Rotary Dryer Untuk Pengeringan Biomasa

Ketika menggunakan biomasa sebagai bahan baku produksi pellet dan briquette, maka tingkat kekeringan biomasa tersebut harus cukup kering sehingga bisa dipadatkan dalam bentuk pellet atau briquette tersebut. Bahan baku biomasa baik berupa kayu-kayuan atau limbah-limbah pertanian sering masih basah, sehingga perlu proses pengeringan terlebih dahulu. Sebagai negara tropis memang sinar matahari akan terus bersinar sepanjang tahun, tetapi mengandalkan pengeringan dengan dijemur dibawah terik matahari akan memakan waktu lama, tempat yang luas dan handling yang tidak efisien. Berdasarkan kondisi itulah maka pengeringan yang dilakukan dengan peralatan tertentu perlu dilakukan. Karakteristik pengering di industri adalah bisa mengeringkan kapasitas besar dalam waktu singkat dan ekonomis. 

Rotary dryer atau drum dryer adalah jenis alat pengering yang paling banyak digunakan pada industri pellet dan briquette. Hal tersebut karena rotary dryer memiliki konstruksi sederhana, mudah dalam operasional dan juga maintenance. Penggunaan rotary dryer tidak hanya untuk pengeringan biomasa tetapi juga dibidang-bidang lainnya seperti mineral, pupuk dan sejumlah aggregate. Penggunaan rotary dryer disejumlah bidang dengan berbagai jenis material tersebut juga memberi konsekuensi sejumlah perangkat pendukungnya, misalnya penggunaan cyclone, scrubber, bag house hingga induced draft (ID) fan. Sedangkan dari sisi operasional juga bervariasi mengikuti karakteristik bahan baku yang dikeringkan seperti alur pengeringan dengan counter current atau co-current, dan penggunaan indirect drying atau direct drying.

Setiap alat pengering juga memiliki karakteristik tersendiri dan sesuai untuk jenis material tertentu. Pemilihan jenis pengering (dryer) yang tidak sesuai mengakibatkan tujuan pengeringan tidak tercapai, sebagai contoh rotary dryer cocok digunakan untuk pengeringan material yang tidak pecah atau rusak ketika dijatuhkan dari atas, sedangkan jenis pengering fluidized dryer cocok untuk material yang ringan dan mudah pecah atau rusak ketika dijatuhkan. Biomasa khususnya dalam ukuran partikel kecil adalah material yang tidak rusak atau pecah ketika dijatuhkan, sehingga penggunaan rotary dryer lebih sesuai. Selain biaya investasi lebih mahal, operasional dan maintenance fluidized dryer juga lebih mahal dibandingkan dengan rotary dryer. Pemilihan material untuk pembuatan alat rotary dryer juga merupakan hal penting. Material logam yang tidak sesuai dikhawatirkan akan membuat kualitas produk pengeringan tidak sesuai target selain itu umur pakai juga lebih pendek. 

Pada material biomasa dengan ukuran partikel kecil, rotary dryer adalah alat pengering yang paling umum digunakan. Untuk alur atau arus pengeringan menggunakan cocurrent, bukan counter current berdasarkan sejumlah pertimbangan, yang lebih detail bisa dibaca disini. Pada pabrik wood pellet dan briquette dengan kapasitas besar maka rotary dryer biasanya beroperasi 24 jam sehari, sehingga perfomance atau kinerja rotary dryer menjadi sangat penting. Instalasi yang tidak memadai membuat perfomance rotary dryer tidak optimal dan umur pakai. Terjadinya banyak getaran dan putaran yang tidak seimbang indikasi instalasi rotary dryer tidak memadai dan membuat kinerja tidak optimal serta umur pakai rotary dryer lebih pendek. 

