Feedstock Recycling-sapto r Dan Khairul u
-
Upload
api-3717635 -
Category
Documents
-
view
1.584 -
download
5
description
Transcript of Feedstock Recycling-sapto r Dan Khairul u
FEEDSTOCK RECYCLING-PYROLYSIS
AND GASIFICATION
Oleh:
Khairul Umam (0405040392)
Sapto Raharjo
DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2007
FEEDSTOCK RECYCLING-PYROLYSIS AND GASIFICATION
1. PENDAHULUAN
Feedstock atau daur ulang tersier dengan termolisis adalah proses di mana
komponen organik dari limbah plastik diubah oleh panas menjadi produk-produk
halus/sempurna bernilai tinggi seperti nafta, minyak mentah (crude oil) atau syngas. Daur
ulang feedstock secara esensial menjadikan limbah plastik kembali menjadi feedstock
petrokimia yang dapat digunakan sebagai bahan mentah (raw material) dalam produksi
petrokimia dan plastik, tanpa adanya penurunan kualitas dan tanpa adanya pembatasan
mengenai aplikasinya.
Daur ulang mekanik dari polimer tertentu (seperti polyolefin dan PET), secara
ekonomis tepat dilakukan pada level 10-15% dari total limbah plastik, sehingga
perusahaan berinisiatif untuk meningkatkan level daur ulang limbah plastik (seperti
plastik kemasan) menjadi level 40% atau lebih. Demikian juga mengenai angka daur
ulang dengan pengertian bahwa para pendaur ulang sepakat dengan lebihnya material
yang terkontaminasi sangat memakan biaya untuk memisahkannya dan disinilah
teknologi daur ulang tersier dapat memberikan solusi yang tepat.
Pada akhir penggunaannya, limbah plastik terdiri atas variasi panjang rantai
molekul polimer, kontaminan (pengotor) kimia, dan hetero-atom seperti klorin, oksigen
atau nitrogen. Pengotor fisika seperti filler, pigmen dan kotoran adheren muncul sebagai
material anorganik yang lebih besar, yang muncul sebagai akibat pemisahan yang tidak
sempurna, seperti aluminium foil. Dalam rangka penggunaan limbah plastik ini sebagai
feedstock untuk membuat plastik baru atau sebagai pengangkut komponen-komponen
bahan bakar, berikut ini beberapa masalah yang perlu diperhatikan:
1. Panjang rantai polimer yang mengalami kerusakan.
2. Hetero-atom yang mengalami pemisahan kimiawi.
3. Partikel anorganik yang mengalami pemisahan fisik.
4. Partikel anorganik yang lebih besar.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 2
Thermolisis menyertai penggunaan temperatur tinggi untuk memutus ikatan pada
bagian belakang polimer. Bentuk utama dari daur ulang feedstock polimer dengan
pyrolysis (sebagai lawan dari chemolysis) ditunjukkan oleh Gambar 13.1.
High value CO H2
Refinery product High value Refinery product
Gambar 13.1
Ketika proses dekomposisi ini dilakukan pada kondisi hampa udara, hal ini
disebut pyrolysis atau perusakan panas. Ketika hal itu terjadi dalam sebuah atmosfer yang
berisi gas hidrogen, selanjutnya disebut sebagai hidrogenasi (hydrocracking). Sedangkan
jika dilakukan atau terjadi dengan kehadiran sejumlah oksigen pengontrol, maka hal ini
dikenal sebagai gasification. Bergantung pada penggunaan arah konversi, produk akhir
berubah-ubah dalam kondisi dan kualitas. Beberapa proses daur ulang ini dapat dilakukan
dengan metode yang sudah ada (seperti hidrogenasi), sedangkan yang lainnya
menggunakan teknologi baru dan metode yang telah dilakukan (seperti pyrolysis). Bab ini
akan menjelaskan secara detail beberapa proses yang mampu dicapai dengan kematangan
teknologi, seperti BASF Pyrolysis Process, BP-University of Hamburg Fluidized Bed
Pyrolysis Process, The VEBA Hydrogenation Process dan The Thermoselect
Gasification Process. Gambar 13.2 memberikan penggambaran dari teknik daur ulang
termolisis dan perusahaan yang bersangkutan dalam komersialisasi produk.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 3
Thermolysis
pyrolysis
NaftaHigh boiling oil
gasificationhydrogenation
Crude oil syngas
hydrotreater
Veba
Conrad BASF BP Shell Leuna Texaco EER Proler MMT Fuji Chevron Dow Plasma arc
Shell
Gambar 13.2
2. PYROLYSIS
2.1 PENDAHULUAN
Pyrolysis dilakukan di dalam sebuah pengurangan atmosfer (hampa udara) pada
temperatur hingga 800oC. Di dalam proses pyrolysis, limbah plastik mampu diubah
menjadi feedstock petrokimia, seperti nafta, liquid dan wax- seperti hidrokarbon dan gas.
Teknik pyrolysis telah digunakan sejak awal tahun 1930 di Jerman untuk peningkatan
residu hidrogenasi yang diperoleh dari pencairan/pelelehan batu bara (coal liquefaction).
Pyrolysis adalah sebuah metode sempurna untuk mendaur ulang material
heterogen seperti limbah yang telah bercampur atau residu potongan otomotif. Perusakan
termal dari limbah plastik telah dilakukan pada skala industri oleh BASF di Jerman.
Karena adanya fakta yang menunjukkan bahwa prosesnya fleksibel dan desainnya
sederhana, maka daur ulang pyrolysis tepat digunakan secara ekonomis.
Pyrolysis limbah plastik dilakukan menggunakan sebuah kiln (dapur) yang
memberikan efisiensi panas tinggi sekitar 75-85%. Metode pyrolysis dapat merubah
limbah plastik menjadi minyak pyrolytic dan padatan kokas. Produk-produk pyrolysis
memerlukan proses-proes lebih lanjut, seperti refining. Dengan demikian, pyrolysis lebih
baik ditampilkan sebagai bagian dari proses multi-step daripada sebagai sebuah sistem
yang integral.
Beberapa keuntungan dari pyrolysis, meliputi:
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 4
Thermolysis
pyrolysis
Kiln
gasificationhydrogenation
retort f-bed coker EFG MMB
KILN
SBR
1. Konsumsi energi yang sangat rendah (sebagai contoh, maksimal hanya sekitar
10% dari jumlah energi limbah plastik yang digunakan untuk merubah potongan
(sampah) menjadi produk petrokimia).
2. Prosesnya dapat mengatasi limbah plastik yang tidak dapat didaur ulang secara
efisien melalui cara-cara alternatif .
3. Proses beroperasi tanpa membutuhkan udara atau campuran hidrogen dan tidak
melibatkan tekanan elevasi (tinggi).
4. HCl terbentuk sebagai sebuah produk dari proses ini yang dapat diperoleh kembali
dan digunakan sebagai bahan mentah (raw material).
