Guillaume MOUGIN Fabrice DEL CORSO AIR LIQUIDE Projet OXYBAC
Guillaume MOUGINFabrice DEL CORSO
AIR LIQUIDE
Projet OXYBAC
Le projet OXYBAC
Production d'OXYgène à BAsse Consommation d'énergie dédiée à l'oxycombustion
Partenaires : • Organismes publics:
– ARMINES – CEP (Mines-Paristech)
Institut PPRIME (ENSMA, Poitiers)
LGC (INPT/ENSIACET, Toulouse)
Entreprises privées :– Air Liquide
CIAT
Date de début du projet : Décembre 2007
Date de fin du projet : Mai 2012
Budget total : 1423 k€
Aide accordée : 789 k€
FCHH
Technologies for Clean Power Production
Partial OxidationGasificationReforming
Post combustion capture
Example: AminesN2/CO2 separation
Transport
Shift CO+H2O<>CO2+H2
+ Rectisol
H2 Gas Turbine
Pre-combustion/IGCC
Oxy-combustion
Post-combustion
Storage
CO2 capture units1
2
3
Air Boiler
Gasifier (IGCC)C+1/2O2<>CO
Oxy-boilerC+O2<>CO2
Cryogenic Purification
(CPU)
Compression or liquefaction
Fossil fuels
Fossil fuels
(e.g. Coal)
1
2
3O2
Water, inert gasesSulphurAsh
Coal
CO2 transport & storage
Required bricks for CCS compared
to reference plant without CCSAIR
Oxy-Combustion for CCS on coal fired boilers
steam turbine power generator
steam
water (H2O)
Boiler
O2
CO2
Mixer
ESP* FGD*
CO2 recycle
ASU
CO2 cryogenic purification
unit
*ESP: Electro-Static Precipitation. FGD: Flue Gas Desulphurization
Principes de la colonne diabatique
1- Schéma fonctionnel d’une ASU
AIRAtmosphérique
COMPRESSION
EPURATION
Echange
de Chaleur
DISTILLATION
Production
de froid
Produits gazeux
Produits Liquides
Principes de la Colonne diabatique
2- La double colonne
Oxygène liquide
Azote gazeux haute pression
Azote liquide moyenne pression
Colonne BP
Colonne MP
vapo-condenseur
Oxygène gazeux
Liquide 2
Liquide 1
Azote résiduaire basse pression
Air Gazeux
Oxygène gazeux
Echangeur
Azote gazeux
Azote liquide
Oxygène liquide
5.4 bar
1.4 bar
Source principale de la consommation d’énergie (compression de l’air 200 à 250 kw.h/tonne d’oxygène)
Principes de la colonne diabatique
3- Intérêt
BP
MP
Transfert de chaleur
Température
Hau
teur
Principes de la colonne diabatique
3- Intérêt
BP
MP
Transfert de chaleur
∆∆∆∆T Température
Hau
teur
Principes de la colonne diabatique
3- Intérêt
BP
MP
Transfert de chaleur
Pression de la colonne MP baissée à 3.5 bar
Température
Hau
teur
• Explorer une voie de rupture pour la production
d’oxygène pour l’oxycombustion
– Conception, fabrication et test d’un prototype de colonne
de distillation diabatique
• Développer les méthodologies pour caractériser les
écoulements de films liquides cisaillés par un gaz
avec transfert de chaleur et de matière
– Montage d’un banc expérimental
– Développement d’un code de simulation numériqueFCHH
Objectifs et positionnement du projet
Défis scientifiques et technologiques
• Améliorer la connaissance au niveau des écoulements diphasiques à film liquide tels que ceux rencontrés dans les colonnes à distiller diabatiques– Le couplage des phénomènes de transfert de chaleur et de transfert
de matière apporte une complexité supplémentaire et réduit les degrés de liberté. La précision requise pour l’industrialisation est donc supérieure à celle requise pour les équipements faisant uniquement du transfert de chaleur ou du transfert de matière.
• Disposer de méthodes et d’outils de simulation et dimensionnements précises de colonnes à distiller diabatiques– La taille très importante des équipements requises pour la production
d’oxygène pour Oxycombustion rend très pénalisantes les marges de dimensionnement.
• Fabrication et le test d’une maquette à l’échelle 1/100e permettant à un coût raisonnable d’évaluer une méthode de fabrication et d’exploitation industrielle d’une technologie adaptée de colonne diabatique
Prototype de colonne diabatique
Solution retenue
• Faisceau tubulaire
– Distillation BP à l’intérieur
des tubes
– Distillation MP à l’extérieur
• Point critique : engorgement
– Solution de distribution liquide
proposée
• Influence de la texture des
tubes sur le transfert de
chaleur
Faisceau tubulaireInjection
liquide
Plaques support
Boite d’extrémité
Prototype de colonne diabatique
Etat d’avancement
Cahier des charges
Code de dimension-nement
Dimension-nement
Dossier de conception
Fabrication
Dossier de modification
Réalisation des modifications
Réalisationdes tests
Etat de l’art
Banc d’essai des films cisaillés
• Mesure de type PLIF :
– Ajout de fluorescéine dans l’eau
– Eclairement du film liquide à l’aide
d’une lampe UV
– Mesure de l’intensité de
fluorescence à l’aide d’une caméra
rapide
– Avancement :
– Fait : état de l’art et étude de
similitude
– Fait : conception et montage de la
manip
– Fait : calibration du dispositif de
mesure
– Fait : campagne de mesure
Code de simulation numérique
• Fait : état de l’art, développement du modèle et programmation du code
– Film mince en paroi
– Surfaces courbes
– Couplage avec la phase vapeur turbulente
• Fait : tests de validation
– Instabilité d’un film plan, dynamique ondulatoire
– Effet des surfaces ondulées
– Effet d’obstacles ponctuels
• Perspectives :
– Prise en compte du transfert de masse (hors projet)
– Comparaison avec les mesures du LGC
Bilan provisoire
• 9 rapports internes partagés
• 2 codes de calcul
• 5 publications
• 1 présentation en congrès
• 2 thèses soutenues
• Un prototype en cours de fabrication
• Perspectives suite aux essais : – Evaluation économique incluant CAPEX
– Scale up de la technologie
– Dissémination de la technologie pour d’autres procédés de distillation ou d’absorption
Nouveau design d’ASU pour oxy-combustion
30 MWth
Example of CO2 purification development
roadmap
2009 2011 2015
100 MWth 3000 tpd CPU* Design for 300 MWth Demonstration Plant
* CPU: CO2 purification unit
Lacq
Callide
1ère centrale électrique de grande taille à oxycombustion, à Meredosia (Illinois)Programme DOE
Merci de votre
attention