## ANALISA PEMANFAATAN EXCESS COKE OVEN GAS SEBAGAI BAHAN BAKAR GAS HEATER DI IRON MAKING

## Edi Suderajat
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta
Abtrak -- Analisa pemanfaatan excess Coke Oven Gas Sebagai Bakar Bakar Gas Heater dilakukan untuk Memanfaatkan  excess  COG  dari  coke  oven  plant  yang  berjumlah  11.722  NCMH  untuk  dipakai  sebagai bahan bakar di gas heater dan juga untuk meningkatkan ketersediaan gas bakar akibat makin menurunnya pasokan dan semakin mahalnya gas alam. Dari hasil perhitungan Coke oven gas (COG) memiliki nilai kalor yang  relatif  tinggi,  yaitu  sekitar  4,373.56  kCal/Nm3  atau  kira-kira  setengah  nilai  kalor  gas  alam  yang mencapai 8600 kCal/Nm3. Apabila digunakan sebagai bahan bakar di gas heater akan berdampak Heat Duty  kecil,  Namun  hal  ini  bisa  diantisipasi  dengan  menambah  flow  dari  COG  yang  akan  masuk  ke  gas heater,  apabila  COG  digunakan  sebagai  bahan  bakar  maka  dapat  menggantikan  hampir  separuh  dari kebutuhan gas alam untuk volume yang sama.
Kata kunci: Analisa, Coke Oven Gas, Nilai Kalor, Temperatur

## 1.  PENDAHULUAN

## 1.1 Latar Belakang
Ketersediaan sumber energi, harga, dan kestabilan suplai  energi  merupakan  isu  utama  bagi  industri baja  untuk  dapat  menjamin  kelangsungan  bisnis. Gas  alam  adalah  sumber  energi  utama  yang digunakan  pada  industri  baja  yang  berbasis  gas (gas  based  steel  industry) .  Harga  gas  alam  terus meningkat  secara  signifikan,  tetapi  di  sisi  lain  gas alam  telah  menjadi  alternatif  sumber  energi  yang paling banyak digunakan pada saat tingginya harga minyak bumi, sehingga hal ini berakibat terbatasnya suplai gas alam ke industri baja.
Perusahaan  baja  berbasis  gas  yang  sedang bertransformasi  menjadi  perusahaan  berbasis batubara  melalui blast  furnace  complex dengan tetap mempertahankan fasilitas iron making existing yang  berbasis  gas.  Perusahaan  akan  memiliki keuntungan dari operasi kedua teknologi ini secara bersamaan dimana excess coke oven gas dari coke oven  plant dapat  dimanfaatkan  di Direct  reduction plant tidak hanya sebagai bahan bakar tetapi juga sebagai  gas  proses  karena  kemiripan  komposisi kimia coke oven gas dengan reformed gas atau gas reduktor.
COG  yang  dihasilkan  coke  oven  plant berjumlah  27.800  NCMH  dan  dipakai  untuk keperluan  internal  BF  Complex  sebesar  16.078 NCMH sehingga ada ekses sebesar 11.722 NCMH. Berdasarkan  analisis excess  coke  oven  gas berpotensi  untuk  dapat  dimanfaatkan  sebagai  gas proses  meliputi  gas  reduksi  dan  gas  cooling,  dan juga sebagai bahan bakar di beberapa bagian dari fasilitas produksi

## 2.  METODE PENELITIAN
Pelaksanaan tugas akhir ini berada di PTKS di kota Cilegon  provinsi  Banten.  PTKS  merupakan  pabrik baja  yang  terintegrasi  dari  mulai  hilir  sampai  hulu.
Salah  satu  pabrik  hulu  dari  PTKS  adalah  Coke Oven Plant.
Waktu pembuatan tugas akhir ini disusun dan akan  digunakan  sebagai  panduan  penulis  dalam penyelesaian  rancangan  tugas  akhir,  dan  jadwal penelitian adalah sebagai berikut:
Dalam  pembuatan  tugas  akhir  ini  berikut tahapan  pelaksanaan  penelitian  pemanfaatan COG:

## A.  Studi Literatur
Tahap awal perancangan ini didasari dengan teori- teori yang telah ada, dengan studi  literatur penulis mendapat  referensi  analisa  pemanfaatan  COG. Dalam studi literatur referensi didapat dari beberapa buku dan situs internet seperti yang tercatat dalam daftar pustak tugas akhir ini.

## B.  Pengumpulan Data
Tahap  ini  didasarkan  pada  kondisi  parameter proses  di  PT  Krakatau  Steel,  beberapa  parameter tersebut  adalah  temperature serta nilai kalor Coke Oven  Gas  (COG)  Parameter  tersebut  disesuaikan dengan kondisi di lapangan. Parameter ini didapat dari dokumen basic engineering coke oven plant .

