BAHAN BAKAR GAS 3

BAHAN BAKAR GAS Natural Gas ( Gas Alam )

Selain merupakan bahan bakar gas juga sebagai bahan baku untuk berbagai sintesis kimia

Produk dari natural gas yang penting :

Metana , etana , propana , Butana ,LPG dan natural gasoline.

Proses yang digunakan ( proses lama)

• Proses ekspansi kriogenik , suhu -90

o

C

s/d – 100

o

C. Tekanan turun menjadi 1380

s/d 2415 kPa ( modern )

• Proses Pemurnian natural gas :

• Kandungan yang penting : Propana dan

butana

• Gas Alam mentah yang mengandung H

2

O

dan H

2

S ( harus dikeluarkan )

• 4 METODE DEHIDRASI GAS

Bahan Pengering :

1. Glikol : affinitas tinggi terhadap air dan tidak berbusa , daya larut kecil .

2. Alumina aktif / Bauxite , Silika gel , H₂SO₄ , KCl atau Na tiosianat

H₂S dan senyawa Sulfur lain  korosi dan

pencemaran udara , Bila dibakar kandungan H2S: 0

– 35 g/m3

Desulfurusasi yang banyak dipakai adalah Monoetanol amin .

Metode terbaru pemurnian gas : Membran ( sesuai jenis gas)

Contoh : polisulfon , Polistiren , Teflon .

• Natural gas dengan kandungan nitrogen tinggi dimurnikan dengan proses kriogenik ,

dikeringkan dengan tekanan 4,9 M Pa dan didinginkan hingga 180K

• GAS PRODUSER

• Pembuatan dengan melewatkan udara dan uap melalui unggun batubara atau kokas

• Suhu 980 – 1540oC

• Tujuan uap kokas atau batubara agar

menggunakan sebanyak mungkin energi eksotermis dari reaksi C dengan oksigen

Reaksi yang terjadi

• C + udara  CO2 + H2 ∆H1000oC = -395,4 MJ/kgmol

• CO2 + C  2 CO ∆H 1000oC = 167 ,9 MJ/kgmol

• C + H2O  CO + H2 ∆H1000oC = 135,7 Mj/kgmol

• CO + H2O  CO2 + H2 ∆H1000oC = - 32,18 MJ/kgmol

• Gas Biru

• Water gas memberikan warna biru

• Hasil reaksi uap air dengan batubara atau kokas pijar , suhu di atas 1000oC

• Reaksi :

• C + H2O  CO + H2

• Gas sintetis ( Syngas )

• Nilai kalor rendah ( 3,7 – 7,5 MJ/m3 )

mengandung 50% N2 yang masuk dari udara

• Penggunaan

• Bahan bakar industri

• Bahan antara pembuatan formaldehid dan NH3

• Gas bernilai kalor sedang sebagian besar

dimetanasi menghasilkan gas bumi subsitusi

• 3 SISTEM GASIFIKASI

• FIX BED ( UNGGUN TETAP) • FLUIDIZED BED

• UNGGUN TETAP ( FIXED BED )

• Yang tertua adalah Proses Lurgi

• Suhu gasifikasi rendah dibanding sistem gasifikasi lainnya • Batubara turun kebawah karena gravitasi , suhu naik

• Proses devolatilisasi mulai dari suhu 620 – 760oC , proses

dibarengi dengan degasifikasi menghasilkan arang –char . • Gas mentah keluar dari gasifikator pada suhu 370 – 595

oC

• Produk karbonisasi : Ter, minyak , nafta , fenol , amonia dan sedikit abu .

• Gas mentah lewat pembasuh , dan didinginkan pada suhu kamar

• GASIFIKATOR UNGGUN FLUIDISASI WINKLER

• Distribusi suhu seragam dan kontak gas dan zat padat lebih baik

• Batubara halus masuk dari atas • Suhu operasi 800 – 1000oC .

