PENGENDALIAN TEKANAN KOMPRESOR DAN SUHU STEAM REFORMER PADA PABRIK BIOHIDROGEN DARI BIOMASSA MENGGUNAKAN MODEL PREDICTIVE CONTROL (MPC) BERDASARKAN REIDENTIFIKASI SISTEM Hafizh Malik H.T 1 dan Abdul Wahid S 2 1 Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia 2 Riset Grup Energi Berkelanjutan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia Email: [email protected]ABSTRAK Hidrogen merupakan salah satu zat/gas yang sangat banyak kegunaannya, terutama dalam industri kimia. Kompresor dan steam reformer merupakan unit-unit yang penting dalam pabrik biohidrogen dari biomassa. Kompresor berguna untuk mencapai tekanan tinggi pada kondisi operasi selanjutnya sedangkan Steam Reformer merupakan proses utama dari pabrik ini yang berguna untuk menghasilkan gas H 2 . Model Predictive Control (MPC) merupakan suatu pengendali yang dapat bekerja dengan basis model yang diharapkan akan menghasilkan kinerja yang lebih baik daripada pengendali lainnya. Pemodelan proses dilakukan dengan menggunakan model empirik sedangkan proses optimasi dilakukan dengan penyetelan terhadap paramter-parameter pengendali MPC seperti waktu sampel (T), prediction horizon (P), dan control horizon (M). Hasil pengendalian tekanan kompresor dan suhu steam reformer adalah pengendali MPC memiliki kinerja yang lebih baik dari pada pengendali PI dengan melakukan reidentifikasi sistem untuk mendapatkan pemodelan yang sesuai. ABSTRACT Hydrogen is one of the substances / gases that used by people, especially in the chemical industry. Compressors and a steam reformer are the important units in biohidrogen from biomass plant. The compressor is useful for achieving high-pressure operating conditions while Steam Reformer next is the main process of this plant are useful to produce H2 gas. Model Predictive Control (MPC) is a controller that can work with the base model is expected to has better performance than other controllers. Process modeling is done by using the empirical model while the optimization process is done by setting the parameter-MPC controller parameters such as sample time (T), prediction horizon (P), and the control horizon (M). The results of the compressor pressure control and temperature control of steam reformer is the MPC controller has better performance than the PI controller by performing system reidentification to obtain appropriate model. Kata Kunci: Pengendalian Proses, Kompresor, Steam Reformer, Model Predictive Control, Reidentifikasi Sistem, Penyetelan 1. Pendahuluan Proses yang ada pada pabrik biohidrogen dari biomassa terdiri atas unit pengolahan bahan baku, unit gasifikasi, unit char decomposer, unit kompresi, steam reforming, unit char combuster, unit cooler, unit H 2 S Removal, dan unit presseure swing absorber. Diantara proses-proses tersebut, Steam Reformer dan Unit Kompresi merupakan unit yang sangat penting dalam Pengendalian Tekanan..., Hafizh Malik H. T, FT UI, 2014
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
PENGENDALIAN TEKANAN KOMPRESOR DAN SUHU STEAM REFORMER PADA PABRIK BIOHIDROGEN DARI BIOMASSA
MENGGUNAKAN MODEL PREDICTIVE CONTROL (MPC) BERDASARKAN REIDENTIFIKASI SISTEM
Hafizh Malik H.T1 dan Abdul Wahid S2
1Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia
2Riset Grup Energi Berkelanjutan, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia
ABSTRAK Hidrogen merupakan salah satu zat/gas yang sangat banyak kegunaannya, terutama dalam industri kimia.
