View
124
Download
4
Category
Preview:
DESCRIPTION
fdgdfgd
Citation preview
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
1 dari 41
TK-4094 PERANCANGAN PABRIK KIMIA
LAPORAN I BASIS PERANCANGAN
12/02/2014 MJ KR RHL DAW
TANGGAL DISIAPKAN
OLEH PENJELASAN CHECK APPR. PEMBIMBING
PRODUKSI DME (DIMETHYL-ETHER) MELALUI INDIRECT SYNTHESIS
B.1.1.02 Mirna Jatiningrum 13010043
Kukuh Rahmanto 13010051
Ryan Hansel Limawan 13010083
Revisi ke- :
LAPORAN I 0 38
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
2 dari 41
LEMBAR REVISI
No. Rev. Tanggal Halaman Penjelasan Revisi
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
3 dari 41
Daftar Isi
LEMBAR REVISI 2
1. INFORMASI UMUM 5
1.1 PENGANTAR 5
1.2 NAMA PROJEK 5
1.3 LOKASI 5
1.4 RUANG LINGKUP 5
1.5 FILOSOFI PERANCANGAN 5
1.6 DATA LOKASI UMUM 5
1.6.1 KOORDINAT DAN LINGKUNGAN SEKITAR 5
1.6.2 PETA 6
1.7 DATA METEOROLOGI 7
2 DATA PERANCANGAN PROSES 7
2.1 UMPAN 7
2.1.1 KETERSEDIAAN BAHAN BAKU 7
2.1.2 KOMPOSISI UMPAN 8
2.1.3 KONDISI UMPAN 8
2.2 PRODUK 9
2.2.1 SPESIFIKASI PRODUK 9
2.2.2 SPESIFIKASI PRODUK SAMPING 9
2.2.3 SPESIFIKASI LIMBAH BUANGAN 10
2.3 SISTEM UTILITAS 10
2.3.1 SISTEM PENYEDIAAN PANAS 10
2.3.2 SISTEM PENYEDIAAN AIR 10
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
4 dari 41
2.3.3 STANDART KUALITAS AIR PROSES 10
2.3.4 MEDIA PENDINGIN 11
2.3.5 MEDIA PEMANAS 11
3 INFORMASI LINGKUNGAN 11
3.1.1 GAS BUANG 11
3.1.2 LIMBAH CAIR 12
3.1.3 LIMBAH PADAT 12
4 BASIS PEMILIHAN BAHAN 12
5 PERHITUNGAN KEEKONOMIAN SEDERHANA (GPM) 13
6 NERACA MASSA & ENERGI (BFD) 14
LAMPIRAN A LOKASI 16
LAMPIRAN B-BASIS DAN FILOSOFI PERANCANGAN 18
B.1. BASIS PERANCANGAN 18
B.2 FILOSOFI PERANCANGAN 21
LAMPIRAN C-KETERSEDIAAN BAHAN BAKU 23
LAMPIRAN D- PENAWARAN DAN PERMINTAAN DME 24
LAMPIRAN E-KEEKONOMIAN 27
LAMPIRAN F-TEKNOLOGI PEMBUATAN DME MELALUI INDIRECT SYNTHESIS 30
F.1. GASIFIKASI BATUBARA MENJADI SYNGAS, 30
F.2. PEMBERSIHAN SYNGAS 36
F.3. WATER GAS SHIFT CONVERSION 38
F.4. SINTESIS METANOL DENGAN SYNGAS, 38
F.5. DEHIDRASI METANOL MENJADI DME 39
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
5 dari 41
1 INFORMASI UMUM
1.1 Pengantar
Basis perancangan ini disusun sebagai basis studi konseptual perancangan Pabrik Dimetil Eter
dengan Indirect Synthesis sebagai bahan campuran LPG.
1.2 Nama Projek
Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
1.3 Lokasi
Lokasi pabrik berada pada Wilayah Industri Katibung, Desa Tarahan, Kecamatan Katibung,
Kabupaten Lampung Selatan, Lampung.
1.4 Ruang Lingkup
Basis perancangan ini meliputi:
1. Studi ketersediaan dan spesifikasi bahan baku
2. Studi basis dan filosofi konseptual perancangan
3. Kajian keekonomian sederhana atau Gross Profit Margin (GPM)
4. Penyediaan utilitas
5. Pengelolaan lingkungan
6. Pemilihan material
7. Diagram blok proses dan Neraca Massa dan Energi
1.5 Filosofi Perancangan
Umur Pabrik : 10 tahun
Rasio turndown : 0,6
Mode Operasi : Kontinu
Filosofi perancangan lebih detail akan diberikan pada Lampiran B.
1.6 Data Lokasi Umum
1.6.1 Koordinat dan Lingkungan Sekitar
Wilayah Industri Katibung, Desa Tarahan, Kecamatan Katibung, Kabupaten Lampung Selatan
berada pada koordinat 105o 14 sampai dengan 105o 45 Bujur Timur dan 5o 15 sampai dengan
6o Lintang Selatan. Lokasi Tarahan terletak 20 km dari Bandar Lampung. Wilayah ini berada di
pinggir Teluk Lampung dan memiliki 1 buah dermaga besar yaitu Pelabuhan Panjang. Terdapat
1 buah PLTU, dan tersedia sarana angkutan kereta api di Tarahan. Wilayah Industri Katibung
dilewati 1 daerah aliran sungai (DAS) Way Katibung. Tarahan merupakan lokasi distribusi bahan
baku DME, yakni batubara yang diperoleh dari PT Bukit Asam (PTBA). Lokasi Tarahan di Teluk
Lampung memudahkan distribusi bahan baku dan produk DME menuju Jawa dan Lokasi
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
6 dari 41
Penyimpanan Sementara Pertamina, yakni Teluk Semangka. Hal detail tentang pemilihan lokasi
dapat disampaikan pada Lampiran A.
1.6.2 Peta
Peta wilayah pembangunan Pabrik DME, Wilayah Industri Katibung, Desa Tarahan, Kecamatan
Katibung, Lampung Selatan, Lampung diperlihatkan pada Gambar 1.1. dan Gambar 1.2.
Gambar 1.1. Peta Wilayah Lampung Selatan
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
7 dari 41
Gambar 1.2. Lokasi Tarahan, Kecamatan Katibung
1.7 Data Meteorologi
Temperatur rata-rata wilayah Tarahan adalah 28oC, hal ini dipengaruhi oleh udara tropikal pantai
dan daratan. Curah hujan rata-rata wilayah Tarahan adalah 3000 mm per tahun, terutama pada
wilayah yang bentuk fisiografi wilayahnya berbukit dan bergunung.
2 Data Perancangan Proses
2.1 Umpan
2.1.1 Ketersediaan bahan baku
Bahan baku batubara diperoleh dari PT Bukit Asam (PTBA). Jumlah produksi batubara PTBA
mencapai 13.966.834 ton pada tahun 2012. Selain itu PTBA juga membeli batubara dari
perusahaan lain, seperti PT Bukit Asam Prima, sebanyak 1.495.296 ton pada tahun 2012. Total
produksi dan pembelian batubara PTBA mencapai 15.462.130 ton. Dari total produksi dan
pembelian tersebut, 8.435.302 ton batu bara dijual di pasar domestik dan 6.900.581 ton batubara
diekspor ke luar negeri. Total ekspor batubara PTBA ini meningkat setiap tahunnya seiring
dengan peningkatan produksi dan pembeliannya. PTBA saat ini memiliki sumberdaya batubara
sekitar 7,30 milyar ton dan cadangan tertambang 1,99 miyar ton. Dengan asumsi produksi PTBA
20 juta ton per tahun, maka ketersediaan batu bara PTBA masih cukup hingga 465 tahun
mendatang.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
8 dari 41
2.1.2 Komposisi Umpan
Komposisi batubara PT Bukit Asam berdasarkan analisis proksimat ditunjukkan oleh Tabel 2.1 dan
berdasarkan analisis ultimat ditunjukkan oleh Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Komposisi batubara PTBA berdasarkan analisis proksimat
Parameter Nilai
Calorific Value
4550-5500 kcal/kg ,ar
Total Moisture 0.5%vol, ar
Ash 8%, adb
Volatile Matter 39%, adb
Fixed Carbon 38%, adb
Internal Moisture 15%, adb
Gas sintesis yang akan dijadikan memiliki komposisi tertentu dan rasio tertentu. Rasio hidrogen terhadap karbon monoksida adalah sebesar 2. Komposisi gas sintesis yang akan dijadikan metanol dan komposisi metanol umpan reaktor dehidrasi disajikan pada Tabel 2.2 dan 2.3.
