BAB IV TINJAUAN TEKNOLOGI KONSERVASI ENERGI DAN REDUKSI EMISI DI SEKTOR INDUSTRI BAJA DAN INDUSTRI PULP & KERTAS

LAPORAN AKHIR ”Implementation of Energy Conservation and CO2 Emission Reduction In Industrial Sector (Phase 1)” Kementerian Perindustrian Republik Indonesia

4-1

BAB IV TINJAUAN TEKNOLOGI KONSERVASI ENERGI DAN REDUKSI EMISI DI SEKTOR INDUSTRI BAJA DAN INDUSTRI PULP & KERTAS

Tinjauan dan evaluasi kebutuhan teknologi KE dan RE di industri baja merupakan salah satu langkah untuk mendapatkan penyusunan Roadmap KE dan RE yang efektif dan tepat sasaran. Berdasarkan hasil identifikasi peluang KE dan RE yang dilakukan, terlihat bahwa teknologi merupakan aspek yang berperan penting dalam pencapaian perbaikan efisiensi energi, penurunan IKE dan penurunan faktor/produksi emisi CO2-e. Jika suatu peralatan mengalami penurunan (perbaikan) efisiensi, maka IKE di tingkat proses juga akan mengalami perbaikan demikian halnya IKE ditingkat pabrik/plant akan mengalami perbaikan pula.Penurunan faktor emisi secara langsung akan dipengaruhi oleh perbaikan efisiensi dan IKE. Namun demikian, upaya penurunan produksi emisi ke atmosfer tidak semata dilakukan melalui implementasi KE. Berbagai teknologi penangkap karbon (carbon capture storage (CCS) telah dikembangkan. Oleh karena itu, Konsultan juga akan memaparkan kemajuan teknologi CCS yang telah tersedia saat ini. 4.1 TINJAUAN TEKNOLOGI INDUSTRI BAJA Kemajuan teknologi diberbagai bidang khususnya dalam teknologi monitoring, pengendalian (control), teknologi proses peleburan, teknologi pemanfaatan panas buang telah memberikan andil yang sangat besar dalam peningkatan efisiensi penggunaan energi di industri baja. Gambar berikut merupakan gradien penurunan intensitas konsumsi energi di industri baja sejalan dengan perkembangan teknologi.

Gambar 4.1. Diagram peluang aplikasi teknologi KE dan RE di Industri Baja.

PT. Energy Management Indonesia (Persero)

2011


Gambar 4.2. Trend penurunan konsumsi energi

Trend penurunan konsumsi energi

spesifik di proses peleburan baja (sumber: ECCJ)

spesifik di proses peleburan baja (sumber: AISI)

4-2

Gambar 4.3.

Tabel 4.1 Distribusi konsumsi energi spesific (SEC) di proses industri baja dunia. (Sumber: Berkeley Natinal Laboratory-USA, 2008)

Catatan. Seluruh energi di konversi ke gigajoules (GJ) per ton produksi crude steel (tcs). Faktor konversi yang digunakan: dari kWh ke GJ 0.6 dan 0.4 (low dan high); elektroda, 30.95 GJ/ton; Oksigen 280 kWh/ton; Natural Gas, 31.65 MJ/Nm3; Coal/Serbuk karbon, 29 dan 32 GJ/ton (low dan high); FeSi, 0.14 GJ/kg.


2011


4-3

Dalam kegiatan IECER phase-1 ini, tinjauan teknologi yang dilakukan mengacu pada kebutuhan industri baja di Indonesia hasil dari pelaksanaan Audit Energi dan Audit Kebutuhan Teknologi (Technology Need Assessment/TNA) dan jenis teknologi yang dikaji merupakan jenis teknologi yang sudah terbukti dalam penerapannya. Jenis teknologi yang dikaji mencakup teknologi sistem monitoring dan pengendalian proses (monitoring & control system technology), teknologi stabilisasi penggunaan daya listrik, teknologi pemanfaatan panas buang (waste heat recovery technology), teknologi elektroisis (molten oxide electrolysis) dan teknologi penangkap karbon (carbon capture technology). 4.1.1

Teknologi Sistem Monitoring dan Pengendalian/Kontrol

A. Sistem Monitoring Pengelolaan energi yang baik adalah suatu pengelolaan energi yang telah berbasis sistem manajemen energi. Beberapa perangkat sistem manajemen energi adalah; sistem metering energi, database energi, akuntansi energi dan pelaporan energi. Oleh karena itu, perangkat sistem metering energi merupakan sesuatu yang sangat penting khusunya penggunaan teknologi metering yang sudah sedemikian baik pada saat ini (on line acquisition, more parameters, accuracy & real time). Instalasi sistem metering akan memberikan pola pemanfaatan energi diperalatan yang selanjutnya akan dipantau dan dianalisa. Pola yang menunjukan penyimpangan akan lebih cepat dan mudah teridentifikasi sehingga tindakan yang akan dilakukan juga akan lebih cepat, tepat dan efisien.

Gambar 4.4. Philosofi struktur dan manfaat implementasi sistem monitoring energi

Saat ini peralatan metering energi telah tersedia dalam berbagai variasi kebutuhan, sehingga pihak industri dapat langsung menginstalasi sistem metering sesuai dengan kebutuhannya. Sistem metering yang tersedia saat ini sudah ada dalam format digital sehingga untuk pengembangan sistem metering sudah mendukung (support) sistem pengukuran terintegrasi. Beberapa contoh peralatan ukur dapat dilihat pada Gambar berikut.


2011

LAPORAN AKHIR ”Implementation plementation of Energy Conservation and CO2 Emission Reduction In Industrial Sector (Phase 1)” Kementerian Perindustrian Republik Indonesia

4-4

Gambar 4.5.. Berbagai jenis peralatan ukur untuk kebutuhan analisis energi Berdasarkan best practise, penghematan energi yang dapat diperoleh dengan mengistalasi sistem metering sebesar 3% s.d 7% dari konsumsi energi total (final energi). Kualitas Parameter Kelistrikan Salah satu hasil dari sistem monitoring adalah terpantaunya kualitas parameter kelistrikan. Parameter kelistrikan antara lain adalah; voltage, ampere, harmonics (voltage & ampere), frekwensi, power factor, daya listrik, dan lainnya. ainnya. Berikut merupakan konsekwensi yang akan terjadi yang disebabkan penurunan kualitas parameter kelistrikan.


2011


4-5

Motor Load Percentage Merupakan persentase pembebanan motor. Pembebanan motor yang terlalu rendah dari kapasitas terpasang akan mengakibatkan penurunan efisiensi motor.

Gambar 4.6. Berbagai jenis peralatan ukur untuk kebutuhan analisis energi

Transformer Load Percentage Merupakan persentase pembebanan transformer. Pembebanan transformer yang terlalu rendah dan terlalu besar akan berdampak penurunan efisiensi trafo. Dan khusus untuk proses peleburan dengan

menggunakan

elektroda,

pembebanan trafo pada range 5040% kapasitasnya akan memberikan tap to tap time yang paling optimal.

