PENERAPAN FISCHERTROPSCH SINTESIS BIOMASSA BIOMAS SA UNTUK KONVERSI KE LIQUID
Saat ini, sebagian besa !eb"t"#an enegi $"nia $i%en"#i &'e# ba#an ba!a (&si' ta$isi&na', se%eti )in*a! b")i $an gas a'a)+ Di%e!ia!an ba#a %e)intaan enegi g'&ba' a!an te"s nai! !aena )ening!atn*a %&%"'asi $"nia+ Na)"n, !aena a$angan *ang tebatas, %as&!an ba#an ba!a (&si' ta$isi&na' a!an #abis $a'a) a!t" $e!at, se%eti *ang $it"n."!!an %a$a /a)ba 0, *ang )e)b"at )enai s")be enegi a'tenati( *ang $i%e'"!an $an %enting 123+
Dalam rangka untuk memenuhi peningkatan kebutuhan energi global, menjamin keamanan energi dan membantu dengan perlindungan lingkungan, berbagai upaya telah dilakukan untuk mengembangkan biofuel terbarukan
Di Amerika Serikat, Kemerdekaan dan Security Act Energi (EISA) tahun 2! telah meningkatkan "olume bahan bakar terbarukan yang dibutuhkan untuk dicampur menjadi bahan bakar tran#porta#i dari $ miliar galon pada tahun 2% menjadi &' milyar galon pada tahun 222
roduk#i bahan bakar terbarukan, #eperti ben#in, die#el dan bahan bakar jet, menggunakan ioma##a untuk *i+uid melalui i#cher-.rop#ch Sinte#i# (.*-.) pro#e# telah mendapatkan perhatian meningkat #elama beberapa tahun terakhir/
Dalam pro#e# .*-., bioma##a, #eperti 0oodchip#, pertamatama ga#i1ka#i dengan udara, ok#igen, dan atau uap untuk mengha#ilkan baku bio-#ynga#/ Kemudian, pro#e# pember#ihan diterapkan pada baku bio-#ynga# untuk menghilangkan kontaminan #eperti partikel kecil arang, abu, dan tar/ diber#ihkan bio-#ynga# yang dilakukan ke dalam reaktor katalitik untuk melakukan #inte#i# . untuk mengha#ilkan bahan bakar cair terbarukan 3%,$4/
io-#ynga# yang diha#ilkan dari ga#i1ka#i bioma##a mengandung 56, 72, 562, 578, dan 92 di berbagai propor#i 3:,::4/ ;ata-rata bio-#ynga# dari ga#i1er do0ndraft dengan udara #ebagai ok#idan mengandung 22,:'< 56, :!,==< 72, ::,%$< 562, &/!< 578, dengan 92 dan ga# lainnya #ebagai ke#eimbangan 3:24/
#inte#i# i#cher-.rop#ch (.S) adalah pro#e# produk#i hidrokarbon cair dari ga# #inte#i# (56 dan 72)/ bahan baku yang bi#a batubara, ga# alam, bioma##a atau #umber karbon padat lainnya/ katali# .S tradi#ional, #eperti fe-, 5o-, dan katali# berba#i# 9i, telah dipelajari #ecara ek#ten#if dalam literatur
2 por#e#
tiga langkah utama dari pro#e# .*-. dan mendi#ku#ikan i#u-i#u terkait untuk ga#i1ka#i bioma##a, metode pember#ihan bio#ynga# dan kon"er#i bio-#ynga# menjadi hidrokarbon cair melalui #inte#i# i#cher-.rop#ch/
Secara umum, ada tiga langkah utama dalam ioma##a untuk *i+uid melalui i#cher-.rop#ch (.*-6;.) #inte#i# 3%,$,2:4/ ioma##a pertama diubah menjadi #ynga# yang diturunkan dari bioma##a (bio-#ynga#) oleh ga#i1ka#i/ ada tahap kedua, pro#e# pember#ihan diterapkan pada bio-#ynga# untuk menghilangkan kotoran, #ehingga ber#ih bio-#ynga# yang memenuhi per#yaratan #inte#i# i#cher-.rop#ch/ Akhirnya, diber#ihkan bio-#ynga# ini kemudian dilakukan ke i#cher-.rop#ch reaktor katalitik untuk mengha#ilkan ben#in hijau, die#el dan biofuel ber#ih lainnya/ *embar aliran dari pro#e# .*-. digambarkan pada >ambar 2/
