Capture Pilot Final Report - ukccsrc.ac.uk

107
` PreFeasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico (World Bank Contract 7175527) Final Report by Nexant, Inc. In partnership with: Bechtel Corporation May 18, 2016

Transcript of Capture Pilot Final Report - ukccsrc.ac.uk

 

  `                         

Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico (World Bank Contract 7175527) 

 Final Report 

 by Nexant, Inc. 

 In partnership with:  Bechtel Corporation 

   

May 18, 2016  

     

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 2 

Disclaimer

This study report was prepared by Nexant under a contract with the World Bank. Neither Nexant nor any of its employees or team members make any warranty, express or implied, or assume any legal liability or responsibility for the accuracy, completeness, or usefulness of any information, apparatus, product, or process disclosed, or represent that its use would not infringe upon privately own rights. Reference herein to any specific commercial process, product or service by trade name, trademark, manufacturer, or otherwise, does not necessarily constitute or imply its endorsement, recommendation, or favoring by any entity identified herein.

Task 1, the Technology Evaluation Study, was performed, in part, based on information that was provided to Nexant under the terms of Non-Disclosure Agreements with several technology licensors. No third-party proprietary information and/or data are directly revealed in the report. In performing the study, Nexant had to adjust some of the data and fill in any missing information, thus rendering the study results and conclusions as only Nexant’s interpretation of the technologies.

While it is believed that the information contained in this report will be reliable under the conditions and subject to the limitations set forth herein, Nexant cannot guarantee the accuracy thereof. The views and opinions expressed herein and, in particular, in the documentation that constitute this study are specifically those of the authors of this study. The use of this report or any information contained therein shall be at the user’s own risk.

Executive Summary

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 3 

EXECUTIVE SUMMARY 

E.1 PROJECT BACKGROUND 

The  subject  study was  performed  as  part  of  an  ongoing World  Bank  funded  project  to  develop 

capacity  for carbon capture, utilization and storage  technology  (CCUS)  in Mexico. This project has 

the overall objective of supporting Mexico’s Secretaria de Energia (SENER) and other Government of 

Mexico (GoM) stakeholders with the  implementation of the Mexican CCUS roadmap. The ultimate 

goal is to successfully develop and deploy CCUS in the electricity and oil and gas industries in Mexico 

as well as in others, such as iron and steel, cement and chemical industries.   

An integral and critical part of this Mexican CCUS roadmap is the design, construction, and operation 

of a CO2 capture pilot plant, which would demonstrate the potential and feasibility of capturing CO2 

from  natural  gas  combined  cycle  (NGCC)  power  plants  in  Mexico.  This  endeavor  will  create  a 

knowledge  base  for  the  various  stakeholders  and  the  experience  gained  from  this  study  will 

hopefully allow them to develop larger projects in the future and further advance the application of 

CCUS in Mexico. 

E.2 STUDY OBJECTIVES 

The Nexant team was  tasked  to carry out a pre‐feasibility study  to: 1) assess and recommend  the 

most  appropriate  commercially‐available  post‐combustion  capture  technology  for NGCC  power 

plants  in Mexico, and 2) develop a conceptual design of a capture pilot plant to be  located at the 

250 MW Poza Rica NGCC  generating  station  in  the  State of Veracruz.  The pilot plant  conceptual 

design was to be developed with sufficient process details  in order to enable the preparation of a 

front end engineering design (FEED) package as part of a Phase II activity for the project. The FEED 

preparation is not part of the current pre‐feasibility study.  

It should be noted that initially another power plant, Dos Bocas, which is also located in the state of 

Veracruz, was  identified as a potential  site  for  the  study as well. However,  the project  team was 

later  informed that Dos Bocas would not be a suitable site, as the power plant  is scheduled to be 

shut down in 2018. 

E.3 WORK SCOPE AND DELIVERABLES 

The project work scope consists of five major tasks as follows: 

Task  1  –  Technology  Selection,  Evaluation  and  Recommendation  of  Best  Available  NGCC  Post‐

Combustion CO2 Capture (PCC) Technologies 

Subtask 1.1 ‐ Plant and Site Data Requisition and Preparation of a Study Design Basis  

Subtask 1.2 – Project Kickoff Meeting and Site Visit  

Subtask 1.3 – Technology Survey Questionnaire Preparation  

Subtask 1.4 – Technology Screening, Evaluation and Selection  

Task 2: Interim Report Meeting with Recommendations  

Task 3:  Pilot Plant Feasibility Design 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 4 

Subtask 3.1 – CO2 Capture Pilot Plant Process Design 

Subtask 3.2 – NGCC/PCC Integration 

Task 4: Final Report 

Task 5: Workshop  

A  copy  of  the  Project Work  Scope/Terms  of  Reference,  as  amended  on  September  25,  2015,  is 

included in Appendix B. 

The Task 1 Report  (delivered as part of Task 2) summarizes all work performed under Task 1. The 

Task 1 results were presented at a project review meeting and workshop, which were organized by 

the World Bank and SENER on January 27‐29, 2016.  

The Task 3 report describes the work performed under Task 3 ‐ Pilot Plant Feasibility Design.   

A  final Workshop  for  the project,  as  Task  5  activity, was  given  to  the World Bank  and  the GoM 

stakeholders on May 11, 2016. 

E.4 TASK 1 – TECHNOLOGY SELECTION, EVALUATION AND RECOMMENDATION OF BEST AVAILABLE PCC TECHNOLOGIES 

E.4.1 Pre‐Screening and Selection of PCC Technologies 

Based on previous work  conducted by  the US Department of Energy  (USDOE) and Electric Power 

Research  Institute  (EPRI)  assessing  the  technology  readiness  level  (TRL) of different  types of PCC 

technologies, as well as Nexant’s own assessment of current state‐of‐the‐art PCC technologies, the 

Nexant team recommended to the World Bank that the pre‐feasibility design should be focused on 

solvent‐based absorption processes. This  recommendation was made  in order  to meet  the World 

Bank and the GoM team’s desire to build and complete operation of the Poza Rica NGCC pilot plant 

by  2019,  based  on  commercially‐available  PCC  technology  for  near  term  deployment.  This 

recommendation was discussed and accepted by the World Bank, SENER and the Comisión Federal 

de Electricidad (CFE) representatives at the Project Kickoff (KO) meeting in the CFE office on October 

27,  2015.  A  list  of  ten  potential  advanced  solvent‐based  absorption  PCC  technology 

developers/licensors were collectively  identified, selected and asked to participate  in the study. Of 

the ten PCC licensors contacted, six responded positively and were willing to participate while four 

declined, for various reasons. Table E‐1 summarizes the PCC licensors’ responses. 

Nexant developed a study Design Basis, based in part on the Poza Rica plant data that were provided 

by  CFE.    Based  on  the  study  Design  Basis,  a  Technology  Survey Questionnaire was  prepared  to 

collect process  information  from  the six PCC  technology developers. The  responses  received  from 

the questionnaire, supplemented with Nexant team’s in‐house knowledge, formed the basis for the 

technology screening, evaluation and comparison of the processes. 

Table E‐1 List of PCC Licensors Participation Responses 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 5 

Accepted to Participate  Declined to Participate 

Alstom (Advanced Amine Process) 

BASF 

Fluor 

HTC 

MHI 

Shell Cansolv 

Aker Solutions 

CO2 Solutions 

Hitachi  

Siemens  

E.4.2 Overall NGCC Performance Before and After Full‐Scale PCC Retrofit 

Nexant developed a reference generic 30% MEA‐based PCC process design to serve as a benchmark 

for comparing the performance of the six PCC technologies participated in the study, assessing their 

claimed  improvement and  filling  in any missed data  that are needed  for  their  full‐scale Poza Rica 

retrofit analysis. A companion power train model was also developed for the Poza Rica NGCC plant 

to estimate  its performance before and after  full‐scale PCC  retrofit. Figure E‐1  shows a  simplified 

flow scheme of the retrofitted plant and its PCC interfacing requirements.  

Table E‐2 summarizes the overall Poza Rica plant performance and power balance before and after 

PCC retrofitting, for the generic 30% MEA design, as well as the six proprietary PCC technologies.  All 

six of the proprietary amine‐based PCC technologies show a  lower heat of regeneration compared 

to generic 30% MEA, by about 20 to 25%.  Within the group, however, the difference is rather small, 

only  ±  3%.   As  a  result,  all  six  technologies  show  an  improvement  in  overall  efficiency  over  the 

generic 30% MEA based retrofitted Poza Rica plant – a loss of plant efficiency ranging from 8.4 to 9.3 

percentage points instead of 9.9 percentage points.  

E.4.3 Poza Rica NGCC PCC Retrofit Economic Evaluation Results 

The six PCC technologies were compared and ranked using the Cost of Electricity (COE) as the figure‐

of‐merit to estimate Poza Rica’s potential economic penalty with CO2 capture. COE is a measure of 

the  revenue  received per net MWh  that provides  the  stipulated  internal  rate of  return on equity 

over the entire economic analysis period. 

Table E‐3 shows the incremental COE for each of the PCC technologies retrofitted into the Poza Rica 

NGCC  plant.  The  various  PCC  licensors’  technologies  were  ranked  for  comparative  purposes 

according to their incremental COEs; the lower the incremental COE, the higher the ranking.  

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 6 

Figure E‐1 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Simplified BFD 

Existing NGCC, No Change Design & Cost by Nexant Design & Cost by PCC Licensor Design & Cost by Others

3 IdenticalSteam Turbines

Single GT/HRSG

HP SH Steam

CO2-Rich Flue Gas

Post-PCC Retrofit Poza Rica NGCC

GT/HRSG:1. 163 MW Siemen/Westinghouse GT2. 1,595 MMBtu(LHV)/Hr NG Firing3. 900 MMBtu/Hr HRSG Abs Duty4. 580,000 #/Hr HP Stm

Three Identical Siemen Stm Turb:1. 192,000 #/Hr HP SH Stm Each2. 1,100 psig/975 F HP SH Stm3. 27 MW Gross Pre-PCC Each

PCC Plant CO2 Recovery

PCC Plant CO2

Compression

LP CO2

S/CCO2

CO2-Lean Flue Gas Vent from Absorber top

Flue Gas Booster Blower

Other NGCC Plant Modifications:1. CW/CT Systems2. Raw & Filtered Water Systems3. RO/De-Ionized Water System 4. Electrical Distribution Systems5. Inter-Connecting Pipings

Super-CriticalCO2 to EOR Via

Pipeline

BP Power Recovery Turbine

LP Sat SteamCondensat

De-Superheater

 

Executive Summary

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 7 

Table E‐2 Poza Rica NGCC Pre‐PCC vs Post‐PCC Retrofit Performance Summary 

See Note 1 Pre‐PCCGeneric 30% 

MEA PCCAlstom BASF Fluor

HTC 

PurenergyMHI Shell CanSolv

NGCC CO2 Emissions, MTPD (STPD) 2297 (2532) 345 (380) 328 (362) 344 (379) 229 (252) 346 (381) 346 (381) 342 (377)

Recovered CO2 Product, MTPD (STPD) 0 (0) 1952 (2152) 1969 (2170) 1953 (2153) 2068 (2280) 1951 (2151) 1951 (2151) 1955 (2155)

% CO2 Capture 0 85% 86% 85% 90% 85% 85% 85%

Power Balance, MW

     Generation

          Gas Turbine Gross Output 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6

          Steam Turbine Gross Output  82.5 39.6 49.6 49.4 46.0 46.7 49.2 49.4

          Back Pressure Turbine 0 21.6 17 17 18 18 17 16.7

     Total Gross Output 249.1 227.8 232.8 232.7 231.0 231.3 232.6 232.7

    Auxiliary Consumption

         Existing NGCC Plant Parasitic Loads 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2

         Flue Gas Blower 0 8.8 8.8 8.8 8.8 8.8 8.8 8.8

         PCC + CO2 Compression + Plant Mods 0 16.1 17.3 14.1 16.6 14.0 15.7 14.2

     Total New PCC Parasitic Load 7.2 32.0 33.3 30.1 32.5 29.9 31.7 30.1

Net Power Plant Export, MW 241.9 195.8 199.5 202.6 198.4 201.4 200.9 202.5

              Delta Plant Export, MW       ‐46.1 ‐42.4 ‐39.3 ‐43.4 ‐40.5 ‐41.0 ‐39.3

              % Plant Export Reduction       ‐19% ‐18% ‐16% ‐18% ‐17% ‐17% ‐16%

Net Plant Heat Rate, MJ/kWh (Btu/kWh) 6.94 (6584) 8.57 (8134) 8.42 (7984) 8.28 (7860) 8.46 (8025) 8.33 (7907) 8.35 (7926) 8.29 (7862)

Net Plant Efficiency, % LHV 51.8 42.0 42.7 43.4 42.5 43.2 43.1 43.4

              Delta Plant Efficiency, percentage pt   ‐9.9 ‐9.1 ‐8.4 ‐9.3 ‐8.7 ‐8.8 ‐8.4

Incremental Water Import, lpm (gpm) 0 (0) 1537 (406) 3058 (808) 1718 (454) 1618 (427) 1328 (351) 2561 (676) 1580 (417)  Note 1: Values presented here are Nexant’s interpretation of the data provided by the PCC licensors. 

 

 

Executive Summary

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 8 

Table E‐3 Incremental PCC Costs for Various Licensors 

Generic 

30% MEA 

PCC Design  Alstom 

BASF / 

Linde Fluor

HTC 

Purenergy MHI

Shell 

CanSolvCAPEX Estimate, $MM US USGCPCC Plant + CO2 Compression 

[Note 2] 181.4 234.7 187.7 181.9 194.5 178.8 194.9

Flue Gas Blower 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2

Poza Rica Plant Modifications 32.8 32.4 30.4 31.9 29.1 30.9 30.4

TOTAL 228.4 281.4 232.3 228.0 237.8 223.9 239.5

 O&M Estimate, $MM US

Variable Costs [Note 3] 7.6 7.6 7.6 7.5 7.3 7.5 7.5

Fixed Costs 11.0 13.3 11.1 10.9 11.4 10.8 11.6

TOTAL  18.5 21.0 18.7 18.5 18.7 18.3 19.1

37.6 41.4 35.3 36.5 36.2 35.1 36.0N/A 6 2 5 4 1 3Ranking based on COE

Estimated Post‐Combustion CO2 Capture Costs

Incremental Costs to Poza Rica 

NGCC without CO2 Capture 

[Note 1]

Estimated Cost of Electricity 

(COE), $/MWh [Note 4]

 Note 1 ‐ Values presented here are Nexant’s interpretation of the data provided by the PCC licensors. 

Note 2 ‐ All figures except Nexant’s 'Generic 30% MEA Design' are based on vendor‐provided data, which are considered proprietary. 

Note 3 ‐ Major component is the amine replacement costs, which are considered proprietary.  

Note 4 ‐ Incremental to estimated existing Poza Rica NGCC COE of $40.69/MWh 

 

 

Executive Summary

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 9 

Figure E‐2 Incremental COEs for Various Licensors after CO2 Capture Rate Adjustment for Fluor 

36.5 

35.1  35.3 36.0  36.2 

41.4 

35.0 

25

30

35

40

45

Fluor MHI BASF Shell CanSolv HTC Purenergy Alstom

Increm

ental COE, $/M

Wh

Incremental COE based on Licensors' DataIncremental COE Adjusted for 85% CO2 Capture for Fluor

 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 10 

E.4.4 Economic Evaluation Results after CO2 Capture Rate Adjustments 

Table E‐2 shows the comparison of the six PCC technologies against 30% MEA, all at about 85% CO2 

capture – except  for Fluor.   While Nexant’s questionnaire  specified  for a PCC design  from  the  six 

developers to capture 85% of the CO2 from Poza Rica plant flue gas, Fluor provided data based on a 

capture rate of 90%. Nexant made the adjustments by pro‐rating Fluor’s total CO2 regeneration duty 

from  90%  to  85%;  revising  the  PCC  auxiliary  power  consumption,  CO2  compression  power 

requirements and cooling duty; and reducing  its costs accordingly. Figure E‐2 presents the revised 

COEs graphically, before and after the CO2 capture rate adjustment for Fluor. With the adjustment, 

the estimated COE is lower for Fluor compared to the other five PCC developers. 

E.4.5 Conclusions and Recommendations 

Within the level of data accuracy for the study, it would be reasonable to conclude that the top five 

proprietary PCC technologies all have similar economic performance and it cannot be determined, 

with certainty, that one is clearly superior to the others. If three ‘top of class’ candidates must be 

chosen from the list based on their COE results, then these would have to be Fluor, MHI, and BASF, 

as shown in Figure E‐2. However, final technology selection for future Poza Rica PCC implementation 

would most  likely  need  to  take  into  other  factors  for  consideration,  such  as  process  guarantee, 

technology licensing fee, willingness to work with the GoM stakeholders to take on an active role in 

the project, etc., as required. 

The original Task 1 PCC technology evaluation objective was to select the best technology and then 

have  the  technology  licensor design and build a pilot plant  to  test  the selected PCC process. This 

means that only the selected amine technology can be tested due its proprietary nature. The Task 1 

study  results showed  that  it  is not possible  to choose  the best PCC  technology with any certainty 

because  there  is very  little performance and cost differences among  the  top  few  technologies.  In 

addition,  there  are  almost no data  regarding  trace  contaminant  emissions, which  can potentially 

shut down a PCC process regardless of its performance or economic advantages.  

 

Since none of the top proprietary PCC technologies stands out among the rest, and all of them are 

amine‐based technologies that operate along the same basic principles as an MEA plant, therefore, 

in order to proceed with the pilot plant design  in Task 3, Nexant proposed that  it be designed for 

generic MEA, but with additional design features that grants it flexibility to allow for the testing and 

validation  of  other  amine‐based  technologies.  This  recommendation was  accepted  by  the World 

Bank  team, which  subsequently  amended  the  Terms  of  Reference  (TOR)  to  accept  a  pilot  plant 

process design package based on generic MEA for Task 3, as shown in Appendix B. 

E.5 TASK 3 – CO2 CAPTURE PILOT PLANT FEASIBILITY STUDY  

E.5.1 Pilot Plant Size Selection 

In order to proceed with the pilot plant design, an  initial project task was to come up with a pilot 

plant  size  agreeable  to  all  parties.  To  facilitate  that  effort,  Nexant  performed  an  analysis  and 

presented  the  results  showing  the  impacts  of  PCC  pilot  plant  size  on  the  Poza  Rica NGCC  plant 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 11 

performance and its various support facility demands, at the Oct 5, 2015 meeting at CFE’s office in 

Mexico City. Since the general consensus  is that MEA‐based PCC  is the  least efficient option out of 

the six near‐commercial PCC technologies which are all amine‐based, a pilot plant designed for MEA 

should  be  able  to  accommodate  testing  the  other  technologies  with  minimal  pre‐investment 

modifications to the capture plant design.  

After reviewing the integration requirement for PCC pilot plant sizes ranging from treating 1% to up 

to 25% of the flue gas from the Poza Rica NGCC gas turbine (GT), Nexant recommended that the PCC 

pilot plant be sized to treat no more than 5% of the GT flue gas flow based on maximum utilization 

of existing NGCC support facilities without adding new capacities. 

Nexant provided its recommendation and rationale for the 5% pilot plant size selection to the World 

Bank on January 27, 2016. Because actual pilot plant capital cost can only be developed after pilot 

plant size  is defined and  its design  is carried out, only an estimated relative capital cost curve was 

provided during the preliminary size selection evaluation.  In addition, since pilot plant funding and 

operational  length  were  not  defined  at  the  January  27  meeting,  Nexant’s  5%  pilot  plant  size 

recommendation was based only on the plant’s technical viability and  its potential  impacts on the 

Poza Rica plant operations. While it is desirable to have a relatively large pilot plant with the ability 

to better assess technology scale up,  it was also recognized that costs (both CAPEX and O&M) can 

be prohibitive with a large scale pilot plant. 

After  the  January  meeting,  subsequent  discussions  between  the World  Bank  and  the Mexican 

entities consisting of Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), SENER, and CFE were held and, with 

potential project  funding  constraints  in mind, a decision was made  to  size  the PCC pilot plant  to 

treat 1% of the Poza Rica plant flue gas.  

E.5.2 MEA PCC Pilot Plant System Design 

A PCC pilot plant for Poza Rica was designed as a Task 3 activity.  The design is fully integrated into 

the Poza Rica plant operations. The pilot plant process design package contains sufficient definition 

to  facilitate  FEED  preparation  during  Phase  II  of  this  project  by  an  experienced  engineering, 

procurement, and construction  (EPC) company  to validate  the  feasibility of  the pilot  facility.   The 

pilot  plant  design  includes  only  the  CO2  capture  facility,  plus  support  facilities  and modifications 

needed  for the existing Poza Rica NGCC plant to support the PCC pilot plant operations. Captured 

CO2 is to be vented, so a CO2 compression facility is not included.   

The PCC pilot plant  is designed to treat 1% of the Poza Rica NGCC flue gas and recover 85% of the 

contained CO2.  A feasibility study process design package was developed containing the following: 

Simplified process flow diagram and description 

Major stream flow heat, material and utility balances 

Preliminary plot plan 

Major equipment list and preliminary datasheets 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 12 

Specification of effluents 

Description of integration requirements into the Poza Rica NGCC plant, and 

Preliminary capital and operating cost estimates, including all catalysts and chemicals and utility 

consumption estimates. 

The  pilot  plant  process  scheme  consists  of  three  major  processing  steps:  (1)  Flue  Gas  Feed 

Scrubbing,  (2)  Flue  Gas  CO2  Absorption,  and  (3)  Amine  Solution  Regeneration.  A  total  of  three 

operating scenarios were carried out. These were: 

Design Case (Des) to size almost all pilot plant equipment. This represents an easily achievable 

MEA operation that results in conservative equipment sizes. 

Expected  Operation  Case  (Exp)  for  expected  pilot  plant  performances.    This  represents  a 

projected best achievable MEA operation based on Nexant’s past experiences with commercial 

amine plants. 

Absorber  Inter‐Cooled  Operation  Case  (IC)  to  size  absorber  inter‐cooling  equipment.  This 

represents  a  projected  achievable  MEA  operation  based  on  a  colder  absorber  bottom 

temperature due to absorber interstage cooling.  

The pilot plant process design details are summarized in the Task 3 Report and presented in Sections 

8 through 13 of this Final Report. 

E.5.3 Overall NGCC Performance Before and After PCC Pilot Plant Operation 

The overall power balance, CW and CT loads of the Poza Rica NGCC with the PCC pilot plant design 

case  are  summarized  in  Table  E‐4.  The  existing  pre‐PCC  performance  is  shown  for  comparison 

purposes. As can be seen from the summary table, due to the small size (1% flue gas slipstream) of 

the pilot plant, the impact on overall NGCC plant operation is minimal. 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 13 

Table E‐4 Overall NGCC Balance and Performance 

Pre PCC

Post-PCC (Design

Operation)Flue Gas Feed and CO2 Recovery Rates: Flue Gas Feed Rate, mTPD (STPD) N/A 387 (427) CO2 in Pilot PCC Feed Gas, mTPD (STPD) N/A 23 (25) CO2 in Recovered, mTPD (STPD) N/A 20 (22) CO2 Recovery Rate, % 0 85%Steam Consumption Rates: Reboiler Steam (4.1bara/151°C), mTPD (STPD) N/A 40 (45) Reboiler Steam, ton/ton CO2 Recovered N/A 2.07Output at Generator Outlet, kW: Existing Siemens/Westinghouse GT 166,570 166,570 Existing Siemens Steam Turbine (Total for 3 operating) 82,500 82,272 Total Gross Generation 249,070 248,842Parasitic Loads, kW: Existing NGCC Loads 7,213 7,213 PCC Pilot Plant CO2 Capture Loads 0 162Total NGCC/PCC Electrical Loads 7,213 7,375

Net Poza Rica Power Export, kW 241,857 241,467 Power Export, kW -- -391

Poza Rica CW/CT Duty Breakdown: MEA PCC Pilot Plant Pre PCC

Post-PCC (Design

Operation)Existing NGCC CW/CT Duty, GJ/hr (MMBtu/hr) 666 (631) 662 (628)New PCC CW/CT Duty, GJ/hr (MMBtu/hr) 0 6 (5)Total Poza Rica CW/CT Duty, GJ/hr (MMBtu/hr) 666 (631) 668 (633)

Overall Poza Rica NGCC Performance: MEA PCC Pilot Plant

 

E.5.4 Emissions and Discharges 

Air Emissions 

The PCC pilot plant will emit  treated  flue gas  from  the  top of the absorber column and separated 

CO2 from the stripper overhead drum. Both of these gases may potentially contain VOC emissions, 

stemming from the amine and its degradation products. A water wash section was designed at the 

top of the absorber using all the recycled reboiler condensate as the washing medium to reduce the 

amine content of the treated flue gas to less than 1 ppmV. The PCC pilot plant is designed to be able 

to reduce the wash water flow in order to test the minimum wash water quantity required to meet 

the amine emissions limit.  

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 14 

Nitrosamines  and  nitramines,  both  degradation  products,  are  known  carcinogens.  The  exact 

concentrations  of  these  degradation  products  in  the  emissions  are  unknown  due  to  the  lack  of 

published data. However, the pilot plant is set up to test for their concentrations in the treated flue 

gas and CO2 vent with systems in place where gas samples can be taken for analytical measurement 

to determine the emission levels. 

Liquid Discharges 

The PCC pilot plant uses steam from the NGCC plant to provide the reboiling duty to strip off the CO2 

from the rich amine solution in the stripper column. The reboiler steam condensate is not returned 

to  the power plant, but rather used as wash water  for  the absorber and ultimately purged  to  the 

waste water treatment facility. To operate the pilot plant, additional makeup water is required and 

it has  to go  through  the NGCC plant’s existing  filtration and electrodialysis  (ED) water  treatment 

systems, generating  incremental waste  that  is also purged  to  the existing waste water  facility  for 

treatment. 

The  reboiler  condensate  that  is used  for water wash  removes most of  the volatile and entrained 

MEA in the treated flue gas. The wash water is expected to contain about 8 kg/h (18 lb/h) of MEA. 

This water, depending on the power plant operator’s willingness, can be used as water makeup to 

the MEA storage tank and/or as makeup water to the CT.  

Solid Waste Discharge 

The solid waste generated by the PCC pilot plant consists of reclaimer waste, spent activated carbon 

and  the  spent  filter media.  These waste  products  are  assumed  to  be  hazardous  and  have  to  be 

disposed of appropriately, most likely via incineration. A hazardous waste disposal company can be 

contracted to collect and transport the solid waste to an incineration facility. It is recommended that 

the  PCC  pilot  plant  operator  approach  PEMEX,  which  most  likely  has  experience  hiring  waste 

disposal companies to remove hazardous waste from their refineries, to gain access to such disposal 

companies. 

E.5.5 Poza Rica NGCC PCC Pilot Plant Cost Estimation 

The  capital  cost of  the MEA‐based PCC pilot plant  is estimated, with  a  target  accuracy of +/‐ 30 

percent, using  a major equipment  (ME)  factored estimation  approach. Table  E‐5  summarizes  the 

estimated capital cost for the PCC pilot plant. 

The total capital cost includes cost allowances for the associated NGCC plant modifications and pilot 

plant  support  facilities, which  include  the  control  and  laboratory  testing  equipment  plus  trailer 

costs. These  are  reported as  single  line  cost  items  in  in  the  cost estimate.  Factoring  in all of  the 

above‐mentioned costs, the estimated total plant cost (TPC) for the PCC pilot plant  is about $22.1 

million. 