Gambar 4.7. Kurva TTT terhadap persentase pembebanan trafo

Voltage Unbalance Merupakan ketidakseimbangan tegangan (Voltage) antar fasa. Kondisi ini akan menurunkan (leak) power motor dan meningkatnya temperatur kumparan motor (naiknya rugi-rugi termal). Dampak negatif Urutan tegangan negatif. Menimbukan arus sirkulasi pada sisi primer trafo . Meningkatkan arus pada penghantar netral. Meningkatkan tegangan Netral-ke-Pentanahan. Motor panas berlebihan – jebolnya isolasi. Menurunkan efisiensi motor, merusak bearing motor. Energi terbuang / biaya listrik naik – KW dan KWH.


2011


4-6

Gambar 4.8.. Kurva hubungan ketidakseimbangan tegangan terhadap parameter konsumsi energi (sumber: US DOE) B. Sistem Pengendalian/Kontrol Perkembangan teknologi informasi dan komputer secara langsung berdampak pada teknologi automation control yang lebih canggih dengan harga yang semkain murah. Aplikasi teknologi automation control ini telah diaplikasikan di berbagai peralatan/fasilitas industri industri baja khususnya dalam pengontrolan di peleburan (electrode control, temperature control, foaming control, dll), billet reheating furnace (combustion control, billet speed control, dll), serta di berbagai peralatan lainnya. Beberapa penggunaan teknologi kontrol yang memberikan dampak peningkatan efisiensi energi dan penghematan energi di industri baja dapat dilihat pada uraian berikut. Automatic Electrode Regulation Elektroda yang terbuat dari material grafit terkoneksi dengan suplai listrik, digunakan untuk mengkonversi energi listrik menjadi panas yaitu terbentuknya fenomena busur listrik dengan arus yang sangat besar pada saat ujung elektroda tepat akan bersentuhan dengan material scrap. Sistem

automatic electrode regulation yang diusulkan dalam laporan ini adalah penyesuaian secara vertikal perpindahan ujung elektroda sesuai dengan set poin yang telah diatur, untuk meyakinkan bahwa besar busur yang dihasilkan benar-benar benar konstan. Arus listrik biasanya digunakan sebagai variabel yang


2011


4-7

dikontrol, hal ini karena memiliki hubungan secara langsung dengan besar busur listrik yang dihasilkan. Posisi elektroda tersebut diatur menggunakan aktuator hidrolik dan arus listrik digunakan sebagai variabel yang dikontrol. Alur pikir sistem kontrol yang digunakan pada perancangan automatic

electrode regulation sebagai berikut: Mathematical world

Real world

Derivation

Linearisation Linear model

Plant model Real plant

Verification Evaluation

Implementation

Design

Initial controller Final controller

Gambar 4.9. Skema sistem automatic electrode regulation Manfaat ditinjau sisi ekonomis dan teknis implementasi automatic electrode regulation antara lain: ⇒

Mengefisienkan penggunaan energi (5-10%)

⇒ ⇒

Mengefisienkan penggunaan raw material Meningkatkan kualitas produk yang dihasilkan

Berikut merupakan skema deskripsi instalasi automatic electrode regulator untuk EAF.

s Gambar 4.10. Skema instalasi automatic electrode regulator


2011


4-8

Molten Steel Temperature Control Penggunaan peralatan monitoring dan kontrol temperatur adalah untuk menjaga proses peleburan tidak mengalami over temperatur ataupun lower temperatur. Setpoint temperatur furnace dapat dilakukan sesuai dengan operasi peleburan yang optimal. Masih banyak industri baja di Indonesia yang

belum memiliki peralatan

monitoring temperatur real time sehingga seringkali mengalami over temperature (1620-1680 oC ). Aplikasi temperature control akan memberikan potensi penghematan energi 10 – 15 kWh/tcs (2%-3%) terhadap penggunaan energi di EAF/IF.

Gambar 4.11. Penurunan konsumsi energi spesifik melalui penurunan tapping temperature di EAF Slag Foaming Control Aplikasi teknologi kontrol yang telah banyak digunakan di industri peleburan baja (EAF) adalah teknologi slag foaming control (SFC). Teknologi ini akan mengontrol posisi/tinggi slag terhadap elektroda sehingga dihasilkan bunga api (electric arc)yang optimal.

Gambar 4.12. Mekanisme ke slag foaming control di tungku peleburan


2011


4-9

Manfaat yang diperoleh adalah berkurangnya keriguan energi termal pada proses peleburan yang secara langsung akan menurunkan konsumsi energi spesifik 2%-3% 3% di EAF. Implementasi teknologi ini dapat diterapkan bersamaan pada saat pemasangan sistem monitoring dan automation control di EAF (electrode control, feed material control, temperature control). Kontrol ntrol Sistem Pembakaran Aplikasi teknologi konservasi k energi pada Reheating Furnace/Heat urnace/Heat Treatment Furnace terutama dilakukan untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatan panas, pengontrolan temperatur dan udara pembakaran serta minimasi losses thermal pada dinding furnace. Tujuan tersebut dapat dicapai melalui optimasi proses dan upgradefurnace. upgradefurnace Langkah penting yang ng perlu dilakukan adalah pengontrolan sistem pembakaran dengan kombinasi sensor temperatur, sensor oksigen di gas buang dan sensor tekanan ruang bakar yang dikombinasikan dengan VSD pada combustion air fan. Seluruh sistem ini dapat dilakukan dengan automation control dengan menggunakan PLC atau micro-

controler. Automatic Variable Frequency Control (AFC) Frekuensi merupakan salah satu parameter yang sangat penting pada jenis tungku induksi dan sangat menentukan menentukan intensitas laju peleburan dari material scrap. Persamaan dari persamaan berikut ini :

intensitas

laju peleburan ditunjukkan dengan

Keterangan : p = daya spesifik (dalam kW/ton) f = frekuensi listrik (Hz) Berdasarkan hasil pengamatan pada beberapa objek industri baja, umumnya pengaturan frekuensi dibuat konstan, hal ini berdampak pada berkurangnya laju peleburan dan konsumsi energi. Umumnya semakin rendah frekuensi maka akan semakin optimal pemakaian daya, namun laju peleburan akan semakin rendah. Berikut adalah komparasi antara tungku induksi frekuensi rendah dan frekuensi tinggi yaitu :


2011


4-10

Implementasi sistem kendali variasi frekuensi atau kapasitansi secara otomatis pada induction furnace penting diterapkan karena akan menyeimbangkan secara otomatis terhadap beban. Semakin besar beban maka suplai frekuensi yang diperlukan akan semakin rendah rendah (50 Hz), sebaliknya semakin kecil bebannya maka suplai frekuensi yang diperlukan semakin tinggi (1000 Hz). Furnace dengan kapasitas/ muatan charge scrap yang besar biasanya bekerja pada frekuensi rendah, sebaliknya furnace dengan kapasitas/ muatan scrap kecil bekerja pada frekuensi tinggi. Berikut merupakan beberapa keuntungan baik secara teknis dan ekonomis menggunakan tungku induksi dengan variabel frekuensi yaitu: ⇒ Mengefisienkan penggunaan energy dikarenakan menyeimbangkan dapat menyeimbangkan frekuensi/kapasitansi frekuensi/kapasitansi sesuai dengan beban/ charging material scrap. Instalasi Berikut merupakan skemainstalasi automatic frekuensi untuk induction furnace. furnace

