قصة نجاح العميل
استخدام NETZSCH المحللات الحرارية المتزامنة لتحويل النفايات الصلبة إلى مواد للطاقة
اقرأ أحدث قصص نجاح عملائنا التي كتبها البروفيسور غوزهاو جي، جامعة داليان للتكنولوجيا، الصين! يتعلق الأمر بتحويل النفايات الصلبة إلى منتجات قيّمة عن طريق المحلل الحراري المتزامن NETZSCH (STA). تم نشر العديد من الأوراق العلمية حول هذا الموضوع.
حصلالدكتور قوزهاو جي، المولود عام 1986، على درجة الدكتوراه في الهندسة الكيميائية عام 2014 من جامعة كوينزلاند، أستراليا. وقد حصل على درجتي الماجستير والبكالوريوس في الهندسة الميكانيكية من جامعة نورث إيسترن بجمهورية الصين الشعبية في عامي 2010 و2008 على التوالي. يعمل حاليًا كأستاذ مشارك في كلية العلوم والتكنولوجيا البيئية في جامعة داليان للتكنولوجيا في الصين. تشمل الاهتمامات البحثية للدكتور جي تغويز النفايات الصلبة، والنمذجة الحركية للتحويلات الكيميائية الحرارية، واحتجاز ثاني أكسيد الكربون في درجات الحرارة العالية، والتطبيقات الديناميكية للسوائل الحاسوبية في العمليات الكيميائية الحرارية. وقد ألّف أكثر من 100 منشور محكّم في مجلات محكّمة، وكتابين وثلاثة فصول في كتب، مع أكثر من 3200 استشهاد ومؤشر H-index 35.
في ما يلي، سيقدم لنا الدكتور غوزهاو جي نظرة ثاقبة على أبحاثه حول تحويل النفايات الصلبة إلى طاقة.
“من خلال القياس الدقيق عن طريق أدوات NETZSCH STA، نحصل على مقارنة موثوقة للمواد المحضرة لدينا، الأمر الذي لا يسهل اختيار المواد فحسب، بل يوفر أيضًا إرشادات أو توجيهات لإعداد المواد الوظيفية.”
الدكتور غوزهاو جي: "مختبر إعادة تدوير النفايات الصلبة في جامعة دلهي للتكنولوجيا مكرس لتحويل النفايات الصلبة إلى منتجات عالية القيمة يمكن استخدامها في صناعات الطاقة والبيئة والمواد عن طريق التفاعلات الكيميائية الحرارية. يوفر المختبر الحلول والمعدات والمواد المتعلقة بمعالجة النفايات الصلبة.
وفي عام 2019، أرسلنا بعض عينات المواد الماصة لثاني أكسيد الكربون إلى شركة NETZSCH Scientific Instruments Trading (Shanghai) Ltd.، وقدّم NETZSCH خدمة اختبار احترافية للغاية. عززت هذه التجربة الرائعة تعاوننا الإضافي مع NETZSCH. في عام 2020، طلب مختبرنا جهاز NETZSCH STA 449 F3 مخصص بشكل أساسي لاختبار سلوك تحلل النفايات الصلبة العضوية. في عام 2021، اشترى مختبرنا جهاز STA 2500 لاختبار سلوك امتصاص ثاني أكسيد الكربون لموادنا الوظيفية التي ستستخدم في تعزيز تغويز النفايات الصلبة. وفي عام 2023، تم شراء جهاز NETZSCH DSC 404 F3 لمساعدتنا في قياس المعلومات الديناميكية الحرارية أثناء التحلل الحراري للنفايات العضوية وكذلك تحديد الانتقال الطوري للنفايات غير العضوية أثناء عملية المعالجة الحرارية."
