View
255
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
1/15
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu pengekspor batubara besar di dunia, umatera elatan
khususn!a merupakan salah satu penghasil batubara terbesar di Indonesia sekitar "#.$%&.
Batubara ada !ang thermal 'steaming( )oal dan metalurgi )oal. Batubara termal biasan!a di
haluskan dan dibakarkan dalam boiler untuk menghasilkan listrik dan batubara metalurgi
digunakan untuk menghasilkan )oke untuk pelelehan besi dan ba*a. a!angn!a utilitas batubara
pada teknologi !ang digunakan sekarang ini mempun!ai dampak !ang tidak diinginkan terhadap
lingkungan. Polutan utama meliputi oksida oksida nitrogen dan sul+ur, abu dan slag, emisi
partikel dan gas rumah ka)a seperti karbondioksida. leh karena itu diperlukan pen!ikapan
se)ara insenti+ tinggi untuk menurunkan emisi dan mengembangkan e+isiensi +uel 'bahan bakar(
teknologi utilitas batubara.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
2/15
BAB II
PE-BAHAAN
II.1. in*auan Pustaka
/asi+ikasi batubara adalah proses untuk mengubah batubara men*adi +uel gas !ang ka!a
akan 0 dan H. Hal ini bukan lagi teknologi baru. /as !ang dihasilkan dari karbonisasi )oking
)oal telah digunakan sebagai penerangan se*ak tahun 12#. Proses original !ang sama dengan
coking ini adalah proses !ang mengubah non-coking coal!ang didemonstrasikan pada tahun
13$4. etapi pada akhirn!a tidak dipakai lagi karena 0 merupakan gas bera)un lebih bera)un
dari pada 0karena ke)epatan 0 mengikat hemoglobin lebih )epat dibandingkan dengan
0. Pada akhir tahun 1334 produksi kimia dari proses gasi+ikasi didemonstrasikan dalam
pembuatan amoniak. eknologi ini berkembang sangat )epat ke daerah Eropa, 5epang dan
Amerika erikat.
!stem gasi+ikasi batubara modern digunakan untuk menghasilkan bahan6bahan kimia
seperti hidrogen dan metanol dan untuk men!ediakan sistem !ang lebih bersih dan e+isien. Ada
beberapa tipe gasi+ier modern !ang sudah ada !aitu entrained6+lo7, +luidi8ed6bed dan +i9ed6bed
dan kondisi ketiga sistem itu sangat berdasarkan pada tipe batubara !ang digunakan.
ampai akhir tahun 1#46an gas hasil gasi+ikasi diperoleh dengan oksidasi sebagian
'partial oxidation) coke dengan udara terhumidi+ikasi. etelah 0arl :on Linde
mengkomersialkan pemisahan kriogenik dari udara selama tahun 1#46an, proses gasi+ikasi
menghasilkan gas sintesa dan hidrogen menggunakan oksigenblast, hal ini merupakan tonggak
perkembangan proses gasi+ikasi seperti proses Winkle fluid-bed '1#$(, Lurgi pressurized
gasification '1#"1(, danKoppers-Totzek entrained-flow '1#%46an(.
Perkembangan gasi+ikasi selan*utn!a dimulai selama perang dunia kedua ketika insin!ur
5erman menggunakan proses gasi+ikasi untuk memproduksi bahan bakar sintetik. eknologi ini
diekspor ke A+rika elatan pada tahun 1#;46an !ang kemudian memi)u berdirin!a perusahaan
gasi+ikasi batubara terbesar sampai saat ini !aitu South African Coal il and !asCorporation
'asol( dan men*adi pusat gasi+ikasi terbesar di dunia pada akhir tahun 1#246an. Perusahaan ini
menggunakan gasi+ikasi batubara dan sintesis"ischer-Tropschsebagai dasar dari pembuatan gas
sintesis kompleks dan industri petrokimia.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
3/15
Pada tahun 1#;46an, baik e9a)o dan hell oil *uga mengembangkan proses gasi+ikasi.
