17
Pengolahan dan Usaha Pengurangan Limbah Pembakaran Batu Bara 1. Pengolahan Karbon Dioksida Metode CSS ( Carbon capture and storage atau carbon capture and sequestration) Proses penangkapan limbah karbon dioksida (CO2) dari sumber cerobong kaya CO2, seperti pembangkit listrik berbahan bakar fosil, diangkut ke sebuah situs penyimpanan, dan menyimpannya di tempat yang tidak akan berkontak dengan atmosfer, biasanya tempat pelepasan yaitu di proses formasi geologi bawah tanah, reservoir oli, dan air bawah tanah. Tujuannya adalah untuk mencegah pelepasan sejumlah besar CO2 ke atmosfer (dari penggunaan bahan bakar fosil pada pembangkit listrik dan industri lainnya). Hal ini adalah cara potensial mengurangi emisi bahan bakar fosil terhadap pemanasan global dan pengasaman laut. Meskipun CO2 telah diinjeksikan ke dalam formasi geologi selama beberapa dekade untuk berbagai tujuan, termasuk enhanced oil recovery, penyimpanan jangka panjang CO2 adalah sebuah konsep yang relatif baru. 'CCS' juga dapat digunakan untuk menguraikan scrubbing CO2 dari udara ambien sebagai teknik geoengineering.

Pengolahan Dan Usaha Pengurangan Limbah Pembakaran Batu Bara

Embed Size (px)

DESCRIPTION

fdsffds

Citation preview

Pengolahan dan Usaha Pengurangan Limbah Pembakaran Batu Bara

1. Pengolahan Karbon Dioksida Metode CSS ( Carbon capture and storage atau carbon capture and sequestration)

Proses penangkapan limbah karbon dioksida (CO2) dari sumber cerobong kaya CO2, seperti pembangkit listrik berbahan bakar fosil, diangkut ke sebuah situs penyimpanan, dan menyimpannya di tempat yang tidak akan berkontak dengan atmosfer, biasanya tempat pelepasan yaitu di proses formasi geologi bawah tanah, reservoir oli, dan air bawah tanah. Tujuannya adalah untuk mencegah pelepasan sejumlah besar CO2 ke atmosfer (dari penggunaan bahan bakar fosil pada pembangkit listrik dan industri lainnya). Hal ini adalah cara potensial mengurangi emisi bahan bakar fosil terhadap pemanasan global dan pengasaman laut. Meskipun CO2 telah diinjeksikan ke dalam formasi geologi selama beberapa dekade untuk berbagai tujuan, termasuk enhanced oil recovery, penyimpanan jangka panjang CO2 adalah sebuah konsep yang relatif baru. 'CCS' juga dapat digunakan untuk menguraikan scrubbing CO2 dari udara ambien sebagai teknik geoengineering.

“Carbon Capture: A Technology Assessment.Congressional Research Service. (PDF)”

Pembakaran batubara menggunakan resirkulasi campuran O2/CO2.

Keunggulan utama dari metode ini yaitu adanya daur ulang aliran gas keluaran sehingga kandungan CO2 pada aliran tersebut sangat tinggi, mencapai 95%. Dengan kandungan CO2 yang tinggi, proses pemisahan karbondioksida menjadi lebih mudah dan ekonomis dibandingkan pada pembakaran batubara konvensional (menggunakan udara) yang hanya menghasilkan CO2 sekitar 13% pada gas keluaran. Gas keluaran dengan kandungan CO2 sampai 95% bahkan dapat langsung digunakan untuk proses oil enhanced recovery (EOR) [2]. Pembakaran batubara menggunakan campuran O2/CO2 ditampilkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Diagram alir proses pembakaran batubara dengan menggunakan campuran gas O2/CO2

Batubara (fuel) dibakar dalam sebuah combustion chamber dengan menggunakan campuran gas oksigen dan karbondioksida. Oksigen didapatkan dari proses pemisahan nitrogen dan oksigen dari udara dalam sebuah Air Separation Unit. Karbondioksida sendiri merupakan gas hasil pembakaran batubara yang kembali dialirkan ke dalam combustion chamber. Aliran recycle karbondioksida ini menyebabkan peningkatan konsentrasi gas karbondioksida yang sangat signifikan di aliran keluaran sehingga memudahkan proses pemisahan karbondioksida itu sendiri. Pemisahan karbondioksida dapat diselenggarakan menggunakan metode konvensional seperti menggunakan CO2 absorber maupun metoda terkini seperti pemisahan dengan membran. Tingginya konsentrasi CO2 di aliran umpan absorber atau membran akan memudahkan proses pemisahan sehingga spesifikasi alat pemisah tidak terlalu memakan biaya besar.

