kata pengantar - digilib POLBAN
advertisement
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas kuasa dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir beserta laporannya yang berjudul “Perancangan Unit Flue Gas Desulphurization Untuk mengurangi Emisi Gas SO 2 Hasil Pembakaran PLTU Batu Bara”. Tugas akhir ini kami lakukan di kampus Politeknik Negeri Bandung. Adapaun dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukungan, kerja sama, dan saran yang telah diberikan antara lain kepada : 1. Ir. Dwi Nirwantoro Nur, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 2. Ir. Ninik Lintang, M.Sc, selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Produksi Bersih Politeknik Negeri Bandung. 3. Ir. Ahmad Rifandi, M.Sc, selaku Koordinator Tugas Akhir Prodi Teknik Kimia Produksi Berish 2008. 4. Ir. Nurcahyo, MT, selaku pembimbing I 5. Ir. Emmanuela M. W, MT, selaku pembimbing II 6. Segenap dosen dan staf Jurusan Teknik Kimia POLBAN. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam laporan tugas akhir ini. Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik membangun dari semua pihak demi tercapainya laporan tugas akhir yang lebih baik. Penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Bandung, Juni 2012 Penulis i ABSTRAK PLTU batubara Cikampek memiliki masalah berupa gas buang yang kaya akan kandungan SO2. Emisi SO2 yang mencapai 27,3 ton/hari dapat menyebabkan berbagai masalah bagi lingkungan sekitarnya. PLTU juga terancam oleh Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 21 Tahun 2008 Tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak Bagi Usaha dan/atau Kegiatan Pembangkit Tenaga Listrik Termal. Peraturan ini membuat mereka pihak PLTU melakukan usaha untuk mengurangi kandungan SO2 dalam gas buangan mereka hingga mencapai 750 mg/m3. Untuk mencapai hal tersebut, dirancang sebuah Unit Flue Gas Desulphurization (FGD). FGD yang menggunakan prinsip desulphurisasi dengan operasi absorsi dengan melalui proses basah. Proses basah ini menggunakan susu kapur (Ca(OH) 2) sebagai solvent pengikat SO2 dalam gas buang pada proses absorbsi. Produk dari unit FGD tidak hanya berupa clean gas yang kandungan SO2-nya telah berkurang, tetapi juga menghasilkan gipsum basah yang bernilai ekonomis. Unit ini menghasilkan 900 ton gipsum per hari dengan konsentrasi gypsum 70%. Penjualan produk ini memberikan keuntungan tersendiri Bagi unit perusahaan yang berbentuk Strategic Business Unit (SBU) dari PLTU induknya. Dengan dibentuknya unit ini diharapkan gas buangan PLTU telah memenuhi baku mutu lingkungan dan juga membuka lapangan kerja baru bagi masyarakat Cikampek dan sekitarnya. Kata kunci : PLTU batubara, Flue Gas Desulphurization, SO2, absorbsi, gipsum. ii ABSTRACT Cikampek Coal-Fired Power Plant have a problem in SO2 emition of the flue gas. Volumetric rate of SO2 can be 27,3 ton/day, and the high volume of SO2 can impact the environment around the plant. Power Plant threatened by Indonesian low as ”Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 21 Tahun 2008 Tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak Bagi Usaha Dan/Atau Kegiatan Pembangkit Tenaga Listrik Termal”. In this way they must do something to decrease SO 2 content into 750 mg per m3 of the gas. To reach the goal, a Flue Gas Desulphurization unit was designed. The unit use wet absorbtion principle to remove SO2 from flue gas. The wet process use lime solution (Ca(OH)2) as absorbent. Lime solution will bound SO2 at absorption tower. The product of this unit not only a clean gas, but also gypsum which have ecomic value. This unit produce 900 ton gypsum per day with 70% contain. The selling of gypsum gives an advantages for this Power Plant Strategic Business Unit. Also Power Plant have to obey the quality standard of environtment while designed the FGD unit also open employment for people who live around the unit. Key word : Coal-Fired Power Plant, Flue Gas Desulphurization, SO2, absorption, gypsum iii DAFTAR ISI HALAMAN DEPAN HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN………………………………….......................................................i ABSTRAK…………………………………………………………………………. ii ABSTRACT……………………………………………………………………………. iii DAFTAR ISI..………………………………………………………………………... iv DAFTAR TABEL………………………………………………...............................ix DAFTAR GAMBAR………………………………………..................................... xi DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………………….. xiii BAB I PENDAHULUAN……………………………………………………..……….. 1 1.1 Latar Belakang Masalah ….......……..……….………...…………………. 1 1.2 Maksud dan Tujuan……..…………………….............. ………………... 2 1.3 Ruang Lingkup ....……….……………….…………………………….3 BAB II DASAR PERANCANGAN…………………………..……………………….. 4 2.1 Lokasi Plant…………………………………..…………………………... 4 2.2 Rona Lingkungan…………………………………………………………... 5 2.3 Filosofi Operasi………………………..………………………………….. 5 2.4 Basis Produksi …………………………………………………………… 5 2.5 Kode dan Standar………………………………………...………………… 5 BAB III TINJAUAN UMUM PROSES.……………………………………………... 7 3.1 PLTU...……...……………………..…...................................................... 7 3.2 Batubara …………………………………….…………………………… 9 3.2.1 Klasifikasi Batubara…………………………………………... 13 3.2.2 Spesifikasi Batubara…………………………………………... 15 3.2.3 Analisis Kimia dan Fisika Batubara..…………………………. 19 iv 3.2.4 19 Sifat-sifat Batubara…………………………………………… 3.2.5 Pengaruh dan Parameter Batubara 21 Dalam Penggunaannya................................................................ 3.3 Kapur.……………………………….…...…………………………….. 23 3.3.1 23 Sifat-sifat Kapur………………………………………………. 3.3.2 24 Pemakaian Kapur……………………………………………… 3.3.3 24 Pembuatan Kapur…………………………............................... 3.3.4 25 Jenis-jenis Kapur……………………………………………… 25 3.4 Desulfurisasi ……………………………………………………………... 26 3.5 Flue Gas Desulphurization.…………………………………………..……. 3.5.1 27 Dry FGD……………………………………………………… 3.5.2 28 Wet FGD……………………………………............................ 3.5.3 31 Semi Dry FGD………………………………………………… 33 3.6 Gipsum………………………………………………………………..……. 3.6.1 33 Macam-macam Proses Pembuatan Gipsum…...……………... 3.6.2 36 Kegunaan Gipsum…………………………………………… 3.6.3 37 Sifat Fisik dan Kimia Gipsum…………………………………. 37 3.7 Baku Mutu Emisi…………..………………………………………………. 39 3.8 Pemilihan Proses………………………………………………………….. 41 BAB IV NERACA MASSA DAN ENERGI………………………………………... 41 4.1 Neraca Massa……………………………………………………………... 4.1.1 SO2 Removal Requirement……………………………………41 4.1.2 Slury Tank…………………………………………………….42 44 4.1.3 Penukar Panas…………………………………………………... 4.1.4 Gipsum Proses……………………………………………….. 