Gasifikasi Dan Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064

A. Definisi Proses Proses Gasifikasi

Gasifikasi merupakan proses

yang menggunakan panas untuk

merubah biomassa padat atau padatan berkarbon lainnya menjadi gas sintetik “seperti gas alam“ yang mudah terbakar. Melalui proses gasifikasi, kita bisa merubah hampir semua bahan

organik

padat

menjadi gas bakar yang bersih, netral. Gas yang dihasilkan pada gasifikasi disebut gas produser yang kandungannya didominasi oleh gas CO, H2, dan CH4.

Bahan bakar yang umum digunakan pada gasifikasi adalah bahan bakar padat, salah satunya adalah batubara. Jika ditinjau dari produk yang dihasilkan, pengolahan batubara dengan gasifikasi lebih menguntungkan

dibandingkan

pengolahan

dengan

pembakaran

langsung. Dengan teknik gasifikasi, produk pengolahan

batubara

lebih bersifat fleksibel karena dapat diarahkan menjadi bahan bakar gas atau bahan baku industri yang tentunya memiliki nilai jual yang lebih tinggi. Untuk melangsungkan gasifikasi diperlukan suatu reaktor. Reaktor tersebut berlangsungnya berlangsungnya

proses

berfungsi

sebagai

tungku

gasifikasi dimana terjadi kontak antara

bahan bakar dengan medium penggasifikasi di dalam gasifier .

Gasiifikasi & Pirolisis

tempat

Obbie Purnama Ajie 1415021064 B. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Gasifikassi Faktor yang mempengaruhi proses gasifikasi adalah sebagai berikut: berikut: 1. Suhu B ed Tingkat

gasifikasi

serta

kinerja

keseluruhan

gasifier

adalahtergantung suhu.Semua reaksi gasifikasi biasanya reversibel dan titik ekuilibrium dari setiap reaksi dapat digeser dengan mengubah suhu 2. Tekanan B ed Tekanan Bed telah dilaporkan memiliki efek yang signifikan pada proses gasifikasi. gasifikasi. Penurunan Penurunan berat badan selama selama devolatilization residu

tanaman

di

N2 kondisi

di

815 oC,

menurun dengan

peningkatan tekanan. Namun, pada suhu konstan, konstanta laju orde pertama (k) untuk gasifikasi arang meningkat karena tekanan meningkat. Menggunakan media gasifikasi 50:50 H 2O / N2 pada suhu 815 oC, nilai-nilai konstanta laju (k) untuk char kayu adalah 0.101, 1.212 dan 0,201 min-1 masing-masing pada tekanan 0,17, 0,79 dan 2,17 MPa. (Nandi dkk, 1985) 3. Tinggi B ed Pada suhu reaktor tertentu, waktu tinggal yang lebih lama (karena ketinggian bedyang lebih tinggi) tinggi)

meningkat berjumlah berjumlah hasil gas.

Ketinggian bed yang lebih tinggi menghasilkan lebih efisiensi konversi serta suhu bed

lebih rendah karena efek fly-wheel bed

material. Efek fly-wheel berkurang secara signifikan ketika jumlah bahan bed berkurang berkurang sehingga sehingga menghasilkan suhu bed yang lebih tinggi. (Sadaka dkk, 1998) 4. Kecepatan Fluidisasi Kecepatan

fluidisasi

memainkan

peran

penting

dalam

pencampuran partikel dalam fluidized bed . Dalam sistem gasifikasi udara, semakin tinggi kecepatan fluidisasi semakin tinggi suhu bed dan semakin rendah menghasilkan nilai kalor gas akibat Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 peningkatan jumlah oksigen

dan nitrogen dalam gas inlet ke

system. 5. Rasio Kesetaraan Rasio kesetaraan memiliki pengaruh kuat pada kinerja gasifiers karena itu mempengaruhi suhu bed, kualitas gas, dan efisiensi termal. Peningkatan rasio kesetaraan mengakibatkan tekanan rendah baik di bed padat dan daerah freeboard ketika dioperasikan

pada

kecepatan

fluidisasi

yang

gasifier

berbeda

dan

ketinggian bed. 6. Kadar Air Kadar air dari bahan pakan mempengaruhi suhu reaksi karena energi diperlukan untuk menguapkan air dalam bahan bakar. Oleh karena itu, proses gasifikasi berlangsung pada suhu rendah 7. Ukuran Partikel Ukuran partikel secara signifikan mempengaruhi hasil gasifikasi. Ukuran partikel kasar akan menghasilkan