2/: >a#i1ka#i bioma##a
>a#i1ka#i adalah pro#e# yang dapat digunakan untuk mengkon"er#i bahan baku karbon ke campuran ga# yang #ebagian be#ar mengandung karbon monok#ida, hidrogen, karbon diok#ida, nitrogen, dan metana/ erbagai bahan baku bioma##a dapat dimanfaatkan untuk mengha#ilkan bio-#ynga#, #eperti kayu dan limbah pertanian/ Setiap jeni# bioma##a memiliki #ifat tertentu/ Sebuah pemahaman da#ar tentang jeni# dan #umber bioma##a yang tepat dan #ifat da#ar mereka akan menjadi da#ar untuk pemanfaatan bioma##a dalam teknologi ga#i1ka#i/ ;a"eendran et al/ 3224 telah melaporkan kompo#i#i dan #ifat-#ifat lain dari berbagai jeni# bioma#a, dan Kirubakaran et al/ 32&4 direproduk#i dalam anali#i# akhir dari bioma##a (rumu# kimia 5?7y6@) #eperti yang ditunjukkan pada .abel :/ .elah diamati bah0a kayu yang ber#ih dapat mengha#ilkan #ynga# relatif ber#ih yang memiliki tingkat rendah dari kontaminan, dan kayu yang diha#ilkan dari perkebunan khu#u# dapat menjadi #umber utama untuk produk#i bahan bakar terbarukan dari bioma##a 3284/
re-treatment #ebelum ga#i1ka#i diperlukan dan umumnya terma#uk #krining, pengurangan ukuran, dan pengeringan 32=4/ *ebih kecil bioma##a ukuran partikel akan memberikan permukaan yang lebih lua# dan #truktur berpori per unit bioma##a, yang akan memfa#ilita#i perpindahan pana# dan kon"er#i bioma##a #elama pro#e# ga#i1ka#i/ 9amun, di #ebagian ga#i1er#, umpan bioma##a telah menahan aliran ga#ifying agent dengan ukuran yang #e#uai dan berat ukuran partikel pakan yang paling #ering di ki#aran 2 hingga % mm 32'4/ engeringan adalah pro#e# yang paling penting dalam prapera0atan/ bioma##a kering dapat meningkatkan e1#ien#i ga#i1ka#i, tetapi juga mengurangi kandungan hidrogen dalam produk ga#, yang tidak menguntungkan dalam mengikuti #inte#i# i#cher-.rop#ch/ engeringan dapat mengurangi kadar air dari bahan baku bioma##a untuk :< -:=< 32!4/
eberapa teknologi pretreatment lainnya, #eperti torrefaction, piroli#i#, dan pelleti@ation, juga perlu di#ebutkan/
eberapa jeni# ga#i1er# dirancang dengan hidrodinamika yang berbeda, menggunakan agen yang berbeda ga#i1ka#i (udara, ok#igen, udara yang kaya ok#igen dan atau aliran) dan kondi#i opera#i/ jeni# yang paling banyak digunakan adalah updraft ga#i1er 1?ed bed, do0ndraft tetap ga#i1ka#i tidur, ga#i1ka#i Buidi@ed-bed, dan ga#i1ka#i aliran yang tertahan 3&&4/
#eperti yang ditunjukkan pada >ambar &, umpan bioma##a dima#ukkan ke bagian ata# #ering ia ga#i1er dan jatuh ke ba0ah ketika agen ga#i1ka#i datang ke bagian ba0ah perapian dan kemudian pergi ke ata#/ pembakaran terjadi di ba0ah tempat tidur, dan produk ga# dilepa#kan dari ga#i1er di #ekitar #uhu = C 5/ Dalam do0ndraft tetap tidur ga#i1er, #eperti yang ditunjukkan pada >ambar 8, baik pakan bioma##a dan ga#ifying agent bergerak ke ba0ah, dan keluar ga# pada #uhu yang lebih tinggi dari % C 5 3&84/
