STUDI PEMANFAATAN BATUBARA DI PABRIK PUPUK

STUDI PEMANFAATAN BATUBARA DI PABRIK PUPUK TESIS Karya tulis sebagi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh RATIH DEWI ANDRIANNY NIM : 23005015 Program Studi Teknik Kimia INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JUNI 2007

STUDI PEMANFAATAN BATUBARA DI PABRIK PUPUK Oleh RATIH DEWI ANDRIANNY NIM : 23005015 Program Studi Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing 26 Juni 2007 (Prof. Dr. Herri Susanto) iii

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. iv

ABSTRAK STUDI PEMANFAATAN BATUBARA DI PABRIK PUPUK Oleh Ratih Dewi Andrianny NIM : 23005015 Batubara sebagai sumber energi dapat digunakan sebagai pengganti gas alam. Tidak saja sebagai bahan bakar, batubara juga dapat digunakan sebagai bahan baku gas sintesis melalui proses gasifikasi menghasilkan gas produser. Pemanfaatan batubara di pabrik pupuk dilakukan untuk mengganti gas alam baik sebagai bahan bakar maupun sebagai bahan baku gas sintesis. Terdapat tiga model konfigurasi pemanfaatan batubara di pabrik pupuk diantaranya, pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar melalui pembakaran langsung, pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar melalui gasifikasi, dan pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar dan bahan baku gas sintesis melalui gasifikasi. Pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar dapat menggantikan gas alam sebesar 28.4% sedangkan pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar dan bahan baku menggantikan gas alam sebesar 100% Dari ketiga jenis model secara teknis pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar melalui proses gasifikasi merupakan pilihan yang tepat karena utilisasi unit-unit lama masih dapat dilakukan dengan sedikit modifikasi, sedangkan berdasarkan studi kelayakan ekonomi pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar melalui pembakaran langsung dengan sistem cogeneration merupakan alternatif model yang terbaik karena memiliki IRR tertinggi 21.4% dan PBP selama 7.3 tahun. Pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar melalui gasifikasi mulai ekonomis jika harga gas alam mencapai 6.5 USD/MMBtu sedangkan pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar maupun bahan baku gas sintesis melalui gasifikasi mulai ekonomis jika harga gas alam mencapai 8 USD/MMBtu. Kata kunci : batubara, gas produser i

ABSTRACT STUDY OF COAL UTILISATION IN FERTILIZER INDUSTRY By Ratih Dewi Andrianny NIM : 23005015 Coal can replace natural gas as an energy source has been known from long time. Not only as fuel, coal can also be used as raw materials of synthesis gas through gasification to produce producer gas. Coal utilisation in fertilizer industry can be used both as fuel and also as raw materials. There are three kind of configuration of coal utilisation, first, coal utilisation as fuel by direct combustion, the second one is coal utilisation as fuel by gasification, and the last is coal utilisation as fuel and raw materials by gasification. Coal as fuel can substitute natural gas for 28.4% of total natural gas that recently used, and coal as fuel and raw materials can substitute natural gas for 100% of total natural gas that recently used. Technically coal utilization as fuel by gasification is the best choice among of all because it still can be united with existing utility without great modifications. From the economic evaluation of coal utilization as fuel by direct combustion combined with cogeneration offer the best IRR for about 21.4% and PBP for 7.3 years. Coal utilisation as fuel found economically at natural gas price rise to 6.5 USD/MMBtu and coal utilisation as fuel and raw materials found economically at natural gas price rise at 8 USD/MMBtu. Keywords : coal, producer gas ii

KATA PENGANTAR Alhamdulillah Penulis ucapkan atas kemurahan-nya sehingga penulisan laporan penelitian ini dapat diselesaikan. Penulisan laporan penelitian yang berjudul Studi Pemanfaatan Batubara di Pabrik Pupuk dilakukan untuk memenuhi program mata kuliah TK-70Z1. Dalam penulisan laporan usulan penelitian ini Penulis mendapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk banyak bantuan dan pembelajaran selama ini Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Herri Susanto, Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung ats bantuan beasiswa voucher, dan PT PUSRI atas pemberian bantuan data-data teknis di pabrik pupuk. Laporan Penelitian ini masih memerlukan masukan dan pengembangan yang lebih baik dan lebih luas lagi untuk menjadi lebih komprehensif. Semoga hasil penelitian ini memiliki manfaat bagi khasanah ilmu pengetahuan secara khusus dan proses pembelajaran pada umumnya. Tidak lupa penulis ucapkan banyak terima kasih kepada keluarga penulis atas dukungan moril yang telah diberikan. Bandung, Juni 2007 v

DAFTAR ISI Abstrak.... i Abstract.... ii Lembar Pengesahan.. iii Pedoman Penggunaan Tesis. iv Kata Pengantar.. v Daftar Isi.. vi Daftar Gambar. viii Daftar Tabel. x Bab I Pendahuluan I. 1 Latar Belakang... 1 I. 2 Rumusan Masalah... 2 I. 3 Tujuan... 2 I. 4 Ruang Lingkup Permasalahan... 3 Bab II Tinjauan Pustaka II. 1 Batubara... 6 II. 1. 1 Peringkat Batubara... 6 II. 1. 2 Struktur Kimia Batubara... 7 II. 1. 3 Analisis Ultimat dan Proksimat... 8 II. 1. 4 Sifat Batubara... 8 II. 1. 5 Gasifikasi Batubara... 9 II. 2 Proses Pembuatan Amonia... 12 II. 3 Proses Pembuatan Amonia Berbahan Baku Batubara... 17 II. 3. 1 Selexol... 20 II.3.2 Rectisol... 21 II. 4 Aspek Lingkungan... 22 II. 5 Aspek Ekonomi... 27 Bab III Metodologi Penelitian 29 III. 1 Pemanfaatan Batubara di Pabrik Pupuk... 29 III. 2 Model Konfigurasi... 30 III. 3 Simulasi Proses... 34 vi

