MAKALAH TERMODINAMIKA

“ APLIKASI UNGGUN DIAM DAN TERFLUIDISASI ”

OLEH :

Ade Irma 0613 3040 1029

Ahda Azalia 0613 3040 1030

Angga Harsyah 0613 3040 1031

Indah Okta Apryani 0613 3040 1039

Meyriski Lialita 0613 3040 1041

Natashia Cindy P 0613 3040 1043

Yulia Malasari 0613 3040 1051

KELOMPOK : 3 ( 3 KE )

Dosen Pembimbing : Ir. H. Muhammad Yerizam M.T

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

PALEMBANG

2014/2015

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL........................................................................................ i

KATA PENGANTAR...................................................................................... 3

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 4

1.1 Latar Belakang.......................................................................... 4

1.2. Rumusan Masalah ..................................................................... 6

1.3. Tujuan ........................................................................... 6

BAB II ISI.......................................................................................... 7

2.1. Sejarah Fluidisasi .................................................................... 7

2.2. Pengertian Fluidisasi................................................................... 10

2.3. Aplikasi Fluidisasi .................................................................... 11

2.3.1. Pembakaran batubara................................................... 11

2.3.2. Gasifikasi batubara ........................................................ 13

BAB III PENUTUP............................................................................. 30

3.1. Kesimpulan....................................................................... 30

3.2. Ktitik Dan Saran.............................................................. 30

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 31

2

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang maha Esa berkat rahmat

hidayahnya kami dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik, yang bertujuan

sebagai salah satu cara yang dibutuhkan untuk memenuhi tugas mata kuliah

MEKANIKA FLUIDA.

Politeknik merupakan wadah bagi mahasiswa untuk selalu

mengembangkan kemampuan atau skillnya. Pendidikan bermutu tinggi sangat

dibutuhkan demi terciptanya kehidupan yang cerdas, damai tebuka, demokratis

dan mampu bersaing di era global ini sehingga mampu meningkatkan kualitas

mahasiswa. Melalui politeknik dengan metode pembelajaran yang sangat efektif

dan efisien ini diharapkan mahasiswa mampu  menambah kesadaran nilai yang

dianut, dan dapat meningkatkan kualitasnya sebagai manusia yang bermutu serta

berkualitas.

Untuk itu di susunlah sebuah makalah yang berjudul “Aplikasi Unggun

Diam dan Terfluidisasi”. Sebagai penyusun makalah ini kami juga sangat

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari seluruh pembaca terutama

dari dosen kami yang turut bertanggung jawab dalam peningkatan mutu

pendidikan nasional, dan penyempurnaan makalah ini.

Palembang, Januari 2015

Penulis

3

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Fluidisasi adalah suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan (bed)

dalam suatu reaktor menjadi bersifat seperti fluida dikarenakan adanya aliran

fluida ke dalamnya, baik berupa liquid maupun gas.

Perkembangan industri dewasa ini telah mengalami kemajuan yang

sangat  pesat. Khususnya industri pabrik yang telah banyak menggunakan

teknologi modern. Mesin-mesin produksi yang digunakan dalam sebuah

industry menggunakan metode-metode pengoperasian yang sangat bervariasi.

Salah satu contoh metode yang digunakan adalah fluidisasi. Untuk itu kami

menyusun sebuah makalah tentang fluidisasi yang bertujuan untuk

memberikan pelajaran  pengetahuan, dan pemahaman tentang fluidisasi.

Fluidisasi itu sendiri adalah proses yang sama dengan pencairan dimana

bahan butiran dikonversi dari solid state seperti statis ke keadaan cairan

seperti dinamis. Proses ini terjadi ketika sebuah fluida (cairan atau gas)

dilewatkan ke atas melalui bahan granular. 

Dalam dunia industri, fluidisasi diaplikasikan dalam banyak hal

seperti transportasi serbuk padatan (conveyor untuk solid), pencampuran

padatan halus,  perpindahan panas (seperti pendinginan untuk bijih alumina

panas), pelapisan  plastik pada permukaan logam, proses drying dan sizing

pada pembakaran, proses  pertumbuhan partikel dan kondensai bahan yang

dapat mengalami sublimasi, adsorpsi (untuk pengeringan udara dengan

adsorben), dan masih  banyak aplikasi lain.

Jika suatu aliran udara melewati partikel unggun yang ada dalam

tabung, maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret (drag force) pada

partikel dan menimbulkan

 pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan

superficial naik.

4

Kecepatan superfisial adalah laju alir udara pada kolom yang kosong,

sedangkan kecepatan interstitial adalah kecepatan udara di antara partikel

unggun. Pada kecepatan superfisial rendah, ungun mula-mula diam. Jika

kecepatan superfisial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida

menyebabkan unggun mengembang dan menyebabkan tahanan terhadap

aliran udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk

mendukung gaya berat partikel unggun. Hal ini menyebabkan unggun

terfluidisasi dan sistem solid-fluida menunjukkan sifat-sifat seperti fluida.

Kecepatan superfisial terendah yang dibutuhkan agar terjadi fluidisasi disebut

minimum fluidization velocity (Umf).