• Produk gas kadar debu tinggi

• Sudah banyak mengalami modifikasi

• GASIFIKATOR UNGGUNTERBAWA Kopper – Totzek • Kapasitas terbesar

• Oksigen + batubara + uap digasifikasi dalam bentuk suspensi

• GAS BUMI SUBSITUSI (SNG – Substitute

Natural Gas)

• Gasifikasi batubara

• SNG berkalor rendah dan sedang dapat

dikonversi menjadi berkalor tinggi

• Reaksi pembuatan

• C + H

₂

O



CO + H

₂

gasifikasi

• CO + H

2

O



CO

2

+ H

2

reaksi geser gas

air , diusahakan perbandingan CO + H

2

O

= 1 :3

• Pada suhu cukup tinggi hidrogen hasil

akan menghidrogenasi sebagian karbon

menjadi metana

• C + H

2



CH

4

• CO+3 H

2



CH

4

+ H

2

O (metanasi)

• GAS MIGAS CAIR ( LPG)

• Propana dan Butana cair

GAS INDUSTRI

•

Sebagai bahan baku untuk pembuatan

bahan kimia lain

•

Contoh :

1. Nitrogen , mempertahankan rasa

makanan dalam makanan kemasan ,

mencegah pembusukan

• Gas dapat dibuat dalam bentuk cairnya atau padat . Proses Kriogenik

• ( Cryogenics) Pembuatan gas industri pembuatan suhu sangat dingin hingga dibawah – 100oC. Menghasilkan

bentuk cair , mudah proses maupun pengirimannya . • CO2

• CO2 padat untuk refrigerasi dan pembekuan

• Pembuatan CO2

• Banyak digunakan dalam

• 1. Recovery gas sintetis dalam produksi amonia • 2. Recovery hasil samping produk SNG

• Keunggulan CO2

• Menetralkan alkali

• Tidak korosif dan ringan

• Digunakan sebagai pengendali pH air limbah • Konsentrasi gas CO2 dapat dipekatkan hingga

99% dengan sistem adsorpsi • Reaksi yang terjadi :

• Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O =2 NaHCO₃

• Reaksi kekanan : meningkatkan tekanan CO2

dan menurunkan suhu

• Reaksi kekiri : memanaskan larutan NaHCO3

• Cara lain dengan K2CO3 atau monoetanol amin

• Proses Pembuatan :

• Minyak , gas bumi , kokas dibakar ,

menghasilkan kalor dan CO2 10-15% pada suhu

345oC gas hasil pembakaran didinginkan ,

dimurnikan dan dicuci

• Hasil CO2 diadsorpsi lawan arah dengan lar

etanolamin

• Larutan CO2 - etanolamin dipompakan pada reaktivator , CO2 keluar melalui pendingin ,

kondensat dikembalikan sebagai refluk

• CO2 dimurnikan terhadap lar H2S dan amina

• Es kering

• CO2 cair diturunkan tekanannya hingga tekanan

atmosfer , sebagian membeku . • Sumber CO2

• Hasil industri fermentasi , hasil alkohol dan CO2

• Hidrogen .

• Pembuatan : dari hidrokarbon • Proses elektrolitik

• Hasil hidrogen dengan kemurnian tinggi

• H2O (l)  2 H2 (g) + O2 (g) H = 569 kJ

• Proses reformasi hidrokarbon

• Reaksi katalitik campuran uap dan hidrokarbon pada suhu tinggi

• CnHm + n H2O = n CO + ( m/2 + n ) H2

• CO + H2O = CO2 + H2

• Reaksi pertama reaksi reformasi , bersifat sangat endotermis

• Reaksi kedua reaksi geser gas air ( water gas shiff reaction) . Agak eksotermis suhu reaksi 760 -980oC.

Komposisi produk tergantung kondisi proses . Produk terdiri dari 75% H2 , 8% CO dan 15% CO2 , sisa nitrogen

dan metana yang tak terkonversi

• Proses Oksidasi Parsial

• Bahan baku gas bumi , gas kilang minyak atau gas hidrokarbon campuran

• Keunggulan dapat menggunakan hidrokarbon cair , minyak gas , minyak diesel .

• Proses menggunakan pembakaran parsial hidrokarbon dengan oksigen tanpa katalis • Suhu operasi 1300 – 1500oC.

• Reaksi :

• CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O H = 802 kJ

• CH4 + CO2  2 CO + 2 H2 H = -206 kJ

• CH4 + 2 H2O  CO + 3 H2 H = -247 kJ

• Proses Gasifikasi batubara

• Gas hasil memerlukan konversi geser gas air dan

pemurnian untuk hasil hidrogen dengan kemurnian tinggi • Pemurnian Hidrogen

• Penghilangan karbon monooksida dan hidrogen sulfida • 1. Proses mono etanolamin (MEA) ( Proses Girbotol) • Larutan MEA direaksikan dalam absorber dengan CO2 ,

tekanandan suhu kamar

• Komplek MEA-CO2 didesosiasikan menggunakan uap

pada suhu 90 -120oC

• Reaksi :

• 2NH2CH2CH2OH + CO2 + H2O = ( HOCH2CH2NH3)2CO3

• NH2CH2CH2OH + CO2 +H2O = HOCH2CH2NH3HCO3

• 2. Proses Kalium karbonat panas

• CO2 diserap dibawah tekanan didalam larutan

panas yang suhunya mendekati titik didih , kemudian meregenerasi larutan pada suhu sama tetapi pada tekanan atm.

