ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО БИТУМА: ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ

В статье проведен экспертный аналитический обзор отечественных и зарубежных литературных источников на основе поставленных задач по реализации цели разработки инновационных технологии получения высококачественного битума из побочных продуктов нефтедобычи и переработки.
Современные научные работы демонстрируют эффективность использования полимерных, минеральных и биологических компонентов, а также вторичных материалов для повышения долговечности и устойчивости битумных вяжущих. Особое внимание уделено полимерным модификаторам, таким как СБС (стирол-бутадиен-стирол), которые повышают эластичность и прочность битума, снижая вероятность растрескивания и деформации. Использование вторичных материалов, включая резиновую крошку, вакуумный газойль и золу-унос, не только улучшает свойства битума, но и снижает негативное воздействие на окружающую среду. Перспективным направлением является применение биомодификаторов, среди которых особую роль играет лигнин – природный полимер, обладающий высокой химической и термической стабильностью. Исследования показали, что введение лигнина в состав битума улучшает его реологические свойства, повышает устойчивость к старению и окислению, а также способствует увеличению жесткости и прочности покрытия. Лигнин может выступать как наполнитель или частичная замена битума, что делает его экологически и экономически выгодным компонентом.
Применение различных модифицирующих добавок, включая полимеры, промышленные отходы и биокомпоненты, способствует повышению качества битума, снижению затрат на его производство, увеличению энергоэффективности технологических процессов и продлению срока службы дорожных покрытий. Также важно оценить изменение свойств битума в процессе производства и укладки асфальтобетонной смеси.

1. Несипбаева Н.Н. Повышение качества дорожных битумов, полученных из тяжелых нефтяных отходов / Н.Н. Несипбаева // Вестник Университета Шакарима. Технические науки. – 2024. – № 4(16). – С. 368-378. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2024-4(16)-47.

2. Анализ состояния конкуренции на рынке реализации нефтяного дорожного битума за период 2019, 2020 и январь-май 2021 гг. (Агентство по защите и развитию конкуренции Республики Казахстан). https://online.zakon.kz/Document/?doc_id=34550797&pos=6;-108#pos=6;-108 (дата обращения: 17.02.2025).

3. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. – Введ. 1991- 01-01. – Межгосударственный стандарт. – 9 с. https://online.zakon.kz/Document/?doc_id=30039800&pos=3;-48#pos=3;-48 (дата обращения: 17.02.2025).

4. Айнабеков Н.Б. Дисс. на соискание степени доктора философии (PhD). – Регулирование структурных превращений в процессах производства модифицированных битумных материалов из остатков нефтей Казахстанских месторождений, Шымкент, 2024 г.

5. Послание Главы государства К.К. Токаева народу Казахстана «Справедливое государство. Единая нация. Благополучное общество» от 1 сентября 2022 года. https://www.akorda.kz/ru/poslanie-glavy-gosudarstva-kasym-zhomarta-tokaeva-narodukazahstana -181130 (дата обращения: 17.02.2025).

6. Каталитическая гидропереработка тяжелого нефтяного сырья / А.Г. Окунев и др. // Успехи химии.– 2015. – Т. 84, № 9. – С. 981-999.

7. Ахмадова Х.Х. Основные способы модификации битумов различными добавками / Х.Х. Ахмадова, Ж.Т. Хадисова, Л.Ш. Махмудова // Вестник ГГНТУ. Технические науки. – 2019. –Т. XV, № 3(17). – С. 42-52. https://doi.org/10.34708/GSTOU.2019.17.3.006.

8. Problemy proizvodstva neftyanykh bitumov i kompozitsii na ikh osnove. Analiticheskii obzor [Problems of production of oil bitumens and compositions on their basis. State-of-the-art review.] M.: Tsniitenefneftekhim. – 2002. – 185 p.

9. Анализ текущего состояния и тенденции рынка битумов в России / И.В. Пискунов и др. https://ngv.ru/articles/analiz-tekushchego-sostoyaniya-i-tendentsii-rynka-bitumov-v-rossii/. (дата обращения 19.02.2025).

10. Дорожный битум. Как решается проблема дефицита.URL: https://www.kmg.kz/ru/presscenter/articles/bitum-def/ (дата обращения 22.02.2025).

11. Эффективная переработка нефтебитуминозных пород в целевые продукты / Е.К. Онгарбаев и др. // Горение и плазмохимия. – 2021. – Т. 19, № 4 – Р. 299-308. https://doi.org/10.18321/cpc467.

12. Надиров Н.К. Высоковязкие нефти и природные битумы. В 5 т. – Алматы: Ғылым, 2001; Нефтебитуминозные породы: достижения и перспективы. Под ред. Н.К. Надирова. – Алма-Ата: Наука, 1988. – 308 с.

