ENERGI NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI PANAS ALTERNATIF PADA INDUSTRI PETROKIMIA

DAFTAR ISI Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir PTNBR – BATAN Bandung, 4 Juli 2013

Tema: Pemanfaatan Sains dan Teknologi Nuklir serta Peranan MIPA di Bidang Kesehatan, Lingkungan dan Industri untuk Pembangunan Berkelanjutan

ENERGI NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI PANAS ALTERNATIF PADA INDUSTRI PETROKIMIA Djati H. Salimy, Sunardi Pusat Pengembangan Energi Nuklir (PPEN) – BATAN Jl. Kuningan Barat, Mampang Prapatan, Jakarta Selatan, 12710 Telp./Fax. : 021-5204243, Email : [email protected] ABSTRAK ENERGI NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI PANAS ALTERNATIF PADA INDUSTRI PETROKIMIA. Telah dilakukan studi aplikasi energi panas nuklir temperatur tinggi padaindustri petrokimia. Tujuan studi ini adalah untuk memahami karakteristik dan kemungkinan pemanfaatan energi panas reaktor nuklir temperatur tinggi untuk industri petrokimia. Mengingat luasnya industri petrokimia, dalam studi ini dibatasi hanya pada pabrik pupuk urea dan kilang minyak. Dalam studi, diasumsikan energi panas nuklir temperatur tinggi akan memasok kebutuhan energi panas, kukus dan listrik untuk kilang minyak dengan kapasitas 126 MBSD, dan pabrik pupuk urea dengan kapasitas produksi 1725 ton urea per hari. Reaktor nuklir yang digunakan adalah reaktor nuklir temperatur tinggi GT MHR (Gas Turbine–Modular Helium Reactor) yang dianggap mewakili reaktor Generasi IV. Dua unit GT-MHR dengan kapasitas 2x600MWt, dapat memasok kebutuhan energi panas, kukus, dan listrik untuk mengoperasikan ke dua proses. Energi panas yang tersisa sebesar 128,02 MWt dikonversi menjadi listrik sebesar 42,63 MWe untuk disambungkan ke jaringan. Penggunaan energi nuklir menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi panas, dapat menghemat bahan bakar fosil pada kilang minyak sebesar 64800 ton/tahun, yang setara dengan pengurangan laju emisi gas CO2 sebesar 182419,78 ton/tahun. Sedang di pabrik pupuk urea, sekitar 12,3 juta MMBTU per tahun dapat dihemat. Ini setara dengan pengurangan laju emisi CO2 sebesar718.196,42 ton/tahun. Katakunci: petrokimia, kilang minyak, pupuk urea

ABSTRACT NUCLEAR ENERGY AS AN ALTERNATIVE HEAT ENERGY SOURCE AT PETROCHEMICAL INDUSTRY. The study of high temperature nuclear heat application for petrochemical industry has been carried out. The goal of the study is to understand the characteristic and possibility of high temperature nuclear heat application for operation of petrochemical industry. In this study, petrochemical industry is represented by urea fertilizer plant and crude oil refinery. High temperature of nuclear energy, assumed will suppy heat, steam and electricity to operate urea plant and refinery. Nuclear reactor that used in this studi is GT MHR (Gas Turbine–Modular Helium Reactor), that assumed represented of Generation IV reactors. Two units of GT-MHR with thermal capacity of 2x600 MWt can supply the need of energy for two plants. The rest energy about 128,02 MWt is converted to electricity about 42,63 MWe, send to the public grid. Utilization nuclear energy to substitute fossil fuel in oil refinery with capacity of 126 MBSD crude oil, give reduction of fossil fuel burning about 64800 ton/yr, equivalent to reduce CO2 emmision about 182419,78 ton/yr. While st urea plant, about 12,3 million MMBTU/yr can be saved, equivalent to about 718.196,42 ton/yr of CO2 emmision. Keywords: petrochemical, oil refinery, urea fertilizer

395

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir PTNBR – BATAN Bandung, 4 Juli 2013


1.

