Kundens framgångshistoria
Användning av NETZSCH simultana termiska analysatorer för att omvandla fast avfall till energimaterial
Läs vår senaste kundberättelse av professor Guozhao Ji, Dalian University of Technology, Kina! Den handlar om omvandlingen av fast avfall till värdefulla produkter med hjälp av NETZSCH Simultaneous Thermal Analyzer (STA). Flera vetenskapliga artiklar om detta ämne har publicerats.
Dr. Guozhao Ji, född 1986, erhöll sin doktorsexamen i kemiteknik 2014 från University of Queensland, Australien. Han tog sin MS- och BS-examen i maskinteknik vid Northeastern University, Folkrepubliken Kina, 2010 respektive 2008. För närvarande arbetar han som Associate Professor vid School of Environmental Science and Technology vid Dalian University of Technology i Kina. Dr. Jis forskningsintressen omfattar förgasning av fast avfall, kinetisk modellering av termokemiska omvandlingar,koldioxidavskiljning vid hög temperatur och beräkningsflödesdynamiska tillämpningar i termokemiska processer. Han har författat över 100 referee-granskade tidskriftspublikationer, två böcker och tre bokkapitel, med över 3200 citeringar och ett H-index på 35.
I det följande kommer Dr. Guozhao Ji att ge oss en inblick i sin forskning om omvandling av fast avfall till energi.
“Med den exakta mätningen med hjälp av NETZSCH STA-instrument får vi en tillförlitlig jämförelse av våra förberedda material, vilket inte bara underlättar valet av material utan också ger vägledning eller riktning för funktionell materialberedning.”
Dr. Guozhao Ji: "Laboratoriet för återvinning av fast avfall vid DUT ägnar sig åt att omvandla fast avfall till högvärdiga produkter som kan användas inom energi-, miljö- och materialindustrin via termokemiska reaktioner. Labbet tillhandahåller lösningar, utrustning och material relaterade till behandling av fast avfall.
Under 2019 skickade vi någraCO2-sorbentprover till NETZSCH Scientific Instruments Trading (Shanghai) Ltd., och NETZSCH tillhandahöll en mycket professionell testtjänst. Denna fantastiska erfarenhet främjade vårt fortsatta samarbete med NETZSCH. År 2020 beställde vårt laboratorium en NETZSCH STA 449 F3 främst avsedd för att testa nedbrytningsbeteendet hos organiskt fast avfall. År 2021 köpte vårt labb en STA 2500 för att testaCO2-sorptionsbeteendet hos våra funktionella material som skulle användas för att förbättra förgasningen av fast avfall. År 2023 köptes en NETZSCH DSC 404 F3 för att hjälpa oss att mäta den termodynamiska informationen under PyrolysPyrolys är den termiska nedbrytningen av organiska föreningar i en inert atmosfär.pyrolys av organiskt avfall samt Identify FasövergångarBegreppet fasövergång (eller fasförändring) används oftast för att beskriva övergångar mellan fast, flytande och gasformigt tillstånd.fasövergång av oorganiskt avfall under den termiska behandlingsprocessen."
Dr Ji, vilka specifika utmaningar hade ert företag innan ni började använda våra lösningar och/eller vilka frågor eller problem ville ni lösa med dem?
- "Exakt temperaturkontroll: Vi har utvecklat ett funktionellt material som används för förgasning av organiskt avfall. Materialet måste kunna fånga uppCO2 under förgasningsförhållanden ochCO2-frisättningen under regenereringsförhållanden. Den största skillnaden mellan förgasningsförhållandena och regenereringsförhållandena är temperaturen. Vid förgasning är temperaturen cirka 700°C och vid regenerering är den cirka 900°C. För att kunna mäta prestandan hos vårt funktionella material måste vi byta temperatur ofta, snabbt och exakt.
- Large massprov: Vi arbetar främst med termisk behandling av organiskt avfall och det organiska avfallets egenskaper varierar inom ett visst intervall. På grund av den dåliga enhetligheten hos verkligt organiskt avfall kan TGA-testresultaten variera om vi tar en provmassa på bara några milligram varje gång. För att förbättra representativiteten hos avfallet måste vi ta en större provkvantitet som skulle vara mer inkluderande för alla delar av det organiska avfallet."