13. Исследование процесса производства битума / Г.С. Мамбеталиева и др. // Вестник КазАТК. – 2024. – № 2(131). https://doi.org/10.52167/1609-1817-2024-131-2-24-33.

14. Компания «ОМТ-Консалт». URL: www.omt-consult.ru. (дата обращения: 22.02.2025).

15. Abdel-raouf Petroleum sludge formation and its treatment methodologies: a review / M.A. Abdulraheim Hasan et al // Environmental Science and Pollution Research. – 2024. – № 31. – Р. 8369-8386. https://doi.org/10.1007/s11356-023-31674-3.

16. Рахимова З.Ж. Примеси сырой нефти, влияющие на процессы нефтепереработки / З.Ж. Рахимова, К.Х. Жапаргазинова // Вестник Торайгыров университета. Сер.хим-биол. – 2021. – № 2. – С. 6-18. https://doi.org/10.48081/YGTD3586.

17. The Structure of Bitumen: Conceptual Models and Experimental Evidences / М. Porto et al // Materials. – 2022. – Vol. 15. – P. 905. https://doi.org/10.3390/ma15030905.

18. Petroleum sludge formation and its treatment methodologies: a review / AMA Hasan et al // Environ Sci Pollut Res Int. – 2024. – Feb. 31(6). – Р. 8369-8386. https://doi.org/10.1007/s11356-023-31674-3.

19. BP Statistical Review of World Energy June – 2012. – London. 2012. – p. 16.

20. Ишекенова Б. Как в Казахстане разбираются с нефтяными отходами. – 2020. https://lsm.kz/kak-v-kazahstane-razbirayutsya-s-neftyanymi-othodami (дата обращения: 20.02.2025).

21. Enhancing the biodegradation of total petroleum hydrocarbons in oily sludge by a modified bioaugmentation strategy / R.A. Tahhan et al // International Biodeterioration & Biodegradation. – 2011. – № 65. – P. 130-134.

22. Глум Т.П. Анализ существующих технологий переработки нефтяных шламов в полимерные добавки для асфальтобетона / Т.П. Глум, С.О. Меньшиков, Ю.Д. Смирнов // Актуальные проблемы нефти и газа. – 2021. – № 4(35). – С. 68-77. https://doi.org/10.29222/ipng.2078-5712.2021-35.art6.

23. Кунаков К.О. Анализ нефтяных шламов с применением амперометрических ионоселективных электродов / К.О. Кунаков, М.В. Крючков // Записки Горного института. – 2008. – Т.174. – С. 215-216.

24. Коршунова Т.Ю. Нефтешламы: состояние проблемы в Российской Федерации и методы снижения их воздействия на окружающую среду / Т.Ю. Коршунова, О.Н. Логинов // Экобиотех. – 2019. – Т. 2, № 1. – С. 75-85. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2019-2-1-75-85.

25. Стриженок А.В. Экологическая оценка хранилищ нефтяного шлама как источника воздействия на приземную атмосферу / А.В. Стриженок // Наука XXI века: новый подход: Материалы XXV молодежной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Санкт-Петербург, Россия, Моррисвилль: Лулу Пресс, 2020. – С. 48-52.

26. Thermal desorption treatment of petroleum hydrocarbon-contaminated soils of tundra, taiga, and forest steppe landscapes / M.V. Bykova et al // Environmental Geochemistry and Health. – 2021. – Vol. 43, № 6. – P. 2331-2346. https://doi.org/10.1007/s10653-020-00802-0.

27. Пат. RU 2193578 C2. Способ переработки нефтесодержащих шламов / Решетов В.А., Павлов В.Т., Павлов А.Т. и др.; № 2000122265/04; Заявл. 24.08.2000; Опубл. 27.11.2002. Изобретения. Полез. модели. – 2002. – Бюл. № 33. http://www.fips1.ru.

28. Афанасьев С.В. Нефтешламы как вторичное сырье / С.В. Афанасьев, М.А. Паис, Н.С. Носарев // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2020. – № 3,5(99.5). – С.86-90.

29. Проблема образования, переработки и утилизации нефтешламов / В.А. Гронь и др. // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 9. – С.159-162.

30. Байгазиев М.Т., Дисс. на соискание ученой степени доктора философии (PhD).: Повышение нефтеотдачи пласта на поздней стадии разработки месторождений и разрушение нефтешламов гидрореагирующими составами, – Алматы, 2019.

31. Соловьянов А.А. Переработка нефтешламов с использованием химических и биологических методов / А.А. Соловьянов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2012. – № 5. – С. 30-39.

32. К проблеме обезвреживания нефтяных шламов / Р.Ш. Суфиянов и др. // Известия вузов. Нефть и газ. – 2005. – № 6. – С. 117-120.

