Альтернативное топливо из пиролизного газа

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
А. В. Алексеева  
И. А. Савватеева  
В. П. Друзьянова  
 
 
 
  
АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО  
ИЗ ПИРОЛИЗНОГО ГАЗА 
 
Монография 
 
Научное электронное издание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Чебоксары  
Издательский дом «Среда» 
2025 

УДК 631.3.004.(075.08) 
ББК 40.7 
        А47 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор кафедры 
«Технологические системы АПК» ФГБОУ ВО АГАТУ
Дринча Василий Михайлович;
канд. техн. наук, заведующий кафедрой
«Технологические системы АПК» ФГБОУ ВО АГАТУ
Дондоков Юрий Жигмитович 
Алексеева А. В. 
А47 Альтернативное топливо из пиролизного газа: 
монография / А. В. Алексеева, И. А. Савватеева,  
В. П. Друзьянова. – Чебоксары: Среда, 2025. – 115 с. –  
1 CD-ROM. – Загл. с титул. экрана. – Текст : электронный. 
ISBN 978-5-907965-62-1 
В 
монографии 
обоснована 
эффективность 
использования 
пиролизной технологии для утилизации твердого бесподстилочного 
навоза 
животных, 
с 
получением 
сопутствующего 
продукта 
– 
пиролизного газа – альтернативного источника энергии.  
Сформулированные 
конструкторские 
решения 
позволят 
предприятиям машиностроения создавать и проектировать недорогие и 
простые 
установки, 
позволяющие 
утилизировать 
твердый 
бесподстилочный навоз в зольное удобрение и альтернативный 
энергоноситель и пониженном количестве остаточных продуктов и при 
минимальных затратах энергии. Разработанная математическая модель, 
отражающая основные параметры для эффективной работы установки 
пиролиза, может использоваться при проектировании установок 
пиролиза различной мощности.  
Внедрение установок пиролиза с повышенной эффективностью 
позволит улучшить экологическую обстановку и предложить решение 
топливно-энергетической 
проблемы 
путем 
производства 
альтернативного топлива в виде пирогаза и производства удобрений в 
виде золы, содержащего легкорастворимый и доступный растениям 
калий. 
DOI 10.31483/a-10745 
  © А. В. Алексеева, И. А. Савватеева, 
       В. П. Друзьянова., 2025 
ISBN 978-5-907965-62-1 
   © ИД «Среда», оформление, 2025 
Минимальные системные требования:
PC с процессором Intel 1,3 ГГц и выше ; 256 Мб (RAM) ; Microsoft Windows,
MacOS ; дисковод CD-ROM ; Adobe Reader

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 5 
Глава 1. БЕСПОДСТИЛОЧНЫЙ НАВОЗ – АГРЕССИВНЫЙ 
ЗАГРЯЗНИТЕЛЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ....................................... 12 
1.1. Характеристики видов навоза ........................................................... 12 
1.2. Твердый навоз – вид отхода животноводства ................................ 24 
1.3. Технологии по применению бесподстилочного навоза ............... 26 
1.4. Способы переработки бесподстилочного навоза .......................... 27 
1.5. Биотермохимические основы процесса пиролиза ......................... 29 
Выводы по главе 1 ...................................................................................... 34 
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ................................. 35 
2.1. Пиролизный метод утилизации отходов ......................................... 35 
2.2. Патентные исследования по теме работы ....................................... 38 
2.3. Схема пиролиза по Глушкову В.А. .................................................. 42 
2.4. Существующие математические  модели процесса пиролиза .... 47 
2.5. Модернизация математической модели Глушкова В.А.  
по процессу пиролиза растительного сырья .......................................... 53 
Выводы по главе 2 ...................................................................................... 55 
Глава 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ............................................ 57 
3.1. Методика экспериментальных исследований ................................ 57 
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 
процесса пиролиза твердого  бесподстилочного навоза КРС ............. 68 
3.3. Методика определения влажности и зольности ............................ 71 
3.4. Планирование и обработка результатов эксперимента ................ 72 
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ .................................................................................... 76 
4.1. Результаты экспериментальных исследований  по определению 
выходных параметров установки ............................................................ 76 

