MAKALAH PENYEDIAAN ENERGI

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015

GASIFIKASI BATU BARA

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Penyediaan Energi

Dosen Pengajar : Ir. Yunus Tonapa

Oleh :

Nama : FIDIHANA NOVIYANTI

NIM : 121411043

Kelas : 3 B

Prodi : D3 Teknik Kimia

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Harga tinggi dari minyak dan gas bumi membuat peningkatan teknologi yang baru seperti

halnya gasifikasi batu bara. Gasifikasi batubara adalah proses untuk mengubah batubara

menjadi fuel gas yang kaya akan CO dan H2. Hal ini bukan lagi teknologi baru. Gas yang

dihasilkan dari karbonisasi coking coal telah digunakan sebagai penerangan sejak tahun

1792. Proses original yang sama dengan coking ini adalah proses yang mengubah non-

coking coal yang didemonstrasikan pada tahun 1860. Tetapi pada akhirnya tidak dipakai lagi

karena CO merupakan gas beracun lebih beracun dari pada CO2 karena kecepatan CO

mengikat hemoglobin lebih cepat dibandingkan dengan CO2. Pada akhir tahun 1880

produksi kimia dari proses gasifikasi didemonstrasikan dalam pembuatan amoniak.

Teknologi ini berkembang sangat cepat ke daerah Eropa, Jepang dan Amerika Serikat.

Proses gasifkasi telah dikenal sejak abad lalu untuk mengolah batubara, gambut. Atau

kayu menjadi bahan bakar gas yang kini mulai dimanfaatkan. Pada tahun-tahun terakhir ini

terjadi peningkatan harga gas alam, sehingga gasifikasi batu bara merupakan alternatif dan

layak secara ekonomis.

1.2 Rumusan Masalah

Apa yang dimaksud dengan Gasifikasi?

Apa saja tahapan-tahapan dari proses gasifikasi?

Bagaimana jenis reaktor yang digunakan dalam proses gasifikasi?

1.3 Tujuan Penulisan Makalah

Memenuhi salah satu tugas mata kuliah Penyediaan Energi

Memperoleh pengetahuan mengenai Proses Gasifikasi dan Teknologi Gasifikasi Batu

Bara

1.4 Manfaat Penulisan Makalah

1. Dapat mengetahui pengertian gasifikasi batubara.

2. Dapat mengetahui teknologi dari gasifikasi batubara.

3. Dapat mengetahui jenis-jenis reaktor gasifikasi

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Gasifikasi

Gasifikasi adalah proses pengubahan materi yang mengandung karbon seperti

batubara, minyak bumi maupun biomassa kedalam bentuk karbon monoksida (CO), metana

(CH4), dan Hidrogen (H2) dengan mereaksikan bahan baku yang digunakan pada temperatur

tinggi dengan jumlah oksigen yang diatur. Pada proses gasifikasi, jumlah udara yang

diperlukan lebih rendah dibandingkan dengan jumlah udara yang dibutuhkan di proses

pembakaran.

Perbedaan gasifikasi dengan pembakaran terletak pada jumlah oksigen yang

digunakan dalam proses serta produk yang dihasilkan. Proses pembakaran menggunakan

oksigen melebihi kebutuhan stoikiometrik dan produk yang dihasilkan berupa energi panas

dan gas yang tidak terbakar. Sementara itu, proses gasifikasi sangat bergantung pada reaksi

kimia yang terjadi pada temperatur diatas 700 0C.

Tujuan dari proses gasifikasi adalah mengubah unsur-unsur pokok dari bahan bakar

yang digunakan kedalam bentuk gas yang lebih mudah dibakar, sehingga hanya menyisakan

abu dan sisa-sisa material yang tidak terbakar (inert).