Gambar 4.13.. Skema instalsi automatic frekwensi control di tungku induksi


2011


4-11

Aplikasi: Aplikasi / penggunaan Automatic variable frekuensi Pada industry baja antara lain untuk sistem peleburan (tungku induksi), sistem penempaan, pompa, fan, blower dan mesin-mesin conveyor. 4.1.2

Teknologi Stabilisasi Daya Listrik Pada Electric Arc Furnace (EAF)

A. Static Var Compensator (SVC) Static var compensator di desain untuk mengurangi gangguan yang diakibatkan oleh perubahan daya reaktif dan fluktuasi tegangan pada kondisi operasi transmisi normal dan sistem distribusi. Gangguan yang terjadi disebabkan oleh line switching, line faults, beban-beban non linear seperti thyristor control, dan perubahan beban reaktif dan beban aktif yang sangat cepat. Jenis sumber gangguan seperti ini untuk industri baja terjadi pada EAF dan rolling mill. Gangguan seperti ini akan menghasilkan harmonik yang membebani jaringan suplai, dan menyebabkan fluktuasi tegangan. Perubahan beban juga dapat menyebabkan gangguan dalam bentuk ketidaksetimbangan phasa dan fenomena flicker tegangan. Berikut merupakan resume manfaat SVC yaitu:

Mengurangi flicker Perubahan daya reaktif yang sangat cepat menyebabkan fluktuasi tegangan. Pada pandangan manusia frekuensi fluktuasi tegangan diamatai sebagai cahaya flicker.

Menstabilisasi tegangan Pada operasinya EAF dapat menyebabkan ketidakseimbangan secara khusus pada awal operasi proses melting. Ketidakseimbangan tegangan tersebut akan menurunkan efisiensi, overheating, noise pada motor-motor 3 phasa.

Kompensasi reaktif power dan memperbaiki faktor daya Transmisi beban reaktif menyebabkan drop tegangan yang signifikan, dan meningkatkan arus pada jaringan, sehingga membatasi kapasitas transmisi dari beban aktif.

Meningkatkan tegangan pada bus Mengurangi harmonik Beban-beban non linear seperti EAF menghasilkan harmonik arus. Harmonik arus akan membebani jaringan dan menyebabkan distorsi tegangan. Distorsi tegangan tersebut akan mengakibatkan kegagalan pada device/peralatan kontrol. Sirkuit filter pada SVC di desain untuk menyerap harmonik yang dihasilkan oleh beban-beban seperti reaktor kontrol thyristor.


2011


4-12

Penghematan Energi Kompensasi dan perbaikan kualitas daya akan meningkatkan transmisi daya aktif dan menurunkan konsumsi energi.

Meningkatkan produktivitas Sistem SVC mampu menjaga bus tegangan pabrik baja secara konstan. Hal ini akan menurunkan waktu peleburan sehingga meningkatkan produktivitas. EAF yang distabilisasi oleh SVC memiliki dampak yang sangat signifikan terhadap penurunan konsumsi elektroda, panas hilang, dan umur pakai lining furnace, serta mengurangi biaya pemeliharaan. Gambar berikut menunjukkan komparasi konsumsi daya listrik sebelum dan setelah menggunakan SVC pada EAF:

Gambar 4.14.Perbandingan waktu tapping penggunaan teknologi SVC dan non SVC. Ruang lingkup instalasi SVC tergantung pada kebutuhan aspek teknis dan ekonomis dari pengguna SVC. Es

U System Reactor Xa

Power System

TCR

Capasitor

Filter

Dynamic Load

Gambar 4.15. Prinsip instalasi kelistrikan SVC.


2011


4-13

Aplikasi / penggunaan SVC digunakan pada sistem tenaga listrik antara lain; Sistem transmisi dan distribusi listrik, Pembangkit tenaga listrik, Beban-beban yang menyebabkan fluktuasi tegangan, daya reaktif dan daya aktif yang sangat cepat. B. Variable Voltage Regulator Sama halnya dengan mekanisme kerja VSD, peralatan Variable Voltage merupakan langkah yang dapat menaikkan efisiensi motor. Peralatan ini juga akan berfungsi sebagai soft starter, perbaikan faktor daya dan yang terutama adalah pengaturan konsumsi daya listrik berdasarkan kebutuhan Torsi yang dibutuhkan. Secara spesifik peralatan ini dapat berfungsi untuk: 1. Mengatur jumlah power hanya sesuai dengan yang dibutuhkan oleh suatu motor berdasarkan bebannya melalui kontrol tegangan dengan mikro kontroler dengan kecepatan respon hingga 1/100 detik. 2. Proses Start & Stop motor akan lebih halus bila dibandingkan dengan instalasi motor yang hanyamenggunakan Direct on line dan star-delta. Efeknya adalah tiadanya hentakan saat starting danproses stop yang tibatiba sehingga komponen mekanikal motor akan lebih tahan lama 3. Phase Protector; Bila terjadi hilangnya salah satu phase power listrik, maka peralatan ini akan bekerja secara otomatisuntuk memutuskan aliran listrik ke motor agar motor tidak terbakar akibat overload/over current. Profil berikut merupakan perbandingan unjuk kerja motor dengan pemasangan peralatan Variable Voltage Regulator.

Gambar.4.16. Performa variable voltage regulator terhadap penurunan konsumsi energi listrik pada motor.


2011


4-14

Peralatan ini sangat efektif digunakan untuk motor-motor yang bekerja secara icremental seperti motor-motor Hoist & Crane, Mesin Pengaduk cast moulding, conveyor dan lainnya yang beroperasi dengan frekwensi konstan. Potensi penghematan energi dapat mencapai 20% – 24%.

Pirkiraan biaya investasi

peralatan Rp.400.000 – 600.000/kW. C. Kapasitor Bank Kapasitor bank adalah sekelompok kapasitor dengan rating yang sama yang masing-masing dihubungkan secara seri ataupun paralel. Sekelompok kapasitor tersebut digunakan untuk memperbaiki faktor daya pada sumber arus AC. Kapasitor bank juga dapat digunakan pada sumber arus DC untuk meningkatkan jumlah energi yang tersimpan secara keseluruhan. Untuk industri dengan golongan tarif yang menggunakan basis biaya kVArh, penggunaan kapasitor bank dapat mengoreksi faktor daya yang menyebabkan berkurangnya nilai kVAr, sehingga biaya listrik dapat dikurangi. Pirkiraan biaya investasi peralatan Rp.400.000 – 600.000/kVar. 4.1.3

Teknologi

Pemanfaatan

Panas

Buang

(Waste

Heat

Recovery

Technology) A. Scrap Preheating Scrap pre-heating adalah suatu proses pemanasan awal material charging sebelum dimasukkan ke dalam EAF. Berikut adalah beberapa teknologi metode pemanasan awal scrap saat ini yaitu: 1. Shaft Supplied by Fuchs Teknologi pemanasan awal scrap menggunakan teknologi shaft

adalah

suatu

teknik

pemanasan awal scrap dengan cara memasukkan scrap menggunakan bucket pada suatu shaft yang telah dialiri udara panas dari panas buang proses EAF, dengan jumlah durasi/ waktu pemanasan scrap sekitar satu kali proses tappping. Mekanisme buka

Gambar 4.17. Scrap preheating shaft furnace.

tutup katup kontrol dapat dilakukan secara manual maupun otomatis.


