Trending Topik

Permasalahan Biomass Sebagai Bahan Bakar PLTU dan Pengaruh Chlorine (Cl) dalam Korosi Tube Boiler

Diposting oleh On Saturday, August 20, 2022

Biomass menjadi concern akhir-akhir ini terkait issue carbon yang menyebabkan pemanasan global karena pembakaran fossil fuel (minyak bumi & batubara). Semua negara sudah komitmen untuk riset dan secara perlahan mencoba blending biomass dengan fossil fuel seperti coal/batubara untuk program carbon neutral. Mengapa menggunakan biomass karena permasalahan CO2 balance dalam siklusnya, dengan artian ketika PLTU menggunakan kayu maka dalam pembakaran kayu tersebut dihasilkan CO2 sedangkan pohon sendiri dalam proses fotosintesisnya menggunakan CO2 untuk hidup dan melepas O2 sehingga terjadilah balance dalam sistemdan dalam prosesnya terjadilah yang dinamakan carbon neutral [Pronobis, 2020]

Beberapa permasalahan penggunaan biomass sebagai berikut: [Ren et al., 2017]

  1. High moisture content
  2. Low heating value
  3. Low combustion efficiency
  4. Resistance to pulverization
  5. High price of transportation per unit energy content
  6. Surface deposition (slagging, fouling, corrosion)
Penyebab korosi di biomass salah satunya adalah chlorine (Cl) bahkan kandungan fraksi sedikit saja pada solid fuel berbahaya bagi material. Keberadaan 0.1% wt chlorine (Cl) bertanggung jawab atas sekitar 100 ppmv chlorine gas yang terlepas. Selain berbahaya keberadaan Cl pada pembakaran boiler juga ada manfaatnya yaitu sebagai peng-oksidasi mercury (Hg) dengan sistem menangkap dan mengontrol [Ren et al., 2017]. 
Selama pembakaran chlorine (Cl) bisa terlepas dalam bentuk senyawa: [Ren et al., 2017] [Nielsen et al., 2000] [Obenberger et al., 2006]
  1. HCl, penyebab korosi terbesar karena bersifat asam kuat
  2. Cl2
  3. Alkali chloride, tipe ini merupakan garam chloride yang bersifat lengket (sticky) dan mengendap (deposit) yang mengkorosi tube. Bentuk alkali chloride seperti KCl (melting point 770 oC), CaCl2 (melting point 772 oC) dan NaCl (melting point 801 oC)
Untuk mengurangi kandungan chlorine (Cl) atau mengurangi potensi korosi pada biomass direkomendasikan beberapa hal sebagai berikut: [Ren et al., 2017] [Obenberger et al., 2006] [Kassman et al., 2013] [Song et al., 2013]
  1. Pre-treatment biomass dengan pencucian (washing) menggunakan water atau H2O atau NH4OAc (Ammonium acetate) atau HCl
  2. Kandungan aluminosilicate dan sulfur yang tinggi pada coal ash untuk mencegah penempelan deposit pada boiler. Menambahkan peat ash (Al, Fe, Ca dan Si) yang mampu mengikat potassium (K) sehingga chlorine (Cl) menurun
  3. Menambahkan alumunium (Al2O3) yang berisi aditif (kaolin, bauksit dan fly ash dari pulverized coal plant) dan limestone (CaCO3 yang berguna mengikat Cl dari alkali chloride yang bisa menyebabkan korosi
  4. Coating pipe dengan NiCrMoSiB atau Ni-Al based
  5. Pada low-temperature misalnya ujung air-pre heater (APH) tube dilapisi material enamel untuk mencegah dew point corrosion
  6. Menambahkan ammonium sulfate-(NH4)2SO4 untuk mengikat KCl dan juga mampu menurunkan NOx

Terdapat beberapa contaminant pada biomass (wood chip) yang bisa dihilangkan dengan beberapa solvent seperti H2O, NH4OAc (Ammonium acetate), HCl seperti berikut: [Tillman, 2012]


Chlorine (Cl) memiliki kemampuan untuk penetrasi protective oxide layer lewat pori metal dan bisa menyebabkan crack. Excess oksigen yang bereaksi dengan gas HCl mempercepat korosi pada iron karena pembentukan dan sublimasi dari low melting FeCl3 [Nielsen et al., 2000]. Dibawah water dew point 52.3 oC untuk acid vapor HCl dan 138 oC untuk H2SO4 di flue gas akan ter-kondensasi di tube [Wang et al., 2016] [Vainio et al., 2016].
Chlorine (Cl) yang bisa menyebabkan korosi dengan permasalahan emisi gas HCl adalah ketika konsentrasi >0.1%wt [Obenberger et al., 2006]. Setiap 0.1% Cl di biomass atau coal diperkirakan mengandung HCl atau senyawa chlorine lain sebesar 80 ppm [Tillman, 2009]. High chlorine (Cl) pada biomass menyebabkan korosi pada tube superheater dan untuk mencegahnya direkomendasikan untuk mengganti dengan materia low-alloy steel, chromia-forming auztenitic stainless steel, high-alloy FeCr steel dan Ni based superalloy [Kassman et al., 2013]
Berikut kutipan dari Tillman (2009):
Berdasarkan data tersebut didapatkan informasi bahwa:
  • Chlorine (Cl) terlepas pada solid fuel (biomassa/coal) pada temperatur <500 oC
  • Arang kayu melepaskan 85% Cl pada temperatur 500 oC dan 100% Cl pada 700 oC
  • 10-30% potassium (K) terlepas pada temperatur 1150 oC
  • 20% sodium (Na) terlepas pada temperatur 1000 oC dan 60-75% Na pada 1150 oC
Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2022). Permasalahan Biomass Sebagai Bahan Bakar PLTU dan Pengaruh Chlorine (Cl) dalam Korosi Tube Boilerwww.caesarvery.com