Perbedaan antara proses Gasifikasi dengan 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 dibersihkanH2, CO, H2S, NH3 dan partikulat

CO2, H2O, SO2, NOx dan

partikulat

Komposisi gas bersih 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

2.2 Tahapan Proses Gasifikasi

Gasifikasi terdiri dari empat tahapan terpisah: pengeringan, pirolisis, oksidasi/pembakaran

dan reduksi. Keempat tahapan ini terjadi secara alamiah dalam proses pembakaran. Dalam

gasifikasi keempat tahapan ini dilalui secara terpisah sedemikian hingga dapat menginterupsi

“api” dan mempertahankan gas mudah terbakar tersebut dalam bentuk gas serta mengalirkan

produk gasnya ke tempat lain. 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/pembakaran: 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).

 

2.2.1 Pengeringan

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

dari proses oksidasi.

2.2.2 Pirolisis

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. Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi

parsial. 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. 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 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.

2.2.3 Oksidasi (Pembakaran)

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. 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

2.2.4 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

2.3 Teknologi Gasifikasi Batu Bara

Proses gasifikasi batubara adalah salah satu pengolahan batu bara yang bertujuan untuk

mengkonversi secara termo-kimia bahan batubara padat menjadi bahan gas, sehingga mudah

terbakar. Proses gasifikasi pada dasarnya merupakan proses pirolisa pada suhu sekitar 150 –

900°C, diikuti oleh proses oksidasi gas hasil pirolisa pada suhu 900 – 1400 °C, serta proses

reduksi pada suhu 600 – 900 °C. Baik proses pirolisa maupun reduksi yang berlangsung

dalam reaktor gasifikasi terjadi dengan menggunakan panas yang diperoleh dari proses

oksidasi. Gasifikasi batubara berlangsung dalam keadaan kekurangan oksigen. Dengan kata

lain, gasifikasi batubara boleh dipahami sebagai reaksi oksidasi parsial batubara

menghasilkan campuran gas yang masih dapat dioksidasi lebih lanjut (bersifat bahan bakar).

Gasifikasi batubara merupakan proses yang dapat digunakan untuk menghasilkan gas sintetis

(syn-gas) dari bahan bakar padat. Dengan pemanasan dalam gasifier, bahan baku batubara

akan terurai menjadi gas hidrogen, methana, karbon monoksida, karbon dioksida, nitrogen,

polutan dan abu. Komponen syn-gas yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi

adalah hidrogen, methan dan karbon monoksida.

Teknologi gasifikasi dapat dikelompokkan berdasarkan konfigurasi aliran dari unit

gasifiernya, antara lain :

1.    Fixed bed

2.    Fluidized bed

3.    Entrained flow

4.    Molten bath

1. Fixe bed

Pada konfigurasi ini, batubara diumpankan dari atas kemudian perlahan-lahan

turun kebawah dan dipanaskan oleh gas panas dari arah bawah. Batubara melewati

zona karbonisasi kemudian zona gasifikasi, akhirnya sampai pada zona pembakaran

pada bagian bawah gasifier tempat reaktan gas diinjeksi. Sistem ini diilustrasikan

pada Gambar 1 berikut ini :

Reaksi kimia yang terjadi dalam fixed bed gasifier, yaitu :

Gambar 1.1. Reaksi kimia yang terjadi dalam fixed bed gasifier

Pada proses gasifikasi dengan fixed bed gasifier

Ada 4 zona reaksi yaitu :

1. Zona devolatilisasi

Pada zona ini terjadi penguapan uap air dan zat-zat volatil yang terkandung dalam

batubara.

Gambar 1. fixed bed gasifier

2. Zona Gasifikasi

Pada zona ini uap air yang dialirkan dan CO2 yang terbentuk dari pembakaran

sempurna bereaksi dengan batubara pada suhu tinggi membentuk gas sintesis yang

terdiri dari CO, H2 dan N2.

3. Zona Pembakaran

Pada zona ini oksigen yang masuk bereaksi dengan sebagian batubara

membentuk CO2 dan H2O yang diperlukan dalam reaksi gasifikasi.

4. Zona abu

Zona ini adalah tempat penampungan abu yang dihasilkan, baik hasil reaksi

pembakaran maupun reaksi gasifikasi.

