2
2..11 DDaassaar r TTeeoorrii 2
2..11..11 BBaattuubbaarraa
Batubara adalah sejenis bahan hidrokarbon yang tergolong sebagai bahan bakar. Terbentuk dari Batubara adalah sejenis bahan hidrokarbon yang tergolong sebagai bahan bakar. Terbentuk dari zat
zat-za-zat t orgorganianik k yayang ng berberasaasal l dardari i berberbagbagai ai peppepohoohonan nan dan dan tumtumbuhbuhan an yanyang g teltelah ah memmembusbusuk uk dandan membentuk lapisan tebal kemudian tertimbun di bawah endapan endapan lain
membentuk lapisan tebal kemudian tertimbun di bawah endapan endapan lain (Gay,A,J, (Gay,A,J, 19871987). Batubara). Batubara dibagi menjadi empat kelas berdasarkan kadar air dan nilai kalornya yaitu antrasit, bituminous, sub dibagi menjadi empat kelas berdasarkan kadar air dan nilai kalornya yaitu antrasit, bituminous, sub bituminous, dan li
bituminous, dan lignit. Tgnit. Table klasable klasifikasi batubara disaifikasi batubara disajikan dalam Tjikan dalam Tabel 2.1abel 2.1
Tabel 2.1 lasifikasi batubara !ndonesia Tabel 2.1 lasifikasi batubara !ndonesia K
Kaatteeggoorrii KKaaddaar r AAiirr NNiillaai i KKaalloorri i ((kkaall!!kkgg"" "
"nnttrraassiitt 11##--$$## %%&&11'''' B
Biittuummiinnoouuss ((##--11''## 11''''--&&11'''' *
*uub b BBiittuummiinnoouuss 11''##--22((## ((11''''--11'''' +
+iiggnniit t $$''--((## ((11'''' *umber
*umber Kementrian ESD Kementrian ESDM dalam IndriyanM dalam Indriyanto, 2012to, 2012
/adangan batubara !ndonesia pada tahun 2'' ter0atat berjumlah ',(1.& juta ton.
/adangan batubara !ndonesia pada tahun 2'' ter0atat berjumlah ',(1.& juta ton. 3ari jumlah3ari jumlah tersebut, &# diantaranya merupakan batubara jenis sub bituminous, 22# merupakan jenis batubara tersebut, &# diantaranya merupakan batubara jenis sub bituminous, 22# merupakan jenis batubara lignit, 1'# merupakan jenis bituminous, dan
lignit, 1'# merupakan jenis bituminous, dan hanya 1# merupakan jenis hanya 1# merupakan jenis antrasit.antrasit.
*ebagian besar jenis batubara di !ndonesia memiliki nilai kalor rendah hingga sedang. 4leh *ebagian besar jenis batubara di !ndonesia memiliki nilai kalor rendah hingga sedang. 4leh karena itu batubara seringkali dimanfaatkan sebagai sumber energy untuk pembangkit listrik dan sebagai karena itu batubara seringkali dimanfaatkan sebagai sumber energy untuk pembangkit listrik dan sebagai bahan bakar
bahan bakar untuk berbagai untuk berbagai industry seperti industry industry seperti industry semen, pupuk, semen, pupuk, baja, maupun baja, maupun tekstil. *ementara tekstil. *ementara itu,itu, di luar negeri pemanfaatan batubara sudah berkem
di luar negeri pemanfaatan batubara sudah berkembang ke arah bang ke arah industry kimia berbasis baindustry kimia berbasis batubara. *epertitubara. *eperti yang sudah dilakukan di /hina,
yang sudah dilakukan di /hina, 5usia, dan "frika *elatan.5usia, dan "frika *elatan.
2.
