Příběh úspěchu zákazníka
Použití NETZSCH Simultánní termické analyzátory pro přeměnu pevných odpadů na energetické materiály
Přečtěte si náš nejnovější příběh o úspěchu zákazníka, který napsal profesor Guozhao Ji z Dalian University of Technology, Čína! Je o přeměně pevného odpadu na cenné produkty pomocí Simultánního termického analyzátoru (STA) NETZSCH. Na toto téma bylo publikováno několik vědeckých článků.
Dr. Guozhao Ji, narozený v roce 1986, získal v roce 2014 doktorát z chemického inženýrství na University of Queensland v Austrálii. Magisterské a bakalářské studium strojního inženýrství absolvoval na Severovýchodní univerzitě v Čínské lidové republice v roce 2010, resp. 2008. V současné době působí jako docent na Fakultě environmentálních věd a technologií na Dalianské technologické univerzitě v Číně. Mezi výzkumné zájmy Dr. Ji patří zplyňování pevných odpadů, kinetické modelování termochemických konverzí, vysokoteplotní zachycováníCO2 a výpočetní aplikace dynamiky tekutin v termochemických procesech. Je autorem více než 100 recenzovaných publikací v časopisech, dvou knih a tří kapitol v knihách s více než 3200 citacemi a H-indexem 35.
V následujícím příspěvku nám Dr. Guozhao Ji přiblíží svůj výzkum v oblasti přeměny pevného odpadu na energii.
“Přesným měřením pomocí přístrojů NETZSCH STA získáme spolehlivé porovnání připravených materiálů, což nejen usnadňuje výběr materiálů, ale také poskytuje vodítko nebo návod pro přípravu funkčních materiálů.”
Dr. Guozhao Ji: "Laboratoř recyklace pevných odpadů na DUT se věnuje přeměně pevných odpadů na vysoce hodnotné produkty, které by mohly být využity v energetice, životním prostředí a materiálovém průmyslu pomocí termochemických reakcí. Laboratoř poskytuje řešení, zařízení a materiály související se zpracováním pevného odpadu.
V roce 2019 jsme zaslali některé vzorky sorbentuCO2 na NETZSCH Scientific Instruments Trading (Shanghai) Ltd. a NETZSCH poskytl velmi profesionální testovací služby. Tato úžasná zkušenost podpořila naši další spolupráci s NETZSCH. V roce 2020 si naše laboratoř objednala NETZSCH STA 449 F3 určený především k testování rozkladného chování organických pevných odpadů. V roce 2021 naše laboratoř zakoupila přístroj STA 2500 určený k testování chování našich funkčních materiálů při sorpciCO2, které by se používaly při zlepšování zplyňování pevných odpadů. V roce 2023 byl zakoupen přístroj NETZSCH DSC 404 F3 , který nám pomůže měřit termodynamické informace během pyrolýzy organických odpadů a také Identify Fázové přechodyTermín fázový přechod (nebo fázová změna) se nejčastěji používá pro popis přechodů mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím.fázový přechod anorganických odpadů během procesu tepelného zpracování."
Pane doktore Ji, s jakými konkrétními problémy se vaše společnost potýkala před použitím našich řešení a/nebo jaké otázky či problémy jste jimi chtěli vyřešit?
- "Přesné řízení teploty: Vyvinuli jsme funkční materiál, který se používá pro zplyňování organického odpadu. Tento materiál musí zachycovatCO2 za podmínek zplyňování a uvolňováníCO2 za podmínek regenerace. Hlavním rozdílem mezi podmínkami zplyňování a regenerace je teplota. Při zplyňování je teplota přibližně 700 °C a při regeneraci zhruba 900 °C. Abychom mohli měřit výkonnost našeho funkčního materiálu, musíme teplotu často, rychle a přesně přepínat.
- Large hmotnostní vzorek: Pracujeme hlavně na tepelném zpracování organického odpadu a vlastnosti organického odpadu se pohybují v určitém rozmezí. Vzhledem ke špatné rovnoměrnosti skutečného organického odpadu se výsledky zkoušky TGA mohou lišit, pokud pokaždé odebereme vzorek o hmotnosti pouze několika miligramů. Abychom zvýšili reprezentativnost vstupního odpadu, musíme odebrat větší množství vzorku, které by více zahrnovalo každou část organického odpadu."
