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

(feeding device), pipa pengangkut, peralatan penangkap debu (dust collector),

blower, dan 2 tingkat siklon. Batubara dari siklon milling machine dicampur

dengan udara pembawa dalam alat pengumpan sehingga kecepatan batubara

meningkat. Udara pembawa akan mengangkut batubara tersebut menuju siklon

tingkat pertama yang akan memisahkan partikel batubara berukuran besar (ukuran

yang sesuai dengan kebutuhan proses). Batubara halus yang lolos dari siklon

36

pertama akan dipisahkan oleh siklon kedua yang memiliki efisiensi lebih tinggi

daripada siklon pertama. Udara yang keluar dari siklon kedua disirkulasi kembali

menuju alat pengumpan melalui peralatan penangkap debu dan blower.

Gambar 3.4. Skema unit pengolahan awal

3.2.1 Proses Size Reduction Batubara

Proses size reduction memiliki sejarah yang panjang, meskipun demikian

pengontrolan ukuran dan distribusi ukuran partikel hasil proses tersebut masih

sulit dilakukan. Efisiensi energi proses size reduction juga sangat rendah, dan

energi yang diperlukan proses tersebut akan bertambah seiring dengan semakin

kecil ukuran partikel yang dihasilkan proses [13].

Pemilihan peralatan size reduction CCP ditujukan untuk meminimalisir

produksi batubara halus. Beberapa metoda yang ditempuh untuk meminimalisir

produksi batubara halus tersebut adalah

1. proses size reduction dilakukan secara bertahap (Gambar 3.5). Semakin kecil

perubahan rasio ukuran batubara melewati alat, maka potensi produksi

batubara halus dari proses size reduction semakin kecil [13].

37

2. Penggunaan mekanisme klasifikasi partikel internal dalam mesin size

reduction terakhir. Mekanisme tersebut juga ditujukan untuk meminimalisir

waktu tinggal partikel yang berlebihan dalam mesin tersebut.

Gambar 3.5. Proses size-reduction dalam unit pengolahan awal CCP

Crusher biasa digunakan sebagai mesin size reduction tingkat pertama

untuk menghasilkan partikel berukuran kurang dari 10 cm [13]. Crusher yang

digunakan dalam CCP adalah jenis jaw crusher (Gambar 3.6) yang terdiri dari 2

permukaan penghancur dengan suatu sudut tertentu. Material dihancurkan antara

satu pelat statis dan satu pelat dinamis menggunakan tekanan yang berulang-ulang

hingga produk yang dihancurkan menjadi cukup kecil untuk keluar dari celah

antara 2 permukaan penghancur.

Gambar 3.6. Jaw crusher [13]

38

Trapezium mill yang digunakan CCP adalah jenis high suspension mill

(Gambar 3.7). Alat ini sering digunakan dalam pertambangan, industri kimia,

material konstruksi, metalurgi, dll. [15]. Penggerusan batubara terjadi karena

tekanan yang diberikan roller pada batubara saat batubara berada diantara antara

roller dan dinding alat/ring. Roller tersebut berputar pada sumbu dinding alat dan

pada sumbu roller itu sendiri. Gaya tekan roller pada batubara diatur dengan

mekanisme pegas di bagian atas roller. Trapezium mill ini juga dilengkapi dengan

mekanisme klasifikasi ukuran partikel. Udara yang dialirkan dari bawah akan

mengangkut partikel batubara halus ke bagian atas alat. Karena luas permukaan

bagian atas alat lebih besar dari bagian penggerusan, maka partikel batubara yang

masih berukuran besar akan jatuh kembali ke daerah penggerusan dan tergerus

kembali. Fungsi shovel nose tools dalam Gambar 3.7 adalah untuk mengangkat

batubara yang ada di dasar alat ke daerah penggerusan (daerah roller). Udara dan

partikel batubara yang keluar dari trapezium mill kemudian dilewatkan siklon.

Sebagian besar partikel batubara akan terkumpul dalam kaki siklon dan udara

pembawa disirkulasi kembali ke blower dan ke trapezium mill setelah dilewatkan

dust collector untuk menyaring partikel batubara yang berukuran terlalu kecil

(Gambar 3.8). Dalam desain ini, dust collector yang digunakan berupa susunan

beberapa bagfilter. Semua bagian trapezium mill tersebut bekerja dalam tekanan

negatif sehingga masalah debu tidak akan terjadi. Katalog jaw crusher dan

trapezium mill yang digunakan CCP ini ada dalam lampiran B.1 dan B.2.