2011


2.

Consteel

Supplied

Tenova Teknologi pemanasan

4-15

by awal

scrap menggunakan teknologi consteel adalah suatu teknik pemanasan awal scrap dengan cara memasukkan scrap pada suatu conveyor berjalan, kemudian dilewatkan menuju sistem panas buang dari EAF menuju chamber EAF. 3.

Gambar 4.18. Scrap preheating consteel method.

Bucket Pemanasan awal scrap menggunakan teknologi bucket

konvensional

adalah

suatu teknik pemanasan awal scrap dengan cara memasukkan scrap pada suatu bucket yang biasanya digunakan untuk mengangkut scrap, kemudian gas buang diarahkan menuju bucket dan

Gambar 4.19. Scrap preheating bucket method

setelah itu scrap yang telah diberi pemanasan awal tersebut dimasukkan ke dalam EAF. Pada proses peleburan baja menggunakan EAF, berdasarkan dari beberapa referensi diperoleh persentase pemakaian energi nya yaitu energi listrik sekitar 60 s/d 65%, kemudian sisanya menggunakan energi kimia yang berasal dari oksidasi elemen-elemen seperti karbon, besi, silikon, dan pembakaran gas alam dengan gas Oxy-Fuel Burner.

Diperkirakan sekitar 53% total energi terserap oleh baja cair tersebut, sementara sisanya hilang menjadi slag (10%), gas buang (20%), dan cooling tower serta rugi-rugi yang lain (17%). (sumber: EPRI Center for Materials Production). Dari persentase gas buang yang nilainya sebesar (20%) dari total energi tersebut, nilai tersebut dapat disetarakan dengan 130 kWh/ton untuk setiap proses heating. Oleh karena itu adalah sangat penting dilakukan pemanfaatan gas


2011


4-16

buang tersebut sebagai pemanasan awal material scrap sebelum charging ke dalam furnace, sehingga intensitas konsumsi listrik “kWh/Ton” pada proses steel making akan menurun. Berikut merupakan resume keuntungan yang diperoleh melalui implementasi scrap pre-heating yaitu: Menurunkan intensitas konsumsi listrik pada range 40-57 kWh/ton; Menurunkan waktu TTT dan OTT; Menurunkan konsumsi elektroda; Menurunkan emisi CO2; Menurunkan pemakaian refraktori. Tabel 4.2 Hubungan kenaikan temperatur scrap terhadap penurunan konsumsi daya listrik pada EAF (100% electric power input)

Sumber: Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2(4): 835-838, 2008 ISSN 1991-8178. Preheating scraps >1100°C tidak direkomendasi. Akan terjadi proses oksidasi berlebihan pada liquid metal >>> Low Metal Yield.(International ironand steel institute committee on Technology, 1998).

B. Regeneratif Burner Pada sistem regenerative burner, panas dari gas buang diserap kemudian dilewatkan melalui suatu ruangan/chamber tempat penyimpanan panas yang terdiri atas bola-bola keramik. Ketika salah satu chamber dipanaskan oleh gas buang maka chamber lainnya yang sebelumnya telah dipasakan akan digunakan untuk udara pembakaran.


2011


4-17

Gambar 4.20.Keseimbangan Keseimbangan energi termal pada Reheating Furnace

Gambar 4.21.Prinsip kerja regenerative burner


2011


4-18

Gambar 4.22.Perbandingan unjuk kerja rekuperator dan regenerative burner Melalui pemasangan regenerative burner dapat diturunkan volume penggunaan bahan bakar/gas alam. Potensi penghematan energi pemanfaatan panas buang dengan menggunakan recuperator adalah 10 ~ 12 % sedangkan dengan teknologi Regenerative Burner 22% - 28% 4.1.4

Teknologi Elektrolisa (Molten Oxide Electrolysis) Teknologi Molten Oxide Electrolysis (MOE)merupakan teknologi ekstrem yang terus dikembangkan untuk menggantikan proses peleburan baja konvensional. Jenis teknologi menggunakan tipe chemical technology yang menggunakan larutan elektrolisis untuk menarik partikel-partikel baja. Aplikasi komersial telah diterapkan pada proses pembuatan lembaran aluminum, magnesium, lithium, sodium dan berbagai jenis logam lainnya. Molten oxide electrolysis tidak akan memproduksi emisi langsung (direct emission), namun masih ada emisi tidak langsung (indirect emission) yang berasal dari penggunaan energi listrik.


2011


4-19

Gambar 4.23.Diagram proses elektrolisa baja Perbandingan produksi emisi dan konsumsi energi teknologi MOE terhadap metode peleburan baja lainnya dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 4.24. Perbandingan konsumsi energi dan produksi emisi teknologi MOE terhadap teknologi peleburan baja konvensional. (sumber: Department of Materials Science & Engineering Massachusetts Institute of Technology Cambridge, Massachusetts)


2011


4-20

4.2 TINJAUAN TEKNOLOGI INDUSTRI PULP DAN KERTAS Implementasi Best Available Technology dan implementasi teknologi yang akan dikembangkan dan dikomersialisasikan dimasa yang akan datang akan secara signifikan mengurangi konsumsi energi dan intensitas CO2 industri pulp dan kertas. Terdapat berbagai jenis pilihan teknologi dan peluang penghematan yang dapat dicapai untuk mengurangi intensitas energy, diantaranya dengan mengimplementasikan teknologi terbaru di proses pulping dan papermaking. Berikut ini merupakan gambaran teknologi yang dapat diimplementasikan untuk menurunkan intensitas konsumsi energi dan emisi di industri pulp dan kertas. 4.2.1 Sistem Steam Sebuah sistem steam pada dasarnya terdiri dari Sebuah boiler untuk menghasilkan steam Pipa untuk mendistribusikan steam Heat Exchanger untuk menjaga suhu yang dibutuhkan.

