Penghematan Energi Efisien dengan Pengeringan Kering Koks Panas

Pengeringan Kering Koks Panas

Coke dry quenching (CDQ) adalah proses hemat energi yang digunakan selama produksi koks di baterai rook koks. Pabrik CDQ juga dikenal sebagai pabrik pendinginan kering koks (CDCP). Dalam proses CWQ (coke wet quenching) tradisional, koks merah yang dienkarkan dari rook koks didinginkan dengan menyemprotkan air pada koks panas. Air yang digunakan untuk pendingin menguap dan dilepaskan ke atmosfer. Masalah pada sistem konvensional ini adalah kehilangan energi ketika energi termal koks merah diubah menjadi uap yang menguap dan dilepaskan tanpa dimanfaatkan. Kelemahan lainnya adalah proses CWQ juga menghasilkan debu koks udara, dan oleh karena itu, proses CWQ terkait dengan emisi CO2 yang tinggi dan kehilangan energi termal.

Selama proses CWQ untuk pendinginan koks keluar rook, kalor sensitif koks panas disipasi ke atmosfer dan hilang. Selain itu, terdapat emisi udara (0,5 ton uap per ton koks, yang terkena fenol, sianida, sulfida dan debu) dan jumlah besar air (sekitar 0,6 cum per ton koks) diperlukan untuk pendinginan basah. Kontaminan dalam air juga dibuang ke lingkungan. Tab 1 menunjukkan perbandingan properti typis koks yang dihasilkan oleh proses CWQ dan proses CDQ.

Dalam proses CDQ, koks merah didinginkan oleh gas yang beredar dalam sistem tertutup, sehingga mencegah pelepasan debu koks udara. Energi termal koks merah, yang hilang dalam proses CWQ konvensional, dikumpulkan dan digunakan kembali sebagai uap dalam sistem CDQ. Teknologi ini menggunakan bahan bakar fosil yang lebih sedikit dan menghasilkan emisi CO2 yang lebih rendah, sehingga berkontribusi pada pencegahan pemanasan global. Saat ini, pabrik CDQ telah menarik perhatian banyak pihak di seluruh dunia karena pemulihan energi yang efisien dan karakteristiknya dalam mengurangi polusi lingkungan. Mereka dianggap sebagai fasilitas penting untuk upaya anticipasi terhadap masalah lingkungan seperti pemanasan global oleh CO2 dan polusi udara. Dalam studi, di mana perhitungan penghematan energi dilakukan berdasarkan operasi proses CDQ yang ada, telah ditunjukkan bahwa 85 % dari limbah panas yang dihasilkan selama karbonisasi batubara dipulihkan oleh proses CDQ.

Sejarah

Teknik CDQ diperkenalkan di Swiss oleh saudara Sulzer pada tahun 1920-an. Beberapa dekade kemudian, konsep yang ditingkatkan dari proses CDQ untuk operasi berkelanjutan dihasilkan oleh Institut Giprokoks di Rusia. Setelah uji coba pilot dan uji coba pilot/komersial, instalasi pabrik CDQ skala penuh pertama dikomisionkan pada tahun 1965 di Pabrik Baja dan Besi Cherepovets di USSR dulu. Pada tahun 1978 sekitar 50 modul CDCP dengan kapasitas 56 ton per jam sedang beroperasi di USSR dulu. Selama dua dekade terakhir, proses CDQ secara bertahap diterima, meskipun proses CWQ masih populer. Namun, sejumlah besar pabrik CDQ sedang beroperasi di banyak negara. Gambar 1 menunjukkan modul pabrik CDQ desain Giprokoks yang memiliki kapasitas 56 ton per jam.

Gambar 1 Modul pabrik CDQ desain Giprokoks memiliki kapasitas 56 ton per jam

Jepang membeli lisensi dari USSR pada tahun 1975 dan tiga instalasi Jepang dikomisionkan pada tahun 1976 – 77. Seiring meningkatnya kapasitas produksi rook koks dalam beberapa tahun terakhir, kapasitas CDQ juga telah diminta untuk menyesuaikan tren yang berubah ini. Untuk mengikuti tendensi ini dan memenuhi berbagai persyaratan pelanggan, pengembangan pabrik CDQ skala besar yang terdiri dari satu kamar (single-chamber CDQ) untuk pendinginan jumlah besar koks telah dilakukan di Jepang. Untuk single-chamber CDQ, ketersediaan adalah faktor yang sangat penting karena tidak ada fasilitas cadangan. Untuk mencapai ketersediaan tinggi, operasi stabil adalah esensial. Namun, untuk operator yang kurang berpengalaman, sulit untuk mencapai operasi stabil dengan menyesuaikan berbagai parameter. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi otomasi baru untuk pabrik CDQ juga telah dikembangkan. Peningkatan progresif dalam kapasitas kamar CDQ sejak tahun 1975 ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar 2 Peningkatan progresif kapasitas kamar CDCP sejak tahun 1975

