31 BAB III DESKRIPSI PABRIK TEKNOLOGI PENINGKATAN KUALITAS BATUBARA SKALA KOMERSIAL KAPASITAS 150 TON/JAM Pabrik teknologi peningkatan kualitas batubara skala komersial kapasitas 150 ton/jam (untuk selanjutnya disebut Coal Upgrading Technology Commercial Plant / CCP) merupakan pengembangan metoda CUT dalam skala komersial pertama. Proses pengolahan batubara CCP didesain untuk dapat mengurangi kandungan air batubara dari 30% (terhadap massa kering) menjadi 5% (terhadap massa kering). 3.1 Proses Pengolahan Batubara dan Subsistem CCP Pembagian subsistem pabrik CCP ditunjukkan dalam diagram blok CCP pada Gambar 3.1. Tingginya kapasitas pengolahan batubara menyebabkan beberapa subsistem yang menangani proses pengolahan batubara dibagi menjadi 3 jalur proses dengan kapasitas pengolahan batubara pada masing-masing jalur adalah 50 ton/jam. Beberapa subsistem pabrik tersebut dibagi menjadi 3 unit operasi dimana satu unit operasi menangani satu jalur proses pengolahan batubara. Dengan adanya pembagian kapasitas pengolahan ini, maka usaha pengontrolan proses pengolahan batubara menjadi lebih mudah. Tujuan lain dari pembagian tersebut adalah ketika ada komponen atau alat dalam satu unit operasi pabrik yang memerlukan perawatan atau mengalami kegagalan, maka operasional pabrik tidak seluruhnya berhenti karena hanya jalur pengolahan proses yang berhubungan dengan komponen atau alat tersebut-lah yang berhenti beroperasi. Pembagian jalur proses diatas hanya berlaku untuk subsistem yang menangani proses pengolahan batubara (subsistem pengolahan awal, pengering, pembriketan dan penyimpanan). Subsistem pembangkit daya dirancang untuk dapat memenuhi variasi kebutuhan uap proses sedangkan subsistem pengolahan air dirancang untuk dapat menangani variasi produksi limbah dihasilkan pabrik. Jadi, ketika ada jalur proses yang mati, maka suplai uap dari subsistem
25
Embed
BAB III DESKRIPSI PABRIK TEKNOLOGI PENINGKATAN …digilib.itb.ac.id/files/disk1/640/jbptitbpp-gdl-arifhadiya-31997-4... · memerlukan perawatan atau mengalami ... Milling machine
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
31
BAB III
DESKRIPSI PABRIK TEKNOLOGI PENINGKATAN KUALITAS
BATUBARA SKALA KOMERSIAL KAPASITAS 150 TON/JAM
Pabrik teknologi peningkatan kualitas batubara skala komersial kapasitas
150 ton/jam (untuk selanjutnya disebut Coal Upgrading Technology Commercial
Plant / CCP) merupakan pengembangan metoda CUT dalam skala komersial
pertama. Proses pengolahan batubara CCP didesain untuk dapat mengurangi
kandungan air batubara dari 30% (terhadap massa kering) menjadi 5% (terhadap
massa kering).
3.1 Proses Pengolahan Batubara dan Subsistem CCP
Pembagian subsistem pabrik CCP ditunjukkan dalam diagram blok CCP
pada Gambar 3.1. Tingginya kapasitas pengolahan batubara menyebabkan
beberapa subsistem yang menangani proses pengolahan batubara dibagi menjadi 3
jalur proses dengan kapasitas pengolahan batubara pada masing-masing jalur
adalah 50 ton/jam. Beberapa subsistem pabrik tersebut dibagi menjadi 3 unit
operasi dimana satu unit operasi menangani satu jalur proses pengolahan batubara.
Dengan adanya pembagian kapasitas pengolahan ini, maka usaha pengontrolan
proses pengolahan batubara menjadi lebih mudah. Tujuan lain dari pembagian
tersebut adalah ketika ada komponen atau alat dalam satu unit operasi pabrik yang
memerlukan perawatan atau mengalami kegagalan, maka operasional pabrik tidak
seluruhnya berhenti karena hanya jalur pengolahan proses yang berhubungan
dengan komponen atau alat tersebut-lah yang berhenti beroperasi.