Dengan keberadaan gas bumi dan min!ak !ang ban!ak pada tahun 1#;46an, peran gasi+ikasi
batubara mulai menurun. -enurunn!a peran ini bukan han!a disebabkan oleh ketersediaan gas
bumi dan min!ak !ang ban!ak tetapi *uga karena nilai kalor gas bumi dan min!ak !ang lebih
tinggi serta sedikitn!a kandungan pengotor bila dibandingkan dengan batubara.
Untuk peman+aatan tar dimulai pada pertengahan abad ke61#, ketika perkembangan
teknik kimia telah memungkinkan untuk melakukan distilasi dan pemurnian tar men*adi produk
pe7arna sintetik dan bahan kimia. 5adi, sebelum industri kimia !ang berbahan baku migas atau
disebut dengan petrokimia berkembang, industri kimia berbasis batubara atau disebut dengan
coal-che#icaltelah lebih dulu eksis.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
4/15
Proses komersialisasi gasi+ikasi batubara dimulai oleh " proses gasi+ikasi !aitu proses
Lurgi, >inkler, dan
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
5/15
% tto6?ummel 'olten
bath
1%446
1244o0
P
atmos+erik
C #; 6 ield
tinggi
6 ekanan
rendah
emperatur
masih sangat
tinggi
A. 5enis /asi+ier
1. Lurgi pressure gasi+ier
i9ed6bed gasi+ier !ang paling umum adaalah lurgi gasi+ier, dikembangkaan oleh
lurgi )ompan! di *ermaan pada 1#"4. !stem i9ed bed biasan!a dioperasikan pada
tekanan antara "4 hingga "; atm.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
6/15
monoksida, h!drogen , daan metaana meninggalkan gasi+ier untuk dibersihkan lebih
lan*ut.
Disamping berpartisipasi di dalaam reaksi gasi+ikasi, uap men)egah temperaatur
!ang tinggi padaa bagian ba7ah dari gasi+ier !ang men!ebabkan pelelehaan abu. -aka
dari itu lurg! s!stem adalah !ang paling )o)ok untuk batubara !ang sangat reakti+./asi+ier komersial mampu menlakukan proses gasi+ikasi seban!ak ;4 ton batubara per
*am.
.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
7/15
". >inkler gasi+ier
>inkler gaasi+ier adalah s!stem gasi+ikasi +luidi8ed6bed !ang beroperasi pada
tekanan atmos+erik. Pada gasi+ier, batubara 'biasan!a dihan)urkan hingga berukuran
kurang dari 1 milimeter( di masukkan oleh s)re7 +eeder dan di+luidisasi oleh gasi+ikasimedium 'uap6udara atau uap6oksigen, tergantung dari nilai kalor dari produk gas( masuk
melalui bagian ba7ah. Batubara dan gasi+ikasi medium bergerak se)ara )o)urrent 'pada
arah se*a*ar(. elain reaksi gasi+ikasi !ang ter*adi di bed, beberapa *uga ter*adi di
+reeboard diatas dari bed. emperatur pada bed biasan!a dipertahankan pada #34 0 dan
gas !ang diproduksin!a sebagian besr mengandung karbon monoksida dan hidrogen.
uhu operasi !ang rendah dan tekanan pada sistem 7inkler membatasi keluaran
dari gasi+ier. Dikarenakan temperatur operasi !ang rendah, batubara *enis lignit dan sub6
bituminus !ang dimana memiliki abu6+usi temperatur !ang tinggi, adalah +eedsto)ks !ang
ideal. Unit ini mampu melakukan proses gasi+ikasi sebesar %4 to %; ton per *am.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
8/15
%. e9a)o gasi+ier
Proses e9a)o *uga menggukan teknologi gasi+ikasi batubara entrained6+lo7.
