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Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria. Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2007/08. Combustibili fossili e nucleari. COMBUSTIBILI FOSSILI.

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Presentation Transcript
universit degli studi di perugia facolt di ingegneria

Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria

Corso di Impatto ambientale

Modulo b) Aspetti energetici

prof. ing. Francesco Asdrubali

a.a. 2007/08

Combustibili fossili e nucleari

combustibili fossili
COMBUSTIBILI FOSSILI

In senso stretto andrebbero identificati come combustibili fossili i soli combustibili solidi, generati con processo chimico-fisico di pietrificazione o fossilizzazione

Nella corrente accezione ingegneristica del termini vengono compresi anche gli idrocarburi

- SOLIDI

- LIQUIDI

- GASSOSI

Risorsa non rinnovabile

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CARBONE:

sostanze complesse ad alta massa molecolare di origine organica, contenenti carbonio, idrogeno, azoto, zolfo, ossigeno; minerali quali pirite, argilla, calcite

I carboni fossili derivano da ammassi di piante decomposte sotto elevate pressioni e temperature e grazie all’ausilio di microrganismi speciali

eliminazione di O e H cellulosa, rimane il C

AUTOCTONI

CLASSIFICAZIONE DEI CARBONI

ALLOCTONI

Palustre

Torba Erbacea

Marina

Torbosa

Lignite Xiloide

Picea

Magro

Litantrace

Grasso

Antracite

ETA’

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CLASSIFICAZIONE ASTM
  • CLASSE I carboni antracitici
  • CLASSE II carboni bituminosi
  • CLASSE III carboni sub bituminosi
  • CLASSE IV carboni lignitici

ETA’

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ANALISI DEI CARBONI:

- APPROSSIMATE

(QUALITATIVE/ QUANTITATIVE)

- DI LABORATORIO

volte a determinare il contenuto di acqua, ceneri, componenti volatili, carbonio, H, S, N, O, ecc.

AS MINED appena estratto

AS RECEIVED appena ricevuto

AS BURNT appena bruciato

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Umidità: varia dal 30% e oltre nelle torbe al 5% e meno nelle antraciti;

Ceneri: ricche di silice, allumina, calcio, ferro, sodio, potassio, magnesio. Sono un materiale inerte, ma se hanno punto di fusione inferiore a 1300°C possono formare scorie fluide

Zolfo: di natura organica o inorganica, durante la combustione si trasforma in anidride solforosa

Sostanze volatili: sono i prodotti che si liberano come gas e vapori per riscaldamento dei carboni ad alta temperatura

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SO2

NOx

COMBUSTIONE DEL CARBONE CO

CO2

particolato

ceneri

Preparazione del combustibile

Controllo del particolato, CO; NOx, SOx

Smaltimento ceneri

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TRASPORTO DEL CARBONEMARITTIMOSUL TERRITORIOSLURRYcosti elevatiFERROVIA 130 – 140 L/tCHIATTE 210 – 260 L/tAUTOCARRO 260 – 290 L/tNASTRI TRASP. 150 – 180 L/tSLURRY 180 – 230 L/t

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Idrocarburi Composti da carbonio e idrogenoOrigine: Trasformazione di sostanze organiche di origine animale e vegetale (naftogenesi) raccoltesi in formazioni sedimentarie

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l petrolio greggio si presenta come un liquido viscoso più o meno colorato ed è costituito da una miscela di idrocarburi con piccole percentuali di acqua, composti ossigenati, azotati, e solforati ed impurità quali sabbia

  • Valore del greggio :
  • Costo di trasporto dal luogo di origine
  • Densità
  • Tenore di zolfo
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La densità, si misura in gradi API (American Petroleum Institute), su una scala che va da meno di 10 a oltre 50. Maggiore è il grado API e minore è la densità. Un greggio meno denso viene definito leggero. Su questa base i greggi si dividono in pesanti, con un grado API inferiore a 22, medi tra i 22° e 34° e leggeri da 34 gradi API in poi. I greggi leggeri sono i più pregiati, mentre quelli pesanti sono i meno pregiati.
  • Anche per quanto riguarda il contenuto di zolfo i greggi vengono suddivisi in tre categorie: sweet (zolfo inferiore allo 0,5% del peso), medium sour (tra 0,5% e 1,5%) e sour (maggiore di 1,5%). Un minor contenuto di zolfo è indice di una maggiore qualità del greggio e di un maggior valore
gas naturale miscela di idrocarburi saturi alifatici paraffine
Gas naturale: miscela di idrocarburi saturi alifatici (paraffine)

Metano: gas inodore, incolore, più leggero dell’aria, insolubile in acqua.Temperatura critica: - 82,6 °C;temperatura di ebollizione alla Patm: -161,5°C.

distribuzione di gas naturale in italia
Distribuzione di gas naturale in Italia

Alta pressione: > 0,5 MPa

Media pressione: 0,05-0,5 MPa

Bassa pressione: <0,05 MPa

combustibili nucleari
COMBUSTIBILI NUCLEARI

RADIOATTIVITA’ NATURALE

alcuni nuclei tendono a “decadere”, ossia a trasformarsi in elementi a configurazione più stabile, con emissione di particelle e/o radiazioni

tempo di dimezzamento

Becquerel (Bq) = 1 disintegrazione al secondo

Curie (Ci) 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq

RADIOATTIVITA’ INDOTTA = conferimento di protoni o neutroni

Plutonio non esiste in natura

239

tende a decadere

composizione atomica Uranio naturale

U238 99,274%

U235 0,72% arricchimento dell’Uranio

U234 0,0006%

reazione nucleare di fissione
Reazione nucleare di fissione:

235 U + n 2PF + 2,5 n + 200 MeV

FISSILE subisce direttamente la

MATERIA rezione di fissione

FERTILE può diventare fissile attraverso successive trasformazioni

FISSILE U235, Pu239

U235 92 protoni 143 neutroni

U238 94 protoni 145 neutroni

isotopo più stabile dell’uranio: U238

reazione nucleare di fissione1
Reazione nucleare di fissione:
  • ARRICCHIMENTO URANIO 235
  • Separazione elettromagnetica
  • diffusione in mezzi porosi
  • forza centrifuga
  • NEUTRONI VELOCI generati reazione fissione
  • NEUTRONI LENTI O TERMICI (2-3.000 m/s)
  • rallentati da un moderatore probabilità 200 volte
  • superiore che avvenga la reazione di fissione
  • supercritica + di 1 neutrone
  • Reazione controllata 1 neutrone incontra 1 nucleo fissile
  • sottocritica – di 1 neutrone
reazione nucleare di fissione2
Reazione nucleare di fissione:
  • MODERATORI FORTI arricchimento U235
  • (acqua)
  • MODERATORI DEBOLI va bene contenuto naturale
  • (grafite)
  • ASSORBITORE
  • REFRIGERANTE