Historia de éxito de un cliente
Utilización de analizadores térmicos simultáneos NETZSCH para convertir residuos sólidos en materiales energéticos
Lea la última historia de éxito de nuestro cliente, el profesor Guozhao Ji, de la Universidad Tecnológica de Dalian (China) Trata de la conversión de residuos sólidos en productos valiosos mediante el Analizador Térmico Simultáneo (STA) de NETZSCH. Se han publicado varios artículos científicos sobre este tema.
El Dr. Guozhao Ji, nacido en 1986, se doctoró en ingeniería química en 2014 por la Universidad de Queensland (Australia). Completó sus estudios de máster y licenciatura en ingeniería mecánica en la Universidad Northeastern de la República Popular China en 2010 y 2008, respectivamente. Actualmente, como profesor asociado, trabaja en la Escuela de Ciencia y Tecnología Medioambiental de la Universidad Tecnológica de Dalian en China. Los intereses de investigación del Dr. Ji incluyen la gasificación de residuos sólidos, la modelización cinética de conversiones termoquímicas, la captura deCO2 a alta temperatura y las aplicaciones de dinámica de fluidos computacional en procesos termoquímicos. Es autor de más de 100 publicaciones en revistas especializadas, dos libros y tres capítulos de libros, con más de 3200 citas y un índice H de 35.
A continuación, el Dr. Guozhao Ji nos hablará de su investigación sobre la conversión de residuos sólidos en energía.
“Con la medición precisa mediante los instrumentos NETZSCH STA, obtenemos una comparación fiable de nuestros materiales preparados, lo que no sólo facilita la selección de materiales, sino que también proporciona orientación o guía para la preparación de materiales funcionales.”
Dr. Guozhao Ji: "El laboratorio de reciclaje de residuos sólidos de la DUT se dedica a convertir residuos sólidos en productos de alto valor que puedan utilizarse en las industrias de la energía, el medio ambiente y los materiales mediante reacciones termoquímicas. El laboratorio proporciona soluciones, equipos y materiales relacionados con el tratamiento de residuos sólidos.
En 2019, enviamos algunas muestras de sorbente deCO2 a NETZSCH Scientific Instruments Trading (Shanghai) Ltd., y NETZSCH proporcionó un servicio de pruebas muy profesional. Esta impresionante experiencia promovió nuestra futura cooperación con NETZSCH. En 2020, nuestro laboratorio encargó un NETZSCH STA 449 F3 destinado principalmente a probar el comportamiento de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de residuos sólidos orgánicos. En 2021, nuestro laboratorio compró un STA 2500 para probar el comportamiento de Proceso de sorciónLa sorción es un proceso físico y químico por el que una sustancia (normalmente un gas o un líquido) se acumula dentro de otra fase o en el límite de fase de dos fases. Según el lugar de acumulación, se distingue entre absorción (acumulación en una fase) y adsorción (acumulación en el límite de fase).sorción deCO2 de nuestros materiales funcionales que se utilizarían en la mejora de la gasificación de residuos sólidos. En 2023, se adquirió un NETZSCH DSC 404 F3 para ayudarnos a medir la información termodinámica durante la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis de residuos orgánicos, así como para identificar la Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase de los residuos inorgánicos durante el proceso de tratamiento térmico."
Dr. Ji, ¿cuáles eran los retos específicos que tenía su empresa antes de utilizar nuestras soluciones y/o qué cuestiones o problemas querían resolver con ellas?
- "Control preciso de la temperatura: Hemos desarrollado un material funcional que se utiliza para la gasificación de residuos orgánicos. Este material necesita capturar elCO2 en condiciones de gasificación y la liberación deCO2 en condiciones de regeneración. La principal diferencia entre las condiciones de gasificación y las de regeneración es la temperatura. Para la gasificación, la temperatura es de unos 700°C y para la regeneración, de unos 900°C. Para medir el rendimiento de nuestro material funcional, necesitamos cambiar la temperatura con frecuencia, rapidez y precisión.