Fluidisasi berhubungan dengan banyak proses industri kimia,

misalnya dalam proses katalisasi maupun dalam proses pemurnian gas. Proses

fluidisasi ini memiliki beberapa hal penting yang harus diperhatikan, seperti

jenis dan tipe fluidisasi, aplikasi dalam industri serta spesifikasi dan cara

kerja alatnya.

Aplikasi fluidisasi dalam proses industri sangat banyak. Hal ini

dimulai  pada tahun 1926 untuk Gasifier Winkler berskala besar lalu

Fluidized-bed Catalytic Cracking

(FCC) crude oil menjadi bensin pada tahun 1942. Aplikasi tersebut semakin

berkembang dan pada tahun 1990 dapat diklasifikasikan menjadi  proses-

proses kimia katalitik (seperti FCC dan sintesis Fischer-Tropsch),

proses- proses kimia nonkatalitik (seperti thermal cracking dan gasifikasi

batubara), dan  proses-proses fisik (seperti pengeringan dan absorpsi). Selain

itu, fluidisasi kontinu banyak dimanfaatkan dalam pabrik pengolahan untuk

memindahkan  padatan dari satu tempat ke tempat lain.

Unggun terfluidisasi memiliki aplikasi yang luas karena karakteristik

perpindahan panasnya yang sangat baik. Hal ini didukung oleh berubahnya

sifat dari unggun tersebut menjadi seperti fluida sehingga perpindahan panas

yang terjadi adalah secara konveksi. Dengan demikian, partikel dan gas yang

memasuki unggun terfluidisasi segera mencapai suhu unggun dan partikel

dalam unggun  bersifat isotermal pada semua situasi. Keadaan isotermal ini

5

disebabkan oleh  pencampuran yang merata dan area kontak yang luas antara

gas dan partikel.

Jadi, kita sebagai mahasiswa Teknik Kimia perlu mempelajari

fluidisasi karena pada proses yang berhubungan dengan katalisasi ataupun hal

yang erat kaitanya dengan perlakuan gas-solid dan liquid-solid, fluidisasi

sangat diperlukan. Pada makalah akan dijelaskan lebih lanjut mengenai

aplikasi fluidisasi atau “Aplikasi Unggun Diam dan Terfluidisasi” dalam

kehidupan sehari-hari dan industri.

1.2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari penulisan makalah ini adalah :

1. Bagaimanakah sejarah fluidisasi ?

2. Bagaimanakah pengertian dari fluidisasi ?

3. Bagaimanakah aplikasi proses fluidisasi di industri maupun kehidupan

sehari-hari ?

1.3. Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah :

1. Untuk mengetahui sejarah singkat mengenai fluidisasi

2. Untuk mengetahui pengertian dari fluidisasi

3. Untuk mengetahui aplikasi proses fluidisasi di industri maupun dalam

kehidupan sehari-hari

6

BAB II

ISI

2.1.  Sejarah fluidisasi

Di Barat, Georgius Agricola, seorang ilmuwan filsuf-dokter Jerman,

dikreditkan untuk deskripsi pertama penggunaan fluidisasi, dalam bukunya De Re

Metallica (1556 Latin), untuk meng-upgrade bijih run-of-tambang.

Song Yingxin (lahir 1587, dan dipanggil oleh ahli kebudayaan Cina) juga

digambarkan dalam karyanya, aplikasi fluidisasi, tidak hanya di bijih tambang

tetapi juga dalam menampi gandum, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Awal penerapan fluidisasi digambarkan oleh Song Yingxin

diTiengongkaiwu

Pada tahun 1920, proses Winkler dikembangkan untuk mengubah

sebagian dari batu bara menjadi gas dan residu kokas didalam unggun

terfluidisasi, menggunakan oksigen dan uap dalam sebuah tabung vertical. Proses

ini digunakan untuk menghasilkan gas sintesis (H 2, CO, CO 2).

1. Awal Winkler gasifier

Winkler fluidized gasifier batubara

7

2. Industri Maju gasifier

Gambar. 2. Perkembangan Klasifier

Di awal tahun 1940-an, cairan catalytic cracking (FCC) proses, yang

dikonversi memotong minyak bumi berat menjadi bensin. Karbon-kaya "coke"

deposito pada katalis partikel dan menonaktifkan katalis dalam waktu kurang dari

1 detik. Partikel katalis fluidized adalah shuttled antara reaktor fluidized bed dan

fluidized bed burner mana deposito coke yang dibakar, menghasilkan panas untuk

reaksi endotermik retak. Melalui penyulingan minyak murni hanya sekitar 20%

dari berat dapat terpulihkan pada bensin. Meskipun berarti katalis untuk

meningkatkan hasil bensin dimulai pada tahun 1920-an, itu adalah sebagai 1938

akhir seperti yang delapan perusahaan bergandengan tangan membentuk Catalytic

Research Associates untuk mempelajari perengkahan minyak dengan

menggunakan fluidisasi, yang mengarah ke yang pertama dari serangkaian proses,

Sodi di Baton Rouge.

Gambar katalitik cracking process fluidized yang pertama.

Gambar 3. Katalitik cracking process fluidized yang pertama

8

Dengan teknologi fluidized bed 1950 sedang diterapkan pada mineral dan

proses metalurgi seperti pengeringan, kalsinasi, dan sulfida pemanggangan.

