gas gasifikasi

5/14/2018 Gas Gasifikasi - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/gas-gasifikasi 1/6

SEMINAR REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2010

ISSN : 1411-4216

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

D‐01‐1

UJI VARIASI BEBAN LISTRIK DAN RASIO GAS HASIL GASIFIKASI

SEKAM PADI PADA MESIN DIESEL DUAL FUEL

M. Affendi, Sugiyatno, Imam Djunaedi, Haifa Wahyu

KKeelloommppook k EEnneerrggii,, PPuussaatt PPeenneelliittiiaann FFiissiik k aa -- LLIIPPII JJll.. SSaannggk k uurriiaanngg -- KKoommpplleek k ss LLIIPPII,, BBaanndduunngg 4400113355,,

Tlp. 022-2507773, Fax 022-2503050

e-mail: [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected]

Abstrak

Pada tahun-tahun terakhir ini proses gasifikasi mendapat perhatian kembali di seluruh dunia,

terutama untuk mengolah biomasa sebagai sumber energi alternatif yang terbarukan. Hal tersebut

sejalan dengan kebijakan pemerintah dalam mendorong pemanfaatan energi alternatif, sesuai dengan

peraturan presiden No. 5/2006 tentang kebijakan energi nasional, terutama dalam pengembangan

skala prioritas energi terbarukan berdasarkan potensi yang tersedia serta kelayakan teknologi, finansial dan sosial juga partisipasi swasta, koperasi, BUMN, BUMD dalam investasi di bidang energi

terbarukan. Jenis open core down draft gasifier merupakan jenis yang banyak dipakai dalam

pengembangan rancang bangun gasifier dengan umpan sekam padi, gas hasil gasifikasi sebagai BBG

digunakan untuk substitusi sebagian besar BBM mesin diesel (diesel dual fuel) pembangkit listrik.

Telah dilakukan penelitian pengujian beban listrik pada mesin diesel dual fuel kapasitas terpasang

125 kVA (100 kW) dengan variasi konsumsi beban listrik dari 2 kW sampai dengan 82 kW, dan rasio

gas hasil gasifikasi dengan udara 50%; 70%; dan 80% di pabrik penggilingan padi. Dari hasil

pengujian diperoleh penghematan bahan bakar minyak solar untuk mesin diesel sampai 60%.

Sehingga hasil uji pada penelitian tersebut dapat dimasyarakatkan penyebaran pembangkit listrik

dengan diesel dual fuel di pabrik-pabrik penggilingan gabah serta di daerah sentra padi di Indonesia.

Kata kunci : gasifikasi sekam padi; mesin diesel dual fuel; uji variasi beban listrik.

1. Pendahuluan

Laju pertumbuhan konsumsi listrik Indonesia mencapai sekitar 14%/tahun sebelum krisis, termasuk sangat

tinggi dibandingkan dengan laju rata-rata pertumbuhan konsumsi listrik Asia 7,4%/tahun dan Dunia 3,6%/tahun.

Kecenderungan konsumsi energi listrik yang meningkat itu dan adanya fakta penurunan suplai energy yang berasal

dari minyak bumi menuntut pengembangan teknologi baru guna memanfaatkan sumber energy alternative [Akmal,

F., 2004]. Salah satu teknologi konversi bahan bakar non konvensional dan terbarukan adalah sistem gasifikasi

dengan bahan bakar limbah biomassa dari pertanian, perkebunan dan kehutanan.

Secara umum, gasifikasi melibatkan 4 tahapan proses berupa drying, pirolisis, oksidasi parsial dan reduksi.

Drying merupakan proses penguapan kandungan air didalam biomassa melalui pemberian panas pada interval suhu

100~300⁰C. Drying dilanjutkan dengan dekomposisi termal kandungan volatile matter berupa gas dan menyisakan

arang karbon, dimana proses ini biasa disebut pirolisis. Pirolisis merupakan proses eksoterm yang melepas

sejumlah panas pada interval suhu 300~900⁰C. Selanjutnya sisa arang karbon akan mengalami proses oksidasi

parsial, dimana proses ini merupakan proses eksoterm yang melepas panas pada interval suhu diatas 900⁰C. Panas

yang dilepas dari oksidasi parsial ini digunakan untuk mengatasi kebutuhan panas dari reaksi reduksi endotermisdan untuk memecah hidrokarbon yang telah terbentuk selama proses pirolisis. Proses reduksi gas CO2 dan H2O ini

terjadi pada interval suhu 400~900⁰C. Reduksi gas CO2 melalui reaksi kesetimbangan Boudouard equilibrium

reaction dan reduksi gas H2O melalui reaksi kesetimbangan water-gas reaction, dimana reaksi-reaksi tersebut

secara dominan dipengaruhi oleh suhu dan tekanan [Sudarmanta, B., 2010].

