PERANCANGAN SISTEM GASIFIKASI BATU BARA SEBAGAI PENGHASIL SYNGAS UNTUK SUPLAI BAHAN BAKAR MESIN DIESEL (PERANCANGAN REAKTOR)

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM GASIFIKASI BATU BARA SEBAGAI PENGHASIL SYNGAS UNTUK SUPLAI BAHAN BAKAR MESIN DIESEL (PERANCANGAN REAKTOR) Dioniiu Ramaditya Putra Fatruan Program Sarjana Departemen Teknik Mein Fakulta Tenik Univerita Indoneia, Kampu Baru UI, Depok tiga_bla@yahoo.com A B S T R A K Gaifikai batubara merupakan proe dekompoii atau penguraian batubara dengan bentuk padatan menjadi ga-ga mampu bakar eperti CO, H 2, dan CH 4, ga tidak mampu bakar eperti N 2 dan CO 2, dan partikel lain eperti abu (ah) dan tar. Ga produer yang dihailkan akan bia langung dimanfaatkan ebagai bahan bakar etelah dilakukan proe refinery yang bertujuan untuk membuang partikel pengotor eperti tar yang dapat menyumbat aluran ga. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang ebuah downdraft gaifier yang bertujuan untuk menuplai ebuah dieel engine berkapaita 50 kva. Pada penelitian kali ini, penuli memfokukan pada rancangan reaktor yang berfungi untuk membakar batubara dan melakukan proe gaifikai agar menghailkan ga mampu bakar yang mempunyai nilai kalor yang euai dengan kebutuhan engine. Perancangan reaktor ini pun diertai dengan perhitungan blower primer dan blower hiap yang euai dengan ytem gaifikai terebut. Kata kunci: Gaifikai, Fix Bed Downdraft, Batubara, Reaktor 1. PENDAHULUAN Pertumbuhan penduduk di Indoneia tentu akan menyebabkan pertumbuhan konumi energi di Indoneia. Dari data BPPT pada tahun 2011 maka kebutuhan energi final Indoneia bahwa kebutuhan energi final Indoneia akan mengalami pertumbuhan ebear 4% pertahun hingga tahun 2014, edangkan dari tahun 2013 hingga tahun 2030, kebutuhan energi final kita akan meningkat dengan laju 5.3% pertahun, akan meningkat hampir 3 kali lipat dari tingkat kebutuhan energi pada tahun Gambar 1. Proyeki panga penyediaan energi [8] Dari diagram di ata maka kita dapat melihat bahwa paokan energi terbear dalam jangka pendek ini maih tetap dikuaai oleh minyak bumi yaitu ekitar 39.8% pada tahun 2009 kemudian turun pada angka 34.1% di tahun 2014 dan akhirnya diproyekikan akan berada 1

2 pada angka 27.6% pada tahun Hal ini tentu angat kontradiktif apabila kita melihat keterediaan batubara yang emakin lama emakin meningkat hingga akhirnya mencapai angka 47.8% pada tahun Perbedaan yang angat mencolok ini dapat terjadi karena pertumbuhan minyak bumi yang angat rendah yaitu hanya 4.3% pertahun edangkan pertumbuhan batubara mencapai angka 11.3% pertahun [10]. Oleh ebab itu udah tidak mungkin apabila kita maih mengandalkan BBM ebagai umber energi utama, pertumbuhannya yang hanya 4.3% pertahun tentu tidak bia menopang kebutuhan energi di Indoneia yang memiliki laju pertumbuhan 5.3% pertahun. Berbeda dengan BBM, laju pertumbuhan batubara yang diproyekikan berada pada angka 11.3% hingga tahun 2030 tentu angat mumpuni untuk menuplai eluruh kebutuhan energi di Indoneia. Selain keterediaannya yang cukup banyak, alah atu pertimbangan beralih ke batubara adalah pemerataan keterediaan batubara yang tergolong baik. Penggunaan batubara endiri terbagi menjadi beberapa kategori antara lain bahan bakar langung, bahan bakar tidak langung, erta bukan bahan bakar. Kategori terebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini. menimbulkan aap hitam. Oleh ebab itu, diperlukan ebuah mekanime lain dalam pemanfaatan batubara kela rendah. Salah atu teknologi yang dapat digunakan adalah Gaifikai batubara. Hail keluaran dari gaifikai berupa ga producer yang merupakan campuran antara ga CO dan H 2. Selain CO dan H 2 yang merupakan ga dominan, terdapat pula ga-ga lain yang dapat digunakan eperti CH 4 erta ga tidak mampu bakar epeti N 2, CO 2, tar dan ah. Gaifier yang digunakan adalah gaifier unggun tetap tipe aliran ke bawah (downdraft gaifier). Gaifier ini menghailkan producer ga yang relatif berih erta kandungan tar yang kecil ehingga angat euai untuk aplikai pada mein pembakaran dalam, ketel dan turbin [4]. 2. METODOLOGI PENELITIAN Perhitungan Sitem Gaifikai Gambar 2. Skema pemanfaatan batubara [1] Kualita batubara Indoneia endiri cukup variatif, mulai dari antrait yang digolongkan batubara tua hingga batubara kela rendah, lignite (brown coal) yang mengambil pori terbear ebanyak 58.63%. Pemanfaatan batubara kela rendah dengan pembakaran angat tidak ramah lingkungan karena dapat Gambar 3. Diagram Alir Perhitungan Pada perhitungan mengenai item gaifikai ini, maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, antara lain : 2