## C.  Analisa
Setelah  didapat  data  berupa  nilai  kalor  dan temperature  dari  COG  berdasarkan  referensi  dari PT  Krakatau  Steel  maka  disimulasikan  dengan
menggunakan  Microsoft  excel  dan  hysis  guna menentukan hasil apakah COG mampu digunakan sebagai  bahan  bakar  di  gas  heater  berdasarkan nilai  kalor  dan  temperaturnya  dikomparasikan dengan data Natural Gas yang sebelumnya sudah dipakai sebagai bahan bakar di gas heater

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.  Data Hasil Pengujian Nilai kalor .
Tabel 4.1 Total Caloric Value Natural gas + LHV Composition LHV PERTAMINA (kcal/NCM) % LHV N 2 0 4.03% 0.00 CO 2 0 9.85% 0.00 CH 4 8,555.33 79.78% 6,825.44 C 2 H 6 15,225.35 3.27% 497.87 C 3 H 8 21,795.61 2.00% 435.91 i C 4 H 10 28,374.64 0.39% 110.66 n C 4 H 10 28,374.64 0.42% 119.17 i C 5 H 12 34,890.69 0.16% 55.83 n C 5 H 12 34,890.69 0.10% 34.89 Total 8,079.77 Tabel 4.2 kompoisi keluaran COG 1 Composition COG % N 2
3.50%
CO 2 4.50% CH 4 25.00% C 2 H 6 3.00% H 2 52.50% O 2 3.00% CO 8.25% Tabel 4.3 kompoisi keluaran COG 2 Composition COG % N 2 4.50% CO 2 5.50% CH 4 25.00% C 2 H 6 3.50% H 2 54.00% O 2 2.50% CO 9.25% Tabel 4.4 kompoisi keluaran COG 3
Composition COG % N 2 4.00% CO 2 5.00% CH 4 26.50% C 2 H 6 4.00% H 2 55.50% O 2 3.50% CO 9.50%

## Tabel 4.5 Kompisisi rata – rata keluaran COG
Composition COG % N 2 4.00% CO 2 5.00% CH 4 25.5% C 2 H 6 3.50% H 2 54.00% O 2 3.00% CO 9.00%

## B.  Perhitungan LHV dari kandungan Coke Oven Gas
Untuk  menghitung  nilai  LHV  dari  masing-masing kandungan  yang ada di dalam COG dapat dipakai rumus:
LHV  = LHV (kcal/NCM) x % (COG) LHV (N 2 ) = 0 kcal/NCM x 4.00 % = 0 kcal/NCM LHV (CO 2 )  = 0 kcal/NCM x 5.00 % = 0 kcal/NCM LHV (CH 4 ) = 8,555.33 kcal/NCM x 25.5% = 2,181.61 kcal/NCM LHV (C 2 H 6 ) = 15,225.35 kcal/NCM x 3.50%
= 532.89 kcal/NCM
LHV (H 2 ) = 2,570 kcal/NCM x 54.00 % = 1,387.80 kcal/NCM LHV (O 2 ) = 0 kcal/NCM x 3 %
= 0 kcal/NCM LHV (CO) = 3,014.00 kcal/NCM x 9.00%
= 271.26 kcal/NCM
Total LHV
= 0+0+2,181.61+532.89+1,387.80+0+271.26
= 4,373.56 kcal/NCM
Tabel 4.6 Total Caloric Value Coke Oven Gas
Composition LHV COG (kcal/NCM) % LHV N2 0 4.00% 0 CO2 0 5.00% 0 CH4 8,555.33 25.50% 2,181.61 C2H6 15,225.35 3.50% 532.89 H2 2,570 54.00% 1,387.80 O2 0 3.00% 0.00
CO 3,014.00 9.00% 271.26 Total 4,373.56

## C.  Hasil perhitungan nilai kalor
Dari hasil perhitungan didapat bahwa nilai kalor dari COG  sekitar  4,373.56  Kcal/NMH  atau  sekitar setengah  dari  nilai  kalor  NG  8,079.77,  maka dampak  yang  ditimbulkan  jika  COG  digunakan sebagai  bahan  bakar  di  gas heater adalah  Heat duty kecil.

