GASIFIKASI
1. Pendahuluan Gasifikasi
adalah
proses
konversi
biomass
secara
thermokimia
untuk
menghasilkan combustible gas yang mampu mengganti bahan bakar minyak. Sampah dapat diolah melalui dalam beberapa metode. Ada pengolahan sampah menjadi humus, penerapan sampah secara reduce, reuse dan recycle. recycle. Selain itu juga terdapat pengolahan sampah dengan tahapan gasifikasi. Pengolahan sampah dengan proses gasifikasi menjadi bahan bakar. Dengan pengolahan ini sampah yang telah berada di TPA dikumpulkan ke dalam suatu alat pembakaran yang telah termodifikasi fungsinya untuk juga mentransfer gas pembakaran menjadi bahan bakar. Metode ini merupakan metode yang menekankan pada mekanisme pada perubahan gas atau konversi gas. Proses konversi ini dilakukan dalam suhu tinggi agar plasma dapat menguraikan sampahsampah organik, cairan, dan kertas untuk berubah menjadi gas panas bertekanan dan menguraikan molekul senyawa organik menjadi senyawa dasar seperti gas CO2, dan H2. Gasifikasi Biomassa/Batubara merupakan alat yang dapat digunakan untuk menghasilkan gas sintetis (syn-gas) dari bahan bakar padat yang antara lain berasal dari biomassa (sampah padat perkotaan, limbah pertanian, perkebunan dan kehutanan) dan batubara. Dengan pemanasan dalam gasifier, bahan baku biomassa/batubara akan terurai menjadi gas hidrogen, methana, karbon monoksida, karbon dioksida, nitrogen, polutan dan abu. Komponen syn-gas yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi adalah hidrogen, methan dan karbon monoksida. Polutan dan abu sisa gasifikasi diserap oleh gas cleaning & cooling subsystem yang terdiri dari cyclone untuk memfilter partikel padat yang terbawa gas dan wet scrubber untuk memfilter polutan dan partikel padat yang masih terbawa gas. Gas cooling subsystem digunakan untuk mendinginkan gas sintetis untuk meningkatkan density gas. Gas sintetis yang dihasilkan selanjutnya dapat dimanfaatkan untuk pembakaran/pemanasan (heating/drying) maupun dapat juga digunakan sebagai bahan bakar pembangkit berbahan bakar gas atau bisa juga pembangkit berbahan bakar diesel yang dimodifikasi. Penggunaan gas cleaning & cooling subsystem akan membuat gas terbakar sempurna sedemikian rupa sehingga yang tersisa hanya gas karbon dioksida. 1
Sistem ini sangat cocok untuk memenuhi kebutuhan pemanasan dan pembangkit listrik bagi industri kecil dan menengah serta untuk aplikasi di daerah terpencil (remote area) yang belum terjangkau terjangkau listrik. Bahan bakarnya sangat fleksibel, mulai mulai dari biomassa (sekam padi, serbuk gergajian kayu, tongkol jagung, cangkang sawit dan limbah lainnya yang mudah didapat dilokasi instalasi sistem) hingga batubara kualitas rendah yang sampai sekarang ini harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan bahan bakar minyak atau gas. Industri kecil menengahpun, dengan harga BBM yang semakin mahal, pasti berkeinginan kuat untuk menggantikan pemanas/pembangkit mereka dari berbahan bakar minyak menjadi berbasis bahan bakar batubara. Pada gasifikasi ini sampah akan bermanfaat sebagai penghasil gas untuk bahan bakar sehingga dapat bernilai jual kembali dan menghasilkan keuntungan balik bagi masyarakat. Gas yang dihasilkan dari transfer gas hasil pembakaran sampah dapat menjadi bahan bakar alternative.