 

 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 15 

Table E‐5 MEA PCC Pilot Plant Estimated Total Plant Cost 

Costs, $1,000 Total

Major Equipment Costs

Columns and Internals 1,794Vessels and Tanks 78Heat Exchangers 233Blowers 522Pumps and Drivers 234Others – MEA Filter Package 78Others – Soda Ash Package 10Others – Ductwork 194Freight 125

Total Major Equipment Costs 3,268Bulk Material Costs 5,938Total Direct Costs 9,206Construction Indirect Costs 1,818Total Field Costs 11,025

Startup Vendor Repre 272Home Office Costs 2,288Plant Mod Allowance 400Control, Lab and Admin Trailer Allowance 3,000

Total Constructed Cost w/o Contingency 16,985Contingency (30%) 5,096Total Plant Cost 22,081

 

The operating and maintenance  (O&M)  costs  for  the MEA PCC pilot plant are allocated as either 

fixed or variable operating costs. Fixed O&M costs are essentially independent of the actual capacity 

factor, number of hours of plant operation or amount of kilowatts produced. They consist mainly of 

costs of employee salaries,  taxes and  insurances. Variable O&M costs are directly proportional  to 

the  PCC  pilot  plant  throughputs  and  include  the  purchase  costs  of  the  pilot  plant’s  process 

consumables, catalysts and chemicals. Table E‐6 summarizes the estimated annual O&M costs and 

percentage breakdown MEA PCC pilot plant. 

The PCC pilot plant’s annual O&M cost is $2.5 million. The fixed O&M costs, at $2.1 million, make up 

the bulk of these costs, at 84% of the total O&M costs. About half of the fixed O&M costs stem from 

the operating labor and overhead costs, consisting of the wages paid to the PCC plant operators and 

other  staff.  These  costs  total  $1.1 million,  equivalent  to  53%  of  the  total  fixed O&M  costs.  The 

remaining 47% of the fixed O&M costs consist of the maintenance labor and material, insurance and 

property taxes, which are estimated based on a percentage of the PCC pilot plant’s capital cost. 

The variable O&M costs make up the remaining 16% of the total  incremental O&M costs, at about 

$0.41 million. The process consumables total $0.16 million, while the catalysts and chemicals cost 

$0.25 million.  The  export  power  losses make  up  almost  all  (98.5%)  of  the  process  consumables 

costs.  The  costs  of  the  other  process  consumables,  i.e.  the  raw water  import  and waste water 

Executive Summary 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 16 

disposal costs, are minimal  (1.5%) compared to the export power  losses. Similarly, the bulk of the 

catalysts and chemicals costs consist of amine/additive makeup and disposal costs (89%), while the 

water treatment chemicals and filter replacements are relatively minor costs (11%).  

Table E‐6 Estimated O&M Costs for PCC Pilot Plant Operation 

 

$1,000/year %

PROCESS CONSUMABLE COSTS (VARIABLE):

River Water Import 2.2 0.1

Process Waste Water Disposal 0.1 0.0

CO2 Product Export - -

Export Power Losses 156.2 6.1

TOTAL PROCESS CONSUMABLES 158.5 6.2

CATALYSTS & CHEMICAL COSTS (VARIABLE):

Water Treating Chemicals 18.7 0.7

PCC Amine/Additives Makeup & Disposal 223.1 8.8

PCC Carbon/Filters/Dessicant Replace & Disposal 7.4 0.3

TOTAL CAT & CHEMICALS 249.3 9.8

FIXED COSTS:

Operating Labor 744.0 29.2

Maintenance Labor 331.2 13.0

Maintenance Material 220.8 8.7

Overhead Charges 400.0 15.7

Insurance & Property Tax 441.6 17.3

TOTAL FIXED COSTS 2,137.6 84.0

TOTAL OPERATING & MAINTENANCE COST 2,545.4 100.0

Post-PCC (Design Operation)

Annual Operating Cost: MEA PCC Pilot Plant

Table of Contents

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 17

EXECUTIVE SUMMARY ................................................................................................................... 3 

E.1  PROJECT BACKGROUND .................................................................................................................. 3 E.2  STUDY OBJECTIVES ........................................................................................................................ 3 E.3  WORK SCOPE AND DELIVERABLES ............................................................................................... 3 E.4  TASK 1 – TECHNOLOGY SELECTION, EVALUATION AND RECOMMENDATION OF BEST AVAILABLE PCC TECHNOLOGIES ........................................................................................................... 4 

E.4.1  Pre‐Screening and Selection of PCC Technologies ......................................................... 4 E.4.2  Overall NGCC Performance Before and After Full‐Scale PCC Retrofit ............................ 5 E.4.3  Poza Rica NGCC PCC Retrofit Economic Evaluation Results .......................................... 5 E.4.4  Economic Evaluation Results after CO2 Capture Rate Adjustments ............................ 10 E.4.5  Conclusions and Recommendations ............................................................................ 10 

E.5  TASK 3 – CO2 CAPTURE PILOT PLANT FEASIBILITY STUDY ......................................................... 10 E.5.1  Pilot Plant Size Selection .............................................................................................. 10 E.5.2  MEA PCC Pilot Plant System Design ............................................................................ 11 E.5.3  Overall NGCC Performance Before and After PCC Pilot Plant Operation .................... 12 E.5.4  Emissions and Discharges ............................................................................................ 13 E.5.5  Poza Rica NGCC PCC Pilot Plant Cost Estimation ......................................................... 14 

TASK 1 – TECHNOLOGY SELECTION, EVALUATION AND RECOMMENDATION OF BEST AVAILABLE PCC TECHNOLOGIES 

1.  INTRODUCTION ............................................................................................................ 26 

1.1  PROJECT BACKGROUND ................................................................................................................ 26 1.2  STUDY OBJECTIVES ...................................................................................................................... 26 1.3  WORK SCOPE ............................................................................................................................. 26 

2.  PRE‐SCREENING OF CO2 CAPTURE TECHNOLOGIES ........................................................ 28 

2.1  OVERVIEW OF CO2 CAPTURE TECHNOLOGY DEVELOPMENT ................................................................. 28 2.2  PRE‐SCREENING PCC TECHNOLOGIES .............................................................................................. 28 2.3  SELECTION OF PCC TECHNOLOGIES FOR DETAILED PROCESS EVALUATION ............................................... 32 2.4  PARTICIPATING PCC TECHNOLOGY LICENSORS .................................................................................. 33 2.5  QUESTIONNAIRE TO PARTICIPATING PCC LICENSORS .......................................................................... 33 2.6  QUESTIONNAIRE RESPONSES BY PCC LICENSORS ............................................................................... 34 

3.  DESIGN BASIS ............................................................................................................... 35 

3.1  OBJECTIVE ................................................................................................................................. 35 3.2  OVERVIEW OF RETROFITTING POZA RICA NGCC FOR PCC .................................................................. 35 3.3  SITE‐RELATED CONDITIONS ........................................................................................................... 37 3.4  METEOROLOGICAL DATA .............................................................................................................. 37 3.5  PCC FEED AND PRODUCT PROPERTIES ............................................................................................ 37 3.6  PCC UTILITY REQUIREMENTS ........................................................................................................ 39 3.7  PROCESS WASTE STREAMS ........................................................................................................... 42 3.8  ENVIRONMENTAL AND EMISSIONS REQUIREMENTS ............................................................................ 42 

4.  TECHNOLOGY DESCRIPTION OF INTERESTED PCC LICENSORS ........................................ 43 

4.1  ALSTOM ADVANCED AMINE PROCESS (AAP) ................................................................................... 43 4.2  BASF OASE® BLUE PROCESS ........................................................................................................ 46 4.3  FLUOR ECONAMINE FG PLUSSM ..................................................................................................... 50 4.4  HTC PURENERGY ........................................................................................................................ 53 4.5  MHI KM‐CDR PROCESS .............................................................................................................. 56 4.6  SHELL CANSOLV CO2 CAPTURE TECHNOLOGY ................................................................................... 59 

Table of Contents 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         18 

5.  INTEGRATION METHODOLOGY FOR FULL‐SCALE PCC WITH POZA RICA NGCC ............... 63 

5.1  INTRODUCTION ........................................................................................................................... 63 5.2  EVALUATION METHODOLOGY ........................................................................................................ 65 5.3  EXISTING (PRE‐PCC RETROFIT) POZA RICA NGCC MODEL PERFORMANCE ............................................ 66 

5.3.1  Steam Cycle Performance ............................................................................................ 66 5.3.2  Overall NGCC Balance and Performance ..................................................................... 68 

5.4  PCC DESIGN BASIS AND QUESTIONNAIRE TO SELECTED LICENSORS ....................................................... 69 5.5  FULL‐SIZE 30% GENERIC MEA‐BASED PCC AND CO2 COMPRESSION DESIGN ........................................ 69 5.6  POST‐PCC RETROFIT POZA RICA NGCC MODEL PERFORMANCE .......................................................... 70 

5.6.1  Steam Cycle Performance ............................................................................................ 70 5.6.2  Overall NGCC Balance and Performance ..................................................................... 72 

5.7  NGCC PLANT MODIFICATIONS REQUIRED FOR PCC RETROFIT ............................................................. 73 5.8  PRELIMINARY POST‐30% MEA PCC RETROFIT PLOT LAYOUTS ............................................................ 74 

5.8.1  Preliminary PCC Plot Layouts ....................................................................................... 74 5.8.2  PCC Equipment Placement/Integration Guidelines ..................................................... 75 

5.9  POZA RICA NGCC PCC RETROFIT ECONOMIC EVALUATION BASIS ........................................................ 79 5.9.1  Incremental Capital Cost ............................................................................................. 79 5.9.2  Incremental Operating Cost ........................................................................................ 80 5.9.3  Economic Evaluation Figure‐of‐Merit .......................................................................... 82 5.9.4  Poza Rica NGCC Economics for Full‐Size Licensor PCC Retrofit .................................... 84 

6.  RESULTS OF FULL‐SCALE PCC INTEGRATION WITH POZA RICA NGCC ............................. 85 

6.1  POZA RICA NGCC PRE‐ AND POST‐30% MEA PCC RETROFIT PERFORMANCE ....................................... 85 6.2  POZA LICENSOR RESPONSES CHECK AGAINST GENERIC 30% MEA ....................................................... 86 6.3  POZA RICA NGCC POST‐PCC RETROFIT PERFORMANCE EVALUATION FOR ALL LICENSORS ........................ 87 6.4  POZA RICA NGCC PCC RETROFIT ECONOMIC EVALUATION RESULTS .................................................... 90 6.5  ECONOMIC EVALUATION RESULTS AFTER CO2 CAPTURE RATE ADJUSTMENTS ......................................... 93 6.6  ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO PCC CAPEX ........................................................... 96 6.7  ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO REBOILING DUTY ...................................................... 98 6.8  ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO NATURAL GAS PRICES ............................................. 100 6.9  ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO ANNUAL ON‐STREAM FACTOR (AOF) ........................ 100 6.10  ESTIMATED PCC PLOT SPACE REQUIREMENTS ................................................................................ 103 

7.  SUMMARY AND CONCLUSIONS .................................................................................. 104 

7.1  SUMMARY AND CONCLUSIONS ................................................................................................... 104 7.1.1  Design Analysis of Retrofitting Poza Rica Plant for Generic 30% MEA‐Based PCC .... 104 7.1.2  Comparison of Six Advanced Amine‐based PCC Technologies .................................. 105 

7.2  PCC TECHNOLOGY LICENSORS’ REVIEW AND COMMENT .................................................... 106 

TASK 3 – PILOT PLANT FEASIBILITY DESIGN 

8.  INTRODUCTION .......................................................................................................... 108 

8.1  PROJECT BACKGROUND .............................................................................................................. 108 8.2  STUDY OBJECTIVES .................................................................................................................... 108 8.3  WORK SCOPE ........................................................................................................................... 108 

9.  DELIVERABLES ............................................................................................................ 110 

10.  PILOT PLANT DESIGN BASIS ........................................................................................ 111 

10.1  OBJECTIVE ............................................................................................................................... 111 10.2  OVERVIEW OF RETROFITTING POZA RICA NGCC FOR PCC ................................................................ 111 

Table of Contents 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         19 

10.3  SITE‐RELATED CONDITIONS ......................................................................................................... 113 10.4  METEOROLOGICAL DATA ............................................................................................................ 113 10.5  PCC FEED AND PRODUCT PROPERTIES .......................................................................................... 113 10.6  PCC UTILITY REQUIREMENTS ...................................................................................................... 115 10.7  PROCESS WASTE STREAMS ......................................................................................................... 118 10.8  ENVIRONMENTAL AND EMISSIONS REQUIREMENTS .......................................................................... 119 

11.  PILOT PLANT SIZE RECOMMENDATION ....................................................................... 121 

11.1  INTRODUCTION .................................................................................................................... 121 11.2  PILOT PLANT INTEGRATION ARRANGEMENT AND SIZE SELECTION CRITERIA ........................ 121 11.3  DISCUSSIONS ........................................................................................................................ 123 

11.3.1 Pilot Reboiler Steam Demands vs. HRSG IP and LP Steam Generation Capacity Consideration ....................................................................................................................... 123 11.3.2 Incremental Pilot PCC CW Loads vs. Existing NGCC CW/CT Capacity Consideration . 124 11.3.3 Net Power Export Loss ............................................................................................... 125 11.3.4 Incremental Raw Water Import Consideration ......................................................... 126 11.3.5 Pilot Plant Absorber Diameter vs. Transportation Limitation Consideration ............ 127 11.3.6 Relative Pilot Plant Capital Cost ................................................................................ 128 11.3.7 Pilot‐to‐Full Size PCC Plant Scale‐Up Factor Consideration ....................................... 129 11.3.8 Power and Potential CO2 Product Off‐take Option .................................................... 129 

11.4  NEXANT’S RECOMMENDATIONS ................................................................................................... 129 11.5  FINAL PILOT PLANT SIZE ............................................................................................................. 130 

12.  PCC PILOT PLANT INTEGRATION METHODOLOGY AND EXISTING POZA RICA NGCC PERFORMANCE .......................................................................................................................... 131 

12.1  INTRODUCTION ......................................................................................................................... 131 12.2  METHODOLOGY ........................................................................................................................ 131 12.3  EXISTING (PRE‐PCC RETROFIT) POZA RICA NGCC MODEL PERFORMANCE .......................................... 132 

12.3.1 Steam Cycle Performance .......................................................................................... 132 12.3.2 Overall NGCC Balance and Performance ................................................................... 134 

13.  MEA PCC PILOT PLANT SYSTEM DESIGN ..................................................................... 136 

13.1  INTRODUCTION ......................................................................................................................... 136 13.2  PCC PILOT PLANT OBJECTIVE ...................................................................................................... 136 13.3  PCC PILOT PLANT DESIGN CRITERIA AND ASSUMPTIONS .................................................................. 137 13.4  PCC PILOT PLANT RETROFIT ARRANGEMENT .................................................................................. 138 13.5  PCC PILOT PLANT PROCESS DESIGN METHODOLOGY ....................................................................... 140 

13.5.1 Design (Des) Case Pilot Plant Operation .................................................................... 140 13.5.2 Expected (Exp) Case Pilot Plant Operation ................................................................ 146 13.5.3 Absorber Inter‐cooled (IC) Case Pilot Operation ........................................................ 152 

13.6  PCC PILOT PLANT PROCESS FLOW DESCRIPTION ............................................................................. 158 13.7  DESIGN CASE EQUIPMENT DESCRIPTION ........................................................................................ 161 13.8  PROCESS DATA SHEETS FOR DESIGN CASE OPERATION ..................................................................... 171 13.9  PRELIMINARY PILOT PLANT SUPPORT FACILITY DESIGN ..................................................................... 171 

13.9.1 Conceptual Pilot Plant Control Center ....................................................................... 171 13.9.2 Conceptual Pilot Plant Laboratory Facility ................................................................ 173 

13.10  NGCC PLANT MODIFICATIONS REQUIRED FOR PCC PILOT PLANT INSTALLATION ................................... 174 13.11  PRELIMINARY PCC PILOT PLANT PLOT PLAN .................................................................................. 175 

13.11.1  PCC Equipment Placement/Integration Guidelines .............................................. 175 13.11.2  Preliminary PCC Pilot Plant Layout ...................................................................... 175 

Table of Contents 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         20 

14.  OVERALL PILOT PLANT PERFORMANCE AND COST ESTIMATES ................................... 179 

14.1  POZA RICA NGCC PERFORMANCE WITH PCC PILOT PLANT OPERATION .............................................. 179 14.1.1 Steam Cycle Performance .......................................................................................... 179 14.1.2 Overall NGCC Balance and Performance ................................................................... 181 14.1.3 Overall Water Balances ............................................................................................. 182 14.1.4 Emissions and Discharges .......................................................................................... 182 

14.2  POZA RICA NGCC PCC PILOT PLANT COST ESTIMATION .................................................................. 183 14.2.1 Cost Estimation Basis ................................................................................................. 183 14.2.2 Capital Cost................................................................................................................ 184 14.2.3 Operating and Maintenance Costs ............................................................................ 187 

14.3  PRELIMINARY ASSESSMENT OF SOCIAL, ENVIRONMENTAL AND HEALTH IMPACTS OF THE PCC PILOT PLANT 189 14.3.1 Operational and Social Impacts ................................................................................. 189 14.3.2 Environmental Impacts .............................................................................................. 190 

15.  PCC PILOT PLANT SPECIAL OPERATIONS DESCRIPTIONS .............................................. 192 

15.1  STARTUP ................................................................................................................................. 192 15.2  HOT STANDBY OPERATION.......................................................................................................... 193 15.3  COLD STANDBY OPERATION ........................................................................................................ 194 15.4  SHUTDOWN ............................................................................................................................. 194 

APPENDIX A  ACRONYMS AND ABBREVIATIONS ...................................................................... 199 

APPENDIX B  PROJECT WORK SCOPE AND TERMS OF REFERENCE ............................................ 203 

APPENDIX C  QUESTIONNAIRE TO PCC LICENSORS ................................................................... 211 

APPENDIX D  DESIGN BASIS DOCUMENT .................................................................................. 223 

APPENDIX E  SUMMARY OF PCC LICENSORS’ QUESTIONNAIRE RESPONSES ............................. 271 

APPENDIX F  30% MEA‐BASED PCC PLANT DESIGN FOR POZA RICA NGCC ................................ 285 

APPENDIX G  ALSTOM’S COMMENTS ....................................................................................... 291 

APPENDIX H  EQUIPMENT DATASHEETS ................................................................................... 292 

 

 

Table of Contents 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         21 

 

FIGURES AND TABLES  List of Tables   Table E‐1 List of PCC Licensors Participation Responses .............................................................................. 4 Table E‐2 Poza Rica NGCC Pre‐PCC vs Post‐PCC Retrofit Performance Summary ........................................ 7 Table E‐3 Incremental PCC Costs for Various Licensors ................................................................................ 8 Table E‐4 Overall NGCC Balance and Performance .................................................................................... 13 Table E‐5 MEA PCC Pilot Plant Estimated Total Plant Cost ......................................................................... 15 Table E‐6 Estimated O&M Costs for PCC Pilot Plant Operation ................................................................. 16 Table 2‐1 DOE Technology Readiness Level (TRL) and Descriptions .......................................................... 29 Table 2‐2 List of PCC Licensors Participation Responses ............................................................................ 33 Table 3‐1 Site Conditions ............................................................................................................................ 37 Table 3‐2 Meteorological Data ................................................................................................................... 37 Table 3‐3 Poza Rica NGCC Flue Gas Composition and Flow Rate ............................................................... 38 Table 3‐4 Recovered CO2 Properties ........................................................................................................... 38 Table 3‐5 Poza Rica NGCC Plant Steam Conditions .................................................................................... 40 Table 3‐6 Poza Rica Cooling Tower Design Conditions ............................................................................... 41 Table 3‐7 Poza Rica Process Water Supply Conditions ............................................................................... 42 Table 3‐8 Environmental Targets ................................................................................................................ 42 Table 4‐1 Alstom AAP Operating Experience .............................................................................................. 44 Table 4‐2 BASF OASE® blue Operating Experience ..................................................................................... 47 Table 4‐3 Fluor’s Econamine FG PlusSM Operating Experience ................................................................... 50 Table 4‐4 HTC Purenergy PCC Operating Experience ................................................................................. 53 Table 4‐5 MHI KM‐CDR Process Operating Experience .............................................................................. 57 Table 4‐6 Shell Cansolv CO2 Capture Technology Operating Experience ................................................... 60 Table 5‐1 Existing Poza Rica NGCC Overall Balance and Performance ....................................................... 68 Table 5‐2 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Overall Balance and Performance ....................................... 72 Table 5‐3 Generic 30% MEA‐based PCC Retrofit Capital Costs................................................................... 80 Table 5‐4 Generic 30% MEA‐based PCC Operating Costs ........................................................................... 81 Table 5‐5 Generic 30% MEA‐based PCC Retrofit CAPEX + 7 Year OPEX BEP .............................................. 82 Table 5‐6 Generic 30% MEA‐based PCC Retrofit COE ................................................................................. 83 Table 5‐7 Economic Assumptions Used to Determine CCF ........................................................................ 84 Table 6‐1 Poza Rica NGCC Pre‐PCC vs Post‐30% MEA PCC Retrofit Performance Summary ...................... 86 Table 6‐2 Selected Summary of PCC Licensor Responses Relative to Nexant 30% MEA PCC Case ............ 87 Table 6‐3 Poza Rica NGCC Pre‐PCC vs Post‐PCC Retrofit Performance Summary ...................................... 89 Table 6‐4 Incremental PCC Costs for Various Licensors .............................................................................. 91 Table 6‐5 Incremental PCC Costs for Various Licensors after CO2 Capture Rate Adjustment for Fluor ..... 94 Table 6‐6 Estimated PCC Plot Space Requirements .................................................................................. 103 Table 10‐1 Site Conditions ........................................................................................................................ 113 Table 10‐2 Meteorological Data ............................................................................................................... 113 Table 10‐3 Poza Rica NGCC Flue Gas Slipstream Composition and Flow Rate ......................................... 114 Table 10‐4 Recovered CO2 Properties ....................................................................................................... 115 Table 10‐5 Poza Rica NGCC Plant Steam Conditions ................................................................................ 117 

Table of Contents 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         22 

Table 10‐6 Poza Rica Cooling Tower Design Conditions ........................................................................... 118 Table 10‐7 Poza Rica Process Water Supply Conditions ........................................................................... 118 Table 10‐8 Environmental Targets ............................................................................................................ 119 Table 12‐1 Existing Poza Rica NGCC Overall Balance and Performance ................................................... 134 Table 13‐1 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant H&MB Table – Design Case Operation ............. 142 Table 13‐2 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant Utility Consumption Summary Table – Design Case Operation ......................................................................................................................................... 144 Table 13‐3 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant Catalysts and Chemicals Consumption Summary – Design Case Operation .............................................................................................................................. 145 Table 13‐4 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant H&MB Table – Expected Case Operation ......... 148 Table 13‐5 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant Utility Consumption Summary Table – Expected Case Operation ......................................................................................................................................... 150 Table 13‐6 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant Catalysts and Chemicals Consumption Summary – Expected Case Operation .......................................................................................................................... 151 Table 13‐7 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant HMB Table ‐ Absorber Inter‐Cooled Operation 154 Table 13‐8 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant Utility Consumption Summary Table – Absorber Inter‐Cooled Operation ............................................................................................................................. 156 Table 13‐9 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant Catalysts and Chemicals Consumption Summary – Absorber Inter‐Cooled Operation ............................................................................................................. 157 Table 13‐10 PCC Pilot Plant Major Equipment List ................................................................................... 162 Table 14‐1 Post‐PCC Pilot Plant Poza Rica NGCC Overall Balance and Performance ............................... 181 Table 14‐2 MEA PCC Pilot Plant Estimated Total Plant Cost ..................................................................... 186 Table 14‐3 Estimated O&M Costs for PCC Pilot Plant Operation ............................................................. 189 

 

Table of Contents 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         23 

List of Figures 

Figure E‐1 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Simplified BFD ....................................................................... 6 Figure E‐2 Incremental COEs for Various Licensors after CO2 Capture Rate Adjustment for Fluor.............. 9 Figure 2‐1 EPRI Assessment of PCC Technologies....................................................................................... 31 Figure 2‐2 EPRI’s PCC TRL Ranking .............................................................................................................. 32 Figure 3‐1 Poza Rica NGCC Flow Configuration (with PCC and CO2 Compression/Dehydration) ............... 36 Figure 3‐2 Poza Rica NGCC HRSG/Steam Turbine Configuration ................................................................ 39 Figure 3‐3 Poza Rica NGCC Plant Existing Cooling Tower Arrangement ..................................................... 41 Figure 4‐1 Simplified Process Schematic of the Alstom AAP ...................................................................... 45 Figure 4‐2 Simplified Process Schematic of the BASF OASE® blue Process ................................................ 48 Figure 4‐3 Simplified Process Schematic of the Fluor Econamine FG PlusSM Process................................. 51 Figure 4‐4 Simplified Process Schematic of the HTC LCDesignTM ............................................................... 54 Figure 4‐5 Simplified Process Schematic of the HTC delta Reclaimer System ............................................ 56 Figure 4‐6 Simplified Process Schematic of the MHI KM‐CDR Process® ..................................................... 58 Figure 4‐7 Simplified Process Schematic of the Shell Cansolv PCC Plant ................................................... 61 Figure 5‐1 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Simplified BFD ..................................................................... 64 Figure 5‐2 Existing Poza Rica NGCC Operation ........................................................................................... 67 Figure 5‐3 Existing Poza Rica NGCC Overall Water Balance ....................................................................... 69 Figure 5‐4 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Operation ............................................................................ 71 Figure 5‐5 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Overall Water Balance ........................................................ 73 Figure 5‐6 30% MEA PCC Plot Layout – Flue Gas Blower, MEA Tankage and CO2 Absorption Sections .... 76 Figure 5‐7 30% MEA PCC Plot Layout – CO2 Regeneration and Compression/Dehydration Section ......... 77 Figure 5‐8 Retrofitted Poza Rica NGCC with 30% MEA PCC Plot Plan ........................................................ 78 Figure 6‐1 Incremental PCC COEs for Various Licensors ............................................................................. 92 Figure 6‐2 Incremental COEs for Various Licensors after CO2 Capture Rate Adjustment for Fluor ........... 95 Figure 6‐3 Incremental COEs for Various Licensors with ±10% PCC CAPEX ............................................... 97 Figure 6‐4 Incremental COEs for Various Licensors after CO2 Regeneration Duty Adjustments ................ 99 Figure 6‐5 COE Sensitivity to Natural Gas Prices for Various PCC Licensors ............................................. 101 Figure 6‐6 COE Sensitivity to Annual On‐Stream Factor for Various PCC Licensors ................................. 102 Figure 10‐1 Poza Rica NGCC Flow Configuration (with PCC Pilot Plant) ................................................... 112 Figure 10‐2 Poza Rica NGCC HRSG/Steam Turbine Configuration ............................................................ 116 Figure 10‐3 Poza Rica NGCC Plant Existing Cooling Tower Arrangement ................................................. 118 Figure 11‐1 Conceptual PCC/NGCC Integration Scheme .......................................................................... 122 Figure 11‐2 CO2 Recovery vs Pilot Plant Size ............................................................................................ 123 Figure 11‐3 Reboiler Steam Extraction vs Pilot Plant Size ........................................................................ 124 Figure 11‐4 CW Loads vs Pilot Plant Size .................................................................................................. 125 Figure 11‐5 NGCC Export Power Loss vs. Pilot Plant Size ......................................................................... 126 Figure 11‐6 Incremental Raw Water Import vs Pilot Plant Size ................................................................ 127 Figure 11‐7 Absorber Diameter vs Pilot Plant Size ................................................................................... 128 Figure 11‐8 Relative Capital Cost vs Pilot Plant Size ................................................................................. 129 Figure 12‐1 Existing Poza Rica NGCC Operation ....................................................................................... 133 Figure 12‐2 Existing Poza Rica NGCC Overall Water Balance ................................................................... 135 Figure 13‐1 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Simplified BFD ................................................................. 139 Figure 13‐2 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant PFD – Design Case Operation .......................... 141 Figure 13‐3 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant PFD – Expected Case Operation ...................... 147 

Table of Contents 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         24 

Figure 13‐4 Poza Rica NGCC MEA‐Based PCC Pilot Plant PFD – Absorber Inter‐Cooled Operation ......... 153 Figure 13‐5 PCC Pilot Plant Control Room and Administration Trailers ................................................... 172 Figure 13‐6 PCC Pilot Plant Laboratory Trailers ........................................................................................ 174 Figure 13‐7 PCC Pilot Plant Layout ............................................................................................................ 177 Figure 13‐8 Aerial View of Poza Rica NGCC with PCC Pilot Plant .............................................................. 178 Figure 14‐1 Poza Rica NGCC Steam Cycle Performance with MEA PCC Pilot Plant in Operation (Design Case) .......................................................................................................................................................... 180 Figure 14‐2 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Overall Water Balance .................................................... 182 Figure 15‐1 PCC Pilot Plant Startup Flow Diagram ................................................................................... 196 Figure 15‐2 PCC Pilot Plant Hot Standby Flow Diagram ........................................................................... 197 Figure 15‐3 PCC Pilot Plant Shutdown Flow Diagram ............................................................................... 198 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Task 1 – Technology Selection, Evaluation and 

Recommendation of Best Available PCC Technologies 

  

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 26

1. INTRODUCTION 

1.1 PROJECT BACKGROUND 

The subject study  is being performed as part of an ongoing World Bank funded project to develop 

capacity  for  the carbon capture, utilization and  storage  technology  (CCUS)  in Mexico. The project 

has  the  overall  objective  of  supporting  Mexico’s  Secretaria  de  Energia  (SENER)  and  other 

Government of Mexico  (GoM)  stakeholders with  implementation of  the Mexican CCUS  roadmap. 

