BAB II DASAR TEORI. 2.1 Pengertian Tentang gas. A. Gas

“Pemanfaatn coke oven gas untuk dipakai sebagai bahan bakar gas heater”

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Tentang gas A. Gas Gas adalah suatu fase benda dalam ikatan molekul yang sangat renggang pada suhu tertentu, biasanya titik uap suatu zat. Gas mempunyai kemampuan untuk mengalir dan dapat berubah bentuk. Namun berbeda dari cairan yang mengisi pada besaran volume tertentu, gas selalu mengisi suatu volume ruang, mereka mengembang dan mengisi ruang di manapun mereka berada. Tenaga gerak/energi kinetis dalam suatu gas adalah bentuk zat terhebat kedua (setelah plasma). Karena penambahan energi kinetis ini, atom-atom gas dan molekul sering memantul antara satu sama lain, apalagi jika energi kinetis ini semakin bertambah. Kata "gas" kemungkinan diciptakan oleh seorang kimiawan Flandria sebagai pengejaan ulang dari pelafalannya untuk kata Yunani, chaos (kekacauan) B. Gas alam Gas alam sering juga disebut sebagai gas bumi atau gas rawa, adalah bahan bakar fosil berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana (CH4). Ia dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara. Ketika gas yang kaya dengan metana diproduksi melalui pembusukan oleh bakteri anaerobik dari bahan-bahan organik selain dari fosil, maka ia disebut biogas. Sumber biogas dapat ditemukan di rawa-rawa, tempat pembuangan akhir sampah, serta penampungan kotoran manusia dan hewan. Saat ini cadangan gas alam yang dimiliki Indonesia diperkirakan sebesar 134,0 triliun kaki kubik (TCF) yang tersebar di Aceh, Sumatera Utara, Sumatera Tengah, Sumatera Selatan, Jawa Tugas Akhir

5 http://digilib.mercubuana.ac.id/


6

Barat, Jawa Tengah, Jawa Timur, Kalimantan Timur, Natuna, Sulawesi Selatan, dan Papua. Meski cadangan sangat besar, kemampuan untuk memproduksi gas tersebut masih sangat terbatas sehingga Indonesia setiap tahun hanya memproduksi gas sekitar 3 TCF. Poduksi gas alam tercatat sebesar 8,6 miliar kaki kubik per hari, dimana 6,6 miliar kaki kubik dari produksi tersebut digunakan untuk ekspor dan sisanya sebesar 2,0 miliar kaki kubik untuk memenuhi kebutuhan

dalam

negeri

yaitu

untuk

keperluan

fertilizers,

refinery,

petrochemicals, LPG domestik, PGN, PLN, dan industri lainnya. Penerimaan negara dari gas alam rata-rata sebesar 10% dari total penerimaan negara, dan 80% dari jumlah tersebut berasal dari ekspor. Komponen utama dalam gas alam adalah metana (CHsub>4), yang merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam juga mengandung molekul-molekul hidrokarbon yang lebih berat seperti etana (C2H6), propana (C3H8) dan butana (C4H10), selain juga gasgas yang mengandung sulfur (belerang). C. LNG (Liquefied natural gas) Gas alam cair (LNG) adalah gas alam yang telah diproses untuk menghilangkan

ketidakmurnian

dan

hidrokarbon

berat

dan

kemudian

dikondensasi menjadi cairan pada tekanan atmosfer dengan mendinginkannya sekitar -162 °C. Untuk mendinginkan ini diperlukan energi, yang biasanya diwujudkan oleh alat yang disebut refrigerator. Perubahan wujud juga dapat dilakukan dengan meningkatkan tekanan gas metana (menjadi LNG) dan gas propana (menjadi LPG). Pada temperatur kamar (25 °C) metana akan mulai mencair pada 6.64 bar atau 92.78 psia sementara propana mulai mencair pada 6.31 bar. LNG memiliki isi sekitar 1/600 dari gas alam pada suhu dan tekanan standar, membuatnya lebih hemat untuk transportasi jarak jauh. LNG memiliki kepadatan energi yang sebanding dengan bahan bakar petrol dan diesel. Pembakaran satu meter kubik gas alam komersial menghasilkan 38 MJ (10.6 kWh). LNG menghasilkan polusi yang lebih sedikit, tetapi biaya produksi yang relatif tinggi dan kebutuhan penyimpanannya yang menggunakan tangki cryogenic yang mahal telah mencegah penggunaannya dalam aplikasi komersial. Kepadatan LNG kira-