2. Sejarah Gasifikasi Proses gasifikasi menghasilkan mudah terbakar dari pakan organik digunakan dalam blast furnace lebih dari 180 tahun yang lalu. Kemungkinan menggunakan gas ini untuk pembangkit listrik pemanas dan segera menyadari dan ada muncul dalam gas Eropa produsen sistem, yang menggunakan arang dan gambut sebagai bahan pakan. Pada pergantian abad minyak bumi memperoleh penggunaan yang lebih luas sebagai bahan bakar, tetapi selama kedua perang dunia dan khususnya Perang Dunia II, kekurangan minyak bumi menyebabkan luas re-introduksi dari gasifikasi. Pada tahun 1945 gas itu digunakan untuk truk listrik, bus dan mesin pertanian dan industri. Diperkirakan ada dekat dengan 9.000.000 Kendaraan berjalan pada gas produser di seluruh dunia. Setelah Perang Dunia II kurangnya dorongan strategis dan ketersediaan bahan bakar fosil murah menyebabkan penurunan umum dalam industri produser gas. Namun Swedia terus bekerja pada teknologi produsen gas dan pekerjaan dipercepat setelah krisis 1956 Terusan Suez. Sebuah keputusan kemudian dibuat untuk memasukkan gasifikasi di Swedia rencana darurat strategis. Penelitian ke dalam desain yang sesuai gasifikasi kayu, pada dasarnya untuk digunakan transportasi, dilakukan di Institut Nasional Swedia untuk Pengujian Mesin Pertanian dan masih dalam proses.
2
Kepentingan kontemporer di gasifier skala kecil R & D, untuk sebagian besar dari tahun 1973 mengalami krisis minyak. Penelitian AS di daerah ini ditinjau oleh Goss. Manufaktur juga melepas dengan meningkatnya minat yang ditunjukkan dalam teknologi gasifikasi. Saat ini ada sekitar 64 produsen peralatan gasifikasi di seluruh dunia.
3. Teknologi Gasifikasi a. Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) Compact Gasification Technology Sistem Gasifikasi PWR Compact adalah sangat padat padatan umpan sistem ditambah dengan gasifier oksigen ditiup, satu tahap yang mengubah bahan baku nilai yang rendah karbon menjadi gas sintesis yang terutama karbon monoksida dan hidrogen. Tampil di bawah adalah sistem gasifikasi terpadu yang akan diberikan oleh PWR. Sistem gasifikasi terdiri dari hopper tekanan padatan rendah, yang feed bahan karbon untuk Pompa Padat Kering pada kondisi atmosfer. Dalam satu panggung, Pompa Padat Kering akan transfer bahan baku ke dalam tangki umpan tekanan tinggi pada tekanan nominal 1200 psi. Dengan mengontrol tekanan diferensial antara tangki umpan tekanan tinggi dan gasifier yang beroperasi pada 1000 psi, material mengalir melalui pembagi aliran statis untuk mendistribusikan padatan untuk beberapa tempat pembakaran gasifier. Saham umpan padatan direaksikan dalam gasifier dengan oksigen dan uap untuk menghasilkan syngas, kemudian sebagian air dipadamkan untuk mengurangi suhu syngas. Syngas mengalir melalui siklon padatan tersedia secara komersial dan filter lilin
untuk
menghapus
materi
partikulat. Syngas
kemudian
diolah
untuk
menghasilkan listrik atau untuk memproduksi bahan kimia, bahan bakar cair, atau hidrogen.
3
Gambar: Sistem Gasifikasi PWR Compact Sistem gasifikasi ini mampu memproses bahan baku seperti batu bara, petcoke, ampas kilang dan biomassa menjadi nilai tambah syngas. Sistem Gasifikasi Compact sedang dikembangkan secara khusus untuk bersaing dengan yang ada sistem gasifikasi komersial untuk menyediakan ketersediaan operasi meningkat dan efisiensi, modal dan biaya operasional berkurang. b. Plasma Gasification Technology Plasma merupakan negara keempat materi, dibuat menggunakan listrik dan aliran gas. Pencahayaan Baut, sifat neon dari bola lampu, dan Matahari (dan juga bintang paling di alam semesta) adalah contoh umum dari Plasma. Obor plasma akan digunakan untuk menerapkan suhu ekstrim (> 1000° C) untuk biogas. Ini retak ter dan menghancurkan polutan berbahaya, reformasi dan pendingin gas untuk peralatan listrik. Biogas adalah pelarian biologis zat organik tanpa adanya oksigen. Plasma teknologi Gasifikasi dapat digunakan untuk menghasilkan energi yang lebih bersih. Gasifikasi plasma adalah solusi yang secara signifikan akan mengurangi emisi gas rumah kaca; emisi gas rumah kaca adalah isu yang paling dibicarakan di masyarakat sampai saat ini.