Sistem steam trap Steam digunakan di berbagai proses di pulp and paper mill, terutama di proses cooking, bleaching, evaporasi dan pengeringan. Lebih dari 80% energi dikonsumsi untuk bahan bakar boiler. Berdasarkan studi terbaru di USA, dengan mengimplementasikan best practice steam system,industri pulp dan kertas dapat mengurangi konsumsi bahan bakarnya hingga 12,5% dan menghemat sebesar 278 TBtu. Dalam hal ini, pencapaian energi efisiensi paling signifikan diperoleh dari perbaikan sistem steam (Kramer 2009). Sistem distribusi steam sangat ekstensif dan dapat menjadi penyumbang terbesar kehilangan energi di industry pulp dan kertas.Perbaikan energi efisiensi di distribusi steam terutama fokus untuk mengurangi kehilangan panas (heat losses) di sepanjang sistem dan menggunakan kembali panas dari sistem jika memungkinkan. Hal-hal berikut dapat menjadi fokus untuk meningkatkan efisiensi di sistem steam: A. Boiler Process Control Pada dasarnya hanya sebagian kecil intrumentasi yang penting untuk mengoperasikan boiler dengan aman.Meskipun demikian, jika diinginkan agar boiler bekerja pada efisiensi maksimumnya atau adanya program penurunan emisi CO2 (misalnya CO, NOx, dan CO2), maka instrumentasi tertentu seperti sensor temperature dan monitor oksigen diperlukan agar flue gas dapat terkontrol.Monitoring flue gas dapat menjaga temperature pembakaran yang optimum dan memonitor komposisi gas buang seperti carbon monoksida (CO), oksigen (O2) dan asap. Kandungan oksigen dari gas buang merupakan kombinasi antara udara ekses dan udara infiltrasi. Dengan mengkombinasikan monitor oksigen dan udara intake, maka kebocoran di sistem dapat diketahui. Semakin tinggi kandungan CO di dalam gas buang menunjukkan kondisi pembakaran yang tidak sempurna, dimana terdapat kekurangan udara pada proses pembakaran. Dengan menggunakan kombinasi pengukuran kandungan CO dan oksigen, maka


2011


4-21

proses pembakaran dapat dilakukan secara optimum (merupakan kondisi pembakaran dengan efisiensi energi tertinggi) dengan emisi yang lebih rendah.

Gambar 4.25. Boiler Process Control Rekomendasi ini hanya cocok untuk boiler berkapasitas besar (misalnya kapasitas 250.000 lb/jam), karena investasi ini tidak menarik secara finansial untuk boiler dengan kapasitas kecil. Beberapa studi untuk mengimplementasikan boiler control process ini memberikan nilai payback time rata-rata sebesar 1,7 tahun. Suatu studi menunjukkan bahwa dengan memasang control system untuk memonitor dan mengukur level oksigen dan CO pada coal fired boiler dapat menghemat biaya penggunaan bahan bakar hingga $475.000/tahun, dengan nilai investasi sebesar $200.000 dan payback period kurang dari 6 bulan. Perkiraan lainnya memberikan biaya kapital sebesar $0,031/MMBtu (dollars tahun 2008), dengan penghematan bahan bakar sebesar 2,8% (Staudt 2010). B. Pengurangan Udara Ekses Untuk menjamin tercapainya pembakaran yang efisien di boiler dan untuk mengurangi kosentrasi karbonmonoksida di gas buang, maka dibutuhkan kosentrasi udara ekses yang optimum. Jika udara ekses yang digunakan terlalu banyak, maka energi akan terbuang karena panas yang dihasilkan akan ditransferkan ke udara daripada ke steam. Jumlah udara yang digunakan untuk proses pembakaran yang baik adalah sekitar 15% ( dengan kandungan oksigen ekses 3%). Kebanyakan boiler yang digunakan di industry beroperasi dengan 15%


2011


4-22

udara ekses atau lebih rendah, dan nilai ini tidak selalu menjadi patokan untuk mencapai efisiensi pembakaran yang tinggi. Metode-metode untuk mengurangi udara ekses termasuk dengan mengubah mengubah set point dari kontrol oksigen otomatis, memasang sistem kontrol dan monitor flue gas otomatis dan memperbaiki baffle yang rusak serta memperbaiki kebocoran udara pada boiler. Diperkirakan industry pulp dan kertas dapat menghemat penggunaan bahan bakar sekitar 2,3% dengan mengaplikasikan metode ini. Payback period rata-rata dengan memasang peralatan kontrol udara di pembakaran boiler diperkirakan mencapai 5 bulan. Salah satu studi kasus di USA yang dilakukan di Boise Cascxade Mill di Alabama yang memproduksi 1000 ton kertas perhari menggunakan boiler dengan bahan bakar kulit kayu. Pembakaran di boiler dilakukan dengan mengurangi konsentrasi udara ekses dari 8-12% menjadi 6-7%. Metode ini telah mengurangi konsumsi kulit kayu sebesar $70.000 per tahun.Keuntungan yang sama juga dicapai oleh West Linn Paper Company yang memproduksi coated paper di Oregon. Paper mill ini menyesuaikan oxygen trim control untuk mengurangi level oksigen antara 2,53%, sehingga dicapai peningkatan efisiensi boiler dengan penghematan energi sebesar 15.500 MMBtu pertahun dengan penghematan biaya sebesar $118.000 (US DOE 2008). C. Sistem Kontrol Distribusi Steam Tingkat kebutuhan steam dapat terganggu karena adanya perubahan prosedur operasi pada sistem atau proses-proses yang menggunakan steam (misalnya: mesin kertas atau turbin), atau karena kegagalan operasional (misalnya robeknya lembaran kertas). Hal- hal tersebut akan menyebabkan pembuangan ekses steam atau penambahan bahan bakar untuk back-up boiler. Sistem kontrol yang modern (Gambar 2) dapat diaplikasikan untuk mengatur sistem steam dengan lebih baik, dan mengurangi kebutuhan back-up steam atau pembuangan steam.

Gambar 4.26. Sistem Kontrol Distribusi Steam PT. Energy Management Indonesia (Persero)

2011


4-23

Sebagai contoh, Aylesford Newsprint Ltd. Di Inggris mengimplementasikan sistem kontrol generasi ke-dua pada sistem steam, yang terdiri dari tiga paper machine, 2 turbine berbahan bakar gas dengan CHP power unit, satu steam turbine dan sebuah steam akumulator. Sistem tersebut merupakan model-based predictive control system untuk mengatur load steam dengan lebih baik. Sistem ini memberikan pengurangan steam venting sebesar 95% dan pengurangan bahan bakar untuk back up steam sebesar 70%, dengan payback period kurang dari 6 bulan (Austinet al.2008). D. Sistem Insulasi yang Baik Penggunaan material insulasi atau menggunakan bahan insulator terbaik dapat menghemat energi di sistem distribusi steam.Faktor-faktor penting dalam memilih materi insulator termasuk konduktifitas thermal yang rendah, stabil pada perubahan temperature, resistan terhadap absorpsi air dan resistan terhadap proses pembakaran. Karakteristik lainnya yang juga cukup penting, misalnya toleran terhadap variasi perubahan temperature yang besar dan memiliki compressive strength yang baik.Removable insulating pad biasanya digunakan di fasilitas industri untuk menginsulasi flange, valve, expansion joint exchanger, pompa, turbin, tank dan fasilitas permukaan lainnya.Insulating pad dapat dilepas dengan mudah pada saat dilakukan inspeksi atau pemeliharaan serta dapat diganti sesuai dengan kebutuhan.Dengan memasang insulating pad maka penggunaan energi steam dapat dikurangi hingga sebesar 1-3% (Kramer, 2009).

