PENGEMBANGAN GASIFIKASI BATUBARA UNTUK PLTD DUAL FUEL. Fahmi Sulistyohadi dan Bukin Daulay

Transkripsi

1 PENGEMBANGAN GASIFIKASI BATUBARA UNTUK PLTD DUAL FUEL Fahmi Sulistyohadi dan Bukin Daulay Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara tekmira S A R I Puslitbang tekmira telah melakukan uji coba gasifikasi batubara untuk pembangkit listrik tenaga diesel dual fuel, di Sentra Teknologi Pemanfaatan Batubara Palimanan, dengan menggunakan reaktor fixed bed berukuran diameter 2 meter dengan umpan batubara kg/jam atau 55-56% kapasitas. Kegiatan uji coba telah dilakukan pada tahun 2012, namun hasilnya belum optimal. Pada tahun 2013 telah dilakukan 2 kali uji coba, pertama dilakukan selama 18 hari dan percobaan kedua selama 21 hari termasuk kegiatan persiapan dan pendinginan reaktor yang dibagi dalam 3 shift kerja. Pada uji coba pertama dititikberatkan pada kontinuitas proses gasifikasi, sedangkan pada uji coba kedua dititikberatkan pada operasi SPD satuan pembangkit diesel dual fuel. Proses gasifikasi berlangsung dengan menggunakan umpan batubara yang memenuhi spesifikasi alat. Beberapa kali proses gasifikasi terjadi slagging, namun dapat diatasi dengan baik. Pada uji coba pertama, dengan pemakaian output beban sekitar kw atau ± 28% dari beban maksimum SPD diperoleh data rasio gas/solar adalah antara 39-44%. Pada uji coba ini output satuan pembangkit diesel dual fuel digunakan untuk pembangkit listrik di pilot plant gasifikasi batubara. Pada uji coba kedua, beban digunakan untuk beberapa peralatan di pilot plant biobriket, karbon aktif dan lainnya. Total beban maksimum adalah kw dengan rasio gas/solar 52-60%. Pada saat akan menaikkan beban di kisaran 290 kw atau 80% kapasitas satuan tersebut, terjadi alarm warning yang disebabkan oleh terjadinya over heat (t>580 C) pada ruang silinder nomor 2 dan nomor 5, (total 6 silinder), sementara suhu di ruang silinder lainnya normal (t<580 C). Akibatnya, uji beban diatas 250 kw tidak dapat dilakukan. SPD akan trip pada temperatur 600 C. pemanfaatan ter dari hasil produk samping proses gasifikasi batubara telah dilakukan menggunakan tungku siklon pembakar ter. Temperatur ruang bakar dapat mencapai C dan di cerobong mencapai C. Pada uji coba selanjutnya, tungku ter akan dikoneksikan dengan boiler yang diharapkan dapat memproduksi uap air untuk proses gasifikasi. Kata kunci : gasifikasi batubara, gas bakar, mesin diesel, pemanfaatan ter 1. PENDAHULUAN Kondisi geografis Indonesia yang terdiri dari kepulauan dan masih banyak daerah terisolir menyebabkan sistem penyediaan energi listrik tidak dapat dilayani oleh satu sistem jaringan listrik. Terdapat banyak kebutuhan energi listrik dalam jumlah kecil, tetapi tersebar di seluruh wilayah Indonesia. Sistem pasokan energi listrik ini cocok dilakukan menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD). Pada akhir Desember 2011, total kapasitas terpasang Pengembangan Gasifikasi Batubara Untuk PLTD Dual Fuel ; Fami Sulisyohadi dan Bukin Daulay 67

2 mencapai ,16 MW dengan jumlah unit pembangkit PLN (Holding dan Anak Perusahaan) sebanyak unit. Dari jumlah kapasitas tersebut, 76,9% didominasi di Pulau Jawa atau sebesar ,61 MW. Total kapasitas listrik nasional meningkat 8,82% dibandingkan dengan akhir Desember Persentase kapasitas terpasang per jenis pembangkit sebagai berikut: PLTU MW (41,2%), PLTGU MW (26,8%), PLTD MW (8,8%), PLTA MW (12%), PLTG MW (9,7%), dan PLTP 435 MW (1,5%) (PLN, 2011). Kenaikan harga BBM menyebabkan kenaikan biaya produksi listrik. Untuk mengurangi pemakaian BBM, PT. PLN telah memodifikasi PLTD menggunakan sistem dual-fuel (BBM-gas alam), antara lain di PLTD Tarakan, Kalimantan Timur kapasitas 5 MW. Pada tahun , Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara (tekmira) bekerja sama dengan PT. PLN (Persero) dan PT. Coal Gas Indonesia telah melakukan percobaan skala pilot di Palimanan, Cirebon untuk memanfaatkan gas hasil gasifikasi batubara (gas bakar) sebagai bahan bakar PLTD dengan