.Д. Миллионщикова, г. Грозный. -2006. - Выпуск 6. - С. 190-193.

6. З.С. Исраилова, H.A. Страхова, П.С. Цамаева. Перспективы строительства автомобильных дорог в Чеченской республике / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Наука, образование и производство», посвященной 95-летию со дня рождения акад. М.Д. Миллионщикова, г. Грозный, 29 февраля -1 марта 2008. - С.247.

7. П.С. Цамаева, З.С. Исраилова Экологические аспекты производства нефтяных битумов / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Наука, образование и производство», посвященной 95-летию со дня рождения акад. М.Д. Миллионщикова, г. Грозный. - 29 февраля -1 марта 2008. - С. 301.

8. П.С. Цамаева, H.A. Страхова, З.С. Исраилова, A.A. Эльмурзаев. Получение нефтяных битумов из парафинистых нефтей различных месторождений /

Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Наука, образование и производство», посвященной 95-летию со дня рождения акад. М.Д. Миллионщикова, г. Грозный. - 29 февраля - 1 марта 2008. - С. 298-300.

9. A.B. Севаева, З.С. Исраилова, H.A. Страхова. Перспективы применения битумных эмульсий в дорожном строительстве Чеченской республики / Материалы первой Всероссийской научно-практической конференции «Возрождение и перспективы развития нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Чеченской республики, г. Туапсе. - 19-21 сентября 2008. - С.161-163.

10. З.С. Исраилова, П.С. Цамаева, Н.М. Мусиханова, H.A. Страхова. Влияние химического состава компаундированных битумов на адгезионные свойства / Материалы первой Всероссийской научно-практической конференции «Возрождение и перспективы развития нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Чеченской республики, г. Туапсе. - 19-21 сентября 2008.-С. 108-111.

И. H.A. Страхова, З.С. Исраилова, П.С. Цамаева. Возможность использования местных нерудных материалов при производстве битумоминеральных смесей / Материалы конференции «Ресурсовоспроизводящие малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», г. Москва-Махачкала: РУДИ. - 1218 сентября2011.-С. 206.

12. З.С. Исраилова, П.С. Цамаева. Экономическая эффективность производства асфальтобетонных смесей с использованием местных минеральных наполнителей / Материалы V Международной научно-практической конференции

«Энергосберегающие технологии. Наука. Образование. Бизнес. Производство», г. Астрахань: АИСИ. -24-28 октября 2011. - С. 29.

Заказ № 0132/12 Отпечатано 23.04.2012 г. Тир. 100 экз. Гарнитура Times New Roman. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,4 Типография ООО « Альфа Принт » Ю.а.: 414004, г. Астрахань, ул. Б. Алексеева 30/14 e-mail: Alfager@rambler.ru тел: 89033485666

61 12-5/3072

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет»

На правах рукописи

ИСРАИЛОВА ЗАЛПА СОЛМАНОВНА

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БИТУМОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К СТАРЕНИЮ

05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Н.А. Страхова

Астрахань- 2012

СОДЕРЖАНИЕ

с.

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................................

1.1.Общие представления о химической природе

высокомолекулярных (остаточных)компонентов нефти............9

1.2. Компонентный состав нефтяных битумов.....................................12

1.3. Структура нефтяных битумов............................................23

1.4. Производство нефтяных битумов........................................33

1.4.1.Производство остаточных битумов................................35

1.4.2.Производство окисленных битумов...............................36

1.4.3.Производство битума деасфальтизацией..........................40

1.4.4.Производство компаундированных битумов......................41

1.5. Взаимодействие битума с минеральными наполнителями..........42

ГЛАВА II. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ..........47-60

2.1. Характеристика исходных материалов..................................47

2.1.1. Нефтяные вяжущие..................................................47

2.1.2.Характеристика минеральных наполнителей....................50

2.2. Методы, принятые для исследования нефтяных остатков

и нефтяных битумов.......................................................53

2.3. Методы, принятые для исследования минеральных материалов и асфальтобетонных смесей...............................59

ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

БИТУМОВ НА СОСТАВ И СВОЙСТВА......................60-98

3.1. Исследование товарных характеристик битумов, полученных разными методами.......................................61

3.2. Термоокислительная стабильность битумов........................83

3.3. Изучение влияния разжижителей (пластификаторов)

на состав и свойства битумов.........................................92

ГЛАВА IV. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ БИТУМА В

АСФАЛЬТОБЕТОНЕ...................................................

