TUGAS AKHIR PRA RANCANGAN PABRIK HIDROGEN MELALUI PROSES GASIFIKASI BATUBARA KAPASITAS 25.000 TONTAHUN

TUGAS AKHIR PRA RANCANGAN PABRIK HIDROGEN MELALUI PROSES GASIFIKASI BATUBARA KAPASITAS 25.000 TON/TAHUN

Oleh :

1. Wisnu Indriyanto

I 0507014

2. Agusta Ali Akbar

I 0507018

Dosen Pembimbing : Dr. Sunu Herwi Pranolo Ir. Endang Mastuti PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

commit to user

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena rahmat dan hidayah- Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan pabrik hidrogen melalui gasifikasi batu bara kapasitas 25.000 ton/tahun”. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis

memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah.

2. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Endang Mastuti selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir.

3. Teman-teman CGC (Agung, Pewe, Alfian, Rais, Annas, Encik, Tino), Harum, Anggit, Arwan, Atika, dan Nur Halimah Murdiyati. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna, karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, April 2012

Penulis

commit to user

5.6 Kesejahteraan Sosial Karyawan .......................................................... 64

BAB VI ANALISA EKONOMI ........................................................................... 66

6.1 Penaksiran Harga Peralatan ................................................................. 68

6.2 Dasar Perhitungan ............................................................................... 70

6.3 Hasil Perhitungan ................................................................................ 70

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 75 LAMPIRAN A DATA SIFAT FISIS

LAMPIRAN B NERACA MASSA LAMPIRAN C NERACA PANAS LAMPIRAN D PERANCANGAN REAKTOR (R-01)

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Impor hidrogen di Indonesia tahun 2005-2009 ................................... 2 Gambar 1.2 Cadangan batu bara di Indonesia tahun 2009...................................... 2 Gambar 1.3 Produksi batu bara di Indonesia tahun 1996-2009 .............................. 3 Gambar 1.4 Peta lokasi pendirian pabrik ................................................................ 5 Gambar 1.5 Prinsip proses gasifikasi (Pranolo, 2010) .......................................... 13 Gambar 2.1 Diagram Alir Proses .......................................................................... 21 Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Kualitatif .......................................................... 25 Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Kuantitatif ........................................................ 26 Gambar 2.4 Tata letak pabrik hidrogen ................................................................ 30 Gambar 2.5 Tata letak peralatan proses ................................................................ 33 Gambar 4.1 Skema pengolahan air ....................................................................... 47 Gambar 5.1 Struktur organisasi............................................................................. 56 Gambar 6.1 Chemical engineering cost index ...................................................... 69 Gambar 6.2 Grafik analisa kelayakan pabrik ........................................................ 74

commit to user

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

SINGKATAN

Nama Pemakaian pertama kali pada halaman

AC ADB BEP BOD BPS BWG COD DAF DCF D-3 ESDM ft

ft 2 gpm

HE HP

ID IDO In kcal kg kJ kPa KPC kWh

Air Conditioning Air Dried Basis Break Even Point Biologyc Oxygen Demand Biro Pusat Statistik Birmingham Wire Gage Chemicals Oxygen Demand Dried Ash Free Discounted Cash Flow Diploma Tiga Energi dan Sumber Daya Mineral Feet Feet persegi Gallon per minutes Gram Heat Exchanger Horse Power Inner Diameter Industrial Diesel Oil Inchi Kilo kalori Kilogram Kilo Joule Kilo Pascal Kaltim Prima Coal Kilo Watt Hour

14 x

commit to user

m m 2 m 3 MDEA mL MMBtu MPa MW NPSH OD pH PLN POT ppm PSA psi PT Rp rpm ROI RUPS SDP SLTA SN Syngas S-1 TSCF vpm WGSR

Meter Meter persegi Meter kubik Metil Dietanol Amin Mili Liter Metric Milion British Thermal Unit Mega Pascal Mega Watt Net Pressure Static Head Outer Diameter Potensial Hummidity Perusahaan Listrik Negara Pay Out Time Part Per million Pressure Swing Adsorbtion Pounds Square Inchi Perseroan Terbatas Rupiah Radian Per Minutes Return Of Investment Rapat Umum Pemegang Saham Shut Down Point Sekolah Lanjutan Tingkat Atas Schedule Number Syntethic Gases Strata Satu Ton Standard Cubic feet Volume per milion Water Gas Shift Reactor

59 x

33 xx

32 x

47 x

commit to user

US$ ΔH R ΔP

Dollar of United States Panas Reaksi Delta Pressure

commit to user

Agusta Ali Akbar, Wisnu Indriyanto, 2012, Prarancangan Pabrik Hidrogen Melalui Gasifikasi Batu Bara Kapasitas 25.000 ton/tahun. Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Hidrogen digunakan sebagai energi alternatif, bahan baku pembuatan ammonia, hydrocracking dan bahan baku industri kimia lainnya. Untuk pemenuhan kebutuhan hidrogen didalam negeri maka direncanakan pendirian pabrik hidrogen melalui proses gasifikasi batu bara dengan cara mereaksikan oksigen dan batu bara dalam bentuk slurry pada 1250-1600 °C dan 30 MPa di dalam reaktor entrained flow.

Pabrik hidrogen dirancang dengan kapasitas 25.000 ton/tahun. Bahan bakunya adalah batu bara sebanyak 8,37 kg/kg produk, oksigen (kemurnian 99,9%) sebanyak 6,75 kg/kg produk dan produk yang dihasilkan adalah hidrogen dengan kemurnian 99%. Lokasi pabrik direncanakan di daerah Sangatta,

Kalimantan Timur dan dibangun di atas tanah seluas 20.785 m 2 , pabrik beroperasi

selama 24 jam per hari dan 300 hari per tahun dengan jumlah tenaga kerja 0,04 manhour/kg produk. Kebutuhan utilitas meliputi air (air laut) sebanyak 208 liter/kg produk dan listrik sebesar 0,22 kWh/kg produk.

Bentuk perusahaan dipilih Perseroan Terbatas (PT), dengan struktur organisasi line and staff, sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Pabrik direncanakan mulai dikonstruksi akhir 2012 dan bisa beroperasi pada awal tahun 2015 dengan umur pabrik 10 tahun. Modal tetap pabrik sebesar Rp 36.717.320.505 dan biaya produksi total sebesar Rp 36.246/kg produk. Analisis kelayakan menunjukkan bahwa Return of Investment (ROI) sebelum pajak 63,18%, setelah pajak 44,22%, Pay Out Time (POT) sebelum dan sesudah pajak adalah 1,40 tahun dan 1,91 tahun, Break Even Point (BEP) 51,24%, dan Shut Down Point (SDP) 39,27%. Sedangkan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 32,59%. Hasil evaluasi ekonomi menunjukkan bahwa pabrik hidrogen melalui gasifikasi batu bara kapasitas 25.000 ton/tahun layak didirikan.

commit to user

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Hidrogen merupakan salah satu bahan yang dibutuhkan dalam industri. Hidrogen berfungsi sebagai bahan baku pembuatan ammonia, bahan bakar

alternatif, startup cracking, perengkahan fraksi-fraksi minyak bumi

(hidrocracking), hidrogenasi, proses hidrodesulfurisasi dan bahan baku berbagai zat kimia lainnya. Dengan alasan kebutuhan hidrogen makin lama makin meningkat yang ditandai dengan kenaikan impor hidrogen berdasarkan data Biro Pusat Statistik (BPS) permintaan pasar terhadap hidrogen semakin meningkat dari tahun 2005 sampai tahun 2009 sebesar 13.096 ton menjadi 54.924 ton (Gambar