## D.  Menghitung temperature dari masing –
masing komposisi COG
a.  CH 4
Untuk menghitung mula – mula dapat menggunakan rumus:
M = % CH 4 x flow COG/ 22,4
= 25,5 x 4943000 : 22,4 = 5.622.056 mol
Q 1 = CH4 ∫ 4 = 5.622.056 ∫ −1028629.292 = 5.622.056 ∫ 3.5654 + 06
= 2.004E+13
Q 2 = O2 ∫ 2 + N2 ∫ 2 = 2248822.4 ∫ 351796.82 +
50733433.34 ∫ 351796.82 = 2248822.4 ∫ −5.1423 + 05 + = 50733433.34 ∫ −4.2029 + 03
= -1.1564E+12 + -2.1323E+13
= -2.2479E+13
Q 3 = Reaksi CH 4 x ΔH = 5622056 x 312753.4
= 1.75832E+12
Q 4 (O 2 ) = sisa + ∫
= n [A (T-298) + B/2 (T 2 – 298 2 ) +
C/3 (T 3 – 298 3 ) + D/4 (T 4 –
298 4 )]
= 2248822.4 [ 1.7543E+05 (T-298)
+ -6.1523E+03/2 (T 2 – 298 2 ) + 1.1392E + 03/3 (T 3 – 298 3 ) + -9.2382E+01/4 (T 4 – 298 4 )
= 2248822.4 [ (1.7543E+05 –
5.2278E+07) - 3.0762E+03T 2 +
2.7317E+08) + ( 3.7973E+02 T 3 –
1.0049E+10) – 2.3096E+01 T 4 +
1.8213E+09)
= 2248822.4 (-7.9022E+9 + 1.7543
E+05T -3.0762E+03T 2 +3.7973E+ 02T 3 2.3096E-01T 4
= 4.340 E+17 + (-66.9178E+09 + 8.54E+08 T – 5.1938E+05 T) 2 T 2
Q 4 (CO 2 )  = sisa + ∫
= n [A (T-298) + B/2 (T 2 – 298 2 ) + C/3 (T 3 –
298 3 ) + D/4 (T 4 – 298 4 ) = 5622056 [-8.3043E+05 (T- 298) + 1.0437E+05/2 (T 2 – 298 2 ) – 4.3333 E+02/3 (T 3
– 298 3 ) + 6.0052E-01/4 (T 4 – 298 4 )
= 5622056[ -8.3043E+06T + 2.474E+02)  + (5.2185 E+04T 2 + 4.6342E+09) +(-1.444E+02 T 3 +3.8224 E+09) +(1.5013E+01T 4 +
1.1839E+09)
= -4.6393 E+13 + (8.1204 E+08T +
8.4403E+07T 2 ) T 2
Q 4 (H 2 O) = sisa + ∫ = n [A (T-298) + B/2 (T 2 – 298 2 ) + C/3 (T 3 –
298 3 ) + D/4 (T 4 – 298 4 )]
= 22488224 [0,0336 (T-298) + 0,2679/2 (T 2 – 298 2 ) + 2,6105/3 (T 3 – 298 3 ) + 0,0890/4 (T 4 – 298 4 )
= 22488224 [ 0,0336 T – 1,0012 E+01) + (0,1339 T 2 + 1,189E+04) + (0,8701 T 3 + 2,3027 E+07) + (0,02225 T 4 + 1,7546 E+08)
= 3,8048 E+07 + (1,9567 E+07 T + 5,0036E+05 T 2 ) T 2
b.  C 2 H 6
Untuk menghitung mula – mula dapat menggunakan rumus:
M = % C2H6 x flow COG/ 22,4
= 3,5 x 4943000 / 22,4 = 772343.75 mol
Q 1 = C2H6 ∫ 2 6 772343.75 −1028650.991 = 772343.75  ∫ 3.5654 + 06
= 2.7537E+12
Q 2 = O2 ∫ 2 + N2 2 = 3243843.75 ∫ 351796.82
+7941824 ∫ 351796.82 = 3243843.75 ∫ −5.1423 + 05
= 7941824 ∫
−4.2029 + 03
= -1.6681E+12 + -3.3379E+12 =  -5.0060E+12
Q 3 = Reaksi C 2 H 6 x ΔH = 772343.75 x 312460.4 = 2.41327E+11
Q 4 (O 2 ) = sisa + ∫
= n [A (T-298) + B/2 (T 2 – 298 2 )
+ C/3 (T 3 – 298 3 ) + D/4 (T 4 – 298 4 )]
= 540640.625 [1.7543E+05 (T-298)
+ -6.1523E+03 / 2 (T 2 – 298 2 )+
1.1392E+03 / 3 (T 3 – 298 3 ) +
-9.2382E+01 (T 4 – 298 4 ) ]
= 540640.625 [ (1.7543E+05 –
5.2278E+07) - 3.0762E+03T 2 +
2.7317 E+08) + ( 3.7973E+02T 3
– 1.0049E+10) – 2.3096E+01T 4
+ 1.8213E+09)]
= 540640.625 [-7.9022E+9 +
(1.7543E+05T -3.0762E+03T 2 +
3.7973E+ 02T 3 - 2.3096E-01T 4 )]
= -4.2722E+15 + 9.4845E+10 +
(-1.6631E+09T + 2.0530E+08T 2
– 1.2487E+05T 3 )T
=  4.2722E+15 -1.6631E+09 +
(2.0530E+08T – 1.2487
E+05T 2 )T 2
Q 4 (CO 2 ) = sisa + ∫
= n [A (T-298) + B/2 (T 2 – 298 2 ) + C/3 (T 3 – 298 3 ) + D/4 (T 4 – 298 4 )
= 1544687.5 [-8.3043E+05 (T- 298) +
1.0437E+05/2 (T 2 -298 2 ) – 4.3333 E+02/3
(T 3 – 298 3 ) + 6.0052E-01/4 (T 4 – 298 4 )
= 1544687.5 [-8.3043E+06T + 2.474E+02) + (5.2185E+04T 2 + 4.6342E+09) + (-
1.444E+02 T 3 + 3.8224E+09)+(1.5013 E+01T 4 + 1.1839E+09)
= 1544687.5 [9.6405E+09 – 8.3403E + 06 + (5.2185E+04T- 1.4444 E+02T 2 +1.50136 E+01T 3 ) T]
= 1.4879E+16 - 1.2883E+13 + 8.0610E+10 + (- 2.2311E+08T + 2.3191E+07T 2 ) T 2
= 1.4866E+16 + (-2.2311E+08T + 2.3191E+07T 2 )T 2
Q 4 (H 2 O) = sisa + ∫
= n [A (T-298) + B/2 (T 2 – 298 2 ) + C/3 (T 3 –
298 3 ) + D/4 (T 4 –298 4 )]
= 3089375 [0,0336 (T-298) + 0,2679/2(T 2 – 298 2 ) + 2,6105/3 (T 3 – 298 3 ) + 0,0890/4 (T 4
-298 4 )]
= 3089375 [0,0336 T – 1,0012 E+01) + (0,1339
T 2 +1,189E+04) + (0,8701 T 3 + 2,3027 E+07) + (0,02225 T 4 + 1,7546 E+08)
= 3089375 [1.5244E+08+(0.0336T + 0.1339T 2
+ 0.8701T 3 + 0.02225T 4 )]
= 4.7094E+14 + 1.0380E+05 + 4.1367E+05 + (0.8701T + 0.02225T 2 )T 2
= 4.7094E+14 + (0.8701T + 0.02225T 2 )T 2

