+ All Categories
Home > Documents > Advanced Modeling and Simulation of Integrated … Exergetic analysis of the gasification processes...

Advanced Modeling and Simulation of Integrated … Exergetic analysis of the gasification processes...

Date post: 19-Mar-2018
Category:
Upload: nguyendiep
View: 217 times
Download: 2 times
Share this document with a friend
201
Advanced Modeling and Simulation of Integrated Gasification Combined Cycle Power Plants with CO 2 -capture Von der Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg genehmigte Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing) vorgelegt von Dipl.-Ing. Mathias Rieger geboren am 23.04.1978 in Hoyerswerda Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Meyer, Freiberg Prof. Dr.-Ing. Michael Beckmann, Dresden Tag der Verleihung: 17.04.2014
Transcript

Advanced Modeling and Simulation of

Integrated Gasification Combined Cycle

Power Plants with CO2-capture

Von der Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik

der Technischen Universität Bergakademie Freiberg

genehmigte

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades

Doktor-Ingenieur

(Dr.-Ing)

vorgelegt

von Dipl.-Ing. Mathias Rieger

geboren am 23.04.1978 in Hoyerswerda

Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Meyer, Freiberg

Prof. Dr.-Ing. Michael Beckmann, Dresden

Tag der Verleihung: 17.04.2014

 

II 

Versicherung 

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit ohne unzulässige Hilfe Drit‐

ter und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe; 

die  aus  fremden Quellen  direkt  oder  indirekt  übernommenen Gedanken  sind  als 

solche kenntlich gemacht. 

Bei der Auswahl und Auswertung des Materials sowie bei der Herstellung des Ma‐

nuskripts habe ich Unterstützungsleistungen von folgenden Personen erhalten: 

 

Prof. Dr.‐Ing Bernd Meyer (Betreuer) 

Dr. Ing. Karsten Riedl (Berechnung der GuD‐Investitionskosten; Appendix I5) 

 

Weitere Personen waren an der Abfassung der vorliegenden Arbeit nicht beteiligt. 

Die Hilfe eines Promotionsberaters habe ich nicht in Anspruch genommen. Weitere 

Personen  haben  von mir  keine  geldwerten Leistungen  für Arbeiten  erhalten,  die 

nicht als solche kenntlich gemacht worden sind. 

Die Arbeit wurde bisher weder im Inland noch im Ausland in gleicher oder ähnli‐

cher Form einer anderen Prüfungsbehörde vorgelegt. 

 

 

 

 

Ort, Datum             Dipl.‐Ing. Mathias Rieger 

   

 

III 

Danksagung 

An dieser Stelle möchte ich all denen danken, die mich auf vielfältige Weise wäh‐

rend meiner Zeit am Institut für Energieverfahrenstechnik‐ und Chemieingenieur‐

wesen der TU Bergakademie Freiberg unterstützten. 

Besonders danken möchte ich Herrn Prof. Dr.‐Ing. Bernd Meyer für die Betreuung 

meiner Dissertation. Das  in mich und meine Arbeitsweise gesetzte Vertrauen so‐

wie die  fortwährende Unterstützung bei der Bewältigung neuer Herausforderun‐

gen  haben meine  persönliche  und  berufliche  Entwicklung  äußerst  positiv  beein‐

flusst. 

Herrn Prof. Dr.‐Ing. Michael Beckmann danke ich für die Übernahme des Zweitgut‐

achtens. 

Meinen ehemaligen Arbeitskollegen Hardy Rauchfuß, Robert Pardemann und Mar‐

tin  Gräbner  danke  ich  für  wertvolle  Hinweise  und  die  jederzeit  kollegiale  und 

freundschaftliche Zusammenarbeit. 

Meinen lieben Eltern danke ich für die immerwährende und selbstlose Unterstüt‐

zung. Die Leistung meiner Eltern kann nicht mit Dankesworten aufgewogen wer‐

den – sie wird mir bestes Beispiel sein, für die Erziehung unserer eigenen Kinder. 

Meiner  lieben  Ehefrau  Franziska  danke  ich  für  die  vielfältige Unterstützung,  das 

Verständnis für meine Arbeit und nicht zuletzt ihre Geduld mit mir. 

 

Table of contents 

IV 

Table of contents 

1  Motivation and objective ............................................................................................ 1 

2  Literature survey ........................................................................................................... 2 

2.1  Plant performance and economics of CC‐IGCC .................................................. 2 

2.2  Optimization approaches for IGCC ......................................................................... 7 

2.3  Critical review .............................................................................................................. 12 

3  Thesis outline................................................................................................................ 15 

4  Modeling and Simulation of sub processes for CC‐IGCC ............................ 16 

4.1  Basis CC‐IGCC configuration .................................................................................. 16 

4.2  Coal gasification system ........................................................................................... 18 

4.2.1  The Shell Coal Gasification Process ..................................................................... 19 

4.2.2  The Siemens gasifier .................................................................................................. 22 

4.2.3  The ConocoPhillips gasifier .................................................................................... 24 

4.2.4  The General Electric coal gasifier ......................................................................... 27 

4.2.5  Modeling and Simulation of the gasification processes ............................. 29 

4.2.6  Exergetic analysis of the gasification processes ............................................ 36 

4.3  Carbon monoxide shift ............................................................................................. 39 

4.3.1  CO‐shift cycle for the Siemens gasifier and the GE‐R .................................. 41 

4.3.2  CO‐shift cycle for the SCGP and the CoP gasifier ........................................... 42 

4.3.3  Modeling and Simulation of the CO‐shift cycle .............................................. 44 

4.4  Acid gas removal, CO2‐compression and sulfur recovery ......................... 46 

4.4.1  Selective acid gas removal and CO2‐compression ........................................ 47 

4.4.2  Sulfur recovery and tail gas treatment .............................................................. 51 

4.4.3  Modeling and Simulation of acid gas removal and treatment ................. 53 

4.5  Gas turbine ..................................................................................................................... 58 

4.5.1  Modeling of the gas turbine process ................................................................... 59 

Table of contents 

4.5.2  Gas turbine process simulation ............................................................................ 61 

4.6  The water‐/steam cycle ........................................................................................... 67 

4.6.1  Modeling and simulation of the water‐/steam cycle ................................... 68 

4.7  Air separation unit ...................................................................................................... 72 

4.7.1  Fundamentals of air separation and process description ......................... 73 

4.7.2  ASU simulation models ............................................................................................. 78 

4.7.3  Simulation of ASU operating scenarios ............................................................. 80 

5  Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts ............................................... 87 

5.1  Benchmark of CC‐IGCCs with different gasifiers ........................................... 87 

5.2  Level of integration between the gas turbine and the ASU ...................... 93 

5.3  IGCC concepts with different carbon retention rates (CRRs) .................. 96 

6  Economic evaluation and optimization .......................................................... 100 

6.1  Economics of CC‐IGCC concepts ........................................................................ 100 

6.2  Optimized IGCC‐concept with enhanced economics ................................ 108 

7  Executive summary ................................................................................................. 112 

 

List of figures 

VI 

List of figures 

Fig. 1  Literature summary for the net efficiency of IGCC‐power plant concepts 

with CO2‐capture .............................................................................................................. 3 

Fig. 2  Literature  summary  for  the  relative  efficiency  of  IGCC‐power  plants 

dependent on the level of air integration of the air separation unit .......... 8 

Fig. 3  Literature  summary  for  the  relative  efficiency  of  IGCC  power  plants 

dependent on the level of nitrogen integration of the air separation unit

 ............................................................................................................................................... 10 

Fig. 4  General process arrangement for the investigated CC‐IGCC ...................... 16 

Fig. 5  Process flow scheme of the SCGP according to [19; 22] ............................... 19 

Fig. 6  Process flow scheme of the Siemens gasifier according to [19; 54] ........ 22 

Fig. 7  Process flow scheme of the CoP gasifier according to [22; 26; 63] ......... 25 

Fig. 8  Process flow scheme of the GE‐R according to [22; 26; 54] ....................... 28 

Fig. 9  Raw gas composition (dry) for different gasifier concepts ......................... 33 

Fig. 10  Specific parameters for different gasifier concepts ........................................ 34 

Fig. 11  Exergetic efficiency of different gasifier concepts .......................................... 38 

Fig. 12  CO‐shift with three reactors for a typical raw gas........................................... 39 

Fig. 13  CO‐shift cycle for a CC‐IGCC with Siemens gasifier ......................................... 41 

Fig. 14  CO‐shift cycle for a CC‐IGCC with SCGP gasifier ............................................... 43 

Fig. 15  Characteristics of the two‐reactor CO‐shift for different raw gases ....... 45 

Fig. 16  Flow  scheme  for  the  AGR  unit  with  refrigeration  plant  and  CO2‐

compressor ....................................................................................................................... 48 

Fig. 17  Flow  scheme  for  the  sulfur  recovery  unit  and  the  tail  gas  treatment 

plant ..................................................................................................................................... 51 

Fig. 18  Calculated solubility of gases in methanol ......................................................... 53 

Fig. 19  Characteristics of the acid gas removal unit ...................................................... 55 

Fig. 20  Flow scheme for the gas turbine in a CC‐IGCC .................................................. 59 

List of figures 

VII 

Fig. 21  Influence of fuel gas dilution and air extraction on gas turbine operation 

at constant compressor flow .................................................................................... 62 

Fig. 22  Influence of fuel gas dilution and air extraction on gas turbine operation 

at controlled compressor flow ................................................................................. 64 

Fig. 23  Flow scheme for the water‐/steam cycle in a CC‐IGCC ................................. 67 

Fig. 24  Q,t – diagram of the heat recovery steam generator ...................................... 69 

Fig. 25  Heat surface area for the HRSG in a CC‐IGCC .................................................... 71 

Fig. 26  Process flow diagram of the low pressure air separation unit .................. 74 

Fig. 27  Equilibrium composition of boiling oxygen‐nitrogen mixtures ................ 76 

Fig. 28  Pressure‐dependent boiling temperatures for nitrogen and oxygen and 

determination of pressure levels for the distillation column of the ASU

 ............................................................................................................................................... 77 

Fig. 29  Vapor  and  liquid  composition  inside  the  low  pressure  column  of  the 

ASU ....................................................................................................................................... 80 

Fig. 30  Auxiliary load distribution of air separation units for a CC‐IGCC ............. 83 

Fig. 31  Specific auxiliary  load consumption of an air  separation unit  for a CC‐

IGCC dependent on the operating pressure of the air separation unit .. 84 

Fig. 32  Evaluation of CC‐IGCCs based on different gasifier concepts ..................... 89 

Fig. 33  Impact of ASU and gas turbine integration on the performance of a CC‐

IGCC ..................................................................................................................................... 94 

Fig. 34  Case study for IGCC‐concepts with different carbon retention rates ..... 97 

Fig. 35  Cost of electricity for IGCC‐concepts with carbon capture ....................... 103 

Fig. 36  Impact of realistic improvements to the cost of electricity (CoE) ......... 104 

Fig. 37  Cost of CO2‐avoidance for a CC‐IGCC .................................................................. 106 

 

List of tables 

VIII 

List of tables 

Table 1  Major differences between some selected studies ............................................ 4 

Table 2  Literature summary for the cost of electricity of CC‐IGCC ............................. 6 

Table 3  Coal analysis (retrieved from [37]) ....................................................................... 29 

Table 4  Specific parameters for the coal preparation and feeding process ......... 30 

Table 5  Boundary conditions for simulation of the coal gasification process ..... 31 

Table 6  Cold gas efficiency for the different gasification processes ........................ 35 

Table 7  Significant process parameters for raw gas shift catalysts ......................... 44 

Table 8  Gas composition after the CO‐shift cycle ............................................................. 46 

Table 9  Boundary conditions for AGR process simulation .......................................... 54 

Table 10  Parameter adjustment for AGR process simulation ....................................... 54 

Table 11  AGR calculation results for different feed gases .............................................. 57 

Table 12  Gas turbine calculation results for different fuel gases ................................ 66 

Table 13  Performance results of water‐/steam cycle simulation ............................... 72 

Table 14  Main differences between the developed ASU‐models ................................. 78 

Table 15  Boundary conditions for ASU simulation ............................................................ 82 

Table 16  Coefficients for calculation of the specific ASU auxiliary load ................... 85 

Table 17  ASU simulation results for the CC‐IGCC based on different gasifiers ..... 86 

Table 18  Performance summary for CC‐IGCC concepts ................................................... 88 

Table 19  Exergy losses related to the exergy input to the CC‐IGCC ............................ 91 

Table 20  Overall project costs for the CC‐IGCC with Siemens gasifier ................... 100 

Table 21  Overall project costs for the CC‐IGCCs with different gasifiers .............. 101 

Table 22  Other boundary conditions for the economic analysis .............................. 102 

Table 23  Capital costs of a CC‐IGCC assigned to the main sub‐systems ................ 108 

Table 24  Performance comparison between IGCC and GCC ....................................... 109 

Table 25  Cost of electricity (CoE) for a GCC concept ...................................................... 110

List of abbreviations 

IX 

List of abbreviations 

AGR        Acid gas removal 

Aheating surface      Heat transfer area of the HRSG heating surfaces 

ASU        Air separation unit 

BFW        Boiler feed water 

C        Carbon content (ultimate analysis) 

CapEx       Capital expenditures 

CC‐IGCC      IGCC with Carbon Capture 

CCPP        Combined cycle power plant 

CCR        Carbon conversion ratio 

Cl        Chlorine content (ultimate analysis) 

CO        Carbon monoxide 

CO2        Carbon dioxide 

CoE        Cost of electricity 

CoECC‐IGCC  Cost of electricity for a CC‐IGCC (including the costs of 

CO2‐avoidance) 

CoEconv  Cost of electricity for a conventional steam power plant 

(including the costs of CO2‐avoidance) 

COORIVA  Project  name  for  the  federal  funded German  research 

project investigating CO2‐reduction through integrated 

gasification and capture 

CoP        ConocoPhillips 

COP  Coefficient of performance for the refrigeration plant at 

the AGR 

COS        Carbonyl sulfide 

CO‐shift      Carbon monoxide conversion 

cp        Specific heat capacity 

List of abbreviations 

CPRH        Condensate preheater 

CRR        Carbon retention rate 

CSC        Convective syngas cooler 

DGAN        Diluent gaseous nitrogen 

Δ H °C  Standard enthalpy of reaction 

Δpcomb  Pressure  loss  due  to  the  gas  turbines  combustion 

chamber 

Δpcomb  Pressure  loss  due  to  the  gas  turbines  combustion 

chamber at reference (design) conditions 

Δtm        Mean logarithmic temperature difference 

Eco        Economizer 

EPRI        Electric Power Research Institute 

eH O  Specific exergy flow of the wet gas 

E   Chemical exergy flow 

E   Exergy flow the coal 

e   Specific exergy flow of the dry gas 

E   Overall exergy flow 

E   Thermomechanical exergy flow 

GAN        Gaseous nitrogen 

GE        General Electric 

GE‐Q        GE gasifier with full water quench 

GE‐R        GE gasifier with radiant cooler and water quench 

GE‐RC  GE gasifier with  radiant  cooler  and  convective  syngas 

cooler 

GOX        Gaseous oxygen 

GSP        Gaskombinat Schwarze Pumpe 

H        Hydrogen content (ultimate analysis) 

List of abbreviations 

XI 

h        Specific enthalpy 

h0        Specific enthalpy at reference state 

H2        Hydrogen 

H2S        Hydrogen sulfide 

HCL        Hydrogen chloride 

HCN        Hydrogen cyanide 

HHV        Higher heating value 

HP GAN      High pressure gaseous nitrogen 

HP        High pressure 

HP‐BFW      High pressure boiler feed water 

HPC        High pressure column 

HP‐steam      High pressure steam 

HRSG        Heat recovery steam generator 

η        Electrical efficiency (net) 

ηex,gasifier      Exergetic efficiency of the coal gasifier 

IEA        International Energy Agency 

IGCC        Integrated Gasification Combined Cycle 

IP‐ BFW      Intermediate pressure boiler feed water 

IP        Intermediate pressure 

IP‐steam      Intermediate pressure steam 

k        Heat transfer coefficient 

KASU,       Specific air integration 

KASU,DGAN      Specific DGAN demand 

KASU,HP GAN      Specific HP GAN demand 

KASU,LP GAN      Specific LP GAN demand 

Lair,int        Level of air integration 

List of abbreviations 

XII 

LHV        Lower heating value 

LHV   Lower heating value of coal 

LP‐ BFW      Low pressure boiler feed water 

LP GAN      Low pressure gaseous nitrogen 

LP        Low pressure 

LPC        Low pressure column 

LP‐steam      Low pressure steam 

MAC        Main air compressor (of the ASU) 

MeOH       Methanol 

MHE        Main heat exchanger 

MIT        Massachusetts Institute of Technology 

m        Mass flow rate 

mH O  Mass flow rate of the wet gas 

m   Mass flow rate of coal 

m , .  Compressor mass flow at reference (design) conditions 

m   Compressor mass flow 

N        Nitrogen content (ultimate analysis) 

N2        Nitrogen 

NETL        National Energy Technology Laboratory 

NH3        Ammonia 

NOx        Nitrogen oxides 

n        Molar flow rate 

nH   Molar  flow  of  H2  in  the  raw  gas  at  the  interface  be‐

tween gasifier and CO‐shift 

nH O  Molar  flow  of H2O  in  the  raw  gas  at  the  interface  be‐

tween gasifier and CO‐shift 

List of abbreviations 

XIII 

n ,       Molar flow rate of carbon (coal input) 

n ,   Molar  flow  rate  of  unconverted  carbon  (gasifier  out‐

put) 

nCO,     Molar  flow  rate  of  carbon monoxide  in  the  converted 

gas (downstream CO‐shift) 

nCO,     Molar flow rate of carbon monoxide in the raw gas (up‐

stream CO‐shift) 

nCO  Molar  flow  of  CO  in  the  raw  gas  at  the  interface  be‐

tween gasifier and CO‐shift 

n   Molar flow rate of the dry gas 

O        Oxygen content (ultimate analysis) 

OPC        Overall project costs 

OpEx        Operational expenditures 

p        Pressure 

p0        Pressure at reference state 

Pel,aux        Electrical auxiliary load 

PASU,   Electrical auxiliary load for the ASU 

PASU,   Specific electrical auxiliary load for the ASU 

P ,AGR/SRU/TGT  Total electrical auxiliary load for the AGR, the SRU and 

the TGT process 

P ,CO   Electrical auxiliary load for the CO2‐compressor 

P ,     Electrical  auxiliary  load  for  the  refrigeration  plant 

(AGR) 

P   , .  Gas turbine power output (gross) at reference (design) 

conditions 

P     Gas turbine power output (gross) 

preactor        Pressure in the gasification reactor 

List of abbreviations 

XIV 

PRENFLO      Pressurized entrained flow 

πturb        Pressure ratio of the gas turbines turbine section 

πturb,ref  Pressure  ratio  of  the  gas  turbines  turbine  section  at 

reference (design) conditions 

Q        Heat flow 

Qcooling screen      Heat flow through the gasifiers cooling screen 

Q ,LHV      Heat flow of coal based on the LHV 

Q ,     Heat  flow  at  the  evaporator  of  the  refrigeration  plant 

(AGR) 

R        Universal gas constant 

RC        Radiant cooler 

s        Specific entropy 

S        Sulfur  

s0        Specific entropy at reference state 

SCGP        Shell Coal Gasification Process 

SlurryH2O frac      Water faction within the coal/water slurry 

SO2        Sulfur dioxide 

SRU        Sulfur recovery unit 

Σ E   Sum of exergy efforts 

Σ E   Sum of exergy losses 

t        Temperature 

t0        Temperature at reference state 

t , .  Blade (surface) temperature at reference (design) con‐

ditions 

t   Blade (surface) temperature 

TGT        Tail gas treatment 

List of abbreviations 

XV 

t   , .  Hot  gas  temperature  before  cooling  air  admixture  at 

reference (design) conditions 

t     Hot gas temperature before cooling air admixture 

TIT        Turbine inlet temperature 

TIT .  Turbine inlet temperature at reference (design) condi‐

tions 

treactor  Temperature in the gasification reactor 

Vexhaust gas  Volumetric  flow  of  exhaust  gas  that  is  not  fed  to  the 

gasification reactor 

VHP GAN       Volumetric flow of HP GAN 

VLP GAN       Volumetric flow of LP GAN 

VH CO      Volumetric flow of H2 and CO 

V ,ASU      Air demand (volumetric flow) of the ASU 

VDGAN        Demand of DGAN (volumetric flow) 

VGOX        Volumetric flow of GOX 

VGOX        Volumetric flow of GOX produced by the ASU 

VGT  .       Volumetric flow of extraction air from the gas turbine 

VHP GAN      Demand of HP GAN (volumetric flow) 

VLP GAN      Demand of LP GAN (volumetric flow) 

 

Motivation and objective 

1 Motivation and objective 

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plants with CO2‐capture are 

widely  expected  as  the  silver  bullet  towards  CO2‐lean  power  generation  and  the 

combined chemical and energetic utilization of fossil fuels [24; 34; 52]. 

Despite of often published thermodynamic benefits (higher efficiency than conven‐

tional  pulverized  coal  fired  power  plants)  and  technological  advantages  (almost 

zero‐emission of carbon dioxide, particles and mercury‐, sulfur‐, chlorine‐ or bro‐

mine compounds, etc.) IGCC could not yet be established on the power generation 

market. 

Nevertheless, IGCC power plants with Carbon Capture (CC‐IGCC) offer a promising 

alternative for a considerable reduction of greenhouse gas emissions. 

The  complex  correlations  within  and  between  the  individual  sub‐processes  and 

their impact on plant operation, performance and economics are so far inadequate‐

ly described and partially misunderstood or even underestimated. 

A  lot  of  international  studies  do not  show more  than  an  assembly  of  calculation 

results with a superficial description of individual sub‐processes and for the most 

part an overall concept optimization is missing. 

The objective of this thesis is an extensive description of the correlations in some 

of the most crucial sub‐processes for hard coal fired CC‐IGCC and their influence on 

overall plant operation, performance and economics. 

The development and description of simulation models for CC‐IGCC sub‐processes 

will clarify the most important coherences. The generated findings point out ther‐

modynamic  and  economic  potentials  as well  as  operational  limits  and  therefore 

provide  the  basis  for  future  concept  optimization  and  engineering  development 

directions. 

The derived conclusions and evaluations are helpful and necessary both for engi‐

neering  companies  and  electric  utilities  either  for  technological  and  operational 

purposes or for investment and strategy decisions. 

 

Literature survey 

2 Literature survey 

Fossil  fuels  and  especially  coals  are  broadly  anticipated  to  play  a  dominant  role 

within  the  future  power  generation  market  worldwide  [3;  30].  CO2‐emmissions 

that are inherently connected with conventional coal usage and their potential in‐

fluence on the global climate are the key factor for the development of coal based 

CO2‐lean  power  generation  concepts.  In  this  context  CC‐IGCC  power  plants  are 

considered to be a promising alternative.  

A  great  number  of  international  studies  investigated  the  expected  IGCC‐

performance and IGCC‐economics. The objective of the present literature survey is 

the analysis and assessment of study results for CC‐IGCC. 

2.1 Plant performance and economics of CC­IGCC 

Performance  data  for  CC‐IGCC  concepts  are  extracted  from  Holt (2000) [24], 

Holt (2002) [25],  Chen  and  Rubin [6],  Chiesa  et  al. [7],  Cormos [8],  Descamps  et 

al. [9],  Gräbner  et  al. [20],  Huang  et  al. [29],  IEA [31],  Katzer [34],  Klara  and 

Plunkett [36],  Kunze  and  Spliethoff [39],  Martelli  et  al. [43]  and  NETL (2002‐

2010) [45‐47]. 

Fig. 1 shows the efficiency of  the  investigated IGCC‐concepts allocated to  four  in‐

dustrial coal gasifier types as there are: 

- The Shell Coal Gasification Process (SCGP), 

- The Siemens gasifier, 

- The ConocoPillips (CoP) gasifier and 

- The General Electric (GE) gasifier. 

The latter type is commercially available in three configurations: 

- With full water quench (GE‐Q), 

- With radiant cooler and convective syngas cooler (GE‐RC) and  

- With radiant cooler and water quench (GE‐R). 

Referring to this, distinctions are also made in the figure. 

 

Literature survey 

Moreover, Fig. 1 provides some information about the coal‐feedstock for which the 

different  IGCC‐concepts have been developed. These coals can all be classified as 

bituminous. The coal moisture content varies between 5 and 13 % and the lower 

heating value between 25 and 30 MJ/kg. Therefore the concepts are comparable. 

 

Fig. 1 Literature summary for the net efficiency of IGCC‐power plant concepts 

with CO2‐capture 

As it can be seen in Fig. 1 there is a high fluctuation for the expected net efficiency 

even for IGCC‐concepts with the same gasifier type. 

For a few selected studies, Table 1 provides some explanation where the observed 

performance differences arise from. 

Literature survey 

Table 1 Major differences between some selected studies 

study  Chiesa 

et al. [7] 

Huang 

et al. [29] 

Cormos 

 [8] 

NETL(2010)  

[47] 

Gasifier type  GE‐RC  GE‐RC  CoP  CoP 

Gas  turbine  power [MW] 

294  286  334  2 x 232 

IGCC Gross output [MW]  503  523  528  704 

Auxiliary load [MW]  120  129  115  190 

IGCC Net output [MW]  383  394  414  514 

Coal Input [MW (LHV‐based)] 

978  1271  1127  1577 

IGCC Gross efficiency [% (LHV based)] 

51.4  41.2  46.9  44.6 

IGCC Net efficiency [% (LHV based)] 

39.1  31.0  36.7  32.6 

Gas turbine efficiency [%] a) 

39  39  39  39 

Gas turbine fuel [MW] b)  753  733  856  2 x 595 

Efficiency  of  fuel  gas generation [MW] c) 

77  58  76  75 

a) assumed gas turbine efficiency b) calculated as follows: Gas turbine power / Assumed gas turbine efficiency c) calculated as follows: Gas turbine fuel / Coal input 

 

By comparing the study results of Chiesa et al. [7] and Huang et al. [29], both inves‐

tigating an almost identical IGCC‐concept based on the GE‐RC, the following can be 

noted: Although  the  gas  turbine power  output  and  the  selected  technologies  are 

approximately  the  same,  the  efficiency  of  the  gas  generation part  (conversion of 

coal to gas turbine fuel) differs by about 20 %‐points when for both concepts the 

Literature survey 

same  gas  turbine  efficiency  is  assumed.  This  fact  indicates  that  both  studies  use 

greatly different modeling assumptions for the gas generation part. 

In  contrast,  the  studies  conducted by Cormos [8] and NETL  (2010) [47], both  in‐

vestigating  an  IGCC‐concept  based  on  the  CoP  gasifier,  seem  to  use  almost  the 

same modeling assumptions for it (as there is no big difference at the efficiency of 

the gas generation part). However,  the net‐performance difference of about 4 %‐

points  is due to disparities at the auxiliary load calculation and at the chosen gas 

turbine class (F‐class and G‐class). 

With respect to a comparison of all  four major gasifier types, only the study con‐

ducted by Cormos [8] can be considered. Therein CC‐IGCC concepts are investigat‐

ed  for  all mentioned  gasifiers  on  a  common  basis,  so  that  a  realistic  technology 

comparison  can be  conducted. According  to  this  study,  the highest net  efficiency 

can be achieved using the SCGP followed by the CoP gasifier: However, a fairly high 

difference  to  the  absolute  performance  data  provided  by  the  engineering  based 

studies as for instance IEA [31], Gräbner et al. [20] or the NETL‐studies [45‐47] is 

noted. Moreover,  the mentioned NETL‐studies  identify an IGCC‐concept based on 

the GE‐R as superior to a concept with CoP gasifier or SCGP. 

 

   

Literature survey 

The economic  analysis of CC‐IGCC  concepts  (Table 2)  shows a quite diverse pat‐

tern. 

Table 2 Literature summary for the cost of electricity of CC‐IGCC 

Gasifier type  Cost of electricity (CoE)  Published   Reference 

GE‐Q  60 $/MWh  2002  [45] 

GE‐Q  56 €/MWh  2003  [31] 

GE‐Q  96 $/MWh  2009  [6] 

GE‐RC  69 $/MWh  2008  [29] 

GE‐R  103 $/MWh  2007  [46] 

GE‐R  106 $/MWh  2010  [36] 

GE‐R  106 $/MWh  2010  [47] 

SCGP  63 €/MWh  2003  [31] 

SCGP  110 $/MWh  2007  [46] 

SCGP  68 $/MWh  2008  [29] 

SCGP  97 $/MWh  2009  [43] 

SCGP  119 $/MWh  2010  [47] 

CoP  56 $/MWh  2000  [24] 

CoP  106 $/MWh  2007  [46] 

CoP  110 $/MWh  2010  [47] 

 

As shown in Table 2, the cost of electricity (CoE) for a CC‐IGCC was assumed to be 

in the range of about 60 $/MWh in the years between 2000 and 2003. At the end of 

this decade, the CoE was almost doubled up to more than 105 $/MWh. 

For example, the CoE for a CC‐IGCC based on the CoP gasifier varies greatly from 

56 $/MWh [24] in the year 2000 to 110 $/MWh [47] ten years later. 

   

Literature survey 

This increase is mainly caused by three facts, which can be illustrated by a compar‐

ison of the two last‐mentioned studies (in each case for the IGCC based on the CoP 

gasifier): 

1. The tremendous rise of capital costs of more than 140 % 

2. The increase of fuel cost by about 30 % 

3. The reduction of the expected net efficiency by about 8 %‐points 

2.2 Optimization approaches for IGCC 

Most of the optimization approaches for IGCC‐concepts were focused on the inves‐

tigation of the integration influence between the gas turbine and the air separation 

unit (ASU).  The  technological  need  for  ASU‐integration  is  described  in  detail  by 

Smith [57] or Farina and Bressan [13].  

In  general,  it  has  to  be  distinguished  between  air‐  and  nitrogen  integration.  The 

level of air integration stands for the amount of gas turbine extraction air in rela‐

tion to the air demand of the ASU. A level of 50 % means that half of the ASUs air 

demand is extracted as compressed air out of the gas turbine. The remaining 50 % 

have to be compressed by the main air compressor (MAC) of the ASU. The nitrogen 

that is generated at the ASU can be admixed to the hydrogen rich gas for the pur‐

pose of NOx‐reduction and to stabilize combustion. Hence, the amount of admixed 

nitrogen in relation to the produced nitrogen flow is expressed by the level of ni‐

trogen integration. 

Fig. 2 summarizes the relative efficiency for IGCC‐concepts dependent on the level 

of air integration for different nitrogen integration rates. 

Literature survey 

 

Fig. 2 Literature summary for the relative efficiency of IGCC‐power plants de‐

pendent on the level of air integration of the air separation unit 

Each of the considered studies gives a clear statement concerning the relation be‐

tween  the  efficiency  and  the  level  of  air  integration.  However,  taken  a  general 

view (Fig. 2), these results are partly opposed to each other. Therefore, some of the 

studies shall be analyzed in more detail: 

1. Different air‐integration ratios; cases without nitrogen integration 

Frey and Zhu [16] and Wang et al. [64] for instance conclude that the maximum 

IGCC‐efficiency appears at zero air integration and falls at increasing air extrac‐

tion rates. The gradient of the relative efficiency is in both cases almost linear, 

but with a quite different slope. 

Frey and Zhu [16] investigated different integration options for an IGCC with‐

out carbon capture, based on the GE‐RC. At decreasing air extraction rates, the 

compressor inlet flow of the gas turbine was reduced in order to keep the tur‐

bines  exhaust  gas  flow  constant.  For  the  ASU,  two  different  pressure  levels 

(5 bar  and  10‐15 bar)  were  investigated.  The  highest  IGCC‐efficiencies  were 

Literature survey 

always achieved with the low pressure ASU. It was found that air compression 

in the MAC is more efficient than in the gas turbines compressor since the latter 

requires air expansion down to the ASUs operating pressure. 

The study conducted by Wang et al. [64] almost used the same approach, but 

only a low‐pressure ASU and not a high‐pressure ASU was considered. External 

air compression in the MAC was also found more efficient than in the gas tur‐

bine compressor; however the differences between full and zero air integration 

were not as broad as found by Frey and Zhu [16]. 

In  contrast  to  the  above  summarized  articles,  Cormos [8]  for  example  pub‐

lished directly opposed characteristics. The author investigated different air in‐

tegration levels for an IGCC with carbon capture, based on the Siemens gasifier. 

Within this study, it was found that the IGCC‐efficiency reaches its maximum at 

100 % air integration and falls almost linear with decreasing air integration ra‐

tios. The quite low auxiliary load of the ASU indicates that excess nitrogen was 

not admixed to the hydrogen rich fuel before combustion in the gas turbine. 

As  expected,  the gas  turbine power output  increases  at  falling air  integration 

levels. But surprisingly,  the steam turbine power output  falls at an  increasing 

gas turbine output. This is not typical for combined cycle processes – an expla‐

nation for this behavior would have been helpful, but was not provided by the 

author.  Moreover,  it  is  not  clear,  why  the  power  output  of  the  air  expander 

(which  expands  the  gas  turbine  extraction  air  to  the  required ASU  operating 

pressure) keeps at a constant value at different air extraction rates. 

 

2. Different air‐integration ratios; cases with full nitrogen integration 

Frey and Zhu [16] and Wang et al. [64] also investigated the impact of air inte‐

gration to the IGCC efficiency at full nitrogen integration levels. 

Frey and Zhu [16] came to the result that the highest IGCC‐efficiency again can 

be achieved at zero air integration. In contrast to the analysis without nitrogen 

integration, the concepts with a high pressure ASU are always found superior 

to those with a low‐pressure ASU. This is a consequence of the higher product 

(essentially nitrogen) pressure which can be achieved at ASUs that operate at 

an elevated pressure. The higher product pressure reduces the pressure ratio 

for nitrogen compression and therefore the specific work for compression. 

Literature survey 

10 

Wang et al. [64] identifies a slight efficiency maximum at a level of 50 % air in‐

tegration upon a sharp efficiency increase between zero and 50 % air‐side in‐

tegration. Unfortunately, this study only presents the results – an explanation is 

missing, so that one can only speculate about the reasons of this behavior: The 

gas turbine power output has a clear maximum at 50 % air integration and de‐

creases with almost the same slope to both sides of this value. The decrease of 

gas turbine power in the range between 50 and 100 % air integration is due to 

the  decreasing  flow  through  the  turbine.  The  reason  for  power  decrease  be‐

neath 50 % air integration is not clear. If the gas turbine would have reached its 

maximum flow or mechanical limit, a constant power output from 50 % down 

to zero air integration would have been expected. 

 

Fig. 3 Literature summary for the relative efficiency of IGCC power plants de‐

pendent on the level of nitrogen integration of the air separation unit 

   

Literature survey 

11 

3. Different nitrogen‐integration ratios; cases without air integration 

Again Frey and Zhu [16] and Wang et al. [64] investigated these scenarios and 

got to opposed results: The former study claims that the highest efficiency can 

be expected at full nitrogen integration. Due to the application of two different 

ASU pressure‐concepts, the following could be observed: 

Elevated‐pressure ASUs are superior to conventional low‐pressure ASUs when 

the level of nitrogen integration exceeds the 50 % line. The change of the ASU 

pressure‐concept  is  indicated  by  the  discontinuity  of  the  respective  graph  in 

Fig. 3. 

In contrast, Wang et al. [64] reports an almost constant efficiency between zero 

and 30 % nitrogen integration. From there on a sharp efficiency decrease with 

a steady slope is shown for increasing nitrogen integration rates. The used gas 

turbine  has  its  power maximum  at  30 %  nitrogen  integration.  Again,  the  gas 

turbine power output decreases with almost the same slope to both sides of the 

maximum. Same as mentioned above, the missing background information for 

the  gas  turbines  operating  behavior  complicates  the  confirmability  of  the  re‐

sults. 

4. Different nitrogen‐integration ratios; cases with full air integration 

The publications of Lee et  al.  [42] and Wang et  al. [64] present  contradictory 

results. 

Wang et  al. [64]  reports a  slight maximum at  zero nitrogen  integration and a 

small  efficiency decrease with  a  rising nitrogen  integration  rate. The  gas  tur‐

bine power output increases continuously over the complete range. So it is as‐

sumed,  that  the  gas  turbine  does  not  reach  its  full  capacity  with  the  given 

100 % air integration. 

The  analysis  presented by  Lee  et  al.  [42]  stands  out  due  to  the  sophisticated 

modeling  of  the  gas  turbines  operating  behavior.  Amongst  others,  this  is 

achieved by using a compressor map and the consideration of the compressor 

surge margin as well as the firing temperature. So the authors came to the re‐

sult that the IGCC‐power output increases more rapidly than the fuel consump‐

tion at increasing nitrogen integration rates. Consequently, the IGCC‐efficiency 

increases in this direction, too. 

   

Literature survey 

12 

A few studies investigate the CO2‐capture rate as an optimization parameter. Chen 

and Rubin [6] report that a CO2‐capture rate of 90 % yields to the lowest costs of 

CO2‐avoidance.  Descamps  et  al. [9]  vary  the  CO2‐capture  rate  for  a  CC‐IGCC  be‐

tween 80 and 98 % and identify the highest efficiency at 80 % CO2‐capture, which 

is reported to be 7.5 % higher than the efficiency at 98 % CO2‐capture. 

An IGCC concept with 60 % CO2‐capture is compared to an IGCC‐concept with 80 % 

CO2‐capture by Ordorica‐Garcia et al. [49], where an efficiency advantage of about 

4.5 %  and  an  advantage  for  the  CoE  of  about  6.5 %  are  found  for  the  IGCC with 

60 % CO2‐capture.  

 

Future technologies as processes with ion transport membranes, hot gas clean up, 

advanced gas turbines, advanced gasifiers and others that are not defined as prov‐

en  technology  are  disregarded  in  the  literature  survey,  since  the  state  of  the  art 

technology will most likely provide the basis for the first of its kind CC‐IGCC appli‐

cation. 

2.3 Critical review 

As the literature data presented in Chapter 2.1 and 2.2 show either high fluctuation 

(efficiency,  CoE)  or  even  contrary  behavior  (air  and nitrogen  integration)  a  con‐

cluding  assessment of CC‐IGCC  concepts  and optimization  approaches  seems not 

possible yet. 

Moreover, for some study results a high level of uncertainty is assumed since the 

evolutionary history of them cannot be reconstructed [4; 6; 29; 64]. 

The  extensive  studies  conducted  by  the  International  Energy  Agency  (IEA)  [31], 

the  Electric  Power  Research  Institute  (EPRI)  [24;  25]  and  the  National  Energy 

Technology  Laboratory  (NETL)  [45;  46]  have  room  for  improvement  as  process 

modeling is inadequately described. Consequently, the calculation results are hard 

to reconstruct. For this reason the cause determination for the observed data fluc‐

tuation  is  hindered or  even not possible. Also  for Bohm et  al. [2],  Chen  et  al. [6], 

Gräbner et al. [20], Kim et al. [35], Lee et al. [41] and Martelli et al. [43] results as‐

sessment  and  concept  comparison  suffer  from  the  low  level  of modeling  details 

provided. 

Literature survey 

13 

The  study  “The  future  of  coal”  [34]  prepared  by  the  well‐known Massachusetts 

Institute of Technology (MIT) reports a fairly big lack of knowledge with regard to 

process modeling tools and defines this as a major problem for a reliable assess‐

ment  of  complex  power  generation  cycles  as  CC‐IGCC.  Furthermore,  therein  an 

“urgent  need  to  develop  modeling  and  simulation  capability  and  tools”  (ibid,  p. 

103) is stated, as the basis for secure concept comparison. 

The  literature  review  for  IGCC optimization scenarios  reveals a very diverse pic‐

ture. In the following some shortcomings and doubts about the investigated stud‐

ies concerning the ASU‐integration aspect are pointed out: 

- According to Smith [57], the maximum hydrogen content within the gas turbine 

fuel  can  be  realized  at  45‐50 vol. % which means  that  fuel  gas  dilution  below 

this  value  is  not  required.  As  a  consequence  the  investigations  conducted  by 

Frey and Zhu  [16], Farina and Bressan  [13], Lee et al.  [42] and Maurstad  [44] 

concerning the effect of nitrogen dilution have become obsolete. 

- Spliethoff [58] claims that air “integration of 100 % will always yield the maxi‐

mum efficiency” (ibid, p. 612) since the “better compression efficiency of the gas 

turbine  helps  to  reduce  the  energy  demand  for  the  compression  as  a  whole” 

(ibid, p. 611). In contrast to the gas turbine compressor, the main air compres‐

sor (MAC) of the ASU operates with intercooling and pressurizes the air only to 

the necessary pressure level. Hence, the compression efficiency within the MAC 

should be superior to the gas turbine compression. 

- Within the summary of the federal funded German COORIVA‐project, Gräbner et 

al. [20] mentioned  that  the maximum IGCC‐efficiency  is  reached at  full air and 

nitrogen  integration.  Unfortunately,  modeling  and  simulation  details  which 

could have been used to prove this statement are not published. 

- Incomprehensible  conclusions  are  found  in Emun et  al. [10]  as  there  is  stated 

that increasing nitrogen dilution, yields to growth of thermal efficiency, ”due to 

a decrease in the slurry (coal) requirement, as more N2 is used to drive the tur‐

bine” (ibid, p. 335). 

- Wang et  al. [64]  also  presents  only  calculation  results.  Explanations  of  the  es‐

sential gas turbine characteristics as well as information about modeling details 

Literature survey 

14 

fail to appear. Consequently, the reader is forced to speculate about the reasons 

for the presented results. 

- In accordance with Geosits and Schmoe [17]  the maximum IGCC‐efficiency can 

be  reached  at  50 %  air  integration.  However,  no  details  and  boundary  condi‐

tions are presented to prove this statement, but it is mentioned that the gener‐

ated  findings  are  “likely  to  change with  improving  gasification plant, ASU and 

gas turbine performance and,  therefore, should be evaluated  for each project.” 

(ibid, p. 3). 

 

At this point it has to be mentioned that the publications of Frey and Zhu [16] and 

Lee  et  al.  [42]  present  some  good  approaches  that  are  taken  into  consideration 

within  this  thesis.  In  detail,  these  approaches  are  the  investigation  of  different 

ASU‐ pressure levels and the sophisticated modeling of the gas turbines operating 

behavior. 

 

Literature reviewed in terms of the optimum CO2‐capture rate showed the follow‐

ing weak points: 

- The carbon monoxide conversion rate  (CO‐conversion rate) within  the carbon 

monoxide shift (CO‐shift) cycle is varied in Descamps et al. [9] by a change of in‐

termediate pressure (IP) steam supply to the CO‐shift in order to investigate dif‐

ferent CO2‐capture rates. The mentioned approach is not realistic, as the reduc‐

tion of IP‐steam supply primarily causes the catalyst to overheat.  

- There  are  reasonable  doubts  about  the  results  found  by  Ordorica‐Garcia  et 

al. [49] as the calculated auxiliary load share of the acid gas removal (AGR) sys‐

tem differs greatly  from the AGR auxiliary  load share presented within the ex‐

tensive engineering‐based studies as [20] or [31]. 

 

To sum it up, it can be stated that proper process description, modeling and simu‐

lation are often missing within the reviewed literature. Very diverse results have 

been found so that clear tendencies could not be derived. 

 

Thesis outline 

15 

3 Thesis outline 

As a consequence of the literature review, the development and proper description 

of  sophisticated process modeling  tools  for  the major CC‐IGCC sub‐processes are 

defined as one of the main tasks of this thesis. 

More precisely, simulation models for the gasification process, the ASU, the carbon 

monoxide conversion (CO‐shift) cycle, the AGR unit with CO2‐compression, the sul‐

fur recovery unit (SRU), the tail gas treatment (TGT) process, the gas turbine and 

the water steam cycle of the combined cycle power plant (CCPP) are developed. 

Special emphasis is  laid on the substantial description of global coherences in or‐

der to clarify the correlations within and between the individual sub‐processes. So, 

the simulation models are used for instance to investigate the influence of integra‐

tion between the gas turbine and the ASU for a CC‐IGCC. 

Furthermore,  CC‐IGCC  concept  routes  for  four  types  of  industrial  coal 

gasifiers (CoP gasifier, GE‐R, SCGP and Siemens gasifier) are designed and simulat‐

ed using the developed process calculation models, so that a comprehensible tech‐

nology  and  concept  assessment  can  be  conducted.  The  results  of  the  thermody‐

namic calculations provide the basis for an economic evaluation and the analysis of 

critical points. 

The generated findings represent the starting point for CC‐IGCC concept optimiza‐

tion.  Thereby  different  optimization  scenarios  are  investigated  so  that  amongst 

others the thermodynamic and economic influence of the CO2‐capture rate is clari‐

fied. 

Finally, the generated knowledge yields to the development of an advanced gasifi‐

cation based power plant configuration which improves the economic results. 

 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

16 

4 Modeling and Simulation of sub processes for CC­IGCC 

In this chapter the main sub‐processes of CC‐IGCC power plants are investigated in 

detail. For a given overall CC‐IGCC configuration, the individual processes are de‐

scribed and the thermodynamic and technical correlations are clarified extensive‐

ly.  Sophisticated  process  simulation models  are  developed  and  implemented  for 

the simulation of selected scenarios. The generated results are in turn the basis for 

a performance assessment and an illustration of the operating behavior. 

4.1 Basis CC­IGCC configuration 

The basis configuration for the investigated CC‐IGCC concepts includes the typical 

components which  are  necessary  to  achieve  approximately  90 % CO2‐capture  by 

using a hard coal fed gasification process. 

The  chosen  process  arrangement  (simplified  expressed  in Fig.  4)  is  briefly  de‐

scribed in the following. References therefore can be found in [31] or [21]. 

A deepening investigation of the sub‐processes is given in the subsequent chapters. 

 

Fig. 4 General process arrangement for the investigated CC‐IGCC 

Gasifier [2](inclusive coal preparation)

Chapter 4.2

Air separation unit [1]

Chapter 4.7

coal

air

oxygen

rawgas

convertedgas

CO-shift [3](inclusive heat

recovery)

Chapter 4.3

sulfur

carbondioxide

AGR [4]

Chapter 4.4

nitrogen (at dry entry)

SRU + TGT [5]

Chapter 4.4

CLAUSgas

tailgas

cleangas

nitrogen

GTexhaust

flue

AGR … Acid gas removalSRU … Sulfur recovery unitTGT … Tail gas treatmentGT … Gas turbine

Cooling system

[9]

Water treatment

[10]

CO2-compression [6]

Chapter 4.4

LP CO2 IP CO2

Combined Cycle Power Plant (CCPP)

Water steam cycle [8]

Chapter 4.6

Gas turbine [7]

Chapter 4.5

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

17 

The  individual  concepts  for  the  four  different  types  of  gasifiers  somewhat  differ 

however the general layout displays a lot of similarities. 

For the gasification processes with a dry entry system (SCGP and Siemens gasifier) 

the coal  feedstock  is  first grinded, dried and pneumatically pressurized while  for 

the remaining (GE‐R and CoP gasifier) a coal/water slurry is prepared and pressur‐

ized after coal pulverization. The individual coal gasification processes mainly dif‐

fer in matters of reactor cooling and raw gas cooling. 

Downstream  gasification,  the  generated  raw  gas  enters  the  two  stage  (sour  gas) 

CO‐shift unit where  the main part of  the  carbon monoxide  is  catalytic  converted 

with steam to carbon dioxide and hydrogen. As the concept with sour gas shift has 

been found advantageous compared to the sweet shift concept [31], the former has 

been chosen. A good portion of the released reaction heat is recovered for internal 

use as for instance steam generation, quench water preheating or clean gas satura‐

tion.  The  CO‐shift  cycles  also  vary  depending  on  the  gasification  process  as  the 

generated raw gases contain different amounts of steam. 

Leaving  the CO‐shift  cycle,  the  converted  gas  enters  the AGR which  is  a  physical 

absorption unit using methanol as solvent. Hence, the selected AGR‐system should 

show similar characteristics as the industrial Rectisol® process. While the separat‐

ed CO2  is  compressed  to  the desired pressure,  the  sulfur  containing  components 

(mostly H2S and COS) are converted to elementary sulfur within the SRU. For sul‐

fur recovery the CLAUS‐process running on oxygen‐enriched air has been chosen. 

The remaining tail gas is treated in the TGT‐unit and recycled back to the AGR. 

The clean, dry and hydrogen‐rich gas escaping the AGR is then diluted with excess 

nitrogen from the ASU and saturated with steam using low temperature heat from 

the CO‐shift cycle. Nitrogen and steam dilution are necessary operational measures 

in order to realize secure combustion in the gas turbine with low emissions of ni‐

trogen oxides (NOx). 

Finally,  the conditioned fuel gas  is preheated within the water steam cycle of  the 

CCPP  and burned  in  the  gas  turbine  for  electricity  generation  purposes.  The  gas 

turbine exhaust is used for steam generation in the heat recovery steam generator 

(HRSG) of the water steam cycle before it is discharged to the ambient. The gener‐

ated steam is used in a steam turbine for additional electricity production. Moreo‐

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

18 

ver,  the water  steam cycle  of  the CCPP usually  features  a  couple  of  interfaces  to 

other sub‐processes as it operates for instance as heat source (e.g. for solvent re‐

generation within  the AGR)  or  as  a  supplier  of  process  streams  (e.g.  gasification 

agent for the gasifier). 

The ASU acts not directly within the process chain but supplies necessary process 

media  as  gaseous  oxygen  (GOX)  to  the  gasification  process  and  to  the  SRU.  Fur‐

thermore, it also delivers high pressure gaseous nitrogen (HP GAN) and low pres‐

sure gaseous nitrogen (LP GAN) for the pneumatic coal feeding system as well as 

diluent gaseous nitrogen (DGAN) for dilution of the hydrogen rich fuel gas. 

The cooling system and the water treatment section are not investigated in detail 

but are considered for the sake of completeness.  

According to Fig. 4 each subsystem has been numbered in order to advance clarity 

for the interface configuration. 

In  anticipation  of  the  flow  schemes  presented  in  the  following  chapters,  the  no‐

menclature  for  the  process  streams  between  the  individual  sub‐processes  is  ex‐

plained in Appendix A. 

4.2 Coal gasification system 

In  the  following,  four  types  of  industrial  coal  gasifiers  (GE‐R,  CoP  gasifier,  SCGP, 

and Siemens gasifier) are investigated in detail. Simulation models for the individ‐

ual  gasification  processes  are  developed  based  on  fundamental  system  descrip‐

tions. It should be mentioned that the presented process schemes and models do 

not exactly reflect the industrial processes. A couple of assumptions and simplifica‐

tions have been defined in order to realize a comparative study. 

More detailed information concerning the gasification systems can be found in [19; 

22; 54] where especially the boundary conditions for process modeling and simu‐

lation are taken from. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

19 

4.2.1 The Shell Coal Gasification Process 

The Shell Coal Gasification Process (SCGP) and the very similar PRENFLO (Pressur‐

ized  Entrained  Flow)  process  are  oxygen  blown  entrained  flow  gasification  pro‐

cesses with a dry entry system. Between 2002 and 2008 both processes were joint‐

ly merchandized by  Shell  and Uhde  as  SCGP. At  the moment,  both processes  are 

again competing on the market [26]. 

As  illustrated  in Fig. 5  the SCGP can be described as  follows: Raw coal  is grinded 

and dried before pressurization (typically with nitrogen) in a lock hopper system. 

The  gasification  agents  (GOX  and  steam)  are  introduced  to  the  pressurized  coal 

close to the burner entry in the reactor. Usually four burners are applied in an op‐

posite arrangement in order to realize steady fuel supply and ignition as well as an 

enhanced particle residence time through recirculation within the reactor [19]. 

 

Fig. 5 Process flow scheme of the SCGP according to [19; 22]  

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

20 

Coal  gasification  takes  place  at  reactor  temperatures  between 1400  and 1700 °C 

and reactor pressures of 30 to 41 bar. The gasification reactor itself is designed as 

a  vertical  cylindrical  pressure  vessel with  an  integrated membrane wall.  The  re‐

fractory lined membrane wall which protects the pressure vessel from direct radi‐

ation and liquid slag exposure is designed as heating surface for IP‐steam genera‐

tion. Through heat removal by the cooled membrane wall a solid slag  layer is es‐

tablished at the reactor surface and acts as a thermal barrier. Upon the solid layer a 

liquid slag film flows down through a centric hole and drops into a water bath. In 

here  the  slag  immediately  granulates  to  a  glassy material  before  it  is  discharged 

through a lock hopper system which is often supported by a slag crusher unit [22; 

26; 54]. 

The generated raw gas flows upwards and drags some of the molten slag along. A 

cold  recycle gas  is  introduced  immediately above  the  reactor  in order  to  solidify 

the  molten  slag  before  entering  the  heat  recovery  system.  The  amount  and  the 

temperature of the recycle gas are adjusted to ensure complete slag consolidation. 

Depending on the coal and ash properties, the raw gas temperature behind the gas 

quench varies between 700 and 900 °C while the amount of recycle gas is typically 

in  the  same  range  as  the  amount  of  raw gas  leaving  the  overall  gasification  sys‐

tem [19]. 

Downstream the cold gas quench,  the raw gas enters  the convective syngas cool‐

er (CSC) which is typically designed as a water tube boiler. Depending on the indi‐

vidual application,  the CSC may contain economizer,  evaporator and superheater 

surfaces. However, for the cause of simplicity and economics frequently only evap‐

orator  surfaces  are  applied.  Generation  of  high  pressure  steam  (HP‐steam)  and 

intermediate pressure  steam  (IP‐steam)  takes place  in order  to  cool  the  raw gas 

down to approximately 250 °C. The generated IP‐steam is sent to the downstream 

CO‐shift cycle as necessary reaction partner and temperature moderator. The satu‐

rated  HP‐steam  is  superheated  and  expanded  within  the  water/steam  cycle  of 

CCPP. 

Adjacent the CSC,  fly ash removal  is realized by a cyclone (for bulk removal) and 

ceramic candle filters (for fine removal). At  low ash contents  in the coal (< 8 ma.‐

%)  a  fly  ash  recycle has  to be  applied  to  guarantee  a  sufficient  slag  layer  on  the 

membrane wall [11]. The same has to be established when insufficient gasification 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

21 

enlarges  the  carbon  content within  the  fly  ash. Downstream  fly  ash  removal,  the 

recycle  gas  for  the  gas  quench  is  extracted  and  recompressed  in  the  quench  gas 

fan. Final removal of soluble trace compounds as NH3, HCN or HCl is realized by a 

water wash unit. 

The  produced  raw  gas  normally  consists  mainly  of  carbon  monoxide 

(about 60 mol. %) and hydrogen  (about 30 mol. %) and  is virtually  free of higher 

hydrocarbons [22]. Typical for the SCGP are carbon conversion ratios of more than 

98 % and cold gas efficiencies between 80 and 83 % whereby the two parameters 

are defined as follows: 

 

Carbon Conversion Ratio   CCR   1 ‐  ncarbon,unconvertedncarbon, coal          (1) 

 

Cold Gas Efficiency     m raw gas  LHVraw gasm coal  LHVcoal

              (2) 

 

The overall  thermal efficiency which considers the chemical as well as the recov‐

ered thermal energy is specified to about 95 % where the appeared losses accord‐

ing to [54] are made up as follows: 

- 0.8 to 2 % heat loss due to reactor wall losses and slag discharge, 

- 0.2 to 1 % due to unconverted carbon, 

- 2 % heat loss at the heat recovery steam generators.    

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

22 

4.2.2 The Siemens gasifier 

The Siemens gasifier was originally designed for salty brown coal under the name 

GSP  (Gaskombinat Schwarze Pumpe) process  in East Germany  in  the 1980s. The 

developed flow scheme for the subsequent process description is shown in Fig. 6.  

 

Fig. 6 Process flow scheme of the Siemens gasifier according to [19; 54] 

Such as the SCGP, the Siemens gasifier also features a dry coal entry system with a 

milling and drying section and a pneumatic feeding system. In contrast to the SCGP, 

the burners are placed at the top of the reactor so that the direction of flow is in‐

verted. Up to a thermal input of 500 MW one centrally arranged burner that com‐

bines the  ignition and pilot  flame with  the coal dust nozzles  is applied. At higher 

thermal input rates a four‐burner‐design will be applied so that a central pilot and 

ignition burner is surrounded by three coal dust nozzles arranged in a 120 ° offset 

pattern [54]. 

LockHopper

Bunker

Feedervessel

LP GAN1-2-GAN-2

HP GAN1-2-GAN-1

Fuel gas4-2-gas-2

Raw coal0-2-coal-1

Coal milling and drying

Air0-2-air-1

Exhaust gas2-0-eg-1

Gaseous oxygen (GOX)1-2-GOX-1

IP steam 8-2-st-1

IP steam2-8-st-5

Gasifier

GOX Pre-heater

quench

Slag2-0-slag-1

Quench water3-2-wa-2

IP BFW8-2-BFW-1

Coolingscreen

Scrubber 1

Scrubber 2

Partialcondenser

Waste water2-10-ww-1

Make up water10-2-mu-1

LP BFW8-2-BFW-2

LP steam2-8-st-6

Raw gas2-3-gas-1

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

23 

The reactor itself is offered in two different designs: The reactor design with cool‐

ing screen similar to the membrane wall of the SCGP is applied for coals that con‐

tain  a  sufficient  amount of mineral matter  so  that  an  adequate  slag  layer  can be 

established as thermal barrier at the cooling screen. In contrast, a refractory lined 

reactor design is applied for feedstock with low mineral contents. The design with 

a  cooling  screen  is  preferred whenever  possible  since  it  has  demonstrated  long 

term successful operation at high availability rates [54]. Therefore, the refractory 

design is not considered in the following since the observed feedstock contains a 

sufficient amount of mineral matter. 

Caused  by  the  original  design  feedstock  (salty  brown  coal)  the  application  of  a 

convective syngas cooler was a priori excluded since salt deposits on the heating 

surfaces would occur. Different water quench designs were investigated. Of these, 

one configuration has proved reliable operation where the quench water nozzles 

are annularly placed in one single or multiple levels. The quench area is completely 

free of installed equipment in order to avoid fine slag disposal. The granulated slag 

is discharged by a lock hopper system similar the SCGP [54]. The quench water is 

supplied at a temperature of about 200 °C [21] in order to increase the steam con‐

tent within the quenched raw gas. The high steam content in turn is advantageous 

since it avoids or reduces the steam demand for the downstream CO‐shift.  

The saturated raw gas which  leaves the quench section at temperatures between 

170 and 240 °C is routed to a series of two Venturi scrubbers where soluble trace 

compounds  and  fine  particles  are  removed. Downstream  the  scrubbers  a  partial 

condenser cools the raw gas by a few centigrade. Thereby the volatile salt particles 

will be enclosed in the condensed vapor droplets before the raw gas leaves to the 

downstream processes [54]. 

The operating conditions within  the  reaction chamber and  the  raw gas composi‐

tion at the outlet of the gasification zone are very similar to the SCGP. It has to be 

mentioned, that the reaction chamber can be operated at approximately 50 K low‐

er  temperature  than  at  the  SCGP  (at  the  same boundary  conditions).  This differ‐

ence is due to the concurrent flow direction of gas and slag which compensates a 

part of the heat losses. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

24 

Due  to  the water  quench  a  partial  conversion  of  carbon monoxide  and water  to 

hydrogen and carbon dioxide  is reported by Schingnitz and Görz [53] so  that  the 

final raw gas composition should be slightly different compared to the SCGP. 

4.2.3 The ConocoPhillips gasifier 

The ConocoPhillips (CoP) process is a two‐stage entrained flow gasifier where the 

feedstock is introduced to the reactor as coal/water slurry. So far, the CoP technol‐

ogy  has  been  realized  only  once  in  the  Wabash  River  IGCC  power  plant  (Indi‐

ana/USA).  Compared  to  a  dry  entry  system,  the  slurry  feed  is  on  the  one  hand 

mainly beneficial through its less complexity (no lock hoppers and coal dryers) and 

the  unproblematic  feedstock  pressurization  up  to  80 bar [22;  54].  On  the  other 

hand a higher oxygen demand has to be accepted compared to a dry entry system, 

since  the additional  slurry water  fraction has  to be evaporated and heated up  to 

reactor temperature. 

According to Fig. 7 the process can be described as follows: The raw coal is grinded 

by the addition of water to the same particle size as necessary for pulverized coal 

combustion  power  plants.  The  coal/water  suspension  features  a  coal  fraction  of 

about 50 to 70 ma. %. In any case the lowest possible water content has to be as‐

pired  in order  to minimize  the heat  load necessary  for water evaporation within 

the reactor [54]. A slurry composition of about 65 ma. % coal and 35 ma. % water 

counts as  typical  for  the CoP gasifier. Originally a slurry split of 70 % to  the  first 

stage and 30 % to the second stage was envisioned [19]. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

25 

 

Fig. 7 Process flow scheme of the CoP gasifier according to [22; 26; 63]   

After  pressurization  by  the  slurry  pump  the  suspension  is  indirectly  preheated 

with steam and fed together with oxygen to the first stage of the reactor. Here, the 

partial oxidization takes place at temperatures between 1320 and 1500 °C consid‐

ering the ash melting behavior of the individual coal. The two burners are placed 

within  the horizontal cylindrical vessels  in an opposite arrangement. The chosen 

layout of the first stage enables efficient mixing of the reaction partners so that a 

high carbon conversion can be realized [19; 26; 63]. 