Referensi:
[1] Ren, X., Sun, R., Chi, H.H., Meng, X., Li, Y., and Levendis, Y.A.(2017). Hydrogen Chloride Emissions from Combustion of Raw and Torrefied Biomass. J. of Fuel. Vol. 200, pp. 37-46
[2] Nielsen, H.P., Frandsen, F.J., Johansen, K.D., and Baxter, L.L. (2000). The Implications of Chlorine-Associated Corrosion on the Operation of Biomass-Fired Boilers. J. of Progress in Energy and Combustion Science. Vol. 26, pp. 283-298 
[3] Wang, Y., Ma, H., Liang, Z., Chen, H., Zhao, Q., and Jin, X. (2016). Experimental Study on Dew Point Corrosion Characteristics of the Heating Surface in a 65 t/h Biomass-Fired Circulating Fluidized Bed. J. of Applied Thermal Engineering. Vo. 96, pp. 76-82
[4] Obenberger, I., Brunner, T., and Barnthaler, G. (2006). Chemical Properties of Solid Biofuels-Significance and Impact. J. of Biomass and Bioenergy. Vol. 30, pp. 973-982
[5] Kassman, H., Pettersson, J., Steenari, B.M., and Amand, L.E. (2013). Two Strategies to Reduce Gaseous KCl and Chlorine in Deposits during Biomass Combustion-Injection of Ammonium Sulphate and Co-Combustion with Peat. J. of Fuel Processing Technology. Vol. 105, pp. 170-180
[6] Pronobis. (2020). Adaptation of Boilers for Biomass Burning. Chapter 7
[7] Song, J., Gu, Y., Li, J., and Fang, J. (2013). Study on Air Preheater Corrosion Problem of CFB Biomass. J. of Applied Mechanics and Materials.Vol. 291-294, pp. 294-299
[8] Vainio, E., Kinnunen, H., Lauren, T., Brink, A., Yrjas, P., Demartini, N., and Hupa, M. (2016). Low-Temperature Corrosion in Co-Combustion of Biomass and Solid Recovered Fuels. J. of Fuel
[9] Tillman, D.A. (2009). Chlorine in Solid Fuels Fired in Pulverized Fuel Boilers. J. of Energy & Fuels. Vol. 23, pp 3379-3391
[10] Tillman, D.A. (2012). Blending Coal with Biomass-Cofiring Biomass with Coal. Chapter 4

Mengenal Tentang Biodiesel (B30-Bxx), Standard dan Parameternya

Diposting oleh On Monday, August 15, 2022

Bahan Bakar Nabati (BBN) terbagi menjadi 2 kelompok yaitu:

  1. BBN oksigenat (oxygenate biofuel), bahan bakar yang mengandung atom oksigen (O) dengan anggota seperti biodiesel dan bioetanol
  2. BBN biohidrokarbon (biohydrocarbon/drop-in biofuel), BBN yang bebas dari oksigen (O) dan hanya tersusun dari atom carbon (C) dan hydrogen (H) dengan anggota bensin biohidrokarbon/nabati, bioavtur, avtur biohidrokarbon/nabati, minyak diesel biohidrokarbon
BBN yang paling terkenal adalah biodiesel, dengan bahasa ilmiahnya "ester metil asam lemak (EMAL)" atau "fatty acid alkyl ester (FAAE) yang dibuat dengan proses "esterifikasi atau trans-esterifikasi" antara minyak/lemak (hewani/nabati) dengan alkohol sebagai katalis, karena menggunakan alkohol tipe metanol maka biodiesel yang dihasilkan adalah "fatty acid methyl ester (FAME)". Lemak hewani/minyak nabati yang digunakan untuk bahan baku biodiesel adalah triglyceride [Hoekman et al., 2012]. Reaksi "esterifikasi + trans-esterifikasi" digunakan ketika hasil pengujian asam lemak bebas minyak nabati TINGGI (>5%) sedangkan ketika RENDAH maka cukup reaksi "trans-esterifikasi" saja.
Ester/biodiesel bisa dalam 2 bentuk yaitu: [Fazal et al., 2019]
  1. Saturated Ester, seperti methyl myristate, methyl palmitate, methyl stearate
  2. Unsaturated Ester, seperti methyl palmitoleate, methyl linoleate, methyl linolenate
Macam-Macam Katalis yang Digunakan untuk Produksi Biodiesel: [Fazal et al., 2019] [Baskar and Aiswarya, 2016]
  1. Homogeneous Acid-Catalyst, seperti HC, sulphuric, sulfonic
  2. Homogeneous Base-Catalyst, seperti KOH
  3. Heterogeneous Solid-Catalyst, seperti metal oxide (CaO, MgO, SrO, MgO/Al2O3, CaO/Al2O3, Li/CaO) dan golongan alkali (Na/NaOH/Al2O3, K2CO3/Al2O3), magnetic composite, hydrotalcite
  4. Enzyme-Catalyst, karakteristiknya adalah thermal stability dan activation yang sangat efektif namun harga mahal sehingga tidak efisien
  5. Nanocatalyst, merupakan teknologi mutakhir yang bisa meningkatkan keefektifan surface area dalam pengikatan reaktan
  6. Biocatalyst
Penggunan katalis homogeneous dan enzim sangat mahal untuk produksi biodiesel sehingga yang banyak digunakan adalah heterogeneous katalis untuk efisiensi dalam produk massal dan produk yang lebih baik. Selain itu, heterogeneous katalis mudah untuk dilakukan recovery dan reused [Fazal et al., 2019] [Baskar and Aiswarya, 2016]. Kelebihan homogeneous catalyst sebagai berikut: [i] Memerlukan sedikit kondisi operasi; [ii] Kecenderungan membutuhkan washing & purification tinggi sehingga produk lebih murni. Sedangkan kekurangan homogeneous catalyst sebagai berikut: [i] Menghasilkan jumlah besar limbah cair. Alkaline catalyst 4000x lebih cepat daripada acid catalyst sehingga secara komersial katalis yang sering digunakan adalah basa [Baskar and Aiswarya, 2016]
Produksi Biodiesel bisa dengan Beberapa Metode: [Fazal et al., 2019]
    1. Pyrolisis/Thermal Cracking
    2. Reactive Distillation
    3. Trans-Esterification
    4. Ultrasonic Irradiation
    5. Supercritical Fluid
    6. Co-Solvent Methods
    Pemerintah melalui PerMen ESDM No. 12 Tahun 2015 telah menetapkan penggunaan biodiesel 30% (B30) dan telah diimplementasikan mulai 01 Januari 2020. Spesifikasi teknis biodiesel di Indonesia diatur dalam SK DirJen EBTKE No.189.K/10/DJE/2019 tentang Standard dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Jenis Biodiesel sebagai Bahan Bakar Lain yang Dipasarkan di Dalam Negeri, seperti berikut:
    Bahan baku utama BBN adalah kelapa sawit dan juga bisa dari jarak pagar, nyamplung, malapari/kranji, kedelai, jagung, kelapa, kapuk randu dll. Kelapa & kelapa sawit mengandung dominan saturated fatty acid (lemak jenuh) sedangkan jagung, kedelai, biji matahari mengandung dominan unsaturated fatty acid (lemak tak jenuh) [Hoekman et al., 2012] [Baskar and Aiswarya, 2016]
    Biodiesel umumnya diproduksi melalui reaksi "trans-esterifikasi" menggunakan metanol dan katalis basa (sodium methylate atau NaOH atau KOH). Hasil dari reaksi tersbut berupa biodiesel (main product) dan gliserol (side product) walaupun ada lagi lainya dan sangat kecil seperti free fatty acid (FFA), aldehid, keton. Biodiesel dipisahkan dengan gliserol menggunakan beberapa metode seperti: (i) Sedimentation-Neutralization; (ii) Washing; (iii) Distillation; (iv) Filtration Process [Fazal et al., 2019]
    Parameter utama biodiesel sebagai berikut:
    • Total Acid Number (TAN), TAN menyatakan banyaknya asam mineral dan asam lemak bebas pada biodiesel. Tingginya nilai TAN menyatakan tingginya kontaminan di biodiesel
    • Gliserol, Gliserol adalah side-product saat proses konversi BBN menjadi biodiesel. Terdapat 3 jenis gliserol yaitu: (1) gliserol terikat; (2) gliserol bebas; (3) gliserol total. 
    1. Gliserol terikat (mono-,di-, dan trigliserida) yang tersisa ketika proses konversi BBN menjadi biodiesel. Kandungan gliserol terikat yang berlebih terutama monogliserida akan mengendap di bottom tank storage karena perbedaan densitas dengan biodiesel. Monogliserida ini menyebabkan masalah fouling dan pembentukan deposit yang mempengaruhi injector, piston, valve dll. 
    2. Gliserol Bebas merupakan ukuran kesuksesan proses purifikasi biodiesel. Selama penyimpanan biodiesel, kadar gliserol seiring waktu bisa  bisa terjadi peningkatan karena proses hidrolisa sisa mono-, di- dan trigliserida. Gliserol yang terpisah selanjutnya mengendap dan menarik senyawa polar seperti air, monogliserida dan sabun. 
    3. Gliserol Total, merupakan gabungan antara gliserol terikat + bebas yang berhubungan dengan viskositas yaitu ketika kandungan gliserol total tinggi maka viskositas biodiesel juga tinggi.
    • Water Content/Kadar Air, kandungan air pada biodiesel dimana ketika water content tinggi maka potensi menjadi tempat kembang biak bakteri/biota dan menyebabkan fouling, menurunkan calorific value dan meningkatkan corrosion attack [Fazal et al., 2019]