3.2.2 Sistem Pneumatic Conveying

Pengangkutan batubara dari subsistem pengolahan awal ke subsistem

pengering dilakukan dengan menggunakan sistem pneumatic conveying yang

terdiri dari sumber gas, alat pengumpan padatan (feeding device), pipa

pengangkut, dan receiver untuk memisahkan partikel batubara dari gas pembawa

[16]. Dasar pemilihan sistem pneumatic conveying untuk mengangkut batubara ke

unit pengering adalah

1. konstruksi unit pengering yang tinggi

2. kapasitas pengolahan batubara yang besar

3. minimasi masalah debu saat pengangkutan batubara

39

Gambar 3.7. MTM High Suspension Mill [15]

Gambar 3.8. Susunan jaw crusher dan trapezium mill [15]. Main unit dalam

gambar tersebut adalah trapezium mill.

Gas yang digunakan dalam sistem pneumatic conveying CCP adalah udara

biasa yang disirkulasi. Peralatan receiver dalam sistem pneumatic conveying CCP

adalah 2 tingkat siklon dan sebuah dust collector. Siklon tingkat pertama

ditujukan untuk memisahkan partikel batubara yang besar (sesuai dengan

40

kebutuhan proses unit pengering yaitu berdiameter rata-rata 1 mm). Siklon kedua

yang memiliki efisiensi lebih tinggi dari siklon pertama, akan mengumpulkan

partikel batubara yang berukuran lebih kecil. Partikel kecil tersebut dapat berasal

dari:

1. proses size reduction sebelumnya (lolos dari peralatan klasifikasi ukuran

trapezium mill)

2. partikel batubara yang pecah (fragmentation) saat batubara mengalami proses

pneumatic conveying

3. hasil abrasi pada permukaan partikel batubara karena bertumbukan dengan

partikel yang lain saat mengalami proses pneumatic conveying

Batubara yang dikumpulkan oleh siklon kedua langsung dialirkan menuju

hopper mesin briket untuk dibriket bersama partikel batubara yang telah melewati

unit pengering. Partikel kecil dalam udara sirkulasi pneumatic conveying yang

masih lolos dari siklon kedua, dipisahkan menggunakan dust collector. Semua

batubara halus yang dihasilkan oleh unit pengolahan awal dikumpulkan dalam

satu tempat dan diangkut menggunakan sistem pneumatic conveying ke subsistem

pengering setelah mencapai jumlah tertentu. Batubara halus tersebut dicampur

bersama hasil dari siklon kedua sistem pneumatic conveying utama dalam

subsistem pengolahan awal.

Jenis dust collector sistem pneumatic conveying CCP adalah intermittent-

shaker baghouse. Jenis continuous-shaker baghouse tidak digunakan karena

selain ukurannya yang lebih besar daripada intermittent-shaker, sistem pneumatic

conveying CCP masih dapat beroperasi dengan baik dengan menggunakan

intermittent-shaker baghouse. Intermittent-shaker baghouse tersebut terdiri dari

beberapa kompartemen bagfilter dan mekanisme pembersihan bagfilter tersebut

yang ditata dalam sebuah shell yang memiliki hopper untuk menerima debu yang

ditangkap (Gambar 3.9). Bagian bawah kantung biasanya terbuka dan ditahan

dengan pipa sedang bagian atas terhubung dengan mekanisme penggetar berupa

susunan batang yang digerakkan oleh motor. Frekuensi penggetaran kantung diset

dengan menggunakan timer. Faktor frekuensi tersebut, bersama tingkat osilasi dan

amplitudo getaran mempengaruhi efisiensi pembersihan baghouse [17].

41

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

berjumlah lebih dari satu.

