High Temperature Castable Materials for Underground Coal Gasication Latar Belakang 1. Temperatur emperatur pembakaran pembakaran gasikasi gasikasi bawah bawah tanah [UCG dapat dapat mencapai o !"" #1$"" C $. %ebutuhan ebutuhan isolasi isolasi gas dari reser&o reser&oir'(on ir'(ona a pembakaran pembakaran dibawah dibawah tanah dan permukaan [(onal isolation ). *emen harus harus dapat dapat mengeras mengeras tanpa tanpa udara cukup cukup dan temperatur temperatur rendah rendah [low setting temperature +. ,engemban ,engembangan gan semen berbasis berbasis semen semen ,ortland ,ortland karena karena sifat slurrslurr- semen semen -ang telah diketahui dengan baik [thickening setting time /uid loss free water control rheologies 0. *emen ,ortlan ,ortland d dapat diineks diineksii dengan mengguna menggunakan kan pompa pompa standar standar 2. ,enambaha ,enambahan n Ca, ke dalam dalam semen ,ortland ,ortland membuat membuat waktu waktu pengerasan pengerasan 1 semen sulit diprediksi pada suhu rendah 3. *emen Ca, Ca, dapat bertahan bertahan pada pada suhu tinggi tinggi UCG tapi tapi ketersed ketersediaan iaan Ca, membuat harga mahal !. %egagalan egagalan prediksi prediksi waktu setting setting men-ebabkan men-ebabkan kegagala kegagalan n (ona isolasi isolasi -ang fatal 4. *emen konduk konduktif tif untuk untuk disipasi disipasi panas dan dan menurunkan menurunkan suhu suhu s-ngas s-ngas 1".5aktor -ang mempengaruhi desain dari slurr- menggunakan semen portland geothermal a. %edal edalam aman an sum sumur ur b. 6HCT [6ottom [6ottom Hole Hole Circulatin Circulating g Temperat Temperature ure c. 6H*T [6ottom [6ottom Hole Hole *tatic *tatic Temperature emperature d. Tipe cai caira ran n penge pengebo boran ran e. 7ens 7ensit itas as slu slurrrf. 8aktu aktu pemo pemomp mpaa aan n g. %uali ualita tas s air air h. %ontrol ontrol rugi rugi air air [/uid [/uid loss loss control control i. 9egim egime e air air [/u [/uid id reg regim ime e . 8aktu pengerasan k. %uali ualita tas s sem semen en l. 6aha 6ahan# n#ba baha han n adit aditif if m. :&olusi kuat kuat tekan tekan material [strength de&elopment
Permasalahan: 1. Gap koes koesien ien dilatasi dilatasi linear linear -ang besar besar antara logam logam pipa baa baa dan semen semen [baa ; 1)<1"#2 m'm % sementara semen ; 1"<1"#2 m'm % $. *emen portland portland biasa biasa untuk geother geothermal mal terdegradas terdegradasii pada temperature temperature o +0" C
). ,enambahan silica /our sebesar )0#+"= >10 ?m@ dapat memperkuat sifat refraktori hingga )0"oC [geothermal. Tidak ada studi tentang kekuatan mekanik pada suhu tinggi namun kemungkinan besar teradi retak panas karena perbedaan koesien dilatasi antara silica dan semen. +. *tudi tentang campuran semen ,ortland dan aditif Ca, masih sedikit 0. 6ottom hole static temperature lebih rendah atau sama dengan 20C sehingga 2. *emakin dalam pengeboran maka suhu 6HCT [6ottom Hole Circulating Temperature 6ottom Hole *tatic Temperature [6H*T dapat berubah
Produk potensial yang telah ada 1. Castable C16 yang sering digunakan sebagai pelapis tungku dan boiler. Komposisi dapat bervariasi antara 56% i!" # "$% l"!& hingga1"% i!"' (5% l"!&. lumina maka kemungkinan ter)adinya retak panas semakin ke*il. ". Campuran cementitious [semen ,ortland graphite aluminum silicate [meta#kaolin aditif penguat [silica. Campuran semen dirancang khusus untuk aplikasi UCG dan dipatenkan dengan udul A,,BCATDE D5 A *,:CABF:7 *BU99 U*:7 5D9 C:M:ETEG TU6UBA9* E 8:BB* ,9D7UCEG *ETH:** GA* 6 UE7:9G9DUE7 CDAB GA*5CATDE + ",1"-,1,&611l. Catatan a. emen bersiat kondukti karena mengandung gra/t b. Penyusutan semen berbasis portland masih terlalu besar0 sekitar 6% ketika dibakar dan siat mekanik yang terlalu getas. *. Komposisi paten tidak dibahas. luminum sili*ate akan bertranormasi men)adi mullite yang tahan temperatur tinggi pada 23,,C dan C4 mullite .5. C4 gra/t ,.(0 C4 silika ,.50 C4 ba)a karbon rendah 1&. 7engingat perbedaan C4 yang *ukup besar maka komposisi harus diatur se*ara proporsional untuk men*egah retak panas. &. Campuran semen -ang mengandung kadar alumina tinggi air dan tepung silika dengan proposi 1) dan retarder ,.1'1% berat. )0 to +" percent A1$") )" to )0 percent C$1"1" to 10 percent 5e$D)
N O 1
Karakteristik
2
*ifat mekanik pada T tinggi
3
%uat tekan pada suhu ruang
*tabilitas struktural
Berbasis Semen Portland 7egradasi CaDH$ pada TI+""oC karena perbedaan CT: semen dan pasir1 %uat degradasi pada TI+0"o C
Refractory castable *tabil
13#)" M,a
J
Getas tahan T I1"""o C
Material Geopolymer 6elum diketahui
*angat kuat sifat mekanik pada TI1"""o C belum diketahui )0#0" M,a
4
,en-usutan
2= pada T; !10 C
J
8aktu pengerasan optimal 5aktor ekonomis %ebutuhan air %ebutuhan udara
$3 hari
J
0"C""'0" kg
J
! " # $
6er&ariasi tapi lebih kecil semen portland Tergantung komposisi Gratis Tidak butuh
Spesi%kasi teknik material &nt&k coatin' pipa ()G adala* + 1. $. ). +. 0. 2. 3.