Gambar 4.27. Sistem insulasi pada sistem distribusi steam Studi kasus di industri pulp dan paper,USA, menunjukkan dengan memasang sistem insulasi akan memberikan payback period kurang dari satu tahun. Pada salah satu mill di USA, pipa distribusi saturated steam sepanjang 1.500 ft yang tidak diinsulasi akan menyebabkan kehilangan energi yang signifikan. Penambahan insulasi mengurangi kehilangan panas dan menjaga temperature proses sepanjang pipa distribusi. Dengan penambahan insulasi dapat mengurangi sebanyak 70 steam trap yang dapat meningkatkan 10% condensate return.Total penghematan energi yang diperoleh mencapai 63.000 MMBtu dengan penghematan biaya mencapai $138.000. Dengan biaya investasi sebesar $69.280, maka payback period-nya sekitar 6 bulan (Kramer,2009). Pada industry pulp dan kertas lainnya, dengan menerapkan sistem insulasi, didapatkan penghematan energi sebesar


2011


4-24

$80.000 dengan biaya perbaikan sekitar $25.000 dengan payback period selama 4 bulan (Kramer,2009). E.

Steam Trap Dengan menggunakan steam trap (Gambar 4.28) dengan elemen thermostatic modern dapat mengurangi penggunaan energi dan juga meningkatkan reliabilitas. Keuntungan efisiensi utama yang diperoleh dengan memasang steam trap ini adalah steam trap akan terbuka ketika temperature mendekati temperature saturated steam ( sekitar 4°F atau 2°C ), membuang non-condensable gases pada setiap opening,dan membuka pada startup untuk mempercepat warm-up sistem steam. Trap jenis ini juga memiliki keuntungan karena memiliki reabilitas yang tinggi dan dapat digunakan untuk berbagai tekanan steam (Kramer, 2009).

Gambar 4.28. Skema Steam Trap Desain steam trap terbaru berupaventure orifice steam trap yang merupakan steam trap dengan berbagai variasi kapasitas dibandingkan dengan tradisional steam trap mekanik. Salah satu mill di Eropa mengganti 25 steam trap dengan jenis steam trap yang baru yang menghasilkan penghematan energi yang mencapai $200.000 dan payback period selama 2,5 bulan. Proyek yang serupa juga dapat mengurangi kebutuhan steam di preheater dan end corrugators rolls (10 steam trap) sebesar 11% dan 30% di flute machine (Kramer,2009). 4.2.2 Sistem Papermaking Proses papermaking merupakan salah satu proses dengan penggunaan energi terbesar, khususnya pada tahap pengeringan yang banyak menggunakan energi thermal. Kebanyakan peluang penghematan energi berkaitan dengan peningkatan efisiensi pada proses pengeringan. Pada industri kertas, beberapa jenis teknologi yang dapat dimplementasikan untuk mengurangi konsumsi energi dan emisi CO2 penggunaan shoe press pada paper machine dan advanced dryer control. A. Shoe Press Teknologi shoe press merupakan exemplary technology yang dapat meningkatkan kapasitas dewatering dari teknologi pressing konvesional dengan meningkatkan waktu tinggal kertas di bagian press nip yang dikenal dengan nip residence time. Jumlah air yang dihilangkan pada bagian pressing berbanding lurus dengan magnitude dan durasi tekanan yang diberikan pada lembaran kertas. Pada metode penekanan konvensional, tekanan yang diberikan dan nip residence time


2011


4-25

bersifat terbatas sehingga jika Tekanan yang diberikan berlebih akan menyebabkan robeknya lembaran kertas (khususnya pada kecepatn mesin yang tinggi), di mana nip residence time akan berkurang dengan meningkatnya kecepatan mesin kertas. Batasan tekanan impulse dari metode penekanan konvesional ini dapat diatasi dengan menggunakan teknologi shoe press (Gambar 4.29). Keuntungan utama shoe press adalah pencapaian tingkat dryness yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode pressing konvensional.Peningkatan dryness yang dapat ditingkatkan dari 5 hingga 10%, yang bergantung pada grade produk.Jika shoe press diimplementasikan pada paper machine yang baru, bagian drying dapat diperpendek sehingga dapat mengurangi biaya investasi. Keuntungan kedua adalah shoe press dapat mengurangi kebutuhan steam pada bagian pengeringan. Tambahan area penekanan akan menyebabkan peningkatan ekstrasi air (penghilangan air lebih besar 5-7%) hingga mencapai 35-50% dryness. Ekstraksi air yang lebih tinggi akan mengurangi energi yang diperlukan untuk mengeringkan kertas, sehingga mengurangi total steam yang diperlukan. Hal ini dapat meningkatkan efisiensi energi meskipun terjadi peningkatan konsumsi listrik. Jika peningkatan konsumsi listrik tidak dihitung, maka shoe press dapat menghemat energi sebesar 0,5 GJ hingga 2 GJ per ton kertas. Beberapa publikasi lainnya mengestimasi penghematan steam yang dapat dicapai dengan menginstalasi extended nip press berada pada kisaran 2% hingga 15%, yang bergantung pada jenis produk dan konfigurasi plant. Biaya penghematan energi yang dicapai berada pada kisaran 1 hingga 5$ per ton kertas. Extended nip pressing juga meningkatkan wet tensile strength. Aplikasi X-NIP T shoe press pada tissue plant diestimasi dapat menghemat konsumsi energi di dryer sebesar 15%. Besar biaya kapital untuk menginstalasi shoe press ini diperkirakan sebesar $38/ton kertas dengan tambahan biaya perawatan sebesar $2,24/ton kertas. Keuntungan ketiga adalah adanya peningkatan dari karakteristik produk, karena pressing merupakan bagian yang paling penting yang menentukan property kertas termasuk karakteristik fisik dan permukaan kertas yang berkaitan dengan densitas lembaran. Pressing atau penekanan menyebabkan terjadinya densifikasi dan efek dari shoe press akan beragam sesuai dengan grade kertas yang diproduksi. Dengan memasang shoe press akan meningkatkan dryness tanpa mengurangi ketebalan dari lembaran, menghemat energi pada proses refining dan penggunaan aditif penguat.