    • Sulfated Ash/Abu Tersulfatkan, merupakan jumlah kontaminan anorganik seperti padatan abrasif, sisa katalis, konsentrasi logam terlarut dalam biodiesel. Senyawa tersebut bisa teroksidasi pada proses pembakaran yang bisa menghasilkan abu dan membentuk deposit pada motor diesel
    • Phosphorous (P), merupakan kontaminan yang berasal dari fosfolipid pada BBN dan fosfor ini sebisa mungkin di-reduksi ketika purifikasi biodiesel karena fosfor terikut fase gliserol-air. Untuk penyenpurnaan pemurnian biodiesel, fosfor bisa diminimalisir menggunakan sistem distilasi. Kandungan fosfor menghambat kemampuan sistem pengurangan emisi gas buang karena bekerja meracuni katalitik converter
    • Sulphur (S), merupakan kontaminan dari sisa reaksi esterifikasi yang menggunakan katalis asam sulfat dan ketika proses purifikasi yang tidak sempurna. Kandungan umum pada biodiesel untuk sulphur adalah 0 ppm sedangkan batas ambang batas emisi gas buang di Indonesia yang diijinkan adalah max 2500 ppm. Sulphur pada biodiesel bisa menyebabkan keausan pada mesin karena bersifat korosif
    • Iodium/Iodine Value (I), merupakan jumlah senyawa tak jenuh yang terkandung dalam minyak/lemak, juga senyawa mono-, di-, trigliserida serta poli- tak jenuh. Ketika viscosity dan cetane number rendah maka kandungan poli- tak jenuh tinggi dan korelasi iodium number tinggi. Permasalahan tingginya iodium number sebagai berikut: (i) terjadinya polimerisasi dan pembentukan deposit; (ii) penurunan stabilisasi oksidasi biodiesel; (iii) penurunan kualitas pelumasan bahan bakar
    • Oxidation Stability, karena sifat kimianya maka biodiesel lebih mudah mengalami degradasi oksidatif dibandingkan minyak solar. Biodiesel mengandung senyawa ester poli tak jenuh (unsaturated ester) yang tinggi (ikatan rangkap) sehingga rentan mengalami oksidasi. Stabilisasi oksidasi yang rendah dapat menyebabkan permasalahan pada elastomer pada saluran bahan bakar. Produk oksidasi yaitu hidroperoksida mudah terpolimerisasi dengan radikal bebas dan membentuk sedimen tidak terlarut. Produk lainnya seperti aldehid, keton, asam karboksilat rantai pendek dapat menyebabkan permasalahan korosi pada sistem injeksi [Fazal et al., 2019]. Beberapa hal yang mempengaruhi reaksi oksidasi biodiesel adalah: (i) Oxygen; (ii) Metal traces; (iii) High temperature; (iv) Jumlah unsaturated fatty acid. Oxidation stability ini alami tanpa penambahan anti-oxidant seperti tert-butylated hydroxy toluene (BHT), tert-butyl hydroxyanisole (BHA), pyrogallol (PY), propylgalate (PrG), tert-butyl hydroxyl quinone (TBHQ) [Sorate and Bhale, 2015]
    • Flash Point/Titik Nyala, merupakan indikator keamanan selama penyimpanan akibat pengaruh panas. Biodiesel umumnya memiliki titik nyala >100 oC sedangkan solar di 52 oC. Ketika biodiesel memiliki titik nyala <100 oC maka terindikasi masih ada metanol didalamnya
    • Kadar Logam, keberadaan ion logam bisa berasal dari katalis dari alkali (Na, K) yang bisa membentuk abu di mesin atau kontaminan yang berasal dari pencucian biodiesel dengan alkali tanah (Ca, Mg) yang bisa membentuk sabun dan bisa mempengaruhi kinerja injeksi
    • Total Kontaminan, jumlah material tidak terlarut yang tersisa pada filter setelah sampel melalui filter 0.8 ┬Ám (EN 12662)
    • Cold-Filter Plugging Temperature (CFPP), merupakan temperature terendah biodiesel yang bisa menyebabkan penyumbatan filter karena kristalisasi atau gelatin
    • Cetane Number (ASTM D613), merupakan unjuk kerja penyalaan BBM yang diperoleh dengan membandingkan reference fuel didalam mesin uji yang telah distandarisasi. Parameter yang mempengaruhi cetane number adalah kecepatan aliran bahan bakar, waktu injeksi dan kompresi. Semakin tinggi cetane number maka mutu BBM semakin baik karena semakin pendek kelambatan pembakaran sehingga jumlah bahan bakar yang digunakan sedikit sehingga efisiensi menjadi tinggi
    • Densitas, merupakan berat jenis dengan satuan gram/cm3 atau kg/m3 dan umumnya dinyatakan dalam specific gravity (S.G) yang ditunjukkan dengan 2 angka suhu misalnya 60/60 oF, 60/60 oC yang menunjukkan angka depan adalah suhu zat dan belakang adalah suhu air
    • Viskositas, terdapat 2 macam viskositas yaitu:
    1. Dynamic Viscosity, ukuran tahanan untuk mengalir yang dipengaruhi oleh tegangan geser dan kecepatan geser yang mempunyai ketergantungan terhadap waktu sinusoidal
    2. Kinematic Viscosity, tahanan cairan untuk mengalir karena gaya berat yang dipengaruhi oleh kerapatan cairan
    • Carbon Residue, merupakan kontaminan yang terbentuk dari penguapan dan degradasi panas dari suatu bahan yang mengandung karbon. Terdapat 2 tipe yaitu:
    1. Residu Karbon
    2. Coke, terjadi karena proses pengubahan karbon  dalam proses pirolisis
    Berdasarkan SK DirJen MiGas No. 146.K/0/DJM/20220 tentang "Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan 
    Bakar Minyak Jenis Solar yang Dipasarkan di Dalam Negeri, berikut datanya:
    • Cloud Point, titik temperatur diatas pour point dimana lemak cair menjadi cloudy karena pembentukan kristal dan penjenuhan larutan menjadi solid
    Beberapa poin yang harus diperhatikan ketika mencampur solar dengan biodiesel misalnya B30 adalah:
    • Memastikan temperatur kedua bahan bakar sama untuk mendapatkan campuran homogen
    • Memastikan temperatur di lokasi pencampuran diatas titik kabut biodiesel untuk menghindari pembentukan presipitasi biodiesel yang berdampak mengendap di dasar tanki
    • Memastikan ketepatan konsentrasi pencampuran, bisa menggunakan beberapa metode yaitu: (i) in-line blending; (ii) sequence in tank blending; (ii) sequence in vessel blending