4
Gambar: Plasma Gasification Technology
4. Teori Gasifikasi Produksi gas generator (gas produser) yang disebut gasifikasi, adalah pembakaran parsial bahan bakar padat (biomassa) dan berlangsung pada suhu sekitar 10000C. Reaktor ini disebut gasifier. Produk pembakaran dari pembakaran sempurna biomassa umumnya mengandung nitrogen, uap air, karbon dioksida dan surplus oksigen. Namun dalam gasifikasi dimana ada surplus dari bahan bakar padat (pembakaran tidak sempurna) produk pembakaran adalah gas mudah terbakar seperti Karbon monoksida (CO), Hidrogen (H2) dan jejak metana dan produk nonuseful seperti tar dan debu. Produksi gas ini adalah dengan mereaksikan uap air dan karbon dioksida melalui lapisan bersinar arang. Dengan demikian kunci untuk desain gasifier adalah menciptakan kondisi sedemikian sehingga biomass: a) direduksi menjadi arang dan, b) arang diubah pada suhu yang sesuai untuk menghasilkan CO dan H2.
5
a. Tipe Gasifikasi Karena ada interaksi dari udara atau oksigen dan biomassa dalam gasifier, mereka diklasifikasikan menurut jalan udara atau oksigen diperkenalkan di dalamnya. Ada tiga jenis gasifiers; Downdraft, Updraft dan Crossdraft. Dan sebagai klasifikasi menyiratkan gasifier telah updraft udara yang lewat melalui biomassa dari bawah dan gas-gas mudah terbakar keluar dari bagian atas gasifier. Demikian pula dalam gasifier downdraft udara dilewatkan dari tuyers ke arah downdraft.
Dengan sedikit variasi hampir semua gasifiers jatuh dalam kategori di atas. Pemilihan salah satu jenis gasifier antara lain ditentukan oleh bahan bakar, bentuk akhir yang tersedia, ukuran, kadar air dan kadar abu. Tabel berikut menjelaskan keuntungan dan kerugian umumnya ditemukan untuk berbagai kelas gasifiers.
6
Tabel daftar keuntungan dan kerugian untuk tiap jenis gasifikasi No.
Tipe Gasifikasi
Keuntungan
Kerugian
1.
Updraft
2.
Downdraft
- Great kepekaan terhadap tar dan kelembaban dan kadar air bahan bakar - Relatif lama diperlukan untuk start up mesin IC - Kemampuan reaksi sangat kecil dengan beban gas yang berat - Desain cenderung tinggi - Tidak layak untuk ukuran partikel yang sangat kecil dari bahan bakar
3.
Crossdraft
- Penurunan tekanan Kecil - Efisiensi termal yang baik - Sedikit kecenderungan ke arah pembentukan terak - Fleksibel adaptasi dari produksi gas untuk memuat - Rendah kepekaan terhadap debu arang dan tar isi bahan bakar - Tingginya desain yang pendek - Sangat cepat waktu respon untuk memuat - Produksi gas fleksibel
- Tidak layak untuk sangat kecil ukuran partikel bahan bakar - Sensitivitas yang sangat tinggi untuk terak pembentukan - Penurunan tekanan tinggi
b. Process Zones Empat proses yang berbeda terjadi di dalam gasifikasi sebagai bahan bakar membuat jalan ke gasifikasi yang antara lain adalah: 1) Pengeringan bahan bakar 2) Pirolisis - sebuah proses di mana tar dan volatil lainnya didorong off 3) pembakaran 4) pengurangan Meskipun ada tumpang tindih dari proses, masing-masing dapat diasumsikan untuk menempati zona terpisah di mana kimia yang berbeda secara fundamental dan reaksi termal berlangsung. Fig. 3 menunjukkan skema sebuah gasifier updraft dengan zona yang berbeda dan suhu masing-masing. Fig. 4 dan 5 menunjukkan daerah ini untuk downdraft dan gasifiers crossdraft masingmasing.