Proč jste si vybrali právě NETZSCH?
"Značka NETZSCH má v oblasti výzkumu dobrou pověst. Během naší každodenní práce čteme obrovské množství výzkumných článků a NETZSCH je nejčastěji se vyskytující značkou v sekcích termogravimetrické analýzy v článcích výzkumných časopisů.
Přístroje NETZSCH se navíc vyznačují přesnou regulací teploty, rychlosti náběhu a plynného prostředí, což umožnilo efektivní cyklické testy našeho funkčního materiálu. Na základě našeho omezeného průzkumu umožňoval přístroj NETZSCH získat největší množství vzorků, což poskytlo stabilnější nebo opakovatelnější výsledky rozkladu pevného odpadu."
Uveďte prosím konkrétní příklad, jak jste využili naše řešení.
Příkladem je chování odpadních pneumatik při tepelné degradaci.
"S rozšiřováním automobilů a celosvětovým rozvojem výroby pneumatik vznikalo značné množství odpadních pneumatik po jejich opotřebení. Vzhledem k jejich ekologické toxicitě a odolnosti vůči degradaci mohly odpadní pneumatiky představovat hrozbu pro lidské zdraví a životní prostředí. Slibnou cestou zpracování odpadních pneumatik je PyrolýzaPyrolýza je tepelný rozklad organických sloučenin v inertní atmosféře.pyrolýza, která nejenže dosahuje minimalizace odpadu, ale také vytváří cenné produkty, jako je syntézní plyn, topný olej a dřevěné uhlí. Termogravimetrická analýza (TGA) je považována za účinnou technologii pro zkoumání tepelného chování pyrolýzy odpadních pneumatik, včetně počáteční teploty, konečné teploty a teploty vrcholu pyrolýzní reakce atd.; to nám pomáhá pochopit proces pyrolýzy a přispívá k návrhu pyrolýzního reaktoru a optimalizaci procesu. Experimenty TGA byly prováděny pomocí přístrojů NETZSCH STA 2500 a NETZSCH STA 449 F3 . Přibližně 6 mg vstupní suroviny bylo vloženo dokeramického kelímku s Al2O3a zahříváno z pokojové teploty na 600 °C při třech rychlostech zahřívání 10, 20 a 30 °C-min-1. Jako nosný plyn byl použit dusík o průtoku 200 ml-min-1."
Chování odpadní pneumatiky při tepelné degradaci je znázorněno na obrázku 1. Je zřejmé, že hlavní pyrolýzní reakce odpadní pneumatiky probíhala v rozmezí teplot 200 °C až 500 °C s podílem hmotnostních ztrát 64 %. Dva píky pozorované na křivkách DTG, které se nacházejí v teplotním rozmezí 300 °C ~ 410 °C a 410 °C ~ 450 °C, odpovídaly degradaci hlavní složky odpadní pneumatiky, přírodního kaučuku a syntetického kaučuku. Se zvyšující se rychlostí zahřívání mají počáteční teplota(Ts) pyrolýzní reakce, teplota odpovídající maximálnímu úbytku hmotnosti(Tmax) a konečná teplota(Te) pyrolýzní reakce rostoucí trend (tab. 1).
Tabulka 1. Pyrolýzní charakteristiky; parametry pyrolýzy odpadních pneumatik při třech různých rychlostech ohřevu
Rychlost ohřevu (◦C-min-1) | Ts(◦C) | Tmax(◦C) | Te(◦C) |
10 | 288 | 375 | 524 |
20 | 298 | 388 | 530 |
30 | 308 | 395 | 544 |
Sorbenty na bázi CaO mají široké možnosti využití v oblasti předspalovacího zachycování uhlíku. V typické reakci výroby vodíku parním reformingem může přídavek sorbentů na bázi CaO odstranitCO2 vznikající in situ, narušit termodynamickou rovnováhu a zvýšit hnací sílu reakce, čímž se reakce posune směrem k výrobě vodíku. Tím se zlepší koncentrace a výtěžekH2. Vzhledem k jejich tendenci ke spékání je však nutné dopovat inertní stabilizátory, které mají vysokou Tammanovu teplotu.