Pada tahun 1960, fluidized bed beberapa proses secara dramatis

mengurangi biaya dari beberapa monomer penting. Contohnya adalah proses

Sohio untuk akrilonitril dan proses oxychlorination untuk vinil klorida.

Pada akhir 1970-an, proses fluidized bed untuk sintesis dari polyethylene

secara dramatis mengurangi biaya polimer ini penting, sehingga penggunaannya

ekonomis dalam aplikasi baru. Reaksi polimerisasi menghasilkan panas dan intens

pencampuran yang terkait dengan fluidisasi mencegah hot spot di mana partikel-

partikel polyethylene akan meleleh. Sebuah proses serupa yang digunakan untuk

sintesis polypropylene.

Saat ini, sebagian besar proses yang sedang dikembangkan untuk produksi

industri karbon nanotube menggunakan fluidized bed. Sebuah aplikasi baru yang

potensial teknologi fluidisasi adalah pembakaran perulangan kimia, yang belum

diusahakan. Salah satu solusi untuk mengurangi dampak potensial dari karbon

dioksida yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar (misalnya pembangkit

listrik) pada pemanasan global adalah penyerapan karbon dioksida. pembakaran

Reguler dengan udara menghasilkan gas yang terdiri dari nitrogen (seperti yang

komponen utama udara di sekitar 80% volume), yang mencegah penyerapan

ekonomis. Kimia looping menggunakan oksida logam sebagai pembawa oksigen

yang solid. partikel oksida logam ini menggantikan udara (khususnya oksigen di

udara) dalam reaksi pembakaran dengan bahan bakar padat, cair atau gas di

ranjang fluidized, memproduksi partikel metal yang solid dari pengurangan oksida

logam dan campuran karbon dioksida dan uap air , produk utama dari setiap reaksi

pembakaran. Uap air kental, meninggalkan karbon dioksida murni yang dapat

diasingkan. Partikel-partikel metal yang solid diedarkan ke fluidized bed mana

mereka bereaksi dengan udara (dan lagi, khususnya oksigen di udara),

menghasilkan panas dan pengoksidasi logam partikel partikel oksida logam yang

diresirkulasi ke ruang bakar fluidized bed.

9

2.2 Fluidisasi

Fluidisasi (atau fluidisation) adalah proses yang sama dengan pencairan

dimana bahan butiran dikonversi dari solid state seperti statis ke keadaan cairan

seperti dinamis. Proses ini terjadi ketika sebuah fluida (cairan atau gas)

dilewatkan ke atas melalui bahan granular. Sebagai aplikasi dengan apa yang

dinamakan fluidisasi ini, kita tinjau suatu bejana dalam air dimana ditempatkan

sejumlah partikel padat berbentuk bola, melalui unggun padatan ini kemudian

dialirkan gas dengan arah aliran dari bawah ke atas. Pada laju alir yang cukup

rendah partikel padat akan diam. Keadaan yang demikian disebut sebagai unggun

diam atau ”fixed bed”. Kalau laju alir gas dinaikkan, maka akan sampai pada

suatu keadaan dimana unggun padatan tadi tersuspensi di dalam aliran gas yang

melaluinya.

Pada kondisi partikel yang bergerak ini, sifat unggun akan menyerupai

sifat-sifat suatu cairan dengan viskositas tinggi, misalnya ada kecenderungan

untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik. Keadaan demikian disebut “fluidized

bed”. Ketika aliran gas diperkenalkan melalui bagian bawah unggun berisi

partikel padat, gas akan bergerak ke atas melalui unggun melalui ruang-ruang

kosong diantara partikel. Pada kecepatan gas rendah, hambatan aerodinamika

pada setiap partikel juga rendah, dan dengan demikian unggun tetap dalam

keadaan tetap. Meningkatkan kecepatan, kekuatan tarik aerodinamika akan mulai

untuk melawan gaya gravitasi, menyebabkan unggun untuk memperluas volume

sebagai partikel pindah dari satu sama lain. Selanjutnya meningkatkan kecepatan,

maka akan mencapai nilai kritis di mana kekuatan tarik ke atas persis akan sama

dengan gaya gravitasi ke bawah, menyebabkan partikel menjadi tersuspensi dalam

fluida. Pada nilai kritis, unggun dikatakan terfluidisasi dan akan menunjukkan

perilaku fluidic. Dengan kecepatan gas selanjutnya meningkat, kepadatan bulk

unggun akan terus menurun, dan fluidisasi yang menjadi lebih.

10

Gambar unggun yang terfluidisasi:

unggun yang terfluidisasi

2.3 APLIKASI PROSES FLUIDISASI

2.3.1. Pembakaran batubara

Batu bara adalah salah satu bahan bakar fosil, yaitu batuan sedimen yang

dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa

tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya

terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Jenis-jenis batu-bara dapat

dikelompokkan sebagai berikut:

Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan

(luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan

kadar air kurang dari 8%. Biasanya untuk bahan bakar minyak tanpa asap.

Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-

10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di

Australia.

Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh

karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan

bituminus. Digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dan produksi semen.

Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang

mengandung air 35-75% dari beratnya.

Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang

paling rendah.