sistem dual-fuel. Pilot plant tersebut terdiri atas unit gasifikasi batubara dengan reaktor berdiameter 1 meter, kapasitas 2,88 MMBtu atau kg batubara/jam dan mesin diesel (milik PT. PLN) kapasitas 250 kva sistem manual dan nonturbo. Hasil percobaan menunjukkan bahwa PLTD dengan sistem dual fuel dapat beroperasi dengan baik menggunakan 70% gas hasil gasifikasi batubara dan 30% solar. Hasil percobaan di Palimanan tersebut menunjukkan kinerja mesin diesel yang cukup baik tanpa merusak sistem bagian mesin diesel. Listrik yang dihasilkan dari percobaan ini disinkronisasikan ke jaringan listrik Jawa-Bali dengan cara disambungkan ke jaringan yang sudah ada. Pada tahun percobaan pemanfaatan gasifikasi batubara skala pilot tersebut dilanjutkan dengan menggunakan mesin diesel (milik tekmira) kapasitas 450 kva sistem otomatis dan turbo. Daya listrik yang dihasilkan dari percobaan tersebut tidak disalurkan ke jaringan PT. PLN, tetapi dimanfaatkan untuk menjalankan peralatan yang ada di Sentra Teknologi Pemanfaatan Batubara di Palimanan. Hasil uji coba ini masih belum optimal, yakni pengurangan bahan bakar minyak (solar) hanya mencapai 20-30% dan ini jauh lebih rendah dari percobaan terdahulu yang menggunakan mesin manual dan nonturbo. Hal ini disebabkan pengaturan komposisi udara dan bahan bakar (solar dan gas) tidak dapat dilakukan secara manual, karena mesin yang digunakan adalah sistem otomatis melalui governoor yang terdapat pada mesin diesel. Untuk mengatasi hal tersebut, digunakan alat tambahan yang disebut conversion kit untuk sistem dual fuel yang dapat mengatur komposisi udara dan bahan bakar (gas dan solar) pada mesin diesel 450 kva. Di samping itu, alat ini juga berfungsi sebagai pengaman apabila terjadi masalah dalam sistem pasokan gas dari gasifier, sehingga secara otomatis mesin diesel berubah pada sistem 100% bahan bakar solar. Alat conversion kit tersebut telah berhasil diterapkan di PLTD Tarakan sistem dual fuel antara gas alam dan solar. Alat conversion kit tersebut telah dimiliki oleh tekmira dan dipasang pada satuan pembangkit diesel (SPD) turbo dan otomatis milik tekmira kapasitas 450 kva. Pada tahun , pengoperasian pilot gasifikasi untuk bahan bakar mesin diesel dan gas batubara menunjukkan hasil yang baik pada pengumpanan gas batubara ke SPD, meski percobaan tidak berlangsung lama. Selama percobaan, beban maksimum yang dapat dicapai sebesar 290 kw dengan perbandingan gas dan solar sebesar 50:50, sementara pada saat beban kw. Perbandingan rata-rata gas dan solar adalah 60:40. Pada saat beban mencapai 290 kw, kabel terasa hangat cenderung panas, hal ini disebabkan oleh diameter kabel yang tidak mampu menghantarkan arus listrik sebesar itu. 68 M&E, Vol. 12, No. 1, Maret 2014

3 Berbeda dengan pemanfaatan gas alam, pada pemanfaatan gas hasil proses gasifikasi batubara yang menggunakan reaktor fixed bed selalu menyisakan limbah cair berupa ter. Sebagai antisipasi permasalahan lingkungan di dalam sistem gasifikasi batubara baik untuk duel fuel pada PLTD maupun untuk industri kecil, maka perlu dilakukan penelitian agar ter tersebut dapat dimanfaatkan, baik sebagai bahan bakar, maupun bahan kimia. Oleh karena itu, di dalam kegiatan tahun 2014, di samping pemanfaatan gas hasil gasifikasi sebagai bahan bakar mesin diesel, juga dilakukan penelitian pemanfaatan ter. Sebagai antisipasi terhadap masalah pasokan batubara, juga dilakukan kajian sistem pengusahaan batubara untuk gasifikasi, baik sebagai bahan bakar di PLTD, maupun untuk kesiapan bahan bakar pada industri kecil. 