7
Dalam gasifiers downdraft ada dua jenis: a) Single throat and, b) Double throat (Figure 6). Gasifiers Single throat adalah yang utama digunakan untuk aplikasi stasioner sedangkan double throat untuk berbagai beban serta keperluan otomotif.
c. Reaction Chemistry Ada beberapa reaksi utama dalam zona pembakaran dan pengurangan, yang antara lain sebagai berikut: 1. Combustion zone Substansi mudah terbakar dari bahan bakar padat biasanya terdiri dari unsur-unsur, hidrogen karbon dan oksigen. Karbon dioksida pembakaran sempurna diperoleh dari karbon dalam bahan bakar dan air diperoleh dari hidrogen, biasanya sebagai uap. Reaksi pembakaran adalah eksotermik dan menghasilkan suhu oksidasi teoritis 14500C. Reaksi utama, antara lain:
C + O2 = CO2 (+ 393 MJ/kg mole)
(1)
2H2 + O2 = 2H2 O (- 242 MJ/kg mole)
(2)
8
2. Reaction zone Produk dari pembakaran parsial (air, karbon dioksida dan uncombusted produk pirolisis sebagian retak) sekarang melewati tempat arang merahpanas di mana terjadi pengurangan reaksi.
C + CO2 = 2CO (- 164.9 MJ/kg mole)
(3)
C + H2O = CO + H 2 (- 122.6 MJ/kg mole)
(4)
CO + H2O = CO + H 2 (+ 42 MJ/kg mole)
(5)
C + 2H2 = CH4 (+ 75 MJ/kg mole)
(6)
CO2 + H2 = CO + H2O (- 42.3 MJ/kg mole) (7)
Reaksi (3) dan (4) adalah reaksi reduksi utama dan menjadi endotermik memiliki kemampuan untuk mengurangi suhu gas. Akibatnya suhu di zona pengurangan biasanya 800-10000C. Turunkan suhu pengurangan zona (~ 700-8000C), lebih rendah dari nilai kalori gas.
3. Pyrolysis zone Pirolisis kayu adalah proses rumit yang masih belum sepenuhnya dipahami. Produk tergantung pada suhu, tekanan waktu, tempat tinggal dan kerugian panas. Namun menyusul pernyataan umum dapat dibuat tentang itu. Sampai dengan suhu air 2000C hanya didorong. Antara 200 sampai 2800C karbon dioksida, asam asetat dan air yang dilepaskan. Pirolisis nyata, yang berlangsung
antara
280-5000C,
menghasilkan
sejumlah
besar
gas
mengandung tar dan karbon dioksida. Selain tar ringan, beberapa metil alkohol juga terbentuk. Antara 500-7000C produksi gas kecil dan mengandung hidrogen. Jadi, mudah untuk melihat bahwa gasifier updraft akan menghasilkan tar lebih dari satu downdraft. Dalam downdraft gasifier tar harus melalui pembakaran dan zona pengurangan dan sebagian rusak. Karena mayoritas dari bahan bakar seperti kayu dan residu biomassa memiliki jumlah besar tar, gasifier downdraft lebih disukai oleh orang lain.
9
Memang mayoritas gasifiers, baik dari Perang Dunia II sampai saat ini jenis downdraft masih diterapkan. Akhirnya di zona pengeringan proses utama adalah pengeringan kayu. Kayu masuk gasifier memiliki kadar air 10-30%. Berbagai percobaan pada gasifiers berbeda dalam kondisi yang berbeda telah menunjukkan bahwa rata-rata kondensat yang terbentuk adalah 6-10% dari berat kayu gasifikasi. Beberapa asam organik juga keluar selama proses pengeringan. Asam menimbulkan korosi gasifiers. 4. Properties of Producer gas Gas produser dipengaruhi oleh berbagai proses seperti diuraikan di atas maka seseorang dapat mengharapkan variasi dalam gas yang dihasilkan dari sumber biomassa yang bervariasi. Tabel 2 berisi daftar komposisi gas yang dihasilkan dari berbagai sumber. Komposisi gas juga merupakan fungsi dari desain gasifier dan dengan demikian, bahan bakar yang sama dapat memberikan nilai kalori yang berbeda ketika digunakan dalam dua gasifiers berbeda. Tabel 2 menunjukkan nilai-nilai perkiraan karena itu gas dari bahan bakar yang berbeda.