Tabel 2.2 Komposisi Gas Sintesis Umpan Reaktor Sintesis Metanol
Senyawa Persen Mol
CO 30.29%
H2 64.41%
CO2 0.60%
H2O 4.64%
CH4 0.06%
Tabel 2.3 Komposisi Metanol Umpan Reaktor Dehidrasi Metanol
Senyawa Persen Mol
CO 0.40%
H2 1.22%
CO2 0.35%
H2O 12.02%
CH4 0.02%
CH3OH 85.98%
2.1.3 Kondisi Umpan
Umpan batubara yang dipakai berjenis low rank coal yang mengandung kadar air yang cukup
banyak. Umpan yang digunakan dalam proses gasifikasi memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Kadar air : 30%
Temperatur : ambien
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
9 dari 41
Tekanan : 1 atm
Ukuran :
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
10 dari 41
H2
CO2
2.2.3 Spesifikasi Limbah Buangan
Limbah yang terbentuk selama proses pembuatan DME adalah
Partikulat : Max 400 mg/m3
SOx di udara : Max 1500 mg/m3
NOx di udara : Max 1700 mg/m3
Amonia : Max 1 mg/m3
Abu Batubara
Tar
Metanol (terlarut dalam air, tumpahan, uap)
DME (uap, tumpahan, out of spec)
2.3 Sistem Utilitas
2.3.1 Sistem penyediaan panas
Kebutuhan panas dipasok dari batubara dan syngas hasil proses gasifikasi.
Sumber penyediaan panas Syngas hasil gasifikasi yang tidak bereaksi (purge gas), pembakaran batubara pada boiler
Sumber penyediaan panas start-up Burner pada Gassifier Unit dengan bahan bakar batubara
Batubara yang digunakan 10% dari total batubara yang digunakan dalam proses
2.3.2 Sistem penyediaan air
Kebutuhan air diperoleh dari sungai dan laut.
Sumber air : Air sungai
Lokasi : Way Katibung dan air laut dari Selat Lampung
2.3.3 Standart Kualitas Air Proses
Tabel 2.3. menunjukkan kualitas air de-mineralisasi untuk kebutuhan BFW.
Table 2.3. Kualitas De-mineralized Water
No. Parameter Nilai
1. Conductivity @25oC (after ion exchange) Max 0,2 S/cm
2. pH 6-8
3. Hardness Max 10 ppm(w) CaCO3
4. Turbidity Max 3
No Parameter Nilai
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
11 dari 41
5. Chloride Max 0,02 ppm(w) Cl
6. Silica Max 20 ppb(w) SiO2
7. Total Iron / Total Copper / Permanganate Trace
8. Oxygen Max 0.1 ppm(w) O3
2.3.4 Media Pendingin
Media pendingin yang digunakan adalah air yang diperoleh dari sungai dan laut.
Pendingin Syngas : air pendingin
Pendingin proses dehidrasi metano l : air pendingin
2.3.5 Media Pemanas
Media pemanas yang digunakan diperoleh dari pemanfaatan panas reaksi eksotermis dehidrasi
metanol, gas cerobong, dan steam.
Pemanfaatan gas cerobong
Steam dehidrasi metanol
Pemanfaatan Panas Keluaran Reaktor atau Distilasi (Heat Integration)
3 INFORMASI LINGKUNGAN
3.1.1 Gas Buang
Emisi yang dihasilkan dari proses pembuatan DME dari batubara dengan Indirect Process
disajikan dalam Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Gas Effluent dan Batas Emisi
Sumber Metode Pengolahan Batas Emisi/Regulasi
Gas cerobong pembakaran
batubara
Dibuang ke atmosfer Kepmen LH No.13/1995
Purging gas, pemisahan
syngas
Scrubber
Uap Metanol dan DME Dibuang ke lingkungan Peraturan Pemerintah No.32/2001
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
12 dari 41
3.1.2 Limbah Cair
Limbah cair yang dihasilkan dari proses disajikan dalam Tabel 3.2
Tabel 3.2 Liquid Effluent dan Batas Emisi
Sumber Metode Pengolahan Batas Emisi/Regulasi
Quenching dari Gasifier dan
scrubber Diolah di WTP Peraturan Pemerintah No.82/2001
Tar removal
Diolah di WTP dengan
biological treatment, atau
dimasukkan kembali ke
kolom gasifikasi.
Peraturan Pemerintah No.32/2001
Air utilitas, blowdown boiler Diolah di WTP Kepmen LH No.110/2003
Tumpahan Metanol dan
DME Ditampung dalam WTP Peraturan Pemerintah No.32/2001
3.1.3 Limbah Padat
Limbah padat yang dihasilkan dari proses disaikan dalam Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Solid Effluent dan Batas Emisi
Sumber Metode Pengolahan Batas Emisi/ Regulasi
Abu Batubara Ditimbun, dijual, dijadikan
penguat aspal Peraturan Pemerintah
No.32/2001 Katalis sisa
Diolah oleh Lembaga
Pengelolaan B3
4 BASIS PEMILIHAN BAHAN
Senyawa yang akan diolah adalah Batubara, syngas, metanol, dan DME. Sifat bahan yang diolah
selama proses diberikan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Sifat Bahan sebagai Acuan Pemilihan Material
Sifat/Bahan Batubara Syngas Metanol DME
Fasa Padat Gas Cair Gas
Sifat Korosi
Tidak korosif,
kecuali
kandungan sulfur
dalam batubara
Tidak korosif Tidak korosif Tidak korosif
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
13 dari 41
Sifat bahan bahan yang digunakan tidak memiliki potensi tinggi untuk mengakibatkan korosi, kecuali
pada pengolahan batubara hingga sulfur dan air dihilangkan. Oleh sebab itu, bahan yang dipilih
pada proses yang melibatkan bahan korosif adalah stainless steel, sedangkan material lain yang
digunakan dalam proses yang tidak korosif adalah carbon steel (CS1080 dengan Tensile Strength
800-1310 MPa).
5 PERHITUNGAN KEEKONOMIAN SEDERHANA (GPM)
Perhitungan keekonomian sederhana pabrik DME dilakukan dengan menghitung total penjualan
DME (DME Sales) dikurangi dengan total pengeluaran pabrik (Total Expense). Total Expense
dihitung dari penjumlahan Raw Material Expense dan Personnel Cost. Perhitungan keekonomian
sederhana pabrik DME dapat dilihat pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1. Perhitungan Keekonomian Sederhana Pabrik DME
RAW MATERIAL EXPENSE
Raw Coal Price USD/ton 48,67
Raw Coal Rate ton/yr 602250
Expense for Raw Coal MMUSD/yr 29,31
PERSONNEL COST
Standard Operator Cost USD/operator.yr 2000
Crusher Operators operator/shift 0,50
Gasifier Operators operator/shift 0,50
Separator Operators operator/shift 0,35
Reactor Operators operator/shift 0,50
Total Shift per Year shift 245
Total Personnel Cost MMUSD/yr 1,15
OTHER COSTS MMUSD/yr
TOTAL OPERATING EXPENSE MMUSD/yr 30,46
DME SALES
DME Price USD/ton 1000,00
DME Product Rate ton/yr 400000
DME Sales MMUSD/yr 400,00
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
14 dari 41
DME Sales - Total Expense MMUSD/yr 369,54
Dari perhitungan keekonomian sederhana ini dapat disimpulkan bahwa pabrik DME yang akan
dirancang menggunakan bahan baku dari PTBA menguntungkan secara ekonomi.
6 NERACA MASSA & ENERGI (BFD)
Unit operasi yang terdapat pada pabrik DME diantaranya pretreatment batubara, gasifier, separator,
reaktor, dan distilasi. Diagram alir blok pabrik DME dari metanol disajikan pada gambar 6.1
Gambar 6.1 Diagram Alir Blok Proses Produksi Dimetil Eter (DME) dari Batubara
Umpan batubara kelas rendah sebanyak 209 ton/jam dengan kadar air tinggi dimasukkan ke dalam
unit pretreatment and crushing yang bertujuan untuk menghilangkan kadar air dari batubara dan
memperkecil ukuran batubara menjadi serbuk. Setelah itu, batubara dimasukkan ke dalam gasifier
untuk melangsungkan proses gasifikasi menjadi gas sintesis pada temperatur 1037oC dan tekanan
1 bar.
