studi pengaruh kandungan batubara terhadap pembakaran dan potensi pembentukan slagging berdasarkan...
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
PT Kemasan Cipta Nusantara merupakan perusahaan yang bergerak dibidang
usaha pembuatan atau produksi styropor, yang berlokasi di kawasan Industri
Makassar. Hasil produksi dalam bentuk box dan bahan bakunya yaitu Polistyrene.
Dalam produksi tersebut, digunakan uap air untuk mengembangkan polystyrene, uap
air berasal dari pemanasan boiler dengan bahan bakar batubara, batubara yang di
gunakan di kirim dari kalimantan dengan kualitas tertentu sesuai dengan kebutuhan
dan permintaan perusahaan.
Dalam pemanfaatannya, batubara harus diketahui terlebih dulu kualitasnya. Hal
ini dimaksudkan agar spesifikasi mesin atau peralatan yang memanfaatkan batubara
sebagai bahan bakarnya sesuai dengan mutu batubara yang akan
digunakan sehingga mesin-mesin tersebut dapat berfungsi optimal dan tahan lama.
Walaupun permintaan batubara disesuaikan dengan kualitas yang cocok untuk
jenis alat dan sistem pembakaran yang digunakan, namun seringkali terjadi
permasalahan yang ditimbulkan dari pembakaran tersebut, yang berupa korosi pada
jaringan sistem alat, suhu tidak stabil dan produk hasil pembakaran berupa abu.
Untuk itu perlu ditinjau dan dianalisis kualitas batubara yang di gunakan yaitu
dengan analisa ultimate dan potensi terbentuknya korosi (slagging dan fouling)
dengan analisa abu produk pembakaran batubara.
1 - 1
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Identifikasi Masalah
Pada penggunaan batubara di perusahaan, standar kualitas yang digunakan
telah disesuaikan dengan jenis alat dan sistem pembakaran yang sesuai, tetapi pada
kenyataan di lapangan masih terdapat permasalahan yang terjadi dan yang paling
menonjol yaitu terjadi penurunan suhu diserti dengan sisa pembakaran (abu) yang
tinggi dan terbentuknya terak (slag). Pada analisis proksimat kandungan abu sudah
relatif rendah akan tetapi yang menyebabkan terjadinya slagging adalah unsur-unsur
kimia asam dan basa yang terkandung didalam abu.
Berdasarkan standar, bahwa harga slagging index antara 0.5 – 1.5 tidak akan
menimbulkan masalah pembentukan terak (slag), tetapi lebih besar dari harga
tersebut akan terbentuk terak (slag) yang akan menimbulkan permasalahan baik saat
pembakaran maupun pada sistem jaringan alat yaitu korosi, untuk itu maka dianggap
perlu untuk meninjau nilai slagging index dari analisais abu dasar yang sisa.
1.2.2 Permasalahan
- Pengaruh kandungan abu batubara terhadap pembakaran yang dimana menentukan
kualitas batubara yang terkandung, yaitu jumlah banyaknya unsur carbon dan
volatile matter.
1 - 2
- Kadar slagging index yang melewati ambang batas yaitu 0.5 – 1.5 yang akan
mengakibatkan pembentukan terak (slag) yang berdampak pada kualitas
pembakaran yang diinginkan serta korosi yang akan terjadi pada sistem jaringan
alat.
1.2.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini, sesuai dengan judul pembahasan dibatasi pada aspek
pengaruh abu dalam pembakaran dan aspek pengotoran abu dasar (bottom ash)
terhadap potensi pembentukan terak (slagging).
1.2.4. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini, yaitu untuk mengetahui :
- Pengaruh kandungan abu terhadap pembakaran dan peralatan yang digunakan.
- Cara menentukan slagging index dan menganalisis potensi terbentuknya korosi
(slag) dan cara penanggulangannya.
