A. PENDAHULUAN

Gasifikasi ialah proses konversi biomasa menjadi sebuah bahan bakar

gas dengan pemanasan dalam sebuah media gasifikasi, misalnya udara,

oksigen, atau uap air. Berbeda dengan proses pembakaran di mana hanya

terjadi satu kali reaksi oksidasi, proses gasifikasi terdiri dari dua kali reaksi

oksidasi. Proses gasifikasi meliputi proses biokimia dan termokimia, namun

gasifikasi pada umumnya menggunakan proses termokimia (Kendry, 2001).

Metode gasifikasi terdiri dari pirolisa, oksidasi parsial, dan

hidrogenasi. Pirolisa biasanya diterapkan untuk menghasilkan “gas kota”

(20000-23000 kJ/m3) untuk keperluan penerangan dan pengolahan makanan.

Oksidasi parsial biasa digunakan untuk menghasilkan “gas produser”

(komponen utama: CO dan H2), bahan bakar yang digunakan bisa berupa

padat, cair, atau gas. Sedangkan hidrogenasi biasanya dilakukan untuk

memperoleh CH4 langsung dari bahan bakar padat (Higman and Burgt, 2003).

B. REAKSI

Reaksi yang mungkin terjadi di dalam gaisifier dapat dinyatakan

sebagai berikut:

C + ½O2 CO −111MJ/kmol

CO + ½ O2 CO2 −283MJ/kmol

C + O2 CO2 −394MJ/kmol

Reaksi di atas menunjukkan bahwa dengan memanfaatkan 28% panas

pembakaran sempurna karbon murni pada konversi karbon padat menjadi CO,

sedangkan 72% panas pembakaran yang masih tersisa dapat dikonversi

menjadi gas (CO2).

Pada praktiknya, bahan bakar tidak hanya mengandung karbon tapi

juga hidrogen, sehingga persentase panas pembakarannya dapat menjadi 75

sampai 88%. Produk gas yang dihasilkan dari proses gasifikasi biasanya

berupa CO dan H2, di mana gas tersebut mempunyai peranan penting dalam

industri kimia. Reaksi yang terjadi:

C + H2O CO + H⇄ 2 +131 MJ/kmol (water gas shift)

CO + H2O H⇄ 2 + CO2 - 41 MJ/kmol (CO shift)

Gas CO dan H2 dari proses gasifikasi dapat diaplikasikan dalam industri

kimia, antara lain:

o Bahan baku pembuatan amoniak dan methanol

o Bahan baku FT process untuk produksi bahan bakar cair

o Bahan baku peembuatan asam asetat anhydride.

(Higman and Burgt, 2003)

C. APLIKASI GASIFIKASI

C.1 GASIFIKASI BATUBARA

C.1.1 JENIS DAN SIFAT BATUBARA

Tabel C-1 Jenis dan Sifat-Sifat Batubara

Jenis Sifat Fisik & Kimia

Lignit

(Brown Coal)

- Kandungan air, abu, dan zat volatil tinggi

- Nilai kalornya rendah

- Kandungan sulfurnya rendah

- Mudah terbakar secara spontan

Sub-bituminus - Kandungan air, abu, dan zat volatil cukup tinggi

- Nilai kalornya relatif cukup tinggi

- Kandungan sulfurnya tinggi

- Mudah terbakar secara spontan

Bituminus - Kandungan air, abu, dan zat volatil tergolong sedikit

- Kandungan sulfurnya tinggi

- Nilai kalornya tinggi

- Temparatur nyala tinggi

Antrasit -Kandungan air, abu, dan zat terbang sangat sedikit

- Kandungan sulfur dan karbonnya cukup tinggi

- Nilai kalornya sangat tinggi

- Keras, tidak rapuh, sangat getas dan homogen

Tabel C-2 Persentasi Oksigen, Air, dan Abu pada Berbagai Jenis Batubara

Jenis Oksigen (kering,

bebas abu)

Uap / moisture

(bebas abu)

Abu

(kering)

Lignit 25% 30% >5%

Bituminous 5% 5% >5%

Antrasit 2% 4% >5%

(Tricahyandaru dan Priambodo, 2008)

Tabel C-3 Kandungan dari Berbagai Jenis Batubara

C.1.2 PROSES GASIFIKASI

Proses gasifikasi dengan bahan baku batubara dapat dilakukan

menggunakan gasifier tipe moving-bed. Proses pada moving-bed gasifier ini

merupakan proses tertua dalam dunia gasifikasi. Dalam moving-bed

gasifier dengan bahan baku batubara, terdapat dua proses gasifikasi, yakni

Lurgi Dry Ash Proses dan British Gas/Lurgi (BGL) Slagging Gasifier.