The reactor itself is completely refractory lined and can be operated at pressures 

up to 41 bar. The coal ash accumulates as liquid slag at the reactor wall of the first 

stage and is continuously discharged (lock hopper free) after granulation in a wa‐

ter  bath.  Carbon  particles  which  are  discharged  through  the water  bath  are  fed 

back to the slurry preparation after sedimentation [26; 63].  

At  the second stage of  the reactor the remaining coal/water slurry (without oxy‐

gen) is brought into the upwards flowing hot raw gas. Through water evaporation 

and endothermic reactions the raw gas cools down to about 1000 to 1050 °C. The 

second stage therefore acts as a so called chemical quench which is a unique fea‐

ture of the CoP gasifier. Due to the chemical quench the generated raw gas contains 

unconverted carbon and ash. The amount of unconverted carbon increases with a 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

26 

decreasing  coal  reactivity. Therefore  the  actual  slurry  split  ratio of 70/30 % has 

been changed to 80/20 % since the CoP gasifier at the Wabash River IGCC is oper‐

ated on low reactive petrol coke. A higher feed ratio to the second stage would in 

fact  require  an  additional  cyclone  in  front  of  the  convective  syngas  cooler 

(CSC) [19]. 

To ensure the desired quench effect the raw gas passes a residence vessel down‐

stream the reactor [19]. Thereafter the particle loaded gas is cooled down to about 

350 to 400 °C in the CSC which is designed as a vertical fire tube boiler. The gener‐

ated saturated HP‐steam is sent to the CCPP for steam superheating and expansion. 

Downstream the CSC,  final dust removal  takes place  in cyclone and candle  filters 

achieving separation ratios of 99.9. The separated carbon and fly ash is pneumati‐

cally recycled (with nitrogen or syngas) to the first stage slurry [22; 26; 63]. The 

almost dust free raw gas is further cooled down in a low temperature heat recov‐

ery section for low pressure steam (LP‐steam) generation. The generated LP‐steam 

is  also  routed  to  the CCPP  for  superheating  and  expansion. Downstream  the LP‐

CSC approximately 20 % of the raw gas are recycled back to the second stage of the 

gasification  reactor  to  adjust  the  desired  temperature.  The  remaining  raw gas  is 

finally directed to a water wash for removal of soluble trace compounds [46]. 

Due to the slurry entry and the chemical quench the raw gas might contain consid‐

erable amounts of the undesirable components carbon dioxide (about 16 mol. %) 

and methane (about 4.5 mol. %), respectively [46]. On the other hand, these disad‐

vantages  are  partly  compensated  by  an  improved  oxygen  consumption  and  cold 

gas efficiency. In fact, the cold gas efficiency is specified to values between 70 and 

80 %. Further enhancement can be achieved through an increased slurry feed ratio 

to the second stage as described and analyzed by Gräbner [19]. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

27 

4.2.4 The General Electric coal gasifier 

The General Electric coal gasification process is characterized by a completely re‐

fractory lined entrained flow reactor where the feedstock is handled as coal/water 

slurry.  In general, GE offers three technologies which mainly differ  in methods of 

raw gas cooling: 

- The GE gasifier with a full water quench (GE‐Q) 

- The GE gasifier with a radiant and a convective syngas cooler (GE‐RC) 

- The GE gasifier with a radiant cooler and a water quench (GE‐R) 

The latter one combines the reliable water quench with a highly efficient heat re‐

covery  so  that  an  acceptable  performance  penalty  and  a  superior  availability 

(compared  to  the  GE‐RC  layout)  shall  be  achieved.  Therewith  it  is  expected  to 

overcome the problems with fly ash deposits in the convective coolers as observed 

at the GE‐RC in the Tampa Electric Polk Power Station IGCC [28]. 

In  fact,  the  GE‐R  is  the  chosen  technology  for  the  Edwardsport  IGCC which was 

supposed to start commercial operation in 2012 [66]. For this reason, the technol‐

ogy with radiant cooler and water quench is exclusively pursued within this thesis 

for process description as well as for modeling and simulation of the GE gasifier. 

According to Fig. 8 the GE‐R technology can be described as follows: 

The  slurry  preparation  proceeds  in  an  analog manner  as  at  the  CoP  technology 

with a specified solid fraction of about 65 to 74 % [54].  

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

28 

 

Fig. 8 Process flow scheme of the GE‐R according to [22; 26; 54] 

After preheating, the slurry suspension and gaseous oxygen are introduced at the 

top of the reactor so that a downward flow direction is set up. The molten slag ac‐

cumulates at the reactor wall and drops down in a water bath which is placed un‐

derneath the radiant cooler (RC). The duct between the reactor and the RC is de‐

signed in a way that a contact between molten slag and the heating surfaces of the 

RC is avoided. 

As  the  hot  raw  gas  still  contains  sticky  and  corrosive  slag  droplets  it  has  to  be 

cooled down in the RC to a temperature at which the slag loses its adhesive charac‐

ter [54]. Intermediate pressure boiler feed water (BFW) extracted from the CCPP is 

pressurized and fed to the RC where saturated HP‐steam is generated through heat 

exchange with the hot raw gas. Downstream the RC the raw gas is quenched until 

complete saturation using preheated quench water. 

Slurrytank

Raw coal0-2-coal-1

Gaseous oxygen (GOX)1-2-GOX-1

Gasifier

Slag2-0-slag-1

Quench water3-2-wa-2

HP steam2-8-st-4

Scrubber

Make up water10-2-mu-1

Raw gas2-3-gas-1

Coal milling andslurry preparation

Slurry water10-2-wa-1

Slurrypreheater

LP steam8-2-st-2

Condensate2-8-cond-1

Radiantcooler

quench

Lockhopper

Slagscreen

Clarifier

Waste water2-10-ww-1

Solids recycle

GOX Pre-heater

IP steam8-2-st-3

BFWpump

BFW8-2-BFW-5

Refractory

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

29 

As reported by Gräbner [19] only partial carbon conversion of about 90 % per cy‐

cle can be achieved at the given boundary conditions. Therefore the unconverted 

carbon has to be separated from the granulated slag and then fed back to the slurry 

tank. Thus, an overall carbon conversion ratio similar to the other discussed gasifi‐

cation processes can be achieved. 

Finally,  the  raw gas  is  routed  to a  scrubber unit  for  the  removal of  soluble  trace 

components and fine particles before it leaves the gasification unit to the CO‐shift. 

Due  to  the  slurry  entry  the generated  raw gas  contains  considerable  amounts of 

carbon dioxide. This fact and the low carbon conversion are the reasons for a rela‐

tively low cold gas efficiency which is expected in the lower 70 % area [19]. 

4.2.5 Modeling and Simulation of the gasification processes 

A typical world market coal was selected as feedstock for the comparative investi‐

gation. Table 3 shows the appropriate coal analysis. 

Table 3 Coal analysis (retrieved from [37]) 

Parameter  Unit  Value  Parameter  Unit  Value 

Proximate analysis         

Fixed carbon  ma. %  50.15  Moisture  ma. %  5.50 

Volatile mat‐ter 

ma. %  36.98  Ash  ma. %  7.37 

Ultimate analysis         

C  ma. %  72.35  Cl  ma. %  0.05 

H  ma. %  4.97  S  ma. %  2.84 

O  ma. %  5.56  Moisture  ma. %  5.50 

N  ma. %  1.36  Ash  ma. %  7.37 

Heating value (according to DULONG) 

LHV  MJ/kg  29.888  HHV  MJ/kg  31.107

 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

30 

The process simulation models were developed according to the above discussed 

process schemes and descriptions. 

The characteristic parameters for the coal preparation and feeding process as well 

as the electrical auxiliary load strongly depend on the properties of the individual 

feed stock and the chosen systems and machineries. Since this approach demands 

a lot of manufacturer know‐how and experiences, it was decided to use literature 

data in order to receive the same basis for the process evaluation. Table 4 shows 

the corresponding parameters and their related literature sources.  

Table 4 Specific parameters for the coal preparation and feeding process 

Parameter  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

Pel, aux  kWh/tcoal  30a)  [46]  21 [46]  43a) [21]  26 [21] 

VLP GAN  Sm³/Sm³ GOX  ‐  0.16 [21] 

VHP GAN  Sm³/Sm³ GOX  ‐  0.30 [21] 

Vexhaust gas  % of input GAN  ‐  83 [31] 

SlurryH2O‐frac 

ma. %  35 [19]  ‐ 

a) … auxiliary load for recycle gas fan included 

 

Table 5 shows the defined boundary conditions for process simulation. The reactor 

pressures of  the SCGP,  the Siemens gasifier and the CoP gasifier were selected in 

order to supply a gas turbine fuel at an adequate pressure level. At the same time 

the chosen pressure represents the upper end of the nowadays technical possible 

level [22].  Since  the GE  gasification  process  has  been  found more  competitive  at 

higher pressures [31], an elevated gasifier pressure was selected. The gasification 

temperatures were defined in order to keep a sufficient distance to the flow tem‐

perature (about 1300 °C [37]) of the coal ash. The heat losses have been selected in 

accordance to Gräbner [19]. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

31 

Table 5 Boundary conditions for simulation of the coal gasification process 

Parameter  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

preactor  bar  40  60  40   40 

treactor  °C  1450b)/1000c)  1450  1450  1450 

CCR  %  99b)/42c)  90  99.5  99.5 

Wall loss  % of coal heat input 

0.5  1.2  1.0  1.0 

Qcooling screen  ‐  ‐  2.0  2.0 

b) … 1st stage;      c) … 2nd stage 

 

The reactors itself are simulated by setting the reaction equations and the appro‐

priate  temperature  approaches  to  the  equilibrium  state  (refer  to  Appendix  C2) 

which were retrieved from Gräbner [19]. The defined carbon conversion ratios and 

the reactor temperatures are adjusted by the oxygen flow. For the processes with a 

dry entry system, the moderator steam flow represents an additional parameter to 

conform the overall heat balance. Some assumptions that have not been mentioned 

up to now are considered below. 

At the SCGP, about 57 % of the raw gas is recycled so that a temperature of 825 °C 

is  adjusted  at  the  entry  of  the CSC.  Saturated HP‐steam  is  generated  by  raw gas 

cooling assuming a pinch point of 88 K and 2 % heat loss within the CSC. Final raw 

gas  cooling  down  to  274 °C  is  realized  by  IP‐steam  generation with  an  IP  pinch 

point of 10 K. The Pinch point of the HP‐CSC was found in order to provide enough 

heat  to  generate  the  necessary  amount  of  IP‐steam  required  at  the  downstream 

CO‐shift. The pulse gas  flow  for  the ceramic candle  filters  is  fixed at 0.5 % of  the 

raw gas flow (in accordance to Gräbner [19]).  

For the CSC of the CoP gasifier the pinch points were selected to 10 K both for the 

high and the low pressure steam generator. Concerning the heat loss and the pulse 

gas demand, the same conditions were defined as at the SCGP. About 21 % of the 

raw  gas  is  extracted  downstream  the  LP‐CSC  and  recycled  back  to  the  second 

gasifier stage after cooling down to 30 °C. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

32 

Due  to  the water excess within  the raw gas  (caused by  the slurry entry) and the 

realized residence time within the reactor, the gas composition at the GE‐R match‐

es  to  an  equilibrium  temperature  far  below  the  actual  reactor  temperature [19]. 

This temperature has been determined by Gräbner [19] to about 993 °C. It is used 

in the simulation model for calculation of the final raw gas composition by an addi‐

tional equilibrium reactor. Adjacent, the hot raw gas is cooled in the RSC down to 

816 °C  by HP‐steam generation before  final water  quench  cooling down  to  com‐

plete saturation takes place (in accordance to Gräbner [19]). 

The developed CHEMCAD flow sheets and the individual heat and material balanc‐

es for the simulation cases can be found in the Appendixes B2 to B9. For the calcu‐

lation of the thermodynamic properties the Soave‐Redlich‐Kwong equation of state 

was used. 

Fig. 9 shows the calculated raw gas composition for the four different gasifier con‐

cepts.  As  expected,  the  raw  gas  of  the  processes with  a  dry  feed  system  is  very 

similar. There are only slight differences at  the carbon dioxide and nitrogen con‐

tent due to  the partial CO‐conversion during  the water quench and the pulse gas 

for the candle filters respectively. The raw gases of the processes with slurry entry 

look similar whereas the methane content at the CoP case marks the slight differ‐

ence. The noticeable methane content is caused by the relatively low reaction tem‐

perature (about 1000 °C) prevailing at the second gasifier stage of the CoP gasifier. 

Since the methane will slip through the CO‐shift unit and the AGR as well, higher 

CO2‐emissions are expected at the IGCC concept with a CoP gasifier. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

33 

 

Fig. 9 Raw gas composition (dry) for different gasifier concepts 

For evaluation and comparison of the different gasification processes the following parameters have been defined:  

GOX demand   VGOXQcoal,LHV

                                                Sm³ GOXGJ coal

     (3) 

 

Syngas yield  VH2 CO 

Qcoal,LHV                                                 Sm³ H2 CO

GJ coal     (4) 

 

H2 to CO ratio   H2CO

 nH2nCO

                                            ‐        (5) 

 

Steam to CO ratio   H OCO

  H O

CO                                     (6) 

 

The above mentioned parameters are visualized in Fig. 10 for a comparison of the 

different gasifier concepts.  

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

34 

The GAN‐demand for the different processes was not visualized here, since it is an 

input parameter for the simulation as shown in Table 4. 

 

Fig. 10 Specific parameters for different gasifier concepts 

The  second  gasifier  stage  at  the  CoP  process, where  no  additional  oxygen  is  re‐

quired for coal gasification, overcompensates the drawback of the slurry entry so 

that the CoP gasifier exhibits the lowest specific oxygen demand (refer to Fig. 10a). 

The very similar gasification principle of the Siemens gasifier and the SCGP yields 

to the same specific oxygen demand which is roughly 6 % higher than at the CoP 

gasifier.  In contrast,  the GE‐R shows a 14 % higher oxygen demand compared  to 

the Siemens gasifier and the SCGP and a 21 % higher demand as the CoP gasifier, 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

35 

all caused by the incomplete carbon conversion per pass combined with the slurry 

entry system. 

Since the carbon monoxide and hydrogen fraction within the raw gas accumulates 

to more than 90 mol. % at the Siemens gasifier and the SCGP (refer to Fig. 10a), the 

syngas yield shows the highest values out of the four concepts (refer to Fig. 10b). 

Due to the higher carbon dioxide content within the raw gas the syngas yield at the 

GE‐R is 9 % lower than at the aforementioned concepts. The CoP concept shows an 

additional  reduction of  the parameter by about 5 % caused by  the methane  frac‐

tion which does not appear at the other three principles. 

The hydrogen to carbon monoxide ratio of the raw gas shows a value of about 3:4 

for the gasifiers with slurry entry and about 1:2 for the gasifiers with a dry entry 

system (refer to  Fig. 10c). As a consequence the necessary carbon monoxide con‐

version is higher for the latter ones when a common chemical synthesis would be 

considered as downstream process. 

The steam to carbon monoxide ratio illustrated in Fig. 10d indicates a high steam 

content  for  the  raw  gasses  of  the  water  quench  gasifiers  (GE‐R  and  Siemens 

gasifier) and a relatively low steam content for the gasifiers with dry raw gas cool‐

ing (CoP gasifier and SCGP). Consequently, the last mentioned gasifiers will require 

additional  steam  as  reaction  partner  and  temperature  moderator  at  the  down‐

stream CO‐shift while  the  raw gas out of  the GE‐R and Siemens gasifier  contains 

probably enough of it. 

The cold gas efficiency is presented in Table 6 for the observed gasifier concepts. 

As expected the concepts with a dry entry system show superior values compared 

to  the gasifiers with a  slurry entry  system. However,  the  chemical quench at  the 

CoP gasifier yields to a noticeable improvement compared to the GE‐R process. 

Table 6 Cold gas efficiency for the different gasification processes 

Gasifier  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

Cold gas efficiency  78.7 %  72.7 %  80.5 %   80.1 % 

 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

36 

4.2.6 Exergetic analysis of the gasification processes 

The fundamentals of exergetic analyses are extensively described by Fratzscher et 

al. [15]. According to their remarks, the exergy of process streams has to be calcu‐

lated under consideration of: 

- The  thermomechanical  exergy  (as  an  expression of  temperature  and pressure 

differences between the individual state and a reference state), 

- The chemical exergy (as an expression of the reaction potential compared to the 

pure environmental components), and 

- The concentration exergy (as an expression of differences between the composi‐

tion of the individual process stream and the ambient). 

The concentration exergy is not included at the presented analysis, since the con‐

centration difference to the ambient is not considered as a useful benefit. 

The  reference  state  for  all  exergy  calculations  has  been  set  to  25 °C  and 

1.01325 bar. The ambient air has been defined to contain 78.1 mol. % of nitrogen, 

21 mol. % of oxygen and 0.9 mol. % of argon. 

Hence, the overall exergy of process streams is calculated as 

 

E   E  E    .              (7) 

 

The thermomechanical exergy is regarded as a mixture of a dry and a water phase 

so that it can be calculated as follows: 

 

E   n  e  mH O eH O                                                                     (8) 

 

where 

 

e    c   t t  T    c  ln TT   R ln                               J    (9) 

eH O  h h  T   s s  .                                                                       J   (10) 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

37 

The chemical exergy of the gaseous process streams is calculated using the molar 

reaction exergy of the pure components according to equation (11). Those and the 

related method of calculation are excellent described by Gräbner [19]. 

 

E n   ∑ x  e  .                (11) 

 Finally,  the  exergy  of  coal  is  calculated  through  the  following  statistical  formula 

that has been proposed by Baehr [1]: 

 

E m  0.967 LHV    2.389 .                      LHV in MJ/kg            (12) 

 

The exergetic efficiency has been defined as evaluation criteria between  the  four 

gasifier concepts according to the following: 

 

η , f  1    E E

  .                (13) 

 

The  exergy  loss  is  calculated  as  the  difference  between  incoming  and  outgoing 

exergy streams. 

The  four  different  gasification  processes  are  evaluated  considering  all  interface 

streams  to  and  from  the  individual  process  according  to  the  appropriate  flow 

schemes (Fig. 5  to Fig. 8) and  to  the heat and material balances  (Appendixes B3, 

B5, B7, B9). 

Fig.  11  shows  the  calculated  exergetic  efficiencies  for  the  four  different  gasifier 

concepts.  As  the  generated  raw  gas  and  the  recovered  heat  (steam  generation) 

represent  the only benefit out of  the gasification processes,  the  individual exergy 

shares of the raw gas and the heat recovery system are pointed out in the graphic 

below. Moreover,  the  chemical  raw  gas  exergy  as well  as  the  thermomechanical 

raw gas exergy (consisting of the dry phase and the water phase) are related to the 

overall exergy effort. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

38 

 

Fig. 11 Exergetic efficiency of different gasifier concepts 

As it can be seen the chemical raw gas exergy is almost even at the CoP gasifier, the 

Siemens gasifier and the SCGP. Only the GE‐R shows a chemical raw gas exergy that 

is about 10 % lower than that of the aforementioned concepts. 

Since the raw gas pressure and the raw gas temperature after gas cooling are with‐

in the same range at all concepts, the share of the thermomechanical exergy of the 

dry raw gas is also nearly equal. Due to the water quench at the GE‐R and the Sie‐

mens  gasifier,  the  thermomechanical  exergy  fraction  of  the  raw  gas  increases  in 

comparison to the remaining two concepts. 

Caused by  the  raw gas heat  recovery  system at  the CoP gasifier and  the  SCGP,  a 

considerable exergy amount  is  transferred to the generated steam. Therefore the 

exergetic efficiency reaches a slightly better value as the Siemens gasifier. The ra‐

diant cooler  in combination with the water quench at the GE‐R is responsible for 

the highest exergy recovery out of the four concepts so that the overall efficiency 

drawback to the other three concepts is reduced to roughly 4 %. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

39 

4.3 Carbon monoxide shift 

Within a CC‐IGCC the carbon monoxides shift (CO‐shift) cycle represents the sub‐

sequent process step downstream the gasification system. The intention of the CO‐

shift is to convert the carbon monoxide contained in the raw gas to hydrogen and 

carbon dioxide according to the following equilibrium reaction: 

CO  H2O     H2  CO2                   ΔH25°C   ‐41 kJ/mol        (14) 

The catalytic reaction takes place in one single or in a series of adiabatic reactors 

(normally two or three) whereas the individual number of reactors depends on the 

maximum allowable carbon monoxide slip. Fig. 12 visualizes the temperature pro‐

file and the carbon monoxide content for a three‐stage CO‐shift using a typical raw 

gas from an entrained flow coal gasifier.  

 

Fig. 12 CO‐shift with three reactors for a typical raw gas 

As illustrated, the first reactor realizes the lion’s share of CO‐conversion. However, 

due to the sharp temperature increase within the reactor bed, the minimum reach‐

able CO‐content in the first reactor is limited by the thermodynamic equilibrium to 

relatively high values. On the other hand, the third reactor just slightly reduces the 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

40 

carbon monoxide slip, so that for a CC‐IGCC a two reactor configuration with inter‐

coolers in between typically delivers acceptable carbon monoxide conversion rati‐

os  so  that  an  overall  CO2‐cature  rate  of  about  90 %  can be  realized.  Therefore  a 

two‐stage configuration has been chosen for the investigated CC‐IGCC concepts. 

The above mentioned CO‐conversion ratio is defined as follows: 

 

CO‐conversion ratio 1‐  nCO, converted gasnCO, raw gas

  *100          (15) 

 

The catalysts  for  the raw gas shift consist mainly of cobalt and molybdenum and 

attain  their  full activity only when enough sulfur compounds (100  to 1500 ppm) 

are present in the feed gas. The catalysts favor also the parallel conversion of car‐

bonyl sulfide (COS) to hydrogen sulfide (H2S) so that the COS content in the shifted 

gas reaches low levels close to the thermodynamic equilibrium [60]. Occasionally, 

also a catalyst guard bed for Cl‐ and HCN is applied. Further information to raw gas 

shift catalysts, operating conditions and experiences are provided by Frank [14]. 

The maximum process temperature is influenced by the temperature resistance of 

the catalyst in order to avoid catalyst sintering. For this reason the feed gas has to 

contain enough steam for temperature moderation, especially at high carbon mon‐

oxide contents. At the same time, the feed gas temperature to the reactor has to be 

determined so that a sufficient margin to the saturation temperature is given and 

the catalyst activity is high enough to promote the reaction. 

The above described fundamentals have been used to develop CO‐shift cycles  for 

the CC‐IGCC concepts based on the four different gasifiers. Thereby the following 

requirements have to be considered: 

- High carbon monoxide conversion rates, 

- Efficient heat recovery (steam generation; quench water preheating), 

- Saturation of the clean and diluted fuel gas. 

In  the  following  the  layout  and  the performance  of  the  developed  cycles  are de‐

scribed in detail. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

41 

4.3.1 CO‐shift cycle for the Siemens gasifier and the GE‐R 

As the raw gases of the Siemens gasifier and the GE‐R already contain a sufficient 

amount  of  steam,  the  released  reaction  heat  can  be  used  to  a  good  portion  for 

steam generation. Concurrently a large amount of quench water has to be preheat‐

ed up to 200 °C in order to realize a high vapor pressure within the raw gas at the 

gasifier outlet. The process  flow scheme for  the CO‐shift of  the CC‐IGCC with Sie‐

mens gasifier is presented in Fig. 13. 

 

 

Fig. 13 CO‐shift cycle for a CC‐IGCC with Siemens gasifier 

The incoming raw gas is first preheated to 280 °C against the converted gas leaving 

the second CO‐shift  reactor at about 320 °C. The hot exhaust of  the  first CO‐shift 

reactor  is  cooled down  in  two  consecutive  gas/water heat  exchangers. Thus,  the 

high  temperature  heat  is  recovered  through  preheating  and  evaporating  of  high 

pressure boiler feed water (HP‐BFW) which is then sent as saturated steam to the 

combined cycle. The temperature differences between the HP‐BFW and the hot gas 

are adjusted in order to realize a feed gas temperature to the second CO‐shift reac‐

tor of again 280 °C. 

CO-shiftreactor 1

CO-shiftreactor 2

Raw gas 2-3-gas-1

steamdrum

HP steam3-8-st-8

Quench water3-2-wa-2

BFWpump

BFW8-3-BFW-3

Shifted gas3-4-gas-3

Cooling water3-9-cw-2

Cooling water9-3-cw-1

Waste water3-10-ww-2

condensate

Clean gas4-3-gas-4

Clean gassaturator

DGAN1-3-DGAN-1

Make up water10-3-mu-2

GT fuel3-8-gas-5

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

42 

The low temperature heat is recovered within a series of gas/water heat exchang‐

ers in which the quench water and the BFW are preheated and the heat losses of 

the clean gas saturator are compensated. The process condensate contributes a big 

portion  to  the  required  amount  of  quench water  so  that  only minor  amounts  of 

make up water are necessary. After  final  gas  cooling  the  converted gas  leaves  to 

the AGR and the discharged condensate to the waste water treatment in order to 

avoid undesired accumulations within the process. 

Typically, part of the raw gas can be bypassed to the first reactor for the purpose of 

process control. Since this is not within the scope of this thesis, the raw gas bypass 

was not considered. 

The  requirements  and boundary  conditions of  the CO‐shift  cycle  for  the CC‐IGCC 

with GE‐R are very similar to the case with Siemens gasifier. The only exception is 

due to the necessary clean gas expansion in front of the clean gas saturator. Hence, 

an additional heat exchanger (for clean gas heating) and an expansion turbine are 

added to  the cycle. The corresponding process  flow diagram can be  found  in Ap‐

pendix C1. 

4.3.2 CO‐shift cycle for the SCGP and the CoP gasifier 

Due to the dry gas cooling system at the SCGP and the CoP gasifier, the correspond‐

ing  raw  gases  contain  only  minor  amounts  of  steam  (refer  to  Fig.  10d).  Conse‐

quently  the  raw  gas  has  to  be  moisturized  in  order  to  achieve  acceptable  CO‐

conversion  rates.  The  so  called  cooler/saturator  cycle  with  additional  external 

steam supply is a common CO‐shift application for “dry” raw gases so that it is cho‐

sen for the aforementioned gasifiers. For both gasifier types the same CO‐shift lay‐

out is used with the only difference that the external steam at the SCGP case is de‐

livered by  the convective syngas cooler while  the water/steam cycle of  the CCPP 

supplies the steam at the case with CoP gasifier. 

According  to  the developed  layout  for a  raw gas generated by  the SCGP (Fig. 14; 

Appendix C2  shows  the  corresponding process  flow diagram  for  the CoP  case)  a 

good portion of the released reaction heat is transferred to an internal water flow 

which is used in a saturator to moisturize the incoming raw gas. Thus the H2O/CO 

ratio  in  the gas  is raised  to about 1.3. Additionally, external  IP‐steam is mixed to 

the raw gas leaving the saturator for the purposes of CO‐conversion enhancement 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

43 

and  temperature  moderation  within  the  first  CO‐shift  reactor.  The  additional 

steam has to be introduced right after the saturator so that the mixture can be pre‐

heated to the desired temperature. The hot exhaust of reactor 1 is initially cooled 

in a feed/effluent heat exchanger and subsequently in a gas/water heat exchanger 

against the circulating water flow so that the same feed gas temperature as at the 

first CO‐shift reactor can be realized. The circulating flow rate is adjusted in order 

to achieve a water inlet temperature to the saturator of 230 °C. The exhaust of the 

second CO‐shift reactor is used to preheat the circulating water before it is cooled 

and dehumidified in a direct cooler. The bottom product of the saturator becomes 

the  top  feed of  the direct  cooler after exchanging heat  to  the  clean gas  saturator 

cycle  and  the  cooling water. Downstream  the  direct  cooler,  the most  part  of  the 

remaining steam in the converted gas is condensed and discharged before the gas 

leaves to the acid gas removal section. 

 

Fig. 14 CO‐shift cycle for a CC‐IGCC with SCGP gasifier 

CO-shiftreactor 1

clean gas4-3-gas-4

Clean gassaturator

DGAN1-3-DGAN-1

Make up water10-3-mu-2

GT fuel3-8-gas-5

Saturator

Raw gas 2-3-gas-1

IP steam2-3-st-7

CO-shiftreactor 2

Direct cooler

Condensate8-3-wa-3

Condensate3-8-wa-4

Cooling water9-3-cw-1

Cooling water3-9-cw-2

Waste water3-10-ww-2

Shifted gas3-4-gas-3

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

44 

4.3.3 Modeling and Simulation of the CO‐shift cycle 

The process simulation models for the CO‐shift cycle were developed in CHEMCAD 

according  to  the  above described  flow schemes and descriptions.  Same as  at  the 

gasifier simulations, the Soave‐Redlich‐Kwong equation of state is used for the cal‐

culation of  the  thermodynamic properties. Table 7 provides  the  typical  tempera‐

ture bandwidth and the approach to  the thermodynamic equilibrium for raw gas 

shift catalysts as well as the chosen boundary conditions for process simulation.  

Table 7 Significant process parameters for raw gas shift catalysts 

Parameter   Unit  Literature da­ta 

Reference  Chosen  

tReactor inlet  °C  200 … 290  [14; 60]  280 

tReactor outlet  °C  < 500  [60]  < 500 

Equilibrium           approach 

K  0a) … 40b)  [60]  20 

a) Start of run; b) End of run   

 

The simulation results and the corresponding CHEMCAD flow sheets are presented 

in the Appendixes C3 to C10. 

As mentioned before, the reactor temperature and the CO‐conversion rate are the 

most  crucial  parameters  during  the  process.  Since  both  strongly  depend  on  the 

steam  content within  the  raw  gas,  calculations  for  different  H2O/CO  ratios  have 

been performed. The individual influence is clarified in Fig. 15 for the four differ‐

ent raw gases. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

45 

 

Fig. 15 Characteristics of the two‐reactor CO‐shift for different raw gases 

As  illustrated,  the water content within the raw gases of  the GE and the Siemens 

gasifier is already high enough to achieve comparable CO‐conversion rates and to 

avoid process temperatures of more than 500 °C. For the other two raw gases the 

steam content has to be raised by internal steam generation (saturator) and exter‐

nal steam addition so that the same level of CO‐conversion can be reached. While 

at the SCGP case steam addition is also necessary for temperature moderation, no 

temperature restrictions are expected at the CoP case due to the lower CO‐content 

within the raw gas leaving the gasifier (refer to Fig. 9). 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

46 

Finally the composition of the gas leaving the CO‐shift cycle to the AGR is provided 

in Table 8. Due to the almost same CO‐conversion rate, the gas composition varies 

only slightly between the four concepts. Due to the final cooling step, the converted 

gases are almost free of steam/water. 

Table 8 Gas composition after the CO‐shift cycle 

Compo­nent 

Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

H2  mol. %  53.4  54.7  55.9  56.4 

CO  mol. %  2.0  2.4  2.4  2.4 

CO2  mol. %  39.3  40.5  37.5  37.8 

Residual  mol. %  5.3  2.4  4.2  3.4 

 

4.4 Acid gas removal, CO2­compression and sulfur recovery 

Physical absorption processes are widely considered as the preferred method for 

acid gas removal in a CC‐IGCC [20; 24; 31; 45; 46]. Hence, the acid gas removal unit 

investigated  in  this  thesis  follows  the principle of physical  absorption. A process 

simulation model  based  on  the  industrial  Rectisol®  technology  is  developed  and 

used to investigate the influence of different boundary conditions. 

The Rectisol® process using methanol (MeOH) as solvent is chosen due to its supe‐

rior  technical  characteristics  compared  to  other  absorption  processes.  Kohl  and 

Nielsen [38] mention the following amenities of the Rectisol® process: 

- The considerably higher solubility of acid gases due to possible operating tem‐

peratures of less than ‐60 °C , 

- “the demonstrated ability to separate troublesome impurities that are produced 

in  the gasification of  coal or heavy oil,  including hydrogen cyanide,  aromatics, 

organic sulfur compounds, and gum‐forming hydrocarbons” (p. 1215), 

- “The ability to achieve very sharp separations, with H2S concentrations of typi‐

cally 0.1 ppm and CO2 concentrations of  just a  few ppm  in  the  treated gas” (p. 

1216), 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

47 

- A  low  solvent  viscosity  even  at  extreme  operating  temperatures  so  that mass 

and heat transfer are not significantly impaired, 

- The supply of dry and essentially sulfur free carbon dioxide, 

- And  the  generation  of  a  concentrated  H2S‐stream  suitable  for  a  conventional 

CLAUS‐plant. 

To get access to the full technical potential, a relative complex process flow scheme 

is necessary. This and the need of low level refrigeration leads to high plant costs 

so  that  the Rectisol®  technology  is mostly  applied  at  difficult  gas  treating  condi‐

tions where other processes are not possible [38]. 

As the separated CO2 leaves the Rectisol® process essentially free of water and sul‐

fur, it is pressurized without further pretreatment in a multistage compressor. 

The CLAUS‐process operated with oxygen enriched air is chosen for sulfur recov‐

ery.  The  remaining  sulfur  dioxide  containing  tail  gas  is  hydrogenated  (using  hy‐

drogen extracted from the AGR) to hydrogen sulfide and recycled back to the AGR. 

In the following the mentioned processes and the developed simulation models are 

described in detail. The fundamentals of gas purification are not enlarged herein. 

The interested reader is therefore referred to [38; 60; 65]. The developed process 

flow schemes take into account the information provided by [23; 38; 48; 60]. 

4.4.1 Selective acid gas removal and CO2‐compression 

According to Fig. 16 the developed acid gas removal process can be described as 

follows: At first, the feed gas (a mixture of the shifted gas and the tail gas from the 

TGT unit) is cooled against the products in a gas/gas heat exchanger (HE1) before 

it is externally cooled (in Ch1) to about 5 °C with cooling energy delivered by the 

refrigeration plant. To  avoid  freezing of  the  contained water,  a minor  amount of 

methanol  is  added  to  the  feed  gas  before  it  enters  the  second  heat  exchanger 

(HE2).  There  it  is  cooled  to  sub‐zero  temperatures  (typically  between minus  20 

and minus 30 °C) until  it  enters  the pre‐wash  stage  located  at  the bottom of  the 

absorption column. Here the feed gas  is exposed to a small quantity of cold, CO2‐

loaded solvent so that troublesome impurities as water, benzene, HCN, NH3, naph‐

thalene and part of the sulfur compounds are absorbed and further routed to the 

MeOH/H2O column. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

48 

 

Fig. 16 Flow scheme for the AGR unit with refrigeration plant and CO2‐

compressor 

The pretreated feed gas flows upwards to the H2S‐absorption level where it is also 

faced to the cold and CO2‐loaded methanol. Sulfur compounds as H2S and residual 

COS are primarily and almost completely removed due to the good solvent selec‐

tivity caused by the already high CO2‐content. Adjacent, the sulfur free gas runs up 

to the CO2‐absorption section where it is charged with methanol at different grades 

of purity. While flash regenerated methanol is introduced within the upper third of 

the column, ultra‐pure solvent out of the hot regenerator purifies the gas to its re‐

quired CO2‐content at  the  top of  the absorption column. The released heat of ab‐

sorption causes the solvent temperature to increase and therefore the absorption 

capacity  to  decrease.  Consequently,  an  intercooler  (Ch2)  has  been  placed  in  the 

lower third of the column in order to enhance the absorbable amount of CO2. Am‐

monia  acts  as  the  cooling  agent  provided  by  the  refrigeration  plant.  The  cold, 

desulfurized  and  CO2‐lean  gas  leaves  the  AGR  after  heat  exchange  (in  HE2  and 

HE1) for clean gas dilution and saturation to the CO‐shift unit. 

The CO2‐loaded methanol leaving the CO2‐absorber is split so that one part acts as 

the solvent for the H2S‐absorber and the pre‐wash stage as already explained. In‐

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

49 

ternal  cooling  is  realized  (in  HE3)  for  the  purpose  of  absorption  capacity  en‐

hancement. The remaining CO2‐loaded solvent  is depressurized in the upper part 

of the IP‐flash column (Fl 2)  in order to release valuable gases. The same is done 

with the H2S‐loaded solvent  leaving the H2S‐absorber  in the  lower part of the IP‐

flash column (Fl 1). The valuable gases can either be recompressed (Compr2), wa‐

ter cooled (in Co1) and recycled to the H2S‐absorber or used for hydrogenation in 

the TGT process. In the latter case further treatment is necessary (in the absorber) 

in order to reabsorb the also released CO2. Depending on the operating pressure of 

the system, stepwise flashing and recompression might be advantageous in order 

to optimize the auxiliary load consumption. 

The H2S‐loaded solvent streams are throttled and fed to the lower section of the IP‐

reabsorber where a part of the contained CO2 is released. As also some of the con‐

tained H2S desorbs out of  the solvent,  the H2S‐free methanol  is  introduced to the 

top  of  the  reabsorber  after  external  recooling (Ch3)  through  the  refrigeration 

plant. There  it  reabsorbs  the released sulfur compounds and therefore keeps  the 

CO2  essentially  sulfur  free.  Flash  regenerated methanol  is  extracted  at  the upper 

part of the IP‐reabsorber and sent as solvent to the CO2‐absorber. Thus, energy can 

be saved at the hot regenerator as not the full solvent stream has to be hot regen‐

erated. The bottom product of the IP‐reabsorber is throttled and fed to the lower 

section of the LP‐reabsorber where the remaining CO2 is finally released at the top. 

Reabsorption of the released sulfur compounds is realized in the same way as de‐

scribed for the IP‐reabsorber. The released IP‐ and LP‐CO2 is first used for feed gas 

cooling  (in  HE1  and  HE2)  before  it  is  pressurized  in  an  intercooled multi‐stage 

compressor  (cooled with  cooling water)  up  to  supercritical  conditions  (100 bar, 

30 °C). 

The deep temperatures appearing at  the desorption process are used  to cool  the 

hot regenerated solvent (in HE4) to its lowest process temperature before entering 

the CO2‐absorber. 

The  flash  regenerated  solvent  leaving  the  LP‐reabsorber  still  contains  a  high 

amount of  carbon dioxide and nearly  all  sulfur  compounds  that were brought  in 

with the feed gas. As a consequence the cold solvent has to be heated in order to 

decrease  its  absorption  capacity  for  the  contained  acid  gases.  In  a  first  step,  the 

solvent  exchanges  heat  (in  HE3)  to  the  CO2‐loaded  stream  entering  the  H2S‐

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

50 

absorber and the pre‐wash stage before it is heated to about 70 °C against the hot 

regenerated methanol and some volatile gases (in HE5). During this heat exchange 

the  most  part  of  the  contained  acid  gases  already  desorb  so  that  they  can  be 

recompressed and recycled after a slight pressure reduction within the hot  flash. 

This recycling is one possible measure to provide a concentrated H2S‐stream suit‐

able for a conventional CLAUS‐process. 

Final solvent purification takes place in the hot regenerator which is heated with 

LP‐steam from the combined cycle and with condensing heat from the MeOH/H2O 

column.  The  hot  regenerated  solvent  leaves  at  the  bottom  of  the  column  and  is 

cooled  to deep  temperatures as already described. One part of  the hot  regenera‐

tor’s top product (CLAUS‐gas recycle) is routed back to the reabsorber for acid gas 

enrichment. The remaining  is  fed to a scrubber where  the contained methanol  is 

washed out using demineralized water and process condensate so that the CLAUS‐

gas reaches its final quality. The methanol containing water streams are fed to the 

MeOH/H2O column where they are thermally separated so that a methanol rich gas 

can be withdrawn at the top of the column. The  liquid bottom product  is send to 

the water treatment section while the discharged gas is burned at the SRU. 

 

The deep temperature cooling load (for Ch1, Ch2, and Ch3) is provided by a refrig‐

eration plant based on the vapor‐compression technology. 

Ammonia  as  the  chosen  refrigeration  agent  is  compressed  in  a multistage  com‐

pressor with  intercooling  up  to  about  10 bar.  The  upper  process  pressure  is  de‐

termined by the cooling water temperature at the condenser. After ammonia con‐

densation and heat removal to the cooling water, the process pressure is reduced 

in  two steps. The  lower process pressure has  to be defined so  that  the ammonia 

evaporates  at  a  temperature  lower  than  required  for  internal  recooling  in  Ch1, 

Ch2, and Ch3. 

The necessary ammonia flow is found depending on the required cooling load after 

the process pressures and temperature differences are fixed. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

51 

4.4.2 Sulfur recovery and tail gas treatment 

As mentioned above, the CLAUS‐process operated with oxygen enriched air and a 

hydrogenation process  are  chosen  for  sulfur  recovery and  tail  gas  treatment,  re‐

spectively. 

Fig. 17 shows the developed flow scheme for the corresponding processes. 

 

Fig. 17 Flow scheme for the sulfur recovery unit and the tail gas treatment plant 

The modeled CLAUS‐process consists of a thermal stage (CLAUS‐burner) and two 

consecutive  catalytic  stages  with  intercoolers  in  between.  According  to  Schrein‐

er [55] a maximum desulfurization rate of 95 % for the CLAUS‐process itself can be 

expected. Furthermore, Schreiner [55] mentioned that the overall sulfur recovery 

rate  (which  comprises  the AGR,  the SRU and  the TGT process)  can be as high as 

99.8 % when the treated tail gas is recirculated back to the AGR. 

The methanol discharge from the AGR unit is incinerated with ambient air at very 

high temperatures in the central muffle of the CLAUS‐burner. The CLAUS‐gas itself 

reacts with oxygen at temperatures between 950 and 1200 °C according to the fol‐

lowing gross reaction: 

 

10 H2S  5 O2   2 H2S  SO2 7 S 8 H2O .                   (16) 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

52 

The  stoichiometry  given  by Schreiner [55]  clarifies  that  about  70 %  of  the  con‐

tained hydrogen sulfide  is  converted  to elementary sulfur already  in  the  thermal 

stage. Leaving the CLAUS‐oven, the hot flue gas is cooled below the sulfur condens‐

ing temperature so that the liquid sulfur can be discharged. Gas cooling is realized 

in a heat recovery steam generator (HE1) using boiler  feed water extracted from 

the combined cycle plant. A part of  the hot gas  is passed by  the steam generator 

and  used  to  adjust  the  inlet  temperature  to  the  first  catalytic  reactor  by mixing 

with the cooled gas. Further sulfur recovery takes place in two catalytic fixed bed 

reactors where  the  remaining hydrogen  sulfide  and  sulfur dioxide are  converted 

according to the following: 

 

2 H2S  SO2   3 S  2 H2O.                          (17) 

 

Carbonyl  sulfides  and  carbon  disulfides  which  are  primarily  generated  at  the 

thermal  stage  are  effectively  hydrolyzed  at  temperatures  of  about  350 °C  in  the 

first catalytic reactor [55]. Heat recovery and sulfur removal is realized in the same 

manner as explained for the thermal stage (in HE2 and HE3). The tail gas is indi‐

rectly heated by  IP‐steam condensation  in  front  of  the  second  catalytic  rector  to 

avoid catalyst wetting. 

Due to an incomplete H2S‐conversion (caused by the limiting thermodynamic equi‐

librium)  and  practical  restrictions  occurring  at  the  sulfur  condensation  process 

(sulfur nebula, [55])  the remaining tail gas still contains considerable amounts of 

hydrogen  sulfide  and  sulfur  dioxide.  Therefore  the  tail  gas  is  first  heated  by  a 

burner  to about 200 °C and then  fed  to  the hydrogenation reactor where  the  fol‐

lowing reaction is promoted by a cobalt‐molybdenum catalyst: 

 

SO2 3  H2    H2S  2 H2O.                          (18) 

 

Additionally, the contained sulfur vapor is also hydrogenated while the carbon sul‐

fides (COS, CS2) are hydrolyzed so that the remaining tail gas essentially contains 

only hydrogen sulfide as sulfur compound. The necessary hydrogen for the hydro‐

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

53 

genation process  is  supplied by  the  fuel  gas  extracted  from  the AGR.  Finally,  the 

contained water  is  separated  from  the  tail  gas  in a  scrubber unit  and during  the 

recompression process in the intercooled compressor. 

4.4.3 Modeling and Simulation of acid gas removal and treatment 

The simulation model for the AGR process was developed in CHEMCAD according 

to the above described flow scheme and description. The thermodynamic proper‐

ties were calculated taking  into account the work of Chang et al.  [5]  that extends 

the Soave‐Redlich‐Kwong equation of  state  to methanol  systems with  light gases 

and/or water. The implemented absorption behavior of gases in methanol (visual‐

ized in Fig. 18 for the key gas components) builds the basis for process simulation. 

 

Fig. 18 Calculated solubility of gases in methanol 

As an initial examination, the influence of the CO2‐partial pressure in the feed gas is 

investigated  in order  to  illustrate  the characteristic performance of  the AGR pro‐

cess. Therefore calculations are performed using a typical feed gas at different op‐

erating pressures. Specific parameters are introduced for the auxiliary load and the 

regenerator  steam  demand  as  evaluation  criteria.  Table  9  shows  the  boundary 

conditions that are defined in order to generate comparable results. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

54 

Table 9 Boundary conditions for AGR process simulation 

Parameter  Value 

Sulfur compounds within clean gas  < 0.1 ppm(v) 

Sulfur compounds within CLAUS‐gas  ≈ 62 mol. % 

Sulfur compounds within removed CO2  < 12 ppm(v) 

CO‐content within removed CO2  ≈ 250 ppm(v) 

 

Only a few simulation parameters have to be adjusted in order to comply with the 

above given boundary conditions. While the amount of LP‐steam for the hot regen‐

erator is responsible for the clean gas sulfur content, the CLAUS‐gas recycle rate is 

used to regulate the sulfur content within the CLAUS‐gas. The CO2‐quality regard‐

ing the sulfur compounds is influenced by the split ratio of the CO2‐loaded metha‐

nol  leaving  the CO2‐absorber and the split  ratio of  the H2S‐free solvent  to  the  IP‐

flash. Since the amount of co‐absorbed carbon monoxide increases at higher oper‐

ating pressures, the chosen IP‐flash pressure level strongly affects the CO‐content 

within  the  captured  CO2.  Therefore  it  was  also  found  advantageous  to  realize  a 

staged IP‐flash expansion (and recompression of the valuable gases) at higher op‐

erating pressures. Table 10 shows the adjusted simulation parameters for the dif‐

ferent investigated operating pressures. 

Table 10 Parameter adjustment for AGR process simulation 

CO2­partial pressure in feed gas  9.5 bar  13.5 bar  19 bar  28.5 bar 

Ratio  of  CO2‐loaded MeOH  (out  of CO2‐absorber) to the H2S‐absorber 

45 %  45 %  45 %  40 % 

Ratio  of  H2S‐free  solvent  (out  of Fl2) to the IP Reabsorber 

60 %  60 %  70 %  72 % 

CLAUS‐gas recycle rate  42 %  30 %  18 %  0 % 

(staged) IP‐flash level [bar]  8.8   11.8  27/15  49/31/20 

 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

55 

The calculation results  for  the partial pressure study visualized  in Fig. 19a and b 

show an increase of the specific auxiliary load consumption and the specific steam 

demand at falling CO2‐partial pressures in the feed gas. 

 

Fig. 19 Characteristics of the acid gas removal unit 

The  curve  progression  for  these  parameters  can  be  well  expressed  by  a  power 

function so that the results are in good agreement with the information provided 

by Prelipceanu et al. [51] for an industrial Rectisol® process. 

In addition, Fig. 19a shows that the auxiliary load fraction caused by the refrigera‐

tion plant decreases at higher CO2‐partial pressures. This  is  caused by a  reduced 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

56 

solvent flow (as a consequence of higher solubility rates; cf. Fig. 18) and by the en‐

hanced coefficient of performance (COP) for the refrigeration process. 

The latter one stands for the quality of the refrigeration plant and is defined as fol‐

lows: 

 

Coefficient of performance COP  Q ,  

P ,  .       (19) 

 

The COP  typically  rises  at  increasing evaporator  temperatures  (evaporator pres‐

sures) as the pressure ratio for vapor compression decreases. As a consequence of 

the higher acid gas solubility, the necessary chiller temperature can be reduced at 

increasing CO2‐partial pressures. Hence,  the evaporator  temperature  (evaporator 

pressure)  of  the  refrigeration plant  can  also be  increased which  yields  to  an  en‐

hanced COP (cf. Fig. 19c and d) and  finally  to a declining auxiliary  load share  for 

the refrigeration plant. 

Further  investigations  showed  that  neither  the  CO/CO2‐rate within  the  feed  gas 

nor the CO2‐capture rate influence the specific auxiliary load and the specific steam 

demand  as  long  as  the  CO2‐partial  pressure  and  the  above mentioned  boundary 

conditions (cf. Table 9) are kept constant. 

Finally the AGR process including CO2‐compression and the SRU and TGT process 

are simulated for the shifted gases that are originally generated by the four differ‐

ent gasifier types. Since the feed gas composition differs only slightly (cf. Table 8), 

major  distinctions  between  the  individual  concepts  may  only  occur  due  to  the 

higher feed gas pressure of the gas generated by the GE‐R. The corresponding cal‐

culation results are summarized in Table 11. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

57 

Table 11 AGR calculation results for different feed gases 

CC­IGCC based on gasifier:  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

CO2‐partial pressure  bar  14.1  22.9  13.4  13.4 

CO2‐capture rate    99 % 

Paux,AGR/SRU/TGT  kWh/ kg CO2 

0.042  0.034  0.043  0.043 

Paux,CO2‐compression  kWh/ kg CO2 

0,081  0,070  0,081  0,081 

Clean gas: H2‐content  mol. %  87.7  91.7  89.2  90.4 

Clean gas CO‐content  mol. %  3.3  4.0  3.9  3.8 

Clean gas CO2‐content  mol. %  0.5  0.5  0.5  0.5 

Clean gas CH4‐content  mol. %  4.5  0.3  0  0 

Clean gas (N2+Ar)‐content  mol. %  4.0  3.5  6.4  5.3 

 

As expected,  the higher CO2‐partial pressure  favors the  feed gas generated by the  

GE‐R  with  regard  to  the  specific  auxiliary  load.  Moreover,  the  higher  operating 

pressure allows an elevated reabsorber pressure so that the CO2‐ compression can 

start  at  an  enhanced  level.  Hence,  the  specific  auxiliary  load  for  the  CO2‐

compressor  is also  improved  in comparison with  the other  three gases  that have 

almost the same CO2‐partial pressure. The detailed results and modeling assump‐

tions can be found in the Appendixes D1 – D15. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

58 

4.5 Gas turbine 

The  lion’s  share of  electric power production  in a CC‐IGCC  is  realized by  the gas 

turbine as part of  the combined cycle power plant. The gas turbine process  itself 

can be expressed by the Joule‐ or Brayton‐cycle. The thermodynamic fundamentals 

are commonly known and described (e.g. [40]) so that they are not reiterated here‐

in. 

A hydrogen‐rich gas as it is generated in a CC‐IGCC has a much smaller volumetric 

calorific value and a much  lower density  than natural gas  for which power plant 

gas turbines are designed for. Therefore, the combustion is characterized by signif‐

icantly  higher  stoichiometric  flame  temperatures  and  a much higher  risk  of  pre‐

ignition and flashback. Hence, the NOx emissions will exceed the natural gas values 

and  the  increased volumetric  fuel  flow  rate will  require modifications  at  the  gas 

turbine  fuel  handling  system.  Operational  measures  as  fuel  gas  dilution  (with 

steam and/or nitrogen from the ASU) reduce the adiabatic flame temperature (and 

hence the NOx emissions) as well as the flame speed and consequently also the risk 

of pre‐ignition and flashback [57]. 

On the other hand,  fuel gas dilution yields  to a mass  flow mismatch between the 

compressor and  the  turbine section. Consequently,  the gas  turbine power output 

will  increase  (and may  reach  the mechanical  limit)  and  compressor  surge  prob‐

lems  can  occur  (caused  by  the  enlarged  pressure  ratio).  As  a  result,  compressor 

mass  flow reduction realized by  the variable  inlet guide vanes and/or air extrac‐

tion for the ASU may avoid these problems [57]. 

The presented  investigations  focus  on  the  challenges  that  arise when  a  common 

power  plant  gas  turbine  is  fired  with  hydrogen‐rich  fuel  instead  of  natural  gas. 

Therefore,  a  generic  gas  turbine  simulation  model  was  developed  and  used  to 

study  the  influence  of  different  boundary  conditions  to  gas  turbine performance 

and operation. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

59 

4.5.1 Modeling of the gas turbine process 

Reliable gas turbine performance calculations require the consideration of turbine 

and combustion chamber cooling as well as the limitations that are caused by this. 

The generic gas turbine program is based on a turbine cooling model presented by 

Horlock et al. [27] and developed in CHEMCAD. The thermodynamic properties are 

calculated using the Soave‐Redlich‐Kwong equation of state. 

As indicated in Fig. 20, gas turbine cooling is considered so that the required cool‐

ing air flow is completely extracted after the last compressor stage and introduced 

to  the  hot  gas  in  front  of  the  first  turbine  vane.  This  simplification  is  commonly 

accepted and yields to the standardized turbine inlet temperature (TIT; T9 in Fig. 

20) [32] which is the decisive factor for the gas turbines level of technology. 

 

 

Fig. 20 Flow scheme for the gas turbine in a CC‐IGCC 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

60 

The applied cooling model uses a semi‐empirical formula for an estimation of the 

required cooling air fraction to avoid turbine material overheating. The derivation 

of this equation is extensively described by Horlock et al.  [27].Therein two essen‐

tial effects of turbine cooling are carried out: 

- The reduction of gas stagnation temperature at the entry to the first turbine row 

and 

- A pressure loss resulting from mixing the cooling air to the hot gas. 

The aerodynamic losses that are expressed by the latter one yield to a degradation 

of the polytropic expansion efficiency in contrast to a not cooled turbine. 

Jonsson et  al. [33] presented an application of  the mentioned  cooling model  to  a 

commercially available gas turbine for the purpose of performance predictions for 

novel  cycles. The developed generic model  is based on  the  therein described ap‐

proach. Specific modeling parameters have been adjusted so that the calculated gas 

turbine  performance matches with  published  performance  data [56]  for  the  Sie‐

mens gas turbine SGT5‐4000F. Detailed information for this reference point calcu‐

lation with natural gas fuel can be found in Appendix E1. 

In contrast to Jonsson et al. [33], the gas turbine model shall not be used for design 

point  calculations  but  for  off‐design  calculations with  hydrogen‐rich  fuel.  There‐

fore the model has to be extended so that the turbines swallowing capacity, which 

affects  the  inlet  pressure  to  the  turbine  section  at  non‐design  conditions,  can be 

reproduced. According  to Traupel [59],  the  turbine  inlet  pressure  for  a  fixed  gas 

turbine  only  depends  on  the  particular  turbine mass  flow  and  the  turbine  inlet 

temperature so that the following equation can be applied: 

 

p9   m9m9,ref

     T9T9,ref

   1‐πturb,ref2

1‐πturb2  p9,ref                   (20) 

 

The reference parameters correspond to the natural gas reference case discussed 

above. They are summarized in Appendix E2. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

61 

The available cooling air flow is fixed by the turbine design (reference). Hence, the 

cooling air fraction only depends on the compressor end pressure and the losses in 

the cooling air ducts. Pardemann [50] therefore suggests and verifies a simplified 

method to estimate the cooling air flow for off design calculations as follows:  

 

m8   ∆pcomb∆pcomb,ref

  m8,ref                       (21) 

 

Implementing these correlations qualifies the generic model for off‐design perfor‐

mance calculations and for blade temperature predictions. 

4.5.2 Gas turbine process simulation 

As mentioned above, fuel gas dilution and compressor air extraction are most like‐

ly  necessary  in  a  CC‐IGCC  because  of  the  difficulties  of  hydrogen  combustion. 

Hence, the generic model is used in a first step to investigate the principle behavior 

of some crucial gas turbine parameters at different fuel gas dilution and compres‐

sor  air  extraction  rates.  In  this  context,  the  blade  temperature,  the  gas  turbine 

power output and the compressor pressure ratio have been calculated at different 

turbine inlet temperatures. 

Fig. 21 shows the relative deviation of these parameters from the reference values 

at  natural  gas  operation  for  four  different  compressor  air  extraction  rates.  The 

compressor inlet flow has been kept constant at the reference value to suppose full 

load operation. The calculations are performed with the purified fuel gas originally 

generated  by  the  Siemens  gasifier  (cf. Table  8)  assuming  steam  (maximum 

10 mol. %)  and  nitrogen  dilution  in  order  to  adjust  a  fuel  gas  hydrogen  content 

between 45 and 90 mol. %. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

62 

 

Fig. 21 Influence of fuel gas dilution and air extraction on gas turbine operation 

at constant compressor flow 

Considering the results presented in Fig. 21 the following can be noticed: - For a  constant TIT,  the blade  temperature,  the compressor pressure  ratio and 

the gas turbine power output increase at rising fuel gas dilution rates (decreas‐

ing fuel gas hydrogen content). 

- Without compressor air extraction and TIT‐reduction,  the aforementioned gas 

turbine parameters are significantly higher than at reference conditions (natu‐

ral gas fuel). 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

63 

- Without compressor air extraction, the TIT has to be drastically reduced in or‐

der not  to exceed  the  reference values. For  clarification refer  to Fig. 21a – as‐

suming a possible fuel gas hydrogen content of 67 mol. %: 

o The TIT has to be reduced by about 18 K in order not to exceed the refer‐

ence blade temperature (point A), 

o the TIT has to be reduced by about 39 K in order not to exceed the reference 

compressor pressure ratio (point B), 

o the TIT has to be reduced by about 90 K in order not to exceed the reference 

gas turbine power output (point C), 

- Compressor  air  extraction  reduces  the  necessary  TIT‐reduction  to  reach  the 

same values  for  compressor pressure  ratio, power output and blade  tempera‐

ture as at reference conditions. 

The observed behavior is a consequence of the increased hot gas flow through the 

turbine section in comparison to the natural gas reference case. The enlarged hot 

gas  flow  yields  to  an  increase  of  the  compressor  pressure  ratio,  the  gas  turbine 

power output and the blade temperature. The increase of the blade temperature is 

a consequence of  the almost unchanged cooling air  flow  in relation  to  the design 

(reference) value. As mentioned above, the cooling air flow is limited through the 

turbine design. An increased hot gas flow and an unchanged cooling air flow inevi‐

tably involve an increase of the blade temperature. 

Concluding it can be stated that the IGCC‐performance would suffer from the tre‐

mendous TIT‐reduction that is necessary when the gas turbine is operated accord‐

ing to the assumed principle.  

For this reason, compressor mass flow reduction is identified as an additional op‐

erational measure. In this way, the hot gas flow through the turbine section is re‐

duced so that the crucial gas turbine parameters can be kept at an acceptable level. 

As indicated above, compressor flow control can be technically realized by the var‐

iable inlet guide vane at the entry of the compressor. 

Assuming the same boundary conditions, the influence of fuel gas dilution and air 

extraction on gas turbine operation is investigated again but now considering the 

compressor part load, too. The compressor mass flow is chosen to control the gas 

turbine power output so that the reference value may not be exceeded. The hot gas 

temperature (T7 in Fig. 20) that can be adjusted via the individual fuel mass flow 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

64 

also acts as a variable but  for blade  temperature control and TIT control. For all 

three  temperatures  the maximum is defined at  the reference value (natural gas). 

Fig. 22 illustrates the corresponding results.  

 

Fig. 22 Influence of fuel gas dilution and air extraction on gas turbine operation 

at controlled compressor flow 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

65 

As shown, the compressor has to be operated in part load for the complete possi‐

ble fuel gas hydrogen range when air extraction is not applied and the gas turbine 

power  output must  not  exceed  the  reference  value.  Due  to  the  reduced  hot  gas 

flow, the blade temperature and the TIT are always below the reference value alt‐

hough the hot gas temperature is kept at the maximum. 

In  the case of 84 000 Sm³ extraction air,  the compressor mass  flow has  to be re‐

duced  for  power  output  control  at  fuel  gas  hydrogen  contents  below  79 mol. %. 

Additionally,  the  hot  gas  temperature  has  to  be  derated  at  this  corner  point  to 

avoid a higher blade temperature as at reference conditions. Below this hydrogen 

content, the hot gas temperature can be kept at the maximum as the blade temper‐

ature and the TIT stay below the reference. This behavior is also caused by the de‐

creasing hot gas flow. 

The behavior at the other two air extraction rates is similar to the latter one with 

the difference that the compressor flow has to be reduced only at fuel gas hydro‐

gen contents below 62 mol. % (at 168 000 Sm³/h extraction air) and 51 mol. % (at 

252 000 Sm³/h extraction air), respectively. For both cases, the hot gas tempera‐

ture has to be derated at the individual corner point by about 6 K in order to keep 

the blade temperature within the limit. Furthermore, a slight hot gas temperature 

reduction is necessary within the corner point area to avoid a higher TIT as at ref‐

erence conditions. 

In general it can be noticed, that the highest blade temperature is achieved at that 

fuel gas hydrogen content where the gas turbines mechanical limit is reached and 

its compressor is barely operated at full load flow. The highest TIT is also obtained 

within  the  area  of  this  corner  point  and  its maximum  shifts with  decreasing  air 

extraction rates to higher hydrogen contents. The gas turbine efficiency is not illus‐

trated as it makes only sense to consider it  in one context with the ASU auxiliary 

load. Nevertheless, the range where a high TIT is achieved indicates an optimal gas 

turbine performance. The influence to the overall IGCC performance will be clari‐

fied in one of the subsequent chapters. 