2. Fluidized bed

Dalam fluidized bed gasifier, reaktor gas digunakan untuk membuat fluidisasi

material batubara. Untuk menghindari sintering dari abu, fluidized bed gasifier

dibatasi beroperasi pada temperatur non-slagging. 

Gambar 2. fluidized bed

Batubara dimasukkan dari bagian samping sedangkan oksidannya dari arah

bawah. Oksidan (O2 dan uap) selain berperan sebagai reaktan pada proses, juga

berfungsi sebagai media lapisan mengambang dari batubara yang digasifikasi. Dengan

kondisi penggunaan oksidan yang demikian maka salah satu fungsi tidak akan dapat

maksimal karena harus melengkapi fungsi lainnya atau bersifat komplementer.

3. Entrained flow

Batubara dialirkan kedalam gasifier secara cocurrent atau bersama-sama

dengan agen gasifikasi atau oksidan berupa uap air dan oksigen, bereaksi pada

tekanan atmosfer. Pada entrained gasifier, batubara dihaluskan sampai ukuran kurang

dari 0,1 mm diumpankan dengan reaktan gas ke dalam chamber dimana reaksi

gasifikasi terjadi seperti halnya sistem pembakaran bahan bakar berbentuk serbuk.

Residence time partikel padatan yang singkat dalam sistem fase entrained

memerlukan kondisi operasi dibawah slagging untuk mencapai laju reaksi dan

konversi karbon yang tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa operasi non-slagging pada

entrained gasifier baik sekali hanya untuk proses hidrogasifikasi.

Gambar 3. Entrained gasifier

4. Molten bath

Molten bath mirip dengan sistem fluidized bed dimana reaksi terjadi dalam

medium yang tercampur merata dari inersia panas tinggi. Temperatur operasi

tergantung pada tipe bath : untuk slag dan molten metal bath diperlukan temperatur

tinggi (1400–1700oC), tetapi temperatur 1000oC dapat digunakan molten salt. Reaktan

gas dapat diinjeksi dari atas seperti jet kemudian berpenetrasi kedalam permukaan

bath, seperti ditunjukkan pada gambar 2.6, atau dapat diumpankan ke bottom bath

Gambar 4. Molten bath gasifier

Fixed bed gasifier termasuk dalam kategori sistem aliran counter current,

fluidized bed dan molten bath gasifier dapat dianggap sebagai reaktor tanki pengaduk

kontinyu dan entrained gasifier sebagai sistem aliran co-current.

Aliran counter current dalam reaktor fixed bed, pemindahan volatile matter

yang dihasilkan dari gasifier tanpa melewati zona gasifikasi temperatur tinggi atau

zona pembakaran. Karakteristik komposisi produk gas pada fixed bed gasifier yaitu

adanya uap tar (bila digunakan antrasit atau devolatilisasi char/coke sebagai bahan

baku) dan yield metana yang tinggi. Residence time yang paling lama terdapat pada

fixed bed gasifier dimana kecepatan gas dibatasi untuk menghindari semburan serbuk

batubara ke dalam aliran produk gas. Sedangkan residence time terpendek terdapat

dalam entrained gasifier.

Perbedaan residence time padatan diantara tipe gasifier merupakan hal

substansial. Pada fixed bed residence time padatan biasanya beberapa jam.

Sedangkan pada fluidized bed atau molten bath pada umumnya sekitar 1 jam. Pada

fluidized bed, char yang tidak terkonversi dikumpulkan dan diumpankan ke gasifier

lainnya atau ke pembakar. Sedangkan pada entrained kecuali untuk hidrogasifikasi,

umumnya beroperasi pada temperatur slagging untuk mencapai laju reaksi dan

konversi karbon yang tinggi. Residence time yang pendek pada entrained membuat

kontrol pada kondisi operasi gasifikasi lebih sulit dan perlu adanya kekonsistensian

umpan batubara, merupakan hal yang harus diperhatikan.

