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Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria
Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici
prof. ing. Francesco Asdrubalia.a. 2007/08
Combustibili fossili e nucleari
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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
nOHC 5106 eliminazione di O e H cellulosa, rimane il C
AUTOCTONICLASSIFICAZIONE DEI CARBONI
ALLOCTONI
ET
A’
PalustreTorba Erbacea
Marina
TorbosaLignite Xiloide
Picea
MagroLitantrace
GrassoAntracite
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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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Variazione della composizione e delle proprietà del carbone con l’età
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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 MINEDappena estrattoAS RECEIVED appena ricevutoAS 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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Composizione e proprietà dei diversi tipi di carbone
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Combustione a letto fluido
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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 idrogeno
Origine: Trasformazione di sostanze organiche di origine animale e vegetale (naftogenesi) raccoltesi in formazioni sedimentarie
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Giacimenti petroliferi Roccia madre (di natura argillosa)
Roccia serbatoio (porosa)
Roccia di copertura (impermeabile)
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Estrazione del petrolio
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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
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Raffinazione del petrolio
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resa in frazioni leggere: 15-20%resa in frazioni medie: 30-50%gas condensabili: GPL
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Proprietà dei prodotti petroliferi
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Composizione e proprietà dei diversi tipi di combustibili liquidi
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Prezzi del petrolio
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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.
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Proprietà dei combustibili fossili gassosi
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![Page 32: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/32.jpg)
Distribuzione di gas naturale in Europa
![Page 33: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/33.jpg)
Distribuzione di gas naturale in Italia
Alta pressione: > 0,5 MPaMedia pressione: 0,05-0,5 MPaBassa pressione: <0,05 MPa
![Page 34: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/34.jpg)
1986
![Page 35: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/35.jpg)
2006
![Page 36: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/36.jpg)
Il ruolo della rigassificazione
![Page 37: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/37.jpg)
il ruolo crescente del GNL nel mercato internazionale del gas naturale
![Page 38: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/38.jpg)
il ruolo crescente del GNL nel mercato internazionale del gas
naturale
![Page 39: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/39.jpg)
![Page 40: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/40.jpg)
COMBUSTIBILI NUCLEARIRADIOATTIVITA’ 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%
![Page 41: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/41.jpg)
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
![Page 42: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/42.jpg)
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 fissione:
![Page 43: Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062723/56813b2d550346895da3f6e2/html5/thumbnails/43.jpg)
• MODERATORI FORTI arricchimento U235• (acqua)
• MODERATORI DEBOLI va bene contenuto naturale• (grafite)
• ASSORBITORE• REFRIGERANTE
Reazione nucleare di fissione: