Paper Teknologi Kriogenik

Pencairan Gas Hidrogen

Kelompok 4

Aditya Kristianto / 1206249681

Gabriella Putri N / 1206239983

Julius Ferdinand T / 1206254731

Laras Novitasari / 1106070930

Muhammad Perdana / 1406582846

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

2014

2

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-

Nya, penulis dapat menyelesaikan paper ini tepat pada waktunya. Paper mengenai pencairan gas hidrogen

ini dibuat sebagai salah satu bentuk tugas akhir untuk mata kuliah Teknologi Kriogenik.

Tugas ini pun tidak akan terealisasi tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu,

penulis juga tidak lupa menyampaikan terima kasih kepada :

1. Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T., selaku dosen pembimbing mata kuliah Teknologi Kriogenik

yang telah banyak memberikan bimbingan, pengarahan, dukungan dan nasehat dalam

penyusunan paper ini

2. Kedua orang tua dan keluarga penulis yang selalu memberikan dukungan dan semangat

kepada penulis.

3. Pihak-pihak lain yang turut membantu penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung

selama proses penyelesaian paper ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Ada pepatah yang mengatakan bahwa Tiada gading yang tak retak. Penulis-pun juga menyadari

bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan paper ini. Oleh sebab itu, penulis memohon maaf

apabila terjadi kesalahan teknis maupun non teknis di dalam paper ini. Kritik dan saran yang membangun

sangat penulis harapkan untuk perbaikan pada penulisan berikutnya.

Akhir kata, penulis berharap agar paper menenai pencairan hidrogen ini dapat menjadi sumber

referensi di bidang Teknik Kimia yang bermanfaat bagi banyak pihak.

Terima kasih.

Depok, 22 Desember 2014

Penulis

3

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................................................. 2

DAFTAR ISI ........................................................................................................................................... 3

ABSTRAKSI ........................................................................................................................................... 4

BAB I : PENDAHULUAN ..................................................................................................................... 5

BAB II : PROSES PENCAIRAN ........................................................................................................... 7

BAB III : PERALATAN UTAMA PROSES ........................................................................................ 18

BAB IV : INSTRUMENTASI ............................................................................................................... 22

BAB V : KESELAMATAN, PENANGANAN DAN PENYIMPANAN ........................................... 29

BAB VI : TRANSPORTASI DAN DISTRIBUSI ................................................................................ 36

BAB VII : KESIMPULAN .................................................................................................................... 39

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................................ 40

4

ABSTRAK

Paper ini membahas mengenai proses pencairan gas hidrogen yang melibatkan siklus pencairan hidrogen

tekanan tinggi dan rendah, dengan tahap awal purifikasi hidrogen, dilanjutkan dengan aliran resirkulasi

hidrogen dan sirkulasi aliran pendingin nitrogen cair, sampai diperoleh hidrogen cair. Teknologi terbaru

menggunakan katalis juga dibahas dalam paper ini. Peralatan utama proses yang digunakan adalah

centrifugal hydride guided rotor compressor, plate-fin heat exchanger, Joule-Thomson Valve, dan

Expansion Turbine (Expander). Instrumentasi yang digunakan adalah fibre-optic detector untuk level,

termophile untuk temperatur, turbine-flow meter untuk laju alir, dan bellows untuk tekanan. Untuk

keselamatan, penanganan, dan penyimpangan liquid-hydrogen, dibahas mengenai hazard yaitu

kecenderungan bocor, rapuh, terbakar, dan timbul ledakan, safety yaitu ventilasi, alarm, dan pertolongan

darurat, storage yaitu untuk gas dan liquid, handling yaitu component control, dan silinder hidrogen.

Untuk transportasi dan distribusi liquid-hydrogen, menggunakan trailer truck untuk jarak jauh, dan akan

dikembangkan stasiun pengisian hidrogen di masa yang akan datang seiring perkembangan kendaraan

hidrogen.

Kata kunci : liquid-hydrogen, purifikasi, pencairan, katalis, compressor, heat-exchanger, JT valve, fibre-

optic, termophile, turbile-flow meter, bellows, hazard, safety, storage, handling, distribusi,

5

BAB I

PENDAHULUAN

Hidrogen adalah senyawa yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan merupakan gas

yang mudah meledak namun tidak beracun. Hidrogen adalah gas paling ringan di antara gas lainnya.

Hidrogen mempunyai dua isomer, yaitu orto-hidrogen dan para-hidrogen. Sebagai suatu gas, hidrogen

terdiri dari campuran 75% orto-hidrogen dan 25% para-hidrogen pada temperatur ruang. Tabel 1

menunjukkan karakteristik fisik dari pada hidrogen.

Tabel 1. Karakteristik fisik hidrogen

Hidrogen mempunyai banyak karakteristik yang secara signifikan berbeda dari bahan bakar gas pada

umumnya seperti natural gas dan liquefied petroleum gases. Oleh karena itu, akan ada hazard yang timbul

ketika terjadi proses transportasi dan juga penyimpanan. Selain itu, desain, konstruksi, dan fasilitas operasi

dan handilng juga memiliki perbedaan. Berikut adalah Tabel 2 yang menunjukan perbedaan karakteristik

dari gas hidrogen sebagai bahan bakar dan juga natural gas serta liquefied petroleum gas.

6

Tabel 2. Perbandingan Karakteristik

7

BAB II

PROSES PENCAIRAN

Saat ini, proses pencairan hidrogen memiliki perkembangan yang pesat. Hal ini dikarenakan

kegunaan hidrogen yang luas membuat permintaan hidrogen semakin meningkat sehingga dibutuhkan

proses pencairan yang dapat menghasilkan hidrogen dalam skala besar. Salah satu kegunaannya adalah

penggunaan hidrogen cair pada bahan bakar roket. Pencairan untuk mendapatkan hidrogen murni dalam

skala kecil telah dikembangkan melalui beberapa penelitian supaya hasil penelitian tersebut dapat

digunakan pada produksi yang berskala besar.

Proses pencairan gas untuk mendapatkan hidrogen cair menggunakan prinsip dasar kriogenik, yang

dimana suhu operasinya berada dibawah 0. Produksi hidrogen cair terdiri dari beberapa proses yang

dikombinasikan supaya dapat meningkatkan efisiensi proses.Selain itu, pencairan hidrogen juga terdiri

dari dua sistem pencairan. Kedua sistem pencairan tersebut berasal dari dua aliran yang berbeda

diantaranya adalah aliran awal yang belum melalui proses likuifaksi dan resirkulasi aliran hidrogen yang

tidak ikut mencair.

Zat pendingin yang digunakan untuk menurunkan suhu aliran yang akan dicairkan yaitu berasal dari

nitrogen cair. Penggunaan nitrogen cair disirkulasikan secara tertutup pada sistem proses pencairan

hidrogen. Sementara itu, proses pencairan hidrogen terbagi menjadi dua jenis proses berdasarkan tekanan

operasi yang digunakan. Kedua jenis proses tersebut adalah proses pencairan tekanan tinggi dan proses

pencairan tekanan rendah. Maka dari itu, terdapat tiga sistem yang terlibat dalam proses pencairan

hidrogen. Berikut adalah penjelasan ketiga sistem yang terlibat dalam proses pencairan.

A. Pencairan Inlet Feed Gas Awal

Proses pencairan hidrogen pada sistem ini melibatkan aliran masukan awal sebelum melalui proses

pencairan. Aliran ini akan melalui tiga tahap pendinginan. Pendinginan tahap pertama akan didinginkan

oleh pendingin nitrogen. Setelah melewati tahap pendinginan pertama, aliran ini dialirkan menuju unit

purifikasi yang menggunakan proses adsorpsi supaya impurity yang terdapat pada aliran dapat terserap

pada adsorben. Sehingga kadar impurity yang terdapat pada aliran dapat lebih berkurang dan dapat

dilanjutkan menuju proses berikutnya.

