unsur (3).ppt

PENERAPAN NERACA UNSUR DALAM PENERAPAN NERACA UNSUR DALAM TEKNOLOGI PENGOLAHAN KIMIA TEKNOLOGI PENGOLAHAN KIMIA BAHAN BAKAR FOSILBAHAN BAKAR FOSILBahan bakar fosil bahan bakar yang

terbentuk dari sisa-sisa flora dan fauna, oleh aksi bakteri dan/atau pemampatan dan pemanasan yang berlansung dalam kurun waktu sangat panjang (berabad-abad).

Gas alam, minyak bumi, minyak batuan (shale oil), dan berbagai kelas (rank) batubara.

Zat-zat/unsur-unsur PenyusunZat-zat/unsur-unsur PenyusunCHN, S, O, mineral anorganik (minor)

utama

Zat- … Penyusun

Peristiwa pembentukan bahan bakar fosil berlangsung pada kondisi anaerob (tiada udara/oksigen) di bawah kulit bumi.

BatubaraBatubaraKayu gambut (peat) brown coal lignit Bb subbitumen Bb bitumen Bb semibitumen antrasit

Shale oil, minyak bumi, dan gas alam berasal dari fauna dan flora laut yang terperangkap dalam karang sendimen.

Zat- … Penyusun

Minyak bumi Campuran dariParafin (alkana)Naftena (sikloalkana)Aromat (berinti benzena)Olefin (alkena)Senyawa organik N, S, dan O (pengotor)Contoh komposisi elemental: 85 %-b, 11 %-b, dan 4 %-b unsur lain.

Kadar air eks tambang

(%)

%-b basis kering, bebas abu

C H OKayuGambutBrown CoalLignitBb. SubbitumenBb. BitumenBb. SemibitumenAntrasit

utama

Zat- … PenyusunGas alamGas alamBisa ditemukan: - tersendiri - bersama minyak bumi (associated) Komposisi utama: C1 s/d C5 (50 %-v CH4)Contoh komposisi: 88% CH4, 8% C2–C5, 4% (CO2, H2S, N2, He, H2)

Analisis Penciri (Analisis Penciri (CharacterizationCharacterization))BatubaraBatubara1.Analisis ultimate Analisis elemental

Penentuan kadar: -C- H- O- N- S- abu dari residu pembakaran sempurna

Dengan memeriksa produk pembakaran

Analisis kimia langsung

Ada Ada prosedprosed

ur ur bakubaku

Analisis Penciri

%-b O

2.Analisis proximate Penentuan kadar- Air (moisture)- Bahan menguap (volatile metter)- Karbon tetap (fixed carbon)

• Berat Air dari pengurangan berat sampel batubara jika dipanaskan pada ± 110 oC

• Berat Bahan menguap dipanaskan 7 menit dalam atmosfir inert pada 950 oC.

• Berat Karbon tetap = berat sampel – berat (air + bahan menguap + abu)

sampelBerat 100%abu]) S N H [Cberat - sampel(Berat

Ada Ada prosedprosed

ur ur bakubaku

Analog Analog analisis analisis ultimatultimat

Kadang-kadang dilengkapi dengan analisis S (SO2)

Alto high, bajo low

Moisture volatile

Fixed Carbon

AshAsh

Coal Coal SourceSource

TypeAnalisis Penciri

Minyak BumiMinyak BumiAnalisis ultimate memadai untuk perhitungan neraca massahampir tidak menghasilkan petunjuk tentang sifat fisik, kimia, dan nilai guna (sebagai bahan bakar dan bahan mentah).ada prosedur baku untuk menentukan:

Berat jenis (specific gravity) Kemudahan mengalir Kadar PONA (parafin, olefin, naftena, aromat)

Gas alamGas alamAnalisis kadar: metana, etana, etilena, C3, C4, i-C4, C+

5, N2, CO2, H2, dll

Analisis Penciri

ASTMASTM(American Society for Testing of Mineral)

5,131 jenisberat

141,5 APIo

o

420

o

tminyak

tai

r

APIAPI(American Petroleum Institute)

Pengolahan – Kimia utamaPengolahan – Kimia utamaPembakaranPembangkitan gas sintesisPeningkatan nilai guna secara kimia