Dalam Buidi@ed bed ga#i1er, umpan bioma##a dima#ukkan ke bagian ba0ah ga#i1er dan kemudian Buidi@ed menggunakan udara, ok#igen atau agen ga#i1ka#i lain/ jeni# #eperti ga#i1er# dapat meningkatkan kecepatan reak#i dan e1#ien#i kon"er#i dengan meningkatkan perpindahan pana# #elama ga#i1ka#i ter#ebut/ .empat tidur Buidi@ed dapat dibagi lagi menjadi menggelegak tidur Buidi@ed dan beredar tidur Buidi@ed 3&84/
Dalam ga#i1er aliran yang tertahan, #eperti yang ditunjukkan pada >ambar =, pakan dan udara dima#ukkan ke dalam reaktor co-#aat dan reak#i terjadi pada tekanan tinggi (antara :$,! dan '$,: atm) dan #uhu tinggi (lebih dari : C 5) 3&= , &'4/ ga#i1er aliran yang tertahan telah dikembangkan untuk ga#i1ka#i batubara, tetapi membutuhkan pakan yang baik (,:-,8 mm) yang membutuhkan pro#e# pretreatment ketat untuk bahan bioma##a ber#erat, #eperti kayu 32'4/
Keuntungan dan kerugian dari berbagai ga#i1er# telah diringka# dan dibandingkan dengan ;ampling 3&!4 dan ditunjukkan pada .abel 2/
;eak#i di ga#i1ka#i bioma##a umumnya #eperti ini 3& %4
ada langkah pertama dari pro#e# ga#i1ka#i, #elulo#a, hemi#elulo#a dan lignin #enya0a dalam bioma##a adalah thermokimia membu#uk/ Kemudian ga#i1ka#i char yang diha#ilkan dari langkah pertama dan beberapa reak#i ke#etimbangan lainnya terjadi/ Sebuah penjela#an rinci tentang reak#i yang terjadi dalam pro#e# ga#i1ka#i dapat menjadi berikut 3&$,84
Kompo#i#i ga# produk dari ga#i1er akan dipengaruhi oleh beberapa parameter 38:,824, #eperti kompo#i#i bahan baku, kadar air dari bahan baku, agen ga#ifying, tekanan opera#i, temperatur opera#i, dll Sulit untuk mempredik#i kompo#i#i dari produk ga# dari ga#i1er karena reak#i komplek# terjadi #elama ga#i1ka#i ter#ebut/ .abel & menunjukkan kompo#i#i kha# ga# yang diha#ilkan dari ga#i1ka#i kayu dan arang dengan rendah untuk kadar air media dengan udara ambien #ebagai agen ga#i1ka#i dalam ga#i1er do0ndraft 38&4 dan kompo#i#i bio-#ynga# dari ga#i1ka#i bioma##a 388-8'4/
Bebea%a is" %enting 'ainn*a $i gasi4!asi bi&)assa, se%eti e(e! $ai te)%eat" gasi4!asi, 'a." a'ian bi&)assa, .enis $an si(at $an gasi(*ing .enis agen %a$a si(at %&$"!, $a%at $ite)"!an $a'a) %e!e.aan %ene'itian sebe'")n*a 156-703+
2/2/ io-Synga# 5leaning
ioma##a bahan baku diolah #ebelumnya dan teknologi ga#i1ka#i yang dioptimalkan untuk e1#ien memproduk#i bio-#ynga# dengan konten yang diinginkan dari karbon monok#ida dan hidrogen/ 9amun, beberapa jumlah kotoran akan ditampilkan di baku bio#ynga#/ Fereka kotoran dapat menurunkan akti"ita# . di bio#ynga# kon"er#i katalitik, #ehingga perlu untuk menghapu# mereka untuk memenuhi i#cher-.rop#ch #inte#i# #pe#i1ka#i 3=24, yang ditunjukkan pada .abel 8/
Gmumnya, kotoran dalam bio-#ynga# yang diha#ilkan dari ga#i1er dapat dikelompokkan menjadi tiga jeni# (:) kotoran organik, #eperti ter, en@ene, .oluene, dan Hylene# (.H) (2) kotoran anorganik, #eperti 62, 97&, 759, 72S, 56S, dan 75l (&) kotoran lainnya, #eperti debu dan jelaga/
2/2/:/ 6rganik Kotoran ;emo"al