1.1) maka perlu dipikirkan pendirian suatu pabrik hidrogen. Beberapa hal yang menjadi landasan pemikiran pendirian pabrik hidrogen: (1) keuntungan finansial yang akan didapatkan, (2) bahan baku pembuatan hidrogen yaitu batu bara tersedia dalam jumlah banyak di Indonesia sesuai data data ESDM tahun 2010 cadangan batu bara terhitung di Indonesia pada tahun 2009 juga termasuk besar yaitu sebesar 24.574,57 juta ton (Gambar 1.2) dan berdasarkan data BPS, produksi batu bara meningkat dari tahun 1996 sampai 2009 sebesar 50,33 juta ton menjadi 228,81 juta ton (Gambar 1.3), sehingga kelangsungan proses dapat dipertahankan, (3) peningkatkan nilai guna batu bara yang selama ini hanya langsung diekspor dalam kondisi mentah menjadi bahan bernilai ekonomis tinggi, (4) penciptaan lapangan kerja baru bagi masyarakat, (5)

commit to user

sehingga dapat menambah devisa negara.

Gambar 1.1 Impor hidrogen di Indonesia tahun 2005-2009

Gambar 1.2 Cadangan batu bara di Indonesia tahun 2009

asitas (t

asitas (j

ton)

commit to user

Gambar 1.3 Produksi batu bara di Indonesia tahun 1996-2009

1.2 Kapasitas Pabrik

Kapasitas pabrik hidrogen ini ditentukan atas dasar kebutuhan impor (lihat kembali Gambar 1.1), dan jumlah produksi batu bara per tahun (lihat kembali Gambar 1.3). Dari data tesebut, maka ditentukan kapasitas pabrik hidrogen ini sebesar 25.000 ton per tahun dengan tujuan memenuhi kebutuhan sepertiga kebutuhan impor, karena pabrik tidak bertujuan memonopoli pasar dan jika sewaktu-waktu pabrik tidak beroperasi, pasokan kebutuhan hidrogen Indonesia masih bisa dipenuhi oleh pabrik lain.

1.3 Lokasi Pabrik

Pemilihan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis dan menguntungkan dipengaruhi oleh faktor primer dan faktor sekunder. Faktor primer terdiri dari letak pabrik terhadap pasar, letak pabrik terhadap bahan baku, transportasi, tersedianya tenaga kerja, dan tersedianya sumber air dan tenaga. Faktor sekunder

asitas (j

ton)

Tahun

commit to user

air yang cukup, peraturan daerah setempat, keadaan masyarakat setempat, iklim dan keadaan tanah.

Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan tersebut lokasi pabrik ditentukan di daerah Sangatta, Kalimantan Timur (Gambar 1.4) karena (1) bahan baku pembuatan hidrogen ini menggunakan batu bara berjenis bituminous (Prima) hasil pertambangan PT. Kaltim Prima Coal Indonesia di Kalimantan Timur yang mudah didapatkan dan tersedia dalam jumlah besar untuk pemenuhan kebutuhan pabrik, sehingga proses dapat berlangsung secara kontinyu, harga bahan baku lebih murah dibandingkan dengan harga bahan baku yang lain dan sesuai dengan proses yang ada. Berdasarkan data PT. Kaltim Prima Coal, dari penambangan batu bara dihasilkan sebanyak 40.300.000 ton pada tahun 2009 dan diperkirakan selalu naik tiap tahun. (2) Tenaga kerja mudah didapatkan yang berasal dari masyarakat sekitar maupun didatangkan dari luar daerah. (3) Kebutuhan air proses diambil dari air laut dikarenakan lokasi pabrik dekat dengan Selat Makassar sedangkan air minum karyawan terpenuhi dari perusahaan air minum setempat. (4) Kebutuhan listrik didapatkan dari PLN dan diesel generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan sedangkan bahan bakarnya diperoleh dari Pertamina. (5) Selama ini bencana banjir, gunung meletus, atau bencana alam lainnya belum pernah menimpa daerah Sangatta selain itu memiliki akses baik dan memadai dalam berbagai keperluan seperti sarana transportasi, energi, keamanan lingkungan, faktor sosial, serta perluasan pabrik.

commit to user

Gambar 1.4 Peta lokasi pendirian pabrik

1.4 Tinjauan Pustaka

1.4.1. Macam-macam Proses Pembuatan Hidrogen

Hidrogen dapat disintesa dengan berbagai macam metode dan bahan baku, yaitu :

1. Steam reforming Bahan baku proses ini adalah steam dan gas alam. Proses ini sekarang banyak digunakan tetapi untuk kelangsungannya terhambat pada ketersediaan gas alam. Sesuai data tahun 2011 dari Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) cadangan gas alam semakin menipis dari tahun 2000 sampai 2009 terjadi penurunan sebesar 170 TSCF menjadi 160 TSCF. Proses ini bersifat endotermis,

Lokasi Pabrik

PT. KPC

commit to user

dengan menggunakan shift converter dan PSA ( Pressure Swing Adsorption).

CH 4 +H 2 O CO + 3H 2 (1.1) (Austin,1984)

2. Partial oxidation Proses ini lebih ekonomis dan lebih bersifat eksotermis sebesar 249 kJ/mol (Pers. (1.2)) dibandingkan dengan steam reforming. Bahan bakunya adalah gas alam dan fuel oil tapi ketersediannya juga semakin menipis dari tahun 2000 sebesar 9,61 milyar barel menjadi 8 milyar barel pada tahun 2009 (ESDM).

CH 4 +½O 2 CO + 2H 2 (1.2) (Austin,1984)

3. Elektrolisa air Pembuatan hidrogen dengan proses ini berbahan baku air dengan bantuan energi listrik dan larutan elektrolit NaOH 15% , menghasilkan O 2 sebagai produk

samping. Katoda yang digunakan adalah besi sedangkan anoda yaitu nikel berlapis besi. Proses ini membutuhkan energi listrik tinggi sebesar 2 sampai 2,25 volt maka tidak cocok digunakan untuk skala yang besar karena tidak ekonomis.

H 2 O electricity

2 H +½O 2 (1.3) (Austin,1984)

4. Biological process Hidrogen dapat diproduksi dengan cara fermentasi dari biomassa (tongkol jagung, sekam padi, cangkang sawit, dan kayu karet) dengan bantuan mikroorganisme diantaranya dari genus enterobacter, clostridium, thermotoga,

commit to user

Kekurangan dari proses ini yaitu bahan baku bersaing dengan bahan pangan, yield hidrogen yang dihasilkan kecil yaitu 10%-20% dan harga mikroorganisme cenderung mahal maka kurang cocok digunakan pada skala besar.

C 6 H 10 O 5 +7H 2 O → 12 H 2 + 6 CO 2 (1.4)

5. Gasifikasi biomassa Gasifikasi biomassa adalah proses konversi biomassa dari fasa solid menjadi fasa gas dengan komposisi kimia yaitu CO, CH 4 , CO2, H 2 O dan H 2 .

Campuran gas-gas tersebut biasa disebut sebagai gas sintetis (syngas). Pada pembuatan hidrogen dibutuhkan pemisahan hidrogen dari gas sintetis. Kualitas biomassa sebagai bahan baku gasifikasi sangat bervariasi yang ditentukan oleh jenis, lokasi dan iklim biomassa berasal (Higman, 2008).