Pemilihan reactor gasifikasi jenis down-draft didasarkan pada rendahnya kandungan tar yang dihasilkan

dibandingkan jenis updraft. Hal ini dikarenakan bahwa kandungan tar hasil pirolisis terbawa bersama gas dan

kemudian masuk ke dalam proses oksidasi parsial yang mencapai suhu hingga 900⁰C, dimana pada suhu tersebut

kandungan tar dimungkinkan dapat terurai menjadi senyawa yang lebih ringan. Gas hasil gasifikasi sistem




ISSN : 1411-4216



D‐01‐2

downdraft ini setelah direfinery dan didinginkan dapat langsung dimasukkan ke dalam motor diesel yang dapat

dioperasikan secara dual fuel.

2. Rancang Bangun Unit Gasifikasi

Unit gasifikasi relatif mudah dibuat dengan mencontoh unit yang ada [Pikiran Rakyat, 2003]. Bahan-bahan

konstruksi unit gasifkasi tersedia di dalam negeri, bahkan hampir semuanya produksi dalam negeri pula.

Bahan-bahan penting antara lain adalah:

a. plat baja 3 mm untuk badan gasifier,b. plat baja 10 mm untuk flange,

c. pipa besi,

d. semen dan bata tahan api,

e. bahan-bahan filter dan lain-lainnya.

Pembuatan peralatannya juga sederhana, dan telah terbukti dapat dikerjakan oleh industri atau bengkel kecil.

Pengerjaan pembuatan peralatan gasifikasi meliputi antara lain: pengelasan (welding), menggulung (rolling),

pengerjaan mesin: bubut, bor, dan lain-lain.

Perangkat Gasifikasi [Budi Raharjo, Imam, 2007]

Gas yang keluar dari reaktor gasifikasi masih mengandung kotoran dan temperaturnya tinggi, karena itu perlu

pengolahan lebih lanjut dengan peralatan:

a. siklon untuk memisahkan debu kasar,

b. filter untuk menyaring debu halus,

c. pendingin gas, serta wet scrubber ,d. pengendap abu-arang dalam air (sealing water ) dan tar yang terkondensasi.

Bentuk peralatan tersebut bermacam-macam, misalnya filter dapat dibuat dari ijuk. batu sabut kelapa dan lain-lainnya.

Gas dapat didinginkan dengan semprotan air atau dilewatkan dalam pipa panjang. Sedangkan pemisahan air dan tar dapat

dilakukan dalam tangki besar atau saringan.

Sekam Padi Sebagai Umpan Gasifikasi

Energi sekam padi dapat menghasilkan panas pembakaran sekitar 20 MJ/kg, dengan energi 1,5 kg/jam

sekam padi dapat menggantikan 0,5 liter/jam bahan bakar solar, dengan harga sekam Rp 150/kg dan bahan

bakar solar Rp 4500/liter, sehingga dapat dilakukan penghematan yang signifikan. Sekam padi tersusun dari

atas dua bagian, berupa bahan-bahan organik dengan porsi 70%-85% berat atas dasar kering dan anorganik

(mineral), komponen utama lain berupa lignin dan selulosa. Analisa proksimasi sekam padi volatile matter

57,3% – 71,3%, abu 12,9% – 28,1%, karbon tetap 12,7% – 26,7%, kadar air 10,46% dan nilai kalor kcal/kg

[Affendi, M, 2008].

Gas Hasil Gasifikasi

Gas hasil gasifikasi terutama terdiri dari gas-gas mempan bakar yaitu CO, H2, dan CH4 dan gas-gas tidak mempan

bakar CO2, dan N2. Komposisi gas ini sangat tergantung pada komposisi unsur dalam biomassa. bentuk dan partikel

biomassa, serta kondisi-kondisi proses gasifikasi. Sebagai ilustrasi komposisi gas hasil gasifikasi sekam padi bentuk

jarum ukuran 1 cm adalah CO 20,1%, H2 11,3%, CH4 1,8%, CO2 % , N2 55,4% dan panas pembakaran 4350 kJ/. Gas

ini dapat diumpankan ke dalam motor bakar torak maupun sebagai bahan bakar untuk pemanas [Susanto H., 2005].

