Makalah Aplikasi Unggun Terfluidisasi FIX2003
Post on 25-Dec-2015
74 Views
Preview:
DESCRIPTION
Transcript
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
top related