Tahan temperatur tinggi tidak terdeteoriasasi hingga TI1""" C Eon permeable terhadap gas %uat tekan mekanik -ang cukup dan tidak getas saat instalasi pemboran 8aktu pengerasan -ang dapat diprediksi %oesien dilatasi -ang mendekati material pipa untuk mencegah spalling 7apat mengeras pada temperatur rendah 6H*T %onduktif termal untuk disipasi panas ke lingkungan untuk menurunkan temperature s-ngas dan mengurangi potensi korosi pipa !. 7apat dineksikan dengan pompa standar 4. %ontrol sifat rheolog- dan sifat thi
Proposal material %arakteristik termal dan sik beberapa material CT: ><1"#2@ in'in.C 1)#13
Conducti&it8'>m.%@ 0+
1"."
".$4
3Al$D)L2*iD$
0
1"
Thermal shock resistance
Alumina
Al$D)
3.$
32
0
Firconia
FrD$
1".0
)
High temperature resistance :
2
Geopolimer 5l- Ash
#Al#*i#D#*i#
Unknown
Unknown
E o 1
Materials
9umus kimia 5e ["."0K".)= C
$
6aa karbon rendah *emen
)
Mullite
+
%arakteristik termal 7eformed at T; 3$) C 7egraded
Unknown
Catatan Murah CaD dapat terdegradas i ,roduk transformas i dari kaolin murah
aplikasi thermal barrier coating Murah hindari reaksi
3
Geopolimer %aolin
#Al#*i#D#*i#
Unknown
Unknown
Unknown
po((olanic ,otensi terbentukn -a mullite CT:;0
1. Teknik komposit semen kon&ensional $. Teknik induksi magnetik dari material komposit beton dan serbuk'serat besi untuk aplikasi
Batar belakang *emen portland pada dasarn-a mengandung CaD Al$D) *iD$ dan sedikit 5e$D). CaD akan bereaksi dengan air dan menghasilkan CaDH [reaksi hidrasi. CaDH selanutn-a akan bereaksi dengan *iD$ dan Al$D) dan menghasilkan C*H. 9eaksi hidrasi -ang menghasilkan C*H adalah sangat kritikal dan harus homogen agar dapat menghasilkan beton dengan kekuatan tekan -ang optimal. CaDH -ang tidak bereaksi karena kurangn-a ketersediaan air didalam pori bersifat detrimental terhadap kekuatan tekan beton. 6eton pada dasarn-a adalah material komposit heterogen -ang tersusun atas agregat kasar agregat halus dan semen. 6eton memiliki sifat kuat tekan -ang baik dan kuat tarik -ang lemah. ,embebanan mekanik tegak lurus terhadap material beton dapat memicu retak. Melalui retak ini gas air dan substansi korosif dapat dengan mudah melakukan penetrasi. ,erbedaan koesien dilatasi -ang cukup besar antara semen [1" dan pipa baa karbon [11#13 dapat memicu retak pada interface. :fek detrimental pemuaian ini akan bertambah besar seiring dengan kenaikan temperatur. ,enambahan serbuk logam pada beton diharapkan dapat meminimalisir gap. nduksi magnetik dengan cara polarisasi pada kedua uung pipa baa diharapkan dapat memberikan medan magnet dan menarik serbuk sehingga terkonsentrasi pada interface antara pipa#semen. Tuuan Untuk mengurangi perbedaan koesien dilatasi -ang cukup besar antara semen dan meminimalisir potensi retak -ang dapat menadi celah penetrasi gas berbaha-a hasil gasikasi. beton serbuk besi pipa
9eferensi •
•
A,,BCATDE D5 A *,:CABF:7 *BU99 ,ublication Classication U*:7 5D9 C:M:ETEG TU6UBA9* 8:BB* ,9D7UCEG *ETH:** GA* 6 UE7:9G9DUE7 CDAB GA*5CATDE ,atent U* $"1$'"1")211 A1 HGH#T:M,:9ATU9: ,9D,:9T:* D5 6AUT:# 6A*:7 CA*TA6B:* 8TH MC9D*BCA
•
Patent No. 149,535 HIGH-TEMPERATURE WELL CEMENT
•
HIGH-TEMPERATURE PROPERTIES OF BAUXITE-BASED CASTABLES WITH MICROSILICA