4.2. Результаты эксперимента по выходу объема пирогаза  
при разных влажностях и фракций ......................................................... 79 
4.3. Результаты моделирования процесса пиролизной  утилизации 
твердого бесподстилочного навоза ......................................................... 84 
Выводы по главе 4 ...................................................................................... 89 
Глава 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УТИЛИЗАЦИИ 
ТВЕРДОГО БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА КРУПНОГО 
РОГАТОГО СКОТА МЕТОДОМ ПИРОЛИЗНОЙ  
УТИЛИЗАЦИИ ........................................................................................... 90 
Рекомендации производству .................................................................... 96 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................... 98 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................... 100 
 

Монография 
 
5 
ВВЕДЕНИЕ 
Агропромышленный комплекс – лидер среди производственных отраслей по количеству образующихся вредных отходов. Отходы, получаемые при ведении сельского хозяйства, наносят 
огромный вред экологии. Без очистки, утилизации, переработки 
они отравляют почву, водоемы, негативно влияют на атмосферу. 
При этом сельский «мусор» путем применения соответствующей 
технологии переработки может преобразоваться в сырье для удобрений, кормов или топлива. В настоящее время существуют различные технологии, позволяющие организовать малоотходное или 
безотходное производство. 
Результатами производства сельскохозяйственных ферм являются не только животноводческие продукты, но и органические отходы, как бесподстилочный навоз. В нынешнее время, последствия 
отсутствия систем утилизации навоза наносят колоссальный экологический вред. Отрицательные значения температур окружающего воздуха способствуют консервации вредоносной, злокачественной микрофлоры и семян сорных растений в содержании 
навоза. С потеплением вся эта отрицательная составляющая распространяется вместе с талыми водами, что впоследствии попадает 
во все источники воды. В результате возникает некий побочный 
эффект вечной мерзлоты, который наносит губительное влияние 
окружающую среду Якутии. 
Разведение сельских животных на частных подворьях, на специализированных предприятиях приводит к образованию основной массы отходов. На долю животноводства приходится более половины от общей массы отходов, образуемых в отрасли. При этом 
переработке подлежат не более десяти процентов вредных веществ.  
Основные виды отходов животноводства. 
1. Продукты жизнедеятельности зверей и птиц – навоз или помет.  
2. Неочищенные стоки. Мясоперерабатывающие и молочные 
производства связаны с попаданием в канализацию кровяных телец, остатков внутренних тканей туш, иных твердых отходов. При 
отсутствии должных систем очистки они загрязняют водоемы, 
грунтовые воды. 
3. Вредные газы. Негативно влияет на окружающую среду метан, образующийся в скоплениях навоза при складировании в ямы. 

Альтернативное топливо из пиролизного газа 
 
6 
Этот газ – одна из главных причин глобального парникового эффекта. 
С помощью переработки можно снизить негативное воздействие отходов животноводства на экологию. К примеру, при контролируемом процессе пиролиза растительные отходы, пластмассы, резина, отработанные масла, перерабатываются в альтернативное топливо. 
Республика Саха (Якутия) характеризуется значительными объемами земельных ресурсов, при этом территории, подходящие для 
сельскохозяйственных разработок освоения, достаточно ограничены. Учитывая данные статистики развития растениеводства и 
животноводства в республике за последние несколько лет, можно 
сделать вывод о негативной динамике показателей результатов деятельности агропромышленного комплекса. Большинство сельскохозяйственных предприятий всех форм хозяйствования, используют в своей деятельности устаревшие технологии и ручной труд, 
что, в свою очередь, является серьёзным препятствием к дальнейшему развитию, повышению производственного потенциала и снижает экономическую эффективность отрасли в целом [1; 4; 7; 9; 
113; 123; 124]. 
На сегодняшний день в Якутии крупнорогатый скот в основном 
содержат в примитивных строениях для скота национального 
типа – «хотонах», которые в силу в своей конструкционных особенностей не позволяют установить в них технологическое оборудование. При этом, большинство процессов на якутских фермах 
производятся вручную. Автоматизированным способам осуществляется лишь процесс удоя молока с помощью доильных установок 
[7; 14; 70; 118; 119; 134]. В хозяйствах Якутии для содержания животных (КРС) не предусмотрено специализированных подстилок, а 
органические отходы в виде навоза периодически вывозят на полях 
или другие открытые участки местности. Учитывая экстремальные 
климатические условия региона Якутии, навоз, вывезенный в зимний и весенний период, не оттаивает весьма продолжительное 
время, в результате чего затрудняется процесс обработки почвы и 
предпосевная подготовка. Так как Республика Саха (Якутия) расположена в районе вечной мерзлоты, содержащийся в органических отходах животных патогенные микроорганизмы на протяже