1.3 Metode Penelitian
Dalam melakukan pendekatan masalah, maka metode yang digunakan terdiri atas
beberapa tahap, yaitu :
a. Studi literatur
Dilakukan dengan mencari dan mengumpulkan data yang berkaitan dengan
penelitian yang berasal dari materi kuliah, buku referensi dan hasil penelitian
1 - 3
sebelumnya. Data ini antara lain berupa : jenis batubara, sifat-sifat batubara dan
kualitas batubara.
b. Studi lapangan
Pengamatan lapangan dilakukan untuk mengetahui dan mengambil data-data
yang digunakan dalam penyusunan laporan.
c. Pengolahan Data
Dilakukan dengan menghitung slagging Index, dan membandingkan dengan
standar untuk mengetahui potensi terjadinya korosi (slagging).
1 - 4
BAB II
TINJAUAN UMUM
2.1 Sejarah PT Kemasan Cipta Nusantara
PT Kemasan Cipta Nusantara adalah sebuah perusahaan yang bergerak
dalam bidang pembuatan atau produksi styropor, yang berlokasi di Kawasan Industri
Makassar (KIMA). Hasil produksi perusahaan berupa box dan balok yang bahan
bakunya yaitu polystyrene dengan merek arbepor dan polipor yang di pesan dari
perusahaan yang berbeda.
PT Kemasan Cipta Nusantara merupakan kelompok dari PT Kemasan
Ciptatama Sempurna yang berpusat di Surabaya, Jawa Timur. Untuk mensuplai
kebutuhan styropor bagi konsumen di Makassar, maka didirikanlah PT Kemasan
Cipta Nusantara, perusahaan ini didirikan pada tanggal 18 oktober 1997 dengan
demikian diharapkan dapat mempermudah masyarakat Makassar dan sekitarnya
dalam memasarkan bahan-bahan mentah.
Bentuk badan hukum PT Kemasan Cipta Nusantara, berdasarkan Keppres
No. 1272/12/IA/VI/97 perihal izin usaha industri PT. Kemasan Cipta Nusantara
tertanggal 28 maret 1997. PT Kemasan Cipta Nusantara sejak berdirinya dianggap
telah mampu memenuhi kebutuhan local dan sampai sekarang masih bekerjasama
dengan pihak PT Garuda Indonesia sebagai sarana transportasi komoditi marine
(hasil laut) untuk pengadaan styropor baik dalam bentuk box, balok, maupun
pelampung dengan kapasitas produksi 1000 box per hari.
1 - 5
2.2 Proses Pembuatan Styropor
Styropor adalah bahan sintetik, terbuat dari bahan mentah, sebuah cairan yang
terbuang dari minyak, dari cairan ini kemudian ditemukan polystyrene atau EPS atau
bisa juga disebut styropor temp. Dengan cara menyuntikkan uap maka polystyrene
dapat mengembang dan merekat yang kemudian disebut styropor. Secara khusus
warna dan berat styropor selalu putih dan hampir tak berbobot.
Styropor dapat digunakan sebagai bahan perekat dan juga sebagai bahan
pengemas, dilain pihak styropor juga berperan sebagai bahan penyerap air pada
lantai. Styropor adalah sebuah polystyrene yang sudah mengembang dan saling
merekat. Menurut strukturnya adalah sebuah rantai hidrokarbon panjang dengan
sebuah grup phenyl berikatan pada setiap atom karbon lain. Polystyrene diproduksi
oleh free radical vinylpolymerzation dari monomer styrene.
Proses pembuatan styropor dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu penguapan
polystyrene sehingga berbentuk bahan setengah jadi dan injecting steam sekaligus
sebagai tempat pencetak.
Mekanisme Penguapan Polystyrene
Bahan baku setelah ditimbang, masuk kedalam conveyor dengan
perbandingan yang telah diset sesuai analisis kerja, setelah bahan baku berada di
conveyor lalu dialirkan ke selinder uap yang sudah dalam kondisi pemanasan dengan
alat yang disebut ED Motor Control, di selinder uap bahan baku di aduk dengan
spindle selama proses pengolahan sampai menjadi bahan setengah jadi. Steam yang
1 - 6
digunakan berasal dari boiler yang masuk ke mesin lewat instalasi pipa steam dan
dikontrol dengan alat steam valve, sedang untuk mengetahui besar kecil steam yang
digunakan maka dapat dilihat pada pressure gauge.
2.3 Proses transfer batubara ke dalam ruang pembakaran pada PT. Kemasan
Cipta Nusantara.