Ke dalam gasifier dimasukkan oksigen dan kukus sebagai reaktan untuk melangsungkan reaksi.
Produk yang terbentuk yaitu gas sintesis, abu, dan tar. Tar dikeluarkan melalui bagian bawah
reaktor sedangkan abu dan gas sintesis dipisahkan melalui separator padat gas. Gas sintesis yang
terbentuk memiliki rasio mol hidrogen dan karbon monoksida sebesar 0.56. Untuk meningkatkan
rasio hidrogen dan karbon monoksida, dilakukan proses water gas shift pada temperatur 391oC dan
tekanan 19.61 bar dengan konversi reaksi 50%.
Gas sintesis yang sudah bebas pengotor dimasukkan ke dalam reaktor sintesis metanol. Reaksi
yang dilangsungkan bersifat eksoterm sehingga diperlukan pendingin agar temperatur reaksi
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
15 dari 41
berlangsung pada 260oC. Reaksi dilangsungkan pada reaktor unggun tetap dan reaksi berfasa gas.
Katalis yang digunakan adalah berbasis tembaga. Konversi kesetimbangan yang dapat dicapai
adalah sekitar 75%. Tekanan reaksi yang dilangsungkan adalah 107 bar.
Produk metanol dari reaktor sintesis metanol kemudian dipisahkan dari gas sintesis dengan
menggunakan separator. Metanol cair kemudian dimasukkan ke dalam reaktor dehidrasi metanol
dengan kemurnian 85%. Reaktor ini berjenis unggun tetap adiabatik yang dilengkapi dengan
pendingin. Reaksi dilangsungkan pada tekanan 107 bar dan temperatur 280oC dengan
menggunakan katalis zeolite. Konversi kesetimbangan yang dapat dicapai mencapai 85%.
Produk dimetil eter (DME) yang berfasa gas kemudian diturunkan temperaturnya menjadi 150oC
dam tekanannya menjadi 35 bar. Produk kemudian dipisahkan dengan cara distilasi sebanyak 2
tahap. Tahap pertama, proses distilasi memisahkan DME dengan air dan metanol. DME keluaran
kolom distilasi memiliki kemurnian 99.5%vol dengan kapasitas 50000 ton/jam. Tahap kedua, air dan
metanol yang keluar dari bottom didistilasi. Distilat yang terbentuk adalah metanol dengan
kemurnian 98% dan bottom yang terbentuk adalah air.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
16 dari 41
DAFTAR PUSTAKA
1. Ahlers, B. 2013. Cooled reactor for the production of dimethyl ether from methanol. WO
2013041516 A2. Patent.
2. Babbitt, Robert P. Coal Gasification Process. US 4,013,428, 1977.
3. Bayuseno, A.P. Sulistyo. 2008. Pengaruh Sifat Fisik dan Struktur Mineral Batu Bara Lokal Terhadap
Sifat Pembakaran. Semarang : Universitas Diponegoro.
4. Bland, Alan E. dkk. Efficient Low Rank Coal Gasification, Combustion, and Processing System and
Methods. US0056431, 2012.
5. Breault, R.W. 2010. Gasification Processes Old and New: A Basic Review of the Major
Technologies. Energies (3) 216-240.
6. Haugaard, Jesper; Voss, Bodil. Process For The Synthesis of A Methanol/Dimethyl Ether Mixture
From Synthesis Gas. US 6,191,175 B1, 2001.
7. Japan DME Forum. 2007. DME Handbook. Japan: Ohmsha Ltd
8. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia. 2013. Standar dan Mutu
(Spesifikasi) Bahan Bakar Gas Jenis Dimetil Eter Untuk Rumah Tangga dan Industri Yang
Dipasarkan di Dalam Negeri. ESDM
9. Larson, Eric D; Tingjin, Ren. Synthetic Guel Production By Indirect Coal Liquefaction, Energy for
Sustainable Development 7(4), 2013, 79-102.
10. New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), 2006. Clean coal
technologies in Japan. Tokyo: NEDO.
11. Ohno, Yotaro. A New DME Production Technology and Operation Result, Japan: NKK Corporation
12. Priyanto, Unggul. Current Status of Dimethyl Ether (DME) As Fuel In Indonesia. Badan Pengkajian
dan Penerapan Teknologi
13. PT. Bukit Asam. 2012. Laporan Tahunan 2012: Mempertajam Keunggulan. PT. Bukit Asam
14. Speight, James G. 2013. The Chemistry and Technology of Coal. USA: CRC Press
15. Taryono. 2013. The Challenges of Infrastructures and Distribution of the Kerosene to LPG
Conversion Program in Indonesia. Jakarta: PT Pertamina
16. Tirtosoeketjo, Soedjoko. 2006. Low Rank Coal and Its Contribution to the Energy Development in
Indonesia. Indonesian Coal Mining Association.
17. Winarto, Tri. Drebenstedt, Carsten. 2014. Opportunity of Low Rank Coal Development in Indonesia.
18. Visagie, J.P. 2008. Generic gassifier modelling: evaluating model by gassifier type. Dessertation.
University of Pretoria.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
17 dari 41
LAMPIRAN A Lokasi Pabrik
Pertimbangan pemilihan Kawasan Industri Wilayah Industri Katibung, Desa Tarahan, Kecamatan
Katibung, Kabupaten Lampung Selatan, Lampung memperhatikan aspek-aspek berikut.
a. Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan DME adalah batubara peringkat rendah yang
dipasok dari Bukit Asam Lampung Selatan. PT.Bukit Asam terletak 6 km dari Kawasan Industri
Katibung dan dapat dicapai selama 10 menit dengan kendaraan darat (truk). Pengangkutan
bahan baku juga dapat dilakukan dengan menggunakan konveyor dari dermaga.
b. Utilitas
Tarahan dilewati daerah aliran sungai (DAS) Way Katibung, dan berada pada selat Lampung.
Tersedia 1 PDAM dan 1 PLTU di wilayah tersebut. Untuk kebutuhan utilitas lain seperti BFW,
steam dan sebagainya, lokasi Tarahan strategis karena berada pada wilayah industri maritim
yang terdiri atas Pabrik Pembuatan kapal, recycle kapal, tempat penampungan sementara
minyak, batubara, dan sebagainya.
c. Pasar
DME yang dihasilkan dapat digunakan sebagai campuran bahan bakar LPG. Wilayah Tarahan
berada pada Selat Lampung, sehingga memudahkan distribusi DME ke pasar. Pasar DME
berada di Region II distribusi LPG pertamina, dan dapat dicampurkan di Tempat Penampungan
Sementara LPG yang terletak di Kabupaten Tanggamus, Teluk Semangka, 100km melalui jalur
darat.
d. Fasilitas Pendukung
Kabupaten Tanggamus memiliki 1 buah Pelabuhan, yaitu Pelabuhan Panjang. Disamping itu,
wilayah perkotaan Tarahan memiliki sarana transportasi dan kondisi jalan yang baik, rel kereta
api, mudah terjangkau, adanya Rumah Sakit, sekolah, dan tempat Ibadah, serta sarana
rekreasi. Penyediaan air bersih untuk kebutuhan rumah tangga dapat dipasok dari 1 buah
PDAM.
e. Kondisi Terkait
Kondisi ekonomi masyarakat sekitar Tarahan meningkat dari tahun ke tahun dengan populasi
yang semakin tinggi. Wilayah Tarahan berlokasi di pinggir laut sehingga dapat dibuat dermaga
untuk memudahkan transportasi bahan baku dan produk DME. Lokasi Tarahan yang berada di
sekitar Selat Sunda merupakan lokasi strategis perdagangan dan industri.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
18 dari 41
LAMPIRAN B-Basis dan Filosofi Perancangan
B.1. Basis Perancangan
B.1.1. Spesifikasi Umpan dan Produk
Basis perancangan pabrik dimetil eter dari batubara terdiri dari spesifikasi produk dimetil eter
(DME), spesifikasi umpan batubara, dan spesifikasi gas sintesis. DME produk dialirkan dalam fasa
cair dan bertekanan 30 bar pada temperatur kamar 30oC. DME tersebut kemudian akan dicampur
dengan LPG dengan persentase volum 20% DME dan 80% LPG. Spesifikasi tersebut disajikan
pada tabel B1, B2, dan B3.