Mengingat luasnya industri petrokimia, dalam studi ini dilakukan pembatasan aplikasi reaktor nuklir temperatur tinggi pada industri pupuk urea dan kilang minyak. Perkembangan litbang produksi hidrogen di negara-negara maju, yang memanfaatkan panas energi nuklir dijadikan pijakan dalam studi ini. Meningkatnya kebutuhan pangan dan semakin sempitnya lahan, mendorong program intensifikasi pertanian yang harus didukung oleh produksi pupuk yang optimal. Sementara dalam industri bahan bakar transportasi, semakin langkanya cadangan minyak mentah ringan mendorong eksplorasi minyak mentah berat yang membutuhkan hidrogen dalam jumlah besar ketika dikonversi menjadi bahan bakar transportasi. Kilang minyak (oil refinery) adalah pabrik/fasilitas industri yang mengolah minyak mentah menjadi produk petroleum yang bisa langsung digunakan maupun produk-produk lain yang menjadi bahan baku bagi industri petrokimia[5]. Produk-produk utama yang dihasilkan dari kilang minyak antara lain: minyak bensin (gasoline), minyak disel, minyak tanah (kerosene). Kilang minyak merupakan fasilitas industri yang sangat kompleks dengan berbagai jenis peralatan proses dan fasilitas pendukungnya. Temperatur operasi pada kilang minyak bervariasi dari temperatur rendah (kamar) sampai temperatur tinggi (800oC). Secara umum energi yang dibutuhkan pada kilang minyak meliputi energi panas, process steam, dan listrik. Energi panas diperlukan untuk menjalankan proses yang beroperasi pada temperatur tinggi (400-800oC), sedangkan process steam dan listrik digunakan untuk menjalankan proses yang beroperasi pada temperatur rendah. Secara konvensional, kebutuhan energi panas pada kilang minyak dipasok dari pembakaran langsung bahan bakar produk kilang itu sendiri. Sebuah studi mengindikasikan bahwa untuk mengoperasikan kilang minyak, sekitar 10-20% produk kilang harus dibakar sebagai sumber energi panas (termasuk kukus dan listrik). Jika energi nuklir dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas, diharapkan dapat diperoleh keuntungan dari pembakaran bahan bakar fosil, yang berimplikasi pada potensi penghematan emisi CO2. Pupuk urea (NH2CONH2) adalah salah satu jenis pupuk organik yang diperlukan untuk meningkatkan produktivitas pertanian [6,7]. Meningkatnya jumlah penduduk dan semakin menyempitnya lahan pertanian, mendorong meningkatnya laju permintaan pupuk untuk

PENDAHULUAN

Kebijakan pemanfaatan energi nuklir di Indonesia harus diarahkan pada terwujudnya peran energi nuklir secara simbiotik dan sinergistik dengan sumberdaya energi tak terbarukan maupun terbarukan untuk memenuhi kebutuhan energi nasional guna mendukung pembangunan berkelanjutan [1]. Untuk itu, disamping mendorong terwujudnya PLTN pertama di Indonesia, berbagai kajian reaktor nuklir masa depan seperti: konsep reaktor kogenerasi produksi air bersih (desalinasi), penggunaan panas proses untuk operasi industri temperatur tinggi dan medium seperti produksi hidrogen, gasifikasi batubara, kilang minyak, dan lain-lain, juga harus terus melakukan. Penerapan energi nuklir dalam waktu dekat akan diimplementasikan untuk memenuhi kebutuhan listrik skala industri di Jawa dalam bentuk penggunaan PLTN skala besar (1000 MWe per unit reaktor) untuk berkontribusi dalam memasok listrik pada jaringan JAMALI. Pada tahap berikutnya, era PLTN akan memasuki generasi baru (Generasi 4) yang sering juga disebut sebagai era Sistem Energi Nuklir (SEN) [2]. Jika pada generasi sebelumnya PLTN didedikasikan sepenuhnya untuk memproduksi listrik, SEN didesain sebagai sistem pemasok energi nuklir yang aman, ekonomis, ramah lingkungan, dan berkelanjutan, serta dapat memasok energi untuk berbagai kebutuhan, baik untuk pembangkitan listrik maupun energi panas proses industri (meliputi produksi hidrogen, pencairan dan gasifikasi batubara, operasi kilang minyak, EOR dan desalinasi). Petrokimia adalah bahan kimia apapun yang diperoleh dari bahan bakar fosil [3]. Ini termasuk bahan bakar fosil yang telah dipurifikasi seperti: metana, propana, butana, bensin, minyak tanah bahan bakar diesel, bahan bakar pesawat, dan juga termasuk berbagai bahan kimia untuk pertanian seperti pestisida, herbisida, dan pupuk, serta bahan-bahan seperti plastik, aspal, dan serat buatan. Industri petrokimia adalah proses produksi bahan dan atau barang sintetis yang dibuat atau dihasilkan dari bahan baku minyak dan gas [4]. Produk industri petrokimia dapat dikatagorikan sebagai produk bahan jadi maupun produk antara. Di antara produk antara yang sangat penting adalah hidrogen, yang banyak digunakan sebagai bahan dasar penting dalam pembuatan pupuk urea, berbagai bahan kimia, maupun untuk mengupgrade minyak mentah berat menjadi minyak mentah ringan sebelum dikonversi menjadi bahan bakar transportasi.