lebih banyak banyak tar

dan kurang tar yang mereka hasilkan. Tingkat difusi termal dalam partikel menurun dengan peningkatan ukuran partikel, sehingga mengakibatkan tingkat pemanasan yang lebih rendah. Untuk diberikan suhu, hasil gas yang dihasilkan dan komposisi meningkat dengan penurunan ukuran partikel. 8. Rasio Udara dan Uap Meningkatkan rasio udara dan uapakan meningkatkan nilai kalor gas sampai memuncak. Campuran udara-uap dalam proses gasifikasi batubara dalam fluidized bed reaktor. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh rasio uap dan udara pada arang terutama pada rasio yang lebih rendah karena fakta bahwa uap digunakan

pada

tahap

devolatilisasi

memberikan

kontribusi

terhadap proses gasifikasi bahkan dalam kasus ketika uap tidak ditambahkan. Ketika rasio uap air meningkat, nilai kalor meningkat, mencapai puncaknya pada 0,25 kg / kg. (Tomeczek dkk, 1987)


Obbie Purnama Ajie 1415021064 9. Keberadaan Katalis Katalis komersial dan non-komersial diuji dalam berbagai proses gasifikasi. Salah satu masalah utama dalam steam katalitik tar adalah endapan karbon pada katalis dari karakter aromatik karbon yang tinggi. Berbagai katalis yang digunakan untuk meningkatkan kualitas produksi gas dan mengurangi tingkat produksi tar.


Obbie Purnama Ajie 1415021064 C. Perhitungan Dasar Gasifikasi

Selama proses gasifikasi terjadi dua transformasi utama yaitu perpindahan massa dan perpindahan kalor (energi panas). Perpindahan massa ditentukan oleh kesetimbangan massa zat yang masuk dengan massa yang keluar dari

sistem tersebut. Sedangkan perpindahan kalor ditentukan oleh

kesetimbanagan energi yang

masuk

dengan

energi

yang

keluar.

Kesetimbangan massa adalah jumlah semua unsur yang terkandung dalam suatu unit massa input ( bahan bakar dan udara)

sama

dengan

jumlah

unsur-unsur yang dihasilkan pada output berupa syngas dan abu selama proses gasifikasi terjadi. Sedangkan kesetimbangan energi adalah kondisi dimana besar energi kalor yang dihasilkan dalam suatu unit massa bahan bakar dengan nilai kalor spesifik tertentu dikurangi degan kerugian kalor yang terjadi selama proses gasifikasi.

1. Perhitungan Kesetimbangan Masa (Mas s B alance) Perhitungan kesetimbangan massa dan energi secara umum tergantung dengan masing-masing jenis sistem reaktor gasifikasi. Perhitungan ini juga meliputi perhitungan aliran syngas (flow rate), laju konsumsi bahan bakar (mass fuel rate), dan laju aliran udara gas gasifikasi.

a. Laju Konsumsi Bahan Bakar

Dimana


Obbie Purnama Ajie 1415021064 Laju pemakaian bahan bakar dipengaruhi oleh ketiga faktor yaitu kapasitas bahan bakar dalam reaktor, sisa pembakaran dan durasi operasional. Peneliti ini membandingkan laju bahan bakar pada

double

outlet

gasifier

dan

konvensional

gasifier.

(Guswendar, 2012)

b. Laju Aliran Udara Kebutuhan jumlah udara gasifikasi selalu lebih kecil daripada kebutuhan jumlah udara stoikiometri (pembakaran sempurna). Jumlah

udara

gasifikasi

sangat

tergantung

pada

reaksi

pembakaran masing-masing unsur yang terkandung dalam satuan massa bahan bakar dengan udara secara sempurna dan Equivalence Ratio (ER).

Pada proses pengoperasian alat gasifikasi, komposisi aliran udara sebagai komponen utama oksidasi harus diberikan dengan tepat. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan proses oksidasi yang baik dan efisien. Blower pada sistem gasifikasi updraft berperan untuk memberikan pasokan udara tersebut ke ruang bakar.


Obbie Purnama Ajie 1415021064 Gambar 1. Laju Aliran Udara Untuk mendapatkan komposisi udara oksidasi yang pas, maka pipa

pasokan

udara

blower

harus

terpasang

orifis

dan

manometer yang tersambung dengan katub untuk mengatur besar kecilnya hembusan udara. Orifis adalah salah satu alat pengukur tekanan fluida pada suatu sistem pemipaan.Alat ini mempunyai sekat pada sambungannya yang telah diberikan lubang dengan diameter tertentu (biasanya setengah dari diameter pipa). Pada bagian depan dan belakang sekat orifis terdapat lubang manometer yang berfungsi sebagai tabung pengukur perbedaan fluida yang masuk dan keluar dari sekat orifis. Aliran udara sebelum masuk sekat orifis akan lebih besar daripada udara setelah keluar dari orifis. Pebedaan tersebut akan menghasilkan perbedaan tinggi fluida yang terjadi pada tabung manometer.Perhitungan laju alir udara dapat dihitung dengan persamaan :

Dimana

Massa laju alir udara dapat dihitung :



c. Massa Jenis Syngas Massa jenis gas campuran , pers :

Dimana

d. Massa alir syngas dapat dihitung :

2. Effisiensi Gasifikasi Efisiensi gasifikasi adalah persentase energi dari bahan bakar yang diubah menjadi gas mampu bakar (masih mengandung tar). Efisiensi gasifikasi juga dapat diartikan sebagai rasio energi yang dihasilkan oleh pembakaran sejumlah gas producer dengan energi yang dihasilkan

oleh

pembakaran

biomassa

secara

konvensional.