Tugas Akhir

http://digilib.mercubuana.ac.id/


7

kira 0,41-0,5 kg/L, tergantung suhu, tekanan, dan komposisi. Sebagai perbandingan, air memiliki kepadatan 1,0 kg/L. Kondisi yang dibutuhkan untuk memadatkan gas alam bergantung dari komposisi dari gas itu sendiri, pasar yang akan menerima serta proses yang digunakan, namun umumnya menggunakan suhu sekitar 120 dan -170 °C (methana murni menjadi cair pada suhu -161.6 °C) dengan tekanan antara 101 dan 6000 [kilopascal|kPa] (14.7 dan 870 lbf/in²). Gas alam bertekanan tinggi yang telah didapat kemudian diturunkan tekanannya untuk penyimpanan dan pengiriman. D. LPG (Liquefied Petroleum Gas) LPG (harafiah: "gas minyak bumi yang dicairkan"), adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair. Komponennya didominasi propana (C3H8) dan butana (C4H10). Elpiji juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12). Istilah LPG dan LNG adalah pengistilahan umum untuk gas yang di cairkan baik oleh manusia atau karena keadaan alam. LPG merupakan gas petrol hasil olahan minyak bumi yang dicairkan dengan komponen utama propana dan butana, sedangkan LNG adalah gas cair dengan komponen utama metana. Titik didih LPG pada tekanan atmosfer adalah -42 °C. Titik didih metana, propana dan butana berada di bawah nol derajat karena pada kondisi ruangan dalam fasa gas. Jadi ketika perpindahan ke fasa cair (titik embun = titik didih) berlangsung di bawah temperatur kamar. Dalam kondisi atmosfer, elpiji akan berbentuk gas. Volume elpiji dalam bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji dipasarkan dalam bentuk cair dalam tabungtabung logam bertekanan. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung elpiji tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasaya sekitar 250:1. Tekanan di mana elpiji berbentuk cair, dinamakan tekanan uap-nya, juga bervariasi tergantung komposisi

Tugas Akhir



8

dan temperatur; sebagai contoh, dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2 bar) bagi butana murni pada 20 °C (68 °F) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propana murni pada 55 °C (131 °F). Menurut spesifikasinya, elpiji dibagi menjadi tiga jenis yaitu elpiji campuran, elpiji propana dan elpiji butana. Spesifikasi masing-masing elpiji tercantum dalam keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi Nomor: 25K/36/DDJM/1990. Elpiji yang dipasarkan Pertamina adalah elpiji campuran. Sifat elpiji terutama adalah sebagai berikut: 1. Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar. 2. Gas tidak beracun, tidak berwarna dan biasanya berbau menyengat. 3. Gas dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam tangki atau silinder. 4. Cairan dapat menguap jika dilepas dan menyebar dengan cepat. 5. Gas ini lebih berat dibanding udara sehingga akan banyak menempati daerah yang rendah. E. NGH (natural gas hydrate) NGH (natural gas hydrate) adalah kristal es yang terbentuk dimana lapisan es menutupi molekul gas yang terjebak didalamnya. NGH stabil pada tekanan tinggi dan suhu rendah, dan terjadi secara alami di dasar laut yang bertekanan tinggi dan bersuhu rendah pada kedalaman 150-2000 meter dibawah permukaan air laut. Eksplorasi NGH dari dasar laut masih memerlukan 30-40 tahun untuk menjadi ekonomis, yaitu pada saat cadangan energi fosil telah habis. NGH juga terjadi sebagai problem pada pipa saluran gas alam bertekanan tinggi didaerah yang dingin. Terbentuknya NGH dapat menghambat aliran gas pada pipa. Pada saat ini penelitian NGH banyak dilakukan sebagai alternatif sistem pengangkutan dan penyimpanan gas alam, yang selama ini didominasi oleh sistem pemipaan dan gas alam cair (liquefied natural gas, LNG). Dalam sistem gas alam padat, NGH diproduksi dari percampuran gas alam dengan air untuk membentuk kristal es. Gas alam padat terjadi ketika beberapa partikel kecil dari gas seperti metana, etana, dan propana, menstabilkan ikatan hidrogen dengan air untuk membentuk struktur sangkar 3 dimensi dengan molekul gas alam terjebak dalam sangkar tersebut. Sebuah sangkar terbuat dari beberapa molekul air yang terikat oleh ikatan hidrogen. Tipe ini dikenal dengan nama clathrates. Gas alam padat