2.2 KEUNGGULAN PYROLYSIS DARIPADA PEMBAKARAN
Keunggulan nyata dari pyrolysis dibandingkan dengan pembakaran adalah reduksi
terjadi sekitar 5-20 kali di dalam volum dari produk gas. Keuntungan lainnya adalah
polutan-polutan dan pengotor menjadi terkonsentrasi di dalam sebuah coke-like matrix,
yaitu sebuah residu padat dari proses. Selanjutnya, karena pyrolysis dilakukan dalam
sebuah sistem tertutup, maka tidak ada polutan yang dapat keluar.
2.3 KILN/RETORT PYROLYSIS PROCESS
2.3.1 Pendahuluan
Teknologi pelelehan (liquefaction) dan pyrolysis dari limbah plastik di dalam
sebuah kiln / retort telah dikembangkan oleh BASF (Jerman), Fuji Tech. (Jepang) dan
Conrad (USA). Proses-proses tersebut semuanya membagi prinsip operasi dasar yang
sama dan memproduksi sebuah produk cair yang menyerupai minyak mentah (crude oil).
Keperluan pemanasan untuk pyrolysis disuplai oleh fraksi non-condensable yang
diproduksi bersama dengan produk liquid. Produk minyak secara umum diproduksi untuk
digunakan sebagai sebuah refinery feedstock, kehadiran halogen (terutama klorin) dari
PVC di dalam limbah plastik dapat menciptakan masalah-masalah yang mempercepat
korosi dan keracunan. Produk liquid hasil dari kiln dan retort pyrolysis process secara
kuat tergantung pada jenis umpan, temperatur dan waktu. Hal ini memaksa klorin dalam
bentuk HCl harus dihilangkan dari limbah plastik dalam langkah pre-pyrolysis.
Umumnya, cairan yang dihasilkan maupun kualitasnya tidaklah sebaik seperti yang
dihasilkan melalui fluidisasi dan pyrolysis.
Beberapa proses pyrolysis komersil bertumpu kepada kiln dan retort dengan
kapasitas hingga 10 tph. Teknologi khusus mengijinkan kiln untuk beroperasi di bawah
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 5
tekanan tinggi. Disebabkan kompleksitas dalam menangani uap pyrolytic, dua langkah
kondensasi dari uap pyrolysis yang sering digunakan, hal ini memungkinkan hidrokarbon
berat untuk dikondensasi pada langkah pertama (bersamaan dengan unsur partikulat) dan
dikembalikan pada pipa pyrolysis untuk kemudian mengalami kerusakan.
Berikut ini adalah beberapa kelemahan umum dari kiln/retort pyrolysis process:
1. Kontrol temperatur yang lemah.
2. Lamanya waktu residence dari limbah dalam reaktor (misalnya 20 menit).
3. Sisa karbon cenderung mengotori dinding reaktor.
4. Munculnya masalah pengumpanan (feeding)
2.3.2 BASF Feedstock Recycling Process
Pada bulan April 1994, sebuah instalasi (plant) daur ulang feedstock dengan
sebuah kapasitas sekitar 15.000 t telah memulai operasinya pada BASF plant di
Ludwigschafen, Jerman. Instalasi ini telah didesain terutama untuk recovery dari
penggunaan plastik kemasan yang dikumpulkan melalui sistem DSD yellow bin. Proses
BASF mengubah limbah plastik menjadi nafta, senyawa aromatik dan high boiling oils
dengan proses pyrolysis (Gambar 13.3). Instalasi daur ulang feedstock BASF (Gambar
13.4) menggunakan limbah plastik yang diperoleh dengan DSD (Duales System
Deutschland). Sebelum limbah plastik dapat dijadikan umpan ke dalam proses daur ulang
feedstock, perlu pemurnian secara parsial untuk menghilangkan pengotor seperti kaca,
logam, batu dan sebagainya, dan kemudian dipotong/diiris, dibumikan dan dikompaksi
menjadi pelet.
Gambar 13.3
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 6
Gambar 13.4
Preparasi feedstock secara intensif untuk proses BASF melibatkan pemotongan
kasar, pengeringan, sieving, pemisahan (menggunakan pemisah udara dan vibrator
conveyor), iron removal, re-shredding dan kompaksi. Langkah-langkah tersebut sangat
penting dalam kaitannya untuk meningkatkan besarnya densitas, penanganan karakteristik
dan proses efisiensi dari limbah plastik. Perlakuan awal material polimer sampai pada
metode pyrolysis menggunakan truk tanker dan secara pneumatik dimasukkan ke dalam
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 7
gudang penyimpanan. Pellet kemudian di ubah menjadi petrokimia menggunakan tiga
langkah proses, yaitu:
1. Pada langkah pertama, aglomerat plastik dipanaskan pada temperatur sekitar
300oC di dalam ketel pengaduk (kaitannya untuk melelehkan dan mencairkan
polimer).
2. Pada langkah kedua, lelehan plastik dipanaskan lebih lanjut di dalam gas-fired
tubular furnaces pada temperatur antara 350-480oC (untuk membelah polimer
menjadi fragmen-fragmen pendek).
3. Terakhir, minyak terbentuk pada langkah kedua yang kemudian didistilasi
menjadi, sebagai contoh, nafta, senyawa aromatik dan high boiling oils (olefin
rantai panjang).
Beberapa PVC hadir di dalam campuran limbah plastik, yang mengalami
dehidroklorinasi pada tahap pertama dari proses, untuk menghasilkan gas HCl.
Kenyataannya, eliminasi HCl pada temperatur antara 200o dan 300oC terjadi dengan
sangat cepat. HCl diabsorpsi di dalam air untuk membentuk larutan asam hidroklorik
yang dihilangkan dari proses dan dapat digunakan di tempat lain.
Produk-produk dihasilkan melalui proses ini dan dapat digunakan sebagai bahan
mentah pada sebagian besar fasilitas petrokimia modern. Nafta digunakan di dalam
sebuah steam cracker untuk memproduksi monomer yang berguna seperti etilen dan
propilen. Senyawa aromatik yang diproduksi kemudian diproses ulang di dalam sebuah
instalasi aromatik (aromatic plant). Minyak bertitik didih tinggi (High boiling oils) dapat
digunakan untuk memproduksi gas sintetik atau asetilen. Proses BASF juga memproduksi
residu anorganik hingga mencapai 5 wt.% yang utamanya mengandung aditif anorganik
dari polimer, seperti pigmen dan filler yang sama baiknya seperti sisa dari aluminium foil
yang berasal dari lembaran plastik-aluminium.
2.3.2.1 Keunggulan dan keterbatasan Proses Pyrolysis BASF
Beberapa keunggulan khusus dari Proses Pyrolysis BASF antara lain:
Prosesnya dapat mengakomodasi percampuran dan soiled limbah plastik.
Karena tidak membutuhkan proses pencucian, maka tidak ada limbah air atau
tidak ada upaya untuk membebaskan air tersebut.
Karena prosesnya didisain untuk menggunakan beberapa HCl yang dihasilkan dari
PVC yang ada di dalam limbah plastik, maka tidak perlu ada upaya untuk
memisahkan fraksi yang berat yang terkandung dalam PVC. Klorin yang
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 8
terkandung di dalam limbah plastik dipisahkan pada tahapan pertama dari proses,
untuk melindungi komponen-komponen sistem (plant) dari korosi.