Persamaan berikut ini digunakan untuk menghitung efisiensi gasifikasi (Mathieu, Phillippe. 2002)

Dimana




Obbie Purnama Ajie 1415021064 D. Proses – Proses Pada Reaktor Gasifikasi Gasifikasi secara sederhana dapat dijelaskan sebagai proses pembakaran bertahap. Hal ini dilakukan dengan membakar bahan bakar padat dengan ketersediaan oksigen yang terbatas sehingga gas yang terbentuk dari hasil pembakaran masih memiliki potensi untuk terbakar. Bahan bakar gasifikasi dapat berupa material padatan berkarbon biasanya biomassa (kayu atau limbah berselulosa) atau batubara. Semua senyawa organic mengandung atom karbon (C), hydrogen (H) dan oksigen (O), dalam wujud molekul komplek yang bervariasi. Gasifikasi terdiri dari empat tahapan terpisah yang terdiri dari proses Pengeringan: Devolatilisasi :

150

<

T

T <

>

150

°C,Pirolisis /

700 °C, Oksidasi / pembakaran:

700 < T < 1500 °C,Reduksi: 800 < T < 1000 °C.

Gambar 2. Proses – Proses Pada reaktor Pirolisi


Obbie Purnama Ajie 1415021064 1. Pengeringan

Pada pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas yang diserap dari proses oksidasi. Reaksi ini erletak pada bagian atas reaktor dan merupakan zona dengan temperature paling rendah di dalam reaktor yaitu di bawah 150 ᵒC. Proses pengeringan ini sangat penting dilakukan agar pengapian pada burner dapat terjadi lebih cepa dan lebih stabil.

2. Pirolisis

Pirolisis adalah proses pemecahan struktur bahan bakar dengan menggunakan

sedikit atau tanpa oksigen

melalui

pemanasan

menjadi gas. Pada pirolisis, pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak terkondensasi) dari arang atau padatan karbon bahan bakar juga menggunakan panas yang diserap dari proses oksidasi. Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai secara lambat pada T 700 °C. Komposisi produk yang tersusun merupakan fungsi temperatur,

tekanan,

dan

komposisi

gas

selama

pirolisis

berlangsung.

Produk

cair

yang

menguap

mengandung

tar

dan

PAH

(polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang.


Obbie Purnama Ajie 1415021064 3. Oksidasi (Pembakaran)

Untuk melakukan reaksi oksidasi (pembakaran) terdapat tiga elemen penting yang saling mengisi satu sama lain yaitu panas,bahan bakar, dan udara. Reaksi pembakaran sangat berkaitan dengan keberadaan ketiga elemen tersebut karena apabila salah satu dati ketiga elemen tersebut tidak ada maka hamper dapat dipastikan tidak akan terjadi proses pembakaran.

Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi di dalam gasifier. Proses ini menyediakan seluruh energi panas yang dibutuhkan pada reaksi endotermik. Oksigen yang dipasok ke dalam gasifier bereaksi dengan substansi yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO2 dan H2O yang secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi

pada pirolisis. Reaksi yang terjadi pada proses

pembakaran adalah:

C + O2 → CO2 + 393.77 kJ/mol karbon

4. Reduksi (Gasifikasi)

Reduksi

atau

gasifikasi

melibatkan

suatu

rangkaian

reaksi

endotermik yang disokong oleh panas yang diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini merupakan empat reaksi yang umum telibat pada gasifikasi.

C + H2O → H2 + CO – 131.38 kJ/kg mol karbon CO2 + C → 2CO – 172.58 kJ/mol CO + H2O → CO2 + H2 – 41.98 kJ/mol C + 2H2 → CH4 + 74.90 kJ/mol karbon Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 Berikut merupakan tahapan-tahapan reduksi : a. Water-gas reaction

Water-gas reaction merupakan reaksi oksidasi parsial karbon oleh

kukus yang dapat berasal dari bahan bakar padat itu

sendiri (hasil pirolisis) maupun dari sumber yang berbeda, seperti uap air yang dicampur dengan udara dan uap yang diproduksi dari penguapan air. Reaksi yang terjadi pada watergas reaction adalah:

