Kunde-succeshistorie
Brug af NETZSCH Simultaneous Thermal Analyzers til at omdanne fast affald til energimaterialer
Læs vores seneste kundesucceshistorie af professor Guozhao Ji, Dalian University of Technology, Kina! Den handler om omdannelse af fast affald til værdifulde produkter ved hjælp af NETZSCH Simultaneous Thermal Analyzer (STA). Der er udgivet flere videnskabelige artikler om dette emne.
Dr. Guozhao Ji, født i 1986, fik sin ph.d.-grad i kemiteknik i 2014 fra University of Queensland, Australien. Han afsluttede sin MS og BS i maskinteknik ved Northeastern University, Folkerepublikken Kina, i henholdsvis 2010 og 2008. I øjeblikket arbejder han som lektor ved School of Environmental Science and Technology ved Dalian University of Technology i Kina. Dr. Jis forskningsinteresser omfatter forgasning af fast affald, kinetisk modellering af termokemiske omdannelser,CO2-fangst ved høj temperatur og computational fluid dynamic-applikationer i termokemiske processer. Han er forfatter til over 100 publikationer i tidsskrifter med referee, to bøger og tre bogkapitler med over 3200 citationer og et H-indeks på 35.
I det følgende vil Dr. Guozhao Ji give os indsigt i sin forskning i at omdanne fast affald til energi.
“Med den nøjagtige måling ved hjælp af NETZSCH STA-instrumenterne får vi en pålidelig sammenligning af vores forberedte materialer, hvilket ikke kun gør det lettere at vælge materialer, men også giver vejledning eller retning for forberedelse af funktionelle materialer.”
Dr. Guozhao Ji: "Laboratoriet for genanvendelse af fast affald i DUT er dedikeret til at omdanne fast affald til højværdiprodukter, der kan bruges i energi-, miljø- og materialeindustrien via termokemiske reaktioner. Laboratoriet leverer løsninger, udstyr og materialer relateret til behandling af fast affald.
I 2019 sendte vi nogle prøver afCO2-sorbent til NETZSCH Scientific Instruments Trading (Shanghai) Ltd., og NETZSCH leverede en meget professionel testservice. Denne fantastiske oplevelse fremmede vores videre samarbejde med NETZSCH. I 2020 bestilte vores laboratorium en NETZSCH STA 449 F3 , der primært var beregnet til at teste nedbrydningsadfærden for organisk fast affald. I 2021 købte vores laboratorium en STA 2500 til at testeCO2-sorptionsadfærden for vores funktionelle materialer, der skulle bruges til at forbedre forgasningen af fast affald. I 2023 blev der købt en NETZSCH DSC 404 F3 for at hjælpe os med at måle de termodynamiske oplysninger under PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse af organisk affald samt identificere FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang af uorganisk affald under den termiske behandlingsproces."
Dr. Ji, hvad var de specifikke udfordringer, din virksomhed havde, før den brugte vores løsninger, og/eller hvilke spørgsmål eller problemer ønskede du at løse med dem?
- "Præcis temperaturkontrol: Vi udviklede et funktionelt materiale, som bruges til forgasning af organisk affald. Dette materiale skal indfangeCO2 under forgasningsforhold ogCO2-frigivelsen under regenereringsforhold. Den største forskel mellem forgasningsbetingelser og regenereringsbetingelser er temperaturen. Ved forgasning er temperaturen ca. 700 °C, og ved regenerering er den ca. 900 °C. For at måle vores funktionelle materiales ydeevne er vi nødt til at skifte temperatur ofte, hurtigt og præcist.
- Large masseprøve: Vi arbejder hovedsageligt med termisk behandling af organisk affald, og det organiske affalds egenskaber varierer inden for et bestemt område. På grund af den dårlige ensartethed af ægte organisk affald kan TGA-testresultaterne variere, hvis vi kun tager en prøvemasse på nogle få milligram hver gang. For at forbedre affaldsfoderets repræsentativitet er vi nødt til at tage en større prøvemængde, der i højere grad omfatter alle dele af det organiske affald."