2.1.1.2.2. GaGasisi#i#ikakasi si BaBatutubabarara
*alah satu pemanfaatan batubara adalah melalui proses gasifikasi untuk menghasilkan syn gas. *alah satu pemanfaatan batubara adalah melalui proses gasifikasi untuk menghasilkan syn gas. 6rose
6roses s gasigasifikasfikasi i batubatubara bara bertbertujuan untuk ujuan untuk mengkmengkon7eron7ersi si se0arse0ara a termotermokimikimia a bahabahan n batubatubara bara padapadatt menjadi bahan gas, sehingga mudah terbakar
menjadi bahan gas, sehingga mudah terbakar 85aharjo, 2''). 6roses gasifikasi batubara merupakan salah85aharjo, 2''). 6roses gasifikasi batubara merupakan salah satu upaya untuk memanfaatkan batubara kualitas kalor rendah dengan teknologi bersih 80lean 0oal satu upaya untuk memanfaatkan batubara kualitas kalor rendah dengan teknologi bersih 80lean 0oal te0hnology), sehingga akan dihasilkan produk gas dengan emisi yang rendah. 6roduk syn gas yang te0hnology), sehingga akan dihasilkan produk gas dengan emisi yang rendah. 6roduk syn gas yang dihasilkan
dihasilkan akan digunakaakan digunakan n menjmenjadi adi bahan bakar bahan bakar untuuntuk k mengmenghasilhasilkan kan listlistrik. rik. 5eaks5eaksi i dasar gasfikasdasar gasfikasii batubara disajikan
batubara disajikan dalam table 2.2dalam table 2.2
Ta
Table 2.2 ble 2.2 5eaksi 3asar 5eaksi 3asar 9asifikasi Batubara9asifikasi Batubara
Tahapan proses gasifikasi batubara adalah, sebagai Tahapan proses gasifikasi batubara adalah, sebagai berikut
berikut 1.
1. TTaahahap p 6e6engngereriningagan. n. 6r6rososes es pepengngereriningagan n beberjrjalalanan pada temperatur 1''-2(
pada temperatur 1''-2('' ℃℃ .. :o
:o 5eaksi5eaksi 1 1 / ; 42/ ; 42 /42 /42 2 2 / ; '.(42/ ; '.(42 /4 /4 $ $ / ; <24/ ; <24 /4 ; <2/4 ; <2 / ; /42/ ; /422/42/4 ( ( /4 ; <24/4 ; <24 /42 <2 /42 <2
2. Tahap 6irolisis. 6ada tahap ini batubara akan mulai mengalami perekahan molekul besar menjadi molekul-molekul ke0il akibat temperature tinggi yaitu sekitar 2(' ℃ sampai ('' ℃
.
tahap pirolisis menghasilkan arang, uap air, uap tar, dan gas-gas.$. Tahap oksidasi. sebagian ke0il batubara hasil proses pirolisis dibakar dengan udara, sehingga menghasilkan panas yang diperlukan oleh keriga tahap tersebut diatas. 6roses oksidasi ini suhunya hingga men0apai 12'' ℃ , yang berguna unrtuk proses perekahan lebih lanjut. 5eaksinya adalah sebagai berikut
/ ; 42 /42 ; panas
. Tahap reduksi. Tahap reduksi terjadi pada temperature '' ℃ -1''' ℃ . 6ada tahap inilah gas-gas syntetis berupa /4 dan <2terbentuk. 6ada tahap ini juga dihasilkan <24, /42,dan sedikit tar. Terbentuknya gas-gas syntetis ini akibat bereaksinya arang dengan uap air dan karbondioksida. 5eaksi yang terjadi pada tahap reduksi adalah, sebagai berikut
/ ; /42 2/4
/ ; <24 /4 ; <24
6ada proses gasifikasi selain menghasilkan syn gas sebagai produk utamanya, tar dan ash juga terbentuk sebagai hasil samping dari gasifikasi. Tar yang dihasilkan ber0ampur dengan aliran gas di fasa uap sedangkan ash terpisah di bagian bawah reakotr sebagai sisa pembakaran. Tar yang dihasilkan dari gasifikasi batu bara berwujud 0airan hitam yang merupakan 0ampuran kompleks yang tersusun dari berbagai senyawa hidrokarbon berantai panjang. :amun karena aromanya yang tajam dan kurang sedap,
tar sering dianggap sebagai limbah 8=ardhyanti dkk., 2'12).