Kompresor dan steam reformer merupakan unit-unit yang penting dalam pabrik biohidrogen dari biomassa. Kompresor berguna untuk mencapai tekanan tinggi pada kondisi operasi selanjutnya sedangkan Steam Reformer merupakan proses utama dari pabrik ini yang berguna untuk menghasilkan gas H2 . Model Predictive Control (MPC) merupakan suatu pengendali yang dapat bekerja dengan basis model yang diharapkan akan menghasilkan kinerja yang lebih baik daripada pengendali lainnya. Pemodelan proses dilakukan dengan menggunakan model empirik sedangkan proses optimasi dilakukan dengan penyetelan terhadap paramter-parameter pengendali MPC seperti waktu sampel (T), prediction horizon (P), dan control horizon (M). Hasil pengendalian tekanan kompresor dan suhu steam reformer adalah pengendali MPC memiliki kinerja yang lebih baik dari pada pengendali PI dengan melakukan reidentifikasi sistem untuk mendapatkan pemodelan yang sesuai.
ABSTRACT Hydrogen is one of the substances / gases that used by people, especially in the chemical industry.
Compressors and a steam reformer are the important units in biohidrogen from biomass plant. The compressor is useful for achieving high-pressure operating conditions while Steam Reformer next is the main process of this plant are useful to produce H2 gas. Model Predictive Control (MPC) is a controller that can work with the base model is expected to has better performance than other controllers. Process modeling is done by using the empirical model while the optimization process is done by setting the parameter-MPC controller parameters such as sample time (T), prediction horizon (P), and the control horizon (M). The results of the compressor pressure control and temperature control of steam reformer is the MPC controller has better performance than the PI controller by performing system reidentification to obtain appropriate model. Kata Kunci: Pengendalian Proses, Kompresor, Steam Reformer, Model Predictive Control, Reidentifikasi Sistem, Penyetelan
1. Pendahuluan
Proses yang ada pada pabrik biohidrogen dari biomassa terdiri atas unit pengolahan bahan
baku, unit gasifikasi, unit char decomposer, unit kompresi, steam reforming, unit char combuster,
unit cooler, unit H2S Removal, dan unit presseure swing absorber. Diantara proses-proses
tersebut, Steam Reformer dan Unit Kompresi merupakan unit yang sangat penting dalam
Pengendalian Tekanan..., Hafizh Malik H. T, FT UI, 2014
menghasilkan biohidrogen secara efektif karena sangat berpengaruh dengan kinerja unit
selanjutnya dan akan sangat menentukan jumlah produk selanjutnya. Unit kompresi bertugas
untuk menaikkan tekanan yang keluar dari unit gasifikasi sehingga tercapai tekanan yang tinggi
untuk dapat beroperasi, tekanan yang tinggi dibutuhkan untuk kondisi operasi H2S removal, H2S
sangat penting untuk dihilangkan karena merupakan zat beracun yang dapat membahayakan
orang disekitarnya.
Agar dalam pengoperasian pabrik tercapai kondisi optimal, perlu digunakan pengendali
pada kedua unit tersebut, Hal ini dimaksudkan agar apabila terjadi gangguan dari luar, dapat
dipertahankan kestabilan operasi pabrik, sehingga tidak membahayakan orang-orang sekitar
pabrik, disamping peralatan,dan dikedua unit tersebut.
Penelitian mengenai pengendalian, sudah dilakukan oleh Iqbal (2009) dengan
menggunakan pengendali Proportional-Integral (PI). Pada penelitian ini akan digunakan Model
Predictive Control (MPC) yang merupakan salah satu pengendalian tingkat lanjut (advance)
dengan based model control dengan interaksi di antara variabel-variabel yang dikendalikannya.
Oleh karena itu, penerapan pengendali MPC diharapkan lebih baik daripada pengendali PI.
Penilitian yang dilakukan menggunakan sebuah simulator proses untuk sebuah pabrik.
Dalam pelaksanaannya akan dilihat bagaimana untuk mengganti pengendali MPC dan melakukan
pemodelan dengan cara Reidentifikasi sistem dalam sebuah simulator proses. Hasil kinerja dari
MPC selanjutnya akan dibandingkan dengan hasil kinerja pengendali PI.
