Tugas Batu Bara

5/16/2018 Tugas Batu Bara - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-batu-bara 1/9

Tugas Batubara

PENGARUH TEKANAN DALAM

BATUBARA SECARA GASIFIKASI Disusun Oleh :

KELOMPOK 9

Ridwansyah/0704103010069

Endy Setiawan/0804103010074

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SYIAH KUALA

DARUSSALAM, BANDA ACEH

2012



1. Pendahuluan

Pemanfaatan minyak bumi Indonesia sebagai bahan bakar secara besar-besaran

menyebabkan cadangan minyak bumi Indonesia terus menurun. Kini produksi

minyak bumi Indonesia tidak dapat mencukupi kebutuhan dalam negeri sehingga

impor minyak bumi harus dilakukan. Kebijakan impor minyak bumi akan terus

memberatkan karena harga minyak bumi dunia yang tidak stabil dan cenderung

semakin mahal.

Kemajuan industry di indonesa saat ini cukup pesat. Kemajuan industry ini

menuntut adanya pasokan listrik yang dan murah. Untuk itu perlu digunakan bahan

bakar pembangkit listrik lain yang lebih murah dan banyak tersedia di Indonesia.

Selain memiliki cadangan minyak bumi dan gas alam, Indonesia juga memiliki

cadangan batubara. Cadangan batubara Indonesia cukup melimpah, diperkirakan

lebih dari 36 milyar ton yang tersebar di Kalimantan, Sumatera dan beberapa daerah

lain di sekitar Indonesia.

Pemanfaatan batubara masih memiliki banyak masalah terutama mengenai gas

buang batubara. Batubara mengandung sulfur, nitrogen dan abu dalam jumlah besar

sehingga gas buang hasil pembakaran menghasilkan polutan seperti CO2, SO2 danNO2 serta abu terbang. Gas SO2 hasil pembakaran batubara adalah polutan penyebab

terjadinya hujan asam.

Berbagai riset dilakukan untuk menyelesaikan masalah-masalah dalam

pemanfaatan batubara terutama mengenai gas buang. Riset-riset tersebut

menghasilkan berbagai konsep baru pemanfaatan batubara salah satunya adalah

gasifikasi batubara.

2. Teknologi IGCC

Salah satu teknologi pemanfaatan batubara yang paling bersih adalah Integrated

Gasification Combined Cycle (IGCC) atau daur kombinasi gasifikasi terintegrasi.

Gasifikasi adalah teknologi proses perubahan batubara menjadi gas-gas yang mudah

terbakar. Batubara dipirolisis pada suhu bakar batubara. Batubara bersama dengan



oksigen dikonversikan menjadi hidrogen, karbon monoksida, dan metana.

Gambar 1. Prinsip kerja IGCC

Batubara direaksikan dengan udara dan kukus air sehingga terjadi pembakaran

tidak sempurna yang akan menghasilkan gas-gas yang disebut gas produser.

Komposisi gas produser ini bergantung pada komposisi kukus yang diumpankan,

jenis batubara dan temperatur operasi. Pada operasi rendah dan komposisi kukus

yang sesuai akan dihasilkan gas hydrogen dan karbon monoksida dalam jumlah

banyak sehingga meningkatkan nilai kalor. Temperatur operasi yang tinggi akan

meningkatkan jumlah karbon dioksida dan akan menurunkan nilai kalor. Jika



kukusyang diumpankan juga berlebih karbon dioksida yang dihasilkan juga akan

meningkat dan nilai kalor gas akan menurun.

3. Jenis-jenis Gasifier

Ada empat jenis gasifier yang biasa digunakan, tergantung cara pengontakkan

batubara dengan kukus dan udara. Keempat jenis gasifier tersebut antara lain fixed

bed, fluidized bed, entrained bed, dan molten iron bed.

3.1 Fixed Bed Gasifier

Fixed bed gasifier atau gasifier unggun tetap merupakan gasifier dengan unggun

tetap berbentuk vertikal. Batubara diumpankan dari atas gasifier dan udara serta

kukus dialirkan dari bawah gasifier sehingga menciptakan aliran counter current .