Tabel B1. Spesifikasi Produk Dimetil Eter (DME)
Parameter Nilai
Kandungan DME
99.5%vol
Kandugan Metanol + Air
0.5%vol
Kapasitas Produksi 400000 ton/tahun
Tabel B2. Spesifikasi Batubara Low Rank
Parameter Nilai
Calorific Value
4550-5500 kcal/kg ,ar
Total Moisture 0.5%vol, ar
Ash 8%, adb
Volatile Matter 39%, adb
Fixed Carbon 38%, adb
Komposisi
C 60.83%wt, db
H 4.45%wt, db
N 1.08%wt, db
Cl 0.15%wt, db
S 1.08%wt, db
O 15.82%wt, db
Moisture 34.90%wt
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
19 dari 41
Tabel B3. Spesifikasi Gas Sintesis hasil Gasifikasi
Parameter Nilai
C 0.46%mol
O2 0%mol
CO2 0.16%mol
CO 63.05%mol
H2 35.91%mol
CH4 0.07%mol
H2O 0.36%mol
B.1.2. Spesifikasi Proses
Spesifikasi proses produksi dimetil eter dari batubara terdiri dari penentuan kondisi-kondisi operasi
untuk berbagai peralatan proses. Kondisi operasi reaktor-reaktor yang terdapat pada proses
pembautan dimetil eter disajikan pada tabel
Tabel B4. Kondisi Operasi Proses Gasifikasi
Kondisi Operasi Nilai
Temperatur 900-1037oC
Tekanan 1-10 bar
Tabel B5. Kondisi Operasi Proses Water Gas Shift
Kondisi Operasi Nilai
Temperatur 391-400oC
Tekanan 19-20bar
Konversi 50-60%
Tabel B6. Kondisi Operasi Proses Sintesis Metanol
Kondisi Operasi Nilai
Temperatur 250-260oC
Tekanan 80-107 bar
Konversi 86%
Tabel B7. Kondisi Operasi Proses Dehidrasi Metanol
Kondisi Operasi Nilai
Temperatur 280oC
Tekanan 20-100 bar
Konversi 85%
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
20 dari 41
Spesifikasi proses lain yang ditetapkan adalah sebagai berikut:
Media pendingin yang digunakan adalah menggunakan air sungai atau udara yang mampu
mendinginkan hingga 35oC.
Rasio maksimum kompresor adalah sebesar 3-4 dengan efisiensi politropik 78.5%.
Rasio hidrogen dan karbon monoksida adalah 2 3 untuk proses sintesis metanol.
Turun tekan pada tube penukar panas adalah sebesar 5 psi dan pada shell sebesar 2 psi.
Rasio purging yang ditetapkan adalah 5% dari total aliran.
Minimum approach dari heat exchanger ditetapkan sebesar 10oC.
B.1.3. Reaksi dan Katalis
Reaksi yang terjadi pada proses pembuatan dimetil eter (DME) dibagi menjadi empat, diantaranya
adalah reaksi gasifikasi, reaksi water gas shift, reaksi sintesis metanol, dan reaksi dehidrasi
metanol. Reaksi gasifikasi terdiri dari empar reaksi, diantaranya reaksi oksidasi, gasifikasi kukus,
bouduard, dan metanasi. Reaksi gasifikasi adalah sebagai berikut:
Oksidasi : C+O2 CO2 (H298=-394 kJ/mol)
Gasifikasi kukus : C+H2O CO+H2 (H298=131 kJ/mol)
Reaksi Bouduard : C+CO2 2CO (H298=172 kJ/mol)
Reaksi Metanasi : C+2H2 CH4 (H298=-74.8 kJ/mol)
Reaksi water gas shift adalah reaksi pergeseran air pada temperatur 300-400oC dan tekanan 20 bar
dengan bantuan katalis Fe2O3 atau Cr2O3. Karbon monoksida yang terbentuk dari proses gasifikasi
akan dikonversikan menjadi karbon dioksida dan hidrogen sampai rasio H2/CO adalah 2. Reaksi
water gas shift adalah sebagai berikut:
CO+H2O CO2+H2 (H298=-41.2 kJ/mol)
Reaksi yang terjadi pada sintesis metanol adalah reaksi fasa gas antara karbon monoksida dan
hidrogen sehingga menghasilkan metanol. Reaksi ini adalah reaksi eksoterm dan terjadi dengan
bantuan katalis berbasis tembaga. Konversi reaksi ini adalah 80-90%. Reaksi yang terjadi adalah
sebagai berikut:
CO+2H2 CH3OH (H298=-92 kJ/mol)
Reaksi dehidrasi metanol adalah reaksi pelepasan molekul air dari senyawa metanol. Reaksi ini
juga bersifat eksotermis dan berfasa gas. Konversi reaksi ini adalah 80-90%. Katalis yang
digunakan dalam proses ini adalah katalis zeolite. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
2CH3OH CH3OCH3 + H2O (H298=-23 kJ/mol)
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
21 dari 41
B.2 Filosofi Perancangan
Filosofi perancangan terdiri atas ugeran-ugeran yang digunakan untuk membantu dalam
perancangan proses dan filosofi dari proses yang dilakukan untuk memproduksi dimetil eter.
B.2.1. Ugeran-Ugeran (Heuristics)
Ugeran adalah kaidah-kaidah yang digunakan untuk merancang proses pembuatan dimetil eter dari
batubara. Ugeran yang ditentukan adalah dalam pemilihan bejana proses, bejana tekan, kompresor,
penukar panas, dan distilasi. Ugeran-ugeran untuk proses adalah sebagai berikut:
1. Bejana Proses
Bejana cair biasanya berbentuk horizontal.
Bejana gas biasanya berbentuk vertikal.
Waktu holdup adalah 5 menit untuk half-full reflux.
Kecepatan gas pada pemisah gas dan cair ditentukan dengan
m/s dengan k adalah
0.11 untuk sistem mesh deentrainer dan k=0.0305 tanpa mesh deentrainer.
Siklon dapat memisahkan sampai 95% partikel berukuran 5 m.
2. Bejana Tekan
Temperatur desain bejana tekan antara -30oC dan 345oC adalah 25oC diatas kondisi temperatur
maksimum.
Tekanan desain adalah 10% atau 0.69-1.7 bar diatas tekanan maksimal operasi.
Ketebalan dinding minimum adalah sebesar 6.4 mm (0.25 in) untuk diameter 1.07 m (42 in) dan
kurang dari 8.1 mm (0.32 in) untuk diameter 1.07-1.52 m (42-60 in), dan 11.7 mm (0.38 in)
untuk diameter lebih dari 1.52 m (60 in).
Corrosion allowance ditetapkan sebesar 8.9 mm untuk kondisi yang korosif, 3.8 mm untuk
aliran non-korosif, dan 1.6 mm untuk tangki kukus.
3. Kompresor
Rasio kompresi dari pengkompresian multi tahap adalah sama pada tiap tahapnya.
Efisiensi dari kompresor reciprocating adalah 65% pada rasio kompresi 1.5, 75% pada rasio
kompresi 2, dan 80-85% pada rasio kompresi 3-6.
Efisiensi dari kompresor sentrifugal pada laju 2.83-47.2 m3/s pada suction adalah sebesar 76-
78%.
4. Penukar Panas
Minimum temperature approach adalah 10oC untuk cairan dan 5oC untuk refiregeran.
Temperatur masuk air pendingin adalah 30oC dan maksimum outlet 45oC.
Koefisien perpindahan panas: water to liquid 850 W/m2oC, kondensor 850 W/m2oC, liquid to
liquid 280 W/m2oC, liquid to gas 60 W/m2oC, gas to gas 30 W/m2oC, reboiler 1140 W/m2oC.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
22 dari 41
5. Distilasi
Rasio reflux optimum adalah pada rentang 1.2 1.5 kali rasio reflux minimum.