SorbentyCO2 na bázi Ca obvykle vyžadují studium hmotnostních změn během karbonatačních a kalcinačních reakcí vatmosféře N2 neboCO2 při vysokých teplotách (650 °C-850 °C), které by odrážely adsorpční výkonnost materiálu a kinetiku adsorpceCO2. V této studii byla ocelová struska a vápenec smíchány za účelem přípravy sorbentů na bázi ocelové strusky. Adsorpční výkonnost sorbentů na bázi ocelové strusky jsme testovali pomocí TGA (NETZSCH STA 449 F5 ).
Výsledky jsou následující:
"Jak ukazuje obrázek 2,adsorpční kapacitaCO2 čistého CaO rychle klesá (0,293CO2/g sorbentu na 0,097CO2/g sorbentu), zatímco adsorpční kapacita sorbentu připraveného s počáteční koncentrací kyseliny 2 mol/l vykazuje výrazně nižší rychlost poklesu. Navíc se zvyšujícím se podílem příměsi ocelové strusky se zvyšuje i stabilita sorbentu. Sorbenty na bázi ocelové strusky rovněž vykazují lepší celkové absorpční vlastnostiCO2 po dobu 30 cyklů. Obrázek 3 rovněž ilustruje změny v rychlosti jeho adsorpce. Zpočátku vykazuje CaO jasnou výhodu v rychlosti adsorpce. S rostoucím počtem cyklů však adsorpční rychlost CaO výrazně klesá a nakonec se ustálí na nižší úrovni. Naproti tomu sorbenty dopované ocelovou struskou vykazují výrazné zlepšení, přičemž tento účinek je výraznější s rostoucím počtem cyklů."
Jak jste získané výsledky využili?
"Přístroje NETZSCH STA 2500 a STA 449 F3 mají velmi přesnou a rychlou regulaci teploty. Tato regulace výkyvu teploty je velmi užitečná a nápomocná při testování našich funkčních materiálů pro zplyňování odpadu.
Díky přesnému měření pomocí přístrojů NETZSCH získáváme spolehlivé srovnání našich připravovaných materiálů, což nám nejen usnadňuje výběr materiálů, ale také poskytuje vodítko či návod pro přípravu funkčních materiálů. Publikovali jsme více než 50 výzkumných článků v časopisech, jako jsou Energy & Environmental Science, Environmental Science & Technology, Chemical Engineering Journal, Fuel Processing Technology, Journal of Cleaner Production atd."
.
Máte také nějaké zkušenosti s naší zákaznickou podporou a servisem?
"Ano, a řekl bych, že více než skvělé zkušenosti. Pan Haiming Zhang a paní Shenjun Sheng nám poskytli neomezenou pomoc ještě předtím, než jsme skutečně zakoupili přístroje NETZSCH. Po zakoupení přístrojů NETZSCH STA 2500 a STA 449 F3 , nám pan Shuaitao Zeng vždy rychle odpověděl, když jsme měli nějaké otázky.
Skvělou akcí byl také seminář 9. května 2023 v Dalianu. Moji studenti i já jsme od inženýrů a odborníků získali velmi komplexní, praktické a užitečné informace."
Dr. Ji, moc děkujeme za tuto pozitivní zpětnou vazbu!
Jak si představujete budoucí spolupráci s námi? Existují nové výzvy, kterými byste se chtěli zabývat?
"Dalším tématem, na kterém bych chtěl dále spolupracovat s NETZSCH, by mohl být test zplyňování organického odpadu přidáním páry do pece TGA. V současné době na to nemáme dostatek finančních prostředků, ale dříve nebo později tento typ testů provedeme, pokud budou k dispozici finanční prostředky.
Druhým, kterým bych se chtěl zabývat, je rychlý ohřev, který by mohl odpovídat rychlosti ohřevu v reálných scénářích. Máme zájem měřit chování organického odpadu při rozkladu, když se dostane do kontaktu s nosiči tepla v reaktorech. V těchto situacích by rychlost ohřevu mohla dosáhnout až 102~103 K s-1. Dosažení této rychlosti ohřevu s přesným měřením hmotnosti bude pro zpracování odpadu velkým revolučním krokem."