Монография 
 
7 
нии долгих лет способны сохранять свою жизнеспособность и патогенность, устойчивы к воздействию внешних факторов. В соответствии с данными Якутского научно-исследовательского института сельского хозяйства, сроки выживания патогенности микроорганизмов в навозе следующие: кишечная палочка – до 1,5 лет; 
золотистый стафилококк – до 2 лет; микобактерии туберкулёза – до 
4 лет; мытный стрептококк – до 1 года [63]. 
На конец 2020 года количество крупно - рогатого скота, лошадей, свиней, оленей по Республике Саха (Якутия) составляет 
540 тыс. голов. Ежегодно они производят до 2 729 170 т навоза. В 
настоящее время отсутствуют технологии по переработке и обезвреживанию производимого навоза, наносится огромный вред 
хрупкой экологии Крайнего Севера. Известно, что 1 т свежего 
навоза поглощает за сутки до 5 т кислорода, при использовании в 
виде удобрения в почву вносится до 14 млн семян сорных растений 
и выбрасывается ощутимый объем углекислого газа и метана в атмосферу. Естественное перепревание навоза в условиях Якутии, 
происходит в течении 36–48 месяцев. 
Образуемый органических отход животных не перерабатывается и не обеззараживается и  отсутствуют утилизации его системы. 
Неблагоприятно низкие температуры поддерживают сохранению 
патогенной, болезнетворной, микрофлоры и семян сорных растений в кучах навоза, а по весне с талыми водами попадают они в 
водоемы и озера. Ввиду того, что частные фермы локализованы в 
местах поселения, то в данное время села опоясаны хаотично стаскиваемыми кучами твердого навоза. Тем самым наносится огромный вред окружающей среде, создаются благоприятные условия 
для сохранения семян сорных растений, возбудителей различных 
болезней и размножения мелких грызунов.  Из года в год агрессивные кучи засохшего твердого необеззараженного навоза возрастают. Происходит разрушающее воздействие необработанного 
бесподстилочного навоза на хрупкую природу Якутии, обостряемое обратной реакцией вечной мерзлоты [69; 122; 128]. Проведённые теоретические исследования позволили наметить пути решения изложенной отраслевой задачи путем внедрения новых технологических решений, так как исключается возможность примене

Альтернативное топливо из пиролизного газа 
 
8 
ния существующих технологий в природно-климатических и сложившихся условиях ведения производства в аграрном секторе Якутии. 
Актуальность работы заключается в следующем. 
1. Количество крупнорогатого скота, лошадей, свиней, оленей 
на конец 2020 года по Республике Саха (Якутия) составляет 540 
тыс. голов. Они ежесуточно образуют органические отходы в виде 
навоза. При этом в настоящее время в аграрном секторе Якутии отсутствуют технологии по переработке и обезвреживанию производимого навоза животными.  
2. Известно, что 1 тонна свежего навоза поглощает в сутки до 5 
тонн кислорода, а при использовании необеззараженного навоза в 
виде удобрения в почву вносится до 14 млн семян сорных растений 
и выбрасывается ощутимый объем углекислого газа и метана в атмосферу. Естественное перепревание навоза в условиях Якутии 
происходит в течение 36–48 месяцев.  
3. Чтобы стабилизировать, и в перспективе улучшить экологическую ситуацию в Республике Саха (Якутия), предлагается внедрить пиролизную технологию утилизации твердого бесподстилочного навоза крупнорогатого скота. 
Научная гипотеза. Внедрение пиролизной технологии позволит своевременно утилизировать производимый твердый бесподстилочный навоз и получить дополнительное топливо в виде 
пирогаза и доступное зольное удобрение. 
Цель исследования – обоснование и внедрение пиролизной 
технологии утилизации твердого бесподстилочного навоза крупнорогатого скота для фермерских хозяйств Якутии. 
Задачи исследования. 
1. Дать анализ традиционных способов и устройств по получению энергоносителей из органической массы и обосновать вид 
установки пиролиза для утилизации твердого бесподстилочного 
навоза КРС. 
2. Провести анализ математических моделей пиролизной технологии и разработать модель, отражающую основные параметры эффективной работы, предлагаемой пиролизной установки. 