11

Sistem pembakaran batubara umumnya

terbagi 2 yakni sistem unggun terfluidakan

(fluidized bed system) dan unggun tetap

(fixed bed system atau grate system).

Fluidized bed system adalah

sistem dimana udara ditiup dari

bawah menggunakan blower sehingga benda padat di atasnya berkelakuan

mirip fluida. Teknik fluidisasi dalam pembakaran batubara adalah teknik

yang paling efisien dalam menghasilkan energi. Pasir atau corundum yang

berlaku sebagai medium pemanas dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan

biasanya dilakukan dengan minyak bakar. Setelah temperatur pasir

mencapai temperature bakar batubara (300°C) maka diumpankanlah

batubara.  Sistem ini menghasilkan abu terbang dan abu yang turun di

bawah alat. Abu-abu tersebut disebut dengan fly ash dan bottom ash.

Teknologi fluidized bed biasanya digunakan di PLTU (Pembangkit Listrik

Tenaga Uap). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam

perbandingan berat adalah : (80-90%) berbanding (10-20%).

Secara umum konsep teknologi yang diunggulkan dari system pembakaran

fluidized bed adalah :

a. Adanya gerak turbulen partikel yang sangat baik untuk proses

perpindahan panas dan massa bahan bakar padat, dan baik untuk

menyeragamkan temperature di dalam bed dan reactor.

b. Injeksi langsung gas terlarut (sorbent) ke dalam bed, sangat

memudahkan untuk mengkontrol gas asam

c. Penggunaan temperature sebagai variable independent, yang berguna

untuk mengendalikan polusi, mengatur distribusi bahan bakar dan udara,

serta penukaran panas di dalam reactor

12

d. Penggunaan bed dengan material inert sebagai pemberat panas (thermal

flywheel) yang dapat mengurangi terjadinya slugs ataupun pengotor

bahan bakar lainnya.

MEKANISME PEMBAKARAN PADA TUNGKU FBC

Setelah material pasir dihembus aliran udara (dengan blower) sehingga

membentuk lapisan yang mengambang (terfluidisasi), kemudian dipanaskan

dengan menggunakan bahan bakar sekunder (gas atau minyak) sampai temperatur

sekitar 500°C. Temperatur lapisan mengambang naik secara bertahap sampai

mencapai titik bakar bahan bakar primer (limbah biomassa/sludge). Kemudian

dilakukan pengumpanan bahan bakar primer secara kontinyu pada kecepatan yang

telah ditentukan, sesuai kapasitas pembakarannya sampai dicapai pembakaran

tunak (steady state). Pada saat temperatur cukup tinggi (+ 800°C), bahan bakar

sekunder dihentikan sehingga yang terbakar hanya bahan bakar primer, yaitu

limbah biomassa/organik padat, juga sludge. Pada kondisi aliran gas ke atas,

serbuk batu bara memiliki pola distribusi terbang, mengambang dan jatuh pada

plat distribusi udara tergantung dari kecepatan udara lebih rendah, seimbang atau

lebih besar dibandingkan kecepatan terminal serbuk batu bara. Pada kondisi

kecepatan udara tinggi dapat meningkatkan jarak antar serbuk atau porositi,

sedangkan pada kecepatan rendah mengakibatkan serbuk kasar jatuh atau tetap

didasar plat distribusi. Jarak antar serbuk batu bara pada pembakaran dapat

meningkatkan laju pembakaran, sehingga pembakaran berlangsung cepat dan

menghasilkan panas tinggi.

Fixed bed system atau Grate system adalah teknik pembakaran dimana

batubara berada di atas conveyor yang berjalan atau grate. Sistem ini kurang

efisien karena batubara yang terbakar kurang sempurna atau dengan

perkataan lain masih ada karbon yang tersisa. Ash yang terbentuk terutama

bottom ash masih memiliki kandungan kalori sekitar 3000 kkal/kg. Di

China, bottom ash digunakan sebagai bahan bakar untuk kerajinan besi

13

(pandai besi). Teknologi Fixed bed system banyak digunakan pada industri

tekstil sebagai pembangkit uap (steam generator). Komposisi fly ash dan

bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (15-25%)

berbanding (75-25%).

2.3.2. GASIFIKASI

2.3.2.1. Pengertian Gasifikasi Batubara

Coal gasification adalah sebuah proses untuk mengubah batu bara

padat menjadi gas batu bara yang mudah terbakar (combustible gases).

Setelah proses pemurnian gas-gas ini, karbon

monoksida (CO), karbon

dioksida (CO2), hidrogen (H), metan (CH4), dan nitrogen (N2) dapat

digunakan sebagai bahan bakar. Gasifikasi hanya menggunakan udara

dan uap air sebagai reacting-gas untuk menghasilkan water gas atau

coal gas, sehingga mempunyai tingkat emisi udara, kotoran padat dan

limbah terendah.

Gasifikasi batubara merupakan konversi batubara menjadi produk gas

dalam sebuah reaktor, dengan atau tanpa menggunakan pereaksi

berupa udara, campuran udara/uap air atau campuran oksigen/uap

air).Pada dasarnya proses gasifikasi adalah mereaksikan batubara

(yang telah dipanaskan) dengan uap untuk mendapatkan gas bakar

sintetis (CO, H2, CH4).