Tar yang dihasilkan dari proses pirolisis batubara jumlahnya ber7ariasi namun dapat men0apai 1(,#-berat, bergantung pada temperatur operasi pirolisis dan peringkat batubara 8/asal dkk., 2''). Tar batubara diketahui tersusun atas lebih dari $ jenis senyawa kimia. *enyawa-senyawa tersebut antara
lain senyawa aromatik benzoid, senyawa fenolik, senyawa nitrogen heterosiklik, hidrokarbon homosiklik, dan senyawa oksigen heterosiklik. andungan komponen-komponen yang terdapat dalam tar batubara disajikan dalam table 2.2
Tabel 2.2 andungan *enyawa imia dalam tar batubara
No $e%ya&a Ki'ia berat No $e%ya&a Ki'ia berat
1 Benzene '.1-'.( 1( =louranthene (.'-1'.'
2 !ndene '.(-1.( 1 6yrene $.'-.'
$ :aphthalene .(-1.( 1& Benz 8a) anthra0ene '.1-1.'
2 methylnaphthalene '.(-2.( 1 /hrysene '.(-$.'
( 1 methylnaphthalene '.2-1.' 1 Triphenylene '.(-2.'
Biphenyl '.1-1.' 2' Benzo 8a) flouranthene '.(-1.'
& "0enaphthylene '.(-2.( 21 Benzo 8j) flouranthene '.(-2.' "0enaphthene '.(-$.( 22 Benzo 8k) flouranthene '.(-2.'
=lourene 1.'-(.' 2$ Benzo 8e) pyrene '.(-2.'
1' >ethyldibenzofuran '.1-1.' 2 Benzo 8a) pyrene 1.'-$.'
No $e%ya&a Ki'ia berat No $e%ya&a Ki'ia berat 12 "nthra0ene '.(-(.' 2 Benzo perylene 1.'-$.'
1$ /arbazole '.(-2.( 2& "nthathrene '.(.$.'
1 >ethylphenanthrene '.(-1.'
2.1.) Na#tale%a
:aftalena adalah hidrokarbon kristalin aromatik dengan rumus molekul /1'< yang berbentuk padatan berwarna putih. :aftalena adalah salah satu komponen yang termasuk benzena
aromatik hidrokarbon, tetapi tidak termasuk polisiklik. :aftalena bersifat mudah menguap walau dalam bentuk padatan.
:aftalena digunakan sebagai reaksi intermediet dari berbagai reaksi kimia industri, seperti reaksi sulfonasi, polimerisasi, dan neutralisasi. *elain itu, naftalena juga berfungsi sebagai fumigan , surfaktan, dan pelarut pada industry karet.
*aat ini naftalena paling banyak dihasilkan dari destilasi tar batu bara, dan sedikit dari sisa fraksionasi minyak bumi. 6roduksi :aftalena dari tar batu bara paling banyak dilakukan mengingat naftalena adalah senyawa dengan # berat terbesar dalam tar batu bara, kandungannya men0apai .(-1.( # berat. 6emisahan naftalena dari tar batu bara dapat dilakukan dengan metode distilasi fraksionasi.
2.2 $eleksi *roses
2.2.1 +eaktor Gasi#ikasi
5ea0tor gasifikasi terbagi menjadi dua jenis yaitu rea0tor unggun tetap dan rea0tor fluidized bed. *eleksi terhadap kedua jenis rea0tor tersebut akan dipilih berdasarkan produksi tar yang dihasilkan mengingat tar yang dihasilkan dari proses gasifikasi akan digunakan sebagai bahan baku produksi naftalena.
3alam reaktor unggun tetap, bahan bakar akan masuk dari bagian atas reaktor, sedangkan reaktan masuk dari bagian bawah reaktor seperti tampak dalam gambar 2.1. 3alam gambar tampak bahwa gas panas yang dihasilkan mengalir keatas melewati bahan bakar yang belum terbakar
sementara bahan bakar akan terus jatuh ke bawah.
9ambar 2.1 *kema reaktor gasifikasi tipe updraft dan reaktor fluidized bed
euntungan menggunakan reaktor tipe updraft gasifier apabila akan memanfaatkan tar sebagai bahan baku produksi naftalena adalah, sebagai berikut
- 6engoperasiannya *ederhana, sehingga proses lebih murah - produksi tar dapat men0apai 1'-2'# berat
?enis reaktor selanjutnya adalah fluidized bed. Berdasarkan gambar 2.1 6ada reaktor fluidized bed, bahan bakar masuk di bagian atas reaktor, sedangkan pereaksi masuklewat bagian bawah reaktor. 3alam pengoperasiannya, diperlukan fan bertekanan tinggi diperlukan agar bahan bakar dapat terfluidisasi. 6ada reaktor fluidized bed produk gas keluar dari bagian atas reaktor dan abu yang dihasilkan keluar di bagian bawah. :amun, dengan menggunakan reaktor jenis ini produksi tar yang dihasilkan 0enderung sedikit dan memerlukan ongkos yang mahal dalam pengoperasiannya. 6erbandingan kondisi operasi kedua jenis reaktor disajikan dalam table 2.$.