396



mempertahankan produktivitas pertanian. Pupuk urea merupakan komponen buatan yang mengandung unsur karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen. Pupuk ini diproduksi dengan bahan baku gas alam (atau hidrokarbon ringan lain) dan udara sebagai sumber nitrogen. Produksi pupuk urea dilakukan melalui proses steam reforming gas alam membentuk hidrogen (H2) dan carbon monokisa (CO), kemudian direaksikan dengan nitrogen (N2) dari udara membentuk amoniak (NH3), dan akhirnya dengan CO2 terbentuk urea. Proses steam reforming gas alam merupakan kunci utama proses. Proses ini merupakan proses endotermik yang beroperasi pada temperatur tinggi (~800oC) sehingga membutuhkan energi termal dalam jumlah besar. Kebutuhan energi termal untuk menjalankan proses dipasok dari pembakaran langsung bahan bakar fosil gas alam. Berdasarkan pengalaman operasi, dari total kebutuhan gas alam, hanya sekitar 40% yang diproses sebagai bahan baku. Sisanya dibakar untuk memasok kebutuhan energi termal pada proses steam reforming, dan untuk memenuhi kebutuhan process steam dan listrik yang dibutuhkan untuk menjalankan pabrik. Makalah ini membahas aplikasi energi panas nuklir sebagai alternatif sumber energi panas untuk menjalankan proses pada industri petrokimia yang dalam studi ini diwakili oleh industri pupuk urea dan kilang minyak. Energi panas konvensional yang diganti dengan sumber energi dari nuklir meliputi: energi panas (process heat), energi kukus (process steam), dan listrik. Dalam analisis dilakukan perhitungan distribusi energi termal nuklir dalam bentuk process heat produksi hidrogen di pabrik pupuk, kukus untuk process steam di pabrik pupuk dan kilang minyak, serta kebutuhan listrik untuk kedua pabrik tersebut.

Di samping itu juga dianalisis penghematan emisi CO2 yang diperoleh dari pemanfaatan energi nuklir. Hasil studi diharapkan dapat menjadi bahan masukan pada para pemangku kepentingan dalam menyusun kebijakan pengembangan energi nuklir di Indonesia. 2.

TINJAUAN PUSTAKA

Litbang produksi hidrogen dengan memanfaatkan energi panas nuklir di negaranegara maju telah dilakukan lebih dari 50 tahun. Terbentuknya forum internasional, Nuclear Hydrogen Society pada tahun 2001 di Jepang[8], mendorong kerjasama yang semakin intensif diantara negara-negara maju untuk mewujudkan terealisasinya sistem energi nuklir hidrogen, yaitu suatu sistem produksi hidrogen berbasis energi panas dari reaktor nuklir. Litbang produksi hidrogen yang sangat intensif ini bertujuan untuk mengantisipasi ledakan permintaan hidrogen jika pemanfaatan hidrogen sebagai bahan bakar transportasi terwujud. Sistem produksi hidrogen dengan energi panas nuklir dapat dimanfaatkan pada berbagai industri temperatur tinggi, seperti petrokimia atau pabrik pupuk urea. Konsumsi hidrogen sebagai chemical feedstock di dunia saat ini diperkirakan mencapai 50 juta ton per tahun, dan sampai saat ini permintaannya masih didominasi untuk keperluan industri petrokimia [9]. Pada Tabel 1 terlihat bahwa dari sekitar 41,09 juta ton permintaan hidrogen dunia (yang terdeteksi), lebih dari setengahnya (57%) dipakai untuk produksi pupuk urea dan amoniak, sekitar 27% untuk kilang minyak, dan 10% untuk produksi metanol. Sisanya dalam prosentase yang lebih kecil digunakan untuk berbagai produksi produk petrokimia lain.

Tabel 1. Konsumsi hidrogen di dunia [9]

Captive Users Ammonia Refineres Methanol Other Merchant Users Pipeline or on site Cylinder and bulk Total

USA

Wester Europe

Japan

Rest of World

Total

2,59 3,19 0,39 0,35

1,78 2,81 0,31 0,03

0,23 1,17 0 0,09

19,02 4,10 3,29 na

23,63 11,29 3,99 0,47

1,16 0,07 7,74

0,44 0,06 5,42

0,03 0,01 1,53

na na 26,41

1,63 0,12 41,09

397



Secara umum, diagram alir pembuatan pupuk urea dapat dilihat pada Gambar 1. Terlihat pada gambar tersebuut bahwa pada pabrik pupuk urea terdapat 3 unit utama: unit pabrik amoniak, unit pabrik urea, dan utilitas. Unit pabrik amoniak adalah unit yang membutuhkan energi paling besar. Pada unit ini berlangsung proses steam reforming gas alam untuk menghasilkan hidrogen, kemudian dikonversi menjadi amoniak sebelum dikirim ke unit pabrik urea. Proses steam reforming gas alam konvensional ini membutuhkan energi panas dalam jumlah besar, sehingga menjadi bagian yang menarik jika digantikan dengan sistem nuklir hidrogen yang dikembangkan di Jepang. Pada sistem nuklir hidrogen di Jepang, proses steam reforming gas alam dijalankan dengan memanfaatkan energi panas nuklir

