BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dari total sumber daya batubara Indonesia sebesar lebih kurang 90,452 miliar ton, dengan cadangan terbukti 5,3 miliar ton [Badan Geologi Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2007, dari website Indonesian Coal Mining Association], yang termanfaatkan saat ini baru sekitar 30% untuk bahan bakar PLTU (pembangkit listrik tenaga uap) dan industri semen. Batubara yang belum termanfaatkan umumnya tergolong batubara kualitas rendah, karena batubara Indonesia sebagian besar terbentuk pada zaman tersier. Berdasarkan nilai jualnya, batubara Indonesia yang berkualitas rendah umumnya tidak terlalu laku untuk dipasarkan, sehingga konversi batubara menjadi liquid dan atau gas merupakan salah satu solusi yang tepat untuk mengatasi masalah tersebut. Jika dilihat dari perkembangan permintaan batubara untuk digunakan dalam bidang energi, terutama sebagai pembangkit listrik, batubara mempunyai masa depan yang menjanjikan di masa-masa yang akan datang. Hal ini harus diantisipasi dalam bentuk penyiapan teknologi-teknologi pendukung. Salah satunya adalah teknologi dalam gasifikasi batubara. Gasifikasi batubara merupakan salah satu alternatif pemanfaatan batubara yang lebih baik dan menjanjikan, karena disamping kalori yang terdapat di dalam batubara itu akan dapat dimanfaatkan secara maksimal, proses gasifikasi juga merupakan salah satu teknologi yang ramah lingkungan, sehingga sesuai dengan kebijakan energi untuk masa yang akan datang, yaitu Clean Coal Technology. Untuk itu, sebagai salah satu kontribusi dalam memajukan teknologi di bidang pemanfaatan batubara khususnya bidang gasifikasi, maka penulis mengajukan sebuah judul penelitan yang semoga dapat membantu memberikan masukan bagi proses gasifikasi yang lebih baik di masa yang akan datang, dan dapat memanfaatkan batubara yang termasuk dalam batubara kualitas rendah semaksimal mungkin, yang 1
merupakan sebagian besar dari cadangan batubara yang terdapat di Indonesia saat ini. 1.2 Rumusan Masalah Dalam reaktor fluidized bed gasifier (FBG), gasifikasi berlangsung dengan menggunakan unggun (bed) yang biasanya adalah pasir silika. Penggunaan pasir silika dalam proses tersebut dikarenakan pasir silika memiliki titik leleh yang tinggi (sehingga masih dapat bertahan pada kondisi gasifikasi berlangsung yaitu 800-900 o C) dan mempunyai harga yang relatif lebih murah jika dibandingkan dengan material-material lain (seperti dolomit, dsb) yang juga mempunyai titik leleh yang tinggi. Dipilihnya FBG dari tiga tipe utama sistem gasifikasi (moving bed, fluidized bed dan entrained flow gasifier) disebabkan karena temperatur dan tekanan operasinya yang relatif rendah (900-1100 o C dan 1-5 atm) bila dibandingkan dengan dua tipe lainnya yang dioperasikan pada temperatur dan tekanan tinggi 1200-1800 o C dan 25-100 atm. Temperatur FBG berada di bawah temperatur fusi abu (ash), hal ini dapat menghindari pembentukan klinker (slagging process) dalam gasifier. Keunggulan lain dari FBG adalah meratanya distribusi fluida penggasifikasi dalam unggun batubara yang dapat menghasilkan proses pencampuran yang baik antara partikel padatan dan fluida penggasifikasi. Agar distribusi fluida penggasifikasi tersebut dapat merata, dalam prosesnya FBG ini menggunakan unggun. Dalam penelitian ini, dilakukan penelitian mengenai pengaruh perbedaan ukuran batubara dan pengaruh perbedaan jumlah udara dan batubara yang masuk yang biasa disebut Air/Coal Ratio (ACR). Batubara yang digunakan dalam penelitian ini adalah batubara yang berasal dari PT. Berau Coal (PTBC), Kalimantan Timur. Ada dua jenis batubara dari PTBC ini yang digunakan dalam penelitian ini yaitu batubara Lati dan batubara Tanah Kuning. Perbedaan utama dari kedua jenis batubara ini terletak pada total moisture (TM) dan kalori yang jauh berbeda. Dengan demikian, dalam penelitian ini dapat diamati seberapa besar pengaruh perbedaan-perbedaan tersebut 2