Aliran yang keluar dari kolom adsorpsi masuk kedalam tahap pendinginan kedua. Pada tahap

pendinginan kedua, pendingin yang digunakan adalah nitrogen cair dan aliran yang didinginkan adalah

aliran keluaran adsorber dan aliran resirkulasi hidrogen. Tahap pendinginan terakhir menggunakan aliran

8

balik dari hidrogen yang tidak ikut mencair sebagai aliran untuk mendinginkan aliran yang keluar dari

tahap pendinginan kedua.

Gambar 1. Siklus pencairan hidrogen tekanan tinggi

Setelah melalui tiga tahapan proses pendinginan, aliran memasuki JT-Valve sehingga hasil keluaran

yang dihasilkan mulai terbentuk cairan. Namun, hasil keluaran dari JT-Valve masih berupa fasa campuran

liquid dan gas. Liquid yang dihasilkan setelah melalui proses pada JT-Valve sudah memiliki kandungan

hidrogen murni. Oleh karena itu, liquid yang dihasilkan akan disimpan langsung pada tangki

penyimpanan. Sedangkan, fasa gas yang dipisahkan akan kembali menuju pendinginan tahap akhir.

9

Gambar 2. Siklus pencairan hidrogen tekanan rendah

B. Pencairan Aliran Resirkulasi Hidrogen

Aliran resirkulasi hidrogen ini dihasilkan dari pemisahan aliran yang berfasa gas yang dikembalikan

lagi menuju tahap pendinginan terakhir. Akan tetapi, aliran ini digunakan sebagai aliran untuk

mendinginkan aliran yang baru masuk. Aliran resirkulasi yang keluar dari pendinginan tahap akhir akan

masuk kedalam Heat Exchanger lainnya. Namun, aliran yang keluar dari tahap pendinginan terakhir

memiliki peranan yang berbeda saat memasuki Recovery Heat Exchanger.

Aliran yang menuju Recovery Heat Exchanger pada pencairan bertekanan tinggi berperan sebagai

aliran pendingin. Selanjutnya, aliran resirkulasi akan dikompres dan didinginkan kembali pada Recovery

Heat Exchanger. Setelah melewati Recovery Heat Exchanger, aliran menuju ke tahap pendinginan kedua

dengan nitrogen cair. Aliran yang keluar dari pendinginan kedua terbagi menjadi dua aliran. Aliran

pertama menuju ekspander untuk diturunkan kembali suhunya dan digunakan sebagai pendingin pada

tahap pendinginan ketiga yang akan ikut bercampur dengan aliran berfasa gas yang telah dipisahkan dari

hidrogen cair. Aliran kedua yang keluar dari tahap pendinginan kedua langsung menuju tahap pendinginan

ketiga hingga mulai terbentuk cairan setelah keluar dari JT-Valve. Cairan yang terbentuk setelah keluar

10

dari JT-Valve akan dipisahkan dengan aliran yang masih dalam fasa gas untuk langsung disimpan dalam

tangki penyimpanan hidrogen cair.

Sedangkan, aliran resirkulasi terpecah menjadi dua aliran yang menuju Primary Recovery Heat

Exchanger dan Secondary Recovery Heat Exchanger pada pencairan bertekanan rendah. Selain itu, aliran

yang memasuki kedua Recovery Heat Exchanger akan didinginkan. Hasil keluaran dari kedua Recovery

Heat Exchanger diteruskan untuk diekspansi sebanyak dua kali. Hasil keluaran ekspansi pertama, aliran

terpecah menjadi dua aliran. Aliran pertama akan kembali menuju Secondary Recovery Heat Exchanger.

Sedangkan, aliran kedua menuju tahap ekspansi selanjutnya dan kembali menuju Primary Recovery Heat

Exchanger.Aliran yang kembali menuju Recovery Heat Exchanger akan mendinginkan aliran baliknya

sehingga mengalami sedikit peningkatan suhu. Walaupun terjadi sedikit peningkatan suhu pada hasil

keluaran Recovery Heat Exchanger, aliran ini masih mampu mendinginkan Inlet Feed Gas pada tahap

pendinginan kedua yang diikuti tahap pendinginan ketiga.

Aliran resirkulasi pada tahap pendinginan ketiga terbagi menjadi dua aliran sesuai dengan asal

aliran yang dimana berasal dari Primary Recovery Heat Exchanger dan Secondary Recovery Heat

Exchanger. Aliran resirkulasi yang berasal dari Primary Recovery Heat Exchanger akan langsung

melewati JT-Valve untuk dapat membentuk cairan. Sedangkan, aliran resirkulasi yang berasal dari

Secondary Recovery Heat Exchanger akan keluar dan menuju ekspander. Hasil keluaran ekspander akan

bergabung dengan aliran berfasa gas yang telah dipisahkan dari cairan yang terbentuk setelah keluar dari

JT-Valve.

C. Sirkulasi Aliran Pendingin

Aliran pendingin yang digunakan pada pencairan hidrogen adalah nitrogen cair. Aliran nitrogen cair

ini disirkulasikan dengan sistem tertutup. Nitrogen cair digunakan sebagai fluida pendingin pada tahap

pendinginan pertama dan tahap pendinginan kedua. Setelah mendinginkan aliran yang akan dicairkan,

fluida nitrogen menuju kompresor sehingga tekanan fluida meningkat. Tekanan yang meningkat akan

mempermudah terbentuknya fasa liquid saat keluar JT-Valve. Tekanan yang meningkat akan

menyebabkan suhu nitrogen ikut meningkat. Oleh karena itu, nitrogen akan didinginkan pada Nitrogen

Heat Exchanger.

Hasil keluaran Nitrogen Heat Exchanger terbagi menjadi dua aliran. Aliran pertama akan keluar

menuju ke ekspander dan dikembalikan lagi ke Nitrogen Heat Exchanger, untuk digunakan sebagai

pendingin aliran nitrogen yang keluar dari kompresor. Setelah mendinginkan nitrogen yang keluar dari

kompresor, Aliran ini akan bergabung menjadi satu aliran dengan aliran nitrogen yang baru digunakan

sebagai pendingin untuk aliran Inlet Feed Gas yang akan dicairkan. Aliran kedua yang keluar dari

Nitrogen Heat Exchanger menuju JT-Valve untuk dapat membentuk fasa liquid. Fasa liquid yang

11

terbentuk akan disimpan pada tangki penyimpanan nitrogen cair. Sedangkan, fasa gas yang terpisahkan

akan bergabung pada aliran yang keluar dari ekspander dan masuk menuju Nitrogen Heat Exchanger.

Akan tetapi, cairan yang telah dipisahkan dari fasa gas nya akan dilewatkan JT-Valve lagi supaya suhu

nitrogen semakin menurun dan dapat digunakan kembali sebagai pendingin aliran yang akan dicairkan.

