Gasifikasi Batubara Dalam Industri

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.


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.


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.


4/15

Proses komersialisasi gasi+ikasi batubara dimulai oleh " proses gasi+ikasi !aitu proses

Lurgi, >inkler, dan


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.


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.

.


7/15

". >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.


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.


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.


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


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.


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(.


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/.


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


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.

Gasifikasi Batubara Dalam Industri

Documents