PembakaranPembakaranProduk utama kalorBuangan : - gas hasil bakar [CO2, H2O, CO, N2, O2 sisa, (NOx, SO2)]

- abuMasalah Operasional UtamaMasalah Operasional UtamaLaju udara/O2EfisiensiKadar zat pencemar (SO2, NOx, CO]

Zat- … Penyusun

Dari analisis gas hasil bakar (flow gas) atau gas cerobong (stack gas)

Analisis Orsat:Analisis Orsat:Pengotaan berurut sejumlah gas hasil bakar dengan larutan-larutan yang secara selectif menyerap satu zat komponen.•Larutan KOH untuk CO2 [SO2]•Larutan Cu2Cl2 beamoniak untuk CO•Larutan piragalol alkalin/basa untuk O2

•Sisa sampel (tak diserap) N2 Dilaporkan dalam basis kering

•Kebutuhan oksigen teoritik jumlah mol O2 yang persis diperlukan untuk pembakaran sempurna [CO2, SO2, H2O] menurut stoikhiometri reaksi•Udara 21%-mol O2 (reaktif) & 79%-mol N2 (inert)

Pengolahan … Utama

Volume parsial komponen

pengurangan volume sampel pada P konstan

21 100 teoritik udaraKebutuhan oritikoksigen te

Contoh 13:Contoh 13: Hitunglah kebutuhan udara teoritik pembakaran 100 lb batubara kering berkomposisi: 71,2%-b C, 4,8%-b H, 4,3%-b S, 9,5%-b O, 10,2%-b abu.Penyelesaian:Penyelesaian:C : 71,2 lb atau 5,933 lbmol C + O2 CO2

H: 4,8 lb atau 4,8 lbmol H + ¼ O2 ½ H2OS : 4,3 lb atau 0,134 lbmol S + O2 SO2

Kebutuhan O2 teoritik = 5,933 + 1,2 + 0,134 – ½ (9,5/16)

= 6,970 lbmol/100 lb batubaraKebutuhan Udara teoritik = 100/21x6,970 =33,19 lbmol/100 lb bb


71,2/12=

5,933

1 x 5,933

= 5,933

4,8/1 = 4,8

¼ x 4,8 = 1,2

4,3/32=

0,134

1 x 0,134

= 0,134

O2 dalam batuba

ra

Umumnya jika udara yang diumpankan = kebutuhan udara teoritik, terjadi pembakaran tak sempurna [ada CO atau H2] jumlah kalor yang diperoleh kurang Diberikan udara berlebih (excess)

% kelebihan udara =


teoritikudarakebutuhan

teoritikudara

kebutuhandibekalkan benar2

yg udarajumlah 100

Contoh 14:

Banyak: -variabel alur 12- neraca unsur TTSL (C, H, O, N) 4

Spesifikasi: - komposisi gas 5- komposisi udara 1- % kelebihan udara 1

Basis 1 -12

Deajat kebebasan 0


Gas sintesis Gas hasil bakar

Udara10% lebih

Pembakar

0,4%-v52,8%-v38,3%-v

5,5%-v

0,1%-v

2,9%-v Komposisi ?

PenyelesaianBasis: 1.000 mol/jam gas sintesisGas sintesis:C : 4 + 383 + 55 = 442 mol C + O2 CO2

H : 4 (4) + 2(528) = 1072 mol H + ¼ O2 ½ H2OO : 383 + 2(55) + 2(1) = 495 mol

Kebutuhan O2 teoritik = 442 + ¼(1072) - ½(495) = 462,5 mol/jam

Udara nyata diumpankan = 1,1 (teoritik) = 1,1[(462,5)(100/21)]

= 2422,6 mol/jam


10teoritik

teoritik)-nyata(100udaraKelebihan %

Neraca-neraca Unsur:


mol/jam 8,5086,242210021

mol/jam 8,19136,242210079

2

2

O

N

udara

udara

N

N

Maka:

Dalam kebanyakan persoalan pembakaran:Diketahui: analisis hasil bakar, sisa pembakaran, analisis parsial bahan bakar.Diinginkan: komposisi lengkap bahan bakar, % kelebihan udara, dan kadar air gas hasil bakar.