دكتور جي، ما هي التحديات المحددة التي واجهت شركتكم قبل استخدام حلولنا و/أو ما هي القضايا أو المشاكل التي أردتم حلها باستخدامها؟
- "التحكم الدقيق في درجة الحرارة: قمنا بتطوير مادة وظيفية تستخدم لتغويز النفايات العضوية. وتحتاج هذه المادة إلى التقاط ثاني أكسيد الكربون في ظروف التغويز وإطلاق ثاني أكسيد الكربون في ظروف التجديد. والفرق الرئيسي بين ظروف التغويز وظروف التجديد هو درجة الحرارة. فبالنسبة للتغويز، تكون درجة الحرارة حوالي 700 درجة مئوية وبالنسبة للتجديد، تكون حوالي 900 درجة مئوية. من أجل قياس أداء المادة الوظيفية لدينا، نحتاج إلى تبديل درجة الحرارة بشكل متكرر وسريع ودقيق.
- Large عينة الكتلة: نحن نعمل بشكل أساسي على المعالجة الحرارية للنفايات العضوية، وتختلف خاصية النفايات العضوية ضمن نطاق معين. ونظرًا لضعف تجانس النفايات العضوية الحقيقية، قد تختلف نتائج اختبار TGA إذا أخذنا عينة كتلتها بضعة ملليغرامات فقط في كل مرة. ولتعزيز الطابع التمثيلي لمخزون النفايات العضوية، يجب أن نأخذ كمية أكبر من العينة تكون أكثر شمولاً لكل جزء من النفايات العضوية."
لماذا اخترت NETZSCH ؟
"تتمتع العلامة التجارية NETZSCH بسمعة جيدة في مجال الأبحاث. نحن نقرأ مقالات بحثية ضخمة خلال عملنا اليومي، والعلامة التجارية NETZSCH هي العلامة التجارية الأكثر شيوعًا في أقسام التحليل الحراري في مقالات المجلات البحثية.
وعلاوة على ذلك، تتميز أدوات NETZSCH بالتحكم الدقيق في درجة الحرارة ومعدل التزايد وبيئة الغاز، مما أتاح إجراء اختبارات دورية فعالة لموادنا الوظيفية. واستنادًا إلى المسح المحدود الذي أجريناه، سمح موقع NETZSCH بأكبر كمية من العينات، مما وفر نتائج أكثر استقرارًا أو تكرارًا لتحلل النفايات الصلبة."
يرجى تقديم مثال محدد عن كيفية استخدامكم لحلولنا.
ومن الأمثلة على ذلك سلوكيات التحلل الحراري لإطارات النفايات.
"مع انتشار السيارات على نطاق واسع وتقدم تصنيع الإطارات على مستوى العالم، كان يتم إنتاج كمية كبيرة من نفايات الإطارات بعد تلفها. وبسبب سميتها البيئية ومقاومتها للتدهور، يمكن أن تشكل نفايات الإطارات خطراً على صحة الإنسان والبيئة. ومن المسارات الواعدة لمعالجة نفايات الإطارات هو الانحلال الحراري، الذي لا يحقق فقط تقليل النفايات إلى أدنى حد ممكن، بل يولد أيضًا منتجات قيمة مثل الغاز التخليقي وزيت الوقود والفحم. ويعتبر تحليل قياس الثيرموغرافيات الحرارية (TGA) تقنية فعالة لدراسة السلوك الحراري للتحلل الحراري لإطارات النفايات بما في ذلك درجة الحرارة الأولية ودرجة الحرارة النهائية ودرجة حرارة الذروة لتفاعل الانحلال الحراري وما إلى ذلك؛ وهذا يساعدنا على فهم عملية الانحلال الحراري ويساهم في تصميم مفاعل الانحلال الحراري وتحسين العملية. أُجريت تجارب TGA بواسطة جهاز NETZSCH STA 2500 وجهاز NETZSCH STA 449 F3 . تم تحميل حوالي 6 مجم من المادة الأولية في بوتقةخزفية من Al2O3وتم تسخينها من درجة حرارة الغرفة إلى 600 درجة مئوية بثلاثة معدلات تسخين 10 و20 و30 درجة مئوية في الدقيقة الواحدة. واستُخدم النيتروجين كغاز ناقل بمعدل تدفق 200 مل-دقيقة-1."