The  ultimate  goal  is  to  successfully  develop  and  deploy  CCUS  in  the  electricity,  and  oil  and  gas 

industries in Mexico. An integral part of this Mexican CCUS roadmap is the design, construction, and 

operation of  a CO2  capture pilot plant, which would demonstrate  the potential  and  feasibility of 

capturing CO2 from natural gas combined cycle (NGCC) power plants  in Mexico. This endeavor will 

create a knowledge base for the various stakeholders and the experience gained from this study will 

hopefully allow them to develop larger projects in the future and further advance the application of 

CCUS in the Mexico. 

1.2 STUDY OBJECTIVES 

The Nexant team is tasked to carry out a pre‐feasibility study 1) to assess and recommend the most 

appropriate commercially‐available post‐combustion capture technology for NGCC power plants in 

Mexico, and 2) to develop a conceptual design of a capture pilot plant to be located at the 250 MW 

Poza Rica NGCC generating station  in the State of Veracruz. The pilot plant conceptual design  is to 

be  developed with  sufficient  process  details  in  order  to  enable  the  preparation  of  a  front  end 

engineering design (FEED) package as a Phase II activity for the project. The FEED preparation is not 

part of the current pre‐feasibility study.  

It should be noted  that  initially, another power plant  located  in  the State of Veracruz, Dos Bocas, 

was also  identified as a potential site for the study. However, the project team was  later  informed 

that it would not be a suitable site, as it is scheduled to be shut down in 2018. 

1.3 WORK SCOPE 

The project work scope consists of the 4 major tasks. This report covers work completed under Task 

1  and  2.  To  facilitate  ease  of  reading,  the  report  is  structured  differently  from  the  task/subtask 

orders. However, the section in the report that addresses each task/subtask is stated in parentheses 

below: 

Task  1  –  Technology  Selection,  Evaluation  and  Recommendation  of  Best  Available  NGCC  Post‐

Combustion CO2 Capture (PCC) Technologies 

Subtask  1.1  ‐  Plant  &  Site  Data  Requisition  and  Preparation  of  a  Study  Design  Basis  

(Section 3) 

Subtask 1.2 – Project Kickoff Meeting and Site Visit  

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         27 

Subtask 1.3 – Technology Survey Questionnaire Preparation (Section 2 and Appendix C) 

Subtask 1.4 – Technology Screening, Evaluation and Selection  (Section 4, Section 5, Section 6, 

Appendix D and Appendix E) 

Task 2: Interim Report Meeting with Recommendation  

Task 3:  Pilot Plant Feasibility Study 

Subtask 3.1 – CO2 Capture Pilot Plant Process Design 

Subtask 3.2 – NGCC/PCC Integration 

Task 4: Final Report 

Task 5: Workshop 

Task 1 Technology Selection and Evaluation

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 28

2. PRE‐SCREENING OF CO2 CAPTURE TECHNOLOGIES 

2.1 OVERVIEW OF CO2 CAPTURE TECHNOLOGY DEVELOPMENT 

Over  the  last  decade,  there  have  been  significant  carbon  capture  and  storage  activities  being 

undertaken worldwide in both government and private sectors, with major programs taking place in 

North America  and  Europe. A  great  deal  of  research  and  development  (R&D)  efforts  have  been 

spent  on  developing  advanced  post‐combustion  capture  (PCC)  technologies with  the  promise  of 

reducing the overall capture energy penalty and costs in comparison to the current state‐of‐the‐art 

amine‐based 30% MEA (monoethanolamine) absorption technology. 

In the U.S., for example, the Department of Energy (DOE) has a very active Carbon Capture Program 

with  the  goals  to  develop  second‐generation  capture  technologies  that  are  ready  for  large‐scale 

testing  in 2020 and  transformational technologies  that are ready  for  large‐scale testing  in 2030. A 

good  source of  information  regarding  the  current  status of  these R&D  efforts  can be  found  in  a 

recent U.S. DOE report1. Technologies that have been or are currently being investigated include not 

only PCC processes, but CO2 capture processes associated with pre‐combustion and oxy‐combustion 

systems as well. The  knowledge gained and  lessons  learned  from  these  findings  could  serve as a 

valuable source of information, for both the World Bank and the GoM, to help with implementation 

of the Mexican CCUS roadmap. 

Electric Power Research  Institute  (EPRI),  in close cooperation with U.S. DOE,  is also very active  in 

PCC technologies, especially with the evaluation and status monitoring of various technologies that 

were/are  under  development.  EPRI  published  a  report  in  2007  entitled  “Assessment  of  Post‐

Combustion  Carbon  Capture  Technology  Developments”2 in  which  it  assessed  the  various  PCC 

technologies and processes that were under development. The technologies  investigated  included 

absorption,  adsorption, membrane, mineralization  and biological  capture.  These  assessments  are 

updated on a  regular basis,  the  latest being a 2014  report3. This  report  is available at no  cost  to 

EPRI’s  funding members, or  for  a  fee  to  the  general public.  Throughout  the  years,  EPRI has  also 

reported their findings in various workshops and conferences4,5.  

2.2 PRE‐SCREENING PCC TECHNOLOGIES 

In  their  PCC  technology  development  and  evaluation,  both  the  U.S.  DOE  and  EPRI  use  the 

Technology  Readiness  Level  (TRL)  as  a  scale  to  gauge  a  technology’s maturity  and  readiness  for 

                                                            

1 Brickett, L., Shailesh, V., Indrikanti, P., et al. DOE/NETL Advanced Carbon Dioxide Capture R&D Program: Technology Update. May 2013 2 Freeman, B. Assessment of Post‐Combustion Carbon Capture Technology Developments, EPRI Report 1012796, Technical Update. February 2007 3 Post Combustion CO2 Capture Technology Development: 2014 Update, EPRI Report 002004592. October 2014 4 Rhudy, R. CO2 Capture Primer and Industry/EPRI Initiatives, SECARB Annual Meeting at Atlanta, GA, March 2009 5 Bhown, A. Carbon Capture R&D at EPRI. Carbon Capture Workshop, Stanford University, May 2011 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         29 

potential commercial deployment.  In  their 2012 Technology Readiness Assessment6,  the U.S. DOE 

defined  the  TRL  methodology  as  a  “systematic  metric/measurement  system  that  supports 

assessments of the maturity of a particular technology and  the consistent comparison of maturity 

between different types of technology”. TRLs do not establish a pass/fail grade, but rather yield an 

assessment  of  the  technology  development  spanning  progress  from  early  research  on  basic 

principles  through  service  conditions  and  size  needed  for  the  technology  to  perform when  it  is 

deployed or put into use. TRLs are particularly useful in establishing a consistent set of terminology 

and a supporting evaluation process that can be used to benchmark a technology’s current state of 

progress. By more clearly understanding the current state and assessing the degree of development, 

the TRL methodology emerges as a useful tool in the planning of future research and development 

activities. 

The  TRL  approach  was  originally  developed  by  the  U.S.  National  Aeronautics  and  Space 

Administration  (NASA)  for  its Space Shuttle program and  later adapted by  the U.S. Department of 

Defense  (DoD)  for use  in  its defense  systems acquisition. Similarly,  the U.S. DOE adapted  the TRL 

methodology to provide a comprehensive and consistent process for assessing the maturity of the 

diverse  portfolio  of  technologies  currently  under  development.  Table  2‐1  provides  the  TRL 

definitions and descriptions used in the assessment. 

Table 2‐1 DOE Technology Readiness Level (TRL) and Descriptions 

TRL  DOE Definition  DOE Description 1  Basic principles observed and 

reported 

Lowest level of technology readiness. Scientific research begins to be 

translated into applied R&D. Examples include paper studies of a 

technology’s basic properties. 

2  Technology concept and/or 

application formulated 

Invention begins. Once basic principles are observed, practical applications 

can be invented. Applications are speculative and there may be no proof 

or detailed analysis to support the assumptions. Examples are still limited 

to analytic studies. 

3  Analytical and experimental critical 

function and/or characteristic proof 

of concept 

Active R&D is initiated. This includes analytical and laboratory‐scale 

studies to physically validate the analytical predictions of separate 

elements of the technology (e.g., individual technology components have 

undergone laboratory‐scale testing using bottled gases to simulate major 

flue gas species at a scale of less than 1 scfm). 

4  Component and/or system 

validation in a laboratory 

environment 

Bench‐scale prototype has been developed and validated in the laboratory 

environment. Prototype is defined as less than 5% final scale (e.g., 

complete technology process has undergone bench‐scale testing using 

synthetic flue gas composition at a scale of approximately 1–100 scfm). 

5  Laboratory‐scale similar‐system 

validation in a relevant environment 

Basic technological components are integrated so that the system 

configuration is matches the final application in almost all respects. 

Prototype is defined as less than 5% final scale (e.g., complete technology 

has undergone bench‐scale testing using actual flue gas composition at a 

                                                            

6 US DOE Office of Fossil Energy Clean Coal Research Program. 2012 Technology Readiness Assessment. December 2013 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         30 

scale of approximately 1–100 scfm). 

6  Engineering/pilot‐scale prototypical 

system demonstrated in a relevant 

environment 

Engineering‐scale models or prototypes are tested in a relevant 

environment. Pilot or process‐development‐unit scale is defined as being 

between 0 and 5% final scale (e.g., complete technology has undergone 

small pilot‐scale testing using actual flue gas composition at a scale 

equivalent to approximately 1,250–12,500 scfm) 

7  System prototype demonstrated in 

a plant environment 

This represents a major step up from TRL 6, requiring demonstration of an 

actual system prototype in a relevant environment. Final design is virtually 

complete. Pilot or process‐development‐unit demonstration of a 5–25% 

final scale or design and development of a 200–600 MW plant (e.g., 

complete technology has undergone large pilot‐scale testing using actual 

flue gas composition at a scale equivalent to approximately 25,000–62,500 

scfm). 

8  Actual system completed and 

qualified through test and 

demonstration in a plant 

environment 

The technology has been proven to work in its final form and under 

expected conditions. In almost all cases, this TRL represents the end of 

true system development. Examples include startup, testing, and 

evaluation of the system within a 200–600 MW plant CCS/CCUS operation 

(e.g., complete and fully integrated technology has been initiated at full‐

scale demonstration including startup, testing, and evaluation of the 

system using actual flue gas composition at a scale equivalent to 

approximately 200 MW or greater). 

9  Actual system operated over the full 

range of expected conditions 

The technology is in its final form and operated under the full range of 

operating conditions. The scale of this technology is expected to be 200–

600 MW plant CCS/CCUS operations (e.g., complete and fully integrated 

technology has undergone full‐scale demonstration testing using actual 

flue gas composition at a scale equivalent to approximately 200 MW or 

greater). 

 

In their PCC technology assessment efforts, EPRI uses a virtually  identical TRL methodology to rank 

the commercial deployment readiness of a technology, also using a scale of 1 to 9. As illustrated in 

Figure  2‐1  a  TRL  of  1  to  3  is  indicative  that  the  technology  is  only  at  its  infancy,  i.e.,  concept 

development and  laboratory  testing; with a TRL of 4  to 7,  it may have gone  through bench‐scale 

testing; and only at a TRL of 8  to 9 has  the  technology proved  itself with a  large‐scale pilot plant 

testing and is deemed commercially deployable. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         31 

Figure 2‐1 EPRI Assessment of PCC Technologies 

 

In  its assessment of over 129 PCC  technologies, at various  levels of development, EPRI concluded 

that:  (a) most of  the  technologies are only at a TRL scale of 2  to 4, and  (b) only a handful of  the 

technologies evaluated are ranked at a TRL 7, meaning that these are potentially deployable in the 

near‐term. As shown in Figure 2‐2, the higher TRL ranked technologies are predominantly advanced 

amine‐based  absorption  processes.  In  their  assessment,  it  is  noted  that  few mineralization  and 

biofixation technologies also have a TRL of 7; but it  is Nexant’s opinion that these technologies are 

not ready for near‐term commercial deployment.  

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         32 

Figure 2‐2 EPRI’s PCC TRL Ranking 

 

In their 2012 report7, the Global CCS Institute (GCCSI) defined near‐term PCC technologies as those 

that have been tested at scale of slip streams no  larger than 5‐25 MWe.  It reported  that all near‐

term  PCC  technologies  are  predominantly  solvent‐based  absorption  processes  involving  either 

ammonia  or  proprietary  amines.  The  distinction  between  these  technologies  is  specific  capture 

chemistry and,  to some extent,  the process configuration and  integration  into  the power plant.  It 

specifically pointed out Fluor’s Econamine FG+, Mitsubishi Heavy Industries KS solvent, Shell Cansolv 

Technologies,  Aker  Clean  Carbon,  and  Alstom’s  Chilled  Ammonia  Process  (CAP)  as  near‐term 

technologies. All of these use either aqueous pure amines or amine blends, with  the exception of 

Alstom’s CAP, which uses aqueous ammonia. 

2.3 SELECTION OF PCC TECHNOLOGIES FOR DETAILED PROCESS EVALUATION 

On the basis of (a) Section 2.2’s technology assessment and pre‐screening background, (b) Nexant’s 

own assessment of the current state‐of‐the‐art PCC technologies, and (c) the  interest of the World 

Bank and the GoM team to build and complete operation of the Poza Rica NGCC pilot plant by 2019, 

based  on  commercially‐available  PCC  technology  for  near‐term  deployment,  the  Nexant  team 

recommended to the World Bank that the pre‐feasibility design should be focused on solvent‐based 

absorption processes. This recommendation was discussed and accepted by the World Bank, SENER 

and Comisión Federal de Electricidad  (CFE)  representatives at  the Project Kickoff meeting  in  June 

2015.  Potential  advanced  solvent‐based  absorption  PCC  technology  developers/licensors  were 

collectively identified, selected and asked to participate in the study. These included: 

                                                            

7 Global CCS Institute. CO2 Capture Technologies, Post Combustion Capture (PCC), January 2012 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         33 

Alstom 

Aker Solutions 

BASF/Linde 

CO2 Solutions 

Fluor 

Hitachi 

HTC Purenergy 

MHI 

Shell Cansolv 

Siemens 

 

2.4 PARTICIPATING PCC TECHNOLOGY LICENSORS 

Of the ten PCC licensors contacted, six responded positively and were willing to participate, while 

four declined, for various reasons. Table 2‐2 summarizes the PCC licensors’ responses: 

All of the licensors who indicated interest in participating represented amine‐based PCC 

technologies. It should be noted that although Alstom does offer the CAP technology for PCC, which 

uses ammonia as the solvent instead of amines, it also offers an advanced amine‐based PCC 

technology (Alstom AAP). For the particular PCC application at the Poza Rica NGCC, Alstom proposed 

using the amine‐based AAP technology over its chilled ammonia process. 

Table 2‐2 List of PCC Licensors Participation Responses 

Accepted to Participate  Declined to Participate 

Alstom (Advanced Amine Process) 

BASF 

Fluor 

HTC 

MHI 

Shell Cansolv 

Aker Solutions  

CO2 Solutions  

Hitachi  

Siemens  

2.5 QUESTIONNAIRE TO PARTICIPATING PCC LICENSORS 

To obtain data from the PCC licensors on their technologies so that Nexant could proceed with the 

integration  of  the  full‐scale  PCC  into  the  Poza  Rica  plant  to  assess  its  potential  impact,  a 

questionnaire  was  created  requesting  information  from  each  of  the  technology  providers.  The 

information requested includes: 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico         34 

Commercial, demonstration, and pilot plant operating experience 

Treated gas and CO2 product gas flow rates, conditions and composition 

PCC reboiling steam import and cooling duty requirements 

PCC auxiliary power consumption 

Makeup and waste water demands/production 

Plot area requirements 

Solvent makeup costs 

Estimated capital costs 

 

The full list of questions can be found in Appendix C. 

A  design  basis  document  was  also  issued  as  part  of  the  questionnaire  to  the  PCC  technology 

licensors  interested  in  participating  in  the  study.  This  document  contained  key  Poza  Rica  NGCC 

battery  limit  (B/L)  interface  information, which defined  the  feed and product specifications, utility 

and  offsite  interface  commodity  specifications.  The  purpose  of  issuing  a  design  basis  with  B/L 

information  to  the  PCC  licensors  was  to  ensure  that  these  licensors  designed  their  systems 

consistently  and  specifically  to  the  Poza  Rica  NGCC  for  integration  into  the  retrofit  design. 

Information on the design basis can be found in Section 3 and Appendix D. 

2.6 QUESTIONNAIRE RESPONSES BY PCC LICENSORS 

Nexant  is  grateful  to  all  the participating  PCC  licensors  for  taking  time out of  their  schedules  to 

respond to the Nexant’s questionnaire, providing information on their technology at no cost. 

The  PCC  licensors  indicated  to Nexant  that  their  questionnaire  responses were  proprietary  and 

confidential, and Nexant had to sign a non‐disclosure agreement (NDA) with each of the licensors in 

order to have access to their data. However, the World Bank and the Mexican entities  involved  in 

this project do not have any NDAs  in effect with the  licensors. Thus, only  limited  information (e.g. 

information from open publications and/or conference presentations that the licensors presented as 

their questionnaire responses) can be divulged in this report.  

A summary of the various  licensors’ responses  is shown  in Appendix E. None of the data from the 

licensors  is  reported  directly  due  to  the  confidentiality  issues  stated  above.  Any  responses,  if 

provided  by  the  licensors,  are  stated  as  “Y”,  indicating  they  have  disclosed  information  to  a 

particular  question.  If  the  opposite  is  true  i.e.  the  licensors  did  not  provide  an  answer  to  the 

question, then an “N” is indicated. 

Furthermore, Nexant had to interpret the data provided by the licensors for consistency in order to 

use  it  in  the  integration exercise  to evaluate  the overall  cost and performance of  retrofitting  the 

Poza  Rica  plant  with  PCC.  Thus,  the  results  are  only  Nexant’s  “interpretation”  of  the  various 

technologies’  performances  and  are  reported  in  a  format  such  that  no  confidential  information 

directly from the questionnaire is divulged. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 35

3. DESIGN BASIS 

3.1 OBJECTIVE  

The design basis pulls  together  information on a variety of project parameters.  Its objective  is  to 

establish the criteria which the retrofitted Poza Rica NGCC with PCC should be designed to.  

Nexant generated an overall design basis document based on the design and operating data of the 

Poza Rica NGCC plant provided by CFE. The  initial draft of this document was submitted to CFE for 

review prior to Nexant’s visit of the Poza Rica NGCC plant in October 2015. Following Nexant’s visit 

to the Poza Rica plant, the design basis was updated based on Nexant’s better understanding of the 

plant’s operation.  Information  from  the overall design basis was used  to model  the existing Poza 

Rica NGCC performance and subsequently the  integration of the various PCC technologies  into the 

retrofitted Poza Rica NGCC to determine their overall performances. 

A separate design basis document was  issued as part of  the questionnaire  to  the PCC  technology 

licensors  interested  in participating  in  the  study. This document  is a  subset of  the overall design 

basis  and  contains  key  Poza  Rica  NGCC  B/L  interface  information,  which  defined  the  feed  and 

product specifications, utility and offsite interface commodity specifications. This was to ensure that 

the  PCC  licensors designed  their  systems  consistently  and  specifically  to  the  Poza Rica NGCC  for 

integration into the retrofit design. 

This section  lists some of the key design basis  information used  in the study. The  full design basis 

document and its list of references can be found in Appendix D. 

3.2 OVERVIEW OF RETROFITTING POZA RICA NGCC FOR PCC 

The existing Poza Rica NGCC plant consists of one natural gas‐fired Siemens/Westinghouse model 

W501F  gas  turbine  (GT) producing  a nominal 160 MWe of  electricity.  It  is  equipped with  a heat 

recovery  steam  generator  (HRSG)  to  recover  waste  heat  from  the  GT  exhaust  and  generate 

superheated steam feeding three 27 MWe steam turbines to produce additional power. The power 

plant’s total generating capacity is 243 MWe nominal. 

The PCC plant was designed as an add‐on to the Poza Rica NGCC power plant. New process/utilities 

tie‐ins and retrofit to the NGCC power plant were added as required. Projected  largest‐single train 

size  equipment was  used  to maximize  economy‐of‐scale.  Equipment was  designed  for  a  30‐year 

plant life. Rotating equipment critical to the continuous plant operation was spared to support the 

high availability  required of  the NGCC operations. Where  sparing was not  feasible, alternate PCC 

operation was identified to maintain continuous NGCC power plant operation. Figure 3‐1 shows the 

interface  between  the  existing  NGCC  power  plant  and  the  add‐on  PCC  and  CO2 

compression/dehydration plants. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 36 

  Figure 3‐1 Poza Rica NGCC Flow Configuration (with PCC and CO2 Compression/Dehydration) 

W501F Gas Turbine160 MWe Nominal

Siemens Steam Turbine No. 1

( 27 MWe Nominal )

Hear Recovery Steam 

Generator (HRSG)

HP SH Steam 

IP SH Steam 

LP SH Steam 

BFW

Natural Gas

Air

Stack

POZA RICA NGCC Plant

PCC Plant

Condensate

CO2 Absorber

Solvent Regen‐eration

FG Fans

To CO2 Compression

NNF

LP Steam 

Cooling Water

Steam Condensate Return

Cooling Water Return

Treated Flue Gas Vent

CO2 

Waste Water

Solid Waste 

Power

LP Steam 

Siemens Steam Turbine No. 2

( 27 MWe Nominal )

Siemens Steam Turbine No. 3

( 27 MWe Nominal )

louvers(added)

CO2 Compression & Dehydration

CO2

CompressionCondensate 

Return

To Interstage Cooling

IP Steam 

Compressed 

CO2 to EOR Pipeline

CO2

Purification Vent

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 37 

3.3 SITE‐RELATED CONDITIONS 

Table 3‐1 lists the site‐related conditions of the Poza Rica NGCC plant for retrofit with PCC. 

Table 3‐1 Site Conditions 

Location  Poza Rica, Veracruz, Mexico 

Elevation above sea level 

50 m (164 ft) 

Topography  Level 

Seismic Zone  0 

Transportation  Road and Rail 

Water  From Canal de Llamada 

Access  Access by road and rail  

CO2 Specification 85% recovery and compressed to 152.7 bara (2,215 psia) for Enhanced Oil Recovery (EOR).  (Study scope limited to delivery at compression system battery limit only) 

3.4 METEOROLOGICAL DATA 

Summer  design  ambient  conditions  were  used  for  the  NGCC  and  PCC  design  and  performance 

evaluation. These conditions were provided by CFE and are shown in Table 3‐2. 

Table 3‐2 Meteorological Data 

Description  Summer Design 

Barometric Pressure  1.013 bara (14.69 psia) 

Dry Bulb Temperature  32 °C (90 °F) 

Wet Bulb Temperature  25.3 °C  (77.5 °F) 

Relative Humidity, %  57% 

3.5 PCC FEED AND PRODUCT PROPERTIES 

3.5.1 PCC Feed (NGCC Flue Gas) Properties 

Flue gas from the Poza Rica NGCC power plant HRSG outlet is routed through a blower to boost its 

pressure before delivering to the new PCC plant. The estimated PCC flue gas feed composition and 

flow  rate  for  the nominal 160 MWe gas  turbine gross outputs operating at 32  °C  (90  °F) ambient 

temperature and 57% relative humidity are shown in Table 3‐3.

The flue gas composition and conditions shown are at the NGCC HRSG outlet for delivery to the PCC 

battery limit. This is after the flue gas has undergone a pressure boost through the new blower.  Any 

additional flue gas conditioning required by the PCC  licensor, such as feed temperature, sulfur and 

moisture  control  to meet  PCC  process  requirements,  are  to  be  provided  by  the  PCC  licensor,  as 

needed.  

For  the purpose of absorbent or  solvent degradation estimation,  the NOx concentration  shown  is 

assumed to be 95% NO and 5% NO2. 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 38 

 

Table 3‐3 Poza Rica NGCC Flue Gas Composition and Flow Rate 

PCC Design Flue Gas composition, mole %  

CO2  3.81 

O2  12.32 

N2  73.26 

Ar  0.89 

H2O  9.72 

SO2  11 ppmv 

NOx   60 ppmv 

Total  100.00 

Conditions: 

Pressure at PCC B/L, bara (psia)  1.15 (16.7) 

Temperature at PCC B/L, °C (°F)  107.8 (226) 

Mass Flow, kg/s (lb/hr)  447.9 (3,554,770) 

Molar Flow, kgmol/hr (lbmol/hr)  57,080 (125,828) 

3.5.2 Recovered CO2 Properties 

The full‐scale PCC plant is designed to recover 85% of CO2 in the NGCC flue gas. Recovered CO2 from 

the PCC unit  is  sent  to a  separate CO2 compression unit, where  it  is compressed and dehydrated 

before being delivered  to  the NGCC/PCC plant battery  limit  for EOR applications. CO2 gas pipeline 

specifications are shown in Table 3‐4 and are based on U.S. NETL/DOE EOR specifications.    