33. Пат. RU 2217476 C1. Способ обработки нефтесодержащих шламов / Губайдуллин Ф.Р., Сахабутдинов Р.З., Исмагилов И.Х. и др.; № 2002114896/04; Заявл. 05.06.2002. Опубл. 27.11.2003 // Изобретения. Полез. модели. 2003. Бюл. № 33. http://www.fips1.ru.

34. Пат. на полез. модель RU 69065 U1. Технологический комплекс по переработке нефтесодержащих отходов / Ващук В.И., Меламед Б.Г., Калинин Н.Ф. и др.; № 2007126230/22; Заявл. 09.07.2007; Опубл. 10.12.2007 // Изобретения. Полез. модели. 2007. Бюл. № 34. http://www.fips1.ru.

35. Сатаева С. Жол төсеуге арналған битумдардың негізгі физика-химиялық қасиеттері / С. Сатаева, К. Михайлова // Chemical Journal of Kazakhstan. – 2021. – Vol. 1, № 73. – Р. 63-69. https://doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.06.

36. Кенжегалиева А.Р. Модификация нефтяного битума механохимически активированным шунгитом месторождения Коксу / А.Р. Кенжегалиева, Д.Б. Абдихан, Е.К. Онгарбаев // Горение и плазмохимия. – 2022. – Т. 20, № 2. – С. 133-141. https://doi.org/10.18321/cpc537.

37. Энергосберегающие технологии производства полимер-модифицированного битума / Г. Сейтенова и др. // Вестник Торайгыров университет. Серия энергетическая. – 2024. – № 3. – С. 280-294. https://doi.org/10.48081/YYWW4503.

38. Тарамов Ю.Х. Влияние состава битума на эксплуатационные свойства. / Ю.Х. Тарамов, П.С. Цамаева, А.А. Эльмурзаев // Вестник ГГНТУ. Технические науки. – 2022. – Т. XVIII, № 1 (27). https://doi.org/10.34708/GSTOU.2022.72.32.007.

39. Polijetilengudronovye vjazhushhie – innovacionnyj material dlja dorozhnogo stroitel’stva / A.A. Gureev et al // [Polyethylene binding materials – innovative material for road construction] World of petroleum products. – 2014. – № 12. – P. 33‑35.

40. Gohmann L.M. Vlijanie vjazkosti bitumov na svojstva polimernobitumnyh vjazhushhih / L.M. Gohmann, K.I. Davydova // [Influence of viscosity of bitumens on properties polymeric and bituminous knitting] Tr. Soyuzdorniya. 1977. – M the Issue 100. – 250 p.

41. Balabanov V.B. Primenenie organomineral’nyh smesej na osnove kationnyh bitumnyh jemul’sij i jemul’sij na osnove modificirovannyh bitumov / V.B. Balabanov, D.A. Militsyn // [Application the organomineralnykh of mixes on the basis of cationic bituminous emulsions and emulsions on the basis of the modified bitumens] Gerald of Irkutsk state technical university. – 2011. – T. 52, № 5. – P.78‑83.

42. Kompaundirovannye dorozhnye bitumy uluchshennogo kachestva / I.B. Grudkov et al // [Compacted road bitums of improved quality] Oil refining and petrochemicals. – 2001. – № 4. – P. 34‑36.

43. Долинская Р.М. Влияние резиновой крошки на свойства нефтяного битума / Р.М. Долинская, Н.Р. Прокопчук // Труды БГТУ. 2021. Сер.2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. – 2021. – № 1(241). – С. 172-175.

44. Analysis of Mechanical Performance of Bitumen Modified with Waste Plastic and Rubber Additives by Rheology and Self Diffusion NMR Experiments / Giulia Tarsi et al // Eurasian Chemico-Technological Journal. – 2019. – № 21. – Р. 235. https://doi.org/10.18321/ectj864.

45. A Study of Rubber-REOB Extender to Produce Sustainable Modified Bitumens / Giulia Tarsi et al // Applied Sciences. – 2020. – № 10. – Р. 1204. https://doi.org/10.3390/app10041204.

46. Sustainability Assessment of Green Asphalt Mixtures: A Review / Pouranian et al // Environments 2019, 6(6), 73https://doi.org/10.3390/environments6060073.

47. Low-Temperature Performance of Toner-Modified Asphalt Binder / M.A. Notani et al // J. Transp. Eng. Part B Pavements. – 2019. – № 145. – 04019022. https://doi.org/10.1061/JPEODX.0000123.

48. Properties of Foamed Asphalt for Warm Mix Asphalt Applications / D.E. Newcomb et al // Transportation Research Board: Washington, DC, USA, – 2015. – № Project 09-53.