ويوضح الشكل 1 سلوك التحلل الحراري لإطارات النفايات. ومن الواضح أن تفاعل التحلل الحراري الرئيسي لإطارات النفايات حدث في نطاق درجة حرارة 200 درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية مع فقدان جزء من الكتلة بنسبة 64٪. ولوحظت ذروتان في منحنيات الانحلال الحراري للإطارات النفايات، تقعان في نطاقات درجات الحرارة من 300 درجة مئوية إلى 410 درجة مئوية و410 درجة مئوية إلى 450 درجة مئوية، تتوافق مع تحلل المكون الرئيسي لإطار النفايات، المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي. ومع ازدياد معدل التسخين، فإن درجة الحرارة الأولية(Ts) لتفاعل الانحلال الحراري، ودرجة الحرارة المقابلة لأقصى معدل لفقدان الوزن(Tmax)، ودرجة الحرارة النهائية(Te) لتفاعل الانحلال الحراري كلها تظهر اتجاهًا متزايدًا (الجدول 1).
الجدول 1. خصائص الانحلال الحراري؛ معلمات الانحلال الحراري لإطارات النفايات عند ثلاثة معدلات تسخين مختلفة
معدل التسخين (◦ج-دقيقة-دقيقة-1) | تس(◦ درجة مئوية) | Tmax(◦ درجة مئوية) | تي(◦ درجة مئوية) |
10 | 288 | 375 | 524 |
20 | 298 | 388 | 530 |
30 | 308 | 395 | 544 |
تتمتع المواد الماصة القائمة على أكسيد الكالسيوم بآفاق تطبيقية واسعة في التقاط الكربون قبل الاحتراق. وفي تفاعل نموذجي لإنتاج الهيدروجين بعد إعادة التشكيل بالبخار، يمكن أن تؤدي إضافة المواد الماصة القائمة على أكسيد الكربون إلى إزالة ثاني أكسيد الكربونالمتولد في الموقع، مما يؤدي إلى كسر التوازن الديناميكي الحراري وزيادة القوة الدافعة للتفاعل، وبالتالي تحويل التفاعل نحو إنتاج الهيدروجين. وهذا يحسن تركيز H2 وإنتاجيته. ومع ذلك، نظرًا لميلها إلى التلبيد، فمن الضروري تخدير المثبتات الخاملة التي لها درجة حرارة عالية في التمان.
وعادةً ما تتطلب المواد الماصة لثاني أكسيد الكربون القائمة على ثاني أكسيد الكربون إجراء دراسات حول تغيرات الوزن أثناء تفاعلات الكربنة والتكلس تحتأجواء N2 أو CO2 في درجات حرارة عالية (650 درجة مئوية - 850 درجة مئوية) لتعكس أداء امتزاز ثاني أكسيد الكربون للمادة وحركية الامتزاز. في هذه الدراسة، تم خلط خبث الصلب والحجر الجيري لتحضير المواد الماصة القائمة على خبث الصلب. اختبرنا أداء امتزاز المواد الماصة القائمة على خبث الصلب باستخدام TGA (NETZSCH STA 449 F5 ).