Batubara yang diumpankan biasanya memiliki ukuran 5-55mm. Batubara yang akan

diolah ditumpuk didalam gasifier. Batubara dipanaskan dan dikeringkan oleh gas

produser. Hasil gasifikasi berupa abu, gas produser dan tar. Abu dan tar keluar dari

bawah gasifier sementara gas produser mengalir keluar dari atas gasifier.

Gasifier jenis ini memiliki perbedaan temperaturdi dalam gasifier.

Temperaturmaksimum gasifier adalah 930-14300c dan suhu keluarannya 315-550

0c.

Waktu tinggal dalam gasifier sekitar 1-2jam. Gasifier ini memiliki karakteristik berupa temperature operasi rendah, kebutuhan oksigen rendah, dan menghasilkan

kandungan metan yang tinggi. Kekurangan gasifier ini adalah harganya yang mahal

untuk kapasitas kecil.

3.2 Fluidized Bed Gasifier

Gasifier jenis ini menggunakan unggun dari inert berupa pasir atau arang. Inert

berfungsi untuk mengendalikan temperaturoperasi. Batubara yang digunakan pada

gasifier jenis ini berukuran 0,5-5mm. Batubara diumpankan dari atas gasifier

kemudian dihembuskan oleh aliran gas dari bawah gasifier sehingga bergerak seperti

fluida di dalam unggun gasifier. Fluidisasi menyebabkan temperature gasifier

seragam. Laju aliran gas umumnya sekitar 1-2ft/s.



Batubara yang akan diumpankan dipanaskan dahulu hingga mencapai 5000c.

gasifier beroperasi pada suhu sekitar 760-10400c dan suhu keluaran gasifier sekitar

700-9000c. Gasifier ini memiliki waktu tinggal sekitar 5-50 detik.

Fluidized bed gasifier memiliki kemampuan untuk memproses batubara kualitas

rendah. Kontak antara padatan dan gas sangat baik karena adanya fluidisasi. Gasifier

jenis ini akan menghasilkan kandungan tar tinggi sehingga tidak cocok untuk umpan

berbentuk cair.

3.3 Entrained Bed Gasifier

Gasifier jenis ini berupa bejana horizontal yang beroperasi pada tekanan sekitar

tekanan atmosfer. Gasifier ini dioperasikan pada tekanan tinggi dan menghasilkan tar

dan minyak dalam jumlah yang sangat sedikit atau tidak ada sama sekali. Gasifier

dapat beroperasi pada temperature rendah untuk menjaga abu selalu kering dan

berbentuk padatan atau beroperasi pada temperature tinggi sehingga abu yang

dihasilkan berbentuk lelehan atau cairan.

Batubara yang digunakan berukuran sangat kecil, kurang dari 0,1mm, dan

homogen. Batubara dimasukkan ke dalam gasifier bersamaan dengan kukus dan

udara pada kondisi tertentu sehingga terbentuk partikel-partikel. Batubara serta kukusdialirkan dalam aliran searah. Gasifier beroperasi pada temperature diatas 10000c

dengan waktu tinggal 1-10 detik.

Entrained bed gasifier ini dapat digunakan untuk berbagai kualitas batubara dan

sesuai untuk batubara berukuran kecil. Gas produser mengandung tar dalam jumlah

sedikit. Gasifier ini membutuhkan oksigen yang lebih banyak dan membutuhkan pre-

treatment batubara untuk mengecilkan ukuran batubara.

4. Menghitung Pengaruh Tekanan Terhadap Komposisi Gas Hasil Gasifikasi

Menghitung pengaruh tekanan terhadap komposisi gas hasil gasifikasi batubara

pada contoh soal 13.13 buku ‘Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics’.