2. TINJAUAN PUSTAKA Penggunaan batubara sebagai bahan baku pembuatan gas pernah dilakukan di Indonesia sampai dengan tahun 70-an melalui proses karbonisasi (di pabrik-pabrik gas) batubara jenis coking coal yang didatangkan dari luar negeri. Produk yang dihasilkan adalah gas kalori tinggi, disebut gas kota, yang dialirkan melalui pipa langsung ke konsumen. Pembuatan gas dengan proses karbonisasi batubara tersebut berlangsung sampai tahun 1970-an, untuk kemudian diganti oleh gas alam karena ketergantungan terhadap batubara mengokas atau coking coal dari luar negeri (Suprapto, 1995). Pembuatan gas melalui proses karbonisasi batubara, yakni pemanasan batubara dengan udara terbatas, tidak dapat digunakan untuk batubara Indonesia yang umumnya termasuk jenis tidak mengokas (non coking coal). Namun, teknologi gasifikasi batubara saat ini telah berkembang sedemikian rupa, sehingga dapat menggunakan batubara tidak mengokas. Pada proses gasifikasi total, batubara direaksikan dengan pereaksi berupa udara, campuran udara/uap air atau campuran oksigen/uap air. Kontak antara batubara dengan pereaksi dapat dilakukan dengan sistem unggun tetap (fixed bed), unggun terfluidisasi (fluidized bed), entrained bed, atau molten bath bed (Elliot, 1981). Gasifikasi batubara yang menggunakan pereaksi udara atau campuran udara/uap air menghasilkan gas kalori rendah (<200 Btu/ft 3 ) yang disebut producer gas. Gas jenis ini biasanya hanya digunakan sebagai bahan bakar dan di Indonesia sering disebut sebagai gas bakar. Gasifikasi batubara dengan pereaksi campuran oksigen/uap air akan menghasilkan gas kalori menengah ( Btu/ft 3 ) yang disebut lurgi gas. Dengan pemurnian lebih lanjut terhadap gas lurgi akan dihasilkan gas sintesis (synthesis gas, syngas) dengan komponen utama gas CO dan H 2. Gas sintesis dapat digunakan sebagai bahan bakar langsung atau untuk bahan baku industri kimia termasuk industri pupuk. Gas sintesis juga dapat diproses lebih lanjut menjadi gas metana (CH 4 ) yang disebut synthetic natural gas (SNG) (Francis, 1965; Nowacki dkk., 1981). Teknologi gasifikasi batubara, baik yang memproduksi gas maupun gas sintesis sudah diaplikasikan secara komersial di banyak negara. Terdapat 93 plant gasifikasi batubara yang memproduksi gas sintesis (DOE, 2010). Sedangkan plant gasifikasi batubara yang memproduksi gas bakar banyak terdapat di Tiongkok, bahkan produk gasifier Tiongkok sudah masuk ke Indonesia. Penggunaan gas hasil gasifikasi batubara banyak dilakukan terutama dalam bentuk gas sintesis untuk membangkitkan turbin gas atau kombinasi antara turbin gas dan turbin uap seperti pada teknologi IGCC (Integrated Coal Gasification Combined Cycle). Sedangkan penggunaan gas bakar untuk pembangkit listrik juga dapat dilakukan, yakni pada pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), dengan gas batubara dimanfaatkan Pengembangan Gasifikasi Batubara Untuk PLTD Dual Fuel ; Fami Sulisyohadi dan Bukin Daulay 69

4 untuk memanaskan air dalam boiler. Selanjutnya, uap air yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan turbin uap guna menghasilkan listrik. Penggunaan gas bakar dari batubara untuk membangkitkan mesin diesel belum ditemukan di literatur, tetapi PT. PLN telah mengoperasikan SPD kapasitas 5 MW sistem dual fuel dengan bahan bakar solar dan gas alam di Tarakan, Kalimantan Timur. Walaupun nilai kalor gas bakar dari batubara jauh lebih rendah dari nilai kalor gas alam, penggunaan sistem dual fuel dengan bahan bakar solar dan gas bakar masih memungkinkan, mengingat kebutuhan udara untuk membakar gas bakar jauh lebih rendah dibanding kebutuhan udara untuk gas alam maupun solar. Hasil uji coba di pilot plant terbukti bahwa SPD sistem dual fuel juga dapat dioperasikan menggunakan bahan bakar solar dan bakar dari batubara (Suprapto dkk., 2009). Namun yang harus diperhatikan untuk penggunaan mesin diesel adalah kadar pengotor terutama debu dan asam dalam gas bakar harus serendah mungkin. Tetapi saat ini di pasaran telah tersedia gasifier batubara kapasitas kecil yang dilengkapi sistem pemurnian gas yang dapat memisahkan partikel debu dan cairan ter. Kadar pengotor dalam gas bakar yang diperbolehkan apabila digunakan untuk mesin pembakaran internal (internal combustion engine) seperti mesin diesel adalah sebagai berikut (Tiedema dkk., 1983) : Partikulat : < 50 mg/m 3 gas Ter : < 500 mg/m 3 gas Ter biasanya berwujud cairan hitam yang merupakan campuran kompleks