TEKNOLOGI BATUBARA BERSIH(KARAKTERISASI PEMBAKARAN BATUBARA HALUS DALAM LINGKUNGAN UDARA DAN OXY-FUEL)

Nama Kelompok:

14

Destarani Wijaya 03031181320015Dwi Oktarina 03031181320037Yohana Mutiara Dewi 03031181320039Alferizal Septian 03031181320045Anggie Septia Rini 03031181320073Ratna Sari 03031181320075Hetti Herliani 03031181320077Putri Yanti 03031281320027Yuni Safitri 03031281320029Fenny 03031281320031

Kelas : A (Inderalaya)Dosen Pembimbing: Dr. Hj. Susila Arita Rachman, DEA

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas SriwijayaTahun 2015

Kata Pengantar

Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah swt, sebab karena rahmat dan nikmat-Nyalah saya dapat menyelesaikan sebuah tugas makalah Teknologi Batubara ini, yang diberikan oleh Dr. Hj.Susila Arita Rachman, DEA. Selaku dosen Pembimbing mata kuliah Teknologi Batubara.Pembuatan makalah ini bertujuan untuk menyelesaikan tugas dari dosen yang bersangkutan agar memenuhi tugas yang telah ditetapkan, dan juga agar setiap mahasiswa dapat terlatih dalam pembuatan makalah ini. Makalah ini merupakan ringkasan materi dari jurnal teknologi batubara bersih.Adapun sumber-sumber dalam pembuatan makalah ini, didapatkan dari beberapa buku yang membahas tentang materi yang berkaitan dan juga melalui media internet. Kami sebagai penyusun makalah ini, sangat berterima kasih kepada penyedia sumber walau tidak dapat secara langsung untuk mengucapkannya.Kami menyadari bahwa setiap manusia memiliki keterbatasan, begitu pun dengan saya yang masih seorang mahasiswa. Dalam pembuatan makalah ini mungkin masih banyak sekali kekurangan-kekurang yang ditemukan, oleh karena itu kami mengucapkan mohon maaf yang sebesar-besarnya. Kami mengharapkan ada kritik dan saran dari para pembaca sekalian dan semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembacanya.

Indralaya, April 2015

Penyusun

Daftar IsiKata Pengantar2Daftar Isi3Abstrak4Bab I Pendahuluan51.1 Latar Belakang51.2 Rumusan Masalah61.3 Tujuan6Bab II. Pembahasan7Teknologi Oxy-Fuel72.2 Penelitian Karakterisasi Pembakaran Batubara9Metode Penelitian9Hasil Pengujian 10Bab III. Penutup143.1 Kesimpulan14Daftar Pustaka15

Abstrak

Salah satu teknologi dengan emisi CO2 nol pada pembangkit listrik tenaga uap dengan batubara halus adalah teknologi pembakaran oxy-fuel. Didalam teknologi pembakaran oxy-fuel, batubara dibakar dalam campuran oksigen murni dan resirkulasi gas buang dengan kandungan gas CO2 yang tinggi. Pembakaran batubara didalam lingkungan O2 dan CO2 akan mempengaruhi kinerja pembakaran dibandingkan dengan lingkungan udara (O2/N2). Berdasarkan beberapa penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa konsentrasi oksigen perlu dinaikkan sehingga kinerja pembakarannya sama dengan dilingkungan udara. Pada makalah ini dibahas tentang karakteristik penyalaan batubara dan pembakaran batubara didalam lingkungan oxy-fuel menggunakan Drop Tube Furnace (DTF). Tiga jenis batubara Indonesia dengan peringkat lignit, sub-bituminus dan bituminus telah digunakan sebagai sampel batubara. Pengujian pembakaran batubara didalam DTF telah disuplai dengan udara tekan untuk lingkungan udara dan campuran gas 21%O2/79CO2 untuk lingkungan oxy-fuel. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pelambatan penyalaan batubara terjadi dalam pembakaran oxy-fuel pada ketiga sampel tersebut. Laju pembakaran char didalam lingkungan oxy-fuel mengambil waktu lebih lama dibandingkan dalam lingkungan udara. Perbedaan dalam sifat fisik gas mempengaruhi penyalaan batubara dan karakteristik pembakaran.