Pembagian jalur proses diatas hanya berlaku untuk subsistem yang
menangani proses pengolahan batubara (subsistem pengolahan awal, pengering,
pembriketan dan penyimpanan). Subsistem pembangkit daya dirancang untuk
dapat memenuhi variasi kebutuhan uap proses sedangkan subsistem pengolahan
air dirancang untuk dapat menangani variasi produksi limbah dihasilkan pabrik.
Jadi, ketika ada jalur proses yang mati, maka suplai uap dari subsistem
32
pembangkit daya ke subsistem pengering akan dikurangi, sedangkan subsistem
pengolahan air akan bekerja pada kapasitas pengolahan limbah yang lebih kecil.
Gambar 3.1. Diagram blok CCP
Proses pengolahan batubara CCP memiliki urutan proses pengolahan
batubara yang hampir sama dengan CPP. Batubara basah yang akan di-upgrade
ditampung dalam subsistem pengolahan awal. Ketika akan diolah, batubara
tersebut dikurangi ukurannya dan diangkut menuju subsistem pengering untuk
dikeringkan dan dipanaskan hingga mencapai temperatur proses pembriketan.
Energi pengeringan dan pemanasan batubara utamanya didapatkan dari uap yang
disuplai oleh subsistem pembangkit daya. Setelah digunakan dalam subsistem
pengering, uap tersebut dialirkan kembali ke dalam subsistem pembangkit daya
untuk dipanaskan dan digunakan kembali.
Proses pengeringan dan pemanasan batubara dalam subsistem pengering
CCP dilakukan dalam 2 tingkat fluidized bed menggunakan media uap
superpanas. Sistem ini menghasilkan limbah yang berasal dari kandungan air
batubara yang menguap. Limbah tersebut terbagi menjadi 2 jalur, satu jalur berupa
33
limbah berfasa cair (kondensat) sedang jalur lain berupa limbah berfasa gas (uap).
Limbah kondensat tersebut (garis limbah dalam Gambar 3.1) langsung dialirkan
menuju subsistem pengolahan air sedang limbah uap (garis uap(limbah) dalam
Gambar 3.1) dialirkan ke dalam subsistem pembangkit daya. Selama melewati
subsistem pembangkit daya, limbah uap tersebut didinginkan sebelum akhirnya
dialirkan ke subsistem pengolahan air.
Batubara kering dan panas yang keluar dari subsistem pengering kemudian
diangkut ke subsistem pembriketan dan penyimpanan untuk dijadikan briket,
didinginkan, dan disimpan dalam stockpile. Pendinginan briket dilakukan dengan
menggunakan sebagian flue gas boiler dalam subsistem pembangkit daya yang
pada akhirnya dialirkan kembali ke subsistem pembangkit daya untuk dibuang ke
lingkungan.
Kebutuhan daya seluruh peralatan pabrik didapatkan dari subsistem
pembangkit daya yang berupa siklus pembangkit uap. Turbin uap yang digunakan
CCP adalah turbin yang tersedia di pasaran (bukan turbin custom) sehingga daya
yang dihasilkan subsistem pembangkit daya lebih besar dari kebutuhan daya
pabrik. Kelebihan daya tersebut nantinya akan dialirkan ke jala-jala listrik
lingkungan sekitar pabrik (CCP juga menjual listrik).
Semua limbah cair yang dihasilkan CCP dialirkan menuju subsistem
pengolahan air. Limbah tersebut kemudian diolah sedemikian rupa hingga
memenuhi baku mutu air buangan pabrik. Air tersebut pada akhirnya dibuang ke
badan air penerima setempat. Selain menangani limbah yang dihasilkan pabrik,
subsistem pengolahan air CCP juga menyediakan kebutuhan air bersih pabrik.
