Jenis - Jenis Bahan Bakar Yang Digunakan Di Industri Semen

Dalam pembahasan mengenai jenis-jenis bahan bakar yang digunakan di industri semen ini, penulis akan membahas secara detail sehingga pembaca diharapkan dapat mengerti secara cepat.

1.    Pendahuluan

Telah kita ketahui bersama bahwa pabrik semen merupakan pabrik yang intensif dalam pemakaian energi panas dari bahan bakar. Oleh sebab itu masalah bahan bakar dan teknologi pembakaran merupakan hal yang sangat penting untuk dikuasai baik oleh engineers proses maupun para operator kiln. Selain itu apabila pabrik semen dapat memakai bahan bakar dengan konsumsi panas spesifik yang cukup rendah, maka keuntungan biaya produksi dapat diperoleh dengan pasti karena sekitar 30% biaya produksi berasal dari biaya bahan bakar ini.

Tujuan pembakaran bahan bakar baik di kiln maupun di kalsiner adalah untuk mengubah panas latent yang dimiliki bahan bakar menjadi panas hasil pembakaran yang langsung dapat digunakan untuk mengubah atau mereaksikan material baku menjadi klinker. Selain itu proses pembakaran tidak cukup hanya bertujuan menghasilkan sejumlah energi atau kalor yang dapat segera dimanfaatkan oleh bahan baku, tetapi masih diperlukan untuk menghasilkan temperatur gas hasil pembakaran yang tinggi agar proses perubahan dari material baku menjadi klinker dapat berjalan dengan baik serta menghasilkan klinker dengan kualitas baik. Di kiln, temperatur gas di atas 1400^oC sangat diperlukan untuk proses klinkerisasi.

Pada pasal-pasal berikut akan dibahas secara singkat mengenai beberapa hal penting yang erat kaitannya dengan bahan bakar dan proses pembakaran ini antara lain jenis bahan bakar dan sifat-sifatnya, proses pembakaran dan api, jenis burner dan karakteristiknya, perpindahan panas, kaitan parameter pembakaran dengan proses kimia pembentukan klinker dan lain-lain.

2.    Jenis-jenis Bahan Bakar

Secara umum dan berdasarkan wujudnya, jenis-jenis bahan bakar  dapat diklasifikasikan menjadi 3 (tiga) jenis yaitu bahan bakar padat, cair dan gas. Contoh bahan bakar padat adalah batu bara, arang, kayu, pet coke, dan lain-lain. Untuk bahan bakar cair misalnya IDO, minyak solar, bensin, minyak tanah, bahan bakar sintetik, dan lain-lainnya. Sedangkan yang ujudnya gas antara lain LPG, gas alam, dan lainnya. Dalam diskusi selanjutnya kita batasi lingkup bahasan yang kita kaji terutama untuk jenis-jenis bahan bakar yang digunakan di industri semen di Indonesia.

2.1.  Batu-bara

Batubara diklasifikasikan menjadi beberapamacam berdasarkan pada sifat-sifat dan umur terbentuknya antara lain lignit, bituminous, anthracite, dan lain-lain. Beberapa sifat yang membedakan antara beberapa jenis batubara tersebut antara lain diperlihatkan pada tabel 1.