Preparasi Biomasa, Tahapan Penting Pada Pengolahan Biomasa

Biomasa pada umumnya memiliki karakteristik berupa ukuran bervariasi dan juga kadar airnya, demikian juga sejumlah pengotor yang terikut dengannya. Sedangkan untuk bisa diolah menjadi berbagai macam produk, maka hal-hal tersebut diatas harus disiapkan terlebih dahulu supaya ukurannya seragam, ukurannya juga perlu dikecilkan, kadar air juga perlu disesuaikan, dan juga pengotor-pengotornya dikurangi bahkan kalau bisa dihilangkan semaksimal mungkin. Apa saja produk pengolahan biomasa yang membutuhkan preparasi atau persiapan tersebut? Hampir semua pengolahan biomasa membutuhkan persiapan tersebut, sehingga tahapan ini menjadi sangat penting dan tidak bisa dilewati.Kebersihan biomasa misalnya berperan sangat penting bagi kelancaran produksi pengolahan biomasa tersebut seperti produksi wood pellet dan wood briquette, dua produk pemadatan biomasa (biomass densification) yang sangat populer hari ini, untuk lebih detail bisa dibaca disini.

Pengecilan ukuran (size reduction) juga sangat banyak digunakan untuk pengolahan biomasa tersebut. Pengecilan ukuran yang bertujuan menyeragamkan ukuran biomasa tersebut ada yang bisa dilakukan dengan satu tahap, tetapi ada juga yang perlu hingga dua tahap atau lebih. Pada kapasitas kecil atau kurang dari 3 ton/jam tahap pengecilan ukuran bisa dilakukan dengan satu tahap. Tetapi untuk kapasitas lebih besar umumnya dua tahap atau lebih. Hal tersebut juga tergantung target ukuran partikel biomasa untuk pengolahan lanjut, sebagai contoh pada produksi wood pellet dan wood briquette, pengecilan ukuran dilakukan hingga seukuran serbuk gergaji (sawdust). 

Pengeringan juga merupakan tahapan yang hampir tidak bisa dilewatkan. Pada umumnya biomasa memiliki kadar air cukup tinggi, sehingga perlu dikeringkan atau dikurangi kadar airnya. Jika kadar air cukup tinggi misalnya lebih dari 50% maka pengeringan dengan pengering biasa tidak cukup, sehingga perlu tambahan perlakuan misalnya dengan press mekanik sebelum dimasukkan ke alat pengering. Ada banyak jenis pengering yang bisa digunakan untuk pengeringan biomasa tersebut tergantung ukuran partikel, volume/kapasitas dan tingkat kekeringan yang diinginkan. Sebagai contoh pada produksi wood pellet dan wood briquette, sebagian besar menggunakan pengering tipe drum dryer (rotary dryer) single pass cocurrent flow. Mengapa aliran pemanasan tersebut menggunakan aliran searah (cocurrent)? Penjelasannya bisa dibaca disini. Pengering lain yang juga banyak digunakan yakni belt dryer dan flash dryer. Efisiensi energi yang tinggi, kemudahan operasional, harga peralatan, dan kapasitas pengeringan menjadi pertimbangan pemilihan pengering tersebut. Sebagai contoh pengering dapat menggunakan gasifikasi (heat gasifier) untuk sumber energinya, bisa dibaca disini. Untuk lebih detail tentang dryer, bisa dibaca disini. 

Praktisnya apa saja pengolahan biomasa yang membutuhkan serangkaian preparasi tersebut? Produksi pellets dan briquette, pyrolysis, gasifikasi, pembakaran adalah beberapa pengolahan atau konversi biomasa yang membutuhkan preparasi tersebut. Kondisi Indonesia saat ini belum banyak pengolahan biomasa tersebut, misalnya wood pellet yang produksinya sekitar 80 ribu ton/tahun sementara Malaysia hampir 4 kali lipatnya, bahkan Vietnam lebih dari 10 kali lipat produksi Indonesia. Seiring kenaikan harga minyak bumi yang mencapai US$ 70/barrel dan kelangkaan LPG untuk rumah tangga permintaan akan wood pellet juga meningkat. Selain kontinuitas pasokan bahan baku yang bisa diperoleh dari kebun energi, peralatan produksi yang memadai dibutuhkan untuk peningkatan produksi dan kualitas wood pellet Indonesia. 