Hvorfor valgte du NETZSCH?
"Brandet NETZSCH har et godt omdømme inden for forskningsområdet. Vi læser masser af forskningsartikler i vores daglige arbejde, og NETZSCH er det hyppigst forekommende mærke i afsnittene om termogravimetrisk analyse i artikler i forskningstidsskrifter.
Desuden har NETZSCH instrumenterne nøjagtig temperaturkontrol, rampehastighed og gasmiljø, hvilket muliggjorde effektive cykliske test af vores funktionelle materiale. Baseret på vores begrænsede undersøgelse gav NETZSCH mulighed for den største prøvemængde, hvilket gav mere stabile eller gentagelige resultater af nedbrydningen af det faste affald."
Giv venligst et specifikt eksempel på, hvordan du har brugt vores løsninger.
Et eksempel er den termiske NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af affaldsdæk.
"Efterhånden som biler blev mere udbredte, og den globale dækproduktion udviklede sig, blev der produceret en betydelig mængde affaldsdæk, efter at de var blevet slidt op. På grund af deres økologiske toksicitet og modstandsdygtighed over for NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning kan affaldsdæk udgøre en trussel mod menneskers sundhed og miljøet. En lovende måde at behandle affaldsdæk på er PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse, som ikke kun minimerer affaldsmængden, men også genererer værdifulde produkter som syngas, brændselsolie og trækul. Termogravimetrisk analyse (TGA) betragtes som en effektiv teknologi til at undersøge den termiske adfærd ved PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse af affaldsdæk, herunder starttemperatur, sluttemperatur og spidstemperatur for pyrolysereaktionen osv.; dette hjælper os med at forstå pyrolyseprocessen og bidrager til design af pyrolysereaktorer og procesoptimering. TGA-eksperimenterne blev udført ved hjælp af en NETZSCH STA 2500 og en NETZSCH STA 449 F3 . Ca. 6 mg råmateriale blev lagt i enkeramisk digel af Al2O3og opvarmet fra stuetemperatur til 600 °C ved tre opvarmningshastigheder på 10, 20 og 30 °C-min-1. Nitrogen blev brugt som bæregas med en strømningshastighed på 200 ml-min-1."
Den termiske NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af affaldsdæk er vist i figur 1. Det er tydeligt, at den vigtigste pyrolysereaktion af affaldsdæk fandt sted inden for temperaturområdet 200 °C til 500 °C med en massetabsfraktion på 64 %. To toppe observeret i DTG-kurverne, placeret i temperaturområderne 300°C ~ 410°C og 410°C ~ 450°C, svarede til nedbrydningen af hovedkomponenten i affaldsdæk, naturgummi og syntetisk gummi. Efterhånden som opvarmningshastigheden øges, viser pyrolysereaktionens begyndelsestemperatur(Ts), temperaturen svarende til den maksimale vægttabshastighed(Tmax) og pyrolysereaktionens sluttemperatur (Te) alle en stigende tendens (tabel 1).
Tabel 1. Pyrolyseegenskaber; parametre for PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse af affaldsdæk ved tre forskellige opvarmningshastigheder
Opvarmningshastighed (◦C-min-1) | Ts(◦C) | Tmax(◦C) | Te(◦C) |
10 | 288 | 375 | 524 |
20 | 298 | 388 | 530 |
30 | 308 | 395 | 544 |
CaO-baserede sorbenter har brede anvendelsesmuligheder inden for kulstofindfangning før forbrænding. I en typisk dampreformeringsreaktion til produktion af brint kan tilsætning af CaO-baserede sorbenter fjerne denCO2, der genereres in situ, bryde den termodynamiske ligevægt og øge reaktionens drivkraft og derved flytte reaktionen i retning af brintproduktion. Dette forbedrer koncentrationen og udbyttet afH2. Men på grund af deres tendens til at sintre er det nødvendigt at dope inerte stabilisatorer, der har en høj Tamman-temperatur.