2. Tinjauan Teoritis
2.1 Unit Kompresor dan Steam Reformer
Unit Kompresor merupakan proses untuk mencapai tekanan yang diinginkan, dalam hal ini
digunakan kompresor sentrifugal. Kompresor sentrifugal ini mempunyai bagian bergesekan yang
lebih sedikit, sehingga energi yang digunakan lebih efisien dan memberi aliran udara yang lebih
tinggi dibanding kompresor reciprocating dengan ukuran yang sama (yaitu positive-
displacement). Kelemahan utamanya adalah bahwa mereka tidak bisa mencapai perbandingan
kompresi yang tinggi dari pada kompresor reciprocating tanpa multi-stage. Hal inilah yang
menyebabkan kompresor yang digunakan dalam pabrik ini adalah kompresor sentrifugal multi-
stage. Fan/Blower sentrifugal lebih sesuai untuk pemakaian yang kontinu seperti fan ventilasi,
penggerak udara, bagian pendingin, dan penggunaan lain yang memerlukan volume tinggi
Pengendalian Tekanan..., Hafizh Malik H. T, FT UI, 2014
dengan sedikit atau tanpa peningkatan tekanan. Bedanya, kompresor sentrifugal multi-stage
sering mencapai pengeluaran tekanan 8,000 sampai 10,000 psi (59 MPA sampai 69MPa).
Biogas refroming adalah proses dimana memperoduksi hidrogen dari gas alam, dengan
reaksi utamanya adalah sebagai berikut:
CH4 + H2O à CO + 3 H2
Reaksi ini bersifat katalitik dan berlangsung pada suhu 1000°C. Banyaknya panas pada
produk hasil reforming yang dimanfaatkan untuk pembangkit steam sebelum diproses lebih lanjut
dalam converter yang sebagian besar CO diubah menjadi CO2 dengan menggunakan absorber.
Proses dari steam reformer dapat dilihat pada Gambar 1. Bila terjadi perubahan pada suhu
pada steam reformer, maka hasil yang diperoleh akan bervariasi. Hal inilah yang harus dihindari
karena dapat menurunkan kinerja reaktor dan kehidupan katalis. Closed loop control system
biasanya digunakan untuk memodulasi tingkat panas pada input didasarkan pada perbandingan
antara suhu set point dan suhu yang diukur (Vernon et al, 2008). Oleh karena itu, perlu dilakukan
pengendalian suhu, sehingga pada steam reformer suhu dapat dijaga pada suhu 1000 oC (1832 oF).
Gambar 1. Steam Reforming (Steam Reforming Hydrogen for both Waste Management and Hydrogen
Production, Innovations, n.d.).
2.2 Pengendalian Proses
Dalam industri kimia, kondisi ideal harus dipertahankan hal ini terkait dengan kinerja dan
performa suatu pabrik agar dapat menghasilkan produk yang lebih baik. Dalam pengendalian
proses, suatu pengendalian digunakan untuk beberapa tujuan, yakni :
Pengendalian Tekanan..., Hafizh Malik H. T, FT UI, 2014
1. Menjaga keamanan dan keselamatan kerja
2. Memenuhi spesifikasi produk yang diinginkan
3. Menjaga peralatan proses dapat berfungsi sesuai desain
4. Menjaga agar operasi pabrik tetap ekonomis.
5. Memenuhi persyaratan lingkungan
6. Mengawasi dan menganalisa
Untuk memenuhi persyaratan diatas diperlukan pengawasan (monitoring) yang terus
menerus terhadap operasi pabrik kimia dan intervensi dari luar (external intervention) untuk
mencapai tujuan operasi. Hal ini dapat terlaksana melalui suatu rangkaian peralatan (alat ukur,
kerangan, pengendali, dan komputer) dan intervensi manusia (plant managers, plants operators)
yang secara bersama membentuk sistem pengendalian. Dalam pengoperasian pabrik diperlukan
berbagai prasyarat dan kondisi operasi tertentu, sehingga diperlukan usaha-usaha pemantauan
terhadap kondisi operasi pabrik dan pengendalian proses supaya kondisi operasinya stabil.
Dalam Pengendalian Proses Unit Kompresor dan Steam Reformer yang akan diidentifikasi