Karena prosesnya beroperasi di dalam sistem tertutup dan tidak berada pada
tekanan tinggi, maka praktis tidak ada emisi yang dihasilkan.
Efisiensi konversi dari proses melebihi 90% (artinya 1 kg limbah plastik diubah
menjadi 900 g feedstock petrokimia, demikianlah pembuatan sumber bahan
mentah alami).
Beberapa keterbatasan dari proses pyrolysis BASF, antara lain:
Polimer feedstock yang teraglomerasi, spesifikasinya harus sesuai untuk
mencegah masalah seperti blockage dan erosi pada katup dan sejumlah pipa.
Sebagai contoh, ukuran partikel harus lebih kurang dari 1 cm3 dan besarnya
densitas harus lebih besar dari 300 kg/m3. Selanjutnya, kandungan uap air harus
lebih rendah dari 1%, sedangkan kandungan poliolefin selayaknya lebih besar
dari 70%.
Residu padatan dipandang sebagai limbah berbahaya dan sulit untuk dibuang.
PET dapat menyebabkan masalah dengan daur ulang pyrolysis karena
menyebabkan oksigen masuk ke dalam reaktor. Hal ini akan menjadi masalah
ketika pyrolysis membutuhkan kondisi bebas oksigen dalam kaitannya untuk
menghasilkan kualitas hidrokarbon yang baik.
2.3.2.2 Perhitungan ekonomi dari Proses BASF
Terestimasi bahwa untuk konstruksi sebuah instalasi daur ulang feedstock skala
industri (300 juta kg/y), dibutuhkan penanaman modal lebih dari DM 330 juta.
Sayangnya, total biaya pengoperasian sebuah proses daur ulang feedstock lebih besar
daripada nilai produk yang diperoleh. Tetapi, selain subsidi dan gate fees
dipertimbangkan untuk penjualan limbah plastik, proses ini juga harus bersaing dengan
metode daur ulang lainnya. Tidaklah benar bahwa biaya terbesar dari daur ulang
feedstock adalah ada dalam operasi pembuatan, tetapi ada di dalam pengumpulan
(collection), pemisahan (separation/sorting) dan langkah-langkah pra-proses
(preprocessing). Hal ini bukanlah satu-satunya karakteristik dari proses BASF tetapi
berlaku untuk seluruh instalasi daur ulang feedstock dan pemisahan limbah plastik secara
manual membutuhkan biaya tinggi dari sistem DSD di Jerman. Penghematan ekonomis
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 9
dapat diperoleh dari proses daur ulang feedstock, dimana limbah plastik dapat diterima
secara mudah melalui jalur darat, kereta dan air.
Catatan: Penggunaan instalasi BASF untuk proses daur ulang feedstock untuk
mengubah limbah plastik menjadi material petrokimia telah dihentikan di akhir tahun
1996. Penghentian dilakukan setelah merespon kenyataan bahwa kapasitas limbah plastik
yang disuplai tidak mencukupi dalam skala penuh dari instalasi. Instalasi BASF skala
penuh dengan kapasitas 300 juta kg/y, berdasarkan asumsi bahwa 750 juta kilogram
limbah plastik akan dihasilkan di dalam suatu negara setiap tahunnya. Tetapi, jumlah
limbah plastik maksimum yang dihasilkan di Jerman diperkirakan 400 juta kg/y. Kini,
Jerman memiliki kapasitas untuk mendaur ulang semua limbah plastik yang dihasilkan di
negaranya dengan beragam jenis teknologi.
2.3.3 VEBA Pyrolysis Process
Teknik pyrolysis VEBA OEL telah berhasil digunakan dalam beberapa tahun,
untuk pyrolysis batu bara dan residu dengan bahan dasar petroleum dengan instalasi
hidrogenasi VEBA. Sejak undang-undang yang melarang pembuangan limbah elastomer
dan potongan otomotif di Jerman diberlakukan di tahun 2005, maka limbah polimer akan
didaur ulang dengan pyrolysis. Instalasi pyrolysis yang berdasarkan pada VEBA OEL
kiln keberadaannya digunakan untuk mem-pyrolysis residu potongan otomotif dan
elastomer yang tervulkanisasi pada sebuah kapasitas sekitar 12.5 tph di daerah Ruhr,
Jerman.
Diagram alur proses pyrolysis VEBA ditunjukkan pada Gambar 13.5. Bagian
yang berfungsi sangat vital (jantung) pada proses pyrolysis VEBA adalah dapur pemanas
(heated kiln). Limbah plastik yang dijadikan umpan dimasukkan ke dalam dapur putar
(rotary kiln) melalui sebuah screw feeder dan pyrolysis berlangsung dengan
menggunakan gas pembakaran pada tekanan rendah (kira-kira 10 mbar) di dalam
atmosfer bebas oksigen. Waktu residen dari pengumpanan material dapat divariasikan
dengan mengatur inklinasi (kecenderungan) dan perubahan (revolution) per menit dari
kiln. Temperatur normal pada dinding bagian dalam dari kiln adalah sekitar 650oC,
meskipun kiln terkonstruksi dari
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 10
Gambar 13.5
baja spesial tahan panas yang dapat beroperasi pada temperatur dinding hingga mencapai
850oC. Telah diketahui bahwa rotary kiln dapat beroperasi ganda secara langsung dengan
peningkatan temperatur dinding dari 700oC sampai 850oC. Drum dari rotary kiln perlu
diperlengkapi dengan sebuah sistem pembersih untuk mencegah kerusakan pada bagian
dalam dinding dari kiln dengan menyimpan energi panas polimer yang terpisah-pisah.
Begitu dilakukan penyimpanan, namun tidak dibersihkan, maka aliran panas yang masuk
ke drum mengalami penurunan dan terjadi pengurangan jumlah material umpan.
Residu padatan kokas dihasilkan dengan merusak energi panas yang dilepaskan
pada bagian akhir drum dan dapat digunakan lebih lanjut, sambil menghambat aliran uap
pirolitis menuju produk kokas, dan terjadi pada bagian sisi pengumpanan dari drum. Uap-
uap tersebut masuk melewati dua langkah sistem kondensasi, dimana pada tahap pertama
uap tersebut didinginkan pada temperatur sekitar 200oC melalui quench langsung dengan
minyak pyrolysis yang dipadatkan. Minyak pyrolysis yang diperoleh memiliki titik didih
yang tinggi dan dapat didaur ulang kembali pada rotary kiln untuk dikonversi menjadi
hidrokarbon rendah. Pada tahap kondensasi kedua, uap-uap pyrolysis didinginkan hingga
temperatur 35oC yang menyebabkan hidrokarbon rendah dan beberapa uap mengalami
pemadatan (terkondensasi). Hasil pencampuran antara minyak pyrolysis rendah dengan
air memisah di dalam sebuah separator. Fraksi minyak pyrolysis rendah perlu
ditingkatkan (dengan menghilangkan kehadiran Cl, S, N dan beberapa senyawa aromatik
yang jenuh) di dalam sebuah unit pemanas hidro (hydro-heater), untuk menghasilkan
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 11
produk refinery bernilai tinggi. Uap-uap air diproses di dalam sebuah instalasi perlakuan
limbah air. Gas-gas pyrolysis non-condensable dihilangkan dan dimurnikan dari substansi
yang merugikan di lingkungan dan digunakan sebagai bahan bakar untuk memanaskan
pyrolysis kiln. Gambar 13.6 menunjukkan komposisi produk dari pyrolysis, masing-
masing untuk sebuah umpan dari residu refinery dan residu potongan otomotif.