Gambar 4.29 Sketsa cross section konvensional roll press nip dan shoe press nips


2011


4-26

B. Condebelt Drying Proses pengeringan dengan Condebelt drying dipatenkan pada 1975. Proses pengeringan Condebelt drying ini dibuat untuk meningkatkan laju pengeringan (drying rate) lembaran kertas. Condebelt drying menghasilkan laju pengeringan hingga 10-15 kali lebih besar daripada pengeringan silinder konvensional (conventional cylinder drying). Laju pengeringan yang lebih besar ini diperoleh dengan adanya temperature kontak yang lebih tinggi, pengepresan dengan tekanan yang lebih tinggi antara permukaan panas dan lembaran kertas serta resistan thermal yang lebih kecil antara uap panas dan kertas. Menurut Retualain (2001), terdapat tiga hal yang perlu diteliti lebih lanjut dalam melakukan pilot test pertama terhadap teknologi ini, diantaranya: 1. Perbaikan kekuatan dan kualitas lainnya 2. Peningkatan laju pengeringan 3. Kemungkinan penghematan energi Meskipun telah dipatenkan pada 1975 dan terbukti memiliki beberapa keuntungan terhadap pengering silinder konvesional, proses Condebelt dan permesinannya masih dalam tahap pengembangan, sehingga informasi mengenai pengeringan Condebelt ini masih jarang ditemukan. 4.2.3 Feasibility Teknologi dan Keperluan Operasi Pada proses Condebelt, lembaran kertas diletakkan pada dua permeable wires dan dimasukkan pada extended nip diantara dua smooth steel belt sepeti yang ditunjukkan pada Gambar 4.30 Ketika steel belt bagian atas dipanaskan denganmenggunakan steam tekanan tinggi yaitu pada suhu 110 – 160 0C, steel belt bagian bawah didinginkan dengan mensirkulasikan air dengan suhu 80 0C. Bagian atas lembaran bersentuhan dengan fine wire dengan coarse wire yang berada di bawahnya. Uap dihasilkan dari lembaran yang melewati wires, dan mengalami kondensasi pada steel belt bagian bawah.Air yang terkondensasi pada permukaan bel bagian bawah atau di antara wires olegrah doctor atau dengan mengimplementasikan proses vacuum. Untuk lembaran yang dikeringkan di bawah kondisi tidak simetris seperti ini akan menghasilkan dua lapisan permukaan lembaran yang cukup berbeda (two-sidedness) .Tetapi untuk kertas dengan grade tertentu seperti lineboard dan corrugating medium, two-sidedness bukan merupakan hal yang perlu dikhawatirkan.

Gambar 4.30. Proses pengeringan Condebelt Sumber: Lae Lee, Jung Yuon & Min Jung, 2000


2011


4-27

Bagian yang penting dari proses Condebelt adalan adanya penggunaan cold belt sebagai condensing belt. Pengering silinder konvensional menggunakan sistem ventilasi yang besar. Hal ini tidak diperlukan pada proses pengeringan Condebelt, karena energi penguapan ditransfer ke cooled belt melalui difusi uap dan kondensasi di dalam ruang pengering tertutup.

Gambar.4.31. Efek dari Condebelt Drying pada Core Board (300-500 g/m2) Sumber: Retulainen, 2001

Proses pengeringan Condebelt meningkatkan tingkat kekompakan kertas yang akan meningkatkan densitas kertas dan kekuatannya, seperti yang diperlihatkan pada gambar. 4.31. Lembaran-lembaran yang dikeringkan dengan proses Condebelt akan memiliki tingkat kehalusan yang sangat baik pada bagian yang mengalami kontak dengan permukaan logam panas. 4.2.4 Status Teknologi dan Potensi Pasar di Masa yang akan Datang Pengembangan teknologi Condebelt, dari ide menjadi produk komersial, membutuhkan waktu selama 21 tahun. Paten pertama dikeluarkan pada tahun 1975 dan instalasi alat di pabrik kertas untuk pertama kalinya dilakukan pada 1996. Terdapat dua Condebelt dryer komersial yang telah diimplementasikan, yaitu di Finlandia pada 1996 dan di Korea Selatan pada 1999. Untuk kedua kasus, sistem pengering yang baru telah sukses diimplementasikan untuk mengeringkan kertas dengan grade board. Properti kekuatan dari board yang dihasilkan meningkat jika dibandingkan dengan menggunakan pengering silinder konvensional dan kapasitas pengeringan juga meningkat secara signifikan.Meskipun komersialisasi teknologi ini memberikan hasil yang baik, terdapat beberapa kesulitan yang terkadang dialami seperti titik delaminasi pada kertas dan transfer energi yang terbatas pada cooling water. Pengering condebelt merupakan teknologi pengering yang relatif baru di industri kertas, sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai lebih memahami perpindahan panas dan massa pada pada lembaran kertas dan ruang pengering (drying chamber).

4.2.5 Kontribusi Teknologi terhadap Sosial Ekonomi dan Lingkungan Penggunaan Condebelt Drying telah terbukti memiliki keuntungan utama yaitu peningkatan property dari lineboard yang diproduksi. Peningkatan ini ditunjukkan oleh gambar 4.32.


2011


4-28

Gambar 4.32. Peningkatan compression strength pada penggunaan Condebelt drying: Nilai Edge crush test (ECT) dari corrugated board dan nilai Box compression strength (BCT) dari corrugated containers. Sumber: Retulainen, 2001 Instalasi Condebelt drying di Korea untuk memproduksi corrugated container menunjukkan bahwa penggunaan teknologi ini memberikan peningkatan yang luar biasa pada edgewise dan compressive strength kotak yang diproduksi. Peningkatan compressive strength telah memungkinkan untuk melakukan penggantian triple wall board dengan double wall board yang dikeringkan dengan Condebelt. Selain itu, terdapat keuntungan lainnya yang diberikan dari implementasi teknologi ini dari uji lab dan pilot tets, antara lain pengurangan basis weight, penggunaan pulp dengan yield tinggi, peningkatan penggunaan recycled pulp, atau mempproduksi board dengan grade baru yang belum digunakan saat ini. 4.2.6 Kebutuhan Finansial dan Biaya Teknologi Berdasarkan Retulainen (2001), instalasi pertama Condebelt memberikan biaya energi dan perawatan dari pengering Condebelt sama besar dengan biaya yang dibutuhkan oleh pengering silinder konvesional. Teknologi ini juga memungkinkan pengurangan biaya bahan baki dengan mengganti bahan baku dengan kualitas yang lebih rendah atau dengan menggunakan basis weigth yang lebih rendah karena adanya peningkatan kekuatan dan performance dari produk akhir. Sebagai tambahan, laju pengeringan yang lebih cepat dari penggunaan Condebelt akan menghasilkan keuntungan finansial karena kertas dan pulp dapat dikeringkan dalam periode waktu yang sama. Meskipun demikian, diperlukan analisis dan penelitian lebih lanjut untuk menetapkan aspe finansial dari proses pengeringan Condebelt. A. Motor dengan efisiensi tinggi Sistem penggerak motor merupakan sistem dengan konsumsi energi listrik terbesar di industry pulp dan kertas. Sistem penggerak motor mengkonsumsi sekitar 90% konsumsi listrik yang digunakan di industry ini. Karena penggunaan