Bab 1 Pendahuluan1.1 Latar BelakangBatubara adalah sumber terbesar di dunia untuk memproduksi listrik dan sangat diperlukan untuk perkembangan industri lainnya, seperti baja dan semen. Keragaman dan kelimpahan cadangan batubara di dunia menegaskan bahwa mineral ini dapat memenuhi tantangan strategis energi masa depan, dan dengan demikian, diperkirakan bahwa pangsa pasar batubara akan menjadi 40% pada tahun 2100, ketika minyak sebagai sumber energi hampir menghilang. Oleh karena itu, teknologi batubara bersih harus mengatasi tantangan ganda untuk menghasilkan energi dengan cara yang ekonomis dan ramah lingkungan.Pada tahun 80-an, pemerintah di beberapa negara memulai program kolaboratif dengan industri swasta untuk mendorong pengembangan teknologi batubara bersih, sehingga dapat meningkatkan baik efisiensi energi dan toleransi lingkungan, penyiapan dan penggunaan batubara - dan dengan demikian dapat mengakibatkan pengurangan emisi polutan seperti sulfur dan nitrogen oksida serta meningkatkan jumlah energi yang dimanfaatkan. Secara umum, teknologi batubara bersih merupakan pemanfaatan yang lebih bersih, lebih efisien dan lebih murah daripada proses konvensional, dan didasarkan pada perubahan struktur dasar batubara dalam beberapa tahapan proses pembakaran.Selain itu, metode modern eksplorasi dan ekstraksi batubara akan meminimalkan dampak lingkungan dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan tambang. Tindakan untuk mengurangi kebisingan dan debu, dan kontaminasi air tanah atau gas metana - yang bisa menjadi resiko potensial- adalah hal yang umum dipakai. Disamping itu batubara juga telah dikurangi kadar abu dan kotorannya (seperti lumpur atau belerang), serta meningkatkan kualitas air limbah.Di antara berbagai teknologi dalam pengembangan yang digunakan saat ini, meliputi gasifikasi batubara. Sistem ini berupa menempatkan batubara agar kontak dengan uap dan oksigen, sehingga terjadi reaksi termo kimia yang menghasilkan gas yang mudah terbakar yang terdiri dari karbon monoksida dan hidrogen, yang ketika dibakar dapat digunakan untuk menggerakkan turbin gas. Beberapa merupakan hibrid yang mengkombinasikan teknologi Batubara Bersih menggunakan teknik terbaik dari teknologi gasifikasi dan pembakaran, mencapai efisiensi 50% lebih besar.Singkatnya, jika batubara menjadi sumber energi dasar untuk pembangunan berkelanjutan di masa depan, maka diperlukan pembangunan pembangkit baru yang bekerja dengan jenis teknologi batubara bersih, untuk mengurangi emisi gas rumah kaca.

1.2 Rumusan MasalahAdapun masalah yang akan dibahas penulis mengenai jurnal ini adalah :1. Apa itu Teknologi Oxy-Fuel ?2. Bagaimanakah penelitian krakteristik pembakaran batubara halus dalam lingkungan udara dan Oxy- Fuel ?

1.3 TujuanAdapun tujuan yang akan dibahas pada makalah ini adalah :1. Mengetahui apa itu Teknologi Oxy-Fuel ?2. Mengetahui bagaimanakah penelitian krakteristik pembakaran batubara halus dalam lingkungan udara dan Oxy- Fuel ?

Bab 2. Pembahasan2.1 Teknologi Oxy-FuelPembakaran batubara dengan teknologi oxy-fuel telah dikenal sebagai salah satu teknologi pembakaran batubara yang bersih dan ramah lingkungan dengan emisi CO2 nol. (Wall,T,dkk., 2009). Pembakaran oxy-fuel adalah pembakaran yang menggunakan medium gas O2 dan CO2. Pada PLTU batubara, gas O2 diambil dari udara ambien kemudian dipisahkan dengan gas N2 menggunakan Air Separation Unit. Gas CO2. diambil dari resirkulasi sebagian gas buang (lihat gambar 1). Dengan pembakaran oxy-fuel ini diharapkan emisi gas buang didominasi gas CO2 sehingga memudahkan dalam proses penangkapan gas CO2.

Gambar 1. PLTU batubara dengan teknologi oxy-fuel dengan emisi CO2 nol.

Pada studi pendahuluan yang telah dilakukan sebelumnya (Buhre, B.dkk, 2005), (Wall,T., dkk., 2009), (Kiga, T.,dkk, 1997), (Toftegaard, M.B., dkk, 2010), Khatami, R., dkk, 2012) dan (Wang G, dkk, 2014) telah didapatkan beberapa pengertian tentang pembakaran batubara dalam kondisi oxy-fuel. Kecendrungan adanya pelambatan (delay) pada penyalaan partikel batubara pada kondisi oxy-fuel telah diketahui apabila dibandingkan dengan pembakaran dalam kondisi udara. Pengaruh penukar panas telah dievaluasi dan pelambatan penyalaan dan pembakaran disebabkan subtitusi gas CO2 terhadap gas N2 yang memiliki perbedaan dari kapasitas panas dan difusi. Pada studi yang dilakukan oleh Khatami, R.,2012) menunjukkan karakteristik penyalaan partikel tunggal batubara dalam kondisi O2/N2 dan O2/CO2 didalam DTF pada temperatur 1000oC. Hasilnya menunjukkan bahwa batubara peringkat tinggi menyala secara homogenus dalam lingkungan O2/N2 dan semua jenis batubara menyala secara heterogenus dalam lingkungan O2/CO2.Lingkungan oxy-fuel sangat berbeda dengan lingkungan udara. Pada pembakaran dalam lingkungan oxy-fuel, gas CO2 menggantikan gas N2 dan konsentrasi oksigen dapat diatur dengan mengubah rasio resirkulasi gas buang.