4.1. Старение битумов при взаимодействии с минеральными наполнителями.............................................................100

4.2. Влияние асфальтового вяжущего на физико-механические свойства битумоминеральной смеси.....................................„......105

4. 3. Расчет экономической эффективности производства асфальтобетонных смесей с использованием местных минеральных наполнителей.............................................ПО

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ...............................................................П6

ЛИТЕРАТУРА......................................................................П8

ПРИЛОЖЕНИЕ..................................................................132

ВВЕДЕНИЕ

Битум с давних пор является одним из наиболее известных инженерно-строительных материалов. Его адгезионные и гидрофобные свойства использовались на заре цивилизации. В настоящее время области использования битумов чрезвычайно широки. Достаточно назвать дорожное строительство, изготовление кровельных материалов, применение в лакокрасочной и кабельной промышленности, строительство зданий и сооружений, прокладку трубопроводов и др.

Автомобильные дороги имеют стратегическое значение для Чеченской республики. Они связывают территорию республики, обеспечивая жизнедеятельность ее городов и населенных пунктов, определяют возможности их развития. Учитывая важность развития транспортной системы в рамках федеральной целевой программы «Автомобильные дороги» (2010-2015 годы) республике выделены субсидии, направленные на строительство автомобильных дорог с твердым покрытием. Решение задачи эффективного развития транспортной инфраструктуры невозможно без широкого применения качественных материалов в дорожном строительстве. Качество дорожных нефтяных битумов является одним из важнейших факторов, определяющих срок службы дорожных покрытий.

Химическая природа нефти и технология производства во многом определяют качество дорожных битумов. Изучение влияния технологии производства на групповой химический состав битумов, на их структурную и термоокислительную стабильность, адгезионные свойства при воздействии высоких температур при хранении и взаимодействии с минеральными материалами, определяющие срок службы дорожного полотна в условиях эксплуатации, является актуальной задачей.

Протяженность автомобильных дорог общего пользования в России составляет около 947,3 тыс. километров, из них дорог с твердым покрытием -746 тыс. км, в том числе автомобильных дорог федерального значения - 50,1

тыс. километров. Протяженность магистральных дорог составляет 3%, но они обеспечивают более 30% всех перевозок. Только за последние годы объемы международных перевозок увеличились на 25-30%. Однако для удовлетворения потребностей страны протяженность автомобильных дорог должна составлять 1500 тыс.км. По последним данным стоимость строительства автомобильных дорог протяженностью 1км оценивается порядка 1млн. рублей /1/. Высокие затраты на строительство дорог окупаются при сроке их службы от 6 и более лет. Поэтому проблеме долговечности дорожного полотна уделяется много внимания, но из-за неоднозначного влияния многих факторов /2,3/. она до конца не решена.

Прочность и долговечность инженерных сооружений, требующих применение битумов, в значительной степени зависит от качества используемого вяжущего материала. К важным характеристикам битумов относятся:

теплостойкость (обеспечивает сохранение необходимой прочности сооружений летом, предохраняя их от волнообразования, сдвигов и т.п.);

- упругость (сохраняет достаточную пластичность и эластичность, предотвращает разрывы и растрескивание покрытий под действием различных деформаций и, особенно при низких температурах);

устойчивая адгезия с поверхностью различных материалов (обеспечивает связывание материала в покрытии, придавая прочность и обеспечивая долговечность покрытия);

- комплекс вязкостно-упругих свойств (обеспечивает технологические условия применения);

- длительная стабильность (неизменность основных показателей качества под воздействием различных факторов).

На долговечность дорожного полотна оказывают влияние физические нагрузки, климатические факторы, а также качество нефтяного битума и минеральных наполнителей. Битумы склеивают зерна минерального остова в единый монолит, способный противостоять воздействию внешних нагрузок.

Поскольку самым дефицитным и дорогостоящим компонентом асфальтобетонной смеси является битум, то важно определить каким образом технология производства битума, его химический состав влияет на его термостабильность, адгезионные свойства, обеспечивающие долговечность дорожного покрытия. Промышленный опыт производства асфальтобетона показал, что важным фактором, определяющим качество битума, является его химический состав, зависящий не только от химического состава исходной нефти (сырья), но от технологии его приготовления.