III. 4 Studi Kelayakan Ekonomi... 39 Bab IV Hasil dan Pembahasan... IV. 1 Simulasi Model Konvensional... IV. 1. 1 Simulasi Pembuatan Gas Sintesis Konvensional... 40 IV. 1. 2. Simulasi Pemanfaatan Gas Alam Sebagai Utilitas Bahan Bakar... 45 IV. 2 Simulasi Model I... 48 IV. 3 Simulasi Model II... 50 IV. 4 Simulasi Model III... 51 IV. 5 Perbandingan Model... IV. 5. 1 Konsumsi Bahan Bakar... 56 IV. 5. 2 Neraca Massa Steam... 56 IV. 5. 3 Daftar Investasi Peralatan... 58 IV. 6 Evaluasi Kelayakan Ekonomi... 60 IV. 7 Aspek Lingkungan Pemanfaatan Batubara... 67 Bab V Kesimpulan dan Saran V. 1 Kesimpulan 70 V. 2 Saran 70 Daftar Pustaka 72 vii

DAFTAR TABEL Tabel I. 1 Cadangan batubara Indonesia sampai dengan tahun 2002... 1 Tabel II. 1 Pengelompokan batubara berdasarkan peringkat. 7 Tabel II. 2 Keuntungan dan kerugian proses pengolahan air limbah gasifikasi 32 Tabel II. 3 Emisi CO 2 pada berbagai konfigurasi pemanfaatan batubara... 33 Tabel III.1 Spesifikasi aliran gas alam.... 36 Tabel III.2 Spesifikasi batubara Tanjung Enim... 37 Tabel IV. 1 Pembandingan kondisi proses simulasi dengan kondisi proses data PT PUSRI.. 42 Tabel IV. 2 Perbandingan neraca massa hasil simulasi model konvensional dengan data di PT PUSRI (lihat diagram alir Gambar IV. 1)... 43 Tabel IV. 3 Distribusi pemakaian gas alam di PT PUSRI... 46 Tabel IV. 4 Neraca massa dan kondisi proses unit utilitas... 47 Tabel IV. 5 Perbandingan neraca massa steam hasil simulasi dengan data PT PUSRI... 47 Tabel IV. 6 Hasil simulasi sistem utilitas model I... 49 Tabel IV. 7 Konsumsi gas produser sebagai utilitas bahan bakar... 51 Tabel IV. 8 Perbandingan komposisi gas keluaran reformer dengan gas produser basis kering... 52 Tabel IV. 9 Konsumsi gas alam dan batubara untuk setiap model konfigurasi... 56 Tabel IV. 10 Neraca massa steam untuk setiap model konfigurasi... 58 Tabel IV. 11 Tingkatan tekanan steam proses dan steam utilitas... 58 Tabel IV. 12 Daftar inventarisasi peralatan utama untuk setiap model konfigurasi... 60 Tabel IV. 13 Evaluasi kelayakan ekonomi untuk setiap model konfigurasi... 61 Tabel IV. 14 Emisi CO 2 untuk setiap model konfigurasi 68 x

DAFTAR GAMBAR Gambar I. 1 Lingkup kajian proses pembuatan gas sintesis di pabriku pupuk dan pemanfaatan batubara sebagai bahan baku pengganti gas alam... 4 Gambar II. 1 Contoh rumus bangun batubara... 7 Gambar II. 2 Skema tahapan gasifikasi batubara..... 10 Gambar II. 3 Diagram blok sintesis amonia berbahan baku gas alam... 15 Gambar II. 4 Diagram blok proses upgrading gas produser... 18 Gambar II. 5 Diagram alir proses pembersihan gas produser... 18 Gambar II. 6 Diagram blok sintesis amonia dengan pemisahan CO 2 menggunakan Selexol... 21 Gambar II. 7 Diagram blok sintesis amonia dengan pemisahan CO 2 menggunakan Rectisol. 22 Gambar II. 8 Limbah keluaran gasifikasi... 23 Gambar III. 1 Deskripsi umum model konfigurasi pemanfaatan batubara di pabrik pupuk... 30 Gambar III. 2 Skema proses konvensional (existing)... 31 Gambar III. 3 Skema sistem utilitas listrik dan steam... 31 Gambar III. 4 Skema proses konfigurasi Model I... 32 Gambar III. 5 Skema pemanfaatan batubara sebagai utilitas bahan bakar via pembakaran langsung... 32 Gambar III. 6 Skema proses konfigurasi Model II... 33 Gambar III. 7 Skema pemanfaatan gas produser sebagai utilitas bahan bakar... 33 Gambar III. 8 Skema konfigurasi Model III... 34 Gambar III. 9 Skema sistem utilitas pembangkitan listrik dan steam Model III... 35 Gambar IV. 1 Diagram blok simulasi model konvensional... 41 Gambar IV. 2 Diagram alir pembuatan gas sintesis berbahan baku batubara dan neraca massa hasil simulasi... 54 Gambar IV. 3 Sensitivity análisis dari model IA... 64 viii

Gambar IV. 4 Sensitivity analysis model IB... 65 Gambar IV. 5 Sensitivity analysis model II... 66 Gambar IV. 6 Sensitivity analysis model III... 67 ix