Varför valde ni NETZSCH?
"Varumärket NETZSCH har ett gott rykte inom forskningsområdet. Vi läser massor av forskningsartiklar i vårt dagliga arbete, och NETZSCH är det varumärke som oftast förekommer i avsnitten om termogravimetrisk analys i artiklar i forskningstidskrifter.
Dessutom har NETZSCH instrument exakt temperaturkontroll, rampningshastighet och gasmiljö, vilket möjliggjorde effektiva cykliska tester av vårt funktionella material. Baserat på vår begränsade undersökning gav NETZSCH möjlighet till den största provkvantiteten, vilket gav mer stabila eller repeterbara resultat av nedbrytningen av det fasta avfallet."
Vänligen ge ett specifikt exempel på hur ni har använt våra lösningar.
Ett exempel är den termiska nedbrytningen av uttjänta däck.
"I takt med att bilarna blev allt vanligare och den globala däcktillverkningen utvecklades, producerades en betydande mängd uttjänta däck. På grund av sin ekologiska toxicitet och motståndskraft mot nedbrytning kan avfallsdäck utgöra ett hot mot människors hälsa och miljön. Ett lovande sätt att behandla uttjänta däck är PyrolysPyrolys är den termiska nedbrytningen av organiska föreningar i en inert atmosfär.pyrolys, som inte bara minimerar avfallsmängden utan också genererar värdefulla produkter som syngas, eldningsolja och kol. Termogravimetrisk analys (TGA) anses vara en effektiv teknik för att undersöka det termiska beteendet hos PyrolysPyrolys är den termiska nedbrytningen av organiska föreningar i en inert atmosfär.pyrolys av avfallsdäck, inklusive pyrolysreaktionens starttemperatur, sluttemperatur och topptemperatur etc.; detta hjälper oss att förstå pyrolysprocessen och bidrar till pyrolysreaktordesign och processoptimering. TGA-experimenten utfördes med hjälp av en NETZSCH STA 2500 och en NETZSCH STA 449 F3 . Ca 6 mg råmaterial lades i enkeramisk degel av Al2O3och upphettades från rumstemperatur till 600°C med tre upphettningshastigheter på 10, 20 och 30°C-min-1. Kväve användes som bärgas med en flödeshastighet på 200 ml-min-1."
Det termiska nedbrytningsbeteendet för avfallsdäck visas i figur 1. Det är tydligt att den huvudsakliga pyrolysreaktionen för avfallsdäck skedde inom temperaturintervallet 200°C till 500°C med en massförlust på 64%. Två toppar observerades i DTG-kurvorna, belägna i temperaturintervallen 300°C ~ 410°C och 410°C ~ 450°C, vilket motsvarade nedbrytningen av huvudkomponenten i avfallsdäck, naturgummi och syntetiskt gummi. När uppvärmningshastigheten ökar uppvisar pyrolysreaktionens starttemperatur(Ts), temperaturen som motsvarar den maximala viktförlusten(Tmax) och pyrolysreaktionens sluttemperatur(Te) alla en ökande trend (tabell 1).
Tabell 1. Pyrolysegenskaper. Pyrolysegenskaper; parametrar för PyrolysPyrolys är den termiska nedbrytningen av organiska föreningar i en inert atmosfär.pyrolys av avfallsdäck vid tre olika uppvärmningshastigheter
Uppvärmningshastighet (◦C-min-1) | Ts(◦C) | Tmax(◦C) | Te(◦C) |
10 | 288 | 375 | 524 |
20 | 298 | 388 | 530 |
30 | 308 | 395 | 544 |
CaO-baserade sorbenter har breda användningsmöjligheter inom kolavskiljning före förbränning. I en typisk ångreformeringsreaktion för vätgasproduktion kan tillsats av CaO-baserade sorbenter avlägsna denCO2 som genereras in situ, bryta den termodynamiska jämvikten och öka reaktionens drivkraft, vilket förskjuter reaktionen mot vätgasproduktion. Detta förbättrar koncentrationen och utbytet avH2. På grund av deras tendens att sintra är det dock nödvändigt att tillsätta inerta stabilisatorer som har en hög Tamman-temperatur.