Berdasarkan tiga sistem yang berada pada proses keseluruhan pencairan hidrogen dapat diketahui

bahwa ada beberapa titik perbedaan antara proses pencairan bertekanan rendah dan proses pencairan

bertekanan tinggi. Perbedaan tersebut terletak pada tahap pendinginan kedua, tahap pendinginan ketiga

dan resirkulasi aliran hidrogen. Berikut adalah table perbandingan dari kedua sistem tersebut

Tabel 3. Perbandingan Sistem bertekanan rendah dan tinggi

No Proses

Pembanding

Pencairan Bertekanan

Rendah

Pencairan Bertekanan

Tinggi

1

Tahap Pendinginan Kedua

Jumlah Aliran 3 4

terdiri dari : terdiri dari :

1 aliran pendingin nitrogen, 1

aliran utama dan 1 aliran

resirkulasi hidrogen

1 aliran pendingin nitrogen, 1

aliran utama dan 2 aliran

resirkulasi hidrogen

2

Tahap Pendinginan Ketiga

Jumlah Aliran 3 4

terdiri dari : terdiri dari :

1 aliran pendingin nitrogen, 1

aliran utama dan 1 aliran

resirkulasi hidrogen

1 aliran pendingin nitrogen, 1

aliran utama dan 2 aliran

resirkulasi hidrogen

3

Ekspansi

Resirkulasi

Hidrogen

Aliran yang akan diekspansi

setelah melalui tahap

pendinginan ketiga

Aliran yang akan diekspansi

setelah melalui tahap

pendinginan kedua

4

Resirkulasi Aliran Hidrogen

Jumlah

Recovery Heat

2 (primary dan secondary heat

exchanger) 1

12

Exchanger

Proses Setelah

Melewati

Recovery Heat

Exchanger

Ekspansi dua tahap Kompresi satu tahap

D. Advanced Technology

Berdasarkan konsentrasi kesetimbangan, hydrogen memiliki kandungan 99.8% para-hidrogen dan

0.2% ortho-hidrogen. Semakin tinggi suhu hydrogen, maka kandungan para-hidrogen juga akan semakin

berkurang. Berikut adalah kurva kesetimbangan hydrogen yang dapat dilihat.

Gambar 3. Grafik konversi orto-para

untuk dapat meningkatkan jumlah para-hidrogen dilakukan konversi orto-hidrogen menjadi para-hidrogen.

Namun, konversi dari orto ke para-hidrogen memerlukan bantuan katalis supaya dapat mempercepat

reaksi. Karena apabila hanya mengandalkan teknologi pendinginan, reaksi berlangsung sangat lambat.

Katalis yang digunakan dapat berupa Ni powder, Ru/Al2O3 dan Fe(OH)3. Teknologi dengan menggunakan

katalis ini telah diterapkan di Jerman. Berikut adalah diagram proses yang menggunakan katalis.

13

Hydrogen Liquefaction in Leuna

Gambar 4. Skema proses menggunakan katalis

Proses pencairan hydrogen meliputi tahap pendinginan pertama, tahap purifikasi, tahap pendinginan

kedua, tahap pendinginan ketiga dan tahap akhir pencairan. Aliran yang masuk pada tahap pendinginan

pertama akan didinginkan oleh nitrogen cair dan hydrogen cair. Pendingin nitrogen cair ini di sirkulasikan

secara tertutup yang dengan kata lain, nitrogen cair tidak turut bercampur dengan proses yang terlibat

didalamnya.

Tahap purifikasi dilakukan untuk menyerap zat pengotor yang terkandung dalam aliran awal.

Purifikasi dilakukan dengan metode adsorpsi. Pada tahapan adsorpsi, adsorben yang menyerap pengotor

akan mengalami fasa titik jenuh dalam penyerapan pengotor sehingga dalam proses ini dibutuhkan dua

kolom adsorber yang dimana berjalan secara parallel. Salah satu adsorber akan bekerja untuk menyerap

zat pengotor dan lainnya untuk meregenerasi adsorben. Regenerasi adsroben memerlukan nitrogen cair

untuk dapat menyerap pengotor yang ada didalam adsorben supaya adsorben dapat kembali bersih dan

bisa digunakan.

Tahap pendinginan kedua meliputi tahap pendinginan yang dilakukan oleh hydrogen cair. Hydrogen

cair yang berperan sebagai pendingin ini akan disirkulasikan secara secara tertutup sama dengan sirkulasi

14

pendingin nitrogen pada tahap pendinginan awal. Selain itu, proses yang dilibatkan pada tahap

pendinginan kedua ini juga meliputi proses konversi orto-hidrogen ke para-hidrogen. Adanya konversi ini

mempermudah dalam penurunan suhu yang drastis hingga mencapai suhu -247.

Hasil output dari Heat Exchanger-7 akan masuk kedalam ejector. Pada tahapan proses di ejector ini

akan menggabungkan dua aliran yang berasal dari Heat Exchanger ke 7 dan hydrogen yang tidak ikut

mencair supaya di flash menuju tahap pendinginan akhir. Pada tahap pendinginan akhir ini suhu akan

turun menjadi -251 dan hanya melibatkan 1 heat exchanger. Oleh karena itu, suhu keluaran yang

mendekati suhu titik didih ini akan masuk kedalam JT-Valve supaya dapat menurunkan suhu sehingga

mulai terbentuk liquid. Liquid yang terbentuk akan dipisahkan dengan aliran yang masih dalam fasa gas.

Aliran dalam fasa gas ada yang dialirkan kembali menuju proses, namun ada juga yang diperuntukkan

sebagai produk gas hydrogen murni sehingga disimpan pada tabung gas bertekanan tinggi. Sedangkan,

produk liquid yang terbentuk akan disimpan pada tangki penyimpanan.

Hydrogen Liquefaction in Ingolstadt

Pencairan hydrogen yang diterapkan di Ingolstadt memiliki sedikit perbedaan dengan pencairan yang

diterapkan di Leuna. Perbedaan diantara keduanya merupakan sistem pendingin saat precooled process

yang digunakan. Sistem pendingin pada plant yang ada di Leuna akan sirkulasi kembali dan dikembalikan

kedalam sistem untuk membantu proses pendinginan. Sedangkan, pendingin yang digunakan pada sistem

pencairan Ingolstadt akan langsung dibuang ke atmosfer, karena pendingin yang digunakan merupakan

senyawa nitrogen murni.

Untuk membantu proses konversi dari ortho-hydrogen ke para-hydrogen, plant Ingolstadt

menggunakan katalis Fe(OH)3 dalam sistem coldbox. Selain itu, hydrogen yang masih dalam fasa gas

setelah keluar dari JT-Valve akan dikembalikan lagi kedalam sistem untuk membantu proses pendinginan

aliran bahan baku utama yang akan dicairkan. Hal lain yang membedakan proses pencairan yang ada di

Ingolstadt dengan Leuna adalah penggunaan JT-Valve. Aliran utama akan melewati tahap pencairan

sebanyak dua kali. Hal ini dikarenakan pada tahap pencairan pertama, didalam tangki penyimpanan

hydrogen cair masih terdapat katalis.Namun pada tahap pencairan kedua, gidrogen telah tertampung pada

tangki penyimpanan yang tidak terdapat katalis lagi dan siap didistribusikan.

Berikut adalah skema proses pada plant yang ada di Ingolstadt.

15

Gambar 5. Skema pencairan hidrogen di Ingolstadt

Raw material yang digunakan pada plant Ingolstadt merupakan gas hydrogen yang telah mengandung

hydrogen dengan tingkat impurity yang rendah, yaitu 4 ppm. Impurity yang terkandung pada aliran ini

terdiri dari Nitrogen dan Metana. Kedua impurity tersebut akan dipurifikasi dengan menggunakan metode

adsorpsi hingga mencapai kurang dari 1 ppm saat keluar dari adsorber. Berikut adalah data kondisi operasi

dari precooled process hingga proses adsorpsi.

16

Tabel 4. Kondisi operasi dari proses precooled sampai adsorpsi (tanpa katalis)

Operating Condition

Flow inlet 3300 Nm3/h

P 20 bar

T in 290 K

T out 80 K

Para Content 75 %

Impurities (N2, CH4)

In 4 ppm

Out 95 %

Namun, aliran yang keluar dari JT-Valve masih ada kandungan hydrogen dalam fasa gas.

Hydrogen yang belum tercairkan akan dikembalikan lagi kedalam sistem untuk membantu penurunan

suhu pada aliran utama. Selanjutnya, gas hydrogen ini akan dicairkan kembali sehingga tekanan gas

17

hydrogen akan dinaikkan kembali dengan menggunakan dua kompresor. Berikut adalah kondisi operasi

dari kedua kompresor.