Tangki reflux biasanya adalah horizontal dengan holdup 5 menit.
B.2.2. Filosofi Proses
Dimetil eter yang diproduksi digunakan untuk dicampur dengan LPG sebanyak 20%. Kapasitas
produksi dimetil eter adalah 400,000 ton per tahun. Angka kapasitas ini diambil berdasarkan jumlah
impor LPG Indonesia yaitu sebesar 2.19 juta ton pada tahun 2013. Pencampuran DME dengan LPG
tentunya akan mengurangi jumlah impor LPG Indonesia. Dengan pencampuran DME dan LPG,
impor LPG akan berkurang menjadi 1.3-1.5 juta ton per tahun.
Umur pabrik yang ditetapkan adalah 10 tahun disebabkan proyeksi peningkatan permintaan LPG
Indonesia sampai 2020 sebagai bahan bakar sehingga kebutuhan dimetil eter pun akan meningkat.
Proyeksi permintaan dan penawaran LPG di Indonesia disajikan pada gambar B1.
Gambar B1. Proyeksi Permintaan dan Penawaran LPG di Indonesia (Taryono, 2013)
Proses produksi dimetil eter dari batubara dilaksanakan pada konfigurasi kontinu disebabkan
kapasitas produksi yang besar (400,000 ton/tahun) yang sangat tidak ekonomis jika dilaksanakan
pada konfigurasi partaian. Rasio turndown yang ditetapkan adalah sebesar 0.6. Hal ini disebabkan
pada proses produksi DME, digunakan kolom distilasi sieve tray yang memiliki rasio turndown
sebesar 0.5. Untuk faktor keamanan, rasio ditambah 0.1 sehingga menjadi 0.6.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
23 dari 41
LAMPIRAN C-Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan untuk pabrik DME ini adalah low rank coal (LRC). LRC merupakan
batubara yang memiliki jumlah kalori 6100 Kkal/kg) = 1.655 juta ton (5,9%)
3. Medium Quality Coal (5100 6100 Kkal/kg) = 16.128 juta ton (57,5%)
4. Low Rank Quality Coal (
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
24 dari 41
LAMPIRAN D- Penawaran dan Permintaan DME
Dimetil eter (DME) adalah senyawa eter paling sederhana yang memiliki rumus kimia CH3OCH3.
Karakteristik dan sifat fisik dimetil eter disajikan pada tabel D1.
Tabel D1. Karakteristik Dimetil Eter dan Propane (Ohno, 1999)
Karakteristik DME Propana
Titik Didih (oC) -25.1 -42
Densitas cair (g/cm3 @20oC) 0.67 0.49
Viskositas cair (kg/m.s @25oC) 0.12-0.15 0.2
Specific gravity gas 1.59 1.52
Tekanan uap (MPa @25oC) 0.61 0.93
Batas ledakan (%) 3.4-17 2.1-9.4
Angka setan 55-60 5
Nilai kalor net (kcal/Nm3) 14200 21800
Nilai kalor net (kcal/kg) 6900 11100
DME pada umumnya digunakan sebagai pengganti LPG sebagai bahan bakar gas dan dapat
digunakan pada mesin diesel. Dapat dilihat pada karakteristik DME, DME memiliki nilai kalor net
yang lebih rendah daripada propana yaitu sekitar 14200 kcal/Nm3. Namun demikian, DME memiliki
batas ledakan yang lebih besar daripada propana sehingga DME lebih aman dalam hal kebocoran
(leakage). Penggunaan DME untuk menggantikan bahan bakar konvensional disajikan pada tabel
D2.
Tabel D2. Penggunaan DME pada Berbagai Sektor (Ohno, 1999)
Sektor Bahan Bakar
Konvensional
Banhan Bakar Sintetik
Rumah tangga dan
komersial
Batubara, kerosene, gas
alam, LPG
DME
Transportasi Bensin, LPG, solar MTG, DTG, metanol,
etanol. CNG, DME
Pembangkit listrik Batubara, gas alam, LPG DME, metanol
Berdasarkan gambar D3, impor LPG di Indonesia mengalami peningkatan yang signifikan dari tahun
ke tahun. Pada tahun 2013, total impor LPG di Indonesia mencapai 2.19 juta ton dan total jumlah
LPG di Indonesia adalah 4.39 juta ton. Jumlah tersebut adalah sekitar 50% dari total seluruh LPG di
Indonesia. Untuk mengurangi volume impor LPG, dapat dilakukan pencampuran LPG dengan DME
sebanyak 15-20%vol (gambar D4). Volume impor LPG dengan mencapur DME dengan LPG
sebanyak 20% dapat berkurang sebesar 36% (Priyanto, 2011).
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
25 dari 41
Gambar D3. Produksi, Impor, Ekspor, dan Konsumsi dari LPG di Indonesia (Priyanto, 2011)
Gambar D4. Kurva Produksi LPG dan DME serta Impor LPG (Priyanto, 2011)
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
26 dari 41
Gambar D5. Kurva Nilai Bakar LPG terhadap Persentase DME dalam LPG (Priyanto, 2011)
Pencampuran DME dengan LPG akan mengurangi nilai kalor pembakaran. Pada komposisi DME
20%, nilai kalor pembakaran total adalah 10615 kcal/kg, lebih rendah dari kalor pembakaran LPG
(11100 kcal/kg). Semakin tinggi persen DME, nilai kalor akan semakin menurun seperti yang
ditampilkan pada gambar D5 (Priyanto, 2011). Namun pencampuran DME dengan LPG dapat
memberikan manfaat diantaranya dapat mengurangi emisi CO2 sebanyak 30-80% dan mengurangi
emisi NOx sebanyak 5-15% sebagai hasil pembakaran.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
27 dari 41
LAMPIRAN E-Keekonomian
Perhitungan keekonomian sederhana dilakukan dengan menghitung total penjualan DME (DME Sales)
dikurangi dengan total pengeluaran pabrik (Total Expense). Perhitungan ini dilakukan untuk menentukan
secara dasar apakah suatu pabrik layak untuk dibangun atau tidak.
E.1. Total Expense
Expense for Raw Coal atau pengeluaran untuk bahan baku batubara dihitung dengan mencari
harga batubara (Raw Coal Price) dan memperkirakan laju alir masukan batubara (Raw Coal Rate).
Perhitungannya dilakukan menggunakan persamaan berikut.
Di mana
Expense for Raw Coal = Total pengeluaran untuk bahan baku (MMUSD/yr)
Raw Coal Price = Harga batubara per satuan masa batubara (USD/ton)
Raw Coal Rate = Laju alir masukan batubara (ton/yr)
Contoh perhitungan Expense for Raw Coal
Diketahui :
Raw Coal Price = 48,67 USD/ton
Raw Coal Rate = 602250 ton/y
Maka perhitungan Expense for Raw Coalnya adalah
Total Personnel Cost atau total pengeluaran untuk pekerja pabrik dihitung dengan mencari gaji
standar seorang operator pabrik (Standard Operator Cost), menentukan alat alat apa yang akan
digunakan di dalam pabrik, menentukan jumlah operator untuk masing masing alat per shift
(Operators for Equipmentn), dan menentukan jumlah shift per tahun (Total Shift per Year).
Perhitungannya dilakukan menggunakan persamaan berikut.
(
)
Di mana
Total Personnel Cost = Total pengeluaran untuk pekerja pabrik (MMUSD/yr)
Standard Operator Cost = Gaji standar seorang operator pabrik (USD/operator.year)
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
28 dari 41
Operators for Equipmentn = Jumlah operator untuk alat n per shift (operator/shift)
Total Shift per Year = Jumlah shift per tahun (shift)
Contoh Perhitungan Total Personnel Cost
Diketahui :
Standard Operator Cost = 2000 USD/operator.year
Operators for Crusher = 0,50 operators/shift
Operators for Gasifier = 0,50 operators/shift
Operators for Separator = 0,35 operators/shift
Operators for Reactor = 0,50 operators/shift
Total Shift per Year = 245 shift
Maka perhitungan Total Personnel Costnya adalah
( )
Other Costs atau pengeluaran lainnya dihitung apabila ada pengeluaran lain yang perlu
ditambahkan. Namun karena untuk saat ini belum ada pengeluaran lain yang perlu ditambahkan
maka Other Costs untuk pabrik DME ini tidak ditambahkan.