Selain kandungan CO2 gas keluaran yang tinggi, metode ini juga mempunyai efisiensi pembakaran karbon yang tinggi. Hasil penelitian Liu (2005) menunjukkan bahwa pembakaran batubara menggunakan media O2/CO2 menghasilkan efisiensi

pembakaran karbon yang lebih tinggi dibandingkan pembakaran batubara konvensional. Hal itu dibuktikan dari kandungan karbon baik pada fly ash maupun bottom ash yang jauh lebih sedikit.

“http://majarimagazine.com/2008/06/pembakaran-batubara-dengan-o2co2/”, diakses pukul 18.59, 28 Maret 2014

2. Pengurangan NOx

Dengan Low NOx Burner

Sekitar tahun 1986 John Joyce (dari Bowin Mobil ketenaran), seorang penemu Australia, mendalami oksida nitrogen (NOx) dan sebab akibatnya dalam produksi asap dan hujan asam.

“http://en.wikipedia.org/wiki/LO-NOx_burner” , diakses pukul 18.30, 28 Maret 2014

Fludized Bed CombustionDewasa ini telah dikembangkan sistim peralatan berteknologi tinggi

yang mampu mengurangi emisi polutan dalam gas buang yang dikeluarkan

cerobong, baik dari pusat pembangkit listrik maupun industri lainnya yang

membakar batubara. Berbagai upaya untuk memperbaiki reputasi batubara

terus dilakukan dengan mewujudkan clean coal technology, salah satunya

adalah dengan teknologi fluidised bed combustion (FBC). Teknologi ini di

samping mempunyai efisiensi pembakaran batubara yang tinggi, juga

mampu meredam secara drastis emisi gas-gas polutan seperti SOX dan NOX.

Emisi gas buang pada pembakaran batubara dengan teknik FBC bisa

ditekan menjadi lebih rendah karena suhu operasi pembakaran batubaranya

relatif rendah. Pada teknologi FBC, suhu operasinya sekitar 750-9500C,

sehingga batubara dapat terbakar secara efisien, tidak meleburkan abu serta

sisa pembakaran lainnya. Pada suhu pembakaran 8000C, emisi NOX dapat

dikurangi hingga 33%. Karena prestasinya itu, teknologi FBC mampu

menggeser teknologi pembakaran batubara cara kuno yang telah berumur

lebih dari satu abad, yang dikenal dengan pulverised coal combustion (PCC).

Pada teknologi PCC, karena suhu pembakarannya lebih tinggi, maka emisi

gas NOX juga tinggi.

“http://en.wikipedia.org/wiki/Fluidized_bed_combustion” , diakses pukul 19.01 WIB, 28 Maret 2014

Electron Beam Machine untuk Konversi Polutan Menjadi Pupuk

Peralatan berteknologi tinggi lain yang kini mulai dipakai untuk

menjinakkan polutan penyebab hujan asam adalah electron beam machine

atau mesin berkas elektron (MBE). Prinsip kerja alat ini adalah menghasilkan

berkas elektron dari filamen logam tungsten yang dipanaskan. Berkas

elektron selanjutnya difokuskan dan dipercepat dalam tabung akselerator

vakum bertegangan tinggi 2 juta Volt. Jika gas buang yang mengandung

polutan sulfur dan nitrogen diirradiasi dengan berkas elektron dalam suatu

tempat yang mengandung gas ammonia, sulfur dan nitrogen itu dapat

berubah menjadi ammonium sulfat dan ammonium nitrat. Teknik irradiasi

elektron untuk menjinakkan polutan dalam gas buang ini telah dipelajari di

Jepang sejak tahun 1970-an.

Proses pembersihan gas buang dilakukan pertama-tama dengan

mendinginkan SOX dan NOX dengan semburan air (H2O). Ke dalam campuran

senyawa ini selanjutnya ditambahkan gas ammonia dan dialirkan ke dalam

tabung pereaksi (vessel). Campuran senyawa yang mengalir dalam tabung

pereaksi ini selanjutnya diirradiasi dengan berkas elektron. Karena

mendapatkan tambahan energi dari elektron itu, maka gas-gas polutan akan

berubah, SOX menjadi SO4 dan NOX menjadi NO3.

Masih dalam pengaruh irradiasi elektron, kedua senyawa tersebut

bereaksi dengan air sehingga dihasilkan produk antara (intermediate

product) berupa asam sulfat dan asam nitrat. Setelah 0,1 detik dari proses

irradiasi, produk antara (asam sulfat dan asam nitrat) bereaksi dengan

ammonia sehingga dihasilkan produk akhir berupa ammonium sulfat dan

ammonium nitrat. Kedua senyawa ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan

baku pupuk sulfat dan pupuk nitrogen. Wujud fisiknya pun berubah, yaitu

dari gas menjadi kristal/partikel.