Tabel 6. Kondisi operasi kompresor

Operating Condition

(Main Compressor)

P in 3 bar

P out 20 bar

Electric Power 1500 kW

Total Stage 2

Tekanan hydrogen yang telah dinaikkan akan dicairkan kembali. Namun, sebagian dari aliran resirkulasi

ini diekspansi untuk dikembalikan kembali pada sistem pendinginan untuk membantu proses penurunan

suhu aliran utama dan aliran resirkulasi yang akan dicairkan.

Operating Condition

(First Compressor)

P in 1.3 bar

P out 3 bar

Electric Power 57 kW

Total Stage 1

18

BAB III

PERALATAN UTAMA PROSES

Pada proses utama pencairan hidrogen, terdapat beberapa peralatan utama proses, yaitu :

1. Compressor

Untuk pencairan hidrogen, compressor yang digunakan adalah jenis Centrifugal Hydride Guided Rotor.

Sebenarnya ada beberapa pilihan buat compressor untuk proses pencairan hidrogen seperti tertera dalam

bagan berikut :

Gambar 6. Jenis-jenis kompresor

Dalam gambar diatas, kita melihat bahwa untuk proses pencairan hidrogen kita dapat memilih

compressor yang diberikan warna hijau dan kuning, yaitu reciprocating, screw, dan centrifugal guided

rotor. Compressor centrifugal guided rotor merupakan gabungan dari compressor jenis centrifugal dan

guided rotor. Berikut adalah perbandingan spesifikasi dari ketiga jenis compressor tersebut :

19

Tabel 7. Perbandingan Spesifikasi Jenis-Jenis Kompresor

Kompresor sentrifugal merupakan tipe axial ataupun radial. Kompresor radial digunakan untuk

suction volume antara 0.5 dan 70 m3/s, sedangkan kompresor axial digunakan untuk volum laju alir yang

sangat besar dimulai dari 20 m3/s hingga lebih dari 280 m3/s.

Untuk desain tekanan tinggi dan rapat, beberapa kompresor axial harus memiliki impeler yang

tertempel pada shaft. Diaphgram digunakan untuk memisahkan stage-stage individual dan juga untuk

mengontrol ketinggian dan arah gas menuju ke stage berikutnya. Tekanan dan aliran dikontrol melalui

guide vanes, yang tertempel pada masukkan dari tiap-tiap impeler.

Menggunakan bearing yang sesuai adalah sangat penting dalam meningkatkan operasi mekanis

dari sebuah kompresor turbo. Untuk kompresor kecil dengan kecepatan putar diatas 10,000 rpm, biasanya

digunakan ruas bearing dengan bantalan miring.

2. Heat Exchanger

Dalam proses pencairan hidrogen, jenis heat exchanger yang dipakai adalah plate-fin heat exchanger. HE

Plat-Fin umumnya mempunyai susunan plat alumunium bergelombang dimana aliran-aliran panas/dingin

dialirkan pada celah gelombang tersebut. Setiap lapisan gelombang dibatasi dengan plate pemisah

(separator plate). Bentuk Plat-Fin ini sembilan kali lebih lebih kecil dibanding HE Shell & tube

konvensional untuk luas permukaan yang sama.

20

Gambar 7. Plate-Fin Heat Exchanger

3. JT-Valve

JT valve adalah alat proses yang digunakan untuk menghasilkan JT-effect sehingga nantinya gas hidrogen

yang keluar dari valve ini akan berbentuk liquid, tetapi mungkin tidak 100% liquid. Efek Joule-Thomson

sangat bergantung pada penyimpangan kecil dari gas ideal yang diberikan oleh gaya antarmolekul.

Sebagaimana gas yang mengembang, jarak rata-rata antara molekul akan bertambah. Karena tarikan dari

gaya antarmolekul, ekspansi menyebabkan peningkatan energi potensial gas. Jika tidak ada usaha dari luar

yang bekerja dalam proses dan tidak ada panas yang dipindahkan, energi total gas tetap sama karena

terdapat kekekalan energi. Peningkatan energi potensial menyebabkan penurunan energi kinetik sehingga

suhu gas juga turun.

Gambar 8. JT Valve

21

Apabila gas yang masuk di bawah suhu inversi Joule-Thomson, maka efek JT akan menyebabkan

penurunan suhu. Apabila suhu gas yang masuk di atas suhu inversi, maka molekul gas bergerak lebih

cepat dan saling bertabrakan dan menyebabkan penurunan energi potensial sehingga energi kinetik akan

bertambah dan menyebabkan kenaikan suhu sehingga gas yang keluar JT valve akan lebih panas.

Gambar 9. Arah aliran gas

4. Expansion Turbine (Expander)

Fungsi utama dari peralatan ekspansi kriogenik adalah untuk mengurangi suhu gas yang sedang

diekspansi untuk menyediakan kebutuhan akan pendingin. Sebuah ekspander merupakan alat mekanik

untuk merubah sebagian energi dari sebuah aliran proses menjadi suatu kerja mekanis yang berguna,

sehingga menghasilkan penurunan pada suhu dan tekanan fluida proses. Ada dua daerah aplikasi untuk

pengembalian daya ekspander dan pendinginan. Dalam pengembalian daya, tujuannya adalah untuk

menghasilkan energi listrik dari panas buangan/waste heat, sedangkan dalam pendinginan (atau

pencairan) tujuannya adalah untuk mendinginkan fluida proses, dan kerja yang dihasilkan merupakan

kepentingan sekunder.

22

BAB IV

INSTRUMENTASI

4.1 Level Indicator : Fibre Optic Liquid Level Detector

Gambar 10. Contoh fiber optic detector dan prinsip kerja secara umum

Fiber optik ini menggunakan metode interface sensing untuk mengukur tinggi cairan dengan

parameter jumlah Liquid-Vapor (L-V) dan Liquid-Liquid (L-L), terutama untuk cairan yang sulit ditangani

seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, dan helium cair. Alat fiber optik mendeteksi tinggi cairan,

menggunakan prinsip refraksi, dan alat ini dapat mendeteksi tinggi non-invasif pada kecepatan tinggi.

Detektor fiber optik ini dikembangkan oleh ISRO-IISc (Indian Space Research Organizatoion Indian

Institute of Science), memanfaatkan prisma berongga yang berisi ruang berongga ketat yang terperangkap

diantara pasangan lempengan dielektrik

Salah satu lempengan dielektrik ini disusun pada sudut miring, sebuah sinar optik ditembakkan ke

prisma berongga, menunjukkan perilaku refraktif baru, dimana merupakan dasar dari prinsip kerja dari

detektor tinggi baru. Sinar optik ini akan menyimpang ke fiber kedua jika keluaran dari prisma berongga

pada udara, dan akan kembali ke fiber pertama jika keluaran dari prisma berongga pada liquid.

Spesifikasi :

Medium : Cairan transparan pada cahaya

Mode deteksi : Deteksi diskrit dari L-V interface

Akurasi : 0,1 mm

Tekanan maksimal operasi : sampai dengan 10 bar

Jangkauan temperatur operasi : 320 K 4,2 K

Kelebihan dan fitur :

23

Dengan penggunaan prisma berongga, proses pendeteksian hanya bergantung pada indeks refraksi dari

liquid, kan dari temperatur dan tekanan liquid, dimana akan berubah secara dinamik dalam lingkungan

liquid kriogenik.

Konstruksi sederhana, kuat dalam operasi, mudah diproduksi dalam skala besar, layak untuk industri.