Proses ini menggasi+ikasikan batubara pada kondisi !ang relati+ memiliki tekanan !ang
tinggi dengan )ara men!untikkan oksigen 'atau udara( dan uap dengan )on)urrent
gas@solid +lo7. Batubara !ang di+luidisasi di)ampur dengan min!ak atau air untuk
membuat slurr$ !ang dapat dipompa. lurr! ini dipompa masuk ke dalam gasi+ier
:ertikal, !ang biasan!a berupa pressure :essle !ang ber*a*ar didalam dinding tahan panas.
lurr! bereaksi dengan udara atau oksigen pada temperatur !ang tinggi. Produk berupa
gas umumn!a mengandung karbon monoksida, karbon dioksida, dan hidrogen dengan
beberapa ke)il komponen metana. Dikarenakan temperatur !ang tinggi, tidak terbentuk
min!ak atau tar. Proses ini biasan!a digunakan untuk pembuatan s!ngas !ang ka!a
dengan 0.
/asi+ier ini berkembang se)ara komersial terbukti dari proses oksidasi parsial
e9a)o digunakan untuk menggasi+ikasi )rude oil dan hidrokarbon. itur utama dari
proses ini adalah penggunakan dari +eed slurr! batubara, dimana disederhanakan men*adi
sistem coal-feeding dan pengoperasian dari gasi+ier. /asi+ier ini simple, :ertikal, pressure
:essel berbentuk silinder tahan panas ber*e*er pada bagian atas dari kamar oksidasi
parsial. Proses ini *uga men!ediakan 8ona slagpada bagian ba7ah, dimana resultan gas
dan #olten slag men*adi dingin. Pada operasi selan*utn!a se*umlah ban!ak uap dengan
tekanan tinggi dapat diperoleh, dimana memper)epat proses e+isiensi thermal. aktor
penting lainn!a !ang mempengaruhi e+isiensi thermal gasi+ier adalah kandungan air !ang
ada pada slurr! batubara.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
9/15
energi di dalam +eed ke)il. leh karena itu batubara tipe lignite lebih bagus untuk gasi+ier
tipe ini. /asi+ier ini beroperasi pada kisaran 114461"24 0 dan pada tekanan 463; atm.
Produk !ang berbentuk gas dan molten slag diproduksi pada 8ona reaksi pass
do7n7ard melalui ruangan spra! air dan slag uen)h bath, dimana gas dingin dan slag
kemudian dipisahkan untuk treatment lebih lan*ut. edangkan gasn!a setelah dipisahkandari slag dan didinginkan, diberikan treatment untuk menghilangkan )arbon dan abu.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
10/15
hell proses gasi+ikasi batubara dikembangkan oleh ?o!al Dut)h dan hell gruppada a7al tahun 1#24. /asi+ier ini merupakan salah satu *enis reaktor entrained6+lo7.
Dalam hell gasi+ier, batubara dihan)urkan dan dikeringkan kemudian dimasukkan ke
dalam shell gasi+ier sebagai eed kering. -engesampingkan masalah ketahanan panas
gasi+ier ini bagus untuk ban!ak *enis batubara mulai dari gambut. idak seperti proses
gasi+ikasi lainn!a pada proses ini menggunakan oksigen murni sebagai medium
gasi+ikasin!a.
B. DIAIN /AIIE?
Ada % parameter disain !ang utama, !aitu F
1. emperatur/asi+ier dapat dibagi dalam " kategori tergantung pada keadaan +isik abu dalam reaktor
gasi+ikasi.
Abu kering
Untuk keban!akan batubara, operasi diatas sekitar 1444o0 menghasilkan abu
kering tanpasinteringatauslagging.
Abu agglomerasi
perasi *uga dimungkinkan ter*adi pada temperatur dimana partikel abu men*adi
lengket, membentuk agglomerat. ?eaktor harus didisain sedemikian rupasehingga abu tadi dikeluarkan dan dikontrol supa!a kondisi operasistead$ state.