The CO2 product leaving the PCC plant battery limit is expected to meet all specifications in Table 3‐4 

except  for  H2O  content,  pressure  and  temperature.  These  are  adjusted  in  an  external  CO2 

compression unit based on Nexant’s design.  

Table 3‐4 Recovered CO2 Properties 

Product CO2 Specification (for EOR, NETL/DOE)  

CO2  95.0 wt% (min) 

N2  1.0 vol% (max) 

O2  100 ppmV (max) 

H2O*  800 ppmV (max) 

Ar  1.0 vol% (max) 

CH4  1.0 vol% (max) 

CO  35 ppmV (max) 

H2  1.0 vol% (max) 

Pressure, bara (psia)*  152.8 (2215) 

Temperature, oC (oF)*  37.8 (100) 

* The H2O content and the recovered CO2 pressure and temperature shown in Table 3‐4 are the CO2 product conditions 

exiting the CO2 compression/dehydration unit.   

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 39 

3.6 PCC UTILITY REQUIREMENTS 

3.6.1 Poza Rica NGCC Plant Steam Pressure Levels 

The  Poza Rica NGCC plant uses  three  (3)  Siemens  steam  turbines,  each nominally  generating  27 

MWe of power for a total of 81 MWe nominal. It has a single HRSG that generates steam at three 

pressure levels, high pressure (HP), intermediate pressure (IP), and low pressure (LP). The saturated 

steam  from  the HRSG evaporators  is superheated and distributed  to  the  three steam  turbines  for 

power production. Figure 3‐2 shows a simplified process  flow diagram  (PFD), which  illustrates  the 

configuration of the Poza Rica NGCC plant’s HRSG and steam turbine arrangement. 

Figure 3‐2 Poza Rica NGCC HRSG/Steam Turbine Configuration  

Hot Flue Gas

HP Steam

IP Steam LP Steam

CW

CW

CW

Condensate

IP LP

IP LP

HRSG

Stack

VentedFlue Gas

STG #1

STG #2

STG #3

 

Table 3‐5 shows the conditions of the steam generation  levels  in the Poza Rica NGCC plant’s HRSG 

unit. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 40 

Table 3‐5 Poza Rica NGCC Plant Steam Conditions 

Case  Design  

Power Plant Type  NGCC 

Steam Turbine  Siemens (3x27 MWe nominal) 

HRSG Saturated Steam Conditions   From HRSG Evaporators   

     HP Steam, bara/°C (psia/°F)  90.0/303 (1,305/578) 

     IP Steam, bara/°C (psia/°F)  14.6/197 (212/387) 

     LP Steam, bara/°C (psia/°F)  6.0/159 (86.5/318) 

Deaerator Operating Pressure, bara (psia)  6.1 (88.6) 

Boiler Feed Water Supply Temperature, °C (°F) 159 (318) 

Superheated Steam to STG   

     HP Steam, bara/°C (psia/°F)  78.4/523 (1,137/973) 

     IP Steam, bara/°C (psia/°F)  12.8/296 (185/564) 

     LP Steam, bara/°C (psia/°F)  4.8/178 (69/352) 

Condenser Pressure, psia (range)  1.3 (0.8 to 1.3) 

3.6.2 Low Pressure Steam 

LP steam conditions from the NGCC plant are shown in Table 3‐5. The PCC licensors were asked to 

specify  their  LP  steam  demands  (quantity  and  battery  limit  conditions  such  as  pressure  and 

temperature) to meet their specific process requirements. Nexant was responsible for determining 

how the PCC LP steam demand at the required conditions was met. 

3.6.3 Intermediate Pressure Steam 

IP steam conditions from the NGCC plant are shown  in Table 3‐5. The PCC  licensors were asked to 

specify  their  IP  steam  demands  (quantity  and  battery  limit  conditions  such  as  pressure  and 

temperature) to meet their specific process requirements. Nexant was responsible for determining 

how the PCC IP steam demand at the required conditions was met. 

3.6.4 High Pressure Steam 

HP  steam  conditions  from  the  NGCC  plant  are  shown  in  Table  3‐5.  Typically,  amine‐based  PCC 

operation does not require the use of HP steam. However, due to the limited availability of LP and IP 

steam  in the Poza Rica NGCC plant’s HRSG unit,  it may be necessary to withdraw a portion of the 

main HP  steam,  let  down  its  pressure  through  a  back  pressure  turbine  (BPT)  to  recover  power, 

before sending the now low pressure steam to the PCC. 

3.6.5 Steam Condensate Return 

The PCC  reboiler and  reclaimer  steam  condensate  is pumped back  to  the power plant hot at  the following PCC B/L conditions:    

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 41 

  Min Pressure, bara (psia)           9.0 (130) **         Temperature, °C (°F)             PCC Licensor to Specify 

** Based on deaerator pressure of 89 psia + 40 psi ∆P allowance for head and line drops 

3.6.6 Cooling Water 

The Poza Rica NGCC plant utilizes three mechanical draft and evaporative recirculating wet cooling 

towers (CT). Each CT, which consists of three cooling cells,  is dedicated to one of the three steam 

turbine surface condensers, as  illustrated  in Figure 3‐3. The cooling water  (CW) supply and return 

conditions at the PCC B/L conditions are shown in Table 3‐6. 

Figure 3‐3 Poza Rica NGCC Plant Existing Cooling Tower Arrangement 

STG #1Surface Condenser

Existing Cooling Tower #1

STG #2Surface Condenser

Existing Cooling Tower #2

STG #3Surface Condenser

Existing Cooling Tower #3

 

Table 3‐6 Poza Rica Cooling Tower Design Conditions 

Maximum CW Supply Temperature, oC (oF)   27.5 (81.5) 

Water Circulation Rate, gpm (lpm)  11,000 (41,600)/cell 33,000 (124,800)/tower 

CT Design Duty, GJ/hr (MMBtu/hr)   311.8 (295.5) 

Estimated Maximum CW Return Temperature, oC (oF)  37.5 (99.5) 

 

There  is  a  configuration  for  the  post‐PCC  retrofit  Poza Rica NGCC  plant  operation, whereby  it  is 

possible  to  shut off one  of  the  three  steam  turbines due  to  a  large quantity of HP  steam  being 

extracted for PCC, leaving only the other two steam turbines in operation. This could potentially free 

up one of the three existing CTs to provide some of the PCC cooling duty.  

However, after Nexant’s visit to the Poza Rica NGCC plant, it was understood that CFE would like to 

retain maximum operational  flexibility  after PCC  retrofit by  keeping  all  three  steam  turbines  and 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 42 

their respective CTs available. It  is therefore established that the PCC cooling duty will be supplied 

by new CTs similar in design to that described in Table 3‐6.  

3.6.7 Process Water  

Process water for PCC water wash and solvent reclamation is available from the NGCC plant steam 

condensate system at the following conditions shown in Table 3‐7. 

Table 3‐7 Poza Rica Process Water Supply Conditions 

Temperature, oC (oF)   43.3 (110) 

Pressure, bara (psia)  13.2 (191.7) 

Quantity  Licensor to Specify 

3.7 PROCESS WASTE STREAMS 

3.7.1 Process Condensates 

The  PCC  plant  is  designed  to minimize  purging  of  solvent‐containing  process  condensates.  Any 

solvent‐containing process condensate is recycled within the PCC as makeup water for replacement 

solvent solutions. Non‐solvent containing purge water is used as makeup to the CT. 

3.7.2 Reclaimer Byproducts 

Amine‐based  PCC  plants  sometimes  produce  a  sludge  byproduct  from  the  amine  reclaimer.  The 

material is considered hazardous, and is assumed that it is trucked offsite for incineration by a third 

party. An allowance is used to account for the cost of disposing the reclaiming waste. 

3.8 ENVIRONMENTAL AND EMISSIONS REQUIREMENTS 

Table 3‐8 lists the assumed emissions limits for the Poza Rica NGCC plant. PCC Licensors were asked 

if they could meet these emissions criteria. 

Table 3‐8 Environmental Targets 

Pollutant  NOM‐085‐SEMARNAT Limit (Mexico) 

NOx  110 µmole/mole (ppmV) 

SO2  N/A 

Particulate Matter (PM) N/A 

VOC  0.0025lb/MMBtu (0.0011gm/MJ) [EPA limits for PC Boilers] 

Task 1 Technology Selection and Evaluation

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 43

4. TECHNOLOGY DESCRIPTION OF INTERESTED PCC LICENSORS  

As stated in Section 2.5, each of the six interested PCC licensors were issued a questionnaire, shown 

in Appendix C, requesting  information pertaining  to  their PCC  technology. The  licensors were also 

provided a copy of  the Design Basis, similar  to  that presented  in Section 3,  in which  the  feed and 

product specifications, utilities and other B/L interface specifications were clearly defined. This was 

done  to  ensure  that  all  licensors  would  provide  the  necessary  process  design  information  in 

accordance to the Poza Rica NGCC’s specifications and minimize any inconsistencies among them.   

Within the questionnaire, Nexant also requested the PCC licensors to provide published articles on 

their  technology,  complete with process descriptions,  in order  to better  understand  their design 

operation.  A  separate  section  of  the  questionnaire  also  asked  the  PCC  licensors  to  list  their 

technology’s  operating  experience,  ranging  from  process  design  package  preparation  to  actual 

commercial operation. The licensors were also asked specifically to provide operating experience, if 

any, of capturing CO2 from NGCC flue gas. 

This section provides a brief description of each participating PCC  licensor’s  technology, based on 

publicly available articles published by the  licensor. Also shown  in this section  is a summary of the 

operating experience achieved by each technology. 

4.1 ALSTOM ADVANCED AMINE PROCESS (AAP) 

4.1.1 Introduction 

Alstom Power and The Dow Chemical Company have jointly developed an Advanced Amine Process 

(AAP)8,9 ,10 with UCARSOLTM FGC‐3000 amine solvent  for  the capture of CO2  from  fossil  fuel power 

plant‐generated flue gas. The AAP has been optimized for application towards combustion flue gas 

under atmospheric pressure  from power plant operations. Alstom claims  that  its process presents 

less  solvent  degradation  compared  to  conventional MEA  and  is  designed  for  stringent  emissions 

mitigation and control. 

4.1.2 Operating Experience 

Note: ND = Not Disclosed by licensor other than citing the total packages referenced below. 

 

 

                                                            

8 Baburao, B., et al. Advanced Amine Process Technology Operations and Results from Demonstration Facility at EDF Le Havre. Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT)‐12 9 Chopin, F. Results of the CO2 Capture Demonstration Facility at EDF’s Le Havre Power Plant: Status of ALSTOM’s Advanced Amines Process. PowerGen Europe 2014, Cologne, Germany 10 Vitse, F., Baburao, B., et al. Technology and pilot plant results of the advanced amine process. GHGT‐10 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 44 

Table 4‐1 Alstom AAP Operating Experience 

  NGCC  Coal‐Fired  Others  Total 

Commercial Plants  0  0  0  0 

Demonstration Plants  0  0  0  0 

Pilot Plants  0  2  2  4 

FEED Packages Prepared  ND  ND  ND  2 

Process Design Packages Prepared  ND  ND  ND  6 

 

Largest Pilot Plant Operating Experience 

Location:  Le Havre, France 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  0.75 

Current operating status:  Shutdown 

 Largest FEED Package Prepared 

Location:  Belchatow, Poland 

Flue gas source:  Lignite coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  117,000 

Current status:  FEED completed; Project terminated by client 

 Largest Process Design Package Prepared 

4.1.3 Process Description 

Alstom’s  Advanced  Flow  Scheme  (AFS)  process  configuration  tested  at  the  CO2  Capture 

Demonstration Facility at Électricité de France’s (EDF) Le Havre Power Plant is a proprietary design, 

developed to provide minimal energy consumption leading to reduced operating costs. The carbon 

capture facility  is based on Alstom’s AAP technology, which Alstom has  jointly developed with The 

Dow Chemical Company. The process uses UCARSOL™ FGC 3000, an amine based solvent supplied 

by Dow.  Alstom  plans  to  offer  the  AAP  technology  for  large  scale  commercial  fossil  fuel  power 

plants,  based  upon  successfully  demonstrated  experience  at  the  Charleston  pilot  plant  in West 

Virginia, USA and the current Le Havre project in France. 

Location:  Karlsruhe, Germany 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  295,000 

Current status:  Package completed; No actual project 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 45 

The  process  features  an  absorber  column  equipped  with  an  integrated  water  wash  section,  a 

regeneration  column  equipped  with  an  integrated  direct  contact  cooler  (DCC),  associated  heat 

management equipment, an oxygen stripper and an electrodialysis reclaimer unit. Figure 4‐1 shows 

a simplified schematic of the AAP process. 

Figure 4‐1 Simplified Process Schematic of the Alstom AAP 

  

Exhaust gas after  flue gas  conditioning  to  reduce  the SOx  content below 20 ppmv and  cooling  is 

introduced to the absorber column at below 40 °C. A booster fan (not shown in Figure 4‐1) provides 

the pressure necessary to drive the gas through the CO2 absorber.  In the absorber, the CO2  in the 

flue gas reacts with the  lean amine solution flowing counter‐current from the top. The treated gas 

exits  the  top of  the column after  flowing  through a water wash  section  to minimize amine vapor 

losses. The absorber columns contain  structured packing  layered  in  several beds and  selected  for 

optimal mass  transfer  and  hydraulic  characteristics. Within  the  absorber  section,  there  is  heat 

management equipment in place to control the temperature to maximize the CO2 loading in the rich 

solvent, hence reducing solvent flow rate.  

The  rich  amine exiting  the CO2  absorber  is  sent  to  the  regenerator  column  via  a heat exchanger 

network.  In the regenerator column, the CO2  is desorbed and the amine  is regenerated to be sent 

back  to  the absorber  for  further absorption. The regenerator  is a packed column and  is  thermally 

driven with  stripping  steam.  The  rich  solution  flows  down  the  regenerator  counter‐currently  to 

rising steam produced by boiling  the  lean solution exiting  the bottom of  the column  in a  reboiler 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 46 

unit  fed with  saturated  steam.  The  regenerator  includes  heat  integration  features  that minimize 

saturated steam consumption. 

After flowing through the rich‐lean solvent cross heat exchanger, the  lean solution returning from 

the bottom of the regenerator is further cooled in a lean cooler before it is introduced to the top of 

the absorber. 

The exiting CO2 gas product  is  saturated with water and  is cooled  in a  top  section  located  in  the 

regenerator where most of the water  is condensed. The condensed water  is then sent back to the 

amine  loop or  to  the make‐up water system  to ensure neutral water balance. The CO2 product  is 

suitable for further compression and pipeline transportation. 

Amine  solvent management  is achieved via  the use of mechanical  filters and an activated carbon 

bed filter. Heat stable salts (HSS) are formed from trace acid gas products in the flue gas and from 

oxidation degradation products.  These have  to be  removed  to prevent buildup within  the  amine 

loop. Caustic soda  is used during the amine reclamation process to neutralize any heat stable salts 

during the filtration process. 

The amine solvent loop is also equipped with an oxygen stripper (not shown in Figure 4‐1) to reduce 

amine oxidative degradation due to oxygen absorbed from the flue gas. The oxygen stripper treats 

the  rich  amine  solvent  exiting  the  CO2  absorber,  where  it  is  exposed  to  a  reduced  pressure 

environment to promote desorption of oxygen gas. The oxygen stripper is designed to extract most 

of  the  absorbed  oxygen  from  the  amine  solvent  stream  with  minimal  impacts  on  solvent 

composition or CO2 loading of the solvent.  

4.2 BASF OASE® BLUE PROCESS 

4.2.1 Introduction 

OASE® blue11,12,13,14,15 was  jointly developed by BASF and Linde, specifically as an optimized  large‐

scale PCC technology. BASF believes that  its technology can offer significant benefits compared to 

other solvent‐based processes as  it aims to reduce the regeneration energy requirements by using 

novel  solvents  that  are  very  stable  under  coal‐fired  power  plant  feed  gas  conditions. With  low 

                                                            

11 Stoffregen, T., Rigby, S., et al. Pilot‐scale demonstration of an advanced aqueous amine‐based post‐combustion capture technology for CO2 capture from power plant flue gases. GHGT‐12 12 Krishnamurthy, K. Slipstream pilot plant demonstration of an amine‐based post‐combustion capture technology for CO2 capture from coal‐fired power plant flue gas. 2012 NETL CO2 Capture Technology Meeting, Pittsburgh, PA 13 Moser, P., Sieder, G., et al. Enabling Post Combustion Capture Optimization – The Pilot Plant Project at Niederaussem. GHGT‐09 14 Moser, P., Sieder, G., et al. The post‐combustion capture pilot plant Niederaussem – Results of the first half of the testing programme. GHGT‐10 15 Moser, P., Sieder, G., et al. Enhancement and long‐term testing of optimized post‐combustion capture technology – Results of the second phase of the testing programme at the Miederaussem pilot plant. GHGT‐11 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 47 

energy consumption,  low solvent  losses and an exceptionally flexible operating range, BASF claims 

that the OASE® blue technology is the paramount technology for use in flue gas carbon capture from 

sources such as fossil power generation plants. 

4.2.2 Operating Experience 

Note: ND = Not Disclosed by licensor 

Table 4‐2 BASF OASE® blue Operating Experience 

  NGCC  Coal‐Fired  Others  Total 

Commercial Plants  0  0  0  0 

Demonstration Plants  0  1  0  1 

Pilot Plants  0  1  0  1 

FEED Packages Prepared  0  1  0  1 

Process Design Packages Prepared  ND  ND  ND  6 

 

Largest Demonstration Plant Operating Experience 

Location:  NCCC at Wilsonville, Alabama, USA 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  80‐95% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  380‐810 

Current operating status:  In operation  

 

Largest Pilot Plant Operating Experience 

Location:  Niederaussem, Germany 

Flue gas source:  Lignite coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  160 

Current operating status:  In operation 

 Largest FEED Package Prepared 

Location:  Germany 

Flue gas source:  Lignite coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  363,000 

Current status:  Project cancelled 

 Largest Process Design Package Prepared 

Location:  Texas, USA 

Flue gas source:  Coal 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 48 

4.2.3 Process Description 

A  simplified  PFD  of  a  PCC  plant  utilizing  BASF OASE®  blue  technology  is  shown  in  Figure  4‐2.  It 

utilizes  a  series of  advanced  equipment  and process design options  incorporated  into  the  Linde‐

BASF  PCC  plant  design,  with  the  ultimate  goal  of minimizing  the  energy  requirements  for  CO2 

recovery and compression. Noticeable process configuration variations and improvements include a 

column  that  integrates  the DCC, CO2 absorption, and water wash processes, as well as a  flue gas 

blower located downstream of the absorber and water wash units. 

Figure 4‐2 Simplified Process Schematic of the BASF OASE® blue Process 

 

As illustrated in Figure 4‐2, the novel PCC design fully integrates the DCC unit with the absorber and 

water wash units within a  common  tower. The DCC has a dual  function of:  (1)  cooling down  the 

incoming flue gas stream to a temperature suitable for efficient CO2 absorption; and (2) reduce the 

SO2 concentration to as low a level as possible by utilizing an aqueous solution of sodium hydroxide 

(NaOH) to neutralize the SO2. This minimizes solvent degradation due to the formation of SO2‐amine 

complexes, which is more important for a coal‐fired flue gas than for NGCC application. 

The flue gas feed stream to the PCC plant is typically at atmospheric pressure and water‐saturated. 

An aqueous solution of NaOH is injected into the water‐NaOH circulation loop, and then sprayed at 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  108,000 

Current status:  Under evaluation by client 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 49 

the top of the DCC unit. The liquid from the bottom of the DCC bed is fed to a circulating pump; the 

excess water, condensed from the flue gas, and along with dissolved Na2SO3, is withdrawn from the 

loop and sent to an acid neutralization and water treatment facility. It is expected that an integrated 

cooling water system is used to supply cooling water to all process units, including the PCC and CO2 

compression plants. 

The CO2‐lean BASF OASE® blue amine‐based solvent solution flows down through the absorber bed 

and absorbs CO2  from  the  flue gas, which  flows counter‐current  to  the  solvent  flow and  into  the 

water  wash  unit.  The  absorption  process  of  CO2  with  amine‐based  solvents  is  exothermic  and 

increases the temperature of the flue gas, which consequently reduces the equilibrium content of 

CO2  in  the  liquid‐phase.  It  is  important  to  maintain  a  low,  relatively  constant  temperature 

throughout  the  entire  absorber.  This  is  achieved  by  cooling  the  CO2‐lean  amine  solvent  solution 

within an external cooler before it is injected to the top of the absorber.  

Additionally, the temperature rise within the column can be suppressed via  inter‐stage cooling, as 

shown  in  Figure  4‐2.  Linde  has  developed  a  patent‐protected,  gravity‐driven  inter‐stage  cooler 

design that eliminates the need for an external pump and consequently leads to a simplified design 

and reduced cost for the absorber with inter‐stage cooler. 

The Linde‐BASF PCC  technology utilizes advanced structured packing  for  the absorber  to promote 

efficient hydraulic contact of gas and  liquid phases. The packing  increases CO2 reaction rates with 

BASF's OASE® blue solvent, while also facilitating a fast approach to equilibrium CO2 concentration 

in  the  liquid‐phase.  The  capacity  of  the  absorber  is  consequently  increased.  In  addition,  the 

advanced structured packing reduces the pressure drop across the column, which  in  turn  leads to 

reduced flue gas blower requirements.  

The CO2‐rich solvent, heated up in the rich/lean heat exchanger, is injected at the top of the solvent 

stripper column section consisting of  two packed beds. The reboiler at  the bottom of  the stripper 

column uses the heat of condensation of LP steam to vaporize CO2 and water from the concentrated 

solvent, which is directed to the lean/rich solvent heat exchanger. A small fraction of carried solvent 

from  the  top of  the  stripper bed  is  removed  from  the CO2  stream  in  the wash  section above  the 

stripper bed. The CO2  stream  leaving  the  top of  the  stripper  column  is  saturated with water and 

cooled  in  the condenser. The vapor phase, containing more  than 95% CO2,  is  separated  from  the 

liquid phase inside the separator and routed to the CO2 compression section.  

The most energy  intensive aspect of amine‐based CO2 capture  is LP steam consumption within the 

reboiler  for  solvent  regeneration.  BASF's  OASE®  blue  solvent  claims  to  reduce  significantly  the 

energy demand for solvent regeneration. This minimizes power plant efficiency  loss and ultimately 

decreases  the  cost  of  produced  electricity.  The  Linde‐BASF  advanced  PCC  technology  also 

incorporates an option to heat the solvent within the stripper by employing an  inter‐stage heater. 

The heater can use lower temperature steam than the reboiler, and thus reduce LP steam demand 

from the steam turbines. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 50 

4.3 FLUOR ECONAMINE FG PLUSSM  

4.3.1 Introduction 

As cited, Fluor has built or licensed 29 amine plants worldwide based on its proprietary Econamine 

FG PlusSM (EFG+)16,17,18,19 technology. The EFG+ technology is a proven, cost‐effective process for the 

removal of CO2  from  low pressure gases containing oxygen, such as  flue gases derived  from coal, 

fuel oil, natural gas boilers, and gas turbine exhaust.  

The EFG+ technology was one of the first processes to gain extensive proven operating experience in 

the removal of CO2 from high oxygen content flue gases. The EFG+ technology is well known from its 

success at the Bellingham plant in Bellingham, Massachusetts. The Bellingham plant operated with a 

90% CO2 recovery from a very challenging flue gas: 3.5 vol% (dry) CO2 and up to 15 vol% (dry) O2. 

4.3.2 Operating Experience 

Note: ND = Not Disclosed by licensor 

Table 4‐3 Fluor’s Econamine FG PlusSM Operating Experience 

  NGCC  Coal‐Fired  Others  Total 

Commercial Plants  ND  ND  ND  29 

Demonstration Plants  ND  ND  ND  ND 

Pilot Plants  ND  ND  ND  2 

FEED Packages Prepared  ND  ND  ND  9 

Process Design Packages Prepared  ND  ND  ND  29 

 

Largest Commercial Plant Operating Experience 

Location:  Bellingham, Massachusetts 

Flue gas source:  NGCC 

CO2 recovery rate:  80%‐85% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  7,000 

Current operating status:  Shutdown (In operation from 1991‐2005) 

 

                                                            

16 Radgen, P., Rode H., Reddy, S., Yonkoski, J.: Lessons Learned from the Operation of a 70 Tonne per Day Post Combustion Pilot Plant at the Coal Fired Power Plant in Wilhelmshaven, Germany. GHGT‐12 17 Reddy, S., Bhakta, M., Gilmartin, J., Yonkoski, J.: Cost Effective CO2 Capture from Flue Gas for Increasing Methanol Plant Production. GHGT‐12 18 Scherffius, J., Reddy, S., Klympyan, J., Armpriester, A. Large‐Scale CO2 Capture Demonstration Plant Using Fluor’s Econamine FG PlusSM Technology at NRG’s WA Parish Electric Generating Station. GHGT‐11 19 Scherffius, J., Reddy, S., Yonkoski, J., Radgen, P. Initial Results from Fluor’s CO2 Capture Demonstration Plant Using Econamine FG Plus

SM Technology at E.ON Kraftwerke’s Wilshelmshaven Power Plant. GHGT‐11 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 51 

Largest Pilot Plant Operating Experience 

Location:  Wilhelmshaven, Germany 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  1,700 

Current operating status:  In operation 

 

Largest FEED Package Prepared 

Location:  Texas, USA 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  347,000 

Current status:  Completed 

 

4.3.3 Process Description 

A typical PFD of Fluor’s EFG+ process for CO2 capture is shown in Figure 4‐3. The flue gas enters the 

DCC to reduce the water content of the flue gas and to further reduce the SO2 concentration of the 

gas to protect the solvent from forming HSS. The SO2 concentration after the DCC is <5 ppm. 

Figure 4‐3 Simplified Process Schematic of the Fluor Econamine FG PlusSM Process 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 52 

The EFG+  technology uses a chemical solvent  for  the capture of  the CO2  from  the  flue gas.  In  the 

absorber column, CO2  is absorbed  into  the solvent. This  is an exothermic  reaction and causes  the 

temperature  inside  the  column  to  increase  as  the  CO2  is  absorbed  from  the  flue  gas.  This 

temperature  increase  lowers  the  equilibrium  CO2  loading  in  the  solvent,  which  lowers  the  rich 

solvent loading and increases the solvent circulation rate. 

Absorber intercooling is included for solvent flow rate optimization. With the absorber intercooling 

configuration, heat is removed near the bottom of the absorber column via an external cooler. The 

location of the intercooler was selected to maintain high reaction rates near the top and middle of 

the  absorber, while maximizing  the  solvent  CO2‐carrying  capacity  near  the  absorber  bottom.  By 

removing much of the heat of reaction in this location, higher rich solvent loadings are achieved i.e. 

the amount of CO2 carried by a given amount of solvent can be  increased. This  results  in a  lower 

solvent  circulation  rate  requirement.  Besides  reducing  the  solvent  pump  power  demands,  since 

some  of  the  regeneration  energy  demand  for  solvent  stripping  is  the  sensible  heating  of  the 

circulating solvent, a lower solvent circulation rate also results in a lower energy requirement for the 

plant. The removal of the heat of reaction and the reduced solvent flow rate also mean that the size 

of the absorber can be reduced, which translates to either lower capital cost for a fixed CO2 capture 

rate or a higher capture rate for a fixed absorption column diameter. For absorption columns that 

handle  large flows from coal or NGCC based flue gas, reductions  in column diameter are critical to 

avoid the use of multiple absorber trains. 