Keterangan :batubara TS - silo sementarauap FB - bedkondensat/air RF - rotary vane

FG - flapgate B - blowerSG - slide gate P - preheaterCD - drum kontrol

batubara dari siklon 1pneumatic conveying

(subsistem pengolahan awal)

batubara dari siklon 2pneumatic conveying

(subsistem pengolahan awal)

FG1

ke penukar panas 3(subsistem pembangkit daya)

RF1

TS

C1

FB1CD1

FG2

FG4

CD2CD3

FB2

C2

P1

P2

B1

B2

FG5

ke cooling pond (subsistem pengolahan air)

dari deaerator (subsistem pembangkit daya)

ke deaerator (subsistempembangkit daya)

ke hopper mesin briket(subsistem briketing dan penyimpanan)

uap superpanas dari boiler(subsistem pembangkit daya)

feedwater dari drum boiler(subsistem pembangkit daya)

ke penukar panas 1(subsistem pembangkit daya)

RF2

SG1

SG2

FG3

Gambar 3.14. Skema unit pengering CCP

48

Gambar 3.15. Flap gate [19]

3.4 Subsistem Pembriketan dan Penyimpanan

Batubara kering dan panas yang keluar dari subsistem pengering kemudian

dibriket, didinginkan, dan disimpan/dikemas dalam subsistem pembriketan dan

penyimpanan. Pembriketan dilakukan dengan menggunakan sebuah binderless

briquetting machine sedangkan pendinginan briket dilakukan dengan

menggunakan sebagian flue gas boiler dalam subsistem pembangkit daya. Flue

gas tersebut dialirkan ke saluran konveyor setelah binderless briquetting machine

(Gambar 3.16). Batubara halus yang tidak ikut menjadi briket akan terbawa oleh

flue gas tersebut dan dan dikumpulkan dalam suatu dust collector. Katup bypass

flue gas dalam Gambar 3.16 ditujukan untuk mengendalikan temperatur flue gas

masuk dust collector sehingga filter bag dalam dust collector tidak rusak karena

temperatur yang terlalu tinggi.

Proses pembriketan padatan merupakan salah satu jenis proses size

enlargement. Proses size enlargement dapat dikategorikan dalam 2 mode utama,

mode pertumbuhan granular dan mode produk yang dihasilkan mesin [13]. Mode

proses size enlargement CCP adalah mode produk yang dihasilkan mesin dimana

batubara dipaksa untuk “mengalir” dalam kondisi panas dan lengket melewati

49

cetakan dalam binderless briquetting machine. Mekanisme ikatan antar partikel

batubara dalam briket disebabkan oleh beberapa faktor antara lain,

Gambar 3.16. Skema proses pendinginan briket

1. Deformasi dan pecahnya partikel padatan akibat gaya tekan yang diberikan

mesin briket

2. Pemanasan batubara yang menyebabkan munculnya berbagai gaya ikat aktif

antar partikel akibat dari permukaan kontak antar partikel yang meningkat.

Peningkatan tersebut dipicu oleh beberapa hal seperti perubahan struktur

permukaan, desorption, atau mekanisme lain.

3. Adanya cairan pengikat (binder) berupa cairan tar yang berasal dari partikel

batubara itu sendiri

3.5 Subsistem Pembangkit Daya

Semua kebutuhan daya peralatan dalam CCP dan kebutuhan uap subsistem

pengering disuplai oleh subsistem pembangkit daya (Gambar 3.17). Turbin yang

digunakan CCP adalah turbin uap tipe kondensing yang memiliki kebutuhan uap

bertekanan 34,32 bar dan bertemperatur 432°C (lihat Lampiran B.4). Kondisi uap

yang diperlukan turbin tersebut ternyata juga langsung dapat digunakan untuk

memenuhi kebutuhan uap subsistem pengering.

50

penukarpanas 2

deaerator udara luar

air pendingin dari dan ke pabrik

cooling tower

makeup water

kondensor

turbin

ke unit pengering

air panas dari unit pengering

makeup water

G

ke unit pengolahan limbah

uap dari bed 1 (unit pengering)

penukarpanas 1

boiler

Gambar 3.17. Skema subsistem pembangkit daya CCP

51

Output daya generator subsistem pembangkit daya CCP adalah 6 MW.

Kebutuhan daya total peralatan dalam CCP sebenarnya tidak sebesar daya output

generator tersebut. Besar daya di atas dipilih karena turbin yang digunakan CCP

adalah turbin yang umum dijual di pasaran sehingga pilihan kapasitas output daya

turbin tersebut terbatas pada tingkatan kapasitas tertentu (lihat Lampiran B.4).