Batubara diangkut dari tempat penampungan (stock pile) masuk ke dalam
crusher, batubara dihancurkan hingga ukuran maximal 5 mm, selanjutnya masuk ke
silo dan ditransfer ke hammer, di dalam hammer batubara di haluskan hingga ukuran
-200 mesh (-74µm), batubara yang sudah halus selanjutnya di hembuskan ke burner
dengan menggunakan blower (gambar 2.1). kecepatan batubara yang masuk ke dalam
dapur pembakaran dicontrol, demikian halnya dengan udara yang masuk harus
dicontrol karena apabila terlalu besar atau terlalu kecil akan menimbulkan masalah.
Apabila udara terlalu besar mengakibatkan :
a. Suhu ruang bakar menurun
b. Kerugian kalor pada gas bekas keluar
c. Timbul asap berlebihan
d. Banyak bahan bakar yang belum terbakar sempurna ikut terbuang keluar
e. Lebih banyak daya yang dibutuhkan untuk mengatasi udara lebih dan gas gas
asap (di kipas tekan dan Hisap Paksa ).
Udara yang terlalu kecil mengakibatkan : Pembakaran tidak sempurna
1 - 7
Sumber : PT Kemasan Cipta Nusantara
Gambar 2.1.
Sketsa Aliran batubara kedalam ruang pembakaran
2.4 Sistem Pembakaran Batubara pada PT Kemasan Cipta Nusantara
Sistem pembakaran batubara pada PT Kemasan Cipta Nusantara yaitu system
pembakaran pulverisasi, dimana partikel batubara harus cukup halus agar bisa
dimasukkan oleh tekanan udara pembakaran. Ukuran batubara pada system ini
adalah -200 mesh (-74µm). Pada gambara 2.2. batubara diumpankan bersama
sebagian udara pembakaran, udara yang dimasukkan dibagi dua yaitu udara primer
dan udara sekunder, udara primer dimasukkan bersama-sama dengan batubara,
sementara udara sekunder dimasukkan secara terpisah dari udara primer melewati dua
1 - 8
pipa konsentrik ke dalam boiler. Udara primer bersama batubara di masukkan lewat
pipa di tengah, sementara udara sekunder di masukkan dari bawah.
Gambar 2.2Sistem Pembakaran batubara Pulverized
1 - 9
BAB III
SLAGGING DAN FOULING
Terbentuknya slagging dan fouling adalah dua hal yang saling berkaitan,
sebab terjadinya slagging dan fouling berawal dari reaksi saat pembakaran batubara.
Pada setiap pembakaran batubara selalu menghasilkan abu, baik abu dasar (bottom
ash) maupun abu terbang (fly ash), bottom ash membentuk slagging sedangkan fly
ash membentuk fouling.
3.1 Reaksi Pembakaran batubara
Proses pembakaran batubara akan berlangsung dengan baik jika tersedia udara dalam
jumlah yang cukup. Proses pembakaran batubara merupakan ilmu kompleks karena
adanya variasi kondisi fisika maupun kimia batubara, tetapi biasanya reaksi
pembakaran batubara digambarkan dengan reaksi oksidasi karbon menghasilkan
karbon mono-oksida atau karbon dioksida:
2C + O2 2CO2 atau C + O2 = CO2
Gas CO yang terbentuk dapat bereaksi dengan oksigen membentuk gas CO2 sesuai
reaksi :
2CO + O2 2CO2
Gas CO2 yang terbentuk dapat pula bereaksi dengan karbon membentuk gas CO
CO2 + C 2CO
Dan reaksi pembentukan uap air :
1 - 10
2H + ½ O2 H2O
Diikuti dengan reaksi
C + H2O CO + H2
Setelah ada nyala api, pembakaran batubara dimulai dari penguapan air, diikuti
penyalaan zat terbang. Selain unsur hydrogen dan karbon unsur-unsur lain yang
terdapat di dalam batubara juga mengalami oksidasi, misalnya unsur sulfur (S) dan
Nitrogen.
S + O2 SO2(g)
Diikuti dengan reaksi
2SO2(g) + ½ O2 2SO3(g).