    Spesifikasi biodiesel B30 ditetapkan dalam SK DirJen MiGas No. 0262.K/10/DJM/2018 yang mengatur toleransi persentasi yang diijinkan pada B30 adalah 5% (nilai 28.5%-31.5%)
    Perbedaan sifat dan karakteristik antara biodiesel dan minyak solar sebagai berikut:
    Konsekuensi dan pencampuran biodiesel dalam minyak solar (B30) sebagai berikut:
    Kesesuaian material logam untuk biodiesel sebagai berikut:
    Sifat & Karakteristik SOLAR sebagai berikut:
    • Solar terdiri dari hydrocarbon alifatik rantai terbuka dengan ikatan tunggal (jenuh) atau ikatan rangkap (tak jenuh)
    • Kualitas penyalaaan solar lebih baik dibandingkan biodiesel
    Sifat & Karakteristik BIODIESEL sebagai berikut:
    • Biodiesel mudah ter-degradasi oksidatif dibandingkan minyak solar karena tingginya senyawa ester poli tak jenuh yang banyak ikatan rangkap. Stabilisasi oksidasi dibatasi minimal 10 jam (SK DirJen EBTKE No. 189.K/DJE/10/2019) dan rata-rata stabilisasi oksidasi biodiesel tanpa tambahan anti-oxidant adalah 12 jam. Beberapa hal yang mempengaruhi reaksi oksidasi biodiesel adalah: (i) Oxygen; (ii) Metal traces; (iii) High temperature; (iv) Jumlah unsaturated fatty acid. Oxidation stability ini alami tanpa penambahan anti-oxidant seperti tert-butylated hydroxy toluene (BHT), tert-butyl hydroxyanisole (BHA), pyrogallol (PY), propylgalate (PrG), tert-butyl hydroxyl quinone (TBHQ)
    • Keberadaan oksigen dalam biodiesel selain memiliki kekurangan juga memiliki kelebihan dibandingkn solar yang tidak mengandung oksigen sama sekali yaitu: (i) Menimgkatkan kemampuan lubricity; (ii) Mengurangi emisi pembakaran dengan cara meningkatkan NOx [Fazal et al., 2019]
    • Biodiesel mengandung senyawa aromatic yaitu ester metil asam lemak-EMAL atau fatty acid methyl esters-FAME (ester adalah senyawa organik yang terbentuk melalui penggantian satu/lebih atom H pada gugus karboksil dengan gugus organik-R). Kandungan senyawa ester/aromatic ini bersifat sebagai pembersih kotoran/kerak pada dinding tangki penyimpanan sehingga B30 ini salah satunya bersifat cleaner tank sehingga B30 ini masih menjadi PR bagaimana filter harus secara rutin di-cleaning atau material tangki penyimpanan dibuat khusus yang tahan terhadap biodiesel
    • Emisi gas buang yang dihasilkan biodiesel lebih baik dibandingkan solar (B20 memiliki emisi 10-20% lebih rendah dari solar, B30 menghasilkan emisi 5-20% dari B20) karena dalam prosesnya biodiesel tidak menghasilkan sulfur
    • Biodiesel (B30) meningkatkan kualitas penyalaan yaitu menaikkan cetane number, solar memiliki cetane number 48-51 dan B30 pada 50-52.5
    • Menurunkan emisi gas COx dan SOx karena produksi biodiesel tidak digunakan/dihasilkan sulfur. B30 menurunkan sulfur sampai 30% dibandingkan solar
    • Kontaminan yang harus menjadi perhatian biodiesel (B30) adalah gliserol-monogliserida + water. Water ini bisa berasal dari proses pemurnian yang belum sempurna atau bertambah akibat prosedur penanganan yag belum maksimal. Akumulasi air ini akan mendorong pertumbuhan mikroba dan bisa menyumbat saluran injector. Water separation bisa dilakukan dengan beberapa metode yaitu: 
    1. Centrifuge, metode pemisahan berdasarkan perbedaan densitas
    2. High Flow Rate Filter (HFRF), filter dengan desain spesifik untuk menyaring kontaminasi partikulat untuk aplikasi flowrate tinggi. HFRF terdiri dari media filter dan konfigurasi elemen filter
    3. Water Stripping Filter/Vacuum Distillation
    4. Water Coalescence Filter/Multistage Filter, terdiri dari 2 elemen filter yaitu tahap awal kontaminan (karat, lumpur, kotoran dan dissolved water) di-filtrasi dan free water dipisahkan pada tahap kedua sehingga dihasilkan biodiesel yang bebas pengotor
    5. Rock Salt Filter Absorb, menggunakan garam-garam yang memiliki kemampuan menyerap air yang tinggi
    6. Vacuum Dehydration, metode purifikasi yang memanfaatkan thermal untuk menguapkan water dari biodiesel sehingga dihasilkan pure biodiesel
    • Kandungan energi biodiesel lebih rendah 12% daripada solar [DirJen EBTKE, 2020], Karena biodiesel mengandung oxygen (sekitar 11%) sehingga kandungan C dan H rendah dibandingkan solar sehingga energinya 10% lebih rendah dari solar. Karena biodiesel memiliki density yang lebih besar daripada solar maka energy content-nya 5-6% lebih rendah dari solar karena dihitung per volumetric basis. Berdasarkan mass basis energy content, renewable diesel [seperti catalytic hydroprocessing/biodistillate triglyceride, thermal conversion lignocellulose (gasification & pyrolisis)] lebih tinggi dari biodiesel sedangkan volumetric basis, energy content biodiesel dan renewable diesel adalah sama [Hoekman et al., 2012]
    • Biodiesel dapat men-degradasi selang/hose, gasket, elastomer, lem dan plastik. Senyawa karet alam/nitril, propylene, polyvinyl, tygon, chloropene/neoprene sangat rentan/tidak compatible ketika kontak dengan biodiesel sehingga penggunaan B30 terhadap komponen mesin diesel juga harus memperhatikan potensi kebocoran hose dan gasket  [DirJen EBTKE, 2020] [Sorate and Bhale, 2015]
    • Fluorocarbon adalah material good resistance dan disarankan untuk biodiesel [Sorate and Bhale, 2015]
    • Sampel biodiesel tidak boleh menggunakan plastik (kecuali berbahan fluorinated polyethylene, fluorinated polypropylene, teflon, fiberglass) dan disarankan memakai botol kaca bening dan carbon steel
    • Seiring meningkatnya waktu penyimpanan biodiesel maka potensi air terserap biodiesel besar dan karena reaksi pembentukan biodiesel dari BBN adalah reversible (bolak-balik) maka biodiesel bisa reconvert ester/FAME menjadi alcohol + free fatty acid melewati hydrolytic reaction
    Berikut Spesifikasi Standard Biodiesel di US, Europe, Germany:
    Berikut grafik persent yield vs time antara biodiesel dengan bahan baku lemak biodiesel (nabati/hewani)
    Ketika biodiesel disimpan maka seiring berjalannya waktu akan terbentuk endapan glycerol + air. Glycerol ini merupakan side product hasil konversi selama proses pembentukan biodiesel. Sehingga yang menjadi PR penggunaan biodiesel untuk mesin bakar adalah potensi plugging filter dan sistem purifikasi dari tangki penyimpanan.
    Renewable diesel fuel/green diesel diproduksi dengan catalytic hydroprocessing/biodistillate menggunakan bahan baku triglyceride. Kelebihan dalam prosesnya tidak menggunakan alkohol dan tidak dihasilkan side product berupa glycerol dengan main product bukan FAAE melainkan biohydrocarbon [Hoekman et al., 2012].
    Proses lain selain trans-esterifikasi yang menghasilkan biodiesel yang masih banyak kelemahan untuk digunakan sebagai BBM maka terdapat beberapa teknologi yang bisa dilirik dan ramah untuk mesin pembakaran seperti catalytic hydroprocessing/biodistillate triglyceride, thermal conversion lignocellulose (gasification & pyrolisis)
    Berdasarkan jurnal Hoekman et al. (2012) berikut 6 fuel quality concern biodiesel:
    1. Stability and Deposit Formation, merupakan kestabilan terhadap oksidasi tanpa bahan anti-oxidant dan pengaruh terhadap pembentukan sedimen/deposit ketika penyimpanan
    2. Cold Temperature Handling and Operability, merupakan kestabilan masih bisa mengalir pada temperatur rendah sehingga tidak terhambat di injector mesin pembakaran serta tidak membeku ketika penyimpanan
    3. Solvency, merupakan tingkat kelarutan biodiesel yang homogen dan purity yang tinggi dengan minim impurities seperti glycerol dan water
    4. Microbial Contaminants, merupakan indikator adanya kontaminan water yang berlebih sehingga mikroba/bakteri bisa tumbuh di tangki penyimpanan
    5. Water Separation, merupakan teknik yang digunakan untuk purifikasi biodiesel untuk meminimalisir water content dan  terdapat 5 metode yaitu: (i) Centrifuge; (ii) High Flow Rate Filter (HFRF); (iii) Water Stripping Filter/Vacuum Distillation; (iv) Water Coalescence Filter/Multistage Filter; (v) Rock Salt Filter Absorb; (vi) dan Vacuum Dehydration
    6. Material Compatibility, merupakan ketahanan material pada mesin terhadap biodiesel karena karakteristik biodiesel yang men-degradasi elastomer, plastik dan material lain. Detail sudah dijelaskan diatas untuk material
    Salah satu yang menjadi issue tentang biodiesel untuk diterapkan pada otomotif karena: 
    1. Keberadaan moisture absorption
    2. Oxidation stability
    3. Contaminant
    4. Cold flow properties
    5. Lubricity
    6. Corrosive and acidic nature, Biodiesel lebih korosif untuk material copper (Cu), bronze (CuSn) dan alumunium (Al) sedangkan untuk material stainless steel tidak, sedangkan semua material tersebut aman kontak dengan solar [Fazal et al., 2019] . Pitting corrosion ditemukan pada sintered nozzle dengan material CuSn (bronze) sesudah 10 jam operasi dengan biodiesel pada temperature 70oC [Fazal et al., 2012] [Sorate and Bhale, 2015].
    Trans-esterifikasi dipengaruhi beberapa parameter sebagai berikut: [Baskar and Aiswarya, 2016]
    1. Konsentrasi katalis
    2. Rasio BBN to metanol
    3. Temperature and time selama proses produksi
    Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
    Feriyanto, Y.E. (2022). Mengenal Tentang Biodiesel (B30-Bxx), Standard dan Parameternyawww.caesarvery.com