Untuk produksi wood pellet saat ini hampir semua masih menggunakan pelletiser import karena belum ada produksi dalam negeri. Sehingga akan lebih baik pabrik wood pellet yang dibangun hanya pelletiser saja yang import sedangkan alat-alat produksi lainnya diproduksi di dalam negeri. Sedangkan untuk wood briquette tipe screw press hampir semua peralatan telah bisa diproduksi di dalam negeri. Wood briquette sebagai produk intermediate dari pabrik sawdust charcoal briquette telah lama industrinya beroperasi di Indonesia sehingga penguasaan teknologi serta pembuatan peralatannya telah bisa dikuasai. Sebagai sama-sama teknologi densifikasi/pemadatan biomasa tahap preparasi sebelum dipadatkan baik dibriketkan maupun dipelletkan adalah sama. Sedangkan untuk proses pyrolysis dan gasifikasi, preparasi biomasa umumnya lebih mudah karena tidak perlu hingga seukuran serbuk gergaji, tetapi cukup seukuran wood chip. Bagi pembaca atau produsen wood pellet dan wood briquette ataupun pengolahan biomasa lainnya yang membutuhkan peralatan preparasi biomasa atau complete line wood pellet /wood briquette bisa mengontak kami di eko.sbs@gmail.com

Pemadatan Akan Menambah Nilai Kalor Biomasa?

Orang banyak mengira bahwa dengan biomasa seperti serbuk gergaji ketika dipadatkan akan menaikkan nilai kalor atau panasnya, padahal itu tidak sepenuhnya tepat. Pemadatan atau densification menjadi pellet atau briket memang menaikkan ke padatan atau densitias-nya sehingga berat atau massa-nya tinggi sedangkan volumenya kecil, sebagai contoh serbuk gergaji ketika belum dipadatkan kepadatannya hanya berkisar 200 kg/m3 dan setelah dipadatkan menjadi pellet menjadi 650-700 kg/ m3 dan bisa lebih dari 1.000 kg/m3 ketika dibriketkan. Hal tersebut yang membuat biomasa tersebut menjadi efisien untuk ditransport dalam jarak jauh, mempermudah handling, pembakaran dan sebagainya.

Memang sebelum dipadatkan menjadi pellet atau briket tersebut, biomasa padat tersebut harus memiliki tingkat kekeringan 5-10% sehingga bisa dipadatkan. Ketika biomasa itu basah atau memiliki kadar air yang tinggi, maka pengeringan tersebut akan meningkatkan nilai kalor. Sedangkan bula biomasa tersebut awalnya sangat kering katakan dengan kadar air kurang dari 5% maka untuk mencapai tingkat kekeringan yang dikehendaki (5-10%) maka perlu tambahan air atau dibasahi tentu hal ini bukannya menambah nilai kalor tetapi malah mengurangi nilai kalor. Jadi peningkatan nilai kalor biomasa tersebut dapat dilakukan dengan mengurangi kadar airnya atau mengeringkannya bahkan hingga mengurangi seminimal mungkin kadar volatile matternya serta meningkatkan kandungan karbon terikatnya (fix carbon). Proses pirolisis baik torrefaction / torefaksi (mild pyrolysis) dan karbonisasi /pengarangan (slow pyrolysis) adalah proses untuk meningkatkan nilai kalor biomasa padat tersebut. 

Contoh berbagai jenis pellet fuel, dari wood pellet, bark pellet hingga charcoal pellet; photo diambil dari sini

Nah setelah ditingkatkan nilai kalornya melalui pengeringan hingga pirolisis tersebut maka dengan diikuti proses pemadatan akan semakin bagus kualitas bahan bakar tersebut yakni dalam hal nilai kalor dan volume. Sebagai contoh ketika arang kayu yang memiliki fix carbon 85% dengan nilai kalor 7500 kcal/kg dengan kepadatan 400 kg/m3 lalu dibuat pellet dengan kepadatan 650 kg/m3 maka dalam volume 1 m3 memiliki kandungan panas lebih tinggi yakni 3.000.000 kcal pada arang kayu dan 4.875.000 kcal pada pellet atau karena kepadatannya (densitas) lebih tinggi. 