Gambar 13.6
2.3.4 Fuji Fixed-bed Pyrolysis of Plastic Waste
Proses pyrolysis-catalytic cracking pada skala penuh untuk recovery feedstock
dari limbah plastik digunakan di Jepang. Fuji recycling industry mengoperasikan 5000
tpy instalasi untuk industri limbah logam di Aioi City dan 400 tpy instalasi untuk limbah
plastik umum di Okegawa City. Pada instalasi yang ada di Aioi City, limbah plastik
dihancurkan menjadi bagian-bagian kecil yang berukuran kurang dari 8 mm persegi,
kemudian diekstrusi pada temperatur 300oC dan dicampurkan dengan cairan hasil daur
ulang dari reaktor pyrolysis. Umpan reaktan yang dicairkan kemudian dimasukkan ke
dalam reaktor pyrolysis dan dipadatkan secara termal menjadi hidrokarbon dengan MW
yang rendah. Fragmen MW yang rendah ini kemudian dirusak di dalam fixed-bed reactor
menggunakan katalis zeolite-based ZSM-5 untuk menghasilkan produk berikut ini:
Oil 80%
Gas 15%
Residue 5%
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 12
Gasoline 60%
Kerosene 20%
Diesel 20%
Pembentukan HCl selama pyrolysis perlu dihilangkan (dengan kalsium oksida)
untuk mencegah deaktivasi dari katalis zeolite. Temperatur pyrolysis yang digunakan
adalah sekitar 400oC dan dijaga kestabilannya untuk mencegah coking pada furnace.
Perlu dicatat bahwa kualitas dari produk minyak hampir sama dengan gasoline
konvensional, minyak tanah dan minyak diesel.
2.4 FLUIDIZED BED PYROLYSIS PROCESSES
2.4.1 Pendahuluan
Pyrolysis limbah plastik dapat dilakukan menggunakan rotary kiln, tabung reaktor
dan retorts (seperti ruang pemasak, autoclaves) seperti yang telah dideskripsikan di atas.
Tetapi, pyrolysis plastik dijadikan sulit dengan kenyataan bahwa polimer memiliki
konduktivitas termal yang rendah, dan oleh kenyataan bahwa energi panas yang agak
besar harus diinjeksikan dalam kaitannya untuk memisahkan polimer secara termal.
Proses rotary kiln dalam penggunaannya untuk pyrolysis plastik dikarakterisasikan oleh
waktu residen yang panjangnya relatif (20 menit) dan memiliki gradien temperatur yang
besar melampaui dimensi internalnya. Sebagai hasilnya, produk pyrolysis dihasilkan
dalam jumlah yang bervariasi, dan dikarenakan komposisinya yang luas, secara umum
digunakan energi pembentukan yang lebih banyak daripada untuk feedstock petrokimia.
Sebaliknya, pyrolysis fluidized bed memiliki sejumlah keunggulan dalam menghasilkan
produk yang seragam. Waktu tinggal (dwell time) yang khas di dalam reaktor fluidized
bed hanya berkisar mulai dari beberapa detik hingga maksimal sekitar 1.5 menit. Dengan
begitu material plastik cenderung membelah secara seragam reaksi-reaksi yang tidak
diinginkan dapat diminimalisir. Selain itu, masalah lemahnya konduktivitas termal dari
polimer diatasi dengan kenyataan bahwa polimer encapsulates partikel pasir kuarsa yang
menjadi bagian fluidized bed dan dengan demikian gradien transfer panas dapat
dihilangkan secara esensial. Selanjutnya, pemanasan dan transfer massa yang sempurna
melewati fluidized bed memberikan temperatur pyrolysis yang konstan dan dengan
demikian pemecahan polimer dapat dikendalikan. Keunggulan lainnya adalah
ketidakhadiran bagian-bagian yang bergerak (moving part) di dalam zona panas dari
reaktor, dan kenyataan bahwa seluruh proses berlangsung dalam sistem tertutup. Gas
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 13
hidrokarbon panas digunakan pada fluidized bed sehingga partikel pasir mengalami
pergerakan turbulen. Jika udara digunakan sebagai gas fluidisasi, minyak pyrolytic yang
dihasilkan akan mengalami oksidasi dan kandungan energinya sekitar 10% di bawah
hidrokarbon murni.
Keunggulan-keunggulan pemecahan polimer dengan pyrolysis fluidized bed,
anatara lain:
Produk yang dihasilkan oleh polymer cracking tidak dimasukkan di dalam their
applicability .
Kualitas produk yang dihasilkan umumnya lebih baik daripada yang diperoleh
dengan menggunakan kiln/retort pyrolysis.
Total energi yang diperlukan selama proses kebanyakan disuplai melalui
pembakaran dengan sebuah porsi gas oleh arus produk, dan dalam rentang nilai
calorific dari feedstock limbah plastik antara 10-20%.
Memiliki kontrol temperatur yang baik.
Proses cracking pada fluidized bed lebih efisien untuk menghilangkan kehadiran
impurities di dalam limbah plastik.
Proses cracking pada fluidized bed dapat diaplikasikan pada skala yang relatif
kecil, keberadaan refineries dapat digunakan untuk memurnikan produk akhir
hingga mencapai level penerimaan agar bisa digunakan sebagai feedstock
petrokimia.
Lokasi dari sistem cracking polimer cukup fleksibel, sehingga tidak diperlukan
penggunaan feedstock tambahan sepereti oksigen atau hidrogen. Selanjutnya,
produk dapat diangkut dengan jalan konvensional.
Prosesnya kuat dan tidak mahal, dapat digabungkan dengan proses-proses
terintegrasi yang lebih besar (seperti proses BASF)
Produk cairan diperoleh dengan sempurna.
Kelemahan-kelemahan pyrolysis fluidized bed, antara lain:
Prosesnya umumnya hanya mampu dibiarkan terjadi saat kandungan klorin
mencapai 2% (dari PVC).
Penghilangan padatan dari fluidized bed dapat menjadi masalah.
Percampuran eutectic membuat slag pada fluidized bed.
Daya tahan jangka panjang dari proses ini masih perlu pembuktian (jaminan).
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 14
2.4.2 The Hamburg Fluidized Bed Pyrolysis
Fluidized bed pyrolysis dari limbah plastik yang digabung telah dideskripsikan
oleh Kaminsky sebagai sebuah metode daur ulang plastik yang menguntungkan secara
partikular. Prosesnya menghasilkan 25-45% produk gas yang memiliki nilai pemanasan
yang tinggi dan 30-50% produk minyak yang kaya di dalam unsur aromatik utama.
