Your SlideShare is downloading. ×
SIKLUS ENERGI MESIN TENAGA&TEKNOLOGI BATUBARA BERSIHKuliah 6
Siklus energi & teknologi batubara bersih• Siklus energi mesin tenaga– Siklus tenaga uap (PLTU)– Siklus tenaga gas (PLTG)–...
Spring 2010 3Tiga gelombang perkembangan teknologi• Gelombang Pertama :  Revolusi Agraria ; kira-kira terjadi 10 ributahu...
Spring 2010 4Obyektif penelitian & pengembangan teknologi• Obyektif ekonomi– Penelitian dan pengembangan untuk dapat bersa...
Spring 2010 5Siklus dan perkembangan mesin energi• Tiga tingkatan kematangan teknologi suatu produk :• Taraf Pertama :  K...
Spring 2010 6Siklus Carnot• Energi sebagai suatu arus panas dapat berasal dari pembakaranbahan bakar fosil, radiasi surya ...
Spring 2010 7Siklus CarnotHLHLHTTTTT1Carnot CycleProcess Description1-2 Isothermal heat addition2-3 Isentropic expansion3-...
8SIKLUS CARNOTP-v and T-s diagrams of aCarnot cycle.A steady-flow Carnot engine.Siklus Carnot terdiri dari 4 proses revers...
Siklus Rankine pada PLTU• Merupakan siklus panas teoritis paling sederhana yang menpergunakanuap sebagai medium kerja.• Pa...
Spring 2010 10Siklus Rankine (PLTU)
Spring 2010 11Siklus Rankine (PLTU)Diagram siklus Rankine Ideal : Gambar (a) P-V diagram ; Gambar (b) T-S diagramGaris 1-2...
Siklus Rankine modifikasi• Untuk menghindari adanya dua phase fluida dalam siklus, dapatdilakukan dengan mengkondensasikan...
13SIKLUS RANKINE : Siklus Ideal untuk PLTUBanyak hal tidak praktis terkait dengan siklus Carnot dapat dieliminasi dengan p...
Skema PLTU Batubara
Diagram skematis PLTU
Siklus pemanasan ulang• Pada siklus pemanasan ulang, dilakukan dengan menaikkantekanan boiler tanpa menurunkan kualitas ua...
Siklus Regeneratif• Melakukan pemanasan awal uap yang masuk boilermenggunakan feedwater heater, guna menaikkanefficiency– ...
A more complicated cycle…
Siklus Mesin Diesel
Siklus Mesin Diesel
21AN OVERVIEW OF RECIPROCATING ENGINESNomenclature for reciprocating engines.• Spark-ignition (SI) engines• Compression-ig...
22OTTO CYCLE: THE IDEAL CYCLE FOR SPARK-IGNITIONENGINESActual and ideal cycles in spark-ignition engines and their P-v dia...
Siklus Turbin GasBrayton CycleThe Brayton cycle is the air-standard ideal cycle approximation for the gas-turbine engine.T...
Siklus Turbin Gas
Siklus Turbin Gas
Siklus Turbin Gas
27The closed cycle gas-turbine engine
28Process Description1-2 Isentropic compression (in a compressor)2-3 Constant pressure heat addition3-4 Isentropic expansi...
Siklus kombinasi (Combine cycle)
Siklus kombinasi (Combine cycle)
Siklus kombinasi (Combine cycle)
Siklus kombinasi (Combine cycle)
Siklus kombinasi (Combine cycle)
Siklus kombinasi (Combine cycle)
Siklus kombinasi (Combine cycle)
36COMBINED GAS–VAPOR POWER CYCLES• The continued quest for higher thermal efficiencies has resulted in rather innovativemo...
Combined Cycle
38Combined gas–steam power plant.Siklus kombinasi (Combine cycle)
39COGENERATIONA simple process-heating plant.Many industries require energy input in the form of heat, called process heat...
40An ideal cogeneration plant.Utilizationfactor• The utilization factor of theideal steam-turbinecogeneration plant is 100...
Teknologi batubara bersihPersoalan dalam pembakaran batubara :• Pembakaran yang tidak sempurna akan menghasilkan CO yang b...
Fluidized bed combustion :• Untuk menghilangkan masalah batubara dengan kandungan sulfurtinggi• Batubara digiling hingga u...
Teknologi batubara bersihFluidized bed combustion bertekanan :• Proses pembakaran dilaksanakan dengan udara yangditekan, s...
Gasifikasi batubara• Batubara selain dapat langsung dibakar untuk menghasilkanlistrik juga dapat diproses menjadi gas guna...
Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan• Untuk dapat mengubah kandungan carbon batubara (C) menjadi gasMethan (CH4), pe...
Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan dengan proses uap (steamgasification process)• Dengan meraksikan batubara + uap...
Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan dengan prosesgasifikasi hidrogenasi batubara• Dalam proses ini gas methan dihas...
• Proses gasifikasi hidrogenasi batubaraTeknologi batubara bersihKonversi KrackingCO2CCO23H2H2OHidrogenasiPembersihan2CH42...
Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan dengan sikluskombinasi gasifikasi batubara (uap &hidrogenasi)• Dalam proses ini...
• Proses gasifikasi kombinasi batubara (uap & hidrogenasi)Teknologi batubara bersihGasifikasi KonversiCOCO23H2H2OHidrogena...
Pemanfaatan gas methan hasil Gasifikasi batubara• Sebagai gas dengan nilai kalor tinggi dapat digunakan sebagai gas buatan...
Gasifikasi batubara bawah tanah (in-situ gasification)• Proses gasifikasi dilakukan langsung di tambang Batubara.• Teknolo...
Pencairan batubara (coal liquifaction)• Batubara mengandung berbagai bahan kimia (S,N,O) dan air.• Rasio hidrogen : carbon...
Pencairan batubara (coal liquifaction)  Pirolisa• Merupakan cara pencairan batubara paling sederhana sejak satuabad yg la...
Pencairan batubara (coal liquifaction)  Ekstraksi batubara• Ekstraksi batubara dilakukan dengan bantuan solvent donor H, ...
Pembriketan batubara• Komsumen batubara pada umumnya perusahaan listrik atauindustri-industri besar.• Sebenarnya masih ada...
Pembriketan batubara  tanpa karbonasi• Digunakan batubara jenis antrasit dengan sedikit preparasi, denga prosespada tekan...
Peningkatan nilai kalor batubara muda (upgraded browncoal)• Batubara yang terdapat di Indonesia sebagian besar adalahjenis...
Teknologi batubara bersihPenghalusan PemisahanminyakPemisahanairaspalBbaraAir buangan Bahan buangan lainBatubataCaloriting...
Energy Ventures Analysis IncClean Coal Technologies• Generation Technologies• Environmental Control Technologies
Energy Ventures Analysis IncClean Coal Generation Technologies• Pulverized Coal• Fluid Bed Combustion• Integrated Coal Gas...
Energy Ventures Analysis IncPulverized Coal Accounts for Most of the92,033 MW Announced New Clean CoalProjects64%14%19%3%P...
Energy Ventures Analysis IncClean CoalPulverized Coal Combustion• Dominate coal generation technology• Two types: subcriti...
Energy Ventures Analysis IncPULVERIZED COAL BOILER LAYOUTSource: Supercritical Boiler Technology Matures Richardson et al ...
Energy Ventures Analysis IncSubcritical vs. SupercriticalSubcritical SupercriticalHeatrate Efficiency 34-37% HHV 36-44% HH...
Energy Ventures Analysis IncPulverized Coal TechnologyConditions Net EnergyEfficiencyHeatrateHHVSubcritical 2,400 psig 35%...
Energy Ventures Analysis IncFluid Bed CombustionSource: US DOE
Energy Ventures Analysis IncFluid Bed Combustion• Conventional technology– 104 Boilers-8,900 MW in operation– 33 Projects-...
Energy Ventures Analysis IncFluid Bed Combustion TechnologyChanges• Fluid Bed Size– Boiler size designs have been expandin...
Energy Ventures Analysis IncFluid Bed Combustion Technology Sizes HaveBeen Increasing1981 Great Lakes1986 Scott Paper 1x65...
What Is Gasification?Conversion of any carbonaceous fuel to a gaseousproduct with a useable heating value.The feed for G...
Combustion v/s GasificationCombustion GasificationOperating temperature Lower HigherOperating pressure Usually atmospheric...
Types of Gasifiers1) Moving/Fixed bed e.g., LurgiCounter-currentCo-current2) Fluidized bed e.g., Winkler/KBR/U-GAS3) Entra...
Types of GasifierCoal (3-30 mm)GasFly AshSteam +Air / O2Steam + O2Coal (0.1 mm)GasCoal (0.1 mm)Steam + O2SlagGasCoal (1-5 ...
Temperature Profile of GasifiersFLUIDIZED BED GASIFIER(800 – 10500C, 10 to 25 bar)MOVING BED GASIFIER(400-1100 0 C, 10 to ...
Energy Ventures Analysis IncIntegrated Gasification Combined Cycle• 117 plants with 385 Gasifiers in operation in 2004. Th...
Energy Ventures Analysis IncIGCC Overview
Sde tm6
Sde tm6
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Sde tm6

1,225

Published on

Published in: Technology, Business
1 Comment
1 Like
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total Views
1,225
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
11
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
1
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Transcript of "Sde tm6"

  1. 1. SIKLUS ENERGI MESIN TENAGA&TEKNOLOGI BATUBARA BERSIHKuliah 6
  2. 2. Siklus energi & teknologi batubara bersih• Siklus energi mesin tenaga– Siklus tenaga uap (PLTU)– Siklus tenaga gas (PLTG)– Siklus tenaga diesel (PLTD)• Teknologi batubara bersih– Fluidezed bed combustion– Coal gasification– Coal liquifaction
  3. 3. Spring 2010 3Tiga gelombang perkembangan teknologi• Gelombang Pertama :  Revolusi Agraria ; kira-kira terjadi 10 ributahun yang lalu.– Manusia nomaden  menetap disuatu tempat, berternak, bercocoktanam, bertani, membentuk suatu lingkungan masyarakat . Penggerakutama tenaga otot terutama otot binatang• Gelombang Kedua :  Revolusi Industri ; kira-kira abad 18– Penggunaan batubara untuk pemanasaan– Penemuan mesin uap untuk industri & transportasi– Tenaga otot digantikan dengan tenaga mesin• Gelombang Ketiga :  Revolusi Komunikasi dan Informasi ; kira-kirapertengahan abad 20 (Alfin Tofler : The Third Wave)– Berkembanganya teknologi elektronika yang mengawali teknologikomputer, ruang angkasa, informasi hingga ke bioteknologi– Peranan energi menjadi semakin besar– Kecerdasan buatan peranannya menjadi semakin besar.
  4. 4. Spring 2010 4Obyektif penelitian & pengembangan teknologi• Obyektif ekonomi– Penelitian dan pengembangan untuk dapat bersaing di pasar– Membuat produk yang lebih efisien, lebih handal, lebih murah, dll.• Obyektif lingkungan– Produk-produk yang dibuat harus semakin ramah lingkungan, yangdidukung dengan perrturan-peraturan perlindungan lingkungan.– Meskipun produk yang dihasilkan lebih mahal, namun perlu untukmelestarikan lingkungan• Obyektif terobosan– Produk lebih baik, biaya produksi lebih murah.– Menambah kenyamanan bagi penggunanya– Misal nuklir, semikonduktor, bahan-bahan superkonduktor, dll.
  5. 5. Spring 2010 5Siklus dan perkembangan mesin energi• Tiga tingkatan kematangan teknologi suatu produk :• Taraf Pertama :  Kematangan Teknik– Secara teknis telah dapat berfungsi dengan baik seuai dengan tujuandari teknologi tsb.– Misal suatu mesin dengan teknologi baru, harus dapat bekerja danberfungsi sebagaimana yang diharapkan• Taraf Kedua :  Kematangan Ekonomi– Harus cukup murah sehingga dapat bersaing di pasaran denganproduk lainya• Taraf Ketiga :  Kematangan Lingkungan– Produk tersebut tidak mengganggu lingkungan
  6. 6. Spring 2010 6Siklus Carnot• Energi sebagai suatu arus panas dapat berasal dari pembakaranbahan bakar fosil, radiasi surya atau reaksi nuklir.• Energi yang berupa panas ini dapat dikonversikan menjadi energimekanikal sehingga menjelma menjadi “Kerja”.• Pada pembangkit listrik termal, mengubah energi panas menjadienergi mekanikal dan elektrikal melalui siklus konversi energi.• Suatu siklus konversi energi, menerima sejumlah energi panas padasuhu tertentu, mengubah sebagian energi panas menjadi “kerjayang bermanfaat” dan membuang/ meneruskan selebihnya padalingkungan atau penerima panas sebagai “rugi-rugi panas” padatingkat suhu yang lebih rendah.• Siklus Carnot merupakan siklus konversi energi panas yang ideal,dimana pada saat terjadi konversi energi panas menjadi kerjadianggap terjadi pada suhu yang konstan. Energi panas masuk dankeluar sistem pada suhu yang konstan. Dalam praktek nyata hal inimanyalahi hukum termodinamika.
  7. 7. Spring 2010 7Siklus CarnotHLHLHTTTTT1Carnot CycleProcess Description1-2 Isothermal heat addition2-3 Isentropic expansion3-4 Isothermal heat rejection4-1 Isentropic compressionDiagram siklus Carnot Ideal :Pada P-V diagramLuas 1-2-3-4 = jumlah kerja yang dihasilkanpada siklus tertutup  WPada T-S diagramLuas 1-2-3-4 = jumlah energi yang masukpada siklus sistem  QPada suatu siklus energi W = QEfisiensi termal siklus Carnot
  8. 8. 8SIKLUS CARNOTP-v and T-s diagrams of aCarnot cycle.A steady-flow Carnot engine.Siklus Carnot terdiri dari 4 proses reversible : isothermalheat addition, isentropic expansion, isothermal heatrejection, and isentropic compression.Untuk siklus ideal dan nyata: Thermal efficiency naikdengan naiknya temperatur rata-rata dimana panasmasuk kedalam sistem atau dengan menurunnyatemperatur rata-rata dimana panas keluar dari sistem
  9. 9. Siklus Rankine pada PLTU• Merupakan siklus panas teoritis paling sederhana yang menpergunakanuap sebagai medium kerja.• Pada siklus panas PLTU komponen utamanya adalah : Boiler, turbin uapdan kondenser• Jumlah energi panas dari bahan bakar (batubara/minyak/gas/nuklir, dll)yang masuk boiler adalah Ein.• Sedangkan enerfi efektif yang tersedia/ keluar dari poros turbin uapadalah energi kerja Ek.• Energi yang terbuang melalui kondenser adalah Eb.• Dengan asumsi semua rugi-rugi panas terbuang pada Eb, maka :Ein = Ek + Eb• Dengan efisiensi kerja :inbininkEEEEE
  10. 10. Spring 2010 10Siklus Rankine (PLTU)
  11. 11. Spring 2010 11Siklus Rankine (PLTU)Diagram siklus Rankine Ideal : Gambar (a) P-V diagram ; Gambar (b) T-S diagramGaris 1-2-3-4-B-1 = garis siklus saturated steamGaris 1’-2’-3-4-B-1’ = garis siklus superheated steamCP = critical point
  12. 12. Siklus Rankine modifikasi• Untuk menghindari adanya dua phase fluida dalam siklus, dapatdilakukan dengan mengkondensasikan seluruh uap yang keluar dariturbin menjadi cairan yang saturated liquid sebelum ditekan oleh pompa.Ts• Ketika uap saturated masuk ke turbin, temperatur dan tekanannya turundan titik-titik air akan terbentuk karena kondensasi. Titik-titik air ini akanmenyebabkan kerusakan pada sudu turbin karena korosi. Salah satumetoda untuk menyempurnakan proses adalah : superheating terhadapuap. Dampaknya dapat menaikkan efisiensi termal dari siklus.3412
  13. 13. 13SIKLUS RANKINE : Siklus Ideal untuk PLTUBanyak hal tidak praktis terkait dengan siklus Carnot dapat dieliminasi dengan prosessuperheating terhadap uap dalam boiler dan proses kondensasi secara keseluruhandalam condenser. Siklus yang dihasilkan adalah Siklus Rankine , yang merupakan siklusideal untuk pembangkit listrik tenaga uap. Siklus ideal Rankine tidak melibatkan adanyainternal irreversibilities.The simple ideal Rankine cycle.
  14. 14. Skema PLTU Batubara
  15. 15. Diagram skematis PLTU
  16. 16. Siklus pemanasan ulang• Pada siklus pemanasan ulang, dilakukan dengan menaikkantekanan boiler tanpa menurunkan kualitas uap yang keluarturbin• Berdampak pada neiknya thermal efisiensi dari siklus
  17. 17. Siklus Regeneratif• Melakukan pemanasan awal uap yang masuk boilermenggunakan feedwater heater, guna menaikkanefficiency– Also deaerates the fluid and reduces large volume flowrates at turbine exit.
  18. 18. A more complicated cycle…
  19. 19. Siklus Mesin Diesel
  20. 20. Siklus Mesin Diesel
  21. 21. 21AN OVERVIEW OF RECIPROCATING ENGINESNomenclature for reciprocating engines.• Spark-ignition (SI) engines• Compression-ignition (CI) enginesCompression ratioMean effectivepressure
  22. 22. 22OTTO CYCLE: THE IDEAL CYCLE FOR SPARK-IGNITIONENGINESActual and ideal cycles in spark-ignition engines and their P-v diagrams.
  23. 23. Siklus Turbin GasBrayton CycleThe Brayton cycle is the air-standard ideal cycle approximation for the gas-turbine engine.This cycle differs from the Otto and Diesel cycles in that the processes making the cycleoccur in open systems or control volumes. Therefore, an open system, steady-flowanalysis is used to determine the heat transfer and work for the cycle.We assume the working fluid is air and the specific heats are constant and will considerthe cold-air-standard cycle.
  24. 24. Siklus Turbin Gas
  25. 25. Siklus Turbin Gas
  26. 26. Siklus Turbin Gas
  27. 27. 27The closed cycle gas-turbine engine
  28. 28. 28Process Description1-2 Isentropic compression (in a compressor)2-3 Constant pressure heat addition3-4 Isentropic expansion (in a turbine)4-1 Constant pressure heat rejectionThe T-s and P-v diagrams are
  29. 29. Siklus kombinasi (Combine cycle)
  30. 30. Siklus kombinasi (Combine cycle)
  31. 31. Siklus kombinasi (Combine cycle)
  32. 32. Siklus kombinasi (Combine cycle)
  33. 33. Siklus kombinasi (Combine cycle)
  34. 34. Siklus kombinasi (Combine cycle)
  35. 35. Siklus kombinasi (Combine cycle)
  36. 36. 36COMBINED GAS–VAPOR POWER CYCLES• The continued quest for higher thermal efficiencies has resulted in rather innovativemodifications to conventional power plants.• A popular modification involves a gas power cycle topping a vapor power cycle, which iscalled the combined gas–vapor cycle, or just the combined cycle.• The combined cycle of greatest interest is the gas-turbine (Brayton) cycle topping asteam-turbine (Rankine) cycle, which has a higher thermal efficiency than either of thecycles executed individually.• It makes engineering sense to take advantage of the very desirable characteristics of thegas-turbine cycle at high temperatures and to use the high-temperature exhaust gasesas the energy source for the bottoming cycle such as a steam power cycle. The result is acombined gas–steam cycle.• Recent developments in gas-turbine technology have made the combined gas–steamcycle economically very attractive.• The combined cycle increases the efficiency without increasing the initial cost greatly.Consequently, many new power plants operate on combined cycles, and many moreexisting steam- or gas-turbine plants are being converted to combined-cycle powerplants.• Thermal efficiencies over 50% are reported.
  37. 37. Combined Cycle
  38. 38. 38Combined gas–steam power plant.Siklus kombinasi (Combine cycle)
  39. 39. 39COGENERATIONA simple process-heating plant.Many industries require energy input in the form of heat, called process heat.Process heat in these industries is usually supplied by steam at 5 to 7 atm and150 to 200°C. Energy is usually transferred to the steam by burningcoal, oil, natural gas, or another fuel in a furnace.Industries that use large amounts ofprocess heat also consume a largeamount of electric power.It makes sense to use the already-existing work potential to producepower instead of letting it go towaste.The result is a plant that produceselectricity while meeting the process-heat requirements of certainindustrial processes (cogenerationplant)Cogeneration: The production of more than one useful form of energy (such asprocess heat and electric power) from the same energy source.
  40. 40. 40An ideal cogeneration plant.Utilizationfactor• The utilization factor of theideal steam-turbinecogeneration plant is 100%.• Actual cogeneration plantshave utilization factors as highas 80%.• Some recent cogenerationplants have even higherutilization factors.
  41. 41. Teknologi batubara bersihPersoalan dalam pembakaran batubara :• Pembakaran yang tidak sempurna akan menghasilkan CO yang bersifatmerugikan bagi kesehatan• Semakin banyak batubara dibakar, CO2 juga semakin banyak dilepas diudara.• Pada proses fotosintesis sinar matahari bersama CO2 yang ada di udara olehchlorofil daun diubah dan disimpan dalam kayu, yang dalam proses berjutatahun akan menjadi batubara.• Keseimbangan CO2 diudara tercapai bila jumlah yang dilepas oleh pembakaranbatubara/ kayu sama dengan jumlah CO2 yang diserap oleh tanaman dalamproses fotosintesis.• Dalam kenyatannya batubara semakin banyak dibakar sementara hutansemakin banyak ditebang sehingga jumlah komposisi CO2 di udara semakinbanyak yang berdampak pada pemanasan global.• Kandungan Sulfur pada batubara juga dapat menyebabkan persoalan yangserius. Sulfur yang terlepas dari cerobong asap di udara akan bersenyawamembentuk H2SO4.• Bila kandungan asam belerang ini banyak di udara dan terbawa oleh hujanakan menjadi hujan asam (acid rain) yang dapat mematikan kehidupan ditanah, sungai, danau.• Sementara jumlah batubara kualitas baik semakin sedikit, maka yang banyakdibakar adalah batubara kualitas rendah.
  42. 42. Fluidized bed combustion :• Untuk menghilangkan masalah batubara dengan kandungan sulfurtinggi• Batubara digiling hingga ukuran butiran beras dan diletakkan dalamwadah/ kisi berlubang, dimana udara pembakaran dilewatkan daribawah ke atas.• Kecepatan udara yang mengalir di atur shingga butir-butir batubaratsb agak sedikit terangkat dan bebas bergerak sehingga butir=butirtsb dapat habis terbakar.• Proses pembakaran dilakukan pada suhu yang agak rendahsehingga pembentukan NOx juga berkurang.• Pada waktu pengisian butir-butir batubara dimasukkan pula unsurkapur (Calcium, Ca) yang akan bersenyawa dengan sulfor oksidamenbentuk kalsium sulfat (CaSO4) yang akan jatuh kebawahbersama abu sisa pembakaran.Teknologi batubara bersih
  43. 43. Teknologi batubara bersihFluidized bed combustion bertekanan :• Proses pembakaran dilaksanakan dengan udara yangditekan, sehingga perpindahan panas pada generator uapakan meningkat.• Keuntungan lain, gas buangan setelah dibersihkan dapatdimanfaatkan untuk menggerakkan turbin gas. Sehinggaefisiensi seluruh siklus meningkat
  44. 44. Gasifikasi batubara• Batubara selain dapat langsung dibakar untuk menghasilkanlistrik juga dapat diproses menjadi gas guna kebutuhanpemanasan.• Pada awal abad 20, dikenal adanya gas kota yang merupakanhasil dari proses gasifikasi batubara. Dikenal sebagai gas kota,karena gas yang dihasilkan dialirkan melalui pemipaansehingga dapat digunakan untuk kebutuhan pemanasan danmemasak di perumahan.• Pada pertengahan abad 20 dengan mulai ditemukan dandialirkannya gas alam serta semakin mahalnya penambanganbatubara, maka pabrik gas kota banyak ditutup digantikan gasalam.Teknologi batubara bersih
  45. 45. Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan• Untuk dapat mengubah kandungan carbon batubara (C) menjadi gasMethan (CH4), perlu ditambah unsur hidrogen (H). Unsur hidrogen initerdapat secara berlimpah di air (H2O). Proses pembuatannya adalahsesuai dengan reaksi berikut :2C + 2H2O ------ CH4 + CO2panas• Selanjutnya gas Methan ini dapat dimanfaatkan untuk pembakaran sbb :CH4 + 2O2  2H2O + CO2 + energi panasTeknologi batubara bersihGasifikasi PenggunaanCH4energipanas2C2H2OCO22O2 CO22H2Oproduksi konsumsi
  46. 46. Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan dengan proses uap (steamgasification process)• Dengan meraksikan batubara + uap air akan dihasilkan hidrogen dan carbonmonoksida. Selanjutnya melalui proses katalitik akan dihasilkan gas Methan (CH4)dan carbon dioksida (CO2)• Proses pembuatannya adalah sesuai dengan reaksi berikut :2C + S + 2H2O ------------- 2CO + 2H2 +(H2S)energi uap--------- CH4 + CO2 + (H2S)katalisTeknologi batubara bersihGasifikasiuapKonversiPembersihanEnergi uap2C2H2O2CO2COCO2H2S + AbuKatalisisCH42H22H2H2SS
  47. 47. Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan dengan prosesgasifikasi hidrogenasi batubara• Dalam proses ini gas methan dihasilkan langsung dari carbon danhidrogen. Hidrogen yang diperlukan diperoleh dengan kracking (cracking)sebagian dari gas methan yang dihasilkan menjadi hidrogen dan carbonmonoksida dengan menambah air dan energi.• Proses pembuatannya adalah sesuai dengan reaksi berikut :2C + S + 5H2------ 2 CH4 + H2SCH4 + H2O kracking ------- 3H2 + CO3H2 +CO + H2O --------- CO2 + 4H2Teknologi batubara bersih
  48. 48. • Proses gasifikasi hidrogenasi batubaraTeknologi batubara bersihKonversi KrackingCO2CCO23H2H2OHidrogenasiPembersihan2CH42CH2SH2S + AbuCH4CH4H2O4H2S
  49. 49. Gasifikasi batubara  Pembuatan gas Methan dengan sikluskombinasi gasifikasi batubara (uap &hidrogenasi)• Dalam proses ini proses uap dan proses hidrogenasi digabung. Dari segioperasi lebih ekonomis.• Proses pembuatannya adalah sesuai dengan reaksi berikut :2C + 2S + 4H2 -------- C + CH4 + H2S + abu2C + S + 2H2O ------- H2 + 2CO + H2SH2 +CO + H2O --------- CO2 + 2H2Teknologi batubara bersih
  50. 50. • Proses gasifikasi kombinasi batubara (uap & hidrogenasi)Teknologi batubara bersihGasifikasi KonversiCOCO23H2H2OHidrogenasiPembersihan2CH42C H2SH2S + AbuCH4CH4H2OCSS2H2H2H2SH2S + Abu
  51. 51. Pemanfaatan gas methan hasil Gasifikasi batubara• Sebagai gas dengan nilai kalor tinggi dapat digunakan sebagai gas buatan(synthetic natural gas SNG) atau bahan bakar buatan, misalnya methanol.• Sebagai gas dengan nilai kalor menengah atau rendah untuk keperluanindustri atau pembangkit listrik• Pembuatan gas methan dengan nilai kalor rendah untuk pembangkit listrikdapat digabungkan dengan instalasi pembangkit listrik itu sendiri• Dalam proses gasifikasi batubara untuk pembangkit listrik, gas methanyang dihasilkan diperoleh dari batubara yang dialiri udara. Gas yangdihasilkan dibersihkan dahulu, selanjutnya dilewatkan kompresor untukdimasukkan ke boiler sebagai bahan bakar• Panas yang terjadi pada instalasi gasifikasi dapat juga digunakan untukmenghasilkan uap air dengan memasang pipa boiler didalamnya. Sehinggagenerator gas berfungsi juga sebagai generator uap.• Dengan cara seperti ini efisiensi pembangkit menjadi lebih tinggi.• Efisiensi dapat ditingkatkan bilamana gas yang dihasilkan selain digunakanuntuk boiler juga untuk memutar turbin gas (combine cycle)Teknologi batubara bersih
  52. 52. Gasifikasi batubara bawah tanah (in-situ gasification)• Proses gasifikasi dilakukan langsung di tambang Batubara.• Teknologi ini sudah digunakan sejak 1868, terutama di Rusia,Inggris dan Amerika.• Dalam teknologi ini digunakan dua macam sumur yaitu sumurinjeksi dan sumur produksi. Sumur injeksi diletakkan hinggalapisan terbawah batubara sedang sumur produksi di lapisanatasnya.• Gas methan yang dihasilkan adalah merupakan gas dengankalori rendah yang digunakan untuk pembangkit listrik.Teknologi batubara bersih
  53. 53. Pencairan batubara (coal liquifaction)• Batubara mengandung berbagai bahan kimia (S,N,O) dan air.• Rasio hidrogen : carbon dalam batubara adalah 0,8 sedangkan padaminyak bumi 2 dan pada gas alam 4. sehingga dalam prosespencairan batubara perlu peningkatan jumlah hidrogen.• Absorbsi hidrogen oleh batubara juga perlu penyisihan unsur-unsurlain menjadi sulfida, amonia dan air yang juga memerlukanpeningkatan pemakaian hirogen• Secara garus besar terdapat 4 kelompok proses pen cairan batubara:• Pirolisa (cracking termal batubara)• Hidorgenasi langsung• Ekstraksi batubara• Metode sistesisTeknologi batubara bersih
  54. 54. Pencairan batubara (coal liquifaction)  Pirolisa• Merupakan cara pencairan batubara paling sederhana sejak satuabad yg lalu• Dalam proses ini batubara mengalami cracking untuk menghasilkangas, minyak dan kokasPencairan batubara (coal liquifaction)  Hidrogenasi langsung• Pada proses ini batubara mula-mula digiling, kemudian mengalamihidrogenasi katalitik pada suhu dan tekanan yang tinggi.• Proses hidrogenasi menghasilkan produk cair yang rendah kadarsulfurnya yang menyerupai minyak bakar berat.• Untuk menghasilkan jenis minyak lain yang lebih ringan dapatdilakukan dengan proses penyulingan biasaTeknologi batubara bersih