dengan menggunakan sistem FBG serta fraksi ukuran batubara dan Air/Coal Ratio yang paling optimum untuk proses gasifikasi batubara Berau. Berikutnya juga dapat diamati fenomena-fenomena lainnya yang terjadi selama proses gasifikasi berlangsung. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Melihat pengaruh perbedaan jenis batubara dalam proses gasifikasi dengan sistem FBG. 2. Meneliti pengaruh dari perbedaan ukuran batubara dalam proses gasifikasi batubara dengan menggunakan sistem FBG. 3. Melihat pengaruh Air/Coal Ratio dalam proses gasifikasi sistem FBG. 4. Memberikan masukan dalam proses gasifikasi batubara Berau terutama dengan FBG agar proses dapat berlangsung dengan kondisi yang lebih baik. 5. Memberi kontribusi bagi perkembangan energi alternatif terutama yang berkaitan dengan diversifikasi penggunaan energi di masa yang akan datang. 1.4 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup pembahasan dari penelitian ini meliputi : Percobaan gasifikasi terhadap batubara Berau, Kalimantan Timur, dengan membandingkan dua jenis batubara. Penggunaan batubara dengan ukuran yang berbeda-beda. Pengaruh Air/Coal Ratio yang bervariasi untuk melihat pengaruhnya terhadap gas yang dihasilkan. Melihat kondisi optimum dalam proses gasifikasi dengan perbedaan ukuran dan Air/Coal Ratio yang digunakan. Melihat parameter-parameter lain yang berpengaruh dalam proses gasifikasi dengan FBG, seperti komposisi gas produser, flammability (kemampubakaran) dari api yang dibakar di burner, temperatur fluidisasi, 3
perbedaan tekanan, dan beberapa fenomena lainnya yang timbul dari proses gasifikasi batubara Berau ini (dikarenakan batubara mempunyai karakteristik masing-masing yang berbeda). 1.5 Metodologi Penelitian Metodologi yang diterapkan dalam penelitian ini antara lain dapati dijelaskan sebagai berikut : 1. Studi Literatur Studi literatur dilakukan sebelum dan selama penelitian berlangsung. Literatur yang digunakan sebagai acuan berasal dari buku acuan (textbook), artikel, tulisan-tulisan ilmiah, dan juga dari internet. 2. Pengumpulan data Pengumpulan data terdiri dari beberapa hal yang berkaitan dengan proses gasifikasi. Data-data tersebut antara lain data hasil analisa proksimat dan analisa ultimat dari batubara yang digunakan, data mengenai karakteristik alat yang digunakan, bagian-bagiannya, bahan serta kelengkapan lainnya yang dipakai selama proses gasifikasi berlangsung. Untuk memperdalam pembahasan dalam penelitian ini, dilakukan pengumpulan tulisan-tulisan ilmiah teraktual dari proses gasifikasi dengan sistem fluidized bed. Dengan demikian didapatkan suatu perbandingan antara hasil penelitian yang telah dilakukan dengan penelitian yang dilakukan pihak lain, sehingga dapat memperkuat kesimpulan yang diambil. 3. Percobaan Proses percobaan dimulai dengan preparasi batubara yang akan digasifikasi. Preparasi awalnya yaitu dengan menyiapkan batubara menjadi bebarapa fraksi ukuran, yaitu : a. -10+14 mesh b. -14+28 mesh c. -28+48 mesh 4