(Higman and Burgt, 2003)

1. The Lurgi Dry Ash Process

Inti dari proses Lurgi adalah reaktor, di mana hembusan dan aliran

syngas mengalir ke atas secara counter current untuk bahan baku batubara

(Gambar C-1).

Batu bara dipasok dari sebuah bunker overhead ke dalam lock

hopper yang diisolasi dari reaktor selama pemuatan, lalu ditutup, ditekan

dengan syngas, dan dialirkan menuju reaktor. Reaktor dengan demikian

diberi muatan secara siklik.

Bejana reaktor itu sendiri berupa bejana tekan berdinding ganda di

mana ruang annular antara dua dinding diisi dengan air mendidih. Ini

memberikan pendinginan dinding intensif bagi area reaksi sekaligus

menghasilkan steam dari panas yang hilang melalui dinding reaktor. Steam

dihasilkan pada tekanan serupa dengan tekanan gasifikasi, sehingga

memungkinkan sebuah dinding bagian tipis yang meningkatkan efek

pendinginan.

Batubara dari lock hopper didistribusikan menuju reaktor dengan

perangkat distribusi mekanis, dan kemudian bergerak perlahan-lahan turun

melalui bed dengan menjalani proses pengeringan, gasifikasi

devolatilization, dan pembakaran. Abu dari pembakaran ungasified char

dibuang dari ruang reaktor melalui perapian berputar menuju ash lock

hopper. Di zona perapian abu mengalami proses precool, dengan

menggunakan embusan masuk (oksigen dan uap), menjadi sekitar 300-

400oC.

Embusan itu masuk ke dalam reaktor melalui bagian bawah dan

didistribusikan di bed oleh perapian. Dengan mengalir ke atas, embusan

tersebut dipanaskan oleh abu sebelum mencapai zona pembakaran dimana

oksigen bereaksi dengan char untuk CO2. Pada titik ini suhu dalam reaktor

mencapai tingkat tertinggi (Gambar C-3). CO2 dan uap kemudian bereaksi

dengan batubara di zona gasifikasi untuk membentuk karbon monoksida,

hidrogen, dan metana. Komposisi gas di outlet dari zona gasifikasi

tergantung pada tiga reaksi gasifikasi heterogen: water gas, Boudouard, dan

methanation.

Meskipun gambaran proses dalam bentuk empat zona, harus

ditekankan bahwa transisi dari satu zona ke zona berikutnya adalah

bertahap. Hal ini terutama pada transisi dari zona pembakaran ke zona

gasifikasi. Reaksi gasifikasi endotermik sudah dimulai sebelum semua

oksigen habis dalam pembakaran. Dengan demikian temperatur puncak

aktual lebih kecil dari hitungan dengan asumsi model zonal murni (Gambar

C-3). Gas meninggalkan zona gasifikasi, kemudian memasuki zona atas

reaktor dimana panas dari gas digunakan untuk proses dovlatize, panaskan,

dan pengeringan batubara yang masuk. Dalam proses ini gas didinginkan

dari sekitar 800oC di outlet gasifikasi menjadi sekitar 550oC di outlet

reaktor.

Hasil dari aliran counter-current ini adalah metana yang relatif

tinggi dari gas outlet. Di sisi lain, bagian dari produk devolatilization yang

terkandung tidak bereaksi dalam gas sintesis, khususnya ter, fenol dan

amonia, juga tersebar luas spesies hidrokarbon lainnya. Pembuangan

sebagian besar bahan ini terjadi di outlet reaktor dengan pendingin di mana

sebagian besar hidrokarbon bertitik didih tinggi dan debu dibawa dari

reaktor yang terkondensasi dan / atau dicuci dengan gas liquor dari bagian

kondensor.

Gambar C-1 Lurgi Dry Ash Gasifier

Gambar C-2 Diagram Alir Proses Lurgi Dry Ash Gasifier

Gambar C-3 Profil Temperatur dan Komposisi Gas pada Lurgi Dry Ash

Gasifier

2. British Gas/Lurgi (BGL) Slagging Process

Bagian atas dari gasifier tipe BGL sama seperti gasifier tipe Lurgi

Dry Ash, meski untuk beberapa aplikasi mungkin refraktori berbaris,

distributor dan pengaduk dihilangkan. Walau bagaimanapun, bagian bawah

sepenuhnya ialah desain ulang, seperti dapat dilihat pada Gambar 5-5.

