История успеха клиента
Использование одновременных термоанализаторов NETZSCH для преобразования твердых отходов в энергетические материалы
Ознакомьтесь с историей успеха нашего клиента - профессора Гуожао Цзи, Даляньский технологический университет, Китай! Речь идет о переработке твердых отходов в ценные продукты с помощью анализатора одновременного теплового излучения (STA) NETZSCH. По этой теме было опубликовано несколько научных работ.
Доктор Гуожао Цзи, родившийся в 1986 году, получил степень доктора философии в области химического машиностроения в 2014 году в Университете Квинсленда, Австралия. Он получил степень магистра и бакалавра в области машиностроения в Северо-Восточном университете (Китайская Народная Республика) в 2010 и 2008 годах соответственно. В настоящее время в качестве доцента работает в Школе экологических наук и технологий Даляньского технологического университета в Китае. В сферу научных интересов д-ра Цзи входят газификация твердых отходов, кинетическое моделирование термохимических процессов, высокотемпературный захватCO2 и применение вычислительной гидродинамики в термохимических процессах. Он является автором более 100 реферируемых журнальных публикаций, двух книг и трех глав в книгах с более чем 3200 ссылками и H-индексом 35.
Далее доктор Гуожао Цзи расскажет нам о своих исследованиях в области преобразования твердых отходов в энергию.
“Благодаря точному измерению с помощью приборов NETZSCH STA мы получаем надежное сравнение подготовленных материалов, что не только облегчает выбор материалов, но и дает рекомендации или направление для подготовки функциональных материалов.”
Доктор Гуожао Цзи: "Лаборатория переработки твердых отходов в DUT занимается преобразованием твердых отходов в высокоценные продукты, которые могут быть использованы в энергетической, экологической и материальной промышленности посредством термохимических реакций. Лаборатория предоставляет решения, оборудование и материалы, связанные с переработкой твердых отходов.
В 2019 году мы отправили несколько образцов сорбентаCO2 на NETZSCH Scientific Instruments Trading (Shanghai) Ltd., и NETZSCH предоставила очень профессиональные услуги по тестированию. Этот замечательный опыт способствовал нашему дальнейшему сотрудничеству с NETZSCH. В 2020 году наша лаборатория заказала NETZSCH STA 449 F3 , предназначенный в основном для тестирования поведения при разложении органических твердых отходов. В 2021 году наша лаборатория приобрела STA 2500 для тестирования поведения сорбцииCO2 нашими функциональными материалами, которые будут использоваться для улучшения газификации твердых отходов. В 2023 году был приобретен NETZSCH DSC 404 F3 , который поможет нам измерить термодинамическую информацию в процессе пиролиза органических отходов, а также определить фазовый переход неорганических отходов в процессе термической обработки."
Доктор Цзи, какие конкретные задачи стояли перед вашей компанией до использования наших решений и/или какие вопросы или проблемы вы хотели решить с их помощью?
- "Точный контроль температуры: Мы разработали функциональный материал, который используется для газификации органических отходов. Этот материал должен улавливатьCO2 в условиях газификации и высвобождатьCO2 в условиях регенерации. Основное различие между условиями газификации и регенерации заключается в температуре. Для газификации температура составляет около 700°C, а для регенерации - около 900°C. Чтобы измерить эффективность нашего функционального материала, нам необходимо часто, быстро и точно менять температуру.
- Large массовый образец: Мы в основном работаем над термической обработкой органических отходов, а свойства органических отходов варьируются в определенном диапазоне. Из-за плохой однородности реальных органических отходов результаты ТГА-теста могут отличаться, если каждый раз брать образец массой всего несколько миллиграммов. Чтобы повысить репрезентативность исходных отходов, мы должны брать большее количество образцов, которые бы в большей степени учитывали все части органических отходов"
Почему вы выбрали NETZSCH?
"Бренд NETZSCH имеет хорошую репутацию в области исследований. Мы читаем множество научных статей во время нашей ежедневной работы, и NETZSCH - наиболее часто встречающийся бренд в разделах термогравиметрического анализа в научных журналах.
Более того, приборы NETZSCH имеют точный контроль температуры, скорости нарастания и газовой среды, что позволило провести эффективные циклические испытания нашего функционального материала. Исходя из нашего ограниченного исследования, NETZSCH позволил получить наибольшее количество образцов, что обеспечило более стабильные и воспроизводимые результаты разложения твердых отходов"
Пожалуйста, приведите конкретный пример того, как вы использовали наши решения.
В качестве примера можно привести поведение отработанных шин при термической деградации.
"По мере распространения автомобилей и развития мирового производства шин после их износа образуется значительное количество отработанных шин. Из-за своей экологической токсичности и устойчивости к деградации отработанные шины могут представлять угрозу для здоровья человека и окружающей среды. Перспективным способом переработки отработанных шин является пиролиз, который позволяет не только минимизировать количество отходов, но и получить такие ценные продукты, как сингаз, мазут и древесный уголь. Термогравиметрический анализ (ТГА) считается эффективной технологией для исследования теплового поведения пиролиза отработанных шин, включая начальную температуру, конечную температуру, пиковую температуру реакции пиролиза и т.д.; это помогает понять процесс пиролиза и способствует проектированию пиролизных реакторов и оптимизации процесса. Эксперименты по ТГА проводились с помощью NETZSCH STA 2500 и NETZSCH STA 449 F3 . Около 6 мг сырья загружали вкерамический тигель из Al2O3и нагревали от комнатной температуры до 600°C при трех скоростях нагрева 10, 20 и 30°C-мин-1. В качестве газа-носителя использовался азот при скорости потока 200 мл-мин-1"
Динамика термической деструкции отработанной покрышки представлена на рисунке 1. Очевидно, что основная реакция пиролиза покрышки происходила в диапазоне температур от 200°C до 500°C с массовой долей потерь 64%. Два пика, наблюдаемые на кривых ДТГ, расположенные в температурных диапазонах 300°C ~ 410°C и 410°C ~ 450°C, соответствуют деградации основного компонента покрышки, натурального каучука и синтетического каучука. С увеличением скорости нагрева начальная температура(Ts) реакции пиролиза, температура, соответствующая максимальной скорости потери массы(Tmax), и конечная температура(Te) реакции пиролиза имеют тенденцию к увеличению (табл. 1).