Contoh layout CCP ditunjukkan dalam Gambar 3.2. Gambar tersebut
hanya merupakan contoh karena rencana lokasi pembangunan CCP belum
ditentukan. Dalam Gambar 3.2, gudang pabrik digunakan untuk menyimpan suku
cadang peralatan dan bahan-bahan kuantitas kecil yang dibutuhkan pabrik seperti
bahan kimia yang diperlukan subsistem pengolahan air. Selain digunakan untuk
ruang kontrol dan gedung administrasi, bangunan nomor 7 dalam Gambar 3.2
juga digunakan untuk keperluan lain seperti kantin dan laboratorium.
Laboratorium tersebut berisi peralatan pengujian untuk keperluan operasional
proses pabrik dan untuk pengembangan sistem CCP lebih lanjut.
34
Gambar 3.2. Contoh layout CCP
3.2 Sub-sistem Pengolahan Awal
Subsistem pengolahan awal CCP merupakan tempat penerimaan dan
penyimpanan batubara mentah yang akan di-upgrade serta bertugas untuk
mengurangi ukuran batubara (size reduction) hingga sesuai dengan kebutuhan
proses pengeringan dan pemanasan dalam subsistem pengering. Batubara kecil
tersebut kemudian diangkut ke subsistem pengering menggunakan sistem
pneumatic conveying ke subsistem pengering.
Bird view unit pengolahan awal ditunjukkan dalam Gambar 3.3. Batubara
mentah yang akan di-upgrade disimpan dalam tempat-tempat penyimpanan yang
bergantung pada ukuran batubara mentah tersebut. Batubara yang berukuran
kurang dari 200 mm langsung dibawa ke bak penyimpanan batubara ukuran
sedang, sedang batubara yang lebih besar dari ukuran tersebut, dibawa ke bak
penyimpanan batubara ukuran besar untuk dikurangi ukurannya menjadi kurang
dari 200 mm. Batubara ukuran sedang kemudian diangkut ke feeding hopper
crusher house untuk dibagi menjadi 3 jalur pengolahan menggunakan overhead
crane (tidak diperlihatkan dalam Gambar 3.3) dan konveyor utama. Crusher
house terdiri dari peralatan size reduction dan sebagian sistem pneumatic
conveying.
35
Gambar 3.3. Bird view unit pengolahan awal CCP
Skema proses size reduction dan pneumatic conveying dalam subsistem
pengolahan awal CCP ditunjukkan dalam Gambar 3.4. Proses size reduction
batubara menggunakan satu rangkaian peralatan grinding machine (jaw crusher)
dan milling machine (trapezium mill). Milling machine tersebut dilengkapi dengan
satu rangkaian peralatan size separator untuk memisahkan partikel batubara yang
berukuran terlalu kecil ketika batubara mengalami proses size reduction di dalam
milling machine. Batubara tersebut dikumpulkan dalam satu tempat tersendiri dan
nantinya akan dialirkan menuju subsistem pengering.
Sistem pneumatic conveying CCP terdiri dari alat pengumpan padatan
Kelembaban udara sirkulasi sistem pneumatic conveying maksimum
adalah 65%. Kelembaban udara yang lebih tinggi dari tingkat tersebut dapat
menjadi pemicu munculnya liquid bridge [18] pada bagian kontak antara 2
partikel (Gambar 3.10) sehingga muncul gaya adhesi antar partikel yang nilainya
lebih besar daripada gaya van der Waals antar partikel. Tingkat kelembaban udara
tersebut akan menentukan bentuk liquid bridge sedangkan ketebalan air yang
diserap akan berpengaruh pada besar gaya adhesi tersebut. Meskipun demikian,
efek kelembaban tersebut juga dipengaruhi oleh kekasaran permukaan dan
temperatur [13].