In  the regeneration column,  lean vapor compression  is  implemented  to reduce  the overall energy 

demand for stripping CO2 from the rich solvent. In this configuration, lean solvent from the bottom 

of  the  regeneration  column  is  flashed  at  near  atmospheric  pressure.  The  resulting  steam  that  is 

flashed off the lean solvent is compressed by the Lean Vapor Compressor and returned to the sump 

of the column as additional stripping steam. In this way, more heat is applied to the bottom of the 

column, which reduces the steam extracted from the power plant’s steam system and increasing the 

efficiency of the stripping process. 

The EFG+ solvent, like all chemical solvents, forms HSS in the presence of strong acids, such as SO2. 

When  the  solvent  is  degraded,  its  ability  to  bind  CO2  from  the  flue  gas  is  reduced,  effectively 

lowering the concentration and CO2 carrying capacity of the circulating solvent. Furthermore, high 

concentrations of HSS are known to cause increased rates of corrosion in the capture plant. As such, 

the HSS products must be removed from solution. 

The  EFG+  process  achieves  this  by  the  reclaiming  process, whereby  the  solvent  is  heated  in  the 

presence of a base  to  free  the solvent  from  the strong acid,  thus  recovering and  returning  to  the 

process  a  majority  of  the  solvent.  For  the  EFG+  solvent,  it  is  reclaimed  at  a  relatively  low 

temperature, making  reclaiming  a  good  solution  for  the  removal of HSS.  Furthermore,  Fluor has 

developed  an  advanced  reclaiming  configuration  that  reclaims  at  a  lower  pressure  and  lower 

temperature than typical reclaiming systems. With this configuration, the solvent degradation and 

losses that are associated with the reclaiming procedure are reduced, as are the waste production 

and disposal costs. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 53 

4.4 HTC PURENERGY 

4.4.1 Introduction 

As cited, HTC Purenergy offers an advanced amine CO2 capture technology, which embraces several 

new concepts  in post combustion capture. The system has been engineered to reduce capital and 

operating  costs while  at  the  same  time delivering  superior  performance;  reducing  energy usage, 

lowering emissions, and improving the quality of CO2 product captured. 

HTC has taken all of its knowledge from designing large coal‐fired, medium‐sized steam generators 

and smaller  industrial grade CO2 capture systems, and combined them  into a product that has the 

capability to meet the production capacity and the emissions to atmosphere at reduced capital and 

operating costs. The Low Cost Design (LCDesign™)20,21,22 includes several features that contribute to 

lowering the costs such as modular design approach, optimized process flow, formulated solvents, 

and optimized operating parameters. 

4.4.2 Operating Experience 

Note: ND = Not Disclosed by licensor 

Table 4‐4 HTC Purenergy PCC Operating Experience 

  NGCC  Coal‐Fired  Others  Total 

Commercial Plants  0  0  0  0 

Demonstration Plants  ND  ND  ND  3 

Pilot Plants  ND  ND  ND  4 

FEED Packages Prepared  ND  ND  ND  7 

Process Design Packages Prepared  ND  ND  ND  29 

 

Largest Demonstration Plant Operating Experience 

Location:  Ferrybridge Power Station, UK 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  2,400 

Current operating status:  Shutdown  

                                                            

20 ElMoudir, W., Aboudheir, A., Fairchild, J.: HTC Solvent Reclaimer System at Searles Valley Minerals Facility in Trona, California. GHGT‐12 21 ElMoudir, W., Aboudheir, A.: Design Parameters Affecting the Commercial Post Combustion CO2 Capture Plants. GHGT‐11 22 ElMoudir, W., Aboudheir, A.: Performance of Formulated Solvent in Handling of Enriched CO2 Flue Gas Stream. GHGT‐10 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 54 

 

Largest Pilot Plant Operating Experience 

Location:  ASCO Test Center, Switzerland 

Flue gas source:  Natural Gas Boiler 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  150 

Current operating status:  In operation 

 

Largest FEED Package Prepared 

Location:  Norway 

Flue gas source:  NGCC 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  69,000 

Current status:  Completed 

 

4.4.3 Process Description 

Figure 4‐4 shows the recommended overall HTC LCDesignTM PFD for large‐scale CO2 capture plants. 

Figure 4‐4 Simplified Process Schematic of the HTC LCDesignTM 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 55 

The  flue  gas  rate  is handled  in  the  PCC unit  consisting of  three major  sections: DCC,  absorption 

column, and stripper column. DCC is mainly required to condition and cool the flue gas temperature 

before  entering  to  the  absorber  section.  The  DCC  will  produce  excess  water  from  water 

condensation  during  the  cooling  process, which  can  be  used  for water make‐up  after  filtration 

process to remove any fly ash or solid fine particles, as  in the case for a coal‐fired flue gas.  In the 

current HTC LCDesignTM process configuration, the excess water from the DCC  is sent to the top of 

the washing section as a water make‐up and to wash/cool the off‐gas in order to reduce the solvent 

loss considerably (> 98%) and to maintain the plant in water balance. The reflux water is directed to 

the bottom of  the absorber. This  imparts  some benefits on  the overall energy utilization and  the 

capital/operation cost reduction. 

Not  shown  in  Figure  4‐4  is  HTC’s  delta  Reclaimer  (ΔReclaimer™)  system,  which  is  a  patented 

technology  based on  a  simple  vacuum  unit operation. HTC  claims  that  the  ΔReclaimer™ has  the 

capability to reclaim single and mixed amines or glycol solvents more efficiently at minimum capital 

and operating  costs.  It  is designed  to  remove all high‐boiling degradation products,  ionic  species, 

impurities  and  fine  suspended  solids  from  the  chemical  solvents.  It  is  also  designed  to  operate 

continuously by feeding the contaminated solvent to the delta Reclaimer as a slipstream or from a 

storage tank. 

Figure 4‐5 depicts  the  ΔReclaimer™ process unit operation.  It  consists of an  inline mixer unit  for 

mixing  the  feed  solvent with  chemical  solutions,  solvent  evaporator unit with  sidearm heater  to 

maintain the solvent at specified temperature, condenser unit with  liquid/gas separator to recover 

the  solvent,  vacuum  pump  unit  to  maintain  the  required  operating  pressure,  and  solvent 

condensate pump.  

Sodium hydroxide, 50% NaOH, and sodium carbonate, 28% Na2CO3, have been used as the bases to 

successfully  liberate  the  amines  from  the  accumulated  HSS  in  the  feed  solvent.  The  amount  of 

chemical injection in the inline mixer depends on the HSS concentration and the feed rate. The main 

utilities used to operate the reclaimer are a small slipstream of saturated steam at 2.8 barg (40 psig), 

cooling water at average temperature of 25 °C (77 °F), process water, and instrument air. 

In  the evaporator of  the ΔReclaimer™,  the concentration of  the salts and  the high‐boiling organic 

compounds  (degradation  products)  increases  as  reclaimed  solvent  is  evaporated,  condensed  and 

then returned to the CO2 plant for reuse. When the wastes reach a high concentration, darkening 

the  accumulated  fluid,  part  of  the  accumulated  waste  is  withdrawn  from  the  bottom  of  the 

evaporator,  while  the  reclaimer  remains  in  continuous  operation.  Any  non‐condensable  gases, 

which are in very small amounts, are removed by the vacuum pump. 

        

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 56 

Figure 4‐5 Simplified Process Schematic of the HTC delta Reclaimer System 

 

4.5 MHI KM‐CDR PROCESS 

4.5.1 Introduction 

MHI is known to offer large‐scale, high‐performance and reliable CO2 recovery plants for application 

in a wide variety of industries. MHI has developed an advanced, commercially available CO2 recovery 

process:  the Kansai Mitsubishi Carbon Dioxide  recovery  (KM CDR) Process23,24,25,26, which delivers 

economic performance for plants of wide ranging capacities. 

The MHI CO2 recovery process utilizes "KS‐1™", an advanced hindered amine solvent, in conjunction 

with a  line of special proprietary equipment. The  technology was developed  through cooperation 

between MHI and Kansai Electric Power Company,  Inc.  (KANSAI).  It  is based on an advanced and 

                                                            

23 Tsujiuchi, T., Yonekawa, T., Miyamoto, O., et al.: Project Update of the Development of the KM CDR Process. 3rd Post Combustion Capture Conference (PCCC3) 24 Iijima, M., Nagayasu, T., et al.: MHI’s Energy Efficient Flue Gas CO2 Capture Technology and Large Scale CCS Demonstration Test at Coal‐Fire Power Plants in USA. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol. 48 No. 1 (March 2011) 25 Hirata, T., Yonekawa, T., Tsujiuchi, T., et al.: Current Status of MHI CO2 Capture Plant technology, 500 TPD CCS Demonstration of Test Results and Reliable Technologies Applied to Coal Fired Flue Gas. GHGT‐12 26 Endo, T., Kajiya, Y., Nagayasu, H., Iijima, M., et al: Current Status of MHI CO2 Capture Plant technology, Large Scale Demonstration project and Road Map to Commercialization for Coal Fired Flue Gas Application. GHGT‐10 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 57 

proven  technology  for  recovering  CO2  from  various  flue  gas  sources. MHI  claims  that  users who 

adopt  the  KM  CDR  process will  see  tangible  benefits  such  as  lower  energy  consumption,  lower 

solvent degradation and low corrosion rates. 

4.5.2 Operating Experience 

Note: ND = Not Disclosed by licensor 

Table 4‐5 MHI KM‐CDR Process Operating Experience 

  NGCC  Coal‐Fired  Others  Total 

Commercial Plants  ND  ND  ND  11 

Demonstration Plants  0  1  0  1 

Pilot Plants  ND  ND  ND  3 

FEED Packages Prepared  3  5  1  9 

Process Design Packages Prepared  ND  ND  ND  23 

 

Largest Commercial Plant Operating Experience 

Location:  NRG WA Parish Power Plant, Thompsons, Texas, USA 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  92,000 

Current operating status:  Startup due in 4th quarter 2016  

 

Largest Demonstration Plant Operating Experience 

Location:  Mobile, Alabama, USA 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  13,000 

Current operating status:  In operation 

 

Largest Pilot Plant Operating Experience 

Location:  Osaka, Japan 

Flue gas source:  Simulated NGCC 

CO2 recovery rate:  85‐90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  22 

Current operating status:  In operation 

 

Largest FEED Package Prepared 

Location:  Not Disclosed 

Flue gas source:  NGCC 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 58 

CO2 recovery rate:  85‐90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  75,000 

Current status:  Completed 

Largest Process Design Package Prepared 

Location:  Houston, Texas, USA 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  Not Disclosed 

Current status:  Completed; plant is under construction and due to startup in 

4th quarter 2016 

4.5.3 Process Description 

Figure 4‐6 shows a simplified PFD of the MHI KM‐CDR Process®. 

Figure 4‐6 Simplified Process Schematic of the MHI KM‐CDR Process® 

 

In the MHI KM‐CDR Process®, the CO2‐containing flue gas is introduced into the flue gas quencher, 

where  it  is first cooled then pressurized by the blower  installed downstream of the quencher. The 

flue gas  is then delivered  into the CO2 absorber that  is filled with packing. The flue gas enters the 

bottom  section  of  the  absorber  and  reacts with  the  alkaline  absorption  solvent,  KS‐1TM,  on  the 

surface of the packing. The KS‐1TM absorbs the CO2 while the remaining flue gas is vented at the top 

of  the  absorber  and  into  the  atmosphere.  The  KS‐1TM  solvent,  now  rich  in  CO2,  is  pumped  and 

transferred  to  the  regenerator  where  the  CO2  is  separated  from  the  KS‐1TM  solvent  via  steam 

stripping, resulting in regeneration of the KS‐1TM for re‐use in the absorber again.  

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 59 

The cost of the steam used to regenerate the absorption solvent comprises the greatest portion of 

operating  costs  of  CO2  recovery  plants. MHI  and  KANSAI  constructed  a  pilot  test  plant  with  a 

capacity of 2 metric tons of CO2 per day at the Nanko Power Plant of Kansai Electric Power Co., Inc. 

near Osaka, with testing commencing  in 1991. These activities conducted at  this pilot plant  led to 

the development and commercialization of the KS‐1™ absorption solvent. Moreover, MHI has been 

working to develop new absorption solvents and optimize the process operation in order to fulfil its 

goal of further reducing PCC energy consumption. 

With  regards  to  emissions  and  the  generation  of waste  streams, MHI,  through  numerous  amine 

emission  test  campaigns  in  its  small pilot plant and  laboratory  scale  test, discovered  that  solvent 

emissions increased significantly with SO3 concentration in the flue gas at the CO2 absorber inlet, a 

problem that is more relevant to coal‐fired flue gas.  

MHI has  since developed an amine emission  reduction  system  for  the KM‐CDR® process and  the 

system  was  evaluated  at  its  demonstration  plant  at  Plant  Barry  in  Mobile,  Alabama.  At  the 

demonstration plant, a sulfur burner was installed to supply SO3 to the flue gas. In the case of using 

the  conventional washing  and  demister  system  in  the  CO2  absorber,  the  test  data  showed  that 

amine  emissions  clearly  increased with  SO3  concentration  at  the quencher  inlet. However, when 

MHI’s amine emission reduction technology was tested, amine emissions were significantly reduced 

to less than 1/10 compared with the conventional system. MHI also measured total Volatile Organic 

Compound  (VOC)  emissions  and  verified  that  the  emissions  level  of  the  commercial  scale  CO2  

capture plant using KM‐CDR® Process were acceptable. 

4.6 SHELL CANSOLV CO2 CAPTURE TECHNOLOGY  

4.6.1 Introduction 

The Shell Cansolv PCC process utilizes Cansolv DC‐20127,28,29,30 as the absorbent. It is a regenerable 

solvent, which Shell claims to have higher  loading capacity and requires  lower steam consumption 

compared to conventional absorbents in PCC applications.  

The  Shell  Cansolv  technology  is  ideal  for  use  in  coal‐fired  and  natural  gas  power  plants, where 

enormous amounts of CO2 are generated. It is also suitable for capturing CO2 from boiler flue gas in 

smaller scale applications in the mining and chemical industries. The pure CO2 product output by the 

Shell Cansolv technology enables EOR or CCUS downstream of the plant. 

                                                            

27 Stephenne, K.: Start‐Up of World’s First Commercial Post‐Combustion Coal Fired CCS Project: Contribution of Shell Cansolv to SaskPower Boundary Dam ICCS Project. GHGT‐12 28 Singh, A, Stephenne, K.: Shell Cansolv CO2 capture technology: Achievement from First Commercial Plant. GHGT‐12 29 Campbell, M.: Technology Innovation & Advancements for Shell Cansolv CO2 capture solvents. GHGT‐12 30 Shaw, D.: Cansolv CO2 Capture: The Value of Integration. GHGT‐9 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 60 

4.6.2 Operating Experience 

Note: ND = Not Disclosed by licensor 

Table 4‐6 Shell Cansolv CO2 Capture Technology Operating Experience 

  NGCC  Coal‐Fired  Others  Total 

Commercial Plants  0  2  1  3 

Demonstration Plants  ND  ND  ND  ND 

Pilot Plants  1  4  4  9 

FEED Packages Prepared  1  2  1  4 

Process Design Packages Prepared  ND  ND  ND  10 

 

Largest Commercial Plant Operating Experience 

Location:  Estevan, Saskatchewan, Canada 

Flue gas source:  Coal 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr:  64,000 

Current operating status:  In operation  

 

Largest FEED Package Prepared 

Location:  Aberdeen, Scotland 

Flue gas source:  NGCC 

CO2 recovery rate:  90% 

CO2 recovered, Nm3/hr  64,000 

Current status:  Pre‐Final Investment Decision 

 

4.6.3 Process Description 

Figure 4‐7 shows a preliminary simplified PFD of  the Shell Cansolv capture plant. The Cansolv CO2 

capture plant is comprised of the following major components: (1) Pre‐scrubber: to sub‐cool flue gas 

and decrease the SO2 level to below 5 ppmv; (2) CO2 Absorber: to absorb the CO2 in Cansolv DC‐201 

solvent;  (3) CO2 Stripper:  to  regenerate  the  solvent and  release CO2, producing a high‐purity CO2 

product stream; and (4) Amine purification unit: to remove HSS and degradation products from the 

Cansolv solvent and minimize solvent makeup. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 61 

Figure 4‐7 Simplified Process Schematic of the Shell Cansolv PCC Plant 

 

Prior to entering the CO2 absorber, the flue gas is passed through the pre‐scrubber to be cooled in a 

cooling column and decrease the flue gas SO2 content. This is achieved by a cooled water circulation 

loop  entering  at  the  top  of  the  cooling  column  and  caustic  injection  equipped with  packing  and 

counter currently cooling the flue gas.  

The  flue  gas  is  then  ducted  to  the  CO2  absorber, where  CO2  is  absorbed  from  the  flue  gas  by 

countercurrent contact with the Cansolv DC‐201 solvent in a vertical multi‐level packed‐bed tower. 

The gas entering the absorption section of the column will have sufficient pressure to overcome the 

pressure drop in the packing. The treated flue gas leaving the top of the CO2 absorption section will 

pass  through  an  advanced wash  section  to maintain water balance  and  control  emissions  to  the 

atmosphere before being released through the stack. 

Lean absorbent pumps deliver CO2‐lean absorbent from tankage through the lean absorbent cooler 

to  the  top  of  the  CO2  absorber.  The  lean  absorbent  is  cooled  to  enhance  the  CO2  removal 

performance of the absorbent. 

The rich absorbent is collected in the bottom sump of the CO2 absorber and is pumped by the rich 

absorbent pumps and heated in the CO2 lean/rich heat exchangers to recover heat from the hot lean 

absorbent from the stripper bottoms. Rich absorbent is piped to the top of the stripping section of 

the CO2 stripper for absorbent regeneration and CO2 recovery. The rich absorbent enters the column 

under the CO2 reflux rectification packing section and flows onto a gallery tray that allows for vapor 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 62 

disengagement  from  the  rich  absorbent  before  it  flows  down  to  two  stripping  packing  sections. 

Steam generated in the stripper reboilers, flowing counter‐currently to the rich absorbent, is used to 

strip the rich absorbent of CO2.  

Steam in the stripper, carrying the stripped CO2, flows up the stripper column into the rectification 

packing section at the top, where a portion of the vapor  is condensed by recycled reflux to enrich 

the  overhead  CO2  gas  stream.  The  CO2  stripper  overhead  gas  is  partially  condensed  in  the  CO2 

stripper  overhead  condensers.  The  two‐phase mixture  then  flows  to  the  CO2  reflux  accumulator 

where  the  CO2  is  separated  from water.  The  reflux water  is  collected  and  returned  to  the  CO2 

stripper, while the CO2 product gas is sent to the CO2 compression unit.  

The  Cansolv  absorbent  can  accumulate HSS,  as well  as  various  degradation  products  over  time, 

which must be removed from the absorbent to maintain the guaranteed system performance. The 

Shell  Cansolv  process  uses  an  ion  exchange  package,  thermal  reclaimer  unit,  and  CO2  absorbent 

filters to remove the contaminants.  

A small fraction of the lean solvent flow is circulated through the ion exchange package to remove 

ionic degradation products. For the non‐ionic species, the thermal reclaimer unit is used to separate 

them from the active absorbent.  It distills the absorbent under vacuum conditions to separate the 

principle constituents of the absorbent; water and absorbent, leaving the degradation products and 

other  contaminants  in  the  bottom.  Finally,  cartridge  type  filter units  are used  depending on  the 

amount of particulate and trace metal contaminants present in the absorbent. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 63

5. INTEGRATION METHODOLOGY FOR FULL‐SCALE PCC WITH POZA RICA NGCC 

5.1 INTRODUCTION 

An  objective  of  the  Task  1  study  is  to  select  the  top  three  candidates  from  the  six  near‐term 

commercial‐ready PCC technologies identified in the Pre‐Screening exercise (described in Section 2) 

for  pilot  plant  testing  within  the  next  3‐to‐5  years,  followed  by  full‐scale  PCC  demonstration 

implementation  in the Poza Rica NGCC power plant 5‐to‐10 years after pilot testing. Both the pilot 

and the  full‐scale PCC retrofits will be  fully  integrated  into the existing Poza Rica NGCC operation. 

The  technology  selection criterion  is  to be based on minimum  impact on  the overall power plant 

economics, including both performance and cost impacts, from retrofitting a full‐scale PCC into the 

NGCC. The full‐scale PCC  is to recover 85% of the CO2 from 100% of the flue gas  leaving the NGCC 

HRSG. The PCC retrofit scope  includes all new systems and modifications of existing NGCC systems 

necessary to deliver the captured CO2 to the power plant B/L at 152.7 bara (2,215 psia) for pipeline 

transport  to an EOR end‐user. The  transport pipeline and  the EOR designs will be done by other 

parties and are outside the scope of this study.   

Figure  5‐1  is  a  simplified  block  flow  diagram  showing  the  major  new  systems,  as  well  as 

modifications  to  the existing Poza Rica plant,  resulting  from  the PCC  retrofit.   The major changes 

include the following: 

1. New flue gas booster compression system  

2. New post‐combustion CO2 capture system  

3. New CO2 compression and dehydration system 

4. Modifications to the existing plant: 

a. HRSG stack modifications for flue gas extraction 

b. Modifications for steam extraction and power recovery  

c. New PCC cooling tower  

d. New PCC cooling water pump and circulation system 

e. New PCC de‐ionized water system 

f. Modified raw water supply & treatment systems 

g. Additional interconnecting ducting and piping 

Ideally, process H&M balances, equipment designs, performance estimations, operating and capital 

costs  development  for  process  selection  purpose  should  be  done  by  a  single  party  to  ensure 

consistency  in design and cost estimation philosophy and methodology. This philosophy  is carried 

out  to  the maximum extent possible  for  the Task 1  study. With  the exception of  the PCC  system 

(Item 2 in the list above), the design and cost estimates for all other systems listed were carried out 

by Nexant on a consistent basis. The PCC systems are proprietary, and their corresponding designs 

and cost estimations are carried out by the individual PCC licensors.   

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 64 

Figure 5‐1 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Simplified BFD 

 

Existing NGCC, No Change Design & Cost by Nexant Design & Cost by PCC Licensor Design & Cost by Others

3 IdenticalSteam Turbines

Single GT/HRSG

HP SH Steam

CO2-Rich Flue Gas

Post-PCC Retrofit Poza Rica NGCC

GT/HRSG:1. 163 MW Siemen/Westinghouse GT2. 1,595 MMBtu(LHV)/Hr NG Firing3. 900 MMBtu/Hr HRSG Abs Duty4. 580,000 #/Hr HP Stm

Three Identical Siemen Stm Turb:1. 192,000 #/Hr HP SH Stm Each2. 1,100 psig/975 F HP SH Stm3. 27 MW Gross Pre-PCC Each

PCC Plant CO2 Recovery

PCC Plant CO2

Compression

LP CO2

S/CCO2

CO2-Lean Flue Gas Vent from Absorber top

Flue Gas Booster Blower

Other NGCC Plant Modifications:1. CW/CT Systems2. Raw & Filtered Water Systems3. RO/De-Ionized Water System 4. Electrical Distribution Systems5. Inter-Connecting Pipings

Super-CriticalCO2 to EOR Via

Pipeline

BP Power Recovery Turbine

LP Sat SteamCondensat

De-Superheater

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 65 

5.2 EVALUATION METHODOLOGY    

The  evaluation  methodology  used  to  determine  the  overall  NGCC  economic  impact  from  the 

addition of the full‐size PCC consisted of the following: 

1. Developed a ThermoFlex model of the existing Poza Rica NGCC to serve as the basis for all PCC integration cases to be evaluated against. The predicted overall NGCC performance is benchmarked  against  the performance provided by Poza Rica  to ensure  accuracy of  the model.   

2. Developed overall balances on power generation/consumption,  cooling water  loads, and de‐ionized water/filtered water/raw  river water  demands  to  define  existing NGCC  plant support  facility  capacities.  These  served  as  the  bases  to  determine  post‐PCC  retrofit modifications, and new system additions requirements.   

3. Developed  a  common PCC plant design basis  to be used by  all  licensors  to design  their respective  PCC  packages.  The  design  basis  identified  the  following  metrics,  which  are identical for all licensors: 

flue gas feed flow, composition, pressure and temperature conditions, 

degree of CO2 recovery, 

treated flue gas vent emission specifications, 

interface utility and offsite commodity supply and return conditions, and 

timeframe and location of the provided PCC capital cost.  

4. Developed a preliminary generic 30% MEA‐based PCC design to serve as a benchmark for comparison  to  ensure  PCC  licensor  replies  are  reasonable.  The  preliminary  generic  30% MEA‐based  PCC  design  includes  heat  and  material  balances  (HMB),  equipment  sizing, major equipment (ME) factored cost estimates, and estimated PCC chemical consumptions and costs.   

In view of a)  the  short amount of  time available  for  the PCC  licensors  to  respond  to  the questionnaire,  b)  the  fact  that  their  responses  were  provided  voluntarily  without compensation, and c) the proprietary nature of the PCC  licensor data, Nexant anticipated that  some  of  the  licensors may  not  be  able  to  provide  all  of  the  interface  information necessary for NGCC integration evaluation. The generic MEA design thus provides a means to estimate the missing licensor data needed for NGCC integration. 

5. Developed  designs  and  ME  factored  cost  estimates  for  the  new  flue  gas  booster compressor, and the CO2  compression and dehydration systems to fully define the overall NGCC interface requirements of the 30% MEA‐based PCC process systems. 

6. Revised the existing Poza Rica NGCC ThermoFlex model to integrate the generic 30% MEA PCC process  interface steam/condensate demands  to determine post PCC‐retrofit overall steam cycle operation and power generation.  

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 66 

7. Developed  overall  balances  for  the  post‐PCC  retrofitted  Poza  Rica  power  generation/ consumption,  cooling water  loads,  and  de‐ionized water/filtered water/raw  river water demands to define plant modifications, and new system additions needed to support full‐size generic 30% MEA PCC technology.   

8. Developed designs  and  cost  estimations of plant modifications  and  additions needed  to support post PCC‐Retrofit Poza Rica operations.   

9. Prepared preliminary plot  layouts to determine PCC plant  locations and to estimate  inter‐connecting pipe runs and costs.   

10. Estimated incremental overall operating costs between pre‐ and post‐PCC retrofitted NGCC operations.  

11. Determined the impact on overall cost of electricity (COE) after integrating the full‐size 30% MEA PCC operations into the Poza Rica NGCC power plant based on the defined capital and operating costs.     

12. Repeated  above  Steps 5  through 11  for  each PCC  technology based on  capital  cost  and interface requirements provided by the respective PCC technology licensor or supplier.  

13. Determined  the relative economics of  the PCC  technologies based on  least  impact to the overall Poza Rica COE. 

5.3 EXISTING (PRE‐PCC RETROFIT) POZA RICA NGCC MODEL PERFORMANCE  

5.3.1 Steam Cycle Performance   

Keeping  the  same  firing  rate  of  1,680 GJ/hr  [LHV31]  (1,595 MMBtu/hr  [LHV])  of  natural  gas,  the 

ThermoFlex‐modeled, single Siemens/Westinghouse W501F GT generates approximately 166 MWe 

of power. Exhaust  from  the GT goes  through a  single HRSG and produces  roughly 261,300  kg/hr 

(576,000  lb/hr) of 79 bara/525 °C  (1,152 psia/977 °F) HP steam, 19,400 kg/hr  (42,800  lb/hr) of 14 

bara/298 °C (198 psia/569 °F) IP steam, plus 14,900 kg/hr (32,800 lb/hr) of 5 bara/179 °C (72 psia/ 

354 °F) LP steam. Steam from the single HRSG goes to three identical STGs to generate 82.5 MWe of 

power, or 27.5 MWe  from  each  STG.  Exhaust  from  each  STG  goes  through  an  individual  surface 

condenser. Each condenser  is cooled with  cooling water  (CW)  from one dedicated cooling  tower. 