3 1. Nilai kalor pembakaran dan maa jeni producer ga Nilai kalor pembakaran dan maa jeni producer ga ini angat penting dalam penggunaannya ebagai bahan bakar dieel engine, karena dieel engine tentu mempunyai karakteritik mengenai bahan bakar yang dapat digunakan ebagai bahan bakar engine terebut. 2. Laju aliran producer ga Laju aliran producer ga ini juga turut andil karena ebagai pengganti bahan bakar dieel engine, maka producer ga tentu haru mempunyai laju aliran bahan bakar yang ama dengan bahan bakar dieel yang digunakan pada engine terebut. 3. Laju aliran udara Laju aliran udara angat penting, karena laju aliran udara yang beraal dari blower primer angat berdampak pada laju aliran producer ga, namun haru diperhatikan bahwa pada proe gaifikai maka laju aliran udara yang diperbolehkan hanya ebear 20% ampai 40% dari udara toikiometrik 4. Kapaita bahan bakar \Batubara ebagai bahan bakar tentu mempunyai nilai kalor yang berbeda dengan bahan bakar cair. Oleh ebab itu, kapaita bahan bakar ini haru diperhatikan agar dapat menghailkan producer ga dalam jumlah yang euai dengan kebutuhan dieel engine. Perancangan Reaktor Penelitian ini menitikberatkan pada perancangan rekator yang dapat menuplai ebuah dieel engine dengan kapaita 50 kva. Tipe Reaktor ini endiri menggunakan tipe unggun tetap dengan arah aliran ke bawah (fix bed downdraft gaifier). Hal ini membuat adanya perancangan throat yang digunakan pada zona okidai elama terjadinya proe gaifikai terebut. Dalam proe perancangan terdapat beberapa hal yang haru diperhatikan antara lain : Diameter reaktor Diameter reaktor adalah hal yang angat penting, karena diameter reaktor akan angat berpengaruh terhadap kapaita bahan bakar yang dapat digunakan. Tinggi reaktor Hampir ama dengan diameter rekator, tinggi reaktor juga angat penting. Hal ini bertujuan untuk mencapai optimai dari hail pembakaran, angat tidak mungkin apabila kita hanya mempertimbangkan diameter reaktor tanpa memikirkan tinggi reaktor terebut. Tinggi reaktor ini pun akan angat berpengaruh terhadap zonazona yang terjadi pada gaifikai. Tebal inulai reaktor dan inulai Tebal inulai reaktor dalam hal ini angat erat kaitannya dengan loe yang dihailkan oleh reaktor. Inulai yang digunakan pun haru baik, hal ini bertujuan untuk meredam pana yang terdapat dalam reaktor agar tidak keluar ke 3