10
Pengenceran maksimum gas terjadi karena adanya nitrogen. Hampir 5060% gas terdiri dari nitrogen noncombustible. Jadi mungkin bermanfaat untuk menggunakan oksigen bukan udara untuk gasifikasi. Namun biaya dan ketersediaan oksigen dapat menjadi faktor pembatas dalam hal ini. Namun demikian di mana produk akhirnya adalah metanol - item energi kualitas tinggi, maka biaya dan penggunaan oksigen bisa dibenarkan. Pada 1 kg rata-rata biomassa memproduksi sekitar 2,5 m3 gas produser di STP Dalam proses ini mengkonsumsi sekitar 1,5 m 3 udara untuk pembakaran. Untuk pembakaran sempurna dari kayu sekitar 4,5 m3 udara diperlukan. Jadi gasifikasi biomassa mengkonsumsi sekitar 33% dari rasio stoichiometeric teoritis untuk pembakaran kayu. 5. Temperature of Gas Pada rata-rata temperatur gas meninggalkan gasifier adalah sekitar 300 sampai 4000C. Jika suhu lebih tinggi dari ini (~ 5000C) itu adalah indikasi bahwa pembakaran parsial gas berlangsung. Hal ini biasanya terjadi ketika aliran udara melalui gasifier tingkat lebih tinggi dari nilai desain.
5. Karakteristik Bahan Bakar Gasifikasi Hampir setiap bahan bakar karbon atau biomassa gasifikasi dapat di bawah kondisi percobaan atau laboratorium. Namun tes yang nyata bagi gasifier yang baik tidak apakah gas yang mudah terbakar bisa dihasilkan dengan membakar bahan bakar biomassa dengan udara stoikiometrik 20-40% tapi itu produsen gas dapat diandalkan dapat dibuat yang juga dapat secara ekonomis menarik bagi pelanggan. Menuju tujuan ini karakteristik bahan bakar harus dievaluasi dan pengolahan bahan bakar dilakukan. Banyak gasifier produsen 'klaim bahwa gasifier tersedia yang dapat mengubah menjadi gas bahan bakar apapun. Tidak ada hal seperti gasifier universal. Sebuah gasifier sangat bahan bakar spesifik dan disesuaikan sekitar bahan bakar bukan sebaliknya. Jadi bahan bakar gasifier dapat diklasifikasikan sebagai baik atau buruk sesuai dengan parameter berikut: 1) Energi isi bahan bakar 2) kepadatan Massal 3) kadar air 11
4) Debu konten 5) Tar konten 6) Abu dan slagging karakteristik
6. Sistem Gasifikasi Gas-gas mudah terbakar dari gasifier dapat digunakan sebagai a) dalam mesin pembakaran internal, b) untuk aplikasi panas langsung dan c) sebagai bahan baku untuk produksi bahan kimia seperti metanol. Namun agar gas yang akan digunakan untuk salah satu aplikasi di atasnya harus dibersihkan dari debu dan tar dan didinginkan. Seperti yang disebutkan sebelumnya pendinginan dan pembersihan gas adalah salah satu proses yang paling penting dalam sistem gasifikasi keseluruhan. Kegagalan atau keberhasilan unit gas produser tergantung sepenuhnya pada kemampuan mereka untuk menyediakan gas bersih dan keren untuk mesin atau untuk pembakar. Dengan demikian pentingnya pembersihan dan pendinginan sistem tidak bisa terlalu ditekankan. a. Pendinginan dan Pembersihan Gas Suhu gas yang keluar dari generator adalah biasanya antara 300-5000C. Gas ini harus didinginkan dalam rangka untuk meningkatkan kepadatan energi. Berbagai jenis peralatan pendingin telah digunakan untuk mencapai tujuan ini. Pendingin Kebanyakan gas untuk penukar panas udara di mana pendinginan dilakukan dengan konveksi bebas dari udara pada permukaan luar penukar panas. Karena gas juga mengandung uap air dan tar, beberapa penukar panas memberikan scrubbing parsial gas. Jadi idealnya gas akan mesin pembakaran internal harus didinginkan sampai suhu hampir ambien. Pembersihan gas adalah lebih sulit dan sangat kritis. Biasanya tiga jenis filter digunakan dalam proses ini. Mereka diklasifikasikan sebagai kering, lembab dan basah. Dalam kategori kering filter siklon. Mereka dirancang sesuai dengan tingkat produksi gas dan konten debu. Filter siklon berguna untuk ukuran partikel 5 μm dan lebih besar. Karena 60-65% dari gas produser mengandung partikel di atas 60 μm dalam ukuran filter siklon adalah perangkat pembersih yang sangat baik.