2.3.2.2. Tahap Proses Gasifikasi

Selama proses gasifikasi terdapat beberapa tahapan proses yaitu:

1. Tahapan pemanasan dimana temperatur padatan naik sampai

sebelum terjadi proses pengeringan.

2. Tahap pengeringan dimana terjadi pelepasan uap air dari padatan.

3. Tahap pemanasan lanjut dimana temperatur padatan naik kembali

14

sampai sebelum terjadi proses devolatilisasi.

4. Tahap devolatilisasi dimana volatil dalam padatan keluar sampai

tersisisa arang. Tergantung dari bahan bakar yang digunakan

volatil dapat terdiri dari gas-gas H2O, H2N2, O2, CO, CO2, CH4,

H2S, NH3, C2H6 dan hidrokarbon tidak jenuh.

5. Tahap gasifikasi

6. Tahap pembakaran arang (terjadi jika masih terdapat udara yang

tersisa)

Pirolisis

Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi parsial. Suatu

rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai

secara lambat pada T < 350 °C dan terjadi secara cepat pada T > 700 °C.

Komposisi produk yang tersusun merupakan fungsi temperatur, tekanan, dan

komposisi gas selama pirolisis berlangsung. Proses pirolisis dimulai pada

temperatur sekitar 230 °C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal,

seperti lignin pada biomassa dan volatile matters pada batubara, pecah dan

menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap

15

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. Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis beserta produknya

adalah:

Oksidasi(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

Reaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah oksidasi hidrogen yang

terkandung dalam bahan bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi adalah:

H2 + ½ O2 -> H2O + 742 kJ/mol H2

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 terlibat pada gasifikasi.

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 water-gas reaction adalah:

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

16

Pada beberapa gasifier, kukus dipasok sebagai medium penggasifikasi dengan

atau tanpa udara/oksigen.

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

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

Methanation

Methanation merupakan reaksi pembentukan gas metan. Reaksi yang

terjadi pada methanation adalah:

C + 2H2 -> CH4 + 74.90 kJ/mol karbon

Pembentukan metan dipilih terutama ketika produk gasifikasi akan digunakan

sebagai bahan baku indsutri kimia. Reaksi ini juga dipilih pada aplikasi IGCC

(Integrated Gasification Combined-Cycle) yang mengacu pada nilai kalor metan

yang tinggi.

17

Salah satu cara untuk mengetahui proses yang berlangsung

pada gasifier jenis ini adalah dengan mengetahui rentang temperatur

masing-masing proses, yaitu:

Pengeringan: T > 150 °C

Pirolisis/Devolatilisasi: 150 < T < 700 °C

Oksidasi: 700 < T < 1500 °C

Reduksi: 800 < T < 1000 °C

Proses pengeringan, pirolisis, dan reduksi bersifat menyerap panas

(endotermik), sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik).

Pada pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas

yang diserap dari proses oksidasi. 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.

Pembakaran mengoksidasi kandungan karbon dan hidrogen yang terdapat pada

bahan bakar dengan reaksi eksotermik, sedangkan gasifikasi mereduksi hasil

pembakaran menjadi gas bakar dengan reaksi endotermik.

2.3.2.3.Macam-macam Gasifier Batubara yang Banyak Digunakan

1. Fixed Bed(Unggun tetap)

Reaktor Fixed Bed

18

Serbuk batubara berukuran 3-30 mm diumpankan dari atas gasifier

yang beroperasi pada tekanan 10-100 bar dan suhu 800-1000oC

menyerupai tanur tiup (blast furnace), sehingga batubara akan mengalir ke

bawah secara perlahan melalui zona–zona pengeringan, penguapan zat

terbang (devolatilisasi, karbonisasi), gasifikasi dan pembakaran dengan

waktu tinggal selama 30-60 menit. Sementara O2 dan steam ditiupkan dari

bawah sehingga akan bereaksi menjadi gas sintetis (CO, H2) melalui reaksi

oksidasi parsial (partialoxidation), gasifikasi uap (steam gasification) dan

pergeseran air ke gas (water–gas shift). Reaktor tipe ini dalam prakteknya

mempunyai beberapa modifikasi diantaranya adalah proses Lurgi, British

Gas dan KILnGas.

Diagram Alir Fixed Bed

19

Coal (3-30 mm)

Ash

Reaktor Fixed BedT = 800-1000oCP = 10 -100 bar

Gas

Steam + O2

2. Fluidized bed(Unggun Mengambang)

Reaktor Fluidized bed

Suspensi serbukbatubara (1-5 mm) diumpankan dari samping (side

feeding) gasifier yang beroperasi pada tekanan 10-30 bar dan suhu 800-

1100°C, kemudian bergerak secara turbulen diikuiti oleh kecepatan alir

media gasifikasi (uap air, udara, O2) cukup tinggi yang diumpankan dari

bawah dengan gaya dorong dari steam dan O2setimbang gaya gravitasi,

sehingga gejolak suhu pada seluruh bagian gasifier seragam dan pada saat

terjadi proses gasifikasi serbuk batubara dalam keadaan

mengambang.Karakteristik batubara harus memiliki temperatur melunak

abu (softening temperature) di atas suhu operasional gasifier, agar produk

abu selama proses dalam bentuk abu kering yang tidak meleleh, sehingga

mudah dipisahkan dan tidak mengganggu kondisi media pengambang.