44 45 4.1.5 Perhitungan Neraca Massa Aliran 1…………………………… 46 4.1.6 Perhitungan Neraca Massa Aliran 2…………………………… 48 4.1.7 Perhitungan Neraca Massa Aliran 3…………………………… 4.2 Neraca Energi…………………………………………………………...49 v 4.2.1 Perhitungan Neraca Energi Aliran 1…………………………… 49 4.1.6 Perhitungan Neraca Energi Aliran 2…………………………… 50 4.1.7 Perhitungan Neraca Massa Aliran 3…………………………… 52 4.3 Diagram Alir Proses………………………………………………………. 52 BAB V PERALATAN PROSES DAN SPESIFIKASI ALAT……...………………… 54 5.1 Fix Bed Reactor…………………………………………………………... 54 5.1.1 Tinjauan Pustaka Fix Bed Reactor…….……………………… 55 5.1.2 Perancangan Fix Bed Reactor………...……………………………. 57 5.1.3 Spesifikasi Fix Bed Reactor…………………………………... 62 5.2 Kolom Absorber…………………………..………………………………. 63 5.2.1 Tinjauan Pustaka Absorber …………………………………. 63 5.2.2 Perancangan Absorber ………………………………………. 71 5.2.3 Spesifikasi Absorber …………………….……….................... 73 5.3 Mixer Tank.…………………………………….…………………..……... 74 5.3.1 Tinjauan Pustaka Mixer Tank………………………………... 74 5.3.2 Perancangan Mixer Tank……………………….….. 5.3.3 Spesifikasi Mixer Tank………………………..……………… 82 77 5.4 Ball Mill…………………………………………………………………… 83 5.4.1 Tinjauan Pustaka Ball Mill…………………………………… 83 5.4.2 Perancangan Ball Mill……………………………...………….. 85 5.4.3 Spesifikasi Ball Mill………………………..………………… 88 5.5 Hydrocyclone……………………………………………………………... 89 5.5.1 Tinjauan Pustaka Hydrocyclone ……………………………… 89 5.5.2 Perancangan Hydrocyclone ……………………………...……. 91 5.5.3 Spesifikasi Hydrocyclone ………………………..…………… 93 5.6 Cooling Tower……………………………………………………………. 94 5.6.1 Tinjauan Pustaka Cooling Tower.. …………………………… 94 5.6.2 Perancangan Cooling Tower. ………………………… 5.6.3 Spesifikasi Cooling Tower ………..………………..………… 100 vi 99 5.7 Heat Exchanger…………………………………………………………... 101 5.7.1 Tinjauan Pustaka Heat Exchanger.. …………………………… 101 5.7.2 Perancangan Heat Exchanger. ……………………… 5.7.3 Spesifikasi Heat Exchanger ………..………………..………… 106 104 5.8 Pompa dan Fan…………………………………………………………… 107 5.8.1 Perhitungan Pompa dan Fan………………………………….. 107 5.8.2 Spesifikasi Pompa dan Fan…………………………………… 123 5.9 Perpipaan………………………………………………………………...... 125 5.9.1 Perhitungan Perpipaan………………………………………... 125 5.9.2 Spesifikasi Perpipaan…………………………………………. 128 5.10 Screw Conveyor…..……………………………………………………. 129 5.10.1 Tinjauan Pustaka Screw Conveyor…………………………… 129 5.10.2 Perancangan Screw Conveyor…………………………………. 130 5.10.3 Spesifikasi Screw Conveyor…………………………………… 131 5.11 Belt Conveyor………………………………………………………… 131 5.11.1 Tinjauan Pustaka Belt Conveyor……...……………………… 132 5.11.2 Perhitungan Belt Conveyor…………………………………… 133 5.12 Pneumatic Conveyor………………………………………………….. 134 5.12.1 Tinjauan Pustaka Pneumatic Conveyor…….………………… 135 5.12.2 Perhitungan Pneumatic Conveyor…………………………….. 136 5.13 Diagram Alir Proses……………………………………………………. 138 BAB VI UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH……………………………… 139 6.1 Kebutuhan Listrik………………………………………………………… 139 6.2 Penyediaan Air……………………………………………………………. 141 6.3 Kebutuhan Air…………………………………………………………….. 143 6.4 Limbah Proses…………………………………………………………….. 144 BAB VII KESEHATAN DAN KESELAMATAN KERJA………………………… 146 7.1 Alat Pelindung Diri……………………………………………………….. 146 7.1.1 Jenis-jenis APD dan Penggunaannya…………………………… 147 vii 149 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PLANT…………………………………… 149 8.1 Lokasi Plant………………………………………………………………. 