4 lingkungan, elain untuk mengurangi loe, hal ini juga bertujuan ebagai faktor keamanan pada reaktor terebut. Throat yang terdapat pada reaktor Berbeda dengan item gaifikai updraft yang tidak menggunakan throat, maka dalam perancangan reaktor kali ini pun, kita haru merancang throat yang terdapat dalam reaktor, throad ini nantinya akan digunakan pada aat proe okidai Sitem grade Grade adalah ebuah daar yang berfungi ebagai wadah tempat berlangungnya reaki pembakaran. Perancangan grade ini angat penting, karena haru menyeuaikan dengan lebar batubara yang mauk ke dalam reaktor terebut. Jarang antar grade yang terlalu jauh tentu tidak dapat menahan batubara yang berukuran kecil, edangkan grade yang terlalu rapat tentu akan membuat item pemberihan reaktor menjadi lebih uah. Perancangan Blower Ada dua blower yang digunakan dalam proe gaifikai, blower yang pertama adalah blower primer atau blower tiup, blower ini berfungi untuk menuplai udara gaifikai kedalam reaktor tempat terjadinya proe gaifikai, laju udara yang dihailkan dari blower primer berbanding luru dengan laju udara yang dibutuhkan pada item gaifikai terebut. Kemudian yang kedua adalah blower hiap, blower hiap ini berfungi untuk menarik producer ga tak bertekanan yang tidak dapat keluar dari reaktor akibat tertahannya producer ga yang tertahan oleh bahan bakar gaifikai terebut. Laju aliran udara pada blower hiap ini tidak boleh melebihi kapaita dari producer ga yang dihailkan oleh reaktor ataupun blower primer karena akan angat berpengaruh terhadap proe gaifikai yang terjadi. 3. Hail dan Pembahaan Hail Perhitungan m prodga 0.014kg/ AFR STOIC m udara 0.075kg/ m totbb 0.016kg/ 57.63kg/ jam m udaragasif IKASI kg/ ampai dengan Speifikai Rnancangan 1. Reaktor kg/ Berdaarkan hail perhitungan dari kebutuhan dieel engine, maka dihailkan reaktor gaifikai dengan peifikai ebagai berikut : Kapaita laju bahan bakar di dalam reaktor : m totbb 0.016kg/ 57.63kg/ jam Maka dihailkan reaktor dengan dimeni : Diameter tenggorokan : 200 mm Diameter ekpani : 400 mm Tinggi ruang tenggorokan:400mm Tinggi ruang ekpani : 800 mm Tinggi ruang reduki : 150 mm Tinggi total : 1750 mm 4

5 2. Blower Primer Kebutuhan udara gaifikai : m udaragasif IKASI kg/ ampai dengan kg/ Dengan data terebut, maka dibutuhkan blower primer ebagai uplai udara gaifikai dengan kapaita m 3 /menit ampai dengan 2.76 m 3 /menit. 3. Blower Hiap Kebutuhan laju maa producer ga untuk engine : m prodga 0.014kg/ Dengan demikian maka kapaita blower hiap yang dibutuhkan adalah ebear : 0.036m 3 /menit. 4. Pemipaan Refereni Pemipaan ini dirancang agar tidak menghambat laju aliran producer ga yang tidak bertekanan. Oleh ebab itu, aumi pemipaan yang digunakan adalah ± 2 inchi. [1] Koetoer, R.A, et al., Studi Batubara Indoneia, Poteni, Teknologi, dan Pemanfaatannya (Depok: Laboratorium Perpindahan Kalor DTM FTUI,1997) [2] Luby,Peter. Advanced Sytem in Bioma Gaification-Comercial Reality and Outlook. Paper, the III International Slovak Bioma Forum, Bratilawa, February 3-5, 2003 [3] Manurung, Robert., Gaification and Pyrolitic Convertion of Agriculture and Foretry Wate, Renewable Energy Review Journal : Vol. 3 No. 1, June 1981 [4] Bridgwater,AV., Thermal Proceing of Bioma for Fuel and Chemical, Paper,.6 th Aia-Pacific International Sympoium on Combution and Energy Utilization, Paper May 2002 [5] Kaup, A., Gro, J.R., State of The Art Report for Small Scale (to 50 KW) Ga Producer Engine Sytem Department of Agricultural Engineering Univerity of California, March, 1981 [6] ZA, Zainal., Rifau, Ali., GA,Quadir., KN,Seetharamu., Experimental Invetigation of a Downdraft Bioma Gaifier, Paper, Bioma & Bioenergi Journal, Januari 2003 [7] Jain, Anil Kr., Go Jhon R., Determination of Reactor Scaling Factor for Throatle Rik Huk Gaifier, Paper, Bioma & Bioenergi Journal, 18, 2000 [8] Steven, D.J. Hot Ga Conditioning: Recent Progre With Larger-Scale Bioma Gaification Sytem Update and Summary of Recent Progre. National Renewable Energy Laboratory, USA (2001) [9] Lecfort, Malcolm D. Gaification / Two- Stage Combution Of Sawmill Wood Wate And The Pending Ban On Beehive Burner By The BC Minitry Of Environtment. Vancouver, BC Canada [10] Statitik Batubara dan Mineral, Ditjen GSM Per 1 Januari

6 [11] Outlook Energi Indoneia 2011, Energi Maa Depan di Sektor Tranportai dan Ketenagalitrikan, Puat Teknologi Pengembangan Sumberdaya Energi, BPPT, 2011 [12] Perry, Robert H., Perry Chemical Engineer Handbook 7 th Edition International Edition, McGraw-Hill [13] Cengel, Yunu A, Michael Bole., Thermodynamic an Engineering Approach. McGraw-Hill