C + H2O -> H2 + CO – 131.38 kJ/kg mol karbon

Pada beberapa gasifier, kukus dipasok sebagai medium penggasifikasi dengan atau tanpa udara/oksigen.

b. Boudouard reaction

Boudouard reaction merupakan reaksi antara karbondioksida yang

terdapat

di

dalam

gasifier

dengan

arang

untuk

menghasilkan CO. Reaksi yang terjadi pada Boudouard reaction adalah:

CO2 + C -> 2CO – 172.58 kJ/mol karbon

c. Shift conversion Shift conversion merupakan reaksi reduksi karbonmonoksida oleh kukus untuk memproduksi hidrogen. Reaksi ini dikenal sebagai

water-gas

shift

yang

menghasilkan

peningkatan

perbandingan hidrogen terhadap karbonmonoksida pada gas produser. Reaksi ini digunakan pada pembuatan gas sintetik. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: CO + H2O -> CO2 + H2 – 41.98 kJ/mol Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 d. Methanation Methanation merupakan reaksi pembentukan gas metan. Reaksi yang terjadi pada methanation adalah:

C + 2H2 -> CH4 + 74.90 kJ/mol karbon


Obbie Purnama Ajie 1415021064 E. Parameter – Parameter Penting Dalam Proses Gasifikasi Parameter – parameter penting dalam proses gasifikasi adalah: 1. Temperatur gasifikasi Temperatur gasifikasi harus tinggi karena dalam tahap pertama gasifikasi adalah pengeringan untuk menguapkan kandungan air dalam batu bara dan biomassa agar menghasilkan gas yang bersih. Temperatur menghasilkan

yang

tinggi

juga

gas

yang

mudah

dapat

berpengaruh

terbakar.

Sehingga

dalam untuk

mempertahankan temperatur, maka tangki reaktor diisolasi dengan bata tahan api agar tidak ada panas yang keluar ke lingkungan sehingga efisiensi reaktor menjadi baik.

2. S pes ific G asification R ate (S G R ) SGR mengindikasikan banyaknya biomassa rata-rata yang dapat tergasifikasi dalam gasifier.

Jika SGR semakin

besar

maka

proses gasifikasi tidak berjalan secara sempurna, sebaliknya jika SGR semakin kecil maka proses gasifikasi berjalan lambat. SGR dapat dihitung dengan cara.

3. FCR (Fuel Consumtion Rate) Laju bahan bakar biomassa yang dibutuhkan pada proses gasifikasi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Dimana


Obbie Purnama Ajie 1415021064 4. GFR (G as Fuel R atio ). GFR (Gas Fuel Ratio) dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :

5. % Char %

char

adalah

perbandingan

banyaknya

arang

yang

dihasilkan dengan banyaknya biomassa yang dibutuhkan. % char dapat dihitung menggunakan rumus:

6. Waktu konsumsi bahan bakar Hal ini mengacu pada total waktu yang dibutuhkan untuk benar-benar mengubah menjadi gas dari bahan bakar dalam reaktor. Ini termasuk waktu bakar

dan

waktu

untuk

untuk

menghasilkan

menyalakan

padat di bahan

gas, ditambah waktu

untuk benar-benar membakar semua bahan bakar dalam reaktor. Kepadatan dari bahan bakar padat (ρ), volume reaktor (Vr), dan konsumsi bahan bakar tingkat (FCR) adalah faktor yang digunakan dalam menentukan total waktu untuk mengkonsumsi bahan bakar padat

dalam reaktor. Seperti ditunjukkan di bawah, ini dapat

dihitung menggunakan rumus :

Dimana



7. Jumlah udara dibutuhkan untuk gasifikasi Hal ini mengacu pada laju aliran udara yang diperlukan untuk mengubah bahan bakar padat menjadi gas . Hal ini sangat penting dalam menentukan ukuran kipas angin

atau

blower

yang

dibutuhkan untuk reaktor di gasifying. Seperti ditunjukkan, ini dapat hanya ditentukan dengan menggunakan tingkat konsumsi bahan bakar (FCR), udara stoikiometri dari bahan bakar (SA), dan rasio ekuevalensi (ε) untuk gasifying 0,3 sampai 0,4. Seperti ditunjukkan, ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Dimana

8. Massa jenis bahan bakar Massa jenis bahan bakar adalah spesifik massa suatu biomassa pervolumenya. Massa jenis dapat dihitung dengan persamaan :

Dimana


Obbie Purnama Ajie 1415021064 F. Jenis Reaktor Saat ini terdapat 3 (tiga) jenis utama reaktor gasifikasi yaitu reaktor unggun bergerak (moving bed), reaktor unggun terfluidakan (fluidized bed), dan reaktor entrained flow.