Minyak ini sebanding dengan campuran antara benzene ringan dan bituminous coal tar.
Dengan menggunakan campuran poliolefin sebagai feedstock, etilen dan propilen dapat
diproduksi hingga mencapai 60% di bawah kondisi yang sesuai.
Skala pengendali reaktor Fluidized bed di University of Hamburg memilki
diameter dalam sebesar 450 mm (Gambar 13.7). Instalasi (plant) memiliki kapasitas
maksimum sebesar 40 kg/h. Reaktor mengalami pemanasan secara tidak langsung melalui
pembakaran propana di dalam sebuah ruang pembakaran konsentris. Plastik umpan
dimasukkan ke dalam salah satu reaktor melewati gerbang berkatup ganda atau melalui
sebuah conveying screw. Gas pyrolysis mengalami preheated pada temperatur 400oC. Gas
buang berlalu melewati sebuah penukar panas dan dipisahkan dari residu karbon dan debu
halus, menggunakan cyclone separator. Unit kondensasi pada sistem ini didisain khusus
untuk menghadapi material lilin yang memiliki titik didih tinggi.
Untuk polimer tertentu, adalah mungkin untuk memperoleh monomer-monomer
dengan pyrolysis dalam jumlah yang cukup supaya proses recovery menjadi berguna.
Sebagai contoh, dalam kasus polistiren, 64% polistiren dapat di recovered melalui
pyrolysis.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 15
Gambar 13.7
Selain itu, dalam kasus PMMA, untuk memperoleh monomer yang lebih besar lagi
(mencapai 97%) adalah mungkin dengan menggunakan fluidized bed pyrolysis.
Di dalam proses Hamburg pyrolysis, limbah plastik yang bercampur pertama kali
digranulasi menjadi partikel berukuran 0.5-1 cm dan kemudian diinjeksi ke dalam
reaktor. HCl yang tersusun atas fraksi PVC dari limbah plastik diabsorbsi oleh dolomite.
Sisa residu setelah pyrolysis telah dianalisa dan ditemukan tersusun atas campuran pasir,
dolomite, kalsium klorida dan karbon hitam. Fraksi minyak dari pyrolysis tersusun atas
campuran benzene ringan dan batu bara cair bituminous. Temperatur dari pyrolysis
memberi pengaruh kuat pada jenis produk yang dihasilkan. Pada temperatur 680oC,
senyawa alifatik dihasilkan, tetapi, pada temperatur lebih tinggi, senyawa aromatik lebih
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 16
banyak diproduksi. Telah ditunjukkan bahwa meningkatnya temperatur akan mengurangi
hasil dari alpha-olefins seperti propilen dan meningkatnya senyawa aromatik, terutama
toluene dan phenanthrene. Senyawa aromatik lainnya yang juga menonjol meliputi
indene, biphenyl dan phenanthrene.
Ketika HCl yang dikembangkan dari proses dekomposisi PVC, secara kimia
bersenyawa dengan penambahan sejumlah kapur pada fluidized bed, maka terbentuk
suatu bentukan dari sejumlah kalsium klorida berlebih yang memiliki kecenderungan
untuk menyumbat fluidized bed. Untuk mencegah masalah ini, limbah plastik yang
mengandung sejumlah PVC yang relaif tinggi diperlakukan di dalam tahap preliminary,
di dalam sebuah extruder pada temperatur 300o - 400oC dalam rangka untuk
mengeliminasi gas HCl. Gas dikumpulkan untuk digunakan kembali. Adalah penting
bahwa minyak pyrolysis mengandung klorin organik kurang dari 10 ppm. Sayangnya,
minyak pyrolytic yang diperoleh dari campuran limbah plastik dapat mengandung
senyawa klorin antara 50 dan 200 ppm secara organik, yang sebagian besar dalam bentuk
klorobenzena. Sehingga minyak pyrolytic seperti itu perlu dimurnikan dengan
dehalogenasi, contohnya melalui pemberian uap sodium. Pengujian ekstensif telah
menunjukkan bahwa produk pyrolytic tidak mengandung dibenzodioxin yang terklorinasi.
Sasaran awal dari the Hamburg Pyrolysis Process adalah untuk mengkonversi
limbah plastik menjadi gas dengan sebuah angka pemanasan yang tinggi, dan menjadi
minyak aromatik seperti BTX (sebagian besar terdiri atas benzene, toluene, dan xylene).
Tetapi di tahun-tahun terakhir, tekanan telah digunakan untuk menggunakan temperatur
pyrolysis yang lebih rendah dalam rangka untuk menghasilkan suatu minyak alifatik yang
dapat digunakan sebagai feedstock di dalam sistem peralatan petrokimia (seperti sebuah
steam cracker).
Komposisi gas hidrokarbon yang berasal dari proses pyrolysis fluidized bed suatu
limbah plastik (sebagian besar mengandung polyolefin) tergantung pada temperature
reaksi. Pada temperatur sekitar 700oC diperoleh hasil tertinggi dari produk gas.
Produknya terutama kaya akan alkena C2-, C3- dan C4-. Komposisi dari fraksi gas ini
menyerupai fraksi gas dari naphta cracker.
Dengan melakukan pyrolysis pada temperatur yang lebih tinggi (misalnya lebih
besar dari 650oC), fraksi cairan minyak yang dihasilkan sebagian besar tersusun dari
senyawa aromatik seperti benzene, toluene, styrene dan naphtalene. Fraksi minyak ini
dapat ditangani tanpa masalah dengan menggunakan fasilitas petrokimia konvensional.
Masalah dapat muncul, jika kandungan klorin di dalam minyak ini melampaui 70 ppm.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 17
Residu distilasi dari proses pyrolysis mengandung substansi dengan titik didih lebih besar
daripada 295oC seperti tar.
Telah diketahui bahwa pyrolysis yang simultan (serentak) dari poliolefin dan
polistiren sangatlah tidak menguntungkan. Karena pada kenyataannya untuk memperoleh
hasil yang lebih baik dari monomer yang berguna, hal itu perlu direkomendasikan bahwa
kedua jenis polimer tersebut di-pyrolysis pada temperatur yang berbeda: perubahan dari
polistiren menjadi stiren terjadi pada temperatur antara 500-550C dan perubahan
poliolefin menjadi olefin pada temperatur antara 700-750C.
Proses fluidized bed pyrolysis memiliki kelebihan dalam kemampuannya untuk
mengubah jenis gas fluidisasi, agar supaya menyesuaikan angka dari produk pyrolysis
yang akan dihasilkan. Dengan menggunakan uap sebagai media fluidisasi yang
menggantikan gas hidrokarbon, spektrum produk dari polietilen yang menjadi umpan
dapat dioptimalisasikan agar menghasilkan olefin yang lebih besar. Sebagai contoh, 36%
etilen dan 15% propilen dibandingkan dengan 23% dan 2.9% secara berturut-turut.