Penelitian skala laboratorium yang dilakukan oleh Lembaga

Penelitian Tenaga Atom Jepang (JAERI) bekerjasama dengan perusahaan

Ebara menunjukkan bahwa dosis radiasi berkas elektron sebesar 15 kilo

Gray (kGy) mampu mengubah 95% OX dan 85% OX menjadi senyawa yang

tidak berbahaya. Sementara itu, penelitian pembersihan gas buang sisa

penyinteran bijih besi yang dilakukan oleh Nippon Steel Corporation

menunjukkan bahwa MBE ini dapat mereduksi 85% OX dan 95% OX yang

terlarut dalam gas buang. Penelitian yang telah dilakukan di AS dan Jerman

bahkan mencatat bahwa irradiasi dengan MBE ini mampu mereduksi polutan

hingga 99%.

Pemakaian berkas elektron untuk menjinakkan gas-gas polutan

seperti SOX dan NOX ini mempunyai beberapa keuntungan, antara lain :

proses penjinakan dapat dilakukan secara serentak dalam waktu yang sangat

singkat, merupakan proses kering dan langsung satu tingkat, serta hasil

akhirnya berupa bahan baku untuk pembuatan pupuk yang bernilai ekonomi

dan dapat digunakan dalam sektor pertanian.

“http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/Electron Beam Ionization for Coal Fly Ash Precipitators.pdf” , diakses pukul 19.29 WIB, 28 Maret 2014

3. Pengolahan Partikulat Terbang / Fly Ash ( termasuk logam berat dan partikel pengotor coal )

Dengan Bag House

Sebuah baghouse ( BH , B / H ) atau kain filter ( FF ) adalah perangkat

pengendalian pencemaran udara yang menghilangkan partikel dari udara atau gas

yang dilepaskan dari proses pembakaran untuk pembangkit listrik . Pembangkit listrik

, pabrik baja , produsen farmasi , produsen makanan , produsen kimia dan

perusahaan industri lainnya sering menggunakan baghouses untuk mengendalikan

emisi polutan udara . Baghouses mulai dipakai secara luas pada akhir tahun 1970

setelah penemuan fabrics untuk temperatur tinggi ( untuk digunakan dalam media

filter ) yang mampu menahan suhu lebih dari 350 ° F.

Tidak seperti prinsip elektrostatis , di mana kinerja dapat bervariasi secara

signifikan tergantung pada proses dan kondisi listrik , baghouses biasanya memiliki

efisiensi pengumpulan partikulat dari 99 % atau lebih baik , bahkan ketika ukuran

partikel sangat kecil .

Operasi Baghouses

Kebanyakan baghouses menggunakan silinder tabung panjang terbuat dari

woven fabrics/felted sebagai media filteriasi. Debu gas kotor atau udara masuk

baghouse tersebut melalui hopper ( wadah berbentuk corong besar yang digunakan

untuk menyimpan dan mengeluarkan partikulat ) dan diarahkan ke dalam

kompartemen baghouse . Gas diambil melalui filter , baik di dalam atau di luar

tergantung pada metode pembersihan , dan lapisan debu terakumulasi pada

permukaan media filter udara sampai tidak bisa lagi bergerak melaluinya. Ketika

penurunan tekanan yang cukup terjadi , proses pembersihan dimulai . Pembersihan

dapat berlangsung sementara di baghouse filtering ataupun secara terpisah. Ketika

kompartemen bersih , penyaringan normal kembali .

Empat mekanisme filterisasi

Koleksi Inertial - partikel debu menempel pada serat fabrics ditempatkan tegak lurus

terhadap arah aliran gas

Interception - Partikel yang tidak melewati garis arus fluida, bersentuhan dengan serat

karena ukuran serat .

Gerak Brown - partikel submicrometre yang menyebar , meningkatkan kemungkinan

kontak antara partikel lainnya menyatu dan membentuk sebuah lapisan.

Gaya elektrostatik - Kehadiran muatan elektrostatik pada partikel dan filter dapat

meningkatkan kemampuan menangkap debu .

Kombinasi dari mekanisme ini menyebabkan pembentukan lapisan tebal debu pada

filter , yang pada akhirnya meningkatkan resistensi terhadap aliran gas . Filter harus

dibersihkan secara berkala.

“Beachler, David S.; Joseph, Jerry; Pompelia, Mick (1995). "Fabric Filter Operation

Overview" (PDF). North Carolina State University.” ,artikel di tulis pada tanggal 6 Agustus

2013.

Dengan Electro Static Precipitator

Electrostatic precipitator (ESP), atau presipitator dengan prinsip elektrostatik

adalah perangkat pengumpul partikulat yang menghilangkan partikel dari gas yang

mengalir (seperti udara) menggunakan kekuatan muatan elektrostatik yang diinduksi.