    Referensi:
    [1] Pedoman Penanganan dan Penyimpanan Biodiesel dan Campuran Biodiesel (B30). (2020). Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi. Kementerian ESDM
    [5] Hoekman, S.K., Broch, A., Robbins, C., Ceniceros, E., and Natarajan, M. (2012). Review of Biodiesel Composition, Properties, and Specifications. J. of Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 16, pp. 143-169
    [6] Fazal, M.A., Haseeb, A.S.M.A., and Masjuki, H.H. (2012). Degradation of Automotive Materials in Palm Biodiesel. J. of Energy. Vol. 40, pp. 76-83
    [7] Sorate, K.A., and Bhale, P.V. (2015). Biodiesel Properties and Automotive System Compatibility Issues. J. of Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 41, pp. 777-798
    [8] Fazal, M.A., Rubaiee, S., and Al-Zahrani, A. (2019). Overview of the Interactions between Automotive Materials and Biodiesel Obtained from Different Feedstocks. J. of Fuel Processing Technology. Vol. 196, pp. 106178
    [9] Baskar, G., and Aiswarya, R. (2016). Trends in Catalytic Production of Biodiesel from Various Feedstocks. J. of Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 57, pp. 496-504

    Macam-Macam Metode Pengukuran Kadar Air (Water/Moisture Content) pada Oli Pelumas (Oil Lubricating)

    Diposting oleh On Monday, June 27, 2022

    Kandungan air pada oil lubricating/oli pelumas dihindari keberadaannya karena akan menurunkan kemampuan oli dalam sistem pelumasan. Terdapat beberapa macam kontaminan air (water/moisture) seperti yang sudah dijelaskan di: Kandungan Air (Water Content) di Minyak Pelumas. Pengujian kontaminan air ini di laboratorium menggunakan beberapa teknologi seperti:

    • Crackle Test/Uji Pecah/Letupan Gekembung
    Metodenya yaitu meneteskan droplet oli pada hot plate di temperature kisaran 160 oC sehingga kandungan air akan mendidih pada suhu 100 oC dan membentuk gelembung yang kemudian pecah sehingga bisa teramati secara visual biasa. Semakin besar gelembung yang dihasilkan semakin besar kontaminan air pada oli. Karakteristik metode crackle test adalah: (i) murah; (ii) cepat dan mudah; (iii) tidak membutuhkan keahlian operator khusus; (iv) uji hanya bersifat kualitatif dan subjektif tanpa kuantitatif; (v) mudah dilakukan di site; (vi) jenis water yang terukur adalah free & emulsified. Berikut skematiknya:
    Teknik crackle test cocok digunakan untuk kandungan air >500 ppm [EPRI, 2002]. Beberapa hal yang bisa mengganggu pembacaan adalah volatile solvent dan gas.
    • Calcium Hydride Test Kit
    Metodenya adalah oli yang mengandung air dan sudah diketahui volumenya direaksikan dengan calcium hydride yang sudah diketahui jumlahnya. Kedua senyawa dilarutkan dan akan menghasilkan gas hydrogen sesuai reaksi:

    CaH2 + 2 H2O ---> Ca(OH)2 + 2 H2

    Gas hydrogen yang dihasilkan memiliki tekanan yang dihubungkan dengan manometer dan berdasarkan reaksi stoikiometri yang dikonversikan maka mol hydrogen bisa digunakan untuk menentukan mol air.

    Karakteristik metode calcium hydride test kit sebagai berikut: (i) biaya rendah; (ii) mudah dilakukan; (iii) portable; (iv) uji kuantitatif; (v) solvent dan chemical membutuhkan keahlian khusus karena vessel bertekanan; (vi) cocok untuk menguji water tipe free & emulsified mulai dari 0-50 ppm