Существующие технологии битумного производства основаны на воздействии на остаточные фракции нефти (мазут, гудрон, полугудрон и др.) высокой температуры, кислорода воздуха, различных растворителей, с помощью которых происходит формирование химического состава и структуры битума. Несмотря на то, что Чеченская республика обладает большими запасами нефти, на ее территории отсутствует промышленное производство битумов. Нефти Чечни легкие, малосернистые и большинство из них относятся к парафинистым и высокопарафинистым нефтям /4/. Такие нефти считаются непригодными для производства битумов. Можно отметить, что существуют научно-технические разработки получения нефтяных битумов из парафинистых нефтей, но они не нашли практической реализации /5/. Битумы для строительства автодорог в Чечню завозят со стороны. В то же время республика обладает большими запасами минеральных материалов - наполнителями асфальтобетона.

Известно, что в процессе приготовления асфальтобетонных смесей (АБС), под действием электрического поля молекул минерального наполнителя, происходит избирательная адсорбция определенных компонентов битума /6/. Однако до настоящего времени отсутствовали данные о влиянии химического состава битума и природы местных минеральных наполнителей на свойства асфальтобетонных смесей и срок службы дорожного полотна.

Основные задачи настоящего исследования заключались в:

- определение физико - химических характеристик нефтяных остатков западносибирской нефти - сырья для производства битумов дорожных марок;

- исследование влияния технологии производства битумов на основе нефтяных остатков сернистой смеси западносибирских нефтей на структуру, химический состав, свойства и термоокислительную стабильность битумов;

- разработка составов компаундированных битумов, обладающих термоокислительной стойкостью к воздействию различных факторов;

-экспериментальное определение влияния природы минерального наполнителя на изменение свойств битума при их контакте;

-выявление закономерностей качества асфальтобетона в зависимости от химического состава битумов и природы минеральных наполнителей в процессе приготовления асфальтобетонной смеси;

- технико-экономическая оценка применения компаундированных битумов и минерального порошка - активированного цемента, на качество асфальтобетонных смесей.

В результате исследований:

предложена концепция повышения термоокислительной стабильности товарных марок окисленных битумов, заключающаяся в уменьшении количества структурообразующих компонентов - асфальтенов, обладающих высокой концентрацией свободных радикалов, инициирующих процесс старения битума в условиях хранения и приготовления битумоминеральных смесей, путем компаундирования последних остатками атмосферной и вакуумной перегонки нефти, асфальтом пропановой деасфальтизацией масел;

- установлено, что компаундирование вязких битумов остатками атмосферной и вакуумной перегонки нефти - мазутом и гудроном западносибирских нефтей, замедляет процесс уплотнения молекул окисленных

битумов, приводящий к увеличению жесткости дисперсной структуры. Добавка гудрона в количестве 5-15 масс.% или мазута 3-10 масс.% обеспечивает оптимальную структуру нефтяных вяжущих менее подверженных термоокислительному старению, при этом марка битума не меняется;

- определены составы компаундов окисленных битумов и асфальта пропановой деасфальтизации масел, обладающих повышенной термоокислительной стойкостью, и характеризующиеся более широким интервалом пластичности;

- предложено на основе изученных процессов, протекающих в битумах при контакте с минеральными наполнителями, использовать минеральные порошки - известняк, цемент и отходы Чири-Юртовского цементного завода.

За последние десять лет в познании химического состава и строения веществ, составляющих битум, достигнуты заметные успехи, что позволяет с достаточной уверенностью прогнозировать качество битумов с использованием известных технологических приемов, таких как пластификация и модификация битумов различными добавками, отходами химических производств и металлургических заводов, ТЭЦ и пр.

В данной работе приведены последние достижения в области исследований структуры, состава и свойств битумов, влияние способов их получения на старение, а также улучшения качества асфальтобетонов на них основе.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общие представления о химической природе высокомолекулярных (остаточных) компонентов нефти

Огромные ресурсы остаточных компонентов нефти, составляющие до трети всей добываемой нефти, значительные запасы тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов, а также возросшие аналитические возможности науки и техники обусловили бурное развитие новой области науки - химии высокомолекулярных соединений 111.

Особенностью высокомолекулярных соединений (ВМС) нефти -остаточных компонентов нефтей, является значительные молекулярные массы, неуглеводородная природа, полярность, склонность к межмолекулярным взаимодействиям, к ассоциации и макроорганизации молекул, проявление коллоидных свойств, что затрудняет задачу глубокого исследования остаточных компонентов /8/.