Pemanfaatan Tekanan Udara Untuk Pengeringan Biomasa

Pada proses produksi wood pellet maupun wood briquette, pengering atau dryer memiliki peran yang penting karena untuk mengatur kadar air sebelum dipadatkan (densification). Hampir semua pabrik wood pellet dan wood briquette juga menggunakan pengering untuk menjaga kualitas dan kuantitas produksinya. Saat ini sebagian besar pengeringan biomasa menggunakan panas flue gas dari pembakaran secara langsung (direct heating) dan sebagian kecil menggunakan panas pembakaran tersebut secara tidak langsung (indirect heating). Tentu pertimbangan utamanya adalah masalah efektifitas dan keekonomiannya. Drum dryer atau rotary dryer adalah jenis pengering yang paling umum dan populer karena terbukti mampu untuk pengeringan skala besar secara ekonomis. Sejumlah type dryer (pengering) juga banyak tersedia dan dikembangkan saat ini dengan berbagai karakteristiknya. Tersedianya sejumlah pilihan juga memungkinkan pengguna atau kalangan industri untuk menentukan pilihannya sesuai keinginannya sehingga menarik dan tidak terpaku pada satu pilihan saja.

Salah satu tipe dryer yang mulai muncul di pasaran adalah  pengering (dryer) yang memanfaatkan panas kompresi (heat of compression type dryer).  Sewaktu kompresi udara banyak energy yang dikonversi menjadi panas yang kemudian disimpan dalam udara bertekanan (compressed air) tersebut dan biasanya panas tersebut hanya dibuang pada  pendingin (cooler). Pada pengering yang memanfaatkan panas kompresi, energi tersebut digunakan untuk meregenerasi dessicant, sehingga menghilangkan kebutuhan pemanas atau panas tersebut dimanfaatkan langsung pada pengeringan. Jenis pengering ini juga hemat konsumsi energi dibandingkan refrigerated type air dryer sementara dew point juga jauh lebih baik daripada refrigerated type air dryer.

Memilih Rotary Dryer Untuk Pengeringan Serbuk Kayu Pada Pabrik Wood Pellet dan Wood Briquette

Pada proses berbagai pengeringan material di industri, jenis pengering tipe rotary dryer atau drum dryer banyak digunakan. Keunggulan pengering jenis ini adalah mampu bekerja secara kontinyu sehingga mampu menghandle material dalam kapasitas cukup besar dan operasionalnya mudah. Sedangkan pada pabrik wood pellet dan wood briquette hampir semua menggunakan pengering jenis ini. Pengering jenis ini memanfaatkan udara panas dari sumber panas untuk proses pengeringannya.

Untuk mencapai tujuan pengeringan yang dikehendaki, maka proses pengeringan di dalam alat harus berjalan efektif. Luas permukaan kontak antara material yang dikeringkan dengan udara panas harus sebesar mungkin. Untuk maksud itu rotary dryer atau drum dryer dilengkapi sirip-sirip (flight) yang membantu memaksimalkan luas kontak antara partikel serbuk kayu dengan udara panas.  Lamanya waktu kontak  serbuk kayu dengan udara panas dan besarnya luas kontak antara keduanya adalah variabel yang diatur untuk mencapai tingkat kekeringan material yang dikehendaki.

Counter-current drum dryer

Co-current drum dryer

Pada banyak penggunaan rotary dryer menggunakan pola aliran lawan arah (counter-current) pada proses pengeringannya, karena hal itu membuat proses pengeringan berjalan secara bertahap. Tetapi khusus pada serbuk kayu penggunaan pola aliran tersebut tidak bisa dilakukan, karena serbuk kayu adalah material yang mudah terbakar. Untuk itu pengeringan serbuk kayu menggunakan jenis aliran searah (co-current). Serbuk kayu basah bertemu langsung dengan udara panas tidak membahayakan atau aman dilakukan yang terjadi pada aliran searah (co-current) sedangkan serbuk kayu kering bertemu udara panas dengan resiko kebakaran sangat tinggi pada aliran lawan arah (counter-current).  