Tabel 2.). 6erbandingan karakteristik asi!ier unggun tetap dan unggun terfluidakan
*ara'eter %ggu% Teta- %ggu% Ter#luidaka%
@kuran umpan (1 mm mm
Toleransi kehalusan partikel Terbatas Baik Toleransi kekasaran partikel *angat baik Baik
ebutuhan oksidan 5endah >enengah
ebutuhan kukus Tinggi >enengah
Temperatur reaksi 1'' A/ '' 1''' A/ Temperatur gas keluar (' '' A/ '' 1''' A/
6roduksi abu ering ering
Cfisiensi gas dingin '# .2#
6roduksi Tar Banyak *edikit
*umber "iman, 200#
3ari perbandingan karakterisitik untuk kedua jenis reaktor, reaktor yang dipilih untuk gasifikasi batu bara adalah jenis fiDed bed. =iDed bed dipilih karena pengoperasiannya yang lebih sederhana, toleransi ukuran umpan yang lebih besar, dan produksi tar yang dihasilkan akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan naftalena.
2.2.2 *roduksi Na#tale%a
:aftalena yang akan diproduksi berbahan baku tar batubara. Berdasarkan table 2.2 kandungan naftalena dalam tar batu bara men0apai .(-1.( # berat. 6roduksi naftalena dari tar batubara dapat dilakukan dengan metode pemisahan komponen berdasarkan perbedaan titik didih yaitu distilasi. >etode pemisahan yang akan dilakukan adalah dengan melakukan distilasi rektifikasi. :amun, sebelum melakukan distilasi rektifikasi perlu dilakukan pengolahan awal untuk memisahkan terlebih dahulu kandungan ammonia liEuor yang terkandung dalam tar batubara.
Berdasarkan table 2., dengan metode distilasi rektifikasi perolehan naftalena yang didapat dapat ditingkatkan melalui refluks berulang seperti yang disajikan pada table 2.
Table 2. a7erage parameters of fra0tions yield ! the 0ourse of re0tifying 0oal
=ra0tion Bleeding temperature 8 ℃ ) Field of fra0tion 8#) /ontent in fra0tion 8#) 5e0o7ery degree 8#)
naphthalene phenols naphthalene phenols
+ight oil @p to 1&' '. 2.' '.( '.12 '.1&
phenol 1&'-21' 1 1 $ .(1 (2.2
:aphthalene 21'-$' 1' 2 2.1 $$.'1
Gash oil 2$'-$'' 1'. 1.( &.2 &.
! "ntra0ene $''-$' .1 2.( '.& .$ .&
!! "ntra0ene $1'-' . 1.( - 1.2
-6it0h - (.-'.' - - -
@ntuk memproduksi naftalena dari tar batu bara dipilih proses dengan metode tersebut diatas. 3ikarenakan dengan menggunakan distilasi rektifikasi, #naftalena yang didapat akan lebih besar. 3engan metode ini dilakukan refluks berulang untuk fraksi light oil dan antrasene. Berdasarkan table 2. pada setiap fraksi sebenarnya masih mengandung 2 senyawa besar yaitu naftalena dan phenol. 4leh karena itu, dengan melakukan refluks berulang pada fraksi light oil dan antrasene akan dihasilkan #re0o7ery degree fraksi naftalena dan phenol yang lebih besar.
2.2.) $eleksi *roses *roduksi istrik
*yn gas yang dihasilkan melalui proses gasifikasi batubara akan digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik. +istrik yang dihasilkan akan digunakan sebagian untuk utilitas pabrik
dan sebagian untuk dijual ke 6+:. 6roses pembangkitan listrik menggunakan syn gas dapat dilakukan dengan menggunakan generator atau teknologi !9//8integrated gasifi0ation 0ombined 0y0le).