Развитие общих представлений о коллоидно-химическом строении остаточных компонентов нефти началось в конце прошлого века с изучения структуры битумов, что позволило раскрыть суть происходящих явлений и процессов при производстве битумов, их поведении в практическом применении.

Большой вклад в развитие современного воззрения на структуру и свойства нефтяных дисперсных систем, в частности, нефтяных битумов, внесли научные школы отечественных ученых П.А. Ребиндера, A.C. Колбановской, Р. Б. Гуна, Д.А. Розенталя, В.Ф. Камьянова, Б.Г. Печеного, И.Б. Грудникова, Ф.Г. Унгера, З.И. Сюняева и A.A. Гуреева, а также зарубежных ученых - J. Marcusson, F.J. Nellensteyn, J. Pfeiffer, T.F. Yen, J.G. Erdman,R.N. Traxler, j. Mack и др.

Внедрение в аналитическую практику современных инструментальных

методов структурного анализа (масс-спектрометрии, ренгеновской дифрактометрии, оптической и радиоспектрометрии и др.) позволило получить достоверную информацию о строении и структуре высокомолекулярных соединений нефти.

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) нефти по предложению С.Р. Сергиенко /9/ относят компоненты, характеризующиеся молекулярными массами выше 400 а.е.м. и выкипающие при температурах кипения выше 350-400 °С.

Тяжелые нефтяные остатки (ТНО) - мазуты, гудроны, представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.) /10/.

В ВМС сосредоточены 90% всех гетероорганических соединений нефти, а также гибридные углеводородные структуры достаточно сложного строения. Все эти соединения, кроме алканов, имеют гибридную структуру, и между ними не существует резких границ ни по химическим свойствам, ни по молекулярной массе /11/. Основную часть высокомолекулярных углеводородов, входящих в состав нефти составляют смешанные углеводороды, а именно: парафинонафтеновые, парафиноароматические, парафиноцикло-парафиноароматические углеводороды.

Смолисто- асфальтеновые вещества (CAB) представляют собой неуглеводородные высокомолекулярные компоненты нефти. Можно отметить, что содержание CAB в нефти снижается с погружением залежи, причем тем более резко, чем древнее вмещающие отложения. В молодых кайнозойских, нефтях средняя концентрация смол незначительно падает с увеличением глубины залегания, при этом концентрация асфальтенов растет /12/. В случае мезозойских нефтей та же тенденция становится ощутимой на глубинах более 3000м.

Связь концентрации и состава CAB с глубиной залегания наиболее четко проявляется в палеозойских отложениях, содержащихся на малых глубинах в

высокосмолистых нефтях, характеризующихся максимальными концентрациями асфальтенов. В среднем наименьшие концентрации CAB характерны для самых древних кембрийских нефтей.

Концентрация CAB в нефтяных остатках (мазутах и гудронах) всегда больше, чем в исходной нефти, и растет с увеличением глубины отбора дистиллятных фракций. CAB содержат 78-88% углерода, 8-10% водорода и до 14% гетероатомов, в том числе: серы до 9%, азота- до 4%, кислорода- до 5% по массе /13/.

Несмотря на многообразие гетероатомных высокомолекулярных соединений нефти, все они типичны и для низкомолекулярных гетероатомных соединений, имеют ту же структуру углеродного скелета, что и углеводороды, входящие в состав ТНО. Углеродные скелеты углеводородов и неуглеводородов, преобладающие в ТНО, по своему строению близки к скелетам молекул (или фрагментам) продуктов метаболизма наземных (в основном растений), морских пелагических (главным образом планктонов), морских бентосных (водоросли, бактерии, микробы) организмов. Это является доказательством генетической связи нефти с биосинтезированными веществами. В нефтях всегда обнаруживаются индивидуальные соединения только тех структурных типов, которыми биохимически ограничено строение углеродных скелетов продуктов биосинтеза, в первую очередь, липидов /14/.

В высокомолекулярных соединениях нефти концентрируются более 60 микроэлементов: V, Na, Fe, Са, Ni, К, Mg, Cr, Mo, Zn, Mn, Cu, Ag, Cs, Pb и другие. Суммарное содержание металлов в нефтях в среднем составляет от 0,01 до 0,04% масс., а в смолисто-асфальтеновой части нефти - до десятых долей процента /15,16/.

Распространенность микроэлементов является индивидуальной характеристикой нефти, отражающей условия ее формирования /17/.

1.2. Компонентный состав битумов

В состав ТНО и битума входят многие тысячи соединений, и определение их индивидуа