Setelah melewati siklon filter gas masih mengandung debu halus, partikel dan tar. Lebih lanjut dibersihkan dengan melewati scrubber baik basah atau filter 12
kain kering. Dalam wet scrubber gas dicuci oleh air dalam modus lawan arus. Scrubber juga bertindak seperti pendingin, dari mana gas tersebut masuk ke kain atau filter gabus untuk pembersihan akhir. Karena kain penyaring adalah filter halus, setiap kondensasi air di atasnya menghentikan aliran gas karena kenaikan pressure drop di atasnya. Jadi dalam cukup banyak sistem gasifikasi gas panas dilewatkan melalui saringan kain dan kemudian hanya mereka pergi ke pendingin. Karena gas masih di atas titik embun, kondensasi tidak terjadi dalam filter. Gambar 8 menunjukkan skematis sistem downdraft gasifikasi dengan pembersihan dan pendinginan kereta.
b. Shaft Power Systems Aplikasi terbesar dari gas produser telah mengemudi mesin IC. Kedua pengapian busi dan mesin kompresi pengapian telah didorong olehnya. Pada prinsipnya setiap mesin IC dapat dikonversikan untuk menjalankan sepenuhnya atau sebagian gas. Namun dalam praktek yang sebenarnya menjalankan engines tanpa gangguan dan untuk jangka waktu yang lama tanpa masalah sulit untuk mencapainya. Kecenderungan saat ini adalah karena itu, untuk menggunakan mesin IC tersedia dan menjalankannya pada gas produser. Namun sejak pabrik gas produser dibuat khusus untuk mesin tertentu akan lebih bermanfaat untuk melihat mesin itu sendiri. Produsen gas menjadi gas energi yang relatif rendah memiliki tertentu pembakaran karakteristik yang sangat berbeda dari mesin atau minyak diesel. Jadi untuk masa depan R & D dalam gasifikasi akan lebih bermanfaat untuk pekerjaan yang cukup untuk membuat mesin khusus untuk gas.
13
c. Direct Heat Systems Sistem panas langsung adalah mereka di mana gas produser dibakar langsung dalam tungku atau boiler. Keuntungan dari ini dibandingkan dengan pembakaran langsung biomassa adalah dalam memperoleh pemanasan terkontrol dan temperatur nyala yang lebih tinggi daripada yang diperoleh sebaliknya. d. Fluidized Bed Systems Dalam gasifiers fluidized bed udara ditiup ke atas melalui bed biomassa. Tempat tidur dalam kondisi seperti itu berperilaku seperti cairan mendidih dan memiliki keseragaman suhu yang sangat baik dan memberikan kontak yang efisien antara fasa gas dan padat. Umumnya panas tersebut dipindahkan oleh bed pasir panas. Keuntungan utama dari sistem ini adalah fleksibilitas dalam hal memberi makan rate dan komposisinya. Fluidised bed system juga dapat memiliki kapasitas volumetrik tinggi dan suhu dengan mudah bisa di kontrol.