Instalasi semi-industri yang digunakan pada proses Hamburg fluidized bed
pyrolysis telah dibangun di Ebenhausen, Jerman, dan telah dioperasikan oleh Asea brown
boveri (ABB). Instalasi ini memiliki kapasitas 5000 tpa.
2.4.3 BP Fluidized bed Cracking Process
BP Chemicals memiliki keberhasilan dalam mengembangkan sebuah proses
fluidized bed cracking untuk mengubah limbah plastik menjadi material petrokimia.
Pemecahan (cracking) limbah plastik menghasilkan hidrokarbon hasil penyulingan yang
dapat digunakan di dalam instalasi petrokimia dan kilang minyak (refineries) yang telah
tersedia. Gambar 13.8 menunjukkan diagram alur secara keseluruhan dari instalasi BP
fluidized bed cracking. Gambar 13.9 menunjukkan skematis dari reaktor BP polymer
cracking dan perangkat yang berkaitan.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 18
Gambar 13.8
Gambar 13.9
Studi kelayakan dari proses ini telah dilakukan menggunakan instalasi pengendali
100 kg/h (Gambar 13.10), yang bekerja sama dengan sebuah konsorsium kimia (DSM,
Elf Atochem, EniChem dan PetroFina). Konsep dari proses ini telah dikembangkan
bekerja sama dengan Hamburg University dan menyerupai teknologi yang telah
dijelaskan di atas. Proses tersebut terdiri atas empat langkah, yaitu:
Pengumpanan (feeding)
Pemecahan (cracking)
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 19
Pemurnian gas panas (hot gas purification)
Recovery produk
Gambar 13.10
Pada tahap pertama proses ini, limbah plastik yang menjadi umpan dilakukan
penyesuaian pada sebuah preset specification, kemudian ditransfer menuju tempat
penyimpanan di dalam sistem pengumpan. Di dalam sistem ini, limbah plastik terukur di
dalam katup lock-hopper dimana penekanan dan penjebakan oksigen dihilangkan.
Feedstock plastik kemudian dijatuhkan ke dalam sebuah water-cooled feeder yang mana
material umpan masuk menuju sisi dari reaktor pemecah (cracking reactor).
Reaksi pemecahan berlangsung pada temperatur sekitar 500C. Reaktor pemecah
didasarkan pada disain dari reaktor fluidized bed dan mengandung alas dari pasir yang
baik yang dibuat supaya berperilaku seperti ’fluida’ dengan membiarkan aliran panas dari
gelembung gas hidrokarbon melewatinya. Sebenarnya gas fluidisasi merupakan salah
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 20
satu produk dari proses ini. Alas (bed) dari pasir fluidisasi terganggu secara konstan,
begitu dilakukan pencegahan hot spots. Saat plastik memasuki reaktor, dengan cepat
plastik meleleh dan melapisi partikel pasir. Kemudian polimer mengalami pemecahan
panas hingga menghasilkan hidrokarbon yang lebih ringan yang menguap dan
meninggalkan reaktor bersama gas fluidisasi. Beberapa pengotor solid (seperti
kontaminan anorganik) hadir di dalam limbah plastik, baik yang bertumpuk di alas
maupun yang terangkat bersama udara (gas) panas sebagai partikel halus. Gas yang
dihasillkan selama proses, terkondensasi secara parsial untuk menghasilkan produk
hidrokarbon yang berbentuk lilin. Lilin ini memiliki derajat kemurnian yang tinggi dan
dapat dicampur dengan nafta pada level hingga mencapai 20%. Hasil campuran ini
kemudian dapat dicampur secara langsung di dalam sebuah pemecah uap (steam cracker)
untuk menghasilkan produk petrokimia klasik. Sebagai alternatif, produk lilin dapat
menjadi umpan di dalam proses fluidisasi pemecahan katalitis untuk menghasilkan bensin
(petrol). Penting untuk dicatat bahwa reaksi pemecahan ini adalah merupakan reaksi
endotermis.
Tahap selanjutnya dari proses ini melibatkan gas panas hasil pemurnian. Produk
pemecahan hidrokarbon perlu dimurnikan dari gas terhalogenasi dan juga padatan halus
yang masuk ke dalam aliran gas panas. Gas asam (seperti HCl) yang dihasilkan selama
pemecahan plastik terklorinasi dan/atau plastik yang mengandung unsur halogen yang
mudah terbakar, dinetralisasi dengan melewatkan aliran udara panas melalui penyerap
kapur solid. Pengotor partikulat arang dan padatan partikel logam berat dihilangkan dari
aliran udara panas menggunakan sebuah penyaring.
Kemudian gas hasil pemurnian berhubungan dengan sebuah sirkulasi aliran cairan
yang mengkondensasikan sebagian besar produk hidrokarbon. Produk ini membuat
sebuah refinery feedstock yang baik ketika berada dalam kondisi yang sangat alifatik di
alam. Untuk beberapa aplikasi, kondisi ini berguna untuk memisahkan fraksi yang lebih
besar dari aliran ini dan kemudian kembali menuju reaktor untuk pemecahan selanjutnya.
Lalu aliran uap didinginkan dengan air pendingin untuk memperoleh kembali cairan
hidrokarbon. Gas hidrokarbon rendah yang tertinggal ditekan, dipanaskan kembali dan
dikembalikan menuju resktor pemecah sebagai gas fluidisasi. Bagian dari aliran ini
dialihkan dan digunakan sebagai bahan bakar untuk pemanasan reaktor pemecah.
Proses BP memiliki efisiensi sekitar 80% untuk mengubah limbah plastik menjadi
produk petrokimia dengan sebuah penambahan 10-15% yang digunakan sebagai bahan
bakar gas di dalam prosesnya sendiri. Feedstock hidrokarbon yang berasal dari proses
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 21
pemecahan BP memiliki kualitas yang tinggi dan dapat dihasilkan untuk menjelaskan
spesifikasi dengan jelas.
Proses BP dapat menerima hingga 5% pengotor non-polimerik seperti tinta
percetakan, label dan laminating. Produk hasil penyulingan dari proses pemecahan termal
yang meninggalkan fluidized bed di dalam sirkulasi aliran udara, didinginkan serta
dipadatkan menjadi lilin. Produk lilin ini digunakan sebagai material feedstock untuk
steam cracker yang memproduksi etilen dan olefin ringan lainnya. Produk bersifat lilin ini
dapat juga menjadi umpan di dalam unit refinery sepereti unit Fluidized Catalytic
Cracker (FCC), yang memproduksi gasoline utama, LPG dan olefin ringan lainnya. Di
sini, plastik yang diperoleh dengan penyulingan menggantikan minyak hampa udara.
Dalam lintasan steam cracking, penyulingan pyrolysis menempatkan nafta atau minyak
gas untuk memproduksi etilen dan polipropilen, yang digunakan sebagai feedstock untuk
menghasilkan polimer baru. Untuk penyulingan yang digunakan di dalam lintasan steam
cracking, nilai pendidihan produk harus dibatasi di bawah 500oC. Jika lintasan steam
cracking terlewati, maka kemudian fraksi berat dari dari penyulingan dialihkan menuju
unit lainnya seperti FCC, atau dikembalikan menuju cracker untuk pemecahan
selanjutnya. Logam-logam berat dan pengotor partikulat keduanya dihilangkan dari
fluidized bed menggunakan cyclones.