2 N + O2 2NO(g)
diikuti dengan reaksi
2NO + O2 2NO2(g)
Adanya uap air di udara terbuka akan bereaksi dengan gas-gas hasil pembakaran
membentuk asam sulfat atau asam nitrat yang merupakan sumber terjadinya korosi
dan hujan asam. Reaksi-reaksi yang mungkin terlibat dalam pembentukan asam ini
adalah :
2SO2(g) + H2O H2SO3 dan
SO3(g) + H2O H2SO4 (asam Sulfat)
Atau
2SO2(g) + O2 + 2H2O 2 H2SO4
1 - 11
NO2 + NO + H2O + O2 2HNO3
Atau
2 NO + 3/2O2 + H2O 2HNO3.
Atau dengan reaksi :
Fe + H2SO4 FeSO4 + H2
Dan akan sangat mungkin ferro sulfat teroksidasi membentuk ferri sulfat :
4FeSO2 + 2H2SO4 + O2 2Fe2(SO4)3 + 2H2O
Sesuai persamaan reaksi di atas, maka terlihat bahwa terdapat gas SO3 yang sangat
mudah bereaksi dengan H2O membentuk H2SO4 (asam sulfat), pada jaringan alat
yang terdiri dari Fe (besi) akan bereaksi dengan H2SO4 membentuk FeSO4, FeSO4 ini
bereaksi dengan uap (O2) yang menghasilkan 2Fe2(SO4)3 yang dapat menempel di
dinding, kemudian abu akan lengket sangat kuat oleh adanya Fe2(SO4)3 pada dinding
atau pipa-pipa sebagai korosi yang diawali oleh slagging atau fouling .
3.2. Pengukuran Index slagging dan Fouling
Slagging adalah keadaan dimana abu batubara meleleh di zone pembakaran
akibat dari suhu operasi yang melebihi titik leleh abu (spherical temperature). Untuk
abu batubara yang sifatnya light slagging dan moderate slagging dapat dicegah
dengan cara soot-blower, tetapi untuk heavy slagging ash mengharuskan operasi
boiler di hentikan. Fouling terutama disebabkan oleh adanya interasksi antara uap
natrium dan kalium dengan oksida belerang, membentuk garam dengan titik leleh
rendah (± 400 0C) yang kemudian membentuk semi-fluida, yang lengket di dalam
1 - 12
boiler. Partikel abu dan batubara dapat mengendap di permukaan semi-fluida ini yang
lama-kelamaan bisa menebal, mengganggu aliran gas dan menimbulkan korosi.
Tabel 3.1.
Parameter empirik untuk perkiraan sifat abu
Parameter Rumus kimia
Nilai silika
Nisbah basa/asam
Total basa
Total asam
Nisbah silika/alumina
Nisbah feri/lime
Dolomite
Nisbah feri/dolomite
SiO2 x 100/(SiO2 + Fe2O3 + CaO +MgO)
Total basah/total asam
Fe2O3 + CaO +MgO + K2O + Na2O
SiO2 + Al2O3 + TiO2
SiO2/ Al2O3
Fe2O3/CaO
(CaO+MgO) x 100/total basa
Fe2O3/(CaO+MgO)
Sumber : Pengantar dan Preparasi Batubara (Arief S. Sudarsono)
Penentuan indeks slagging suatu abu batubara dimaksudkan untuk
memperkirakan derajat pembentukan endapan lelehan terak di dinding tungku suatu
boiler. Nilai indeks slagging tergantung pada jenis batubaranya, dan dapat dihitung
dari kandungan oksida asam, oksida basa, dan kadar sulfurnya.
Indeks slagging dihitung dari persamaan:
Indeks slagging (R) = Nisbah basa/asam x kadar sulfur.
1 - 13
Indeks slagging dan tipe slagging untuk batubara bituminous dan batubara lignit
dapat dihitung dan kemudian dikelompokkan atas tipe low, medium,high dan severe
(tabel 3.2)
Tabel 3.2.