Kondisi penggunaan oksidan berfungsi ganda, yaitu sebagai reaktan

sekaligus media pengambang batubara, tentunya salah satu fungsi tidak

akan dapat berfungsi maksimal karena harus melengkapi fungsi lainnya

atau bersifat komplementer, sehingga tingkat konversi karbonkurang

maksimal hanya sekitar 97% tidak setinggipada moving–bed gasifier

maupun entrained–flowgasifier yang dapat mencapai 99%.

20

Komposisi gas sintetis sebelum pemurnian adalahH2 (35-46%), CO

(30-40%), CO2(13-25%) dan CH4(1-2%).Fluidized–bed gasifier banyak

digunakan untuk memproses batubara peringkat rendah seperti lignit atau

peat yang memiliki sifat lebih reaktif dibanding jenis batubara lain, namun

lebih peka terhadap kadar air sehingga umumnya dibatasi hingga 8%.

Tingkat daur–ulang partikel serbuk batubara tinggi, sehingga konversi

karbon mencapai 95-98%.

Pengembangan lebih lanjut dari fluidized–bed gasifier sangat

diharapkan untuk dapat mengakomodasi secara lebih luas penggunaan

batubara peringkat rendah, biomasa dan limbah padat perkotaan

(Municipal Solid Waste, MSW).Winkler gasifier merupakan

pionirfluidized–bed gasifier, yaitu HTW (High Temperature Winkler),

KBR (Kellog Brown Root)Transport Gasifier, KRW (Kellog Rust

Westinghouse) dan U–gas.

Diagram Alir Proses Fluidized Bed

3. Entrained flow (Unggun Semburan)

Reaktor Entrained flow

21

Coal (1-5 mm)

Ash

Reaktor Fluidized bedT = 800-1100oCP = 10-30 bar

Gas

Steam + O2

Gambar diatas menunjukkan dimana serbuk batubara berukuran

0,1 mm atau 100μ disemburkan kedalam gasifier yang beroperasi pada

suhu 1200-19000C dan tekanan 20-30 atm (25-40 bar) searah aliran

oksidan (O2, udara, atau steam) dengan waktu tinggal kurang dari 1 detik.

Kondisi suhu operasi entrained–flow gasifier sedemikian tinggi,

dimaksudkan untuk memproduksi gas sintetis kualitas tinggi dengan kadar

CH4 relatif sedikit, dan agar tidak ada batasan jenis batubara yang akan

digunakan karena abu akan meleleh membentuk gelas (glassy slag) yang

bersifat inert, namun sebaiknya dihindari batubara dengan kadar abu tinggi

karena dapat mengganggu kesetimbangan panas akibat proses pelelehan

abu yang berlebihan. Batubara dengan suhu leleh abu tinggi biasanya

dicampur dengan kapur (limestone) untuk menurunkan suhu leleh agar

dapat menekan suhu operasional gasifier. Batubara sub–bituminus sampai

antrasit lebih disukai, sementara lignit (brown coal) pada prinsipnya dapat

digasifikasi, hanya kurang ekonomis karena memiliki kadar air tinggi yang

menyebabkan konsumsi energi besar.

Diagram Alir Proses Fluidized Bed

22

Coal (0,1 mm)

Reaktor Entrained flow

T = 1200-19000CP = 25-40 bar Gas

Steam + O2

Slag

4. Moving Bed (Unggun Bergerak)

Reaktor Moving Bed

Gambar diatas menunjukkan di mana batubara berukuran agak

besar (lump–coal) diumpankandari bagian atas gasifier yang beroperasi

pada suhu relatif rendah sekitar 6000C, sedangkan O2 dan steam

dihembuskan dari bagian bawah, sehingga batubara turun secara perlahan

denganwaktu tinggal (residence time) cukup lama sekitar 1 jam. Abu

dikeluarkan dari bawah gasifier.

Diagram Alir Proses Moving Bed

23

Coal

Reaktor Moving BedT = 1200-19000C

P = 25-40 bar

Gas

Steam + Ash

5. Molten Iron bath (Kubah Besi Cair)

Proses gasifikasi batubara di dalam suatu kubah besi cair

merupakan suatu pengembangan dasar teknologi pembuatan baja

menggunakan dapur oksigen (Basic Oxygen Furnace, BOF) yang

dikembangkan secara terpisah oleh SumitomoMetal Industries (SMI) Ltd.,

Osaka–Jepang dan KHD Humboldt Wedag AG, Cologne – Jerman Barat,

di mana SMI menggunakan sistem tiupan dari atas (top–blowing)

sedangkan KHD menerapkan sistem tiupan dari bawah (bottom–blowing).

Reaktor Molten Iron bath

Prinsip sistem tiupan dari bawah (bottom–blowing) adalah batubara, O2,

gas pendingin dan flux ditiupkan secara kontinyu melalui tuyere pada dasar kubah

besi cair. Sementara system peniupan dari atas, serbuk batubara 0,074 mm

ditiupkan menggunakan O2 pada permukaan kubah besi cair 1400-1600oC dengan

kecepatan tinggi melalui main–lance (pipa peniup rancangan khusus tekanan 1-3

bar) bersama gas CO2 sebagai gas pembawa, sehingga secara seketika diuraikan

menjadi karbon yang terlarut dalam besi cair dan hidrogen terlepas sebagai gas

H2.