2.5 CONTOH APLIKASI DAUR ULANG PYROLYSIS
2.5.1 Pyrolysis Ban Karet
Pemecahan termal dari ban otomotif menghasilkan sebuah fraksi minyak yang
kaya akan kandungan sulfur (sekitar 2%) dan residu padat yang mengandung zat arang
yang hanya dapat digunakan sebagai karbon pengaktivasi yang rendah kualitasnya. Pada
pembahasan terakhir telah ditunjukkan, bagaimanapun, bahwa co-processing dari ban
yang divulkanisasi dengan batu bara dapat menghasilkan produk berkualitas lebih tinggi.
Dalam kenyataannya, tampak bahwa karbon hitam di dalam ban berperan sebagai katalis
untuk reaksi pada fase liquid.
Pyrolysis dari SBR dan ban karet bekas pertama kali telah didemonstrasikan
menggunakan sebuah prototipe reaktor fluidized bed pada temperatur antara 700o-740oC
oleh Kaminsky. Proses menghasilkan sekitar 30 wt.% minyak pyrolytic dan sekitar 25
wt.% gas pyrolytic. Kandungan sulfur dari ban telah dihilangkan secara parsial. Saat
minyak kaya akan kandungan sulfur, hal itu perlu menggunakan beberapa fasilitas
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 22
pembakaran seperti minyak pyrolytic yang mempunyai cukup unit desulfurisasi untuk
menanggulangi beban sulfur yang berlebihan.
Pemecahan fase liquid dari ban karet bekas menggunakan pelarut hidrogen donor
di dalam reaktor di bawah tekanan hidrogen atau nitrogen, telah dijelaskan olek oleh
Sato. Pekerjaan ini telah menemukan bahwa zinc oxide dan karbon hitam muncul di
dalam ban otomotif menggunakan efek katalitis pada pemecahan karet yang memiliki
berat molekul tinggi menjadi minyak rendah, saat atom-atom hidrogen ditransfer dari
larutan yang muncul di dalam reaktor. Pemecahan fase liquid ban karet bekas dapat
ditampilkan baik di dalam pelarut coal-derived maupun tetralin. Kekhususan kondisi
reaksi adalah sebagai berikut:
Solvent to tyre weight ratio 2.5
Temperatur reaksi 300-440C
Tekanan (pada atmosfer N2) 2-8.5 Mpa
Waktu bereaksi 20-60 menit
Produk cairan dapat dipisahkan dari residu padat dengan penyaringan dan pengukuran
derajat konversi dari sejumlah fraksi THF yang tidak dapat dilarutkan.
Ketika gas hidrogen atau pelarut hidrogen donor (seperti pelarut coal-derived atau
tetralin) digunakan sebagai media pemecah, hampir semua material organik dapat diubah
menjadi minyak yang dapat didistilasi (mencapai 50-56 wt.%) dengan kandungan sulfur
yang sangat rendah (kurang dari 0.5 wt%). Residu yang berasal dari pemecahan fase
liquid telah dianalisa dengan thermogravimetry dan diketahui bahwa residu itu terdiri atas
79 wt.% karbon hitam, 17.2 wt.% abu dan 3.8 wt.%bahan organik. Pemeriksaan
pemecahan residu dengan transmission electron microscopy menunjukkan jumlah karbon
hitam yang menyerupai karbon hitam murni seperti N-330. Pemerikasaan menunjukkan
bahwa pemecahan residu memberikan sifat-sifat penguatan yang baik bagi karet dan
dapat digunakan kembali dalam fabrikasi karet.
2.5.2 Pyrolysis Plastik Elektron Bekas
BASF Aktiengesellschaft of Ludwigschafen, Germany, bekerja sama dengan the
central Association of the Electrotechnical Industry (ZVEI), dilibatkan di dalam proyek
pengendalian daur ulang limbah elektronik. Prosesnya melibatkan pyrolysis plastik
berbahan dasar elektrik dan komponen elktronik di dalam sebuah dapur putar (rotary
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 23
kiln). Penting untuk dicatat bahwa sekitar 30% material mengandung halogen yang
mudah terbakar. Karena zat aditif dapat membentuk senyawa super-toxic ketika terjadi
pembakaran tak sempurna, maka pyrolysis adalah cara daur ulang yang lebih diminati.
Contoh kekhasan dari komponennya meliputi tombol, penghubung, papan display,
pencetak papan sirkuit dan circiutry housing. Material-material tersebut pertama kali
diiris dan kemudian di-pyrolysed pada temperatur antara 700oC dan 900oC, di dalam
hampa udara. Produk dari reaksi ini berupa gas dan campuran coke-metal. Gas secara
parsial dikondensasikan untuk membentuk minyak hidrokarbon yang memiliki sejumlah
kegunaan. Keunggulan utama dari proses ini, yang tidak sama dengan pembakaran,
adalah bahwa logam tidak dapat dioksidasi dan kemudian dapat dipisahkan di dalam
tahap kedua dan di-recovered untuk penggunaan selanjutnya. Keistimewaan penting
lainnya dari proses ini adalah zat aditif yang mudah terbakar yang muncul di dalam
limbah elektronik, biasanya pada level tinggi (hingga 30 wt.%), mengalami pemisahan di
awal pembentukan gas hidrohalogen selama proses karbonisasi bertemperatur rendah.
Halogen ini mengandung gas yang kemudian berikatan sebagai sebuah garam dan tidak
melibatkan reaksi pyrolysis berikutnya. Minyak pyrolysis yang masih mengandung
beberapa residu dari senyawa halogen perlu dimurnikan sebelum digunakan sebagai
bahan mentah di dalam proses sintetik berikutnya. Kokas pyrolysis dapat digunakan
sebagai agen pereduksi dalam berbagai proses pemisahan sekunder untuk logam –
penggunaannya saat ini telah diteliti.
2.5.3 Pyrolysis Residu Potongan Otomotif
Automotive Schredder Residue (ASR) yang berjumlah sekitar 25% dari sisa-
sisa kendaraan belum siap didaur ulang dan biasanya terbengkalai. Karena mayoritas dari
ASR terbengkalai, maka banyak tekanan untuk mendaur ulang bagian hidrokarbon (~50
wt.% dari ASR). Karena ASR adalah campuran komplek dari berbagai material polimer
termoplastik dan termoset, pyrolysis dipandang sebagai suatu solusi daur ulang yang
tepat. Sejumlah studi tentang pyrolysis ASR telah dilaksanakan. Metode pyrolysis yang
cepat pada temperatur antara 700o-850oC dapat mengubah ASR menjadi gas pyrolysis dan
residu padat (59-68%). Lima gas pyrolysis yang jumlahnya paling berlimpah adalah CO,
CO2, CH4, C2H4 dan C3H6.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 24
3. Gasifikasi
3.1 Pendahuluan
Gasifikasi adalah suatu teknologi proses yang mengubah bahan padat menjadi gas.