49. Use of a warm mix asphalt additive to reduce the production temperatures and to improve the performance of asphalt rubber mixtures / J.R.M. Oliveira et al // J.Clean.Prod.41 – 2013. – Р.15-22. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.09.047.

50. Xiao F. E ects of non-foaming WMA additives on asphalt binders at high performance temperatures / F. Xiao, V.S. Punith, S.N. Amirkhanian, // Fuel – 2012. – 94 – Р.144-155. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.09.017.

51. Valorization of Biomass: Deriving More Value From Waste / C.O. Tuck et al // Science. – 2012. – № 337. – Р.695-699. https://doi.org/10.1126/science.1218930.

52. The Use of Lignin for Sustainable Asphalt Pavements: A Literature Review. Constr / E. Gaudenzi et al // Build. Mater. – 2023. – 362. – 129773. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129773.

53. Jamal M. Chemo-rheological Investigation on Waste Rubber-Modified Bitumen Response to Various Blending Factors / M. Jamal, F. Giustozzi // Int. J. Pavement Res. Technol. – 2022. – № 15. – Р. 395-414. https://doi.org/10.1007/s42947-021-00045-x.

54. Estimation of low-temperature performance of recycled asphalt mixtures through relaxation modulus analysis / A. Stimilli et al // Cold Regions Science and Technology. – 2017. – Vol. 133. – P. 36-45. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2016.10.013.

55. Renewable materials in bituminous binders and mixtures: Speculative pretext or reliable opportunity? / Lorenzo Paolo Ingrassia et al // Resources, Conservation and Recycling. – 2019. – Vol. 144. – Pages 209-222, ISSN 0921-3449, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.01.034.

56. Full-scale validation of bio-recycled asphalt mixtures for road pavements / J. Blanc et al // Journal of Cleaner Production. – 2019. – Vol. 227. – P. 1068-1078. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.273.

57. Shih-Hsien Yang. Rheological behavior of Japanese cedar-based biobinder as partial replacement for bituminous binder / Shih-Hsien Yang, Try Suciptan // Construction and Building Materials. – 2016. – Vol. 114. –P. 127-133. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.03.100.

58. Evaluation of optimized bio-asphalt containing high content waste cooking oil residues / Daquan Sun et al // Fuel. – 2017. – Vol. 202. – P. 529-540. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.04.069.

59. Extraction and characterization of lignin from different biomass resources / D. Watkins et al // Journal of Materials Research and Technology. – 2015. – Vol. 4. – Р. 26-32. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.10.009.

60. Effect of Lignin Modifier on Engineering Performance of Bituminous Binder and Mixture. / Xu, Chi et al // Polymers. – 2021. – № 13. – Р. 1083. https://doi.org/10.3390/polym13071083.

61. Long-Term Monitoring of the Behavior of Modified Bitumens of RC Type / М. Varaus et al // Applied Sciences. – 2024. – № 14. – 11794. https://doi.org/10.3390/app142411794.

62. Emulsion Stabilization by Cationic Lignin Surfactants Derived from Bioethanol Production and Kraft Pulping Processes / А. Yuliestyan et al // Polymers (Basel). – 2022. – № 14(14). – Р. 2879. https://doi.org/10.3390/polym14142879.

63. Bioethanol Production and Alkali Pulp Processes as Sources of Anionic Lignin Surfactants / R. Álvarez-Barajas et al // Polymers (Basel). – 2021. – № 13(16). – 2703. https://doi.org/10.3390/polym13162703.

64. Laboratory Study on Influence of Blending Conditions on Chemo-Thermal Characteristics of Lignin-Modified Bitumen / R. Gohari et al // Applied Sciences. – 2023. – № 13. – 7766. https://doi.org/10.3390/app13137766.

65. Effects of Kraft Lignin on the Performance Grade of Two Bitumens Used for Cold Climate / Alfalahat Wesam et al // International Journal of Pavement Research and Technology. – 2023. – № 17. https://doi.org/10.1007/s42947-023-00302-1.

66. Investigation of the Characteristic Properties of Lignin-Modified Bitumen / S. Kalampokis et al // CivilEng. – 2022. – № 3. Р. 734-747. https://doi.org/10.3390/civileng3030042.

67. Effect of Bio-oil on Rheology and Chemistry of Organosolv Lignin-Modified Bitumen / Zh. Yi et al // Journal of Materials in Civil Engineering. – 2022. – № 34. – Р. 1-16. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0004140.

68. Investigation on Rheological Properties and Microscopic Mechanisms of Sasobit / Liu Wei et al // Buton Rock Asphalt Modified Asphalt. Sustainability. – 2023. – № 15. – 10224. https://doi.org/10.3390/su151310224.