Pada contoh soal batubara (diasumsikan karbon murni) diumpankan bersama

kukus dan udara menghasilkan aliran gas H2, CO, O2, H2O, CO2, dan N2. Jika pada



umpan terkandung 1 mol kukus dan 2,38 mol udara, hitunglah kesetimbangan aliran

gas pada temperature 1000 K pada variasi tekanan 20, 22, 24, 26, dan 28 bar. Data

tersedia pada tabel dibawah ini.

T (K)

H2O CO CO2

1000 -192.420 -200.240 -395.790

Jawab:

Aliran umpan batubara mengandung 1 mol kukus dan 2,38 mol udara, yang terdiri

dari:

O2: (0,21)(2,38) = 0,5 mol

N2: (0,79)(2,38) = 1,88 mol

Reaksinya adalah

(1) H2 + ½ O2 H2O

(2) C + ½ O2 CO

(3) C + O2 CO2

Nilai K j akan sangat besar karena kandungan O2 dalam kesetimbangan sangat kecil

jadi nilai O2 dianggap tidak ada. Untuk menyelesaikan soal, O2 dihilangkan dari

reaksi.

(a) C + CO2 2CO

(b) H2O + C H2 + CO

Persamaan equilibrium untuk reaksi a dan b:



Aliran input disebutkan terdiri dari 1 mol H2, 0,5 mol O2, dan 1,88 mol N2. Karena O2

dihilangkan dari persamaan reaksi, 0,5 mol O2 digantikan dengan 0,5 mol CO2.

Aplikasi persamaan 13.7:

Kombinasi persamaan yi dengan persamaan equilibrium:

()

()()

()()()

Untuk reaksi (a)

()— ()

Menggunakan persamaan 13.11:

()()

Untuk reaksi (b)

()— ()

Menggunakan persamaan 13.11:

()()



0.09

0.14

0.19

0.24

0.29

0.34

0.39

0.44

0.49

10 15 20 25 30

H2

H2O

CO

CO2

N2

Untuk mendapatkan equilibrium kesetimbangan gas, nilai εa dan εb harus diketahui.

Nilai εa dan εb didapatkan dari iterasi Ka dan Kb menggunakan metode Newton.

P (bar) Ka Kb εa εb

10 1,75788 2,561472 -0,0144 0,63

15 1,75788 2,561472 -0,0383 0,5736

20 1,75788 2,561472 -0,0506 0,5336

25 1,75788 2,561472 -0,0578 0,5029

30 1,75788 2,561472 -0,0623 0,4782

Nilai fraksi mol yi dari campuran gas didapatkan dari persamaan yang sudah

diberikan.

P (bar) yH2 yH2O yCO yCO2 yN2

10 0,1577 0,0926 0,1505 0,1287 0,4705

15 0,1465 0,1089 0,1269 0,1375 0,4802

20 0,1381 0,1207 0,1119 0,1425 0,4867

25 0,1353 0,13 0,1013 0,1458 0,4915

30 0,126 0,1375 0,0932 0,1481 0,4953

Kurva kesetimbangan yang didapatkan adalah:



REFERENSI

Indonesian Petroleum Association. 2011. Oil and gas in Indonesia investment and

taxation guide. August 2011-4th

edition. IPA. Jakarta, Indonesia

Klara, J. 2007. Analysis on 636 MWe (net power output) Integrated Gasification

Combined-Cycle (IGCC) plant using Shell Global Solutions gasifi cation

technology located at a greenfield site in the midwestern United States.

National Energi Technology Laboratory. Pittsburgh, PA, USA.

Lucarelli, B. 2010. The history and future of Indonesia’s coal industry: impact of

politics and regulatory framework on industry structure and performance.Stanford University. Stanford, CA, USA.

Priambodo, Y. 2008. Pengembangan dan studi karakteristik IGCC. Universitas

Indonesia. Depok, Indonesia

Smith, J.M., H.C. Van Ness, dan M.M. Abbot. 2005. Introduction to chemical

engineering thermodynamics. McGraw-Hill. Singapore

Chui, E.H., A.J. Majeski dkk. 2009. Simulation of entrained flow coal gasification.

CANMET. Ontario, Canada.

Documents

Tugas Batu Bara