• 3. Proses pelarut fisika

• Mis menggunakan metanol dingin , pelarut organik tanpa air, menggunakan dimetil eter polietilen glikol , atau N- metil -2 pirolidon

• Pemurnian zat cair Kriogenik

• Dimurnikan dengan mendinginkan sampai

suhu kriogenik , dipisahkan sebagai arus

zat cair.

Oksigen dan Nitrogen

• Oksigen diproduksi cara likuefaksi dan

rektifikasi udara atau dengan cara adsorpsi • Nitrogen

• Penggunaan utama sebagai selimut gas untuk mencegah kontak dengan oksigen

• Untuk mendapatkan suhu sangat dingin sampai - 210oC

• Di industri baja untuk bright anneling

• PEMBUATAN :

• Likuefaksi dan rektifikasi udara

• Produksi Oksigen melalui proses kriogenik

. Udara dikompresi , didinginkan , air

dipisahkan , udara dimasukkan ke dalam

penukar kalor pembalik , , pada suhu yang

lebih rendah CO

2

membeku . Oksigen dan

• ASETILENA

• Digunakan bahan pembuat : vinil klorida ,

polivinilpirolidon ,trikloroetilen dan asam asetat • Pembuatan :

• CaC2 + 2 H2O (l)  Ca(OH)2 + C2H2 (g)

• Pembuatan : • Metode basah

• Karbida diumpankan ke dalam air , kalsium hidroksida keluar dalam bentuk lumpur

• Metode pirolisis atau perengkahan gas bumi

• 2CH4 (g)  C2H2 (g) + 3 H2 (g) H 1500 C = 405 kJ

• CH4 (g)  C + 2 H2 (g) H = 85 kJ

• Sulfur dioksida

INDUSTRI SEMEN , KALSIUM

DAN SENYAWA MAGNESIUM

• Macam Semen Portland

• 1. Semen portland biasa ( regular)

• Digunakan sebagai bahan bangunan .

• Contoh semen putih , semen cepat keras

• 2. Semen Portland dengan panas

• 3. Semen dengan kekuatan awal tinggi ( High early strength) . Dibuat dari bahan baku dengan ratio gamping –silika > tipe I

• Mengandung trikalsium sulfat ( CS3 > dari

semen portland biasa )

• 4. Semen Portland kalor rendah .Mengandung C3S rendah dan tetrakalsium aluminoferrit

• ( C4AF) lebih besar . Adanya penambahan

Fe2O3 untuk mengurangi C3A

• 5. Semen portland tahan sulfat

• Digunakan bila diperlukan ketahanan tinggi terhadap sulfat

• PROSEDUR PEMBUATAN

• Terdapat 2 macam material diperlukan untuk produksi semen portland , yaitu kaya kalsium seperti batu gamping , kapur dan kaya silika seperti lempung .

• Penguapan air , CO2 dan reaksi gamping dan

lempung terjadi selama pembakaran .

• Pembentukan liquid terjadi pada suhu 1250oC ,

dibaewah suhu ini tidak terjadi pembentukan C₃S.

• C3S merupakan penyusun utama yang

• PROSES PEMBUATAN SEMEN

CLINKER

• 1. Proses basah

• 2. Proses Kering

• PROSES BASAH

• Material padat setelah di dry crushing

direduced kekeadaan yang lebih baik.

• Dalam pengilingan di wet tube atau ball

mill dalam keadaan basah

• PROSES KERING

• Batuan semen alam , gamping dan

lempung dimasukkan langsung dalam

tanur dan dibakar . Pemanasan

menggunakan kalor melalui pembakaran

minyak , gas atau batubara dengan

menggunakan panas dari pendinginan

klinker

• Untuk menghemat energi dapat digunakan

panas dari gas buangan tanur kering ,

• Produk akhir berupa butiran yang keras dengan ukuran 3 -20 mm disebut clinker . Clinker

dimasukkan ke pendingin kejut udara , suhu turun cepat sampai 100-200oC dan kemudian

diteruskan dengan pengilingan dan pengilingan halus dalam ballmill.