C (batubara) → C (besi cair)

24

H (batubara) → H2 (gas)

Proses gasifikasi berlanjut secara cepat dengan pembentukan gas CO

melalui reaksi antara O2 dan steam dengan karbon yang terlarut dalam besi cair.

C (besi cair) + ½ O2→ CO

Penginjeksian gas CO2 dan atau steam digunakan untuk pengendalian suhu

sehinggamemerlukan waktu yang sama.

C (besi cair) + CO2→ 2 CO

C (besi cair) + H2O → CO + H2

Sistem tiupan dari atas maupun bawah yang menggunakan udara (air–

blown) akan menghasilkan gas kalori rendah (<200 Btu/scf), oxygen–blown

(tiupan O2) menghasilkan gas kalori menengah (400 Btu/scf), sementara

hydrogen–blown (tiupan H2) menghasilkan gas kalori tinggi (1000 Btu/scf). Gas

sintetis meninggalkan gasifier mempunyai suhu sekitar 1400-1500oC yang

terlebih dahulu dilewatkan pendingin dengan sistem perolehan panas

(heatrecovery), selanjutnya dialirkan melalui venturi–scrubber 2–tingkat untuk

memisahkan dari debu.Keseluruhan terak yang terakumulasi di atas kubah besi

cair dipisahkan untuk mengalami pengolahan lanjut.

Gambar 10. Diagram Alir Proses Molten Iron bath

25

Coal

Reaktor Molten Iron bathT = 1400-15000C

P = 1-3 bar

Gas

Lime + O2

Slug + Sulphu

Salah satu reaktor gasifikasi unggun terfluidakan

di sebuah pembangkit listrik dari batubara.

Gasifier unggun terfluidakan memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan

gasifier jenis lainnya, yaitu:

Rentang penanganan jenis bahan bakar lebar

Tingkat perpindahan panas dan massa bahan bakar tinggi

26

Nilai pemanasan tinggi

Kadar arang rendah

2.3.2.4.Perbandingan jenis-jenis Gasifier

2.3.2.5. PENGGUNAAN GASIFIKASI UNGGUN TERFLUIDAKAN

Gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan untuk mengolah bahan

bakar dengan rentang yang lebar khususnya bahan bakar kualitas rendah dengan

kandungan abu tinggi sehingga cocok digunakan untuk meningkatkan kualitas

bahan bakar bernilai rendah. Pada umumnya, gas hasil gasifikasi unggun

terfluidakan dibakar untuk menggerakkan mesin atau untuk membangkitkan

kukus. Gas tersebut juga dapat dibakar bersamaan dengan bahan bakar lainnya.

Selain itu, gas hasil gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan pada

27

pembangkit listrik melalui sebuah sistem kombinasi siklus yang disebutintegrated

gasification combined-cycle (IGCC).

Jika ditinjau dari potensi penerapannya di Indonesia, teknologi gasifikasi

unggun terfluidakan (fluidisasi) memiliki potensi yang cukup besar karena

sebagian besar cadangan batubara Indonesia tergolong dalam batubara kualitas

rendah. Oleh sebab itu, pengolahan batubara dengan cara gasifikasi unggun

terfluidakan merupakan salah satu alternatif yang dapat digunakan untuk

memaksimalkan hasil pengolahan batubara Indonesia.

2.3.2.6. Perkembangan alat Fluidisasi dalam proses gasifikasi:

Gasifikasi adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termo

kimia menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara yang

digunakan untuk proses pembakaran. Selama proses gasifikasi reaksi kimia utama

yang terjadi adalah endotermis (diperlukan panas dari luar selama proses

berlangsung). Media yang paling umum digunakan pada proses gasifikasi ialah

udara dan uap. Produk yang dihasilkan dapat dikategorikan menjadi tiga bagian

utama, yaitu padatan, cairan (termasuk gas yang dapat dikondensasikan) dan gas

permanen. Media yang paling umum digunakan dalam proses gasifikasi adalah

udara dan uap. Gas yang dihasilkan dari gasifikasi dengan menggunakan udara

mempunyai nilai kalor yang lebih rendah tetapi disisi lain proses operasi menjadi

lebih sederhana.

Beberapa keunggulan dari teknologi gasifikasi yaitu :

1. Mampu menghasilkan produk gas yang konsisten yang dapat digunakan

sebagai pembangkit listrik.

2. Mampu memproses beragam input bahan bakar termasuk batu bara, minyak

berat, biomassa, berbagai macam sampah kota dan lain sebagainya.

3. Mampu mengubah sampah yang bernilai rendah menjadi produk yang

bernilai lebih tinggi.