## KESIMPULAN
Coke  Oven  Gas  (COG)  memiliki  nilai  kalor  yang relatif  tinggi,  yaitu  sekitar  4,373.56  kCal/Nm 3 atau kira-kira  setengah  nilai  kalor  gas  alam  yang mencapai  8600  kCal/Nm 3 .  Apabila  digunakan sebagai  bahan  bakar  di  gas  heater,  COG  mampu menggantikan NG namun dengan menambah flow COG dua kali agar temperatur bakar di gas heater tercapai  dengan  suhu  1253 o C  mampu  melebihi temperatur  di  gas  heater  dengan  menggunakan NG.
Dari  hasil  simulasi  dan  perhitungan  bahwa  nilai kalor  COG  lebih  rendah  dari  nilai  natural  gas sehingga  temperatur  keluaran  gas  heater  menjadi berkurang.  Namun,  hal  ini  bisa  diatasi  dengan menambah  flow  dari  COG  dua  kali  sehingga  bisa didapat temperatur bakar di gas heater tercapai.
Namun  hal  ini  bisa  diantisipasi  dengan menambah flow dari COG yang akan masuk ke gas heater,  apabila  COG  digunakan  sebagai  bahan bakar  maka  dapat  menggantikan  hampir  separuh dari kebutuhan gas alam untuk volume yang sama.

## DAFTAR PUSTAKA
 Diktat  Sertifikasi  Keahlian  Bidang  Operasi. 2002, Cilegon : PT Krakatau Steel.
 Suwandi,  Yusuf. Komunikasi  Pribadi .  2008, Cilegon : PT Krakatau Steel.
 Zuhan,  Zulfiadi. Metallurgy  of  iron  and  steel making. 2009.  Bandung  :  Institute  Teknologi Bandung.
 Perry's Chemical Engineers' Handbook
 http://www.engineeringtoolbox.com diakses pada tanggal 15 April 2015
 http://adikasin.blogspot.com/2012/09/proses- pembakaran-bahan-bakar.html