yang tersusun dari berbagai senyawa hidrokarbon berantai panjang. Namun karena aromanya yang tajam dan kurang sedap, ter sering dianggap sebagai limbah (Fardhyanti dkk., 2012). Umumnya, ter batubara dihasilkan dari proses pirolisis pada rentang temperatur o C. Ter yang dihasilkan dari proses pirolisis batubara jumlahnya bervariasi namun dapat mencapai 15,8%-berat, bergantung pada temperatur operasi pirolisis dan peringkat batubara (Casal dkk., 2008). Ter batubara diketahui tersusun atas lebih dari 348 jenis senyawa kimia yang pada dasarnya berpotensi untuk dimanfaatkan. Senyawasenyawa tersebut antara lain senyawa aromatik benzoid (benzena, toluena, xylen, naftalena, dan antrasena), senyawa fenolik (fenol, kresol, xylenol, katekol, dan resorsinol), senyawa nitrogen heterosiklik (piridin, quinolin, isoquinolin, dan indol), hidrokarbon homosiklik (benzena, toluena, etilbenzena, xylen, naftalena, 1- metilnaftalena, dan 2-metilnaftalena), dan senyawa oksigen heterosiklik (dibenzofuran). Senyawa-senyawa di atas berpotensi untuk dimanfaatkan karena sudah cukup banyak digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia, seperti sebagai bahan antioksidan, antiseptik, resin, softener, industri plastik, cat, parfum, dan obat-obatan (Fardhyanti dkk., 2012). Fenol dan senyawa fenolik pada dasarnya dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang industri kimia, seperti produksi polimer, obat-obatan, bahan peledak, pestisida, stabilizers, dan antioksidan (Caramao dan Filho, 2004). Studi tentang pemisahan senyawa-senyawa di atas, khususnya senyawa fenolik dari ter batubara telah banyak dilakukan. Umumnya, teknik pemisahan yang dilakukan berupa teknik ekstraksi ataupun teknik distilasi biasa. Pemanfaatan ter batubara ini perlu didorong sebagai upaya dari efisiensi penggunaan batubara sebagai sumber energi sekaligus untuk meningkatkan nilai tambah dari pemanfaatan batubara itu sendiri. Pemanfaatan ter oleh Puslitbang tekmira difokuskan sebagai bahan bakar alternatif untuk boiler pada pembangkit uap atau untuk pembakaran lainnya. Puslitbang tekmira mengembangkan penggunaan gas hasil gasifikasi batubara sebagai bahan bakar pada pembangkit listrik tenaga diesel, yaitu penggunaan dua macam 70 M&E, Vol. 12, No. 1, Maret 2014

5 bahan bakar pada sistem internal combustion yang disebut dengan sistem dual fuel. Gas dialirkan melalui saluran udara, sehingga gas dan udara masuk secara bersamaan ke ruang bakar dan pada saat langkah kompresi sebelum titik mati atas (TMA) solar disemburkan melalui nozzle yang menyebabkan terjadi ledakan yang membuat piston bergerak ke titik mati bawah (TMB). Dari hasil ledakan yang dapat menghasilkan gaya gerak pada engkol yang diteruskan pada dinamo untuk menghasilkan listrik. Pada penelitian penggunaan gas batubara sebagai bahan bakar diesel digunakan SPD 6 silinder dengan kapasitas 450 KVA atau 360 KW. Mesin diesel merupakan salah satu jenis dari motor bakar dalam. Pada mesin diesel, penyalaan bahan bakar terjadi karena bahan bakar dinjeksikan ke dalam silinder yang berisi udara dengan kondisi temperatur dan tekanan tinggi. Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat, mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat. Beberapa saat sebelum piston pada posisi TMA atau before top dead center (BTDC), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung, sedangkan penyemprotan bahan bakar ke dalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama tempat piston berada dinamakan injeksi tidak langsung. Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linier. Batang penghubung menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linier tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, di antaranya untuk generator listrik. 