    • Karl Fischer (KF) Titration (ASTM D6304-Coulometric; ASTM D1744-Volumetric)
    Metodenya adalah menggunakan prinsip titrasi yaitu mengukur konsentrasi dari larutan yang tidak diketahui dengan larutan yang sudah diketahui konsentrasi dan jumlahnya. Titrant adalah larutan titrasi yang diketahui konsentrasi dan jumlahnya (ex: iodine) dimasukkan ke buret dan akan digunakan untuk mereaksikan kimia dengan larutan yang tidak diketahui (dalam hal ini adalah oil yang terkontaminasi air). Volume iodine yang digunakan adalah sama dengan volume air yang terdapat pada oli. Karakteristik dari metode Karl Fischer (KF) coulometric titration adalah: (i) dapat digunakan untuk mengukur water content tipe free, emulsified & dissolved water; (ii) membutuhkan skill operator khusus; (iii) umumnya cocok untuk laboratorium bukan portable karena kondisi alat dan bahan kimia yang digunakan; (iv) mengukur water content kuantitatif; (v) pengembangan teknologi lebih jauh menggunakan potentiometric cell untuk menentukan end point/titik akhir kesetimbangan reaksi titrasi; (vi) sangat baik untuk mengukur water <200 ppm; (vii) terdapat 2 metode yaitu volumetric & coulometric; (viii) tipe coulometric lebih handal/akurat dibandingkan volumetric pada low water concentration
    • Relative Humidity Meter/Saturation Meter (ASTM D7546)
    Metodenya adalah memadukan antara thermal conductivity, resistive dan capacitive.Ketika jumlah kandungan air pada oli dibawah saturation poin (dew point) maka secara tidak langsung bisa adigunakan untuk menentukan kandungan air. Berikut gambar alatnya:
    Capacitive sensor digunakan untuk menentukan relative humidity.
    • Infrared (IR) Spectroscopy/FTIR Analysis
    Metode yang  digunakan adalah menganalisis spektrum materi, dimana setiap materi memiliki panjang gelombang karakteristik yang berbeda-beda. Karakteristik dari metode FTIR adalah: (i) cocok untuk screening water content >1000 ppm; (ii) bisa dengan mudah membandingkan antara fresh/new oil dengan oli yang diuji; (iii) karena keterbatasan presisi dan deteksi limit sehingga IR sepectroscopy kurang cocok untuk water content <1000 ppm
    • Dean & Stark/Distillation Method (ASTM D95)
    Ini adalah metode paling sederhana yaitu dengan menguapkan air pada titik didihnya kemudian ditampung dan dihitung volumenya. Karakteristik metode ini adalah: (i) membutuhkan sampel yang besar
    Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
    Feriyanto, Y.E. (2022). Macam-Macam Metode Pengukuran Kadar Air (Water/Moisture Content) pada Oli Pelumas (Oil Lubricating)www.caesarvery.com

    Referensi:
    [3] Garvey, R., and Fogel, G. (1996). Estimating Water Content in Oils: Moisture in Solution, Emulsified Water, and Free Water. US Department of Defense
    [4] EPRI. (2002). Lube Oil Predictive Maintenance, Handling, and Quality Assurance Guideline

    Coal Dust Suppression/Penangkap Debu Abu Terbang Batu Bara/Water & Chemical Medium Based

    Diposting oleh On Monday, June 06, 2022

    Dust Suppression adalah penekan/peminimalisir debu. Di pertambangan batu bara atau PLTU yang menggunakan bahan bakar batubara dan sisa pembakaran berupa fly ash (abu terbang/ringan) penggunaan dust suppression umum dilakukan. Terdapat 2 tipe dust suppression yaitu: (i) water medium; (ii) chemical medium.

     
    Water medium terbagi menjadi 4 yaitu: [Zhou and Qin, 2021]

    1. Water Injection, injeksi air ini bermanfaat untuk pembasahan awal coal/dust body. Umumnya yang sering kita dengar adalah water gun. Teknik ini efektif menurunkan dust 30-50% namun meningkatkan moisture/water content coal sampai 0.7% [Zhou and Qin, 2021]; 1-2.5% [Liu et al, 2018]
    2. Water Spray, sistem atomisasi air dengan area covering luas, simpel dan biaya rendah. Efisiensi metode ini bisa dinaikkan dengan menambah flowrate dan tekanan air. Efisiensi dust control metode ini bisa mencapai >60% 
    3. Wet Dust Scrubber, bentuk tirai air untuk perangkap dust air sebelum dibuang ke atmosfer, cocok untuk aplikasi sebelum cerobong 
    4. Magnetized Water, ini meng-adopsi teknik physical untuk meningkatkan kemampuan pembasahan dengan menurunkan tegangan permukaan dan viskositas dari air serta meningkatkan sistem atomisasi 
    Penggunaan medium air memiliki efisiensi yang rendah <50% karena dust memiliki kemampuan hydrofobic (menolak air) dan juga surface tension (tegangan permukaan) yang tinggi, sehingga diperlukan chemical medium berbasis surfactant yang bisa menghubungkan antara 2 sifat tersebut dan berdampak antara permukaan larutan dan udara bisa bergabung serta debu bisa tertangkap [Zhou and Qin, 2021]. 2 cara surfactant meningkatkan kemampuan pembasahan yaitu: (i) mengurangi tegangan permukaan air; (ii) meng-konversi permukaan coal agar bersifat hydrophilic dengan menyerap sifat hydrophobic [Liu et al, 2018]
    Chemical medium terbagi menjadi 3 yaitu: [Zhou and Qin, 2021]
    1. Foam, ini terbentuk dari injeksi udara ter-kompresi dengan larutan sehingga terbentuk foaming/busa. Konsentrasi foam yang umum digunakan adalah 0.8-3%. [Xu et al, 2020]
    2. Surfactant, prinsip menggandeng 2 tangan yaitu menurunkan hydrophobic dan meningkatkan hydrofilic. Chemical surfactant seperti sodium dodecyl ether sulfate (SDES), sodium fatty alcohol polyoxyethylene ether sulfate (AES), exopolysaccharide (EPS) [Xu et al, 2020]. Surfactant adalah senyawa organic yang terdiri dari kepala bersifat polar (hydrophilic, lipophobic, oleophobic) dan ekor bersifat non-polar (hydrophobic, liphophilic, oleophilic). Hydrophilic surfactant terbagi menjadi 4 kelas yaitu: (i) anionic, ex: sodium dodecyl sulfate-SDS ; (ii) non-anionic, ex: octylphenol ethoxylate; (iii) cationic, ex: cetyl trimethyammnoium bromide-CTAB; and (iv) amphoteric [Xu et al, 2018].
    3. Humectant Spray
    Berikut kelebihan dan kelemahan masing-masing metode dust suppression:
    Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
    Feriyanto, Y.E. (2022). Coal Dust Suppression/Penangkap Debu Abu Terbang Batu Bara/Water & Chemical Medium Basedwww.caesarvery.com