Produk tidak harus memerlukan permukaan optik untuk mendapatkan akurasi tinggi

Waktu respon yang ientik untuk pendeteksian tinggi liquid, ketika operasi pengisian dan pengeluaran

liquid

4.2 Temperature Indicator : Termophile

Respon waktu dari sensor temperatur proporsional dengan sensor massa dan secara invers

proporsional pada luas permukaan. Maka, sensor temperatur dibatasi pada satuan dimana mempunyai

rasio massa dengan luas permukaan yang rendah. Pada hasil yang didapat, ada tiga jenis sensor yang dapat

digunakan, yaitu : resistor karbon, sensor resistansi platinum, dan termokopel. Dari ketiga jenis ini, yang

terpilih untuk sensor temperatur liquid hidrogen adalah termokopel, karena resistor karbon memiliki

batasan jangkauan temperatur, dan sensor resistansi platinum memiliki respon waktu yang lama, serta

harga yang cukup mahal.

Termokopel, memiliki jangkauan temperatur yang luas dan meningkatkan output seiring temperatur

dinaikkan. Namun, termokopel memiliki batasan, yaitu tingkat sinyal yang rendah (memerlukan alat

pembaca yang sensitif), dan memiliki pengulangan yang buruk pada sinyal keluaran. Namun, batasan ini

dapat diatasi dengan menggunakan gabungan dari termokompel, dinamakan termofil. Penggunaan

termofil mengurangi kebutuhan alat pembaca yang sensitif, dan meningkatkan sinyal. Secara teoritis,

sebuah 2n elemen termofil (n merupakan rangkaian termokopel) menghasilkan n kali gaya elektromotif

dari satu termokopel. Keuntungan utama dari menggunakan termofil adalah mempunyai waktu respon

yang dapat dihitung, sekitar lebih rendah dari resistor karbon dan platinum.

Material

Terdapat tiga kombinasi material yang dipertimbangkan, yaitu gold-cobalt-copper, copper-

constantan, chromel-constantan. Ketiga kombinasi ini mempunyai sensitivitas yang sama, yaitu 9-10%

per 0K pada 200K, dan 0,4-0,6% per 0K pada 3000K

Sinyal dari gold-cobalt-copper hampir tiga kali dari copper-constantan pada 200K, namun

memiliki error 10% jika menggunakan tabel kalibrasi daripada mengkalibrasi setiap termokopel,

disebabkan karena deviasi daya elektrik antara kabel dari berbagai bagian. Untuk copper-constantan,

mempunyai stabilitas termoelektrik lebih baik, meskipun memiliki sinyal yang lebih rendah. Chromel-

constantan dipilih sebagai material termokopel, karena memiliki sinyal 50% lebih besar dari copper-

24

constantan, dan juga kombinasi ini memiliki konduktivitas termal yang kecil, sehingga tingkat error dapat

diminimalisir.

Konstruksi

Gambar 11. Termokopel (kiri) dan termofil (kanan)

Dengan menyusun termokopel, rangkaian dari pengukuran temperatur diferensial dapat dibuat. Perbedaan

temperatur yang kecil dapat diukur dengan menjaga reference junction didalam tangki dan dekat dengan

jangkauan temperatur dari measuring junction. Jarak antara reference dengan measuring junction kira-kira

7,62 sentimeter. Penyusunan diatur agar tidak terjadi tegangan pada kabel. Perbedaan temperatur aktual

tetap mengandalkan besar temperatur absolut, menggunakan sensor resistansi platinum dengan jangkauan

suhu 200K sampai 390K.

25

Aplikasi

Gambar 12. Instrumentasi Termofil (kiri) dan Perhitungan Suhu (kanan)

Peletakan termofil pada tangki dapat dilihat pada gambar. Setiap kabel dari termokopel akan dihubungkan

menjadi satu, dilanjutkan dengan dihubungkan dengan matching panel kemudian dibaca dengan

oscillograph. Profil temperatur dapat dilihat pada gambar 11 kanan, yaitu berupa grafik naik orde dua,

gabungan dari pembacaan perbedaan suhu dari setiap termokopel. Temperatur absolut (TK) didapat dengan

:

1. Menentukan voltase referensi dengan kurva kalibrasi chromel-constantan dari temperatur sensor platinum

2. Tambahkan voltase dari setiap termokopel

3. Temperatur dapat dilihat dalam referensi sesuai dengan voltase (Referensi tidak tercantum dalam sumber)

Perhitungan disimpulkan dengan persamaan pada gambar 11 kanan, dengan K adalah banyaknya

termokopel yang digunakan.

26

4.3 Flow Measurement : Turbine-flow meter

Gambar 13. Penampang melintang dari turbine-meter

Turbin meter terdiri dari baling-baling yang akan berputar jika ada aliran fluida. Putaran baling-

baling memenuhi lubang aliran. Kecepatan rotasi akan sebanding dengan laju alir fluida, diukur dengan

kumparan elektromagnetik. Baling-baling terbuat dari bahan paramagnetik, sehingga ketika melewati 1

putaran, akan menghasilkan voltase pada kumparan. Untuk dapat beroperasi pada kondisi kriogenik,

kumparan dilapisi dengan zener barrier (semacam fuse untuk menghindari kelebihan voltase akibat suhu

rendah)

Gambar 14. Proses penghasilan voltase

Untuk mendapatkan akurasi tinggi, dalam temperatur bervariasi, dibutuhkan koreksi otomatis temperatur.

Untuk melindungi kehilangan sinyal pada kumparan, menggunakan pulse comparator, yaitu penggunaan

27

dua kumparan sekaligus. Penggunaan magnet pada poros rotor dibandingkan pada rotor bertujuan agar

proses transfer magnet lebih stabil, karena posisi poros yang tidak berubah. Keterlambatan sinyal sedikit

saja akan mempengaruhi pembacaan laju alir. Berikut adalah tabel untuk kapasitas aliran.

Tabel 8. Kapasitas aliran untuk turbine-meter

4.3 Pressure Measurement : Bellows

Untuk pengukuran tekanan dari liquid hydrogen, menggunakan instrumen Bellows.

Gambar 15. Struktur Bellows.

Gas (ullage) dari dalam tangki akan masuk ke dalam alat, dan akan menekan bellows jika tekanan diatas

tekanan atmosfer. Skala tekanan akan terbaca dari konversi tekanan yang diterima oleh bellows. Bahan

28

yang digunakan untuk bellows adalah stainless steel, karena tahan dengan suhu rendah. Suhu rendah dapat

merusak bellows jika tidak dilapisi. Berikut dilampirkan tabel rentangan dari bellows dengan diameternya,

Tabel 9. Rentangan bellows

Berikut adalah gambar dari instrumen bellows pada laboratorium liquid hydrogen :

Gambar 16. Contoh bellows pada laboratorium percobaan liquid-hydrogen

29

BAB V

KESELAMATAN, PENANGANAN DAN PENYIMPANAN

Hidrogen dapat dicairkan pada temperatur 20 K (2530C) Secara konseptual, pembangunan sistem

ekonomi hidrogen memerlukan infrastruktur yang terdiri dari: 1) produksi, 2) penyimpanan dan distribusi,

dan 3) pengguna akhir. Gambar dibawah ini mengilustrasikan contoh suatu infrastruktur suplai energi

dengan impor energi "bersih" hidrogen. Dalam sistem ini, hidrogen diumpankan ke dalam sistem

suplai dengan cara seperti seperti gas alam saat ini. Dalam kasus Jerman, hidrogen yang

diperlukan akan diimpor melalui pipa gas atau LH2 tanker dari negara-negara tetangga, di mana

hidrogen dihasilkan dari energi terbarukan yang murah. Indonesia sebagai negara kepulauan memiliki

potensi sumber energi terbarukan yang tersebar di luar pulau Jawa. Hidrogen dalam jumlah besar

dapat diproduksi dari sumber energi terbarukan melalui proses elektrolisa air di luar pulau jawa.