temperatur tinggi. Jika teknologi ini dapat diaplikasikan, sejumlah besar pembakaran langsung gas alam untuk energi panas dapat dihemat. Bahkan sistem nuklir hidrogen berbasis proses water splitting juga dimungkinkan diterapkan pada unit pabrik amoniak. Jika sistem ini dapat diterapkan, penghematan gas alam akan jauh lebih besar lagi, karena kebutuhan gas alam sebagai bahan baku juga tidak diperlukan lagi. Kilang minyak (oil refinery) adalah pabrik/fasilitas industri yang mengolah minyak mentah menjadi produk petroleum yang bisa langsung digunakan maupun produk-produk lain yang menjadi bahan baku bagi industri petrokimia [5]. Temperatur yang terlibat dalam penhgoperasian kilang minyak berkisar antara temperatur kamar sampai sekitar 800oC.

Gambar 1. Diagram alir pembuatan pupuk urea [10]

Gambar 2. Tipikal Peoses Kilang Minyak [5]

398



Pada Gambar 2. terlihat skema tipikal kilang minyak dan kisaran temperatur operasinya. Bentuk energi panas yang dipakai untuk mengoperasikan kilang, meliputi: energi panas, kukus, dan listrik. Ketiga bentuk energi panas tersebut diperoleh dengan pembakaran langsung bahan bakar fosil. Jika sebagian energi panas dapat diganti dengan energi nuklir, diharapkan dapat diperoleh beberapa keuntungan: penghematan cadangan bahan bakar fosil, potensi penurunan emisi gas CO2, serta diversifikasi energi nuklir. Studi aplikasi reaktor nuklir temperatur tinggi untuk industri kilang minyak dan petrokimia telah dilakukan di beberapa negara, salah satunya di Cina [9]. Pada akhir dekade 1980, Cina bekerjasama dengan Jerman telah melakukan studi pemanfaatan reaktor nuklir temperatur tinggi untuk industri petrokimia (termasuk kilang minyak) di kawasan industri Yan Shan Petrochemical General Corporation (YSPGC). Konsumsi energi di kompleks industri ini secara konvensional dipasok dengan pembakaran minyak sebanyak 1,2 juta ton/tahun. Total kebutuhan kukus pada tekanan dan temperatur yang berbeda-beda, bervariasi sekitar 730 ton/jam pada musim panas sampai 1650 ton/jam pada musim dingin. Parameter kukus adalah: 118 bar/500oC, 47-50 bar/450oC, 34-39 bar/350oC, dan 8 – 13 bar/280oC, dengan pemasok energi utama berasal dari sistem kogenerasi uap – listrik berbahan bakar minyak. Hasil studi menunjukkan bahwa kebutuhan kukus untuk proses di atas dapat dipenuhi dengan mengoperasikan 4 unit reaktor nuklir temperatur tinggi masing-masing berdaya 200 MWt. Operasi secara kogenerasi ke empat unit reaktor nuklir tersebut dapat memasok:  Listrik 139 MWe.  Kukus untuk process steam 118 bar/500oC dengan laju 30 ton/jam.  Kukus untuk process steam 48 bar/450oC dengan laju 73 ton/jam.  Kukus untuk process steam 36 bar/350oC dengan laju 310 ton/jam.  Kukus untuk process steam 10 bar/280oC dengan laju 500 ton/jam.

Studi pustaka bertujuan untuk memperoleh dasar teori berkaitan dengan industri pupuk, kilang minyak serta litbang produksi hidrogen berbasis energi nuklir. Di samping itu, studi pustaka juga untuk memperoleh data-data sekunder yang diperlukan dalam perhitungan. Survei lapangan dimaksudkan untuk memperoleh gambaran secara lebih jelas terkait proses yang terjadi di pabrik pupuk dan kilang minyak, serta untuk memperoleh data primer kedua pabrik tersebut, terutama terkait balance of plant.

3.