• Senyawa dalam clinker; Rumus dan Singkatan

• CaO = C ; Fe2O3 = F ; Na2O = N

• SiO₂ = S ; MgO = M ; K2O = K

• Al2O3 = A ; SO3 = S ; CO2 = C dan H2O = H

• Fungsi Senyawa dalam semen

• C

3

A menyebabkan set tetapi perlu

diperlambat dengan gipsum

• C

3

S memberikan kekuatan awal ( setelah

2 -8 hari)

• C

2

S dan C

3

S memberikan kekuatan akhir

• ( setelah 1 tahun)

• Fe

₂

O

3

, Al

2

O=3

, Mg dan alkali

• 2 CaOSiO2 Dikalsium silikat C2S

• 3CaOSiO2 Trikalsiumsilikat C3S

• 3CaOAl2O3 Trikalsium aluminat C3A

• 4 CaOAL₂O3Fe2O3 Trikalsium aluminat

C4AF

• MgO Magnesium oksida M

• Komposisi senyawa potensial dalam semen • Tipe C3S C2S C3A C4AF

• I 55 19 10 7

• II 51 24 6 11

• III 56 19 10 7

• IV 28 49 4 12

• PEMBUATAN SEMEN PORTLAND • Dilihat dari jenis bahan baku

• 1. Kaya kalsium ( kalkaero) • 2. Kaya silika ( argiaseo) • Bahan tambahan lain ;

mis ; CaCO3 yang merupakan hasil samping

industri alkali atau amonium sulfat , pasir ,

bijihbesi untuk mengatur komposisi campuran • Gipsum ( 4-5% ) digunakan untuk mengatur

• Prosedur Pembuatan :

• Bahan baku dipanaskan membentuk

clinker semen dalam rotary kiln .

• SEMEN JENIS LAIN • POZOLAN :

• Mengiling 2 sampai 4 bagian pozolan dengan 1 bagian gamping . Kekuatan awal > daripada

semen portland. Tahan terhadap korosi larutan garam dan air laut

• SEMEN ALUMINA TINGGI

• Kekuatan dan ketahanan terhadap air garam dan sulfat lebih baik

• SEMEN SILIKA

• SEMEN BELERANG

• Tahan terhadap garam dan asam . Penggunaan terbatas karena adanya perubahan struktur kristal pada suhu 93oC . Semen belerang berisi silika

tiokol platiziser , digunakan sebagai pelekat bata dan dalam cast iron pipe.

• POLIMER CONCRETE ( BETON POLIMER) • Beton dengan polimer sebagai pengikat . Tidak

mengandung semeen portland . Bahan dari agregat + resin ( epoksi , metimetakrilat ,

poliester) . Tahan terhadap korosi , kekuatan kompresi >.

• SEMEN MAGNESIUM OKSIKLORIDA

• Dibuat melalui aksi eksoterik larutan magnesium klorida 20% , terhadap magnesia yang didapat dari kalsinasi magnesia.

• 3 MgO + MgCl2 + 11 H2O  3MgOMgCl211H2O

• Produk keras , kuat tetapi mudah terserang air • Digunakan untuk semen lantai .

• GAMPING ( LIME) • Penggunaan :

• - insektisida , pengobatan , pakan ternak , absorpsi gas , presipitasi , dehidrasi , kaustisasi .

BELERANG DAN ASAM SULFAT

• Belerang :

• Terdapat dialam dalam bentuk S dan senyawa seperti pirit ( FeS2) , ZnS , CuFeS2 . Dalam

minyak dan gas bumi sebagai H2S .

• PEMAKAIAN ASAM SULFAT : • - industri pupuk

• - industri bahan kimia • - Industri bahan warna - Pulp dan kertas

• S alam ( pirit )  SO₂  H₂SO₄ :

• Pupuk , asam fosfat , Al2(SO4) 3 , rayon dan serat

, pulp , bahan warna dll

• Proses Penambangan Sulfur

• 1. Pengambilan sulfur alamiah dari deposit di dalam tanah ( Proses Frasch).

Dasar pengambilan sulfur dengan mencairkan S di bawah tanah / laut dengan air panas , lalu dipompa ke atas Udara tekan berfungsi

mengaerasi belerang cair , menurunkan

• 2. Pengambilan sulfur dari gunung berapi • ( Indonesia)

• Deposit S dapat berupa batuan , lumpur

sedimen atau lumpur sublimasi. Kadar tidak

terlalu tinggi ( 30 -60% ) . Peningkatan kadar S dilakukan dengan cara flotasi.