7. Proses Gasifikasi Gasifikasi adalah proses yang dilakukan pada suhu dan tekanan yang tinggi untuk menghasilkan campuran gas (gas sintetis) dengan mereaksikan steam, oksigen, dan material yang mengandung karbon. Produk terdiri dari karbon monoksida, karbon dioksida, hidrogen, metana, dan gas-gas lain, dalam perbandingan yang tergantung pada reaktan tertentu dan kondisi operasi (temperatur dan tekanan) yang dilakukan dalam reaktor, dan tahap perlakuan yang dilalui gas-gas tersebut untuk selanjutnya meninggalkan gasifier. Bahan-bahan kimia yang sama dapat juga digunakan dalam gasifikasi kokas (batu bara) yang diturunkan dari petroleum dan sumber yang lain. Reaksi batu bara dan arang batu bara dengan udara atau oksigen untuk menghasilkan panas dan karbon dioksida dapat disebut sebagai gasifikasi, tapi lebih cocok dikatakan sebagai proses pembakaran. Tujuan dasar dari beberapa konversi adalah produksi gas alam sintesis sebagai bagian bahan bakar gas dan gas-gas sintesis untuk produksi bahan-bahan kimia dan plastik. Inti dari proses gasifikasi adalah konversi bahan bakar karbon padat menjadi karbon monoksida dengan proses termokimia. Gasifikasi bahan bakar padat ini dilakukan di udara tertutup, ruang tertutup, di bawah hisap sedikit atau tekanan relatif
14
terhadap tekanan ambien. Gasifikasi proses yang terjadi secara umum dijelaskan dalam bagian berikut ini:
Gambar: Proses gasifikasi
8. Proses gasifikasi Batubara Gasifikasi batubara pada dasarnya merupakan suatu proses perubahan menjadi gas yang lebih mudah terbakar dengan klasifikasi berdasarkan nilai panas (heating value) yaitu low-btu (180-350 Btu/scf), medium-btu (250-500 Btu/scf), high-btu (950-1000 Btu/scf). Perubahan batubara menjadi gas yang mudah terbakar terjadi melalui beberapa proses kimia dalam reaktor gasifikasi. Tahap awal setelah batubara mendapat perlakuan awal (ukuran butir diperkecil hingga ukuran butir tertentu), sebagai feed 15
stock , mengalami pemanasan sampai temperatur reaksi dan mengalami pirolisa atau pembaraan. Pembakaran yang terjadi disini adalah pembakaran tidak sempurna ( partial combustion) dengan rasio batubara lebih besar dari stoikiometri reaksi atau oksigen dibuat tidak mampu mengkonversi seluruh karbon menjadi karbondioksida. Dalam reaktor gasifikasi, produk gasifikasi yaitu CO dan H2, bercampur dengan produk pirolisa. Distribusi berat dan komposisi berat gas yang terjadi dipengaruhi oleh beberapa kondisi antara lain temperatur, kecepatan pemanasan, tekanan, residence time, dan jenis umpan batubara. Panas gasifikasi cenderung diklasifikasikan berdasarkan nilai panas, tetapi dapat pula digolongkan berdasarkan atas transportasi dan kondisi sistem reaksi dalam reaktor yaitu, fixed bed, fluidized bed dan entrained bed. a. Fixed Bed Pada proses gasifikasi cara ini, gravitasi menguasai sistem partikel-partikelnya tidak dapat bergerak dan membentuk suatu tumpukan atau solid bed . Penghembusan gas pereaksi uap dan O2 dari bawah berlawanan dengan arah suplai partikel batubara ukuran 3-30 mm dengan residence time 1-5 jam. Gas yang dihasilkan dari proses ini dialirkan dari atas sementara abu yang dihasilkan di keluarkan dari bagian bawah.