149 8.2 Tata Letak Plant…………………………………………………………... 152 BAB IX MANAJEMEN PERUSAHAAN…………………………………………… 152 9.1 Struktur Organisasi……………………………………………………….. 154 9.2 Kepegawaian……………………………………………………………… 9.3 Jadwal Kerja………………………………………………………………. 154 155 9.4 Sistem Upah………………………………………………………………. 155 9.5 Fasilitas Karyawan………………………………………………………... 155 9.6 Community Relation………………………………………………………. 156 BAB X ANALISA EKONOMI………………………………………………………. 156 10.1 Dasar Analisa Ekonomi…………………………………………………. 157 10.2 Perhitungan Harga Alat………………………………………………….. 159 10.3 Perhitungan FCI, WCI dan TCI…………………………………………. 159 10.3.1 FCI……………………………………………………………… 160 10.3.2 TCI……………………………………………………………. 160 10.3.3 WCI……………………………………………………………. 160 10.4 Perhitungan TPC………………………………………………………… 160 10.4.1 Manufacturing Cost…………………………………………… 163 10.4.2 General Expenses……………………………………………… 163 10.5 Keuntungan……………………………………………………………… 164 10.6 Analisa Kelayakan………………………………………………………. 172 BAB XI KESIMPULAN…………………………….………………………………... xiv DAFTAR PUSTAKA……………………………….………………………………… xvi LAMPIRAN…………………………………………………………………………… viii DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Komposisi Batubara………........................................................................... 10 Tabel 3.2 Klasifikasi jenis-jenis batubara berdasarkan presentase komponennya…………..…………..……………. 14 Kandungan unsur pada abu batubara………………..…….......................... Tabel 3.3 17 Tabel 3.4 Daftar Plant PLTU Batubara yang menggunakan teknologi Wet FGD…………………………………………………………. 33 Tabel 3.5 Perbandingan proses berdasarkan aspek teknis dan ekonomi……………… 36 Tabel 3.6 Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak Bagi PLTU…………………… 38 Tabel 3.7 Perbandingan Teknologi FGD dan dasar pemiliham proses……………… 40 Tabel 4.1 Berat Molekul Komponen Kapur………………………………………..… 42 Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Neraca Massa Aliran Fasa gas………………………… 45 Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Neraca Massa Aliran Fasa padat………………………… 47 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Neraca Massa Aliran Fasa cair………………………… 48 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Neraca Energi Aliran Fasa gas………………………… 50 Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Neraca Energi Aliran Fasa Padat……………………… 51 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Neraca Energi Aliran Fasa Cair………………………… 52 Tabel 6.1 Kebutuhan Listrik Untuk Proses………………………………………….... 139 Tabel 6.2 Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan 24 jam……………………………… 140 Tabel 6.3 Kebutuhan Listrik Untuk Penerangan 12 jam……………………………… 140 Tabel 6.4 Kebutuhan Air………………………………………………………………. 143 Tabel 9.1 Tingkay Pendidikan Karyawan Unit FGD………………………………… 154 Tabel 10.1 Indeks Harga………………………………….…………………………. 157 Tabel 10.2 Harga Alat Tahun 2012………………………………………………….. 158 Tabel 10.3 Total Fixed-Capital Invesment……………………………….………….. 159 Tabel 10.4 Biaya Bahan Baku dan Katalis………………………………….………161 Tabel 10.5 Biaya Utilitas……………………………………………………………… 161 ix Tabel 10.6 Biaya Produksi Langsung………………………………………………….. 162 Tabel 10.7 Biaya Tetap………………………………………………………………. 162 Tabel 10.8 Biaya Manufaktur…………………………………………………………. 