Pada keban!akan batubara, kondisi abu agglomerasi ter*adi pada range temperatur
1444=144o0 tergantung pada komposisi abu.
lagging
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
11/15
perasi diatas 144o0 men!ebabkan abu membentuk #olten slag. Pada operasi
ini diperlukan pemilihan material non6korosi+ dan erosi+. emperatur gasi+ikasi
dipengaruhi oleh komposisi produk gas karena temperatur berpengaruh pada
kesetimbangan dan kinetika reaksi gasi+ikasi. Bahan baku gas dari gasi+ier !ang
beroperasi diba7ah kondisi slagging pada umumn!a memiliki konsentrasi 0
dan uap air relati+ rendah sedangkan konsentrasi 0 dan H relati+ tinggi. Bila
uap air digunakan sebagai agen gasi+ikasi diba7ah kondisi non6slagging, maka
diperlukan ekses 'dalam beberapa kasus sekitar %44&( dibanding dengan *umlah
batubara. 5umlah ini disebabkan oleh kinetika dan kesetimbangan !ang tidak
diinginkan untuk dekomposisi uap air pada temperatur rendah. Penggunaan uap
air berlebih ini men!ebabkan berkurangn!a e+isiensi. Pengunaan temperatur
tinggi memerlukan oksigen lebih ban!ak lagi dan sebagai konsekuensin!a
bertambah pula kebutuhan energi untuk pemisahan udara.Untuk reaksi pada temperaturslagging, kinetika reaksi ter*adi dengan )epat dan
perbedaan kereakti+an dari batubara tidak terlalu penting dibanding operasi pada
temperatur non-slagging. ipe abu dan kandungan dari batubara *uga harus
diperhatikan. Abu dengan temperatur +usi tinggi pada umumn!a tidak dinginkan
pada operasi slagging. Pada beberapa kasus, biasan!a ditambahkan fluxing agent
seperti batu kapur untuk menghindari slag. Diba7ah kondisi non6slaging,
batubara !ang lebih akti+ 'seperti lignit( pada umun!a lebih mudah untuk
digasi+ikasi. Untuk gasi+ikasi dengan memakai uap air biasan!a beroperasi pada
temperatur setinggi mungkin untuk meningkatkan kinetika reaksi dan
kesetimbangan !ield. >alaupun gasi+ikasi pada temperatur tinggi memiliki
se*umlah kelebihan 'sebagai )ontohn!a, la*u reaksi !ang tinggi dan kemampuan
untuk menggasi+ikasi batubara !ang tidak bereaksi(, teknologi !ang digunakan
biasan!a lebih rumit dari pada temperatur rendah.
. ekananProses gasi+ikasi dapat dioperasikan baik pada tekanan atmos+er maupun
kenaikan tekanan.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
12/15
ken!ataann!a, e+ek terhadap komposisi produk gas adalah ke)il pada tekanan diatas "4
bar, dibandingkan dengan +aktor lain seperti temperatur reaksi.Pada tekanan !ang lebih tinggi akan ter*adi pembentukan metana dengan reaksi
hidrogasi+ikasi dengan tekanan minimal 34 bar. perasi pada kenaikan tekanan
menaikkan la*u reaksi se)ara keseluruhan tetapi perubahan pada umumn!a sedikit
signi+ikan terhadap tekanan karena tidak semua reaksi kimia bisa dikontrol 'sebagai
)ontohn!a, reaksi pembakaran dan dekomposisi termal biasan!a dikontrol oleh la*u
di+usi(.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
13/15
Udara
Pada temperatur slaging proses !ang han!a memakai udara sebagai reaktan
oksidan, panas dilepaskan oleh reaksi pembakaran diimbangi dengan panas
sensibel !ang dibutukan agar udara men)apai temperatur reaksi. Uap air
diperlukan dalam *umlah !ang sedikit untuk mengontrol keseimbangan panas bila
udara dipanaskan terlebih dahulu. Untuk kondisi diba7ah non6slagging uadara
dapat digunakan sebagai oksidan tunggal bila panas dipindahkan dari proses
dengan kata lain reaksi endotermis uap air6karbon.
Hidrogen
Bila proses gasi+ikasi menggunakan hidrogen maka produk gas !ang dihasilkan
berupa metana sebagai produk utama. Proses ini dinamakan hidrogasi+ikasi.
Hidrogen biasan!a didapat dari gasi+ier oksigen@uap air kon:ensional.