3.2 Data dan Asumsi Pabrik Pupuk Urea Pada studi ini, data yang diperoleh dari pabrik pupuk urea PT. Pupuk Sriwijaya Unit IB digunakan sebagai acuan. Kapasitas pabrik Unit IB sebesar 1725 ton pupuk urea per hari. Kebutuhan gas alam per tahun dan peruntukannya untuk menghasilkan pupuk urea dengan kapasitas 1725 ton per hari dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Kebutuhan Gas Alam (juta per tahun) [10] Bahan baku Pemanas proses Bahan bakar Total

8,95 MMBTU 6,16 MMBTU 6,15 MMBTU 21,26 MMBTU

Terlihat pada Tabel 2 bahwa kebutuhan gas alam sebagai bahan baku hanya sekitar 40% kebutuhan total. Dengan memanfaatkan reaktor nuklir temperatur tinggi sebagai sumber panas proses, kukus, dan listrik, sekitar 60% gas alam dapat dihemat. Kukus yang digunakan pada pabrik pupuk mempunyai parameter tekanan 42,2 kg/cm2 dan temperatur 399oC. Kukus yang dihasilkan dari waste heat boiler dengan laju alir 90 ton per jam dikonversi menjadi listrik, sedangkan kukus yang dihasilkan dari package boiler dengan laju 120 ton per jam digunakan untuk mendukung process steam pada pabrik amoniak dan pabrik urea.

METODLOGI

Kilang Minyak

3.1 Metode Penelitian

Sebagai kilang minyak referensi, digunakan salah satu kilang minyak yang dioperasikan oleh Pertamina (selanjutnya disebut Kilang Minyak Referensi). Konfigurasi proses dan produksinya dapat dilihat pada Gambar 3.

Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini meliputi studi pustaka, survei lapangan, dan simulasi disertai analisis perhitungan.

399



Gambar 3. Konfigurasi Kilang minyak referensi [11] Terlihat pada Gambar 3 bahwa kilang beroperasi dengan kapasitas 126 MBSD minyak mentah dan mampu memproduksi berbagai bahan bakar transportasi dan produk lainnya dengan kapasitas seperti telihat pada bagian kanan gambar. Kebutuhan dan konsumsi energi dalam bentuk kukus (untuk process steam) dan listrik, dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Data konsumsi dan produksi kukus dan listrik [11] Daya (ton/jam) Daya Daya Mampu Aktual Produksi kukus 1 Package Boiler WHRU Produksi kukus 2 Boiler 1 Boiler 2 Produksi Listrik Gas Turbine (MWe) Konsumsi Bahan bakar (fuel gas, field gas, fuel oil) Boiler dan Packed Boiler, WHRU, Pembangkit listrik

Energi Nuklir Temperatur Tinggi Dalam studi ini, reaktor nuklir yang dipakai sebagai acuan dalam perhitungan adalah reaktor nuklir temperatur tinggi Generasi IV VHTR (Very High Temperature Reactor)[12]. Reaktor temperatur tinggi berpendingin gas helium jenis GT MHR digunakan sebagai acuan perhitungan dengan pertimbangan reaktor ini mewakili reaktor VHTR yang lain. Parameter desain reaktor GT MHR (Gas Turbine–Modular Helium Reactor) yang digunakan dalam perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4 [13]. Dalam studi ini diasumsikan reaktor GTMHR dioperasikan dengan skema kogenerasi untuk menghasilkan panas, kukus dan listrik dengan jumlah dan kualitas disesuaikan dengan proses yang memerlukan.

Produksi (ton/jam)

2x45 2x60

2x42 2x40

146,5

6x14 2x22

6x10 2x15

55,6

3x19 (Mwe)

3x12 (Mwe)

24 (Mwe)

2,3 – 2,3 0,5 – 0,7 4 – 4,5

Konsumsi kukus Penggerak pompa yang menggunakan steam turbine, Pemanas / coil steam di tanki, Pemanas di reboiler PP, Stripping steam di kolom distilasi, Kebutuhan proses seperti: dearator, regenerasi absorbent, steam stripping di FCC, dsb. Konsumsi listrik Utilities 30 %, perumahan, perkantoran dan pabrik 70%

3.3 Analisis Perhitungan Neraca Energi Process heat Perhitungan kebutuhan energi panas nuklir dalam bentuk process heat yang dibawa media pemanas helium sekunder, dilakukan dengan asumsi berdasarkan hasil penelitian dari berbagai negara.

Catatan. Kukus 1(T 385oC , P 40kg/cm2) Kukus 2 (T 360oC, P 15 kg/cm2)

400



Tabel 4. Parameter desain GT MHR [13]

mengambil energi panas dari helium sekunder. Berdasarkan pengalaman pada industri temperatur tinggi [10,15], diasumsikan kekurangan panas yang harus dipasok dengan helium sekunder pada WHB adalah 50% dari total produksi. Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.