Total expense atau total pengeluaran pabrik dihitung dengan menambahkan total pengeluaran
untuk bahan baku batubara (Expense for Raw Coal), pengeluaran untuk pekerja pabrik (Total
Personnel Cost), dan pengeluaran lainnya (Other Costs). Berikut persamaan yang digunakan.
Di mana
Total Expense = Total pengeluaran pabrik (MMUSD/yr)
Expense for Raw Coal = Pengeluaran untuk bahan baku batubara (MMUSD/yr)
Total Personnel Cost = Total pengeluaran untuk pekerja pabrik (MMUSD/yr)
Other Costs = Pengeluaran pengeluaran lainnya (MMUSD/yr)
Contoh Perhitungan Total Expense
Diketahui :
Expense for Raw Coal = 29,31 MMUSD/yr
Total Personnel Cost = 1,15 MMUSD/yr
Other Costs = 0
Maka perhitungan Total Expensenya adalah
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
29 dari 41
E.2. DME Sales
Perhitungan DME Sales dilakukan dengan menghitung mencari harga DME dan memperkirakan
total produksi pabrik DME yang akan dibuat. Perhitungannya dilakukan menggunakan persamaan
berikut.
Di mana
DME Sales = Total harga penjualan DME (MMUSD/yr)
DME Price = Harga DME per satuan massa DME (USD/ton)
DME Product Rate = Perkiraan laju produksi pabrik DME (ton/yr)
Contoh Perhitungan DME Sales
Diketahui :
DME Price = 241,5 USD/ton
DME Product Rate = 400000 ton/yr
Maka perhitungan DME Salesnya adalah
E.3. Total Keuntungan
Total keuntungan dihitung dari total penjualan DME (DME Sales) dikurangi dengan total
pengeluaran pabrik (Total Expense). Berikut persamaan yang digunakan.
Contoh Perhitungan Total Keuntungan
Diketahui :
DME Sales = 96,60 MMUSD/yr
Total Expense = 30,46 MMUSD/yr
Maka perhitungan total keuntungannya adalah
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
30 dari 41
LAMPIRAN F-Teknologi Pembuatan DME melalui Indirect Synthesis
Proses pembuatan DME dengan bahan baku batubara melalui Indirect synthesis dilakukan melalui
3 tahapan proses utama:
F.1. Gasifikasi batubara menjadi syngas,
Gasifikasi dilakukan dengan mengubah batubara menjadi gas CO dan H2 pada temperatur tinggi
(700-1200oC) dengan menggunakan media gasifikasi. Umumnya, media gasifikasi yang
digunakan adalah udara, oksigen murni, atau steam. Berbeda dengan pembakaran, pada
proses gasifikasi oksigen yang dipasok tidak berlebih, sehingga terjadi pirolisis bahan baku
(batubara) yang digunakan. Reaksi yang dapat terjadi dalam proses gasifikasi diberikan pada
poin-poin berikut.
2 C + O2 2 CO C+ O2 CO2 C + CO2 2 CO (Boudoards reaction) CO + H2O CO2 + H2 (shift reaction) C + H2O CO + H2 (water gas reaction) C + 2 H2 CH4 2 H2 + O2 2 H2O CO + 2 H2 CH3OH CO + 3 H2 CH4 + H2O (methanation reaction) CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O C + 2 H2O 2 H2 + CO2 2 C + H2 C2H2 CH4 + 2 H2O CO2 + 4 H2
Pembakaran dengan oksigen dapat terjadi juga pada H2, CO, dan S yang merupakan hasil
reaksi dan senyawa yang terkandung dalam batubara. Hal ini dapat mengakibatkan
terbentuknya H2O, CO2, dan SO2 pada gas hasil gasifikasi. Untuk itu, rangkaian alat gasifikasi
harus dilengkapi dengan pembersihan gas. Reaksi gasifikasi terjadi pada temperatur dan
tekanan yang bervariasi bergantung pada teknologi. Pemilihan teknologi gasifikasi dilakukan
dengan mempertimbangkan bahan baku yang digunakan, jenis reaktor, teknologi yang sudah
ada, limbah yang dihasilkan, kemudahan operasi, dan keekonomian. Perbandingan antara 3
jenis reaktor gasifikasi diberikan dalam Tabel F.1.
Tabel F.1. Perbandingan jenis reaktor gasifikasi
Jenis Gasifier: Fixed Bed Fluidized Bed Entrained Bed
Tekanan Bergantung teknologi
Temperatur (oC) 200-1200 800-1000 1400-1800
Jenis Batubara Non-caking Non-caking Semua jenis
Ukuran umpan (mm) 6-50
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
31 dari 41
Karakteristik syngas yang dihasilkan dari masing-masing teknologi dapat dilihat pada Tabel F.4
Tabel F.2. Karakteristik Syngas Berdasarkan Teknologi (Speight, 2013)
Proses Komposisi Gas (% v/v)
CO H2 CO2 H2O CH4 H2S H2/CO
Lurgi 9,2 20,1 14,7 50,2 4,7 0,3 2,2
Koppers-Totzek 50,4 33,1 5,6 9,6 0 0,3 0,66
Winkler 25,7 32,2 15,8 23,1 2,4 0,3 1,3
Synthane 10,5 17,5 18,2 37,1 15,4 0,3 1,7
Bi-Gas 22,9 12,7 7,3 48,0 8,1 0,7 0,55
CO2 acceptor 14,1 44,6 5,5 17,1 17,3 0,03 3,2
HYGAS-steam oxygen 18,0 22,8 18,5 24,4 14,1 0,9 1,3
HYGAS-steam-iron 7,4 22,5 7,1 32,9 26,1 1,5 3,0
Dari tiga jenis reaktor gasifikasi yang dapat digunakan (Fixed Bed, Fluidized Bed, dan Entrained
Bed) akan dibandingkan 3 teknologi yang umum digunakan untuk gasifikasi batubara tingkat
rendah. Ketiga teknologi tersebut adalah Lurgi Dry Ash, High Temperature Winkler, dan
Koppers-Totzek.
A. Lurgi Dry Ash (Fixed bed/Moving Bed Reactor)
Reaksi gasifikasi terjadi pada 4 zona dalam reaktor fixed bed, yaitu zona penguapan (100-
250oC), zona pirolisis (250-500oC), zona oksidasi (900-1400oC), dan zona reduksi (~900oC).
Keunggulan dari fixed bed dibandingkan reaktor lain adalah kemudahan dalam operasi dan
harga yang murah. Disamping itu berbagai teknologi menyediakan keunggulan
pembentukan tar yang rendah dalam gas hasil dan pengolahan limbah yang lebih mudah.
Fixed bed umumnya digunakan pada kapasitas produksi yang rendah. Teknologi proses
gasifikasi dengan fixed bed reactor yang telah banyak digunakan antara lain Lurgi (slagging
dan dry ash), Wellman-Galusha, Foster-Wellerstoic, Slagging Fixed bed, dan Woodal
Duckham.
Lurgi merupakan teknologi yang paling sering digunakan untuk proses gasifikasi batubara
tingkat rendah.
Tabel F.3. Karakteristik Teknologi Lurgi Dry Ash (Speight, 2013)
Karakteristik Lurgi Dry Ash
Tekanan, Mpa
Temperatur, oC
Zona Pembakaran
Zona Gasifier
Gas Keluar
Steam/O2 (kg/kg)
O2 (kg/GJ gas)
Kecepatan Bed (m/jam)
Waktu Tinggal (jam)
2,5
980-1370
650-815
370-540
4
17
4
1
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
32 dari 41
Gambar F.1. Gassifier Lurgi Dry Ash
Gambar F.2. Proses Lurgi Dry Ash
Teknologi Lurgi merupakan moving bed reaktor dengan kondisi operasi seperti ditampilkan
pada Tabel F.3. Steam digunakan untuk memberikan supply hidrogen untuk pembentukan
H2 dan berfungsi sebagai pemasok panas. Disamping itu, panas dihasilkan dari karbon yang
terbakar dalam reaktor. Ayakan berputar (grate) pada dasar reaktor, seperti ditunjukkan
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
33 dari 41
pada Gambar F.1. berfungsi untuk mensupport batubara, memisahkan abu, mensupply
steam dan oksigen. Dibandingkan dengan teknologi lain, lurgi menghasilkan banyak metana
dalam syngas. Raw syngas masih mengandung tar, minyak,fenol, amoniak, debu batubara,
dan abu. Dalam teknologi ini, diharapkan tidak terbentuk cake pada abu batubara karena
akan sulit untuk dibersihkan. Untuk mencegah pembentukan slag temperatur operasi Lurgi
Dry ash dijaga rendah. Temperatur rendah akan menimbulkan adanya tar dan minyak berat,
sehingga perlu adanya pembersihan syngas lebih lanjut. Gambar F.2. menunjukkan proses
gasifikasi Lurgi dengan proses pembersihan syngas. Beberapa variasi Lurgi dry ash adalah
adanya pengaduk dalam reaktor sehingga mempercepat proses gasifikasi.