Figure 5‐2  summarizes  the pre‐PCC  retrofit Poza Rica NGCC design operation as predicted by  the 

ThermoFlex model. 

 

 

                                                            

31 LHV = Lower Heating Value 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 67 

Figure 5‐2 Existing Poza Rica NGCC Operation 

POWER GENERATION:kW

Generation:

CW Return from Gas Turb Generation 166,570

STG Train 3 STG 2 & STG 3 Stm Turb Generation 82,500 Total Generation 249,070

RFI RFI CalcNatural Filtered GT CW Supply to

Gas Amb Air Exhaust STG 2 & STG 3Mol Wt Vol % Vol % Vol %

N2 28.01 1.01 75.99 73.26 from STG 3

O2 32.00 0.00 20.39 12.32 STG Train 2 One of Three Identical STG Units CO2 44.01 0.81 0.03 3.81 from STG 2 Argon 39.95 0.00 0.92 0.89 645,273 PPH H2S 34.08 0.0330 0.00 0.00 1.29 psia 1.29 psia

CH4 16.04 89.97 0.00 0.00 110 oF 110 deg F C2H6 30.07 6.65 0.00 0.00 32,588 PPH C3H8 44.10 1.04 0.00 0.00 90 deg F iC4 58.12 0.22 0.00 0.00 nC4 58.12 0.20 0.00 0.00 C5's 72.15 0.08 0.00 0.00 C6's 86.18 0.00 0.00 0.00 SO2 64.06 0.00 0.00 0.0011 192,055 PPH

Steam 18.02 0.00 2.67 9.72 1,117 psia 210.4 MMBtu/Hr

Total Vol % 100.00 100.00 100.00 975 deg F 200 PPH

Total MPH 4,355 121,261 125,840 84 psia

Total LB/Hr 77,694 3,477,073 3,554,768 316 deg F LHV, MMBtu/Hr 1,595 0 0 ppmW Sulfur 592 0 13

28.1 MW GrossNGCC Design Basis: 0.6 MW Gen Loss

1. Gas Turbine (GT) Exhaust Gas Temperature (EGT) of 1141 F, flue gas flow of 3,554,734 lb/hr, 27.5 MW Netand gross output of 162.8 MW are from HRSG Case 1 Specifications.

2. GT Air Compressor (AC) pressure ratio of 15.78 and discharge temperature of 788 F are from Siemen GT Startup Load Curve. These are used to back-calc the AC polytropic efficency.

3. HRSG steam & condensate flows are estimated from HRSG Case 1 heat and material balance (H&MB).

4. Steam drum blowdowns are assumed to be 5% of steam generation. Deaerator vent is assumed to be 200 lb/hr. 5. Natural gas and ambient air composition are taken from Request For Information (RFI) table filled by CFE. Exhaust composition are calculated. 32,786 PPH 32,786 PPH

72 psia 84 psia 84 psia 354 deg F 316 deg F 316 deg F

42,802 PPH 198 psia 569 deg F

677,860 PPH 110 deg F

1,302 psia649,916 PPH 84 psia 316 deg F

28,808 PPH

1,556 2003 GT Des Spec Sht 2,140 PPH1,595 MMBtu(LHV)/Hr 218 psia 84 psia

77,694 lbs/hr HRSG-1 316 deg F

474.7 psia 576,165 PPH 579,961

77 oF 1,152 psia 1172 604,974 PPH 977 deg F 976 3,554,768 Lbs/Hr

14.7 psia

195.1 deg F

1023 lb/sec Est @ 59 F Amb T from Flue Gas flow3,477,073 lb/hr @ Actual Amb T

14.7 psia Amb Pressure 14.5 psia Inlet Pressure 9,570 2003 GT Des Spec

89.6 oF Amb Temp 89.6 oF 9,570 Btu/kW-Hr GT Ht Rate57.0 % RH 44,942 PPH HRSG

Flue Gas

232 psia 229 psia 0 lbs/hr Mol Wt MPH Mol% Wet Mol% Dry

787 deg F 2229 deg F N2 28.01 92,188 73.26% 81.15%

166.6 MW O2 32.00 15,504 12.32% 13.65%

162.8 HRSG-1 CO2 44.01 4,793 3.81% 4.22% Argon 39.95 1,121 0.89% 0.99%

Steam 18.016 12,232 9.72%

------------------- -------- -------- --------

Total MPH 125,838 100.00% 100.00% Total LB/Hr 3,554,768

HRSG-13,554,734 3,554,388 lbs/hr

15.14 15.39 psia1,141 1,138 oF

0 2/19/2016 RCRev. Date BY

908 MMBtu/Hr (Flue Gas Cooling) Total5 MMBtu/Hr (Loss) Total Job Rev.

904 MMBtu/Hr (Absorbed) Total No. No.

1 Total Number of HRSGs66' H x 21' W x 49' L Dimensions per HRSG A02484 0

World Bank Mexican NGCC PCC Study

Existing (Pre-PCC Retrofit) POZA RICA NGCC Operation

DRAWING No.

Figure 5-2

Natural Gas Combine Cycle (NGCC) Process Flow DiagramPoza Rica HRSG Design Case (HRSG Case 1) : 32 C Amb T & 57% RH

1xW501F with 3,554,670 Lb/Hr 1141 F Flue Gas at 90 F Amb T & 57% RH

Issued for Task 1 ReportRevision

Nexant, Inc.San Francisco, California

C102MP Steam Drum

Stm Turbine Generator

GT Generator

Air Comp K101Gas Turbine

K102Steam Turbine

E101Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

Ambient Air

CW Return

CW Supply

Deaerator Vent

Flue Gas

V-101Stack

C105BD Flash

Drum

GT Nat Gas

GT Combustor

C103LP Stm Drum

/ Dearator

BD To WWT

HP BD

MP BD

E102Surface

Condenser

De-ionized WaterTank

HP SH1HP EVAP

HP SH3 HP SH2

C101HP Steam Drum

MP SH1 MP EVAPMP ECON

LP EVAP MU WATER PREHTR

39

G102 A/BSurf Cond Pump

G102 A/B MP BFW Pumps

51

G103 A/BDIW Pump

22

34

37

15

704

701

19

7

1

G104 A/BCW Pump

LP SH

HP ECON 1

G101 A/B HP BFW Pumps

HP ECON 2 HP ECON 3

DesuperHt BFW

4 5

6

17

38

12

13

20

23

25

32

24

29 30

26

33

45

52

AC Inlet Filter

9

82

5

HP Econ 2 & 3 Bypass 11

34701 704

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 68 

5.3.2 Overall NGCC Balance and Performance 

The overall power balance, CW and CT loads for the existing Poza Rica NGCC are summarized in 

Table 5‐1. 

Table 5‐1 Existing Poza Rica NGCC Overall Balance and Performance 

Overall Poza Rica Power Balance: 

Pre‐PCC 

Retrofit

Output at Generator Outlet, kW:

   Existing Siemens/Westinghouse GT 166,570

   Existing Siemens Steam Turbine (Total for 3 operating) 82,500

   New BP Power Recovery Turbine 0

   Total Gross Generation 249,070

Parasitic Loads, kW:

   Existing HP & IP BFW Pumps 1,047

   Existing Condensate & Hot Cond Recycle Pumps 101

   Existing Raw Water & Filtered Water Pumps 159

   Existing Cooling Water Pumps 3,626

   Existing Cooling Tower Fans 1,350

   Transformer Loss Allowance 730

   Misc Existing NGCC Loss Allowance 200

   New Flue Gas Booster Blower 0

   New PCC CO2 Capture & Compression Loads 0

   New PCC Cooling Water Pumps 0

   New PCC Cooling Tower Fans 0

   Misc New PCC Loss Allowance 0

Total NGCC/PCC Electrical Loads 7,213

Net Poza Rica Power Export, kW 241,857

Poza Rica CW/CT Duty Breakdown: (Generic 30% MEA)

Pre‐PCC 

Retrofit

Existing NGCC CW/CT Duty, GJ/hr  (MMBtu/hr) 666 (631)

New PCC CW/CT Duty, GJ/hr  (MMBtu/hr) 0

Total Poza Rica CW/CT Duty, GJ/hr  (MMBtu/hr) 666 (631)  

Overall water  balances  for  the  existing  Poza  Rica NGCC  are  summarized  in  Figure  5‐3.  The  total 

estimated raw river water withdraw  is about 345 m3/hr or 1,500 gallons per minute  (gpm). About 

90% of the water is used for makeup to the existing CT.  Of the total CT makeup, 80% is lost through 

evaporative cooling, and 20%  is  lost to blowdown, which represents a 5‐cycle of concentration for 

the CT. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 69 

Figure 5‐3 Existing Poza Rica NGCC Overall Water Balance 

1,080 GPM

1,516 GPM 1,485 GPM 1,350 GPM 270 GPM

30 GPMCondenser Duty = 631 MMBtu/Hr

85 GPM Avg 20 GPM

50 GPM 0 1/21/2016 Initial Estimate for Task 2 RCRev. Date Revision BY

Job Rev.No. No.

A02484 0

DRAWING No.

PFD-Water Bal-101

POZA RICA 240 MW NGCCPCC RETROFIT STUDY

OVERALL WATER BALANCE DIAGRAM

Pre-PCC Operation at 100% GT Output

Existing Cooling Tower

(5 Cycles of Conc.)

Pre PCC Retrofit NGCC Simplified Overall Water Balance Diagram

Existing NGCC ACF/RO/ED System 1x200 GPM ACF/RO

+2x88 GPM ED

1. Existing river water pumps and supply pipeline max capacity is is 1550 gpm.

CT BlowdownRiver Water

CT Evaporation Loss for dissipating Surface Cond

Loads

CT Blowdowns to

WWT & Disposal

Feed Water Treatment:

Clarifier & Filter

Misc NGCC Makeup

Allowance

Exist ACF/RO/ED Purge

Feed Water Treat Purge

 

5.4 PCC DESIGN BASIS AND QUESTIONNAIRE TO SELECTED LICENSORS 

These  were  discussed  previously  in  Sections  2  and  3.  The  Design  Basis  and  the  request  for 

information Questionnaire are provided for reference in Appendices D and C respectively. 

5.5 FULL‐SIZE 30% GENERIC MEA‐BASED PCC AND CO2 COMPRESSION DESIGN 

The  simplified PFDs  for  the  full‐size generic 30% MEA PCC and CO2  compression design,  together 

with the major stream HMBs are presented in Appendix F. 

The 30% MEA PCC Plant includes the following major equipment: 

•  Feed Blower  

•  Feed Scrubber (direct contact cooler) 

•  Absorber 

•  Regenerator/Reboiler/Condenser System 

•  Rich/Lean Exchanger 

•  Lean MEA Cooler 

•  Rich and Lean MEA Pumps 

•  MEA Filtration and Reclaiming Packages 

•  MEA Storage Tank 

 

The CO2 Compression Plant includes the following major equipment: 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 70 

•  CO2 Compression with Inter‐stage and After‐Coolers and KO Drums 

•  Supercritical CO2 Pump, Surge Drum, & After‐Cooler  

•  CO2 Dehydration Package 

 

Major  equipment  lists  for  the MEA  PCC  Plant  and  CO2  Compression  Plant  are  also  presented  in 

Appendix F. 

5.6 POST‐PCC RETROFIT POZA RICA NGCC MODEL PERFORMANCE  

5.6.1 Steam Cycle Performance   

Figure  5‐4  summarizes  the  post‐PCC  retrofit  Poza  Rica  NGCC  steam  cycle  operation  and 

performance,  based  on  using  full‐size  generic  30%  MEA  PCC  technology,  as  predicted  by  the 

ThermoFlex model. 

The single Siemens/Westinghouse W501F GT  is operating at  the same  throughput as  the pre‐PCC 

retrofit case, firing 1,680 GJ (LHV)/hr (1,595 MMBtu [LHV]/hr) of natural gas. Based on the model, it 

generates approximately 166 MW of power. Exhaust from the GT goes through the single HRSG and 

produces  roughly  261,000  kg/hr  (577,000  lb/hr) of  78 barg/525  °C  (1150 psig/975  °F) HP  steam, 

18,000 kg/hr (40,000 lb/hr) of 12 barg/300 °C (170 psig/570 °F) IP steam, plus 13,000 kg/hr (28,000 

lb/hr) of 2 barg/170 °C (30 psig/340 °F) LP steam.    

For post‐PCC retrofit operation, roughly 50% of the HP steam from the HRSG  is routed to the PCC 

plant for amine regeneration uses. As a result, the three existing STGs now only receive roughly half 

of the pre‐PCC retrofit HP steam flow. Based on sliding pressure STG operation, HP steam pressure 

after  each  STG’s  inlet  control  stop  valve  (CSV)  drops  from  the  pre‐PCC  retrofit  value  of  76  barg 

(1,100 psig) down  to  roughly 50 barg  (730 psig). Power production  from each STG drops  from 27 

MW down to about 13 MW. Each of the three existing surface condenser duties and its associated 

CW load also drops to roughly 50% of the pre‐PCC retrofit value.  

Since HRSG HP steam generation is the same as pre‐PCC retrofit operation, the pressure exiting the 

HRSG HP  superheater  is  essentially  the  same  as pre‐PCC  retrofit.  The existing  STG CSV  serves  as 

backpressure  controller  between  the  HRSG  outlet  and  the  STG  inlet,  which  should  provide 

protection  against  potential  excessive  differential  pressure  damage  within  the  HRSG  HP  steam 

generation circuit during post‐PCC retrofit operations. The HRSG IP and LP steam pressure floats on 

the STG pressure and will drop slightly from the pre‐PCC retrofit level due to lower STG pressure.   

Because the generic 30% MEA PCC regeneration only requires saturated steam at 3 barg (45 psig), 

the  extraction  steam  is  routed  through  a new Back  Pressure  Turbine  (BPT)  generator  to  recover 

some power from HP steam depressurization. Roughly 50% of the power loss from the three existing 

STG  is  recovered  by  the  BPT.  Exhaust  from  the  BPT  is  de‐superheated with  condensate  to  near 

saturation temperature before the steam is sent to PCC regeneration. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 71 

Figure 5‐4 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Operation 

POWER GENERATION:kW

Generation:

CW Return from Gas Turb Generation 166,550

STG Train 3 STG 2 & STG 3 Stm Turb Generation 39,625 BP Turb Generation 21,617

RFI RFI Calc Total Generation 227,792Natural Filtered GT CW Supply to

Gas Amb Air Exhaust STG 2 & STG 3Mol Wt Vol % Vol % Vol %

N2 28.01 1.01 75.99 73.26 from STG 3

O2 32.00 0.00 20.39 12.32 STG Train 2 One of Three Identical STG Units CO2 44.01 0.81 0.03 3.81 from STG 2 Argon 39.95 0.00 0.92 0.89 342,997 PPH H2S 34.08 0.0330 0.00 0.00 0.83 psia .83 psia

CH4 16.04 89.97 0.00 0.00 96 oF 96 deg F C2H6 30.07 6.65 0.00 0.00 110,143 PPH C3H8 44.10 1.04 0.00 0.00 90 deg F iC4 58.12 0.22 0.00 0.00 nC4 58.12 0.20 0.00 0.00 C5's 72.15 0.08 0.00 0.00 C6's 86.18 0.00 0.00 0.00 SO2 64.06 0.00 0.00 0.0011 92,671 PPH

Steam 18.02 0.00 2.67 9.72 742 psia 114.8 MMBtu/Hr

Total Vol % 100.00 100.00 100.00 955 deg F 200 PPH

Total MPH 4,355 121,261 125,840 60 psia

Total LB/Hr 77,694 3,477,073 3,554,768 292 deg F LHV, MMBtu/Hr 1,595 0 0 ppmW Sulfur 592 0 13

65,380 PPH

13.5 MW Gross 96 deg F

NGCC Design Basis: 0.3 MW Gen Loss1. Gas Turbine (GT) Exhaust Gas Temperature (EGT) of 1141 F, flue gas flow of 3,554,734 lb/hr, 13.2 MW Net

and gross output of 162.8 MW are from HRSG Case 1 Specifications.

2. GT Air Compressor (AC) pressure ratio of 15.78 and discharge temperature of 788 F are from Siemen GT Startup Load Curve. These are used to back-calc the AC polytropic efficency.

3. HRSG steam & condensate flows are estimated from HRSG Case 1 heat and material balance (H&MB). 285,044 PPH

4. Steam drum blowdowns are assumed to be 5% of steam generation. Deaerator vent is assumed to be 200 lb/hr. 175 psia5. Natural gas and ambient air composition are taken from Request For Information (RFI) table filled by CFE. 28,053 PPH 28,053 PPH 256 deg F

Exhaust composition are calculated. 46 psia 60 psia 60 psia 342 deg F 292 deg F 292 deg F

297,418 PPH 40,375 PPH 1,131 psia 185 psia 976 deg F 569 deg F

453,140 PPH 96 deg F

1,295 psia646,598 PPH 60 psia

21.8 MW Gross 292 deg F

0.2 MW Gen Loss 21.6 MW Net

28,772 PPH

2,019 PPH1,595 MMBtu(LHV)/Hr 205 psia 60 psia

77,694 lbs/hr 292 deg F

474.7 psia 575,432 PPH

77 oF 1,145 psia 604,204 PPH 977 deg F

No Vent to Atm

1023 lb/sec Est @ 59 F Amb T from Flue Gas flow3,477,073 lb/hr @ Actual Amb T

14.7 psia Amb Pressure 14.5 psia Inlet Pressure

89.6 oF Amb Temp 89.6 oF 9,571 Btu/kW-Hr GT Ht Rate57.0 % RH 42,394 PPH HRSG

Flue Gas

232 psia 229 psia 0 lbs/hr Mol Wt MPH

787 deg F 2229 deg F N2 28.01 92,188

166.6 MW O2 32.00 15,504

CO2 44.01 4,793 3,554,768 Lbs/Hr Argon 39.95 1,121

14.7 psia Steam 18.016 12,232

195.1 deg F ------------------- --------

Total MPH 125,838 Total LB/Hr 3,554,768

3,554,383 lbs/hr15.39 psia1,138 oF

0 2/19/2016 RCRev. Date BY

908 MMBtu/Hr (Flue Gas Cooling) Total5 MMBtu/Hr (Loss) Total Job Rev.

904 MMBtu/Hr (Absorbed) Total No. No.

1 Total Number of HRSGs66' H x 21' W x 49' L Dimensions per HRSG A02484 0

Nexant, Inc.San Francisco, California

World Bank Mexican NGCC PCC Study

Post-PCC Retrofit POZA RICA NGCC Operation

Issued for Task 1 ReportRevision

DRAWING No.

Figure 5-3

Natural Gas Combine Cycle (NGCC) Process Flow DiagramPoza Rica HRSG Design Case (HRSG Case 1) : 32 C Amb T & 57% RH

1xW501F with 3,554,670 Lb/Hr 1141 F Flue Gas at 90 F Amb T & 57% RH 30 Wt% Generic MEA-Based PCC

C102MP Steam Drum

Stm Turbine Generator

GT Generator

Air Comp K101Gas Turbine

K102Steam Turbine

E101Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

Ambient Air

CW Return

CW Supply

Deaerator Vent

Flue Gas

V-101Stack

C105BD Flash

Drum

GT Nat Gas

GT Combustor

C103LP Stm Drum

/ Dearator

BD To WWT

HP BD

MP BD

E102Surface

Condenser

De-ionized WaterTank

HP SH1HP EVAP

HP SH3 HP SH2

C101HP Steam Drum

MP SH1 MP EVAPMP ECON

LP EVAP MU WATER PREHTR

39

G102 A/BSurf Cond Pump

G102 A/B MP BFW Pumps

51

G103 A/BDIW Pump

22

34

37

15

704

701

19

7

1

G104 A/BCW Pump

LP SH

HP ECON 1

G101 A/B HP BFW Pumps

HP ECON 2 HP ECON 3

DesuperHt BFW

4 5

6

17

38

12

13

20

23

25

32

24

29 30

26

33

45

52

AC Inlet Filter

9

82

5

HP Econ 2 & 3 Bypass 11

34701 704

Process Condensate

De-SuperheaterLP Sat Steam to PCC

Regeneration

BP Power Recovery Turbine

PCC Regeneration

PCC Regeneration

PCC Regeneration Return Condensate

PCC Makeup WaterPCC Wash Water Makeup

Flue Gas to PCC

BPT CSV

ExistSTG CSV

Flue Gas Booster Blower

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 72 

5.6.2 Overall NGCC Balance and Performance 

The  overall  power  balance,  CW  and  CT  loads  for  the  post‐PCC  retrofit  Poza  Rica  NGCC  are 

summarized  in  Table  5‐2  for  the  generic  30%  MEA  PCC  operation.  Existing  pre‐PCC  retrofit 

performances are shown for comparison purposes.  

Table 5‐2 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Overall Balance and Performance 

Overall PR NGCC Power Balance: (Generic 30% MEA)

Pre‐PCC 

Retrofit

Post‐PCC 

Retrofit

Output at Generator Outlet, kW:

   Existing Siemen/Westinghouse GT 166,570 166,550

   Existing Siemen Steam Turbine (Total for 3 operating) 82,500 39,625

   New BP Power Recovery Turbine 0 21,617

   Total Gross Generation 249,070 227,792

Parasitic Loads, kW:

   Existing HP & IP BFW Pumps 1,047 1,060

   Existing Condensate & Hot Cond Recycle Pumps 101 53

   Existing Raw Water & Filtered Water Pumps 159 206

   Existing Cooling Water Pumps 3,626 3,626

   Existing Cooling Tower Fans 1,350 1,350

   Transformer Loss Allowance 730 667

   Misc Existing NGCC Loss Allowance 200 200

   New Flue Gas Booster Blower 0 8,768

   New PCC CO2 Capture & Compression Loads 0 11,902

   New PCC Cooling Water Pumps 0 3,292

   New PCC Cooling Tower Fans 0 900

   Misc New PCC Loss Allowance 0 0

Total NGCC/PCC Electrical Loads 7,213 32,025

Net Poza Rica Power Export, kW 241,857 195,768

Poza Rica CW/CT Duty Breakdown: (Generic 30% MEA) Pre‐PCC Post‐PCC

Existing NGCC CW/CT Duty, GJ/hr  (MMBtu/hr) 666 (631) 363 (344)

New PCC CW/CT Duty, GJ/hr  (MMBtu/hr) 0 466 (441)

Total Poza Rica CW/CT Duty, GJ/hr  (MMBtu/hr) 666 (631) 829 (786)  

The overall water balance  for post‐PCC Poza Rica NGCC operation based on  generic 30% MEA  is 

summarized in Figure 5‐5. The total estimated raw river water withdraw is about 430 m3/hr or 1,900 

gpm.  Approximately 80% of the water is used for makeup to the existing CT and the new PCC CT. Of 

the total CT makeup, 80%  is  lost through evaporative cooling, and 20%  is  lost to blowdown which 

represents a 5‐cycle of concentration for the CT. 

Compared  to  the  existing  water  usage  shown  in  Figure  5‐3,  the  generic  30% MEA  retrofit  will 

increase the overall Poza Rica raw water  import by about 90 m3/hr or 400 gpm. Since the existing 

river water withdraw is already near the maximum allowed, a new river water withdraw permit may 

be required before PCC retrofit can proceed.   

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 73 

Figure 5‐5 Post‐PCC Retrofit Poza Rica NGCC Overall Water Balance 

755 GPM

809 GPM 189 GPM

135 GPM

PCC Cooling Duty =

441 MMBtu/Hr

1,922 GPM589 GPM

336 GPM

1,883 GPM 1,545 GPM 737 GPM 147 GPM

38 GPMCondenser Duty = 344 MMBtu/Hr

20 GPM

48 GPM135 GPM

204 GPM 156 GPM 131 GPM

84 GPM Avg

0 1/21/2016 RC

Rev. Date BY

25 GPM

50 GPM

Job Rev.No. No.

A02484 0

DRAWING No.

PFD-Water Bal-102

Initial Estimate for Task 2

Revision

1/0/1900

30% MEA PCC RETROFIT STUDY

OVERALL WATER BALANCE DIAGRAM

Post-PCC Operation at 100% GT Output

PCC Cooling Towers (5 Cycles of

Conc)

New PCC ACF/RO/ED Systems

(77% Recovery)DM Water

PCC CT Blowdown

PCC MEA Absorber

Incremental BFW MU for PCC Stm

Injection

PCC CT Evaporation Loss for dissipating PCC Cooling Loads

New PCC ACF/RO/ED Purge

Makeup Wash Water

Post PCC Retrofit NGCC Simplified Overall Water

Balance Diagram

Existing CT Blowdown

CT Blowdowns to WWT & Disposal

PCC MEA-free Cond Purge

PCC MEA Feed

Scrubber

CT Evaporat'n Loss for dissipating Surface Condenser Cooling

L d

Existing Cooling Tower (5 Cycles of Conc.)

River Water

1. Existing river water pumps and supply pipeline max capacity is is 1550 gpm.

Feed Water Treatment: Clarifier & Filter

Existing NGCC AFC/RO/DM System1x200 GPM RO

+2x88 GPM ED

Misc NGCC Makeup

Allowance

Exist ACF/RO/ED Purge

Feed Water Treat Purge

 

5.7 NGCC PLANT MODIFICATIONS REQUIRED FOR PCC RETROFIT 

The NGCC plant modifications major equipment list is presented in Appendix F. The major units and 

summaries of their functions are presented below: 

Louvers  to  the  Existing  HRSG  Stack  –  Two  sets  of  these  flap‐type  dampers  are  installed  in  the 

existing stack. One set, installed near the top of the stack, is designed to be closed when the PCC is 

in operation to prevent the untreated flue gas from exiting. The second set is installed at the base of 

the  HRSG  in  the  ducting  that  leads  to  the  absorber.  This  damper  will  be  opened  during  PCC 

operation to allow the flue gas flow to the absorber. A cost allowance for an additional (third) louver 

is included for HRSG low‐pressure protection. 

Flue Gas Ducting – New ductwork  is  required  to  route  the  flue gas  leaving  the HRSG  to  the PCC 

facilities. The treated flue gas is vented to the atmosphere from the top of the absorber and is not 

routed back to the existing stack, so no return ducting is necessary. 

Letdown Steam Turbine – A portion of the superheated HP steam is extracted from the main steam 

line  to  supply  the PCC  regeneration  steam demand. Since  the HP  steam pressure  is much higher 

than what the PCC plant requires, a BPT generator is installed upstream of the PCC plant to recover 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 74 

some power  from the HP extraction steam before  it  is exhausted at the pressure required for the 

PCC plant. 

Desuperheater – The exhaust steam leaving the BPT is still superheated and too hot for PCC reboiler 

operation. A water spray desuperheater is installed to cool the BPT steam exhaust to near saturation 

before feeding to the PCC. 

Piping Modifications – Piping  is  installed to route the superheated HP steam to the BPT and from 

the BPT to the CO2 regenerator column’s reboiler. The reboiler condensate is also piped back to the 

deaerator located in the steam plant. 