    Referensi:
    [1] Zhou, Q., and Qin, B. (2021). Coal Dust Suppression Base on Water Mediums: A Review of Technologies and Influencing Factors. J. of Fuel 302, 121196
    [2] Xu, C., Wang, H., Wang, D., Zhu, X., Zhu, Y., Bai, X., and Yang, Q. (2020). Improvement of Foaming Ability of Surfactant Solutions by Water-Soluble Polymers: Experiment and Molecular Dynamics Simulation. J. of Ploymers, pp 12-571
    [3] Liu, Z., Cao, A., Guo, X., and Li, J. (2018). Deep-Hole Water Injection Technology of Strong Impact Tendency Coal Seam-A Case Study in Tangkou Coal Mine. Arabian Journal of Geosciences, 11:12
    [4] Xu, G., Chen, Y., Eksteen, J., and Xu, J. (2018). Surfactant-Aided Coal Dust Suppression: A Review of Evaluation Methods and Influencing Factors. J. Science of the Total Environment, 639, pp. 1060-1076

    Industrial Chemical Cleaning Tube Boiler Condenser

    Diposting oleh On Thursday, May 12, 2022

    Korosi adalah hasil oksidasi metal dari beberapa agent oxidizing di lingkungan. Selama proses korosi, elektron mengalir melewati metal dan ion mengalir dari satu area ke area lain pada larutan yang disebut dengan proses elektrokimia. Proses oksidasi (korosi) besi oleh ion hydrogen sesuai reaksi:

    2H+ + Fe ---> Fe2+ + H2

    Banyka korosi terjadi pada besi disebabkan oleh kegagalan pembersihan dan pasifasi yang benar pada peralatan baru. (McCoy, 1984)

    Alkali dan garam asam lemah digunakan untuk emulsify, saponify, oily untuk menetralkan residu asam dari chemical cleaning dan untuk membentuk pasifasi pada permukaan metal.

    Sebagian besar korosi tipe fouling dan deposit terlarut oleh HCl yang bersifat asam kuat. Semua asam kuat cocok diterapkan dengan sebelumnya diberi inhibitor untuk meminimalisir serangan asam pada metal. HCl adalah chemical termurah untuk digunakan dalam chemical cleaning. HCl pada konsentrasi 5-10% efektif untuk melarutkan ferric oxide (Fe2O3), sesuai reaksi:

    Fe2O3 + 6H+ ---> 2 Fe3+ + 3 H2O

    Fe2O3 + Fe + 6H+ ---> 3Fe2+ + 3H2O

    HCl cocok digunakan untuk cleaning carbon steel, low-chromium steel, cast iron, admiralty brass, bronze, cupro nickle dan monel. Laju korosi ketika chemical cleaning ergantung pada: (i) metal yang dicleaning; (ii) konsentrasi inhibitor; (iii) konsentrasi asam; (iv) lama paparan; (v) temperature; (vi) velocity larutan asam.


    HCl tidak boleh digunakan pada stainless steel, titanium, zinc, alumunium dan galvanized iron. Hal ini karena ion chloride pada konsentrasi serendah 40 ppm saja bisa menyebabkan intergranular atau transgranular cracking. HCl juga bisa menyebabkan hydrogen embrittlement pada titanium

    Agent penetral HCl adalah CaCO3, (Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH

    Asam sulfat (sulphuric acid) jarang sekali digunakan dalam chemical cleaning karena sifatnya pada pelarutan yang menghasilkan panas tinggi dan mudah mengiritasi kulit. Cara pencampurannya juga unik, dimana HCl dituangkan secara perlahan ke air dan tidak sebaliknya karena akan menghasilkan percikan panas yang tinggi. Konsentrasi H2SO4 yangdigunakan antara 5-15% pada temperatur yang tidak lebih dari 180 oF dan umumnya digunakan untuk cleaning stainless steel

    Agent penetral H2SO4 adalah gypsum (CaSO4), lime/limestone (CaCO3) atau soda ash (Na2CO3 dan caustic soda (NaOH) yang terbaik.

    Sulfamic acid/asam sulfamat (HSO3NH2) adalah bahan kimia asam yang cukup mahal dibandingkan lainnya namun memiliki kelebihan bisa digunakan oleh user yang kurang pengalaman dan di indoor tanpa membutuhkan keahlian kontraktor tersertifikasi. Ketika sulfamic acid digunakan untuk acid cleaning, itu tidak menyebabkan pitting. Bahkan ketika penerapannya dikombinasikan dengan NaCl (10% HSO3NH2, 5% NaCl) itu efektif untuk melarutkan ferric oxide (Fe2O3)

    Pasifasi sulfamic acid cocok menggunakan sodium nitrit dan jika masih banyak residu acid di tube maka pasivasi kurang sempurna. Reaksi pasifasi seperti berikut:

    HSO3NH2 + NO2- ---> N2 + H2O + SO42- + H+

    Urutan tingkat korosifitas asam dari terendah ke tertinggi adalah citric-sulfamic-phosphoric-hydrochloric

    Sesudah dilakukan chemical cleaning pada permukaan tube maka harus dilakukan pasifasi karena permukaan tube secara alamiah mebgalami oksidasi cepat dengan adanya udara atmosfer. Pasifasi sangat dibutuhkan pada iron (besi) dibandingkan chromiu, nickle, copper, brass, monel dan cupronickel karena material tersebut memiliki pasifasi alamiah sendiri ketika kontak dengan udara yang diberi nama oxide film. Permukaan material yang tertutup oleh oil, scale, deposit tidak dapat dilakukan pasifasi sehingga normalnya harus dilakukan water jetting sebelum pasifasi.



    Sulfamic acid sangat mudah dilakukan penanganan, penyimpanan dan pencampuran tanpa membutuhkan keahlian khusus. Sulfamic acid cocok untuk material stainless steel. Sulfamic acid harga cukup mahal sehingga cook digunakan pada volume kecil. Penerapan konsentrasi antara 5-10% dengan waktu tinggal diijinkan antara 4-12 jam.

    Berdasarkan Google Patent (2013) sebagai berikut:



    Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
    Feriyanto, Y.E. (2022). Industrial Chemical Cleaning Tube Boiler Condenserwww.caesarvery.com

    Referensi:

    [1] McCoy, J.W. (1984). Industrial Chemical Cleaning. Chemical Publishing-USA

    [2] Google Patent-CN103361664A. (2013). Cleaning Method of Carbon Steel Pipeline and Cleaning Agents. China