3. METODOLOGI Dalam melaksanakan kegiatan pengembangan gasifikasi batubara untuk PLTD dual fuel dipergunakan peralatan sebagai berikut: Unit gasifikasi batubara. Generator diesel kapasitas 450 KVA beserta conversion kit. Beberapa unit peralatan di pilot plant Palimanan yang digunakan sebagai beban untuk percobaan. Gas chromatography portable, Orsat, ter & particulate analyzer. Kegiatan percobaan gasifikasi batubara untuk PLTD dual fuel dibagi ke dalam 3 tahapan yakni: proses uji coba gasifikasi batubara, analisis ter, partikulat dan gas batubara, dan uji coba SPD dual fuel. Gas yang dihasilkan dari proses gasifikasi batubara dianalisis kadar ter, partikulat dan komposisi gasnya. Gas yang sudah memenuhi syarat masuk ke mesin diesel melalui intake udara atau nozzle dengan melalui conversion kit (alat pengatur umpan masuk gas dan solar). Setelah uji coba SPD sistem dual-fuel selesai, maka operasi gasifier dihentikan. 4. HASIL KEGIATAN DAN PEMBAHASAN a. Proses Gasifikasi Batubara Bagan alir gasifikasi batubara untuk PLTD dapat dilihat pada Gambar 1. Sebelum start-up, dilakukan preparasi dengan memasukkan abu batubara dan kayu bakar ke dasar gasifier. Kokas digunakan untuk start-up gasifier untuk menghindari hujan ter. Hal ini dilakukan karena selama proses start-up, gas Pengembangan Gasifikasi Batubara Untuk PLTD Dual Fuel ; Fami Sulisyohadi dan Bukin Daulay 71

6 Gambar 1. Bagan alir gasifikasi batubara untuk PLTD bakar yang dihasilkan belum memenuhi spesifikasi, sehingga langsung dibakar dalam cerobong (flare). Jika menggunakan umpan batubara selama start-up, maka gas bakar mengandung banyak ter dan uap air, sehingga tidak terbakar pada flare dan menyebabkan hujan ter di sekitar lokasi pilot plant gasifikasi. Umpan batubara digunakan setelah start-up selesai dan gas bakar telah siap dialirkan ke sistem pemurnian gas. Proses gasifikasi batubara terjadi akibat adanya reaksi antara batubara, udara dan uap air. Kenaikan laju alir udara akan berpengaruh terhadap jumlah reaksi oksidasi dalam fire layer (zona oksidasi), sehingga akan meningkatkan produk gas. Selanjutnya, kenaikan laju alir udara akan meningkatkan suhu gasifier dan produk gas, sehingga perlu dilakukan pemantauan suhu (up stage dan down stage). Kenaikan suhu gasifier dan produk gas menunjukkan terjadinya reaksi oksidasi yang berlebih. Pengaturan suhu gasifier dapat dilakukan dengan menambahkan uap air yang dicampurkan dengan umpan udara. Perbandingan laju alir uap air terhadap udara dapat dipantau dari suhu udara jenuh (saturated air temperature). Pada kondisi ini, jumlah uap air dalam udara telah jenuh pada suhu tertentu, sehingga dapat dihitung jumlah uap air yang dialirkan ke dalam gasifier menggunakan data termodinamika, seperti grafik lembaban udara sebagai fungsi suhu. Pengaturan laju alir uap air sangat penting terhadap kondisi operasi gasifikasi. Laju alir uap air yang kurang akan menyebabkan kenaikan suhu dalam unggun batubara. Jika suhu fire layer melebihi titik leleh abu, akan menyebabkan terjadinya slagging. Sementara jika laju alir uap air terlalu besar, maka akan menyebabkan fire layer akan padam dan reaksi gasifikasi akan terhenti. Pemantauan suhu ash layer dan fire layer dilakukan dengan memasukkan batangan besi ke dalam unggun batubara, membiarkannya 72 M&E, Vol. 12, No. 1, Maret 2014

7 beberapa lama (2-4 menit), kemudian dicabut dan diamati warna yang terjadi pada batang besi tersebut serta mengukur panjang masingmasing. Ash layer berwarna hitam karena abu sudah tidak bereaksi dan mengalami pendinginan, karena kontak dengan pereaksi udara-uap air. Warna fire layer yang normal adalah merah ceri (MC) sampai dengan merah kekuningan (MK) yang setara dengan suhu O C. Warna merah kekuningan dan terkelupas (MKK) menunjukkan suhu >1.200 O C dan perlu penanganan segera, karena dikhawatirkan terjadinya pembentukan slagging. Percobaan gasifikasi tidak mengalami slagging yang berarti. Penanganan slagging yang terjadi beberapa kali dilakukan dengan pencucukan slagging menggunakan batang besi pada poking hole. Fire layer di gasifier terbentuk sesuai dengan yang diharapkan, sehingga pembentukan uap air pada water jacket dan box cooler baik dan sempurna. Pasokan uap air yang