6. Gasifikasi batu bara Seperti halnya gasifikasi biomassa, gasifikasi batu bara juga menghasilkan gas sintetis. Pembuatan hidrogen pada proses ini juga memerlukan pemisahan hidrogen dari gas sintetis. Di Indonesia, cadangan batu bara besar (lihat kembali Gambar 1.2) dan diproduksi secara besar (lihat kembali Gambar 1.3). Jadi ketersedian bahan baku pada proses ini dapat terjaga. Hasil samping dalam proses

ini adalah CO 2 (karbondioksida) yang dapat diproses lagi menjadi produk dry ice (es kering) yang dapat menambah keuntungan (Higman, 2008). Dari proses-proses pembuatan hidrogen yang ada, maka gasifikasi batu bara dipilih sebagai proses pembuatan hidrogen dalam pendirian pabrik ini dengan alas an ketersediaan bahan baku batu bara mencukupi proses jangka panjang dan

commit to user

lagi menjadi produk dry ice (es kering) yang dapat menambah keuntungan.

1.4.2 Kegunaan Produk

Kegunaan dari hidrogen sebagai bahan baku pembuatan ammonia, bahan bakar alternatif, startup cracking, perengkahan fraksi-fraksi minyak bumi (hidrocracking), hidrogenasi, proses hidrodesulfurisasi dan bahan baku berbagai zat kimia lainnya.

Produk samping karbondioksida sebgai bahan baku pembuatan urea, dry ice , pemadam kebakaran dan bahan kimia lain. Sedangkan slag hasil bawah gasifier dapat digunakan sebagai resin ion exchanger dan bahan additif pada aspal.

1.4.3 Sifat Fisika dan Kimia

1.4.3.1 Sifat fisika dan kimia bahan baku

1. Batu bara (Bituminous)

a. Sifat Fisika  Nilai kalor

: 6100-7100 kcal/kg  Bulk density

: 1346 kg/m³

b. Sifat Kimia  Karbon

: 60-80% (w/w)

 Kadar air

: 5-10% (w/w)

(www.wikipedia.com,2011)

commit to user

a. Sifat Fisika  Rumus Molekul

 Berat Molekul

: 18,02 g / mol

 Warna : tidak berwarna (jernih)  Titik Didih (1 atm)

: 100 o C

(Perry, 2007)

b. Sifat Kimia

 Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan).  Merupakan reagen penghidrolisa pada reaksi hidrolisa.  Memiliki sifat netral (pH 7)

(www.uk.airliquid.com,2011)

3. Oksigen

a. Sifat Fisika  Rumus Molekul

:O 2

 Berat Molekul

: 31,9988 g / mol

 Warna

: Tidak berwarna

 Titik Didih

: -183 o C

(Perry, 2007)

b. Sifat Kimia  Pengoksidasi yang sangat reaktif  Pemisahan dari udara dengan cara liquifikasi dan distilasi

(www.uk.airliquid.com,2011)

commit to user

1. Hidrogen

a. Sifat Fisika  Rumus Molekul

 Berat Molekul

: 2,016 g / mol

 Titik Didih (1 atm)

: -253 o C

 Densitas (15 o C,1 atm)

: 0.085 kg / m 3

(Perry, 2007)

b. Sifat Kimia Bereaksi dengan oksigen menghasilkan H 2 O :2 H 2 +O 2 2H 2 O  Sangat mudah terbakar dan meledak pada suhu temperature 560 o C  Akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H 2 di udara bebas. (www.uk.airliquid.com)

2. Karbon dioksida

a. Sifat Fisika  Rumus Molekul

: CO 2

 Berat Molekul

: 44,01 g / mol

 Titik Beku (1 atm)

: -78,5 o C

 Densitas (15 o

C, 1 atm)

: 1,87 g / ml

(Perry, 2007)

b. Sifat Kimia  Tidak dapat terbakar.  Dalam konsentrasi yang tinggi ( >10.000 ppm ) bersifat racun

(www.uk.airliquid.com,2011)

commit to user

Batu bara merupakan batuan hidrokarbon padat yang terbentuk dari tumbuhan dalam lingkungan bebas oksigen, serta terkena pengaruh tekanan dan panas yang berlangsung sangat lama. Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam empat kelas yaitu antrasit, bituminus, sub bituminous dan lignit (Tabel 1.1)

Tabel 1.1 Klasifikasi batu bara Indonesia (ESDM,2010)

Kategori

Kadar Air

Nilai Kalori ( Kcal/kg) Antrasit

6100-7100 Sub Bituminus

10%-25%

5100-6100 Lignit

30%-45%

< 5100

Pada tahun 2006, jumlah sumberdaya batu bara Indonesia tercatat sebanyak 90.451,87 juta ton. Dari jumlah tersebut sebanyak 67% berupa batu bara dengan kalori sedang, 22% berupa batu bara dengan kalori rendah, 10% berupa batu bara dengan kalori tinggi dan 1% berupa batu bara dengan kalori sangat tinggi.

Batu bara Indonesia tergolong batubara bersih dengan kandungan abu <5% dan kandungan sulfur yang rendah (<1%), sehingga tidak terlalu mencemari lingkungan. Karakteristik tersebut membuat batu bara Indonesia mampu bersaing di dunia perdagangan Internasional. Batu bara Indonesia yang memiliki kalori tinggi sebagian besar diekspor ke luar negeri, sedangkan batu bara peringkat rendah dan sedang dipergunakan sebagai sumber energi pembangkit tenaga listrik maupun sebagai bahan bakar pada berbagai industri di Indonesia, seperti industri semen, teksil maupun pupuk (ESDM,2010).

commit to user

empat proses, yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi. Proses pengeringan, pirolisis, dan reduksi bersifat menyerap panas (endotermik), sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik). Tahapan prosesnya ialah sebagai berikut (lihat juga Gambar 1.7.):

1. Tahap pengeringan. Akibat pengaruh panas, batu bara mengalami pengeringan pada temperatur sekitar 100 o C.

2. Tahap pirolisis. Bila temperatur mencapai 250 o

C, batu bara mulai mengalami proses pirolisis yaitu perekahan molekul besar menjadi molekul-molekul kecil akibat pengaruh temperatur tinggi. Proses ini berlangsung sampai temperatur 500 o

C. Hasil proses pirolisis ini adalah arang, uap air, uap tar, dan gas-gas.

3. Tahap reduksi. Pada temperatur di atas 600 o C arang bereaksi dengan uap air dan karbon dioksida sehingga terbentuk hidrogen dan karbon monoksida sebagai komponen utama gas hasil.

4. Tahap oksidasi. Sebagian kecil batu bara atau hasil pirolisis dibakar dengan udara sehingga menghasilkan panas yang diperlukan oleh ketiga tahap tersebut di atas. Proses oksidasi (pembakaran) ini dapat mencapai temperatur 1200 o

C, yang berguna untuk proses perekahan tar lebih lanjut.

commit to user

Gambar 1.5 Prinsip proses gasifikasi (Pranolo, 2010)

Atas dasar laju alir fluida, jenis-jenis gasifier dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu moving bed, fluidized bed dan entrained flow gasifier (lihat Tabel 1.1 dan Tabel 1.2).

