Obiettivi Formativi

Obiettivo del corso di tecnologie per la produzione di energia è quello di far acquisire agli studenti unadeguata conoscenza e comprensione delle problematiche associate alla produzione di carburanti e combustibili a minor impatto ambientale mediante tecniche di raffinazione e di trasformazione chimica (processi di cracking termico e catalitico, reforming catalitico, idrocracking, processi termici e catalitici per la trasformazione di residui) e di far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le nozioni teoriche acquisite, per impostare, analizzare e risolvere problemi attinenti i settori dellingegneria meccanica. Pertanto, alla fine del corso gli studenti dovranno possedere familiarità con i principi dellinnovazione tecnologica dei diversi processi industriali e prodotti di trasformazione di materie prime di origine fossile e di materie prime rinnovabili a carburanti e combustibili e dovranno essere, inoltre, in grado di saper effettuare scelte progettuali autonome inerenti lo sviluppo delle diverse tecnologie e processi proposti. Un ulteriore obiettivo del corso è quello di far acquisire agli studenti adeguata capacità di comunicazione mediante lacquisizione di un linguaggio tecnico-scientifico appropriato, nonchè una mentalità flessibile e una robusta metodologia di studio e lavoro.

Learning Goals

The course of Technologies for energy production aims to provide skills and knowledge on the fundamentals of the production of fuels with lower environmental impact by means of refining and chemical processing techniques ( catalytic crack processes , catalytic reforming , hydrocracking , thermal and catalytic processes for processing of waste). The course also aims to make students able to acquire appropriate study, description and scientific investigation methods and to use properly the technical, graphics and scientific languages of the specific discipline so that to apply independently their knowledge to solve engineering problems with suitable techniques and tools. It also aims to make students able to compare different techniques of transformation of raw materials of fossil origin and of renewable raw materials to fuels, and to apply knowledge and understanding to the design equipment (identification of performance parameters and sizing of facilities, etc.).

Metodi didattici

Il modulo di tecnologie per la produzione di energia è impostato secondo: I) lezioni frontali, durante le quali il docente ricorre spesso allutilizzo di strumenti digitali (proiezione di PPT e filmati); II) esercitazioni sulla risoluzione in classe di problemi numerici (dimensionamento di massima delle apparecchiature, applicazione del modello diffusionale, etc.). Durante la lezione frontale, gli studenti vengono coinvolti con brevi domande sugli argomenti trattati nelle lezioni precedenti. Il docente tiene aggiornati gli studenti sui processi chimici che trovano risalto sugli organi dinformazione e, in relazione al programma svolto, invita gli studenti a proporre soluzioni per affrontare i problemi discussi. È prevista una prova in itinere per valutare l'interesse per la disciplina e il livello di apprendimento degli studenti. Sono, inoltre, previste visite guidate presso stabilimenti industriali di produzione di energia e combustibili.

Teaching Methods

The course of technologies for chemical production, is set according to: i) Lectures; II) exercises on the resolution of problems in class (numeric sizing of equipment abatement contaminants, application of the model circulation, etc.). During the lectures, the students are involved with short questions on the topics covered in previous lessons

Prerequisiti

Fondamenti dei corsi impartiti nella laurea di primo livello. Fisica e chimica (forza gravitazionale, attrito, forza elettrostatica, viscosità, densità e loro dipendenza dalle grandezze fisiche). Conoscenze generali di Cinetica chimica, Fenomeni di trasporto, Idraulica, Termodinamica (Ordine di reazione, Bilanci macroscopici di materia e di calore, Concetto di flusso di materia e di calore, Perdite di carico Trasformazione adiabatica, Gruppi adimensionali, Correlazioni adimensionali, ecc.). Concetti generali di chimica organica

Prerequisites

Fundamentals of the courses taught in the first degree. Physics and chemistry (gravitational force, friction, electrostatic force, viscosity, density and their dependence on physical quantities). General knowledge of chemical kinetics, transport phenomena, hydraulics, thermodynamics (reaction order, macroscopic balances of mass and heat, concept flow of matter and heat, pressure drop adiabatic, dimensionless groups, dimensionless correlations, etc.).

Verifiche dell'apprendimento

Per ciò che concerne le modalità delle prove di verifica intermedie e finali, le attività del modulo di tecnologie per la produzione di energia prevedono alcune fasi di avanzamento. Queste andranno effettuate nelle date e con le modalità che saranno comunicate dal docente (relazioni, test a risposta aperta e multipla). Lesame finale consiste in una prova orale sugli argomenti del programma finalizzata ad accertare le conoscenze acquisite e le capacità di applicarle in maniera critica adoperando un linguaggio tecnico ed un approccio metodologico adeguati.

Assessment

Written audits (at least two with evaluation in thirtieths) during the course consisting in resolution of exercises and questions; Final examination consisting of an oral exam.

Programma del Corso

Introduzione: la questione energetica. Combustibili fossili: generalità Combustione omogenea ed eterogenea, Combustione catalitica per la generazione di energia elettrica. Carbone, caratteristiche generali, usi e riserve. Gas naturale: caratteristiche dei gas-fields, componenti del gas naturale, processi per la produzione di energia. Gas naturale e propano come combustibili. Metodologie alternative per la conversione di gas naturale Petrolio: L'industria di raffineria. Importanza politica ed economica del greggio. Riserve energetiche nel mondo. Storia del petrolio. Caratteristiche e classificazione dei greggi. Produzione del greggio: formazione dei giacimenti, localizzazione dei giacimenti, estrazione. Natura dei giacimenti petroliferi. Distillazione del petrolio ed utilizzazione delle frazioni petrolifere. Schemi di raffinerie integrate. Operazioni di raffineria. Generalità sulla catalisi e sui processi catalitici; crack-catalitico, reforming, idrodesolforazione, idrocracking, alchilazione paraffine/olefine, isomerizzazione paraffine. Trattamento dei residui: coking, visbreaking. Gassificazione dei residui e cicli integrati di gassificazione e produzione di energia elettrica. Carburanti e combustibili: produzione di benzine e gasoli. Impatto ambientale delle benzine. Evoluzione nella formulazione delle benzine, adeguamento delle benzine alle normative a tutela dell'ambiente: il caso USA e il caso Europa. Proprietà delle benzine. Gasoli di nuova formulazione: Marmitte catalitiche di nuova generazione. Carburanti alternativi. Nuovi combustibili: Biocombustibili, etanolo, biodiesel da oli vegetali e da alghe, produzione termochimica di combustibili come il metanolo. Nuovi combustibili: tecnologie di generazione on-board di idrogeno. Celle a combustibile. Processi di produzione dell'idrogeno.

Course Syllabus

Introduction: the refinery industry. Geopolitical and economical importance of oil. Energetic resources. Oil: history. Characteristics and classification of oil. Oil production: field development, localization and identification of fields. Natural gas: characteristics of gas fields, natural gas components. Schemes of integrated refineries. Topping and utilization of oil cuts. Main refinery processes: catalytic cracking, reforming, hydrodesulphurization, hydrocracking, alkylation, isomerization of paraffins. Residue treating: coking, visbreaking. Gasification and integrated cycles of gasification with energy production. Fuels and combustibles: gasoline and gasoil production. New fuels, fuels from renewable raw materials.. Fuel cells: conceptual design and types. On-board generation of hydrogen. Fuels from biomasses and renewable raw materials.