Pengeringan Biomasa Proses Vital Kunci Sukses Pengolahan Biomasa

Konversi biomasa secara thermal seperti pembakaran, gasifikasi dan pirolisis maupun pemadatan seperti briket dan pellet hampir semua akan mensyaratkan pengeringan sebelum masuk ke unit proses tersebut. Teknologi pengeringan biomasa telah berkembang pesat untuk mencapai target kuantitas dan kualitas pengolahannya secara standard dan stabil. Dalam proses pengolahan biomasa tersebut biaya untuk pengeringan umumnya termasuk salah satu komponen biaya tertinggi terutama untuk pengeringan yang membutuhkan bahan bakar sebagai sumber energi pemanasnya.

Sumber energi untuk pengeringan tersebut dibagi menjadi dua, yakni sumber energi alami (natural drying) dengan panas matahari  dan sumber energi buatan (forced drying)dengan bahan bakar yang umumnya juga limbah biomasa itu sendiri. Pada pengeringan biomasa dengan energi matahari maka pengeringan akan berjalan lebih lama dan target kadar air yang dicapai  juga kurang akurat. Kelebihannya biaya untuk pengeringan murah tetapi ketergantungan dengan cuaca atau panas matahari sangat tinggi. Sedangkan pengeringan dengan menggunakan energi dari bahan bakar maka pengeringan akan berjalan lebih cepat dan pengontrolan kadar air target juga lebih akurat. Pengeringan energi matahari umumnya berjalan menggunakan proses batch, sedangkan pengeringan dengan bahan bakar menggunakan proses kontinyu.

Tahapan pengeringan yang terjadi pada kayu

Pengeringan kayu tradisional dengan panas matahari

Prinsip pengeringan dengan matahari dan contoh pengering matahari modern skala besar

Industri umumnya menggunakan proses pengeringan kontinyu dengan bahan bakar limbah biomasa itu sendiri untuk mencapai target produksi.  Berbagai jenis pengering yang umum digunakan di industri yakni rotary/drum dryer, belt dryer,  tuble dryer, low temperature dryer dan Superheated steam dryer. Khusus pada pemelletan kayu ketika proses steam conditioning dilakukan sebelum pemelletan, kadar air biomasa dari alat pengering  harus dibawah kondisi optimum kadar air atau berarti dibuat lebih kering karena conditioning akan meningkatkan kadar air sampai kadar tertentu. Proses pengeringan terjadi ketika bahan yang dikeringkan berkontak dengan media pemanas baik secara langsung maupun tidak langsung.   Semakin besar luas kontak antara biomasa dan media pemanas serta semakin lama waktu kontak akan membuat kecepatan pengeringan semakin tinggi.  

Rotary/Drum Dryer

Pada drum dryer, baik pemanasan langsung (direct heating) maupun pemanasan tidak langsung (indirect heating) dapat diaplikasikan. Pada direct heating, media pemanas misalnya flue gas akan berkontak langsung dengan bahan baku yang dikeringkan. Sedangkan pada indirect heating maka media pemanas tidak berkontak langsung dengan bahan yang dikeringkan karena media pemanas misalnya udara panas dihasilkan oleh alat penukar panas (heat exchanger).

Rotary / drum dryer yang diinstall outdoor

Skema rotary/drum dryer dengan sistem co-current 3 ducts

Inlet temperature dari drum dryer berkisar antara 300-600 C tergantung konstruksinya. Pada kondisi tersebut VOC (Volatile Organic Compound) akan diemisikan dari proses pengeringan tersebut. Karena alas an tersebut maka  complex exhaust air treatment (de-dusting and afterburning) dibutuhkan. Sedangkan pada indirect heating dryer maka fly ash akan terakumulasi pada bahan yang dikeringkan, sehingga pada kasus produksi wood pellet akan menambah kadar abu dari wood pellet yang dihasilkan.

Drum dryer adalah jenis pengering biomasa yang paling banyak diaplikasikan saat ini. Panas yang dibutuhkan untuk drum dryer sekitar 1000 kwh untuk setiap ton air yang diuapkan. Drum dryer dapat dipasang outdoor tanpa masalah. Biaya investasinya lebih rendah dari Tube Bundle Dryer. Dryer jenis inilah yang paling banyak digunakan di industri berbasis biomasa.

