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Fundación Ciudad de la Energía CIUDEN Ponferrada 9 th to 13 th September 2013 Organised by: Hosted by: CO 2 Compression & Purification Unit Integration in an Oxy-combustion plant

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Fundación Ciudad de la Energía CIUDEN

Ponferrada 9th to 13th September 2013

Organised by: Hosted by:

CO2 Compression & Purification Unit Integration in an Oxy-combustion plant

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

CO2 Compression & Purification Unit Integration in an Oxy-combustion plant

J. Ramosa, M.A. Delgadoa, B. Navarretea, L.A. Lópeza, J. Ovallea

I. Isidorob

F. Lockwoodc

aFundación Ciudad de la Energía – CIUDEN, Spain; b Isolux Corsán, Spain; cAir Liquide, France

CONFIDENTIAL

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction

Results

Boiler & CPU integration

CO2 balance in the CPU

Upcoming activities

Conclusions

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction

Results

Boiler & CPU integration

CO2 balance in the CPU

Upcoming activities

Conclusions

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction (I)

Milestones accomplished with the CPU

OPERATION ≈ 2,500 hours

MACPLUS Project < Mar. ´13

EEPR Project < Dec. ´12

Provisional acceptance < Sep. ´12

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction (II)

The concept of BOILER / CPU integration

BOILER FGR CPU STACK

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction (III) The concept of BOILER / CPU integration

BOILER FGR CPU STACK

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction

Results

Boiler & CPU integration

CO2 balance in the CPU

Upcoming activities

Conclusions

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: boiler & CPU integration (I)

Case study

- 3 mbarg

Closed

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: boiler & CPU integration (II) Normal operation:

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0

5000

10000

15000

20000

25000

Time (12 h)

Flue

gas

flow

in

let C

PU (N

m^3

/h)

Flue

gas

flow

o

utle

t boi

ler (

kg/h

)

Flow boiler outlet before recirculation Flow CPU inlet

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: boiler & CPU integration (III)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Flue

gas

flow

inle

t CPU

(Nm

^3/h

)

Stac

k va

vle

posi

tion

(%)

Time (12 h)

Set point CPU battery limit pressure (mbarg)

CPU batery limit pressure (mbarg)

Stack valve position (%)

Flue gas flow inlet CPU (Nm^3/h)

CPU

bat

tery

lim

it p

ress

ure

(mba

rg)

Normal operation:

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: boiler & CPU integration (IV) CPU trip:

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0

5000

10000

15000

20000

25000

Time

Flue

gas

flow

in

let C

PU

Flue

gas

flow

o

utle

t boi

ler (

kg/h

)

Flow boilet outlet before recirculation Flow CPU inlet

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

CPU trip:

-4

0

4

8

12

Stac

k va

vle

posi

tion

(%)

Time

Stack valve position (%)

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

-4

1

6

11

16

21

26

31

Flue

gas

flow

inle

t CPU

(Nm

^3/h

)

Set point CPU battery limit pressure (mbarg)

CPU battery limit pressure (mbarg)

Flue gas flow inlet CPU (Nm^3/h)

CPU

bat

tery

lim

it p

ress

ure

(mba

rg)

Results: boiler & CPU integration (V)

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction

Results

Boiler & CPU integration

CO2 balance in the CPU

Upcoming activities

Conclusions

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: CO2 balance in the CPU (I) Warm part vs. cold part

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: CO2 balance in the CPU (II)

≈ 7 % (mainly H20)

Warm part

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: CO2 balance in the CPU (III)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

H2O

com

posi

tion

(% v

)

Test Code

H2O inlet scrubber

H20 outlet scrubber

H20 outlet condenser

H2O outlet dryers

≈ 12 %

Nevertheless, the H2O balance indicates...

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: CO2 balance in the CPU (IV)

P < Patm

Air infiltration in the CPU

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Results: CO2 balance in the CPU (V) Air infiltration in the CPU

Delta P (mbarg)

Infiltration percentage (%)

Air infiltration (kg/h)

-100.0

-50.0

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

-64.0 -27.2 -17.2

4 3

3

193 163

120

Delta

P (m

barg

) / In

filtr

atio

n pe

rcen

tage

(%) /

Infil

trat

ion

(kg/

h)

Flow rate of flue gases (Nm^3/h)

4082.5 3392.5 3397.2 Delta P (mbarg) -64.0 -27.2 -17.2 Infiltration percentage (%) 4 3 3 Air infiltration (kg/h) 193 163 120

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Results: CO2 balance in the CPU (VI)

∆P = P2 – P1

Air infiltration in the CPU

P1

P2

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction

Results

Boiler & CPU integration

CO2 balance in the CPU

Upcoming activities

Conclusions

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Upcoming activities

To increase the measurement points for O2 and CO2 across the unit

To characterize scrubber effluents separately from each column

To further analyse and optimise behaviour of the cold part

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Introduction

Results

Boiler & CPU integration

CO2 balance in the CPU

Upcoming activities

Conclusions

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Conclusions

To study other unit configurations

Recovery rate could be further optimised (e.g. limit air ingress, optimise purges,..)

SO2 scrubber has shown to work well, managing the variations in SO2 content upstream

Control philosophy of an integrated plant has been tested succesfully

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

Acknowledgement

Part of the research work presented in this paper is co-financed

by the European Union´s European Energy Programme for

Recovery

(EEPR09 – CCS- COMPOSTILLA Project under the Agreement Number

ENER/SV/323/EEPR 2010/SI2.559733).

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CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013 CIUDEN Ponferrada, 9th – 13th September 2013

THANK YOU VERY MUCH FOR YOUR ATTENTION

For further information, please contact

Miguel Angel Delgado, [email protected]