- Large muestra de masa: Trabajamos principalmente en el tratamiento térmico de residuos orgánicos, y la propiedad de los residuos orgánicos varía dentro de un cierto rango. Debido a la escasa uniformidad de los residuos orgánicos reales, los resultados de la prueba TGA pueden variar si tomamos una muestra de masa de sólo unos pocos miligramos cada vez. Para mejorar la representatividad de la materia prima de los residuos, tenemos que tomar una cantidad de muestra mayor que incluya más todas las partes de los residuos orgánicos."
¿Por qué eligieron NETZSCH?
"La marca NETZSCH tiene una buena reputación en el campo de la investigación. Leemos muchos artículos de investigación durante nuestro trabajo diario, y NETZSCH es la marca que aparece con más frecuencia en las secciones de análisis termogravimétrico de los artículos de las revistas de investigación.
Además, los instrumentos NETZSCH cuentan con un control preciso de la temperatura, la velocidad de rampa y el entorno gaseoso, lo que permitió realizar pruebas cíclicas eficientes de nuestro material funcional. Basándonos en nuestro limitado estudio, NETZSCH permitió obtener la mayor cantidad de muestra, lo que proporcionó resultados más estables o repetibles de la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de los residuos sólidos."
Proporcione un ejemplo concreto de cómo utilizó nuestras soluciones.
Un ejemplo son los comportamientos de degradación térmica de los neumáticos usados.
"A medida que se generalizaban los automóviles y avanzaba la fabricación mundial de neumáticos, se producía una cantidad significativa de neumáticos usados tras su desgaste. Debido a su toxicidad ecológica y a su resistencia a la degradación, los neumáticos usados podían suponer una amenaza para la salud humana y el medio ambiente. Una vía prometedora para tratar los neumáticos usados es la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis, que no sólo consigue minimizar los residuos, sino que también genera productos valiosos como el gas de síntesis, el fuelóleo y el carbón vegetal. El análisis termogravimétrico (TGA) se considera una tecnología eficaz para investigar el comportamiento térmico de la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis de neumáticos usados, incluyendo la temperatura inicial, la temperatura final y la temperatura pico de la reacción de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis, etc.; esto nos ayuda a comprender el proceso de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis y contribuye al diseño del reactor de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis y a la optimización del proceso. Los experimentos de TGA se llevaron a cabo mediante un NETZSCH STA 2500 y un NETZSCH STA 449 F3 . Se cargaron unos 6 mg de materia prima en un crisolcerámico de Al2O3y se calentaron desde temperatura ambiente hasta 600°C a tres velocidades de calentamiento de 10, 20 y 30°C-min-1. Se utilizó nitrógeno como gas portador. Se utilizó nitrógeno como gas portador a un caudal de 200 ml-min-1"
En la Figura 1 se muestra el comportamiento de degradación térmica de los neumáticos usados. Claramente, la principal reacción de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis del neumático de desecho se produjo en el intervalo de temperaturas de 200°C a 500°C con una fracción de pérdida de masa del 64%. Dos picos observados en las curvas DTG, situados en los rangos de temperatura de 300°C ~ 410°C y 410°C ~ 450°C, correspondían a la degradación del componente principal del neumático de desecho, el caucho natural y el caucho sintético. A medida que aumenta la velocidad de calentamiento, la temperatura inicial(Ts) de la reacción de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis, la temperatura correspondiente a la tasa máxima de pérdida de peso(Tmax) y la temperatura final(Te) de la reacción de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis presentan una tendencia creciente (Tabla 1).
Tabla 1. Características de la pirólisis. Características de la pirólisis; parámetros de la pirólisis de neumáticos usados a tres velocidades de calentamiento diferentes
Velocidad de calentamiento (◦C-min-1) | Ts(◦C) | Tmax(◦C) | Te(◦C) |
10 | 288 | 375 | 524 |
20 | 298 | 388 | 530 |
30 | 308 | 395 | 544 |
Los sorbentes a base de CaO tienen amplias perspectivas de aplicación en la captura de carbono previa a la combustión. En una reacción típica de producción de hidrógeno por reformado con vapor, la adición de sorbentes a base de CaO puede eliminar elCO2 generado in situ, rompiendo el equilibrio termodinámico y aumentando la fuerza motriz de la reacción, con lo que ésta se desplaza hacia la producción de hidrógeno. Esto mejora la concentración y el rendimiento de H2. Sin embargo, debido a su tendencia a la SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización, es necesario dopar estabilizantes inertes que tengan una alta temperatura Tamman.