163 Tabel 10.9 General Expenses…………………………………………………………. 163 Tabel 10.10 Perhitungan Break Event Point………………………………………….. 164 Tabel 10.11 Perhitungan Net Cash Flow Diagram……………………………………. 166 Tabel 10.12 Perhitungan NPV………………………………………………………… 170 x DAFTAR GAMBAR 4 Gambar 2.1 Denah Perencanaan Tempat Pembangunan Plant………………………… 8 Gambar 3.1 Skema Proses PLTU………………………………………........................ 9 Gambar 3.2 Jenis Boiler Pada Setiap Jenis Pembakaran……...……………………… 11 Gambar 3.3 Struktur Molekul Batubara…………….………………………………… 28 Gambar 3.4 Sistem Dry FGD………………………………………..………...……… 28 Gambar 3.5 Flowsheet teknologi Dry FGD...………………………………………… 29 Gambar 3.6 Flowsheet teknologi Limestone Gipsum………………………………… 30 Gambar 3.7 Flowsheet teknologi Seawater Washing………………………………... 30 Gambar 3.8 Flowsheet teknologi Amonium Scrubing………………………………. 31 Gambar 3.9 Flowsheet Circulating Fluidised Bed…………………………………….. 32 Gambar 3.10 Flowsheet Spray-dry Process………………………………………….. 39 Gambar 3.11 Blok Diagram Proses wet FGD……………………………………….. 45 Gambar 4.1 Proses Aliran satu (fasa gas)……………………………………………… 46 Gambar 4.2 Proses Aliran dua (fasa padat)……………………………………...…… 48 Gambar 4.3 Proses Aliran tiga (fasa cair)...……………………………………...…… 49 Gambar 4.4 Proses Aliran satu (fasa gas)………………………………………..…… 50 Gambar 4.5 Proses Aliran dua (fasa padat)……………………………………...…… 52 Gambar 4.6 Proses Aliran tiga (fasa cair)...……………………………………...…… 53 Gambar 4.7 Diagram Alir Proses Unit FGD………………………………….……… 56 Gambar 5.1 Reaktor PFR……………………………………………………………… 56 Gambar 5.2 Reaktor CSTR……………………………………………………………. 64 Gambar 5.3 Spray Tower Absorber…………………….……………………………… 64 Gambar 5.4 Spray Nozzle Absorber…………………………………….…………… 66 Gambar 5.5 Packed-bed Absorber………....................................................................... 67 Gambar 5.6 Tray Tower Absorber…………………………………………………..…. 69 Gambar 5.7 Venturui Absorber……………………………………….……………… xi Gambar 5.8 Ejektor Absorber…………………………………………………............ 70 Gambar 5.9 Bulk Bag Mixer…………….……………………………………………. 75 Gambar 5.10 Sludge Mixer…………………………………….………………………. 76 Gambar 5.11 Hidrate Lime two-stage………………………………………………… 77 Gambar 5.12 Impeller Jenis turbin flat ptched blades………………………………… 77 Gambar 5.13 Sketsa Ball Mill………………………………………………………… 84 Gambar 5.14 Pengaruh Hydrosiklon pada sub-unit proses FGD……………………… 89 Gambar 5.15 Sistem Operasi Cooling Tower………………………………………….. 95 Gambar 5.16 Cooling tower tipe aliran crossflow…………………………………… 97 Gambar 5.17 Cooling Tower tipe aliran counterflow…………………………………. 98 Gambar 5.18 Heat Exchanger………………………………………………………… 101 Gambar 5.19 Sistem Fluid to Fluid heat Transfer……………………………………. 102 103 Gambar 5.20 Sistem Air to Air heat Transfer…………………………..……………… Gambar 5.21 Screw Conveyor………………………………………………………… 129 Gambar 5.22 Belt Conveyor………………………………………………………..132 Gambar 5.23 Prinsip Belt Conveyor…………………………………………………… 133 Gambar 5.24 Pneumatic Conveyor……………………………………………………. 135 138 Gambar 5.25 Pippnig and Instrument Diagram FGD………………………………… Gambar 8.1 Lay Out Unit FGD Cikampek…………………………………………….. 151 Gambar 9.1 Struktur Organisasi Unit FGD…………………………………………… 153 Gambar 10.1 Indeks Harga Peralatan………………………………………………… 157 165 Gambar 10.2 Break Event Point……………………………………………………….. Gambar 10.3 Net Cash Flow Diagram………………………………………………. 