In a continuative  investigation,  the gas  turbine model and the generated  findings 

are used to carry on the comparison of the IGCC cycles that are based on the four 

different gasifier types. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

66 

Therefore the individual gases are conditioned so that a fuel gas hydrogen content 

of  45 mol. %  is  adjusted  (described  in  previous  chapters).  Nowadays  this  value 

represents  the upper  limit  for  the  fuel  gas hydrogen  content  of  advanced power 

plant gas turbines (cf. Gräbner [21] and Smith [57]). 

Gas  turbine  operation  is  simulated  considering  compressor  air  extraction  of 

252 000 Sm³/h for all cases. 

Same as above, the compressor mass flow and the hot gas temperature are used to 

control the power output and the TIT, respectively so that the reference values are 

reached (power output) or not exceeded (temperatures). 

Table 12 summarizes some calculation results. 

The complete heat and material balances as well  as  the CHEMCAD  flow schemes 

can be found in Appendixes E3 to E7. 

Table 12 Gas turbine calculation results for different fuel gases 

Parameter  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

Δmcompressor  %  99  94  94  94 

ΔThot gas  K  ‐3  0  0  0 

ΔTIT  K  0  0  ‐1  ‐1 

ΔTblade  K  0  ‐3  ‐4  ‐4 

 

As  it  can be seen, gas  turbine operation  is very similar  for all of  the  investigated 

concepts.  The  sole  noticeable  difference  is  observed  at  the  CoP  case  where  the 

compressor mass  flow has  to be derated only by about one percent compared to 

the reference value (instead of 6 % at the other cases). This  is caused by the fact 

that the fuel gas generated by the CoP gasifier contains a considerable amount of 

methane which  in  turn  involves a higher LHV than at  the other  three cases. As a 

consequence  the necessary  fuel  gas mass  flow decreases  so  that  the  compressor 

inlet mass flow can be enlarged to reach the reference power output of 292 MW. 

The higher blade  temperature at  the CoP case  is again caused by  the augmented 

hot gas flow. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

67 

4.6 The water­/steam cycle 

The water‐/steam cycle of the CCPP represents the final major sub process within 

the  direct  IGCC  process  chain.  It  is  powered  by  the  gas  turbine  exhaust  gas  and 

connected to all of the upstream processes.  

Fig.  23  shows  the  developed  flow  scheme  for  the water‐/steam  cycle  of  the  CC‐

IGCC. The mayor elements are the heat recovery steam generator (HRSG) and the 

steam turbine with condenser. Cooling water heat removal is realized by a conven‐

tional wet  cooling  tower which  however  is  not  part  of  the  further  investigation. 

The HRSG has three different pressure levels (HP, IP, LP) with one reheat stage and 

represents  therefore  the state of  the art design  for CCPPs driven by advanced F‐

class gas turbines [21]. Consequently, the steam turbine is characterized by a high 

pressure section, an intermediate pressure section and a low pressure section. 

 

Fig. 23 Flow scheme for the water‐/steam cycle in a CC‐IGCC 

The arrangement of the HRSG heating surfaces is a result of thermodynamic simu‐

lations aiming at exergy loss minimization. Each pressure level contains economiz‐

er,  evaporator  and  superheater  segments  which  are  individually  placed  so  that 

they fit optimally to the temperature range of the exhaust gas. 

HPEco 3

IP ST

IPRHHP SH

Cooling water8-9-cw-9

IP EvapCPRH

LP EvapLP SHExhaust gas7-8-eg-2

HP steam3-8-st-8

Exhaust gas to stack8-0-eg-3

G

HP Evap

IP-steam8-2-st-1

Make up water10-8-mu-4

LP steam8-2-st-2

LP BFW8-2-BFW-2

Cooling water9-8-cw-10

GT fuel3-8-gas-5

Fuelpreheater

HP ST

HPEco 2

LP steam2-8-st-6

IP steam8-2-st-3

Condensate2-8-cond-1

Condensate4-8-cond-2

Condensate5-8-cond-3

BFW8-3-BFW-3

LP BFW8-5-BFW-4

LP steam5-8-st-11

IP steam8-5-st-12

LP-steam8-4-st-10

GT fuel8-7-gas-9

Heat recovery steam generator (HRSG)

IP SH

HP steam2-8-st-4

IP BFW8-2-BFW-1

HP/IPEco 1

IP steam2-8-st-5

IP-steam8-3-st-9

Extraction air7-8-air-4

Extraction air8-1-air-5 Air cooler

(LP-evaporator)

LP ST

Condensate (to external CPRH)8-3-wa-3

Condensate (from external CPRH)8-3-wa-4

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

68 

As  indicated  above,  the  water‐/steam  cycle  serves  the  heat  demand  of  the  up‐

stream  processes  via  numerous  interfaces.  At  the  same  time,  it  also  acts  as  the 

supplier of boiler feed water and superheater for saturated steam which is gener‐

ated for instance at the raw gas cooling section. Furthermore, fuel gas preheating 

and cooling of the air that is extracted from the gas turbines compressor are real‐

ized within the cycle. 

4.6.1 Modeling and simulation of the water‐/steam cycle 

A process simulation model is developed in CHEMCAD according to the above giv‐

en flow sheet. The thermodynamic properties for all gaseous process streams are 

calculated  by  the  use  of  the  Soave‐Redlich‐Kwong  equation  of  state.  Water  and 

steam properties are considered corresponding to international standards. 

Water‐/steam cycle simulations for CCPPs are common practice in the power plant 

business. The ambitious part is always the design of the HRSG. This in turn is pro‐

foundly  affected  by  the  chosen  temperature  differences  at  the  individual  pinch 

points and approach points. These temperature definitions and the basics of HRSG 

design are perfectly described by Lechner [40]. 

The Q,t ‐ diagram of the HRSG is predestinated to explain the process of boiler de‐

sign. Fig. 24a shows one of a HRSG in a conventional, natural gas fired CCPP. 

For a given exhaust gas  flow and a chosen HP evaporator pressure, boiler design 

takes place as follows: 

- First, the temperature difference at the pinch point of the HP evaporator and the 

temperature difference between the gas turbines exhaust gas and the tempera‐

ture of live steam and reheat steam have to be chosen. 

- Once this is done, the amount of heat available for HP evaporation, superheating 

and reheating is fixed. 

- Then, heat balance calculations give the HP steam flow as soon as the grade of 

sub cooling at the HP evaporator inlet is chosen. The necessary HP feed water is 

preheated in staged heating surfaces so that it enters the steam drum just slight‐

ly sub cooled.  

- The producible amounts of IP and LP steam are achieved in the same way. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

69 

As it can be seen in Fig. 24a, the HP path consumes the lion’s share of the exhaust 

gas energy. The other two pressure levels are subordinated and preserve only that 

heat which is not required at the HP level. Nevertheless, they are necessary in or‐

der to minimize the exhaust gas losses. The quantity of IP steam and LP steam is 

directly influenced by the temperature difference at the HP pinch point. It can only 

be augmented by an increase of the HP pinch point which however goes at the ex‐

pense of efficiency. 

 

Fig. 24 Q,t – diagram of the heat recovery steam generator 

Although HRSG design for a CC‐IGCC follows the same principles, the Q,t – diagram 

looks somewhat different. Fig. 24b shows the diagram for the concept based on the 

SCGP. As it can be seen, the superheater and the IP reheater consume about 30 % 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

70 

more exhaust gas energy as at the conventional HRSG. At the same time, the heat 

flow to the HP evaporator  is reduced by this amount. This  is caused by the addi‐

tional steam flow received from the CSC which has to be superheated in the HRSG. 

Consequently, less energy remains for the HP evaporator and the therein generat‐

ed steam flow decreases. Hence, the heat demand of the HP economizers 2 and 3 

also drops, which in turn shifts more exhaust gas energy to the IP evaporator. This 

process yields to an  increased flow of  IP steam and feed water so that the HP/IP 

economizer and the LP evaporator consume about the same exhaust gas energy as 

at the conventional case. Since the boiler feed water for the CSC is warmed within 

the  condensate  preheater  (CPRH),  the  overall  condensate  flow  is  markedly  in‐

creased  in comparison  to  the conventional HRSG. A part of  the condensate  is ex‐

ternally preheated within the CO‐shift cycle as shown in Fig. 14. 

With  regard  to  the  temperature  differences,  especially  the  IP  reheater  and  the 

CPRH  show  considerably  lower  values  in  comparison  to  the  conventional  HRSG. 

This again is a result of the mass flow mismatch caused by the strong integration of 

the water‐/steam cycle with the upstream processes. 

As the temperature differences and the transferred heat strongly affect the heating 

surface area, a comparison of  the four CC‐IGCC concepts  is conducted. Therefore, 

the individual water‐/steam cycles are simulated considering all  interfaces to the 

other processes. The heating surface areas are calculated according to the follow‐

ing: 

 

A     Q  ∆

            (22) 

 

where  k  represents  the  heat  transfer  coefficient  and  Δtm  the  mean  logarithmic 

temperature  difference.  In  accordance  to  VDI‐Wärmeatlas [61]  a  value  of 

50 W/m²K seems to be a good approximation for the heat transfer coefficient. For 

the  purpose  of  concept  comparison,  this  k‐value  is  kept  constant  for  all  heating 

surfaces and all compared concepts. 

Fig. 25 shows  the calculated heating surface areas  for  the different CC‐IGCC con‐

cepts in comparison to a conventional HRSG. As supposed, the HP superheater and 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

71 

the IP reheater are significantly larger and the HP evaporator and HP economizer 

considerably smaller than at the reference boiler. As a result, the IP evaporator and 

IP  economizer  surfaces  are  sized  larger. The heating  surface  areas  for  the  IP  su‐

perheater, the LP evaporator and the CPRH just slightly differ from the reference. 

All in all, the GE‐R case shows the highest deviations as the water‐/steam cycle has 

to handle the largest amount of saturated HP steam (generated at the RSC and at 

the CO‐shift as well). 

 

Fig. 25 Heat surface area for the HRSG in a CC‐IGCC 

The  overall  results  are  helpful,  especially when  CCPP  operation  on  back  up  fuel 

(natural gas) has to be considered. For natural gas operation, the heating surfaces 

are  either  too  small  (e.g.  the  HP  evaporator)  or  too  large  (e.g.  the  IP  reheater) 

which  in  fact entails efficiency penalties, caused for  instance by a required water 

injection  to  the  superheated  steam.  A  detailed  economic  analysis  based  on  the 

planned  operating  regime  (expected  operating  hours  on  coal  and  natural  gas  as 

well as the corresponding fuel prices) is necessary to optimize the HRSG‐design. As 

a result the design of the individual heating surfaces might be adjusted. However, 

this analysis goes beyond the scope of the presented investigation. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

72 

At  the  end,  the  performance  results  of  the  water‐/steam  cycle  simulations  are 

summarized in Table 13. In accordance to [21], the auxiliary load of the combined 

cycle  process  is  estimated  to  be  2.2 %  of  the  CCPPs  gross  power  output.  The 

boundary conditions,  the CHEMCAD flow schemes and the heat and material bal‐

ances for the individual cycles can be found in the Appendixes F1 to F9. 

Table 13 Performance results of water‐/steam cycle simulation 

Parameter  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

Psteam turbine, gross  MW  175.1  200.7  176.7  169.4 

PCCPP, aux  MW  10.3  10.8  10.3  10.2 

 

4.7 Air separation unit 

Since the air separation unit is the by far biggest auxiliary load consumer of a CC‐

IGCC, special interest is laid on its process description as well as on modeling and 

simulation  in  order  to  detect  optimization  potential.  As  already  mentioned,  the 

ASU not only supplies oxygen to the gasifier and the SRU but also nitrogen to the 

pneumatic coal  feeding system (only  for  the SCGP and Siemens gasifiers) and  for 

fuel  gas  dilution  purposes.  The  considerable  amounts  of  the  diluent  nitrogen  as 

well as the need for gas turbine air integration are responsible for special bounda‐

ry  conditions  compared  to  a  conventional  ASU  for  chemical  processes.  Conven‐

tional units usually are designed for quite low operating pressures (approximate‐

ly 5‐6 bar). For CC‐IGCC, an elevated pressure concept might be superior.  

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

73 

In the following the cryogenic air separation process is described based on a com‐

mon ASU  flow sheet  applying  the  classical double‐column arrangement. Building 

on that, a process simulation model is developed and used for simulation of a wide 

range of operating scenarios. The specific auxiliary load consumption is calculated 

and  illustrated  dependent  on  the  level  of  air  and  nitrogen  integration.  Based  on 

that,  a decision  can be made  if  a  low or  an elevated pressure ASU  should be ap‐

plied. 

The sophisticated three‐column distillation ASU which is supposed to be energeti‐

cally  advantageous at operating pressures higher  than 12 bar [21]  is not  consid‐

ered,  since  there  is  only  one  reference  unit  operating worldwide  (AVESTA,  Fin‐

land). Therefore, this technology does not represent the state of the art. Moreover, 

this configuration is much more complex and inflexible to load changes (ibid, page 

77‐78  in  AP2001)  so  that  it  is  rather  not  qualified  for  nowadays  electricity  grid 

requirements. 

4.7.1 Fundamentals of air separation and process description 

The subsequently described process represents one out of a multiplicity of possi‐

ble configurations [21]. It is used to clarify the fundamental coherences while it is 

not  claimed  that  the  chosen  process  represents  the  optimum  configuration  for 

each CC‐IGCC. 

Referring  to  Fig.  26  a  conventional  cryogenic  air  separation  process  can  be  de‐

scribed as follows: First, the ambient air is compressed in the Main Air Compressor 

(MAC) and  then  cooled and purified  from dust, water,  carbon dioxide,  and other 

unwanted impurities. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

74 

 

Fig. 26 Process flow diagram of the low pressure air separation unit 

In case of gas  turbine air  integration a part or all of  the required air  is extracted 

from  the  gas  turbine.  As  air  extraction  takes  place  downstream  the  gas  turbine 

compressor,  the  extracted  air  needs  to be  expanded  (due  to  the higher pressure 

level  of  common  gas  turbines)  in  the  hot  air  turbine  to  the  required  operating 

pressure of the ASU. 

Thereafter, one part of the air is cooled down close to its condensing temperature 

(ca. 1 K superheated) within the main heat exchanger (MHE) before it is fed to the 

last stage of the high pressure distillation column (lower column). The remaining 

part of the air is compressed up to approximately 70 bar in a booster unit with in‐

tercoolers, then liquefied within the MHE and depressurized in the liquid air tur‐

bine for energy recovery and concurrent sub cooling. Subsequently, the liquid air is 

split so that one part is throttled (by taking advantage of the Joule‐Thomson‐effect) 

and fed to the lower column. The remaining liquid is sub cooled, throttled and fed 

to the low pressure distillation column (upper column).  

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

75 

The split‐distribution of gaseous and liquid air as well as the specific feed and ex‐

traction stages are optimization parameters that are individually found in order to 

compensate the heat losses and fulfill the energy balance. 

Within the high pressure column the pre‐separation of air takes place. Due to the 

fact that the evaporation temperature of nitrogen is lower than that of oxygen (ar‐

gon  is  in  between),  an  oxygen‐enriched  liquid  (about  35 mol. %)  accumulates  at 

the bottom while a nitrogen‐rich vapor rises to the top of the column. After lique‐

faction within the condenser of the high pressure column, one part of the nitrogen‐

rich stream can be extracted as an ultraclean product. Another part is used as re‐

flux for the lower column while the remaining is sub cooled and fed as reflux to the 

upper column. 

The oxygen‐enriched stream leaving the high pressure column is sub cooled, throt‐

tled and fed to the low pressure column where the final separation takes place. So, 

the oxygen product with  its desired purity  is distilled at  the bottom of  the upper 

column and subsequently pumped to the required pressure before it is evaporated 

in the MHE. 

At the top of the upper column diluent gaseous nitrogen (DGAN) and a few stages 

below a residual gas can be taken off. The individual amount of the latter one af‐

fects the DGAN‐purity and is therefore used for DGAN purity‐adjustment, especial‐

ly at higher operating pressures of the ASU. 

Pure liquid nitrogen is extracted at the top of the lower column before it is evapo‐

rated  in  the MHE. After compression to the required pressure  levels  it  is used as 

gaseous nitrogen (GAN) for the coal preparation and feeding process. 

Inside the distillation column an intensive contact between liquid and vapor is re‐

alized where both intend to reach the equilibrium state. To achieve this, the rising 

vapor needs to lower its oxygen content which is realized by partial condensation 

of oxygen. The released condensing enthalpy yields to an evaporation of nitrogen 

out of the liquid phase so that the liquid also approaches its equilibrium condition. 

Fig. 27 shows the equilibrium composition of boiling oxygen‐nitrogen mixtures at 

different pressure levels. The equilibrium data are an integral part of the database 

implemented in CHEMCAD. As it can be seen, the dew point curve and the bubble 

point curve approach each other at rising operating pressures. Hence, air separa‐

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

76 

tion at higher pressures is hampered and requires a higher number of separation 

stages as well as a higher reflux ratio. 

 

Fig. 27 Equilibrium composition of boiling oxygen‐nitrogen mixtures 

The pressure difference between the upper and the lower distillation column is a 

fundamental  factor which  significantly  influences  the operating  conditions of  the 

ASU. is the pressure level is determined so that the nitrogen vapor at the top of the 

lower column condensates at a slightly higher  temperature  (2 … 3 K) as  the  tem‐

perature of boiling oxygen at the bottom of the upper column. In doing so, the re‐

leased condensing enthalpy can be transferred to the upper column and realize the 

heat  supply  for  evaporation. As  a  consequence,  the upper  and  the  lower  column 

are thermally coupled which means that the condenser of the lower column acts as 

the reboiler of the upper one. The determination of pressure levels for the high and 

low pressure column is visualized for two different examples in Fig. 28. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

77 

 

Fig. 28 Pressure‐dependent boiling temperatures for nitrogen and oxygen and 

determination of pressure levels for the distillation column of the ASU 

As  it  can  be  seen  the  evaporation  temperatures  of  oxygen  and  nitrogen  depart 

from each other with rising pressures. Therefore the necessary pressure difference 

(pressure  loss)  between  upper  and  lower  column  increases  at  higher  operating 

pressures. Fig. 28 illustrates an increase of pressure loss from roughly 4 bar to ap‐

proximately 8 bar when  the operating pressure  in  the  lower column  is  increased 

from 5 to 11 bar. Consequently  the compression energy  for  the MAC increases at 

higher column pressures. Nevertheless an elevated pressure ASU might be superi‐

or  (especially  at  high  DGAN‐demands)  since  the  pressure  ratio  for  DGAN‐

compression  is  considerable  reduced  compared  to  a  conventional  low  pressure 

concept. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

78 

4.7.2 ASU simulation models 

For ASU simulation,  two different models are developed  in CHEMCAD. While  the 

first model is used for the simulation of a low pressure concept, the second is used 

to  simulate  an elevated pressure one. Both models  adopt  a  similar  configuration 

and differ only in detail. 

The  simulation model  for  the  low  pressure  concept  is  based  on  the  process  ar‐

rangement (Fig. 26) and the description given in 4.7.1. 

For the elevated pressure concept,  the differences result  from the higher distilla‐

tion pressure and  influence the necessary compressor and column stages as well 

as  the  compensation  of  heat  losses.  To  enhance  the  oxygen  yield,  a  part  or  the 

compressed DGAN is recycled,  liquefied and used as reflux  for  the  lower column. 

Therefore the air supply to the lower column is omitted. Table 14 summarizes the 

main differences between the low and the elevated pressure concept. 

Table 14 Main differences between the developed ASU‐models 

Component  Low pressure ASU  Elevated pressure ASU 

MAC  3 stages (to 5.8 bar)  4 stages (to 12 bar)  

Hot air turbine  Expansion to 5.8 bar  Expansion to 12 bar 

Lower column  

35 theoretical stages  45 theoretical stages 

5.1 bar pressure  11.3 bar pressure 

Upper column  

25 theoretical stages  45 theoretical stages 

1.3 bar pressure  3.5 bar pressure 

GAN compressor  4 stages  3 stages 

DGAN compressor  6 stages  4 stages 

Residual gas expander  No (not possible)  Yes (from 3 to 1 bar) 

 

The process  flow diagram  for  the elevated pressure concept  can be  found  in Ap‐

pendix G1. The developed CHEMCAD flow sheets for the low pressure ASU and the 

elevated pressure ASU are shown in the Appendixes G2 and G3. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

79 

The developed process models simulate an interconnection of turbo machineries, 

heat exchangers and distillation columns. The first two elements are simply speci‐

fied  by  setting  the  efficiency  and  the  pressure  ratio  and  the  temperature  differ‐

ences  respectively.  The  distillation  columns  are  calculated  using  the  principle  of 

equilibrium stage. That is to say, that the equilibrium state for each component (air 

can be considered as a mixture of nitrogen, oxygen and argon) at each stage is cal‐

culated by solving the so called MESH‐equations (MESH: Material balance, Equilib‐

rium condition, Summation condition, Heat balance) [18]. The equilibrium stage is 

also known as the theoretical stage since the practical necessary number of stages 

is achieved by considering the stage efficiency. Cubic equations are proved for cal‐

culation  of  vapor‐liquid  equilibriums. Out  of  these  equations,  the Peng‐Robinson 

equation of state delivers reliable data especially at very low temperatures and is 

therefore preferred  for  the calculation of cryogenic processes. Hence,  it has been 

chosen for the calculation of thermodynamic properties. Special care has to be tak‐

en for the placement of the feed and extraction stages of the distillation columns. A 

steady curve progression  for  the vapor and  liquid composition  indicates  the cor‐

rect position of the feed streams, as the compositions of the feed streams have to 

coincide with the vapor or liquid composition at the corresponding column stage. 

In Fig. 29 the vapor and liquid compositions inside the upper column are illustrat‐

ed for the low pressure concept as an example. The steady curve progression indi‐

cates the correct placement of the feed streams. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

80 

 

Fig. 29 Vapor and liquid composition inside the low pressure column of the ASU 

4.7.3 Simulation of ASU operating scenarios 

The auxiliary load for an ASU within a CC‐IGCC mainly depends on the level of air 

integration and the DGAN demand for  fuel gas dilution. Therefore,  the developed 

ASU models  are  used  for  simulations  covering  a  widespread  operating  area  for 

these two factors. The following parameters are defined for process assessment: 

 

Specific auxiliary load:  PASU,   PASU,VGOX

                WS GOX

  (23) 

 

Level of air integration: VGT  .  V ,ASU

                              %         (24) 

 

Specific air integration:  KASU,   VGT  .  VGOX

             S .S GOX

    (25) 

 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

81 

Specific DGAN demand:  KASU,DGANVDGANVGOX

                 S ³ DGANS ³ GOX

     (26) 

 

Specific HP GAN demand:  KASU,HP GANVHP GANVGOX

            S ³ HP GANS ³ GOX

    (27) 

 

Specific LP GAN demand:  KASU,LP GANVLP GANVGOX

             S ³ LP GANS ³ GOX

     (28) 

 

The  air  demand  for  the  separation  process  and  the  available  amount  of  DGAN 

slightly vary for the different ASU operating pressures. Hence, the levels of air and 

nitrogen  integration  are  ambiguous  parameters  when  comparing  air  separation 

units since they stand for different absolute amounts of extraction air and DGAN. 

Therefore,  the aforementioned parameters KASU,air and KASU,DGAN are  introduced as 

alternative expressions. 

For ASU processes  that have  to  supply GAN  for  the coal preparation and  feeding 

process, the GOX‐specific HP and LP GAN demand have to be considered as well.  

The GAN and DGAN demands are not physically influenced by the amount of GOX. 

They are only referred to the amount of GOX in order to simplify concept assess‐

ment. 

A series of simulations have been conducted for various air integration levels and 

specific DGAN demands, both for the low pressure and the elevated pressure con‐

cept  as well. The  calculations were  carried out  for  an ASU  that produces oxygen 

and nitrogen for a dry feed entrained flow gasification process in a CC‐IGCC power 

plant. The underlying boundary conditions are summarized in Table 15. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

82 

Table 15 Boundary conditions for ASU simulation 

Stream  Parameter    Value  

GOX  

Purity  95 mol. % 

Conditions   50 bar; 60 °C 

HP GAN  

Purity   < 0.1 mol. % O2 

Conditions   70 bar; 70 °C 

KASU,HP GAN  0.30 Sm³ HP GAN/Sm³ GOX 

LP GAN  Purity   < 0.1 mol. % O2 

Conditions    > 9 bar (extraction at suitable stage); 30 °C 

KASU,LP GAN  0.16 Sm³ LP GAN/Sm³ GOX 

DGAN  

Purity  < 1 mol. % O2 

Conditions    34 bar; ≈ 100 °C (as received after last stage) 

Ambient air   Conditions    15 °C, 1013.25 mbar, 60 % relative humidity 

Composition  77.316 mol. % N2, 20.735 mol. % O2, 1.009 mol. % H2O, 0.907 mol. % Ar, 0.033 mol. % CO2 

GT  extraction air 

Conditions   16 bar; 170 °C 

Composition   Same as ambient air 

 

The specific demands of HP GAN and LP GAN are chosen in accordance to Gräbner 

et al. [21] and therefore represent typical values for a dry feed entrained flow gasi‐

fication process in a CC‐IGCC. 

Fig. 30 exemplifies  the  calculated auxiliary  load distribution  for  four  comparable 

operating points. 

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

83 

 

Fig. 30 Auxiliary load distribution of air separation units for a CC‐IGCC 

As  illustrated,  the MAC and  the booster  consume  the main part of  the necessary 

auxiliary load when extraction air is not used and DGAN is not required (Fig. 30a). 

Although DGAN is not necessary, auxiliary load induced by the DGAN compressor 

is shown at the elevated pressure concept. This is due to the nitrogen recycle as it 

is explained in Chapter 4.7.2. 

At the elevated pressure concept, energy can be recovered by the residual gas ex‐

pander since the remaining nitrogen occurs at about 3 bar. As a consequence both 

pressure concepts end up at an equal level for the specific auxiliary load.  

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

84 

If a high amount of extraction air is used and DGAN is still not required (Fig. 30c), 

the booster and the DGAN‐compressor (only at the elevated pressure concept) will 

become the major auxiliary load consumer. At this case a considerable amount of 

energy can be recovered by the hot air turbine which expands the extraction air to 

the operating pressure of the lower column. For this operating point the elevated 

pressure concept has already been superior to the low pressure one which is main‐

ly caused by the lower pressure ratio for the booster. 

As it can be seen in Fig. 30b and Fig. 30d, a high DGAN demand clearly favors the 

elevated pressure concept. The lower pressure ratio for DGAN compression is re‐

sponsible for the auxiliary load advantage. Additionally it has to be mentioned that 

at these high DGAN demands the residual nitrogen cannot be used at the expansion 

turbine since it is needed to regenerate the molecular sieves. 

The overall calculation results are presented in Fig. 31.  

 

Fig. 31 Specific auxiliary load consumption of an air separation unit for a CC‐IGCC 

dependent on the operating pressure of the air separation unit 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

85 

The  tabulated  calculation  results  can  be  found  in  Appendix  G4.  For  the  given 

boundary conditions, the elevated pressure concept is superior or at least equiva‐

lent to the low pressure concept within the entire operating range. Therefore the 

low pressure concept will not be considered for further investigations. 

The  auxiliary  load  for  the  simulated  air  separation units  can be  calculated using 

equation (29). The corresponding coefficients are summarized in Table 16. 

 

PASU,  Z A KASU, B KASU,DGAN             W

S GOX    (29) 

 

where A, B and Z are simple coefficients. 

 

Table 16 Coefficients for calculation of the specific ASU auxiliary load 

Coefficient  Unit  Low pressure ASU  Elevated pressure ASU 

Z  kWh/Sm³ GOX  0.56654  0.57189 

A  kWh/Sm³ GOX  ‐0.10236  ‐0.11061 

B  kWh/Sm³ DGAN 

0.13809  0.11103 

 

Based on the previous examinations and findings, the ASUs auxiliary load was cal‐

culated for the CC‐IGCC with the four different gasifier types. Table 17 summarizes 

the individual boundary conditions and the received simulation results. 

   

Modeling and simulation of sub‐processes for CC‐IGCC 

86 

Table 17 ASU simulation results for the CC‐IGCC based on different gasifiers 

Demand & supply  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

GOX  103 Sm³/h  74.9  97.2  78.5  78.5 

DGAN  103 Sm³/h  165.7  171.5  202.1  195.4 

GAN (HP+LP)  103 Sm³/h  1.6  0  38.8  35.5 

Extraction air  103 Sm³/h  251.7 

Results           

Air demand  103 Sm³/h  357.3  449.9  371.4  368.3 

Specific air demand  Sm³/Sm³ GOX  4.77  4.63  4.73  4.69 

Lair,int  %  70  56  68  68 

KASU,air  Sm³/Sm³ GOX  3.4  2.6  3.2  3.2 

PASU,aux  MW  29.2  39.9  40.1  38.7 

PASU,spec  kWh/Sm³ GOX  0.39  0.41  0.51  0.49 

 

As  shown  in Table  17,  the ASU  for  the  IGCC power plant with  a  CoP  gasifier  re‐

quires the least specific auxiliary load closely followed by the GE‐R case. This dif‐

ference is due to the slightly higher DGAN demand and the higher GOX pressure for 

the GE‐R. The other two cases are characterized by a roughly 25 % higher specific 

auxiliary load. In turn this is a consequence of the GAN extractions which are not 

necessary (or at least at a minor amount) for the GE‐R and the CoP gasifier. These 

extractions out of the high pressure column reduce the available reflux to the low 

pressure column. The  losses can only be outbalanced by  the mentioned nitrogen 

recycle which in fact is responsible for the higher specific auxiliary load. The minor 

differences  between  the  SCGP  and  the  Siemens  case  are  caused  by  the  slightly 

higher DGAN and GAN demand at the CC‐IGCC with SCGP. 

The heat and material balances for  the discussed concepts  is provided in the Ap‐

pendixes G5 – G8. 

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

87 

5 Thermodynamic evaluation of IGCC­concepts 

Within  this  chapter,  selected  IGCC‐concepts  are  evaluated  with  respect  to  their 

thermodynamic performance. Therefore, the developed process simulation models 

are used to analyze the thermodynamic behavior of different IGCC configurations. 

In  the  first part, a comparative benchmark of  the CC‐IGCC concepts based on the 

four different gasifier types is accomplished. Subsequently, a study is conducted to 

clarify the effects of integration between the gas turbine and the ASU on the overall 

IGCC  performance.  The  chapter  closes with  a  survey  analyzing  the  performance 

and  the  CO2‐emissions  of  IGCC‐concepts  designed  for  different  carbon  retention 

rates (CRR). 

5.1 Benchmark of CC­IGCCs with different gasifiers 

One central goal of this thesis is a comprehensible evaluation of CC‐IGCC concepts 

based on  four  industrial  coal  gasifiers. The overall  concept  arrangement  and  the 

individual sub‐processes have already been extensively described in Chapter 4. 

The simulation results and the thermodynamic analysis for each of the IGCC sub‐

processes are presented there as well. Therefore, the results only have to be sum‐

marized in the following. 

Table 18 shows the most important performance results for the four different con‐

cepts.  The  thermal  heat  input  to  the  gasifier  is  adjusted,  so  that  the  gas  turbine 

generates 292 MW which at the same time represents the defined mechanical shaft 

limit. 

   

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

88 

Table 18 Performance summary for CC‐IGCC concepts 

Parameter  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

Pgas turbine  MW  292.0  292.0  292.0  292.0 

Psteam turbine  MW  175.1  200.7  176.7  169.4 

Pexpansion turbine  MW  ‐  3.3  ‐  ‐ 

PIGCC,gross  MW  467.1  496.1  468.7  461.4 

Pauxiliary load  MW  88.4  98.3  103.2  99.4 

PIGCC,net  MW  378.7  397.8  365.5  362.0 

Qcoal  MW  1049.1  1129.0  1035.1  1037.8 

ηIGCC,gross  %  44.5  43.9  45.3  44.5 

ηIGCC,net  %  36.1  35.2  35.3  34.9 

 

The steam turbine power output at  the GE‐R‐concept  is about 12  to 15 % higher 

than at the other three configurations. This is mainly caused by the concurrent HP‐

steam generation in the radiant cooler and in the CO‐shift cycle. At the other con‐

cepts  this  kind of  heat  recovery  is  only possible  either  at  the  gasifier  (SCGP and 

CoP  gasifier)  or  at  the  heat  recovery  section  of  the  CO‐shift  cycle  (Siemens 

gasifier). Hence,  the CC‐IGCC with GE‐R also shows the highest net power output 

which is roughly 5 % higher than at the CoP‐IGCC and 9 to 10 % higher than at the 

configurations based on the other two gasifiers. 

The best net efficiency is expected for the concept with CoP gasifier which exhibits 

a  clear advantage over  the other  three  configurations. Despite of  its  significantly 

better gross efficiency,  the SCGP‐concept only  reaches a net  efficiency which  lies 

about 0.8 %‐points below the leading value. Fig. 32 illustrates this behavior. 

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

89 

 

Fig. 32 Evaluation of CC‐IGCCs based on different gasifier concepts 

As seen in Fig. 32c, the markedly lower auxiliary load fraction for the CoP‐IGCC is 

the  reason  for  the  highest  of  all  net  efficiencies.  This  is mainly  due  to  the  lower 

share for the ASU which in turn is achieved by the significant lower demand of gas‐

eous nitrogen for the gasification process (as explained in Chapter 4.7.3). 

The concept with GE‐R also shows a clearly  lower auxiliary  load  fraction  in com‐

parison with  the  SCGP‐concept  so  that  the  net  efficiency  for  both  configurations 

ends up at the same level.  In spite of a 14 % higher oxygen demand compared to 

the SCGP, the ASU for the GE‐R consumes a lower auxiliary load share. This again is 

due to the missing demand of gaseous nitrogen for the coal feeding process. Addi‐

tionally, the higher operating pressure at the GE‐R concept results in a lower auxil‐

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

90 

iary  load  for  the  AGR  and  the  CO2‐compressor  so  that  the  efficiency  gap  to  the 

SCGP‐ and the Siemens‐configuration is reduced or even compensated. 

The Siemens‐IGCC shows a similar auxiliary load distribution in comparison with 

the  SCGP  case. The  slightly different  auxiliary  load  fractions  for  the ASU and  the 

gasifier are caused by the different demand of gaseous nitrogen (GAN and DGAN) 

and the necessary power for the quench gas recycle compressor at the SCGP. As a 

consequence the Siemens‐IGCC shows the weakest of all net efficiencies. However 

there is only a small distance to the efficiencies of the CC‐IGCC with SCGP and GE‐R. 

An exergetic analysis  for  the overall  IGCC‐concepts  is conducted according to the 

fundamentals described in chapter 4.2.6. The results are provided inTable 19. 

The analysis identifies the gasifier and the gas turbine as the main cause for exergy 

destruction. These losses are inevitable since they are caused by the irreversibility 

of chemical fuel conversion. While the other sub‐processes contribute only minor 

exergy losses, the water‐/steam cycle is responsible for the third largest amount of 

exergy  destruction.  This  is  basically  owed  to  the  necessary  temperature  differ‐

ences  in  the HRSG  and  the  irreversibility  of  energy  conversion within  the  steam 

turbine. 

   

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

91 

Table 19 Exergy losses related to the exergy input to the CC‐IGCC 

IGCC sub process  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

ASU  %  2.3  2.7  2.5  2.5 

Gasifier  %  22.3  25.7  22.1  22.8 

CO‐shift  %  3.5  2.1  3.7  2.5 

AGR/SRU/TGT  %  4.4  4.2  4.3  4.3 

CO2‐compressor  %  2.2  2.0  2.3  2.3 

Gas turbine  %  21.1  19.7  21.4  21.4 

Water‐/steam cycle  %  8.3  8.7  8.5  9.4 

Residual  %  0.8  0.8  0.8  0.8 

Exergetic efficiency  %  35.1  34.2  34.4  34.0 

 

The exergetic efficiency shows the same differences between the concepts as  the 

energetic efficiency. These overall distinctions are caused by the individual ones in 

the  particular  sub‐processes.  The  presented  analysis  identifies  the major  causes 

for exergy destruction and therefore provides the basis for an exergetic optimiza‐

tion. 

Some differences between the four concepts shall be explained in more detail: 

- ASU: The CC‐IGCC based on the CoP gasifier shows the least exergy loss which is 

due  to  the  lowest demand of GOX.  In  contrast,  the CC‐IGCC with GE‐R has  the 

highest  demand  of  GOX  which  accordingly  causes  the  highest  of  all 

exergy losses. Please also see Fig. 10a for clarification. 

- Gasifier: The exergetic analysis is already provided in chapter 4.2.6. 

- CO‐shift:  There  are  slight  advantages  for  the  IGCC‐concepts  based  on  the  Sie‐

mens gasifier and the GE‐R. On the one hand, this is due to the lower tempera‐

ture  differences  at  the  heat  recovery  section  (with  steam  generation).  On  the 

other hand,  the missing  IP‐steam demand  (for  temperature moderation at  the 

first CO‐shift reactor) has a positive impact, too.  

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

92 

- AGR/SRU/TGT/CO2‐compressor: There are no noteworthy advantages for none 

of the four concepts. 

- Gas turbine: The CC‐IGCC with GE‐R shows the least (relative) exergy losses. At 

a closer look all four concepts have almost the same absolute exergy loss at the 

gas turbine process. The lower relative exergy loss is caused by the fact that the 

concept with GE‐R needs about 8 to 9 % more coal  in comparison to the other 

concepts (due to the higher exergy loss at the gasifier). 

- Water‐/steam cycle: The differences between  the  four  concepts  are  caused by 

the  individual  HRSG‐design  and  the  need  to  apply  different  tempera‐

ture differences. 

 

 

With respect to the CO2‐emissions, an equal level can be reached for the IGCC con‐

figurations based  on  the GE‐R,  the  SCGP  and  the  Siemens‐gasifier  (see  Fig.  32d). 

Due  to  the methane  content  in  the  gas  turbine  fuel  (see  Fig.  32a),  the  CoP‐IGCC 

comes out with a 60 % higher specific CO2‐emission and a five percent lower car‐

bon retention rate (CRR). The latter one is defined as the ratio of carbon atoms in 

the captured CO2 related to that in the coal. 

As  a  conclusion  of  this  study,  a  theoretical  efficiency  potential  of  about  1.6 %‐

points can be identified for the SCGP‐IGCC when the gasifier would operate on an 

enhanced pressure level (like the GE‐R) and without gaseous nitrogen for the coal 

feeding  system  (assuming  a  solid  feed  pump).  In  this  case  the  higher  operating 

pressure would  cause  the  auxiliary  load  fraction  of  the  CO2‐compressor  and  the 

AGR  to  decline,  so  that  the  values  of  the  GE‐R‐case  could  be  reached  (each will 

bring a rise of 0.3 %‐points for the net efficiency). Additionally, the ASU auxiliary 

load fraction would drop to the level of the CoP‐case (as a consequence of the omit‐

ted gaseous nitrogen demand for the coal entry system) which would bring anoth‐

er 1 %‐point increase of the net efficiency. 

   

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

93 

5.2 Level of integration between the gas turbine and the ASU 

A further goal of this thesis is to clarify the influence of integration between the gas 

turbine and the air separation unit on the overall IGCC performance. The technical 

need for air and nitrogen integration and the impact on gas turbine operation have 

already been described  in Chapter 4.5. The effects of different rates of air extrac‐

tion and nitrogen dilution (DGAN demand) on the performance of the air separa‐

tion  process were  demonstrated  in  Chapter 4.7.3.  Based  on  these  investigations, 

the other sub‐processes of a CC‐IGCC were simulated for four different air extrac‐

tion rates and a range of different nitrogen dilution rates (to adjust a certain fuel 

gas hydrogen content). The CC‐IGCC with Siemens gasifier is selected for the study. 

The results are presented in Fig. 33. 

The operating behavior of the gas turbine as shown in Fig. 22 is decisive. The gas 

turbine power output (Fig. 33a) is restricted by the defined mechanical shaft limit 

which is kept by controlling the compressor inlet flow. 

The steam turbine power output (Fig. 33b) is mainly influenced by the gas turbines 

exhaust gas flow which reaches its maximum for a given air extraction rate at the 

point  where  the  highest  blade  temperature  is  attained. With  reference  to  Chap‐

ter 4.5.2, this point is reached at a fuel gas hydrogen content where the gas turbine 

operates at the mechanical shaft  limit and its compressor barely runs at  full  load 

flow. At  increasing air extraction rates,  the amount of steam generated  in the ex‐

traction air cooler also increases, which in fact, is the cause for the absolute differ‐

ences between the maxima of the steam turbine power outputs at different air ex‐

traction rates. 

The  trend of  the plants gross efficiency  (Fig. 33c)  is  the same as  that  for  the gas 

turbines  efficiency.  The  highest  gross  efficiency  is  logically  achieved without  air 

extraction  and  at  the  highest  of  the  investigated  nitrogen  dilution  rates.  At  the 

same time, this operating point requires the highest of all auxiliary loads (Fig. 33d). 

This is mainly caused by the necessary power for the main air compressor and the 

DGAN‐compressor  of  the  ASU.  For  a  given  air  extraction  rate,  the  auxiliary  load 

fraction  stays  about  constant within  a  fuel  gas  hydrogen  range  between  79  and 

90 mol. %.  Within  this  range  the  fuel  gas  is  only  diluted  with  steam  so  that  no 

DGAN‐compressor  load  is  required. For  lower  fuel  gas hydrogen contents, DGAN 

compression causes the auxiliary load fraction to a steady increase. 

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

94 

 

Fig. 33 Impact of ASU and gas turbine integration on the performance of a CC‐

IGCC 

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

95 

For  fuel gas hydrogen contents between 45 and 65 mol. %,  the resulting net effi‐

ciency (Fig. 33e) shows  just a marginal difference (max. 0.2 %‐points) among the 

various rates of compressor air extraction. Over the full fuel gas hydrogen range a 

slight efficiency maximum is noticed for each air extraction rate. This maximum is 

found at that point where the turbine  inlet temperature for the  individual air ex‐

traction rate reaches its maximum, too. 

The net power output (Fig. 33f) follows the trend of the steam turbine power out‐

put  and  shows  a  clear  optimum  for  each  air  extraction  rate.  This  optimum  also 

shifts  to  the  right  side  of  the  diagram with  decreasing  air  extraction  rates.  The 

maximum is found at that fuel gas hydrogen content where the gas turbine has al‐

ready operated at the mechanical shaft  limit while the compressor barely runs at 

full load flow. From Fig. 33f it can be concluded that a higher net power output and 

also  a  higher  net  efficiency  could  be  reached  at  a  fuel  gas  hydrogen  content  of 

45 mol. % when a higher compressor air extraction rate would have been consid‐

ered.  However,  this  has  not  been  done  since  compressor  air  extraction  of 

252 000 Sm³/h gives  about 7 % air  integration which  should not be  exceeded  to 

enable a proper start‐up process of the CC‐IGCC [21]. 

The presented investigation illustrates the influence of the level of integration be‐

tween the gas turbine and the ASU on the performance of a CC‐IGCC under given 

boundary conditions. As the generated results are based on generic process simu‐

lation models and special assumptions, they should not be considered as universal‐

ly  valid.  The  investigation  should  rather  be  comprehended  as  a  particular  case 

study presenting an approach  to analyze and optimize  the  integration aspect be‐

tween the gas turbine and the ASU in a CC‐IGCC. Nevertheless, the following find‐

ings are stated to be valid for every other CC‐IGCC application with respect to the 

gas turbine and ASU integration: 

- The gas turbines operating behavior and limitations are decisive for the identifi‐

cation of the optimal level of integration between the gas turbine and the ASU. 

- High levels of air integration are only thermodynamically advantageous at high 

levels of nitrogen integration. The thermodynamic benefit of air integration dis‐

appears as soon as higher maximum fuel gas hydrogen contents can be realized 

than possible with the nowadays state of the art technology. 

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

96 

- For a given compressor air extraction rate,  the maximum of net efficiency and 

net power output is achieved at that nitrogen integration rate (fuel gas hydro‐

gen  content)  where  the  gas  turbine  is  operated  at  the mechanical  shaft  limit 

while its compressor barely runs at full load flow. 

5.3 IGCC concepts with different carbon retention rates (CRRs) 

At the end of the thermodynamic assessment, a case study was conducted to clarify 

the  influence  of  different  CRRs  to  the  IGCC‐performance  and  the  specific  CO2‐

emissions. Therefore, four different operating scenarios were defined based on the 

overall configuration developed for the concept with Siemens gasifier. 

The following measures were found suitable for a reduction of the CRR in a given 

overall configuration: 

- Capture and compression of the high pressure CO2 while the low pressure CO2 is 

vented to the atmosphere; all other things are equal to the reference case, 

- Reduction of the CO2‐capture rate in the AGR through a derated solvent flow, 

- CO‐shift  cycle with  just one reactor  instead of  two while nearly all CO2  is cap‐

tured in the AGR, 

- CO‐shift cycle with just one reactor instead of two with a concurrently reduced 

CO2‐capture rate in the AGR through a derated solvent flow. 

Corresponding  to  the  above  mentioned  measures,  four  different  IGCC‐cases  are 

developed and simulated. Fig. 34 shows the generated results in comparison to the 

chosen reference case (IGCC‐with Siemens gasifier). 

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

97 

 

Fig. 34 Case study for IGCC‐concepts with different carbon retention rates 

The first measure (case 2) does not affect the main process flow since the captured 

CO2  is not  internally used. Hence,  the gross plant performance  is  identical  to  the 

reference case. Venting the LP‐CO2 stream involves that only the remaining HP‐CO2 

has to be compressed. Therefore, the specific auxiliary load demand as well as the 

absolute power consumption for the CO2‐compressor decreases  in comparison to 

the reference case. Consequently, the net power output increases by about 10 MW 

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

98 

which  implies  a  1 %‐point  higher  net  efficiency.  At  the  same  time  the  CO2‐

emissions increase so that a CRR of roughly 60 % is reached. 

With  respect  to  case  3,  the  solvent  flow  in  the  AGR  is  reduced  so  that  about 

18 mol. % of CO2 remain in the clean gas. As a consequence, a CRR of about 60 % is 

achieved while the auxiliary load fraction for the CO2‐compressor and the AGR de‐

crease. Additionally, the auxiliary load share for the ASU is also lowered since less 

nitrogen dilution is necessary to adjust a  fuel gas hydrogen content of 45 mol. %. 

The auxiliary  load savings and  the different  fuel gas composition are responsible 

for an increase of the net power output of about 24 MW and a 2 %‐points efficiency 

enhancement, all in comparison to the reference case. 

Case 4, characterized by a one‐reactor CO‐shift and a bulk CO2‐removal within the 

AGR shows nearly the same performance results as case 2 but features a clear ad‐

vantage with respect to the CRR and the resulting CO2‐emissions. The better per‐

formance compared to the reference case is caused by the reduced auxiliary load 

for the ASU, the CO2‐compressor and the AGR. Due to the different arrangement of 

the  CO‐shift  cycle  (see  Appendix  H1  for  the  corresponding  CHEMCAD  process 

model), more steam can be brought in the gas turbine fuel gas. Therefore, the ASU 

auxiliary  load  fraction is actually  lower than at case 3 since  the nitrogen dilution 

rate can be reduced even more. 

The last of the considered measures (case 5) can be seen as a combination of case 3 

and case 4. The CRR of 60 % is achieved with a one‐reactor CO‐shift and a concur‐

rent  reduction of  the  solvent  flow within  the AGR.  In doing  so,  the net efficiency 

and the net power output can be increased by about 2.2 %‐points and 26 MW, re‐

spectively,  in  comparison  to  the  reference  case.  The  ASUs  auxiliary  load  share 

brings a 1 %‐point lower efficiency decrease than at the base concept. This is due 

to the considerable amounts of CO, CO2 and H2O in the fuel gas which reduce the 

necessary quantity of DGAN provided by  the ASU. Although  the specific auxiliary 

load demand  for  the AGR  increases as a  cause of  the  lower CO2‐partial pressure, 

the absolute value declines through the reduced solvent flow. 

   

Thermodynamic evaluation of IGCC‐concepts 

99 

The previous  case  study  illustrated  the  thermodynamic performance  for  concept 

alternatives with a CRR between roughly 60 and 80 %. The  lower border  for  the 

CRR was chosen since it marks the level that  is common for state of the art com‐

bined cycle power plants driven on natural gas. A configuration with a one‐reactor 

CO‐shift cycle and a concurrently reduced CO2‐capture rate within the AGR offers 

the best values  for efficiency and output when aspiring 60 % carbon retention. A 

concept with a two‐reactor CO‐shift cycle and the same CRR exhibits a slightly infe‐

rior performance. A CRR of nearly 80 % is the maximum that can be achieved with 

a one‐reactor CO‐shift cycle. Capturing only the HP‐CO2 stream while the LP‐CO2 is 

vented  to  the  atmosphere  only makes  sense when  peak  load  capacity  has  to  be 

raised in an already designed plant. 

Nevertheless,  a  final  assessment  of  the  reviewed  alternatives  is  only  possible  in 

coherence  to  an  economic  evaluation  which  will  be  conducted  in  the  following 

chapter. 

Economic evaluation and optimization 

100 

6 Economic evaluation and optimization 

6.1 Economics of CC­IGCC concepts 

This  chapter  illustrates a  simplified economic analysis both  for  the CC‐IGCC con‐

cepts based on different gasifier‐types and for the conducted case study examining 

various CRRs. The analysis is based upon the discounted cash flow method and the 

procedure as it is applied by Gräbner et al. [21] to several IGCC concepts that use a 

world market hard coal and German lignite as feedstock. 

The overall project costs (OPC) for the investigated CC‐IGCC concept with Siemens 

gasifier are assumed to be the same as those for the hard coal fired IGCC concept 

with  CO2‐capture  in  the  aforementioned  study  (OPC  =  3,450  €/kW).  Hence,  the 

OPC for the CC‐IGCC with Siemens gasifier come up to 1,249 Mio € considering the 

net power output of 362 MW. 

The individual OPC‐portions originated by the main subsystems and several other 

capital expenditures (CapEx) are also derived from Gräbner et al. [21]. 

Table 20 summarizes these values. 

Table 20 Overall project costs for the CC‐IGCC with Siemens gasifier 

Investment cost (price level 2008) for  % of OPC  Mio € 

Gas  generation  (coal  handling,  gasification,  water  treat‐ment) 

25.0  312 

Gas treatment (CO‐shift/AGR/SRU/TGT)  11.5  144 

CO2‐compressor  2.5  31 

Combined Cycle  29.0  362 

ASU  7.0  87 

Infrastructure and utilities  13.0  162 

Main spare parts and architect engineer (AE)  3.0  37 

Miscellaneous  9.0  112 

Sum  100.0  1,249

Economic evaluation and optimization 

101 

These  reference data  are used  in  combination with  the  individual  calculation  re‐

sults and a few literature sources to estimate the OPC for the other three CC‐IGCC 

concepts. The respective calculation is shown in appendix I1. 

Table 21 summarizes the corresponding results. 

Table 21 Overall project costs for the CC‐IGCCs with different gasifiers 

Investment cost for  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

Gas generation  Mio €  335  352  419  312 

Gas treatment   Mio €  137  145  144  144 

CO2‐compressor  Mio €  30  34  31  31 

Combined Cycle  Mio €  367  389  368  362 

ASU  Mio €  84  109  87  87 

Direct investment costs  Mio €  953  1,029  1,050  936 

Infrastructure  and  utili‐ties 

Mio € % of OPC 

165 13 

179 13 

182 13 

162 13 

Main spare parts and  architect engineer 

Mio € % of OPC 

38 3 

42 3 

42 3 

37 3 

Miscellaneous  Mio € % of OPC 

114 9 

124 9 

126 9 

112 9 

Overall project costs (OPC) 

Mio € €/kW(net) 

1,271 3,357 

1,373 3,453 

1,400 3,830 

1,249 3,450 

 

As it can be seen, the CC‐IGCC with CoP gasifier is expected to have the lowest spe‐

cific OPC while the concept based on the SCGP shows the worst specific OPC (ap‐

proximately 14 % higher than at the CoP‐case). 

Table 22 shows the remaining boundary conditions that are necessary to calculate 

the cost of electricity (CoE) as the decisive evaluation parameter. 

   

Economic evaluation and optimization 

102 

Table 22 Other boundary conditions for the economic analysis 

Parameter  Value    Parameter  Value 

Interest Rate  10 %    Maintenance costs  1 % of OPC 

Useful life   25 a    Costs for taxes and insurances  0.5 % of OPC 

Fuel costs  2.6 €/GJ    CO2‐transport and storage costs  8 €/t 

Miscellaneous costs 

10  %  of fuel cost 

  CO2‐emission certificate price  30 €/t 

Availability  7315 h/a   (= 83.5 %) 

  Labor costs (60 persons               x 65 000 €/a) 

3.9 Mio €/a  

 

The above provided data are chosen in accordance to Gräbner et al. [21] represent‐

ing a good basis  for a realistic concept assessment.  In concordance to Gräbner et 

al. [21],  the  payment  dates  for  the  capital  expenditures  are  distributed  over  the 

expected  construction  period  of  5  years.  The  complete  procedure  for  the  CoE‐

determination is explained in the Appendixes I2 and I3. 

Fig. 35a illustrates the resulting CoE for the IGCC‐concepts based on the different 

gasifiers  types. As  it  can be  seen,  the  concept with CoP gasifier  shows  slight  ad‐

vantages  in comparison  to  the concept with Siemens gasifier and  this with GE‐R. 

Although to name a clear favorite out of these three concepts seems to be daring 

especially when the uncertainties of cost estimation are considered. However, the 

concept based on the SCGP is most likely the worst economic choice out of the con‐

sidered concepts since a 7 to 10 % higher CoE has to be expected. 

Furthermore, Fig. 35a clarifies the dominant impact of the capital costs to the CoE. 

Roughly 60 % of the CoE is owed to the CapEx while the second largest cost driver 

(fuel) only  takes  responsibility  for  less  than a quarter of  the CoE. The other cost 

components are from minor influence. 

Economic evaluation and optimization 

103 

 

Fig. 35 Cost of electricity for IGCC‐concepts with carbon capture 

Fig. 35b shows the CoE for the concept alternatives with different carbon retention 

rates (refer to Chapter 5.3) calculated for a range of CO2‐emission penalties. 

Due  to  the  high  carbon  retention  rate,  the  CoE  response  to  a  changing  CO2‐

emission penalty is only marginal for the reference case. 

The  concepts with a  reduced CO2‐capture  rate are only expected  to be markedly 

advantageous  if  no  or minor  CO2‐emission  penalties  have  to  be  paid.  Under  the 

given  boundary  conditions  the  break‐even‐price  for  the  CO2‐emission  penalty  is 

found to be at about 30 €/t. 

Economic evaluation and optimization 

104 

With respect to the results of case 3 and case 5 it can be summarized, that it does 

not matter  if  the  IGCC  is  equipped with  a  one‐reactor CO2‐shift  or  a  two‐reactor 

CO2‐shift as long as the same CRR is adjusted at the AGR. The capital costs assumed 

for the CRR‐analysis can be found in Appendix I4. 

The  investigation  of  concept  economics  closes with  a  sensitivity  study  analyzing 

the influence of certain cost drivers to the CoE. Fig. 36 visualizes the relative CoE 

assuming  realistic  improvements  (target  values)  for  the  net  efficiency,  the  plant 

availability, the interest rate and the capital expenditures. 

 

Fig. 36 Impact of realistic improvements to the cost of electricity (CoE) 

The CapEx reduction promises the highest potential  for CoE reduction as  the un‐

derlying investment costs are provided with an uncertainty range of ± 30 % [21]. 

The figure also clarifies the minor influence of efficiency and availability enhance‐

ments (at least in a realistic bandwidth) to the CoE. In contrast, a 20 %lower inter‐

est rate would strongly reduce the CoE. However, the interest rate is driven by the 

financial market  and a  reduced  rate would also have  to be  applied  to  competing 

technologies. 

 

   

Economic evaluation and optimization 

105 

In  the  following,  the cost of CO2‐avoidance  is  introduced as an additional evalua‐

tion parameter. The definition is: 

 

cost of CO2‐avoidanceCoECC‐IGCC,a   ‐  CoEconv,a

CO2  emissionconv  ‐ CO2 emissionCC‐IGCC 

     (30) 

where 

- CoECC‐IGCC,a is the CoE for a CC‐IGCC (excluding the costs for CO2‐penalties), 

- CoEconv,a is the CoE for a conventional steam power plant (excluding the costs for 

CO2‐penalties), 

- CO2 emissionCC‐IGCC are the specific CO2‐emissions for a CC‐IGCC and 

- CO2 emissionconv stands for the specific CO2‐emissions for a conventional steam 

power plant. 

 

The  following  example  shall  illustrate  the meaning  of  the  cost  of  CO2‐avoidance. 

Bearing  in mind  the herein presented  simulation results  and  the aforegoing eco‐

nomic assessment, the following is assumed: 

  CoECC‐IGCC,a    =  108 €/MWh 

  CoEconv,a    =  50 €/MWh 

CO2 emissionCC‐IGCC  =  65 kg/MWh 

CO2 emissionconv  =  710 kg/MWh 

   

According to equation (30) the  

 

  cost of CO2‐avoidance    108  ‐50710  ‐65

  €

MWhkg

MWh   90 €

t   . 

 

 

Economic evaluation and optimization 

106 

Accordingly,  the CoE  including  the cost of CO2‐avoidance are calculated as 

follows: 

  CoECC‐IGCC 108 €MWh

65kgMWh

* 90€t   114 €

MWh  

 

  CoEconv 50 €MWh

710kgMWh

* 90€t

114 €MWh

    . 

 

Hence,  the  calculated  cost  of  CO2‐avoidance  gives  the price  for  the CO2‐emission 

penalty that is necessary to achieve the same CoE for the CC‐IGCC and the conven‐

tional steam power plant without carbon capture. 

Fig. 37 illustrates the so calculated cost of CO2‐avoidance for a CC‐IGCC in compari‐

son to a conventional hard coal fired steam power plant. 

 

Fig. 37 Cost of CO2‐avoidance for a CC‐IGCC 

The shaded area in Fig. 37 provides the CoE‐range for state of the art steam power 

plants in Germany [62] 

The  upper  (blue)  graph  applies  to  the  simulated  CC‐IGCC  with  Siemens  gasifier 

achieving a CRR of about 93 %. The graph shows that the CO2‐emission penalty for 

this concept would have to assume 120 €/t (= cost of CO2‐avoidance)  to be com‐

petitive  with  a  conventional  steam  power  plant  having  a  CoE  (without  CO2‐

Economic evaluation and optimization 

107 

emission penalty) of 30 €/MWh. If this conventional steam power plant only had a 

CoE  (without  CO2‐emission  penalty)  of  50 €/MWh,  the  CO2‐emission  penalty 

would have to assume 90 €/t in order to get CoE‐parity amongst the CC‐IGCC and 

the conventional plant. 

The middle (red) graph represents a 26 % lower CoE as it would appear if the im‐

provements  for  efficiency,  availability  and  CapEx  (as  demonstrated  in  Fig.  36) 

could be realized. Accordingly the CO2‐emission penalty would have to be between 

50  and  80 €/t  to make  this  concept  competitive  to  a  conventional  steam  power 

plant without CO2‐capture.  

The lower (green) curve in Fig. 37 shows that the CoE for a CC‐IGCC has to be re‐

duced by over 50 % (in comparison to the calculated reference value) in order to 

be competitive to a state of the art steam power plant without carbon capture. On‐

ly  if  this  CoE‐reduction  can  be  achieved,  the  CO2‐emission  penalties  could  range 

between  0  and  30 €/t.  Present  day  prizes  for  the  CO2‐emission  certificate  range 

between  5  and  15 €/t [12]  so  that  CC‐IGCC  for  power  generation  are  today  far 

away from economic feasibility. 

 

Summing up, the following conclusions can be taken from of the economic analysis: 

- At present day boundary  conditions, CC‐IGCC will  only be  superior  to  state of 

the art steam power plants if the prices for the CO2‐emission certificates will be 

markedly higher than 110 €/t or when the CoE for the CC‐IGCC can be reduced 

by more than 50 % in comparison to the calculated values. 

- The high Capital Expenditures are the key cost driver for the CoE of CC‐IGCC. 

- CC‐IGCC based on the four investigated gasifier technologies show only a slight‐

ly different cost of electricity, especially when the distance to the CoE for state 

of the art steam power plants is considered. 

- A  reduced  carbon  retention  rate  (60 %)  is  only  favorable  (in  comparison  to  a 

CRR of 93 %) at  low prices for the CO2‐emission certificate. Since CC‐IGCC can 

only be superior to present day steam power plants at high CO2‐emission certif‐

icate prices, a reduced CO2‐capture rate seems to be not an option at all. 

   

Economic evaluation and optimization 

108 

6.2 Optimized IGCC­concept with enhanced economics 

As pointed out in the latter chapter, capital cost reduction is the key to enhance the 

economic feasibility of a CC‐IGCC. The economic analysis identified the gas genera‐

tion section and the combined cycle plant as the main CapEx producers as both of 

them are responsible for more than 70 % of the direct investment costs. 

Table  23  shows  the  individual  shares  of  the  direct  investment  costs  for  the  five 

major subsystems of the CC‐IGCC based on the Siemens gasifier. The provided spe‐

cific costs in €/kW (gross) include the costs for “infrastructure and utilities”, “main 

spare parts and architect engineer” and “miscellaneous” as they are originally cal‐

culated as fraction of the overall project costs.  