Gambar: Fixed Bed
16
Pada gasifikasi dengan menggunakan proses Fixed Bed terdapat empat zona reaksi, yaitu: (Naskahta, 2005) 1. Zona Devolatisasi Pada zona ini terjadi penguapan air dan zat-zat volatil yang terkandung dalam batubara 2. Zona Gasifikasi Pada zona ini steam yang dialirkan dan CO2 yang terbentuk dari pembakaran sempurna, bereaksi dengan batubara pada suhu tinggi dan membentuk gas sintesis yang terdiri dari CO2, H2, dan N2. 3. Zona Pembakaran Pada zona ini O2 yang masuk bereaksi dengan sebagian batubara membentuk CO2 dan H2O yang diperlukan dalam reaksi gasifikasi. 4. Zona Abu Zona ini adalah tempat penampungan abu yang dihasilkan, baik hasil reaksi pembakaran maupun hasil gasifikasi.
b. Fluidized Bed Pada proses gasifikasi ini, kehilangan tekanan ( pressure loss) sedemikian besar sehingga daya dorong di bagian bawah bed membuat kesetimbangan dengan gaya gravitasi sehingga batubara yang diinjeksikan dari atas dalam bentuk serbuk berukuran antara 0,1-5 mm berada dalam keadaan melayang dan juga berakibat permukaan reaksi menjadi lebih luas sehingga reaksi lebih cepat dengan residence time 15-50 detik. Pada reaktor fluidized bed O2 dan steam alirkan melalui bagian bawah, sedangkan gas yang dihasilkan di alirkan ke bagian bawah reaktor dan abu dialirkan ke samping bagian bawah reaktor.
Gambar: Fluidized Bed 17
c. Entrained Bed Pada proses ini, steam dan O2 bercampur dengan kecepatan sedemikian tinggi sehingga membuat partikel-partikel solid batubara terbawa oleh gas (transport pneumatic) yang masuk dari bagian atas. Dalam hal ini diperkenalkan istilah partikel cloud (bukan dinamakan bed lagi). Untuk partikel batubara disebut dengan powder coal dengan ukuran partikel lebih kecil dari 0,5 mm dengan residence time antara 1-5 detik. Pada reaktor ini, gas yang dihasilkan dialirkan ke samping bagian bawah reaktor sedangkan abu dikeluarkan dari bagian dasar reaktor.
Gambar: Entrained Bed
18
Daftar Pustaka
http://ibfco.com/gasification_technology.html http://timelesswealth.net/plasmagas.html http://www.zeep.com/zeep-technology/gasification-vs-combustion.php http://www.zeep.com/zeep-technology/pwr-compact-gasification.php http://www.im-mining.com/2012/03/08/ge-highlights-new-coal-gasification-projectsin-china/ http://id.wikipedia.org/wiki/Gasifikasi http://www.fossil.energy.gov/programs/powersystems/gasification/howgasificationw orks.html http://cturare.tripod.com/pro.htm http://www.nariphaltan.org/nari/pdf_files/gasbook.pdf
19
DAFTAR ISI
HALAMAN KATA PENGANTAR
i
DAFTAR ISI
ii
1. PENDAHULUAN
1
2. SEJARAH GASIFIKASI
2
3. TEORI GASIFIKASI
3
4. TEKNOLOGI GASIFIKASI
5
5. KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR GASIFIKASI
11
6. SISTEM GASIFIKASI
12
7. PROSES GASIFIKASI
14
8. PROSES GASIFIKASI BATUBARA
15
20
SISTEM PENGOLAHAN DAN PEMANFAATAN LIMBAH “GASIFIKASI”
OLEH:
WAHYUDIN 11/322517/PTK/07506
MAGISTER TEKNIK SISTEM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA 2012
21
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya, berupa nikmat yang mesti kita syukuri sebagai hambanya yakni nikmat iman, islam, sehat, kuat dan afiat sehingga bisa melaksanakan tugas sehari-hari. Penulis juga mengucapkan Alhamdulillah bahwa penyusunan tugas pada mata kuliah Sistem Pengolahan dan Pemanfaatan Limbah dengan judul “Gasifikasi” telah selesai disusun tepat waktu. Rasa terimakasih yang sebesar besarnya penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. Sarto, M.Sc. selaku Dosen Pengampuh mata kuliah Sistem Pengolahan dan Pemanfaatan Limbah. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, tetapi penulis berusaha menyusun materi ini semaksimal mungkin, untuk itu penulis mohon saran dan kritikanya
yang bersifat membangun dari semua pembaca. Semoga tulisan ini
dapat bermanfaat bagi semua pembaca. Amin..
Yogyakarta, 10 April 2012
Penulis
22