Tugas Akhir



9

diperkirakan akan menjadi media baru untuk penyimpanan dan transportasi gas, sebab memiliki stabilitas yang tinggi pada suhu dibawah 0 oC pada tekanan atmosfer. Kestabilan tersebut disebabkan lapisen es yang terjadi pada saat hidrat terurai (terdisosiasi), lapisan es tersebut menutupi hidrat dan mencegah penguraian lebih lanjut. NGH lebih padat dari gas alam, 1 meter kubik NGH setara dengan 170 m3 dari gas alam pada tekaan 1 atm, pada suhu 25 oC. Sistem gas alam padat meliputi 3 step yaitu, produksi, transportasi dan gasifikasi ulang. Investasi yang digunakan untuk membangun sistem gas alam padat jauh lebih murah dari pada gas alam cair. Dengan sistem gas alam padat, ladang-ladang minyak dengan kapasitas kecil yang tidak memungkinkan diekploitasi dengan sistem gas alam cair dapat dimanfaatkan 2.2 Komposisi kimia Komponen utama dalam gas alam adalah metana (CH4), yang merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam juga mengandung molekul-molekul hidrokarbon yang lebih berat seperti etana (C2H6), propana (C3H8) dan butana (C4H10), selain juga gas-gas yang mengandung sulfur (belerang). Gas alam juga merupakan sumber utama untuk sumber gas helium. Metana adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global ketika terlepas ke atmosfer, dan umumnya dianggap sebagai polutan ketimbang sumber energi yang berguna. Meskipun begitu, metana di atmosfer bereaksi dengan ozon, memproduksi karbon dioksida dan air, sehingga efek rumah kaca dari metana yang terlepas ke udara relatif hanya berlangsung sesaat. Sumber metana yang berasal dari makhluk hidup kebanyakan berasal dari rayap, ternak (mamalia) dan pertanian (diperkirakan kadar emisinya sekitar 15, 75 dan 100 juta ton per tahun secara berturut-turut)

.

Tugas Akhir



Komponen

%

Metana (CH4)

80-95

Etana (C2H6)

5-15

10

Propana (C3H8) and Butana (C4H10) < 5

Nitrogen, helium, karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S), dan air dapat juga terkandung di dalam gas alam. Merkuri dapat juga terkandung dalam jumlah kecil. Komposisi gas alam bervariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya. Campuran organosulfur dan hidrogen sulfida adalah kontaminan (pengotor) utama dari gas yang harus dipisahkan . Gas dengan jumlah pengotor sulfur yang signifikan dinamakan sour gas dan sering disebut juga sebagai "acid gas (gas asam)". Gas alam yang telah diproses dan akan dijual bersifat tidak berasa dan tidak berbau. Akan tetapi, sebelum gas tersebut didistribusikan ke pengguna akhir, biasanya gas tersebut diberi bau dengan menambahkan thiol, agar dapat terdeteksi bila terjadi kebocoran gas. Gas alam yang telah diproses itu sendiri sebenarnya tidak berbahaya, akan tetapi gas alam tanpa proses dapat menyebabkan tercekiknya pernapasan karena ia dapat mengurangi kandungan oksigen di udara pada level yang dapat membahayakan. Gas alam dapat berbahaya karena sifatnya yang sangat mudah terbakar dan menimbulkan ledakan. Gas alam lebih ringan dari udara, sehingga cenderung mudah tersebar di atmosfer. Akan tetapi bila ia berada dalam ruang tertutup, seperti dalam rumah, konsentrasi gas dapat mencapai titik campuran yang mudah meledak, yang jika tersulut api, dapat menyebabkan ledakan yang dapat menghancurkan bangunan. Kandungan metana yang berbahaya di udara adalah antara 5% hingga 15%.

Tugas Akhir



Ledakan

untuk

gas

alam

terkompresi

di

11

kendaraan,

umumnya

tidak

mengkhawatirkan karena sifatnya yang lebih ringan, dan konsentrasi yang di luar rentang 5 - 15% yang dapat menimbulkan ledakan. 2.3 Nilai Kalor Bahan Bakar Sebagai mana yang telah disebutkan diatas bahwa bahan bakar adalah bahan yang dikonsumsikan untuk menghasilkan sejumlah energi panas, di dalam proses pembakaran didapat suhu yang tinggi dari hasil proses tersebut, dan karena perbedaan suhu antara titik dimana proses pembakaran terjadi dan lingkungannya maka terjadi perpindahan energi yang berupa panas. Jumlah enegi maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna persatuan masa atau volume bahan bakar didefinisikan sebagai nilai kalor bahan bakar . Ditinjau dari H2O yang merupakan salah satu produk proses pembakaran nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan atas : a.

Nilai kalor atas (NKA) yaitu bila nilai produk pembakaran dalam fase cair (jenuh).

b.

Nilai kalor bawah (NKB) jika H2O produk pembakaran dalam fase gas Selisih antara NKA dan NKB merupakan panas laten penguapan total masa air

yang dihasilkan oleh proses pembakaran satu satuan massa atau volume suatu bahan bakar Nilai kalor dari bahan bakar diesel dapat diukur dengan bom kalori meter . untuk memproleh perkiraan nilai panasnya bisa dipakai rumus empiris dibawah ini HHV = 18650 + 40 ( API - 10 )

btu/lb

Cetane rating adalah suatu indek yang biasa dipergunakan bagi bahan bakar motor diesel, untuk menunjukkan tingkat kepekaan terhadap denotasi. Cetane normal (C16H34) dan -metyl napta lena (C10H7CH3) dipergunakan sebagai bahan bakar standar pengukur , berturut turut menunjukkan bahan bakar yang sukar dan mudah berdenotasi Tugas Akhir



Bahan

bakar

diesel

merupakan

pencampuran

12

dari

hidrokarbon

penyulingan ringan (light distillate hydrocarbons) dengan titik didih yang lebih tinggi dari bensin. (Bahan bakar yang di jual di pasaran adalah dari hasil distilasi langsung (straight-run), perengkahan (cracking) atau merupakan campuran (blending). Secara umum pengamatan yang dapat dilakukan terhadap bahan bakar diesel adalah mengenai: 1.