Tabel 1.2 Perbandingan karakteristik gasifier (Higman, 2008)

Kategori

Moving Bed

Fluid-Bed Entrained- Flow Tipe Proses

HTW, KBR, CFB,

HRL

KRW, U- gas

Shell, GEE,

Siemens, E-gas Kondisi Abu

Dry bottom

Slagging

Dry ash

Agglomer ating

Slagging Ukuran

6 –10 mm <100 μm Temperatur

Gas Keluar

Karaketristik lain

Banyak senyawa hidrokarbon dalam syngas

Konversi

karbon rendah

Konversi karbon rendah

Konversi karbon tinggi

Oksidasi + 1200 o C

gas panas:

CO 2 ,H 2 O, N 2 ,

dll.

arang, tar, H 2 O

bahan bakar kering

Pengeringan 100 – 200 o C

Pirolisis 200 – 500 o C

Reduksi + 800 o C

uap air

gas produser:

CO, H 2 , CH 4 CO 2 ,H 2 O, N 2 .

arang, abu

abu

commit to user

Didasarkan pada kelebihan nya maka pada perancangan pabrik hidrogen ini dipilih gasifikasi batu bara dengan metode entrained flow bed dengan kondisi operasi sesuai Tabel 1.2 dan Tabel 1.3.

Moving beds

Fluid beds

Co- Entrained beds current

Circulating Suhu °C

700- 1200

700-900 Intermediete Intermediete ± 1500 Tar

Sedang Tidak ada Kontrol

Mudah

Paling Mudah

Sedang

Sedang Kompleks Skala

< 5 MW

< 20 MW 10 – 100 MW

> 20 MW >100 MW

commit to user

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

Sifat-sifat fisika dan kimia dari bahan baku yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.1 di bawah.

Tabel 2.1 Sifat fisika dan kimia bahan baku

Senyawa

Sifat fisis

Sifat Kimia

Batu bara (Bitomious)*

 Nilai kalor: 26,750 kJ/kg  HGI : 46

 Proximate analysis (adb) Kadar air : 5,0% Kadar abu : 5,0% Bahan mudah menguap : 41,0% Fixed carbon : 49,0%

 Ultimate analysis (daf) Karbon : 80,00% Hidrogen : 5,53% Nitrogen : 1,6% Belerang : 0,67% Oksigen : 12,20%

O 2 **

 Fase : Cair

 Berat molekul :31,99 g / mol

 Titik didih : -183 o C  Kemurnian : 99% (% v/v)

 Pengoksidasi yang sangat

reaktif  Pemisahan dari udara dengan cara liquifikasi dan distilasi

H 2 O**

 Berat molekul :

18,02 g/mol

 Densitas (25 o

C) :

1,027 g/cm 3

 Impuritas :

Silika ≤ 0,02 ppm Oksigen ≤ 1 ppm

 Kesadahan : ≤ 70 ppm

 Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan).

 Merupakan reagen pada reaksi

hidrolisa  Memiliki sifat netral (pH 7)

*sumber : www.kaltimprimacoal.com,2011 **sumber : www.uk.airliquid.com,2011

commit to user

pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Sifat fisika dan kimia produk

Senyawa

Sifat fisis

Sifat Kimia

H 2 **

 Fase : Cair

 Berat molekul : 2,016 g / mol

 Densitas (15 o

C) :0,085 kg / m 3

 Titik didih (1 atm) :-253 o C  Kemurnian :

≥ 99,999% (% v/v)

 Impuritas : O 2 ≤ 2 vpm

2 N ≤ 5vpm

2 H O ≤ 3 vpm THC ≤ 0.5 vpm

CO 2 ≤ 0.5 vpm CO ≤ 0.5 vpm

 Bereaksi dengan oksigen menghasilkan

H 2 O (air) 2H 2 +O 2 2 2H O

 Sangat mudah terbakar dan meledak padasuhu temperatur 560 o C

 Akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H 2 di udara bebas.

CO 2 **

 Fase : Gas

 Berat molekul: 44,01 g / mol

 Titik Beku (1 atm): -78,5 o C  Densitas (15 o

C) : 1,87 g / ml

 Suhu penyimpanan :

-109.3 o C

 Tidak dapat terbakar.  Dalam konsentrasi yang

tinggi (>10.000 ppm) bersifat racun

**sumber : www.uk.airliquid.com,2011

2.2 Konsep Reaksi

Pada sub bab ini akan dibahas mengenai konsep reaksi gasifikasi batubara ditinjau dari dasar reaksi, kondisi operasi, mekanisme reaksi, termodinamika dan kinetika yang terjadi.

2.2.1 Dasar Reaksi

Pada proses gasifikasi karbon padat dari batu bara maupun biomassa terjadi proses reaksi kimia yang menghasilkan karbon dan gas CO, CO 2 , CH 4 ,

H 2 O yang didapat dari reaksi-reaksi berikut.

commit to user

C+½O 2 → CO

ΔH f = −111 MJ/kmol (2.1) CO + ½ O 2 → CO 2 ΔH f = −283 MJ/kmol

(2.2)

H 2 +½O 2 →H 2 O

ΔH f = −242 MJ/kmol (2.3) Reaksi Boudouard,

C + CO 2 2 CO

ΔH f = +172 MJ/kmol (2.4) water gas reaction ,

C+H 2 O

CO+H 2 ΔH f = +131 MJ/kmol (2.5) dan reaksi metanasi, C+2H 2 CH 4 ΔH f = −75 MJ/kmol

(2.6) Pada reaksi pembakaran diasumsikan terjadi reaksi sempurna, sehingga tidak diperhitungkan dalam komposisi kesetimbangan gas sintesis. Reaksi Boudouard, water gas reaction, dan reaksi metanasi dapat disederhanakan menjadi reaksi CO shift reaction dan reaksi steam methane reforming. CO shift reaction:

CO + H 2 O

CO 2 +H 2 ΔH f = − 41 MJ/kmol (2.7) dan reaksi steam methane reforming:

CH 4 +H 2 O

CO+ 3 H 2 ΔH f = + 206 MJ/kmol (2.8) (Higman, 2008)

Sedangkan pada water gas shift reactor (WGSR) reaksi yang terjadi adalah:

CO + H 2 O

CO 2 +H 2 ΔH f = − 41 MJ/kmol (2.9) (Smith,2010)

commit to user

Reaksi dalam pembuatan hidrogen dengan gasifikasi batu bara ini berlangsung dalam 2 tahap proses utama, yaitu:

1. Pembentukan gas hidrogen pada gasifier

Reaksinya :CO + H 2 O

CO 2 +H 2 dan CH 4 +H 2 O

CO+ 3 H 2 - Temperatur

- Sifat reaksi

: eksotermis

- Reaktor

: entrained flow

- Kondisi reaksi

: non isotermal, non adiabatis

(DOE,2003)

2. Pembentukan gas hidrogen tambahan pada WGSR

Reaksinya : CO + H 2 O

- Sifat reaksi

: eksotermis

- Reaktor

: fixed bed multitube

- Kondisi reaksi

: adiabatis

- Konversi CO

: 95-98%

(Cormos,2008)

commit to user

Mekanisme reaksi gasifikasi dibagi menjadi 3 fase:

1. Fase pemanasan cracking, yaitu fase hidrokarbon mengalami cracking pada suhu tinggi dan terbentuk menjadi senyawa yang lebih ringan.

2. Fase Reaksi, yaitu bereaksinya hidrokarbon dengan oksigen bersifat eksotermis.

3. Fase Soaked/Penyelimutan, pada fase ini suhu reaksi sangat tinggi dan

terbentuk CO dan H 2.