168 xii DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A Nomogram dan Chart…………………………………..…………...… 1 LAMPIRAN B Tabel Karakteristik Pipa………………………………………………. 2 LAMPIRAN C Tabel Karakteristik Shell and Tube Heat Exchanger.……………….3 LAMPIRAN D Peraturan Menteri LH………………………………………………… 4 LAMPIRAN E Perhitungan Desain Hidrosiklon……………………….......….……… 5 LAMPIRAN F Karakteristik Cooling Tower…………………………………...……... 6 LAMPIRAN G Perhitungan Water Make-Up Cooling Tower….……………………... 7 LAMPIRAN H Mass and Energy Balance Sheet…………………………………….8 LAMPIRAN I Process Flow Diagram…………………………………………………. 9 LAMPIRAN J Process and Instrument Diagram …………………………....………… 10 LAMPIRAN K Form Bimbingan……………………………………………………… 11 LAMPIRAN I Lembar Revisi…………………………………………………………. 12 xiii DAFTAR PUSTAKA Nolan, Paul S. 2000. Flue Gas Desulfurization Technologies for Coal-Fired Power Plants, The Babcock & Wilcox Company, U.S., presented by Michael X. Jiang at the Coal-Tech 2000 International Conference, November, Jakarta, Indonesia DS, Idham. 2008. Pengaruh dan Gangguan Moisture Batubara Terhadap Operasi. (Online). ,http://idhamds.wordpress.com diakses Maret 2012. Ananda, Jagad. 2011. Upgrade Batubara Itu Tidak Murah. (Online), http://tractortruck.com diakses Februari 2012 Brown, George Granger. 1950. Unit Opererations. Tokyo: Charles E. Tuttle Company. Raharjo, Imam Budi. 2009. Mengenal Batubara (Online) ,http://indomigas.com diakses Maret 2012. Sari, Nopriyani Linda. 2009. Potensi Batubara Indonesia. (Online). http://uwityangyoyo.wordpress.com diakses Maret 2012. Ngurah dkk. 2008. Limbah Padat Abu Terbang Batubara. (Online). http://Scribd.com diakses Maret 2012 Nukman. 2008. Dekomposisi Volatile Matter Dari Batubara Tanjung Enam Dengan Menggunakan Alat Thermograviti Analyzer. Palembang: UNSRI. Sukindarrumidi, Ir. 2010. Coal, Batubara. (Online). http://Scribd.com diakses Maret 2012. xiv Hardiyanto, Dr. Anatomi Sumber Daya Batubara serta Asumsi Pemanfaatan untuk PLTU di Indonesia. (Online). http://psgd.bgl.esdm.go.id diakses Maret 2012. Geankoplis, Christie J. 1993. Transport Process and Unit Operation. New Jersey: Prentice-Hall International, Inc. Alack, Charles. S . 1995. Power Plants– FGD Limestone Slurry Process. Phoenix, Az .WCECS.2009.World Congress on Engineering and Computer Science 2009 .Vol I, October , San Francisco, USA. Hansen, Brian Brun.2008. Crystallisation of Gypsum and Prevention of Foaming in Wet Flue Gas Desulphurisation (FGD) Plants CHEC Research CentreDepartment of Chemical and Biochemical Engineering Technical University of Denmark. Coppenhagen. Denmark. Kamal, Roshanl.2009. Cleaner Coal Technology Programme, and copies of publications Location 1124, Department of Trade and Industry,1 Victoria Street, London SW1H 0ET. Kementerian Negara Lingkungan Hidup. 2008.Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup No.21 TAHUN 2008 Tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tudak Bergerak Bagi Usaha Dan/Atau Kegiatan Pembangkit Listrik Tenaga Termal. Jakarta. Indonesia. Richardson, Coulson . 2005. Chemical Engineering Design Fourth Edition. Oxford England Walas, Stanley.M. 1990. Chemical Process Equipment Selection and Design. University of Texas, United States of America xv LAMPIRAN xvi