Indeks slagging dan tipe slagging
IndeksSlaggingRs-bituminous
TipeSlagging
IndeksSlaggingRs-lignitik
TipeSlagging
IndeksSlaggingRviskositas
TipeSlagging
<0.6 Low >1340 Low >1340 Low
0.6 – 2.0 Medium 1230 – 1340 Medium 1230 – 1340 Medium
2.0 – 2.6 High 1150 – 1230 High 1150 – 1230 High
>2.6 Severe <1150 Severe <1150 Severe
Sumber : Pengantar dan Preparasi Batubara (Arief S. Sudarsono)
Index Fouling. Fouling adalah endapan yang terjadi disuperheater atau reheater.
Endapan ini sulit dibersihkan dari susunan pipa yang rapat. Fouling ini merupakan
sumber terjadinya korosi dan menghambat aliran gas. Endapan fouling biasanya
bersifat lengket, sehingga dengan terbentuknya endapan alkali, partikel abu terbang
akan muda melekat di permukaannya. Selain itu endapan alkali ini juga bersifat dapat
pengabsorb gas sulfur oksida dari aliran gas, akibatnya dinding pipa akan muda
terkorosi. Nilai indeks fouling memberikan gambaran kecenderungan abu batubara
untuk mengakibatkan terjadinya fouling dan korosi di permukaan konveksi. Seperti
halnya indeks slagging, indeks fouling juga dapat dihitung dari data komposisi
abunya.
1 - 14
Indeks Fouling (Rf ) = Nisbah basa/asam x kadar alkali total (Na2O) batubara
Indeks fouling dan tipe fouling untuk batubara bituminous dan batubara lignit dapat
dihitung dan kemudian dikelompokkan atas tipe low, medium,high dan severe
Tabel 3.3.
Indeks fouling dan tipe fouling
Indeksfouling
Rf-bituminous
Tipefouling
IndeksfoulingRf-lignitik
Tipefouling
<0.2 Low <0.30 Low
0.2 – 0.5 Medium 0.30 – 0.45 Medium
0.5 – 1.0 High 0.45 – 0.60 High
>1.0 Severe >0.60 Severe
Sumber : Pengantar dan Preparasi Batubara (Arief S. Sudarsono)
Peristiwa fouling terjadi terutama karena tingginya kadar alkali di dalam abu
batubara. Garam-garam natrium dan kalium, akan tervolatisasi selama pembakaran,
kemudian terkondensasi pada partikel abu terbang dan boiler membentuk lapisan
yang lengket. Benturan partikel-partikel tersebut dapat membentuk endapan pada
dinding dan selanjutnya membentuk sinter. Akhirnya menjadi keras dan menempel
dengan sangat kuat. Harga fouling index sampai 0,5 masih dalam toleransi yang
dibolehkan.
Pada dasarnya, semakin rendah kadar alkali didalam abu batubara, semakin
rendah pula kecenderungan untuk terjadinya fouling. Kandungan alkali pada abu
batubara biasanya dinyatakan sebagai Na2O . Abu batubara dengan alkali lebih
1 - 15
rendah dari 0.1% dianggap sebagai non fouling, bila kandungan alkalinya antara 0.1 –
0.4% biasanya dapat menimbulkan tumbuhnya fouling tetapi masih bisa dikendalikan
dengan soot-blowing secara berkala, abu batubara dengan kandungan alkali di atas
0.5% cenderung membentuk fouling dan menghasilkan sinter sehingga sulit
dihilangkan.
3.3. Usaha Penanganan Slagging Dan Fouling
Fenomena Slagging dan Fouling adalah fenomena terjadinya penumpukan
kerak akibat pembakaran batubara, pada permukaan heat exchanger. Fenomena ini
sangat merugikan bagi proses pembakaran di boiler, karena akan mengurangi
efisiensi pertukaran panas. Penyebab terjadinya fenomena ini adalah karena kualitas
batubara, terutama pada parameter AFT (Ash Fusion Temperature) memiliki nilai
yang relatif rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, perlu dilakukan peningkatan
kualitas batubara untuk meningkatkan nilai AFT. Metode yang bisa dilakukan untuk
meningkatkan parameter tersebut adalah dengan Coal Blending (Pencampuran
batubara) dan mengurangi kadar sulfur pada batubara yang digunakan. Kemudian
meminimalkan terbentuknya slagging dan fouling dapat dilakukan dengan soot-
blowing secara berkala.
1 - 16