Монография 
 
9 
3. Обосновать схемы и элементы конструкции установки для пиролиза органического сырья, обеспечивающих повышение их эффективности и снижение удельных затрат на выработку единицы 
объема топливного газа. 
4. Провести экспериментальные исследования и дать экологоэкономическую эффективность предлагаемой пиролизной технологии.  
Объект исследования. Пиролизная установка ГВА-1 в технологию утилизации твердого бесподстилочного навоза. 
Предмет исследования. Технологический процесс пиролитической утилизации твердого бесподстилочного навоза в топливный 
газ и золу. 
Научная новизна работы. Предложен наиболее подходящий 
для утилизации твердого бесподстилочного навоза КРС пиролизный способ, произведена оценка образуемого альтернативного количества топливного газа и способов повышения эффективности 
процесса. 
Теоретически обоснована структура предлагаемой математической модели, отражающей основные параметры эффективной работы установки пиролиза при утилизации твердого бесподстилочного навоза.  
Теоретическая и практическая значимость работы. Обоснована эффективность использования пиролизной технологии для 
утилизации твердого бесподстилочного навоза животных, с получением сопутствующего продукта – пиролизного газа – альтернативного источника энергии. Пиролизная технология позволяет 
наметить пути выхода из энергетического кризиса и улучшить экологию, за счет возможности преобразования твердого бесподстилочного навоза КРС в зольное удобрение, содержащего доступный 
и легкорастворимый растениям калий, кальций, фосфор, сера, магний, марганец, бор, и другие микро- и макроэлементы.  
Сформулированные конструкторские решения позволят предприятиям машиностроения создавать и проектировать недорогие и 
простые установки, позволяющие утилизировать твердый бесподстилочный навоз в зольное удобрение и альтернативный энергоноситель и пониженном количестве остаточных продуктов и при 
минимальных затратах энергии. Разработанная математическая 

Альтернативное топливо из пиролизного газа 
 
10 
модель, отражающая основные параметры для эффективной работы установки пиролиза, может использоваться при проектировании установок пиролиза различной мощности.  
Внедрение установок пиролиза с повышенной эффективностью 
позволит улучшить экологическую обстановку и предложить решение топливно-энергетической проблемы путем производства 
альтернативного топлива в виде пирогаза и производства удобрений в виде золы, содержащего легкорастворимый и доступный растениям калий. 
Методология и методы исследований. Использованы эмпирические и теоретические методы исследования, которые базируются 
на экспериментальных данных и известных теоретических положениях системного анализа, математического моделирования. В исследовательской деятельности использован математический аппарат линейного программирования, дифференциального и интегрального исчисления. Полученные в ходе проведения экспериментов результаты подвергнуты обработке в соответствии с современными методами теории вероятностей, математической статистики 
и перспективного планирования экспериментальных исследований 
с применением специализированных программ. 
Положения, выносимые на защиту: 
– технические решения на модернизацию пиролизной установки ГВА-1; 
– математическая модель пиролизной технологии утилизации 
твердого бесподстилочного навоза; 
– технология утилизации твердого бесподстилочного навоза с 
получением альтернативного топлива в виде пирогаза и доступного удобрения в виде золы. 
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных данных подтверждается сходимостью теоретических обоснований и экспериментальных показателей, находящихся в рамках доверительных интервалов.  
Материалы диссертационного исследования докладывались на: 
‒ XI Международной научно-технической конференции: Приборостроение в XXI веке - 2015. Интеграция науки, образования и 
производства, г. Ижевск, 2015 г.; 
‒ XVI Всероссийском научно-практическом конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, г. Нерюнгри, 2016 г.;