B. High Temperature Winkler (fluidized bed reactor)
Berbeda dengan fixed bed, temperatur sepanjang reaktor fluidized bed memiliki
kecenderungan untuk seragam sepanjang reaktor. Dalam reaktor fluidized bed, batubara
atau sumber karbon yang difluidisasi hanya berkisar 5-10% dari total kolom, sisanya
digunakan packing berupa pasir silika yang memiliki konduktivitas panas yang baik sehingga
dapat menjaga keseragaman temperatur sepanjang kolom. Abu hasil pembakaran memiliki
kadar silika yang tinggi, sehingga dapat digunakan sebagai packing. Temperatur dalam
fluidized bed umumnya berkisar antara 800-1000oC bergantung pada teknologinya.
Reaktor fluidized bed dapat digunakan secara kontinu dengan kapasitas besar. Karbon yang
terkonversi cukup tinggi, sekitar 80%, dan dapat lebih tinggi dengan adanya recycle
abu/karbon yang tidak tergasifikasi. Teknologi fluidized bed reactor untuk gasifikasi yang
telah diterapkan antara lain Winkler, Hydarane, Hygas, Synthane, U-gas, Union Carbide
(Coalcon), Westinghouse Pressurized, Carbon Dioxide Acceptor, Agglomerating Burner, dan
COED/COGAS.
Untuk batubara peringkat rendah, teknologi High Temperature Winkler merupakan teknologi
yang paling banyak dipakai. Karakteristik HTW diberikan pada Tabel F.4. Pada proses
Winkler, batubara yang telah digerus dikontakkan dengan steam atau oksigen yang disupply
dari bagian bawah reaktor, seperti ditunjukkan pada Gambar F.4. Di dalam reaktor, terdapat
bed yang terfluidakan dengan tekanan di atas tekanan atmosferik. Gas yang dihasilkan
mengandung lebih sedikit tar dan minyak rantai panjang apabila dibandingkan dengan fixed
bed. Abu yang terbentuk sebanyak 70% terbawa oleh aliran gas, dan sisanya dihilangkan
melalui dasar reaktor. Sisa karbon tidak terbakar akan langsung dikonsumsi oleh steam dan
oksigen yang berada pada dasar reaktor.
Tabel F.4. Karakteristik Teknologi Winkler
Karakteristik Winkler
Tekanan, MPa
Temperatur, oC
Reaktor
Gas Keluar
Steam/Oksidan (kg/kg)
Oksidan (kg/GJ gas)
Waktu Tinggal (jam)
Efisiensi gas dingin (%)
0,1
980
790
0,4-0,6
28
~3
72
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
34 dari 41
Gambar F.3. Gassifier High Temperatur Winkler
Gambar F.4. Proses High Temperature Winkler
Gambar F.4. menunjukkan proses gasifikasi Winkler disertai dengan pembersihan syngas.
Urutan pembersihan syngas dilakukan dengan 1. Pendinginan syngas dengan heat
exchanger, 2. Pemanfaatan panas dalam Waste Heat Boiler, dan siklon. Selanjutnya
dilakukan pemberihan dengan scrubber, electrostatuc precipitator, dan penghilangan sulfur.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
35 dari 41
C. Koppers-Totzek (entrained bed reactor)
Gasifikasi dengan entrained bed reactor terjadi pada temperatur sangat tinggi yakni 1400-
1800oC dalam waktu yang singkat, . Seperti dalam fluidized bed, temperatur dalam entrained
bed seragam sepanjang reaktor. Efisiensinya bagus, hampir 100% dengan kapasitas yang
tinggi. Kelebihan entrained bed adalah karena temperaturnya yang sangat tinggi, reaktor ini
toleran terhadap kadar moisture dalam umpan, dapat memecah tar menjadi senyawa yang
lebih pendek, dan dapat menghindari pembentukan metana. Kelemahan proses dengan
entrained bed adalah biayanya yang cukup mahal dan operasional yang sulit. Selain itu perlu
adanya umpan yang banyak dan recovery panas yang dihasilkan.
Teknologi gasifikasi dengan entrained bed antara lain adalah Koppers-Totzek, Bi-Gas,
Combustion Engineering Entrained Bed, dan Texaco. Gasifikasi dengan entrained bed
umumnya dapat digunakan untuk semua jenis batubara, akan tetapi dengan temperatur
yang sangat tinggi gasifier ini berbahaya untuk digunakan pada batubara yang sangat
reaktif.
Teknologi yang telah digunakan pada batubara tingkat rendah adalah Koppers Totzek.
Kondisi operasi reaktor K-T ditunjukkan pada Tabel F.5.
Tabel F.5. Karakteristik Koppers Totzek
Karakteristik Winkler
Tekanan, MPa
Temperatur, oC
Reaktor
Gas Keluar
Steam (kg/kg batubara)
Oksidan (kg/kg batubara)
Waktu Tinggal (detik)
Efisiensi gas dingin (%)
Atm
1925
1500
0,3-0,34
0,7-0,75
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
36 dari 41
Gambar F.5. Gassifier Koppers-Totzek
Gambar F.6. Proses Koppers-Totzek
F.2. Pembersihan syngas
Syngas yang telah dihasilkan dari proses gasifikasi masih mengandung produk samping
yang dapat menimbulkan korosi, slagging, atau pencemaran lingkungan sehingga perlu
dihilangkan. Terdapat berbagai metode penghilangan pengotor syngas, seperti ditunjukkan
pada Tabel F.6.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
37 dari 41
Tabel F.6. Produk Samping Gasifikasi Batubara dan Cara Pembersihan
Produk Samping Proses Penghilangan
CO2 Scrubbing
H2S Scrubbing, Stertford process, treatment amina, rectisol process
COS,CS Dihilangkan dengan H2S
NH3 Scrubbing, Ammonia stripping
HF,HCl,HCN Scrubbing
Abu Dihilangkan dari Gassifier dan dibuang ke landfill
Partikel tersuspensi Siklon, electrostatic precipitator, scrubbing
Tar, minyak Scrubbing
A. Pemisahan abu
1. Pemisahan dengan siklon
Abu yang terbawa dalam aliran syngas dipisahkan dalam siklon dengan prinsip gaya
sentrifugasi. Abu yang dihasilkan dapat dikumpulkan dan ditangani dalam sistem
pengolahan limbah, atau direcycle kembali ke dalam reaktor, karena masih dimungkinkan
adanya sisa karbon yang belum tergasifikasi.
2. Pemisahan dengan quenching
Pemisahan abu dengan quenching dilakukan dengan menyemprotkan air dingin ke dalam
syngas panas. Perbedaan temperatur yang tinggi dapat mengagetkan partikel sehingga
terbentuk padatan dan jatuh pada dasar gassifier maupun pada siklon.
3. Pemisahan dengan scrubber
Hampir sama dengan quenching, dalam scrubber air atau aliran yang digunakan dalam
scrubber dialirkan dalam reaktor sehingga terbentuk kontak permukaan yang luas, sehingga
abu akan basah dan jatuh ke bagian bawah reaktor dan siklon/scrubber.
B. Pendinginan Syngas
Pendinginan syngas dilakukan dengan menggunakan air pendingin. Syngas yang dipisahkan
dalam siklon merupakan syngas panas dengan temperatur 800-900oC. Pada temperatur
tersebut uap dan senyawa volatil masih berbentuk gas yang terbawa oleh syngas. Pada
temperatur kurang dari 180-200oC tar dan minyak berat akan memiliki wujud cair sehingga
dapat dipisahkan dari syngas. Pada temperatur yang lebih rendah, yakni kurang dari 100oC
air akan menjadi cair, sehingga dapat dipisahkan sebelum memasuki reaktor metanol.