.ar# adalah campuran terkonden#a#i yang terma#uk #atu cincin untuk #enya0a aromatik =-ring, ok#igen yang mengandung hidrokarbon lainnya dan hidrokarbon poli#iklik aromatik (A7) 3=&4/ Fereka akan bu#uk peralatan di langkah-langkah berikut atau bahkan menutupi permukaan katali# untuk memperlambat atau menghentikan reak#i kon"er#i ., #ehingga kon#entra#i ter haru# dikurangi hingga di ba0ah titik embun #elama kon"er#i ./ 9amun, ter dapat retak menjadi 56 dan 72 untuk meningkatkan i#inya dalam bio-#ynga#, dan akhirnya untuk meningkatkan e1#ien#i pemanfaatan karbon ke#eluruhan bahan baku/ Ada dua jeni# metode tar retak termal retak (metode utama) dan retak (metode #ekunder) katalitik 3=84/ catalytic cracking telah terbukti efektif/ .ingkat kon"er#i tar lebih dari $$< telah dicapai dengan menggunakan dolomit dan katali# berba#i# 9i 3==4/ .ar# juga dapat dihapu# dengan menggunakan #crubbing berba#i# minyak 3='4/
2/2/2/ Anorganik dan lain Kotoran ;emo"al
aku bio-#ynga# mengandung ,=-: "ol< ok#igen, yang dapat menyebabkan ledakan parah #elama kompre#i hidrogen #ebelum reak#i ., ok#ida#i katali# dan menurunkan akti"ita# #inte#i# . perlu untuk mengurangi kadar 62 ke ba0ah ,=< "ol/ Gntuk 5u n Al 7SF-= katali#, konten 62 haru# dikurangi menjadi kurang dari ,:< "ol 3=!4/ *i et al/ dirancang dua deo?idi@er# dikema# dengan berba#i# Al26& d de-ok#idan #ebelum kompre#or dan reaktor 1?ed-bed untuk mengurangi kandungan 62 ke nilai yang diinginkan 3=!4/ Dalam penelitian lain, membran @irconia-yttria tubular telah dikembangkan untuk menghilangkan ok#igen dari ok#igen rendah yang mengandung ga# untuk mengha#ilkan ok#igen beba# aliran ga# 3=%4/
Dalam pro#e# ga#i1ka#i, nitrogen dalam bioma##a akan membentuk 97&, 759, dan 96?/ 9itrogen #pe#ie# yang mengandung yang tidak menguntungkan dalam bio#ynga#, mereka akan meracuni katali# atau bertindak #ebagai prekur#or 96?/ Amonia dapat dihilangkan dengan #crubber air, atau bi#a diurai dan #elektif terok#ida#i 3=$4
Kedua metode yang diinginkan karena mereka tidak akan memperkenalkan kontaminan ke langkah-langkah berikut/ 96? adalah #alah #atu polutan yang #igni1kan di atmo#fer dapat dihapu# #elama platinum dan logam (5u, 5r dan e) berda#arkan @eolit (7-SF-=) katali# 3'4/ Debu, jelaga dan kotoran lainnya dapat dihilangkan dengan menggunakan #iklon, 1lter logam, tempat tidur bergerak, 1lter lilin, 1lter bag, dan jelaga #crubber khu#u# 32=4/
Sulfur kontaminan dari ga#i1ka#i bioma##a dapat mengambil #itu# aktif katali# dan mengurangi akti"ita# katalitik #elama reak#i/ endekatan #aat ini di indu#tri batubara adalah penggunaan #orben #ulfur, #eperti n6, untuk menyerap 72S dan membentuk nS untuk melindungi katali# dari keracunan belerang 3':4/
2/&/ Sinte#i# i#cher-.rop#ch
ro#e# i#cher-.rop#ch atau #inte#i# i#cher-.rop#ch adalah #erangkaian pro#e# katalitik untuk mengubah ga# #inte#i# (#ynga#, karbon monok#ida hidrogen dan atau campuran ga# lainnya) menjadi hidrokarbon cair/ Ini pertama kali diperkenalkan oleh 7an i#cher dan ran@ .rop#ch pada tahun :$2& 3'24/ ro#e# i#cher-.rop#ch kini telah menjadi komponen kunci dalam >a# ke 5air teknologi (>.*)/
