Asiakkaan menestystarina
NETZSCH Samanaikaisten lämpöanalysaattoreiden käyttö kiinteän jätteen muuntamiseksi energiamateriaaliksi
Lue viimeisin asiakastarinamme, jonka on kirjoittanut professori Guozhao Ji Dalianin teknillisestä yliopistosta, Kiinasta! Se kertoo kiinteän jätteen muuntamisesta arvokkaiksi tuotteiksi NETZSCH Simultaneous Thermal Analyzer (STA) -analysaattorin avulla. Aiheesta on julkaistu useita tieteellisiä artikkeleita.
Guozhao Ji on syntynyt vuonna 1986 ja väitteli tohtoriksi kemiantekniikan alalta vuonna 2014 Queenslandin yliopistossa Australiassa. Hän suoritti konetekniikan maisterin tutkinnon Kiinan kansantasavallan Northeastern-yliopistossa vuonna 2010 ja kandidaatin tutkinnon Kiinan kansantasavallassa vuonna 2008. Tällä hetkellä hän työskentelee apulaisprofessorina Dalianin teknillisen yliopiston ympäristötieteiden ja -tekniikan laitoksella Kiinassa. Tohtori Jin tutkimusintresseihin kuuluvat kiinteän jätteen kaasutus, termokemiallisten konversioiden kineettinen mallintaminen,hiilidioksidin talteenotto korkeissa lämpötiloissa ja laskennalliset fluididynaamiset sovellukset termokemiallisissa prosesseissa. Hän on kirjoittanut yli 100 referoitua lehtijulkaisua, kaksi kirjaa ja kolme kirjan lukua, joissa on yli 3200 viittausta ja H-indeksi on 35.
Seuraavassa tohtori Guozhao Ji kertoo meille näkemyksiään tutkimuksestaan kiinteän jätteen muuntamisesta energiaksi.
“Kun mittaukset tehdään tarkasti NETZSCH STA-mittareilla, saamme luotettavan vertailun valmistamistamme materiaaleista, mikä helpottaa materiaalien valintaa ja antaa myös ohjeita tai suuntaa funktionaalisten materiaalien valmistukseen.”
Tohtori Guozhao Ji: "DUT:n kiinteän jätteen kierrätyslaboratorio on omistettu kiinteän jätteen muuntamiselle korkealuokkaisiksi tuotteiksi, joita voitaisiin käyttää energia-, ympäristö- ja materiaaliteollisuudessa termokemiallisten reaktioiden avulla. Laboratorio tarjoaa kiinteän jätteen käsittelyyn liittyviä ratkaisuja, laitteita ja materiaaleja.
Vuonna 2019 lähetimme joitakinCO2-sorbenttinäytteitä osoitteeseen NETZSCH Scientific Instruments Trading (Shanghai) Ltd., ja NETZSCH tarjosi erittäin ammattitaitoista testauspalvelua. Tämä mahtava kokemus edisti jatkoyhteistyötämme NETZSCH kanssa. Vuonna 2020 laboratoriomme tilasi NETZSCH STA 449 F3 -laitteen, joka on tarkoitettu pääasiassa orgaanisten kiinteiden jätteiden hajoamiskäyttäytymisen testaamiseen. Vuonna 2021 laboratoriomme osti STA 2500 -laitteen, jolla testataan kiinteiden jätteiden kaasutuksen tehostamiseen käytettävien funktionaalisten materiaaliemmehiilidioksidin sorptiokäyttäytymistä. Vuonna 2023 hankittiin NETZSCH DSC 404 F3 , jonka avulla voimme mitata termodynaamista tietoa orgaanisen jätteen pyrolyysin aikana sekä Identify epäorgaanisen jätteen faasimuutosta lämpökäsittelyprosessin aikana."
Tohtori Ji, mitkä olivat ne erityiset haasteet, joita yrityksellänne oli ennen ratkaisujemme käyttöä ja/tai mitä kysymyksiä tai ongelmia halusitte ratkaista niiden avulla?
- "Tarkka lämpötilan säätö: Kehitimme toiminnallisen materiaalin, jota käytetään orgaanisen jätteen kaasutukseen. Tämän materiaalin on otettava talteenhiilidioksidi kaasutusolosuhteissa ja vapautettavahiilidioksidi regenerointiolosuhteissa. Suurin ero kaasutusolosuhteiden ja regenerointiolosuhteiden välillä on lämpötila. Kaasutuksessa lämpötila on noin 700 °C ja regeneroinnissa noin 900 °C. Toiminnallisen materiaalimme suorituskyvyn mittaamiseksi meidän on vaihdettava lämpötilaa usein, nopeasti ja tarkasti.