(a) sifat gas CO2 dan N2 (b) sifat gas lingkungan udara dan oxy-fuelGambar 2 a menunjukkan densitas, panas spesifik pada volume konstan,dan konduktivitas panas gas CO2 terhadap gas N2.

Perbedaan sifat fisik antara gas CO2 dan N2 adalah menjadi penyebab utama dalamperbedaan karakteristik pembakaran dalam lingkungan udara dan oxy-fuel. Gambar 2(b) merupakan perbedaan sifat fisik lingkungan udara dan oxy-fuel. Perbedaan sifat panas spesifik dan difusi panas menjadi penyebab perubahan proses perpindahan panas gas. Proses transportasi gas O2 ke permukaan partikel batubara akan mengubah difusi oksigen ke gas disekitar partikel. Berdasarkan perhitungan menunjukkan bahwa perbedaan densitas, panas spesifik dan difusi oksigen akan berkurang dari konsentrasi oksigen pembakaran oxy-fuel dengan naiknya konsentrasi O2 dari 21% hingga 50%. Perbedaan konduktifitas panas meningkat dengan bertambahnya konsentrasi oksigen. Viskositas gas pada konsentrasi oksigen 30% lingkungan oxy-fuel akan sama dengan lingkungan udara. Pada penelitian ini menggunakan tiga jenis batubara Indonesia yaitu: lignit, sub-bituminus dan bituminus. Ukuran batubara yang digunakan adalah 74-149 um sesuai dengan ukuran yang biasa digunakan PLTU batubara halus. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan investigasi karakteristik penyalaan dan pembakaran batubara Indonesia menggunakan udara (21%O2 dan 79%N2) dan juga campuran gas 21%O2 dan 79%CO2 yang disebut dalam lingkungan oxy-fuel.

2.2 Penelitian Karakterisasi Pembakaran Batubara Halus Dalam Lingkungan Udara dan Oxy-FuelA. Metode PenelitianBatubara halus yang telah dipersiapkan diumpankan menggunakan screw feeder dengan laju 0.045 kg/jam. Udara primer dan sekunder dipanaskan hingga 180oC. Laju alir udara primer dan sekunder adalah masing-masing 3 lpm dan 4 lpm. Sampling gas dan temperatur dilakukan menggunakan sampling probe yang dimasukkan melalui bagian bawah tungku DTF. Skema pengujian dapat dilihat pada gambar 3.Gambar 3 Skema Pengujian dengan Drop Tube Furnace

B. Hasil Pengujian

1. Hasil Pengujian Drop Tube Furnace Hasil pengujian pembakaran batubara menggunakan DTF dalam lingkungan udara dan oxy-fuel ditunjukkan dalam gambar 5, 6, dan 7 untuk masing-masing jenis batubara lignit, sub-bituminus dan bituminus. Pada gambar tersebut ditunjukkan profil temperatur gas dan gas CO ( karbon monoksida). Pada lingkungan oxy-fuel, menunjukkan bahwa. konsentrasi gas CO lebih tinggi dibandingkan dalam lingkungan udara. Hal ini juga ditunjukkan oleh penelitian lain yang dilakukan oleh Wang G. et al (2014) menggunakan DTF dengan batubara bituminus. Konsentrasi gas CO pada kondisi oxy-fuel juga ditunjukkan dari hasil penelitian skala laboratorium dengan TGA-FTIR. Selcuk (2011), menggunakan batubara lignit dan Cahyadi et.al. (2012) menggunakan sampel batubara yang sama dengan penelitian ini. Reaksi gasifikasi CO2 dengan char batubara pada temperatur gas diatas 600 oC juga turut menaikkan konsentrasi gas CO. Secara umum, temperatur maksimum gas pembakaran dalam lingkungan udara lebih tinggi dari lingkungan oxy-fuel. Selain sifat fisik gas yang berbeda, reaksi gasifikasi CO2 dengan char batubara yang merupakan reaksi endothermik turut dalam kontribusi menurunkan temperatur pembakaran dalam lingkungan oxy-fuel. Berdasarkan profil temperatur dan gas CO, batubara lignit, sub-bituminus dan bituminus menunjukkan penyalaan homogenus pada kondisi udara, sedangkan pada kondisi oxy-fuel menunjukkan penyalaan secara heterogenus. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya (Khatami, R.,dkk, 2012) yang menggunakan batubara bituminus US dan lignit US. Howard & Essenhigh (1967) mendifinisikan ukuran diameter kritis partikel, dc, dimana apabila ukuran partikel lebih kecil daripada diameter kritis (d