1. Moving Bed Gasifier a. Udara

masuk

menyebabkan

pirolisis

(flaming

pyrolisis)

biomassa. Proses ini mengkonsumsi uap-uap minyak dan menghasilkan gas reduksi partial CO, CO 2, H2 dan H20, serta sedikit metan sekitar 0,1%. Gas panas bereaksi dengan arang untuk mereduksi gas lebih lanjut dan meninggalkan sekitar 2-5% abu arang. Berdasar gas yang perlukan untuk proses gasifikasi, terdapat gasifikasi udara dan gasifikasi uap. Gafisikasi udara, dimana gas yang digunakan untuk proses gasifikasi adalah udara. Gasifikasi uap, gas digunakan untuk proses adalah uap.



Gambar 4 Downdraft Gasifier

b. Updraft Gasifier Pada tipe ini udara masuk melalui arah bawah dan m engoksidasi arang secara parsial untuk menghasilkan CO dan H2

(jika

digunakan uap) dan ditambah N2 (jikadigunakan udara). Gas ini kemudian bertemu dengan biomassa. Gas yang sangat panas tersebut mempirolisa biomassa, menghasilkan karbon padatan (arang), uap air dan 10-20% uap minyak pada temperatur 100400 oC, tergantung pada kadar air biomassa. Selanjutnya arang akan dioksidasi parsial oleh udara dan menghasilkan gas.

Gambar 5 Updraft Gasifier

c. Cross-draft Gasifier Gasifikasi tipe cross-draft lebih menguntungkan dari pada updraft dan down-draft gasifier. Keuntungannya seperti suhu gas yang Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 keluar tinggi, reduksi CO2 yang rendah dan kecepatan gas yang tinggi yang dikarenakan desainnya. Tidak seperti down-draft dan up-drat gasifier, tempat penyimpanan, pembakaran, dan zona reduksi pada cross-draft gasifier terpisah. Untuk desain bahan bakar yang terbatas untuk pengoperasian rendah abu bahan bakar seperti kayu, batu bara, limbah pertanian. Kemampuan pengoperasiannya sangat bagus, menyebabkan konsentrasi sebagian zona beroperasi diatas suhu 200 oC. Waktu mulai (start up) 5-10 menit jauh lebih cepat daripada down-draft dan up-draft gasifier. Pada cross-draft dapat menghasilkan temperatur yang relatif tinggi, komposisi gas yang dihasilkan kurang baik seperti tingginya gas CO dan rendahnya gas hidrogen serta gas metana.

Gambar 6 Cross-draft Gasifier

2. Fluidized B ad R eaktor Gasifikasi fluidised bed ini awalnya dikembangkan untuk mengatasi masalah

operasional

pada

gasifikasi

moving

bed

yang

menghasilkan kadar abu yang tinggi, tetapi sangat cocok untuk kapasitas lebih besar (lebih besar dari 10 MWth) pada umumnya.

Fitur dari gasifikasi fluidised bed dapat dibandingkan dengan pembakaran fluidised bed. Dibandingkan dengan moving bed gasifiers yang temperatur gasifikasinya relatif rendah sekitar 750900°C. Dalam moving bed gasifiers suhu di zona perapian mungkin setinggi 1200°C, dalam gasifiers arang suhunya bahkan 1500°C. Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 Bahan bakar ini dimasukkan ke dalam pasir panas yang dalam keadaan

suspensi

(fluidised

bed

gelembung)

atau

sirkulasi

(sirkulasi fluidised bed). Bed berperilaku kurang lebih seperti fluida dan ditandai dengan turbulensi yang tinggi. Pencampuran partikel bahan bakar yang sangat cepat dengan material bed, sehingga dalam pirolisis cepat dan jumlah gas pirolisis yang relatif besar. Karena suhu rendah konversi tar tidak terlalu tinggi.

Gambar 7 Fluidized Bed Reactor

3. R eaktor E ntertained Flow Reaktor entrained flow dapat dibagi menjadi 2 (dua) jenis yaitu slagging dan non slagging. Di dalam gasifier slagging, komponenkomponen yang terbentuk dari parikeldebu dapat meleleh di dalam gasifier,

mengalir

turun

di

sepanjang

dinding

reaktor,

dan

meninggalkan reaktor dalam bentuk slag cair. Secara umum, laju alir massa slag sekurang-kurangnya 6 % dari laju alir bahan bakar untuk memastikan proses berjalan dengan baik. Di dalam gasifier Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 non slagging, dinding reaktor tetap bersih dari slag. Jenis gasifier ini cocok untuk umpan yang kandungan partikel debu nya tidak terlalu tinggi.