(Higman, 2008) Sedangkan mekanisme reaksi di WGSR :

1. Tahap adsorpsi CO dan H 2 O di permukaan katalis

2. Tahap reaksi CO dan H 2 O membentuk CO 2 dan H 2 di permukaan katalis

3. Tahap desorpsi CO 2 dan H 2

Reaksinya adalah :

CO (g)

CO (ads)

(2.10)

H 2 O (g)

H 2 O (ads)

(2.11)

CO (ads) +H 2 O (ads) →

CO 2 (ads) + H 2 (ads) (2.12)

CO 2 (ads)

CO 2 (g)

(2.13)

H 2 (ads)

H 2 (g)

(2.14) (Smith,2010)

2.2.4 Tinjauan Termodinamika

Reaksi gasifikasi berlangsung secara eksotermis, dan reaksi tersebut dapat berlangsung jika harga ∆G o benilai negatif (-) untuk tiap reaksi.

commit to user

Reaksi

∆G o CO + H 2 O CO 2 +H 2 -27,41 kJ/mol CH 4 +H 2 O CO 2 +3H 2 -113,85 kJ/mol Sedangkan pada WGSR adalah:

CO + H 2 O

CO 2 +H 2 ∆G o = -28618 kJ/mol (2.15) (Yaws,1999)

2.2.5 Tinjauan Kinetika

Kinetika reaksi proses gasifikasi secara umum adalah sebagai berikut (Barea, 2010):

ra = Kecepatan reaksi (kmol.m -3 s -1 ) c1 = c2 = Konsentrasi reaktan (kmol.m -3 )

A = Konstanta arhenius (m 3 kmol -1 s -1 )

Ea = Energi aktivasi (kJ/mol)

R = Tetapan gas (8,205 x 10 -5 m 3 .atm/kmol.K)

T = Temperatur (K) dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:

1. Biomassa dan batu bara sama-sama berfase padat dan memiliki komposisi

yang sama yaitu C, H, O, N dan S maka dapat diasumsikan sejenis/sama.

2. Gasifikasi untuk biomassa dan batu bara digunakan metode yang hampir sama maka metode yang digunakan diasumsikan sama.

3. Reaksi yang terjadi pada gasifikasi biomassa dan batu bara diasumsikan sama karena produk yang dihasilkan sama –sama syngas (H 2 , CO, CH 4 , CO 2 dan

H 2 O).

commit to user

dapat digunakan untuk gasifikasi biomassa maupun batu bara, yang membedakan ialah temperatur operasinya.

Tabel 2.4 Persamaan laju reaksi

Reaksi

Persamaan Laju Reaksi CO + ½ O 2 → CO 2

Pada proses Parson, produksi 1 lb/jam hidrogen dibutuhkan 8,4 lb/jam batu bara. sedangkan proses NREL, membutuhkan 14, 2 lb/jam batu bara. (DOE,2003)

Pada reaktor gasifikasi pengurangan ukuran diameter/partikel batu bara digunakan persamaan reaksi sebagai berikut: Dengan

r BB = -N .  . dp 2 . k’ BB (Ballester dan Jimenez, 2005)

(Ballester dan Jimenez, 2005)

k’ BB = A’ BB . exp (

BB R T

(Ballester dan Jimenez, 2005) Harga A’ BB = Konstanta arhenius (5,97 – 6,13 m/s, diambil rata-rata yaitu

6,05 m/s)

commit to user

BB E = Energi aktivasi (36.000 - 42.000 kJ/kmol diambil rata-rata yaitu

39.000 kJ/kmol)

= Tetapan gas ideal (8,314 kJ/kmol.K)

= Temperatur reaktor (1550 K) k’ BB = Konstanta kecepatan pengurangan ukuran partikel batu bara pada

reaksi gasifikasi (m/s)

= Banyaknya partikel batu bara yang bereaksi Sedangkan persamaan kecepatan reaksi untuk reaksi di WGSR adalah sebagai berikut : Reaksi di WGSR :

Persamaan kecepatan reaksinya :

Dengan:

k = Konstanta kecepatan reaksi (2,00x10 6 exp(-67,1/RT))

K a , CO = Konstanta kecepatan reaksi pembentukan CO (8,23 x 10 -5 exp(70,65/RT)) K a , H2 = Konstanta kecepatan reaksi pembentukan H 2 (6,12 x 10 -9 exp(82,9/RT)) K a , H2O = Konstanta kecepatan reaksi pembentukan H 2 O (1,77 x 10 5 exp(88,68/RT))

r = kecepatan pembentukan hidrogen per satuan massa katalis (mol/detik.kg)

commit to user

P (i) = Tekanan Parsial komponen i T = Suhu (K) R = Konstanta Gas (8,314 J/mol.K)

(Smith,2010)

2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

2.3.1 Diagram Alir Proses

Diagram alir prarancangan pabrik Hidrogen melalui gasifikasi Batu Bara dapat ditunjukan dalam tiga macam, yaitu :

a. Diagram alir proses (Gambar 2.1)

b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2 )

c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.3 )

P-03 35 1 W In 8

FC HE-02

35 80 Fuel Gas

MDEA In

Batu bara

P-16a

9 35 WHB-01 W Out

RM-02 P-01

1 R-01a

40.56 24 W In

R-01a

CD-01 TC

20 35 TC P-07

3 P-15a

24 Diagram Alir Proses Pra Rancangan

KETERANGAN

Pabrik Hidrogen melalui Gasifikasi

ALAT UTAMA

Batu Bara Kapasitas 25.000 ton/tahun

ACC ABS

: AKUMULATOR : ABSORBER

RB R

: REAKTOR : REBOILER

S : STEAM W : AIR

: Mekanik : Elektrik

PC FC C : PENGONTROL LAJU ALIR Digambar Oleh :

: KONDENSER : KOMPRESOR

RM REG

: ROLLER MILL : REGENERATOR

CD : Nomor Arus : Pneumatik

PIC TC

: PENGONTROL TEKANAN

: INDIKATOR TEKANAN : PENGONTROL TEMPERATUR

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA

AGUSTA ALI AKBAR WISNU INDRIYANTO

( I 0507014 )

HE M

: PENUKAR PANAS

: MIXER : POMPA

T SC

UNIVERSITAS SEBELAS MARET TR FAKULTAS TEKNIK 2011

V : TRUK : TANGKI : SCREW CONVEYOR

( I 0507018 )

: Trottle Valve : Tekanan, Atm

: Suhu,

Dosen Pembimbing:

PSA

: PRESSURE SWING

ADSORBTION

WHB

: WASTE HEAT BOILER : VALVE

Dr. Sunu Herwi Pranolo

: Gate Valve

Ir. Endang Mastuti

Komponen

Batu Bara Arus 1 29.054

Arus 7 - -

Arus (Kg/Jam)

3.305 116 2.656 - - - - - - Ar - - - 17.473 2.796 - 14.677 - - -

CH N 2 4 --- - - - - - - - - - 1093 225 - - - - 533 - - - - - 1093 225 1.099 221 1050 214 60 60 1050 1.050 - - - - 533 530 512 29 12 12 29 214 512 214 461 51 - - - - - - - - - - - - -