Karakteristik ketukan: bahan bakar diesel harus mempunyai cetane rating (angka cetana) yang cukup tinggi untuk menghindari knocking.

2.

Karakteristik starting: bahan bakar dapat memberikan/membuat mesin mudah distart dengan demikian bahan bakar harus mempunyai tingkat volatility yang tinggi, membentuk campuran yang mudah terbakar dengan cepat , cetane rating yang tinggi sehingga suhu penyalaannya rendah.

3.

Asap dan bau: bahan bakar harus tidak mempunyai kecenderungan membentuk asap dan berbau pada gas buangnya. Secara umum bahan bakar yang mempunyai volatility (kemampuan penguapan) yang baik akan terbakar dengan cukup sempurna hingga tidak terbentuk asap.

4.

Korosi dan keausan: bahan bakar harus tidak menyebabkan korosi sebelum pembakaran atau korosi dan keausan sesudah pembakaran. Hal ini berhubungan dengan kandungan belerang, abu dan residu dalam bahan bakar.

5.

Mudah di handle: bahan bakar harus mudah mengalir dan mempunyai titik nyala (flash point) yang tinggi supaya aman. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas, perlu dilakukan uji pada

bahan bakar diesel meliputi: 1.

Viskositas Viskositas bahan bakar mempunyai pengaruh yang besar terhadap bentuk dari

semprotan bahan bakar. Dimana untuk bahan bakar dengan viskositas yang tinggi akan memberikan atomisasi yang rendah sehingga memberikan hasil mesin sulit distart dan gas buang yang berasap. Jika viskositas bahan bakar rendah akan terjadi kebocoran pada pompa bahan bakarnya dan mempercepat keausan pada

Tugas Akhir



13

komponen pompa dan injektor bahan bakar. Untuk mesin dengan kecepatan tinggi diinginkan bahan bakar dengan SU Viscosity 35 – 75 sec (60 ml pada suhu 100oF). 2.

Belerang Diketahui bahwa kadar belerang dalam bahan bakar adalah penyebab keausan

pada bagian-bagian mesin, karena dalam proses pembakaran dengan jumlah pemasukan (excess) udara yang besar akan terbentuk belerang trioksida (SO3) yang apabila bereaksi dengan minyak pelumas akan membentuk varnish yang keras dan juga karbon, yang apabila bereaksi dengan H2O akan membentuk asam belerang. Keausan terjadi karena asam yang korosif dan gerusan oleh material karbon yang terbentuk. Kandungan belerang dibatasi secara ekonomis sampai 0,5%. 3.

Residu Karbon Apabila bahan bakar dibakar dengan sejumlah oksigen yang terbatas akan

menghasilkan residu berupa karbon. Residu karbon yang tinggi akan membentuk deposit pada ruang bakar. Untuk mengukur residu karbon dilakukan dengan Conradson Carbon Test dimana bahan bakar dipanaskan pada suhu tinggi dalam waktu yang lama, sebagian dari bahan yang tersisa merupakan residu karbon. Untuk light distillate oil kira-kira 10% dari bahan yang tersisa merupakan residu karbon. 4.

Abu (ash) Abu merupakan residu dari bahan bakar yang tidak bisa dibakar, merupakan

penyebab keausan karena abrasiveness dari abu. 5.

Air dan Sedium Kebersihan dari bahan bakar diesel merupakan syarat mutlak, karena kotoran

dan air adalah penyebab keausan pada sistem pompa bakarnya. Air garam terutama merupakan bahan yang korosif. 6.

Flash Point Flash Point (titik penyalaan) merupakan faktor penting untuk keamanan

terhadap kebakaran. Minyak bakar mempunyai flash point 150 – 300 oF.

Tugas Akhir



7.

14

Distillation Untuk mengetahui tingkat volatility dari bahan bakar salah satunya diukur

dengan cara distilasi. Suhu dimana seluruh bahan bakar habis diuapkan (hingga tertinggal residu) dinamakan end-point temperature. Karakteristik yang paling penting adalah suhu yang rendah untuk 50%,90% distilasi dan end-point temperature, dimana diinginkan end-point temperature kurang dari 700 oF. 8.

Ignition Quality Kemampuan bahan bakar untuk mudah dinyalakan disebut ignition quality.