Selanjutnya, hidrogen (baik cair dan gas) yang kemudian disimpan dalam skala besar pada terminal

penyimpanan stasioner untuk memperoleh keseimbangan musiman. Penyimpanan bawah tanah (seperti

aquifer) dapat digunakan untuk menyimpan gas hidrogen dalam besar, dan cryogenic tank stasioner skala

besar untuk penyimpanan hidrogen cair. Sebagian kecil hidrogen dapat diproduksi dari pembangkit

listrik regional (pada saat luar beban puncak), konversi gas alam ke hidrogen (reformer), elektrolisa

air, maupun sebagai produk samping pabrik-pabrik kimia.

Gambar 17. Alur penanganan gas hidrogen

30

5.1 Hazard

Hazard yang ditimbulkan oleh hidrogen cair ditemukan dalam tiga gejala, yaitu:

1. Temperatur rendah

Bahan-bahan untuk pipa dan perlengkapan diperlukan tidak hanya cocok untuk hidrogen, misalnya

untuk ketahanan embrittlement, tetapi juga cocok untuk suhu rendah. Pertimbangan juga harus diberikan

kepada perubahan suhu yang cukup besar dan kontraksi peralatan bila terkena suhu sekitar suhu fluktuasi

LH2.Sistem perpipaan misalnya digunakan untuk mentransfer cairan dari kapal tanker ke kapal

penyimpan dimana kapal tersebut harus mampu menahan perubahan suhu LH2 dari sekitar suhu 280

derajat dan juga temperatur boil-off gas, yang berubah dari fasa cairan. Suhu yang tinggi dapat

menghasilkan luka bakar yang berat (mirip dengan luka bakar termal) dengan kulit. Jaringan Halus,

seperti mata, dapat terluka oleh paparan dingin atau kontak dengan bagian tubuh yang tidak terlindungi.

Hidrogen cair dapat menyebabkan cold burn.

Kemungkinan lainnya yang timbul dari keberadaan temperature rendah adalah kebocoran.

Walaupun merembes dari tanki, hidrogen cair yang akan dengan cepat menguap menjadi gas hidrogen dan

akan sangat dingin, khususnya jika ada kebocoran yang signifikan. Gas, sampai ia menghangat, akan lebih

padat daripada udara dan mulai terkonsentrasi pada level rendah.

Ketika dingin cairan kontak dengan cairan panas, yang pada suhu di atas titik didih dari cairan yang

dingin, ada kemungkinan tercipta ledakan dari tahap transisi yang cepat (RPT). RPT timbul karena proses

fisik vaporisasi bahan dari cairan yang dingin, dan bukannya suatu reaksi kimia dan energi yang

dilepaskan biasanya kecil dibandingkan dengan ledakan bahan kimia.

2. Boil-Off

Fenomena ini terjadi dimana tercipta gas dengan volume tertentu atau lebih besar dari cairan per

hari dan hal ini akan mengurangi volume penyimpanan. Penyimpanan berbahan bakar hidrogen cair cukup

menantang karena relatif rendah vaporisasi panasnya dan rendah titik didih.walaupun cairan hidrogen

disimpan dalam wadah sangat terisolasi. Tidak ada isolasi sempurna dan akan ada beberapa transfer panas

ke dalam cairan dan dengan itu terjadi fenomena ini. Volume penyimpanan dalam tangki bahan bakar

pada sebuah mobil tidak dirancang untuk menahan tekanan tinggi yang akan timbul jika cairan

tervaporisasi. Penyimpanan cairan biasanya beroperasi pada tekanan tidak lebih dari 5 bar. Vaporisasi

hidrogen cair ke gas pada kondisi standar dalam suatu luasan mencapai sekitar 845 kali. Jika gas hidrogen

benar-benar dikurung dalam wadah bervolume tetgap dan mempertimbangkan kompresibilitas hidrogen,

transisi ini dapat menyebabkan tekanan akhir mencapai 172 MPa dari tekanan awal 0,101 MPa (tekanan

atmosfer). Dengan itu LH2 storage tank dilengkapi dengan perangkat bantuan.

3. Kondensasi

31

Akibat lain dari hidrogen cair adalah bahwa, dengan pengecualian helium, semua gas akan

terkondensasi dan memperkuat hidrogen. Udara akan mudah merembes dari katup udara, gasket cakram,

sendi, dll ke dalam sistem berisi hidrogen cair dapat menyebabkan beberapa bahaya. Udara dapat

memperkuat plug pipa dan pelbagai lubang dan selai katup. Pengurangan dalam volume kondensasi udara

dapat membuat yang debu tertarik dalam udara yang lebih banyak, disebut cryopumping. Hal ini

memperkuat udara menumpuk dan mengikat hidrogen cair.

Kontainer penyimpanan dan kontainer lain harus dipelihara di bawah tekanan positif untuk

mencegah udara masuk. Partikel nitrogen solid menyebabkan kerusakan komponen atau menyebabkan

kegagalan seperti membuat katup dari sepenuhnya menutup.Ini dapat dihindari jika membersihkan

nitrogen tersebut. Kita dapat membersihkannya dengan helium namun harga helium cukup mahal.

Kondensasi Awal dapat menyebabkan konsentrasi enrichments hingga 50 % oksigen dan

selanjutnya penguapan gas alam yang dapat menyebabkan konsentrasi oksigen lebih tinggi. Sistem harus

dirawat, untuk menghidari akibat tekanan tinggi dan oksigen campuran mudah terbakar.

5.2 Safety

5.2.1 Ventilasi dan alarm

Karena ukuran molekul kecil, hidrogen dapat memasuki celah yang sempit. Ventilasi

dengan jumlah besar dari udara adalah sangat penting untuk meminimalisir kebocoran kecil

hidrogen yang mudah terbakar di udara. Bila memungkinkan, hidrogen harus disimpan dan

digunakan di luar, dengan ventilasi alami, atau di bawah dengan atap nonpeaked dan tidak ada

tembok. Kolam dalam lokasi harus cukup memadai untuk menangani kebocoran hidrogen. Kipas

Saluran udara harus tahan ledak. Apabila hidrogen digunakan di dalam ruangan, sistem pendeteksi

gas harus disetel untuk bereaksi ketika konsentrasi hidrogen mencapai 30 % dari batas bawah

mudah terbakar. Sensor harus diletakkan di atas atau di tempat-tempat tinggi di atas titik untuk

antisipasi kebocoran. Alarm harus dikondisikan setiap tahun (atau lebih sering, tergantung pada

risiko).

5.2.2 Pertolongan darurat

Pertolongan darurat diberikan ketika terjadi cold burn, kebocoran, atau ledakan. Ketika

hidrogen mengenai bagian tubuh, maka orang tersebut harus dilarikan ke bagian medis. Oleh

karena itu, sebaiknya selalu gunakan Alat Pelindung Diri (APD) ketika berurusan dengan

hidrogen. Ketika terjadi kebocoran, maka hal pertama yang harus dilakukan adalah mengevakuasi

orang - orang ke daerah yang telah ditetapkan. Setelah itu, matikanlah sistem dari mana hidrogen

tersebut bocor dan usahakan ventilasi udara tetap terjaga. Gunakan exhaust fan jika

memungkinkan. Jika terjadi kebakaran, matikan sistem sumber hidrogen. Setelah itu, biarkan

32

proses pembakaran terjadi dan selesai. Apabila api terlalu besar dan berbahaya, gunakan pemadam

api atau water spary.

5.3 Storage

1. Ventilasi dan alarm

Karena ukuran molekul kecil, hidrogen dapat memasuki celah yang sempit. Ventilasi dengan

jumlah besar dari udara adalah sangat penting untuk meminimalisir kebocoran kecil hidrogen yang mudah

terbakar di udara. Bila memungkinkan, hidrogen harus disimpan dan digunakan di luar, dengan

ventilasi alami, atau di bawah dengan atap nonpeaked dan tidak ada tembok. Kolam dalam lokasi harus

cukup memadai untuk menangani kebocoran hidrogen. Kipas Saluran udara harus tahan ledak.