Ca-baseredeCO2-sorbenter kræver typisk undersøgelser af vægtændringerne under karbonatiserings- og kalcineringsreaktioner under N2- ellerCO2-atmosfærer ved høje temperaturer (650 °C-850 °C) for at afspejle materialetsCO2-adsorptionsydelse og adsorptionskinetik. I denne undersøgelse blev stålslagge og kalksten blandet for at fremstille stålslaggebaserede sorbenter. Vi testede adsorptionsevnen for de stålslaggebaserede sorbenter ved hjælp af TGA (NETZSCH STA 449 F5 ).
Resultaterne er som følger:
"Som det fremgår af figur 2, falderCO2-adsorptionskapaciteten for ren CaO hurtigt (0,293CO2/g sorbent til 0,097CO2/g sorbent), mens adsorptionskapaciteten for den sorbent, der er fremstillet med en indledende syrekoncentration på 2 mol/l, viser en betydeligt reduceret faldhastighed. Når andelen af stålslaggedoping øges, forbedres sorbentens stabilitet også. De stålslaggebaserede sorbenter udviser også en bedre samletCO2-absorptionsydelse over 30 cyklusser. Figur 3 illustrerer også variationen i adsorptionshastigheden. Til at begynde med udviser CaO en klar fordel i adsorptionshastigheden. Men med stigningen i antallet af cyklusser falder CaO's adsorptionshastighed betydeligt og stabiliserer sig til sidst på et lavere niveau. I modsætning hertil viser sorbenter, der er dopet med stålslagge, en betydelig forbedring, hvor effekten bliver mere udtalt, når cyklusantallet stiger."
Hvordan brugte du de opnåede resultater?
" NETZSCH STA 2500 og STA 449 F3 har en meget præcis og hurtig temperaturkontrol. Denne svingende temperaturkontrol er meget nyttig og hjælpsom, når vi tester vores funktionelle materialer til affaldsforgasning.
Med den nøjagtige måling ved hjælp af NETZSCH -enhederne får vi en pålidelig sammenligning af vores forberedte materialer, hvilket ikke kun letter valget af materialer, men også giver vejledning eller retning for forberedelse af funktionelle materialer. Vi har udgivet over 50 forskningsartikler i tidsskrifter som Energy & Environmental Science, Environmental Science & Technology, Chemical Engineering Journal, Fuel Processing Technology, Journal of Cleaner Production osv."
Har du også erfaring med vores kundesupport og service?
"Ja, og jeg vil sige mere end god erfaring. Haiming Zhang og Shenjun Sheng ydede ubegrænset hjælp, før vi rent faktisk købte NETZSCH instrumenter. Efter at have købt NETZSCH STA 2500 og STA 449 F3 fik vi altid hurtigt svar fra Shuaitao Zeng, når vi havde spørgsmål.
Seminaret den 9. maj 2023 i Dalian var også en fantastisk begivenhed. Mine studerende og jeg fik meget omfattende, praktisk og nyttig information fra ingeniørerne og eksperterne."
Dr. Ji, mange tak for denne positive feedback!
Hvordan forestiller du dig dit fremtidige samarbejde med os? Er der nye udfordringer, du gerne vil tage op?
"Det næste emne, som jeg gerne vil samarbejde yderligere med NETZSCH om, kunne være forgasningstest af organisk affald ved at tilføre damp til TGA-ovnen. Vi har i øjeblikket ikke tilstrækkelig finansiering til det, men før eller siden vil vi udføre denne type test med tilgængelig finansiering.
Det andet, jeg gerne vil tage fat på, er hurtig opvarmning, som kan matche opvarmningshastigheden i virkelige scenarier. Vi vil gerne måle nedbrydningen af organisk affald, når det kommer i kontakt med varmebærere i reaktorer. I disse situationer kan opvarmningshastigheden nå op på 102~103 K s-1. Opnåelse af denne opvarmningshastighed med nøjagtig massemåling vil være et stort revolutionerende skridt for affaldsbehandling."