Untuk mengkorelasikan antara sifat fisis dari bahan bakar dan cetane rating, digunakan angka indeks yaitu Diesel index, karena bahan bakar paraffin mempunyai cetane rating yang tinggi maka bisa disimpulkan bahwa adanya paraffin compound dalam bahan bakar berhubungan dengan ignition quality. Diesel Index dan cetane rating dari bahan bakar untuk diesel putaran tinggi adalah 40 – 60, dimana angka cetana kurang dari 40 akan terjadi knocking. Angka cetana pada bahan bakar diesel merupakan bilangan yang menyatakan perlambatan penyalaan (ignition delay) dibandingkan dengan campuran volumetric cetana dan alpha methyl naphthalene pada mesin CFR Engine dibawah kondisi yang sama. Kemampuan bahan bakar untuk tidak berdetonasi secara kasar merupakan kesebandingan dengan temperatur penyalaan sendiri (self-ignition temperature), sehingga bahan bakar yang kurang baik untuk motor bensin merupakan bahan bakar yang baik untuk motor diesel. Dalam hal ini hexadecane (cetana) – C10H34 mempunyai temperatur penyalaan sendiri yang rendah merupakan bahan bakar yang bagus untuk mesin diesel.

2.4 Peyimpanan dan transportasi gas alam Metode penyimpanan

gas

alam dilakukan

dengan

"Natural

Gas

Underground Storage", yakni suatu ruangan raksasa di bawah tanah yang lazim disebut sebagai "salt dome" yakni kubah-kubah di bawah tanah yang terjadi dari reservoir sumber-sumber gas alam yang telah depleted. Hal ini sangat tepat untuk

Tugas Akhir



15

negeri 4 musim. Pada musim panas saat pemakaian gas untuk pemanas jauh berkurang (low demand), gas alam diinjeksikan melalui kompresor-kompresor gas kedalam kubah di dalam tanah tersebut. Pada musim dingin, dimana terjadi kebutuhan yang sangat signifikan, gas alam yang disimpan di dalam kubah bawah tanah dikeluarkan untuk disalurkan kepada konsumen yang membutuhkan. Bagi perusahaan (operator) penyedia gas alam, cara ini sangat membantu untuk menjaga stabilitas operasional pasokan gas alam melalui jaringan pipa gas alam. Pada dasarnya sistem transportasi gas alam meliputi : 

Transportasi melalui pipa salur.



Transportasi dalam bentuk Liquefied Natural Gas (LNG) dengan kapal tanker LNG untuk pengangkutan jarak jauh.



Transportasi dalam bentuk Compressed Natural Gas (CNG), baik di daratan dengan road tanker maupun dengan kapal tanker CNG di laut, untuk jarak dekat dan menengah (antar pulau). Di Indonesia, Badan Pengatur Hilir Migas (BPH Hilir Migas) telah

menyusun Master Plan "Sistem Jaringan Induk Transmisi Gas Nasional Terpadu". Dalam waktu yang tidak lama lagi sistem jaringan pipa gas alam akan membentang sambung menyambung dari Aceh-Sumatera Utara-Sumatera Tengah-Sumatera Selatan-Jawa-Sulawesi dan Kalimantan. Saat ini jaringan pipa gas di Indonesia dimiliki oleh PERTAMINA dan PGN dan masih terlokalisir terpisah-pisah pada daerah-daerah tertentu, misalnya di Sumatera Utara, Sumatera Tengah, Sumatera Selatan, Jawa Barat, Jawa Timur dan Kalimantan Timur. Carrier LNG dapat digunakan untuk mentransportasi gas alam cair (liquefied natural gas, LNG) menyebrangi samudra, sedangkan truk tangki dapat membawa gasa alam cair atau gas alam terkompresi (compressed natural gas, CNG) dalam jarak dekat. Mereka dapat mentransportasi gas alam secara langsung ke pengguna-akhir atau ke titik distribusi, seperti jalur pipa untuk transportasi lebih lanjut. Hal ini masih membutuhkan biaya yang besar untuk fasilitas