Nama reaktor Perancang Pendingin Daya Bejana reaktor Tinggi Diameter Bahan bakar Tipe Pengayaan Tekanan Inlet Outlet Tekanan Inlet Outlet Penggantian bahan bakar

GT-MHR General Atomic, USA Miniatom, Rusia Gas 600 MWt 24 m 8,5 m

Tabel 4. Perhitungan kebutuhan kukus di Pabrik Pupuk Urea

UO2/MOX 20%

Jenis pembangkit uap 7,07 MPa 7,02 MPa

Kapasitas produksi WHB Kapasitas produksi PB Parameter kukus Tekanan Temperatur

500oC 900oC >2 tahun

Total pasokan energi Dari energi nuklir Dari panas sisa Total permintaan energi Untuk listrik Listrik yang dihasilkan Process steam

Perhitungan peneliti di Amerika dan Korea menunjukkan bahwa reaktor nuklir temperatur tinggi dengan daya termal 600 MWt dapat dimanfaatkan untuk memproduksi hidrogen sebanyak 200 ton per hari dengan efisiensi proses termokimia sebesar 48% [14]. Karena produksi hidrogen dalam studi ini dilakukan dengan proses steam reforming gas alam yang efisiensinya 78%, dapat dihitung kebutuhan energi termal dari panas nuklir sebagai berikut: (200 ton H2/600MWt)x(78/48) = 0,542 ton H2 per 1 MWt panas nuklir. Kebutuhan hidrogen di pabrik pupuk sebesar 198,1 ton/hari, jika diasumsikan kebutuhan hidrogen di kilang minyak sekitar 5% nya maka total kebutuhan hidrogen adalah 209 ton/hari. Untuk memenuhi kebutuhan hidrogen sebesar 209 ton/hari amoniak, dibutuhkan energi process heat sebesar = (209/0,542) = 385,6 MWt.

Waste heat boiler (WHB) Package boiler (PB) 90 ton/jam 120 ton/jam 4,22 MPa 399oC 149 MWt 101,44 MWt 47,52 MWt 149 MWt 95,08 MWt 31,38 MWe 53,92 MWt

Process Steam dan Listrik di kilang minyak Terlihat pada Tabel 2 bahwa kukus yang dibutuhkan untuk proses adalah sebagai berikut: kukus 1 (dengan temperatur 385oC dan tekanan 40 kg/cm2) sebesar 146,5 ton/jam, dan kukus 2 (dengan temperatur 360oC dan tekanan 15 kg/cm2) sebesar 55,6 ton/jam. Dari perhitungan diperoleh bahwa kukus 1 dapat diproduksi dengan panas nuklir sebesar 100,07 MWt, kukus 2 memerlukan energi nuklir sebesar 43,07 MWt, sedang kebutuhan listrik sebesar 24 Mwe dapat dipasok dari energi nuklir sebesar 72,73 MWt. Total kebutuhan energi nuklir di kilang minyak sebesar 215,87 MWt.

Process Steam dan Listrik di pabrik pupuk Kukus yang digunakan pada pabrik pupuk urea diproduksi dengan panas nuklir yang dibawa oleh helium sekunder. Parameter kukus yang dibutuhkan adalah tekanan sebesar 42,2 kg/cm2 dan temperatur 399oC. Kukus yang diproduksi dengan waste heat boiler (WHB) dengan laju alir 90 ton per jam dikonversi menjadi listrik. Sedangkan kukus yang diproduksi menggunakan package boiler memiliki laju produksi sebsar 120 ton per jam dimanfaatkan untuk mendukung process steam pada unit pabrik urea dan pabrik amoniak. Pada WHB, produksi kukus dilakukan dengan memanfaatkan energi panas sisa dari proses steam reforming, kekurangannya baru

3.4 Analisis Potensi Penghematan Bahan Bakar Fosil Potensi penurunan laju emisi CO2 diperoleh dari penghematan pemakaian gas alam sebagai bahan bakar. Pemanfaatan reaktor nuklir temperatur tinggi mampu mencukupi kebutuhan semua energi termal yang dibutuhkan pabrik, sehingga gas alam hanya dibutuhkan sebagai bahan baku. Dari Tabel 1 terlihat bahwa dari total kebutuhan gas alam per tahun sebesar 21.252.188,83 MMBTU, hanya sebesar 8.945.131,08 MMBTU yang digunakan sebagai

401



bahan baku. Sisanya sebesar 12.307.057,75 MMBTU per tahun digunakan sebagai bahan bakar. Gas alam sebesar 12.307.057,75 MMBTU per tahun inilah yang dapat dihemat jika reaktor nuklir temperatur tinggi dimanfaatkan untuk menjalankan proses. Perhitungan potensi penghematan emisi CO2 dilakukan dengan cara sebagai berikut:

Fuel gas dan field gas mempunyai kesetaraan dengan CH4 karena terususun oleh unsur utama metana, sehingga emisinya dapat dihitung sebagai berikut: BM CO 2  0,6  64800  106920 ton/tahun BM CH 4 Sehingga total emisi CO2 yang dapat dihemat adalah 182419,78 ton/tahun.