Table 23 Capital costs of a CC‐IGCC assigned to the main sub‐systems 

IGCC­subsystem  Capital Expenditures 

% of direct investment costs  €/kW (gross) 

Gas generation  33  902 

Gas treatment   15  415 

CO2‐compressor  3  90 

Combined Cycle  39  1,047 

ASU  9  253 

 

As  it  can be  seen  in Table  23,  the Combined Cycle  is  responsible  for  the  biggest 

share  of  the  capital  expenditures.  Moreover,  the  calculated  specific  costs  were 

found  to be markedly higher  than  for  a  conventional natural  gas  fired  combined 

cycle power plant  (NG CCPP). A  reference calculation was carried out  for a  com‐

mon NG CCPP using  the software  “Thermoflow” which  includes a vendor proved 

cost  library  (see  Appendix  I5).  The  thereby  achieved  specific  cost  of  684  €/kW 

confirmed the assumption and showed that the Capital Expenditures for a CCPP in 

a CC‐IGCC are roughly 50 % higher in comparison to a common NG CCPP. 

These findings initiate the idea to decouple the CCPP from the upstream processes 

so that a standardized combined cycle power plant with considerable lower capital 

Economic evaluation and optimization 

109 

expenditures  can  be  applied.  To  realize  this,  all  interfaces  between  the  water‐

/steam cycle and the other sub‐processes of the CC‐IGCC had to be cut. At the same 

time  it had  to be  investigated how  the  complete water and steam supply  for  the 

consuming processes can be ensured. Heat balance calculations prove that the heat 

recovery section of the CO‐shift cycle is able to serve all water and steam consum‐

ers so that a decoupled CCPP can be realized. The modified flow sheet of the CO‐

shift cycle can be found in Appendix I6. 

Now,  process  simulations  will  show  the  impact  on  the  performance  of  the  de‐

integrated power plant, henceforth called gasification combined cycle  (GCC). The 

GCC concept is based on the Siemens gasifier since there is the lowest quantity of 

excess  steam  expected  (out  of  the  four  gasifier  types).  The  excess  steam  is  that 

amount  of  steam  generated  in  the  CO‐shift which  is  not  necessary  for  the  other 

sub‐processes of  the GCC. Hence,  it  is expanded in an additional small steam tur‐

bine for power production. Table 24 shows the performance comparison between 

the IGCC and the GCC both based on the Siemens gasifier. 

Table 24 Performance comparison between IGCC and GCC 

Parameter  Unit  IGCC  GCC 

Pgas turbine  MW  292.0  292.0 

Psteam turbine  MW  169.4  129.8 

Padditional turbine  MW  ‐  16.9 

PIGCC,gross  MW  461.4  438.7 

Pauxiliary load  MW  99.4  113.8 

PIGCC,net  MW  362.0  324.9 

Qcoal  MW  1037.8  941.6 

ηIGCC,gross  %  44.5  46.6 

ηIGCC,net  %  34.9  34.5 

 

   

Economic evaluation and optimization 

110 

As illustrated in Table 24 the net power output and the net efficiency decrease for 

the  investigated GCC  in  comparison  to  the  reference  IGCC. On  the  one  hand  this 

behavior is caused by the omitted ASU integration (refer to Chapter 5.2) and on the 

other hand by the lower steam parameters at the heat recovery section of the CO‐

shift cycle. But as pointed out  in Chapter 6.1, the achieved performance penalties 

will not noticeably influence the CoE. 

Table 25 shows the cost of electricity for the investigated GCC concept. In addition 

to the reduced expenditures for the CCPP also different CapEx reduction rates are 

assumed for the gas island (all sub‐processes except the CCPP).  

Table 25 Cost of electricity (CoE) for a GCC concept 

  CC­IGCC     (reference) 

GCC­concept 

    CapEx reduction for the gas island 

0 %  15 %  50 % 

CoE [€/MWh]  110  96  90  76 

Relative CoE  100 %  88 %  82 %  69 % 

 

The actual possible CoE‐savings that can be reached by a GCC configuration with 

optimized CCPP costs are about 12 % in comparison to the reference IGCC. 

If the GCC concept also caused CapEx reductions for the gas island (by the devel‐

opment of standardized sub‐processes with a reduced number of interfaces), addi‐

tional CoE‐savings could be achieved. The CoE could be reduced by 18 % (in com‐

parison  to  the  reference  CC‐IGCC)  if  the  CapEx  for  the  decoupled  gas  island 

dropped by about 15 %. 

The procedure of CoE‐calculation is identical to the one explained in the Appendix‐

es I1 to I3. 

   

Economic evaluation and optimization 

111 

Concluding, the following can be noticed with respect to the investigated GCC con‐

cept: 

- It is possible to decouple the CCPP from the subsequent processes without ma‐

jor performance penalties. 

- The CoE is expected to be markedly lower than for the reference IGCC. 

- It  is  supposed  to be easier  to  realize CapEx‐reductions  for a decoupled gas  is‐

land than for a highly integrated process (e.g. by standardization and reduction 

of the construction time) 

- A  GCC  concept  will  tremendously  reduce  financing  and  risk  if  the  decoupled, 

standardized gas island is erected at an existing CCPP. 

 

Executive summary 

112 

7 Executive summary 

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plants are a promising alter‐

native to conventional power generation technologies. Especially the capability to 

accomplish almost zero‐emissions of carbon dioxide and hazardous substances is a 

unique  feature  for  the  IGCC‐technology  in  a  fossil  fuel  based  power  generation 

market. Nevertheless, IGCC power plants with Carbon Capture (CC‐IGCC) could not 

be established on the market so far. 

The complexity and the entirely different process technology of CC‐IGCC are sup‐

posed to deter electric utilities from project realization. Indeed, previous descrip‐

tions of the complex correlations within and between the individual sub‐processes 

of CC‐IGCC have room for  improvement. Moreover, there  is a high  level of uncer‐

tainty with respect to the economic feasibility of CC‐IGCC. 

The objective of  this  thesis  is  to provide an extensive description of  the  correla‐

tions  in  some  of  the most  crucial  sub‐processes  for  hard  coal  fired  CC‐IGCC.  For 

this purpose, process simulation models are developed and used to clarify the in‐

fluence of certain boundary conditions on plant operation, performance and eco‐

nomics. 

 

In the beginning, recent studies for IGCC‐concepts are summarized. A closer look is 

taken  to  the  published  plant  performance  and  the  expected  cost  of  electricity 

(CoE). Distinctions are made with respect  to  four different coal gasification  tech‐

nologies. These are the Shell Coal Gasification Process (SCGP), the Siemens gasifier, 

the ConocoPillips gasifier  (CoP) and  the General Electric  (GE) gasifier. Moreover, 

different approaches for concept optimization are analyzed. Most of them investi‐

gated the  influence of  integration between the gas turbine and the air separation 

unit  (ASU). A  smaller number of  studies proposed measures  to  achieve  the opti‐

mum CO2‐capture rate. 

The published results show a high fluctuation for the efficiency and the CoE even 

for IGCC‐concepts with the same gasifier type. A detailed analysis is carried out for 

a few selected studies in order to clarify the cause for these differences. It is found 

that  some  of  the  studies  use  greatly  different  assumptions  for  process modeling 

Executive summary 

113 

which are not adequately described. The CoE‐fluctuations mainly appear as a re‐

sult of different underlying costs for investment and fuel.  

Each  of  the  considered  studies  that  investigate  the  influence  of  integration  be‐

tween  the gas  turbine and  the ASU provide a  clear  statement  for  the  correlation 

between the efficiency and the level of integration. However, the results of the in‐

dividual studies are partly opposed to each other so that a clear tendency cannot 

be  derived.  The  same has  to  be noticed  for  the  studies  investigating  the  optimal 

CO2‐capture rate. Again, a detailed analysis of selected studies is conducted in or‐

der to find the reason for the different results. Same as above, no final clarification 

can be derived since different assumptions are used and modeling details are rare. 

However, a weak point breakdown provides some basic  ideas for the subsequent 

adaptation. 

In general, the most part of the reviewed literature is criticized since the descrip‐

tions  of  the  individual  processes  are  often  inadequate  and modeling  details  are 

mostly not provided or rather given in a short deepness. Due to this lack of infor‐

mation,  the analysis of results  is hindered and general conclusions cannot be de‐

rived. Same as argued by the Massachusetts Institute of Technology [34], the lack 

of published modeling details  is  considered  to be  a  serious handicap  for  reliable 

assessment of complex CC‐IGCC. 

As a consequence, the following scope of work is defined for this thesis: 

- Process flow diagrams for CC‐IGCC concepts based on the four above men‐

tioned gasifier types have to be designed. 

- Sophisticated  process  simulation models  for  the main  sub‐processes  of  a 

CC‐IGCC have to be developed and applied. Moreover, a substantial descrip‐

tion of global  coherences  is  to be aimed at  so  that  the correlations within 

and between the individual sub‐processes can be clearly illustrated. 

- The concepts have to be ranked on the basis of an energetic and economic 

assessment. 

- The  influence  of  integration  between  the  gas  turbine  and  the  ASU,  under 

consideration  of  thermodynamic  and  operational  aspects,  has  to  be  ana‐

lyzed. 

Executive summary 

114 

- Finally, the optimal CO2‐capture rate for a CC‐IGCC has to be identified. 

Within  the main  part  of  this  thesis,  process  flow diagrams  for  CC‐IGCC  concepts 

and  sophisticated  process  simulation  models  are  developed  and  described.  The 

concepts based on  the  four  gasifiers  are  slightly different  to each other but on a 

common basis. The developed models proof successful simulation for the gasifica‐

tion  processes,  the  CO‐shift  cycle,  the  acid  gas  removal  unit,  the  sulfur  recovery 

process,  the  gas  turbine,  the water‐/steam cycle  and  the ASU. Based on  this,  the 

coherences  within  and  between  the  mayor  sub‐processes  are  extensively  dis‐

cussed and described. As a consequence of the achieved high level of detail, model 

validation is not possible. However, the plausibility check of results does not indi‐

cate any reasonable doubts on  the developed models. Beyond  that,  the efficiency 

for one comparable concept published by Gräbner et al. [20] shows conformity to 

the herein presented results. 

The comparative benchmark of  the CC‐IGCC concepts based on the  four different 

gasifier types adds up the following: 

- The  highest  net  efficiency  is  expected  for  the  concept  with  CoP  gasifier 

(ηIGCC,net = 36.1 %). 

- The concepts with the SCGP and the GE‐gasifier with radiant cooler turn out 

to reach the same  level of efficiency (ηIGCC,net = 35.3 % and 35.2 %, respec‐

tively). 

- The concept based on the Siemens gasifier achieves the weakest of all four 

efficiencies  (ηIGCC,net =  34.9 %).  However,  there  is  only  a  small  distance  to 

the two last mentioned concepts. 

- All concepts but the one with CoP‐gasifier can achieve CO2‐emissions as low 

as about 65 g/kWh which corresponds to a carbon retention rate of 93 %. 

Due  to  the  methane  content  produced  by  the  CoP‐gasifier,  this  concept 

reaches only about 104 g/kWh (88 % carbon retention rate). 

- The concept based on the SCGP is expected to be the worst economic choice 

under  given  boundary  conditions.  The  calculated  CoE  is  7  to  10 % higher 

than at the other three concepts. However, a clear favorite technology out of 

these three cannot be named, since the achieved CoE are quite contiguous 

(108 – 110 €/MWh). 

Executive summary 

115 

The economic analysis also clarifies the dominant impact of the investment costs. 

Roughly 60 % of the CoE is owed to the investment costs while the second largest 

cost driver (fuel) only takes the responsibility for less than a quarter of the CoE. In 

addition, a sensitivity study brings out that investment cost reduction promises the 

highest potential  for CoE enhancement. On  the other hand,  the  improvements of 

efficiency and availability only have a minor influence to the achievable CoE. Final‐

ly,  the  cost  of  CO2‐avoidance  compared  to  a  conventional  pulverized  coal  power 

plant without CO2‐capture is calculated to be between 90 and 120 €/t of CO2.  This 

means,  that CC‐IGCC at nowadays conditions will only be superior  to state of  the 

art steam power plants if the prices for the CO2‐emission certificates will be mark‐

edly higher  than 90 €/t of CO2. Otherwise  the CoE  for a CC‐IGCC needs  to be re‐

duced by over 50 % in order to be economic feasible at present day prices for the 

CO2‐emission certificates.  

 

Furthermore, a case study illustrates the thermodynamic performance for concept 

alternatives with reduced CO2‐capture rates. The economic analysis shows that a 

reduced  CO2‐capture  rate  is  only  favorable  (in  comparison  to  the  reference  CC‐

IGCC) at low prices for the CO2‐emission certificate. However, economic feasibility 

at the present day power generation market is also not given at all. 

 

The analysis of  the  influence of  integration between the gas  turbine and the ASU 

delivers the following results: 

- The  gas  turbines  operating  behavior  and  limitations  are  decisive  for  the 

identification  of  the  optimal  level  of  integration  between  the  gas  turbine 

and the ASU. 

- High levels of air  integration are only thermodynamically advantageous at 

high  levels of nitrogen  integration. The thermodynamic benefit of air  inte‐

gration disappears as soon as higher maximum fuel gas hydrogen contents 

can be realized than possible with the nowadays state of the art technology. 

   

Executive summary 

116 

- For a given compressor air extraction rate,  the maximum of net efficiency 

and net power output is achieved at that nitrogen integration rate (fuel gas 

hydrogen  content)  where  the  gas  turbine  is  operated  at  the  mechanical 

shaft limit while its compressor barely runs at full load flow. 

 

Finally, the previous findings are used to develop an advanced plant configuration 

with improved economics. The idea is to decouple the combined cycle power plant 

(CCPP) from the upstream processes so that a standardized CCPP with considera‐

ble  lower CapEx can be applied. As a  consequence of de‐integration,  the net effi‐

ciency decreases slightly by about 0.4 %‐points which however does not noticea‐

bly increase the CoE. On the other hand the CoE is expected to decrease by about 

18 % through the use of standardized sub‐processes. Moreover, the proposed con‐

cept is expected to be less financially venturous for a first time application of a gas‐

ification based power plant with CO2‐capture. 

 

In summary, IGCC power plants with CO2‐capture are not found to be an economi‐

cally  efficient  power  generation  technology  at  present  day  boundary  conditions. 

The field of application is rather assumed to be the combined production of chemi‐

cals  and  power  or  the  utilization  of  challenging  coals  that  cannot  be  handled  at 

conventional  fired  power  plants.  In  this  regard,  the  unique  features  of  IGCC‐

technology can be better accentuated. 

Appendix 

117 

Appendix 

Appendix A – Nomenclature of the process streams used in the flow schemes 

The nomenclature of the process streams has to be interpreted as follows: 

 

source process – target process – fluid – serial number. 

 

The source and target processes were numbered as follows: 

0 Battery Limits / Ambient 

1 Air Separation unit (ASU) 

2 Gasifier 

3 CO‐shift 

4 Acid gas removal (AGR) 

5 Sulfur recovery unit (SRU) 

6 CO2‐compression 

7 Gas turbine 

8 Water steam cycle 

9 Cooling system 

10 Water treatment 

 

The following abbreviations were used for the fluids: 

Coal    Coal 

GOX    Gaseous oxygen 

GAN    Gaseous nitrogen 

DGAN    Diluent nitrogen 

Gas    Flammable gas 

eg    Exhaust gas 

st    Steam 

BFW    Boiler feed water 

Slag    Slag 

wa    Process water / process condensate 

cond    Condensate (from clean steam) 

Appendix 

118 

mu    Make up water 

ww    Waste water 

cw    Cooling water 

CO2    Carbon dioxide 

met    Methanol 

S    Sulfur 

Example:  2‐3‐st‐7 means: 

From Gasifier – To CO‐shift  – Fluid:  Steam – ongoing  steam stream 

number in the overall IGCC flow scheme: 7 

 

Appendix B1 – Deviation from the equilibrium temperatures in K 

Reaction  SCGP  Siemens  GE  CoP 

        1st stage  2nd stage 

C + O2 ↔ CO2  0  0  0  ‐150  ‐50 

C + CO2 ↔ 2 CO  ‐330  ‐310  0  ‐150  ‐50 

CO + 3 H2 ↔ CH4 + H2O  10  0  ‐320  ‐150  ‐50 

CO + H2O ↔ H2 + CO2  ‐280  0  0  ‐150  ‐50 

H2 + S ↔ H2S  0  0  0  ‐150  ‐50 

CO + S ↔ COS  ‐45  0  24  ‐150  ‐50 

N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3  0  0  0  ‐150  ‐485 

N2 + H2 +2 C ↔ 2 HCN  0  0  0  ‐150  ‐50 

Cl2 + H2 ↔ 2 HCl  0  0  0  ‐150  ‐50 

 

   

Appendix 

119 

Appendix B2 – CHEMCAD­flow sheet for the model of the SCGP 

 

1

2 31

H2O

_raw

coa

l

coal

_waf

ash_

raw

coa

l

2

4

3

air

4

5

7ra

w c

oal

burn

er

fan

drye

r

1113

6

8

8

10

9

6

10

7

5

1617

LP G

AN

fuel

gas

16

20 15

21

9

3317

28ex

haus

t gas

32

11

26

HP

GA

N

drie

d co

al

12

14

21

12

13

14

1518

24 25

27

29

30

19

22

23

34

36

3719

31

35 41

56

40

GO

X mod

. ste

am

2425

HP

CSC

26

27

28IP

CSC

4346

49

31

51

29 30

32

47

33

34

38

3961

35

GO

X PR

H

3663

64

65

37

52

42

57

HP

stea

m

54

53

IP B

FW

IP s

team

66

HP

BFW

pum

p

38

50

20

23

2239

40

18

69

70

68

58

59

67

55

44

recy

cle

fan

4148 71 slag

42

73

4456

72

43

74

45

76

75

77

46

78

79

4780

81 scru

bber

mak

e up

wat

e

was

te w

ater

raw

gas

4849

83

cool

scr

een

IP B

FWIP

ste

am

ID

1 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

104

950

kg/h

ID

2 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

887

7 kg

/h

ID

3 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

662

5 kg

/h

ID

4 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

120

452

kg/h

ID 1

1 T

400

.4 C

P 1

.10

bar

W 4

8029

kg/

h M

190

3 km

ol/h

ID

8 T

101

9.5

C P

9.6

6 ba

r W

160

56 k

g/h

M 5

89 k

mol

/h

ID

5 T

15.

0 C

P 1

.00

bar

W 1

3763

kg/

h M

477

km

ol/h

ID

6 T

10.

0 C

P 3

3.38

bar

W 4

27 k

g/h

M 8

5 km

ol/h

ID

9 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

W 1

4933

kg/

h M

533

km

ol/h

ID 3

3 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

W 1

866

kg/h

M 6

7 km

ol/h

ID 2

8 T

75.

1 C

P 1

.10

bar

W 5

4716

kg/

h M

206

6 km

ol/h

ID 3

7 T

43.

3 C

P 4

8.0

bar

W 1

2354

9 kg

/h

ID 1

4 T

107

.0 C

P 1

.10

bar

W 3

1973

kg/

h M

131

4 km

ol/h

ID 3

4 T

60.

0 C

P 5

0.00

bar

W 1

0714

1 kg

/h M

333

1 km

ol/h

ID 4

1 T

412

.6 C

P 5

1.00

bar

W 1

9440

kg/

h M

107

9 km

ol/h

ID 3

1 T

43.

3 C

P 4

8.0

bar

W 1

2354

9 kg

/h

ID 3

6 T

200

.0 C

P 4

9.00

bar

W 1

0714

1 kg

/h M

333

1 km

ol/h

ID 4

6 T

424

.7 C

P 3

9.75

bar

W 5

6611

0 kg

/h M

278

48 k

mol

/h

ID 6

3 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 2

4193

0 kg

/h ID

65

T 1

53.4

C P

51.

00 b

ar W

603

47 k

g/h

ID 6

4 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 1

8158

3 kg

/h

ID 5

1 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 6

0347

kg/

h

ID 3

8 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 6

0347

kg/

h

ID 5

2 T

100

.0 C

P 5

0.00

bar

W 6

144

kg/h

ID 4

5 T

336

.2 C

P 1

39.5

0 ba

r W

181

583

kg/h

ID 3

9 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 6

144

kg/h ID

42

T 1

449.

9 C

P 4

0.00

bar

W 2

5012

7 kg

/h M

120

49 k

mol

/h

ID 5

4 T

156

.3 C

P 1

43.0

0 ba

r W

181

583

kg/h

ID 6

1 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 6

144

kg/h

ID 5

8 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 3

2508

3 kg

/h M

159

66 k

mol

/h

ID 6

8 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 5

7001

1 kg

/h M

279

87 k

mol

/h

ID 7

1 T

15.

0 C

P 4

0.00

bar

W 9

100

kg/h

ID 4

4 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 6

90 k

g/h

ID 6

9 T

15.

0 C

P 3

9.50

bar

W 6

90 k

g/h

ID 7

0 T

49.

9 C

P 1

.10

bar

W 1

1625

1 kg

/h

ID 6

7 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

W 3

902

kg/h

M 1

39 k

mol

/h

ID 5

6 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 2

4423

9 kg

/h M

119

95 k

mol

/h

ID 8

1 T

109

.8 C

P 4

5.00

bar

W 1

2325

9 kg

/h M

683

5 km

ol/h

ID 7

3 T

138

.2 C

P 3

9.00

bar

W 2

5822

2 kg

/h M

127

77 k

mol

/h

ID 7

9 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 3

6000

kg/

h M

199

8 km

ol/h

ID 7

7 T

149

.3 C

P 3

9.00

bar

W 2

2016

kg/

h M

121

6 km

ol/h

ID 7

4 T

147

.8 C

P 3

9.00

bar

W 1

0907

4 kg

/h M

604

6 km

ol/h

ID 7

8 T

147

.8 C

P 3

9.00

bar

W 8

7259

kg/

h M

483

7 km

ol/h

ID 5

7 T

825

.0 C

P 4

0.00

bar

W 5

6611

0 kg

/h M

278

48 k

mol

/h

ID 5

3 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 1

8158

3 kg

/h ID

62

T 1

54.8

C P

52.

60 b

ar W

235

786

kg/h

ID 6

0 T

264

.7 C

P 5

0.60

bar

W 5

4203

kg/

h

ID 6

6 T

100

.0 C

P 5

1.00

bar

W 6

144

kg/h

ID 5

0 T

275

.2 C

P 3

9.50

bar

W 5

6611

0 kg

/h M

278

48 k

mol

/h

ID 2

0 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

W 3

1901

kg/

h M

113

9 km

ol/h

ID 1

8 T

50.

0 C

P 1

.1 b

ar W

115

561

kg/h

ID 5

9 T

319

.7 C

P 5

0.00

bar

W 3

2508

3 kg

/h M

159

66 k

mol

/h

ID 5

5 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 5

6932

2 kg

/h M

279

61 k

mol

/h

ID 8

2 T

154

.8 C

P 5

2.60

bar

W 3

3688

kg/

h

ID 8

4 T

264

.7 C

P 5

0.60

bar

W 3

3688

kg/

h

63

6210

3

64

104

60

65

45

105

66

82

106

67

84 107

Appendix 

120 

Appendix B3 – Heat and material balance for the model of the SCGP  

 

   

stream ID 0‐2‐coal‐1 0-2-air-1 1-2-GOX-1 1-2-GAN-1 1-2-GAN-2 4-2-gas-2 8-2-st-1 8-2-BFW-1 10-2-mu-1 2‐0‐eg‐1 2‐0‐slag‐1 2‐3‐gas‐1 2-3-st-7 2‐8‐st‐4 2‐10‐ww‐1name raw coal air GOX HP GAN LP GAN fuel gas IP steam IP BFW make up water exhaust gas slag raw gas IP steam HP steam waste watert °C 15.0 15.0 60.0 70.0 30.0 10.0 412.6 154.8 15.0 73.8 138.2 264.7 336.2 149.3p bar 1.0 50.0 70.0 9.7 33.4 51.0 52.6 50.0 1.1 39.0 50.6 139.5 39.0m kg/s 34.634 3.957 30.807 9.173 4.294 0.123 5.590 76.091 10.351 15.733 2.616 74.248 24.924 51.167 6.330n kmol/s 0.137 0.958 0.327 0.153 0.024 0.310 4.224 0.575 0.594 3.674 1.384 2.840 0.350V Nm³/h 11,067 77,281 26,415 12,365 1,974 47,928 296,445LHV kJ/kg 29,887 45,142 11,226HHV kJ/kg 31,116 53,031 11,862h kJ/kg -99 22 38 3 -1,333 -12,757 -15,328 -15,919 -1,531 -4,373 -13,190 -13,324 -15,161s J/kgK 128 -873 -1,141 -656 -4,664 -2,729 -7,522 -9,184 4 1,634 -3,447 -4,056 -7,495M kg/kmol 28.85 32.16 28.02 28.02 5.02 18.01 18.01 18.01 26.49 20.21 18.01 18.01 18.10

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 89.15 0.00 28.11 0.01CO mol % 3.85 0.00 54.55 0.02CO2 mol % 0.03 0.50 0.19 1.95 0.00N2 mol % 77.31 1.94 99.91 99.91 5.54 79.59 4.07 0.00Ar mol % 0.91 3.06 0.03 0.03 0.92 0.27 0.80 0.00CH4 mol % 0.03 0.00 0.03 0.00O2 mol % 20.74 95.00 0.06 0.06 0.00 2.91 0.00 0.00H2O mol % 1.01 0.00 100.00 100.00 100.00 17.05 9.67 100.00 100.00 99.32H2S mol % 0.00 0.00 0.76 0.01COS mol % 0.00 0.00 0.07 0.05SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.40CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.04HCl mol % 0.00 0.00 0.00 0.14

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 0.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 35.78 0.00 2.80 0.00CO mass % 0.00 0.00 0.00 21.49 0.00 75.61 0.03CO2 mass % 0.05 0.00 0.00 0.00 4.39 0.31 4.24 0.00N2 mass % 75.06 1.69 99.89 99.89 30.90 84.18 5.64 0.00Ar mass % 1.26 3.80 0.04 0.04 7.31 0.40 1.58 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.09 0.00 0.02 0.00O2 mass % 23.00 94.51 0.07 0.07 0.00 3.51 0.00 0.00H2O mass % 5.50 0.63 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 11.60 8.62 100.00 100.00 98.84H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.28 0.02COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.20 0.18SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.60NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00HCl mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.28coal mass % 87.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00ash mass % 7.37 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 97.58 0.00 0.00C mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.42 0.00 0.00solids mass % 94.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

121 

Appendix B4 – CHEMCAD­flow sheet for the model of the Siemens gasifier 

  

1

2 31

H2O

_raw

coa

l

coal_

waf

ash_

raw

coal

2

4

3

air

4

5

7ra

w co

al

burn

er

fan

drye

r

1113

6

8

8

10

9

6

10

7

5

1617

LP G

AN

fuel

gas

16

20 15

21

9

3317

28ex

haus

t gas

32

11

26

HP G

AN

dried

coa

l

12

14

21

12

13

14

1518

24 25

27

29

30

19

22

23

36

3719

31

35 41

56

GO

X

mod

. ste

am

GO

X PR

H

20

23

22

4849

83

cool

scre

en

IP B

FW

18

24

25

26

27

29

30

31

33

34

36

3738

40

4142

4344

45

4750

55

6667

60

40

42

89

39

56

59

quen

ch w

ater

IP s

team

68

57 61

filter

cak

e

58

90

59

43

52

58

63

44

69

46

scru

bber

1scru

bber

2

54

48

49

70

73

raw

gas

wast

e wa

ter

ID

1 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

104

950

kg/h

ID

2 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

887

7 kg

/h

ID

3 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

662

5 kg

/h

ID

4 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

120

452

kg/h

ID

11 T

399

.6 C

P 1

.10

bar

W 4

7644

kg/

h M

188

7 km

ol/h

ID

8 T

101

9.3

C P

9.6

6 ba

r W

160

61 k

g/h

M 5

89 k

mol

/h

ID

5 T

15.

0 C

P 1

.01

bar

W 1

3765

kg/

h M

477

km

ol/h

ID

6 T

10.

0 C

P 3

3.05

bar

W 3

96 k

g/h

M 8

4 km

ol/h

ID

9 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

W 1

4884

kg/

h M

531

km

ol/h

ID

33 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

W 1

900

kg/h

M 6

8 km

ol/h

ID

28 T

73.

8 C

P 1

.10

bar

W 5

4570

kg/

h M

206

1 km

ol/h

ID

37 T

43.

4 C

P 4

8.0

bar

W 1

2283

6 kg

/h

ID

14 T

104

.0 C

P 1

.10

bar

W 3

1584

kg/

h M

129

8 km

ol/h

ID

34 T

60.

0 C

P 4

9.96

bar

W 1

0678

8 kg

/h M

332

0 km

ol/h

ID

41 T

412

.6 C

P 5

1.00

bar

W 1

9008

kg/

h M

105

5 km

ol/h

ID

31 T

43.

4 C

P 4

8.0

bar

W 1

2283

6 kg

/h

ID

36 T

200

.0 C

P 4

8.96

bar

W 1

0678

8 kg

/h M

332

0 km

ol/h ID

39

T 2

65.2

C P

51.

00 b

ar W

612

3 kg

/h

ID

20 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

W 2

7908

kg/

h M

996

km

ol/h

ID

82 T

154

.8 C

P 5

2.60

bar

W 2

6899

kg/

h

ID

42 T

144

9.7

C P

40.

00 b

ar W

248

628

kg/h

M 1

1996

km

ol/h

ID

84 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 3

3022

kg/

h

ID

18 T

50.

0 C

P 1

.1 b

ar W

115

561

kg/h

ID

62 T

200

.9 C

P 4

8.00

bar

W 2

6645

7 kg

/h ID

56

T 2

00.0

C P

48.

00 b

ar W

252

000

kg/h

ID

38 T

100

.0 C

P 5

0.00

bar

W 6

123

kg/h

ID

61 T

15.

0 C

P 3

9.45

bar

W 1

6862

kg/

h

ID

90 T

218

.9 C

P 3

9.45

bar

W 4

9801

8 kg

/h M

261

75 k

mol/

h ID

43

T 2

17.0

C P

39.

35 b

ar W

923

04 k

g/h

M 5

123

kmol/

h

ID

52 T

217

.0 C

P 3

9.35

bar

W 1

8461

kg/

h M

102

5 km

ol/h

ID

69 T

217

.2 C

P 4

5.00

bar

W 7

3843

kg/

h M

409

9 km

ol/h

ID

46 T

187

.8 C

P 4

5.00

bar

W 8

7343

kg/

h M

484

8 km

ol/h

ID

47 T

216

.5 C

P 3

9.35

bar

W 4

9305

8 kg

/h M

258

99 k

mol/

h

ID

89 T

216

.6 C

P 4

9.00

bar

W 1

4457

kg/

h

ID

73 T

188

.7 C

P 4

5.00

bar

W 9

1807

kg/

h M

509

6 km

ol/h

ID

60 T

214

.5 C

P 3

9.00

bar

W 4

7683

0 kg

/h M

249

99 k

mol/

h

ID

70 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 1

3500

kg/

h M

749

km

ol/h

ID

64 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 1

3500

kg/

h M

749

km

ol/h

ID

49 T

216

.6 C

P 4

5.00

bar

W 7

8307

kg/

h M

434

7 km

ol/h

ID

67 T

150

.0 C

P 3

9.00

bar

W 3

3936

kg/

h M

187

9 km

ol/h

ID

50 T

216

.4 C

P 3

9.25

bar

W 9

7883

kg/

h M

543

3 km

ol/h

ID

54 T

216

.4 C

P 3

9.25

bar

W 1

9577

kg/

h M

108

7 km

ol/h

64

79

32

4551

ID

45 T

215

.8 C

P 3

9.25

bar

W 4

8698

1 kg

/h M

255

62 k

mol/

h

ID

79 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 2

7000

kg/

h M

149

9 km

ol/h

62

28

53

35 39

84

ID

53 T

144

.8 C

P 5

1.00

bar

W 3

3022

kg/

h

ID

71 T

264

.7 C

P 5

0.60

bar

W 2

6899

kg/

h

46

38

65

72

ID

65 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 6

123

kg/h

34

4750

part.

cond

.

75LP

BFW

ID

74 T

154

.2 C

P 1

4.00

bar

W 9

299

kg/h

ID 1

07 T

164

.5 C

P 6

.90

bar

W 9

299

kg/h

mak

e up

wat

er

77

93

81

66

7410

467

8210

5

68

7110

6IP

ste

am

69

107

76

LP s

team

Appendix 

122 

Appendix  B5  –  Heat  and  material  balance  for  the  model  of  the  Siemens 

gasifier 

 

   

stream ID 0-2-coal-1 0-2-air-1 1-2-GOX-1 1-2-GAN-1 1-2-GAN-2 3-2-wa-2 4-2-gas-2 8-2-st-1 8-2-BFW-1 8-2-BFW-2 10-2-mu-1 2-0-eg-1 2-0-slag-1 2-3-gas-1 2-8-st-5 2-8-st-6 2-10-ww-1name raw coal air GOX HP GAN LP GAN quench water fuel gas IP steam IP BFW LP BFW make up water exhaust gas filter cake raw gas IP steam LP steam waste watert °C 15.0 15.0 60.0 70.0 30.0 200.0 10.0 412.6 154.8 154.2 15.0 73.8 214.5 264.7 163.4 150.0p bar 1.01 50.0 70.0 9.7 48.0 33.0 51.0 52.6 14.0 50.0 1.1 39.0 50.6 6.6 39.0m kg/s 34.722 3.968 30.783 8.045 4.291 72.643 0.114 5.479 7.599 2.681 7.783 15.731 4.861 137.454 7.599 2.681 9.782n kmol/s 0.138 0.957 0.287 0.153 4.032 0.0242 0.304 0.422 0.149 0.432 0.594 7.206 0.422 0.149 0.542V Nm³/h 11,097 77,223 23,166 12,355 1,954 47,929 581,466LHV kJ/kg 29,887 48,741 6,049HHV kJ/kg 31,116 57,267 6,418h kJ/kg -99 22 38 3 -15,124 -1,415 -12,757 -15,328 -15,330 -15,919 -1,535 -8,492 -13,190 -13,221 -15,243s J/kgK 124 -873 -1,141 -656 -7,080 -5,021 -2,729 -7,522 -7,528 -9,184 4 -472 -3,447 -2,681 -7,529M kg/kmol 28.85 32.16 28.02 28.02 18.02 4.71 18.01 18.01 18.01 18.01 26.48 19.07 18.01 18.01 18.06

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 90.35 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 15.40 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.83 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 26.78 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.00 0.00 0.00 0.01 0.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.19 2.03 0.00 0.00 0.00N2 mol % 77.31 1.94 99.91 99.91 0.00 4.35 0.00 0.00 0.00 0.00 79.53 1.52 0.00 0.00 0.00Ar mol % 0.91 3.06 0.03 0.03 0.00 0.93 0.00 0.00 0.00 0.00 0.27 0.41 0.00 0.00 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00O2 mol % 20.74 95.00 0.06 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.92 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mol % 1.01 0.00 0.00 0.00 99.99 0.00 100.00 100.00 100.00 100.00 17.10 53.43 100.00 100.00 99.62H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.39 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.26CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03HCl mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.09

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 38.66 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.63 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 22.77 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 39.32 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.00 0.00 0.00 0.01 4.67 0.00 0.00 0.00 0.00 0.31 4.67 0.00 0.00 0.00N2 mass % 75.06 1.69 99.89 99.89 0.00 25.88 0.00 0.00 0.00 0.00 84.13 2.23 0.00 0.00 0.00Ar mass % 1.26 3.80 0.05 0.05 0.00 7.88 0.00 0.00 0.00 0.00 0.40 0.85 0.00 0.00 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00O2 mass % 23.00 94.51 0.07 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.52 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mass % 5.50 0.63 0.00 0.00 0.00 99.98 0.00 100.00 100.00 100.00 100.00 11.63 44.72 50.46 100.00 100.00 99.39H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.70 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.01SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.39NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCl mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.18coal mass % 87.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00ash mass % 7.37 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 52.65 0.00 0.00 0.00 0.00C mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.63 0.00 0.00 0.00 0.00solids mass % 94.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 55.28 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

123 

Appendix B6 – CHEMCAD­flow sheet for the model of the CoP gasifier 

 

1

2

31

H2O

_raw

coa

l

coal

_waf

ash_

raw

coa

lra

w c

oal

14

22

23

GO

X

slur

ry w

ater

GO

X P

RH

2

41

4

4

731

3

9

LP s

team

LP c

ond

5

Slu

rry P

RH

IP s

team

IP c

ond

18

42 43

46

47

79

80

81

20

30

32

33

21

4329

raw

gas

was

te w

ater

62

mak

e up

wat

er

77

5

6

37

7

35

8

8 11

9

13

10

1514

16

11

16

19

stag

e 1

slag

12

17

13

10

21H

P G

AN

15

17

19

28

27

26

22

18

23

27

2425

28

29

30

31

49

stag

e 2

32

50

2534

IP B

FW

35

38

33

36

36

5556

5352

HP

CS

C

6

HP

ste

am

37

44

73

57

47

51

12

48

char

39

40

syng

asre

cycl

e

42

46

ID

1 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

104

950

kg/h

ID

2 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

887

7 kg

/h

ID

3 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

662

5 kg

/h

ID

34 T

60.

0 C

P 5

0.00

bar

W 1

0071

8 kg

/h M

312

9 km

ol/h

ID

41 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 6

4859

kg/

h M

360

0 km

ol/h

ID

4 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

120

452

kg/h

ID

31 T

120

.0 C

P 4

8.00

bar

W 1

8531

1 kg

/h

ID

62 T

164

.5 C

P 6

.90

bar

W 1

9215

kg/

h

ID

71 T

15.

0 C

P 4

0.00

bar

W 9

448

kg/h

ID

8 T

120

.0 C

P 4

8.00

bar

W 1

4454

3 kg

/h

ID

10 T

120

.0 C

P 4

8.00

bar

W 4

0769

kg/

h

ID

21 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

W 1

948

kg/h

ID

82 T

264

.7 C

P 5

0.60

bar

W 5

766

kg/h ID

37

T 1

20.0

C P

48.

00 b

ar W

185

311

kg/h

ID

18 T

144

8.7

C P

40.

00 b

ar W

245

896

kg/h

M 1

1899

km

ol/h

ID

56 T

156

.0 C

P 4

9.20

bar

W 2

0200

7 kg

/h

ID

45 T

336

.2 C

P 1

39.5

0 ba

r W

202

007

kg/h

ID

38 T

100

0.2

C P

40.

00 b

ar W

353

499

kg/h

M 1

7276

km

ol/h

ID

36 T

200

.0 C

P 4

9.00

bar

W 1

0071

8 kg

/h M

312

9 km

ol/h

ID

42 T

346

.2 C

P 3

9.75

bar

W 3

4341

4 kg

/h

ID

57 T

174

.5 C

P 3

9.50

bar

W 3

4341

4 kg

/h

ID

12 T

174

.5 C

P 3

9.50

bar

W 2

7061

0 kg

/h

ID

47 T

30.

0 C

P 3

9.00

bar

W 7

2804

kg/

h

ID

6 T

100

.0 C

P 4

9.20

bar

W 5

766

kg/h

ID

48 T

52.

1 C

P 4

8.00

bar

W 6

4887

kg/

h M

307

3 km

ol/h

ID

39 T

346

.2 C

P 3

9.75

bar

W 3

5349

9 kg

/h

ID

40 T

346

.2 C

P 3

9.75

bar

W 1

0085

kg/

h

ID

73 T

152

.3 C

P 3

9.00

bar

W 2

7227

6 kg

/h

ID

79 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 1

0800

kg/

h

ID

77 T

150

.0 C

P 3

9.00

bar

W 1

7051

kg/

h

ID

51 T

30.

0 C

P 3

9.00

bar

W 7

917

kg/h

ID

46 T

174

.5 C

P 3

9.50

bar

W 7

2804

kg/

h

34

2438

LP B

FW

ID

26 T

154

.2 C

P 1

4.00

bar

W 2

3160

kg/

h

39

58

61

40

63

ID

60 T

163

.4 C

P 6

.60

bar

W 2

3160

kg/

h

ID

61 T

164

.5 C

P 6

.90

bar

W 1

9215

kg/

h

ID

63 T

129

.8 C

P 6

.90

bar

W 4

2375

kg/

h

ID

55 T

157

.6 C

P 5

2.10

bar

W 1

9624

1 kg

/h

71

54

ID

59 T

100

.0 C

P 6

.90

bar

W 1

9215

kg/

h

49

2669

54

60

70LP

ste

am

55

59

72

56

82 74

57

45

75

Appendix 

124 

Appendix B7 – Heat and material balance for the model of the CoP gasifier 

 

   

stream ID 0-2-coal-1 10-2-wa-1 1-2-GOX-1 1-2-GAN-1 8-2-st-3 8-2-BFW-1 8-2-BFW-2 10-2-mu-1 2-0-slag-1 2-3-gas-1 2-8-st-4 2-8-st-6 2-10-ww-1name raw coal slurry water GOX HP GAN IP steam IP BFW LP BFW make up water slag raw gas HP steam LP steam waste watert °C 15.0 15.0 60.0 70.0 264.7 157.6 154.2 15.0 152.3 336.2 163.4 150.0p bar 50.0 50.0 70.0 50.6 52.1 14.0 50.0 39.0 139.5 6.6 39.0m kg/s 35.101 18.901 29.351 0.568 1.680 57.187 6.749 3.147 2.753 79.345 58.867 6.749 4.969n kmol/s 1.049 0.912 0.020 0.093 3.174 0.375 0.175 3.832 3.268 0.375 0.275V Nm³/h 73,575 1,635 309,164LHV kJ/kg 29,887 10,402HHV kJ/kg 31,116 11,193h kJ/kg -15,919 22 38 -13,190 -15,315 -15,330 -15,919 -5,803 -13,324 -13,221 -15,276s J/kgK -9,184 -873 -1,143 -3,446 -7,493 -7,528 -9,184 932 -4,056 -2,681 -7,548M kg/kmol 18.01 32.19 28.02 18.01 18.01 18.01 18.01 20.71 18.01 18.01 18.05

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 28.98 0.00CO mol % 0.00 39.77 0.00CO2 mol % 0.00 11.44 0.00N2 mol % 0.00 1.74 99.98 1.38 0.00Ar mol % 0.00 3.26 0.01 0.78 0.00CH4 mol % 0.00 3.56 0.00O2 mol % 0.00 95.00 0.01 0.00 0.00H2O mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 13.28 100.00 100.00 99.63H2S mol % 0.00 0.76 0.00COS mol % 0.00 0.05 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.01CH3OH mol % 0.00 0.00 0.18HCl mol % 0.00 0.00 0.18

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 2.82 0.00CO mass % 0.00 53.80 0.00CO2 mass % 0.00 24.31 0.00N2 mass % 0.00 1.52 99.97 0.00 0.00 0.00 0.00 1.87 0.00Ar mass % 0.00 4.04 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 1.50 0.00CH4 mass % 0.00 2.76 0.00O2 mass % 0.00 94.44 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mass % 5.50 100.00 11.55 100.00 100.00 99.45H2S mass % 0.00 1.26 0.00COS mass % 0.00 0.14 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.01NH3 mass % 0.00 0.00 0.17CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00HCl mass % 0.00 0.00 0.36coal mass % 87.13 0.00 0.00 0.00ash mass % 7.37 0.00 93.96 0.00 0.00C mass % 0.00 6.04 0.00 0.00solids mass % 94.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00 0.00 0.00

Appendix 

125 

Appendix B8 – CHEMCAD­flow sheet for the model of the GE­R 

1

2

31

H2O

_raw

coa

l

coal

_waf

ash_

raw

coal

raw

coa

l

1419

22

23

34

3635

56

GO

X

slur

ry w

ater

26

GO

X P

RH

2

41

6

8

13

9

10

1811

12

4

4

731

3

9

LP s

team

537

Slu

rry

PRH

IP s

team

IP c

ond

reac

tor

10

7

11

5R

adia

nt C

ool13

15

25

HP

BF

W p

ump

HP

ste

am

quen

ch w

ater

15

16

19sl

ag17

20

21

char

rec

ycl

e

18

42 43

46

47

79

80

24

81

20

73

30

32

33

2116

24

17

43

44

29

raw

gas

was

te w

ater

ID

1

T 1

5.0

C P

1.0

bar

W 1

0495

0 kg

/h

ID

2

T 1

5.0

C P

1.0

bar

W 8

877

kg/h

ID

3

T 1

5.0

C P

1.0

bar

W 6

625

kg/h

ID

3

4 T

60.

0 C

P 6

9.96

bar

W 1

2189

0 kg

/h M

378

5 km

ol/h

ID

3

6 T

200

.0 C

P 6

8.96

bar

W 1

2189

0 kg

/h M

378

5 km

ol/h

ID

4

1 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 6

4800

kg/

h M

359

7 km

ol/h

ID

4

T 1

5.0

C P

1.0

bar

W 1

2045

2 kg

/h

ID

3

1 T

120

.0 C

P 8

0.00

bar

W 1

8525

2 kg

/h

ID

3

7 T

120

.0 C

P 8

0.00

bar

W 1

8525

2 kg

/h

ID

6

T 1

00.0

C P

47.

00 b

ar W

705

6 kg

/h

ID

2

3 T

41.

3 C

P 1

8.00

bar

W 1

5069

5 kg

/h

ID

1

3 T

200

.0 C

P 7

0.00

bar

W 1

6560

0 kg

/h M

919

0 km

ol/h

ID

2

1 T

120

.0 C

P 8

0.00

bar

W 8

698

kg/h

ID

7

9 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 1

0800

kg/

h M

600

km

ol/h

ID

1

1 T

146

5.5

C P

60.

96 b

ar W

315

839

kg/h

ID

8

1 T

215

.8 C

P 6

5.00

bar

W 1

5478

5 kg

/h M

859

1 km

ol/h

ID

7

3 T

228

.4 C

P 6

0.00

bar

W 4

5675

6 kg

/h M

231

66 k

mol

/h

ID

1

6 T

229

.6 C

P 6

0.71

bar

W 4

6209

9 kg

/h M

234

60 k

mol

/h

62

ID

8

2 T

264

.0 C

P 4

8.00

bar

W 7

056

kg/h

ID

6

2 T

278

.7 C

P 6

.10

bar

W 1

7243

kg/

h

25

82

623

8

ID

8

T 4

3.9

C P

18.

00 b

ar W

157

750

kg/h

ID

6

T 1

00.0

C P

47.

00 b

ar W

705

6 kg

/h

mak

e up

wat

er

57

28

42

ID

4

7 T

145

0.0

C P

60.

96 b

ar W

315

838

kg/h

ID

5

7 T

816

.0 C

P 6

0.71

bar

W 3

1583

9 kg

/h I

D

28

T 2

29.5

C P

60.

71 b

ar W

481

439

kg/h

71 ID

7

1 T

15.

0 C

P 6

0.71

bar

W 9

311

kg/h

45

26

ID

4

5 T

342

.0 C

P 1

50.0

0 ba

r W

157

750

kg/h

60

ID

6

0 T

100

.0 C

P 6

.10

bar

W 1

7243

kg/

h

77 ID

7

7 T

150

.0 C

P 6

0.00

bar

W 1

7473

kg/

h

47

40

BFW

Appendix 

126 

Appendix B9 – Heat and material balance for the model of the GE­R 

 

   

stream ID 0-2-coal-1 10-2-wa-1 1-2-GOX-1 8-2-st-3 8-2-st-2 8-2-BFW-5 3-2-wa-2 10-2-mu-1 2-3-gas-1 2-0-slag-1 2-8-st-4 2-8-cond-1 2-10-ww-1name raw coal slurry water GOX IP steam LP steam BFW quench water make up water raw gas slag HP steam LP cond waste watert °C 15.0 15.0 60.0 264.0 278.7 41.3 200.0 15.0 228.4 342.0 100.0 150.0p bar 50.0 70.0 48.0 6.1 18.0 70.0 50.0 60.0 150.0 6.1 60.0m kg/s 37.776 20.322 38.227 2.213 5.408 47.261 51.935 3.387 143.247 2.920 49.473 5.408 5.480n kmol/s 1.128 1.187 0.123 0.300 2.623 2.882 0.188 7.265 2.746 0.300 0.303V Nm³/h 95,789 586,234LHV kJ/kg 29,887 0 5,731HHV kJ/kg 31,116 0 6,146h kJ/kg -15,919 19 -13,177 -12,965 -15,809 -15,122 -15,919 -8,638 -13,336 -15,562 -15,209s J/kgK -9,184 -970 -3,403 -2,125 -8,822 -7,078 -9,184 -608 -4,110 -8,105 -7,513M kg/kmol 18.01 32.20 18.01 18.01 18.01 0.00 18.01 19.72 18.01 18.01 18.08

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 17.73 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 23.58 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 7.42 0.00 0.00 0.00N2 mol % 0.00 1.64 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.51 0.00 0.00 0.00Ar mol % 0.00 3.36 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.55 0.00 0.00 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00O2 mol % 0.00 95.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mol % 100.00 0.00 100.00 100.00 100.00 99.98 100.00 49.62 100.00 100.00 99.48H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.43 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.29CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04HCl mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.18

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.81 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 33.50 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 16.56 0.00 0.00 0.00N2 mass % 0.00 1.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.73 0.00 0.00 0.00Ar mass % 0.00 4.17 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.11 0.00 0.00 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.10 0.00 0.00 0.00O2 mass % 0.00 94.40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mass % 5.50 100.00 0.00 100.00 100.00 100.00 99.96 100.00 45.34 100.00 100.00 99.15H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.75 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.10 0.00 0.00 0.01SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.43NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCl mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.36coal mass % 87.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00ash mass % 7.37 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 95.35 0.00 0.00 0.00C mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.65 0.00 0.00 0.00solids mass % 94.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

127 

Appendix C1 – Process flow diagram for the CO­shift cycle (CC­IGCC / GE­R) 

 

Appendix C2 – Process flow diagram for the CO­shift cycle (CC­IGCC / CoP gasifier) 

 

CO-shiftreactor 1

clean gas4-3-gas-4

Clean gassaturator

DGAN1-3-DGAN-1

Make up water10-3-mu-2

GT fuel3-8-gas-5

Saturator

Raw gas 2-3-gas-1

IP steam8-3-st-9

CO-shiftreactor 2

Direct cooler

Condensate8-3-wa-3

Condensate3-8-wa-4

Cooling water9-3-cw-1

Cooling water3-9-cw-2

Waste water3-10-ww-2

Shifted gas3-4-gas-3

Appendix 

128 

34

5

1

2

3

4

7

reac

tor

1

reac

tor

2

HE1

11

13

25

23

25

HE6

HE9

raw

gas

mod

erat

or s

t

satu

rate

d ga

s

shift

ed g

as

76

77

79

80

98

117

116 24

clean

gas

DGA

N

115

15

96

35

26

9

42

12 1

20

29

6

17

10

2134

mak

e up

97

5

7

ID

3 T

214

.8 C

P 3

8.8

bar

W 4

8139

9 kg

/h M

251

78 k

mol/

h

ID

4 T

280

.0 C

P 3

8.7

bar

W 4

8139

9 kg

/h M

251

78 k

mol/

h ID

98

T 9

1.2

C P

32.

4 ba

r W

545

313

kg/h

M 3

0270

km

ol/h

ID

99 T

15.

0 C

P 5

0.0

bar

W 3

9630

kg/

h M

220

0 km

ol/h

ID 1

17 T

48.

3 C

P 3

3.4

bar

W 3

0117

4 kg

/h M

199

62 k

mol/

h

ID 1

16 T

95.

6 C

P 3

4.0

bar

W 2

4467

2 kg

/h M

871

3 km

ol/h

ID

24 T

10.

0 C

P 3

3.4

bar

W 5

6502

kg/

h M

112

49 k

mol/

h

ID 1

15 T

86.

2 C

P 3

8.0

bar

W 5

8494

3 kg

/h M

324

70 k

mol/

h

ID

35 T

86.

1 C

P 3

2.4

bar

W 5

8494

3 kg

/h M

324

70 k

mol/

h

ID

26 T

135

.1 C

P 3

2.4

bar

W 3

4078

6 kg

/h M

221

61 k

mol/

h

ID

29 T

203

.9 C

P 3

8.8

bar

W 3

9471

0 kg

/h M

203

66 k

mol/

h

ID

97 T

148

.8 C

P 3

6.0

bar

W 5

8492

5 kg

/h M

324

69 k

mol/

h

ID

2 T

264

.7 C

P 5

0.6

bar

W 8

6688

kg/

h M

481

2 km

ol/h

ID

42 T

30.

0 C

P 3

5.9

bar

W 8

273

kg/h

M 4

59 k

mol/

h

ID

41 T

30.

0 C

P 3

5.9

bar

W 3

5404

1 kg

/h M

180

97 k

mol/

h ID

43

T 6

0.0

C P

35.

9 ba

r W

362

314

kg/h

M 1

8555

km

ol/h

ID

1 T

138

.2 C

P 3

9.0

bar

W 2

5823

1 kg

/h M

127

78 k

mol/

h

ID

6 T

500

.2 C

P 3

7.6

bar

W 4

8140

3 kg

/h M

251

78 k

mol/

h

ID

10 T

425

.0 C

P 3

7.5

bar

W 4

8140

3 kg

/h M

251

78 k

mol/

h

ID

34 T

86.

2 C

P 3

8.0

bar

W 5

8492

5 kg

/h M

324

69 k

mol/

h

ID

20 T

240

.0 C

P 4

2.0

bar

W 8

5185

0 kg

/h M

472

80 k

mol/

h

ID

7 T

280

.0 C

P 3

7.4

bar

W 4

8140

3 kg

/h M

251

78 k

mol/

h

ID

12 T

206

.9 C

P 4

3.0

bar

W 8

5180

7 kg

/h M

472

77 k

mol/

h

ID

11 T

323

.2 C

P 3

6.3

bar

W 4

8140

4 kg

/h M

251

78 k

mol/

h

ID

30 T

240

.0 C

P 4

2.0

bar

W 8

5180

7 kg

/h M

472

77 k

mol/

h

11

6

13

8

15

10

8

16

17 23

19

41

1618

12

mak

e up

18

9 ID

18

T 1

08.0

C P

38.

7 ba

r W

143

07 k

g/h

M 7

94 k

mol/

h

ID

17 T

108

.0 C

P 3

8.7

bar

W 7

0106

2 kg

/h M

388

97 k

mol/

h

ID

23 T

80.

0 C

P 3

8.6

bar

W 7

0106

2 kg

/h M

388

97 k

mol/

h

ID

14 T

15.

0 C

P 5

0.0

bar

W 3

1654

kg/

h M

175

7 km

ol/h

ID

15 T

77.

2 C

P 3

8.6

bar

W 7

3271

6 kg

/h M

406

54 k

mol/

h

ID

19 T

97.

8 C

P 3

6.0

bar

W 3

6231

4 kg

/h M

185

55 k

mol/

h

ID

13 T

193

.0 C

P 3

6.1

bar

W 4

8140

4 kg

/h M

251

78 k

mol/

h

ID

9 T

175

.4 C

P 4

4.0

bar

W 8

5180

7 kg

/h M

472

77 k

mol/

hco

nddi

scha

rge

ID

16 T

79.

5 C

P 3

5.9

bar

W 2

2580

kg/

h M

125

2 km

ol/h

HE2

HE3

HE8

ID

21 T

158

.8 C

P 3

8.8

bar

W 7

1537

0 kg

/h M

396

91 k

mol/

h

ID

25 T

148

.8 C

P 3

6.0

bar

W 5

8492

5 kg

/h M

324

69 k

mol/

h

20

3028

14

22

99

19

227

22

4331

HE1

0

Appendix C3 – CHEMCAD CO­shift model for the CC­IGCC / SCGP 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

129 

Appendix C4 – Heat and material balance  for  the CO­shift model (CC­IGCC / 

SCGP) 

 

   

stream ID 1-3-DGAN-1 2-3-gas-1 2-3-st-7 4-3-gas-4 9-3-cw-1 10-3-mu-2 3-4-gas-3 3-8-gas-5 3-9-cw-2 3-10-ww-2name DGAN raw gas IP steam clean gas cooling water make up water shifted gas GT fuel cooling water waste watert °C 95.6 138.2 264.7 10.0 20.0 15.0 30.0 136.8 30.0 80.3p bar 34.0 39.0 50.6 33.4 6.0 50.0 35.9 32.4 4.0 35.9m kg/s 70.351 74.249 24.926 16.246 155 20.997 101.821 98.611 155 6.337n kmol/s 2.505 3.674 1.384 3.235 8.627 1.166 5.205 6.407 8.627 0.352V Nm³/h 202,147 296,453 260,995 419,963 516,955LHV kJ/kg 11,226 45,147 7,426HHV kJ/kg 12,073 53,037 8,712h kJ/kg 70 -4,386 -13,190 -1,329 -15,898 -15,919 -7,708 -1,633 -15,856 -15,629s J/kgK -814 1,604 -3,446 -4,654 -9,113 -9,184 -946 -925 -8,974 -8,321M kg/kmol 28.07 20.20 18.00 5.01 18.00 18.00 19.59 15.38 18.00 18.01

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 28.11 0.00 89.15 0.00 0.00 55.92 45.01 0.00 0.01CO mol % 0.00 54.55 0.00 3.85 0.00 0.00 2.42 1.95 0.00 0.01CO2 mol % 0.00 1.95 0.00 0.50 0.00 0.00 37.48 0.25 0.00 0.02N2 mol % 98.93 4.07 0.00 5.54 0.00 0.00 2.87 41.48 0.00 0.00Ar mol % 0.31 0.80 0.00 0.92 0.00 0.00 0.56 0.59 0.00 0.00CH4 mol % 0.00 0.03 0.00 0.03 0.00 0.00 0.02 0.01 0.00 0.00O2 mol % 0.76 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.30 0.00 0.00H2O mol % 0.00 9.67 100.00 0.00 100.00 100.00 0.14 10.41 100.00 99.93H2S mol % 0.00 0.76 0.00 0.00 0.00 0.00 0.56 0.00 0.00 0.02COS mol % 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.01CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 2.80 0.00 35.78 0.00 0.00 5.76 5.89 0.00 0.00CO mass % 0.00 75.61 0.00 21.50 0.00 0.00 3.47 3.54 0.00 0.02CO2 mass % 0.00 4.24 0.00 4.38 0.00 0.00 84.32 0.72 0.00 0.06N2 mass % 98.69 5.64 0.00 30.91 0.00 0.00 4.11 75.50 0.00 0.00Ar mass % 0.44 1.58 0.00 7.31 0.00 0.00 1.15 1.52 0.00 0.00CH4 mass % 0.00 0.02 0.00 0.09 0.00 0.00 0.02 0.02 0.00 0.00O2 mass % 0.87 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.62 0.00 0.00H2O mass % 0.00 8.62 100.00 0.00 100.00 100.00 0.12 12.18 100.00 99.85H2S mass % 0.00 1.28 0.00 0.00 0.00 0.00 0.97 0.00 0.00 0.04COS mass % 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.08 0.00 0.00 0.03CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

130 

1

2

34

5 6

1

2

3

4 5 6

7

7

8

8

13

9

10

12

HP

evap

reac

tor

1

reac

tor

212

HE2

HE3

HE1

15

9

16

17

18

21

19 HE4

11

20

23

13 25

20

22

24

27

23

41

25

26 HE5

HE6

29

44

HE7

28

31

33

38

37

43

HE942

10

16

27

2846

17

22

18

19

30

47

45

48

11

raw

gas

mod

erat

or s

team

quen

ch w

ater

satu

rate

d ga

s

shift

ed g

as

cond

. dis

char

ge

2930

4951

50

BFW

cw o

utcw

in

mak

e up

H2O32

76

77

78

79

80

98

9910

0

117

116 24

clea

n ga

s

DG

AN

115

34

15

96

35

ID

1

T 2

14.5

C P

39.

0 ba

r W

476

834

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

2

T 2

64.7

C P

50.

6 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

3

T 2

14.5

C P

39.

0 ba

r W

476

834

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

4

T 2

80.0

C P

38.

9 ba

r W

476

834

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

6

T 4

92.9

C P

37.

8 ba

r W

476

839

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

7

T 3

62.5

C P

37.

6 ba

r W

476

839

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

8

T 2

80.0

C P

37.

5 ba

r W

476

839

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

12

T 3

33.2

C P

143

.0 b

ar W

109

292

kg/h

M 6

067

kmol

/h

ID

14

T 3

36.2

C P

139

.5 b

ar W

109

292

kg/h

M 6

067

kmol

/h

ID

15

T 3

33.2

C P

143

.0 b

ar W

109

292

kg/h

M 6

067

kmol

/h

ID

9

T 3

21.7

C P

36.

4 ba

r W

476

839

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

23

T 1

14.3

C P

35.

8 ba

r W

433

069

kg/h

M 2

2569

km

ol/h

ID

20

T 1

66.7

C P

35.

9 ba

r W

433

069

kg/h

M 2

2569

km

ol/h

ID

21

T 1

66.7

C P

35.

9 ba

r W

232

38 k

g/h

M 1

290

kmol

/h

ID

27

T 1

13.6

C P

35.

8 ba

r W

365

118

kg/h

M 1

8798

km

ol/h

ID

31

T 8

0.8

C P

35.

7 ba

r W

365

118

kg/h

M 1

8798

km

ol/h

ID

33

T 8

1.4

C P

35.

7 ba

r W

113

12 k

g/h

M 6

27 k

mol

/h

ID

29

T 1

10.5

C P

33.

7 ba

r W

231

692

kg/h

M 1

2859

km

ol/h

ID

44

T 1

66.7

C P

35.

9 ba

r W

456

307

kg/h

M 2

3859

km

ol/h

ID

28

T 1

13.6

C P

35.