Tugas Akhir



16

tambahan untuk pencairan gas atau kompresi di titik produksi, dan penggasan atau dekompresi di titik pengguna-akhir atau ke jalur pipa. 2.5 Coke Oven Plant Coke Oven Plant adalah sebuah pabrik yang memproduksi kokas. Kokas adalah batu bara yang sudah diproses sehingga kadar karbon yang terkandung meningkat dari 64%-66% menjadi >90%. Kokas digunakan sebagai bahan baku dalam proses pembuatan besi panas (Hot Metal) di Blast Furnace Plant. Coke berfungsi sebagai reduktor dan burden material di Blast Furnace dan sebagai solid fuel di Sintering Plant. Berdasarkan spesific consumption Blast Furnace terhadap Coke dan PCI coal sebesar 400 kg/tHM dan 150 kg/tHM dan kebutuhan Sintering Plant sebesar 60 kg/t Sinter, maka kapasitas produksi Coke Oven Plant ditentukan sebesar 555,000 tpa. Adapun kekurangan solid fuel di Sintering Plant akan dipenuhi dengan Anthracite. Berikut adalah tabel perhitungan kapasitas dan skema alur proses produksi Coke Oven Plant: Coke Oven Plant juga menghasilkan Coke Oven Gas sebagai hasil samping dari proses pemasakan (Oven) batu bara. Coke Oven Gas adalah gas yang terbentuk dari proses pemasakan batu bara di dalam oven chamber. Coke oven gas akan digunakan sebagai bahan bakar diinternal Coke Oven Plant. Coke Oven Gas mengandung zat-zat pengotor yang masih perlu dimurnikan hingga menjadi Clean Coke Oven Gas sebelum digunakan menjadi bahan bakar. Pemurnian Coke Oven Gas dilakukan di By Product Plant yang masih dalam ruang lingkup Coke Oven Plant.

Tugas Akhir



17

Tabel 2.1 Kapasitas Coke Oven Plant Consumption (kg/ton)

Kapasitas

Jumlah

(ton/tahun)

(ton/tahun)

Blast Furnace Coke

400 kg/tHM

1.200.000

480.000

Sintering Plant Coke (fines)

60 kg/t Sinter

1.780.000

106.000

Keterangan

Total

586.800

Kapasitas COP

555.000 Kebutuhan Antharcite

31.800

COKE OVEN PLANT

Crude Coke Oven Gas

PDS + Tannin Extract 6.1 tpy

27.800 Ncmh

Sulfuric Acid 5.060 tpy Sodium Hydroxide 797 tpy

Coking Coal (wet) 833.544 tpy

Wash Oil 550 tpy Utility

Coke Oven Battery

Byproduct Plant

Electricity

Industrial Gas

Sulfur 1.170 tpy

Fuel Blast Furnance Gas 54.742 Ncmh Coke Oven Gas 4.660 Ncmh

27.800 Ncmh

Coal Tar 24.200 tpy

Clean Coke Oven Gas

Water

Amonium Sulfate 6.600 tpy Crude Benzol 6.550 tpy

Coke 555.140 tpy COG to Gas Network

Gambar 2.1 Alur Proses Produksi Coke Oven Plant (Sumber : MCC CERRI basic engineering)

2.5.1 Material Input Bahan baku utama di Coke Oven Plant adalah Coking Coal. Coking Coal merupakan jenis batubara yang termasuk dalam kelas Bituminous. Coal

Tugas Akhir



18

jenis ini memiliki nilai kalori lebih dari 6.000 kCal/kg dan berwarna gelap mengkilat. Coking coal dibagi menjadi beberapa jenis yaitu hard coking coal, semi-soft coking coal, dan soft coking coal. Bahan baku yang digunakan di Coke Oven Plant merupakan campuran (blending) dari jenis coal tersebut untuk mendapatkan kualitas coke dan production cost yang optimal. Dengan yield produksi sebesar 74% dan moisture content dalam bahan baku sebesar 12% maka coking coal yang dibutuhkan untuk menghasilkan 555.000 tpy coke adalah sebesar 833.544 tpy (wet). Tabel 2.2 Spesifikasi Coking Coal Parameter Total Moisture (As Received)

Nilai 12% max

Proximate Analysis (Air Dried Basis) Moisture

2% max

Volatile Matter

24% max

Ash

9% max

Fixed Carbon

64% min

Total Sulphur (Air Dried Basis)

0.6% max

Phosphorus

0.04% max

Crucible Swelling Number

7–9

Mean Maximum Reflectance

1.1 – 1.5%

Coke Strength after Reaction

65% min

Coke Reactivity Index

24% max

M40

80% min

M10

6% max

Selain bahan baku utama, dalam proses produksi Coke Oven Plant juga diperlukan material-material tambahan (consumable materials). Material ini pada umumnya digunakan pada proses gas cleaning di Byproduct Plant.

Tugas Akhir



19

Tabel 2.3 Kebutuhan Consumables Material COP Material

Jumlah

Keterangan

Asam Sulfat (H2SO4)

5.060 tpa

98%

Soda Kaustik (NaOH)

797 tpa

48%

PDS + Tannin Extract

6,1 tpa

-

Wash Oil

550 tpy

-

2.5.2 Produk Coke Oven Plant a) Kokas atau Coke Coking coal yang mengalami proses pemanasan dalam oven akan berubah baik dari mechanical properties dan chemical composition nya. Kualitas coke sangat berpengaruh dalam proses produksi Hot Metal di Blast Furnace, sehingga parameter mulai dari bahan baku, proses utama, dan handling produk perlu diperhatikan. Tabel 2.4 Kualitas Produk Kokas Item

Value

Ash content

≤ 12 %

Moisture content

≤3%

Volatile matter

<1%

Coke strength: M10

< 6.0 %

M40

> 84 %

CSR

> 65 %

CRI

< 25%

Coke size: BF Coke

> 35 mm

Nut Coke

15 to 35 mm

Coke Breeze

0 to 15 mm

Tugas Akhir



20

b) Produk Samping atau By Product By Product Coke Oven Plant pada dasarnya adalah impurities yang telah dipisahkan dari coke oven gas. Impurities ini perlu dipisahkan untuk memenuhi persyaratan keselamatan lingkungan dan untuk memperoleh benefit dari penjualan byproduct.