Pendinginan syngas dapat dilakukan dengan heat exchanger maupun boiler apabila panas
yang dihasilkan memenuhi kebutuhan produksi steam dengan boiler.
C. Acid gas removal
Asam yang ada dalam batubara dan mungkin terbentuk selama proses gasifikasi adalah
CO2, H2S, dan dalam jumlah kecil NOx, COS, CS, NH, HF, HCl, serta HCN. Penghilangan
asam dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti ditunjukkan pada Tabel F.7
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
38 dari 41
Tabel F.7. Metode Penghilangan Asam
Solven/Reaktan Gas yang dihilangkan Proses
A. Absorbsi dengan Solven
20-30% kalium karbonat dalam
larutan air panas dan katalis
15% monoetanolamin dalam air
Metanol dingin
H2S, CO2
Benfield
Amina
Rektisol
B. Adsorbsi padat
Karbon
Logam besi
H2S
Karbon teraktivasi
Penyerapan besi
C. Reaksi Kimia gas asam
Besi oksida
Zink oksida
H2S
Sponge besi
Zink oksida
Pengelolaan gas buang dapat juga dilakukan selama keberjalanan proses. Pada reaktor
fluidized bed, untuk mengurangi kandungan SOx dalam syngas, dapat ditambahkan CaCO3
dalam unggun pasir. Reaksi yang terjadi diberikan pada persamaan berikut.
CaCO3+SO2 CaSO3 + CO2
F.3. Water Gas Shift Conversion
Pada Tabel B.3 diperoleh hasil syngas yang dihasilkan dari proses gasifikasi. Spesifikasi syngas
yang digunakan dalam sintesis metanol memiliki perbandingan H2/CO sebesar 2:1. Untuk
menghasilkan kompsosisi syngas sesuai dengan spesifikasi, dilakukan reaksi Water Gas Shift
Conversion (WGS) dengan mereaksikan CO dan H2O menjadi H2 dan CO2.Reaksi yang terjadi
ditunjukkan pada persamaan berikut.
CO + H2O CO2 + H2 (H298=-41.2 kJ/mol)
Reaksi tersebut merupakan reaksi kesetimbangan yang eksotermis, sehingga temperatur yang
tinggi dapat menurunkan konversi reaksi. Akan tetapi, untuk mengimbangi kinetika reaksi,
digunaan temperatur yang tinggi agar reaksi berjalan dengan cepat. Reaksi dilangsungkan pada
temperatur 300-400oC dan tekanan 20 bar. Temperatur yang dipilih harus lebih tinggi daripada
Dew Temperature campuran air dan syngas, yakni 180oC. Katalis yang dapat digunakan pada
reaksi ini adalah besi kromia (Fe3O4/Cr2O3) berbentuk padatan yang ditumpukkan sebagai
unggun. Dari spesifikasi syngas yang dihasilkan dalam proses gasifikasi, penggunaan satu
temperatur (temperatur tinggi) sudah mencukupi kebutuhan konversi syngas.
Terdapat dua teknologi untuk sintesis Metanol dari syngas dan dehidrasi metanol, diantaranya adalah
teknologi Haldor Topsoe dan teknologi MGC.
F.4. Sintesis metanol dengan syngas (Haldor Topsoe)
Syngas dengan perbandingan H2/CO 2:1 dan telah dihilangkan dari CO2 dan air digunakan
dalam sintesis metanol. Reaksi yang terjadi pada sintesis metanol ditunjukkan pada persamaan
berikut.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
39 dari 41
CO+2H2 CH3OH (H298=-92 kJ/mol)
Reaksi ini merupakan reaksi yang eksotermis, sehingga konversi akan lebih besar terjadi pada
temperatur rendah. Tekanan mempengaruhi reaksi karena reaksi terjadi pada fasa gas. Semakin
tinggi tekanan, reaksi akan menghasilkan konversi yang lebih tinggi. Dalam proses ini dipilih
tekanan reaktor sebesar 107 bar dengan temperatur 260oC. Kondisi ini menghasilkan metanol
dengan konversi 86%. Syngas yang sudah tidak digunakan direcycle kembali dan sebagian
dibuang untuk menghindari akumulasi gas pengotor. Katalis yang digunakan dalam reaksi ini
adalah tembaga.
F.5. Dehidrasi metanol menjadi DME (Haldor Topsoe)
Reaksi selanjutnya adalah reaksi dehidrasi metanol menjadi DME. Metanol yang terbentuk pada
proses sebelumnya dipisahkan dari syngas dengan kolom separator. Kemurnian metanol yang
diperoleh adalah 99,7%. Metanol kemudian diumpankan menuju reaktor dehidrasi untuk
pembentukan DME. Reaksi yang terjadi dalam pembentukan DME ditunjukkan pada persamaan
berikut.
2CH3OH CH3OCH3 + H2O (H298=-23 kJ/mol)
Reaksi ini merupakan reaksi yang eksotermis, sehingga untuk menanggulangi temperatur reaksi
yang tinggi, reaktor dapat dilangsungkan pada reaktor unggun tetap adiabatik. Reaksi
dilangsungkan pada tekanan 107 bar dan temperatur 280oC. Katalis yang digunakan dalam
reaksi ini adalah zeolit atau gamma alumina. DME yang terbentuk pada kondisi ini memiliki fasa
gas. Waktu tinggal dalam reaktor adalah 3-7 detik untuk menghindari reaksi lebih lanjut.
Proses pemurnian DME dilakukan dengan dua kali distilasi, yaitu untuk memisahkan DME dari
metanol, dengan kondisi tekanan 35 bar dan temperatur 150oC, dan untuk memisahkan metanol
dan air. DME produk memiliki kemurnia 99,8%, sedangkan metanol yang dipisahkan memiliki
kemurnian 98%. Metanol kemudian didaur ulang menuju reaktor dehidrasi. Skema reaktor
sintesis metanol dan dehidrasi metanol teknologi Haldor Topsoe disajikan pada gambar F.7.
Reaktor R1 pada gambar F.7 adalah reaktor sintesis metanol dan reaktor R2 adalah reaktor
dehidrasi metanol. DME keluaran dipisahkan dengan separator dan syngas didaur ulang ke
reaktor R1 dan produk DME keluar dari bawah separator.
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
40 dari 41
Gambar F.7 Skema Reaktor Sintesis dan Dehidrasi Metanol Teknologi Haldor Topsoe (Haugard, 2001)
F.6. Sintesis metanol dengan syngas (MGC)
Sintesis metanol dilakukan dengan menggunakan katalis berbasis tembaga dengan temperatur
200-300oC dan tekanan 5-15 MPa. Umur katalis diperkirakan 4-6 bar. Reaksi dilangsungkan
pada reaktor pipa ganda (Super Converter henceforth SPC) (Japan DME Forum, 2007).
Konfigurasi reaktor sintesis metanol disajikan pada gambar F.8.
Gambar F.8 Skema Reaktor Sintesis Metanol Teknologi MGC (Japan DME Forum)
B.1.1.02 Produksi DME (dimethyl-ether) Melalui Indirect Synthesis
41 dari 41
F.7. Dehidrasi metanol menjadi DME (MGC)
Reaksi dilangsungkan dengan bantuan katalis gamma alumina yang memiliki selektivitas dan
aktivitas yang tinggi. Kapasitas DME dari reaktor ini adalah menghasilkan 6000 ton/tahun DME.
Reaksi dilangsungkan pada temperatur 250-400oC dan tekanan 1-2.5 MPa. Umur katalis
diperkirakan 4-6 tahun. Reaktor dehidrasi metanol dilangsungkan pada reaktor adiabatik karena
panas reaksi dehidrasi lebih kecil dibandingkan reaksi sintesis metanol. Katalis alumina juga
memiliki resistansi terhadap panas yang lebih baik daripada katalis tembaga (Japan DME Forum,
2007). Skema reaktor dehidrasi metanol disajikan pada gambar F.8.
Gambar F.9 Skema Reaktor Sintesis Metanol Teknologi MGC (Japan DME Forum, 2007)
Recommended