Tube Bundle Dryer

Tube bundle dryer adalah alat pengering tipe indirect heating. Pengeringan yang dilakukan menggunakan suhu relatif rendah yakni 90 C, sehingga akan meminimalisasi emisi senyawa organic (VOC) dan senyawa yang berbau. Steam, thermal oil dan air panas adalah media pemanas yang umum digunakan. Tube bundle dryer juga bekerja secara counter current. Kebutuhan panas diperkirakan sekitar 1000 kwh untuk tiap ton air yang diuapkan.

Tube bundle dryer

Biaya investasi untuk tube bundle dryer dengan penguapan air berkisar 2,5 hingga 3,5 ton/jam berkisar 420.000 hingga 550.000 Euro (basis harga tahun 2009), tergantung pembuat alat pengering tersebut dan rancangannya. Biaya perawatan relatif murah karena hanya sedikit komponen yang berpotensi aus.

Belt Dryer

Tergantung dari tipe dryer, inlet temperature dari media pemanas berkisar antara 90 hingga 110 C dan outlet temperature berkisar 60 hingga 70 C. Suhu operasi yang relatif rendah juga akan menghindari terjadinya emisi bahan yang berbau.  Dan juga, jika unit dedusting juga bisa dihilangkan karena lapisan produk pada belt juga berfungsi sebagai filter. Belt dryer bisa dijalankan dengan direct heating maupun indirect heating.

Kebutuhan panas sekitar 1200 kwh per ton air yang diuapkan, yang berarti sedikit lebih tinggi dari tube bundle, drum maupun superheated steam dryer. Selain ukuran lebih besar dan panjang, biaya investasi untuk alat ini juga lebih mahal daripada tube bundle dan drum dryer untuk kapasitas yang sama. 

Belt dryer

Skema belt dryer

Low temperature dryer

Dryer ini bekerja dengan mode batch serta counter current. Suhu inlet dari media pemanas bisa sekitar 50 C, tetapi sampai 100 C dimungkinkan. Suhu operasi yang sangat rendah memungkinkan tidak terjadinya substansi berbau teremisi dari unit ini. Pemanasannya secara indirect heating dengan selalu udara panas sebagai media pemanasnya. Udara tersebut dipanasi via heat exchanger dengan sumber panas yang berbeda.

Low temperature dryer

Skema low temperature dryer

Dryer ini biasanya dipasang secara indoor. Tetapi pemasangan secara outdoor juga dimungkinkan, hanya membutuhkan isolasi yang cukup sulit karena kompleksitasnya.  Kebutuhan panas berkisar 1000 kwh untuk tiap ton air yang diuapkan. Area yang dibutuhkan dari dryer ini lebih kecil bila dibandingkan belt dryer tetapi harga investasinya lebih tinggi.    

 

Superheated Steam Dryer

Superheated steam diproduksi dari heat exchanger (HE) yang biasanya dioperasikan dengan saturated steam pada tekanan 8 hingga 15 bar. Thermal oil maupun air panas juga bisa digunakan selain dari saturated steam. Superheated steam disirkulasikan dalam dryer dengan tekanan dua hingga lima bar dan berfungsi sebagai media pembawa dari material yang dikeringkan. Dryer diumpankan dari rotary valve. Dalam dryer material mencapai suhu 115 hingga 140 C kemudian material kering tersebut dipisahkan dari steam dalam cyclone dan dikeluarkan dengan rotary valve. Steam tetap masih berada dalam system tersebut. 

Fluidised bed dryer dengan superheated steam circuit

superheated steam circuit

Waktu tinggal dalam dryer umumnya berkisar 5 hingga 10 detik tergantung input material. Sedangkan untuk pengeringan sawdust biasanya 10 hingga 20 detik. Kapasitas tersedia untuk unit ini mulai dari penguapan air 50 kg/jam hingga kapasitas besar mencapai 30 ton/jam. Kebutuhan panas dryer tipe ini berkisar 750 kwh/ton, tetapi sekitar 40 hingga 60 kwh energi listrik dibutuhkan untuk penguapan air tiap tonnya yakni untuk conveyor system, rotary valve dan fan. Biaya investasi dari dryer dengan penguapan air 3 ton/jam sekitar  1,7 juta Euro (tergantung media pemanas dan material yang dikeringkan). Tingginya biaya investasi tersebut akibat unit sistem bertekanan tersebut.