2.4 Reaktor Gasifikasi

Reaktor gasifikasi dapat dibagi kedalam 5 jenis, antara lain:

Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft

Pada reaktor tipe ini, zona pembakaran (sumber panas) terletak di bawah bahan bakar

dan bergerak keatas seperti tampak pada Gambar 2.4.1. Dalam gambar tersebut,

tampak bahwa gas panas yang dihasilkan mengalir keatas melewati bahan bakar yang

belum terbakar sementara bahan bakar akan terus jatuh ke bawah. Kekurangan dari

reaktor ini adalah produksi asap yang berlebihan dalam operasinya.

Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft

Pada tipe ini sumber panas terletak dibawah bahan bakar seperti tampak pada Gambar

2.4.2. Aliran udara bergerak ke zona gasifikasi di bagian bawah yang menyebabkan

asap pirolisa yang dihasilkan melewati zona gasifikasi yang panas. Hal ini membuat

tar yang terkandung dalam asap terbakar, sehingga gas yang dihasilkan oleh reaktor

ini bersih.

Gambar 2.4.1 Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft

Reaktor Gasifikasi Tipe Inverted Downdraft

Prinsip kerja reaktor jenis ini sama dengan prinsip kerja reaktor gasifikasi downdraft.

Perbedaannya terletak pada arah aliran udara dan zona pembakaran yang dibalik

sehingg bahan bakar berada pada bagian bawah reaktor dengan zona pembakaran

diatasnya.

Gambar 2.4.2 Reaktor Gasifikasi Tipe Downdraft

Gambar 2.4.3 Reaktor Gasifikasi Tipe Inverted Downdraft

Reaktor gasifikasi Tipe Crossdraft

Pada reaktor ini, aliran udara mengalir tegak lurus dengan arah gerak zona

pembakaran. Reaktor ini memungkinkan operasi yang berkesinambungan apabila

memiliki sistem pengeluaran abu yang baik.

Reaktor Gasifikasi Tipe Fluidized Bed

Berbeda dengan reaktor jenis sebelumnya, pada reaktor gasifikasi tipe ini bahan bakar

bergerak didalam reaktor. Sebuah fan bertekanan tinggi diperlukan untuk

menggerakkan bahan bakar yang sedang digasifikasi. Reaktor gasifikasi tipe ini

sangat cocok untuk keperluan industri karena mahalnya ongkos yang dikeluarkan

untuk sistem seperti ini.

BAB V

PENUTUP

Gasifikasi batubara adalah salah satu pengolahan batu bara yang bertujuan untuk

mengkonversi secara termo-kimia bahan batubara padat menjadi bahan gas. Teknologi

gasifikasi dapat dikelompokkan berdasarkan konfigurasi aliran dari unit gasifiernya.

Konfigurasi yaitu : Fixed bed, Fluidized bed, Entrained flow dan Molten bath.

DAFTAR PUSTAKA

Bilad, M. Roil. 2010. “Teknologi Gasifikasi Biomassa Alternatif Solusi Bahan Bakar

Oven Tembakau Bagian 1” . http://www.sasak.org/universitas-ks/teknologi-tepat-

guna/teknologi-gasifikasi-biomassa-alternatif-solusi-bahan-bakar-oven-tembakau-

bagian-1-konsep-dasar/12-01-2010 [diakses tanggal 31 Oktober 2014]

Susanto, Prof. Dr. Herri. “Sekilas Teknologi Gasifikasi”. http://esptk.fti.itb.ac.id/herri/

[diakses tanggal 31 Oktober 2014]

Cahyono, Danan Eko. 2012. “Gasifikasi-Pyrolisis-Pembakaran”.

http://santosorising.blogspot.com/2012/07/gasifikasi-pyrolysis-pembakaran.html

[diakses tanggal 31 Oktober 2014]

Anonim. “Gasifikasi” http://id.wikipedia.org/wiki/Gasifikasi [diakses tanggal 31

Oktober 2014]