TECNOLOGIE CHIMICHE PER L'INDUSTRIA E LABORATORIO

L’obiettivo del corso è quello di offrire un dettagliato panorama conoscitivo del processo industriale petrolifero in tutti i suoi aspetti peculiari, relativamente alle tecnologie chimiche convenzionali ed innovative di gestione del carbonio e biomasse, in un quadro di metodologie contemporanee di efficienza energetica. Inoltre, il corso pone come obiettivo anche una attività esperienziale di laboratorio, riguardante gli aspetti analitici di controllo della qualità dei prodotti finali e semilavorati a matrice diversificata.

In particolare, il corso si propone di:

- somministrare le conoscenze base del processo industriale petrolifero, integrato con aspetti petrolchimici e di cogenerazione di energia elettrica, in un’ottica di efficientamento energetico;

- approfondire la conoscenza delle materie prime: grezzi e biomasse, dei semilavorati e dei prodotti finiti convenzionali e rinnovabili (Diesel HVO - Hydrotreated Vegetable Oil / SAF – Sustainable Aviation Fuel), con particolare riguardo alla loro produzione ed al controllo qualità; esaminare gli aspetti commerciali, doganali e fiscali legati alla vendita e distribuzione di carburanti e combustibili, con particolare riguardo ai denaturanti;

- approfondire la conoscenza sulla gestione dell’energia ed efficienza energetica nell’industria, con particolare riguardo alle tecnologie di energia rinnovabile come garanti della protezione dell’ambiente;

- introdurre gli elementi base per la conoscenza delle modalità applicative della chimica analitica per il controllo di un processo industriale in relazione alle tecnologie di analisi afferenti e per l’ottimizzazione del ciclo produttivo;

- fornire gli strumenti normativi nazionali/internazionali per la preparazione e messa in atto di un sistema di gestione per la qualità ai fini del raggiungimento dell’ACCREDITAMENTO formale nazionale/internazionale di un laboratorio chimico secondo le prescrizioni di una specifica norma di riferimento (ISO 9001 e UNI CEI EN ISO/IEC 17025);

- progettare e implementare mirate esperienze laboratoriali per campioni a matrice acquosa e idrocarburica, in particolare su biomasse, di tipo manuale e strumentale. Approfondimento di tipo applicativo sulla tecnica cromatografica/gascromatografica. Somministrare le conoscenze di base per la valutazione statistica dei dati ottenuti durante le esperienze analitiche laboratoriali. Ove possibile, offrire la possibilità di visite studio direttamente presso una raffineria.

In particolare, il corso si propone:

per quanto concerne la conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding):

- far conoscere il sistema produttivo del downstream petrolifero, nei suoi articolati aspetti che riguardano il processo, il controllo del processo, e la formulazione dei prodotti finali, garantire il rispetto delle specifiche commerciali, doganali/fiscali, ed ambientali mediante un efficace controllo qualità accreditato secondo uno schema normativo nazionale/internazionale;

- far comprendere la complessità tecnologica impiantistica, le caratteristiche qualitative chimiche e chimico/fisiche dei carburanti e combustibili, le relative metodologie del controllo analitico strumentale e gli elementi normativi prescrittivi per dare seguito all’accreditamento di un laboratorio chimico;

per quanto concerne la capacità di applicare conoscenze e comprensione (applying knowledge and understanding):

- sviluppare e/o migliorare la capacità di riconoscere i principali processi del downstream petroliferi integrati coi processi petrolchimici e cogenerativi cosi da comprendere le dinamiche di controllo ed economicità del sistema produttivo, della verifica analitica manuale e strumentale dei prodotti e della garanzia della qualità finale mediante sia attività laboratoriali specifiche, sia mediante la preparazioni di piani di valutazione delle criticità dei metodi analitici applicati durante le esercitazioni di laboratorio, rispettivamente;

per quanto riguarda l’autonomia di giudizio (making judgements):

- fornire strumenti per stimare le criticità dei processi produttivi, le implicazioni impiantistiche, i prodotti ottenuti sia in termini di proprietà chimiche e chimico/fisiche, sia nella loro commercializzazione;

- fornire strumenti per stimare i procedimenti statistici per la valutazione dei dati analitici ottenuti durante le misure analitiche in laboratorio;

- infine, fornire gli strumenti per la preparazione della documentazione base necessaria per l’implementazione di un sistema per la qualità ai fini dell’accreditamento di un laboratorio chimico;

per quanto concerne le abilità comunicative (communication skills):

- sviluppare e/o migliorare sia l’esposizione scritta riguardo le prove di laboratorio secondo uno schema adottato nella pratica industriale, sia l’esposizione orale delle nozioni acquisite con proprietà di linguaggio tecnico ed analitico;

per quanto concerne le capacità di apprendimento (learning skills):

- saper applicare le conoscenze dei processi produttivi per la loro valutazione e controllo analitico manuale e strumentale;

- saper applicare le conoscenze per valutare e progettare il controllo analitico delle proprietà dei prodotti finiti ai fini della garanzia di qualità;

- saper applicare le conoscenze analitiche e statistiche per l’esecuzione di prove e stimare la variabilità dei dati;

- saper applicare le conoscenze per redigere la documentazione necessaria per l’accreditamento di un laboratorio chimico.

- saper gestire i software di elaborazione dati spettrali ottenuti durante le misure spettrali.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

In questo caso, è auspicabile contattare il docente referente CINAP (Centro per l'inclusione attiva e partecipata) del Dipartimento.

Il corso è strutturato attraverso lezioni teoriche in aula, esperienze di analisi chimiche e chimico/fisiche in laboratorio e  visite di studio presso una raffineria di petrolio a seconda della disponibilità aziendale.