  55. 55. Pencairan batubara (coal liquifaction)  Ekstraksi batubara• Ekstraksi batubara dilakukan dengan bantuan solvent donor H, yangjuga bertindak sebagai minyka sluri bagi batubara yang dihancurkan• Suhu yang diprlukan untuk konversi adalah 400 oc dengan tekananhingga 100 bar• Produk yang dihasilkan bebas abu serta dengan kandungan sulfurrendah, namun bentuk cairnya hanya terjadi pada suhu 150 – 200oCPencairan batubara (coal liquifaction)  Metode sintesis• Merupakan metoda yang dikembangkan di Jerman sejak tahun1920, namun akhirnya ditutup karena produknya tidak bisa bersaingdengan harga minyak bumi• Proses sintesis dilakukan dengan menggunakan katalis dalamsebuah reakor bertekanan atmosfir.Teknologi batubara bersih
  56. 56. Pembriketan batubara• Komsumen batubara pada umumnya perusahaan listrik atauindustri-industri besar.• Sebenarnya masih ada konsumen lain seperti rumahtangga, industri batu bata dan industri kecil lainnya, yangmembutuhkan batubara dalam bentuk yang mudah dipakaidan ditransportasikan.• Konsumen tersbut dapat dilayani dengan proses pmbriketanbatubara• Terdapat 3 teknologi pembriketan batubara :• Teknologi tanpa karbonasi• Teknologi dengan karbonasi• Teknologi kombinasi (antara)Teknologi batubara bersih
  57. 57. Pembriketan batubara  tanpa karbonasi• Digunakan batubara jenis antrasit dengan sedikit preparasi, denga prosespada tekanan s/d 400 kg/cm2.• Bila digunakan batubara jenis uap (steam coal) perlu dicampur denganbiomas seperti serbuk gergaji, ampas tebu atau sekam padi. Namun untukini diperlukan proses dengan tekanan tinggi s/d 25000 kg/cm2Pembriketan batubara  dengan karbonasi• Batubara langsung dicetak menjadi briket kemudian di karbonasi dandibutuhkan tekanan s/d 2000 kg/cm2• Cara kedua, batubara di karbonasi dulu sebelum dilakukanpembriketan, tekanan yang diperlukan s/d 400 kg/cm2Pembriketan batubara  teknologi kombinasi• Karbonasinhanya dilakukan terhadap sebagian batubara, yaitu hanyabagian permukaan yang sdh menjadi briket.• Masih terdapat komponen zat terbang dibagian dalam briket namun tidakakan menjadi abu karena akan cepat terbakar sempurnaTeknologi batubara bersih
  58. 58. Peningkatan nilai kalor batubara muda (upgraded browncoal)• Batubara yang terdapat di Indonesia sebagian besar adalahjenis batubara muda (brown coal) atau lignite dengan nilaikalor rendah sekitar 4000 kcal/kg, karena moisture contentyang tinggi hingga 40 % atau lebih.• Batubara jenis ini tidak dapat dikirimkan keluar dan harusdigunakan didekat tambang, hal ini dilakukan denganmembakarnya pada pembangkit listrik didekat mulut tambangyang dikenal dengan PLTU Mulut Tambang.• Mutu batubara muda ini dapat ditingkatkan sehingga dapatditransportasikan karena moisture contentnya dapatditurunkan hingga 1% dan nilai kalornya dapat ditingkatkanhingga 6000 kcal/kgTeknologi batubara bersih
  59. 59. Teknologi batubara bersihPenghalusan PemisahanminyakPemisahanairaspalBbaraAir buangan Bahan buangan lainBatubataCaloritinggimudaPembuatansluriminyak
  60. 60. Energy Ventures Analysis IncClean Coal Technologies• Generation Technologies• Environmental Control Technologies
  61. 61. Energy Ventures Analysis IncClean Coal Generation Technologies• Pulverized Coal• Fluid Bed Combustion• Integrated Coal Gasification Combined Cycle
  62. 62. Energy Ventures Analysis IncPulverized Coal Accounts for Most of the92,033 MW Announced New Clean CoalProjects64%14%19%3%PCCFBIGCCUnknown150 Projects as of 10/06
  63. 63. Energy Ventures Analysis IncClean CoalPulverized Coal Combustion• Dominate coal generation technology• Two types: subcritical & supercritical• Most energy efficient coal technology in US today• 84 announced new coal projects– Low technology risk,competitive cost– 40 Supercritical projects (31,420 MW)-Weston#4, Elm Road #1-2– 20 Subcritical projects (10,252 MW)- Columbia Energy• Advancements in materials, controls and temperature mixingled to improved performance and reliability
  64. 64. Energy Ventures Analysis IncPULVERIZED COAL BOILER LAYOUTSource: Supercritical Boiler Technology Matures Richardson et al 2004 (Hatachi)