Presipitator elektrostatis adalah perangkat filtrasi yang sangat efisien yang sangat

minimal menghambat aliran gas melalui perangkat, dan dapat dengan mudah

menghapus partikel halus seperti debu dan asap dari aliran udara.

Berbeda dengan wet scrubber yang menerapkan energi langsung ke medium

fluida yang mengalir, ESP menerapkan energi hanya untuk partikulat yang dikumpulkan

dan oleh karena itu sangat efisien dalam konsumsi energi (dalam bentuk listrik).

Prinsip Dasar

Muatan elektrostatik menghilangkan partikel dari aliran gas buang dari proses

industri. Enam proses yang biasanya berlangsung:

- Ionization - Pengionan partikel

- Migrating - Mengangkut partikel bermuatan ke permukaan pengumpul

- Collecting - Mengumpulkan partikel bermuatan ke permukaan pengumpul

- Filling Removal - Menetralisir partikel bermuatan pada permukaan

pengumpul

- Particle Dislodging - Menghilangkan partikel dari permukaan pengumpulan

ke hopper

- Particle Removal - Membawa partikel dari hopper ke titik pembuangan

Komponen precipitator utama yang mendukup proses tersebut adalah

sebagai berikut:

- Elektroda discharge

- Daya untuk komponen

- Kontrol precipitator

- Rap Sistem

- Pembersih Sistem Udara

- Flue Gas Conditioning

Electro Static Precipitator

“http://www.neundorfer.com/knowledge_base/electrostatic_precipitators.aspx“,

diakses pukul 15.08 WIB, 28 Maret 2014

4. Pengurangan Sulfur

Penggunaan Flue Gas Desulfurization (FGD)

Pemisahan polutan dapat dilakukan

menggunakan penyerap batu kapur atau Ca(OH)2.

Gas buang dari cerobong dimasukkan ke dalam fasilitas FGD. Ke dalam alat ini kemudian

disemprotkan udara sehingga SO2 dalam gas buang teroksidasi oleh oksigen menjadi SO3.

Gas buang selanjutnya "didinginkan" dengan air, sehingga SO3 bereaksi dengan air (H2O)

membentuk asam sulfat (H2SO4). Asam sulfat selanjutnya direaksikan dengan Ca(OH)2

sehingga diperoleh hasil pemisahan berupa gipsum (gypsum). Gas buang yang keluar dari

sistim FGD sudah terbebas dari oksida sulfur. Hasil samping proses FGD disebut gipsum

sintetis karena memiliki senyawa kimia yang sama dengan gipsum alam.

“http://en.wikipedia.org/wiki/Wet_scrubber”, diakses pukul 18.27, 28 Maret 2014

Pengolahan Sulfur dengan IGCC ( Integrated Gasification Combined Cycle )

Sebuah teknologi yang menggunakan proses gasifikasi untuk mengubah batu bara dan bahan bakar berbasis karbon lainnya menjadi gas gas-sintesis (syngas) kemudian kotoran dari syngas dihilangkan sebelum proses combustion. Beberapa polutan, seperti belerang dapat diubah menjadi produk sampingan dapat digunakan kembali. Hal ini menyebabkan emisi yang lebih rendah dari sulfur dioksida, partikulat, dan merkuri. Dengan peralatan proses tambahan, karbon dalam syngas bisa di-shift ke hidrogen melalui reaksi shifting air-gas, sehingga hasilnya hampir bebas karbon. Karbon dioksida yang dihasilkan dari reaksi shifting dapat dikompresi dan disimpan dengan metode CCS. Kelebihan panas dari pembakaran primer dan syngas, heat generation-nya kemudian diteruskan ke siklus uap, mirip dengan

siklus turbin gas gabungan. Hal ini menyebabkan peningkatan efisiensi jika dibandingkan dengan batu bara bubuk konvensional yang langsung dibakar.

“IGCC 101 for Public Utilities Commission of Colorado (PDF). Steve Jenkins. URS Corporation. February 12, 2007”

Wet Sulfuric Acid Process (WSA)

Proses WSA adalah salah satu proses desulfurisasi gas asam di kebanyakan

pasar saat ini. Perusahaan katalis Denmark Haldor Topsoe memperkenalkan dan

mempatenkan teknologi ini di akhir 1980-an, telah diakui sebagai proses yang efisien

untuk memulihkan belerang dari berbagai gas proses dalam bentuk kualitas komersial

asam sulfat (H2SO4), dengan produksi simultan pada steam bertekanan tinggi. Proses

WSA diterapkan di semua industri di mana penghapusan belerang adalah masalah.

“Sulphur recovery; (2007). The Process Principles in sulphur recovery by the WSA process.. (PDF)

Denmark: Jens Kristen Laursen, Haldor Topsoe A/S. Reprinted from Hydrocarbon Engineering

August 2007”