- Large massanäyte: Työskentelemme pääasiassa orgaanisen jätteen lämpökäsittelyn parissa, ja orgaanisen jätteen ominaisuus vaihtelee tietyllä alueella. Todellisen orgaanisen jätteen huonon tasalaatuisuuden vuoksi TGA-testin tulokset saattavat vaihdella, jos otamme joka kerta vain muutaman milligramman näytteen massan. Parantaaksemme jätteen raaka-aineen edustavuutta meidän on otettava suurempi näytemäärä, joka kattaisi paremmin orgaanisen jätteen kaikki osat."
Miksi valitsit NETZSCH?
" NETZSCH -tuotemerkillä on hyvä maine tutkimusalalla. Luemme massiivisia tutkimusartikkeleita päivittäisessä työssämme, ja NETZSCH on useimmin löydetty tuotemerkki termogravimetrisen analyysin osioissa tutkimuslehtien artikkeleissa.
Lisäksi NETZSCH -laitteissa on tarkka lämpötilan säätö, ramppausnopeus ja kaasuympäristö, mikä mahdollisti toiminnallisen materiaalimme tehokkaat sykliset testit. Rajallisen tutkimuksemme perusteella NETZSCH mahdollisti suurimman näytemäärän, mikä antoi vakaampia tai toistettavampia tuloksia kiinteän jätteen hajoamisesta."
Antakaa konkreettinen esimerkki siitä, miten käytitte ratkaisujamme.
Esimerkkinä voidaan mainita renkaiden terminen hajoamiskäyttäytyminen.
"Autojen yleistyessä ja renkaiden maailmanlaajuisen valmistuksen kehittyessä syntyi huomattava määrä renkaiden kulumisen jälkeen syntyvää jätettä. Ekologisen myrkyllisyytensä ja hajoamisen kestävyytensä vuoksi jäterenkaat voivat olla uhka ihmisten terveydelle ja ympäristölle. PyrolyysiPyrolyysi on orgaanisten yhdisteiden lämpöhajoamista inertissä ilmakehässä.Pyrolyysi on lupaava tapa käsitellä renkaiden jätteitä, sillä sen avulla voidaan minimoida jätteiden määrä ja tuottaa myös arvokkaita tuotteita, kuten synkaasua, polttoöljyä ja hiiltä. Termogravimetristä analyysia (TGA) pidetään tehokkaana tekniikkana tutkittaessa renkaiden pyrolyysin lämpökäyttäytymistä, mukaan lukien pyrolyysireaktion alkulämpötilaa, loppulämpötilaa ja huippulämpötilaa jne.; tämä auttaa meitä ymmärtämään pyrolyysiprosessia ja edistää pyrolyysireaktorin suunnittelua ja prosessin optimointia. TGA-kokeet suoritettiin NETZSCH STA 2500 ja NETZSCH STA 449 F3 -laitteilla. Noin 6 mg raaka-ainetta ladattiinAl2O3-keraamiseen upokkaaseen ja kuumennettiin huoneenlämpötilasta 600 °C:een kolmella lämmitysnopeudella 10, 20 ja 30 °C-min-1. Kantokaasuna käytettiin typpeä virtausnopeudella 200 ml-min-1."
Jäterenkaan terminen hajoamiskäyttäytyminen on esitetty kuvassa 1. On selvää, että renkaan pääasiallinen pyrolyysireaktio tapahtui lämpötila-alueella 200-500 °C, ja massahäviöosuus oli 64 %. DTG-käyrissä havaitut kaksi piikkiä, jotka sijaitsivat lämpötila-alueilla 300°C ~ 410°C ja 410°C ~ 450°C, vastasivat renkaan pääkomponentin, luonnonkumin ja synteettisen kumin, hajoamista. Kuumennusnopeuden kasvaessa pyrolyysireaktion alkulämpötila(Ts), suurinta painohäviötä vastaava lämpötila(Tmax) ja pyrolyysireaktion loppulämpötila(Te) ovat kaikki nousevia (taulukko 1).
Taulukko 1. Pyrolyysiominaisuudet; renkaanjätteen pyrolyysin parametrit kolmella eri lämmitysnopeudella
Lämmitysnopeus (◦C-min-1) | Ts(◦C) | Tmax(◦C) | Te(◦C) |
10 | 288 | 375 | 524 |
20 | 298 | 388 | 530 |
30 | 308 | 395 | 544 |
CaO-pohjaisilla sorbenteilla on laajat käyttömahdollisuudet hiilen talteenotossa ennen polttoa. Tyypillisessä höyryreformoinnin vedyntuotantoreaktiossa CaO-pohjaisten sorbenttien lisääminen voi poistaa paikan päälläsyntyvän hiilidioksidin , jolloin termodynaaminen tasapaino rikkoutuu ja reaktiota eteenpäin vievä voima kasvaa, jolloin reaktio siirtyy vedyntuotantoon. Tämä parantaaH2:n pitoisuutta ja saantoa. Koska niillä on kuitenkin taipumus sintraantua, on tarpeen seostaa inerttejä stabilisaattoreita, joilla on korkea Tammanin lämpötila.