Gambar 3.9. Intermittent-shaker baghouse [17]
Gambar 3.10. Liquid bridge antara 2 partikel [13]
42
3.3 Subsistem Pengering
Subsistem pengering dibagi menjadi 3 unit pengering dengan kapasitas
pengolahan batubara tiap unit adalah 50 ton/jam. Skema peralatan dalam satu unit
pengering ditunjukkan dalam Gambar 3.11. Batubara yang ditangkap oleh siklon
pertama pneumatic conveying dikumpulkan dalam silo sementara. Batubara
kemudian dipanaskan dan dikeringkan dalam 2 tingkat fluidisasi dengan
menggunakan media pemanas uap. Tekanan tiap tingkat fluidisasi tersebut
berbeda sehingga perlu digunakan flap gate untuk mengalirkan padatan dari satu
titik ke titik lain. Flap gate juga berperan dalam meminimalisir kebocoran uap
saat batubara diangkut dari 2 titik dengan tekanan yang berbeda. Uap yang keluar
dari bed pada tiap tingkat fluidisasi kemungkinan besar mengandung partikel
halus sehingga harus dipisahkan menggunakan siklon. Batubara halus yang
terkumpul dalam tiap tahap pengeringan dan dari siklon kedua pneumatic
conveying kemudian langsung dialirkan ke hopper mesin briket (unit pembriketan
dan penyimpanan). Untuk mengatasi perbedaan tekanan antar tiap siklon tersebut,
digunakan flap gate.
3.3.1 Silo Sementara
Fungsi utama silo sementara adalah untuk menampung batubara yang
ditangkap oleh siklon pneumatic conveying tingkat pertama. Bervariasinya
karakteristik partikel batubara saat mengalami proses pneumatic conveying
menyebabkan laju aliran massa batubara masuk ke flap gate sebelum bed 1
menjadi bervariasi. Variasi ini diatasi dengan penampungan partikel batubara
sementara di dalam silo sementara. Di bagian bawah silo tempat batubara keluar
juga dipasang rotary feeder untuk mengetahui laju volumetrik aliran batubara ke
flap gate sebelum bed 1 dan sebuah sensor berat untuk untuk mengetahui berat isi
silo.
Ada 2 pola aliran partikel padatan (bulk-material flow) dalam silo [13].
Pola mass flow (Gambar 3.12a) adalah pola aliran dimana semua material yang
disimpan bergerak ketika isi silo dialirkan. Pola kedua adalah funnel flow (3.12b
s/d. 3.12f) terjadi ketika muncul saluran aliran padatan yang terbentuk di dalam
daerah tertentu di atas outlet dan material yang dekat dengan dinding miring
43
outlet. Saluran aliran padatan tersebut juga dapat memotong dinding yang paralel
dan terbentuk hingga bagian atas. Pola aliran seperti ini sering disebut dengann
internal flow (Gambar 3.12c s/d. 3.12e). Jenis pola aliran funnel flow lain adalah
expanded flow dimana pola aliran mass flow terbentuk dalam bagian hopper yang
curam tetapi masih terjadi sedikit tumpukan padatan di bagian bawah silo yang
memiliki kemiringan lebih kecil daripada daerah dengan mass flow. Pola aliran
yang digunakan dalam desain silo sementara CCP adalah pola mass flow.
Gambar 3.11. Skema elevation view unit pengering
dari unit pengolahan awal
ke unit pengolahan awal
7
7
10
611
7
ke penyimpanan(stockpile)
1
Catatan :- pipa pneumatic conveying, siklon pneumatic conveying pertama, siklon pneumatic conveying kedua merupakan bagian dari unit pengolahan awal- hopper mesin briket, mesin briket, dan conveyor pendingin merupakan bagian dari unit briketing dan penyimpanan
6
10
Keterangan : 1. pipa pneumatic conveying 2. siklon pneumatic conveying pertama 3. siklon pneumatic conveying kedua 4. silo sementara 5. pemanas batubara halus 6. rotary feeder 7. flap gate 8. bed 1 (bertekanan 1.7 bar) 9. bed 2 (bertekanan 3.4 bar)10. siklon bed 11. slide gate12. hopper mesin briket13. mesin briket14. conveyor pendingin
14
13
12
9
8
57
33
4
22
44
Gambar 3.12. Pola aliran dalam silo [13]
45
3.3.2 Fluidized Bed Superheated Steam Drying
Proses pengeringan dan pemanasan batubara CCP dilakukan dalam 2
tingkat fluidized bed dalam tekanan dan temperatur yang berbeda dengan
menggunakan fluida pemanas uap secara kontinyu. Skema tiap tingkat fluidized
bed CCP ditunjukkan dalam Gambar 3.13. Batubara dimasukkan dalam bed
menggunakan flap gate untuk mengatasi perbedaan tekanan dalam bed dengan
tekanan inlet batubara basah. Di dalam bed, batubara akan terfluidisasi oleh uap
yang selalu disirkulasi oleh blower. Batubara mengalami pemanasan dan
pengeringan oleh uap tersebut dan oleh internal heater. Pemanasan dan
pengendalian temperatur uap sirkulasi dilakukan dengan pengaturan preheater.
