BAB IV

TUGAS KHUSUS

4.1 Judul
Evaluasi Performace Recovery Boiler pada Recovery Plant Di PT
Tanjungenim Letari Pulp and Paper.

4.2 Latar Belakang

Salah satu proses pendukung yang menunjang sebagian besar kebutuhan
energi di suatu industri pulp and paper yaitu dengan memanfaatkan black liquor
yang berupa campuran bahan organik dan inorganik, dibakar untuk menghasilkan
energi panas di Recovery bioler. Penggunaan recovery boiler selain sebagai
penghasil sumber energi panas yaitu berfungsi sebagai unit pemanfaatan energi
dari pambakaran kandungan lignin dalam black liquor serta mengubah black
liquor menjadi green liquor. Adapun tujuan dilakukannya pembakaran black
liquor yaitu untuk memisahkan zat organik dan zat inorganik yang terkandung
dalam black liquor. Jenis boiler yang digunakan adalah Water Tube Boiler yaitu
Boiler yang dapat menghasilkan uap dengan tekanan tinggi dan temperatur tinggi.
Temperatur tinggi diperoleh dari proses perpindahan panas di dalam furnace dan
tekanan tinggi diperoleh dari Boiler Feed Water Pump.
Recovery Boiler berfungsi untuk menghasilkan Superheated Steam dengan
tekanan 62-64 bar dan temperatur 440-460oC yang akan digunakan sebagai
penggerak turbin pada unit Recovery Boiler, kemudian steam yang keluar dari
turbin akan digunakan pada proses di unit lainnya sebagai LP-steam dan MP-
steam di PT. Tanjungenim Lestari Pulp and Paper. Air umpan boiler (Boiler Feed
Water) berasal dari Demineralization plant masuk ke bagian Recovery Boiler dan
mengisi tube-tube. Panas pada produksi steam diperoleh dari pembakaran Black
Liquor dan kebutuhan oksigen didapat dari udara yang disuplai dengan Force
Draft Fan (FD Fan) yang digerakkan motor listrik.
Perhitungan efisiensi termal Recovery Boiler dilakukan dengan
membandingkan besarnya kebutuhan panas untuk merngubah air umpan menjadi
steam dengan panas yang disuplai dari hasil pembakaran bahan bakar (Black
Liquor) pada Furnace. Energy kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energy
panas (kalor) melalui proses pembakaran yang selanjutnya panas pembakaran
yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air umpan boiler menjadi
superheated steam.

4.3 Rumusan Permasalahan

Adapun masalah yang akan dibahas pada laporan ini yaitu :
1. Bagaimana perbandingan efisiensi desain terhadap efisiensi aktual
pada recovery boiler di unit recovery plant?
2. Apa saja hal yang menyebabkan penurunan efisiensi pada recovery
boiler?
3. Berapakah besar efisiensi yang dihasilkan dari hasil pembakaran pada
recovery boiler di unit recovery plant?

4.4 Tujuan
Sesuai dengan latar belakang dan rumusan masalah diatas, ada beberapa
tujuan yang ingin dicapai pada penulisan laporan ini, diantaranya:
1. Mengetahui perbandingan efisiensi desain terhadap efisiensi aktual
pada recovery boiler di unit recovery plant.
2. Mengetahui hal-hal yang menyebabkan penurunan efisiensi pada
recovery boiler.
3. Mengetahui besar efisiensi yang dihasilkan dari hasil pembakaran
pada recovery boiler di unit recovery plant

4.5 Metode Pengambilan Data

Data diperoleh langsung dari bagian Distributed Control System (DCS) PT
Tanjungenim Lestari Pulp and Paper. Data yang digunakan dari 21 Juli s.d. 31 juli
2017.

4.6 Tinjauan Pustaka

4.6.1 Recovery Plant
Black liquor merupakan cairan hasil pemasakan di dalam digester, yang
dikirim menuju evaporator untuk dipekatkan dengan cara menguapkan kandungan

airnya sehingga memadatkan kandungan solidnya. Steam dari kolom stripping

digunakan untuk memurnikan kondensat yang kurang baik dari evaporator dan
cooking plant. Permukaan pemanas unit evaporator dibuat dua unsur lembaran .

Vapour dikondensasi di bagian samping unsur. Black liquor mengalir bebas di

luar unsur ke bagian bawahnya. Vapour sekunder dilepas dari liquor secepatnya
lalu dikeluarkan di antara unsur yang akan ke bagian vapour (vapour body) dan

selanjutnya melewati entrainment separator.

Pompa sirkulasi liquor tetap menjaga aliran agar liquor selalu konstan di

atas sejumlah unsur bebas yang diumpankan. Black liquor yang terkonsentrasi
dibakar dalam recovery boiler yang tersusun dari gas tight membran wall
construction furnance, kemudian akan dihasilkan produk berupa smelt yang
berbentuk liquor selanjutnya akan dilarutkan ke dalam smelt dissolving tank,

sehingga akan menghasilkan suatu produk berupa green liquor. Material green
liquor dipompakan ke tanki yang sama dalam recausticizing plant untuk diolah

kembali menjadi white liquor.