Berbeda dengan gasifier tipe Lurgi Dry Ash, BGL tiada punya

perapian. Perapian pada Lurgi Dry Ash Gasifier mempunyai dua tujuan,

yakni distribusi campuran oksigen-uap dan pemisahan abu. Dalam gasifier

BGL fungsi tersebut dilakukan oleh sistem tuyères (air-cooled tabung) yang

terletak tepat di atas bak abu-cair (molten-ash bath). Tuyères juga mampu

memasukkan bahan bakar lain ke dalam reaktor. Ini termasuk pula produk

mentah pirolisis dari gas, serta batubara halus yang tidak dapat dimasukan

dari bagian atas reaktor karena risiko penyumbatan.

Bagian bawah reaktor menyertakan sebuah bak abu-cair (molten

slag bath). Abu cair dikeringkan melalui tap terak ke dalam ruang

pendinginan terak, di mana selajutnya dipadamkan dengan air dan

dipadatkan. Abu padat dibuang melalui slag lock.

Gambar C-4 British Gas/Lurgi (BGL) Slagging Gasifier

(Higman and Burgt, 2003)

C.1.3 HASIL GAS PRODUK GASIFIKASI

Tabel C-4 Perbandingan Performansi Berbagai Jenis Moving-Bed Gasifier

(Supp 1990; Lohmann and Langhoff 1982)

C.2 GASIFIKASI BIOMASSA

C.2.1 KARAKTERISTIK BIOMASSA

Istilah biomassa mencakup berbagai bahan yang

memiliki kegunaan, baik sebagai bahan bakar atau bahan

baku, yang berasal dari makhluk hidup. Definisi ini jelas

tidak termasuk bahan bakar fosil tradisional, karena

meskipun biomassa juga berasal dari tanaman (batubara)

atau hewani (minyak dan gas) hidup, yang telah

membutuhkan jutaan tahun untuk terkonversi ke bentuk

mereka saat ini.

Biomassa terdiri dari limbah pertanian, kehutanan,

dan peternakan. Biomassa ini bukan merupakan bahan

bakar industri utama, namun bisa memasok 15-20% dari

penggunaan total bahan bakar di dunia. Ini digunakan

terutama di negara nonindustrial untuk pemanasan dan

dapur domestik. Di negara-negara industri, penggunaan

biomassa sebagai bahan bakar sebagian besar terbatas

pada penggunaan by-product dari sektor kehutanan dan

industri kertas juga gula. Meskipun demikian,

penggunaannya didorong pula dengan alasan strategi untuk

pengurangan CO2 (Higman and Burgt, 2003).

Tabel C-5 Perbandingan Komponen Berbagai Jenis Biomassa

(Arbon 2002; Quaak, et.al. 1999)

C.2.2 PROSES GASIFIKASI

Twin Fluid-Bed Steam Gasification

The SilvaGas Process

Proses gasifikasi atmosferis dua tahap ini dikembangkan oleh

Battelle, dan unit percontohan komersial pertama dilakukan dengan

kapasitas umpan 200 ton/hari dibangun di Burlington, Vermont.

Komersialisasi proses telah diambil alih oleh Future Energy Resources

(FERCO), yang memasarkannya dengan nama SilvaGas. Gas pada unit

percontohan dikeluarkan ke dalam boiler biomassa dan kemudian digunakan

dalam turbin pembakaran.

Prinsip proses SilvaGas (Gambar C-5) serupa dengan catalytic

cracker dalam sebuah kilang minyak atau dengan proses Flexicoker Exxon.

Dua fluid-bed reaktor digunakan pada proses tersebut. Pada salah satu,

proses endoterm terjadi dalam proses SilvaGas untuk gasifikasi biomassa.

Panas yang diperlukan untuk reaksi diberikan oleh benda padat panas (pasir,

katalis, atau coke), yang dipanaskan oleh reaksi eksotermik dalam reaktor

kedua.