وكانت النتائج على النحو التالي:
"كما هو مبين في الشكل 2، تنخفض قدرةامتزاز ثاني أكسيد الكربون لأكسيد الكربون النقي بسرعة (0.293 ثاني أكسيد الكربون/غرام من المادة الماصة إلى 0.097 ثاني أكسيد الكربون/غرام من المادة الماصة)، في حين أن قدرة الامتزاز للمادة الماصة المحضرة بتركيز حمض أولي قدره 2 مول/لتر تُظهر معدل انخفاض كبير في معدل الانخفاض. وعلاوة على ذلك، مع زيادة نسبة تطعيم خبث الصلب، يتعزز أيضًا ثبات المادة الماصة. تُظهر المواد الماصة القائمة على خبث الصلب أيضًا أداءً أفضل في امتصاص ثاني أكسيد الكربون بشكل عام على مدار 30 دورة. ويوضح الشكل 3 أيضًا التباين في معدل الامتصاص. في البداية، يُظهر CaO ميزة واضحة في معدل الامتصاص. ومع ذلك، مع زيادة عدد الدورات، ينخفض معدل امتصاص أكسيد الكالسيوم بشكل ملحوظ، ويستقر في النهاية عند مستوى أقل. وفي المقابل، تُظهر المواد الماصة المخدرة بخبث الصلب تحسنًا كبيرًا، حيث يصبح التأثير أكثر وضوحًا مع زيادة عدد الدورات."
كيف استخدمت النتائج التي تم الحصول عليها؟
"يتمتع جهازي NETZSCH STA 2500 وSTA 449 F3 بتحكم دقيق وسريع للغاية في درجة الحرارة. هذا التحكم المتأرجح في درجة الحرارة مفيد للغاية ومفيد في اختبار المواد الوظيفية لتغويز النفايات.
وبفضل القياس الدقيق عن طريق الأجهزة NETZSCH ، نحصل على مقارنة موثوقة لموادنا المحضّرة، الأمر الذي لا يسهل اختيار المواد فحسب، بل يوفر أيضًا إرشادات أو توجيهات لإعداد المواد الوظيفية. لقد نشرنا أكثر من 50 مقالاً بحثيًا في مجلات مثل الطاقة والعلوم البيئية، والعلوم البيئية والتكنولوجيا، ومجلة الهندسة الكيميائية، وتكنولوجيا معالجة الوقود، ومجلة الإنتاج الأنظف، إلخ."
هل لديك أيضًا أي خبرة في دعم وخدمة العملاء لدينا؟
"نعم، وأود أن أقول أكثر من تجربة رائعة. قدم السيد هايمنغ تشانغ والسيدة شينجون شنغ مساعدة غير محدودة قبل أن نشتري بالفعل NETZSCH الأدوات. وبعد شراء الجهازين NETZSCH STA 2500 وSTA 449 F3 ، حصلنا دائمًا على استجابة سريعة من السيد شويتاو زينغ عندما كانت لدينا أسئلة.
كما كانت الندوة التي عُقدت في9 مايو 2023 في داليان حدثًا رائعًا أيضًا. لقد تلقيت أنا وطلابي معلومات شاملة وعملية ومفيدة للغاية من المهندسين والخبراء."
دكتور جي، شكراً جزيلاً لك على هذه التعليقات الإيجابية!
كيف تتصور تعاونك المستقبلي معنا؟ هل هناك تحديات جديدة ترغب في معالجتها؟
"قد يكون الموضوع التالي الذي أود أن أتعاون فيه بشكل أكبر مع NETZSCH هو اختبار تغويز النفايات العضوية عن طريق إضافة البخار إلى فرن TGA. ليس لدينا حاليًا تمويل كافٍ لذلك، ولكن عاجلاً أم آجلاً، سنقوم بإجراء هذا النوع من الاختبارات مع توفر التمويل اللازم.
والموضوع الثاني الذي أود معالجته هو التسخين السريع، والذي يمكن أن يضاهي معدل التسخين في السيناريوهات الحقيقية. نحن حريصون على قياس سلوك تحلل النفايات العضوية عندما تتلامس مع حاملات الحرارة في المفاعلات. في هذه الحالات، يمكن أن يصل معدل التسخين إلى102 ~103 كلفن في الثانية-1. وسيكون تحقيق معدل التسخين هذا مع القياس الدقيق للكتلة خطوة ثورية كبيرة لمعالجة النفايات."