8 ba

r W

679

51 k

g/h

M 3

772

kmol

/h

ID

38

T 9

9.5

C P

33.

7 ba

r W

140

502

kg/h

M 7

798

kmol

/h

ID

37

T 2

0.4

C P

35.

7 ba

r W

140

502

kg/h

M 7

798

kmol

/h

ID

39

T 1

5.0

C P

50.

0 ba

r W

129

190

kg/h

M 7

171

kmol

/h

ID

41

T 3

0.0

C P

35.

5 ba

r W

349

635

kg/h

M 1

7940

km

ol/h

ID

43

T 3

0.0

C P

35.

5 ba

r W

353

806

kg/h

M 1

8171

km

ol/h

ID

48

T 1

65.4

C P

31.

7 ba

r W

251

999

kg/h

M 1

3987

km

ol/h

ID

46

T 1

74.8

C P

36.

0 ba

r W

205

32 k

g/h

M 1

140

kmol

/h

ID

45

T 1

64.6

C P

31.

7 ba

r W

231

467

kg/h

M 1

2847

km

ol/h

ID

47

T 1

74.8

C P

36.

0 ba

r W

456

307

kg/h

M 2

3859

km

ol/h

ID

42

T 3

0.0

C P

35.

5 ba

r W

417

1 kg

/h M

231

km

ol/h

ID

10

T 2

50.2

C P

36.

3 ba

r W

476

839

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

16

T 2

00.0

C P

48.

0 ba

r W

251

999

kg/h

M 1

3987

km

ol/h

ID

17

T 2

09.0

C P

36.

2 ba

r W

476

839

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

22

T 1

95.0

C P

16.

0 ba

r W

109

292

kg/h

M 6

067

kmol

/h

ID

18

T 1

99.1

C P

145

.0 b

ar W

109

292

kg/h

M 6

067

kmol

/h

ID

19

T 1

74.8

C P

36.

0 ba

r W

476

839

kg/h

M 2

4999

km

ol/h

ID

30

T 1

66.0

C P

50.

0 ba

r W

251

999

kg/h

M 1

3987

km

ol/h

ID

51

T 3

0.0

C P

4.0

bar

W 1

0207

67 k

g/h

M 5

6662

km

ol/h

ID

49

T 2

0.0

C P

6.0

bar

W 1

0207

67 k

g/h

M 5

6662

km

ol/h

ID

98

T 1

00.7

C P

32.

4 ba

r W

663

148

kg/h

M 3

6812

km

ol/h

ID

99

T 1

0.0

C P

5.0

bar

W 4

9999

kg/

h M

277

5 km

ol/h

ID

100

T 1

1.0

C P

38.

0 ba

r W

499

99 k

g/h

M 2

775

kmol

/h

ID

117

T 4

7.8

C P

33.

0 ba

r W

288

031

kg/h

M 1

9490

km

ol/h

ID

116

T 9

5.6

C P

34.

0 ba

r W

235

802

kg/h

M 8

400

kmol

/h

ID

97

T 1

56.7

C P

36.

0 ba

r W

713

212

kg/h

M 3

9591

km

ol/h

ID

24

T 1

0.0

C P

33.

0 ba

r W

522

28 k

g/h

M 1

1090

km

ol/h

ID

115

T 9

4.6

C P

38.

0 ba

r W

713

147

kg/h

M 3

9588

km

ol/h

ID

35

T 9

4.4

C P

32.

4 ba

r W

713

147

kg/h

M 3

9588

km

ol/h

ID

34

T 9

4.6

C P

38.

0 ba

r W

713

212

kg/h

M 3

9591

km

ol/h

ID

11

T 3

9.3

C P

18.

0 ba

r W

109

292

kg/h

M 6

067

kmol

/h

ID

32

T 8

1.4

C P

35.

7 ba

r W

353

806

kg/h

M 1

8171

km

ol/h

97

26

ID

26

T 1

44.1

C P

32.

4 ba

r W

338

094

kg/h

M 2

2269

km

ol/h

39

42

14

71

HP

stea

m

Appendix C5 – CHEMCAD CO­shift model for the CC­IGCC / Siemens gasifier 

 

Appendix 

131 

Appendix C6 – Heat and material balance  for  the CO­shift model (CC­IGCC / 

Siemens gasifier) 

 

   

stream ID 1-3-DGAN-1 2-3-gas-1 4-3-gas-4 8-3-BFW-3 9-3-cw-1 10-3-mu-2 3-2-wa-2 3-4-gas-3 3-8-gas-5 3-8-st-8 3-9-cw-2 3-10-ww-2name DGAN raw gas clean gas BFW cooling water make up water quench water shifted gas GT fuel HP steam cooling water waste watert °C 95.6 214.5 10.0 39.3 20.0 15.0 200.0 30.0 144.1 336.2 30.0 30.0p bar 34.0 39.0 33.0 18.0 6.0 50.0 48.0 35.5 32.4 139.5 4.0 35.5m kg/s 67.974 137.455 15.056 31.505 294.252 51.654 72.643 100.788 97.461 31.505 294.252 1.202n kmol/s 2.421 7.206 3.197 1.749 16.334 2.867 4.032 5.171 6.419 1.749 16.334 0.067V Nm³/h 195,383 581,470 257,958 417,276 517,979LHV kJ/kg 6,049 48,759 7,510 7,532HHV kJ/kg 7,656 57,288 8,813 9,213h kJ/kg 70 -8,493 -1,413 -15,817 -15,898 -15,919 -15,124 -7,797 -1,968 -13,324 -15,856 -15,835s J/kgK -817 -473 -5,012 -8,849 -9,113 -9,184 -7,080 -957 -964 -4,056 -8,974 -8,956M kg/kmol 28.06 19.06 4.69 18.00 18.00 18.00 18.00 19.51 15.17 18.00 18.00 18.02

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 15.40 90.35 0.00 0.00 0.00 0.00 56.38 45.00 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 26.78 3.83 0.00 0.00 0.00 0.00 2.39 1.91 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.00 2.03 0.50 0.00 0.00 0.00 0.01 37.79 0.25 0.00 0.00 0.07N2 mol % 99.12 1.52 4.37 0.00 0.00 0.00 0.00 2.12 39.56 0.00 0.00 0.00Ar mol % 0.28 0.41 0.91 0.00 0.00 0.00 0.00 0.57 0.56 0.00 0.00 0.00CH4 mol % 0.00 0.02 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00O2 mol % 0.59 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.22 0.00 0.00 0.00H2O mol % 0.00 53.43 0.00 100.00 100.00 100.00 99.99 0.14 12.48 100.00 100.00 99.90H2S mol % 0.00 0.39 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.59 0.00 0.00 0.00 0.03COS mol % 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 1.63 38.67 0.00 0.00 0.00 0.00 5.83 5.97 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 39.32 22.78 0.00 0.00 0.00 0.00 3.44 3.52 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.00 4.67 4.68 0.00 0.00 0.00 0.01 85.34 0.72 0.00 0.00 0.17N2 mass % 98.92 2.23 25.99 0.00 0.00 0.00 0.00 3.04 73.01 0.00 0.00 0.00Ar mass % 0.41 0.85 7.73 0.00 0.00 0.00 0.00 1.16 1.48 0.00 0.00 0.00CH4 mass % 0.00 0.01 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00O2 mass % 0.68 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.47 0.00 0.00 0.00H2O mass % 0.00 50.46 0.00 100.00 100.00 100.00 99.98 0.13 14.81 100.00 100.00 99.76H2S mass % 0.00 0.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 1.03 0.00 0.00 0.00 0.06COS mass % 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

132 

Appendix C7 – CHEMCAD CO­shift model for the CC­IGCC / CoP gasifier 

 

 

 

 

 

34

5

1

2

3

4

7

reac

tor 1

reac

tor 2

HE1

11

13

25

23

25

HE6

HE9

raw

gas

mod

erat

or s

t

satu

rate

d ga

s

shift

ed g

as

76

77

79

80

98

117

116 24

clean

gas

DGAN

115

15

96

35

26

9

42

12 1

20

29

6

17

10

2134

mak

e up

97

5

7

ID

3 T

236

.2 C

P 3

8.8

bar

W 4

6099

2 kg

/h M

236

33 k

mol/

h

ID

4 T

280

.0 C

P 3

8.7

bar

W 4

6099

2 kg

/h M

236

33 k

mol/

h ID

98

T 1

01.4

C P

32.

4 ba

r W

616

585

kg/h

M 3

4226

km

ol/h

ID

99 T

15.

0 C

P 5

0.0

bar

W 4

3595

kg/

h M

242

0 km

ol/h

ID 1

17 T

46.

3 C

P 3

3.4

bar

W 2

4540

0 kg

/h M

169

71 k

mol/

h

ID 1

16 T

95.

6 C

P 3

4.0

bar

W 1

9757

7 kg

/h M

704

5 km

ol/h

ID

24 T

10.

0 C

P 3

3.4

bar

W 4

7823

kg/

h M

992

6 km

ol/h

ID 1

15 T

95.

9 C

P 3

8.0

bar

W 6

6018

0 kg

/h M

366

46 k

mol/

h

ID

35 T

95.

7 C

P 3

2.4

bar

W 6

6018

0 kg

/h M

366

46 k

mol/

h

ID

26 T

143

.3 C

P 3

2.4

bar

W 2

8898

9 kg

/h M

193

91 k

mol/

h

ID

29 T

203

.7 C

P 3

8.8

bar

W 3

9613

8 kg

/h M

200

33 k

mol/

h

ID

97 T

154

.3 C

P 3

6.0

bar

W 6

6017

4 kg

/h M

366

46 k

mol/

h

ID

2 T

412

.5 C

P 5

0.6

bar

W 6

4854

kg/

h M

360

0 km

ol/h

ID

42 T

30.

0 C

P 3

5.9

bar

W 1

351

kg/h

M 7

5 km

ol/h

ID

41 T

30.

0 C

P 3

5.9

bar

W 3

3007

5 kg

/h M

163

57 k

mol/

h

ID

43 T

60.

0 C

P 3

5.9

bar

W 3

3990

3 kg

/h M

169

02 k

mol/

h

ID

1 T

152

.3 C

P 3

9.0

bar

W 2

7227

6 kg

/h M

131

48 k

mol/

h

ID

6 T

457

.9 C

P 3

7.6

bar

W 4

6099

6 kg

/h M

236

33 k

mol/

h

ID

10 T

412

.6 C

P 3

7.5

bar

W 4

6099

6 kg

/h M

236

33 k

mol/

h

ID

34 T

95.

9 C

P 3

8.0

bar

W 6

6017

4 kg

/h M

366

46 k

mol/

h

ID

20 T

240

.0 C

P 4

2.0

bar

W 8

0426

7 kg

/h M

446

39 k

mol/

h

ID

7 T

280

.0 C

P 3

7.4

bar

W 4

6099

6 kg

/h M

236

33 k

mol/

h

ID

12 T

209

.3 C

P 4

3.0

bar

W 8

0425

2 kg

/h M

446

38 k

mol/

h

ID

11 T

309

.5 C

P 3

6.3

bar

W 4

6099

6 kg

/h M

236

33 k

mol/

h

ID

30 T

240

.0 C

P 4

2.0

bar

W 8

0425

2 kg

/h M

446

38 k

mol/

h

11

6

13

8

15

10

8

16

17 23

19

41

1618

12

mak

e up

18

9 ID

18

T 1

08.0

C P

38.

7 ba

r W

136

08 k

g/h

M 7

55 k

mol/

h

ID

17 T

108

.0 C

P 3

8.7

bar

W 6

6679

6 kg

/h M

369

99 k

mol/

h

ID

23 T

80.

0 C

P 3

8.6

bar

W 6

6679

6 kg

/h M

369

99 k

mol/

h

ID

14 T

15.

0 C

P 5

0.0

bar

W 1

6362

kg/

h M

908

km

ol/h

ID

15 T

78.

4 C

P 3

8.6

bar

W 6

8315

8 kg

/h M

379

07 k

mol/

h

ID

19 T

105

.0 C

P 3

6.0

bar

W 3

3990

3 kg

/h M

169

02 k

mol/

h

ID

13 T

193

.0 C

P 3

6.1

bar

W 4

6099

6 kg

/h M

236

33 k

mol/

h

ID

9 T

180

.6 C

P 4

4.0

bar

W 8

0425

2 kg

/h M

446

38 k

mol/

hco

nd d

ischa

rge

ID

16 T

86.

1 C

P 3

5.9

bar

W 2

3436

kg/

h M

130

0 km

ol/h

HE2

HE3

HE8

ID

21 T

164

.4 C

P 3

8.8

bar

W 6

8040

5 kg

/h M

377

54 k

mol/

h

ID

25 T

154

.3 C

P 3

6.0

bar

W 6

6017

4 kg

/h M

366

46 k

mol/

h

20

3028

14

22

99

19

227

22

31

HE1

028

43

4445

Appendix 

133 

Appendix C8 – Heat and material balance  for  the CO­shift model (CC­IGCC / 

CoP gasifier 

 

 

   

stream ID 1-3-DGAN-1 2-3-gas-1 4-3-gas-4 8-3-st-9 9-3-cw-1 10-3-mu-2 3-4-gas-3 3-8-gas-5 3-9-cw-2 3-10-ww-2name DGAN raw gas clean gas IP steam cooling water make up water shifted gas GT fuel cooling water waste watert °C 95.6 152.3 10.0 412.5 20.0 15.0 30.0 143.3 30.0 75.4p bar 34.0 39.0 33.4 50.6 6.0 50.0 35.9 32.4 4.0 35.9m kg/s 57.576 79.345 13.936 18.899 147 17.489 96.183 84.215 147 6.833n kmol/s 2.053 3.832 2.893 1.049 8.157 0.971 4.766 5.651 8.157 0.379V Nm³/h 165,655 309,164 233,398 384,603 455,946LHV kJ/kg 10,402 53,498 7,965 8,853HHV kJ/kg 11,476 62,444 9,284 10,704h kJ/kg 70 -5,804 -1,900 -12,756 -15,898 -15,919 -7,913 -2,096 -15,856 -15,649s J/kgK -825 930 -5,639 -2,725 -9,113 -9,184 -1,038 -1,090 -8,974 -8,379M kg/kmol 28.03 20.71 4.80 18.00 18.00 18.00 20.20 14.89 18.00 18.01

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 28.98 87.91 0.00 0.00 0.00 53.44 45.00 0.00 0.01CO mol % 0.00 39.77 3.01 0.00 0.00 0.00 1.83 1.54 0.00 0.01CO2 mol % 0.00 11.44 0.50 0.00 0.00 0.00 39.35 0.26 0.00 0.03N2 mol % 99.59 1.38 2.96 0.00 0.00 0.00 1.11 37.70 0.00 0.00Ar mol % 0.18 0.78 1.05 0.00 0.00 0.00 0.62 0.61 0.00 0.00CH4 mol % 0.00 3.56 4.56 0.00 0.00 0.00 2.86 2.34 0.00 0.00O2 mol % 0.22 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.08 0.00 0.00H2O mol % 0.00 13.28 0.00 100.00 100.00 100.00 0.14 12.48 100.00 99.92H2S mol % 0.00 0.76 0.00 0.00 0.00 0.00 0.63 0.00 0.00 0.02COS mol % 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.01CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 2.82 36.78 0.00 0.00 0.00 5.34 6.09 0.00 0.00CO mass % 0.00 53.80 17.52 0.00 0.00 0.00 2.54 2.90 0.00 0.01CO2 mass % 0.00 24.31 4.56 0.00 0.00 0.00 85.83 0.76 0.00 0.08N2 mass % 99.48 1.87 17.20 0.00 0.00 0.00 1.54 70.86 0.00 0.00Ar mass % 0.26 1.50 8.72 0.00 0.00 0.00 1.23 1.62 0.00 0.00CH4 mass % 0.00 2.76 15.20 0.00 0.00 0.00 2.27 2.51 0.00 0.00O2 mass % 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.17 0.00 0.00H2O mass % 0.00 11.55 0.00 100.00 100.00 100.00 0.12 15.08 100.00 99.84H2S mass % 0.00 1.26 0.00 0.00 0.00 0.00 1.06 0.00 0.00 0.04COS mass % 0.00 0.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00 0.02CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

134 

Appendix C9 – CHEMCAD CO­shift model for the CC­IGCC / GE­R  gasifier 

 

1

2

34

5 6

1

2

3

4 5 6

7

7

8

8

13

9

10

12

HP e

vap

reac

tor

1

reac

tor

212

HE2

HE3

HE1

15

9

16

17

18

21

19 HE4

11

20

23

13 25

20

22

24

23

41

25

26 HE

5

HE

6

29

44

HE7

28

33

38

37

43

HE9

42

10

16

27

2846

17

22

18

19

30

47

45

48

11

raw

gas

mod

erat

or s

team

quen

ch w

ater

satu

rate

d ga

s

shift

ed g

as

cond

. dis

char

ge

2930

4951

50

BFW

cw o

utcw

in

mak

e up

H2O32

76

77

78

79

80

98

9910

0

117

116

clean

gas

DGAN

115

34

15

96

35

ID

1

T 2

28.4

C P

60.

0 ba

r W

456

756

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

2

T 2

80.0

C P

60.

0 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

3

T 2

28.4

C P

60.

0 ba

r W

456

756

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

4

T 2

80.0

C P

59.

9 ba

r W

456

756

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

6

T 4

58.0

C P

58.

8 ba

r W

456

759

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

7 T

348

.4 C

P 5

8.6

bar

W 4

5675

9 kg

/h M

231

66 k

mol/

h

ID

8

T 2

79.9

C P

58.

5 ba

r W

456

759

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

12 T

333

.2 C

P 1

43.0

bar

W 8

6573

kg/

h M

480

6 km

ol/h

ID

14

T 3

36.2

C P

139

.5 b

ar W

865

73 k

g/h

M 4

806

kmol

/h

ID

1

5 T

333

.2 C

P 1

43.0

bar

W 8

6573

kg/

h M

480

6 km

ol/h

ID

9

T 3

13.9

C P

57.

4 ba

r W

456

760

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

23

T 1

16.0

C P

56.

8 ba

r W

426

043

kg/h

M 2

1461

km

ol/h

ID

20

T 1

86.2

C P

56.

9 ba

r W

426

043

kg/h

M 2

1461

km

ol/h

ID

21

T 1

86.2

C P

56.

9 ba

r W

220

41 k

g/h

M 1

223

kmol

/h

ID

2

7 T

114

.7 C

P 5

6.8

bar

W 3

5108

6 kg

/h M

173

01 k

mol/

h

ID

31 T

82.

7 C

P 5

6.5

bar

W 3

5108

6 kg

/h M

173

01 k

mol/

h

ID

33 T

83.

6 C

P 5

6.5

bar

W 7

199

kg/h

M 3

99 k

mol

/h

ID

29

T 1

07.2

C P

48.

0 ba

r W

157

181

kg/h

M 8

723

kmol

/h

ID

44 T

186

.2 C

P 5

6.9

bar

W 4

4808

4 kg

/h M

226

85 k

mol/

h

ID

28

T 1

14.7

C P

56.

8 ba

r W

749

58 k

g/h

M 4

160

kmol

/h

ID

38

T 6

8.0

C P

48.

0 ba

r W

601

82 k

g/h

M 3

340

kmol

/h

ID

37

T 2

3.2

C P

50.

0 ba

r W

601

82 k

g/h

M 3

340

kmol

/h

ID

39

T 1

5.0

C P

50.

0 ba

r W

529

83 k

g/h

M 2

941

kmol

/h

ID

41

T 3

0.0

C P

56.

4 ba

r W

341

224

kg/h

M 1

6755

km

ol/h

ID

4

3 T

30.

0 C

P 5

6.4

bar

W 3

4388

7 kg

/h M

169

03 k

mol

/h

ID

48 T

180

.8 C

P 4

6.0

bar

W 1

6559

6 kg

/h M

919

0 km

ol/h

ID

4

6 T

194

.3 C

P 5

7.0

bar

W 8

676

kg/h

M 4

82 k

mol

/h

ID

4

5 T

180

.0 C

P 4

6.0

bar

W 1

5692

1 kg

/h M

870

9 km

ol/h

ID

47 T

194

.3 C

P 5

7.0

bar

W 4

4808

4 kg

/h M

226

85 k

mol/

h

ID

42

T 3

0.0

C P

56.

4 ba

r W

266

3 kg

/h M

147

km

ol/h

ID

10

T 2

54.2

C P

57.

3 ba

r W

456

760

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

16 T

200

.0 C

P 7

0.0

bar

W 1

6559

7 kg

/h M

919

0 km

ol/h

ID

17

T 2

38.8

C P

57.

2 ba

r W

456

760

kg/h

M 2

3166

km

ol/h

ID

22

T 1

95.0

C P

16.

0 ba

r W

865

73 k

g/h

M 4

806

kmol

/h

ID

18

T 1

99.1

C P

145

.0 b

ar W

865

73 k

g/h

M 4

806

kmol

/h

ID

1

9 T

194

.3 C

P 5

7.0

bar

W 4

5676

0 kg

/h M

231

66 k

mol/

h

ID

30 T

181

.6 C

P 7

2.0

bar

W 1

6559

6 kg

/h M

919

0 km

ol/h

ID

51 T

30.

0 C

P 4

.0 b

ar W

943

994

kg/h

M 5

2400

km

ol/h

ID

49

T 2

0.0

C P

6.0

bar

W 9

4399

4 kg

/h M

524

00 k

mol

/h

ID

98 T

110

.2 C

P 3

2.4

bar

W 5

9796

8 kg

/h M

331

94 k

mol/

h

ID

99 T

10.

0 C

P 5

.0 b

ar W

644

70 k

g/h

M 3

579

kmol

/h

ID 1

00 T

11.

0 C

P 3

8.0

bar

W 6

4470

kg/

h M

357

9 km

ol/h

ID

117

T 7

3.3

C P

33.

0 ba

r W

233

760

kg/h

M 1

6760

km

ol/h

ID 1

16 T

95.

6 C

P 3

4.0

bar

W 1

9002

6 kg

/h M

677

5 km

ol/h

ID

97

T 1

76.2

C P

36.

0 ba

r W

662

502

kg/h

M 3

6776

km

ol/h

ID

24

T 1

0.0

C P

53.

9 ba

r W

437

33 k

g/h

M 9

985

kmol

/h

ID

11

5 T

100

.8 C

P 3

8.0

bar

W 6

6243

8 kg

/h M

367

73 k

mol

/h

ID

35

T 1

00.6

C P

32.

4 ba

r W

662

438

kg/h

M 3

6773

km

ol/h

ID

34

T 1

00.8

C P

38.

0 ba

r W

662

502

kg/h

M 3

6776

km

ol/h

ID

11

T 4

1.3

C P

18.

0 ba

r W

865

73 k

g/h

M 4

806

kmol

/h

ID

32

T 8

3.6

C P

56.

5 ba

r W

343

887

kg/h

M 1

6903

km

ol/h

97

26

ID

26

T 1

57.0

C P

32.

4 ba

r W

298

294

kg/h

M 2

0342

km

ol/h

39

42

14

71

HP s

team

4344

2472

73

exp.

tur

b.

31

ID

7

2 T

94.

7 C

P 5

3.7

bar

W 4

3733

kg/

h M

998

5 km

ol/h

ID

7

3 T

58.

3 C

P 3

3.0

bar

W 4

3733

kg/

h M

998

5 km

ol/h

45

2774

ID

74 T

94.

4 C

P 5

6.7

bar

W 3

5108

6 kg

/h M

173

01 k

mol/

h

Appendix 

135 

Appendix C10 – Heat and material balance for the CO­shift model (CC­IGCC / 

GE­R 

 

   

stream ID 1-3-DGAN-1 2-3-gas-1 4-3-gas-4 8-3-BFW-3 9-3-cw-1 10-3-mu-2 3-2-wa-2 3-4-gas-3 3-8-gas-5 3-8-st-8 3-9-cw-2 3-10-ww-2name DGAN raw gas clean gas BFW cooling water make up water quench water shifted gas GT fuel HP steam cooling water waste watert °C 95.6 228.4 10.0 41.3 20.0 15.0 200.0 30.0 157.0 336.2 30.0 30.0p bar 34.0 60.0 53.9 18.0 6.0 50.0 70.0 56.4 32.4 139.5 4.0 56.4m kg/s 59.596 143.247 13.716 27.151 296.054 36.836 51.934 107.014 93.550 27.151 296.054 0.835n kmol/s 2.125 7.265 3.131 1.507 16.434 2.045 2.882 5.255 6.380 1.507 16.434 0.046V Nm³/h 171,445 586,234 252,669 424,002 514,763LHV kJ/kg 5,731 53,716 7,059 7,875HHV kJ/kg 7,259 63,071 8,276 9,778h kJ/kg 70 -8,638 -1,604 -15,809 -15,898 -15,919 -15,122 -7,999 -2,869 -13,324 -15,856 -15,814s J/kgK -825 -610 -6,408 -8,822 -9,113 -9,184 -7,079 -1,143 -1,088 -4,056 -8,974 -8,935M kg/kmol 28.03 19.71 4.37 18.00 18.00 18.00 18.00 20.39 14.65 18.00 18.00 18.05

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 17.73 91.68 0.00 0.00 0.00 0.00 54.73 45.00 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 23.58 4.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.39 1.96 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.00 7.42 0.50 0.00 0.00 0.00 0.01 40.51 0.25 0.00 0.00 0.16N2 mol % 99.58 0.51 2.24 0.00 0.00 0.00 0.00 0.71 34.27 0.00 0.00 0.00Ar mol % 0.22 0.55 1.29 0.00 0.00 0.00 0.00 0.76 0.71 0.00 0.00 0.00CH4 mol % 0.00 0.12 0.27 0.00 0.00 0.00 0.00 0.17 0.13 0.00 0.00 0.00O2 mol % 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00H2O mol % 0.00 49.62 0.00 100.00 100.00 100.00 99.98 0.10 17.61 100.00 100.00 99.79H2S mol % 0.00 0.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.63 0.00 0.00 0.00 0.06COS mol % 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 1.81 42.19 0.00 0.00 0.00 0.00 5.42 6.19 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 33.50 25.58 0.00 0.00 0.00 0.00 3.28 3.75 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.00 16.56 5.02 0.00 0.00 0.00 0.02 87.55 0.74 0.00 0.00 0.38N2 mass % 99.46 0.73 14.33 0.00 0.00 0.00 0.00 0.98 65.46 0.00 0.00 0.00Ar mass % 0.31 1.11 11.81 0.00 0.00 0.00 0.00 1.49 1.93 0.00 0.00 0.00CH4 mass % 0.00 0.10 1.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.13 0.15 0.00 0.00 0.00O2 mass % 0.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.14 0.00 0.00 0.00H2O mass % 0.00 45.34 0.00 100.00 100.00 100.00 99.96 0.09 21.63 100.00 100.00 99.51H2S mass % 0.00 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 1.06 0.00 0.00 0.00 0.11COS mass % 0.00 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00

Appendix 

136 

Appendix D1 – CHEMCAD model of the AGR unit for the CC­IGCC  

 

2

6

10

12

1323 14

16

17

18

20

2223

24

35

25

26

27

28

30

31

32

34

35

38

46

41

42

43

44

45

47

48

49

50

52

5351

55

25

61

9

19

40

54

57

58

60 5

3336

104

15 16

17

105

24

34

47

50

109

53

56

62

63

80

82

83

84

86

112

113

8785

88

74

75

90

114

feed

gas

scru

bbing

wa

CLAU

S-ga

s

MeO

H m

ake-

up

72

strip

ping

N2

Q_c

ond_

MeO

H/wa

ter

colum

n

coole

r 2

LP-c

ompr

IP-c

ompr

inter

coole

rco

nden

ser

sub

coole

r

IP-v

alve

LP-v

alve

pre

wash

89

evap

orat

or

18

H2S

abso

rber

pum

p 1

CO2

abso

rber

chiller

4

73

40

40

chiller

3

LP-f

lash

Reab

sorb

er 1

Reab

sorb

er 2

108

pum

p 4

hot

flash

pum

p 5

Rege

nera

tion

scru

bber

MeO

H/H2

O

pum

p 2

pum

p 3

8111

1

pum

p 6

62

63

64 65

IP-f

lash

1/1

IP-f

lash

1/2

41

66

67

3068

69

IP-f

lash

2/1

IP-f

lash

3/1

IP-f

lash

2/2

IP-f

lash

3/2

27

28

29

31

120

121

122

123

3212

8

130

12913

1

com

pr 2

_2co

mpr

2_1

com

pr 2

_3

com

pr 3

9

1

39

5

56

8

7

chiller

1

122

4448

11

4

7

198

45

200

3

3

12

4

10

46

42

26

19

39

59

123

11

70

124

2251

125

127

203

126

102

127

128

204

206

43

207

64

106

6971

68

107

129

210

211

54

55

101

140

5223

0

38

202

57

36

pum

p 7

205

14

20

8

103

29

21

58

199

15

2

65

110

59

61

21

76

238

37

6022

5

66

7071

637

67

237

49

126

125

124

33

7273

79

coole

r 1

74

192

91ta

il gas

LP C

O2

clean

gas

IP C

O2

Claus

fue

l

75 93

94

M&D

r fu

el

ID

80

T -

41.4

3 C

P 0

.67

bar

M 3

549.

61 k

mol/

h W

604

53.4

8 kg

/h

ID

82

T -

46.2

5 C

P 0

.42

bar

M 3

549.

61 k

mol/

h W

604

53.3

8 kg

/h

ID

83

T 1

51.7

7 C

P 4

.11

bar

M 3

549.

61 k

mol/

h W

604

53.3

8 kg

/h

ID

84

T 3

0.00

C P

3.9

6 ba

r M

354

9.61

km

ol/h

W 6

0453

.38

kg/h ID

85

T 2

6.92

C P

3.9

6 ba

r M

392

9.47

km

ol/h

W 6

6922

.83

kg/h

ID

86

T 1

11.6

5 C

P 9

.81

bar

M 3

929.

47 k

mol/

h W

669

22.8

3 kg

/h

ID

87

T 2

4.00

C P

9.6

6 ba

r M

392

9.47

km

ol/h

W 6

6922

.83

kg/h

ID

88

T -

2.08

C P

3.9

6 ba

r M

392

9.47

km

ol/h

W 6

6922

.83

kg/h

ID

90

T -

2.08

C P

3.9

6 ba

r M

354

9.61

km

ol/h

W 6

0453

.48

kg/h

ID

112

T 2

4.35

C P

9.7

4 ba

r M

392

9.47

km

ol/h

W 6

6922

.83

kg/h

ID

113

T 2

4.00

C P

9.6

6 ba

r M

392

9.47

km

ol/h

W 6

6922

.83

kg/h

ID

89

T -

2.08

C P

3.9

6 ba

r M

379

.86

kmol/

h W

646

9.35

kg/

h

ID

81

T -

46.0

0 C

P 0

.52

bar

M 3

549.

61 k

mol/

h W

604

53.4

8 kg

/h

ID

111

T -

46.0

0 C

P 0

.52

bar

M 3

549.

61 k

mol/

h W

604

53.4

8 kg

/h

ID

105

T -

48.9

C P

36.

88 b

ar W

689

494

kg/h

M 2

1551

km

ol/h

ID

23

T -

22.2

C P

34.

08 b

ar W

997

670

kg/h

M 2

8979

km

ol/h

ID

24

T -

22.2

C P

34.

08 b

ar W

448

951

kg/h

M 1

3041

km

ol/h

ID

34

T -

23.8

C P

9.5

0 ba

r W

534

507

kg/h

M 1

5576

km

ol/h

ID

35

T -

42.0

C P

9.2

5 ba

r W

534

507

kg/h

M 1

5576

km

ol/h

ID

104

T -

47.9

C P

33.

88 b

ar W

569

29 k

g/h

M 1

1335

km

ol/h

ID

50

T -

50.9

C P

1.3

0 ba

r W

113

3411

kg/

h M

344

37 k

mol/

h

ID

47

T 0

.0 C

P 3

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

74

T -

26.0

C P

34.

06 b

ar W

866

389

kg/h

M 2

5366

km

ol/h

ID

75

T -

42.0

C P

34.

06 b

ar W

866

389

kg/h

M 2

5366

km

ol/h

ID

25

T -

22.2

C P

37.

68 b

ar W

448

951

kg/h

M 1

3041

km

ol/h

ID

17

T 1

30.3

C P

9.7

5 ba

r W

111

63 k

g/h

M 5

97 k

mol/

h

ID

53

T 7

2.9

C P

3.0

0 ba

r W

174

921

kg/h

M 4

752

kmol/

h

ID

56

T 7

2.9

C P

3.0

0 ba

r W

697

800

kg/h

M 2

1764

km

ol/h

ID

15

T -

26.6

C P

34.

97 b

ar W

358

kg/

h M

13

kmol/

h

ID

16

T 3

3.6

C P

10.

00 b

ar W

111

63 k

g/h

M 5

97 k

mol/

h

ID

63

T 3

5.0

C P

1.2

0 ba

r W

108

05 k

g/h

M 5

83 k

mol/

h

ID

114

T 0

.0 C

P 0

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

62

T 1

6.7

C P

1.2

0 ba

r W

768

4 kg

/h M

200

km

ol/h

ID

109

T 2

5.2

C P

3.0

0 ba

r W

523

634

kg/h

M 1

5910

km

ol/h

ID

72

T 1

5.0

C P

36.

88 b

ar W

739

kg/

h M

23

kmol/

h

ID

18

T 1

46.5

C P

4.8

0 ba

r W

105

83 k

g/h

M 5

78 k

mol/

h

ID

73

T -

48.8

C P

36.

88 b

ar W

689

474

kg/h

M 2

1551

km

ol/h

ID

40

T -

49.3

C P

36.

88 b

ar W

514

33 k

g/h

M 1

517

kmol/

h

ID

108

T -

44.8

C P

3.2

5 ba

r W

523

634

kg/h

M 1

5910

km

ol/h

ID

28

T -

22.2

C P

34.

08 b

ar W

548

718

kg/h

M 1

5939

km

ol/h

ID

122

T -

23.8

C P

9.5

0 ba

r W

142

12 k

g/h

M 3

62 k

mol/

h

ID

27

T -

22.0

C P

34.

43 b

ar W

497

890

kg/h

M 1

4175

km

ol/h

ID

123

T -

26.8

C P

9.5

0 ba

r W

258

50 k

g/h

M 6

23 k

mol/

h

ID

32

T 0

.0 C

P 0

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

41

T -

42.0

C P

9.2

5 ba

r W

326

049

kg/h

M 9

501

kmol/

h

ID

130

T -

23.8

C P

9.5

0 ba

r W

534

507

kg/h

M 1

5576

km

ol/h

ID

29

T -

23.8

C P

9.5

0 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

131

T -

23.8

C P

9.5

0 ba

r W

534

507

kg/h

M 1

5576

km

ol/h

ID

30

T -

26.8

C P

9.5

0 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

128

T -

26.8

C P

9.5

0 ba

r W

472

040

kg/h

M 1

3552

km

ol/h

ID

129

T -

26.8

C P

9.5

0 ba

r W

472

040

kg/h

M 1

3552

km

ol/h

ID

31

T 0

.0 C

P 0

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

121

T -

26.8

C P

9.5

0 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

120

T -

23.8

C P

9.5

0 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

9

T -

24.2

C P

34.

43 b

ar W

313

674

kg/h

M 1

7245

km

ol/h

ID

39

T -

42.0

C P

9.2

5 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

5

T -

49.5

C P

2.8

0 ba

r W

514

33 k

g/h

M 1

517

kmol/

h

ID

8

T 5

.0 C

P 3

5.38

bar

W 3

6331

4 kg

/h M

184

11 k

mol/

h

ID

44

T -

49.5

C P

2.8

0 ba

r W

190

246

kg/h

M 4

328

kmol/

h

ID

48

T -

59.9

C P

1.3

0 ba

r W

106

835

kg/h

M 2

428

kmol/

h

ID

11

T -

47.9

C P

33.

88 b

ar W

569

29 k

g/h

M 1

1335

km

ol/h

ID

7

T 1

1.3

C P

35.

63 b

ar W

363

314

kg/h

M 1

8411

km

ol/h

ID

198

T -

15.0

C P

33.

63 b

ar W

569

29 k

g/h

M 1

1335

km

ol/h

ID

200

T -

15.0

C P

2.5

5 ba

r W

190

251

kg/h

M 4

328

kmol/

h

ID

45

T 1

0.0

C P

2.3

0 ba

r W

190

251

kg/h

M 4

328

kmol/

h

ID

13

T 1

0.0

C P

33.

38 b

ar W

565

02 k

g/h

M 1

1249

km

ol/h

ID

3

T -

26.5

C P

35.

13 b

ar W

363

189

kg/h

M 1

8399

km

ol/h

ID

12

T 5

.0 C

P 3

5.38

bar

W 3

43 k

g/h

M 1

9 km

ol/h

ID

4

T 4

2.9

C P

4.5

5 ba

r W

635

2 kg

/h M

347

km

ol/h

ID

10

T -

49.5

C P

2.8

0 ba

r W

514

33 k

g/h

M 1

517

kmol/

h ID

46

T -

43.8

C P

2.8

0 ba

r W

103

0883

kg/

h M

307

67 k

mol/

h

ID

42

T -

42.0

C P

9.2

5 ba

r W

208

458

kg/h

M 6

075

kmol/

h

ID

26

T -

34.0

C P

37.

43 b

ar W

448

951

kg/h

M 1

3041

km

ol/h

ID

19

T -

34.0

C P

37.

43 b

ar W

448

515

kg/h

M 1

3028

km

ol/h

ID

69

T -

39.8

C P

37.

13 b

ar W

688

735

kg/h

M 2

1527

km

ol/h

ID

71

T -

48.9

C P

36.

88 b

ar W

688

735

kg/h

M 2

1527

km

ol/h

ID

70

T -

44.8

C P

3.2

5 ba

r W

872

724

kg/h

M 2

6517

km

ol/h

ID

22

T -

50.9

C P

3.5

0 ba

r W

872

726

kg/h

M 2

6517

km

ol/h

ID

51

T -

50.9

C P

3.5

0 ba

r W

113

3411

kg/

h M

344

37 k

mol/

h

ID

127

T -

25.7

C P

9.5

0 ba

r W

400

62 k

g/h

M 9

85 k

mol/

h

ID

203

T -

25.7

C P

9.5

0 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

102

T -

50.9

C P

3.5

0 ba

r W

260

684

kg/h

M 7

921

kmol/

h

ID

204

T -

25.7

C P

9.5

0 ba

r W

400

62 k

g/h

M 9

85 k

mol/

h

ID

206

T -

31.1

C P

9.3

5 ba

r W

299

553

kg/h

M 8

808

kmol/

h

ID

43

T -

26.8

C P

9.5

0 ba

r W

472

040

kg/h

M 1

3552

km

ol/h

ID

207

T -

28.4

C P

9.3

5 ba

r W

771

593

kg/h

M 2

2360

km

ol/h

ID

64

T 3

5.3

C P

10.

00 b

ar W

108

05 k

g/h

M 5

83 k

mol/

h

ID

106

T -

44.8

C P

3.2

5 ba

r W

349

089

kg/h

M 1

0607

km

ol/h

ID

68

T 9

5.8

C P

37.

38 b

ar W

688

743

kg/h

M 2

1528

km

ol/h

ID

107

T 8

7.7

C P

3.0

0 ba

r W

349

089

kg/h

M 1

0607

km

ol/h

ID

210

T -

53.9

C P

1.3

0 ba

r W

431

737

kg/h

M 1

3069

km

ol/h I

D 2

11 T

-45

.5 C

P 1

.30

bar

W 4

3173

6 kg

/h M

130

69 k

mol/

h

ID

54

T 7

4.2

C P

3.0

5 ba

r W

174

921

kg/h

M 4

752

kmol/

h

ID

55

T -

39.8

C P

2.8

0 ba

r W

174

921

kg/h

M 4

752

kmol/

h

ID

101

T -

26.6

C P

34.

97 b

ar W

363

049

kg/h

M 1

8392

km

ol/h

ID

52

T 7

2.9

C P

3.0

0 ba

r W

872

721

kg/h

M 2

6517

km

ol/h

ID

230

T 7

2.9

C P

3.0

0 ba

r W

872

721

kg/h

M 2

6517

km

ol/h

ID

38

T -

42.0

C P

9.2

5 ba

r W

534

507

kg/h

M 1

5576

km

ol/h I

D 2

02 T

-50

.9 C

P 1

2.35

bar

W 2

6068

4 kg

/h M

792

1 km

ol/h

ID

57

T 7

2.9

C P

3.0

0 ba

r W

697

800

kg/h

M 2

1764

km

ol/h

ID

36

T -

42.0

C P

9.2

5 ba

r W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

205

T -

51.1

C P

9.3

5 ba

r W

119

3 kg

/h M

98

kmol/

h

ID

14

T 1

0.0

C P

9.1

0 ba

r W

119

3 kg

/h M

98

kmol/

h

ID

20

T 1

10.1

C P

4.8

0 ba

r W

580

kg/

h M

18

kmol/

h

ID

103

T 5

.0 C

P 3

5.38

bar

W 3

6297

1 kg

/h M

183

93 k

mol/

h

ID

21

T -

34.0

C P

37.

43 b

ar W

436

kg/

h M

13

kmol/

h

ID

58

T -

34.0

C P

37.

43 b

ar W

218

kg/

h M

6 k

mol/

h I

D 1

99 T

-34

.0 C

P 3

7.43

bar

W 2

18 k

g/h

M 6

km

ol/h

ID

2

T 4

5.0

C P

4.5

5 ba

r W

105

83 k

g/h

M 5

78 k

mol/

h

ID

238

T 4

5.0

C P

4.5

5 ba

r W

600

9 kg

/h M

328

km

ol/h

ID

65

T 9

4.9

C P

3.0

0 ba

r W

688

743

kg/h

M 2

1528

km

ol/h I

D 1

10 T

30.

0 C

P 3

.00

bar

W 9

057

kg/h

M 2

37 k

mol/

h

ID

59

T 3

0.0

C P

3.0

0 ba

r W

906

kg/

h M

24

kmol/

h

ID

61

T 1

5.0

C P

50.

00 b

ar W

576

5 kg

/h M

320

km

ol/h

ID

76

T 4

5.0

C P

4.5

5 ba

r W

457

4 kg

/h M

250

km

ol/h

ID

60

T 3

0.0

C P

3.0

0 ba

r W

815

1 kg

/h M

213

km

ol/h

ID

225

T 4

1.0

C P

3.0

0 ba

r W

127

25 k

g/h

M 4

63 k

mol/

h

ID

66

T 3

0.0

C P

4.3

0 ba

r W

457

4 kg

/h M

250

km

ol/h

ID

78

T 1

50.8

C P

4.8

bar

W 3

2955

kg/

h

ID

77

T 2

75.8

C P

6.1

bar

W 3

2955

kg/

h

ID

37

T 3

0.0

C P

4.0

bar

W 3

0491

75 k

g/h

ID

6

T 2

0.0

C P

6.0

bar

W 3

0491

75 k

g/h

ID

91

T 3

0.0

C P

35.

89 b

ar W

919

1 kg

/h I

D

92 T

30.

0 C

P 3

5.88

bar

W 3

6331

4 kg

/h M

184

11 k

mol/

h

ID

93

T 1

0.0

C P

33.

38 b

ar W

427

kg/

h M

85

kmol/

h

ID

13

T 1

0.0

C P

33.

38 b

ar W

565

02 k

g/h

M 1

1249

km

ol/h

ID

94

T 1

0.0

C P

33.

38 b

ar W

569

29 k

g/h

M 1

1335

km

ol/h

ID

237

T 4

.7 C

P 3

5.38

bar

W 3

6318

9 kg

/h M

183

99 k

mol/

h

ID

49

T -

15.0

C P

1.0

5 ba

r W

106

834

kg/h

M 2

428

kmol/

h

ID

126

T 0

.0 C

P 0

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

125

T 0

.0 C

P 0

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

124

T 0

.0 C

P 0

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

33

T 0

.0 C

P 0

.00

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol/

h

ID

1

T 3

0.0

C P

35.

88 b

ar W

354

123

kg/h

M 1

8101

km

ol/h

13

MeO

H ble

ed

wast

e wa

ter

103

104

7716

678

167

Appendix 

137 

 

2

1 2

3

4

86

36

5

1

MeO

H b

leed

gasi

fierv

ent

fuel

gas

12

CLA

US

gas

59

10

13

4

14

11

15

2627

ID

1 T

110

.1 C

P 4

.8 b

ar W

580

kg/h

M 1

8 km

ol/h

ID

2 T

70.0

C P

2.0

bar

W 0

kg/h

M 0

kmol

/h

ID

3 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

376

1 kg

/h M

130

km

ol/h

ID

5 T

91.0

C P

2.0

bar

W 4

341

kg/h

M 1

49 k

mol

/h

ID

6 T

10.

0 C

P 9

.1 ba

r W

119

2 kg

/h M

98 k

mol

/h

ID

7 T

10.

0 C

P 9

.1 b

ar W

119

2 kg

/h M

98

kmol

/h ID

8 T

10.

0 C

P 9

.1 b

ar W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

ID

9 T

91.0

C P

2.0

bar

W 4

341

kg/h

M 1

49 k

mol

/h

ID 1

2 T

60.

0 C

P 5

0.0

bar

W 17

58 k

g/h

M 5

5 km

ol/h

ID 1

3 T

16.

7 C

P 1

.2 b

ar W

7684

kg/

h M

200

km

ol/h

ID

4 T

88.

7 C

P 2

.0 b

ar W

376

1 kg

/h M

130

km

ol/h

ID 1

4 T

687

.6 C

P 1

.2 ba

r W

1378

2 kg

/h M

410

km

ol/h

ID

11 T

179

3.2

C P

1.9

bar

W 4

341

kg/h

M 1

56 k

mol

/h

ID 1

5 T

115

0.0

C P

1.2

bar

W 13

783

kg/h

M 4

44 k

mol

/h

307

33

36

34

38

43

16

17

18

1920

21

2223

2425

43

2829

30

32

33

35

36

3839

40

42

4445

46

48

50

53

56

58 596061

65

677

8

9

1012

11

1314

15

16

17

18

19

20

21

22

25

28

29

31

32

35

37

39

40

41

Ther

malS

tage

NH

3 bu

rner

ID

16 T

115

0.0

C P

1.2

bar

W 8

08 k

g/h

M 2

6 km

ol/h

ID 1

9 T

200

.0 C

P 1

.2 b

ar W

1055

5 kg

/h M

342

km

ol/h

ID

43 T

200

.0 C

P 1

.2 ba

r W

242

0 kg

/h M

76 k

mol

/h

ID 4

9 T

154

.2 C

P 1

4.0

bar

W 98

23 k

g/h

M 5

45 k

mol

/h

ID

18 T

200

.0 C

P 1

.2 ba

r W

129

74 k

g/h

M 4

18 k

mol

/h

ID

51 T

164

.0 C

P 6

.6 b

ar W

982

3 kg

/h M

545

km

ol/h

ID

17 T

115

0.0

C P

1.2

bar

W 1

2974

kg/

h M

418

km

ol/h

LP B

FW

LP st

eam

ID

21 T

280

.0 C

P 1

.2 b

ar W

113

63 k

g/h

M 3

68 k

mol

/h

ID 5

4 T

164

.0 C

P 6

.6 ba

r W

1939

kg/

h M

108

km

ol/h

ID

23 T

200

.0 C

P 1

.2 b

ar W

113

63 k

g/h

M 3

80 k

mol

/h

ID

22 T

352

.4 C

P 1

.2 b

ar W

113

63 k

g/h

M 3

80 k

mol

/h

ID 2

4 T

200

.0 C

P 1

.2 ba

r W

1059

9 kg

/h M

356

km

ol/h

ID

58 T

264

.7 C

P 5

0.6 b

ar W

302

kg/

h M

17 k

mol

/h

ID 5

9 T

248

.9 C

P 3

9.0 b

ar W

302

kg/h

M 1

7 km

ol/h

ID 5

2 T

154

.2 C

P 1

4.0

bar

W 19

39 k

g/h

M 1

08 k

mol

/h

ID

61 T

246

.0 C

P 3

8.0

bar

W 3

02 k

g/h

M 1

7 km

ol/h

ID 2

5 T

240

.0 C

P 1

.1 b

ar W

1059

9 kg

/h M

356

km

ol/h

ID

44 T

200

.0 C

P 1

.2 ba

r W

764

kg/

h M

24 k

mol

/h

LP B

FWLP

ste

am

IP s

team

IP c

ond.

ID

26 T

294

.0 C

P 1

.1 b

ar W

105

99 k

g/h

M 3

61 k

mol

/h

ID

28 T

135

.0 C

P 1

.1 ba

r W

103

42 k

g/h

M 3

53 k

mol

/h

Cat

sta

ge 2

Cat

Sta

ge 1

ID

45 T

135

.0 C

P 1

.1 b

ar W

257

kg/

h M

8 k

mol

/h

ID

48 T

194

.6 C

P 1

.1 b

ar W

60

kg/h

M 3

km

ol/h ID

29

T 1

35.5

C P

1.1

bar

W 10

403

kg/h

M 3

56 k

mol

/h

ID 4

7 T

194

.6 C

P 1

.1 ba

r W

3380

kg/

h M

105

km

ol/h

ID 4

6 T

194

.6 C

P 1

.1 ba

r W

3440

kg/

h M

109

km

ol/h

42

46

7576

47

ID

75 T

135

.0 C

P 1

.1 b

ar W

338

0 kg

/h M

105

km

ol/h

ID

76 T

134

.8 C

P 5

.0 ba

r W

338

0 kg

/h M

105

km

ol/h

sulfu

r

37

heat

er

ID 3

5 T

15.0

C P

1.0

bar

W 27

1 kg

/h M

9 km

ol/h

ID

36 T

88.

7 C

P 2

.0 ba

r W

271

kg/

h M

9 km

ol/h

ID

40 T

10.

0 C

P 9

.1 b

ar W

112

1 kg

/h M

92

kmol

/h

ID 3

7 T

10.

0 C

P 9

.1 b

ar W

72 k

g/h

M 6

km

ol/h

ID

38 T

57.

7 C

P 2

.0 b

ar W

342

kg/

h M

15

kmol

/h

ID

39 T

189

2.8

C P

2.0

bar

W 3

42 k

g/h

M 1

3 km

ol/h ID

30

T 2

03.4

C P

1.1

bar

W 1

0745

kg/

h M

370

km

ol/h

com

pr 1

com

pr 2

Hyd

rogen

ator

31

ID 4

2 T

10.0

C P

9.1

bar

W 15

3 kg

/h M

13 k

mol

/h

ID

55 T

154

.2 C

P 1

4.0

bar

W 4

30 k

g/h

M 2

4 km

ol/h

ID

32 T

246

.5 C

P 1

.1 b

ar W

108

98 k

g/h

M 3

79 k

mol

/h

ID 5

7 T

164

.2 C

P 6

.6 b

ar W

430

kg/h

M 2

4 km

ol/h

ID 3

3 T

180

.0 C

P 1

.1 b

ar W

1089

8 kg

/h M

379

km

ol/h

ID 3

1 T

197

.9 C

P 1

.1 b

ar W

1089

8 kg

/h M

382

km

ol/h

ID

41 T

10.

0 C

P 9

.1 ba

r W

967

kg/

h M

79 k

mol

/h

71

70

ID

65 T

37.7

C P

1.1

bar

W 2

5198

1 kg

/h M

139

82 k

mol

/h ID

66

T 3

7.7

C P

1.1

bar

W 2

520

kg/h

M 1

40 k

mol

/h

ID 6

7 T

37.7

C P

1.1

bar

W 24

9461

kg/h

M 1

3843

km

ol/h

ID

71 T

30.

0 C

P 4

.0 ba

r W

249

461

kg/h

M 1

3843

km

ol/h

ID

70 T

30.

0 C

P 5

.0 b

ar W

0 k

g/h

M 0

km

ol/h

scru

bber

pum

p 1

pum

p 2

47

34

50

53

ID 8

0 T

100

.1 C

P 2

.3 ba

r W

8377

kg/

h M

239

km

ol/h

5641

57

60

ID 1

01 T

25.

1 C

P 9

.1 ba

r W

922

2 kg

/h M

312

km

ol/h

proc

ess

cond

63

64

65

105

106

ID 1

05 T

30.

0 C

P 3

5.9 b

ar W

919

1 kg

/h M

310

km

ol/h

104

tail

gas

proc

ess

cond

air 2air 1ox

ygen

66

67

109

LP B

FW

LP st

eam

ID 1

10 T

164

.3 C

P 6

.6 ba

r W

762

6 kg

/h M

423

km

ol/h

ID 1

08 T

154

.2 C

P 1

4.0 b

ar W

762

6 kg

/h M

423

km

ol/h

LP B

FWLP

ste

am

68

2627

ID

27 T

135

.0 C

P 1

.1 b

ar W

105

99 k

g/h

M 3

61 k

mol

/h

23

68

62

ID 6

2 T

30.0

C P

4.0

bar

W 24

9461

kg/h

M 1

3843

km

ol/h

ID

68 T

37.

8 C

P 5

.0 b

ar W

249

461

kg/h

M 1

3843

km

ol/h

24

80

44

45

ID

63 T

30.0

C P

2.2

bar

W 8

377

kg/h

M 2

39 k

mol

/h

ID 6

4 T

30.

0 C

P 4

.5 b

ar W

8295

kg/

h M

235

km

ol/h

ID

69 T

100

.0 C

P 9

.2 ba

r W

825

5 kg

/h M

232

km

ol/h

ID

72 T

30.0

C P

9.1

bar

W 8

255

kg/h

M 2

32 k

mol

/h

ID

82 T

100

.1 C

P 4

.5 b

ar W

829

5 kg

/h M

235

km

ol/h

48

73

49

101

78

ID 1

03 T

25.

1 C

P 9

.1 b

ar W

920

2 kg

/h M

311

km

ol/h

ID 7

3 T

93.0

C P

18.1

bar

W 92

02 k

g/h

M 3

11 k

mol

/h

ID 7

4 T

30.

0 C

P 1

8.1

bar

W 92

02 k

g/h

M 3

11 k

mol

/h

ID

77 T

98.

3 C

P 3

5.9

bar

W 9

197

kg/h

M 3

10 k

mol

/h

ID

78 T

30.

0 C

P 3

5.9

bar

W 9

197

kg/h

M 3

10 k

mol

/h

ID 1

04 T

25.

1 C

P 9

.1 b

ar W

20

kg/h

M 1

km

ol/h

ID 1

06 T

30.

0 C

P 3

5.9 b

ar W

6 k

g/h

M 0

kmol

/h

103

77

51

52

8183

ID

83 T

30.1

C P

4.0

bar

W 3

3297

9 kg

/h M

184

83 k

mol

/h

CW

inC

W o

ut10

0 ID

100

T 2

0.0

C P

6.0

bar

W 33

2979

kg/h

M 1

8483

km

ol/h

66

5463

55

107

79

8485

5864

87

82

6972

5974

88

61

86

89

90

62

108

91

69

52 92

70

55 93

71

4994

81

51120

82

83

54 122

84

57 123

110

121

Appendix D2 – CHEMCAD model of the TGT process for the CC­IGCC  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

138 

1

1

3

2

2

3

4

4

5

56

6

7

7

8

9

10

89

1110

11

12

12

13

13

14

14

1516

ID

1 T

-15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

106

834

kg/h

M 2

428

kmol

/h

ID

2 T

48.

9 C

P 2

.3 b

ar W

106

834

kg/h

M 2

428

kmol

/h ID

3

T 1

0.0

C P

2.3

bar

W 1

9024

2 kg

/h M

432

8 km

ol/h

ID

4 T

24.

2 C

P 2

.3 b

ar W

297

076

kg/h

M 6

757

kmol

/h

ID

5 T

79.

5 C

P 4

.3 b

ar W

297

076

kg/h

M 6

757

kmol

/h

ID

6 T

30.

0 C

P 4

.2 b

ar W

297

076

kg/h

M 6

757

kmol

/h

ID

7 T

86.

3 C

P 8

.0 b

ar W

297

076

kg/h

M 6

757

kmol

/h

ID

12 T

30.

0 C

P 2

8.1

bar

W 2

9707

6 kg

/h M

675

7 km

ol/h

ID

13 T

90.

0 C

P 5

3.0

bar

W 2

9707

6 kg

/h M

675

7 km

ol/h

ID

14 T

30.

0 C

P 5

2.9

bar

W 2

9707

6 kg

/h M

675

7 km

ol/h

ID

15 T

89.

3 C

P 1

00.1

bar

W 2

9707

6 kg

/h M

675

7 km

ol/h

ID

16 T

30.

0 C

P 1

00.0

bar

W 2

9707

6 kg

/h M

675

7 km

ol/h

ID

8 T

87.

0 C

P 1

5.0

bar

W 2

9707

6 kg

/h M

675

7 km

ol/h

ID

9 T

30.

0 C

P 1

4.9

bar

W 2

9707

6 kg

/h M

675

7 km

ol/h

ID

11 T

30.

0 C

P 7

.9 b

ar W

297

076

kg/h

M 6

757

kmol

/h ID

10

T 8

8.3

C P

28.

2 ba

r W

297

076

kg/h

M 6

757

kmol

/h

com

pr1

com

pr2

com

pr3

com

pr4

com

pr5

com

pr6

com

pr7

cool

er1

cool

er2

cool

er3

cool

er4

cool

er5

cool

er6

LP C

O2

IP C

O2

HP

CO2

Appendix D3 – CHEMCAD model of the CO2­compressor for the CC­IGCC 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

139 

stre

am ID

0-4-

met

-13-

4-ga

s-3

5-4-

gas-

68-

4-st

-10

9-4-

cw-3

10-4

-mu-

34-

2-ga

s-2

4-3-

gas-

44-

5-ga

s-7

4-5-

gas-

84-

5-m

et-2

4-6-

CO

2-1

4-6-

CO

2-2

4-8-

cond

-24-

9-cw

-44-

10-w

w-3

nam

efre

sh M

eOH

feed

gas

tail g

asLP

ste

amC

W in

dem

in w

ater

fuel

gas

clea

n ga

sTG

T fu

elC

LAUS

gas

MeO

H bl

eed

LP C

O2

IP C

O2

LP c

ond

CW

out

was

te w

ater

t°C

15.0

30.0

30.0

275.

820

.015

.010

.010

.010

.016

.711

0.1

-15.

010

.015

0.8

30.0

42.9

pba

r36

.88

35.8

835

.89

6.10

6.00

50.0

033

.38

33.3

89.

101.

204.

801.

052.

304.

804.

004.

55m

kg/s

0.21

210

1.82

12.

643

9.47

687

71.

658

0.12

316

.246

0.34

32.

209

0.16

730

.718

54.7

039.

476

877

1.82

6n

kmol

/s0.

007

5.20

50.

089

0.52

648

.667

0.09

20.

024

3.23

50.

028

0.05

70.

005

0.69

81.

245

0.52

648

.667

0.10

0V

Nm³/h

535

419,

963

7,19

41,

974

260,

995

2,27

34,

637

421

56,3

4210

0,42

3LH

VkJ

/kg

19,8

997,

426

2,39

545

,147

45,1

4716

,262

7,83

916

,376

HHV

kJ/k

g22

,671

8,71

22,

728

53,0

3753

,037

18,8

838,

500

18,7

56h

kJ/k

g-7

,581

-7,7

08-5

,036

-12,

971

-15,

898

-15,

919

-1,3

32-1

,332

-5,0

16-4

,628

-6,6

89-8

,974

-8,9

52-1

5,31

6-1

5,85

6-1

5,51

7s

J/kg

K-8

,002

.5-9

47-4

84.9

-2,1

36.2

-9,1

13.2

-9,1

84.4

-4,6

63.9

-4,6

63.9

-339

.980

4.4

-3,2

40.6

-64.

1-1

34.2

-7,4

98.3

-8,9

74.4

-8,7

52.0

Mkg

/km

ol32

.00

19.5

929

.66

18.0

018

.00

18.0

05.

015.

0112

.17

38.4

431

.91

44.0

844

.04

18.0

018

.00

18.2

8

Σm

ol %

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

H2m

ol %

0.00

55.9

218

.06

0.00

0.00

0.00

89.1

589

.15

70.4

40.

000.

010.

030.

100.

000.

000.

00C

Om

ol %

0.00

2.42

2.35

0.00

0.00

0.00

3.85

3.85

7.20

0.00

0.00

0.01

0.04

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.00

37.4

836

.88

0.00

0.00

0.00

0.50

0.50

13.2

840

.40

8.84

99.9

399

.80

0.00

0.00

0.06

N2m

ol %

0.00

2.87

36.9

20.

000.

000.

005.

545.

545.

510.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

00Ar

mol

%0.

000.

561.

650.

000.

000.

000.

920.

922.

210.

000.

000.

000.

020.

000.

000.

00C

H4m

ol %

0.00

0.02

0.02

0.00

0.00

0.00

0.03

0.03

0.05

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00H2

Om

ol %

0.00

0.14

0.16

100.

0010

0.00

100.

000.

000.

000.

001.

558.

650.

000.

0010

0.00

100.

0098

.05

H2S

mol

%0.

000.

563.

940.

000.

000.

000.

000.

001.

2655

.68

2.51

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.03

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.04

2.34

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00SO

2m

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00NH

3m

ol %

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%10

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

79.9

80.

020.

020.

000.

001.

89

Σm

ass

%10

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

00H2

mas

s %

0.00

5.76

1.23

0.00

0.00

0.00

35.7

835

.78

11.6

70.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

Om

ass

%0.

003.

472.

220.

000.

000.

0021

.50

21.5

016

.57

0.00

0.00

0.01

0.02

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.