Reaksi: CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O Berat molekul CH4 = 16 dan berat molekul CO2 = 44. Gas alam sebesar 12.307.057,75 MMBTU per tahun setara dengan 261162331,65 kg/tahun. Sehingga potensi pengurangan emisi CO2 adalah sebesar = 44/16 x 261162331,65 = 718.196,42 ton/tahun.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan yang dilakukan dalam studi ini adalah untuk memprediksi distribusi energi panas nuklir untuk menjalankan pabrik pupuk urea dan kilang minyak. Aliran distribusi energi panas nuklir dapat dilihat pada Gambar 2. Luaran panas reaktor nuklir temperatur tinggi yang dibawa oleh pendingin gas helium pada temperatur sekitar 900oC, dipindahkan panasnya melalui intermediate heat exchanger (IHX) menggunakan helium sekunder. Helium sekunder yang temperarurnya sekitar 850oC dan relatif tidak terpapar radiasi inilah yang dimanfaatkan energi panasnya. Pada industri pupuk urea, energi panas helium sekunder ini dibagi menjadi 2 bagian yaitu untuk process heat dan process steam. Untuk process heat, panas helium sekunder dialirkan ke reaktor steam reforming gas alam. Sedang process steam yaitu mengubah sebagian panas yang dibawa helium sekunder menjadi kukus menggunakan steam boiler sesuai kebutuhan process steam. Sebagian process steam kemudian dikonversi menjadi listrik.

Dari Tabel terlihat bahwa untuk menghasilkan listrik dan kukus dibutuhkan bahan bakar campuran (fuel gas, field gas, fuel oil) sebesar 7,5 ton/jam atau 64800 ton/tahun. Jumlah ini merupakan bahan bakar yang dapat dihemat karena pemanafaatan reaktor nuklir. Jika diasumsikan komposisi pemakaian bahan bakar adalah: 40% fuel oil dan masing-masing 30% untuk fuel gas dan field gas, maka potensi pengurangan emisi CO2 dapat dihitung. Kandungan karbon rata-rata pada fuel oil (FO) adalah sebesar 2,77 kg/galon = 0,7944 kg karbon/kg FO. Emisi yang dapat dikurangi sebesar: BM CO2  0,7944 0,4  64800 75499,78 ton/tahun BAC

Gambar2. Skema distribusi aliran energi panas

402



Tabel 3. Rekapitulasi hasil perhitungan neraca energi

Di sini, nuklir digunakan untuk amemasok listrik dan process steam. Dengan asumsi semua unit proses di bawah temperatur 600oC dapat diganti energinya dengan nuklir, untuk kilang minyak kapasitas 180 MBSD memberikan penghematan emisi CO2 sebesar 350000 ton/tahun. Pemanfaatan reaktor nuklir temperatur tinggi GT-MHR yang kapasitas per unitnya 600 MWt dipandang cukup menarik. Dibanding reaktor komersial yang kapasitas per unitnya 1000 MWe (~3000 MWt), reaktor daya menengah mempunyai peluang introduksi yang lebih besar. Berbagai studi sebelumnya menyebutkan bahwa PLTN skala besar hanya layak untuk jaringan interkoneksi yang juga besar. Untuk Indonesia, PLTN besar hanya cocok untuk disambungkan ke jaringan JAMALI, sehingga penentuan lokasinya agak terbatas. Sedang PLTN menengah yang dapat dioperasikan secara kogenerasi, dapat memanfaatkan peluang pasar yang lebih luas seperti industri skala besar (kilang minyak, petrokimia, pupuk). Di sini energi nuklir tidak harus masuk ke jaringan kelistrikan, tetapi dimanfaatkan pada industri dengan permintaan energi besar.

Pasokan Energi Daya reaktor nuklir Efisiensi termal IHX Daya luaran IHX Permintaan Energi Process heat Kukus dan listrik pabrik pupuk Kukus dan listrik kilang minyak Total permintaan Kelebihan energi panas nuklir