Gas hasil Gasifikasi Sebagai Umpan Motor Bakar

Motor bensin maupun motor diesel dapat digabungkan dengan perangkat gasifikasi untuk memanfaatkan gas hasil

gasifikasi [Aziz A.A., 2006]. Untuk maksud ini, gas hasil dialirkan ke dalam aliran udara masuk motor, dengan

sambungan pipa silang atau sistem injeksi. Sambungan silang sangat sederhana dan murah, sesuai untuk kapasitas rendah.

Sedangkan sistem injektor agak rumit pembuatanya tetapi dapat memberikan pencampuran gas-udara yang lebih baik, dan

sesuai untuk kapasilas tinggi.

Disamping panas pembakarannya, gas hasil harus memenuhi persyaratan-persyaratan berikut ini agar tidak mengurangi performansi dan umur motor:

a. kandungan tar tidak lebih dari 100 mg/m3,

b. kandungan abu maksimum 50 mg/m3,

c. ukuran debu tidak lebih dari 10 mikrometer,

d. temperatur gas di bawah 40 oC

Potensi limbah pertanian/kehutanan sebagai biomassa, khususnya sekam padi yang cukup besar, harus dicarikan

teknologi untuk dapat memanfaatkan limbah tersebut sebagai sumber energi (alternatif). Gambar 1 merupakan alur




ISSN : 1411-4216



D‐01‐3

konversi sekam padi atas dasar pengalaman yang telah dilakukan. Uraian singkat sebagai berikut; sekam padi yang

terbebas dari beras dimanfaatkan sebagai umpan gasifier (jenis open core down draft gasifier ). Gas hasil gasifikasi

yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar motor diesel untuk keperluan penggilingan gabah.

Gambar 1. Alur Konversi Sekam Padi Menjadi Energi Listrik

3. Hasil dan Pembahasan

Pada awalnya dioperasikan PLTD dengan bahan bakar minyak solar saja ( Diesel Single Fuel), kemudian

dilakukan pembebanan listrik secara bertahap pada mesin-mesin Dryer dan Huller . Kemudian tahap berikutnya

dengan pembebanan listrik yang sama, juga dilakukan dengan mengoperasikan PLTD-Gasifikasi Sekam ( Diesel

Dual Fuel) di ruang pabrik penggilingan padi.

Pembebanan listrik (spesifikasi motor-motor listrik) sebagai berikut :

Beban 0 ± 1.5 kW Beban peralatan pada PLTD-Sekam (alat ukur, pompa air, mixer reaktor)

Beban 1 = 14 kW (blower hisap debu 4 kW + elevator 7.5 kW + ayakan smpah 2.2 kW)

Beban 2 = 27 kW (2 x beban 1)

Beban 3 = 44 kW (beban 2 + 2 x (blimbing p.padi 0.75 kW + gombah 7.5 kW)

Beban 4 = 81 kW (beban 3 + 2 x (blower hawa panas 18.5 kW)

Beban 5 = 103 kW (beban 4 + pemutih 22 kW)

Beban 6 = 118 kW (beban 5 + friction/kupas kulit 15 kW)

Beban 7 = 133 kW (beban 6 + friction/kupas kulit 15 kW)

Beban 8 = 137 kW (beban 7 + blower 4 kW)



Proses gasifikasi (jenis open core down draft gasifier ) yang diawali dengan penyalaan sekam padi di bagian

unggun reaktor. Proses gasifikasi berlangsung bersamaan dengan beroperasinya mesin diesel. Aliran udara untuk

gasifikasi terjadi karena adanya hisapan pada sistem venturi gas buang (knalpot) mesin diesel. Bila proses gasifikasi

beroperasi dengan baik, maka gas hasil gasifikasi sekam dialirkan ke mesin diesel melalui inlet udaranya yang diatur

dengan damper. Pengaturan damper di bagian inlet udara mesin diesel divariasikan beberapa perlakuan (dengan

istilah cekikan, yaitu menghambat aliran udara masuk sebagian dan sebagian lainnya dialirkan gas hasil gasifikasi),

sebagai berikut:

• Cekikan I : Rasio gas hasil gasifikasi dengan udara, ± 50%

• Cekikan II : Rasio gas hasil gasifikasi dengan udara, ± 70%

• Cekikan III : Rasio gas hasil gasifikasi dengan udara, ± 80%

Uji operasional PLTD-Sekam dilakukan pencatatan konsumsi BBM, konsumsi sekam padi, tegangan listrik, arus

listrik, kemudian dilakukan pencatatan dan analisis/perhitungan beban listrik untuk menggerakkan mesin-mesin

Dryer dan Huller di pabrik penggilingan gabah, serta dianalisis/diperhitungkan SFC (spesific fuel consumption) dan

penghematan BBM mesin diesel, selanjutnya dilakukan analisis dengan gambar grafik (Gambar 2 dan 3) yang

menunjukkan pola konsumsi BBM spesifik (SFC ) terhadap besarnya beban listrik (beban 0 sampai beban 10) pada

beberapa perlakuan rasio gas hasil gasifikasi dengan udara (cekikan I, II, dan III).

Open Core Down Draft

Gasifier

Motor Diesel ListrikPenggilingan Gabah

Sekam




ISSN : 1411-4216



D‐01‐4

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Beban listrik (kW))

K o n s u m s i s o l a r ( l / k W h )

Diesel Cekikan 1 Cekikan 2 Cekikan 3 Gambar 2. Grafik Konsumsi BBM (solar) Spesifik Terhadap Beban Listrik

Pada Gambar 2 menunjukkan pengoperasian PLTD ( Diesel Single Fuel) konsumsi BBM spesifik (SFC )

antara 0,34 – 0,17 L/kWh pada beban listrik 20 – 82 kW mesin-mesin Dryer dan Huller , kondisi ini menunjukkan

bahwa mesin diesel dalam keadaan prima yang mempunyai SFC rata-rata 0,25 L/kWh. Selanjutnya pengoperasian

PLTD-Gasifikasi sekam ( Diesel Dual Fuel) dengan cekikan I menunjukkan penurunan konsumsi BBM spesifik

(SFC ) sebesar 0,31 – 0,15 L/kWh, dengan cekikan II menunjukkan penurunan konsumsi BBM spesifik ( SFC )

sebesar 0,26 – 0,13 L/kWh, dan dengan cekikan III menunjukkan penurunan konsumsi BBM spesifik (SFC ) sebesar

0,17 – 0,086 L/kWh, pada kondisi cekikan III ini diperoleh penghematan BBM mesin diesel sebesar 60% (mesin

diesel hanya mengkonsumsi BBM solar hanya 40% saja, dan sisanya digantikan oleh BBG dari gasifikasi sekam) .

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Beban Listrik k e

P e n g h e m a t a n S o l a r ( % )

Cekikan 1 Cekikan 2 Cekikan 3

Gambar 3. Grafik Persentase Penghematan BBM Terhadap Beban Listrik

Dari hasil pengujian PLTD-Sekam dengan pembebanan listrik pada mesin-mesin Dryer dan Huller , diperoleh

penghematan BBM solar mesin diesel sampai 60%, yaitu pada Gambar 2 dan Gambar 3 pada beban ke-5 cekikan III




ISSN : 1411-4216



D‐01‐5

dengan beban listrik ke 5 sekitar 55 kW dengan SFC = 0,086 liter/kWh.

4. Kesimpulan

Konversi sekam padi melalui proses gasifikasi menghasilkan gas hasil gasifikasi untuk substitusi BBM solar

pada mesin Diesel-Genset menghasilkan listrik untuk menggerakkan mesin-mesin Dryer dan Huller di pabrik

penggilingan beras. Diperoleh penghematan BBM solar pada mesin Diesel ( Dual Fuel) sampai 60 % atau konsumsi

spesifik bahan bakar minyak (SFC ) sampai 0,086 liter/kWh, dibandingkan dengan SFC mesin Diesel (Single Fuel)

sekitar 0,25 liter/kWh.Uji Variasi beban listrik dari pembangkit listrik diesel dual fuel dari beban 0 kW sampai beban listrik 82 kW dan

rasio gas hasil gasifikasi dengan udara 50%, 70%, dan 80% diperoleh hasil :

• Semakin mendekati kapasitas daya Genset akan diperoleh efisiensi yang optimal

• Pada cekikan yang rendah (rasio gas hasil gasifikasi dengan udara 50%) tidak banyak penghematan BBM

• Pada cekikan paling besar (rasio gas hasil gasifikasi dengan udara 80%) penghematan BBM sampai 60%.