  65. 65. Energy Ventures Analysis IncSubcritical vs. SupercriticalSubcritical SupercriticalHeatrate Efficiency 34-37% HHV 36-44% HHVBoiler Capital Cost Base 0-9% HigherPlant Capital Cost Base 1-6% HigherNon-Fuel O&M Base 0-2% HigherFuel Cost Base LowerControlled Emissions Base Lower- HigherEfficiencyUS Operating Units 1,338 Units 117 UnitsSource: Supercritical Plant OverviewRon Ott, Black & Veatch 2/04
  66. 66. Energy Ventures Analysis IncPulverized Coal TechnologyConditions Net EnergyEfficiencyHeatrateHHVSubcritical 2,400 psig 35% 9,751 Btu/kWhSupercritical 3,500 psig 37% 9,300 Btu/kWhAdvancedSupercritical->4,710 psig 42% 8,126 Btu/kWhUltra-Supercritical5,500 psig 44% 7,757 Btu/kWhSource: Supercritical Plant OverviewRon Ott, Black & Veatch 2/04
  67. 67. Energy Ventures Analysis IncFluid Bed CombustionSource: US DOE
  68. 68. Energy Ventures Analysis IncFluid Bed Combustion• Conventional technology– 104 Boilers-8,900 MW in operation– 33 Projects- 12,897 MW of announced projects-including Mantiwoc and Nelson Dewey– Up to 320 MW size range offered• Greater fuel flexibility–(waste coals, pet coke,fuels,..)• Lower heatrate efficiency vs. pulverized coal• Inherent low NOx rates from lower combustiontemperatures (0.370.07#NOx/MMBtu)
  69. 69. Energy Ventures Analysis IncFluid Bed Combustion TechnologyChanges• Fluid Bed Size– Boiler size designs have been expanding increasing unitoutput (up to 320 MW)• Improved sulfur capture performance– Improved mixing to lower Ca:S ratios and increased bedcapture rate (up to 97%)– Some designs added FGD controls to further decreaseemissions (0.13-0.15#SO2/MMBtu)• Increase steam cycle pressure
  70. 70. Energy Ventures Analysis IncFluid Bed Combustion Technology Sizes HaveBeen Increasing1981 Great Lakes1986 Scott Paper 1x65MW1987 Ultrasystems 15-43MW1988 Shawnee (Repower) 1x150 MW1989 Thames/Shady Point 75 MW1990 TNP One 2x155 MW1993 Warrior Run 210 MW1996 Provence, KEPCO 220-250MW1998 Red Hills 2x250 MW2001 Enel 320 MW
  71. 71. What Is Gasification?Conversion of any carbonaceous fuel to a gaseousproduct with a useable heating value.The feed for Gasification can beGas (e.g., Natural gas)Liquid (e.g., Light or Heavy oils)Solid (e.g., Petroleum Coke, Coal, Lignite orBiomass).
  72. 72. Combustion v/s GasificationCombustion GasificationOperating temperature Lower HigherOperating pressure Usually atmospheric Often high pressureAsh condition Often dry Often slaggingFeed gases Air Steam, oxygenProduct gases CO2, H2O CO, H2, CH4, CO2, H2OGas cleanup Postscrubbing Intermediate scrubbingPollutants SO2, NO2 H2S, HCN, NH3, COSChar reaction rate Fast (with O2) Slow (with CO2, H2O)Oxidizer In excess (Oxidizing) Deficient (Reducing)Tar production None SometimesPurpose High-temperature gas Fuel-rich gas
  73. 73. Types of Gasifiers1) Moving/Fixed bed e.g., LurgiCounter-currentCo-current2) Fluidized bed e.g., Winkler/KBR/U-GAS3) Entrained flowDry pulverized solid fuel e.g., Shell/Prenflo/SiemensFuel slurry e.g., GE/Conoco-PhilipsAtomized liquid fuel e.g., GE/Shell
  74. 74. Types of GasifierCoal (3-30 mm)GasFly AshSteam +Air / O2Steam + O2Coal (0.1 mm)GasCoal (0.1 mm)Steam + O2SlagGasCoal (1-5 mm)Fly AshMoving Bed(400-1,1000C, 10-100 bar) Fluidised(800-1,0500C, 10-25 bar)Entrained(1,200-1,6000C, 25-40 bar)Steam +Air / O2
  75. 75. Temperature Profile of GasifiersFLUIDIZED BED GASIFIER(800 – 10500C, 10 to 25 bar)MOVING BED GASIFIER(400-1100 0 C, 10 to 100 bar)ENTRAINED FLOW GASIFIER(1200-16000C, 25 to 80 bar)
  76. 76. Energy Ventures Analysis IncIntegrated Gasification Combined Cycle• 117 plants with 385 Gasifiers in operation in 2004. Thesefacilities produce mostly chemicals (37%), gas (36%) or power(19%)• Multiple Gasification process technologies– Entrained flow (Shell, GE (Texaco)- Polk Co, Conoco-Phillips(Dow/Destec)- Wabash River)– Fixed bed (Lurgi, EPIC)- Dakota Gasification Corp– Fluidized bed (Southern Co- Staunton, KRW-Pinon Pine)• Current IGCC power technology applications focus on producingCO rich syngas that can be burned in turbines.• Future IGCC technologies maybe developed to producehydrogen rich syngas with maximum carbon capture (aka “zeroemission” IGCC).• 27 Proposed IGCC power projects—17,296 MWIncluding Elm Road #3
  77. 77. Energy Ventures Analysis IncIGCC Overview

×