PCC Cooling Tower – After Nexant’s visit to the Poza Rica NGCC plant,  it was understood that CFE 

would  like  to  retain maximum operational  flexibility after PCC  retrofit by keeping all  three  steam 

turbines and their respective CTs available. One new CT, consisting of six (6) cooling cells, is required 

to  handle  the  30% MEA  PCC  plant’s  additional  cooling  loads.  Underground  concrete  CW  piping 

associated with the new CT is included to route the CW to and from the PCC CW consumers. 

New Deionization Unit  – Due  to additional deionized  (DI) water  requirements  for MEA absorber 

water wash and larger BFW makeup water demand, a new reverse osmosis (RO)/DI unit is added to 

the existing RO/DI system. 

Miscellaneous Pumps – These are the pumps associated with the new CT, new RO/DI unit, DI water 

flowing to the water wash section of the CO2 absorber, and the additional raw river water required 

to be pumped from Canal de Llamada.  

5.8 PRELIMINARY POST‐30% MEA PCC RETROFIT PLOT LAYOUTS 

5.8.1 Preliminary PCC Plot Layouts 

The  30% MEA‐based  PCC  plant  is  divided  into  5  sections:  Flue  Gas  Blower, MEA  tankage,  CO2 

absorption, CO2  regeneration, and CO2 compression. Figure 5‐6 shows a preliminary  layout of  the 

flue  gas  blower,  MEA  tankage  and  CO2  absorption  sections,  while  Figure  5‐7  shows  the  CO2 

regeneration and CO2 compression/dehydration sections. The estimated dimensions for each of the 

major process areas are: 

Flue Gas Booster Blower:   30 ft x 30 ft (~ 9 m x 9 m) 

CO2 Absorption:    190 ft x 100 ft (~ 58 m x 31 m) 

CO2 Regeneration:     150 ft x 320 ft (~ 46 m x 98 m) 

CO2 Compression:    150 ft x 130 ft ( ~ 46 m x 40 m) 

MEA Tankage:    100 ft x 80 ft (~ 31 m x 24 m) 

 

Based  on  these  figures,  the  total  estimated  plot  space  required  for  the  30%  MEA‐based  PCC 

including  flue  gas  blower  and  CO2  compression/dehydration  but  excluding  plant modifications  is 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 75 

about  9,000  m2  (96,000  ft2).  Plant  modification  included  a  new  cooling  tower,  which  adds 

approximately 1,594 m2 (17,000 ft2) into the overall plot space required.  

5.8.2 PCC Equipment Placement/Integration Guidelines 

The  flue gas blower and PCC absorber  tower  locations are most critical due  to  the significant and 

sizeable flue gas ducting interconnection and exhaust/stack features. These components need to be 

located  as  close  as  possible  to  each  other  and  to  the  existing  stack  to minimize  the  ductwork 

requirements and the associated pressure drop. 

The  PCC  regeneration  facilities  and  CO2  compressors,  while  being  significant  components  with 

sizeable footprints, can have more flexibility for placement and distance since the  interconnection 

with  the  absorber  towers  are  piping  connections  and  not  ductwork.  The  regeneration  and 

compressor  facilities are  located so as  to make best use of available plot area while providing  for 

suitable construction, operations and maintenance access. 

Per the description in Section 5.7, a new cooling tower is required for the PCC facilities. The cooling 

tower requirements for the PCC facilities are not insignificant, as can be seen by the relative size of 

the proposed PCC cooling tower shown on the site  layout. The cooling tower  is placed  in available 

space while  respecting  their  need  to  be  oriented with  the  prevailing wind  directions  for  proper 

performance. 

Figure 5‐8 shows the preliminary, aerial view of the Poza Rica NGCC after 30% MEA PCC retrofit. The 

white boxes  represent  the plot areas  that are available  for  the  retrofit PCC equipment and NGCC 

plant modifications. This figure clearly shows that there  is sufficient plot space required for a 30% 

MEA‐based PCC retrofit. The major interconnecting pipe lengths were estimated based on this plot 

plan. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 76 

Figure 5‐6 30% MEA PCC Plot Layout – Flue Gas Blower, MEA Tankage and CO2 Absorption Sections 

 

G-106

K-101

MEA Absorber

C-10146' ID

G-101 A & B

PIP

EW

AY

MEA TANKAGE

CO2 ABSORPTION

G-100 A & B

FLUE GAS DUCT

G-103 A & B

To

Am

ine

Reg

ener

atio

n

FG Blower

E-105

E-100

Feed Scrubber

C-10044' ID

MEA Storage Tank

D-10158' ID

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 77 

Figure 5‐7 30% MEA PCC Plot Layout – CO2 Regeneration and Compression/Dehydration Section 

PIPEWAY

C-103

C-1

06

CO2 COMPRESSION

C-302

E-104A

E-104B

E-104C

E-104D

E-1

04

E

E-1

04

F

E-1

04

G

E-1

04

H

D-102&

G-107

E-102 A

E-102 B

E-102 C

E-102 D

G-102 A & B

G-104 A & B

E-101 B

E-101 C

E-101 D

E-101 E

E-101 A

K-301CO2 Compressor

K-301Motor

K-301Lube & Seal

Oil Skid

C-301

E-301 A / E-302 A

E-301 B / E-302 B

G-301 A & B

E-303 A / E-304 A

E-303 B / E-304 B

C-304

C-303

G-302 A & B

PIPEWAY

PIP

EW

AY

PIP

EW

AY

PIP

EW

AY

E-1

06

E-102 A

E-102 B

E-102 C

E-102 D

E-102 E

E-102 F

E-102 G

E-1

03

Dehydration Skid

MEA REGENERATION

BP

T

C-10211' ID (Top) x 16' ID (Btm)

Stripper

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 78 

Figure 5‐8 Retrofitted Poza Rica NGCC with 30% MEA PCC Plot Plan 

250 ft

240 ft

175 ft

150 ft

150 ft

150 ft

900 ft

600 ft

Flue Gas Blower MEA Storage TankCO2 Absorption Plant CO2 Regeneration Plant CO2 Compression Plant

75 ft

90 ft

CW Pumphouse

BPT

New Cooling Tower

Makeup Water Line(Above Ground)

New CT CW Line(Below Ground)

PCC Pipe Rack PCC Steam/Condensate Line

Available Plot Space

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 79 

5.9 POZA RICA NGCC PCC RETROFIT ECONOMIC EVALUATION BASIS  

5.9.1 Incremental Capital Cost 

Each  PCC  licensor  provided  the  design  and  the  capital  cost  of  the  CO2  absorption/regeneration 

plants associated with  their  respective proprietary PCC  technology. Nexant developed  the design 

and  capital  cost  of  the  CO2  absorption/regeneration  plants  for  the  generic  30% MEA‐based  PCC 

plant. In addition, Nexant also developed the designs and the capital costs for all of the other non‐

solvent related systems that are integral to NGCC PCC retrofitting, for the generic MEA technology, 

and for all of the licensed PCC technologies. These non‐solvent related systems include: the flue gas 

feed booster compression unit, CO2 compression/dehydration unit, and NGCC plant modifications.  

In  doing  so,  each  PCC  licensor’s  responsibility/input  is  limited  specifically  to  its  technology, 

minimizing any potential non‐PCC  technology  related  interferences and  inconsistencies associated 

with technology comparison.   

Capital costs  for  the Nexant‐designed systems were major‐equipment  (ME)  factored estimates  for 

U.S. Gulf Coast (USGC) locations with a target accuracy of ± 30 percent. For ME factored estimates, 

equipment material and  labor  costs were developed  from equipment  sizes, quantities, and other 

applicable design parameters. Bulk material and  labor costs were factored from the ME costs. The 

sum of the ME and bulk material costs,  including shipping costs, forms the Total Direct Cost (TDC). 

Construction indirect cost, factored from total direct labor cost, is added to the TDC to arrive at the 

Total  Field  Cost  (TFC).  Vendor  startup  support  cost  (factored  from ME  cost),  Home  Office  cost 

(factored from TFC), and contingency (factored from TFC) are added to the TFC to come up with the 

Total Plant Cost (TPC). The CAPEX reported in this study is at the TPC level. For the Nexant‐designed 

systems, a contingency of 30% was added to cover uncertainties associated with scale‐up, missing 

equipment  and  facilities  associated  with  turndown,  startup,  normal/emergency  shutdown,  and 

other transient operations not yet defined with a conceptual design.   

Table  5‐3  summarizes  the  estimated  capital  cost  for  the  generic  MEA‐based  PCC  plants.  The 

estimated capital cost of  the existing NGCC  is  included  for comparison and  to  facilitate economic 

evaluation via calculation of cost of electricity, described in greater detail in Section 6.3. Capital cost 

of the existing NGCC is estimated assuming an installed cost of $1000/kW gross output.  

Values listed  in Table 5‐3 are January 2015 capital costs for USGC locations.   Based on Nexant’s in‐

house historical data, the installed cost for Mexico location can vary anywhere from 80% to 120% of 

the USGC  cost.    For  this  study,  it  is  assumed  that Mexico  installed  costs  are  the  same  as USGC 

installed costs. For those non‐USGC capital costs provided by PCC  licensors, they were adjusted to 

USGC costs using Nexant’s in‐house historical location cost factors.  

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 80 

Table 5‐3 Generic 30% MEA‐based PCC Retrofit Capital Costs 

Total Poza Rica NGCC Capital Costs, $MM Jan 2015: (Generic 30% MEA)

Pre‐PCC 

Retrofit

Post‐PCC 

Retrofit

Existing Poza Rica NGCC * 249 249

Flue Gas Booster Blower 0 14

PCC CO2 Capture & Compression/Dehydration 0 181

NGCC Plant Modifications 0 33

Total NGCC/PCC CapEx, $MM Jan 2015 at PR 249 477

Total Incremental CapEx, $MM Jan 2015 at PR Base 228

* Assumed existing Poza Rica NGCC CapEx at $1000 per gross kW  

5.9.2 Incremental Operating Cost 

Operating and maintenance (O&M) costs for retrofitting the Poza Rica NGCC with PCC is allocated as 

either fixed and variable operating costs.  

Fixed operating costs are essentially independent of actual capacity factor, number of hours of plant 

operation, or amount of kilowatts produced. It consists mainly of costs for employee salaries, taxes 

and insurances. For this study, the following are assumed for all cases:  

1. 3 new 24/7 (operator) positions at 4.66 shifts/position for 14 total additional employees at 

$40,000/year salary plus benefits 

2. 3 new 8/5 (administrative) employees at $40,000/year salary plus benefits 

3. Maintenance material and labor equal to 2.5% of CAPEX 

4. Annual operating cost allowance for insurance at 1% of CAPEX 

5. Annual operating cost allowance for property tax at 1% of CAPEX. 

 

Variable  operating  costs  are  directly  proportional  to  the  power  plant  throughputs,  and  include 

purchase  costs  for process  consumables,  catalysts  and  chemicals. Process  consumables are  feeds 

directly used for power generation such as natural gas and raw water imports, plus disposal cost for 

waste water discharges. Process consumables also include sale revenue (or disposal cost) associated 

with  the  captured CO2 product. Catalysts  and  chemicals  are primarily used  for water  treatments 

(feed  water,  BFW,  CW  and  waste  water  treatments),  plus  PCC  amine,  additive  and  filters 

replacement and disposal costs. For this study, variable costs are estimated assuming: 

Natural gas is priced at $2.37/GJ (LHV) or $2.50/MMBtu (LHV) 

Raw river water is priced at $74/1000 m3 or $0.28/1000 gallons 

Treated waste water is discharged back to the river at $7.4/1000 m3 or $0.028/1000 gallons 

Annual on‐stream factor (AOF) of 8,000 hours per year (91.3%) 

CO2 has zero worth (no renewable credits nor sale of CO2 for EOR purposes) 

Amine makeup/disposal, as well as filter replacement/disposal costs for all cases are the 

same as that for 30% generic MEA. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 81 

Due to the lack of PCC licensors’ responses relating to makeup costs for their proprietary solvents, 

identical amine makeup  costs are assumed  for  this  study. While  licensors are  claiming  significant 

reduced  solvent degradation  losses  compared  to  generic MEA, past Nexant  studies on  advanced 

amines  for  PCC  services  had  shown  that  the  higher  solvent  prices  tend  to  offset  the  savings  on 

reduced solvent losses, hence the overall amine makeup costs are about the same. 

Table 5‐4 summarizes the estimated annual operating costs for the Poza Rica NGCC before and after 

full‐size  generic  30%  MEA‐based  PCC  retrofit.  It  should  be  noted  that  the  actual  chemical 

consumptions and  costs  information are not available  from  the Poza Rica plant. Values  shown  in 

Table 5‐4 are typical treating requirements from past projects. Compared to the PCC contributions 

of  roughly $6.89 MM/year,  these estimated water  treating  chemical  costs highlight  the  relatively 

minor contribution (roughly $0.58 MM/year or 10%) to the  incremental catalysts & chemical costs 

for PCC‐retrofit.   

Table 5‐4 Generic 30% MEA‐based PCC Operating Costs 

ANNUAL OPERATING COSTS, $MM/Year: (Generic 30% MEA)

Pre‐PCC 

Retrofit

Post‐PCC 

Retrofit

PROCESS CONSUMABLE COSTS (VARIABLE):

      Natural Gas Feed 31.85                  31.85                 

      River Water Import 0.28                    0.35                   

      CO2 Product Export ‐                      ‐                     

      Process Waste Water Disposal 0.01                    0.01                   

      TOTAL PROCESS CONSUMABLES 32.13                  32.21                 

CATALYSTS & CHEMICAL COSTS (VARIABLE): ***

     Water Treating Chemicals 2.56                    3.14                   

     PCC Amine/Additives  Makeup & Disposal * ‐                      6.47                   

     PCC Carbon/Filters/Dessicant Replace & Disposal * ‐                      0.42                   

     TOTAL CAT & CHEMICALS 2.56                    10.03                 

FIXED COSTS:

       Operating Labor ** 2.79                    3.35                   

       Maintenance Labor 3.74                    7.16                   

       Maintenance Material 2.49                    4.77                   

       Overhead Charges 2.40                    2.52                   

        Insurance & Property Tax 4.98                    9.55                   

        TOTAL FIXED COSTS 16.40                  27.35                 

TOTAL OPERATING & MAINTENANCE  COST 51.09                  69.59                 

   *     Cost includes disposal allowance.

  **     Assumed 3 additional operating positions at 4.65 shifts per position.

 ***    Chemical usages are typical from past projects and do not necessary represent actual Poza Rica usages 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 82 

5.9.3 Economic Evaluation Figure‐of‐Merit 

The PCC process economic evaluation was conducted based on the overall performance (net power 

export) of  the Poza Rica NGCC with PCC  retrofit,  total  capital expenditure  (CAPEX) and operating 

expenditure  (OPEX).  The  overall  economic  performance  of  the  Poza  Rica  NGCC  with  PCC  was 

evaluated using  two  figures‐of‐merit  that  took  into account  the abovementioned parameters. The 

figures‐of‐merit are: 

CAPEX + 7 Year OPEX Breakeven Electricity Price; 

Cost of Electricity (COE) 

 

CAPEX + 7 Year OPEX Breakeven Electricity Price (BEP) 

 

This was  the  evaluation method  recommended  in  the  original  study  proposal.  It  is  the  required 

electricity selling price required to recoup the capital expenditure plus 7 years’ worth of operating 

expense. The formula for this breakeven price (BEP) is: 

 

where AOF is the Annual On‐stream Factor.  In order to calculate the BEP, it is necessary to include 

the CAPEX and OPEX of the existing Poza Rica NGCC plant. These costs were shown under the “Pre‐

PCC” columns in Table 5‐3 and Table 5‐4. Using the same formula, Nexant estimated the CAPEX + 7 

year OPEX BEP of the existing Poza Rica NGCC without PCC. The calculated pre‐PCC COE was then 

used  as  the  baseline  cost  in  order  to  calculate  the  incremental BEP.  The  incremental BEP  is  the 

difference between the post‐PCC BEP and the pre‐PCC BEP. 

Table 5‐5 summarizes the estimated BEP for the generic MEA‐based PCC plants. The impact of CO2 

product price on BEP is also shown. Revenue from the sale of CO2 decreases the electricity sale price 

needed to breakeven on costs. The greater the CO2 product price, the lower the BEP. It is shown in 

Table  5‐5  that  a  CO2  sale  price of  around  $99  per metric  ton  (MT)  or  $90  per  short  ton  (ST)  is 

required in order for the post‐PCC retrofit BEP to be the same as the pre‐PCC BEP. 

Table 5‐5 Generic 30% MEA‐based PCC Retrofit CAPEX + 7 Year OPEX BEP 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 83 

Cost of Electricity (COE) 

The COE  is  the metric used by  the U.S. DOE  to evaluate power plants with CO2  capture.  It  is  the 

revenue received per net MWh that provides the stipulated  internal rate of return on equity over 

the entire economic analysis period. A simplified formula for the COE applies a capital charge factor 

(CCF) to the CAPEX, which is based on a certain set of economic assumptions. These assumptions are 

listed in Table 5‐7. 

The formula for calculating the COE is: 

 

where the CCF = 0.111 for NGCC plants with CO2 capture.  

Again, Nexant  estimated  the  pre‐PCC  Poza  Rica NGCC’s  COE  and  used  it  as  the  baseline  cost  to 

calculate  the  incremental COE. The  incremental COE  is  the difference between  the post‐PCC COE 

and  the  pre‐PCC  COE.  Table  5‐6  summarizes  the  estimated  COE  for  the  generic MEA‐based  PCC 

plant: 

Table 5‐6 Generic 30% MEA‐based PCC Retrofit COE 

Cost Of Electricity (COE), $/MWh: (Generic 30% MEA)

Pre‐PCC 

Retrofit

Post‐PCC 

Retrofit

     Capital Charge Factor (CCF) 0.111 0.111

     Annual Onstream Factor (AOF) @ 8,000 hrs/yr 91.3% 91.3%

     CapEx, $MM 249 477

     Fixed OpEx, $MM/yr 16.4 27.4

     AOF*Variable OpEx, $MM/yr 2.8 10.4

     AOF*NG Cost, $MM/yr 31.8 31.8

     AOF*Annual Net Power Export, MWh/yr 1,934,860 1,566,141

    Calc COE, $/MWh 40.7 78.3

    Incremental COE, $/MWh Base 37.6

 *  COE=(CCFxCapEx+Fix OpEx+AOF*Variable OpEx+AOF*NG Cost)/(AOF*Annual Net Power Export)  

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 84 

Table 5‐7 Economic Assumptions Used to Determine CCF 

38% Effective Tax Rate

20 years, 150% declining balance

None

None

30 years

None

None

3.60%

Construction Period 3 years

10%, 60%, 30%

Zero for all parameters

100%

3.00%

Type of Security

Debt

Equity

TAXES

Income Tax Rate

FINANCING TERMS

Repayment Term of Debt

Grace Period on Debt Repayment

Capital Depreciation

Investment Tax Credit

Tax Holiday

Distribution of Total Overnight Capital over the Capital Expenditure 

Period (before escalation)

Working Capital

% of Total Overnight Capital that is Depreciated

Debt Reserve Fund

TREATMENT OF CAPITAL COSTS

Capital Cost Escalation During Construction (nominal annual rate)

45

55

INFLATION

RSP, O&M, Fuel Escalation (nominal annual rate)

FINANCIAL STRUCTURE (HIGH RISK INVESTOR OWNED UTILITY)

Percent of Total

 

5.9.4 Poza Rica NGCC Economics for Full‐Size Licensor PCC Retrofit 

The economic evaluation methodology described in this section was repeated for each of the 

licensed PCC technology using data supplied by the respective PCC licensor. The results are 

discussed in further detail in Section 6. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 85

6. RESULTS OF FULL‐SCALE PCC INTEGRATION WITH POZA RICA NGCC  

6.1 POZA RICA NGCC PRE‐ AND POST‐30% MEA PCC RETROFIT PERFORMANCE  

As mentioned  in the evaluation methodology presented  in Section 5, Nexant modeled the existing 

(i.e.  pre‐PCC  retrofit)  Poza  Rica  NGCC  performance  based  on  its  operation  information/data 

provided by CFE. Nexant  then developed a conceptual design of a  full‐scale PCC plant based on a 

generic 30 wt% MEA process, and modeled the full‐scale effect of retrofitting  it onto the Poza Rica 

plant. The 30 wt% MEA PCC design was based on Nexant’s in‐house data, and retrofitting it onto the 

Poza Rica plant serves the purpose of providing a preliminary independent assessment of the impact 

of CO2 capture on the Poza Rica plant performance. It also helps to establish a reference design from 

which to evaluate and compare the six selected PCC technologies.  

The pre‐PCC retrofit Poza Rica NGCC CO2 emission rate is estimated to be 2,297 mTPD (2,532 STPD), 

for a net power output of 242 MW.  The required CO2 capture, as stated in the design basis, is 85%, 

or 1,952 mTPD (2,152 STPD) of CO2. 

Table 6‐1 summarizes and compares the Poza Rica plant performance before and after retrofitting 

for  CO2  capture,  based  on  the  generic  30 wt% MEA‐process  design.  As  shown,  significant  plant 

performance penalty  is expected. The plant experiences a net power export reduction of about 46 

MW, or 19%, from 242 MW to 196 MW. This corresponds to a net plant efficiency drop from 51.8% 

to 42.0%, a loss of almost 10 percentage points. The majority of the power reduction is due to the 

reduced output from the steam turbines and the auxiliary power requirements to run the PCC plant. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 86 

Table 6‐1 Poza Rica NGCC Pre‐PCC vs Post‐30% MEA PCC Retrofit Performance Summary 

Pre‐PCC RetrofitPost‐PCC 

Retrofit

NGCC CO2 Emissions, MTPD (STPD) 2297 (2532) 345 (380)

Recovered CO2 Product, MTPD (STPD) 0 (0) 1952 (2152)

% CO2 Capture 0 85%

Power Balance, MW

     Generation

          Gas Turbine Gross Output 166.6 166.6

          Steam Turbine Gross Output  82.5 39.6

          Back Pressure Turbine 0 21.6

     Total Gross Output 249.1 227.8

    Auxiliary Consumption

         Existing NGCC Plant Parasitic Loads 7.2 7.2

         Flue Gas Blower 0 8.8

         PCC + CO2 Compression + Plant Mods 0 16.1

     Total New PCC Parasitic Load 7.2 32.0

Net Power Plant Export, MW 241.9 195.8

              Delta Plant Export, MW       ‐46.1

              % Plant Export Reduction       ‐19%

Net Plant Heat Rate, MJ/kWh (Btu/kWh)  6.94 (6584) 8.57 (8134)

Net Plant Efficiency, % LHV 51.8 42.0

              Delta Plant Efficiency, percentage pt       ‐9.9

Incremental Water Import, lpm (gpm) 0 (0) 1537 (406)  

6.2 POZA LICENSOR RESPONSES CHECK AGAINST GENERIC 30% MEA  

The different PCC technology licensors were responsible for providing the PCC B/L performance and 

cost data  in order  for Nexant  to perform  the overall Poza Rica  full‐scale  retrofit evaluation. As a 

check against posting or interpretation errors, selected licensor responses are compared against the 

generic 30% MEA design. These are summarized  in Table 6‐2. Due to the proprietary nature of the 

data,  the  information  is  expressed  as  a  percentage  relative  to  the  Nexant  in‐house  30% MEA 

Reference Design values, so that the actual data would remain confidential.  

As shown  in Table 6‐2, all advanced amine‐based PCC technology  licensors’ design were based on 

85% CO2 recovery except for Fluor which was based on 90% CO2 recovery. Due to time constraints, 

Fluor was not able to provide the design for 85% CO2 recovery. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 87 

Relative heat of regeneration per unit CO2 captured from PCC licensors indicate about 20‐25% lower 

than that for generic 30% MEA, which is consistent with typical claims by advanced amine providers. 

Within the group, the differences cited are rather small.  

Relative  cooling  loads  (total  for  amine  plus  CO2  compression)  are  generally  higher  than  that  for 

generic 30% MEA design. While one would expect lower cooling loads for the advanced PCC due to 

lower  regeneration heat  input,  the higher  cooling  loads  could be a  result of  lower absorber  feed 

temperatures compared to the generic 30% MEA design.   

Relative PCC auxiliary power consumption varies between 50% and 150% of the 30% MEA design. 

These variations are  inherent  to  the values provided by  the  licensors  themselves.  It  is noted  that 

HTC did not provide  the auxiliary power  consumption of  their PCC unit.  In order  to  calculate  the 

HTC’s  PCC  performance,  Nexant  assumed  that  the  auxiliary  power  consumption  is  80%  of  the 

generic MEA PCC power consumption, proportionate to the PCC regeneration heat.    

Except  for Alstom,  all  of  the  PCC  licensor‐quoted  CAPEXs  are within  about  10%  of  the  estimate 

CAPEX  for  the  generic  MEA  design.  This  is  remarkably  consistent  considering  the  potentially 

different design philosophies, estimation details and methodology used among  the PCC  licensors. 

The quoted CAPEXs were used directly  in the economic evaluations. Relative ranking sensitivity to 

PCC CAPEXs was carried out and results are discussed in Section 6.6. 

Table 6‐2 Selected Summary of PCC Licensor Responses Relative to Nexant 30% MEA PCC Case 

See Note 1Reference 

30% MEA PCC 

Design 

Alstom 

Advanced 

Amine

BASF/Linde 

PCC  

Fluor 

Econamine 

Plus HTC Purenergy

MHI KS‐1 

Process Shell CanSolv

CO2 Capture Rate 85% 86% 85% 90% 85% 85% 85%

PCC Regeneration Heat Relative to 100% 74% 74% 77% 80% 75% 73%

30% MEA

Cooling Load Relative to 30% MEA 100% 134% 107% 115% 88% 120% 115%

PCC Auxiliary Power Consumption 100% 155% 54% 109% N/A 59% 45%

Relative to 30% MEA (assume ~80%)

Reported CAPEX Reference USGC Western USGC USGC Canada USGC USGC

Location Europe

CAPEX (USGC) Relative to  100% 141% 107% 102% 112% 98% 112%

30% MEA  Note  1:  Values  presented  here  are Nexant’s  interpretation  of  the  data  provided  by  the  PCC  licensors  and  relative  to 

Nexant’s in‐house 30% MEA design. 

6.3 POZA RICA NGCC POST‐PCC RETROFIT PERFORMANCE EVALUATION FOR ALL LICENSORS 

For this study, Nexant was responsible for integrating the PCC plant into the existing Poza Rica NGCC 

plant in order to evaluate the overall Poza Rica NGCC performance after PCC retrofit for each of the 

CO2 capture  technologies. Each  respective PCC  technology provider’s  responsibility was  limited  to 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 88 

providing their PCC B/L performance and cost estimation. Nexant provided the design of other units 

integral to retrofitting the Poza Rica NGCC with PCC. These  include:  the  flue gas  feed blower, CO2 

compression and dehydration unit, and NGCC plant modifications  for PCC  retrofit. By providing a 

consistent design for each of these non‐proprietary units for all six retrofit cases, Nexant minimized 

the relative overall design and cost estimation inconsistency and uncertainty. 

Table 6‐3 summarizes and compares the Poza Rica NGCC performance before and after PCC for each 

of  the  CO2  capture  technologies. With  regards  to  auxiliary  power  consumption,  the  PCC  power 

consumption  provided  by  each  PCC  licensor  is  combined  with  Nexant’s  CO2 

compression/dehydration  and  plant  modifications  power  consumption.  This  ensures  that  the 

proprietary, PCC licensor‐provided auxiliary power consumption data remains confidential. 