Gambar 8 Reaktor Entertained Flow

Kelakuan partikel debu yang dihasilkan oleh biomassa diteliti secara detail oleh Boerrigter dkk. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa partikel debu yang dihasilkan oleh biomassa, khususnya biomassa kayu, sulit meleleh pada temperatur operasi gasifier entrained flow (1300-1500 oC). Hal tersebut disebabkan kenyataan bahwa partikel debu tersebut banyak mengandung CaO. Oleh karena itu gasifier non slagging sepertinya menjadi pilihan utama untuk proses gasifikasi, juga dengan pertimbangan bahwa jenis gasifier ini lebih murah. Akan tetapi gasifier entrained flow jenis slagging lebih disukai untuk operasi gasifikasi dengan umpan biomassa. Alasan yang paling penting adalah (1) pelelehan sebagian kecil komponen partikel debu tidak akan pernah dapat dihindari dan (2) gasifier entrained flow jenis slagging lebih fleksibel terhadap jenis biomassa yang akan digunakan.

Fleksibilitas jenis umpan ini bahkan dapat diperluas hingga ke batu bara. Penambahan agen fluks seperti silica atau clay diperlukan. Selain itu recycle slag juga diperlukan. Penggunaan reaktor Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 entrained flow jenis slagging untuk batu bara sudah dapat diaplikasikan.

Oleh

karena

itu,

penambahan

material

fluks

menyebabkan slag yang dihasilkan melalui gasifikasi biomassa menjadi mirip dengan slag yang dihasilkan oleh gasifikasi batu bara.

Sehingga

tidak

terdapat

permasalahan

untuk

proses

gasifikasi itu sendiri apabila umpan yang digunakan bukan batu bara, melainkan biomassa.

Akan tetapi tantangan utama yang timbul adalah dalam hal pengumpanan biomassa. Sebagaimana telah dikaji oleh penelitipeneliti di seluruh dunia, proses gasifikasi dapat terjadi pada tekanan yang berbeda, melalui proses pemanasan langsung ataupun tidak langsung, serta menggunakan udara atau oksigen.



A. Proses Pirolisis

Pirolisis berasal dari dua kata yaitu pyro yang berarti panas dan lysis berarti

penguraian

atau

degradasi,

sehingga

pirolisis

berarti

penguraian biomassa karena panas pada suhu lebih dari 150

o

C.

(Kamaruddin et al, 1999)

Pirolisis adalah proses pemanasan suatu zat tanpa adanya oksigen sehingga terjadi penguraian komponen-komponen penyusun kayu keras. Istilah lain dari pirolisis adalah penguraian yang tidak teratur dari bahan-bahan organik yang disebabkan oleh adanya pemanasan tanpa berhubungan dengan udara luar. Hal tersebut mengandung pengertian bahwa apabila tempurung dan cangkang dipanaskan tanpa berhubungan dengan udara dan diberi suhu yang cukup tinggi, maka akan terjadi reaksi penguraian dari senyawa –senyawa kompleks yang menyusun kayu keras dan menghasilkan zat dalam tiga bentuk yaitu padatan, cairan dan gas. (Widjaya, 1982)

Pembakaran tidak sempurna pada tempurung kelapa, sabut, serta cangkang sawit menyebabkan senyawa karbon kompleks tidak teroksidasi menjadi karbon dioksida dan peristiwa tersebut disebut sebagai pirolisis. Pada saat pirolisis, energi panas mendorong terjadinya oksidasi sehingga molekul karbon yang kompleks terurai, sebagian besar menjadi karbon atau arang. Istilah lain dari pirolisis adalah

“destructive

distillation”

atau

destilasi

kering,

dimana

merupakan proses penguraian yang tidak teratur dari bahan -bahan organik

yang

disebabkan

oleh

berhubungan dengan udara luar. Gasiifikasi & Pirolisis

adanya

pemanasan

tanpa

Obbie Purnama Ajie 1415021064 Hal tersebut mengandung pengertian bahwa apabila tempurung dipanaskan tanpa berhubungan dengan udara dan diberi suhu yang cukup tinggi maka akan terjadi rangkaianreaksi penguraian dari senyawa -senyawa kompleks yang menyusun tempurung dan menghasilkan zat dalam tiga bentuk yaitu padatan, cairan dan gas (Anonim, 1983).

Tempurung kelapa dan kayu keras memiliki komponen-komponen yang hampir sama. Kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin dalam kayu berbeda - beda tergantung dari jenis kayu. Pada umumnya kayu mengandung dua bagian selulosa, satu bagian hemiselulosa serta satu bagian lignin. Girard (1992) menyatakan bahwa produk dekomposisi termal yang dihasilkan melalui reaksi pirolisis komponen -komponen kayu adalah sebanding dengan jumlah komponen-komponen tersebut dalam kayu.