Slagging Jumlah 29.054 - 12.326 - 23.447 - 9.104 - 32.276 - 66.071 - 2.967 2.967 54.330 - 43.117 - 66.071 - 109.189 - - - - - - 207.722 207.722 - - 74.247 4.211 4.211 58.560 55.087 3.472 - 427.453 - 443.140 - 427.593 - 15.547 - 30.730 -

Gambar 2.1 Diagram Alir Proses

CO 2 CO 2

P = 31 atm

T = 194 C MDEA

P = 1,85 atm

BATU BARA

N 2 P = 1,16 atm

H 2 O R-01

T = 1720 o

Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Kualitatif

CO 2 =3.267

CH 4 =12

(kg/jam)

H 2 O = 217.075

N 2 = 29 H 2 S =849

MDEA = 207.722

Arus 14 (kg/jam)

CO 2 = 14.678 H 2 S = 870

Arus 3 (kg/jam)

Arus 9 (kg/jam)

Arus 16 (kg/jam)

Arus 12 (kg/jam)

CO 2 = 42.264 Arus 2(kg/jam)

CO 2 =57.598

CH 4 = 214 H 2 O = 12.326

Arus 13 (kg/jam)

Arus 6 (kg/jam)

Ar =1050

CH 4 = 214

H 2 O = 217.075

Ar = 1050

H 2 O = 43.117

H 2 O =185

Arus 1(kg/jam)

BATU BARA=29.054

Arus 7 (kg/jam)

Arus 15 (kg/jam)

Arus 5 (kg/jam)

CO =10.065

H 2 = 3.305

Arus 4 (kg/jam)

CO =39.214

H 2 =4332

Arus 8 (kg/jam)

H 2 O = 30.730

H 2 O =31.669

H 2 O =7.327

H 2 S =889

Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Kuantitatif

commit to user

Proses pembuatan hidrogen dari gasifikasi batu bara dapat dibagi menjadi

3 tahap, yaitu :

1. Tahap penyiapan bahan baku

2. Tahap pengolahan (proses)

3. Tahap pemurnian produk (finishing)

1. Tahap Penyiapan Bahan Baku

Sebelum masuk reaktor batu bara dikecilkan ukurannya menggunakan roller crusher sampai ukuran 100 µm agar sesuai dengan persyaratan reaktor. Setelah batu bara sesuai dengan persyaratan yang diinginkan untuk umpan reaktor maka batu bara dikeluarkan dari roller crusher dan dicampur air sebelum masuk ke dalam reaktor/gasifier.

2. Tahap Pengolahan (Proses)

Campuran batu bara dan air diumpankan masuk ke dalam gasifier. Gasifier yang dipakai ialah jenis Entrained Flow Gasifier. Gasifier ini bekerja pada kondisi operasi 1550 K dengan tekanan 3000 kPa. Media gasifikasi yang dipakai adalah oksigen dengan kemurnian 99% (v/v). Dalam gasifier terjadi pembentukan

syngas (H 2 , CO, CO 2 , H 2 O dan CH 4 ) dan terbentuk slagging. Kemudian syngas yang dihasilkan didinginkan sampai bersuhu 300 °C.

3. Tahap Pemurnian Produk

Setelah didinginkan, steam diinjeksikan ke dalam aliran syngas. Campuran steam dan syngas masuk shift converter dan mengubah CO yang ada menjadi

CO 2 . Untuk penghilangan H 2 S dan CO 2 yang terdapat pada syngas dilakukan pada

commit to user

314 K. Dalam absorber, H 2 S bersama CO 2 dipisahkan dari aliran gas dengan

menggunakan MDEA sebagai absorben. Solven MDEA tersebut akan diregenerasi dalam sebuah regenerator.

Kemudian dari absorber aliran gas yang telah dipisahkan dari CO 2 dan

H 2 S masuk dalam Pressure Swing Adsorber (PSA) untuk pemurnian gas dari pengotor yang masih tersisa. PSA ini memiliki prinsip adsorbsi gas yang bertekanan. PSA dilengkapi bed adsorben untuk adsorbsi gas yang bertekanan tinggi. Hidrogen dari PSA memiliki kemurnian sebesar 99,99%. Hidrogen yang telah dimurnikan tersebut disimpan dalam fase cair mengunakan tangki berbentuk bola.

Dalam perhitungan neraca massa, bahan baku batu bara yang dibutuhkan 29,05 ton/jam, oksigen sebanyak 23,45 ton/jam dan air 12,33 ton/jam, untuk produksi hidrogen sebanyak 3,47 ton/jam, sehingga produk hidrogen dalam satu tahun mencapai 25.000 ton. Perhitungan neraca massa total dapat dilihat pada Tabel 2.5 dan perhitungan neraca panas total pada Tabel 2.6.

commit to user

Komponen

Input (ton/jam)

Output (ton/jam) Batu bara

29,05

Oksigen (O 2 )

Slagging (SiO 2 )

2,97 Waste water

30,73 Acid gas

17,46 Karbonilsulfid (COS)

Hidrogen sulfida (H 2 S)

0,8743

Hidrogen (H 2 )

0,0016

Karbon dioksida (CO 2 )

16,54 Karbon monoksida (CO)

Metana (CH 4 )

- Argon (Ar)

Nitrogen (N 2 )

Amoniak (NH 3 )

0,0007 Fuel gas

53,31 Karbonilsulfid (COS)

Hidrogen sulfida (H 2 S)

0,0017

Hidrogen (H 2 )

0,85

Karbon dioksida (CO 2 )

40,92 Karbon monoksida (CO)

Metana (CH 4 )

2,15 Argon (Ar)

1,04

Nitrogen (N 2 )

0,46

Amoniak (NH 3 )

- Hidrogen

3,47 Karbonilsulfid (COS)

Hidrogen sulfida (H 2 S)

Hidrogen (H 2 )

3,31

Karbon dioksida (CO 2 )

0,12 Karbon monoksida (CO)

Uap air (H 2 O)

Metana (CH 4 )

- Argon (Ar)

Nitrogen (N 2 )

0,051

Amoniak (NH 3 )

- Total

112,16

commit to user

No.

ARUS

INPUT (MJ/jam)

OUTPUT (MJ/jam)

1. Batu bara

3. Air umpan Gasifier

515,83

4. Q hv baru bara

777193,27

5. Q reaksi Gasifier

101961,07

6. Q recycle gasifier

4043,38

7. Q Cooler 1

49317,00

8. Q Cooler 2

40914,41

9. Q Shift Converter

43899,95

10. Q reaksi Shift Converter

144196,64

11. Q Condenser

487070,30

12. Q Absorber

2. Q raw gas Gasifier

114730,47

3. Q hv gas keluar gasifier

721323,25

4. Lost Gasifier

47487,69

5. Q air pendingin Cooler 1

49317,00

6. Q steam Cooler 2

40914,41

7. Q pendingin Shift Converter

188096,58

8. Q pendingin Condenser

487070,30

9. Q pendingin Absorber

3999,58

10. Q pendingin PSA

2.4 Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses

Tata letak pabrik adalah tempat kedudukan dari seluruh bagian pabrik, meliputi tempat kerja alat, tempat kerja karyawan, tempat penyimpanan barang, tempat penyediaan sarana utilitas, dan sarana lain bagi pabrik. Beberapa faktor perlu diperhatikan dalam penentuan tata letak pabrik, antara lain adalah pertimbangan ekonomis (biaya konstruksi dan operasi), kebutuhan proses, pemeliharaan keselamatan, perluasan di masa mendatang.