9ambar 2.$ >ekanisme kerja pembangkitan listrik dengan !9//
*umber http''allabo(tchemen)blospot)co)id'2011'0#'interated*coal*asi!ication* combined)html , 2'11
>ekanisme pembangkitan listrik seperti yang ditunjukkan di gambar 2. mula-ula dilakukan pembakaran syn gas dengan udara panas untuk menggerakan turbin gas, gas buang yang dihasilkan dari turbin gas dimanfaatkan dengan menggunakan heat re0o7ery steam generator dan bersamaan dengan dialirkannya high pressure steam ke heat re0o7ery steam generator akan membangkitkan uap sehingga akan menggerakan turbin uap. erja yang dhasilkan dari turbin gas dan turbin uap selanjutnya akan mengaktifkan generator sehingga dapat menghasilkan listrik dengan kapasitas yang 0ukup besar.
6ada pabrik naftalena yang akan dibangun, alat pembangkit listrik yang dipilih adalah turbin gas dan turbin uap dengan metode !9//. 6emilihan ini berdasarkan kapasitas listrik yang dihasilkan oleh metode !9// lebih besar dibandingkan pembangkitan listrik menggunakan generator. *elain itu, dengan menggunakan teknologi !9// ini memiliki kelebihan dibandingkan pembangkitan listrik dengan menggunakan teknologi lainnya. elebihan menggunakan teknologi !9// yaitu dalam hal bahan bakar tidak ada pembatas untuk tipe, ukuran dan kandungan abu dari batubara yang digunakan. 3alam hal lingkungan emisi *42, :4H, /42 serta debu dapat dikurangi tanpa penambahan peralatan tambahan seperti de-*4H dan de-:4H dan juga limbah 0air, serta luas tanah yang
dibutuhkan juga berkurang. 3isamping itu Cfisiensi pembangkit listrik !/99 berkisar antara $ - ( # yang lebih tinggi ( - 1' # dibandingkan 6+T@ batubara kon7ensional. <al ini dimungkinkan dengan adanya proses gasifikasi sehingga energi yang terkandung dalam batubara dapat digunakan se0ara efektif dan digunakannya <5*9 untuk membentuk suatu daur kombinasi antara turbin gas dan turbin uap.
2.2 /etodologi (ta0a-a% -roses"
6roses untuk menghasilkan naftalena dari tar batubara terdiri dari beberapa tahapan proses seperti ditunjukkan dalam 9ambar 2.$.
9ambar 2.$ 3iagram tahapan proses produksi naftalena dari batubara 6enjelasan untuk tahapan proses di atas sebagai berikut
1. Ta0a- -ersia-a% batubara
6roses pembuatan naftalena dari distilasi tar batubara dimulai dengan tahap persiapan batubara sebelum masuk ke reaktor gasifikasi. Tahap persiapan batubara ini bertujuan untuk
memaksimalkan kondisi umpan dengan 0ara menghan0urkan bongkahan batubara di 0rusher hingga didapat ukuran $-((mm. *etelah itu batubara siap memasuki gasifier se0ara semi-kontinyu.
2. Ta0a- Gasi#ikasi Batubara
Batubara sebagai bahan bakar masuk lewat bagian atas rea0tor. 6ereaksi berupa udara diumpankan dari bagian bawah rea0tor se0ara 0ounter 0urrent.dimana udara kontak langsung dengan batu bara dan terjadi reaksi. 5ea0tor merupakan jenis updraft fiDed bed gasifier. 6roses gasifikasi berlangsung pada suhu dan tekanan sebesar 1'' ℃ 6ada proses gasifikasi ini akan dihasilkan gas sintesis meliputi /4, <2, /42, /<, <2*, dan <24 juga dihasilkan tar yang terbawa bersama aliran gas. *elain itu pada tahap gasifikasi juga dihasilkan ash yang keluar dibagian bawah gasifier.
). Ta0a- -e%gola0a% a&al tar batubara
Tar yang dihasilkan pada saat gasifikasi masih ber0ampur dengan syn gas gasifikasi, sehingga tar harus dipisahkan. "liran gas dan tar yang masih berupa uap didinginkan di 0ooler untuk merubah fasa tar menjadi 0air. *etelah didinginkan, 0airan tar bersama aliran gas masuk ele0tri0 presipitator. 3i ele0tri0 pre0ipitator, tar akan terpisah dari syn gas. Tar yang keluar ele0tri0 pre0ipitaor ditampung di 0olle0ting tank. Tar dalam 0olle0ting tank akan diolah untuk mendapatkan kandungan naftalena yang banyak terdapat dalam tar batubara.