Sono richieste conoscenze base di processi chimici industriali e chimica analitica, per cui esiste propedeuticità col corso di Processi Chimici Industriali ed elementi di impianti, Chimica Analitica 1 e Laboratorio

Frontali in aula: obbligatoria con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CDS in Chimica Industriale

Laboratorio: obbligatoria per almeno il 70 % delle ore previste.

FRONTALI IN AULA

1.       Raffinazione del greggio, sistema integrato di produzione. Caratteristiche della materia prima. Criteri di scelta secondo gli scenari di mercato. Ciclo di raffinazione integrato: schemi a blocchi, descrizione degli impianti (ad integrazione il co-processo), formulazione prodotti finiti, cogenerazione di energia elettrica.

2.       Petrolchimica. Impianti di produzione di intermedi chimici per la formulazione di carburanti: schemi a blocchi, caratteristiche e descrizione impianti. Percorsi alternativi per l’utilizzo della CO2 tramite Reforming a secco del metano. Reforming del gas naturale in gas industrial e prodotti chimici mediante il chemical looping.

3.       Efficientamento energetico e fonti rinnovabili. Efficienza energetica negli impianti di produzione di petrolio. Garantire la protezione dell’ambiente riducendo le emissioni di CO2 e CO con risparmio energetico ed efficienza energetica. La necessità di energia rinnovabile. Confronto di fonti energetiche a basse emissioni di carbonio.

4.       Specifiche prodotti: nazionali ed internazionali; normazione dei combustibili per autotrazione. Origine di una specifica prodotto: iter di redazione e pubblicazione; caratteristiche e interpretazione.

5.       Controllo qualità: prodotti semilavorati, materie prime, prodotti finiti, additivi e denaturanti. Metodologie analitiche per il controllo delle materie prime approvvigionate per il ciclo di raffinazione

integrato, per il controllo dei semilavorati e dei prodotti finiti. Descrizione dei metodi analitici indicati

nelle specifiche prodotto, in termini significato e modalità operative. Caratteristiche degli additivi usati per la formulazione finale dei carburanti con particolare riguardo ai Cold Flow Improvers. Denaturanti fiscali usati per la differenziazione dei carburanti in ragione alla destinazione d’uso.

6.       Biomasse: FAME, SAF, HVO. Materia prima per la produzione di Biodiesel, SAF ed HVO: processo produttivo, caratteristiche ed uso. Pianificazione ottimale di reti di co-combustione di biomassa con sequestro del carbonio basato su biochar, oleochimici industriali da oli da cucina (UCO): vantaggi e sfide per la sostenibilità. Aspetti critici nello sviluppo di sistemi di bioraffinerie sostenibili basati sulla tecnologia bioelettrochimica con cattura di anidride carbonica.

7.       Accreditamento di un laboratorio chimico (integrato). Interpretazione della norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025:2005; esempio di redazione della documentazione a supporto: Manuale della Qualità, Procedure gestionali, Istruzioni tecniche.

8.       Controllo qualità analitica diretta (on line) dei prodotti Metodologie di misura. Strumentazione e controllo e validazione della misura analitica on line.

LABORATORIO, CON VISITA IN CAMPO DI UN LABORATORIO CONTROLLO QUALITA’ DI UNA RAFFINERIA

9.       Sicurezza nei laboratori chimici. Prescrizioni e precauzioni.

10.   Elementi di analisi dei dati sperimentali: controllo statistico della qualità. Errori di misura, accuratezza.

11.   Modalità per la messa a punto di un metodo analitico. Analisi critica di un metodo di misura, approntamento della strumentazione e sperimentazione. Verifica dei dati ottenuti in merito alla ripetibilità espressa. Redazione di una nota tecnica.

12.   Cenni applicativi su Cromatografia e Gascromatografia

13.    Visione e verifica dei metodi di prova per carburanti e combustibili. Visita al Laboratorio chimico controllo qualità di una Raffineria. In particolare, approfondimenti teorici e pratici sulle determinazioni motoristiche CFR (Cooperative Fuel Research).

14.    Esperienze di laboratorio: determinazioni analitiche che riguardano l’acqua, prodotti petroliferi e biomasse / petrolchimici. Relazioni finali sulle esperienze, redatte dagli studenti

1. Slides del docente in formato in formato PDF

   2. Armando canuti, L’ultima acqua, Chiariotti Editore

   3. John R. Taylor, Introduzione all’analisi degli errori, Zanichelli

   4. D.H. Williams I. Fleming, Spectroscopic methods in organic chemistry, McGraw-Hill

   5. Pierluigi Poggi, Tutto Combustibili, Sandit Libri

   6. Carlo Giavarani, Guida allo studio dei processi di raffinazione e petrolchimici, Edizioni

   scientifiche SIDEREA

   7. Sikdar Subhas, Princiotta Frank, Advances in Carbon Management Technologies, Vol.i 1 e 2, CRC Press

   8. Da Silva Neves Marcus Vinicius, Flutt Antonio Felipe, Energy Efficiency in Oil Production, Springer

   9. Dunlap Richard A., Renewable Energy, Springer

   10. Kaya Durmus; Çanka Kiliç Fatma; Öztürk Hasan Hüseyin, Energy Management and Energy Efficiency in Industry, Springer

    

Esame orale con esercitazioni numeriche, verifica delle relazioni di laboratorio, e resoconto scritto sulle visite studio effettuate presso la raffineria, all'occorenza.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

In questo caso, è auspicabile contattare il docente referente CINAP (Centro per l'inclusione attiva e partecipata) del Dipartimento.

Per tutti i contenuti espressi dal corso, sulle esperienze di laboratorio, e sulle visite studio in raffineria se effettuate.