Dari berbagai kapasitas output daya tersebut, kapasitas output daya turbin yang

paling mendekati dengan kebutuhan daya total peralatan dalam CCP adalah turbin

dengan output daya ekivalen 6 MW.

Boiler yang digunakan subsistem pembangkit daya adalah boiler tipe

stoker yang berbahan bakar batubara. Batubara yang digunakan sebagai bahan

bakar boiler adalah sebagian batubara basah yang akan diupgrade.

Uap boiler yang telah digunakan dalam subsistem pengering dialirkan

kembali ke subsistem pembangkit daya. Meskipun telah berkondensasi, uap

tersebut (selanjutnya disebut air panas) masih memiliki temperatur yang tinggi.

Air panas tersebut selanjutnya digunakan untuk memanaskan feedwater boiler (air

dari pompa setelah deaerator) melalui sebuah feedwater heater (penukar panas 2

dalam Gambar 3.17). Karena berasal dari uap boiler, air panas tersebut dapat

langsung dicampur dengan feedwater boiler yang berasal dari deaerator.

Aliran uap lain yang mengalir ke dalam subsistem pembangkit daya adalah

uap dari kelebihan sirkulasi bed 1 dalam subsistem pengering. Uap ini berasal dari

kandungan air batubara yang menguap dan bersifat kotor sehingga hanya

digunakan untuk pemanas feedwater yang keluar dari deaerator (penukar panas 2

dalam Gambar 3.17). Pemanasan tersebut dilakukan hingga feedwater yang akan

mengalir ke deaerator mencapai keadaan cair jenuh. Setelah digunakan untuk

memanaskan feedwater boiler, uap kotor tersebut dialirkan ke subsistem

pengolahan limbah untuk diolah.

Air pendingin kondensor turbin CCP didapatkan dari cooling tower. Selain

menerima beban pendinginan kondensor turbin, cooling tower tersebut juga

menerima beban pendinginan lain dalam pabrik seperti air pendingin tangki

destilasi dalam subsistem pengolahan air.

52

3.6 Subsistem Pengolahan Air

Subsistem pengolahan air CCP (Gambar 3.18) berfungsi untuk

menyediakan kebutuhan air bersih pabrik (termasuk make up water boiler) dan

mengolah limbah cair pabrik. Peralatan yang berada di deretan atas dalam Gambar

3.18 merupakan peralatan-peralatan untuk mengolah air bersih, sedangkan

peralatan yang berada di deretan bawah adalah peralatan untuk mengolah air

limbah pabrik. Peralatan pengolahan air bersih dipilih berdasarkan asumsi bahwa

kondisi sumber air CCP memiliki kualitas air yang lebih buruk daripada kualitas

sumber air pada umumnya (air sungai).

3.6.1 Proses Pengolahan Limbah

Limbah cair utama CCP adalah kelebihan uap sirkulasi tiap bed pengering

(dalam subsistem pengering) yang berasal dari kandungan air batubara yang

menguap. Kelebihan uap sirkulasi bed 1 yang telah melewati subsistem

pembangkit daya yang masih berupa campuran, dikondensasi lebih lanjut dalam

sebuah tangki destilasi dengan menggunakan fluida pendingin berupa sebagian air

buangan pabrik yang telah melewati rangkaian proses pengolahan air. Kondensat

tersebut kemudian dicampur dengan kondensat dari internal heater bed 1 (yang

berasal dari kelebihan uap sirkulasi bed 2) dan didinginkan dalam cooling pond.

Cooling pond juga merupakan tempat penampungan limpasan air hujan yang

berasal dari stockpile penyimpanan batubara yang akan di-upgrade maupun

stockpile briket batubara. Karena kedua jenis limbah yang masuk ke cooling pond

diperkirakan masih mengandung batubara halus, maka endapan yang muncul

dalam cooling pond dan klarifier dipisahkan dari endapan lain dalam subsistem

pengolahan air. Endapan ini (cake2 dalam Gambar 3.18) pada akhirnya

dikeringkan untuk kemudian digunakan sebagai campuran bahan bakar boiler

dalam subsistem pembangkit daya.