dibutuhkan untuk seal (uap air seal) cukup, sehingga proses pencucukan slagging berlangsung dengan aman, begitu juga uap air untuk pemanas insulator pada electrostatic precipitator dapat tercukupi. Untuk kelancaran proses gasifikasi ini digunakan batubara yang memenuhi spesifikasi seperti pada Tabel 1. b. Hasil Analisis Komposisi Gas Analisis produk gas dilakukan baik menggunakan peralatan GC (gas chromatography) portable maupun orsat. Akan tetapi GC portable pada saat uji tidak dapat beroperasi dengan baik, ditunjukkan dengan pembacaan komposisi gas yang tidak akurat, sehingga pada percobaan ini, analisis gas hanya menggunakan orsat. Komposisi gas bakar yang dihasilkan ditunjukkan pada Tabel 2 dan Tabel 3. Dari Tabel 2 dan Tabel 3 terlihat bahwa gas batubara yang dihasilkan memiliki tipikal komposisi gas bakar pada umumnya, yaitu H 2 = 3-7%, CO = 20-30%, CH 4 = 3-9% dan CO 2 = 3-10% dengan nilai kalori rata-rata gas Kkal/Nm 3. Hal ini menunjukkan bahwa gas bakar telah mencapai spesifikasi yang dibutuhkan. Tabel 1. Spesifikasi umpan batubara Komponen Spesifikasi umpan Persyaratan Umpan Uji coba Granularity (mm) 20-40, 25-50, Rate between max and min granularity 2 2,667 Lowest limit of block coal 10 tidak dianalisa Ore rate 2 tidak dianalisa Dry basis volatile matter Vd (%) 20 39,42 Dry basis ash Ad (%) 18 1,37 Dry basis total sulfur Std (%) 2 0,23 Ash melting point ST ( C) > Hot stability TS +6 (%) >60 tidak dianalisa Smash resisting intensity ( 25mm) (%) >60 tidak dianalisa Thickness of plastic layer >12 mm tidak dianalisa Roga index R.I 20 tidak dianalisa Free swelling index F.S.I 2 0-0,5 Pengembangan Gasifikasi Batubara Untuk PLTD Dual Fuel ; Fami Sulisyohadi dan Bukin Daulay 73

8 Tabel 2. Hasil analisis gas pada uji coba tahap-1 Tanggal Komposisi gas (%) CO H 2 CH 4 CO 2 O 2 N 2 23-Aug-13 23,59 3,38 1,80 6,91 0,60 63,72 24-Aug-13 22,40 5,13 4,66 5,96 0,72 61,12 25-Aug-13 27,66 6,30 5,23 3,16 0,43 57,23 26-Aug-13 29,44 4,86 4,12 2,87 0,36 58,36 27-Aug-13 27,68 4,52 4,75 3,08 0,43 59,54 28-Aug-13 29,94 6,66 3,83 2,78 0,45 56,34 29-Aug-13 26,23 4,47 7,09 3,37 0,47 58,37 30-Aug-13 26,11 4,63 6,02 3,11 0,31 59,83 31-Aug-13 26,54 4,14 5,78 3,48 0,33 59,71 1-Sep-13 23,18 7,72 4,93 5,83 0,28 58,62 2-Sep-13 26,05 7,47 5,05 3,99 0,24 57,20 3-Sep-13 26,85 4,74 4,15 4,82 0,25 59,19 Tabel 3. Hasil analisis gas pada uji coba tahap-2 Tanggal Komposisi gas (%) CO H 2 CH 4 CO 2 O 2 N 2 15-Dec-13 26,40 3,00 7,70 5,40 0,20 57,30 16-Dec-13 22,98 3,31 8,25 4,00 0,35 78,78 17-Dec-13 23,34 2,62 9,49 3,04 0,30 75,98 18-Dec-13 23,75 4,75 6,88 3,78 0,26 77,61 19-Dec-13 21,73 1,04 7,43 3,67 0,47 79,39 20-Dec-13 23,72 0,01 6,54 3,62 0,62 82,74 21-Dec-13 24,03 2,73 5,18 4,43 0,43 63,18 22-Dec-13 23,92 0,86 7,12 4,50 0,30 63,79 23-Dec-13 23,87 2,77 7,63 4,14 0,24 61,35 24-Dec-13 24,96 4,35 6,31 4,19 0,25 59,94 25-Dec-13 27,77 4,58 6,20 3,38 0,23 57,83 26-Dec-13 29,01 5,85 5,48 2,97 0,14 56,55 27-Dec-13 23,00 1,81 6,08 3,40 0,14 65,56 28-Dec-13 24,57 3,34 6,86 3,98 0,14 61,11 29-Dec-13 21,50 3,17 7,80 5,84 0,14 61,54 Gas hasil gasifikasi dialirkan ke alat tar analyzer sebelum dan setelah menggunakan EP (electrostatic precipitator). Pengamatan tersebut dilakukan secara visual yang diindikasikan oleh adanya perubahan warna anisol yang jernih. Saat proses gasifikasi berlangsung, EP tidak langsung diaktifkan, karena gas masih banyak mengandung oksigen, setelah kandungan oksigen <0,4%, maka EP dapat diaktifkan. Terlihat perbedaan yang sangat jelas antara sebelum dan setelah EP diaktifkan, saat EP belum aktif cairan anisol segera berubah warna menjadi hijau jernih yang mengindikasikan bahwa gas hasil gasifikasi masih mengandung ter. Setelah EP diaktifkan tidak terlihat adanya perubahan warna, cairan anisol tetap jernih, hal ini mengindikasikan bahwa gas hasil gasifikasi tidak mengandung ter dan partikulat. 74 M&E, Vol. 12, No. 1, Maret 2014