Proses CDQ

Koks panas setelah pengencaran dibawa dari baterai rook koks ke pabrik CDQ dalam tongkol dengan bukaan bawah yang diletakkan pada mobil pendinginan. Tongkol ini diangkat di pabrik CDQ oleh alat pengangkat/pemuat ke atas kamar CDQ dan koks merah dilepaskan ke ruang pratinjau oleh alat pemuat. Koks panas (suhu sekitar 1000 derajat C hingga 1100 derajat C) didinginkan dalam kamar oleh gas yang beredar. Dalam kamar, gas yang beredar bergerak berlawanan dengan gerakan koks, yaitu gas yang beredar bergerak ke atas sementara koks bergerak ke bawah karena gravitasi.

Gas yang beredar di pabrik CDCP yang beroperasi berkelanjutan adalah gas campuran yang terdiri terutama dari nitrogen (N2) beserta sejumlah kecil carbon dioksida (CO2), carbon monoksida (CO), dan hidrogen (H2). Komposisi typis gas yang beredar adalah N2 – 70 % hingga 75 %, CO2 – 10 % hingga 15 %, CO – 8 % hingga 10 %, dan H2 – 2 % hingga 3 %. Koks panas, saat menurun dalam kamar, didinginkan ke suhu yang kurang dari 200 derajat C oleh gas yang beredar yang ditiup dari zona bawah kamar pendingin dan dilepaskan dari fasilitas pembuang di bawah kamar. Waktu tempuh koks melalui kamar sekitar 5 jam hingga 6 jam. Parameter operasional typis untuk pabrik CDQ dengan kapasitas 56 ton/jam diberikan dalam Tab 2.

Gas sirkulasi suhu tinggi (sekitar 800 derajat C hingga 850 derajat C) setelah proses pertukaran panas di kamar pendingin melewati penangkap debu primer dan disuplai ke boiler. Gas sirkulasi setelah proses pertukaran panas di boiler didinginkan ke sekitar 180 derajat C. Uap yang dihasilkan di boiler digunakan sebagai uap proses umum, atau diubah menjadi uap tekanan tinggi yang diSUPERHEAT untuk generasi listrik melalui generator turbin.

Gas sirkulasi melewati penangkap debu sekunder ke dalam blower sirkulasi gas, yang menekan gas tersebut, dan komposisinya dikoreksi dengan penambahan gas N2 kemudian gas sirkulasi ditiapkan di bawah kamar CDQ. Jika diperlukan, sub-ekonomizer dipasang untuk menurunkan suhu gas sirkulasi ke sekitar 130 derajat C, meningkatkan efisiensi pendinginan kamar pendingin.

Ada beberapa fasilitas pendukung yang meliputi alat pemotong untuk memotong koks dari kamar, sistem penghapusan debu untuk menghapus debu di dalam gas iners yang beredar, dan penangkap debu sekunder yang dipasang sebelum blower sirkulasi. Alur proses CDQ ditunjukkan dalam Gambar 3.

Gambar 3 Alur proses CDQ

Manfaat proses CDQ

Proses CDQ memiliki banyak keuntungan dibandingkan proses CWQ konvensional. Keuntungan utama dijelaskan di bawah ini.

Pemanfaatan kalor sensitif koks panas – Listrik dapat dihasilkan dengan pendinginan kering koks tanpa konsumsi bahan bakar fosil. Ini mengarah pada pengurangan emisi CO2. Sebagai contoh (Gambar 4), CDQ dengan kapasitas 200 ton per jam (t/h) dapat menghasilkan sekitar 36 MW listrik. Untuk generasi listrik yang sama dengan boiler bakar minyak berat, diperlukan 12 t/h minyak berat dan ini mengakibatkan 36 t/h emisi CO2 ke atmosfer. Oleh karena itu, pabrik CDQ memberikan keuntungan ekonomis dan lingkungan. Karena memulihkan kalor sensitif koks, ada penghematan energi bersih. Penghematan energi sekitar 0,25 Gcal/ton koks. Proses CDQ memungkinkan pemanfaatan energi yang efektif yang diserap ke atmosfer dalam proses CWQ.