Apabila hidrogen digunakan di dalam ruangan, sistem pendeteksi gas harus disetel untuk bereaksi

ketika konsentrasi hidrogen mencapai 30 % dari batas bawah mudah terbakar. Sensor harus diletakkan di

atas atau di tempat-tempat tinggi di atas titik untuk antisipasi kebocoran. Alarm harus dikondisikan setiap

tahun (atau lebih sering, tergantung pada risiko).

2. Pertolongan darurat

Pertolongan darurat diberikan ketika terjadi cold burn, kebocoran, atau ledakan. Ketika hidrogen

mengenai bagian tubuh, maka orang tersebut harus dilarikan ke bagian medis. Oleh karena itu, sebaiknya

selalu gunakan Alat Pelindung Diri (APD) ketika berurusan dengan hidrogen. Ketika terjadi kebocoran,

maka hal pertama yang harus dilakukan adalah mengevakuasi orang - orang ke daerah yang telah

ditetapkan. Setelah itu, matikanlah sistem dari mana hidrogen tersebut bocor dan usahakan ventilasi udara

tetap terjaga. Gunakan exhaust fan jika memungkinkan. Jika terjadi kebakaran, matikan sistem sumber

hidrogen. Setelah itu, biarkan proses pembakaran terjadi dan selesai. Apabila api terlalu besar dan

berbahaya, gunakan pemadam api atau water spary.

3. Liquid Storage

Penyimpanan gas alam cair kriogenik yang terbukti dan diuji teknologi adalah dengan liquid

storage ini. Hidrogen cair pertama kali oleh J. Dewar pada tahun 1898 oleh Samuel Bronstein.

Dibandingkan Dengan dipadatkan gas, kepadatan gas alam cair atau liquefied gas sangat tinggi. Di sisi

lain, purifikasi, penyimpanan dan penanganan yang menaikan titik didih cairan kriogenik memerlukan

energi serta sistem tangki kompleks dan infrastruktur yang baik. Selain itu, purifikasi proses,

thermodynamic analisis yang berbahan bakar hidrogen cair dengan infrastruktur storage tank dan proses

pengisian sangat diperhatikan. Sistem tangki yang canggih dengan wadah debu dan tekanan isolasi

berpengatur juga sangat diperlukan.

33

Ada tiga hal yang perlu diperhatikan pada penggunaan tangki penyimpanan liquid ini, yaitu

pengisian, kenaikan tekanan, dan boil-off. Oleh karena itu, perpindahan energi yang terjadi cukup

signifikan dan untuk mencegah terlalu besar maka sebisa mungkin dihindari perpindahan baik secara

konduksi, konveksi, maupun radiasi. Maka, tangki penyimpanan memiliki suatu sisitem insulasi yang

cukup tebal dengan menggunakan Multi Layer Insulation (MLI).

5.4 Handling

1. Component control

a. Pressure relief valve

Dalam sistem tekanan, setiap komponen dari sistem harus memiliki tekanan yang sama dengan

tekanan luar atau melebihi maksimal yang diizinkan tekanan kerja (MAWP). MAWP adalah tekanan

maksimum pada sistem yang aman untuk beroperasi. Ini adalah tekanan maksimum untuk pengaturan

perangkat bantuan tekanan utama.

Silinder hidrogen harus dilengkapi dengan perangkat untuk melepaskan gas di atau di bawah

MAWP. Kapasitas yang meringankan perangkat harus cukup untuk mencegah tekanan sistem meningkat

lebih dari 10 % di atas MAWP. Jenis bantuan dari perangkat yang digunakan terdiri dari frangible disk

digabungkan dengan logam fusible low melting point yang dirancang untuk pecah di bawah suatu

kombinasi dari suhu tinggi dan tekanan berlebihan.

Perangkat juga diperlukan pada semua volume di mana berbahan bakar hidrogen cair atau gas

hidrogen yang terperangkap, dan pada isolasi debu di sekeliling ruang hidrogen cair. Sangat penting

bahwa perangkat memiliki ventilasi di luar ruangan dengan cara yang bergerak berlawanan dari gas pada

peralatan, struktur, atau personel.

Untuk memungkinkan kegiatan perawatan dan tanggap darurat, pengasingan katup yang diperlukan.

Isolasi katup akan diinstal pada sebuah lokasi dalam sebuah jalur pipa aliran hidrogen sehingga dapat

dimatikan bila diperlukan.

Jenis khusus dari isolasi ini adalah katup-katup isolasi darurat (EIV), yang otomatis atau manual

untuk menghentikan aliran hidrogen dalam keadaan darurat. EIV digunakan pada sistem di mana cabang

atau beberapa jalur distribusi fasilitas berbeda, dan berada di luar setiap bangunan untuk keadaan darurat

dari sistem isolasi.

Dalam beberapa sistem, kelebihan katup perlu untuk memastikan bahwa laju aliran hidrogen gas

tidak melebihi spesifikasi. Katup mencegah aliran terbalik, yang dapat menyebabkan pencemaran sistem

gas hidrogen. Semua katup di bagian ini harus tahan gas dan terbuat dari bahan cocok untuk digunakan

dengan hidrogen.

34

b. Regulator

Katup mematikan alat yang dengan gas datang namun tidak dapat digunakan untuk mengontrol laju

muatan gas tersebut. Peralatan tambahan yang diperlukan untuk aliran gas hidrogen termasuk regulator

meteran dengan tekanan. Katup dan pipa bahan harus digunakan menjaga aliran gas hidrogen.Semua

komponen volume berisi hidrogen, harus diutilisasi atau dibersihkan dengan nitrogen atau gas inert

sebelum dan setelah digunakan. Efektivitas membersihkan harus diverifikasi.

c. Peralatan listrik

Karena gas hidrogen dan udara merupakan campuran yang mudah terbakar, pengguna harus

berhati-hati ketika menggunakan hidrogen di sekitar peralatan listrik. Sistem selang dan sistem pipa harus

ditanahkan. Keselamatan Kerja dan Administrasi Kesehatan telah men-spesifikasi peralatan listrik untuk

digunakan di dalam ruangan gas hidrogen sistem dengan volume gas lebih dari 400 kaki kubik.

2. Silinder Hidrogen

a. Penggunaan

Sangat penting untuk semua silinder gas berada di posisi tegak lurus sehingga mereka tidak mudah

rusak. Silinder gas hidrogen tidak digunakan jika tekanan belum dikurangi sesuai dengan tekanana di

silinder regulator, atau di outlet-katup header dari silinder. Penggunaan regulator dimaksudkan untuk

menyiapkan hidrogen di dalam wadah. Tidak diperbolehkan membuka katup silinder untuk membersihkan

debu atau kotoran sebelum memasang regulator. Setelah regulator terpasang, pastikan bahwa regulator

menyesuaikan baut dalam posisi tutup sebelum membuka katup silinder. Saat membuka katup, putar

tangan roda dengan lambat sehingga hidrogen tidak masuk regulator secara tiba -tiba. Tidak

diperbolehkan menggunakan kunci pas, palu, atau alat lain untuk membuka atau menutup tangan roda.