2011


4-29

energi yang tinggi,maka efisiensi energi perlu dipertimbangkan untuk mengurangi konsumsi listrik di sistem motor (baik pada motor, pompa, penggerak, kipas, kompresordan sistem control). Evaluasi kebutuhan dan ketersediaan energi perlu dievaluasi untuk mengoptimasikan kinerja sistem motor secara keseluruhan.Pendekatan yang dilakukan dapat berupa manajemen sistem motor yang mempertimbangkan factor-faktor berikut: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Pemilihan motor yang strategis Pemeliharaan Ukuran motor yang sesuai Adjustable speed drive Koreksi power factor Meminimalkan ketidakseimbangan voltase

Pada suatu studi kasus di pulp dan paper mill, motor dengan efisiensi energi yang tinggi merupakan bagian yang penting untuk mengurangi biaya penggunaan listrik. Dengan mengganti motor listrik yang memiliki efisiensi tinggi (premiumefficiency) suatu perusahaan dapat mengurangi penggunaan listrik per ton kertas sebesar 35%. B. Adjustable speed drives (ASDs) dan Peningkatan Kontrol Penghematan energi yang signifikan dapat diperoleh dengan memasang adjustable speed drive fan. Penghematan yang dapat dicapai bervariasi dari 14% dan 49% dengan menambahkan ASD pada fan (U.S DOE 2002). Sebagai contoh kasus, Untuk penambahan adjustable speed drive pada air fan di boiler steam di pabrik pupuk di Augusta, Georgia, dapat mengurangi produksi steam berlebih selama periode dengan load atau produksi yang rendah. Besar penghematan energi per tahun yang diperoleh sebesar 76.400 MMBtu dengan payout time (POT) selama 2 bulan.

C. New Emerging Technology Black Liquor Gasification Technology Gasifikasi Black Liquor mengacu pada proses pembuatan gas sintesis bersih ( Clean Syngas ) dari black liquor dengan mengkonversi kandungan biomassa menjadi energi berbentuk gas( H2, CH4, CO dll ). Syngas dapat digunakan di boiler atau di dalam proses combined cycle untuk membangkitkan listrik dan steam on-site. Gasifier untuk black liquor dapat diterapkan sebagai alat bantu untuk peningkatan kapasitas chemical recovery. Selain itu, teknologi ini memperkenalkan implementasi gasifier di sistem combined cycle power sebagai pengganti sistem Tomlinson recovery furnace untuk menyediakan bahan bakar di lime kiln dan bahkan untuk bahan bakar transportasi.


2011


4-30

Gambar 4.33. Diagram Gasifikasi Black Liquor Gasifikasi dapat dibagi dalam dua bagian yaitu reaktor di bagian atas dan pendingin quench di bagian bawah. Pada bagian atas dari reaktor black liquor disemprotkan suhu panas( 1000ᴼC ) melalui nozzle bersamaan dengan oksigen. Pada proses ini, awalnya butiran – butiran air akan menguap dan hilang yang disebabkan oleh panas dan hasil dari pencampuran bahan bakar gas dan pembakaran stoikiometrik oksigen. Penambahan sejumlah oksigen adalah variabel proses yang sangat penting dan akan menjadi sekecil mungkin dikarenakan oleh proses penguapan dengan temperatur yang sangat tinggi untuk menghasilkan gas yang akan digunakan pada combined cycle. Pendingin pada bagian quench dibutuhkan untuk memisahkan gas yang keluar dari reaktor yang pertama melewati kondensator arus lawan dimana bahan dasar yang mudah menguap terkondensasi dan kemudian dilanjutkan ke proses pembersihan sebelum gas tersebut dapat digunakan pada gas turbine.

Gambar 4.34. Black Liquor Gassification Combined Cycle


2011


4-31

Flue Gas hasil dari gasifikasi dibakar lagi pada Combustion Chamber dibantu oleh udara bertekanan untuk menghasilkan listrik dari gas turbine, dan flue gas dari gas turbine yang mengandung energi panas tinggi gunakan lagi pada HRSG untuk menghasilkan High Pressure steam dan low Pressure steam . Dengan efisiensi furnace yang mencapai sekitar 6570 %, maka gasifikasi black liquor dapat meningkatkan efisiensi pemakaian energi recovery furnace sebesar 20 %. Studi memperkirakan biaya modal pemasangan ( termasuk causticizing area upgrades ) untuk 6 juta pon padatan black liquor per harinya ( lb BLS/ hari ) unit gasifikasi adalah $ 234 juta untuk sistem temperatur rendah dan $ 194 juta untuk sistem temperature tinggi. Tabel 4.3. Pemakaian Material dan Energi per Tahun pada Tomlinson dan BLGCC

*Reference case study mill parameter assumptions for all power/recovery system simulations. Electrical Impulse Drying Electrical Impulse Drying adalah sebuah teknologi canggih yang disebut pengeringan impuls yang menggabungkan panas dan tekanan untuk memaksa air keluar dari web kertas. Dalam pengeringan impuls listrik, web diumpankan ke nip roll yang dibuat oleh dua gulungan counter-rotating. Satu roll ditutupi oleh dirasakan dan roll lainnya adalah logam yang dipanaskan sampai suhu lebih dari 120 ° C dengan induksi listrik. Unit ini dipasang antara pers dan bagian pengering dari mesin pembuat kertas.


2011


4-32

Gambar 4.35. Electrical Impulse Dryer Ketika web kertas keluar dari bagian press, melewati impuls panas dari nip roll pengering. Air di permukaan gulungan kertas bersentuhan dengan logam yang dipanaskan. Air permukaan berubah menjadi uap, yang pada gilirannya akan dipanaskan kembali pada roll kedua.Tergantung pada kondisi operasi, kandungan solid dari web kertas dapat mencapai 60%, nilai yang biasanya dicapai sekitar setengah lebih kecil bila menggunakan pengering konvensional. Meskipun air yang tersisa dapat dihilangkan secara konvensional, namun terdapat batas pengeringan yang dapat dioperasikan pada kecepatan yang lebih tinggi oleh sistem impuls. Pengering Impulse dapat dipasang untuk mesin yang ada atau dimasukkan sebagai teknologi canggih kemesin-mesin baru

Gambar Skema Electrical Impulse Drying

Gambar 4.36. Shematic of Electrical Impulse Drying Biaya pemasangan unit impuls pengeringan untuk kertas bekas atau bahan baku kayu, mesin spesialisasi diperkirakan sebesar $17.5 juta dimana $8.5 juta untuk unit impuls pengeringan, $ 5 juta untuk jasa listrik, $ 2,5 juta untuk jasa mekanik dan $ 1,5 juta untuk biaya lainnya. Tergantung pada kelas kualitas jenis kertas yang diproduksi maka dapat diperkirakan bahwa payback period akan berkisar dari 1 sampai 3 tahun. Penggabungan pengering impuls pada mesin kertas baru akan mengurangi waktu pengering oleh sekitar setengah. Dalam skenario ini, penghematan biaya dalam membangun dan pengering bagian akan berjumlah sekitar $ 20 juta.


2011

BAB IV TINJAUAN TEKNOLOGI KONSERVASI ENERGI DAN REDUKSI EMISI DI SEKTOR INDUSTRI BAJA DAN INDUSTRI PULP & KERTAS

Recommend Documents