53

Gambar 3.18. Skema unit pengolahan air

54

Selain pengurangan total dissolved solid (TDS), pengolahan limbah CCP

juga ditujukan untuk mengurangi kandungan pencemar lain. Proses yang

digunakan adalah koagulasi bahan pencemar dengan menggunakan bahan kimia.

Semua bahan kimia yang diperlukan dicampur dengan air limbah yang berasal

dari overflow klarifier setelah cooling pond. Pencampuran tersebut dilakukan

dalam bak kontak padatan. Campuran tersebut kemudian dialirkan ke dalam bak

klarifier final dan dicampur lagi dengan limbah kuantitas kecil pabrik, seperti

blowdown boiler dan cooling tower, buangan sistem pendingin mesin, limbah dari

drains (lantai, halaman), limbah hasil pembersihan logam seperti pembersihan

pipa boiler (luar dan dalam), atau limbah lain. Semua bahan tersebut akan

tercampur dalam klarifier final sehingga timbul koagulan yang akan keluar dari

pipa bawah klarifier. Limbah kuantitas kecil juga akan terkoagulasi karena bahan

kimia yang memicu koagulasi limbah tersebut juga ikut dicampur dengan air

limbah yang mengalir dalam bak kontak padatan. Air overflow klarifier

merupakan air bersih yang dapat langsung dibuang ke lingkungan.

3.6.2 Proses Pengolahan Air Bersih

Proses pengolahan air bersih utamanya ditujukan untuk menyediakan

make up water boiler dan cooling tower. Kualitas air boiler yang buruk dapat

merusak pipa-pipa boiler. Penguapan air yang terjadi dalam pipa boiler dapat

meninggalkan padatan yang terlarut dalam air boiler sehingga terbentuk kerak dan

endapan pada permukaan pipa boiler. Adanya endapan dalam permukaan

perpindahan panas dapat menyebabkan logam menjadi panas berlebihan sehingga

berakibat pada kegagalan. Kualitas air boiler buruk juga dapat menyebabkan

korosi dalam pipa boiler ketika. Kandungan gas terlarut seperti oksigen, CO2, dan

hidrogen sulfida yang terbawa bersama uap dapat memicu korosi dalam jalur pipa

dan kondensat. Tingkat pH yang rendah juga bisa menjadi penyebab korosi [21].

Tabel 3.1 menunjukkan kualitas air maksimum yang direkomendasikan

oleh American Boiler Manufacturers Association (ABMA). Kualitas air tersebut

dicapai dengan penggunaan beberapa peralatan pengolahan air seperti dalam

Gambar 3.18. Penjelasan singkat tentang peralatan-peralatan tersebut ditunjukkan

dalam Tabel 3.2.

55

Tabel 3.1. Batas kualitas air maksimum boiler [22]

Tabel 3.2. Peralatan pengolahan air bersih dalam unit pengolahan air

Peralatan Fungsi Proses

Bak prasedimentasi Mengurangi kandungan TDS Sedimentasi

Bak aeerasi Mengurangi kandungan CO2 dan H2S

Aerasi

Bak kontak padatan dan klarifier

− Mengurangi kandungan oksigen

− Mengurangi TDS − Menaikkan pH

− Reaksi bahan oxygen scavenger dengan oksigen

− Koagulasi dan Sedimentasi

− Reaksi kandungan air dengan bahan kimia

Deep sand filter Mengurangi kandungan TDS Filtrasi

Filter karbon aktif Mengurangi kandungan volatile organic compound (VOC)

Adsorpsi VOC oleh karbon aktif

Reverse osmosis Mengurangi kandungan Total Suspended Solid (TSS)

Reverse osmosis

3.7 Beberapa Catanan untuk Perancangan Awal Unit Pengering

Energi pengeringan dan pemanasan batubara dalam unit pengering

didapatkan dari uap superpanas yang disuplai oleh boiler dalam subsistem

pembangkit daya. Desain kondisi proses pengeringan-pemanasan batubara dalam

unit pengering sangat menentukan besar kebutuhan uap tersebut. Desain peralatan

dalam unit pengering juga memiliki kontribusi terbesar dalam kebutuhan daya

total CCP. Oleh sebab inilah, perlu dilakukan perancangan awal unit pengering,

baik dari segi kondisi proses maupun dari segi desain peralatan, sehingga

didapatkan desain yang optimum.