Perlindungan lingkungan – Dalam CDQ, tidak ada asap putih yang biasanya keluar dari menara pendinginan dalam kasus proses CWQ. Asap putih ini memiliki kandungan debu yang tinggi. Ketidakadaan asap putih dalam kasus proses CDQ adalah karena semua proses sepenuhnya tertutup. Sebagai hasilnya, lingkungan kerja di sekitar peralatan CDQ meningkat.

Secara umum, dengan proses CWQ, jumlah besar debu koks (sekitar 300 g/t koks hingga 400 g/t koks) dihasilkan yang terkandung dalam uap yang dikeluarkan ke lingkungan. Proses yang baru dikembangkan 'coke stabilizing quenching (CSQ) mengurangi volume emisi debu. Namun, proses CDQ masih lebih efisien dalam pencegahan emisi debu. Volume emisi debu dari CDQ kurang dari 3 g/t koks (Gambar 4). Nilai ini telah meningkat lebih lanjut dengan perbaikan berkelanjutan dari proses CDQ yang sedang berlangsung.

Proses CDQ juga ramah lingkungan dengan respecto ke polusi air dan konservasi air. Ini karena tidak ada air yang digunakan dalam proses CDQ sebaliknya proses CWQ di mana medium pendinginan adalah air.

Gambar 4 Manfaat proses CDQ

Kontribusi proses CDQ dalam peningkatan produktivitas di BF – Kualitas koks yang dihasilkan oleh proses CDQ yang ditingkatkan mengarah pada peningkatan produktivitas di rook bakar (BF). Seperti yang diketahui tentang koks yang dihasilkan oleh proses CDQ, ia memiliki dua fitur unggul dibandingkan kualitas koks yang dihasilkan oleh proses CWQ. Fitur-fitur ini adalah (i) kekuatan mekanik koks yang lebih tinggi, dan (ii) kadar air yang sangat rendah dalam koks (hampir nol). Fitur-fitur ini memberikan beberapa manfaat di BF yang dijelaskan di bawah ini.

Konsumsi bahan bakar di BF berkurang beberapa persen karena energi panas tambahan tidak diperlukan untuk penguapan air yang terkandung dalam koks. Ini juga berkontribusi pada pengurangan CO2 di BF, dan peningkatan generasi listrik di TRT (turbine pemulihan tekanan atas) karena peningkatan suhu di atas BF.

Dengan menggunakan koks yang didinginkan dengan proses CDQ, permeabilitas di BF meningkat karena kekuatan koks yang tinggi. Permeabilitas yang lebih tinggi di BF meningkatkan efisiensi reaksi reduksi di BF, dan ini meningkatkan produktivitas logam mentah rook bakar. Rook bakar yang menggunakan koks yang dihasilkan oleh proses CDQ memiliki operasi yang lebih stabil secara banding. Selanjutnya, karena kekuatan koks meningkat, interior rookakar dapat mempertahankan permeabilitas yang memadai dan sehingga laju injeksi arus bubuk batubara yang lebih tinggi dapat dicapai di rookakar.

Peningkatan kualitas koks – Kualitas koks meningkat dengan proses CDQ dibandingkan koks yang dihasilkan oleh proses CWQ. Kualitas koks lebih stabil karena deviasi standar yang rendah (biasanya sekitar 1,25 %). Kualitas koks yang seragam membantu operasi rookakar. Ini karena koks didinginkan secara bertahap oleh gas sirkulasi di kamar CDQ alih-alih pendinginan cepat dengan penyemprotan air melalui jet air dalam kasus proses CWQ. Selain itu, reaksi air-gas dihindari. Peningkatan yang diharapkan dalam kekuatan mekanik (indeks drum) sekitar 1,5 % dan peningkatan kekuatan koks setelah reaksi (CSR) sekitar 2,5 %. Peningkatan ini karena koks panas yang didinginkan secara bertahap oleh gas sirkulasi, bebas dari pori permukaan dan retakan internal yang biasanya terdapat dalam koks yang didinginkan basah.

Secara umum diamati bahwa tingkat peningkatan kekuatan koks relatif lebih rendah, dalam kasus ada persentase tinggi batubara koks berkualitas tinggi dalam campuran batubara yang digunakan untuk karbonisasi batubara. Penggunaan batubara koks berkualitas rendah yang lebih tinggi dalam campuran batubara memberikan keuntungan biaya tambahan dengan proses CDQ.