Seperti proses gasifikasi biomassa pada umumnya, tahap persiapan

feedstock penting, di mana ukuran biomassa diperkecil menjadi 30-70 mm

(menyerupai chip) dan ukuran yang terlalu besar atau material asing, seperti

logam, dipisahkan. Biomassa diumpankan ke gasifier lalu dicampur dengan

pasir panas (sekitar 980oC) dan uap. Selama reaksi cracking endotermik

berikutnya, gas hidrokarbon ringan terbentuk bersama hidrogen dan karbon

monoksida. Setelah pemisahan pembawa panas (heat carrier) dan gas di

siklon, pembawa panas yang sudah relatif dingin dan char sisa yang tidak

bereaksi yang dibuang ke ruang bakar atau regenerator. Pasir dipanaskan

kembali dalam ruang bakar melalui pembakaran arang dengan udara. Pasir

yang sudah dipanaskan akan dipindahkan dari gas buang oleh pemisah

siklon dan kembali ke gasifier.

Syngas dari gasifier biasanya masih mengandung

sekitar 16 g/m3 tars. Pada penggunaan untuk tujuan tertentu

(misalnya, untuk bahan bakar turbin gas), tars ini harus

dihilangkan. Cracking catalysts, seperti yang digunakan

dalam industri perminyakan, digunakan untuk memecah

hidrokarbon berat. Proses yang kontinu menghasilkan biaya

katalis yang lebih rendah untuk aplikasi ini. Syngas

dibersihkan dengan scrubber untuk menghilangkan alkali

dan partikulat. Gas buang merupakan sumber panas yang

penting. Menggunakan gas ini untuk pengeringan awal feed

biomassa membantu meningkatkan efisiensi proses, tapi

alternatif penggunaan seperti produksi uap juga dapat

diterapkan jika kondisi spesifik lokasi mendukung.

Gambar C-5 Twin Fluid-Bed Steam Gasifier

(Paisley and Overend, 2002)

C.1.3 HASIL GAS PRODUK GASIFIKASI

Tabel C-6 Komposisi Gas Proses SilvaGas dari Unit

Demonstrasi Burlington

Biomass gasification

Kapasitas: 200 ton/hari

Ukuran partikel: 30–70 mm

T pasir = 980 oC

(Paisley and Overend, 2002)

D. KESIMPULAN

Dari proses gasifikasi dengan bahan baku batubara dan biomassa

dengan tipe gasifier yang berbeda, diperoleh komposisi produk gas dengan

persentase yang berbeda-beda. Hal ini dapat dilihat pada tabel D-1.

Tabel D-1 Komposisi Produk Gas dari Batubara dan Biomassa

dengan Berbagai Macam Tipe Gasifier

Jenis

Gas

Produk

Batubara Biomassa

Dry Ash

Gasifier

Slagging

Gasifier

Twin Fluid-Bed

Gasifier

H2, mol% 42.15 31.54 22.0

CO, mol

%15.18 54.96 44.4

CO2, mol

%30.89 3,46 12.2

CH4, mol

%8.64 4.54 15.6

CnHm,mol

%0.79 0.48 5.8

DAFTAR PUSTAKA

Arbon, I. M., 2002, Worldwide Use of Biomass in Power Generation and

Combined Heat and Power Schemes.

Higman, C., and Burgt, M.vd., 2003, Gasification, USA: Elsevier Science.

Lohmann, C., and Langhoff, J, 1982, The Development Project ‘Ruhr 100’—an

Advanced Lurgi

Gasifier, Lausanne: Paper presented at 15th World Gas Conference.

McKendry, P., 2001, Energy Production from Biomass: Gasification

Technologies, UK: Applied Environmental Research Centre Ltd.

Paisley, M. A., and Overend, R. P., 2002, Verification of the Performance of

Future Energy Resources SilverGas Biomass Gasifier – Operating

Experience in the Vermont Gasifier, Pittsburgh: Paper presented at 19th

International Pittsburgh Coal Conference.

Quaak, P., et. al., 1999, Energy from Biomass: A Review of Combustion and

Gasification Technologies. Washington, DC: World Bank.

Supp, E., 1990, How to Produce Methanol from Coal, Berlin:Springer.

Tricahyandaru, F., dan Priambodo, Y. D., 2008, Pengembangan dan Studi

Karakteristik Gasifikasi Batubara Sub-Bituminus Menggunakan Reaktor

Jenis Fix Bed Downdraft Gasifier, Jakarta: UI Press.

Tugas Mata Kuliah Teknologi Hidrogen dan Fuel Cell (TK6092)

PRODUKSI HIDROGEN DENGAN

PROSES GASIFIKASIDosen Pengampu : Inayati, Ph.D

Disusun Oleh :

Muhammad Rio Johan I 0508056

Chekly Permatasari I 0508084

Intan Kelud Pertiwi I 0508095

Muhammad Arif Maulana I 0508107

Surya Haditya I 0508117

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2012