Descrizione del modulo "Sviluppo e modellazione dei processi innovativi di conversione di idrocarburi (ET.P03.010.002)"

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  • Descrizione del modulo "Sviluppo e modellazione dei processi innovativi di conversione di idrocarburi (ET.P03.010.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • L'attività trova diretta ricaduta nella crescente richiesta nell'utilizzo di combustibili di basso impatto ambientale (il metano, per esempio) o di vettori energetici intrinsecamente puliti (e l'idrogeno è il primo di questi) prodotti a loro volta con processi \"puliti\". In particolare nell'individuazione di sistemi innovativi per la produzione di idrogeno, essenzialmente per via catalitica così come nella messa a punto di processi di combustione di idrogeno puro e/o in miscela e nella gestione \"sicura\" dei suddetti processi. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'attività riguarda processi chimici industriali innovativi per la produzione di energia e la produzione di idrogeno. Tali studi hanno come obiettivo strategico la sostenibilità e l'intensificazione dei processi chimici industriali. Le tematiche sono le seguenti: -Combustione catalitica in condizioni fuel lean -Combustione catalitica ibrida - Produzione di idrogeno (Combustore catalitico ibrido, dual catalysts, steam reforming) - Combustione MILD. - Studio dell'interazione dinamica fiamma premiscelata-vortice. -Simulazione della propagazione anomala di fiamma premiscelata in presenza di fenomeni di Rapid Phase Transition. -Simulazione del comportamento dinamico ed analisi di stabilità di reattori catalitici e bruciatori domestici innovativi -Foto-reforming. (literal)
Competenze
  • Competenze: -) progettazione, sviluppo e gestione di reattori e processi catalitici in condizioni di alta temperatura e pressione (combustione e ossidazione parziale); -) progettazione, messa a punto ed impiego di reattori di combustione a fluidodinamica controllata (CSTR, PFR) per la caratterizzazione di cinetiche di reazione; -) testing di reazioni catalitiche di ossidazione di idrocarburi, idrogeno e monossido di carbonio in sistemi in flusso e elaborazione matematica e statistica dei risultati; -) sviluppo di modelli matematici avanzati per le simulazioni della fluidodinamica della e cinetica di processi di combustione sia omogenei che eterogenei. Strumentazioni: -) tecniche di diagnostica ottica avanzata (PLLS, PIV, PLIF, termografia IR) per lo studio di processi complessi; -) sistemi di controllo per la gestione dell'alta pressione ; -) strumenti di analisi in continuo di concentrazione di specie gassose; -) server multiprocessori per il calcolo parallelo. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le tematiche di ricerca si rivolgono a gran parte delle aree dei processi produttivi che coinvolgono gli alcani leggeri, sia nel campo della produzione diretta di energia in processi innovativi o comunque alternativi a quelli più consolidati sia in quello della trasformazione in composti a più alto valore aggiunto. In particolare lo sviluppo di sistemi catalitici per la produzione di idrogeno così come il loro utilizzo in impianti di laboratorio trova una diretta ricaduta nel settore delle celle a combustibile, nei processi ed impianti per la produzione di gas di sintesi ed idrogeno nonché nello stadio preliminare di combustione ricca in turbine a gas. Analogamente, lo studio del processo di ossidazione dell'idrogeno e di miscele metano/idrogeno, sia in condizioni tradizionali sia per via catalitica sia in condizioni mild, è di fondamentale importanza per l'utilizzo di questo combustibile nei sistemi di produzione di energia. (literal)
Tecnologie
  • Le competenze tecnico/scientifiche dei gruppi di ricerca interessati da questa commessa maturate nelle attività di carattere teorico/modellistica finora condotte si esplicano nelle seguenti attività: -) realizzazione e valutazione comparativa di prototipi di bruciatori catalitici per applicazioni industriali e domestiche; -) sviluppo di codici di calcolo CFD per la simulazione di processi di combustione turbolenta in condizioni stazionarie e dinamiche, basati sia sull'approccio RANS che sull'approccio più sofisticato LES. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo generale del modulo è quello di vedere accresciute le conoscenze circa le tecnologie di conversione innovativa e sostenibile di idrocarburi leggeri. Ognuna delle linee di attività perseguita riguarda la messa a punto di processi alternativi a quelli esistenti, già sviluppati e commercialmente impiegati, che mirano a produrre energia in maniera pulita o più pulita, oppure alla produzione di composti chimici a maggior valore aggiunto rispetto agli idrocarburi di partenza: syngas, idrogeno puro, olefine. Uno degli scopi principali della ricerca è il miglioramento significativo delle prestazioni dei processi indagati, ma anche la conoscenza scientifica alla base dei limiti intrinseci allo sviluppo commerciale o industriale. I mezzi attraverso i quali gli obiettivi saranno perseguiti sono quelli relativi alla ottimizzazione delle condizioni operative o dei materiali impiegati per confrontare processi differenti e linee di approccio alternative. (literal)
Stato dell'arte
  • Nel quadro dello sviluppo eco-sostenibile dei processi di produzione di energia si inserisce l'attività di ricerca su processi innovativi di conversione di idrocarburi. Tra questi i processi catalitici ed i processi innovativi di combustione flameless (mild) sono alternativi ai processi di combustione tradizionale sia in termini di sicurezza inerente che di impatto ambientale. Nello stesso quadro di riferimento si inseriscono le attività di ricerca sulla produzione di idrogeno attraverso processi ad alta prestazione. Infine, lo sviluppo di tecnologie innovative di produzione di energia in presenza di elevate pressioni parziali di vapor d'acqua e anidride carbonica richiede uno studio ad hoc delle condizioni di sicurezza e dei fenomeni anomali che possono occorrere, quali la Rapid Phase Transition. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le competenze tecnico/scientifiche maturate nella attività sperimentale/modellistica condotta si esplicano nelle seguenti metodologie: -) prove di reazione al variare delle condizioni operative, del tipo di catalizzatore e del tipo di processo in funzione dell'applicazione. Misura delle concentrazioni in uscita di reagenti, prodotti ed inquinanti. Misura dei profili di temperatura nei reattori. -) calcolo parallelo per flussi reattivi complessi (reazioni di combustione omogenee ed eterogenee, fiamme premiscelate). -) identificazione di meccanismi di reazione in reattori a fluidodinamica controllata (CSTR, PFR) per mezzo di tecniche di diagnostica ottica avanzata finalizzate all'identificazione di intermedi di reazione non stabili. (literal)
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