Ca-pohjaisetCO2-sorbentit vaativat tyypillisesti tutkimuksia painonmuutoksista karbonatisointi- ja kalsinointireaktioiden aikana N2- taiCO2-ilmakehässä korkeissa lämpötiloissa (650°C-850°C), jotta voidaan kuvata materiaalinCO2-adsorptiokykyä ja adsorptiokinetiikkaa. Tässä tutkimuksessa teräskuonaa ja kalkkikiveä sekoitettiin teräskuonapohjaisten sorbenttien valmistamiseksi. Teräskuonapohjaisten sorbenttien adsorptiokykyä testattiin TGA:lla (NETZSCH STA 449 F5 ).
Tulokset ovat seuraavat:
"Kuten kuvasta 2 nähdään, puhtaan CaO:nCO2-adsorptiokapasiteetti laskee nopeasti (0,293CO2/g sorbenttia 0,097CO2/g sorbenttia), kun taas happopitoisuudella 2 mol/l valmistetun sorbentin adsorptiokapasiteetti laskee huomattavasti vähemmän. Lisäksi teräskuonan seostuksen osuuden kasvaessa myös sorbentin stabiilisuus paranee. Teräskuonapohjaiset sorbentit osoittavat myös parempaa yleistäCO2-absorptiokykyä 30 syklin aikana. Kuvassa 3 esitetään myös sen adsorptionopeuden vaihtelu. Aluksi CaO:lla on selvä etu adsorptionopeudessa. Syklien lukumäärän kasvaessa CaO:n adsorptionopeus kuitenkin laskee merkittävästi ja vakiintuu lopulta alhaisemmalle tasolle. Teräskuonalla seostetut sorbentit sen sijaan osoittavat merkittävää parannusta, ja vaikutus voimistuu sykliluvun kasvaessa."
Miten käytit saatuja tuloksia?
" NETZSCH STA 2500 ja STA 449 F3 -laitteissa on erittäin tarkka ja nopea lämpötilan säätö. Tämä lämpötilan heilahteluohjaus on erittäin hyödyllinen ja avulias testatessamme toiminnallisia materiaaleja jätteen kaasutusta varten.
NETZSCH -laitteilla suoritetun tarkan mittauksen avulla saamme luotettavan vertailun valmistamistamme materiaaleista, mikä ei ainoastaan helpota materiaalien valintaa vaan myös antaa ohjeita tai suuntaa funktionaalisten materiaalien valmistukseen. Olemme julkaisseet yli 50 tutkimusartikkelia lehdissä, kuten Energy & Environmental Science, Environmental Science & Technology, Chemical Engineering Journal, Fuel Processing Technology, Journal of Cleaner Production jne."
Onko sinulla myös kokemuksia asiakastuesta ja palvelustamme?
"Kyllä, ja sanoisin, että enemmän kuin hyviä kokemuksia. Mr. Haiming Zhang ja Ms. Shenjun Sheng antoivat rajattomasti apua ennen kuin todella ostimme NETZSCH -instrumentteja. Kun olimme ostaneet NETZSCH STA 2500- ja STA 449 -laitteita F3 , saimme aina nopean vastauksen herra Shuaitao Zengiltä, kun meillä oli kysyttävää.
Seminaari 9. toukokuuta 2023 Dalianissa oli myös hieno tapahtuma. Opiskelijani ja minä saimme insinööreiltä ja asiantuntijoilta erittäin kattavaa, käytännöllistä ja hyödyllistä tietoa."
Tohtori Ji, kiitos paljon tästä myönteisestä palautteesta!
Miten kuvittelette tulevan yhteistyön kanssamme? Onko uusia haasteita, joihin haluaisitte vastata?
"Seuraava aihe, jonka parissa haluaisin jatkaa yhteistyötä NETZSCH kanssa, voisi olla orgaanisen jätteen kaasutustestaus lisäämällä höyryä TGA-uuniin. Meillä ei ole tällä hetkellä riittävää rahoitusta siihen, mutta ennemmin tai myöhemmin suoritamme tämäntyyppisiä testejä käytettävissä olevan rahoituksen turvin.
Toinen asia, jota haluaisin käsitellä, on nopea kuumentaminen, joka voisi vastata todellisten skenaarioiden kuumentamisnopeutta. Olemme kiinnostuneita mittaamaan orgaanisen jätteen hajoamiskäyttäytymistä, kun se joutuu kosketuksiin reaktoreissa olevien lämmönkantajien kanssa. Näissä tilanteissa lämmitysnopeus voisi olla jopa 102~103 K s-1. Tämän lämmitysnopeuden saavuttaminen tarkalla massamittauksella on suuri mullistava askel jätteiden käsittelyssä."