0084

.32

54.7

60.

000.

000.

004.

384.

3848

.01

46.2

512

.18

99.9

799

.93

0.00

0.00

0.15

N2m

ass

%0.

004.

1134

.90

0.00

0.00

0.00

30.9

130

.91

12.6

90.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

00Ar

mas

s %

0.00

1.15

2.22

0.00

0.00

0.00

7.31

7.31

7.24

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.00

0.02

0.01

0.00

0.00

0.00

0.09

0.09

0.07

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

0.00

0.12

0.10

100.

0010

0.00

100.

000.

000.

000.

000.

734.

880.

000.

0010

0.00

100.

0096

.54

H2S

mas

s %

0.00

0.97

4.53

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

3.53

49.3

52.

670.

000.

000.

000.

000.

00C

OS

mas

s %

0.00

0.08

0.03

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.19

3.66

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00HC

Nm

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00NH

3m

ass

%0.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

H3O

Hm

ass

%10

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.03

0.03

0.02

0.00

80.2

40.

010.

020.

000.

003.

31

Appendix D4 – Heat and material balance for the AGR unit (CC­IGCC / SCGP) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

      

Appendix 

140 

stre

am ID

0-4-

met

-13-

4-ga

s-3

5-4-

gas-

68-

4-st

-10

9-4-

cw-3

10-4

-mu-

34-

2-ga

s-2

4-3-

gas-

44-

5-ga

s-7

4-5-

gas-

84-

5-m

et-2

4-6-

CO

2-1

4-6-

CO

2-2

4-8-

cond

-24-

9-cw

-44-

10-w

w-3

nam

efre

sh M

eOH

feed

gas

tail g

asLP

ste

amC

W in

dem

in w

ater

fuel

gas

clea

n ga

sTG

T fu

elC

LAU

S ga

sM

eOH

blee

dLP

CO

2IP

CO

2LP

con

dC

W o

utw

aste

wat

ert

°C15

.030

.030

.027

7.0

20.0

15.0

10.0

10.0

10.0

16.3

110.

1-1

5.0

10.0

150.

830

.042

.9p

bar

36.5

535

.55

35.8

96.

106.

0050

.00

33.0

533

.05

9.10

1.20

4.80

1.05

2.30

4.80

4.00

4.55

mkg

/s0.

212

100.

788

2.51

98.

903

845

1.66

20.

114

15.0

620.

327

2.15

10.

165

30.8

1454

.716

8.90

384

51.

831

nkm

ol/s

0.00

75.

171

0.08

60.

494

46.8

960.

092

0.02

43.

197

0.02

80.

057

0.00

50.

700

1.24

50.

494

46.8

960.

100

VNm

³/h53

541

7,27

66,

921

1,95

425

7,96

32,

228

4,57

041

756

,518

100,

446

LHV

kJ/k

g19

,899

7,51

02,

230

48,7

4148

,741

16,9

107,

799

16,3

07HH

VkJ

/kg

22,6

718,

813

2,55

657

,267

57,2

6719

,645

8,48

418

,680

hkJ

/kg

-7,5

81-7

,798

-5,0

79-1

2,96

9-1

5,89

8-1

5,91

9-1

,415

-1,4

15-5

,149

-4,7

03-6

,700

-8,9

74-8

,952

-15,

316

-15,

856

-15,

517

sJ/

kgK

-8,0

02.4

-957

-515

.3-2

,131

.6-9

,113

.2-9

,184

.4-5

,020

.2-5

,020

.2-3

77.6

758.

6-3

,224

.6-6

4.1

-134

.3-7

,498

.3-8

,974

.4-8

,751

.9M

kg/k

mol

32.0

019

.51

29.3

918

.00

18.0

018

.00

4.70

4.70

11.8

637

.97

31.8

944

.08

44.0

418

.00

18.0

018

.28

Σm

ol %

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

H2m

ol %

0.00

56.3

818

.80

0.00

0.00

0.00

90.3

590

.35

71.6

20.

000.

010.

030.

110.

000.

000.

00C

Om

ol %

0.00

2.39

2.38

0.00

0.00

0.00

3.83

3.83

7.17

0.00

0.00

0.01

0.04

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.00

37.7

936

.93

0.00

0.00

0.00

0.50

0.50

13.3

041

.30

8.97

99.9

399

.80

0.00

0.00

0.06

N2m

ol %

0.00

2.12

37.4

60.

000.

000.

004.

354.

354.

340.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

00Ar

mol

%0.

000.

571.

700.

000.

000.

000.

930.

932.

230.

000.

000.

000.

020.

000.

000.

00C

H4

mol

%0.

000.

020.

020.

000.

000.

000.

030.

030.

060.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00O

2m

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%0.

000.

140.

1610

0.00

100.

0010

0.00

0.00

0.00

0.00

1.52

8.90

0.00

0.00

100.

0010

0.00

98.0

5H2

Sm

ol %

0.00

0.59

2.53

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.26

56.9

92.

590.

000.

000.

000.

000.

00C

OS

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

170.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

S2

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00SO

2m

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00NH

3m

ol %

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH

3OH

mol

%10

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

79.5

20.

020.

020.

000.

001.

89

Σm

ass

%10

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

00H2

mas

s %

0.00

5.83

1.29

0.00

0.00

0.00

38.6

638

.66

12.1

70.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

Om

ass

%0.

003.

442.

270.

000.

000.

0022

.77

22.7

716

.93

0.00

0.00

0.01

0.02

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.

0085

.34

55.3

30.

000.

000.

004.

674.

6749

.37

47.8

612

.37

99.9

799

.93

0.00

0.00

0.15

N2m

ass

%0.

003.

0435

.73

0.00

0.00

0.00

25.8

825

.88

10.2

60.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

00Ar

mas

s %

0.00

1.16

2.32

0.00

0.00

0.00

7.88

7.88

7.52

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

CH

4m

ass

%0.

000.

020.

010.

000.

000.

000.

120.

120.

080.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00O

2m

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00H2

Om

ass

%0.

000.

130.

1010

0.00

100.

0010

0.00

0.00

0.00

0.00

0.72

5.02

0.00

0.00

100.

0010

0.00

96.5

4H2

Sm

ass

%0.

001.

032.

940.

000.

000.

000.

000.

003.

6351

.13

2.76

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ass

%0.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

010.

280.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

S2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00HC

Nm

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00NH

3m

ass

%0.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

H3O

Hm

ass

%10

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.03

0.03

0.02

0.00

79.8

30.

010.

020.

000.

003.

31

Appendix  D5  –  Heat  and  material  balance  for  the  AGR  unit  (CC­IGCC  / 

Siemens gasifier) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

141 

stre

am ID

0-4-

met

-13-

4-ga

s-3

5-4-

gas-

68-

4-st

-10

9-4-

cw-3

10-4

-mu-

34-

2-ga

s-2

4-3-

gas-

44-

5-ga

s-7

4-5-

gas-

84-

5-m

et-2

4-6-

CO

2-1

4-6-

CO

2-2

4-8-

cond

-24-

9-cw

-44-

10-w

w-3

nam

efre

sh M

eOH

feed

gas

tail g

asLP

ste

amC

W in

dem

in w

ater

fuel

gas

clea

n ga

sTG

T fu

elC

LAUS

gas

MeO

H bl

eed

LP C

O2

IP C

O2

LP c

ond

CW

out

was

te w

ater

t°C

15.0

30.0

30.0

274.

820

.010

.010

.010

.010

.012

.910

9.5

-15.

010

.015

0.8

30.0

42.9

pba

r36

.88

35.8

835

.94

6.10

6.00

5.00

33.3

833

.38

9.30

1.20

4.80

1.05

2.30

4.80

4.00

4.55

mkg

/s0.

220

96.1

832.

766

8.59

379

61.

522

0.00

013

.936

0.39

12.

261

0.17

028

.337

53.9

088.

593

796

1.68

0n

kmol

/s0.

007

4.76

60.

094

0.47

744

.202

0.08

50.

000

2.89

30.

030

0.05

90.

005

0.64

41.

228

0.47

744

.202

0.09

2V

Nm³/h

553

384,

603

7,55

90

233,

398

2,43

44,

744

427

51,9

9399

,107

LHV

kJ/k

g19

,899

7,96

53,

340

53,4

9753

,497

22,2

377,

708

16,6

46HH

VkJ

/kg

22,6

719,

284

3,77

462

,444

62,4

4425

,384

8,36

319

,042

hkJ

/kg

-7,5

81-7

,913

-5,1

07-1

2,97

4-1

5,89

8-1

5,94

0-1

,902

-1,9

02-5

,362

-4,7

13-6

,623

-8,9

74-8

,949

-15,

316

-15,

856

-15,

516

sJ/

kgK

-8,0

02.5

-1,0

39-6

13.0

-2,1

40.1

-9,1

13.2

-9,2

57.3

-5,6

48.7

-5,6

48.7

-1,2

68.9

772.

1-3

,289

.4-6

4.6

-137

.6-7

,498

.3-8

,974

.4-8

,751

.4M

kg/k

mol

32.0

020

.20

29.5

518

.00

18.0

018

.00

4.80

4.80

12.9

538

.44

32.0

944

.06

43.9

818

.00

18.0

018

.28

Σm

ol %

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

100.

0000

H2m

ol %

0.00

53.4

416

.03

0.00

0.00

0.00

87.9

187

.91

60.4

40.

000.

000.

020.

070.

000.

000.

00C

Om

ol %

0.00

1.83

1.82

0.00

0.00

0.00

3.01

3.01

5.14

0.00

0.00

0.01

0.02

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.00

39.3

536

.56

0.00

0.00

0.00

0.50

0.50

13.1

441

.66

8.57

99.8

799

.57

0.00

0.00

0.06

N2m

ol %

0.00

1.11

35.6

90.

000.

000.

002.

962.

962.

580.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00Ar

mol

%0.

000.

621.

720.

000.

000.

001.

051.

052.

370.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

00C

H4m

ol %

0.00

2.86

4.66

0.00

0.00

0.00

4.56

4.56

15.1

00.

000.

000.

070.

300.

000.

000.

00O

2m

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%0.

000.

140.

1610

0.00

100.

0010

0.00

0.00

0.00

0.00

1.22

7.13

0.00

0.00

100.

0010

0.00

98.0

4H2

Sm

ol %

0.00

0.63

3.31

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.20

55.4

42.

400.

000.

000.

000.

000.

00C

OS

mol

%0.

000.

020.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

031.

670.

010.

000.

000.

000.

000.

00C

S2m

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00S

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00HC

Nm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

020.

010.

000.

000.

000.

000.

00C

H3O

Hm

ol %

100.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

010.

0081

.88

0.02

0.02

0.00

0.00

1.89

Σm

ass

%10

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

0010

0.00

00H2

mas

s %

0.00

5.34

1.09

0.00

0.00

0.00

36.7

836

.78

9.40

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

0.00

2.54

1.73

0.00

0.00

0.00

17.5

217

.52

11.1

20.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

00C

O2

mas

s %

0.00

85.8

354

.49

0.00

0.00

0.00

4.56

4.56

44.6

247

.69

11.7

499

.95

99.8

40.

000.

000.

15N2

mas

s %

0.00

1.54

33.8

60.

000.

000.

0017

.20

17.2

05.

580.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00Ar

mas

s %

0.00

1.23

2.33

0.00

0.00

0.00

8.72

8.72

7.31

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.00

2.27

2.53

0.00

0.00

0.00

15.2

015

.20

18.6

90.

000.

000.

030.

110.

000.

000.

00O

2m

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00H2

Om

ass

%0.

000.

120.

1010

0.00

100.

0010

0.00

0.00

0.00

0.00

0.57

4.00

0.00

0.00

100.

0010

0.00

96.5

3H2

Sm

ass

%0.

001.

063.

820.

000.

000.

000.

000.

003.

1449

.13

2.55

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ass

%0.

000.

060.

020.

000.

000.

000.

000.

000.

132.

600.

010.

000.

000.

000.

000.

00C

S2m

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00SO

2m

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00S

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

100.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

030.

030.

020.

0081

.69

0.01

0.02

0.00

0.00

3.32

Appendix D6 – Heat and material balance  for  the AGR unit  (CC­IGCC / CoP 

gasifier) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Appendix 

142 

stre

am ID

0-4-

met

-13-

4-ga

s-3

5-4-

gas-

68-

4-st

-10

9-4-

cw-3

10-4

-mu-

34-

2-ga

s-2

4-3-

gas-

44-

5-ga

s-7

4-5-

gas-

84-

5-m

et-2

4-6-

CO

2-1

4-6-

CO

2-2

4-8-

cond

-24-

9-cw

-44-

10-w

w-3

nam

efre

sh M

eOH

feed

gas

tail g

asLP

ste

amC

W in

dem

in w

ater

fuel

gas

clea

n ga

sTG

T fu

elC

LAU

S ga

sM

eOH

blee

dLP

CO

2IP

CO

2LP

con

dC

W o

utw

aste

wat

ert

°C15

.030

.030

.027

8.7

20.0

15.0

10.0

10.0

10.0

17.5

115.

2-1

5.0

10.0

150.

830

.043

.9p

bar

57.4

256

.42

56.8

06.

106.

0050

.00

53.9

253

.92

14.6

01.

204.

801.

803.

304.

804.

004.

55m

kg/s

0.26

410

7.01

43.

716

8.81

075

42.

260

0.00

013

.716

0.58

23.

138

0.17

030

.290

62.9

498.

810

754

2.40

0n

kmol

/s0.

008

5.25

50.

117

0.48

941

.856

0.12

50.

000

3.13

10.

037

0.08

00.

006

0.68

81.

432

0.48

941

.856

0.13

1V

Nm³/h

664

424,

002

9,40

40.

000

252,

669

2,95

36,

453

454

55,5

5311

5,50

7LH

VkJ

/kg

19,8

997,

059

1,83

453

,716

53,7

1611

,596

5,82

416

,583

HHV

kJ/k

g22

,671

8,27

62,

100

63,0

7163

,071

13,4

466,

341

19,1

17h

kJ/k

g-7

,579

-8,0

00-6

,145

-12,

965

-15,

898

-15,

919

-1,6

06-1

,606

-6,5

32-5

,787

-6,8

93-8

,975

-8,9

54-1

5,31

6-1

5,85

6-1

5,50

8s

J/kg

K-8

,006

.1-1

,144

-657

.2-2

,125

.3-9

,113

.2-9

,184

.4-6

,419

.4-6

,419

.4-5

65.5

604.

6-3

,415

.7-1

68.7

-206

.7-7

,498

.3-8

,974

.4-8

,740

.6M

kg/k

mol

32.0

020

.39

31.9

218

.00

18.0

018

.00

4.37

4.37

15.9

039

.25

30.2

244

.08

44.0

618

.00

18.0

018

.28

Σm

ol %

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

H2m

ol %

0.00

54.7

316

.22

0.00

0.00

0.00

91.6

891

.68

62.8

20.

000.

000.

020.

050.

000.

000.

00C

Om

ol %

0.00

2.39

1.98

0.00

0.00

0.00

4.00

4.00

6.00

0.00

0.00

0.01

0.02

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.00

40.5

148

.78

0.00

0.00

0.00

0.50

0.50

24.2

954

.25

4.24

99.9

399

.85

0.00

0.00

0.05

N2m

ol %

0.00

0.71

28.7

60.

000.

000.

002.

242.

241.

700.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00Ar

mol

%0.

000.

761.

620.

000.

000.

001.

291.

292.

690.

000.

000.

010.

020.

000.

000.

00C

H4m

ol %

0.00

0.17

0.24

0.00

0.00

0.00

0.27

0.27

0.83

0.00

0.00

0.01

0.01

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00H2

Om

ol %

0.00

0.10

0.14

100.

0010

0.00

100.

000.

000.

000.

001.

6416

.67

0.00

0.00

100.

0010

0.00

98.0

1H2

Sm

ol %

0.00

0.63

2.23

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.64

43.9

52.

150.

000.

000.

000.

000.

00C

OS

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

140.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

S2m

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00S

mol

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00HC

Nm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

H3O

Hm

ol %

100.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

010.

010.

040.

0076

.93

0.03

0.04

0.00

0.00

1.94

Σm

ass

%10

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

0010

0.00

100.

00H2

mas

s %

0.00

5.42

1.03

0.00

0.00

0.00

42.1

942

.19

7.97

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

0.00

3.28

1.74

0.00

0.00

0.00

25.5

825

.58

10.5

80.

000.

000.

010.

010.

000.

000.

00C

O2

mas

s %

0.00

87.5

567

.33

0.00

0.00

0.00

5.02

5.02

67.2

660

.85

6.16

99.9

699

.93

0.00

0.00

0.11

N2m

ass

%0.

000.

9825

.27

0.00

0.00

0.00

14.3

314

.33

2.99

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%0.

001.

492.

030.

000.

000.

0011

.81

11.8

16.

760.

000.

000.

010.

010.

000.

000.

00C

H4m

ass

%0.

000.

130.

120.

000.

000.

001.

011.

010.

830.

000.

000.

000.

010.

000.

000.

00O

2m

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00H2

Om

ass

%0.

000.

090.

0810

0.00

100.

0010

0.00

0.00

0.00

0.00

0.75

9.93

0.00

0.00

100.

0010

0.00

96.4

8H2

Sm

ass

%0.

001.

062.

390.

000.

000.

000.

000.

003.

5238

.17

2.42

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ass

%0.

000.

010.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

010.

220.

000.

000.

000.

000.

000.

00C

S2m

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00SO

2m

ass

%0.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

000.

00S

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

100.

000.

000.

010.

000.

000.

000.

060.

060.

090.

0081

.48

0.02

0.03

0.00

0.00

3.40

Appendix D7 – Heat and material balance for the AGR unit (CC­IGCC / GE­R) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Appendix 

143 

stre

am ID

0-5-

air-2

1-5-

GO

X-2

4-5-

gas-

74-

5-ga

s-8

4-5-

met

-28-

5-st

-12

8-5-

BFW

-49-

5-cw

-75-

0-S-

15-

4-ga

s-6

5-8-

st-1

15-

8-co

nd-3

5-9-

cw-8

5-10

-ww

-4na

me

air

GO

XTG

T fu

elC

LAUS

gas

MeO

H bl

eed

IP s

team

LP B

FWC

W in

sulfu

rta

il gas

LP s

team

IP c

onde

nsat

eC

W o

utw

aste

wat

ert

°C15.0

60.0

10.0

16.7

110.1

264.7

154.2

20.0

134.8

30.0

164.0

246.0

30.1

37.2

pba

r1.01

50.00

9.10

1.20

4.80

50.60

14.00

6.00

5.00

35.89

6.60

38.00

4.00

1.10

mkg

/s1.159

0.505

0.343

2.209

0.167

0.087

5.698

95.742

0.972

2.643

5.698

0.087

95.742

0.769

nkm

ol/s

0.040

0.016

0.028

0.057

0.005

0.005

0.316

5.315

0.030

0.089

0.316

0.005

5.315

0.043

VNm

³/h3,242

1,268

2,273

4,637

421

7,194

LHV

kJ/k

g16,263

7,839

16,376

8,916

2,395

HHV

kJ/k

g18,884

8,500

18,755

8,916

2,728

hkJ

/kg

‐99

26‐5,017

‐4,628

‐6,689

‐13,190

‐15,330

‐15,898

‐3,000

‐5,036

‐13,219

‐14,909

‐15,855

‐15,820

sJ/

kgK

125

‐867

‐340

804

‐3,241

‐3,446

‐7,528

‐9,113

‐4,212

‐485

‐2,678

‐6,655

‐8,973

‐8,871

Mkg

/km

ol28

.84

32.1

712

.17

38.4

431

.91

18.0

018

.00

18.0

032

.00

29.6

618

.00

18.0

018

.00

18.0

1

Σm

ol %

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ol %

0.00

0.00

70.44

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

18.06

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%0.00

0.00

7.20

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.35

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.03

0.00

13.28

40.40

8.84

0.00

0.00

0.00

0.00

36.88

0.00

0.00

0.00

0.03

N2m

ol %

77.32

1.94

5.51

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

36.92

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.91

3.06

2.21

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.65

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%0.00

0.00

0.05

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%20.74

95.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%1.01

0.00

0.00

1.55

8.65

100.00

100.00

100.00

0.00

0.16

100.00

100.00

100.00

99.97

H2S

mol

%0.00

0.00

1.26

55.68

2.51

0.00

0.00

0.00

0.00

3.94

0.00

0.00

0.00

0.01

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.04

2.34

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.00

0.00

0.00

0.02

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.00

0.00

0.01

0.00

79.98

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Σm

ass

%100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ass

%0.00

0.00

11.67

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.23

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

0.00

0.00

16.58

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.22

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.05

0.00

48.01

46.25

12.18

0.00

0.00

0.00

0.00

54.76

0.00

0.00

0.00

0.06

N2m

ass

%75.07

1.69

12.69

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

34.90

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.26

3.80

7.24

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.22

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.00

0.00

0.07

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

23.00

94.51

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

0.63

0.00

0.00

0.73

4.88

100.00

100.00

100.00

0.00

0.10

100.00

100.00

100.00

99.92

H2S

mas

s %

0.00

0.00

3.53

49.35

2.67

0.00

0.00

0.00

0.00

4.53

0.00

0.00

0.00

0.01

CO

Sm

ass

%0.00

0.00

0.19

3.66

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.03

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.00

0.00

0.02

0.00

80.24

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Appendix D8  – Heat  and material  balance  for  the  TGT  process  (CC­IGCC  / 

SCGP) 

   

Appendix 

144 

stre

am ID

0-5-

air-2

1-5-

GO

X-2

4-5-

gas-

74-

5-ga

s-8

4-5-

met

-28-

5-st

-12

8-5-

BFW

-49-

5-cw

-75-

0-S-

15-

4-ga

s-6

5-8-

st-1

15-

8-co

nd-3

5-9-

cw-8

5-10

-ww

-4na

me

air

GO

XTG

T fu

elC

LAUS

gas

MeO

H bl

eed

IP s

team

LP B

FWC

W in

sulfu

rta

il gas

LP s

team

IP c

onde

nsat

eC

W o

utw

aste

wat

ert

°C15.0

60.0

10.0

16.3

110.1

264.7

154.2

20.0

134.8

30.0

164.0

246.0

29.8

37.1

pba

r1.01

50.00

9.10

1.20

4.80

50.60

14.00

6.00

5.00

35.89

6.60

38.00

4.00

1.10

mkg

/s1.143

0.511

0.327

2.151

0.165

0.085

5.853

99.105

0.984

2.519

5.853

0.085

99.105

0.795

nkm

ol/s

0.040

0.016

0.028

0.057

0.005

0.005

0.325

5.501

0.031

0.086

0.325

0.005

5.501

0.044

VNm

³/h3,196

1,282

2,228

4,570

417

6,921

LHV

kJ/k

g0

016,910

7,799

16,307

8,916

2,230

HHV

kJ/k

g0

019,645

8,484

18,680

8,916

2,556

hkJ

/kg

‐99

26‐5,149

‐4,703

‐6,700

‐13,190

‐15,330

‐15,898

‐3,000

‐5,079

‐13,219

‐14,909

‐15,857

‐15,821

sJ/

kgK

125

‐867

‐378

759

‐3,225

‐3,446

‐7,528

‐9,113

‐4,212

‐515

‐2,678

‐6,655

‐8,977

‐8,873

Mkg

/km

ol28

.84

32.1

711

.86

37.9

731

.89

18.0

018

.00

18.0

032

.00

29.3

918

.00

18.0

018

.00

18.0

1

Σm

ol %

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ol %

0.00

0.00

71.62

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

18.80

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%0.00

0.00

7.17

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.38

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.03

0.00

13.30

41.30

8.97

0.00

0.00

0.00

0.00

36.93

0.00

0.00

0.00

0.03

N2m

ol %

77.32

1.90

4.34

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

37.46

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.91

3.10

2.23

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.70

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%0.00

0.00

0.06

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%20.74

95.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%1.01

0.00

0.00

1.52

8.90

100.00

100.00

100.00

0.00

0.16

100.00

100.00

100.00

99.97

H2S

mol

%0.00

0.00

1.26

56.99

2.59

0.00

0.00

0.00

0.00

2.53

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.17

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.00

0.00

0.00

0.01

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.00

0.00

0.01

0.00

79.52

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Σm

ass

%100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ass

%0.00

0.00

12.17

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.29

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

0.00

0.00

16.93

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.27

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.05

0.00

49.37

47.86

12.37

0.00

0.00

0.00

0.00

55.33

0.00

0.00

0.00

0.06

N2m

ass

%75.07

1.66

10.26

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

35.73

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.26

3.84

7.52

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.32

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.00

0.00

0.08

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

23.00

94.50

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

0.63

0.00

0.00

0.72

5.02

100.00

100.00

100.00

0.00

0.10

100.00

100.00

100.00

99.93

H2S

mas

s %

0.00

0.00

3.63

51.13

2.76

0.00

0.00

0.00

0.00

2.94

0.00

0.00

0.00

0.01

CO

Sm

ass

%0.00

0.00

0.01

0.28

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.00

0.00

0.02

0.00

79.83

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Appendix D9  – Heat  and material  balance  for  the  TGT  process  (CC­IGCC  / 

Siemens gasifier) 

 

 

 

 

Appendix 

145 

stre

am ID

0-5-

air-2

1-5-

GO

X-2

4-5-

gas-

74-

5-ga

s-8

4-5-

met

-28-

5-st

-12

8-5-

BFW

-49-

5-cw

-75-

0-S-

15-

4-ga

s-6

5-8-

st-1

15-

8-co

nd-3

5-9-

cw-8

5-10

-ww

-4na

me

air

GO

XTG

T fu

elC

LAUS

gas

MeO

H bl

eed

IP s

team

LP B

FWC

W in

sulfu

rta

il gas

LP s

team

IP c

onde

nsat

eC

W o

utw

aste

wat

ert

°C15.0

60.0

10.0

12.9

109.5

264.7

154.2

20.0

134.8

30.0

164.0

246.0

30.0

37.2

pba

r1.01

49.96

9.30

1.20

4.80

50.60

14.00

6.00

5.00

35.94

6.60

38.00

4.00

1.10

mkg

/s1.208

0.514

0.391

2.260

0.170

0.089

5.813

100.187

0.992

2.766

5.813

0.089

100.187

0.785

nkm

ol/s

0.042

0.016

0.030

0.059

0.005

0.005

0.323

5.561

0.031

0.094

0.323

0.005

5.561

0.044

VNm

³/h3,379

1,290

2,434

4,744

427

7,559

LHV

kJ/k

g22,236

7,708

16,646

8,916

3,340

HHV

kJ/k

g25,384

8,363

19,043

8,916

3,774

hkJ

/kg

‐99

26‐5,362

‐4,712

‐6,622

‐13,190

‐15,330

‐15,898

‐3,000

‐5,107

‐13,219

‐14,909

‐15,856

‐15,820

sJ/

kgK

125

‐866

‐1,269

772

‐3,289

‐3,446

‐7,528

‐9,113

‐4,212

‐613

‐2,678

‐6,655

‐8,975

‐8,871

Mkg

/km

ol28

.84

32.1

912

.95

38.4

432

.09

18.0

018

.00

18.0

032

.00

29.5

518

.00

18.0

018

.00

18.0

1

Σm

ol %

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ol %

0.00

0.00

60.44

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

16.03

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%0.00

0.00

5.14

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.82

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.03

0.00

13.14

41.66

8.57

0.00

0.00

0.00

0.00

36.56

0.00

0.00

0.00

0.03

N2m

ol %

77.32

1.74

2.58

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

35.69

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.91

3.26

2.37

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.72

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%0.00

0.00

15.09

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

4.66

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%20.74

95.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%1.01

0.00

0.00

1.22

7.13

100.00

100.00

100.00

0.00

0.16

100.00

100.00

100.00

99.97

H2S

mol

%0.00

0.00

1.20

55.44

2.40

0.00

0.00

0.00

0.00

3.31

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.03

1.67

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.00

0.00

0.00

0.02

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.00

0.00

0.01

0.00

81.88

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Σm

ass

%100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ass

%0.00

0.00

9.40

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.09

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

0.00

0.00

11.12

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.73

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.05

0.00

44.62

47.69

11.74

0.00

0.00

0.00

0.00

54.49

0.00

0.00

0.00

0.06

N2m

ass

%75.07

1.51

5.58

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

33.86

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.26

4.05

7.31

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.33

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.00

0.00

18.68

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.53

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

23.00

94.44

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

0.63

0.00

0.00

0.57

4.00

100.00

100.00

100.00

0.00

0.10

100.00

100.00

100.00

99.92

H2S

mas

s %

0.00

0.00

3.14

49.13

2.55

0.00

0.00

0.00

0.00

3.82

0.00

0.00

0.00

0.01

CO

Sm

ass

%0.00

0.00

0.13

2.60

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.00

0.00

0.02

0.00

81.69

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Appendix D10 – Heat and material balance  for  the TGT process  (CC­IGCC / 

CoP gasifier) 

 

 

 

 

Appendix 

146 

stre

am ID

0-5-

air-2

1-5-

GO

X-2

4-5-

gas-

74-

5-ga

s-8

4-5-

met

-28-

5-st

-12

8-5-

BFW

-49-

5-cw

-75-

0-S-

15-

4-ga

s-6

5-8-

st-1

15-

8-co

nd-3

5-9-

cw-8

5-10

-ww

-4na

me

air

GO

XTG

T fu

elC

LAUS

gas

MeO

H bl

eed

IP s

team

LP B

FWC

W in

sulfu

rta

il gas

LP s

team

IP c

onde

nsat

eC

W o

utw

aste

wat

ert

°C15.0

60.0

10.0

17.5

115.2

264.7

154.2

20.0

134.8

30.0

164.0

246.0

29.9

37.3

pba

r1.01

70.00

14.60

1.20

4.80

50.60

14.00

6.00

5.00

56.80

6.60

38.00

4.00

1.10

mkg

/s1.215

0.558

0.582

3.138

0.170

0.111

6.118

122.602

1.070

3.716

6.118

0.111

122.602

0.876

nkm

ol/s

0.042

0.017

0.037

0.080

0.006

0.006

0.340

6.806

0.033

0.117

0.340

0.006

6.806

0.049

VNm

³/h3,398

1,400

2,953

6,453

454

9,405

LHV

kJ/k

g11,596

5,824

16,583

8,916

1,834

HHV

kJ/k

g13,446

6,341

19,117

8,916

2,100

hkJ

/kg

‐99

23‐6,532

‐5,787

‐6,893

‐13,190

‐15,330

‐15,898

‐3,000

‐6,145

‐13,219

‐14,909

‐15,856

‐15,817

sJ/

kgK

125

‐961

‐565

605

‐3,416

‐3,446

‐7,528

‐9,113

‐4,212

‐657

‐2,678

‐6,655

‐8,976

‐8,868

Mkg

/km

ol28

.84

32.1

615

.90

39.2

530

.22

18.0

018

.00

18.0

032

.00

31.9

218

.00

18.0

018

.00

18.0

1

Σm

ol %

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ol %

0.00

0.00

62.82

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

16.22

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%0.00

0.00

6.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.98

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.03

0.00

24.29

54.25

4.24

0.00

0.00

0.00

0.00

48.78

0.00

0.00

0.00

0.04

N2m

ol %

77.32

1.99

1.70

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

28.76

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.91

3.01

2.69

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.62

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%0.00

0.00

0.83

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.24

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%20.74

95.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%1.01

0.00

0.00

1.64

16.67

100.00

100.00

100.00

0.00

0.14

100.00

100.00

100.00

99.95

H2S

mol

%0.00

0.00

1.64

43.95

2.15

0.00

0.00

0.00

0.00

2.23

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.14

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.00

0.00

0.04

0.00

76.93

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.01

Σm

ass

%100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ass

%0.00

0.00

7.97

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.03

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

0.00

0.00

10.58

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.74

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.05

0.00

67.26

60.85

6.16

0.00

0.00

0.00

0.00

67.33

0.00

0.00

0.00

0.09

N2m

ass

%75.07

1.73

2.99

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

25.27

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.26

3.74

6.76

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.03

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.00

0.00

0.83

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.12

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

23.00

94.53

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

0.63

0.00

0.00

0.75

9.93

100.00

100.00

100.00

0.00

0.08

100.00

100.00

100.00

99.89

H2S

mas

s %

0.00

0.00

3.52

38.17

2.42

0.00

0.00

0.00

0.00

2.38

0.00

0.00

0.00

0.01

CO

Sm

ass

%0.00

0.00

0.01

0.22

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.00

0.00

0.09

0.00

81.48

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.01

Appendix D11 – Heat and material balance  for  the TGT process  (CC­IGCC / 

GE­R) 

 

 

 

 

Appendix 

147 

Appendix D12 – Heat and material balance for the CO2­compressor (CC­IGCC 

/ SCGP) 

 

stream ID 4-6-CO2-1 4-6-CO2-2 9-6-cw-5 6-0-CO2-3 6-9-cw-6name LP CO2 IP CO2 CW in HP CO2 CW outt °C -15.0 10.0 20.0 30.0 30.0p bar 1.05 2.30 6.00 100.00 4.00m kg/s 30.718 54.701 1,014.013 85.419 1,014.013n kmol/s 0.698 1.245 56.287 1.943 56.287V Nm³/h 56,341 100,419 156,760LHV kJ/kgh kJ/kg -8,974 -8,952 -15,898 -9,165 -15,856s J/kgK -64 -134 -9,113 -1,425 -8,974M kg/kmol 44.08 44.04 18.00 44.06 18.00

Σ mol % 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000H2 mol % 0.03 0.10 0.00 0.08 0.00CO mol % 0.01 0.04 0.00 0.03 0.00CO2 mol % 99.93 99.80 0.00 99.85 0.00N2 mol % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00Ar mol % 0.00 0.02 0.00 0.01 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mol % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.02 0.02 0.00 0.02 0.00

Σ mass % 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.01 0.02 0.00 0.02 0.00CO2 mass % 99.97 99.93 0.00 99.95 0.00N2 mass % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00Ar mass % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mass % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.01 0.02 0.00 0.02 0.00

Appendix 

148 

Appendix D13 – Heat and material balance for the CO2­compressor (CC­IGCC 

/ Siemens gasifier) 

 

   

name LP CO2 IP CO2 CW in HP CO2 CW outt °C -15.0 10.0 20.0 30.0 30.0p bar 1.05 2.30 6.00 100.00 4.00m kg/s 30.813 54.713 1,015.484 85.527 1,015.484n kmol/s 0.700 1.245 56.369 1.945 56.369V Nm³/h 56,517 100,442 156,958LHV kJ/kgh kJ/kg -8,974 -8,952 -15,898 -9,166 -15,856s J/kgK -64 -134 -9,113 -1,425 -8,974M kg/kmol 44.08 44.04 18.00 44.06 18.00

Σ mol % 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000H2 mol % 0.03 0.11 0.00 0.08 0.00CO mol % 0.01 0.04 0.00 0.03 0.00CO2 mol % 99.93 99.80 0.00 99.85 0.00N2 mol % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00Ar mol % 0.00 0.02 0.00 0.01 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mol % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.02 0.02 0.00 0.02 0.00

Σ mass % 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.01 0.02 0.00 0.02 0.00CO2 mass % 99.97 99.93 0.00 99.95 0.00N2 mass % 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00Ar mass % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mass % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.01 0.02 0.00 0.02 0.00

Appendix 

149 

Appendix D14 – Heat and material balance for the CO2­compressor (CC­IGCC 

/ CoP gasifier) 

 

stream ID 4-6-CO2-1 4-6-CO2-2 9-6-cw-5 6-0-CO2-3 6-9-cw-6name LP CO2 IP CO2 CW in HP CO2 CW outt °C -15.0 10.0 20.0 30.0 30.0p bar 1.05 2.30 6.00 100.00 4.00m kg/s 28.337 53.906 975.069 82.243 975.069n kmol/s 0.644 1.228 54.125 1.873 54.125V Nm³/h 51,993 99,104 151,098LHV kJ/kgh kJ/kg -8,974 -8,949 -15,898 -9,163 ‐15,856s J/kgK -65 -138 -9,113 -1,427 -8,974M kg/kmol 44.06 43.98 18.00 44.01 18.00

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.02 0.07 0.00 0.05 0.00CO mol % 0.01 0.02 0.00 0.01 0.00CO2 mol % 99.87 99.57 0.00 99.67 0.00N2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Ar mol % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00CH4 mol % 0.07 0.30 0.00 0.22 0.00O2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mol % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.02 0.02 0.00 0.02 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00CO2 mass % 99.95 99.84 0.00 99.88 0.00N2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Ar mass % 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00CH4 mass % 0.03 0.11 0.00 0.08 0.00O2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mass % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.01 0.02 0.00 0.02 0.00

Appendix 

150 

Appendix D15 – Heat and material balance for the CO2­compressor (CC­IGCC 

/   GE­R) 

 

   

stream ID 4-6-CO2-1 4-6-CO2-2 9-6-cw-5 6-0-CO2-3 6-9-cw-6name LP CO2 IP CO2 CW in HP CO2 CW outt °C -15.0 10.0 20.0 30.0 30.0p bar 1.80 3.30 6.00 100.00 4.00m kg/s 30.290 62.949 1,019.194 93.239 1,019.194n kmol/s 0.688 1.432 56.575 2.120 56.575V Nm³/h 55,553 115,507 171,059LHV kJ/kgh kJ/kg -8,975 -8,954 -15,898 -9,166 -15,856s J/kgK -169 -207 -9,113 -1,427 -8,974M kg/kmol 44.08 44.06 18.00 44.07 18.00

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.02 0.05 0.00 0.04 0.00CO mol % 0.01 0.02 0.00 0.02 0.00CO2 mol % 99.93 99.85 0.00 99.88 0.00N2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Ar mol % 0.01 0.02 0.00 0.01 0.00CH4 mol % 0.01 0.01 0.00 0.01 0.00O2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mol % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.03 0.04 0.00 0.04 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.01 0.01 0.00 0.01 0.00CO2 mass % 99.96 99.93 0.00 99.94 0.00N2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Ar mass % 0.01 0.01 0.00 0.01 0.00CH4 mass % 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00O2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00H2O mass % 0.00 0.00 100.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.02 0.03 0.00 0.03 0.00

Appendix 

151 

Appendix E1 – Parameters  for  reference point  calculation with  the generic 

GT model 

Fixed parameters  Unit  Value 

Δpinlet = Δpoutlet  mbar  10 

Δpcomb  %  3 

ηcomb  %  100 

ηmech  %  99.6 

ηG  %  98.5 

Target parameters  Unit  Value 

Gross power output  MW  292 

Gross efficiency (Fuel mass flow 

% kg CH4/s 

39.8 14.669) 

Compressor pressure ratio  ‐  18.2 

Exhaust gas temperature  °C  577 

Hot gas temperature (T7)  °C  1450 

Turbine inlet temperature (T9)  °C  1245 

Blade temperature (Tblade)  °C  900 

Adjusted parameters  Unit  Value 

ηp,compr  %  94 

Cool frac  %  22.4 

ηp,uc turb  %  93.2 

ηp,c turb  %  91.16 

Compressor mass flow  kg/s  684 

 

   

Appendix 

152 

Appendix E2 – Reference parameters for off­design calculations 

Parameter  Unit  Value 

m_1_ref  kg/s  684 

m_8_ref  kg/s  153.011 

m_9_ref  kg/s  698.669 

t_7_ref  °C  1450 

t_9_ref  °C  1245 

t_blade_ref  °C  900 

p_9_ref  bar  17.71 

Δp_comb_ref  bar  0.55 

Π_compr,ref  ‐  18.2 

Π_turb,ref  ‐  17.3 

 

   

Appendix 

153 

Appendix E3 – CHEMCAD model of the GT process for the CC­IGCC 

 

 

Appendix E4 – Heat and material balance for the gas turbine(CC­IGCC /SCGP) 

 

1

2

3

1

2

6

3

7

5

7

8

910

11

4

5

8

Dp inlet

comb chamber

turbine

compressor

Dp outlet

fuel

air

extr air

exhaust

4

12

12

13

14 10

11

15

ID 1 T 15.0 C P 1.0 bar W 644.950 kg/s

ID 2 T 15.0 C P 1.0 bar W 644.950 kg/s

ID 3 T 402.0 C P 17.4 bar W 644.950 kg/s

ID 5 T 402.0 C P 17.4 bar W 405.899 kg/s

ID 8 T 1450.0 C P 16.9 bar W 504.509 kg/s

ID 9 T 402.0 C P 17.4 bar W 149.052 kg/s

ID 12 T 588.5 C P 1.0 bar W 653.561 kg/s

ID 4 T 402.0 C P 17.4 bar W 90.000 kg/s

ID 10 T 1244.1 C P 16.9 bar W 653.561 kg/s

ID 11 T 588.5 C P 1.0 bar W 653.561 kg/s

ID 6 T 200.0 C P 32.4 bar W 98.611 kg/s

9

618

ID 18 T 136.8 C P 32.4 bar W 98.611 kg/s

stream ID 0-7-air-3 8-7-gas-9 7-8-air-4 7-8-eg-2name ambient air GT fuel extraction air exhaust gast °C 15.0 200.0 402.0 588.5p bar 1.0 32.4 17.4 1.0m kg/s 644.950 98.611 90.000 653.561n kmol/s 22.353 6.407 3.119 24.136V Nm³/h 1,803,646 516,956 251,691 1,947,551LHV kJ/kg 7,139HHV kJ/kg 8,738h kJ/kg -99.5 -1,505.5 302.2 -825.6s J/kgK 124.3 -635.4 182.5 1,162.2M kg/kmol 28.84 15.38 28.84 27.07

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 45.01 0.00 0.00CO mol % 0.00 1.95 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.25 0.03 0.61N2 mol % 77.32 41.48 77.32 72.62Ar mol % 0.91 0.59 0.91 0.88CH4 mol % 0.00 0.01 0.00 0.00O2 mol % 20.74 0.30 20.74 10.36H2O mol % 1.01 10.41 1.01 15.52

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 5.89 0.00 0.00CO mass % 0.00 3.54 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.72 0.05 1.00N2 mass % 75.07 75.50 75.07 75.13Ar mass % 1.26 1.52 1.26 1.30CH4 mass % 0.00 0.02 0.00 0.00O2 mass % 23.00 0.62 23.00 12.25H2O mass % 0.63 12.18 0.63 10.33

Appendix 

154 

Appendix  E5  –  Heat  and material  balance  for  the  gas  turbine  (CC­IGCC  / 

Siemens gasifier) 

 

Appendix E6 – Heat and material balance for the gas turbine (CC­IGCC / CoP 

gasifier) 

 

stream ID 0-7-air-3 8-7-gas-9 7-8-air-4 7-8-eg-2name ambient air GT fuel extraction air exhaust gast °C 15.0 200.0 401.6 589.6p bar 1.0 32.4 17.4 1.0m kg/s 643.600 97.461 90.000 651.060n kmol/s 22.306 6.419 3.119 24.101V Nm³/h 1,799,870 517,979 251,691 1,944,697LHV kJ/kg 7,169HHV kJ/kg 8,850h kJ/kg -99.5 -1,852.4 301.8 -877.7s J/kgK 124.3 -703.8 182.4 1,158.9M kg/kmol 28.84 15.17 28.84 27.00

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 45.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 1.91 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.25 0.03 0.61N2 mol % 77.32 39.56 77.32 72.09Ar mol % 0.91 0.56 0.91 0.87CH4 mol % 0.00 0.02 0.00 0.00O2 mol % 20.74 0.22 20.74 10.31H2O mol % 1.01 12.48 1.01 16.12

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 5.97 0.00 0.00CO mass % 0.00 3.52 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.72 0.05 0.99N2 mass % 75.07 73.01 75.07 74.76Ar mass % 1.26 1.48 1.26 1.29CH4 mass % 0.00 0.02 0.00 0.00O2 mass % 23.00 0.47 23.00 12.21H2O mass % 0.63 14.81 0.63 10.75

stream ID 0-7-air-3 7-8-air-4 8-7-gas-9 7-8-eg-2name ambient air extraction air fuel GT fuel exhaust gast °C 15.0 404.3 143.3 200.0 587.1p bar 1.0 17.6 32.4 32.4 1.0m kg/s 675.2 90.0 84.2 84.2 669.4n kmol/s 23.4 3.1 5.7 5.7 24.6V Nm³/h 1,888,102 251,691 455,946 455,946 1,986,259LHV kJ/kg 8,483 8,483HHV kJ/kg 10,334 10,334h kJ/kg -99.5 304.7 -2,093.7 -1,975.2 -837.7s J/kgK 124.3 182.7 -1,084.5 -817.8 1,170.0M kg/kmol 28.84 28.84 14.89 14.89 27.18

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 0.00 45.00 45.00 0.00CO mol % 0.00 0.00 1.54 1.54 0.00CO2 mol % 0.03 0.03 0.26 0.26 0.98N2 mol % 77.32 77.32 37.70 37.70 72.35Ar mol % 0.91 0.91 0.61 0.61 0.89CH4 mol % 0.00 0.00 2.34 2.34 0.00O2 mol % 20.74 20.74 0.08 0.08 10.69H2O mol % 1.01 1.01 12.48 12.48 15.10

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 6.09 6.09 0.00CO mass % 0.00 0.00 2.90 2.90 0.00CO2 mass % 0.05 0.05 0.76 0.76 1.58N2 mass % 75.07 75.07 70.86 70.86 74.54Ar mass % 1.26 1.26 1.62 1.62 1.30CH4 mass % 0.00 0.00 2.51 2.51 0.00O2 mass % 23.00 23.00 0.17 0.17 12.58H2O mass % 0.63 0.63 15.08 15.08 10.00

Appendix 

155 

Appendix E7 – Heat and material balance for the gas turbine (CC­IGCC / GE­R) 

 

   

stream ID 0-7-air-3 8-7-gas-9 7-8-air-4 7-8-eg-2name ambient air GT fuel extraction air exhaust gast °C 15.0 200.0 401.1 592.3p bar 1.0 32.4 17.3 1.0m kg/s 643.300 93.550 90.000 646.849n kmol/s 22.296 6.380 3.119 24.058V Nm³/h 1,799,032 514,763 251,691 1,941,239LHV kJ/kg 7,345HHV kJ/kg 9,247h kJ/kg -99.5 -2,774.1 301.2 -1,005.4s J/kgK 124.3 -877.6 182.4 1,152.5M kg/kmol 28.84 14.65 28.84 26.87

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 45.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 1.96 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.25 0.03 0.65N2 mol % 77.32 34.27 77.32 70.71Ar mol % 0.91 0.71 0.91 0.91CH4 mol % 0.00 0.13 0.00 0.00O2 mol % 20.74 0.07 20.74 10.25H2O mol % 1.01 17.61 1.01 17.48

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 6.19 0.00 0.00CO mass % 0.00 3.75 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.74 0.05 1.06N2 mass % 75.07 65.46 75.07 73.68Ar mass % 1.26 1.93 1.26 1.35CH4 mass % 0.00 0.15 0.00 0.00O2 mass % 23.00 0.14 23.00 12.19H2O mass % 0.63 21.63 0.63 11.71

Appendix 

156 

Appendix F1 – Relevant boundary conditions for water­/steam cycle simula­

tions 

HRSG  Unit  Value 

ΔΤ Pinch point HP‐evaporator  K  10 – 60 

ΔΤ Pinch point IP‐evaporator  K  10 

ΔΤ Pinch point LP‐evaporator  K  10 

ΔΤ Approach point HP‐superheater  K  25 

HRSG‐inlet temperature (condensate)  °C  90 

Fuel preheater outlet temperature  °C  200 

Steam turbine and condenser  Unit  Value 

Live steam parameters  bar/°C  129/565 

Reheat steam parameters  bar/°C  46/565 

LP‐steam parameters  bar/°C  6/260 

Isentropic efficiency (HP‐turbine)  %  89 

Isentropic efficiency (IP‐turbine)  %  93 

Isentropic efficiency (LP‐turbine)  %  87 

Condenser vacuum  mbar  49 

 

   

Appendix 

157 

 

30

HPSH

/IPRH

HPEv

apHP

Eco3

IPSH

HPEc

o2IP

Evap

LPSH

HP/IP

Eco

1LP

Evap

CPRH

8-2-

st-1

HP-B

FW-E

xt2

HP-B

FW-E

xt1

8-3-

BFW

-3

8-2-

BFW

-1IP

-BFW

-Ext

2

HP-S

T Ex

t

Live

ST

Ext

8-2-

st-2

proc

ess

cond

8-2-

BFW

-2

12

1

34

78

911

23

45

67

89

10

12

13

14

15

19

2223

24

29

3031

38

41

42

4849

50

53

4556

57

58

60

61

67

68

7782

8385

73

72

86

8788

89

91

92 93 94

95

96

97

98

102

100

101

103

105

104

108

109

110

1112

1314

15

1617

18

19

20

21

2223

2425

2627

28

29

31

32

33

34

35

60

36

3738

3940

51

4142

47

43

4445

46

48

49

50 52

53

54

55

5657

58

59

63

61

62

8180

76

78

79

5

75

6

6362

52

51

59

74

47

10

FPRH

ExtA

irCoo

ler

7-8-

air-4

55

71

54 6970

44

46

39

25

26

27

37

28

36

20HP

STIP

STLP

ST

90

106

107

ST-C

onde

nser

Cool

ingW

ater

Mak

e Up

Bala

nceO

ut

Cond

Pum

p

Dp L

S pi

pe

Dp H

RH p

ipe

Dp C

RH p

ipe

Dp IP

-LP

ST

HP p

ump

IP p

ump

feed

pum

p

64

Dp d

eaer

ator

Dp L

P pi

pe

3-8-

st-8

7-8-

eg-2

LP-S

T fe

ed 2

Cond

feed

circ

pum

p

32

3232

65

114

113

6611

233

LP-th

rottl

e

EAC-

thro

ttle

8-1-

air-5

IP-S

T fe

ed 1

67

2-8-

st-5

115

66

6835

117

69

21

Ext C

ondP

RH

deae

rato

r

70

119

120

77

129 13

0

8-3-

st-9

78

7913

1

133

1617IP

con

d 1

2-8-

cond

-1

80

132

135

18

8199

136

137

82

134

138

139

4-8-

cond

-2

8-4-

st-1

0

40

43

140

8-5-

BFW

-4

141

LP s

team

2

LP s

team

1

8-5-

st-1

2

143

5-8-

cond

-3

IP-B

FW-E

xt3

IP-B

FW-fe

ed3

85

84

148

149

2-8-

st-4

3411

1

142

64

65

86

116

150

151

8-2-

st-3

87

118

152

ID

1 T

588

.5 C

P 1

.0 b

ar W

653

.6 k

g/s

ID

13 T

10.

0 C

P 2

0.0

bar

W 3

0.5

kg/s

ID

19 T

35.

4 C

P 1

8.0

bar

W 1

72.5

kg/

s

ID

22 T

90.

0 C

P 1

6.0

bar

W 1

88.8

kg/

s

ID

24 T

90.

0 C

P 1

6.0

bar

W 1

88.8

kg/

s

ID

29 T

154

.0 C

P 6

.0 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

30 T

151

.8 C

P 4

9.6

bar

W 2

5.2

kg/s

ID

31 T

151

.8 C

P 4

9.6

bar

W 2

5.2

kg/s

ID

38 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

42 T

162

.5 C

P 6

.6 b

ar W

10.

2 kg

/s

ID

45 T

157

.1 C

P 6

.6 b

ar W

12.

6 kg

/s

ID

49 T

162

.5 C

P 6

.6 b

ar W

22.

8 kg

/s

ID

50 T

163

.4 C

P 6

.4 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

53 T

239

.1 C

P 5

.9 b

ar W

28.

5 kg

/s ID

57

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

76.

1 kg

/s

ID

58 T

157

.6 C

P 5

2.6

bar

W 4

6.9

kg/s

ID

60 T

259

.7 C

P 5

0.6

bar

W 2

1.7

kg/s

ID

61 T

259

.7 C

P 5

0.6

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

67 T

320

.0 C

P 6

0.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

68 T

304

.1 C

P 4

9.6

bar

W 2

1.6

kg/s

ID

72 T

159

.1 C

P 1

43.9

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

73 T

159

.1 C

P 1

43.9

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

77 T

316

.4 C

P 1

39.5

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

82 T

336

.4 C

P 1

39.5

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

83 T

336

.4 C

P 1

39.5

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

85 T

336

.1 C

P 1

39.0

bar

W 1

00.3

kg/

s

ID

86 T

563

.5 C

P 1

35.0

bar

W 1

00.3

kg/

s ID

87 T

561

.0 C

P 1

28.5

bar

W 1

00.3

kg/

s

ID

88 T

561

.0 C

P 1

28.5

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

89 T

561

.0 C

P 1

28.5

bar

W 1

00.3

kg/

s

ID

91 T

412

.5 C

P 5

1.0

bar

W 5

.6 k

g/s

ID

92 T

412

.5 C

P 5

1.0

bar

W 9

4.7

kg/s

ID

93 T

412

.4 C

P 5

0.1

bar

W 9

4.7

kg/s

ID

94 T

411

.9 C

P 4

9.6

bar

W 1

16.3

kg/

s

ID

96 T

562

.9 C

P 4

6.3

bar

W 1

16.3

kg/

s

ID

97 T

275

.8 C

P 6

.1 b

ar W

116

.3 k

g/s

ID

98 T

275

.8 C

P 6

.1 b

ar W

0.0

kg/

s

ID 1

00 T

275

.7 C

P 6

.0 b

ar W

106

.8 k

g/s

ID 1

01 T

164

.0 C

P 6

.4 b

ar W

0.0

kg/

s ID

102

T 2

67.7

C P

5.9

bar

W 1

35.3

kg/

s

ID 1

03 T

267

.7 C

P 5

.9 b

ar W

132

.4 k

g/s

ID 1

05 T

20.

0 C

P 4

.0 b

ar W

730

1.5

kg/s

ID 1

08 T

402

.0 C

P 1

7.4

bar

W 9

0.0

kg/s

ID 1

10 T

177

.5 C

P 1

6.9

bar

W 9

0.0

kg/s

ID

2 T

423

.9 C

ID

3 T

346

.4 C

ID

4 T

338

.1 C

ID

7 T

274

.6 C

ID

8 T

268

.0 C

ID

9 T

208

.5 C

ID

11 T

108

.6 C

ID

32 T

259

.7 C

P 5

0.6

bar

W 2

5.2

kg/s

ID

28 T

148

.3 C

P 1

2.0

bar

W 1

72.5

kg/

s

ID

34 T

267

.5 C

P 5

.7 b

ar W

2.9

kg/

s

ID 1

04 T

32.

5 C

P 0

.049

bar

W 1

32.4

kg/

s

ID

12 T

32.

5 C

P 0

.049

bar

W 1

32.4

kg/

s

ID

14 T

28.

4 C

P 0

.049

bar

W 1

62.9

kg/

s

ID

15 T

28.

4 C

P 0

.049

bar

W 0

.0 k

g/s

ID 1

14 T

156

.8 C

P 5

.7 b

ar W

200

.6 k

g/s ID

112

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 2

00.6

kg/

s

ID

33 T

152

.4 C

P 6

.0 b

ar W

25.

2 kg

/s

ID 1

15 T

264

.7 C

P 5

0.1

bar

W 0

.0 k

g/s

ID 1

19 T

29.

0 C

P 2

.0 b

ar W

730

1.5

kg/s

ID 1

20 T

29.

0 C

P 4

.0 b

ar W

730

1.5

kg/s

ID

95 T

563

.5 C

P 4

7.6

bar

W 1

16.3

kg/

s

ID 1

30 T

264

.0 C

P 5

0.1

bar

W 0

.0 k

g/s

ID 1

31 T

205

.4 C

P 1

7.4

bar

W 0

.0 k

g/s

ID 1

33 T

150

.3 C

P 4

.8 b

ar W

9.6

kg/

s

ID 1

38 T

150

.3 C

P 4

.8 b

ar W

9.6

kg/

s

ID 1

39 T

149

.8 C

P 4

.8 b

ar W

9.5

kg/

s

ID 1

37 T

275

.8 C

P 6

.1 b

ar W

9.5

kg/

s

ID 1

40 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 5

.7 k

g/s

ID 1

41 T

164

.0 C

P 6

.4 b

ar W

5.7

kg/

s

ID 1

43 T

246

.0 C

P 3

8.0

bar

W 0

.1 k

g/s

ID 1

48 T

336

.2 C

P 1

39.0

bar

W 5

1.2

kg/s

ID

81 T

336

.4 C

P 1

39.5

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

80 T

336

.4 C

P 1

39.5

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

76 T

316

.4 C

P 1

39.5

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

78 T

316

.4 C

P 1

39.5

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

79 T

316

.4 C

P 1

39.5

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

5 T

333

.9 C

ID

75 T

293

.9 C

P 1

40.7

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

6 T

322

.6 C

ID

63 T

259

.7 C

P 5

0.6

bar

W 2

1.7

kg/s

ID

62 T

259

.7 C

P 5

0.6

bar

W 2

1.7

kg/s

ID

52 T

239

.6 C

P 6

.1 b

ar W

28.

5 kg

/s

ID

51 T

162

.3 C

P 6

.4 b

ar W

28.

5 kg

/s

ID

59 T

259

.7 C

P 5

0.6

bar

W 4

6.9

kg/s

ID

74 T

259

.7 C

P 1

41.9

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

47 T

162

.5 C

P 6

.6 b

ar W

12.

6 kg

/s

ID

10 T

172

.5 C

ID

55 T

157

.6 C

P 5

2.6

bar

W 1

23.0

kg/

s

ID

71 T

159

.1 C

P 1

43.9

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

54 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 1

23.0

kg/

s

ID

69 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 4

9.1

kg/s

ID

46 T

157

.1 C

P 6

.6 b

ar W

12.

6 kg

/s

ID

25 T

148

.3 C

P 1

2.0

bar

W 1

88.8

kg/

s

ID

26 T

148

.3 C

P 1

2.0

bar

W 1

6.3

kg/s

ID

27 T

148

.4 C

P 1

6.0

bar

W 1

6.3

kg/s

ID

37 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 2

00.6

kg/

s

ID

20 T

35.

4 C

P 1

8.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

90 T

412

.5 C

P 5

1.0

bar

W 1

00.3

kg/

s

ID 1

07 T

29.

5 C

P 2

.0 b

ar W

730

1.5

kg/s

ID

34 T

267

.5 C

P 5

.7 b

ar W

2.9

kg/

s

ID

66 T

304

.1 C

P 4

9.6

bar

W 2

1.6

kg/s

ID

21 T

35.

4 C

P 1

8.0

bar

W 1

72.5

kg/

s

ID

16 T

28.

4 C

P 0

.049

bar

W 1

62.9

kg/

s

ID

17 T

28.

4 C

P 6

.0 b

ar W

162

.9 k

g/s

ID 1

32 T

35.

3 C

P 4

.8 b

ar W

172

.5 k

g/s

ID

18 T

240

.0 C

P 1

8.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

99 T

275

.8 C

P 6

.1 b

ar W

116

.3 k

g/s

ID 1

34 T

156

.2 C

P 5

.6 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

40 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 1

0.2

kg/s

ID

84 T

336

.2 C

P 1

39.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID 1

51 T

264

.0 C

P 5

0.1

bar

W 0

.0 k

g/s

ID 1

52 T

84.

4 C

P 1

6.0

bar

W 1

72.5

kg/

s

ID 1

42 T

264

.0 C

P 5

0.1

bar

W 0

.1 k

g/s

ID

65 T

264

.7 C

P 5

0.6

bar

W 2

1.7

kg/s

ID 1

16 T

264

.0 C

P 5

0.1

bar

W 2

1.7

kg/s

ID 1

18 T

51.

5 C

P 1

7.0

bar

W 1

72.5

kg/

s

Appendix F2 – CHEMCAD model of the water­/steam cycle  for the CC­IGCC / 

SCGP 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

158 

stre

am ID

3-8-

gas-

57-

8-ai

r-4

7-8-

eg-2

2-8-

st-4

4-8-

cond

-25-

8-st

-11

5-8-

cond

-3IP

-BFW

-feed

39-

8-cw

-10

10-8

-mu-

48-

0-eg

-38-

1-ai

r-58-

7-ga

s-9

8-2-

st-1

8-2-

BFW

-18-

4-st

-10

8-5-

BFW

-48-

5-st

-12

IP-B

FW-E

xt3

8-2-

st-3

8-9-

cw-9

nam

eG

T fu

elex

tract

ion

air

exha

ust g

asHP

ste

amco

nden

sate

LP s

team

cond

ensa

teIP

-BFW

-feed

3co

olin

g w

ater

mak

e up

wat

erex

haus

t gas

to s

tack

GT

extra

ctio

n ai

rG

T fu

elIP

ste

amIP

BFW

LP s

team

LP B

FWIP

ste

amIP

-BFW

-Ext

3IP

ste

amco

olin

g w

ater

t°C

6.40

7402.0

588.5

336.2

149.8

164.0

246.0

151.8

20.0

10.0

106.0

177.5

200.

0412.5

157.6

275.8

157.0

264.0

259.7

264.0

29.5

pba

r51

6,95

617.40

1.05

139.00

4.80

6.40

38.00

49.60

4.00

20.00

1.05

16.90

32.4

51.00

52.60

6.10

14.00

50.10

50.60

50.10

2.00

mkg

/s32

.490.000

653.560

51.167

9.476

5.698

0.087

25.212

7,302

30.514

653.560

90.000

98.6

115.590

76.091

9.476

5.698

0.087

25.212

0.000

7,302

nkm

ol/s

136.