2x600MWt 90% 1080 MWt

385,6 MWt 101,44 MWt 215,87 MWt 951,98 MWt

128,02 MWt ~ 42,63 MWe

Dari Tabel 3 terlihat bahwa reaktor nuklir dengan daya termal sebesar 2x600 MWt, dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi panas, kukus dan listrik pada pabrik pupuk urea dengan kapasitas 1725 ton urea/hari dan kilang minyak dengan kapasitas pengolahan minyak mentah sebesar 126 MBSD. Terlihat bahwa energi termal nuklir paling banyak dibutuhkan pada pabrik pupuk, terutama di unit pabrik amonia. Pada unit ini dioperasikan proses steam reforming gas alam yang beroperasi secara endotermis pada temperatur tinggi. Pada proses konvensional, kebutuhan gas alam sebagai pemanas proses steam reforming gas alam setara dengan kebutuhan untuk utilitas, dan sedikit di bawah kebutuhan untuk bahan baku. Penggantian bahan bakar fosil gas alam dengan energi nuklir dapat menghemat kebutuhan gas alam untuk pemanas proses dan bahan bakar di yang totalnya mencapai 12,31 juta MMBTU. Penghematan ini setara dengan menghambat laju penurunan emisi gas CO2 sebesar 718.196,42 ton/tahun. Dalam studi ini, aplikasi nuklir di kilang minyak dibatasi hanya untuk memenuhi kebutuhan kukus dan listrik pada kilang minyak guna mengoperasikan proses-proses yang beroperasi pada temperatur di bawah 385oC. Hasil studi menunjukkan adanya penghematan emisi CO2 sebesar 182419,78 ton/tahun. Jika melihat asumsi kapasitas kilang dan temperatur operasi yang dapat digantikan, hasil pengurangan emisi yang lebih rendah pada studi ini dianggap cukup masuk akal. Sebagai acuan, studi aplikasi energi nuklir untuk kilang minyak pernah dilakukan di Perancis, dengan menggantikan sekitar 80% kebutuhan energi untuk kilang minyak dengan energi nuklir [16].

4.

KESIMPULAN

Dari studi dan analisis yang dilakukan dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut: a) Energi termal yang dipasok dari reaktor nuklir temperatur tinggi dengan daya 2x600 MWt dapat mencukupi kebutuhan energi panas, kukus, dan listrik pada industri petrokimia yang pupuk urea dengan kapasitas 1725 ton/hari, dan kilang minyak dengan kapasitas pengolahan minyak mentah sebesar126 MBSD. b) Pengggantian sumber panas konvensional dengan nuklir mampu menghemat bahan bakar fosil sebanyakdi kilang minyak sebesar 64.800 ton/tahun yang setara dengan potensi pengurangan laju emisi CO2 sebesar 182.419,78 ton/tahun. Di pabrik pupuk urea, pemanfaatan energi nuklir mampu menghemat gas alam sebesar 12,3 juta MMBTU yang setara dengan penurunan emisi CO2 sebesar 718.196,42 ton/tahun.

403

5.

DAFTAR PUSTAKA

1.

SOENTONO, S., Peran BATAN dalam Alih Teknologi Energi Nuklir di Indonesia, Seminar Nasional ke-12 Keselamatan


2.

3. 4. 5.

6. 7. 8.

9.

PLTN serta Fasilitas Nuklir, Yogyakarta, 2006. PURWADI, M. D., Desain Konseptual Sistem Reaktor Daya Maju Kogenerasi berbasis RGTT, Prosiding Seminar Nasional Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir, 2010. http://id.wikipedia.org/wiki/Petro-kimia diakses Januari 2013 http://id.wikipedia.org/wiki/Industri_petroki mia diakses Januari 2013 ________, Oil Refinery, http://simple. wikipedia.org/wiki/Oil_refinery diunduh tanggal 12 Januari 2012. _________, http://id.wikipedia.org/ wiki/Urea, Urea, diakses 5 Januari 2013. _________, http://id.wikipedia.org/ wiki/Pupuk, Pupuk, diakses 5 Januari 2013. _________, Nuclear Hydrogen Society established in Japan, International Journal of Hydrogen Energy 26, 2001 __________, IAEA TECDOC 1085: Hydrogen as an Energy Carrier and Its Production by Nuclear Power, IAEA


Publication, Vienna, 1999. 10. PT. Pupuk Sriwijaya, Komunikasi Pribadi, 2011. 11. Pertamina UP III, Komunikasi Pribadi, 2011. 12. ________, Very High Temperatur Reactor, http://en.wikipedia.org/wiki, diakses pada 20 Agustus 2011. 13. LABAR, M. P., et.al., Status of the GTMHR for Electricity Production, World Nuclear Association Annual Symposium 35 September 2003. 14. ________, Hydrogen Production from Nuclear Power, http://www.eoearth.org/article, diakses pada 24 Juni 2011. 15. PT. Chandra Asri Petrochemical Tbk., Komunikasi Pribadi, 2011. 16. RUER, J., Potential Use of Nuclear Energy in the Future Oil and Gas Industry, 4th International Freiberg Conference on IGCC & XtL Technologies, Dresden, May 2010.

404

ENERGI NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI PANAS ALTERNATIF PADA INDUSTRI PETROKIMIA

Recommend Documents