Таблица 1. Характеристики пиролиза; параметры пиролиза отработанных шин при трех различных скоростях нагрева
Скорость нагрева (◦C-мин-1) | Ts(◦C) | Tmax(◦C) | Te(◦C) |
10 | 288 | 375 | 524 |
20 | 298 | 388 | 530 |
30 | 308 | 395 | 544 |
Сорбенты на основе CaO имеют широкие перспективы применения для улавливания углерода перед сжиганием. В типичной реакции получения водорода паровым риформингом добавление сорбентов на основе CaO может удалитьCO2, образующийся на месте, нарушить термодинамическое равновесие и увеличить движущую силу реакции, тем самым сдвигая ее в сторону производства водорода. Это повышает концентрацию и выход H2. Однако из-за их склонности к спеканию необходимо добавлять инертные стабилизаторы, имеющие высокую температуру Таммана.
СорбентыCO2 на основе Ca обычно требуют изучения изменения массы в ходе реакций карбонизации и кальцинирования ватмосфере N2 илиCO2 при высоких температурах (650°C-850°C), чтобы отразить эффективность адсорбцииCO2 и кинетику адсорбции материала. В данном исследовании стальной шлак и известняк были смешаны для получения сорбентов на основе стального шлака. Мы проверили адсорбционные характеристики сорбентов на основе стального шлака с помощью ТГА (NETZSCH STA 449 F5 ).
Результаты следующие:
"Как показано на рис. 2,адсорбционная способность чистого CaO поCO2 быстро снижается (от 0,293CO2/г сорбента до 0,097CO2/г сорбента), в то время как адсорбционная способность сорбента, приготовленного с начальной концентрацией кислоты 2 моль/л, значительно снижается. Более того, с увеличением доли легирования стальным шлаком стабильность сорбента также повышается. Сорбенты на основе стального шлака также демонстрируют лучшие общие показатели поглощенияCO2 в течение 30 циклов. Рисунок 3 также иллюстрирует изменение скорости адсорбции. Первоначально CaO демонстрирует явное преимущество в скорости адсорбции. Однако с увеличением числа циклов скорость адсорбции CaO значительно снижается, в конечном итоге стабилизируясь на более низком уровне. Напротив, сорбенты, легированные стальным шлаком, демонстрируют значительное улучшение, причем эффект становится более выраженным по мере увеличения числа циклов"
Как вы использовали полученные результаты?
" NETZSCH STA 2500 и STA 449 F3 имеют очень точный и быстрый контроль температуры. Такой контроль температурных колебаний очень полезен и помогает при тестировании наших функциональных материалов для газификации отходов.
Благодаря точному измерению с помощью приборов NETZSCH мы получаем надежное сравнение наших подготовленных материалов, что не только облегчает выбор материалов, но и обеспечивает руководство или направление для подготовки функциональных материалов. Мы опубликовали более 50 научных статей в таких журналах, как Energy & Environmental Science, Environmental Science & Technology, Chemical Engineering Journal, Fuel Processing Technology, Journal of Cleaner Production и т.д."
.
Есть ли у вас опыт работы с нашей службой поддержки и обслуживания клиентов?
"Да, и я бы сказал, что опыт более чем положительный. Г-н Хайминг Чжан и г-жа Шенджун Шенг оказывали неограниченную помощь до того, как мы приобрели приборы NETZSCH. После покупки NETZSCH STA 2500 и STA 449 F3 мы всегда получали быстрый ответ от г-на Шуайтао Цзэна, когда у нас возникали вопросы.
Семинар9 мая 2023 года в Даляне также был замечательным событием. Мои студенты и я получили очень полную, практическую и полезную информацию от инженеров и экспертов"
Доктор Цзи, большое спасибо за этот положительный отзыв!
Как вы представляете себе дальнейшее сотрудничество с нами? Есть ли новые задачи, которые вы хотели бы решить?
"Следующей темой, по которой я хотел бы продолжить сотрудничество с NETZSCH, может стать тест на газификацию органических отходов путем добавления пара в печь ТГА. В настоящее время у нас нет достаточного финансирования для этого, но рано или поздно мы проведем подобные испытания при наличии финансирования.
Второй вопрос, который я хотел бы рассмотреть, - это быстрый нагрев, который мог бы соответствовать скорости нагрева в реальных сценариях. Мы хотим измерить поведение органических отходов при разложении, когда они вступают в контакт с теплоносителями в реакторах. В таких ситуациях скорость нагрева может достигать 102~103 К с-1. Достижение такой скорости нагрева с точным измерением массы станет большим революционным шагом в области переработки отходов"