4. Mampu mengurangi jumlah sampah padat.

28

5. Gas yang dihasilkan tidak mengandung furan dan dioxin yang berbahaya.

2.3.2.7. Alasan Pengembangan Teknologi Gasifikasi Batubara

1. Teknologi ini adalah cara untuk memperoleh Gas Bakar Sintetis melalui

proses Gasifikasi batubara termasuk yang berkalori rendah, diketahui

bahwa Indonesia sangat banyak memiliki cadangan (sekitar 85 milyar ton)

batubara muda atau lignite merupakan sumber bahan baku yang dapat

digunakan dalam teknologi ini (disarankan untuk menggunakan batubara

berkalori 4500 kcal keatas)

2. Dengan melimpahnya cadangan batubara tentunya menjadikan harga lebih

murah sementara jaringan distribusinya pun terus meluas.

3. Bahan Bakar Minyak (BBM) sebagai salah satu komponen biaya produksi

yang dominan terus membebani kalangan Industri dengan harganya yang

naik tajam sejak tahun 2005, apalagi harga BBM didalam negeri sangat

tergantung dengan pasar dunia, sementara cadangannya pun semakin

menurun.

2.3.2.8. Nilai Ekonomis Teknologi Gasifikasi Batubara

1. Dapat menghemat biaya pemakaian bahan bakar (dibanding solar) sekitar

70-80%

2. Pengembalian investasi sangat singkat (pemakaian 16 jam/hari) sekitar 3-4

bulan.

3. Mudah dalam pengoperasian dan tidak menimbulkan resiko / bahaya

4. Tidak berbau dan ramah lingkungan

5. Mampu menghasilkan produk gas yang konsisten yang dapat digunakan

sebagai pembangkit listrik.

6. Mampu memproses beragam input bahan bakar termasuk batubara,

minyak berat, biomassa, berbagai macam sampah kota dan lain

sebagainya.

29

7. Mampu mengubah sampah yang bernilai rendah menjadi produk yang

bernilai lebih tinggi.

8. Mampu mengurangi jumlah sampah padat.

9. Gas yang dihasilkan tidak mengandung furan dan dioxin yang berbahaya.

2.3.2.9. Perbandingan Teknologi Gasifikasi dan Pembakaran

Perbedaan Gasifikasi Pembakaran

Tujuan Meningkatkan nilai tambah

dan kegunaan dari sampah

atau material dengan nilai

rendah

Membangkitkan panas atau mendestruksi

sampah

Jenis Proses Konversi kimia dan termal

menggunakan sedikit

oksigen atau tanpa oksigen

Pembakaran sempurna menggunakan udara

berlebih (oksigen)

Komposisi

gas kotor

sebelum

dibersihkan

H2, CO, H2S, NH3 dan

partikulat

CO2, H2O, SO2, NOx dan particular

Komposisi

gas berssih

H2 dan CO CO2 dan H2O

Produk

padatan

Arang atau Kerak (slag) Abu

Temperatur

(oC)

700-1500 800-1000

Tekanan Lebih dari 1 atm 1 atm

BAB III

30

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

Fluidisasi (atau fluidisation) adalah proses yang sama dengan pencairan

dimana bahan butiran dikonversi dari solid state seperti statis ke keadaan

cairan seperti dinamis.

Coal gasification adalah sebuah proses untuk mengubah batu bara padat

menjadi gas batu bara yang mudah terbakar (combustible gases).

Macam-macam gasifier batubara yang banyak digunakan yaitu fixed bed,

Fluidized bed, Entrained flow, Moving Bed, dan Molten Iron bath (Kubah

Besi Cair).

Gasifikasi adalah suatu proses perubahan bahan bakar padat secara termo

kimia menjadi gas, dimana udara yang diperlukan lebih rendah dari udara

yang digunakan untuk proses pembakaran.

Gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan untuk mengolah bahan

bakar dengan rentang yang lebar khususnya bahan bakar kualitas rendah

dengan kandungan abu tinggi sehingga cocok digunakan untuk

meningkatkan kualitas bahan bakar bernilai rendah.

3.2. Kritik dan Saran

Demikian makalah yang kami buat, semoga dapat bermanfaat bagi

pembaca. Apabila ada terdapat kesalahan mohon dapat mema'afkan dan

memakluminya, karena kami adalah hamba Allah yang tak luput dari salah

khilaf dan salah.

DAFTAR PUSTAKA

31

Wikipedia.http://id.wikipedia.org/wiki/Batu_bara (dikutip 9 April 2013)

Habib. 2008. “Gasifikasi Batubara Dengan Unggun yang Terfluidakan”.

http://majarimagazine.com/2008/06/gasifikasi-batubara-dengan-unggun-

terfluidakan/ (dikutip 11 April 2013)

Soetjipto, Rozik. “ Laporan Gasifikasi Batu Bara Indonesia”. Departemen

Pertambangan dan Energi : 1998.

Robi.2000. “Unit Gasifikasi Batu Bara”. Artha Gas

Suprapto, Slamet, dkk. “Pengkajian Gasifikasi Batu Bara Kalimantan Timur”.

Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral: 1994.

Sutrisna dan Bambang Rahardjo.Tt. “Rancangan Dasar Gasifier Batubara

Sirkulasi Unggun Mengambang Untuk Membangkitkan Listrik 1 MW”.Jakarta :

BPP Teknologi

Zaky. 2013. “Geologi Batubara”. http://id.scribd.com/doc/123889696/sifat-fisik-

batubara(dikutip 11 April 2013)

32