• 3. Pengambilan S dari gas buang .

• S diperoleh dari flue gas pembakaran batubara atau pengilangan minyak bumi.

• H2S merupakan hasil pemurnian yang

• H

₂

S yang diperoleh dibakar untuk

dihasilkan H

2

SO

4

sedang sebagian

dikonversi menjadi S.

• Proses Claus :

• H

2

S ( g) + 3/2 O

2



SO

2

(g) + H

2

O (g)

• SO

₂

(g) + 2 H

2

S (g)



3 S ( l) + H

2

O(g)

• Keterangan :

• Belerang organik hanya dapat dihilangkan dengan proses gasifikasi , likuefaksi dan hidrogenasi

• Bijih pirit & ZnS dipanggang dalam tabur ungun fluidisasi.

• ASAM SULFAT

• Penggunaan dalam pembuatan pupuk , pewarna tekstil , asam fosfat , sabun dll.

• Pembuatan :proses kontak , melewatkan Campuran SO2 dan udara melalui katalis ,

• Sifat –sifat asam Sulfat

• - bahan pengoksidasi dan pendehidrasi

senyawa organik

• - Asam sulfat dijual dalam bentuk larutan

H

2

SO

4

atau SO

3

dalam H

2

SO

4

(oleum)

•

PEMBUATAN ASAM SULFAT

• Sistem proses kontak yang dikembangkan adalah sistem absorpsi ganda

• Konversi menggunakan proses absorpsi tunggal hasil 97-98 %

• Konversi menggunakan absorpsi ganda ( katalis ganda )  99- 99,5%

• Sistem proses kontak yang dikembangkan adalah absorbsi ganda

• Gas yang keluar dari menara absorpsi pertama dipanaskan lagi , masuk kembali pada konverter akhir , terjadi reaksi :

• Kalor pembakaran yang dihasilkan

dimanfaatkan untuk ketel uap.

• Reaksi keseluruhan yang terjadi :

• S + O

2



SO

2

(g) H = 298 , 3 kJ

• SO

2

(g) + ½ O

2

= SO

3

(g) H = - 98,3 kJ

• SO

₃

(g) + H

2

O



H

2

SO

4

(g)

H = - 130,4 kJ

Reaksi SO

₂

menjadi SO

₃

merupakan reaksi

yang eksotermis

• Merupakan reaksi kesetimbangan • Kp= p So3 / pSo2 x p O2 ½

Konversi SO2 dilakukan pada suhu 400oC

Pada suhu yang rendah konversi >> Pada suhu tinggi konversi <<

Laju pencapaian kesetimbangan sangat lambat Laju pada 500o- 550oC . Laju pada ± 400 oC terbaik

Proses kontak dilaksanakan mula –mula pada suhu 425 – 440 oC , reaksi menyebabkan suhu naik sampai 600oC ,

konversi 60-70% .

Kemudian didinginkan sampai 430oC , dilewatkan katalis

lagi pada suhu tersebut sehingga konversi mencapai 97 – 98% SO2

Peningkatan konversi SO2 dengan kenaikan tekanan ,

• Katalis :

• Katalis konversi sulfur dioksida biasanya terdiri dari tanah diatomea yang diisi dengan 7% V2O5 .

• Umur katalis bisa mencapai 20 tahun Peralatan proses kontak .

• Pembakar

• Penukar kalor • Pendingin

• Konverter

• Absorber Sulfur trioksida

• Blower : Menghembuskan udara atau gas yang mengandung SO2 dan SO3

• Pompa asam : memindahkan asam • Pompa belerang

• Pemulihan asam sulfat bekas pakai

• Sebagian asam sulfat didaur ulang .

• Asam bekas alkilasi dapat dimurnikan

dengan melakukan atomisasi dan

membakar asam dalam tanur ,

mendinginkan , memurnikan . Gas SO

2

dikonversi menjadi H

2

SO

4

seperti proses

• _{Sulfur trioksida cair}

• Untuk proses sulfonasi , pembuatan detergen • Stabil dengan penambahan aditif

• Mis : senyawa boron , belerang , fosfor oksi klorida dll.

• _{Pencemaran belerang}

• - desulfurisasi bahan bakar  hasil belerang

dalam bentuk H₂S

• - SO2 dapat diubah atau dilebur menjadi SO2

cair , S , H2SO4 atau garam sulfat

• - mengurangi SO2 dengan menambahkan unit

konverter , atau dengan recycling . • _Pemekatan