Pemilihan reaktan disesuaikan dengan si+at atau spesi+ikasi dari produk gas !ang
kita inginkan. Bila kita menginginkan gas dengan nilai kalor rendah sebagai produk akhir
maka pada proses gasi+ikasi kita menggunakan udara dan uap air atau han!a
menggunakan udara. Untuk menghasilkan gas dengan nilai kalor medium maka
penggunaaan nitrogen harus dihindari dan menggunakan oksigen6uap air, atau han!a
menggunakan uap air. anpa adan!a nitrogen membuat gas bernilai kalor medium )o)ok
untuk dikon:ersi lan*ut men*adi bahan bakar liuid dan kimia, hidrogen, atau N/'Sinthetic %atural !as(. ebagai alternati+, N/ dapat diproduksi se)ara langsung
dengan proses hidrogasi+ikasi dengan menggunakan hidrogen sebagai reaktan. Proses
!ang han!a menggunakan uap air 'dengan suplai panas se)ara tidak langsung(
diharapkan dapat lebih e+isien daripada proses !ang menggunakan oksigen6uap air karena
tidak ada energi !ang dibutuhkan untuk memisahkan oksigen dari udara. Untuk alasan
serupa, proses gasi+ikasi air-blowndapat diharapkan lebih e+isien dari proses ox$gen-
blown. Pada kasus ini, keuntungan !ang diperoleh dapat men*adi hilang bila kandungan
panas sensibel pada produk gas *uga lebih meningkat.
Untuk produksi N/ se)ara langsung dengan menggunakan proses hidrogasi+ier
dianggap potensial lebih e+isien daripada produksi N/ dari sintesis gas !ang kemudian
baru dikon:ersi men*adi N/.
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
14/15
perbandingan antara pengunaan udara 'air-blown( dan penggunaan oksigen ox$gen
blown(. Air blow gasifierbiasan!a beroperasi 1@" sampai1@ dari sistem ox$gen blown.
Hidrogasi+ikasi biasan!a beroperasi pada tekanan tinggi '34 = 44 bar(.
Disain gasi+ier biasan!a mempertimbangkan reaksi6reaksi endotermis6eksotermis
!ang ter*adi selama proses, sehingga ter)ipta suatu kesetimbangan panas. Bila
menggunakan sistem uap6air6oksigen dan uap air6udara, panas diserap oleh reaksi air6
gas. Pada gasi+ikasi !ang han!a menggunakan uap air sebagai pengoksidan, panas
diserap oleh reaksi !ang disuplai oleh sumber panas lain!a. Ada tiga pilihan !aitu F
1. perpindahan panas tidak langsung
. paralel reaksi kimia eksotermis !ang tidak melibatkan oksigen
". Pemba7a panas
Han!a pemba7a panas !ang la!ak pada operasi temperatur slagging* dan alira
panas dari luar !ang dibutuhkan agar dihasilkan keseimbangan panas dalam gasi+ier !ang
han!a menggunakan udara pada temperatur non6slagging.
%. -etode
7/23/2019 Gasifikasi Batubara Dalam Industri
15/15
untuk pembakaran sempurna(. Dalam bentuk !ang paling sederhana, reaksi
stoikiometrin!a sebagai berikut F
0 G gasi+ikasi 0
0 G H gasi+ikasi 0 G H
Pada gasi+ikasi panas !ang dihasilkan dari pembakaran digunakan untuk
de:olatilisasi dan menguraikan kandungan 8at terbang men*adi hidrokarbon gas.
Aliran gas !ang dihasilkan merupakan )ampuran dari inert fluegasdan hidrokarbon.
Produk gas ini atau gas sintesis memiliki nilai kalor 'calorific ,alue(. Aliran gas
biasan!a mengandung se*umlah besar nitrogen !ang dapat men)apai lebih dari $4&.
Hal ini dikarenakan pada proses menggunakan udara.
Beberapa proses menggunakan oksigen atau uap air untuk men!ediakan
kebutuhan oksigen. istem ini menghasilkan aliran gas !ang mengandung calorific
,alue !ang lebih tinggi. etapi hal ini membutuhkan tambahan bia!a dan
keselamatan !ang lebih ketat.
Recommended