9 Untuk pengukuran yang lebih akurat, gas dialirkan melalui kertas saring khusus melalui flowmeter, setelah volume gas mencapai 1 Nm 3 aliran gas dihentikan. Setelah itu dilakukan penimbangan terhadap kertas saring sebelum dan setelah dialirkan gas. Dari hasil analisis didapat kandungan tar 1-2 mg/nm 3 dan kandungan partikulat 38 mg/nm 3, kadar pengotor dalam gas bakar yang diizinkan apabila digunakan untuk mesin pembakaran internal (internal combustion engine) seperti mesin diesel adalah partikulat <50 mg/nm 3 gas dan ter < 500 mg/nm 3 gas. c. Ujicoba SPD Dual Fuel Bersamaan dengan percobaan transfer gas ke unit pemurnian, dilakukan juga persiapan dan start-up SPD menggunakan bahan bakar solar. SPD ini menggunakan sistem turbo, yaitu memanfaatkan gas buang untuk mengompresi umpan udara pembakaran. Peralatan SPD juga dilengkapi dengan conversion kit (Gambar 2). Conversion kit berfungsi untuk mengatur pengumpanan gas bakar ke SPD secara otomatis. Conversion kit ini dilengkapi dengan sistem pemantauan parameter kinerja SPD (Gambar 3). Prinsip kerja dari conversion kit (Gambar 4) akan mengatur volume gas yang digunakan berdasarkan indikator kondisi mesin. Bila salah satu indikator menunjukkan angka di atas batas spesifikasi mesin, maka secara otomatis conversion kit akan mengurangi atau menutup suplai gas pada mesin. Besaran volume gas yang masuk mempengaruhi persentasi konsumsi gas dan solar, dengan semakin besar volume gas yang masuk, maka dapat menurunkan konsumsi solar. Uji coba tahap pertama diawali dengan menggunakan bahan bakar 100% solar. Setelah gas batubara stabil dan memenuhi persyaratan, gas tersebut diumpankan ke mesin SPD secara bersamaan dengan solar. Percobaan dilakukan selama 8 hari x 24 jam secara kontinyu pada berbagai variasi beban listrik 50-80% kapasitas mesin SPD dengan umpan batubara kg/jam atau 50-63% dari kapasitas umpan seperti terlihat pada Tabel 4. Pada percobaan ini, beban SPD yang digunakan adalah pilot plant unit gasifikasi beserta lampu penerangannya dengan total keseluruhan beban Gambar 2. Conversion kit yang terintegrasi dengan SPD Gambar 3. Pemantauan rasio gas/solar di panel conversion kit Pengembangan Gasifikasi Batubara Untuk PLTD Dual Fuel ; Fami Sulisyohadi dan Bukin Daulay 75

10 Gambar 4. Skema umpan masuk gas pada SPD dual fuel Tabel 4. Parameter uji coba pada SPD tahap-1 Tanggal Batubara (kg/h) Udara (Nm 3 /h) Udara/ uap air (m 3 /h) 0utput SPD(kW) Ratio kw gas/solar (%) Nilai Kalor (kkal/nm3) 22-Aug ,15 23-Aug , Aug , Aug , Aug , , Aug , , Aug , , Aug , , Aug , , Aug , , Sep , , Sep , , Sep , , tidak lebih dari 80 kw (beban minimal pemakaian bahan bakar dual fuel), sehingga perlu ditambahkan beban agar melebihi batas minimum. Beban tambahan diperoleh dari cadangan motor blower yang dioperasikan tanpa mengoneksikannya dengan blower-nya (solo run). Pada beban <80 kw, gas batubara tidak dapat diumpankan ke dalam SPD, karena laju alir solar minimum tidak tercukupi, sehingga secara otomatis valve gas akan menutup. Pada beban antara kw, umpan gas cenderung stabil dan dapat menyubstitusi bahan bakar solar sebesar 39-44%. 76 M&E, Vol. 12, No. 1, Maret 2014

11 Uji coba dual fuel tahap ke dua dilakukan selama 3 hari dengan beban kw dan rasio gas/ solar = 52-60%. Pada saat akan menaikkan beban di kisaran 290 kw (80% kapasitas SPD), silinder nomor 2 dan nomor 5 pada SPD mengalami overheat (>580 o C), sementara silinder nomor 1, 3, 4 dan 6 normal (<580 o C), sehingga uji coba dengan menggunakan beban di atas 250 kw tidak dapat dilakukan. Spesifikasi SPD menyebutkan bahwa alarm warning akan berbunyi pada temperatur silinder >580 o C dan SPD akan trip pada temperatur 600 o C. Temperatur exhausted normal adalah 520 o C. Upgrade gas train dari 1,5" ke 3" mengakibatkan bukaan valve gas berada di 30-40%. Sebelumnya (1,5") mencapai 70% (opening max), sehingga saat ini, aliran gas bisa lebih banyak masuk SPD. Parameter uji coba SPD tahap-2 dapat dilihat pada Tabel 5. Selama percobaan, beban SPD yang digunakan adalah sebagian peralatan di pilot plant biobriket, sebagian peratan di pilot