Selanjutnya persiapan alat gasifikasi dengan melakukan beberapa penelitian pendahuluan untuk mengetahui karakteristik alat, kemudidan melakukan kalibrasi alat untuk mengetahui beberapa parameter (kecepatan alir udara masuk dan tekanan didalam kolom fluidisasi). Pada alat gasifikasi yang digunakan, akan memerlukan gas sebagai pemancing awal terciptanya ignition, sehingga prosesnya juga harus dipersiapkan sebaik mungkin, terutama komposisi antara gas dan udara yang masuk sehingga api benar-benar dapat menyala. Kemudian selama percobaan, parameter-parameter yang dilihat antara lain adalah komposisi gas produser yang dihasilkan dari proses gasifikasi (yang diteliti dengan menggunakan gas kromatografi), bentuk api yang dihasilkan dari burner, temperatur dan tekanan operasi, nilai kalori yang dihasilkan dari gas produser, dan fenomena-fenomena lain yang terjadi dengan berbagai variabel percobaan yang telah dilakukan. 4. Analisis Hasil Percobaan Dari hasil percobaan, dapat dilihat beberapa parameter seperti kandungan dari gas produser, nilai kalori, temperatur, tekanan operasi, flammability limit, dan fenomena-fenomena lain yang terjadi selama gasifikasi dengan menggunakan batubara Berau ini berlangsung. Dari parameter ini, dapat dianalisis perbedaan dan pengaruh ukuran serta Air/Coal Ratio yang divariasikan. Hasil dari analisis dibandingkan dengan teori dan literatur yang ada, sehingga dapat dirujuk pada suatu kesimpulan tentang proses gasifikasi batubara Berau dengan sistem FBG. 5. Pengambilan Kesimpulan Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, selanjutnya diambil kesimpulan yang merepresentasikan karakteristik dan fenomena yang terjadi dalam proses gasifikasi batubara Berau dengan fluidized bed gasification. 5
Perumusan masalah Studi Literatur Pengumpulan Data Rancangan Percobaan Preparasi Batubara : - Pengecilan Ukuran - Analisis Proksimat dan Ultimat Percobaan : - Melihat karakteristik fluidisasi - Mengukur kecepatan dan volume udara masuk - Mengukur kecepatan alir batubara Percobaan Gasifikasi Variabel : - Air/Coal Ratio - Fraksi Ukuran Batubara - Jenis Batubara Hasil Percobaan Gasifikasi : - Gas Kromatografi - Temperatur dan Tekanan Operasi - Flammability Analisis Hasil Percobaan : - Proses Fluidisasi - Yield Gas Produser - Konversi Karbon - Efisiensi Cold Gas - Modeling Pembahasan Kesimpulan Saran Gambar 1.1 Diagram Alir Penelitian 6
1.6 Sistematika Penulisan Laporan tesis ini terdiri dari lima bab, yaitu sebagai berikut : Bab I :, bab ini membahas latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, ruang lingkup yang dibahas, dan metoda penelitian serta sistematika penulisan. Bab II : Tinjauan pustaka, pada bab ini diuraikan teori-teori dasar dan beberapa hal yang berkaitan dengan FBG, mulai dari sejarah perkembangan, proses dan parameter dari teknologi ini serta pengembangannya di masa yang akan datang. Bab III : Dari perumusan masalah dan pembatasan ruang lingkup penelitian, serta dari bahan dan peralatan yang tersedia, selanjutnya dirancang suatu percobaan yang ditujukan untuk mengetahui karakteristik gasifikasi batubara Berau dan pengaruh ukuran batubara dan Air/Coal Ratio dengan sistem FBG. Bab IV : Hasil percobaan gasifikasi yang telah dilakukan selanjutnya diamati dan dibahas secara mendalam dengan menggunakan pembanding yang berasal dari literatur dan tulisan-tulisan ilmiah yang berkaitan dengan sistem FBG. Bab V : Selanjutnya dapat diambil suatu kesimpulan mengenai fenomenafenomena yang terjadi selama proses gasifikasi batubara Berau serta memberikan saran-saran bagi perkembangan proses gasifikasi dengan fludized bed. 7