4.6.2 Proses Pemulihan Bahan Kimia

Chemical recovery merupakan sistem tertutup dan memiliki tujuan utama
untuk memulihakan sebanyak mungkin bahan kimia an organic yang dimasukkan
ke pembuatan pulp dan pada bersamaan memanfaatkan energi dari material
organic (kebanyakan lignin) dalam liquor buangan untuk menghasilkan steam.
Pada saat black liquor dibakar dalam recovery boiler, materilal organic terbakar
dan kimia anorganik diubahaq menjadi senyawa kimia lain dan di dikeluarkan
sebagai smelt . Smelt dikumpulkan dalam dasar RB dan keluar dari smelt opening
dan masuk kedalam Diss Tank disertai pencampuran dengan WWL pada smelt
dalam Dissolving Tank dan membentuk GL yang dipompakan ke RC Plant yang
diubah menjadi White Liquor untuk proses pembuatan pulp (pemasakaan).
Sebagian kehilangan kimia dalam siklus pemulihannya dapat di make up dengan
menambahkan chemical biasanya di Recovery Boiler.

Sodium ( Na) dalam liquor membentuk Sodium oksida yang bereaksi

dengan gas gas pembakaran secara umum sesuai dengan rumus berikut.
 Na2O + CO2 Na2CO3

Na2O + SO2 + O2 .Na2SO4

Reaksi utama dalam charbed adalah :

Material organic dibentuk jadi gas , sebagian dibakar , dan keluar dengan gas
pembakaran. Sodium sulfat direduksi menjadi sodium sulfide. Reaksi dikatalisa
oleh karbon dalam atmosfer reduksi yang panas , umumnya sesuai dengan reaksi
berikut :

Na2SO4 + 2 C --- Na2S + CO2

2Na + SO2 + 4 CO - Na2S + 4 CO2

4.6.3 Fungsi utama Recovery Boiler

Dua fungsi yang sangat penting dari Recovery Boiler adalah :

1. Mengubah senyawa inorganic menjadi bentuk yang memmudahkannya di

regenerasi, contohnya Sodium Carbonate (Na2CO3) dan mereduksi
Sodium sulfat (Na2SO4) menjadi Sodium Sulfide (Na2S sebgai kimia aktif
dalam proses pulping).
2. Membakar material organik dalam blak liquor menghasilkan panas yang
digunakan untuk reaksi dalam furnace, melelehkan abu, mengeringkan
black liquor, mendidihkan air dan membuat uap lewat jenuh (superheated).

4.7 Perhitungan dan Pembahasan

4.7.1 Perhitungan (Data Aktual)

Pengambilan data pada unit recovery plant yang diperoleh dari DCS yaitu pada
tanggal 21 Juli s.d. 31 juli 2017. Data yang digunakan pada perhitungan
merupakan hasil rata-rata data dari tanggal 21 Juli s.d. 31 juli 2017.

Tabel 4.1 Variabel perhitungan dalam furnace dan Boiler pada Recovery Boiler
Variabel Nilai
 TDS (%) 70,1
Temp. Primary air heater (oC) 153,2
Excess Air (%) 3,3
Flow Black Liquor (m3/hr) 92,7
Temp. BL to Furnace (oC) 130,2
HHV BL (kJ/kg) 15308,70
Eficiency Reduction (%) 93,5
Feed Water Flow (ton/hr) 314,2
Temp. Feed Water (oC) 160,0
Shoot blowing #1 (ton/hr) 18,8
Shoot blowing #2 (ton/hr) 18,6
Smelt Temp. (oC) 1.011,9
Temp. Stack gas (oC) 180,2
Steam Flow (ton/hr) 308,4
Steam Temp. (oC) 445,9
Steam Pressure (kPa) 6.255,4
Blowdown Flow (ton/hr) 5,8
Blowdown Temp. (oC) 258,6
Sumber: PT. Tanjungenim Lestari Pulp and Paper

Tabel 4.2 Komposisi Black Liquor

Komponen % (massa) Massa (Kg) Mol (Kmol)
K 2,12 1929,577 49,476
Cl2 0,70 637,124 8,974
S 4,13 3759,034 117,470
Na 19,60 17839,483 775,630
C 34,80 31674,184 2639,515
H2 3,13 2848,856 1424,428
O2 35,52 32329,512 1010,297
Total 100,00 91017,771 6025,790
Sumber: PT. Tanjungenim Lestari Pulp and Paper

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Neraca Massa Rata-Rata

Pada Tanggal 21 Juli s.d. 31 juli 2017
Furnace
Komponen Input (kg) Output (kg)
K 1929,577 -
 Cl2 637,124 -
S 3759,034 -
Na 17839,483 -
C 31674,184 -
H2 2848,856 -
O2 114855,208 2636,348
N2 310453,806 310453,806
H2O 76222,131 101861,837
K2S - 2721,198
Na2S - 6762,919
Na2SO4 855,913
NaCl - 1049,909
Na2CO3 - 30327,620
CO2 - 103549,853
Total 560219,404 560219,404