Tabel 2.5 Produk Samping Coke Oven Plant By product

Jumlah

Keterangan

Coal Tar

24.200 tpy

Liquid

Sulfur

1.170 tpy

Solid, 81% purity

Amonium Sulfate

6.600 tpy

Solid powder

Crude Benzol

6.550 tpy

Liquid (Benzene, Toluene, Xylene Mixture)

c) Coke Oven Gas Coke Oven Gas terbentuk pada saat pemanasan coking coal didalam oven. Kandungan volatile matter dalam coal akan menguap seiring proses pemanasan dan gas yang terbentuk disebut crude oke oven gas. Selanjutnya, gas ini akan dipisahkan dari pengotor di By product plant sehingga dihasilkan clean coke oven gas. Tabel 2.6 Spesifikasi Coke Oven Plant No.

Item

1

Flowrate (average)

2

Pressure

3

Temperature

5

Specific Gravity

7

Purity

Unit

Value

Ncmh

27.800

kPa

15 (Compressed)

o

C

30 – 40 0.44

Tugas Akhir



21

H2S

g/Nm3

0.5

Benzol

g/Nm3

5

Tar

g/Nm3

~ 0.02

HCN

g/Nm3

0.5

2.6 Spesifikasi Teknis Direct Reduction Plant 2.6.1 Alur Proses dan Kapasitas Pabrik Direct Reduction Plant (DRP) merupakan pabrik yang mengolah Iron Ore Pellet (IOP) menjadi Direct Reduced Iron (DRI). Saat ini DRP menerapkan teknologi Zero Reformer dengan kapasitas 1.740.000 MTPY untuk 2 reaktor. Deskripsi proses pada Zero Reformer-Direct Reduction Plant di PT Krakatau Steel sebagai berikut. a) Gas heater dan Partial Combustion Proses dimulai dari masuknya natural gas dengan steam ke dalam gas heater

yang dicampur dengan recycle gas dari absorber unit untuk

dipanaskan dari suhu 450C menjadi 9300C, sebelum masuk ke gas heater, gas juga diinjeksi dengan DMDS (dimethyl di sulphide) untuk mencegah terjadinya metal dusting. Setelah itu gas diinjeksi dengan oksigen sehingga suhunya naik menjadi 11000C. Kemudian gas siap masuk ke reaktor, di dalam reaktor terjadi reaksi reformasi dan reduksi secara simultan. b) Reaktor Reaktor terdiri dari 3 bagian yaitu reduction zone pada bagian atas kemudian isobaric zone pada bagian tengah dan cooling zone pada bagian bawah. Reduction zone berada dari mulai gas reduksi masuk reaktor sampai keluar. Di bagian bawah reduction zone terjadi reaksi reformasi (in situ reforming) kemudian gas hasil reaksi tersebut digunakan untuk mereduksi iron ore pellet yang secara continue masuk dari atas ke bawah. Isobaric zone merupakan pemisah antara reduction dengan cooling zone agar gas tidak bercampur. Dan di bagian bawah adalah cooling zone dimana terdapat injeksi natural gas

untuk proses pendinginan produk sekaligus menambah total Tugas Akhir



22

karbon dalam DRI yang diperlukan di steel making. Reaksi penambahan karbon ini dikenal dengan nama Carburization.

Gambar 2.2 Skema Proses pada Reaktor (Sumber : Metallurgy of iron and steel making)

c) Proses Pendinginan Gas dan Absorber Unit Gas reduksi yang keluar reaktor banyak mengandung H2O dan CO2 sebagai hasil samping reaksi reduksi. H2O dan CO2 ini akan dikurangi kadarnya dengan sistem quenching dan absorber unit. Gas keluar reaktor akan masuk ke heat recuperator untuk diturunkan suhunya dari 371°C menjadi 180°C. Pendinginan gas ini sekaligus dimanfaatkan untuk pembentukan steam. Kemudian gas akan didinginkan menggunakan quench orifice dengan cara kontak langsung dengan air sampai suhunya menjadi 65°C. Kemudian gas masuk ke quench tower untuk didinginkan kembali sampai suhunya menjadi 40°C. Sebagian gas akan dipurging sebagai tail gas yang digunakan sebagai fuel gas di gas heater . Sebagian lagi direcycle ke reaktor namun sebelumnya melewati unit absorber. Kadar CO2 diturunkan dari sekitar 10%

Tugas Akhir



23

menjadi 1% kemudian dicampur dengan natural gas dan masuk ke gas heater kembali. d) Cooling Circuit Di bagian bawah reaktor ada 2 line injeksi natural gas yang pertama melalui inlet cooling dan satunya melalui cluster breaker (alat di bagian bawah reactor yang berfungsi menghancurkan gumpalan material saat terjadi clogging). Natural gas masuk sekitar suhu 30°C kemudian masuk dari bagian bawah reactor untuk mendinginkan DRI dengan suhu keluar sekitar 350°C.