plant karbon aktif, blower milik pilot plant Coal Drying Briquetting (CDB), blower milik pilot plant cyclon burner, pompa hydrant dan roll mill milik pilot plant kokas. Sifat fisik dan kimia ter yang berbeda dengan bahan bakar minyak membutuhkan desain tungku yang spesifik untuk pembakaran ter. Desain tungku ter yang dikembangkan oleh Puslitbang tekmira dapat dilihat pada Gambar 5. Hasil uji coba pertama menunjukkan bahwa tungku ter dapat beroperasi dengan baik, temperatur tungku (T 1 ) mencapai o C dan temperatur cerobong (T 2 ) mencapai o C dengan laju alir ter liter/jam. Penambahan laju alir ter menyebabkan timbulnya asap pada cerobong, sehingga dapat disimpulkan bahwa terjadi kekurangan kebutuhan stoikiometri udara pembakaran (bukaan blower udara pembakaran telah maksimum). Mekanisme reaksi pembakaran ter mirip dengan mekanisme pembakaran bahan bakar cair, sehingga kinetika pembakaran ter berlangsung sangat cepat. Titik yang membatasi kecepatan reaksi adalah membuat kontak ter dengan udara, yaitu melalui pengkabutan ter yang dapat memperluas kontak permukaan dengan udara. Beberapa modifikasi telah dilakukan untuk meningkatkan kapasitas tungku ter, yaitu dengan cara memperbesar diameter pipa inlet udara (2" menjadi 4") dan menambah pipa udara pembakaran sekunder ukuran 4". Hal ini dilakukan untuk menambah laju alir udara pembakaran. Setelah modifikasi dilakukan percobaan kedua, maka dari hasil percobaan didapat bahwa laju alir ter dapat ditingkatkan sehingga mencapai liter/jam dengan temperatur siklon (T 2 ) mencapai C. Kendala yang masih terjadi pada percobaan pembakaran ter adalah terjadinya blocking di sekitar spray nozzle yang disebabkan oleh temperatur yang terlalu rendah dan terlalu tinggi. Temperatur tinggi mengakibatkan timbulnya jelaga (cracking), sehingga menyebabkan blocking pada nozzle, sedangkan temperatur yang terlalu rendah mengakibatkan ter membeku, sehingga masih perlu kegiatan Tabel 5. Parameter uji coba pada SPD tahap-2 Tanggal Batubara (kg/h) Udara (Nm 3 /h) Udara/ua pair (m 3 /h) 0utput SPD(kW) Ratio kw gas/solar (%) Nilai Kalor (kkal/nm3) 27-Dec , , Dec , , Dec , , Pengembangan Gasifikasi Batubara Untuk PLTD Dual Fuel ; Fami Sulisyohadi dan Bukin Daulay 77

12 T2 ter Udara primer/ pengkabutan T1 Udara Sekunder-1 Udara Sekunder-2 Gambar 5. Tungku pembakar tar optimalisasi pada unit preparasi tar dan nozzle pembakaran tar. Pada percobaan selanjutnya akan dilakukan pemanfaatan panas pembakaran ter untuk membangkitkan uap dengan cara mengoneksikan tungku tar dan boiler untuk menutupi kekurangan uap pada proses gasifikasi terutama pada saat temperatur udara luar rendah (cuaca hujan deras). 5. HASIL KEGIATAN DAN PEMBAHASAN a. Hasil percobaan menunjukkan bahwa kinerja masing-masing peralatan pilot plant gasifikasi untuk bahan bakar SPD turbo dan otomatis (unit gasifier, unit pemurnian gas, genset, conversion kit dan jaringan listrik untuk penyaluran beban listrik yang dihasilkan genset) telah berfungsi baik. b. Pada uji coba pertama gas batubara telah berhasil diumpankan ke SPD selama 8 hari berturut-turut bersama dengan bahan bakar solar, kemudian energi listrik hanya didistribusikan ke unit gasifier rasio gas/solar optimum 40% tercapai pada saat 100 kw atau ±28% dari nominal beban SPD. Sedangkan pada uji coba kedua dapat mencapai 240 kw dengan rasio gas/solar 60% atau sekitar 66% nominal beban SPD. c. Tar burner beroperasi dengan baik yang ditunjukkan oleh temperatur ter burner o C dan temperatur cerobong o C dengan laju alir umpan ter liter/ jam. d. Untuk aplikasi gas batubara hasil gasifikasi untuk skala komersial, perlu dilakukan uji coba pada PLTD kapasitas 1-2 MW. DAFTAR PUSTAKA Caramao, E. B., Filho, I. do N., 2004, Quantitative Analysis of Phenol and Alkylphenols in Brazilian Coal Tar. Quim, Nova 27, Casal, M. D., Diez, M. A., Alvarez, R., Barriocanal, C., 2008., Primary Tar of Different Coking Coal Ranks, International Journal of Coal Geology 76, M&E, Vol. 12, No. 1, Maret 2014