Boiler
Komponen Input (kg) Output (kg)
BFW 314200 -
Steam - 308400
Blowdown - 5800
Total 314200 314200
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Neraca Energi Rata-Rata
Pada Tanggal 21 Juli s.d. 31 juli 2017

Variable Input (GJ) Output (GJ)

HHV (Q1) 1393,364 -
Sensibel Black Liquor (Q2) 37,729 -
Sensibel H2O BL (Q3) 7,290 -
Sensibel udara (Q4) 49,280 -
BFW (Q5) 212,258 -
Sensibel stack gas (Q6) - 92,797
Laten H2O dari reaksi (Q7) - 215,440
Panas pembentukan Na2S (Q8) - 88,527
Panas sensibel Smelt (Q9) - 62,576
Panas Steam (Q10) - 1013,918
 Panas Blowdown (Q11) - 6,539
Heat Loss (Q12) - 220,124
Total 1.699,921 1.699,921

Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Neraca Energi Pada 21 Juli 2017 s.d. 31 Juli 2017

Hasil Aktual Design

Efisiensi Boiler (%) 67,64 68,4

4.7.2 Pembahasan
Recovery boiler merupakan suatu plant yang berfungsi untuk
mengmulihkan suatu senyawa aktif alkali untuk digunakan dalam proses
pemasakan di Digester, selain itu berfungsi untuk menghasilkan steam yaitu yang
dapat memenuhi 60%-70% kebutuhan energi di sebuah industri pulp. Black
Liquor yang merupakan produk samping dari pembuatan pulp mengandung
senyawa organik dan inorganik yang nantinya akan dibakar sebagai sumber energi
dan mengembalikan senyawa Na2S yang bereaksi dengan O2 pada proses
pembuatan pulp. Proses pemulihan ini melibatkan char dari HBL yang bereaksi
dengan Na2SO4 untuk menghasilkan CO2 dan Na2S yang nantinya akan digunakan
kembali sebagai black liquor.
Kandungan solid yang terkandung dalam HBL akan menentukan berapa
besar kandungan organik yang dapat menghasilkan energi. %TDS yang
dianjurkan untuk proses pembakaran yaitu >70%. Hal ini dikarenakan apabila
konsentrasi HBL rendah maka HBL tersebut masih mengandung banyak air yang
akan mengganggu proses pembakaran dan banyak panas yang terbuang untuk
menguap air dalam HBL. Data pada tanggal 1 juli 2016 menunjukkan efisiensi
boiler masih tinggi dan masih layak dibakar. Selain itu temperatur udara
pembakaran juga dapat membantu proses penguapan air dalam HBL sebelum
dibakar. Temperatur udara berpean dalam menaikkan nilai kalor pada proses
pembakaran.
Perbandingan pengaruh %TDS dan Temperatur udara pembakaran terlihat
pada grafik di atas. Efisiensi berbanding lurus dengan %TDS dan Temperatur
udara pembakaran. Apabila konsentrasi HBL meningkat dan temperatur udara
meningkat maka efisiensi akan meningkat sedangkan apabila %TDS dan
temperatur udara rendah maka efisiensi akan menurun. Hal ini terjadi karena
kandungan zat yang dapat terbakar dalam HBL berupa karbon dan gas hidrogen
(C dan H2) juga meningkat seiring turunnya kadar air dalam HBL serta temperatur
udara yang memiliki kalor lebih tinggi.

4.8 Kesimpulan

1.

2. Hasil perhitungan untuk Dry Solid sebesar 70,1%, panas masuk yang
dihasilkan sebesar 1.699.920.836,84 kJ dan dari data steam yang diperoleh
didapatkan energi yang diserap oleh steam sebesar 1.013.917.928,77 kJ, maka
dari hasil perhitungan efisiensi pada recovery boiler sebesar 67.64% panas
yang bisa diubah menjadi steam, sedangkan sisa panas digunakan untuk
menguapkan kandungna air di black liquor, pembentukan smelt,
pembentukan sulfida (Na2S), panas hilang karena radiasi, dan lain-lain
sehingga panas masuk sama dengan panas keluar.
3. Dari data yang diambil 21 Juli s.d. 31 juli 2017, jumlah TDS (Total Dry
Solid) yaitu 70,1%. Penetapan angka dari PT Tel PP mengenai besarnya
angka TDS pada rentangan 70-75% solid adalah untuk memudahkan
transportasi dari Black Liquor tersebut, meskipun jika dilihat secara teoritis
TDS tadi dalam rentangan di atas berarti masih mengandung air yang cukup
banyak, sehingga pada saat pembakaran Black Liquor tersebut, terlebih
dahulu yang teruapkan adalah air kemudian baru komposisi organik pada
HBL. Tetapi, walaupun semakin tingginya pembakaran apabila memiliki
jumlah padatan yang tinggi dibandingkan dengan cairan, juga akan
mempengaruhi proses transportasi dari HBL tersebut melalui pemipaan.
Karena apabila terlalu kental dari cairan HBL tersebut akan menyebabkan
penyumbatan di pipa.