83.119

24.136

2.840

0.526

0.316

0.005

1.399

405.302

1.694

24.136

3.119

6.40

70.310

4.224

0.526

0.316

0.005

1.399

0.000

405.302

VNm

³/h98

.611

251,691

1,947,543

1,947,543

251,691

516,

956

LHV

kJ/k

g7,

139

7,13

9HH

VkJ

/kg

8,73

88,

738

hkJ

/kg

-1,6

30.9

302

‐826

‐13,336

‐15,350

‐13,217

‐14,915

‐15,339

‐15,897

‐15,938

‐1,387

65-1

,505

.5‐12,718

‐15,314

‐12,970

‐15,319

‐13,188

‐14,848

‐13,188

‐15,858

sJ/

kgK

-919

.90

1‐4

‐8‐3

‐7‐8

‐9‐9

00

-635

.4‐3

‐7‐2

‐8‐3

‐7‐3

‐9M

kg/k

mol

15.3

828

.84

27.0

718

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

27.0

728

.84

15.3

818

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

0

Σm

ol %

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ol %

45.0

10.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

45.0

10.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%1.

950.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.95

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.25

0.03

0.61

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.61

0.03

0.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2m

ol %

41.4

877.32

72.62

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

72.62

77.32

41.4

80.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.59

0.91

0.88

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.88

0.91

0.59

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%0.

010.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%0.

3020.74

10.36

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

10.36

20.74

0.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%10

.41

1.01

15.52

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

15.52

1.01

10.4

1100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Σm

ass

%10

0.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ass

%5.

890.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

5.89

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

3.54

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

3.54

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.

720.05

1.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.00

0.05

0.72

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2m

ass

%75

.50

75.07

75.13

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

75.13

75.07

75.5

00.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.

521.26

1.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.30

1.26

1.52

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

0.62

23.00

12.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

12.25

23.00

0.62

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

12.1

80.63

10.33

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

10.33

0.63

12.1

8100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Appendix F3 – Heat and material balance for the water­/steam cycle (CC­IGCC 

/ SCGP) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

159 

 

30

HPSH

/IPR

HHP

Evap

HPEc

o3IP

SHHP

Eco2

IPEv

apLP

SHHP

/IP

Eco1

LPEv

apCP

RH

8-2-

st-1

HP-B

FW-E

xt2

HP-B

FW-E

xt1

8-3-

BFW

-3

8-2-

BFW

-1IP

-BFW

-Ext

2

HP-S

T Ex

t

Live

ST E

xt

8-2-

st-2

proc

ess

cond

8-2-

BFW

-2

12

1

34

78

911

23

45

67

89

10

12

13

14

15

19

2223

24

29

3031

38

4142

4849

50

53

45

56

57

58

60

61

67

68

7782

83

85

73

72

86

8788

89

91

92 93 94

95

96

97

98

102

100

101

103

105

104

108

109

110

1112

1314

15

16

1718

19

20

21

2223

24

25

2627

28

29

31

32

33

34

35

60

36

3738

39

40

51

4142

47

43

4445

46

48

49

50 52

53

54

55

5657

58

59

63

61

62

8180

76

78

79

5

75

6

63

62

52

51

59

74

47

10

FPRH

ExtA

irCoo

ler

7-8-

air-4

55

71

54 69

70

44

46

39

25

26

27

37

28

36

20HP

STIP

ST

LPST

90

106

107

ST-C

onde

nser

Coolin

gWat

erM

ake

UpBa

lance

Out

Cond

Pum

p

Dp L

S pip

e

Dp H

RH p

ipe

Dp C

RH p

ipe

Dp I

P-LP

ST

HP p

ump

IP p

ump

feed

pum

p

64

Dp d

eaer

ator

Dp L

P pip

e

3-8-

st-8

7-8-

eg-2

LP-S

T fe

ed 2

Cond

fee

d

circ

pum

p

32

323265

114

113

66

112

33

LP-t

hrot

tle

EAC-

thro

ttle

8-1-

air-5

IP-S

T fe

ed 1

67

2-8-

st-5

115

66

68

3511

769

21 118

Ext

Cond

PRH

deae

rato

r

70

119

120

77

129

130

8-3-

st-9

78

7913

1

133

1617IP

con

d 1

2-8-

cond

-1

80

132

135

18

81

9913

6

137

82

134

138

139

4-8-

cond

-2

8-4-

st-1

0

40

43

140

8-5-

BFW

-4

141

LP s

team

2

LP s

team

1

8-5-

st-1

2

143

5-8-

cond

-3

IP-B

FW-E

xt3

IP-B

FW-f

eed3

85

84

148

149

2-8-

st-4

3411

1

ID

1

T 5

89.6

C P

1.0

bar

W 6

51.1

kg/

s

ID

13

T 1

0.0

C P

20.

0 ba

r W

5.5

kg/

s

ID

19

T 3

9.3

C P

18.

0 ba

r W

144

.3 k

g/s

ID

22

T 9

0.0

C P

16.

0 ba

r W

212

.9 k

g/s

ID

23

T 9

0.0

C P

16.

0 ba

r W

212

.9 k

g/s

ID

24

T 9

0.0

C P

16.

0 ba

r W

212

.9 k

g/s

ID

29

T 1

54.0

C P

6.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

30

T 1

59.1

C P

49.

6 ba

r W

24.

1 kg

/s

ID

31

T 1

59.1

C P

49.

6 ba

r W

24.

1 kg

/s

ID

32

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

24.

1 kg

/s

ID

38

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

2.7

kg/

s

ID

41

T 1

57.1

C P

6.7

bar

W 1

0.2

kg/s

ID

42

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

0.2

kg/s

ID

45

T 1

57.1

C P

6.6

bar

W 1

1.4

kg/s

ID

48

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

1.4

kg/s

ID

49

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 2

1.5

kg/s

ID

50

T 1

63.4

C P

6.4

bar

W 2

.7 k

g/s

ID

53

T 2

39.1

C P

5.9

bar

W 3

0.1

kg/s

ID

56

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

51.

5 kg

/s

ID

57

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

7.6

kg/

s

ID

58

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

43.

9 kg

/s

ID

60

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

19.

8 kg

/s

ID

61

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

67

T 3

20.0

C P

60.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

68

T 3

01.2

C P

49.

6 ba

r W

27.

4 kg

/s

ID

72

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

57.

4 kg

/s

ID

73

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

77

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

82

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

83

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

85

T 3

36.1

C P

139

.0 b

ar W

88.

8 kg

/s

ID

86

T 5

64.6

C P

135

.0 b

ar W

88.

8 kg

/s

ID

87

T 5

62.1

C P

128

.5 b

ar W

88.

8 kg

/s

ID

88

T 5

62.1

C P

128

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

89

T 5

62.1

C P

128

.5 b

ar W

88.

8 kg

/s

ID

91

T 4

12.5

C P

51.

0 ba

r W

5.5

kg/

s

ID

92

T 4

12.5

C P

51.

0 ba

r W

83.

4 kg

/s

ID

93

T 4

12.4

C P

50.

1 ba

r W

83.

4 kg

/s

ID

94

T 4

11.7

C P

49.

6 ba

r W

110

.7 k

g/s

ID

96

T 5

64.1

C P

46.

3 ba

r W

110

.7 k

g/s

ID

97

T 2

76.6

C P

6.1

bar

W 1

10.7

kg/

s

ID

98

T 2

76.6

C P

6.1

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

100

T 2

76.5

C P

6.0

bar

W 1

01.8

kg/

s

ID

101

T 1

64.0

C P

6.4

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

102

T 2

67.7

C P

5.9

bar

W 1

31.9

kg/

s

ID

103

T 2

67.7

C P

5.9

bar

W 1

29.8

kg/

s

ID

105

T 2

0.0

C P

4.0

bar

W 7

159.

0 kg

/s

ID

108

T 4

01.6

C P

17.

4 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

109

T 1

77.5

C P

16.

9 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

110

T 1

77.5

C P

16.

9 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

2

T 4

36.7

C I

D

3 T

346

.3 C

ID

4

T 3

35.2

C

ID

7

T 2

74.6

C

ID

8

T 2

67.6

C

ID

9

T 2

05.0

C

ID

11

T 1

02.9

C

ID

32

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

24.

1 kg

/s

ID

28

T 1

46.3

C P

12.

0 ba

r W

112

.8 k

g/s

ID

34

T 2

67.5

C P

5.7

bar

W 2

.0 k

g/s

ID

104

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

129

.8 k

g/s

ID

12

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

129

.8 k

g/s

ID

14

T 3

1.6

C P

0.0

49 b

ar W

135

.3 k

g/s

ID

15

T 3

1.6

C P

0.0

49 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

114

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

38.9

kg/

s

ID

113

T 0

.0 C

P 5

.7 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

112

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

38.9

kg/

s

ID

33

T 1

58.8

C P

6.0

bar

W 2

4.1

kg/s

ID

115

T 2

64.7

C P

50.

1 ba

r W

7.6

kg/

s

ID

118

T 3

9.3

C P

16.

0 ba

r W

112

.8 k

g/s

ID

119

T 2

9.0

C P

2.0

bar

W 7

159.

0 kg

/s

ID

120

T 2

9.0

C P

4.0

bar

W 7

159.

0 kg

/s

ID

95

T 5

64.6

C P

47.

6 ba

r W

110

.7 k

g/s

ID

130

T 2

64.1

C P

50.

1 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

131

T 2

05.4

C P

17.

4 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

133

T 1

50.3

C P

4.8

bar

W 9

.0 k

g/s

ID

138

T 1

50.3

C P

4.8

bar

W 9

.0 k

g/s

ID

139

T 1

49.8

C P

4.8

bar

W 8

.9 k

g/s

ID

137

T 2

76.6

C P

6.1

bar

W 8

.9 k

g/s

ID

140

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

5.9

kg/

s

ID

141

T 1

64.0

C P

6.4

bar

W 5

.9 k

g/s

ID

142

T 2

64.1

C P

50.

1 ba

r W

0.1

kg/

s

ID

143

T 2

46.0

C P

38.

0 ba

r W

0.1

kg/

s

ID

149

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

31.

5 kg

/s

ID

148

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

81

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

80

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

76

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

78

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

79

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

5

T 3

30.2

C

ID

75

T 2

90.2

C P

140

.7 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

6

T 3

18.5

C

ID

63

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

19.

8 kg

/s

ID

62

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

19.

8 kg

/s

ID

52

T 2

39.6

C P

6.1

bar

W 3

0.1

kg/s

ID

51

T 1

62.4

C P

6.4

bar

W 3

0.1

kg/s

ID

59

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

43.

9 kg

/s

ID

74

T 2

59.7

C P

141

.9 b

ar W

57.

3 kg

/s

ID

47

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

1.4

kg/s

ID

10

T 1

72.5

C I

D

55 T

157

.6 C

P 5

2.6

bar

W 5

1.5

kg/s

ID

71

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

54

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

51.

5 kg

/s

ID

69

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

57.

4 kg

/s

ID

70

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

57.

4 kg

/s

ID

44

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

11.

4 kg

/s

ID

46

T 1

57.1

C P

6.6

bar

W 1

1.4

kg/s

ID

39

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

130

.4 k

g/s

ID

25

T 1

46.3

C P

12.

0 ba

r W

212

.9 k

g/s

ID

26

T 1

46.3

C P

12.

0 ba

r W

100

.1 k

g/s

ID

27

T 1

46.4

C P

16.

0 ba

r W

100

.1 k

g/s

ID

37

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

138

.9 k

g/s

ID

36

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

38.9

kg/

s

ID

20

T 3

9.3

C P

18.

0 ba

r W

31.

5 kg

/s

ID

90

T 4

12.5

C P

51.

0 ba

r W

88.

8 kg

/s

ID

106

T 2

9.5

C P

2.0

bar

W 7

159.

0 kg

/s

ID

107

T 2

9.5

C P

2.0

bar

W 7

159.

0 kg

/s

ID

34

T 2

67.5

C P

5.7

bar

W 2

.0 k

g/s

ID

65

T 2

64.7

C P

50.

6 ba

r W

19.

8 kg

/s

ID

66

T 3

01.2

C P

49.

6 ba

r W

27.

4 kg

/s

ID

35

T 1

48.8

C P

6.0

bar

W 1

36.9

kg/

s

ID

21

T 3

9.3

C P

18.

0 ba

r W

112

.8 k

g/s

ID

116

T 2

64.1

C P

50.

1 ba

r W

27.

4 kg

/s

ID

16

T 3

1.6

C P

0.0

49 b

ar W

135

.3 k

g/s

ID

17

T 3

1.7

C P

6.0

bar

W 1

35.3

kg/

s

ID

132

T 3

9.2

C P

4.8

bar

W 1

44.3

kg/

s

ID

18

T 2

40.0

C P

18.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

99

T 2

76.6

C P

6.1

bar

W 1

10.7

kg/

s

ID

134

T 1

56.2

C P

5.6

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

40

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

10.

2 kg

/s

ID

43

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

120

.2 k

g/s

ID

84

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

31.

5 kg

/s

142

64

65

86

116

150

151

ID

151

T 2

64.1

C P

50.

1 ba

r W

0.0

kg/

s

8-2-

st-3

Appendix F4 – CHEMCAD model of the water­/steam cycle  for the CC­IGCC / 

Siemens gasifier 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

160 

stre

am ID

3-8-

gas-

57-

8-ai

r-47-

8-eg

-22-

8-st

-52-

8-st

-63-

8-st

-84-

8-co

nd-2

5-8-

st-1

15-

8-co

nd-3

9-8-

cw-1

010

-8-m

u-4

8-0-

eg-3

8-1-

air-

58-

7-ga

s-9

8-2-

st-1

8-2-

BFW

-18-

2-BF

W-2

8-3-

BFW

-38-

4-st

-10

8-5-

BFW

-48-

5-st

-12

8-9-

cw-9

nam

eG

T fu

elex

tract

ion

air

exha

ust g

asIP

ste

amLP

ste

amHP

ste

amco

nden

sate

LP s

team

cond

ensa

teco

olin

g w

ater

mak

e up

wat

erex

haus

t gas

to s

tack

GT

extra

ctio

n ai

rG

T fu

elIP

ste

amIP

BFW

LP B

FWBF

WLP

ste

amLP

BFW

IP s

team

cool

ing

wat

ert

°C14

4.1

401.6

589.6

264.7

163.4

336.2

149.8

164.0

246.0

20.0

10.0

102.9

177.5

200.

0412.5

157.6

157.0

39.3

276.6

157.0

264.1

29.5

pba

r32

.417.37

1.05

50.10

6.40

139.00

4.80

6.40

38.00

4.00

20.00

1.05

16.87

32.4

51.00

52.60

14.00

18.00

6.10

14.00

50.10

2.00

mkg

/s97

.461

90.000

651.059

7.599

2.681

31.505

8.903

5.853

0.085

7,159

5.480

651.059

90.000

97.4

615.479

7.599

2.681

31.505

8.903

5.853

0.085

7,159

nkm

ol/s

6.41

93.119

24.101

0.422

0.149

1.749

0.494

0.325

0.005

397.393

0.304

24.101

3.119

6.41

90.304

0.422

0.149

1.749

0.494

0.325

0.005

397.393

VN

m³/h

517,

979

251,691

1,944,689

1,944,689

251,691

517,

979

LHV

kJ/k

g7,

169

7,16

9H

HVkJ

/kg

8,85

08,

850

hkJ

/kg

-1,9

65.8

302

‐878

‐13,185

‐13,218

‐13,336

‐15,350

‐13,217

‐14,915

‐15,897

‐15,938

‐1,447

65-1

,852

.4‐12,715

‐15,314

‐15,319

‐15,815

‐12,968

‐15,319

‐13,187

‐15,858

sJ/

kgK

-958

.80.18

1.16

‐3.43

‐2.66

‐4.02

‐7.57

‐2.66

‐6.65

‐9.12

‐9.26

0.20

‐0.23

-703

.8‐2.71

‐7.50

‐7.50

‐8.85

‐2.13

‐7.50

‐3.44

‐8.98

Mkg

/km

ol15

.17

28.8

427

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

27.0

028

.84

15.1

718

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

0

Σm

ol %

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2

mol

%45

.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

45.0

00.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%1.

910.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.91

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.25

0.03

0.61

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.61

0.03

0.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2

mol

%39

.56

77.32

72.09

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

72.09

77.32

39.5

60.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.56

0.91

0.87

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.87

0.91

0.56

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%0.

020.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%0.

2220.74

10.31

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

10.31

20.74

0.22

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%12

.48

1.01

16.12

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

16.12

1.01

12.4

8100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO

2m

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HC

Nm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Σm

ass

%10

0.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2

mas

s %

5.97

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

5.97

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

3.52

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

3.52

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.

720.05

0.99

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.99

0.05

0.72

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2

mas

s %

73.0

175.07

74.76

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

74.76

75.07

73.0

10.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.

481.26

1.29

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.29

1.26

1.48

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

0.47

23.00

12.21

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

12.21

23.00

0.47

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

14.8

10.63

10.75

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

10.75

0.63

14.8

1100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO

2m

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HC

Nm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Appendix F5 – Heat and material balance for the water­/steam cycle (CC­IGCC 

/ Siemens gasifier) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

161 

 

30

HPSH

/IPR

HHP

Evap

HPEc

o3IP

SHHP

Eco2

IPEv

apLP

SHHP

/IP

Eco1

LPEv

apCP

RH

8-2-

st-1

HP-B

FW-E

xt2

HP-B

FW-E

xt1

8-3-

BFW

-3

8-2-

BFW

-1IP

-BFW

-Ext

2

HP-S

T Ex

t

Live

ST E

xt

8-2-

st-2

proc

ess

cond

8-2-

BFW

-2

12

1

34

78

911

23

45

67

89

10

12

13

14

15

19

2223

24

29

3031

38

4142

4849

50

53

45

56

57

58

60

61

67

68

7782

83

85

73

72

86

8788

89

91

92 93 94

95

96

97

98

102

100

101

103

105

104

108

109

110

1112

1314

15

16

1718

19

20

21

2223

24

25

2627

28

29

31

32

33

34

35

60

36

3738

39

40

51

4142

47

43

4445

46

48

49

50

52

53

54

55

5657

58

59

63

61

62

8180

76

78

79

5

75

6

63

62

52

51

59

74

47

10

FPRH

ExtA

irCoo

ler

7-8-

air-4

55

71

54 69

70

44

46

39

25

26

27

37

28

36

20HP

STIP

ST

LPST

90

106

107

ST-C

onde

nser

Coolin

gWat

erM

ake

UpBa

lance

Out

Cond

Pum

p

Dp L

S pip

e

Dp H

RH p

ipe

Dp C

RH p

ipe

Dp I

P-LP

ST

HP p

ump

IP p

ump

feed

pum

p

64

Dp d

eaer

ator

Dp L

P pip

e

3-8-

st-8

7-8-

eg-2

LP-S

T fe

ed 2

Cond

fee

d

circ

pum

p

32

323265

114

113

66

112

33

LP-t

hrot

tle

EAC-

thro

ttle

8-1-

air-5

IP-S

T fe

ed 1

67

2-8-

st-5

115

66

68

3511

7

69

21

Ext

Cond

PRH

deae

rato

r

70

119

120

77

129

78

7913

1

133

1617IP

con

d 1

2-8-

cond

-1

80

132

135

18

81

9913

6

137

82

134

138

139

4-8-

cond

-2

8-4-

st-1

0

40

43

140

8-5-

BFW

-4

141

LP s

team

2

LP s

team

1

8-5-

st-1

2

143

5-8-

cond

-3

IP-B

FW-E

xt3

IP-B

FW-f

eed3

85

84

148

149

2-8-

st-4

3411

1

ID

1

T 5

87.1

C P

1.0

bar

W 6

69.4

kg/

s

ID

13

T 1

0.0

C P

20.

0 ba

r W

18.

9 kg

/s

ID

19

T 3

6.5

C P

18.

0 ba

r W

161

.9 k

g/s

ID

22

T 9

0.5

C P

16.

0 ba

r W

161

.9 k

g/s

ID

23

T 9

0.5

C P

16.

0 ba

r W

161

.9 k

g/s

ID

24

T 9

0.0

C P

16.

0 ba

r W

161

.7 k

g/s

ID

29

T 1

54.0

C P

6.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

30

T 1

58.3

C P

49.

6 ba

r W

21.

6 kg

/s

ID

31

T 1

58.3

C P

49.

6 ba

r W

21.

6 kg

/s

ID

32

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

21.

6 kg

/s

ID

38

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

6.7

kg/

s

ID

41

T 1

57.1

C P

6.7

bar

W 1

0.3

kg/s

ID

42

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

0.3

kg/s

ID

45

T 1

57.1

C P

6.6

bar

W 1

3.4

kg/s

ID

48

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

3.4

kg/s

ID

49

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 2

3.7

kg/s

ID

50

T 1

63.4

C P

6.4

bar

W 6

.7 k

g/s

ID

53

T 2

39.1

C P

5.9

bar

W 3

6.3

kg/s

ID

56

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

101

.2 k

g/s

ID

57

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

57.

2 kg

/s

ID

58

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

44.

0 kg

/s

ID

60

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

22.

5 kg

/s

ID

61

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

67

T 3

20.0

C P

60.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

68

T 3

04.5

C P

49.

6 ba

r W

20.

7 kg

/s

ID

72

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

49.

0 kg

/s

ID

73

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

49.

0 kg

/s

ID

77

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

82

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

83

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

48.

8 kg

/s

ID

85

T 3

36.1

C P

139

.0 b

ar W

107

.7 k

g/s

ID

86

T 5

62.1

C P

135

.0 b

ar W

107

.7 k

g/s

ID

87

T 5

59.6

C P

128

.5 b

ar W

107

.7 k

g/s

ID

88

T 5

59.6

C P

128

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

89

T 5

59.6

C P

128

.5 b

ar W

107

.7 k

g/s

ID

91

T 4

12.5

C P

51.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

92

T 4

12.5

C P

51.

0 ba

r W

88.

8 kg

/s

ID

93

T 4

12.4

C P

50.

1 ba

r W

88.

8 kg

/s

ID

94

T 4

11.8

C P

49.

6 ba

r W

109

.4 k

g/s

ID

96

T 5

61.5

C P

46.

3 ba

r W

109

.4 k

g/s

ID

97

T 2

74.8

C P

6.1

bar

W 1

09.4

kg/

s

ID

98

T 2

74.8

C P

6.1

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

100

T 2

74.7

C P

6.0

bar

W 1

00.8

kg/

s

ID

101

T 1

64.0

C P

6.4

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

102

T 2

65.0

C P

5.9

bar

W 1

37.1

kg/

s

ID

103

T 2

65.0

C P

5.9

bar

W 1

34.3

kg/

s

ID

105

T 2

0.0

C P

4.0

bar

W 7

392.

6 kg

/s

ID

108

T 4

04.3

C P

17.

6 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

109

T 1

77.5

C P

17.

1 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

110

T 1

77.5

C P

17.

1 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

2

T 4

21.7

C I

D

3 T

346

.4 C

ID

4

T 3

38.5

C

ID

7

T 2

74.7

C

ID

8

T 2

66.4

C

ID

9

T 2

10.1

C

ID

11

T 1

19.9

C

ID

32

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

21.

6 kg

/s

ID

28

T 1

47.2

C P

12.

0 ba

r W

161

.7 k

g/s

ID

34

T 2

64.8

C P

5.7

bar

W 2

.8 k

g/s

ID

104

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

134

.3 k

g/s

ID

12

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

134

.3 k

g/s

ID

14

T 2

9.8

C P

0.0

49 b

ar W

153

.2 k

g/s

ID

15

T 2

9.8

C P

0.0

49 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

114

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

86.1

kg/

s

ID

113

T 0

.0 C

P 5

.7 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

112

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

86.1

kg/

s

ID

33

T 1

58.8

C P

6.0

bar

W 2

1.6

kg/s

ID

115

T 2

64.7

C P

50.

1 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

118

T 5

6.6

C P

17.

0 ba

r W

161

.9 k

g/s

ID

119

T 2

9.0

C P

2.0

bar

W 7

385.

1 kg

/s

ID

120

T 2

9.0

C P

4.0

bar

W 7

385.

1 kg

/s

ID

95

T 5

62.1

C P

47.

6 ba

r W

109

.4 k

g/s

ID

131

T 2

05.4

C P

17.

4 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

133

T 1

50.3

C P

4.8

bar

W 8

.7 k

g/s

ID

138

T 1

50.3

C P

4.8

bar

W 8

.7 k

g/s

ID

139

T 1

49.8

C P

4.8

bar

W 8

.6 k

g/s

ID

137

T 2

74.8

C P

6.1

bar

W 8

.6 k

g/s

ID

140

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

5.8

kg/

s

ID

141

T 1

64.0

C P

6.4

bar

W 5

.8 k

g/s

ID

142

T 2

64.0

C P

50.

1 ba

r W

0.1

kg/

s

ID

143

T 2

46.0

C P

38.

0 ba

r W

0.1

kg/

s

ID

149

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

58.

9 kg

/s

ID

148

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

58.

9 kg

/s

ID

81

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

48.

8 kg

/s

ID

80

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

48.

8 kg

/s

ID

76

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

49.

0 kg

/s

ID

78

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

49.

0 kg

/s

ID

79

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

48.

8 kg

/s

ID

5

T 3

34.5

C

ID

75

T 2

94.5

C P

140

.7 b

ar W

49.

0 kg

/s

ID

6

T 3

23.3

C

ID

63

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

22.

5 kg

/s

ID

62

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

22.

5 kg

/s

ID

52

T 2

39.6

C P

6.1

bar

W 3

6.3

kg/s

ID

51

T 1

62.5

C P

6.4

bar

W 3

6.3

kg/s

ID

59

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

44.

0 kg

/s

ID

74

T 2

59.7

C P

141

.9 b

ar W

49.

0 kg

/s

ID

47

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

3.4

kg/s

ID

10

T 1

72.5

C I

D

55 T

157

.6 C

P 5

2.6

bar

W 1

00.8

kg/

s

ID

71

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

54

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

100

.8 k

g/s

ID

69

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

49.

0 kg

/s

ID

70

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

49.

0 kg

/s

ID

44

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

13.

4 kg

/s

ID

46

T 1

57.1

C P

6.6

bar

W 1

3.4

kg/s

ID

39

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

173

.5 k

g/s

ID

25

T 1

47.2

C P

12.

0 ba

r W

161

.7 k

g/s

ID

26

T 1

47.2

C P

12.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

27

T 1

47.3

C P

16.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

37

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

186

.1 k

g/s

ID

36

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

86.1

kg/

s

ID

20

T 3

6.5

C P

18.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

90

T 4

12.5

C P

51.

0 ba

r W

107

.7 k

g/s

ID

106

T 2

9.5

C P

2.0

bar

W 7

392.

6 kg

/s

ID

107

T 2

9.5

C P

2.0

bar

W 7

392.

6 kg

/s

ID

34

T 2

64.8

C P

5.7

bar

W 2

.8 k

g/s

ID

65

T 2

64.7

C P

50.

6 ba

r W

22.

5 kg

/s

ID

66

T 3

04.5

C P

49.

6 ba

r W

20.

7 kg

/s

ID

35

T 1

48.7

C P

6.0

bar

W 1

83.3

kg/

s

ID

21

T 3

6.5

C P

18.

0 ba

r W

161

.9 k

g/s

ID

116

T 2

64.0

C P

50.

1 ba

r W

22.

5 kg

/s

ID

16

T 2

9.8

C P

0.0

49 b

ar W

153

.2 k

g/s

ID

17

T 2

9.9

C P

6.0

bar

W 1

53.2

kg/

s

ID

132

T 3

6.4

C P

4.8

bar

W 1

61.9

kg/

s

ID

18

T 2

40.0

C P

18.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

99

T 2

74.8

C P

6.1

bar

W 1

09.4

kg/

s

ID

134

T 1

56.2

C P

5.6

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

40

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

10.

3 kg

/s

ID

43

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

163

.2 k

g/s

ID

84

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

0.0

kg/

s

142

64

65

86

116

150

151

ID

151

T 2

64.0

C P

50.

1 ba

r W

1.7

kg/

s

8-2-

st-3

87

118

152

ID

152

T 9

0.5

C P

16.

0 ba

r W

161

.9 k

g/s

130

8-3-

st-9

ID

130

T 4

12.5

C P

51.

0 ba

r W

18.

9 kg

/s

ExtC

ondP

RH2

Appendix F6 – CHEMCAD model of the water­/steam cycle  for the CC­IGCC / 

CoP gasifier 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

162 

stre

am ID

3-8-

gas-

57-

8-ai

r-47-

8-eg

-22-

8-st

-52-

8-st

-62-

8-st

-44-

8-co

nd-2

5-8-

st-1

15-

8-co

nd-3

IP-B

FW-fe

ed3

9-8-

cw-1

010

-8-m

u-4

8-0-

eg-3

8-1-

air-5

8-7-

gas-

98-

2-BF

W-1

8-2-

BFW

-28-

3-st

-98-

4-st

-10

8-5-

BFW

-48-

5-st

-12

IP-B

FW-E

xt3

8-2-

st-3

8-9-

cw-9

nam

eG

T fu

elex

tract

ion

air

exha

ust g

asIP

ste

amLP

ste

amHP

ste

amco

nden

sate

LP s

team

cond

ensa

teIP

-BFW

-feed

3co

olin

g w

ater

mak

e up

wat

erex

haus

t gas

to s

tack

GT

extra

ctio

n ai

rG

T fu

elIP

BFW

LP B

FWIP

ste

amLP

ste

amLP

BFW

IP s

team

IP-B

FW-E

xt3

IP s

team

cool

ing

wat

ert

°C14

3.3

404.3

587.1

264.7

163.4

336.2

149.8

164.0

246.0

158.3

20.0

10.0

119.9

177.5

200.

0157.6

157.0

412.5

274.8

157.0

264.0

259.7

264.0

29.5

pba

r32

.417.60

1.05

50.10

6.40

139.00

4.80

6.40

38.00

49.60

4.00

20.00

1.05

17.10

32.4

52.60

14.00

51.00

6.10

14.00

50.10

50.60

50.10

2.00

mkg

/s84

.290.000

669.363

0.000

6.749

58.507

8.576

5.814

0.089

21.570

7,385

18.899

669.363

90.000

84.2

1556.826

6.749

18.899

8.576

5.814

0.089

21.570

1.681

7,385

nkm

ol/s

5.7

3.119

24.616

0.000

0.375

3.248

0.476

0.323

0.005

1.197

409.942

1.049

24.616

3.119

5.65

13.154

0.375

1.049

0.476

0.323

0.005

1.197

0.093

409.942

VNm

³/h45

5,94

6251,691

1,986,251

1,986,251

251,691

455,

946

LHV

kJ/k

g8,

483

8,48

3HH

VkJ

/kg

10,3

3410

,334

hkJ

/kg

-2,0

93.7

305

‐838

‐13,185

‐13,218

‐13,336

‐15,350

‐13,217

‐14,915

‐15,311

‐15,897

‐15,938

‐1,381

65-1

,975

.2‐15,314

‐15,319

‐12,721

‐12,972

‐15,319

‐13,188

‐14,848

‐13,188

‐15,858

sJ/

kgK

-1,0

84.5

01

‐3‐3

‐4‐8

‐3‐7

‐7‐9

‐90

0-8

17.8

‐7‐8

‐3‐2

‐8‐3

‐7‐3

‐9M

kg/k

mol

14.8

928

.84

27.1

818

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

27.1

828

.84

14.8

918

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

Σm

ol %

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ol %

45.0

00.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

45.0

00.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%1.

540.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.54

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.26

0.03

0.98

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.98

0.03

0.26

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2m

ol %

37.7

077.32

72.35

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

72.35

77.32

37.7

00.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.61

0.91

0.89

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.89

0.91

0.61

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%2.

340.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.34

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%0.

0820.74

10.69

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

10.69

20.74

0.08

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%12

.48

1.01

15.10

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

15.10

1.01

12.4

8100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Σm

ass

%10

0.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ass

%6.

090.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

6.09

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

2.90

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.90

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.

760.05

1.58

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.58

0.05

0.76

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2m

ass

%70

.86

75.07

74.54

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

74.54

75.07

70.8

60.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.

621.26

1.30

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.30

1.26

1.62

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

2.51

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.51

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

0.17

23.00

12.58

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

12.58

23.00

0.17

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

15.0

80.63

10.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

10.00

0.63

15.0

8100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Appendix F7– Heat and material balance for the water­/steam cycle (CC­IGCC 

/ CoP gasifier) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

163 

 

30

HPSH

/IPR

HHP

Evap

HPEc

o3IP

SHHP

Eco2

IPEv

apLP

SHHP

/IP

Eco1

LPEv

apCP

RH

8-2-

st-1

HP-B

FW-E

xt2

HP-B

FW-E

xt1

8-3-

BFW

-3

8-2-

BFW

-1IP

-BFW

-Ext

2

HP-S

T Ex

t

Live

ST E

xt

8-2-

st-2

proc

ess

cond

8-2-

BFW

-2

12

1

34

78

911

23

45

67

89

10

12

13

14

15

19

2223

24

29

3031

38

4142

4849

50

53

45

56

57

58

60

61

67

68

7782

83

85

73

72

86

8788

89

91

92 93 94

95

96

97

98

102

100

101

103

105

104

108

109

110

1112

1314

15

16

1718

19

20

21

2223

24

25

2627

28

29

31

32

33

34

35

60

36

3738

39

40

51

4142

47

43

4445

46

48

49

50 52

53

54

55

5657

58

59

63

61

62

8180

76

78

79

5

75

6

63

62

52

51

59

74

47

10

FPRH

ExtA

irCoo

ler

7-8-

air-4

55

71

54 69

70

44

46

39

25

26

27

37

28

36

20HP

STIP

ST

LPST

90

106

107

ST-C

onde

nser

Coolin

gWat

erM

ake

UpBa

lance

Out

Cond

Pum

p

Dp L

S pip

e

Dp H

RH p

ipe

Dp C

RH p

ipe

Dp I

P-LP

ST

HP p

ump

IP p

ump

feed

pum

p

64

Dp d

eaer

ator

Dp L

P pip

e

3-8-

st-8

7-8-

eg-2

LP-S

T fe

ed 2

Cond

fee

d

circ

pum

p

32

323265

114

113

66

112

33

LP-t

hrot

tle

EAC-

thro

ttle

8-1-

air-5

IP-S

T fe

ed 1

67

2-8-

st-5

115

66

68

3511

769

21 118

Ext

Cond

PRH

deae

rato

r

70

119

120

77

129

130

8-3-

st-9

78

7913

1

133

1617IP

con

d 1

2-8-

cond

-1

80

132

135

18

81

9913

6

137

82

134

138

139

4-8-

cond

-2

8-4-

st-1

0

40

43

140

8-5-

BFW

-4

141

LP s

team

2

LP s

team

1

8-5-

st-1

2

143

5-8-

cond

-3

IP-B

FW-E

xt3

IP-B

FW-f

eed3

85

84

148

149

2-8-

st-4

3411

1

ID

1

T 5

92.3

C P

1.0

bar

W 6

46.8

kg/

s

ID

13

T 1

0.0

C P

20.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

19

T 4

1.3

C P

18.

0 ba

r W

166

.3 k

g/s

ID

22

T 9

0.0

C P

16.

0 ba

r W

175

.0 k

g/s

ID

23

T 9

0.0

C P

16.

0 ba

r W

175

.0 k

g/s

ID

24

T 9

0.0

C P

16.

0 ba

r W

175

.0 k

g/s

ID

29

T 1

54.0

C P

6.0

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

30

T 1

72.0

C P

49.

6 ba

r W

21.

5 kg

/s

ID

31

T 1

72.0

C P

49.

6 ba

r W

21.

5 kg

/s

ID

32

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

21.

5 kg

/s

ID

38

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

41

T 1

57.1

C P

6.7

bar

W 1

0.1

kg/s

ID

42

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

0.1

kg/s

ID

45

T 1

57.1

C P

6.6

bar

W 1

4.9

kg/s

ID

48

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

4.9

kg/s

ID

49

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 2

5.1

kg/s

ID

50

T 1

63.4

C P

6.4

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

53

T 2

39.2

C P

5.9

bar

W 3

1.2

kg/s

ID

56

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

66.

0 kg

/s

ID

57

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

58

T 1

57.6

C P

52.

6 ba

r W

66.

0 kg

/s

ID

60

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

44.

5 kg

/s

ID

61

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

67

T 3

20.0

C P

60.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

68

T 3

61.3

C P

49.

6 ba

r W

42.

1 kg

/s

ID

72

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

73

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

77

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

82

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

83

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

85

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

94.

5 kg

/s

ID

86

T 5

67.3

C P

135

.0 b

ar W

94.

5 kg

/s

ID

87

T 5

64.8

C P

128

.5 b

ar W

94.

5 kg

/s

ID

88

T 5

64.8

C P

128

.5 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

89

T 5

64.8

C P

128

.5 b

ar W

94.

5 kg

/s

ID

91

T 4

12.6

C P

51.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

92

T 4

12.6

C P

51.

0 ba

r W

94.

5 kg

/s

ID

93

T 4

12.4

C P

50.

1 ba

r W

94.

5 kg

/s

ID

94

T 4

12.0

C P

49.

6 ba

r W

136

.7 k

g/s

ID

96

T 5

66.8

C P

46.

3 ba

r W

136

.7 k

g/s

ID

97

T 2

78.5

C P

6.1

bar

W 1

36.7

kg/

s

ID

98

T 2

78.5

C P

6.1

bar

W 5

.4 k

g/s

ID

100

T 2

78.4

C P

6.0

bar

W 1

22.5

kg/

s

ID

101

T 1

64.0

C P

6.4

bar

W 0

.0 k

g/s

ID

102

T 2

70.2

C P

5.9

bar

W 1

53.7

kg/

s

ID

103

T 2

70.2

C P

5.9

bar

W 1

52.0

kg/

s

ID

105

T 2

0.0

C P

4.0

bar

W 8

391.

5 kg

/s

ID

108

T 4

01.1

C P

17.

3 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

109

T 1

77.5

C P

16.

8 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

110

T 1

77.5

C P

16.

8 ba

r W

90.

0 kg

/s

ID

2

T 4

24.5

C I

D

3 T

396

.4 C

ID

4

T 3

95.3

C

ID

7

T 2

74.7

C

ID

8

T 2

67.4

C

ID

9

T 2

15.1

C

ID

11

T 1

18.7

C

ID

32

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

21.

5 kg

/s

ID

28

T 1

43.1

C P

12.

0 ba

r W

91.

9 kg

/s

ID

34

T 2

70.0

C P

5.7

bar

W 1

.7 k

g/s

ID

104

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

152

.0 k

g/s

ID

12

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

152

.0 k

g/s

ID

14

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

152

.0 k

g/s

ID

15

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

114

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

15.1

kg/

s

ID

113

T 0

.0 C

P 5

.7 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

112

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

15.1

kg/

s

ID

33

T 1

58.8

C P

6.0

bar

W 2

1.5

kg/s

ID

115

T 2

64.7

C P

50.

1 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

118

T 4

1.3

C P

16.

0 ba

r W

91.

9 kg

/s

ID

119

T 2

9.0

C P

2.0

bar

W 8

391.

5 kg

/s

ID

120

T 2

9.0

C P

4.0

bar

W 8

391.

5 kg

/s

ID

95

T 5

67.3

C P

47.

6 ba

r W

136

.7 k

g/s

ID

130

T 2

64.0

C P

50.

1 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

131

T 2

05.4

C P

17.

4 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

133

T 1

32.0

C P

4.8

bar

W 1

4.3

kg/s

ID

138

T 1

32.0

C P

4.8

bar

W 1

4.3

kg/s

ID

139

T 1

49.8

C P

4.8

bar

W 8

.8 k

g/s

ID

137

T 2

78.5

C P

6.1

bar

W 8

.8 k

g/s

ID

140

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

6.1

kg/

s

ID

141

T 1

64.0

C P

6.4

bar

W 6

.1 k

g/s

ID

142

T 2

64.0

C P

50.

1 ba

r W

0.1

kg/

s

ID

143

T 2

46.0

C P

38.

0 ba

r W

0.1

kg/

s

ID

149

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

76.

6 kg

/s

ID

148

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

49.

5 kg

/s

ID

81

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

80

T 3

36.4

C P

139

.5 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

76

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

78

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

79

T 3

16.4

C P

139

.5 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

5

T 3

78.3

C

ID

75

T 3

08.3

C P

140

.7 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

6

T 3

72.4

C

ID

63

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

44.

5 kg

/s

ID

62

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

44.

5 kg

/s

ID

52

T 2

39.7

C P

6.1

bar

W 3

1.2

kg/s

ID

51

T 1

62.3

C P

6.4

bar

W 3

1.2

kg/s

ID

59

T 2

59.7

C P

50.

6 ba

r W

66.

0 kg

/s

ID

74

T 2

59.7

C P

141

.9 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

47

T 1

62.5

C P

6.6

bar

W 1

4.9

kg/s

ID

10

T 1

72.5

C I

D

55 T

157

.6 C

P 5

2.6

bar

W 6

6.0

kg/s

ID

71

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

0.0

kg/

s

ID

54

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

66.

0 kg

/s

ID

69

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

17.

9 kg

/s

ID

70

T 1

59.1

C P

143

.9 b

ar W

17.

9 kg

/s

ID

44

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

14.

9 kg

/s

ID

46

T 1

57.1

C P

6.6

bar

W 1

4.9

kg/s

ID

39

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

109

.0 k

g/s

ID

25

T 1

43.1

C P

12.

0 ba

r W

175

.0 k

g/s

ID

26

T 1

43.1

C P

12.

0 ba

r W

83.

1 kg

/s

ID

27

T 1

43.2

C P

16.

0 ba

r W

83.

1 kg

/s

ID

37

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

115

.1 k

g/s

ID

36

T 1

56.8

C P

5.7

bar

W 1

15.1

kg/

s

ID

20

T 4

1.3

C P

18.

0 ba

r W

27.

2 kg

/s

ID

90

T 4

12.6

C P

51.

0 ba

r W

94.

5 kg

/s

ID

106

T 2

9.5

C P

2.0

bar

W 8

391.

5 kg

/s

ID

107

T 2

9.5

C P

2.0

bar

W 8

391.

5 kg

/s

ID

34

T 2

70.0

C P

5.7

bar

W 1

.7 k

g/s

ID

65

T 2

64.7

C P

50.

6 ba

r W

44.

5 kg

/s

ID

66

T 3

61.3

C P

49.

6 ba

r W

42.

1 kg

/s

ID

35

T 1

48.8

C P

6.0

bar

W 1

13.4

kg/

s

ID

21

T 4

1.3

C P

18.

0 ba

r W

91.

9 kg

/s

ID

116

T 2

64.0

C P

50.

1 ba

r W

44.

5 kg

/s

ID

16

T 3

2.5

C P

0.0

49 b

ar W

152

.0 k

g/s

ID

17

T 3

2.6

C P

6.0

bar

W 1

52.0

kg/

s

ID

132

T 4

1.2

C P

4.8

bar

W 1

66.3

kg/

s

ID

18

T 2

40.0

C P

18.

0 ba

r W

0.0

kg/

s

ID

99

T 2

78.5

C P

6.1

bar

W 1

31.3

kg/

s

ID

134

T 1

00.0

C P

6.0

bar

W 5

.4 k

g/s

ID

40

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

10.

1 kg

/s

ID

43

T 1

57.0

C P

14.

0 ba

r W

98.

8 kg

/s

ID

84

T 3

36.2

C P

139

.0 b

ar W

27.

2 kg

/s

142

64

65

86

116

150

151

ID

151

T 2

64.0

C P

50.

1 ba

r W

2.2

kg/

s

8-2-

st-3

152

8-2-

BFW

-5

ID

152

T 4

1.3

C P

18.

0 ba

r W

47.

3 kg

/s

Appendix F8 – CHEMCAD model of the water­/steam cycle  for the CC­IGCC / 

GE­R  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

164 

stre

am ID

3-8-

gas-

57-

8-ai

r-47-

8-eg

-22-

8-co

nd-1

3-8-

st-8

2-8-

st-4

4-8-

cond

-25-

8-st

-11

5-8-

cond

-3IP

-BFW

-feed

39-

8-cw

-10

8-0-

eg-3

8-1-

air-5

8-7-

gas-

98-

2-st

-28-

3-BF

W-3

8-4-

st-1

08-

5-BF

W-4

8-5-

st-1

2IP

-BFW

-Ext

38-

2-st

-38-

9-cw

-9na

me

GT

fuel

extra

ctio

n ai

rex

haus

t gas

cond

ensa

teHP

ste

amHP

ste

amco

nden

sate

LP s

team

cond

ensa

teIP

-BFW

-feed

3co

olin

g w

ater

exha

ust g

as to

sta

ckG

T ex

tract

ion

air

GT

fuel

LP s

team

BFW

LP s

team

LP B

FWIP

ste

amIP

-BFW

-Ext

3IP

ste

amco

olin

g w

ater

t°C

6.38

0401.1

592.3

100.0

336.2

336.2

149.8

164.0

246.0

172.0

20.0

118.7

177.5

200.

0278.5

41.3

278.5

157.0

264.0

259.7

264.0

41.3

pba

r51

4,76

317.31

1.05

6.00

139.00

139.00

4.80

6.40

38.00

49.60

4.00

1.05

16.81

32.4

6.10

18.00

6.10

14.00

50.10

50.60

50.10

18.00

mkg

/s32

.490.000

646.849

5.408

27.151

49.473

8.810

6.118

0.111

21.503

8,392

646.849

90.000

93.5

505.408

27.151

8.810

6.118

0.111

21.503

2.213

47.261

nkm

ol/s

157.

03.119

24.058

0.300

1.507

2.746

0.489

0.340

0.006

1.194

465.807

24.058

3.119

6.38

00.300

1.507

0.489

0.340

0.006

1.194

0.123

2.623

VNm

³/h93

.550

251,691

1,941,230

1,941,230

251,691

514,

763

LHV

kJ/k

g7,

345

7,34

5HH

VkJ

/kg

9,24

79,

247

hkJ

/kg

-2,8

66.8

301

‐1,005

‐15,562

‐13,336

‐13,336

‐15,350

‐13,217

‐14,915

‐15,251

‐15,897

‐1,564

65-2

,774

.1‐12,964

‐15,807

‐12,964

‐15,319

‐13,188

‐14,848

‐13,188

‐618

sJ/

kgK

-1,0

82.9

01

‐8‐4

‐4‐8

‐3‐7

‐7‐9

00

-877

.6‐2

‐9‐2

‐8‐3

‐7‐3

‐9M

kg/k

mol

14.6

528

.84

26.8

818

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

026

.88

28.8

414

.65

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

18.0

018

.00

Σm

ol %

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ol %

45.0

00.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

45.0

00.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mol

%1.

960.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.96

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ol %

0.25

0.03

0.65

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.65

0.03

0.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2m

ol %

34.2

777.32

70.71

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

70.71

77.32

34.2

70.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ol %

0.71

0.91

0.91

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.91

0.91

0.71

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mol

%0.

130.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.13

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mol

%0.

0720.74

10.25

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

10.25

20.74

0.07

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mol

%17

.61

1.01

17.48

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

17.48

1.01

17.6

1100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ol %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mol

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Σm

ass

%10

0.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.

00100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2m

ass

%6.

190.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

6.19

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

mas

s %

3.75

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

3.75

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

2m

ass

%0.

740.05

1.06

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.06

0.05

0.74

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

N2m

ass

%65

.46

75.07

73.68

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

73.68

75.07

65.4

60.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Arm

ass

%1.

931.26

1.35

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.35

1.26

1.93

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH4

mas

s %

0.15

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.15

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

O2

mas

s %

0.14

23.00

12.19

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

12.19

23.00

0.14

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

H2O

mas

s %

21.6

30.63

11.71

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

11.71

0.63

21.6

3100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

H2S

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CO

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CS2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

SO2

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Sm

ass

%0.

000.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

HCN

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

NH3

mas

s %

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

CH3

OH

mas

s %

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Appendix F9 – Heat and material balance for the water­/steam cycle (CC­IGCC 

/ GE­R) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

165 

Appendix G1 – Process flow diagram of the elevated pressure ASU 

 

   

Appendix 

166 

1

23

5

14

20

22

24

28

34

36

37

394246 47

48

53

55

4949

1

2

3

4

5

6

7

89

10

11

1213

14

15

16

17

18

19

20

21

29

22

23

2425

Boo

ster

2B

oost

er 3

Boo

ster

4

MA

C c

oole

r 1

MA

C c

oole

r 2

Mol

siev

e

Boo

stC

oole

r1

Boo

stC

oole

r2

Boo

stC

oole

r3

Boo

stC

oole

r4

Mai

nHE

x 1

Mai

nHE

x 2

26

27

32 3031

33

34

35

37 3839 40

41

4243

44

45

46

Mai

nHE

x 4

Mai

nHE

x 3

Mai

nHE

x 5

Mai

nHE

x 6

Mai

nHE

x 7

Turb

ine

1

Val

ve 1

Val

ve 2H

ighP

rCol

umn

Low

PrC

olum

n

Val

ve 3

Val

ve 4

Val

ve 5

Sub

coo

ler 3

28S

ub c

oole

r 2

Sub

coo

ler 1

LOX

pum

p

DG

AN

com

pr 1

DG

AN

com

pr 2

DG

AN

com

pr 3

DG

AN

coo

ler1

DG

AN

coo

ler2

70

65 66

47

49

MA

C 1

MA

C 3

Boo

ster

1

MA

C 2

54

71

DG

AN

coo

ler3

DG

AN

com

pr4

Eva

pCoo

ler

Hot

AirT

urb

8

67

48

60

50

51

52

53

61

62

DG

AN

com

pr 5

DG

AN

com

pr 6

DG

AN

coo

ler4

DG

AN

coo

ler5

55

DG

AN

unpu

re G

AN

36

5657

58

60

61

62

63

76

77

82

LP G

AN

64

GA

N c

ompr

1G

AN

com

pr 2

GA

N c

ompr

3G

AN

com

pr 4

HP

GA

N

6566

67

59

87

68

resi

dual

GA

N c

oole

r 1

GA

N c

oole

r 2

GA

N c

oole

r 3

GA

N c

oole

r 4

6970

100

8990

cw in

cw o

ut

59

ambi

ent a

ir

GT

extr

air

4

6

7

973

O2

PR

H 1

O2

PR

H 2

86

10

1112

13

50

18

19

21

23

25

26

15

27

29

1631

30

33

17

7832

83

79

80

81

84

4344

5874

7568

63

38

35

4564

40

4188

51

56

57

52

54

85

ID

1 T

15.

0 C

P 1

.01

bar

M 5

525

kmol

/h

ID

2 T

77.

8 C

P 1

.84

bar

M 5

525

kmol

/h

ID

3 T

30.

0 C

P 1

.78

bar

M 5

525

kmol

/h

ID

5 T

30.

0 C

P 3

.17

bar

M 5

525

kmol

/h ID

8

T 8

0.5

C P

5.7

6 ba

r M

112

29 k

mol

/h

ID

4 T

96.

0 C

P 3

.23

bar

M 5

525

kmol

/h

ID

6 T

96.

2 C

P 5

.76

bar

M 5

525

kmol

/h

ID

7 T

170

.0 C

P 1

6.00

bar

M 1

1229

km

ol/h

ID

9 T

85.

7 C

P 5

.76

bar

M 1

6755

km

ol/h

ID

73 T

76.

6 C

P 5

.70

bar

M 1

6755

km

ol/h

ID

86 T

30.

0 C

P 5

.64

bar

M 1

6755

km

ol/h

ID

11 T

30.

0 C

P 5

.64

bar

M 1

6755

km

ol/h

ID

12 T

19.

8 C

P 5

.44

bar

M 1

6755

km

ol/h

ID

13 T

19.

8 C

P 5

.44

bar

M 1

75 k

mol

/h

ID

10 T

30.

0 C

P 5

.64

bar

M 0

km

ol/h

ID

50 T

7.0

C P

1.1

5 ba

r M

252

5 km

ol/h

ID

14 T

19.

8 C

P 5

.44

bar

M 1

6580

km

ol/h

ID

20 T

30.

0 C

P 1

0.28

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

22 T

30.

0 C

P 1

9.46

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

24 T

30.

0 C

P 3

6.92

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

18 T

19.

8 C

P 5

.44

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

19 T

89.

2 C

P 1

0.34

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

21 T

101

.9 C

P 1

9.52

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

23 T

102

.0 C

P 3

6.98

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

25 T

101

.9 C

P 7

0.00

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

26 T

30.

0 C

P 6

9.94

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

31 T

-178

.7 C

P 5

.12

bar

M 1

730

kmol

/h

ID

76 T

30.

0 C

P 1

8.48

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

77 T

30.

0 C

P 3

5.42

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

82 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

32 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

M 1

730

kmol

/h

ID

83 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

M 5

52 k

mol

/h

ID

81 T

107

.1 C

P 7

0.06

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

27 T

-161

.2 C

P 6

9.88

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

28 T

-164

.3 C

P 1

4.00

bar

M 6

946

kmol

/h

ID

29 T

-164

.3 C

P 1

4.00

bar

M 4

168

kmol

/h ID

15

T 1

9.8

C P

5.4

4 ba

r M

963

4 km

ol/h

ID

16 T

-172

.5 C

P 5

.38

bar

M 9

634

kmol

/h

ID

30 T

-175

.9 C

P 5

.35

bar

M 4

168

kmol

/h

ID

17 T

-172

.5 C

P 5

.35

bar

M 9

634

kmol

/h

ID

75 T

101

.2 C

P 9

.59

bar

M 0

km

ol/h

ID

60 T

30.

0 C

P 5

.08

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

61 T

30.

0 C

P 9

.53

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

62 T

30.

0 C

P 1

7.96

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

44 T

19.

6 C

P 5

.08

bar

M 0

km

ol/h

ID

58 T

101

.2 C

P 9

.59

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

74 T

101

.2 C

P 9

.59

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

43 T

-178

.6 C

P 5

.14

bar

M 0

km

ol/h

ID

33 T

19.

6 C

P 5

.06

bar

M 1

730

kmol

/h

ID

78 T

90.

2 C

P 9

.72

bar

M 1

730

kmol

/h

ID

79 T

103

.2 C

P 1

8.54

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

80 T

103

.3 C

P 3

5.48

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

84 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

36 T

-192

.0 C

P 1

.50

bar

M 4

118

kmol

/h

ID

39 T

-189

.0 C

P 1

.50

bar

M 7

953

kmol

/h

ID

42 T

-190

.3 C

P 1

.50

bar

M 2

778

kmol

/h

ID

37 T

-174

.6 C

P 5

.30

bar

M 7

953

kmol

/h

ID

65 T

-187

.4 C

P 1

.27

bar

M 4

37 k

mol

/h

ID

46 T

-187

.4 C

P 1

.25

bar

M 1

0909

km

ol/h

ID

66 T

-180

.2 C

P 1

.25

bar

M 4

37 k

mol

/h

ID

47 T

-180

.2 C

P 1

.23

bar

M 1

0909

km

ol/h

ID

34 T

-178

.5 C

P 5

.14

bar

M 4

118

kmol

/h

ID

48 T

-175

.8 C

P 1

.21

bar

M 1

0909

km

ol/h

ID

67 T

-175

.8 C

P 1

.23

bar

M 4

37 k

mol

/h

ID

68 T

101

.6 C

P 3

4.00

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

63 T

101

.3 C

P 1

8.02

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

87 T

19.

6 C

P 1

.15

bar

M 1

914

kmol

/h

ID

59 T

11.

3 C

P 1

.17

bar

M 4

37 k

mol

/h

ID

49 T

19.

6 C

P 1

.15

bar

M 1

0909

km

ol/h

ID

51 T

19.

6 C

P 1

.15

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

53 T

30.

0 C

P 1

.87

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

55 T

30.

0 C

P 3

.06

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

57 T

30.

0 C

P 5

.08

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

52 T

73.

9 C

P 1

.93

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

38 T

-179

.9 C

P 5

.20

bar

M 7

953

kmol

/h

ID

35 T

-186

.7 C

P 5

.04

bar

M 4

118

kmol

/h

ID

45 T

-193

.4 C

P 1

.27

bar

M 1

0909

km

ol/h

ID

64 T

-191

.7 C

P 1

.29

bar

M 4

37 k

mol

/h

ID

40 T

-164

.3 C

P 1

4.00

bar

M 2

778

kmol

/h

ID

41 T

-172

.3 C

P 1

3.90

bar

M 2

778

kmol

/h ID

88

T 1

8.1

C P

1.1

5 ba

r M

235

1 km

ol/h

ID

56 T

87.

0 C

P 5

.14

bar

M 8

995

kmol

/h

ID

85 T

19.

6 C

P 5

0.06

bar

M 3

504

kmol

/h

ID

70 T

-178

.2 C

P 5

0.12

bar

M 3

504

kmol

/h

ID

69 T

-181

.3 C

P 1

.31

bar

M 3

504

kmol

/h

ID

54 T

86.

3 C

P 3

.12

bar

M 8

995

kmol

/h

69

ID 1

00 T

20.

0 C

P 6

.00

bar

W 4

6620

18 k

g/h

ID

90 T

30.

0 C

P 2

.50

bar

W 4

6620

18 k

g/h

71

7291

92 ID

92

T 6

0.0

C P

49.

96 b

ar M

57

kmol

/h

ID

91 T

60.

0 C

P 4

9.96

bar

M 3

448

kmol

/h

ID

72 T

60.

0 C

P 4

9.96

bar

M 3

504

kmol

/h

GO

X to

gas

ifier

GO

X to

SR

U

Appendix G2 – CHEMCAD model for a low pressure ASU 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

167 

1

23

5

14

20

22

24

28

34

36

37

394246 47

53

1

2

3

4

5

6

7

89

10

11

1213

14

15

16

17

18

19

20

21

29

22

23

2425

Boos

ter 2

Boos

ter 3

Boos

ter 4

MAC

coo

ler 1

MAC

coo

ler 2

Mol

siev

e

Boos

tCoo

ler1

Boos

tCoo

ler2

Boos

tCoo

ler3

Boos

tCoo

ler4

Mai

nHEx

1

Mai

nHEx

2

26

27

32 3031

33

34

35

37 3839 40

41

4243

44

45

46

Mai

nHEx

4

Mai

nHEx

3

Mai

nHEx

5

Mai

nHEx

6

Mai

nHEx

7

Turb

ine

1

Valv

e 1

Valv

e 2Hi

ghPr

Colu

mn

LowP

rCol

umn

Valv

e 3

Valv

e 4

Valv

e 5

Sub

cool

er 3

28Su

b co

oler

2

Sub

cool

er 1

LOX

pum

p

DGAN

com

pr 1

DGAN

com

pr 2

DGAN

com

pr 3

DGAN

coo

ler1

DGAN

coo

ler2

70

65 66

47

49

MAC

1M

AC 3

Boos

ter 1

MAC

2

5471

DGAN

coo

ler3

DGAN

com

pr4

Evap

Cool

er

HotA

irTur

b

8

48

55

unpu

re G

AN

36

5657

58

60

61

76

LP G

AN

64

GAN

com

pr 1

GAN

com

pr 2

GAN

com

pr 3

HP G

AN

6566

72GO

X

67 87

68

GAN

cool

er 1

GAN

cool

er 2

GAN

cool

er 4

6970

100

8990

cw in

cw o

ut

59

ambi

ent a

ir

GT e

xtr a

ir

4

7

973

O2 P

RH 1

O2 P

RH 2

86

10

1112

13

18

19

21

23

25

26

15

27

29

1631

30 17

78

83

79

84

4344

38

35

4564

41

56

52

85

69

71

726

MAC

coo

ler 3

MAC

4

7391

93

74

50

94

92

resi

dual

54

75

58

60

DGAN

82

32

33

80

50

51

61

52

95

62

63

74

67

518849

48

ResG

asEx

pd

62

7710

2

Mai

nHEx

8

68

59

ID

1 T

15.

0 C

P 1

.01

bar

M 5

340

kmol

/h

ID

2 T

81.

8 C

P 1

.90

bar

M 5

340

kmol

/h

ID

3 T

30.

0 C

P 1

.84

bar

M 5

340

kmol

/h

ID

5 T

30.

0 C

P 3

.41

bar

M 5

340

kmol

/h ID

8

T 1

42.2

C P

12.

00 b

ar M

112

29 k

mol

/h

ID

72 T

60.

0 C

P 4

9.96

bar

M 3

505

kmol

/h

ID

4 T

100

.2 C

P 3

.47

bar

M 5

340

kmol

/h

ID

7 T

170

.0 C

P 1

6.00

bar

M 1

1229

km

ol/h

ID

9 T

129

.0 C

P 1

2.00

bar

M 1

6552

km

ol/h

ID

73 T

120

.3 C

P 1

1.94

bar

M 1

6552

km

ol/h

ID

86 T

30.

0 C

P 1

1.88

bar

M 1

6552

km

ol/h

ID

11 T

30.

0 C

P 1

1.88

bar

M 1

6552

km

ol/h

ID

12 T

19.

8 C

P 1

1.68

bar

M 1

6552

km

ol/h

ID

13 T

19.

8 C

P 1

1.68

bar

M 1

55 k

mol

/h

ID

10 T

30.

0 C

P 1

1.88

bar

M 0

km

ol/h

ID

14 T

19.

8 C

P 1

1.68

bar

M 1

6397

km

ol/h

ID

20 T

30.

0 C

P 1

8.28

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

22 T

30.

0 C

P 2

8.64

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

24 T

30.

0 C

P 4

4.90

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

18 T

19.

8 C

P 1

1.68

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

19 T

67.

4 C

P 1

8.34

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

21 T

79.

2 C

P 2

8.70

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

23 T

79.

3 C

P 4

4.96

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

25 T

78.

5 C

P 7

0.00

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

26 T

30.