Klasifikasi di atas didasarkan pada umur terbentuknya batubara mulai dari yang termuda dengan kadar volatile yang tinggi, berumur menengah seperti bituminous hingga yang paling tua yaitu anthracite dengan kadar volatile yang rendah. Kandungan volatile ini mempunyai pola kecenderungan yang sama dengan kadar air. Dengan umur batubara yang lebih tua maka kandungan airnya akan semakin sedikit dan unsur padatan lainnya semakin kompak. Namun untuk kandungan ash (debu) dari hasil penelitian dapat dikatakan bahwa kadarnya bukan merupakan fungsi dari umur batubara. Oleh sebab itu kandungan debu perlu diketahui melalui uji laboratorium. Dari tabel 1 tersebut terlihat bahwa semakin tua umur batubara kadar elemen yang berbentuk gas seperti hidrogen, nitrogen, dan oksigen mengecil dan sebaliknya kadar karbonnya akan meningkat. Apabila dibandingkan dengan bahan bakar minyak dan gas, kadar hidrogen pada batubara relativ lebih rendah  (hanya berkisar antara 2 – 5% H), sehingga gas hasil pembakarannya akan mengandung uap air yang lebih sedikit dan perbedaan antara gross dan net heating value adalah kecil (berkisar antara 200 – 300 kkal/kg). Nilai kalor batubara sangat tergantung pada kandungan air dan debu. Akan tetapi kadar volatile juga berpengaruh secara kompleks pada nilai kalor ini. Karena rangkaian hidrokarbon pada batubara menghasilkan nilai kalor yang lebih tinggi dibanding karbon bebas, maka pada umumnya untuk batubara dengan umur menengah hingga tua kenaikan kadar volatile akan meningkatkan nilai kalornya. Namun untuk lignite yang memiliki kadar gas tinggi, hal sebaliknya justru yang diperoleh karena proporsi unsur nitrogen dan oksigen dalam volatile matter meningkat , dan seperti kita ketahui bahwa kedua unsur ini tidak menghasilkan kalor pada proses pembakaran bahkan justru menurunkan temperatur adiabatiknya.

Kadar belerang dalam batubara bervariasi tergantung pada asal tambang batubara tersebut. Beberapa tempat mengandung kadar sulphur rendah, namun di lain tempat bisa tinggi. Kandungan sulphur ini sangat berpengaruh pada operasi pembakaran di kiln, mengingat sifat-sifatnya yang kurang menguntungkan antara lain dapat mempengaruhi fluiditas rawmix dan lainnya. Oleh karena itu biasanya diinginkan batubara dengan kadar belerang yang rendah untuk operasi kiln kita.

Untuk mengetahui beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan bakar padat, khususnya batubara, perlu dilakukan beberapa pengujian laboratorium antara lain:

a.    Proximate analysis untuk menentukan kadar volatile matter, moisture (total dan higroscopic) dan debu (ash)

b.   Ultimate analysis untuk menentukan kadar karbon, hidrogen, belerang, nitrogen, dan oksigen. Dari hasil ultimate test ini akan dapat diperkirakan nilai kalor (heating value) dari bahan bakar.

c.    Analisis kimia untuk menentukan element apa saja yang terkandung didalam ash (debu). Apabila elemen dan kadarnya dapat diketahui akan lebih meningkatkan presisi kita dalam melakukan raw mix desain (akan dibahas dalam modul lain).

d.   Analisis fisika untuk menentukan nilai kalor gross yang diikuti dengan perhitungan nilaikalor netto berdasarkan kadar air yang ada di dalam bahan bakar serta H₂O yang akan dihasilkan dalam proses pembakaran.

e.    Test lainnya yang biasanya dilakukan antara lain untuk mengetahui indeks kekerasan yang berguna pada untuk proses grinding bahan bakar, indeks abrasi untuk keperluan perkiraan material peralatan grinding dan transport serta perkiraan keausannya, serta kehalusan butir hasil coal mill untuk keperluan kemudahan bahan bakar tersebut saat dibakar.

Untuk memperoleh proses pembakaran yang baik dan api yang cocok dengan proses pembentukan klinker di dalam kiln, kehalusan butir batubara merupakan parameter yang penting. Pada umumnya untuk batubara dengan kadar volatile rendah, semakin lembut ukuran butir proses pembakaran akan berjalan lebih cepat. Namun untuk batubara dengan kadar volatile tinggi, sebaiknya ukuran butir dibuat lebih kasar untuk mengatur laju keluarnya gas dari padatan sehingga tidak terlalu membahayakan proses pembakaran dan dapat dikontrol dengan lebih baik. Jika keluarnya gas dari padatan terlalu cepat, percampurannya dengan udara akan menyulitkan pengaturan proses pembakaran seperti terjadi pada proses pembakaran bahan bakar gas.