Pembangkitan Gas SintesisGas berkomponen utama CO dan H2 (untuk bahan bakar atau sintesis bahan organik)Dibuat:Dari bahan berkarbon dengan reaksi karbon-kukus (steam)

C + H2O CO + H2Dari hidrokarbon ringan (gas alam, nafta) dengan reaksi reformasi metana-kukus

CH4 + H2O CO + 3H2 kaya hidrogen

Dewasa ini[CO + H2] ex batubara untuk campuran hidrokarbon bbmotor[CO + H2] ex gas alam/nafta untuk zat2 petrokimia (metanol, NH3, dll)


Reaksi karbon-kukus adalah reaksi sangat endoterm Cara membekali kalor reaksi yang diperlukan:Langsung/in-situ reaktan kukus dicampur dengan O2

C + O2 CO2 + kalorTak langsung C + Udara CO2 + kalor kalor digunakan untuk memanasi pipa (reaktor) tempat reaksi karbon-kukus

Peningkatan Nilai guna secara kimiaPeningkatan Nilai guna secara kimiaa)Untuk menghasilkan bahan bakar yang lebih mudah diangkut, disebar, dan digunakanb)Untuk menghilangkan komponen-komponen tak dikehendaki (S, N, O, Cl, dll)c)Untuk membentuk dan memperoleh bahan mentah industri kimia


PirolisisPirolisis perengkahan molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil pada pemanasan (T tinggi) pada atmosfir inert.Reaksi sampingMolekul kecil reaktif polimerisasi ter dan kokas

Hidrogenasi Hidrogenasi (hydrogenation hydrotreating)Tujuan:Memperbesar nisbah (molar) H/C

Batubara hidrokarbon cair CH4[H/C = 0,9] [H/C ≈ 1,6] [H/C = 4]

Menghilangkan senyawa pencemarsenyawa2 S, N, O, Cl H2S, NH3, H2O, HCl

sehingga mudah dipisahkan dengan cara pengembunan, absorpsi, atau adsorpsi.


Pengolahan … Utama% mol basis kering% mol basis kering

(0,48 mol H(0,48 mol H22O/mol gas kering)O/mol gas kering)

Batubara Batubara keringkering

abuabu

Unit Unit PemurPemur

niniPirolisiPirolisis s

tahap tahap 11

PirolisiPirolisis s

tahap tahap 22

ResiResidu du

karbkarbonon

KukuKukuss

Abu Abu

AbuAbu

ResiResidu du

karbkarbonon

OO22

Hydro-Hydro-treatetreate

rr

Minyak mentah Minyak mentah sintetissintetis

Gas Gas produkproduk

1/31/3

Minyak Minyak kasarkasar

kering bb lb 1000lb 1500

15OH

H

4OH

CO

2

2

2

Gas Gas SintesiSintesiss

HH22

Hitung laju alir Hitung laju alir semua alur !semua alur !

Derajat kebebasanPirolisPirolis

is is tahap tahap

11

PirolisPirolisis is

tahap tahap 22

HydrHydro-o-

treattreaterer

PemuPemurnirni

SplittSplitterer

ProseProsess

overaoverallll

Variabel Variabel aluralur

BanyaBanyak:k:

Pers. Neraca Pers. Neraca MassaMassa Pertelaan Pertelaan KomposisiKomposisiAlur Alur

11Alur Alur 33Alur Alur 22Alur Alur 55Alur Alur 1010Alur Alur 1313Alur Alur 1212

Banyak RelasiBanyak RelasiRasio Rasio HH22O:gasO:gas

HH22:H:H22O dan O dan CO:HCO:H22O di O di alur12alur12Rasio Rasio

minyak:bbminyak:bbBatasan Batasan splittersplitter

Derajat Derajat KebebasanKebebasan

BasisBasis

Pengolahan … UtamaPirolisis Pirolisis tahap 1tahap 1

Pengolahan … UtamaPirolisis Pirolisis tahap 2tahap 2

Pengolahan … UtamaUnit PemurniUnit Pemurni

Pengolahan … UtamaHydrotreaterHydrotreater

unsur (3).ppt

Documents