Ca-baseradeCO2-absorbenter kräver vanligtvis studier av viktförändringar under karbonatiserings- och kalcineringsreaktioner under N2- ellerCO2-atmosfärer vid höga temperaturer (650°C-850°C) för att återspegla materialetsCO2-adsorptionsprestanda och adsorptionskinetik. I den här studien blandades stålslagg och kalksten för att framställa stålslaggsbaserade sorbenter. Vi testade adsorptionsförmågan hos de stålslaggsbaserade sorbenterna med hjälp av TGA (NETZSCH STA 449 F5 ).
Resultaten är som följer:
"Som framgår av figur 2 minskaradsorptionskapaciteten för CO2 hos ren CaO snabbt (0,293CO2/g sorbent till 0,097CO2/g sorbent), medan adsorptionskapaciteten hos sorbenten som framställts med en initial syrakoncentration på 2 mol/l visar en betydligt lägre minskningstakt. Dessutom förbättras sorbentens stabilitet i takt med att andelen dopning med stålslagg ökar. De stålslaggsbaserade sorbenterna uppvisar också bättre övergripandeCO2-absorptionsprestanda under 30 cykler. Figur 3 illustrerar också variationen i adsorptionshastigheten. Inledningsvis uppvisar CaO en klar fördel i adsorptionshastigheten. Men i takt med att antalet cykler ökar minskar CaO:s adsorptionshastighet avsevärt och stabiliseras slutligen på en lägre nivå. Däremot uppvisar sorbenter som dopats med stålslagg en betydande förbättring, där effekten blir mer uttalad när cykelantalet ökar."
Hur använde du de erhållna resultaten?
" NETZSCH STA 2500 och STA 449 F3 har en mycket noggrann och snabb temperaturreglering. Denna svängande temperaturkontroll är mycket användbar och till stor hjälp vid testning av våra funktionella material för avfallsförgasning.
Med den exakta mätningen med hjälp av NETZSCH -enheterna får vi en tillförlitlig jämförelse av våra förberedda material, vilket inte bara underlättar valet av material utan också ger vägledning eller riktning för förberedelse av funktionella material. Vi har publicerat över 50 forskningsartiklar i tidskrifter som Energy & Environmental Science, Environmental Science & Technology, Chemical Engineering Journal, Fuel Processing Technology, Journal of Cleaner Production etc."
Har du också någon erfarenhet av vår kundsupport och service?
"Ja, och jag skulle vilja säga mer än goda erfarenheter. Mr Haiming Zhang och Ms Shenjun Sheng gav oss obegränsad hjälp innan vi faktiskt köpte NETZSCH instrument. Efter att ha köpt NETZSCH STA 2500 och STA 449 F3 fick vi alltid ett snabbt svar från Shuaitao Zeng när vi hade frågor.
Seminariet den 9 maj 2023 i Dalian var också en fantastisk händelse. Mina studenter och jag fick mycket omfattande, praktisk och användbar information från ingenjörerna och experterna."
Dr. Ji, tack så mycket för denna positiva feedback!
Hur ser du på ditt framtida samarbete med oss? Finns det nya utmaningar som du skulle vilja ta itu med?
"Nästa ämne som jag skulle vilja samarbeta mer med NETZSCH om skulle kunna vara förgasningstest av organiskt avfall genom att tillsätta ånga i TGA-ugnen. Vi har för närvarande inte tillräcklig finansiering för det, men förr eller senare kommer vi att utföra den här typen av tester med tillgänglig finansiering.
Det andra jag skulle vilja ta upp är snabb uppvärmning, som skulle kunna matcha uppvärmningshastigheten i verkliga scenarier. Vi är angelägna om att mäta nedbrytningsbeteendet hos organiskt avfall när det kommer i kontakt med värmebärare i reaktorer. I dessa situationer kan uppvärmningshastigheten nå upp till 102~103 K s-1. Att uppnå denna uppvärmningshastighet med exakt massmätning kommer att vara ett stort revolutionerande steg för avfallshanteringen."