Bangunan pabrik meliputi area proses, area tempat penyimpanan bahan baku dan produk, area utilitas, bengkel mekanik untuk pemeliharaan, gudang untuk pemeliharaan dan plant supplies, ruang kontrol, laboratorium untuk

commit to user

administrasi, kantin, poliklinik, dan tempat ibadah, area parkir, taman dan sarana olah raga bagi para pegawai.

Pengaturan letak peralatan proses pabrik harus dirancang seefisien mungkin. Beberapa pertimbangan perlu diperhatikan yaitu ekonomi, kebutuhan proses, operasi, perawatan, keamanan, perluasan dan pengembangan pabrik. Peletakan alat –alat proses harus sebaik mungkin sehingga memberikan biaya kontruksi dengan operasi minimal. Biaya kontruksi dapat diminimalkan dengan mengatur letak alat sehingga menghasilkan pemipaan terpendek dan membutuhkan bahan kontruksi paling sedikit.Peletakan alat harus memberikan ruangan cukup bagi masing –masing alat agar dapat beroperasi dengan baik, dengan distribusi utilitas mudah. Peralatan membutuhkan perhatian lebih dari operator harus diletakkan dekat control room. Valve, tempat pengambilan sampel, dan instrumen harus diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga mudah dijangkau oleh operator. Peletakan alat proses harus memperhatikan ruangan untuk perawatan. Misalnya pada Heat Exchanger memerlukan cukup ruangan untuk pembersihan tube. Peletakan alat –alat proses harus sebaik mungkin, agar jika terjadi kebakaran tidak ada pekerja terperangkap di dalamnya serta mudah dijangkau oleh kendaraan atau alat pemadam kebakaran.

Susunan tata letak pabrik harus sangat diperhatiakan sehingga memungkinkan adanya distribusi bahan –bahan dengan baik, cepat dan efisien. Hal tersebut akan sangat mendukung kelancaran didalam proses produksi pabrik yang

commit to user

letak peralatan proses dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Skala = 1 : 1000

Keterangan : Taman : Arah jalan

Pintu Darurat

1.Pos Keamanan

8.Area perluasan

2.Kantin

9.Control room

7.Area produksi

Gambar 2.4 Tata letak pabrik hidrogen

commit to user

REG-01 PSA-01 REG-01

T-02

Keterangan Gambar : ABS-01 = Absorber CD-01 = Condenser 1 PSA-1= Pressure Swing Adsorber R-01 = Gasifier R-02 = Shift Converter REG-01 = Regenerator 1 RM-01 = Roller Mill 1 RM-02 = Roller Mill 2 T-01 = Tangki Oksigen T-02 = Tangki Hidrogen

50 m

Gambar 2.5 Tata letak peralatan proses

commit to user

BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES

Spesifikasi alat proses terdiri dari gasifier, shift converter, absorber, pressure swing adsorption, boiler dan cooler. Alat –alat tersebut merupakan peralatan proses dengan tugas masing-masing. Gasifier mempunyai tugas mereaksikan bahan baku batu bara, air, dan oksigen menjadi syngas sebagai produk. Syngas hasil keluaran gasifier diturunkan temperaturnya dengan raw gas cooler . Panas syngas dimanfaatkan untuk pembuatan steam oleh boiler yang nantinya digunakan sebagai umpan shift converter dan juga pada unit utilitas. Shift converter berfungsi mereaksikan raw gas/syngas hasil keluaran gasifier dengan steam . Hasil dari shift converter diumpankan ke absorber/acid gas removal,

penghilangan kadar CO 2 dan H 2 S dilakukan pada alat ini dengan menggunakan

larutan MDEA sebagai absorben. Hasil atas absorber berupa sweet gas dengan

kadar CO 2 dan H 2 S yang kecil. Sedangkan hasil bawah berupa larutan MDEA dengan sour gas yang memiliki kadar CO 2 dan H 2 S besar. Hasil bawah yang memiliki kadar CO 2 dan H 2 S tinggi ditampung dan dijual ke perusahaan

pengolahan limbah. Hasil atas dari keluaran absorber dimasukan ke PSA untuk pemurniaan hidrogen. PSA berfungsi memurnikan hidrogen sampai kadar 99,99%. PSA tersusun dari adsorben-adsroben dalam satu vessel. Hasil keluaran PSA berupa fuel gas dan hidrogen murni. Dalam fuel gas masih terdapat gas-gas mudah terbakar, nantinya akan dipurge ataupun dijadikan bahan bakar untuk unit utilitas. Sedangkan hidrogen murni akan ditampung dalam fase gas dalam tangki.

commit to user

alat tersebut akan disebutkan spesifikasi lain seperti jumlah, volume, kondisi operasi, bahan kontruksi, dan dimensi alat. Hal tersebut tercantum pada Tabel 3.1, selain dari alat proses pada bab ini dapat pula dilihat spesifikasi tangki penyimpanan bahan baku dan tangki penyimpanan produk pada Tabel 3.1. Spesifikasi alat penukar panas (heat exchanger) tercantum pada Tabel 3.2 dan spesifikasi pompa pada Tabel 3.3.

Nama alat

Pressure Swing Adsorption Kode

Gasifier

Shift Converter

Absorber

Regenerator

PSA-01 Fungsi

Mereaksikan baru bara,

Mereaksikan steam dan

Mengurangi kadar

Meregenerasi larutan

Memurnikan Hidrogen Tipe/jenis

air dan oksigen

syngas CO 2 dan H 2 S dari sour gas

MDEA

Entrained flow reactor Fixed bed multi tubes

Packed tower dengan

Tray column Packed column

bahan isian raschig ring

Jumlah 2 1 1 1 4

112,45 Kondisi operasi P, MPa

Volume, m 3 15,22

329 t, detik

Carbon steel SA 213 T3 Carbon Steel SA 283 T3 Dimensi Stage 1 Tinggi, m

36 Bahan kontruksi

Carbon Steel SA 213 T3 Carbon Steel SA 213 T3 Carbon steel SA 213 T3

11 33 22,92 Diameter, m

2,5 Tinggi head, in

16 31,29 Tebal shell, in

1,1875 Tebal head, in

- Tinggi, m

Diameter, m

- Tinggi head, in

- Tebal shell, in

Nama alat

Pressure Swing Adsorption Tebal head, in

Gasifier

Shift Converter

Absorber

Regenerator

- Bahan isolasi

tidak ada Tebal isolasi, cm

Refractory Refractory tidak ada

Asbestos

1 - Katalis/packing

Stage 1 =65 / Stage 2 =54

Silica Jenis

tidak ada

Cobalt-mollybdenum

tidak ada

Adsorben Bentuk

Keramik

- molsieve Umur aktif, tahun

rachig ring

37 Tinggi tumpukan, m

Mengalirkan batu

Menampung sementara batu

Menyimpan bahan baku

Menyimpan produk

ukuran batu bara

Fungsi

bara dari roller mill

bara dari conveyor sebelum

oksigen selama 1

hidrogen selama 1

sebelum masuk

ke mixer

masuk mixer

Spherical tank Jumlah

Tipe / Jenis

Roller Mill

Screw Conveyor

Conical Hopper

Spherical tank

16620,93 Kondisi operasi P, MPa

Volume,m 3 2,51

-240 t, detik

T, o C 30 30 30 30 -160

- Bahan Kontruksi

- - - Carbon Steel SA 283 C Stainless steel SA 203 A

Stainless Steel SA 203 A

Diameter dalam, m

(diameter roll)

pipa)