. Ta0a- -e'isa0a% %a#tale%
@ntuk mendapatkan naftalen mula-mula-mula dilakukan dekantasi tar untuk memisahkan tar dari kandungan air. *elanjutnya tar di furna0e dengan suhu keluaran produk 11(-1$' ℃ . *etelah di furna0e, tar di e7aporasi tahap pertama untuk memisahkan light oil di fraksi atas dan dewatered 0oal tar di fraksi bawah. +ight oil yang dihasilkan didinginkan di 0ondenser
Syn gas Pembangkita n listrik Pemurnian syn gas Gasifkasi Persiapan Coal tar Pengolahan awal Pemisahan natalena
untuk selanjutnya dipisahkan kandungan ammonia water dalam light oil. "mmonia water akan ditampung di 0olle0ting tank dan akan dikembalikan ke de0anter. +ight oil yang keluar dari separator selanjutnya ditampung dalam 0olle0ting tank. arena 3ewatered 0oal tar yang terpisah pada tahap pertama e7aporasi masih mengandung sedikit kandungan naftalaen, maka dewatered 0oal tar ditampung dalam 0olle0ting tank dan dilakukan dekantasi kembali. *elanjutnya dewatered 0oal tar ini di furna0e tahap 2 hingga suhu keluaran produk $'-''
℃
.
setelah itu, dilakukan e7aporasi tahap kedua untuk memisahkan kandungan light oil yang mengandung naftalen di fraksi atas dan pit0h yang terpisah sebagai produk bawah.
+ight oil dari 2nd e7aporator yang mengandung fraksi naftalena masuk ke kolom distilasi rektifikasi. 6ada kolom akan terpisah fraksi besar berdasarkan titi didih yang paling rendah dibagian atas koom yaitu light oil, fenol, naftalena, wash oil, dan antrasene. =raksi light oil dan antrasene yang keluar dari kolom, masing-masing di refluks. 5efluks light oli dilakukan dengan men0ampur light oil dari keluaran separator. 5efluks antrasene dilakukan dengan mengembalikan antrasene yang masih mengandung naftalene ke 2nd e7aporator. 3engan
dilakukan refluks tersebut re0o7ery degree fraksi naftalena menjadi 2,1# dari total kandungan naftalena yang terkandung dalam 0oal tar.
(. Tahap pemurnian 6roduk
:afalen sebagai produk utama mula-mula didinginkan dalam 0ondenser. *elanjutnya dilakukan pemurnian hingga didapat naftalen serbuk dengan kadar (#
. Tahap pemurnian gas dari kandungan sulfur
Tahap ini dimulai dengan pemanasan gas pada 1'$ ℃ dan 11' bar, *elanjutnya gas sintesis masuk ke kolom absorbsi untuk dilakukan pemisahan . *elanjutnya >3C", <2*, dan
/42 masuk ke stripper 1'' ℉ dan 1'' psia. 6emurnian gas dalam stripper
menggunakan /laus 6ro0ess. 3engan menggunakan 0laus pro0ess &# kandungan sulfur dalam gas dapat dihilangkan sedangkan <2* yang tidak bereaksi akan dikembalikan ke gasifier. 5eaksi penghilangan sulfur dengan 0laus proses adalah
2 <2* ; 42 I 2 * ; 2 <24 &. Tahap pembangkitan listrik
*etelah melalui tahap pemurnian gas dari kandungan sulfur. *yn gas yang sudah bersih ini dibakar di ruang bakar dan kemudian gas hasil pembakaran disalurkan ke dalam turbin gas untuk menggerakkan generator. 9as buang dari turbin gas dimanfaatkan dengan menggunakan <5*9 8<eat 5e0o7ery *team 9enerator) untuk membangkitkan uap. @ap dari <5*9 8setelah turbin gas) digabungkan dengan uap dari <5*9 8setelah reaktor gasifikasi) digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang akan menggerakkan generator sehingga dapat menghasilkan listrik.