From Table 6‐3, it can be seen that all six PCC technologies claim improvement in efficiency over the 

30% MEA design, ranging from 8.4 to 9.3 percentage point  loss, compared to 9.9 percentage point 

loss in efficiency for the 30% MEA design. It should be noted that there is no peer reviewed data in 

the  public  domain  to  compare  the  claims  of  the  various  technologies  in  comparison  to  the  30% 

generic  amine  case.  Pilot  plant  testing  would  be  required  to  confirm  any  efficiency  claims.

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 89 

Table 6‐3 Poza Rica NGCC Pre‐PCC vs Post‐PCC Retrofit Performance Summary 

See Note 1 Pre‐PCCGeneric 30% 

MEA PCCAlstom BASF Fluor

HTC 

PurenergyMHI Shell CanSolv

NGCC CO2 Emissions, MTPD (STPD) 2297 (2532) 345 (380) 328 (362) 344 (379) 229 (252) 346 (381) 346 (381) 342 (377)

Recovered CO2 Product, MTPD (STPD) 0 (0) 1952 (2152) 1969 (2170) 1953 (2153) 2068 (2280) 1951 (2151) 1951 (2151) 1955 (2155)

% CO2 Capture 0 85% 86% 85% 90% 85% 85% 85%

Power Balance, MW

     Generation

          Gas Turbine Gross Output 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6 166.6

          Steam Turbine Gross Output  82.5 39.6 49.6 49.4 46.0 46.7 49.2 49.4

          Back Pressure Turbine 0 21.6 17 17 18 18 17 16.7

     Total Gross Output 249.1 227.8 232.8 232.7 231.0 231.3 232.6 232.7

    Auxiliary Consumption

         Existing NGCC Plant Parasitic Loads 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2

         Flue Gas Blower 0 8.8 8.8 8.8 8.8 8.8 8.8 8.8

         PCC + CO2 Compression + Plant Mods 0 16.1 17.3 14.1 16.6 14.0 15.7 14.2

     Total New PCC Parasitic Load 7.2 32.0 33.3 30.1 32.5 29.9 31.7 30.1

Net Power Plant Export, MW 241.9 195.8 199.5 202.6 198.4 201.4 200.9 202.5

              Delta Plant Export, MW       ‐46.1 ‐42.4 ‐39.3 ‐43.4 ‐40.5 ‐41.0 ‐39.3

              % Plant Export Reduction       ‐19% ‐18% ‐16% ‐18% ‐17% ‐17% ‐16%

Net Plant Heat Rate, MJ/kWh (Btu/kWh) 6.94 (6584) 8.57 (8134) 8.42 (7984) 8.28 (7860) 8.46 (8025) 8.33 (7907) 8.35 (7926) 8.29 (7862)

Net Plant Efficiency, % LHV 51.8 42.0 42.7 43.4 42.5 43.2 43.1 43.4

              Delta Plant Efficiency, percentage pt   ‐9.9 ‐9.1 ‐8.4 ‐9.3 ‐8.7 ‐8.8 ‐8.4

Incremental Water Import, lpm (gpm) 0 (0) 1537 (406) 3058 (808) 1718 (454) 1618 (427) 1328 (351) 2561 (676) 1580 (417)  Note 1: Values presented here are Nexant’s interpretation of the data provided by the PCC licensors. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 90 

6.4 POZA RICA NGCC PCC RETROFIT ECONOMIC EVALUATION RESULTS 

Table 6‐4 shows the economic evaluation results,  including  incremental CAPEX + 7 year breakeven 

electricity price and incremental COE for each of the PCC technologies retrofitted into the Poza Rica 

NGCC plant. With regard to PCC cost estimates, the PCC plant CAPEX that was provided by each PCC 

licensor is combined with Nexant’s CO2 compression/dehydration plant CAPEX. This ensures that the 

licensor‐provided PCC plant capital cost data remain confidential. 

Based  on  the  economic  figures‐of‐merit,  the  various  PCC  licensors’  technologies  are  ranked  for 

comparative  purposes.  The  lower  the  incremental  CAPEX  +  7  year  breakeven  electricity  price/ 

incremental COE,  the higher  the ranking. As shown  in Table 6‐5,  for both methodologies,  the PCC 

licensors’  rankings  are  in  the  same  order. Hence, we  can  use  COE  as  the  sole  figure‐of‐merit  in 

ranking the various PCC technologies. 

Figure  6‐1  shows  a  graphical  representation  of  the  COEs  for  the  six  PCC  technology  licensors.  It 

should  be  noted  that with  the  exception  of Alstom  all  other  PCC  technologies  have  very  similar 

COEs, being within a range of $1.3/MWh, or 4% of one another. 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 91 

Table 6‐4 Incremental PCC Costs for Various Licensors 

Generic 30% 

MEA PCC 

Design  Alstom  BASF / Linde Fluor

HTC 

Purenergy MHI Shell CanSolv

CAPEX Estimate, $MM US USGC

PCC Plant + CO2 Compression 

[Note 2] 181.4 234.7 187.7 181.9 194.5 178.8 194.9

Flue Gas Blower 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2

Poza Rica Plant Modifications 32.8 32.4 30.4 31.9 29.1 30.9 30.4

TOTAL 228.4 281.4 232.3 228.0 237.8 223.9 239.5

 O&M Estimate, $MM US

Variable Costs [Note 3] 7.6 7.6 7.6 7.5 7.3 7.5 7.5

Fixed Costs 11.0 13.3 11.1 10.9 11.4 10.8 11.6

TOTAL  18.5 21.0 18.7 18.5 18.7 18.3 19.1

43.2 47.9 40.7 42.0 41.7 40.4 41.5

N/A 6 2 5 4 1 3

37.6 41.4 35.3 36.5 36.2 35.1 36.0

N/A 6 2 5 4 1 3Ranking based on COE

Estimated Post‐Combustion CO2 Capture Costs

Incremental Costs to Poza Rica 

NGCC without CO2 Capture [Note 

1]

CAPEX +7 Yr OPEX Breakeven 

Electricity Price, $/MWh [Note 4]:

Ranking based on Breakeven Price

Estimated Cost of Electricity (COE), 

$/MWh [Note 5]

 Note 1 ‐ Values presented here are Nexant’s interpretation of the data provided by the PCC licensors. 

Note 2 ‐ All figures except Nexant’s 'Generic 30% MEA Design' are based on vendor‐provided data, which are considered proprietary. 

Note 3 ‐ Major component is the amine replacement costs, which are considered proprietary.  

Note 4 ‐ Incremental to estimated existing Poza Rica NGCC CAPEX + 7 Year OPEX Breakeven Price of $44.79/MWh 

Note 5 ‐ Incremental to estimated existing Poza Rica NGCC COE of $40.69/MWh 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 92 

Figure 6‐1 Incremental PCC COEs for Various Licensors 

35.1  35.3 36.0  36.2 

36.5 

41.4 

25

30

35

40

45

MHI BASF Shell CanSolv HTC Purenergy Fluor Alstom

Increm

ental COE, $/M

Wh

Incremental COE based on Licensors' Data

 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 93 

6.5 ECONOMIC EVALUATION RESULTS AFTER CO2 CAPTURE RATE ADJUSTMENTS 

While Nexant’s questionnaire specified for PCC design to capture 85% of the Poza Rica plant’s CO2, 

Fluor provided data based on a capture rate of 90%. The design for higher CO2 capture rate requires 

a larger reboiling duty, which results in a larger steam extraction rate and consequently lower power 

output  from  the  steam  turbine.  The  larger  quantity  of  CO2  captured  also  increases  the  CO2 

compression horsepower and costs. It is recognized that Fluor’s data would need to be adjusted to 

ensure an apples‐to‐apples comparison with the other technologies. 

Nexant made  the estimated adjustments by:  firstly, pro‐rated Fluor’s  total CO2  regeneration duty 

from 90% to 85%. The PCC auxiliary power consumption, CO2 compression power requirements and 

cooling duty were also revised down accordingly. Finally, Fluor’s PCC plant CAPEX was reduced by 

5% to account for the smaller absorber size. 

Table 6‐5 shows  the estimated PCC costs and  ranking after adjusting  for Fluor’s CO2 capture  rate. 

Rank values in green indicate that the technology has moved up in ranking while values in red mean 

that the technology has slid down from the initial evaluation. Rankings in blue are unchanged from 

the initial economic evaluation. Figure 6‐2 is the graphical representation of the COEs, adjusted for 

Fluor’s 85% CO2 capture rate.  

Based  on  the  adjustments made  to  account  for  85%  CO2  capture  rate  for  Fluor,  its  COE  is  now 

$35.0/MWh, or about a $1.5/MWh decrease from the initial evaluation.  

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 94 

Table 6‐5 Incremental PCC Costs for Various Licensors after CO2 Capture Rate Adjustment for Fluor 

Generic 30% 

MEA PCC 

Design  Alstom  BASF / Linde Fluor

HTC 

Purenergy MHI Shell CanSolv

CAPEX Estimate, $MM US USGC

PCC Plant + CO2 Compression [Note 

2] 181.4 234.7 187.7 174.0 194.5 178.8 194.9

Flue Gas Blower 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2 14.2

Poza Rica Plant Modifications 32.8 32.4 30.4 31.4 29.1 30.9 30.4

TOTAL 228.4 281.4 232.3 219.7 237.8 223.9 239.5

 O&M Estimate, $MM US

Variable Costs [Note 3] 7.6 7.6 7.6 7.5 7.3 7.5 7.5

Fixed Costs 11.0 13.3 11.1 10.9 11.4 10.8 11.6

TOTAL  18.5 21.0 18.7 18.4 18.7 18.3 19.1

37.6 41.4 35.3 35.0 36.2 35.1 36.0

N/A 6 3 1 5 2 4Ranking based on COE

Estimated Post‐Combustion CO2 Capture Costs

Incremental Costs to Poza Rica NGCC 

without CO2 Capture [Note 1]

Estimated Cost of Electricity (COE), 

$/MWh [Note 4]

 Note 1 ‐ Values presented here are Nexant’s interpretation of the data provided by the PCC licensors. 

Note 2 ‐ All except Nexant 'Generic 30% MEA Design' are based on vendor‐provided data, which are considered proprietary. 

Note 3 ‐ Major component is the amine replacement costs, which are considered proprietary.  

Note 4 ‐ Incremental to estimated existing Poza Rica NGCC COE of $40.69/MWh 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 95 

Figure 6‐2 Incremental COEs for Various Licensors after CO2 Capture Rate Adjustment for Fluor 

36.5 

35.1  35.3 36.0  36.2 

41.4 

35.0 

25

30

35

40

45

Fluor MHI BASF Shell CanSolv HTC Purenergy Alstom

Increm

ental COE, $/M

Wh

Incremental COE based on Licensors' DataIncremental COE Adjusted for 85% CO2 Capture for Fluor

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 96 

6.6 ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO PCC CAPEX 

As mentioned in Section 6.3, the PCC capital costs were provided by each of the PCC licensors as a 

single value based on potentially different design philosophies, estimation details and methodology. 

While the quoted CAPEXs are fairly consistent against the generic MEA CAPEX, each can easily vary 

by ±10%. 

To  determine  the  sensitivity  of  the  relative  economic  ranking  to  potential  CAPEX  variations,  the 

COEs were  re‐evaluated  for  each  PCC  at  90%  and  110%  of  the  quoted  PCC  CAPEX.  The Nexant‐

designed  systems  (flue gas blower, CO2  capture and  compression, and NGCC plant modifications) 

CAPEXs were not changed because they were designed and estimated on a consistent basis. 

The bar‐chart  in Figure 6‐3 shows the COEs for the six PCC technologies at the baseline and ±10% 

PCC plant  costs,  for CO2  capture  rates of 85%. The  first bar  (in blue)  represents  incremental COE 

based on 100% of the  licensor quoted CAPEX for the  licensed amine plant. The second bar (in tan) 

represents  incremental COE based on 110% of the  licensor quoted CAPEX. Lastly, the third bar (in 

green) represents incremental COE based on 90% of the licensor quoted CAPEX.   

The data show that at this  level of accuracy,  it cannot be determined  if any one of  the  top 5  (all 

except Alstom)  technologies stands out among  the  rest. For example, Fluor may have the  lowest 

COE  (blue bar) based on  its quoted CAPEX  (after adjustment  to 85% CO2 capture), but  just a 10% 

increase  in  its PCC CAPEX would cause  its COE  (tan bar)  to go up  to $36.4/MWh, which would be 

higher than the highest COE based on quoted CAPEX by HTC (blue bar, $36.2/MWh). Conversely, the 

Fluor COE of $35.0/MWh  (blue bar) at  the  licensor‐quoted CAPEX  is higher  than  the highest COE 

based on 90% of HTC’s quoted CAPEX (green bar, $34.6/MWh). 

Within the licensors’ provided CAPEX accuracy, it would therefore be difficult to establish a relative 

ranking of the top five PCC candidates with certainty. 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 97 

Figure 6‐3 Incremental COEs for Various Licensors with ±10% PCC CAPEX 

35.0  35.1  35.3 36.0  36.2 

41.4 

36.4  36.5  36.8 37.5  37.7 

43.3 

33.7  33.8  33.8 34.4  34.6 

39.4 

25

30

35

40

45

Fluor MHI BASF Shell CanSolv HTC Purenergy Alstom

Increm

ental COE, $/M

Wh

Incremental COE Based on Licensors' Data (adjusted for 85% CO2 Capture for Fluor)

Incremental COE for +10% PCC CAPEX

Incremental COE for ‐10% PCC CAPEX

 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 98 

6.7 ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO REBOILING DUTY  

In the questionnaire to the PCC licensors, besides asking for the CO2 regeneration duties for treating 

the  full‐size  Poza  Rica  NGCC  flue  gas,  the  licensors  were  also  requested  to  provide  a  typical 

regeneration duty per unit of CO2  captured  for both NGCC and  coal‐fired  flue gases,  from either 

their  pilot  or  demonstration  plant  units. With  the  exception  of  Shell,  all  the  licensors  provided 

typical duties  from processing  coal‐fired  flue gases.   A  few of  these  licensors provided data  from 

pilot testing on NGCC flue gases.  

Based on Nexant’s experience from past studies, the low concentration of CO2 in an NGCC flue gas 

(around 4%)  can adversely affect  the CO2 pickup of  the amine  solvent,  resulting  in  increased CO2 

regeneration duty, in the order of about 15‐20% more than the corresponding duty for CO2 capture 

from  coal‐fired  flue  gas, which  typically  contains  about 12% CO2. Part of  the higher duty  can be 

reduced through process design adjustments such as colder feed gas or absorber inter‐stage cooling, 

but these adjustments tend to result in trade‐offs in the form of higher capital costs.    

From the licensors’ responses, it was noted that some of the quoted CO2 regeneration duties for the 

Poza Rica NGCC were unexpectedly low compared to their stated results from coal‐fired flue gas test 

runs. On a normalized basis, BASF, Fluor and HTC each showed CO2 regeneration duties for the Poza 

Rica NGCC that are only 5‐7% more than what their test data for coal‐fired flue gas showed. Since 

the amine plant designs were proprietary,  it was not possible  to determine  the extent of process 

adjustments and cost trade‐offs that were included in these licensor quotes.  

Nexant thus performed a sensitivity check to determine the  impact on relative ranking  in case the 

regeneration duty is higher than stated. Nexant re‐evaluated the COE by adjusting BASF, Fluor, and 

HTC’s NGCC CO2  regeneration duties  to 115% of  their  stated  coal‐fired  flue  gas  test data duties. 

Figure 6‐4 shows the COEs  for the various PCC technologies at their reported reboiling duties and 

after the aforementioned adjustments to BASF, Fluor and HTC’s duties. Differences  in COE among 

the top five candidates are still small and within the accuracy of the study.  

 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 99 

Figure 6‐4 Incremental COEs for Various Licensors after CO2 Regeneration Duty Adjustments  

35.0  35.1  35.3 36.0  36.2 

41.4 

35.7  35.9 36.7 

25

30

35

40

45

Fluor MHI BASF Shell CanSolv HTC Purenergy Alstom

Increm

ental COE, $/M

Wh

Incremental COE Based on Licensors' Data (adjusted for 85% CO2 Capture for Fluor)

Incremental COE Based on Adjusted CO2 Regeneration Duties

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 100 

6.8 ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO NATURAL GAS PRICES  

Figure 6‐5 shows the sensitivity of the COEs for the six PCC technologies to natural gas price ranging 

from  $1/GJ  ($1.06/MMBtu)  to  $10/GJ  ($10.55/MMBtu).  The  baseline  gas  price  used  for  all  PCC 

technologies in the evaluations is $2.37/GJ ($2.50/MMBtu).  

Consistent with the results presented in Section 6.6, the COEs for the top five technologies are very 

close to one another and it cannot be determined if any one of them stands out among the rest, be 

it at high  ($10/GJ) or  low  ($1/GJ) gas prices. However,  it should be noted that the COE for Fluor’s 

PCC  technology  increases at a greater  rate  than  the other  technologies due  to  its  lower net plant 

efficiency. At about $5/GJ ($5.28/MMBtu), the MHI and BASF PCC technologies, which have slightly 

higher efficiencies  than Fluor, now have an equal COE with Fluor. At the highest natural gas price 

($10/GJ) evaluated in this sensitivity analysis, BASF’s technology has the lowest COE ($45.6/MWh) of 

the six licensors. 

6.9 ECONOMIC EVALUATION RESULTS SENSITIVITY TO ANNUAL ON‐STREAM FACTOR (AOF) 

Figure 6‐6 shows the sensitivity of the COEs for the six PCC technologies to the power plant’s AOF 

ranging  from 75%  to 100%. The baseline AOF used  for  all PCC  technologies  in  the evaluations  is 

91.3%, or 8,000 hours per year.  

Consistent with the results presented in Section 6.6 and 6.8, the COEs for the top five technologies 

are bunched very closely together and no one technology stands out among the others, regardless 

of a high or low AOF.  

 

 

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 101 

Figure 6‐5 COE Sensitivity to Natural Gas Prices for Various PCC Licensors 

32

37

42

47

52

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

COE, $/M

Wh

Natural Gas Price, $/GJ

Alstom BASF Fluor (85% Capture) HTC Purenergy MHI Shell Cansolv

Baseline NG price at $2.37/GJ

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 102 

Figure 6‐6 COE Sensitivity to Annual On‐Stream Factor for Various PCC Licensors 

31

36

41

46

51

75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0

COE, $/M

Wh

Annual On‐Stream Factor, %

Alstom BASF Fluor (85% Capture) HTC Purenergy MHI Shell Cansolv

Baseline AOF of 91.3%(8,000 hours per year)

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 103 

6.10 ESTIMATED PCC PLOT SPACE REQUIREMENTS 

Figure 5‐8 in Section 5.8.2 shows the preliminary, aerial view of the Poza Rica NGCC after 30% MEA 

PCC retrofit. The figure clearly shows that there is sufficient plot space required for a PCC retrofit. In 

the  questionnaire  to  the  PCC  licensors,  Nexant  requested  the  dimensions  of  the  different  PCC 

sections. Based on the licensors’ responses, together with Nexant’s estimate for the area of the CO2 

compression section,  the  total plot space requirements  for each  technology’s PCC plant,  including 

the flue gas blower and CO2 compression/dehydration units but excluding plant modifications, are 

tabulated in Table 6‐6.  

Table 6‐6 Estimated PCC Plot Space Requirements 

PCC Technology 

Total Plot Space Requirements, including 

Flue Gas Blower & CO2 

Compression/Dehydration excluding 

Plant Mods, m2 (ft2) 

30% MEA  9,000 (96,000) 

Alstom  14,000 (150,000) 

BASF  11,000 (120,000) 

Fluor  6,300 (68,000) 

HTC Purenergy  17,000 (180,000) 

MHI  6,700 (72,000) 

Shell Cansolv  6,900 (74,000) 

 

The estimated  total  available plot  space  at  the Poza Rica plant, not  including  space  available  for 

plant modifications, is 24,500 m2 (264,000 ft2). This is much larger than the corresponding plot space 

required by any one of the PCC technologies evaluated in this study. 

The  bulk  of  the  plot  space  taken  up  by  plant modifications,  per  the  30% MEA  case,  is  the  new 

cooling tower and CW pump house, as depicted in Figure 5‐8. The estimated area occupied by these 

units  is  about  1,950 m2  (21,000  ft2). Although  several  of  the  PCC  licensors’  technologies  require 

larger CW  flows  than  the  30% MEA‐based  PCC,  they  are  expected  to  require no more  than  two 

additional cooling cells. Figure 5‐8 shows that there should be sufficient space around the new PCC 

cooling  tower  to  extend  it  by  the  two  additional  cooling  cells  required  to  accommodate  the 

increased CW demands.  

Based on this analysis, the Poza Rica plant is expected to have sufficient area to support any one of 

the six PCC technologies evaluated.

Task 1 Technology Selection and Evaluation

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 104

7. SUMMARY AND CONCLUSIONS 

7.1 SUMMARY AND CONCLUSIONS 

A preliminary carbon capture  technology assessment and screening exercise was carried out with 

the  objective  to  identify  the most  appropriate,  commercially‐available  post‐combustion  carbon 

capture  (PCC)  technology  for NGCC power plants  in Mexico. This was  to be  followed by  a more 

detailed evaluation of the selected technology, which would serve as the basis for the development 

of a conceptual design of a carbon capture pilot plant to be  located at Poza Rica power station  in 

Veracruz. The World Bank’s and GoM’s desire  is  to design, build and operate  the Poza Rica pilot 

plant by 2019. Against that near‐term objective and the preliminary assessment performed, Nexant 

recommends that the technology of interest should be focused on amine solvent‐based absorption 

processes, of which (1) CO2 capture from an NGCC flue gas has already been in commercial practice, 

albeit  at  a  small  scale,  and  (2)  there  are  several  well‐respected  companies  that  are  currently 

developing  second‐generation  amine  absorption  CO2  capture  processes,  which  promise  better 

energy  efficiency  and  lower  costs  when  compared  with  current  state‐of‐the‐art  30%  MEA 

technology.  

The current state‐of‐the‐art amine PCC  technology  for NGCC application  is  represented by  that of 

the Bellingham plant, located in Massachusetts, in the USA. The plant was engineered, constructed 

and  operated  by  Fluor  Corporation.  It was  operated  from  1991  to  2005,  capturing  CO2  not  for 

greenhouse gas mitigation purposes, but for industrial usage. During its operation, it captured about 

350 STPD of CO2 from a slip stream of flue gas from a 320 MW NGCC power plant. 

Six well‐known amine solvent‐based PCC technology licensors participated in the study and provided 

data  for Nexant  to  perform  a more  detailed  technology  evaluation,  based  on  a  full‐scale  design 

analysis of retrofitting the Poza Roca NGCC plant for CO2 capture. The six advanced amine capture 

processes were  compared against a generic  state‐of‐the‐art amine design  that was developed by 

Nexant, based on 30 wt% MEA.        

7.1.1 Design Analysis of Retrofitting Poza Rica Plant for Generic 30% MEA‐Based PCC 

As would  be  expected,  retrofitting  Poza Rica  for CO2  capture will  significantly  impact  the plant’s 

performance and economics. The retrofitted Poza Rica NGCC’s net power export  is expected to be 

reduced by 46 MW, or 19%, from 242 MW to 196 MW. The corresponding net plant efficiency would 

decrease from 51.8% to 42.0%, a loss of almost 10 percentage points, as shown in Table 6‐1. 

With respect to the economic impact, a COE increase in the order of $37.6/MWh is to be expected. 

This  represents a 92.4%  increase  in COE, meaning  that  the COE of  the  retrofitted Poza Rica plant 

with PCC is almost double that of the existing operation without capture.    

It should also be noted that retrofitting a power plant for post‐combustion CO2 capture is very much 

site  and  configuration  specific.  This  study  is  for  Poza  Rica  with  the  configuration  of  a 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 105 

Siemens/Westinghouse  W501F  gas  turbine  feeding  into  three  small  27  MWe  steam  turbines.  

Specific retrofit requirements may not be the same under different conditions.  

7.1.2 Comparison of Six Advanced Amine‐based PCC Technologies  

Nexant reviewed and analyzed the data provided by the various technology licensors. To the best of 

its abilities and using sound engineering reasoning, Nexant adjusted and filled in missing data in the 

evaluation  process  to  ensure  reasonable  levels  of  consistency.  Thus,  the  final  assessment  only 

presents Nexant’s  interpretation  of  the  various  technologies. Nexant makes  no  claims  as  to  the 

accuracy of the data provided (or lack thereof) as the basis for the study, nor the relative ranking as 

a true representation of the technology status. 

All  six  advanced  amine‐based  PCC  technologies  show  a  lower  heat of  regeneration  compared  to 

generic 30% MEA, by about 20 to 25%. Within the group, however, the difference  is small, only ± 

3%. As a result, all six technologies show an improvement in overall efficiency over the generic 30% 

MEA based retrofitted Poza Rica plant – a loss of plant efficiency ranging from 8.4 to 9.3 percentage 

point instead, of 9.9, shown in Table 6‐2and Table 6‐3. 

Per the agreed‐upon methodology, all six technologies were ranked based on COE as the economic 

indicator,  of  which  the  licensor‐provided  PCC  plant  CAPEX  have  a  significant  contribution.  The 

CAPEXs provided  for the stand‐alone PCC plant  from the various  licensors, after making necessary 

adjustments to bring the cost basis to a common USGC  location, are within a reasonable range of 

one other. The only exception  is the PCC CAPEX from Alstom, which  is about 41% higher than that 

estimated  for Nexant’s generic MEA design. The CAPEXs  for  the  rest of  the PCC  technologies  fall 

within 98%  to 112% of Nexant’s estimate. The Alstom provided  cost was used, as  is,  in Nexant’s 

economic evaluation. 

Based on the calculated incremental increase in COE as the economic indicator, all of the advanced 

PCC  technologies  under  development  show  an  improvement  over  the  generic Nexant  reference 

MEA design. The only exception is Alstom because of its high CAPEX. The differences in COE among 

the top five licensors, however, are within 4% of one another.  

Within the level of data accuracy for the study, it would be reasonable to conclude that the top five 

PCC  technologies  all  have  similar  economic  performances  and  it  cannot  be  determined,  with 

certainty,  that  one  is  clearly  superior  to  the  rest.  If  three  ‘top  of  its  class’  candidates must  be 

chosen from the list, based on the COE results, then these would have to be Fluor, MHI, and BASF, 

as shown in Figure 6‐3 in Section 6.5.  

Final technology selection for future Poza Rica PCC implementation would, most likely, need to take 

into  other  factors  into  consideration,  such  as  process  guarantee,  technology  licensing  fee, 

willingness  to work with  the  GoM  stakeholders  to  take  on  active  role  of  participation  into  the 

project, etc., as required.  

 

Task 1 Technology Selection and Evaluation 

Final Report: Pre‐Feasibility Study for Establishing a Carbon Capture Pilot Plant in Mexico 106 

7.2 PCC TECHNOLOGY LICENSORS’ REVIEW AND COMMENT 

A copy of  the drafted  report, after  the World Bank’s  review and with  its comments  incorporated, 

was provided to all six of the PCC technology licensors for their review and comment. This was done 

on March 16, 2016 with a request to reply no later than April 1, 2016. Of the six licensors, only MHI 

and Alstom  replied.   MHI’s  comments, mainly on  Section 4.5, have been  incorporated.   Alstom’s 

comments are incorporated in Appendix G.  

107

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Task 3 – Pilot Plant Feasibility Design