Tinggi, m

4 (lebar roll)

Tinggi head, in

- Tebal shell, in

2 5 Tebal head, in

Bahan isolasi

Tebal isolasi, cm

- Kapasitas, ton/jam

30 30 30 30 24 3472,22 Daya motor, hp

Kecepatan putar,rpm

- Diameter Screw,m

Heat Exchanger - 04 Kode

Nama Alat

Heat Exchanger – 01

Heat Exchanger - 02

Heat Exchanger - 03

HE-04 Jumlah

Memanaskan MDEA Fungsi

Memanaskan oksigen

Mendinginkan raw gas

Mendinginkan sour gas

umpan regenerator Tipe

sebelum masuk gasifier

dengan air pendingin

Shell-Tube Beban kerja, MJ/jam

Luas transfer panas, ft 2 768,54

Tube side

larutan MDEA keluar Fluida

produk dari reaktor

produk dari reactor

Oksigen

(raw gas)

(sour gas)

absorber

Suhu operasi, o C 35,52/157,78

Debit, kg/jam

443.140 OD tube, in

Triangular Pitch, in

Panjang, ft

Jumlah tube

Stainless Stell SA 213 Stainless Stell SA 213 ΔP, psi

Material konstruksi Stainless Stell SA 213

Stainless Stell SA 213

0,687 Shell side

Steam (H 2 O)

Air (H 2 O)

MDEA keluar regenerator

Suhu operasi, o C 570 /240

Debit, kg/jam 411,5

ID shell, in 19,25

Baffle spacing, in 9,625

Stainless Stell SA 182 ΔP, psi

Material konstruksi Stainless Stell SA 182

Stainless Stell SA 182

Kode

CD-01 Jumlah

Mengembunkan air dalam Fungsi

Mendinginkan MDEA

Memanaskan MDEA

Membuat steam dari sisa

sour gas Tipe

umpan absorber

umpan regenerator

panas raw gas

Shell-Tube Beban kerja, MJ/jam

274,88 Tube side Fluida

Luas transfer panas, ft 2 335,47

MDEA dari regenerator

produk dari reaktor

Raw gas

Sour gas

226,85/40,56 Debit, kg/jam

Suhu operasi, o C 50/40

40 OD tube, in

Triangular Triangular Pitch, in

0,938 Panjang, ft

Jumlah tube

Material konstruksi

Stainless Stell SA 167 ΔP, psi

Stainless Stell SA 304

Stainless Stell SA 213

Shell side 0,00024

Fluida

Air

Steam Saturated water

Air

Suhu operasi, o C 30 / 35

Debit, kg/jam 69.081

ID shell, in 13,25

Baffle spacing, in 6,625

Material konstruksi Stainless Stell SA 304

Stainless Stell SA 316 ΔP, psi

Stainless Stell SA 304

Stainless Stell SA 182

Mengkondensasikan hasil

Memanaskan hasil

Fungsi

atas regenerator

Beban kerja, MJ/jam

Luas transfer panas, ft 2 260,94

Tube side

Fluida

Hasil atas REG-01

Hasil bawah REG-01

Suhu operasi, o C 82/82

Debit, kg/jam

OD tube, in

Pitch, in

Panjang, ft

Jumlah tube

Pass

Material konstruksi

Stainless Stell SA 304

Shell side

Suhu operasi, o C 35 / 39

Debit, kg/jam

ID shell, in

Baffle spacing, in

Material konstruksi

Stainless Stell SA 304

ΔP, psi

Nama alat

Pompa-01

Pompa-02a

Pompa-02b

P-02a

P-02b

P-03

Mengalirkan air proses Mengalirkan slurry

Mengalirkan slurry

Mengalirkan air

Fungsi

pendingin ke HE-

ke M-01

ke stage 2 R-01

ke stage 1 R-01

Radial impeller ,

Tipe

sentrifugal, single

sentrifugal, single stage pump stage pump stage pump stage pump

Jumlah

Kapasitas (gpm)

Power pompa (Hp)

Power motor (Hp)

42 NPSH required (m)

Bahan kontruksi

Comercial steel

Pipa : Nominal

ID pipa (in)

Kode

P-08 Memompa larutan

Fungsi MDEA dari ABS-01 ke

Mengalirkan larutan MDEA

Mengalirkan hasil

Mengalirkan larutan MDEA

bawah RB-01 ke HE-04 dari HE-04 ke HE-06 HE-04

dari HE-04 ke HE-05

dari HE-05 ke ABS-01

Radial impeller ,

Radial impeller , sentrifugal, Tipe

Radial impeller , sentrifugal, Radial impeller , sentrifugal,

sentrifugal, single stage

single stage pump single stage pump single stage pump

pump pump

Jumlah 3 3 7 4 4 Kapasitas (gpm)

43 Power pompa (Hp)

0,5 Power motor (Hp)

30 3 0,75 NPSH required (m)

20,28 Bahan kontruksi

Comercial steel Pipa : Nominal

Comercial steel

6 6 4 6 6 SN

40 40 40 40 40 ID pipa (in)

Compressor -04 Kode

Nama alat

Pompa-09

Pompa-10

Compressor -01

Compressor -02

Compressor -03

C-04 Mengalirkan larutan

Menaikan tekanan Fungsi

Mengalirkan larutan

Menaikan tekanan

MDEA dari HE-06 ke

arus recycle sebelum REG-01

MDEA refluk ACC-

oksigen dri 7 atm

oksigen dri 14 atm

oksigen dri 28 atm

masuk R-01 Radial impeller ,

01 ke REG-01

menjadi 14 atm

menjadi 28 atm

menjadi 43 atm

Radial impeller , Tipe

Radial impeller ,

sentrifugal, single

sentrifugal, single stage pump stage pump stage compressor stage compressor stage compressor stage compressor

Jumlah 3 1 1 1 1 1 Kapasitas (gpm)

217,89 (cfm) Power pompa (Hp)

- Power motor (Hp)

30 7,5

77,90 NPSH required (m)

44 Bahan kontruksi Comercial steel

Comercial steel

ID pipa (in)

6,065

commit to user

BAB IV

UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM

4.1 Unit Pendukung Proses

Unit pendukung proses atau utilitas merupakan bagian penting untuk penunjang proses produksi suatu pabrik. Utilitas di pabrik hidrogen meliputi unit penyediaan dan pengolahan air, unit penyediaan udara instrument, unit pembangkit dan pendistribusian listrik dan unit pengolahan limbah. Unit penyediaan dan pengolahan air berfungsi untuk penyediaan dan pengolahan air meliputi air pendingin, air proses, air konsumsi umum dan sanitasi.

Udara tekan pada kebutuhan instrumentasi pneumatic dan udara tekan di bengkel dipenuhi oleh unit penyediaan udara instrument, sedangkan unit pembangkit dan pendistribusian listrik berfungsi menyediakan listrik sebagai tenaga penggerak peralatan proses, utilitas, elektronik, AC, maupun untuk penerangan. Listrik disuplai oleh PLN, dan generator sebagai cadangan apabila listrik dari PLN mengalami gangguan, untuk pengolahan bahan buangan atau hasil samping reaksi dikerjakan di unit pengolahan limbah dengan proses biodegradasi dengan activated sludge.

TUGAS AKHIR PRA RANCANGAN PABRIK HIDROGEN MELALUI PROSES GASIFIKASI BATUBARA KAPASITAS 25.000 TONTAHUN