Los sorbentes deCO2 basados en Ca normalmente requieren estudios sobre los cambios de peso durante las reacciones de carbonatación y calcinación bajoatmósferas de N2 oCO2 a altas temperaturas (650°C-850°C) para reflejar el rendimiento de adsorción deCO2 del material y la cinética de adsorción. En este estudio, se mezclaron escoria de acero y piedra caliza para preparar sorbentes a base de escoria de acero. Probamos el rendimiento de adsorción de los sorbentes a base de escoria de acero mediante TGA (NETZSCH STA 449 F5 ).
Los resultados son los siguientes:
"Como se muestra en la Figura 2, la capacidad de adsorciónde CO2 del CaO puro disminuye rápidamente (de 0,293CO2/g sorbente a 0,097CO2/g sorbente), mientras que la capacidad de adsorción del sorbente preparado con una concentración inicial de ácido de 2 mol/l muestra una tasa de disminución significativamente reducida. Además, a medida que aumenta la proporción de escoria de acero dopada, también aumenta la estabilidad del sorbente. Los sorbentes basados en escoria de acero también muestran un mejor rendimiento global de absorción deCO2 a lo largo de 30 ciclos. La figura 3 también ilustra la variación de su tasa de adsorción. Inicialmente, el CaO muestra una clara ventaja en la tasa de adsorción. Sin embargo, con el aumento del número de ciclos, la tasa de adsorción del CaO disminuye significativamente, estabilizándose finalmente en un nivel inferior. Por el contrario, los sorbentes dopados con escoria de acero muestran una mejora significativa, siendo el efecto más pronunciado a medida que aumenta el número de ciclos."
¿Cómo utilizaron los resultados obtenidos?
"Los NETZSCH STA 2500 y STA 449 F3 disponen de un control muy preciso y rápido de la temperatura. Este control oscilante de la temperatura es muy útil y provechoso para probar nuestros materiales funcionales para la gasificación de residuos.
Con la medición precisa mediante los dispositivos NETZSCH, obtenemos una comparación fiable de nuestros materiales preparados, lo que no sólo facilita la selección de materiales, sino que también proporciona orientación o guía para la preparación de materiales funcionales. Hemos publicado más de 50 artículos de investigación en revistas como Energy & Environmental Science, Environmental Science & Technology, Chemical Engineering Journal, Fuel Processing Technology, Journal of Cleaner Production, etc."
¿Tiene también alguna experiencia con nuestro servicio de atención al cliente?
"Sí, y yo diría que más que una gran experiencia. El Sr. Haiming Zhang y la Sra. Shenjun Sheng nos proporcionaron una ayuda ilimitada antes de que compráramos los instrumentos NETZSCH. Después de comprar los NETZSCH STA 2500 y STA 449 F3 , siempre recibimos una respuesta rápida del Sr. Shuaitao Zeng cuando teníamos preguntas.
El seminario del9 de mayo de 2023 en Dalian también fue un gran acontecimiento. Mis estudiantes y yo recibimos información muy completa, práctica y útil de los ingenieros y expertos."
Dr. Ji, ¡muchas gracias por estos comentarios tan positivos!
¿Cómo imagina su futura colaboración con nosotros? ¿Hay nuevos retos que le gustaría abordar?
"El próximo tema en el que me gustaría seguir colaborando con NETZSCH podría ser el ensayo de gasificación de residuos orgánicos añadiendo vapor al horno TGA. Actualmente no disponemos de fondos suficientes para ello, pero tarde o temprano realizaremos este tipo de pruebas con la financiación disponible.
La segunda que me gustaría abordar es el calentamiento rápido, que podría igualar la velocidad de calentamiento en escenarios reales. Nos interesa mucho medir el comportamiento de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de los residuos orgánicos cuando entran en contacto con portadores de calor en reactores. En estas situaciones, la velocidad de calentamiento podría alcanzar hasta 102~103 K s-1. Alcanzar esta velocidad de calentamiento con una medición precisa de la masa será un gran paso revolucionario para el tratamiento de residuos."