Salah satu cara untuk meningkatkan efektivitas pengasapan yaitu dengan menggunakan asap cair yang diperoleh dengan cara pirolisis kayu atau serbuk kayu kemudian dilakukan kondensasi. Asap cair merupakan suatu campuran larutan dan dispersi koloid dari asap kayu dalam air yang dapat diperoleh dari hasil piroli sis kayu. Asap cair merupakan campuran larutan dari dispersi asap kayu dengan mengkondensasikan asap cair hasil pirolisis kayu yang merupakan proses dekomposisi dari komponen komponen penyusun kayu seperti lignin, selulosa dan hemiselulosa akibat panas tanpa adanya oksigen. (Tahir, 1992)


Obbie Purnama Ajie 1415021064 B. Segitiga Pembakaran

Segitiga api atau segitiga pembakaran adalah sebuah skema sederhana dalam memahami elemen-elemen utama penyebab terjadinya sebuah api.

Apabila suatu molekul mengadakan kontak

amat dekat dengan molekul oksidator (yaitu oksigen), maka pada umumnya akan terjadi reaksi kimia (meskipun tidak selalu). Apabila tumbukan antar molekul hanya berenergi rendah, maka reaksi tidak akan terjadi. Tetapi apabila eergi cukup besar maka reaksi akan berlangsung. Karena reaksi eksotermis, maka banyak panas yang terbentuk. Energi ini akan memanaskan bahan dan oksidan yang selanjutnya akan bereaksi dan menimbulkan reaksi pembakaran. (I LO, 1991)

Adapun gambar segitiga api adalah sebagai berikut :

Gambar 1 Segitiga Api

Keterangan dari unsur segitiga api, yaitu : 1. Bahan bakar terdiri dari : a. Bahan bakar padat b. Bahan bakar cair c. Bahan bakar gas 2. Kadar oksigen yang terdapat diudara bebas sebesar 21 % Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 3. Sumber panas atau ignisi, selain berasal dari mesin dapat pula berasal dari (ILO 1991) : a. api terbuka, b. loncatan listrik dari sumber listrik maupun listrik statis, c. permukaan panas, d. bunga api karena gesekan, e. penyalaan sendiri, f. radiasi, g. zat piroforik (logam bentuk debu halus, hidrida dari boron (B), dan pospor (P) ), h. kompresi campuran zat mudah terbakar.

C. Tingkatan Pirolisis

Dalam pirolisis terdapat dua tingkatan proses, yaitu pirolisis primer dan pirolisis sekunder.

Pirolisis primer adalah pirolisis yang terjadi pada bahan baku dan berlangsung pada suhu kurang dari 600 oC, hasil penguraian yang utama adalah karbon (arang). Pirolisis primer dibedakan atas pirolisis primer lambat dan cepat. Pirolisis primer lambat terjadi pada proses pembuatan arang. Pada laju pemanasan lambat (suhu 150 oC – 300 o

C) reaksiutama yang terjadi adalah dehidrasi (kehilagan kandungan

air), dan hasil reaksi keseluruhan adalah karbon padatan (C=arang), air (H2O), karbon monoksida (CO) dan karbonmonoksida (CO2). Pirolisis primer cepat terjadi pada suhu lebih dari 300

o

C dan

menghasilkan gas, karbon padatan (arang) dan uap. Secara umum reaksi tersebut sebagai berikut :


Obbie Purnama Ajie 1415021064 Pirolisis sekunder yaitu pirolisis yang terjadi atas parti kel dan gas/uap hasil pirolisis primer dan berlangsung diatas suhu 600 oC. hasil pirolisis pada suhu ini adalah karbonmonoksida (CO), hydrogen (H), dan hidrokarbon. Sedangkan tar (secondary pyrolysis tar =SPT) sekitar 1-6%. Secara umum berlangsungnya pirolisis primer biomassa ditampilkan pada gambar dibawah ini. (Kamaruddin et al. 1999)

Gambar 2. Diagram Penguraian Bahan Bakar Padat Karena Pirolisis

pirolisis kayu merupakan reaksi pembakaran tidak sempurna yang meliputi reaksi -reaksi dekomposisi dari polimer organik menjadi senyawa organik dengan berat molekul rendah, reaksi oksidasi dan kondensasi. Reaksi -reaksi yang terjadi selama proses pirolisis kayu adalah penghilangan air dari kayu pada suhu 120 -150 oC (Girard, 1992); 100-150 oC (Zaitsev et al. 1969), pirolisis hemiselulosa pada suhu 200-250 oC, pirolisis selulosa pada suhu 280-320 oC. C dan pirolisis lignin mulai terjadi pada suhu 400 oC.