Adanya penguapan kandungan air batubara akan menambah jumlah uap sirkulasi
sehingga perlu digunakan sebuah katup untuk mengurangi jumlah uap sirkulasi
tersebut.
Gambar 3.13. Skema tiap tingkat fluidisasi CCP
Proses fluidisasi dalam bed dengan konfigurasi seperti dalam Gambar
3.13. akan menghasilkan partikel batubara halus. Beberapa contoh penyebab hal
tersebut adalah tumbukan antar partikel batubara dan tumbukan antara partikel
batubara dengan dinding pipa internal heater atau dinding bed. Partikel batubara
46
halus tersebut akan terbawa oleh uap sirkulasi keluar bed. Untuk melindungi
katup, blower, dan sisi dingin preheater dari partikel batubara halus tersebut,
digunakan siklon.
Tingginya kapasitas pengolahan batubara dalam CUT Commercial Plant
(CCP) membawa pada pemilihan desain :
− Diameter bed besar untuk mengurangi wall effect [9]
− Penggunaan internal heater dengan luas permukaan yang besar untuk men-
stabilkan proses fluidisasi. Internal heater tersebut diharapkan berfungsi
sebagai pengaduk.
Skema susunan 2 tingkat fluidised bed CCP ditunjukkan dalam Gambar
3.14. Fluida pemanas utama yang digunakan adalah uap panas yang didapat dari
boiler. Semua partikel batubara halus yang dikumpulkan oleh siklon dalam sistem
fluidised bed langsung ”dialirkan” menuju hopper mesin briket (unit pembriketan
dan storage). Uap dari boiler yang telah melewati proses dialirkan kembali ke unit
pembangkit daya. Kelebihan uap sirkulasi bed 2 digunakan sebagai fluida
pemanas internal heater bed 1 sedang kelebihan uap sirkulasi bed 1 dialirkan ke
unit pembangkit daya sebagai pemanas feedwater boiler.
3.3.3 Sistem Transport Batubara Antar Bed
Sistem transport padatan berhubungan dengan peralatan untuk
mengalirkan padatan antara 2 titik pengangkutan. Dalam unit pengering CCP,
sistem transport padatan perlu didesain karena adanya kebutuhan untuk
mengalirkan padatan antara 2 tekanan yang berbeda. Peralatan utama yang
digunakan untuk kebutuhan proses tersebut adalah flap gate (Gambar 3.15.
Batubara dari titik yang bertekanan rendah ke dalam pipa dan mengalir secara
gravitasi ke dalam flap gate. Flap gate terdiri dari 2 ruang untuk menampung
batubara dan 2 buah gate yang dapat bergerak membuka dan menutup. Pada
kondisi pengangkutan batubara dari silo sementara ke bed 1, jumlah batubara
yang ada di atas pintu pertama flap gate perlu dibatasi. Pembatasan tersebut
dilakukan dengan penggunaan rotary vane. Tingginya kapasitas pengangkutan
pengangkutan batubara dan keterbatasan ruang yang tersedia untuk peralatan
47
menyebabkan jumlah flap gate yang digunakan tiap unit pengering CPP