;eak#i dalam pro#e# i#cher-.rop#ch umumnya digambarkan #ebagai berikut
Kecuali alkana (er#amaan :8) dan alkena (er#amaan :=), beberapa o?ygenate# (er#amaan :') dapat juga terbentuk #elama pro#e# i#cher-.rop#ch/ erge#eran ga# air (>S) reak#i (er#amaan :!) yang terjadi #elama pro#e# dapat digunakan untuk mengatur ra#io karbon monok#ida dan hidrogen/
P&$"! $ai %&ses Fis#e-T&%s# ")")n*a )engi!"ti #i$&!ab&n $istib"si-An$es&n-S#"'8-F'&* 9ASF: $istib"si statisti! 1;<3+ Fa!si M )&'a $ai se.")'a# !ab&n tetent" n $a%at $iga)ba!an sebagai =
Ladi di#tribu#i produk dapat ditentukan oleh pertumbuhan rantai nilai probabilita# M/ Di#tribu#i produk dari #inte#i# i#cher-.rop#ch #ebagai fung#i probabilita# pertumbuhan rantai di frak#i molar dan frak#i ma##a digambarkan pada >ambar ' 3'84/ 7al ini dapat diperkirakan dari di#tribu#i AS bah0a #elekti"ita# mak#imum untuk rentang ben#in (5=-5::) dan berbagai die#el (5:2-52) hidrokarbon #ekitar 8=< dan &<, ma#ing-ma#ing 3'=4/
Komer#ial reaktor . ter#edia #aat ini memiliki dua rentang #uhu yang berbeda/ Suhu tinggi . (7..) reaktor berjalan dengan katali# be#i di #ekitar &8 C 5, dan digunakan untuk mengha#ilkan ole1n dan ben#in/ Suhu rendah . (*..) reaktor menggunakan be#i atau kobalt katali# berba#i# di #ekitar 2& C 5, dan digunakan untuk memproduk#i die#el dan lilin linear 3''4/ Gmumnya, komer#ial didirikan reaktor . dapat dibagi menjadi tiga kategori utama 1?ed bed, tempat tidur cairan dan bubur reaktor . 3'!4/ itur penting dari reaktor ., #eperti perpindahan pana# dan perpindahan ma##a, diringka# dan dibandingkan pada .abel = 3'%4/ a#pek teoriti# dan prakti# lain dari memilih dan merancang reaktor . dapat ditemukan dalam karya-karya #ebelumnya 3'$-!&4
e-, 5o-, ;u- dan katali# berba#i# 9i #ebagian be#ar digunakan dalam pro#e# i#cher-.rop#ch 3''4/ ;u #angat aktif dalam reak#i ., bagaimanapun, keter#ediaannya #angat terbata# dan harganya #angat tinggi/ 9i juga #angat aktif, tapi mengha#ilkan terlalu banyak metana karena #ifat hidrogena#i yang kuat/ Selain itu, 9i akan membentuk karbonil mudah menguap di ba0ah tekanan tinggi dan akan hilang dari reaktor perlahan/ 7al ini membuat e dan 5o #ebagai #atu-#atunya katali# prakti# dalam aplika#i indu#tri 3!84/
&/ Feningkatkan emanfaatan Karbon
io-#ynga# dari ga#i1ka#i bioma##a bia#anya mengandung $-:= "ol< (udara #ebagai agen ga#i1ka#i) dan 2:-& "ol< (nitrogen beba# agen ga#i1ka#i) 562/ Seperti jumlah yang relatif tinggi 562 akan dipi#ahkan #ebelum #ynga# yang diumpankan ke reaktor . dalam metode kon"en#ional, yang akan menyebabkan #ebagian be#ar kehilangan karbon dari bioma##a dan membuat pemanfaatan karbon #ecara ke#eluruhan agak rendah/ Dalam rangka meningkatkan pemanfaatan karbon dalam #eluruh pro#e#, hidrogena#i 562 dalam bio-#ynga# menjadi hidrokarbon cair mungkin rute yang mungkin