Obbie Purnama Ajie 1415021064 D. Reaktor Pirolisis

Reaktor Pirolisis adalah alat pengurai senyawa -senyawa organik yang dilakukan dengan proses pemanasan tanpa berhubungan langsung dengan udara luar dengan suhu 300-600

0

C. Reaktor

pirolisis dibalut dengan selimut dari bata dan tanah untuk menghindari panas keluar berlebih, memakai bahan bakar kompor minyak tanah atau gas. Proses pirolisis menghasilkan zat dalam tiga bentuk yaitu padat, gas dan cairan. (Buckingham, 2010)

E. Asap Cair

Asap cair adalah cairan kondensat dari asap yang telah mengalami penyimpanan dan penyaringan untuk memisahkan tar dan bahanbahan partikulat. Salah satu cara untuk membuat asap cair adalah dengan mengkondensasikan asap hasil pembakaran tidak sempurna dari kayu. Selama pembakaran, komponen utama kayu yang berupa selulosa, hemiselulosa, dan lignin akan mengalami pirolisis. Asap cair diperoleh dengan teknik pirolisis, dimana senyawa -senyawa yang menguap secara simultan akan ditarik dari zona reaktor panas dan akan berkondensasi pada system pendingin. Ditambahkan bahwa selama proses kondensasi akan terbentuk kondensat asap kasar yang akan memisah menjadi tiga fasa, yaitu fase larut dalam air, fase tidak larut dalam air dan fase tar. Fase larut dalam air bisa langsung digunakan, sedangkan ekstrak fase tar dengan kadar tinggi yang telah dimurnikan dapat digunakan lagi untuk produksi asap cair dan biasanya disebut fraksi tar primer (PTF). Kualitas asap cair yang diperoleh dari hasil pirolisis sangat dipengaruhi oleh jenis tanaman, suhu yang digunakan, ukuran partikel kayu dan kadar air kayu. (Guillen dan Ibargoita, 1999)


Obbie Purnama Ajie 1415021064 Asap cair mempunyai beberapa kelebihan yaitu : mudah diterapkan / praktis penggunaannya, flavor produk lebih seragam, dapat digunakan secara berulang-ulang, lebih efisien dalam penggunaan bahan pengasap, dapat diaplikasikan pada berbagai jenis bahan pangan, polusi lingkungan dapat diperkecil dan yang paling penting senyawa karsinogen yang terbentuk dapat dieliminasi. (Simon et al. 2005)

Asap

cair

dapat

diaplikasikan

dengan

berbagai

cara

seperti

penyemprotan, pencelupan atau dicampur langsung ke dalam makanan (Pearson dan Tauber, 1984). Metode penggunaan asap cair pada produk pangan menjadi enam, yaitu (1) Pencampuran, dimana asap cair ditambahkan langsung dalam produk pangan. Untuk produk daging olahan, flavor ditambahkan dalam jumlah yang bervariasi. Metode ini dapat digunakan untuk ikan, emulsi daging, bumbu daging pangan, sosis tipe frankfurter, keju oles dan lain-lain, (2) Pencelupan dan perendaman, metode ini dapat menghasilkan produk pangan yang mempunyai mutu organoleptik tinggi seperti sosis dan keju Italia, (3) Injeksi (penyuntikan), banyak aroma asap yang disuntikan bervariasi antara 0.2 -1% dapat memberikan flavor yang seragampada daging babi terutama daging bagian perut, (4) Atomisasi, aroma asap yang diatomisasi ke dalam produk melalui sebuah saluran. Metode ini memberikan

mutu

organoleptik

yang

baik

pada

daging,

(5)

Penyemprotan, biasanya digunakan dalam pengolahan daging secara kontinu, (6) Penguapan, pemanasan asap cair untuk menghasilkan uap yang mengandung asap merupakan salah satu metode yang digunakan untuk pengasapan bahan pangan.

Cara yang paling umum digunakan untuk menghasilkan asap pa da pengasapan makanan adalah dengan membakar serbuk gergaji kayu keras dalam suatu tempat yang disebut alat pembangkit asap kemudian asap tersebut dialirkan ke rumah asap dalam kondisi sirkulasi udara dan temperatur yang terkontrol. (Sink dan Hsu, 1977) Gasiifikasi & Pirolisis

Obbie Purnama Ajie 1415021064 Produksi asap cair merupakan hasil pembakaran yang tidak sempurna yang melibatkan reaksi dekomposisi karena pengaruh panas, polimerisasi, dan kondensasi. (Girard, 1992)

F. Parameter Kinerja Reaktor Pirolisis

Ada beberapa parameter yang dapat dihitung dari alat reaktor pirolisis setelah dilakukan pengujian, diantaranya sebagai berikut : 1. Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi bahan bakar (FCR) adalah jumlah dari bahan bakar yang digunakan dalam operasi dibagi dengan waktu operasi tungku. FCR dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

2. Jumlah Energi Kalor Bahan Bakar Jumlah energi kalor yang diterima pada saat pemanasan alat reaktor pirolisis dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini :

3. Rendamen Rendemen merupakan salah satu parameter yang penting untuk mengetahui hasil dari suatu proses. Rendemen tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini:


Gasifikasi Dan Pirolisis

Recommend Documents