Gambar 2.3 Sirkuit Proses DR Plant (Sumber : Metallurgy of iron and steel making)

Tugas Akhir



24

2.6.2 Material Input Bahan baku utama yang digunakan di Direct Reduction Plant adalah iron ore pellet dan natural gas dengan spesifikasi sebagai berikut : Tabel 2.7 Spesifikasi Bahan Baku Komponen

Pellet

Fe total

67,00%

Fe++

1,80%

O2

28,50%

CaO

1,50%

MgO

0,80%

Al2O3

0,60%

SiO2

1,30%

Gaunge

4,20%

P

0,063%

S

0,004%

Lain-lain

0,233%

Tabel 2.8 Sifat Fisik dan Metalurgi Pelet Size Distribution (%) -5 mm

2 max

5 - 9 mm

5 max

9 - 12.5 mm

56 min

12.5 - 16 mm

35 min

16 - 19 mm

2 max

Tugas Akhir



25

Tumbler test + 6.3 mm (%) (Tumbler index)

95 min

- 0.5 mm (%) (Abrasion index)

3 max

Cold compression strength (kg/P)

300 – 400

Bulk density (ton/m3)

2.2 min

Porosity bulk (%)

36 min

Porosity particle (%)

20 min

Reducibility (k.102/min) 800°C

4 min

950°C

5 min

Tabel 2.9 Komposisi Gas Alam Komponen

Komposisi

CH4

82,99%

CO2

7,7%

C2H6

2,5%

C3H8

3,57%

C4H10

0,87%

C5H12

0,28%

N2

2,7%

2.6.3 Produk Produk utama dari DR Plant adalah besi spons atau direct reduced iron. Komposisi produk DRI yang dihasilkan di DRP adalah sebagai berikut :

Tugas Akhir



26

Tabel 2.10 Tipikal Komposisi Besi Spons Komponen

% Berat

Fe total (Total iron)

90 – 92

FeM (Metallic iron)

83 – 85

FeO (Iron in iron oxide)

7–8

Karbon total (TC)

1,8 – 4,0

Oksigen dalam FeO

2,0 – 2,5

Pengotor (gangue)

3–5

2.6.4 Kebutuhan energi Kebutuhan energi terbesar di DR Plant adalah gas alam dengan konsumsi spesifik mencapai hampir 300 Nm3/ton DRI atau setara dengan 11,2 MMBTU/Ton. Sementara kebutuhan energi listrik relatif kecil yaitu sekitar 90 kWh/ton. Gas alam digunakan untuk bahan bakar dan untuk gas process. 

Gas Alam sebagai Bahan Bakar Kebutuhan gas alam untuk bahan bakar meliputi gas heater dan bolier. Konsumsi gas alam untuk gas heater sekitar 3.000 NCMH per reaktor atau sekitar 6.000 NCMH untuk 2 reaktor. Sedangkan untuk boiler gas alam yang dibutuhkan yaitu sekitar 2.000 NCMH per reaktor. Dengan demikian kebutuhan total gas alam untuk bahan bakar 2 reaktor sekitar 10.000 NCMH. Selain itu, pada proses menggunakan reformer diperlukan juga gas alam sebesar 8.000 NCMH yang mana hal ini tidak diperlukan bila sudah menerapkan Zero Reformer.



Gas Alam sebagai Process Gas Kandungan hidrokarbon di gas alam diperlukan untuk menjamin terjadinya reaksi insitu reforming di dalam reaktor. Hidrokarbon akan bereaksi dengan steam membentuk gas H2 dan CO yang akan digunakan

Tugas Akhir



27

untuk proses reduksi IOP. Kebutuhan gas alam untuk process gas sebesar 18.000 NCMH per reaktor. 

Gas Alam sebagai Cooling Gas Proses reduksi IOP di dalam reaktor berlangsung pada suhu tinggi sekitar 880oC. Dikarenakan peralatan handling kita disiapkan untuk penanganan material di bawah 50oC sehingga perlu dilakukan pendinginan DRI di zone cooling reactor dengan injeksi gas alam.

Gambar 2.4 proses zero reformer (Sumber : Metallurgy of iron and steel making)

Tugas Akhir


BAB II DASAR TEORI. 2.1 Pengertian Tentang gas. A. Gas

Recommend Documents