2.2.  Bahan bakar minyak

Bahan bakar minyak masih banyak digunakan di pabrik semen di Indonesia walaupun bukan merupakan bahan bakar utama. Pada umumnya bahan bakar minyak digunakan saat heating up karena sifatnya yang mudah dibakar dan kestabilan apinya walaupun proses pembakaran berlangsung pada kondisi lingkungan yang masih dingin atau pada kondisi dimana terdapat problem dengan batubara. Banyak sekali jenis bahan bakar minyak ini, misalnya IDO, HFO, dan lain-lain. Contoh beberapa sifat yang dimiliki oleh bahan bakar minyak diberikan pada tabel 2.

Kadar belerang bahan bakar minyak tergantung pada asal sumber minyak tersebut. Kadar belerang ini bisa mencapai sekitar 4,5%. Sifat specific gravity penting untuk minyak ini karena terkorelasi dengan nilai kalor bahan bakar. Pada umumnya semakin tinggi nilai specific gravity semakin rendah nilai kalornya.

2.3.  Bahan bakar Gas

Bahan bakar gas, diperoleh dari berbagai sumber dalam bentuk gas. Yang umum dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari diperoleh dari dalam bumi dalam ujud gas alam atau gas dari minyak bumi (LPG). Gas alam merupakan bahan bakar yang baik sekali untuk proses produksi semen karena memerlukan instalasi yang tidak rumit dan mudah dikontrol kaena biasanya memiliki komposisi kimia yang relatif stabil serta bersih. Problem utama dalam pembakaran bahan bakar gas adalah ledakan (explosion) sehingga memerlukan penanganan khusus untuk keamanan instalasinya. Hasil analisis komposisi kimia gas alam secara umum diberikan pada tabel 3.

Dari tabel 3 tersebut, tampak bahwa kadar CH₄ merupakan tertinggi dan metana merupakan komponen utama gas alam dengan kadar 80% - 95%. Biasanya dalam gas alam ini tercampur nitrogen yang tidak menghasilkan kalor pada proses pembakaran.

Perlu dicatat bahwa pada umumnya kandungan belerang pada gas alam sangat rendah. Selain itu volume gas hasil pembakaran relativ tinggi karena kandungan hidrogen yang tinggi, sehingga padas terbuang bersama exhaust gas lebih tinggi dibanding hasil pembakaran bahan bakar lainnya. Titik nyala gas alam cukup tinggi yaitu sekitar 600^oC, sehingga memerlukan perlakuan khusus bila digunakan untuk heating up kiln karena temperatur dinding kiln belum tinggi sehingga radiasi dari dinding untuk memanaskan bahan bakar dan udara belum cukup. Pada umumnya kiln dengan bahan bakar gas memiliki konsumsi panas spesifik yang relatif rendah dibanding dengan kiln berbahan bakar selain gas karena untuk bahan bakar gas ini udara primer dapat dijaga pada prosentase yang rendah sehingga panas rekuperasi pada cooler tinggi.  Walaupun demikian udara primer tetap diperlukan khususnya untuk mendinginkan burner. Biasanya tekanan gas yang datang ke pabrik kita cukup tinggi sehingga perlu diturunkan sebelum dibakar. Pada umumnya tekanan gas alam cukup untk menghasilkan momentum percampuran dengan udara. Di indonesia tidak banyak pabrik yang memanfaatkan gas alam sebagai bahan bakar utamannya. Hal ini barangkali lebih dikarenakan harganya yang relatif mahal dibanding batubara selain tidak semua sumber gas alam berdekatan dengan lokasi pabrik.

2.4.  Bahan bakar alternatif 

Yang dimaksud dengan bahan bakar alternatif di sini adalah bahan bakar yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif di pabrik semen untuk mengurangi konsumsi bahan bakar utama dalam rangka program penghematan energi. Beberapa contoh bahan bakar alternatif ini antara lain pet coke, karet, kayu, sekam padi, serbuk gergaji, cocopeat dan kertas. Bahan bakar alternatif ini banyak digunakan oleh pabrik semen di luar negeri, mengingat harga bahan bakar utama seperti minyak, gas dan batubara barangkali mahal di sana. 

Demikianlah penjelasan detail mengenai jenis-jenis bahan bakar yang digunakan di industri semen, semoga bermanfaat bagi para pembaca yang berkunjung ke blog saya.

Semoga Sukses ....................................