Dengan demikian pembangkit listrik tenaga Diesel gasifikasi biomassa dapat melayani kebutuhan energi listrik

dengan cepat dan biaya pembangunan atau modifikasi dan operasi yang lebih murah dan ekonomis. Disamping itu

pembangkit listrik tenaga Diesel gasifikasi biomassa dapat mengisi kebutuhan listrik pada bagian daerah-daerah

yang tidak terjangkau PLN atau pada Isolated Area.

Ucapan Terima Kasih

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Program Riset Kompetitif LIPI, PusatPenelitian Fisika – LIPI, dan rekan-rekan Kelompok Energi Pusat Penelitian Fisika – LIPI Bandung atas bantuan

dan dukungannya selama penelitian.

Daftar Pustaka

Affendi, M., Sugiyatno, Imam Djunaedi, Haifa Wahyu, Herri Susanto (2008). “Kajian Awal Potensi Penghematan

BBM Dengan Gasifikasi Sekam Pada PLTD 100 kW di Penggilingan Padi Haurgeulis, Indramayu”. Prosiding

Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo-2008, 3-4 November 2008.

Akmal, F., (2004), “Indonesian Power An It’s Experience On Biomass & Coal Fired Power Plant. The International

Workshop On Biomass & Clean Fossil Fuel Power Plant Technology, Jakarta-Indonesia 2004, V-1 to V-15.

Aziz A.A., Said MF., Awang M.A., (2006), “Performance of Palm Oil-Based Bio Diesel Fuels in a Single Cylinder

Direct Injection Engine”, Palm Oil Development 42, hal 15-27.

Chandra W. Koesoemodiprodjo (1984), ”Gasifikasi, Salah Satu Teknologi Terpilih Pembangkit Energi dariBiomassa”, Kursus Teknologi Energi Terbarukan, Lembaga Fisika Nasional – LIPI, Bandung 14 – 25 Februari

1984.

Gerpen J.V., (2005), :”The Basics of Diesel Engines and Fuels” in G. Knothe (Ed). The Bio Diesel Handbook ,

AOCS Press, Illinois, Chapter 3.

Budi Raharjo, I. (2007), Optimalisasi Pemanfaatan Batubara Melalui Proses Gasifikasi (bagian 1 & 2), Artikel Iptek.

Panggabean L.M., Mulyadi (1984), ”Pemanfaatan Sistem Gasifikasi Kayu Sebagai Penggerak Pompa Irigasi (Suatu

Pengalaman Khusus)”, Kursus Teknologi Energi Terbarukan, Lembaga Fisika Nasional – LIPI, Bandung 14 – 25

Februari 1984.

Pikiran Rakyat (2003), ”Pembangkit Serupa Akan Dikembangkan di Daerah Lumbung, PLTD Sekam Haurgeulis

Diresmikan Hari Ini”. Selasa, 02 September 2003.

Sudarmanta, B., (2010), “Variasi Rasio Gasifying Agent-Biomassa Terhadap Karakterisasi Gasifikasi BiomassaTongkol Jagung Pada Reaktor Downdraft, Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di

Bidang Industri ke 16, KPTU Fakultas Teknik UGM, Yogyakarta 27 Mei 2010, hal TRTP15 - TRTP20

Susanto, H., (2005), “Pengujian PLTD-Gasifikasi Sekam 100 kW di Haurgeulis, Indramayu”. Laporan singkat

Pengoperasian PLTD-G sekam di Haurgeulis selama bulan September 2005, Dasar-dasar Proses Gasifikasi dan

Pengalaman Teknik Kimia ITB dalam pengoperasian PLTD-Gasifikasi Sekam.

Web PTPN XII (2007), “Bahan Energi Alternatif”, Selamat Datang di Web PTPN XII (Persero), BUMN ONLINE

14 November 2007.




ISSN : 1411-4216



D‐01‐6

www.balipost.co.id/balipostcetaK/2003/9/3/e4.htm. Dulu Bahan Baku Pakan Ternak Kini Sekam Jadi Energi Hijau.

gas gasifikasi

Documents