0 C

P 6

9.94

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

31 T

-167

.4 C

P 1

1.32

bar

M 1

730

kmol

/h

ID

76 T

30.

0 C

P 3

7.97

bar

M 1

179

kmol

/h

ID

83 T

21.

5 C

P 1

1.27

bar

M 5

52 k

mol

/h

ID

27 T

-156

.0 C

P 6

9.88

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

28 T

-159

.9 C

P 1

6.00

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

29 T

-159

.9 C

P 1

6.00

bar

M 3

303

kmol

/h ID

15

T 1

9.8

C P

11.

68 b

ar M

130

94 k

mol

/h

ID

16 T

-162

.0 C

P 1

1.62

bar

M 1

3094

km

ol/h

ID

30 T

-164

.5 C

P 1

1.55

bar

M 3

303

kmol

/h

ID

17 T

-162

.1 C

P 1

1.55

bar

M 1

3094

km

ol/h

ID

44 T

21.

5 C

P 1

1.29

bar

M 0

km

ol/h

ID

43 T

-167

.2 C

P 1

1.35

bar

M 0

km

ol/h

ID

78 T

87.

6 C

P 2

0.73

bar

M 1

179

kmol

/h

ID

79 T

98.

1 C

P 3

8.03

bar

M 1

179

kmol

/h

ID

84 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

M 1

179

kmol

/h

ID

36 T

-182

.5 C

P 3

.70

bar

M 4

514

kmol

/h

ID

39 T

-179

.3 C

P 3

.70

bar

M 1

0153

km

ol/h

ID

42 T

-182

.6 C

P 3

.70

bar

M 3

123

kmol

/h

ID

37 T

-163

.0 C

P 1

1.55

bar

M 1

0153

km

ol/h

ID

65 T

-176

.0 C

P 3

.50

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

46 T

-176

.0 C

P 3

.49

bar

M 1

3107

km

ol/h

ID

66 T

-168

.0 C

P 3

.48

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

47 T

-168

.0 C

P 3

.47

bar

M 1

3107

km

ol/h

ID

34 T

-167

.1 C

P 1

1.35

bar

M 4

514

kmol

/h

ID

87 T

-166

.5 C

P 3

.45

bar

M 9

65 k

mol

/h

ID

53 T

30.

0 C

P 6

.04

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

52 T

84.

9 C

P 6

.10

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

38 T

-168

.3 C

P 1

1.45

bar

M 1

0153

km

ol/h

ID

35 T

-177

.6 C

P 1

1.25

bar

M 4

514

kmol

/h

ID

45 T

-183

.1 C

P 3

.51

bar

M 1

3107

km

ol/h

ID

64 T

-182

.6 C

P 3

.52

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

41 T

-161

.0 C

P 1

8.67

bar

M 3

123

kmol

/h

ID

85 T

21.

5 C

P 5

0.06

bar

M 3

505

kmol

/h

ID

70 T

-166

.5 C

P 5

0.12

bar

M 3

505

kmol

/h

ID 1

00 T

20.

0 C

P 6

.00

bar

W 4

1436

29 k

g/h

ID

90 T

30.

0 C

P 2

.50

bar

W 4

1436

29 k

g/h

ID

93 T

30.

0 C

P 6

.35

bar

M 5

322

kmol

/h

ID

94 T

30.

0 C

P 6

.35

bar

M 1

8 km

ol/h

ID

50 T

10.

5 C

P 1

.40

bar

M 2

316

kmol

/h

ID

58 T

95.

3 C

P 1

0.88

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

56 T

92.

0 C

P 1

8.93

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

32 T

21.

5 C

P 1

1.27

bar

M 1

730

kmol

/h

ID

33 T

30.

0 C

P 2

0.67

bar

M 1

179

kmol

/h

ID

74 T

10.

3 C

P 1

.40

bar

M 2

298

kmol

/h

ID

63 T

-30.

1 C

P 1

.40

bar

M 0

km

ol/h

ID

62 T

23.

1 C

P 3

.39

bar

M 0

km

ol/h

ID

61 T

23.

1 C

P 3

.39

bar

M 2

143

kmol

/h

ID

49 T

-166

.5 C

P 3

.45

bar

M 1

3107

km

ol/h

ID

67 T

-166

.5 C

P 3

.46

bar

M 1

178

kmol

/h

ID

69 T

-169

.9 C

P 3

.55

bar

M 3

505

kmol

/h

ID

6 T

100

.3 C

P 6

.41

bar

M 5

340

kmol

/h

ID

91 T

30.

0 C

P 6

.35

bar

M 5

340

kmol

/h

ID

92 T

101

.1 C

P 1

2.00

bar

M 5

322

kmol

/h

ID

54 T

95.

3 C

P 1

0.88

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

75 T

95.

3 C

P 1

0.88

bar

M 0

km

ol/h

ID

60 T

30.

0 C

P 1

0.82

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

82 T

21.

5 C

P 1

1.27

bar

M 1

179

kmol

/h

ID

80 T

98.

6 C

P 7

0.06

bar

M 1

179

kmol

/h

ID

95 T

15.

7 C

P 3

.39

bar

M 2

298

kmol

/h

ID

51 T

-166

.5 C

P 3

.45

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

88 T

-166

.5 C

P 3

.45

bar

M 2

143

kmol

/h

ID

59 T

23.

1 C

P 3

.39

bar

M 2

143

kmol

/h

ID 1

02 T

-158

.7 C

P 1

8.77

bar

M 3

123

kmol

/h

ID

48 T

21.

5 C

P 3

.39

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

68 T

95.

6 C

P 3

4.00

bar

M 9

019

kmol

/h

ID

57 T

30.

0 C

P 1

8.87

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

55 T

30.

0 C

P 1

0.82

bar

M 1

2142

km

ol/h

ID

81 T

30.

0 C

P 1

8.87

bar

M 3

123

kmol

/h

57

81

40

55

Appendix G3 – CHEMCAD model for an elevated pressure ASU 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Appendix 

168 

Appendix G4– Auxiliary load distribution for the ASU (effects of ASU integra­

tion) 

 

   

air‐int. KASU,air DGAN ‐int. KASU,DGAN KASU,HP GAN KASU,LP GAN PASU,spec. PMAC,spec. Pbooster,spec. PDGAN-compr.,spec. PGAN-compr.,spec. Phot air turbine,spec. Pres. Gas exp., spec. Presidual, spec.

LP‐ASU0 0.00 0.00 0.0 0.30 0.16 0.569 0.335 0.199 0.000 0.036 0.000 ‐0.0010 0.00 30.38 1.0 0.30 0.16 0.706 0.335 0.199 0.137 0.036 0.000 ‐0.0010 0.00 60.77 2.0 0.30 0.16 0.844 0.335 0.199 0.275 0.036 0.000 ‐0.0010 0.00 91.15 3.0 0.30 0.16 0.981 0.335 0.199 0.412 0.036 0.000 ‐0.001

25 1.19 0.00 0.0 0.30 0.16 0.447 0.251 0.199 0.000 0.036 ‐0.039 ‐0.00125 1.19 30.38 1.0 0.30 0.16 0.584 0.251 0.199 0.137 0.036 ‐0.039 ‐0.00125 1.19 60.77 2.0 0.30 0.16 0.721 0.251 0.199 0.275 0.036 ‐0.039 ‐0.00125 1.19 91.15 3.0 0.30 0.16 0.859 0.251 0.199 0.412 0.036 ‐0.039 ‐0.00150 2.38 0.00 0.0 0.30 0.16 0.324 0.167 0.199 0.000 0.036 ‐0.077 ‐0.00150 2.38 30.39 1.0 0.30 0.16 0.462 0.167 0.199 0.137 0.036 ‐0.077 ‐0.00150 2.38 60.77 2.0 0.30 0.16 0.599 0.167 0.199 0.275 0.036 ‐0.077 ‐0.00150 2.38 91.16 3.0 0.30 0.16 0.737 0.167 0.199 0.412 0.036 ‐0.077 ‐0.00175 3.56 0.00 0.0 0.30 0.16 0.202 0.084 0.199 0.000 0.036 ‐0.116 ‐0.00175 3.56 30.39 1.0 0.30 0.16 0.340 0.084 0.199 0.137 0.036 ‐0.116 ‐0.00175 3.56 60.77 2.0 0.30 0.16 0.477 0.084 0.199 0.275 0.036 ‐0.116 ‐0.00175 3.56 91.16 3.0 0.30 0.16 0.614 0.084 0.199 0.412 0.036 ‐0.116 ‐0.001

100 4.75 0.00 0.0 0.30 0.16 0.080 0.000 0.199 0.000 0.036 ‐0.154 ‐0.001100 4.75 30.39 1.0 0.30 0.16 0.217 0.000 0.199 0.137 0.036 ‐0.154 ‐0.001100 4.75 60.77 2.0 0.30 0.16 0.355 0.000 0.199 0.275 0.036 ‐0.154 ‐0.001100 4.75 91.16 3.0 0.30 0.16 0.492 0.000 0.199 0.412 0.036 ‐0.154 ‐0.001

EP‐ASU0 0.00 0.00 0.0 0.30 0.16 0.628 0.547 0.118 0.000 0.022 0.000 ‐0.058 0.0000 0.00 25.11 1.0 0.30 0.16 0.739 0.547 0.118 0.092 0.022 0.000 ‐0.040 0.0000 0.00 50.23 2.0 0.30 0.16 0.850 0.547 0.118 0.184 0.022 0.000 ‐0.021 0.0000 0.00 75.34 3.0 0.30 0.16 0.961 0.547 0.118 0.276 0.022 0.000 ‐0.002 0.000

25 1.36 0.00 0.0 0.30 0.16 0.478 0.410 0.118 0.000 0.022 ‐0.014 ‐0.058 0.00025 1.36 25.11 1.0 0.30 0.16 0.589 0.410 0.118 0.092 0.022 ‐0.014 ‐0.040 0.00025 1.36 50.23 2.0 0.30 0.16 0.699 0.410 0.118 0.184 0.022 ‐0.014 ‐0.021 0.00025 1.36 75.34 3.0 0.30 0.16 0.810 0.410 0.118 0.276 0.022 ‐0.014 ‐0.002 0.00050 2.72 0.00 0.0 0.30 0.16 0.327 0.273 0.118 0.000 0.022 ‐0.028 ‐0.058 0.00050 2.72 25.11 1.0 0.30 0.16 0.438 0.273 0.118 0.092 0.022 ‐0.028 ‐0.040 0.00050 2.72 50.23 2.0 0.30 0.16 0.549 0.273 0.118 0.184 0.022 ‐0.028 ‐0.021 0.00050 2.72 75.34 3.0 0.30 0.16 0.660 0.273 0.118 0.276 0.022 ‐0.028 ‐0.002 0.00075 4.08 0.00 0.0 0.30 0.16 0.177 0.137 0.118 0.000 0.022 ‐0.041 ‐0.058 0.00075 4.08 25.11 1.0 0.30 0.16 0.288 0.137 0.118 0.092 0.022 ‐0.041 ‐0.040 0.00075 4.08 50.23 2.0 0.30 0.16 0.398 0.137 0.118 0.184 0.022 ‐0.041 ‐0.021 0.00075 4.08 75.34 3.0 0.30 0.16 0.509 0.137 0.118 0.276 0.022 ‐0.041 ‐0.002 0.000

100 5.44 0.00 0.0 0.30 0.16 0.026 0.000 0.118 0.000 0.022 ‐0.055 ‐0.058 0.000100 5.44 25.11 1.0 0.30 0.16 0.137 0.000 0.118 0.092 0.022 ‐0.055 ‐0.040 0.000100 5.44 50.23 2.0 0.30 0.16 0.248 0.000 0.118 0.184 0.022 ‐0.055 ‐0.021 0.000100 5.44 75.34 3.0 0.30 0.16 0.359 0.000 0.118 0.276 0.022 ‐0.055 ‐0.002 0.000

[kWh/Sm³ GOX]

Appendix 

169 

Appendix G5 – Heat and material balance for the ASU (CC­IGCC / SCGP) 

 

   

stream ID 0-1-air-6 8-1-air-5 9-1-cw-11 1-0-eg-4 1-2-GOX-1 1-2-GAN-1 1-2-GAN-2 1-3-DGAN-1 1-5-GOX-2 1-9-cw-12name ambient air GT extraction air cooling water residual gas GOX HP GAN LP GAN DGAN GOX cooling watert °C 15.0 170.0 20.0 60.0 70.0 21.5 95.6 60.0 30.0p bar 1.013 16.000 6.000 49.960 70.000 11.265 34.000 49.960 2.500m kg/s 42.800 90.000 1,151 17.671 30.807 9.173 4.294 70.350 0.505 1,151n kmol/s 1.483 3.119 63.892 0.643 0.958 0.327 0.153 2.505 0.016 63.892V Nm³/h 119,693 251,691 51,908 77,281 26,415 12,365 202,148 1,268h kJ/kg ‐100 57 ‐15,898 20 35 ‐7 68 20 ‐15,856s J/kgK 124 ‐238 ‐9,113 ‐874 ‐1,143 ‐734 ‐815 ‐874 ‐8,974M kg/kmol 28.84 28.84 18.00 32.17 28.01 28.01 28.07 32.17 18.00

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.03 0.00 0.24 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mol % 77.32 77.32 0.00 90.33 1.94 99.91 99.91 98.93 1.94 0.00Ar mol % 0.91 0.91 0.00 0.65 3.06 0.03 0.03 0.31 3.06 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mol % 20.73 20.74 0.00 1.57 95.00 0.06 0.06 0.76 95.00 0.00H2O mol % 1.01 1.01 100.00 7.22 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.05 0.00 0.38 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mass % 75.07 75.07 0.00 92.12 1.69 99.89 99.89 98.69 1.69 0.00Ar mass % 1.26 1.26 0.00 0.94 3.80 0.05 0.05 0.43 3.80 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mass % 23.00 23.00 0.00 1.83 94.51 0.07 0.07 0.87 94.51 0.00H2O mass % 0.63 0.63 100.00 4.73 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

170 

Appendix G6 – Heat and material balance for the ASU (CC­IGCC / Siemens gasifier) 

 

   

stream ID 0-1-air-6 8-1-air-5 9-1-cw-11 1-0-eg-4 1-2-GOX-1 1-2-GAN-1 1-2-GAN-2 1-3-DGAN-1 1-5-GOX-2 1-9-cw-12name ambient air GT extraction air cooling water residual gas GOX HP GAN LP GAN DGAN GOX cooling watert °C 15.0 177.5 20.0 60.0 70.0 21.5 95.6 60.0 30.0p bar 1.013 16.87 6.000 49.960 70.000 11.265 34.000 49.960 2.500m kg/s 41.696 90.000 1,122 20.089 30.787 8.045 4.290 67.974 0.511 1,122n kmol/s 1.445 3.119 62.292 0.730 0.957 0.287 0.153 2.421 0.016 62.292V Nm³/h 116,605 251,691 58,886 77,223 23,166 12,355 195,384 1,282h kJ/kg -100 57 -15,898 22 35 -7 68 20 -15,856s J/kgK 124 -238 -9,113 -873 -1,144 -734 -818 -874 -8,974M kg/kmol 28.84 28.84 18.00 32.16 28.01 28.01 28.06 32.17 18.00

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.03 0.00 0.21 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mol % 77.32 77.32 0.00 91.86 1.94 99.92 99.92 99.12 1.90 0.00Ar mol % 0.91 0.91 0.00 0.58 3.06 0.03 0.03 0.28 3.10 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mol % 20.73 20.74 0.00 1.03 95.00 0.05 0.05 0.59 95.00 0.00H2O mol % 1.01 1.01 100.00 6.31 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.05 0.00 0.33 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mass % 75.07 75.07 0.00 93.49 1.69 99.91 99.91 98.92 1.66 0.00Ar mass % 1.26 1.26 0.00 0.85 3.80 0.04 0.04 0.41 3.84 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mass % 23.00 23.00 0.00 1.20 94.51 0.05 0.05 0.68 94.50 0.00H2O mass % 0.63 0.63 100.00 4.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

171 

Appendix G7 – Heat and material balance for the ASU (CC­IGCC / CoP gasifier) 

 

   

stream ID 0-1-air-6 8-1-air-5 9-1-cw-11 1-0-eg-4 1-2-GOX-1 1-2-GAN-1 1-2-GAN-2 1-3-DGAN-1 1-5-GOX-2 1-9-cw-12name ambient air GT extraction air cooling water residual gas GOX HP GAN LP GAN DGAN GOX cooling watert °C 15.0 170.0 20.0 60.0 70.0 21.5 95.6 60.0 30.0p bar 1.0 16.0 6.0 50.0 70.0 11.3 34.0 50.0 2.5m kg/s 37.761 90.000 948 39.752 29.351 0.567 0.000 57.577 0.514 948n kmol/s 1.309 3.119 52.635 1.427 0.912 0.020 0.000 2.053 0.016 52.635V Nm³/h 105,601 251,691 115,136 73,575 1,634 0 165,656 1,290h kJ/kg -100 57 -15,898 20 35 -7 68 20 -15,856s J/kgK 124 -238 -9,113 -874 -1,146 -736 -827 -874 -8,974M kg/kmol 28.84 28.84 18.00 32.19 28.00 28.00 28.03 32.19 18.00

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.03 0.00 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mol % 77.32 77.32 0.00 94.08 1.74 100.00 100.00 99.59 1.74 0.00Ar mol % 0.91 0.91 0.00 0.43 3.26 0.00 0.00 0.18 3.26 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mol % 20.74 20.74 0.00 2.25 95.00 0.00 0.00 0.22 95.00 0.00H2O mol % 1.01 1.01 100.00 3.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.05 0.00 0.16 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mass % 75.07 75.07 0.00 94.61 1.52 99.99 99.99 99.48 1.52 0.00Ar mass % 1.26 1.26 0.00 0.62 4.04 0.01 0.01 0.26 4.04 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mass % 23.00 23.00 0.00 2.59 94.44 0.00 0.00 0.25 94.44 0.00H2O mass % 0.63 0.63 100.00 2.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

172 

Appendix G8 – Heat and material balance for the ASU (CC­IGCC / GE­R) 

 

   

stream ID 0-1-air-6 8-1-air-5 9-1-cw-11 1-0-eg-4 1-2-GOX-1 1-3-DGAN-1 1-5-GOX-2 1-9-cw-12name ambient air GT extraction air cooling water residual gas GOX DGAN GOX cooling watert °C 15.0 170.0 20.0 60.0 95.6 60.0 30.0p bar 1.013 16.000 6.000 69.960 34.000 69.960 2.500m kg/s 70.861 90.000 1,222 62.473 38.229 59.600 0.551 1,222n kmol/s 2.456 3.119 67.853 2.246 1.187 2.125 0.017 67.853V Nm³/h 198,168 251,691 181,204 95,794 171,458 1,379h kJ/kg ‐100 57 ‐15,898 16 68 16 ‐15,856s J/kgK 124 ‐238 ‐9,113 ‐971 ‐827 ‐971 ‐8,974M kg/kmol 28.84 28.84 18.00 32.20 28.03 32.20 18.00

Σ mol % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mol % 0.03 0.03 0.00 0.08 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mol % 77.32 77.32 0.00 96.84 1.64 99.58 1.64 0.00Ar mol % 0.91 0.91 0.00 0.24 3.36 0.22 3.36 0.00CH4 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mol % 20.74 20.74 0.00 0.33 95.00 0.20 95.00 0.00H2O mol % 1.01 1.01 100.00 2.50 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mol % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Σ mass % 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00H2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CO2 mass % 0.05 0.05 0.00 0.13 0.00 0.00 0.00 0.00N2 mass % 75.07 75.07 0.00 97.52 1.43 99.46 1.43 0.00Ar mass % 1.26 1.26 0.00 0.35 4.17 0.31 4.17 0.00CH4 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00O2 mass % 23.00 23.00 0.00 0.38 94.40 0.23 94.40 0.00H2O mass % 0.63 0.63 100.00 1.62 0.00 0.00 0.00 100.00H2S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00COS mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CS2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00SO2 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00S mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00HCN mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00NH3 mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00CH3OH mass % 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Appendix 

173 

1

2 31

H2O

_raw

coa

l

coal

_waf

ash_

raw

coa

l

2

4

3

air

4

5

7ra

w c

oal

burn

er

fan

drye

r

1113

6

8

8

10

9

6

10

7

5

1617

LP G

AN

fuel

gas

16

20 15

21

9

3317

28ex

haus

t gas

32

11

26

HP

GA

N

drie

d co

al

12

14

21

12

13

14

1518

24 25

27

29

30

19

22

23

34

36

3719

31

35 41

56

40

GO

X mod

. ste

am

2425

HP

CSC

26

27

28IP

CSC

4346

49

31

51

29 30

32

47

33

34

38

3961

35

GO

X PR

H

3663

64

65

37

52

42

57

HP

stea

m

54

53

IP B

FW

IP s

team

66

HP

BFW

pum

p

38

50

20

23

2239

40

18

69

70

68

58

59

67

55

44

recy

cle

fan

4148 71 slag

42

73

4456

72

43

74

45

76

75

77

46

78

79

4780

81 scru

bber

mak

e up

wat

e

was

te w

ater

raw

gas

4849

83

cool

scr

een

IP B

FWIP

ste

am

ID

1 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

104

950

kg/h

ID

2 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

887

7 kg

/h

ID

3 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

662

5 kg

/h

ID

4 T

15.

0 C

P 1

.0 b

ar W

120

452

kg/h

ID 1

1 T

400

.4 C

P 1

.10

bar

W 4

8029

kg/

h M

190

3 km

ol/h

ID

8 T

101

9.5

C P

9.6

6 ba

r W

160

56 k

g/h

M 5

89 k

mol

/h

ID

5 T

15.

0 C

P 1

.00

bar

W 1

3763

kg/

h M

477

km

ol/h

ID

6 T

10.

0 C

P 3

3.38

bar

W 4

27 k

g/h

M 8

5 km

ol/h

ID

9 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

W 1

4933

kg/

h M

533

km

ol/h

ID 3

3 T

30.

0 C

P 9

.66

bar

W 1

866

kg/h

M 6

7 km

ol/h

ID 2

8 T

75.

1 C

P 1

.10

bar

W 5

4716

kg/

h M

206

6 km

ol/h

ID 3

7 T

43.

3 C

P 4

8.0

bar

W 1

2354

9 kg

/h

ID 1

4 T

107

.0 C

P 1

.10

bar

W 3

1973

kg/

h M

131

4 km

ol/h

ID 3

4 T

60.

0 C

P 5

0.00

bar

W 1

0714

1 kg

/h M

333

1 km

ol/h

ID 4

1 T

412

.6 C

P 5

1.00

bar

W 1

9440

kg/

h M

107

9 km

ol/h

ID 3

1 T

43.

3 C

P 4

8.0

bar

W 1

2354

9 kg

/h

ID 3

6 T

200

.0 C

P 4

9.00

bar

W 1

0714

1 kg

/h M

333

1 km

ol/h

ID 4

6 T

424

.7 C

P 3

9.75

bar

W 5

6611

0 kg

/h M

278

48 k

mol

/h

ID 6

3 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 2

4193

0 kg

/h ID

65

T 1

53.4

C P

51.

00 b

ar W

603

47 k

g/h

ID 6

4 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 1

8158

3 kg

/h

ID 5

1 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 6

0347

kg/

h

ID 3

8 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 6

0347

kg/

h

ID 5

2 T

100

.0 C

P 5

0.00

bar

W 6

144

kg/h

ID 4

5 T

336

.2 C

P 1

39.5

0 ba

r W

181

583

kg/h

ID 3

9 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 6

144

kg/h ID

42

T 1

449.

9 C

P 4

0.00

bar

W 2

5012

7 kg

/h M

120

49 k

mol

/h

ID 5

4 T

156

.3 C

P 1

43.0

0 ba

r W

181

583

kg/h

ID 6

1 T

265

.2 C

P 5

1.00

bar

W 6

144

kg/h

ID 5

8 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 3

2508

3 kg

/h M

159

66 k

mol

/h

ID 6

8 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 5

7001

1 kg

/h M

279

87 k

mol

/h

ID 7

1 T

15.

0 C

P 4

0.00

bar

W 9

100

kg/h

ID 4

4 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 6

90 k

g/h

ID 6

9 T

15.

0 C

P 3

9.50

bar

W 6

90 k

g/h

ID 7

0 T

49.

9 C

P 1

.10

bar

W 1

1625

1 kg

/h

ID 6

7 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

W 3

902

kg/h

M 1

39 k

mol

/h

ID 5

6 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 2

4423

9 kg

/h M

119

95 k

mol

/h

ID 8

1 T

109

.8 C

P 4

5.00

bar

W 1

2325

9 kg

/h M

683

5 km

ol/h

ID 7

3 T

138

.2 C

P 3

9.00

bar

W 2

5822

2 kg

/h M

127

77 k

mol

/h

ID 7

9 T

15.

0 C

P 5

0.00

bar

W 3

6000

kg/

h M

199

8 km

ol/h

ID 7

7 T

149

.3 C

P 3

9.00

bar

W 2

2016

kg/

h M

121

6 km

ol/h

ID 7

4 T

147

.8 C

P 3

9.00

bar

W 1

0907

4 kg

/h M

604

6 km

ol/h

ID 7

8 T

147

.8 C

P 3

9.00

bar

W 8

7259

kg/

h M

483

7 km

ol/h

ID 5

7 T

825

.0 C

P 4

0.00

bar

W 5

6611

0 kg

/h M

278

48 k

mol

/h

ID 5

3 T

153

.4 C

P 5

1.00

bar

W 1

8158

3 kg

/h ID

62

T 1

54.8

C P

52.

60 b

ar W

235

786

kg/h

ID 6

0 T

264

.7 C

P 5

0.60

bar

W 5

4203

kg/

h

ID 6

6 T

100

.0 C

P 5

1.00

bar

W 6

144

kg/h

ID 5

0 T

275

.2 C

P 3

9.50

bar

W 5

6611

0 kg

/h M

278

48 k

mol

/h

ID 2

0 T

70.

0 C

P 7

0.00

bar

W 3

1901

kg/

h M

113

9 km

ol/h

ID 1

8 T

50.

0 C

P 1

.1 b

ar W

115

561

kg/h

ID 5

9 T

319

.7 C

P 5

0.00

bar

W 3

2508

3 kg

/h M

159

66 k

mol

/h

ID 5

5 T

274

.2 C

P 3

9.50

bar

W 5

6932

2 kg

/h M

279

61 k

mol

/h

ID 8

2 T

154

.8 C

P 5

2.60

bar

W 3

3688

kg/

h

ID 8

4 T

264

.7 C

P 5

0.60

bar

W 3

3688

kg/

h

63

6210

3

64

104

60

65

45

105

66

82

106

67

84 107

Appendix H1 – ChemCad­model for the one­reactor CO­shift cycle 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Appendix 

174 

Appendix  I1  –  OPC­calculation  for  the  CC­IGGC  concepts  with  different 

gasifiers 

The OPC for the CC‐IGCC concept with Siemens gasifier (see Table 20) were used 

as the basis. 

First, the OPC assigned to the main sub‐systems were converted into specific costs 

by consideration of the subsequently presented simulation results: 

 

so that the following specific costs were derived: 

 

These specific costs were defined as the. Literature sources were used to estimate 

the investment costs necessary for the gas generation system of the three other CC‐

IGCC configurations. Therefore, the following information were used: 

- For the gas generation part, a 35 % higher investment cost (per ton of coal ca‐

pacity) is expected if the SCGP with convective syngas cooler is used instead of 

the same gasifier with water quench (like the Siemens‐type) [21]. Consequently, 

the  specific  investment  cost  for  the  gas  generation  part  of  the  CC‐IGCC  with 

SCGP adds up to 405 €/kW (coal) ‐> 301 €/kW (coal) times 1.35 

- For the gas generation part, a 23 % lower  investment cost (per ton of coal ca‐

pacity) is expected if a GE‐R is used instead of the SCGP [47]. Consequently, the 

specific  investment  cost  for  the  gas  generation part  of  the CC‐IGCC with GE‐R 

adds up to 312 €/kW (coal) ‐> 405 €/kW (coal) times 0.77 

- For the gas generation part a 21 % lower investment cost (per ton of coal capac‐

ity) is expected if a CoP gasifier is used instead of the SCGP [47]. Consequently, 

sub-system parameter unit valueGas generation Coal heat input (LHV based) MW 1,038Gas treatment Raw gas flow to 1st CO-shift reactor Sm³/h 581,469CO2-compressor Captured CO2 t/h 308Combined Cycle Gross power output MW 461ASU GOX demand Sm³/h 77,000

Selected simulation results: CC-IGCC (Siemens gasifier)

sub-system unit specific investment costsGas generation € / kW (coal) 301Gas treatment € / (Sm³ (raw gas) / h) 247CO2-compressor Mio € / (t (CO2) / h) 0.10Combined Cycle € / kW (gross) 785ASU € / (Sm³ (GOX) / h) 1,135

Specific investment costs: CC-IGCC (Siemens gasifier)

Appendix 

175 

the specific investment cost for the gas generation part of the CC‐IGCC with CoP 

gasifier adds up to 320 €/kW (coal) ‐> 405 €/kW (coal) times 0.79 

The following table summarizes the in this way estimated investment costs for the 

four different gasifier types. 

 

 

The investment costs for the other sub‐systems were estimated using the individu‐

al simulation results and the above derived specific investment costs. 

The  absolute  investment  costs  for  the  gas  treatment  part were  estimated  as  fol‐

lows: 

 

 

The absolute investment costs for the CO2‐compressor were estimated as follows: 

 

 

The absolute investment costs for the combined cycle were estimated as follows: 

Gasifier type specific investment cost Coal heat input absolute investment cost- € / kW (coal) MW Mio €CoP 320 1,049 335GE-R 312 1,129 352SCGP 405 1,035 419Siemens 301 1,038 312

Investment costs for the gas geneartion part

Gasifier type specific investment costRaw gas flow to 1st

CO-shift reactor absolute investment cost- € / (Sm³ (raw gas) / h) Sm³ (raw gas) / h Mio €CoP 247 555,701 137GE-R 247 586,233 145SCGP 247 584,154 144Siemens 247 581,469 144

Investment costs for the gas treatment part

Gasifier type specific investment cost Captured CO2 absolute investment cost- Mio € / (t (CO2) / h) t (CO2) / h Mio €CoP 0.1 296 30GE-R 0.1 335 34SCGP 0.1 307 31Siemens 0.1 308 31

Investment costs for the CO2-compressor

Appendix 

176 

 

The absolute investment costs for the ASU were estimated as follows: 

 

The direct investment costs are the sum of the investment costs for the five afore‐

mentioned mayor sub‐systems. The costs for: 

- Infrastructure and utilities, 

- Main spare parts and architect engineer, 

- And miscellaneous 

are so adjusted that they fit to the OPC‐fraction as defined in Table 21. 

 

   

Gasifier type specific investment cost Gross power output absolute investment cost- € / kW (gross) MW Mio €CoP 785 467 367GE-R 785 496 389SCGP 785 469 368Siemens 785 461 362

Investment costs for the Combined Cycle

Gasifier type specific investment cost GOX demand absolute investment cost- € / (Sm³ (GOX) / h) Sm³ (GOX) / h Mio €CoP 1,135 74,000 84GE-R 1,135 96,000 109SCGP 1,135 77,000 87Siemens 1,135 77,000 87

Investment costs for the ASU

Appendix 

177 

Appendix I2 – Payment dates and shares for the Capital Expenditures 

The individual Net Present Value is calculated according to: 

NPV            

     . 

The OPC are taken from Table 21; the interest rate is shown in Table 22. The pay‐

ment shares and dates are the same as used by Gräbner et al. [21]. The following 

table summarizes the calculated NPV for the four CC‐IGCC concepts with different 

gasifiers. 

Date  Share  Net present value (NPV) in Mio € 

CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

Year 0  5 %  64  69  70  62 

Year 1  30 %  280  305  308  275 

Year 2  40 %  616  672  677  605 

Year 3  20 %  508  554  559  499 

Year 4  5 %  93  102  102  91 

Σ NPVCapEx  1,560  1,703  1,716  1,532 

 

Appendix I3 – Calculating the cost of electricity 

The annual CapEx are calculated according to: 

CapEx  Σ NPVC E        . 

The annuity is calculated according to: 

annuity                

       . 

The annual Operational Expenditures  (OpEx) are  calculated considering  the data 

provided in Table 22 according to: 

annual OpEx  absolute costs       . 

 

Appendix 

178 

The following table summarizes the so calculated annual expenditures. 

Cost  Unit  CoP  GE­R  SCGP  Siemens 

CapEx  Mio €/a 

172  188  189  169 

Fuel  Mio €/a 

72  77  71  71 

Miscellaneous  Mio €/a 

7  8  7  7 

CO2‐transport  Mio €/a 

17  20  18  18 

CO2‐emission  Mio €/a 

9  5  5  5 

Labor  Mio €/a 

4  4  4  4 

maintenance  Mio €/a 

12  13  13  11 

Taxes/insurances  Mio €/a 

6  6  6  6 

OpEx  Mio €/a 

126  133  124  122 

Annual Expenditures  Mio €/a 

289  315  308  286 

 

Finally the Cost of Electricity (CoE) is calculated according to: 

 

CoE  annual expenditures

Net power output x annual operating hours 

   

Appendix 

179 

Appendix I4 – OPC­calculation for the CC­IGGC concepts with different CRRs 

The OPC for the concepts with different CRRs in comparison to the reference case 

(CC‐IGCC with Siemens gasifier) are shown in the following table. 

Investment cost for 

Unit  Refer­ence 

Case 2  Case 3  Case 4  Case 5 

Gas generation  Mio €  312  312  314  313  315 

Gas treatment   Mio €  144  144  144  140  140 

CO2‐compressor  Mio €  31  20  20  27  20 

Combined Cycle  Mio €  362  362  366  362  364 

ASU  Mio €  87  87  88  88  88 

Direct  invest‐ment costs 

Mio €  936  925  932  929  927 

Infrastructure and utilities 

Mio € % of OPC 

162 13 

160 13 

162 13 

161 13 

160 13 

Main spare parts and AE 

Mio € % of OPC 

37 3 

37 3 

37 3 

37 3 

37 3 

Miscellaneous  Mio € % of OPC 

112 9 

111 9 

112 9 

112 9 

111 9 

Overall  project costs (OPC) 

Mio € €/kW(net) 

1,249 3,450 

1,234 3,450 

1,243 3,450 

1,239 3,450 

1,235 3,450 

 

The absolute costs for the gas generation part differ only since there is a slight dif‐

ference with respect to the coal flow rate between the concepts. The specific costs 

are identical (301 € / kW (coal)). 

Case  4  and  case  5  show  slightly  lower  costs  for  the  gas  treatment  part.  This  is 

caused by the saved investment costs for the second CO‐shift reactor.   The differ‐

ence  between  a  2‐reactor  CO‐shift  and  a  1‐reactor  CO‐shift  is  amounted  by 

NETL (2007) [46] to 2.6 %. 

The absolute costs for the CO2‐compressor differ as a consequence of the different 

amount of captured CO2. The specific costs 0.1 Mio € / (t (CO2) / h) are identic. 

Appendix 

180 

The specific costs for other cost factors are identic between the concepts – they are 

shown in Appendix I1. 

Appendix I5 ­ Reference costs for a state of the art NG CCPP 

Project Cost Summary Reference Cost Estimated Cost

Power Plant:

I Specialized Equipment 109.719.000 126.177.000 EUR II Other Equipment 7.286.000 8.379.000 EUR III Civil 15.301.000 22.019.000 EUR IV Mechanical 16.788.000 25.450.000 EUR V Electrical Assembly & Wiring 3.240.000 4.904.000 EUR VI Buildings & Structures 5.924.000 8.605.000 EUR VII Engineering & Plant Startup 11.062.000 11.138.000 EUR

Gasification Plant NA NA

Desalination Plant NA NA

CO2 Capture Plant NA NA

Subtotal -Contractor's Internal Cost 169.320.000 206.672.000 EUR VIII Contractor's Soft & Miscellaneous Costs 35.690.000 47.795.000 EUR Contractor's Price 205.010.000 254.467.000 EUR IX Owner's Soft & Miscellaneous Costs 18.451.000 22.902.000 EUR Total -Owner's Cost (0,7 EUR per US Dollar) 223.461.000 277.369.000 EUR

Nameplate Net Plant Output 405 405 MW Cost per kW -Contractor's 505,7 627,7 EUR per kW Cost per kW -Owner's 551,2 684,2 EUR per kW * Cost estimates as of February 2012.** Land cost, utility connection cost, and spare parts costs are zero. The user may want to edit those inputs for better cost estimates.

 

   

Appendix 

181 

1

2

34

5

1

2

3

4 6 7

8

8

10

12

reac

tor 1

reac

tor 2

12

HE

2

HE

1

9

16

17

18

21

19 HE

4

11

20

23

13

25

20

22

24

27

2341

25

26 HE

5

HE

6

29

44

HE

7

28

31

33

38

37

HE

9

27

2846

22

18

19

47

45

48

raw

gas

mod

erat

or s

team

satu

rate

d ga

shift

ed g

as

cond

. dis

char

ge

2930

4951

50cw

out

cw in

mak

e up

H2O32

76

77

78

79

80

98

9910

0

117

116 24

clea

n ga

s

DG

AN

115

34

15

96

35

26

39

42

10

30

9

16

17

7273

satu

rate

d ga

ID

1 T

214

.5 C

P 3

9.0

bar

W 4

7681

4 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

2 T

264

.7 C

P 5

0.6

bar

W 0

kg/

h M

0 k

mol

/h

ID

3 T

214

.5 C

P 3

9.0

bar

W 4

7681

4 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

4 T

280

.0 C

P 3

8.9

bar

W 4

7681

4 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

6 T

492

.9 C

P 3

7.8

bar

W 4

7681

9 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

8 T

280

.1 C

P 3

7.5

bar

W 4

7681

9 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

12 T

264

.3 C

P 5

4.5

bar

W 5

9412

kg/

h M

329

8 km

ol/h

ID

15 T

264

.3 C

P 5

4.5

bar

W 5

9412

kg/

h M

329

8 km

ol/h

ID

9 T

321

.8 C

P 3

6.4

bar

W 4

7681

9 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

23 T

114

.3 C

P 3

5.8

bar

W 4

4742

6 kg

/h M

233

73 k

mol

/h

ID

20 T

171

.8 C

P 3

5.9

bar

W 4

4742

6 kg

/h M

233

73 k

mol

/h

ID

21 T

171

.8 C

P 3

5.9

bar

W 2

7024

kg/

h M

150

0 km

ol/h

ID

27 T

114

.3 C

P 3

5.8

bar

W 3

6547

3 kg

/h M

188

25 k

mol

/h

ID

31 T

81.

9 C

P 3

5.7

bar

W 3

6547

3 kg

/h M

188

25 k

mol

/h

ID

33 T

81.

9 C

P 3

5.7

bar

W 1

1252

kg/

h M

625

km

ol/h

ID

29 T

112

.3 C

P 3

3.7

bar

W 2

4963

3 kg

/h M

138

56 k

mol

/h

ID

44 T

171

.8 C

P 3

5.9

bar

W 4

7445

0 kg

/h M

248

73 k

mol

/h

ID

28 T

114

.3 C

P 3

5.8

bar

W 8

1953

kg/

h M

454

9 km

ol/h

ID

38 T

99.

5 C

P 3

3.7

bar

W 1

4065

5 kg

/h M

780

8 km

ol/h

ID

37 T

20.

4 C

P 3

5.7

bar

W 1

4065

5 kg

/h M

780

8 km

ol/h

ID

41 T

30.

0 C

P 3

5.5

bar

W 3

4966

1 kg

/h M

179

48 k

mol

/h

ID

43 T

30.

0 C

P 3

5.5

bar

W 3

5422

0 kg

/h M

182

00 k

mol

/h

ID

48 T

169

.1 C

P 3

1.7

bar

W 2

5200

2 kg

/h M

139

88 k

mol

/h

ID

46 T

179

.8 C

P 3

6.0

bar

W 2

369

kg/h

M 1

32 k

mol

/h

ID

45 T

169

.0 C

P 3

1.7

bar

W 2

4963

3 kg

/h M

138

56 k

mol

/h

ID

47 T

179

.8 C

P 3

6.0

bar

W 4

7445

0 kg

/h M

248

73 k

mol

/h

ID

42 T

30.

0 C

P 3

5.5

bar

W 4

559

kg/h

M 2

53 k

mol

/h

ID

22 T

169

.0 C

P 1

6.0

bar

W 5

9412

kg/

h M

329

8 km

ol/h

ID

18 T

170

.3 C

P 5

6.5

bar

W 5

9412

kg/

h M

329

8 km

ol/h

ID

19 T

179

.8 C

P 3

6.0

bar

W 4

7681

9 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

51 T

30.

0 C

P 4

.0 b

ar W

105

3057

kg/

h M

584

54 k

mol

/h

ID

49 T

20.

0 C

P 6

.0 b

ar W

105

3057

kg/

h M

584

54 k

mol

/h

ID

98 T

110

.5 C

P 3

2.4

bar

W 8

3387

8 kg

/h M

462

90 k

mol

/h

ID

99 T

10.

0 C

P 5

.0 b

ar W

617

08 k

g/h

M 3

425

kmol

/h

ID 1

00 T

11.

0 C

P 3

8.0

bar

W 6

1708

kg/

h M

342

5 km

ol/h

ID 1

17 T

46.

1 C

P 3

3.0

bar

W 2

6978

4 kg

/h M

188

40 k

mol

/h

ID 1

16 T

95.

6 C

P 3

4.0

bar

W 2

1755

5 kg

/h M

775

0 km

ol/h

ID

97 T

162

.3 C

P 3

6.0

bar

W 8

9557

0 kg

/h M

497

15 k

mol

/h

ID

24 T

10.

0 C

P 3

3.0

bar

W 5

2228

kg/

h M

110

90 k

mol

/h

ID 1

15 T

103

.9 C

P 3

8.0

bar

W 8

9558

6 kg

/h M

497

16 k

mol

/h

ID

35 T

103

.7 C

P 3

2.4

bar

W 8

9558

6 kg

/h M

497

16 k

mol

/h

ID

34 T

103

.9 C

P 3

8.0

bar

W 8

9557

0 kg

/h M

497

15 k

mol

/h

ID

11 T

157

.1 C

P 1

8.0

bar

W 5

9412

kg/

h M

329

8 km

ol/h

ID

32 T

81.

9 C

P 3

5.7

bar

W 3

5422

0 kg

/h M

182

00 k

mol

/h

ID

26 T

151

.8 C

P 3

2.4

bar

W 3

3147

5 kg

/h M

222

65 k

mol

/h

ID

16 T

200

.0 C

P 4

8.0

bar

W 2

5200

2 kg

/h

ID

73 T

200

.0 C

P 3

2.3

bar

W 3

3147

6 kg

/h

ID

72 T

151

.8 C

P 3

2.4

bar

W 3

3147

6 kg

/h

ID

17 T

180

.7 C

P 3

6.2

bar

W 4

7681

9 kg

/h

ID

39 T

15.

0 C

P 5

0.0

bar

W 1

2940

3 kg

/h M

718

3 km

ol/h

ID

14 T

468

.3 C

P 4

9.1

bar

W 6

6361

kg/

h M

368

4 km

ol/h

ID

10 T

250

.3 C

P 3

6.3

bar

W 4

7681

9 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

30 T

169

.7 C

P 5

0.0

bar

W 2

5200

2 kg

/h M

139

88 k

mol

/h

qu w

ater

GT

fuel

43

97

46

49

from

gas

ifier

from

gas

ifie

ID

83 T

264

.7 C

P 5

0.6

bar

W 2

6361

kg/

h

5

6 715

13

14

83

71

90

50

80

to g

asifi

er

ID

7 T

308

.7 C

P 3

7.6

bar

W 4

7681

9 kg

/h M

250

05 k

mol

/h

ID

80 T

468

.5 C

P 4

9.6

bar

W 8

5773

kg/

h

ID

75 T

468

.5 C

P 4

9.6

bar

W 1

9116

kg/

h

87

ID

76 T

468

.5 C

P 4

9.6

bar

W 2

96 k

g/hto S

RU

/TG

T

7675

44

74

77

78

to A

GR

84

45

79

81

from

SR

U/T

GT

ID

78 T

202

.1 C

P 6

.1 b

ar W

332

35 k

g/h

ID

81 T

193

.0 C

P 6

.1 b

ar W

425

33 k

g/h

ID

79 T

164

.0 C

P 6

.6 b

ar W

203

06 k

g/h

ID

82 T

182

.8 C

P 6

.1 b

ar W

628

40 k

g/h

ID

77 T

202

.1 C

P 6

.1 b

ar W

331

27 k

g/h

ID

84 T

163

.4 C

P 6

.6 b

ar W

929

9 kg

/h

47

48

51

52

53

8291

92

54

85

43

42

93

ID

91 T

182

.8 C

P 6

.1 b

ar W

457

40 k

g/h

ID

89 T

156

.8 C

P 6

.0 b

ar W

115

378

kg/h ID

92

T 1

82.8

C P

6.1

bar

W 1

7099

kg/

h

ID

93 T

32.

3 C

P 0

.050

bar

W 4

5740

kg/

h88

55

56

57

9410

2

5810

1

104

103

ID 1

03 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 2

0306

kg/

h

ID 1

04 T

157

.0 C

P 1

4.0

bar

W 9

299

kg/h

ID 1

02 T

158

.0 C

P 5

2.0

bar

W 2

6361

kg/

h

to S

RU

/TG

T

to g

asifi

er

to g

asifi

er

59

6086

108

107

109

ID 1

09 T

246

.0 C

P 3

8.0

bar

W 2

96 k

g/h

ID 1

07 T

150

.8 C

P 6

.0 b

ar W

331

27 k

g/h

from

SR

U/T

GT

from

AG

R

106

110

mak

e up

ID 1

10 T

10.

0 C

P 6

.0 b

ar W

191

16 k

g/h

11

89

95

6110

5

111

ID 1

11 T

157

.1 C

P 1

8.0

bar

W 5

9412

kg/

h

ID 1

08 T

69.

0 C

P 6

.0 b

ar W

982

79 k

g/h

Appendix  I6  – CHEMCAD  flow sheet  for  the CO‐shift  for  a GCC  concept with Sie‐

mens gasifier 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

References 

182 

References  [1]  BAEHR, H., KABELAC, S. (2009). Thermodynamik. Grundlagen und technische 

Anwendungen. Springer. Berlin, Heidelberg. ISBN/DOI: 3642005551. [2]  BOHMN, M., HERZOG, H., PARSONS, J., SEKAR, R. (2007). Capture‐ready coal 

plants—Options, technologies and economics. International Journal of Greenhouse Gas Control, 1, 1, 113–120. 

[3]  BP (2011). BP Energy Outlokk 2030. http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_english/reports_and_publications/statistical_energy_review_2008/STAGING/local_assets/2010_downloads/2030_energy_outlook_booklet.pdf. last checked: 2011‐04‐04. 

[4]  CARBO, M., JANSEN, D., DIJKSTRA, J., VAN BUIJTENEN, J., VERKOOIJEN, A. (2009). Pre‐combustion decarbonisation in IGCC: Gas turbine operating window at variable carbon capture ratios. Energy Procedia, 1, 1, 669–673. 

[5]  CHANG; ROUSSEAU; FERRELL (1987). Vapor/Liquid Equilibria of Constitu‐ents from Coal Gasification in Refrigerated Methanol. 

[6]  CHEN, C., RUBIN, E. (2009). CO2 control technology effects on IGCC plant per‐formance and cost. Energy Policy, 37, 915–924. 

[7]  CHIESA, P., CONSONNI, S., KREUTZ, T. (2005). Co‐production of hydrogen, electricity and CO from coal with commercially ready technology. Part A: Per‐formance and emissions. International Journal of Hydrogen Energy, 30, 7, 747–767. 

[8]  CORMOS, C.‐C. (2010). Evaluation of energy integration aspects for IGCC‐based hydrogen and electricity co‐production with carbon capture and stor‐age. International Journal of Hydrogen Energy, 35, 14, 7485–7497. 

[9]  DESCAMPS, C., BOUALLOU, C., KANNICHE, M. (2008). Efficiency of an Inte‐grated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plant including CO2 re‐moval. Energy, 33, 6, 874–881. 

[10]  EMUN, F., GADALLA, M., MAJOZI, T., BOER, D. (2010). Integrated gasification combined cycle (IGCC) process simulation and optimization☆. Computers & Chemical Engineering, 34, 3, 331–338. 

[11]  EURLINGS, J., PLOEG, J. (1999). Process Performance of the SCGP at Buggenum IGCC. Gasification Technologies Conference. San Francisco. 

[12]  EUROPEAN ENERGY EXCHANGE (2012). EU Emission Allowances. http://www.eex.com/de/Downloads/Marktdaten/Emissionsberechtigungen%20‐%20EEX. last checked: 2012‐05‐14. 

[13]  FARINA, G., BRESSAN, L. (1999). Optimizing IGCC design. Foster Wheeler Re‐view, no volume, 17–21. 

[14]  FRANK, P. (2003). Sulphur Tolerant Shift Catalyst ‐ Sulphur Tolerant Shift Catalyst ‐ Dealing with the Bottom of the Barrel Problem Problem. 

[15]  FRATZSCHER, W., MICHALEK, K., BRODJANSKIJ, V. (1986). Exergie: Theorie und Anwendung. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie. Leipzig. ISBN/DOI: 3‐342‐00091‐0. 

References 

183 

[16]  FREY, H., ZHU, Y. (2006). Improved System Integration for Integrated Gasifi‐cation Combined Cycle (IGCC) Systems. Environmental Science & Technology, 40, 5, 1693–1699. 

[17]  GEOSITS, R., SCHMOE, L. (2005). IGCC ‐ The challanges of integration. ASME Turbo Expo 2005: Power for Land, Sea and Air. Reno‐Tahoe, Nevada, USA. 

[18]  GMEHLING, J., BREHM, A. (1996). Lehrbuch der technischen Chemie. Grundoperationen. Wiley‐Vch Verlag Gmbh. ISBN/DOI: 3‐527‐30851‐2. 

[19]  GRÄBNER, M. (2012). Modeling‐based evaluation of coal gasification pro‐cesses for high‐ash coal. Dissertation. TU Bergakademie Freiberg. Freiberg. 

[20]  GRÄBNER, M., MORSTEIN, O. von, RAPPOLD, D., GÜNSTER, W., BEYSEL, G., MEYER, B. (2010). Constructability study on a German reference IGCC power plant with and without CO2‐capture for hard coal and lignite. Energy Conver‐sion and Management, 51, 11, 2179–2187. 

[21]  GRÄBNER, M.; OGRISECK, S.; OGRISECK, K.; KUSKE, E.; ABRAHAM, R.; GÜNSTER, W.; METZ, T.; KOSS, U.; JENSEN, S.; RIEGER, M.; WOLF, K.‐J.; RENZENBRINK, W.; RAINER, H.; FOLKE, C.; KOROBOV, D.; BEYSEL, G.; ALEXEEV, A.; HANNEMANN, F.; KARKOWSKI, G.; HIGMAN, C.; VON MORSTEIN, O.; RAPPOLD, D.; GRAEBER, C.; RIEDL, K.; KITTEL, J.; HEIL, S.; ROST, M.; BRUNNHUBER, C.; ULBRICHT, I.; WORLITZ, F.; ROTTENBACH, T.; RAUCHFUß, H.; ROCHNER, I.; BAUERSFELD, D.; TROMPELT, M.; GUHL, S.; BRENNER, S.; MEYER, B. (2008). Schlussbericht "Verbundvorhaben COORIVA: Baubarkeitsuntersuchungen für ein IGCC‐Referenzkraftwerk ab 2015 für Braun‐ und Steinkohle mit CO2‐Rückhaltung". http://edok01.tib.uni‐hannover.de/edoks/e01fb09/60863980X.pdf. last checked: 2011‐04‐29. 

[22]  HIGMAN, C., VAN DER BURGT, M. (2003). Gasification. Elsevier/Gulf Profes‐sional Pub. Boston, Mass. ISBN/DOI: 0‐7506‐7707‐4. 

[23]  HOCHGESANG, G. (1970). Rectisol and Purisol ‐ Efficient Acid Gas Removal for High Pressure Hydrogen and Syngas Production. European and Japanes Chemical Industries Symposium, Vol. 62, No. 7. 

[24]  HOLT, N. (2000). Evaluation of Innovative Fossil Fuel Power Plants with CO2 Removal. EPRI, Palo Alto, CA, U. S. Department of Energy — Office of Fossil Energy, Germantown, MD and U. S. Departmentof Energy/NETL, Pittsburgh, PA: 2000. 1000316. 

[25]  HOLT, N. (2002). Updated Cost and Performance Estimates for Fossil Fuel Power Plants with CO2‐Removal. Electric Power Research Institute, Interim Report. 

[26]  HOLT, N. (2006). Gasification Technology Status. EPRI, Report ID: 1012224. [27]  HORLOCK, J., WATSON, D., JONES, T. (2001). Limitations on Gas Turbine Per‐

formance Imposed by Large Turbine Cooling Flows. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 123, 3, 487. 

   

References 

184 

[28]  HORNICK, M., MCDANIEL, J. (2002). Tampa Electric Polk Power Station Inte‐grated Gasification Combined  Cycle Project – Final technical report. Work performed under cooperative agreement DE‐FC‐21‐91MC27363 for the U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, National Energy Technology Laboratory, Morgantown, West Virginia. 

[29]  HUANG, Y., REZVANI, S., MCILVEEN‐WRIGHT, D., MINCHENER, A. (2008). Techno‐economic study of CO2 capture and storage in coal fired oxygen fed entrained flow IGCC power plants. Fuel Processing Technology, 89. 

[30]  IEA (2010). World Energy Outlook 2010. http://www.worldenergyoutlook.org/docs/weo2010/weo2010_london_nov9.pdf. last checked: 2011‐04‐04. 

[31]  IEA GREENHOUSE GAS R&D PROGRAMME (2003). Potential for improve‐ment in gasification combined cycle power generation with CO2 capture. 

[32]  INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (2009). Gas Turbines ‐ Acceptance Tests, 2314:2009. 

[33]  JONSSON, M.; BOLLAND, O.; BÜCKER, D.; ROST, M. (2005). Gas turbine cool‐ing model for evaluation of novel cycles. 

[34]  KATZER, J. (2007). The future of coal‐Options for a carbon‐constrained world. Massachusetts Institute of Technology. Boston, MA. ISBN/DOI: 978‐0‐615‐14092‐6. 

[35]  KIM, Y., LEE, J., KIM, T., SOHN, J., JOO, Y. (2010). Performance analysis of a syngas‐fed gas turbine considering the operating limitations of its compo‐nents. Applied Energy, 87, 5, 1602–1611. 

[36]  KLARA, J., PLUNKETT, J. (2010). The potential of advanced technologies to reduce carbon capture costs in future IGCC power plants. International Jour‐nal of Greenhouse Gas Control, 4, 2, 112–118. 

[37]  KLOSTER, R. (1999). Thermodynamische Analyse und Optimierung von Gas‐/Dampfturbinen‐Kombi‐Kraftwerken mit integrierter Kohlevergasung. VDI. Düsseldorf. ISBN/DOI: 3‐18‐340906‐2. 

[38]  KOHL, A., NIELSEN, R. (1997). Gas purification. Gulf Pub. Houston, Tex. ISBN/DOI: 0884152200. 

[39]  KUNZE, C., SPLIETHOFF, H. (2010). Modelling of an IGCC plant with carbon capture for 2020. Fuel Processing Technology, 91, 8, 934–941. 

[40]  LECHNER, C. (2010). Stationäre Gasturbinen. Springer. Berlin, Heidelberg. ISBN/DOI: 3540927875. 

[41]  LEE, C., LEE, S., YUN, Y. (2007). Effect of air separation unit integration on integrated gasification  combined cycle performance and NOx emission char‐acteristics. Korean Journal of Chemical Engineering, 24, No. 2, 368–373. 

[42]  LEE, J., KIM, Y., CHA, K., KIM, T., SOHN, J., JOO, Y. (2009). Influence of system integration options on the performance of an integrated gasification com‐bined cycle power plant. Applied Energy, 86, 9, 1788–1796. 

[43]  MARTELLI, E., KREUTZ, T., CONSONNI, S. (2009). Comparison of coal IGCC with and without CO2 capture and storage: Shell gasification with standard vs. partial water quench. Energy Procedia, 1, 1, 607–614. 

References 

185 

[44]  MAURSTAD, O. (2005). An Overview of Coal based Integrated Gasification Combined Cycle  (IGCC) Technology. http://lfee.mit.edu/publications, Publi‐cation No. LFEE 2005‐002 WP. 

[45]  NATIONAL ENERGY TECHNOLOGY LABORATORY (NETL) (2002). Evaluation of Fossil Fuel Power Plants with CO2 Recovery. Contract No. DE‐AM26‐99FT40465 between the National Energy Technology Center (NETL) and Concurrent Technologies Corporation (CTC). 

[46]  NATIONAL ENERGY TECHNOLOGY LABORATORY (NETL) (2007). Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants, Volume 1:  Bituminous Coal and Natural Gas to Electricity, Final Report. DOE/NETL‐2007/1281. 

[47]  NATIONAL ENERGY TECHNOLOGY LABORATORY (NETL) (2010). Cost and performance baseline for fossil energy plants. Volume 1: Bituminous coal and natural gas to electricity. 

[48]  NEWMAN, S. (1985). Acid and sour gas treating processes. Latest data and methods for designing and operating today's gas treating facilities. Gulf Pub. Co. Houston. ISBN/DOI: 0872018393. 

[49]  ORDORICA‐GARCIA, G., DOUGLAS, P., CROISET, E., ZHENG, L. (2006). Technoeconomic evaluation of IGCC power plants for CO2 avoidance. Energy Conversion and Management, 47, 15‐16, 2250–2259. 

[50]  PARDEMANN, R. (2006). Modellierung des Betriebsverhaltens von fort‐schrittlichen Gasturbinen für IGCC‐ und Polygeneration‐Kraftwerksanwendungen. Diplomarbeit. TU Bergakademie Freiberg. 

[51]  PRELIPCEANU, A.; KABALLO, H.‐P.; KERESTECIOGLU, U. (2007). Linde Rectisol Wash Process. 2nd International Freiberg Conference on IGCC & XtL Technologies. 

[52]  RUBIN, E., CHEN, C., RAO, A. (2007). Cost and performance of fossil fuel pow‐er plants with CO2 capture and storage. Energy Policy, 35, 9, 4444–4454. 

[53]  SCHINGNITZ, M.; GÖRZ, J. (1998). Die Einstellung thermodynamischer Gleichgewichte bei der Vergasung von Rest‐ und Abfallstoffen durch die Noell‐Flugstromvergasungstechnologie. DECHEMA Jahrestagung, 27.05.1998. 

[54]  SCHMALFELD, J. (2008). Die Veredlung und Umwandlung von Kohle. Techno‐logien und Projekte 1970 bis 2000 in Deutschland. DGMK. Hamburg. ISBN/DOI: 978‐3‐936418‐88‐0. 

[55]  SCHREINER, B. Der Claus‐Prozess. Chemie in unserer Zeit, 2008, 42, 378–392. [56]  SIEMENS AG. Siemens Gas Turbine SGT5‐4000F. 

http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power‐generation/gas‐turbines/SGT5‐4000F/downloads/SGT5‐4000F_Brochure_2008.pdf. last checked: 2012‐01‐04. 

[57]  SMITH, I. (2009). Gas turbine technology for syngas/hydrogen in coal‐based IGCC. IEA Clean Coal Centre. London. ISBN/DOI: 978‐92‐9029‐475‐7. 

[58]  SPLIETHOFF, H. (2010). Power generation from solid fuels. page 611‐612. Springer. Heidelberg, New York. ISBN/DOI: 978‐3‐642‐02855‐7. 

[59]  TRAUPEL, W. (2001). Thermische Turbomaschinen. Springer. Berlin [u.a.]. ISBN/DOI: 3‐540‐67377‐6. 

References 

186 

[60]  ULLMANN. Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry. Gas Production (2003). Wiley‐VCH. Weinheim, Germany. ISBN/DOI: 978‐3‐527‐30673‐2. 

[61]  VDI (2006). VDI‐Wärmeatlas. Springer. Berlin ;, Heidelberg, New York. ISBN/DOI: 978‐3‐540‐25504‐8. 

[62]  VOß, A.; WISSEL, S.; RATH‐NAGEL, S.; BLESL, M.; FAHL, U. (2008). Stromer‐zeugungskosten im Vergleich. http://www.ier.uni‐stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/Arbeitsbericht_04.pdf. last checked: 2012‐05‐25. 

[63]  WABASH. Wabash River Coal Gasification Repowering Project ‐ Final tech‐nical report. Work performed under cooperative agreement DE‐FC‐21‐92MC29210 for the U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, Na‐tional Energy Technology Laboratory, Morgantown, West Virginia (2000). 

[64]  WANG, Y., QIU, P., WU, S., LI, Z. (2010). Performance of an Integrated Gasifica‐tion Combined Cycle System with Different System Integration Options. Energy & Fuels, 24, 3, 1925–1930. 

[65]  WEIß, S., MILITZER, K.‐E., GRAMLICH, K. (2001). Thermische Verfahrens‐technik. Mit 54 Tabellen. [Wiley‐VCH]. [Weinheim]. ISBN/DOI: 3‐342‐00664‐1. 

[66]  ZUIKER, J. GE Gasification Technology Update. http://www.gasification.org/uploads/downloads/Conferences/2010/35ZUIKER.pdf. last checked: 2012‐05‐25. 

 


Recommended