Saat membuka katup silinder untuk mengeluarkan isi, putar tangan roda terbuka dan kemudian kembali ke

posisi salah satu kwartal ditutup kembali. Ketika selesai, putar katup kembali tertutup dan pastikan

tertutup.

b. Pemindahan

Sebelum bergerak dari silinder yang sebelumnya, ganti posisi katup silinder. Memindahkan silinder

harus pada kereta atau dengan alat lain yang resmi ditujukan. Tidak diperbolehkan menggelindingkan atau

menjatuhhkan silinder karena dapat menyebabkan cidera atau kerusakan pada silinder. Sebelum bergerak,

lepaskan regulator dan katup pelindung, kecuali silinder adalah bagian dari sistem mobile (seperti sebuah

gerobak-mount). Jika silinder adalah bagian dari sistem mobile, tutup katup silinder dan keluarkan

tekanan dari regulator dan selang. Tidak diperbolehkan untuk mengangkat silinder. Gunakan sepatu

keselamatan atau perlindungan.

35

c. Penyimpanan tabung

Tabung hidrogen harus disimpan dan dijauhkan dari pintu, jendela, atau bagian bangunan yang

terhubung langsung ke luar. Silinder harus dihindari dari panas, udara yang korotif, hujan, salju, dan sinar

matahari langsung. Tempat penyimpanan harus kering dan mudah diakses oleh kereta dan transportasi dari

truk ke daerah penyimpanan. Lalu, silinder hidrogen harus disimpan jauh dari silinder gas yang mudah

teroksidasi sejauh 20 ft dan dengan ketinggian 5 ft.

36

BAB VI

TRANSPORTASI DAN DISTRIBUSI

Masalah transportasi hidrogen berhubungan langsung dengan masalah penyimpanan hidrogen.

Secara umum, untuk transportasi dan distribusi penyimpanan hidrogen bentuk kompak yang lebih

ekonomis daripada bentuk-bentuk difusi. Teknologi untuk pengiriman hidrogen dalam jumlah besar

telah dikembangkan dalam industri kimia. Hidrogen cair dikirimkan oleh truk atau kereta api selama

jarak hingga beberapa ratus mil. Jaringan pipa gas hidrogen terkompresi (sampai panjang beberapa

ratus kilometer) saat ini digunakan secara komersial untuk membawa hidrogen ke pengguna

industri besar seperti kilang. Untuk sistem energi hidrogen skala besar, akan lebih murah untuk

transportasi sumber energi primer (seperti gas alam atau batubara) ke pabrik hidrogen yang terletak di

"gerbang kota", daripada membuat hidrogen di ladang gas atau tambang batubara dan

mengirimkannya (pipa) ke pusat kota.

Dalam jangka panjang, tampaknya jaringan pipa hidrogen benua tidak mungkin, kecuali ada

alasan kuat untuk membuat hidrogen di lokasi tertentu yang jauh dari permintaan.

Gambar 19. Contoh distribusi hidrogen menggunakan trailer tabung gas

Saat ini, hidrogen tekanan tinggi dapat dikirimkan dalam trailer tabung gas pada tekanan hingga 200

bar. Kekurangan dari metoda ini: harga mahal dan menggunakan tabung 33 kg J.Ilm.Tek.Energi Vol. 1

No. 9 Agustus 2009: 1-14 untuk penyimpanan 2 kg hidrogen, dan ini tidak mahal untuk jarak lebih

dari 200 mil. Peneliti sedang menginvestigasi teknologi-teknologi yang dapat mereduksi berat

37

tabung dan mengijinkan tube trailers untuk beroperasi pada tekanan tinggi (hingga 600 bar), yang dapat

mereduksi biaya dan pengembangan utilitas dari opsi distribusi ini.

Untuk jarak jauh, hidrogen dapat dikirimkan dalam bentuk hidrogen cair dalam suatu tangki truk

kriogenik terinsolasi. Hidrogen gas dicairkan (didinginkan hingga di bawah -253oC) dan disimpan

pada plant pencairan dalam tangki terinsolasi yang besar. Untuk jarak yang panjang, pengiriman via

truk dapat menampung sejumlah besar hidrogen dibandingkan dangan trailer tabung gas. Tetapi ini

mengambil energi untuk mencairkan hidrogen, yang dengan teknologi saat ini, pencairan mengkonsumsi

30% isi energi hidrogen dan ini sangat mahal.

Gambar 20. Opsi untuk distribusi hidrogen

Stasiun Pengisian Hidrogen

Perkembangan kendaraan hidrogen (fuel cell atau ICE) di masa yang akan datang

memerlukan jumlah stasiun pengisian bahan bakar hidrogen (SPBH) yang memadai. Berdasarkan

data 2007, jumlah SPBH hidrogen di dunia sebanyak 80 unit (Tabel 7). Data terbaru [8] menunjukkan

hingga awal tahun 2009 telah dibangun lebih dari 200 unit SPBH di seluruh dunia, dan masih bertambah

lagi karena sudah direncanakan pembangunannya.

38

Tabel 11. Perusahaan dan teknologi SPBH di dunia

Linde AG (Jerman) mengusulkan untuk menyiapkan 40 stasiun pengisian bahan bakar

hidrogen (SPBH) di sepanjang jalan tol (yang dikenal dengan Hidrogen Autobahn) pada Hari Hidrogen

Internasional, di Berlin pada 24 Februari 2005. Ini memungkinkan untuk mengemudi bebas polusi

antara semua kota-kota besar di Jerman. SPBH ini membentuk "cincin hidrogen," sepanjang 1800

kilometer menghubungkan Berlin, Munich, Stuttgart dan Cologne, dengan satu SPBH tiap 50 kilometer.

39

BAB VII

KESIMPULAN

Berdasarkan paper yang telah kami buat, dapat disimpulkan beberapa hal :

1. Pencairan gas hidrogen dapat menggunakan siklus pencairan tekanan tinggi, tekanan rendah, dan

teknologi katalis

2. Peralatan utama yang digunakan adalah centrifugal hydride guided rotor compressor, plate-fin heat

exchanger, Joule-Thomson Valve, dan Expansion Turbine (Expander)

3. Instrumentasi yang digunakan adalah fibre-optic detector untuk level, termophile untuk temperatur,

turbine-flow meter untuk laju alir, dan bellows untuk tekanan

4. Dalam keselamatan, penanganan, dan penyimpangan liquid-hydrogen, untuk hazard yaitu kecenderungan

bocor, rapuh, terbakar, dan timbul ledakan, untuk safety yaitu ventilasi, alarm, dan pertolongan darurat,

storage yaitu untuk gas dan liquid, untuk handling yaitu component control dan silinder hidrogen

5. Transportasi dan distribusi liquid-hydrogen, menggunakan trailer truck untuk jarak jauh, dan akan

dikembangkan stasiun pengisian hidrogen di masa yang akan datang seiring perkembangan kendaraan

hidrogen.

40

DAFTAR PUSTAKA

Air Products. 2014. Safetygram-9, Liquid Hydrogen. [online] Tersedia di :

http://www.airproducts.co.id/~/media/Files/PDF/company/safetygram-9.pdf (diakses pada Minggu,

21 Desember 2014)

Bhavan, Antariksh. 2009. Fibre Optic Liquid Level Detector. Interest Exploration Note

(TT/12/01/LPSC-IISc)

Denton, W.H. and C. M. Nicholls. 1964. Technology and Uses of Liquid Hydrogen. New York :

Pergamon Press Ltd.

Liptak, Bela G. 2003. Instrument Engineers Handbook, Volume 1, Fourth Edition. USA : CRC Press

Rosyid, Oo Abdul dan M.A.M Oktaufik. 2009. Infrastruktur Hidrogen untuk Aplikasi Fuel Cell dalam

Era Ekonomi Hidrogen. Jurnal Ilm.Tek.Energi Vol.1 No. 9 Agustus 2009 : 1-14

Stochl, Robert J. And Richard L. DeWitt. 1968. Temperature and Liquid-Level Sensor for Liquid-

Hydrogen Pressurization and Expulsion Studies. Washington D.C. : NASA Technical Note

Wolfinbalger Jr, L. Et al . 1996. Advances in Cryogenic Engineering, Volume 41, Part A. New York :

Plenum Press