Bahan padat yang dimaksud adalah bahan bakar padar termasuk didalamnya, biomass,
batubara, dan arang dari proses oil refinery. Gas yang dimaksud adalah gas-gas yang
keluar dari proses gasifikasi dan umumnya berbentuk CO, CO2, H2, dan CH4.
Proses gasifikasi dari limbah plastik terjadi pada temperature lebih tinggi dari proses
pyrolisis (1300C) dan dengan penambahan oksigen yang terkontrol. Reaksi dasar
gasifikasi adalah sebagai berikut:
CnHm + 0.55n O2 n CO + 0.5m H2
Produk utamanya adalah campuran gas karbon monoksida dan hydrogen.
Campuran gas yang dikenal sebagai syngas ini bisa digunakan sebagai substitusi untuk
gas alami. Menariknya, biar bagaimanapun, jika syngas pertama-tama dipisahkan ke
unsure pokoknya, maka ini bernilai sebagai chemical intermediate dan membawa dua
sampai tiga kali nilai bahan bakar dari campuran. Sisa abu anorganik menjadi ikatan di
suatu matriks gelas yang bisa digunakan sebagai unsur di beton dan adukan semen
dikarenakan ketahanannya yang tinggi terhadap asam.
Proses gasifikasi pada hakikatnya mengoksidasi suplai hidrokarbon pada mode
yang terkontrol, untuk memproduksi gas sintetik yang memiliki nilai komersial yang
signifikan. Gasifikasi adalah pilihan menarik karena proses ini mencegah pembentukan
beberapa dioxin dan senyawa aromatic. Gasifikasi secara efesien memanfaatkan energy
kimia dan bahan baku material yang dapat diperbaharui yang melekat pada limbah rumah
tangga yang tidak dipisahkan, limbah industry, dang limbah khusus (contohnya limbah
medis), dan mampu untuk merubah hampir semua total input limbah kepada bahan baku
material yang berguna dan energy. Limbah input (MSW mengandung plastic campuran)
secara khas dimiliki antara 10 dan 16 MJ/Kg kandungan panas dan bisa menghasilkan
800 dan 1200 Nm3/t gas sintetis. Proses gasifikasi juga menghasilkan reduksi utama
pada volume input limbah –rata-rata- 75%.
3.2 Fundamental Gasifikasi dan Perbedaannya dengan Pirolisis dan Pembakaran
Gasifikasi berbeda dengan pirolisis dan pembakaran. Ketiga dibedakan
berdasarkan kebutuhan udara yang diperlukan selama proses. Jika jumlah udara/bahan
bakar (AFR, air fuel ratio) sama dengan 0, maka proses disebut pirolisis. Jika AFR yang
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 25
diperlukan selama proses kurang dari 1.5, maka proses disebut gasifikasi. Jika AFR yang
perlukan selama proses lebih dari 1.5, maka proses disebut pembakaran (lihat gambar
berikut).
Mesin gasifikasi dapat dibedakan berdasarkan:
-Berdasar mode fluidisasi.
-Berdasar arah aliran.
-Berdasar gas yang perlukan untuk proses gasifikasi.
Berdasar mode fluidisasi, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi
unggun tetap (fixed bed gasification), gasifikasi unggun bergerak (moving bed
gasification), gasifikasi unggun terfluidisasi (fluidized bed gasification), dan entrained
bed. Jenis gasifikasi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar. Perbedaan moving bed, fluid bed, dan entrained bed gasifier.
Berdasarkan arah aliran, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi aliran
searah (downdraft gasification) dan gasifikasi aliran berlawanan (updraft gasification).
Pada gasifikasi downdraft, arah aliran gas dan arah aliran padatan adalah sama-sama ke
bawah. Pada gasifikasi updraft, arah aliran padatan ke bawah sedangkan arah aliran gas
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 26
ke atas.
Berdasarkan gas yang diperlukan untuk proses gasifikasi, terdapat gasifikasi
udara dan gasifikasi uap. Gafisikasi udara, dimana gas yang digunakan untuk proses
gasifikasi adalah udara. Gasifikasi uap, gas digunakan untuk proses adalah uap.
3.3 Kelebihan Gasifikasi dibanding Pembakaran
Gasifikasi bisa dibedakan dari pembakaran dari isu lingkungan yang lebih baik
dan sisi ekonomi yang menarik. Pendek kata, proses gasifikasi tidak memproduksi
bebarapa senyawa super-toxic seperti PCD dan PCDF. Temperature tinggi 1500C tekanan
parsial oksigen yang rendah mencegah pembentukan senyawa tipe dioxin.
3.4 Proses Gasifikasi Texaco
Produksi gas sintetis melalui gasifikasi bukanlah suatu teknologi baru dan telah
digunakan untuk beberapa tahun untuk gasifikasi batu bara dan minyak. Pada kasus
batubara, kondisi khusus harus digunakan untuk meyakinkan bahwa batu bara hancur
seutuhnya. Sementara itu gasifikasi dari minyak membutuhkan control yang hati-hati
terhadap parameter operasi sebaik pertimbangan terhadap kehadiran bekas elemen.
Gasifikasi plastik, di lain sisi membutuhkan perhatian pada semua pertimbangan ini
dikarenakan limbah plastic memiliki karakteristik batu bara ataupun minyak. Tentu,
konsentrasi tinggi klorin pada PVC adalah suplai tradisional yang tidak normal untuk
gasifier dengan demikian modifikasi desain khusus perlu dibuat. Amonia bisa
disuntikkan ke ruang pemadaman untuk menetralisir klorin yang dibentuk selama
gasifikasi. Larutan Amonium klorida mengalir ke system pembuangan air dimana garam
ammonia klorid diproduksi oleh penguapan dan kristalisasi.
Suplai padatan tradisional seperti batu bara di umpankan ke gasifier pada suatu
slurry basah untuk membantu dengan mengukur umpan ke gasifier yang ditekan pada
suatu cara yang terkontrol, aman, dan telah teruji. Karena limbah padatan plastic tidak
pada bentuk yang tepat untuk secara konsisten dimasukkan ke gasifier. Texaco telah
mendesain suatu unit liquefaction proprietary yang mampu mengubah limbah plastik ke
liquid. Pada proses ini limbah plastik yang dicacah-cacah dipanaskan pada tangki
peleburan samapai temperatur mencapai 350C. Pemanasan intensif memnghasilkan
penguranagan viskositas liquid yang digunakan untuk men'charge' gasifier. Gas yang
dikembangkan selama liquefaction (disebut off gas) dikondensasi dan dimasukkan ke
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 27
gasifier bersamaan dengan minyak. Umpan liquid, bersama-sama oksigen kemurnian
tinggi diinjeksikan ke unit gasifikasi melalui injektor yang didesain khusus. Selama
gasifikasi, lelehan slag dan produk gas panas mengalirkan gasifier ke dasar dimana
mereka di guenching dengan air. Syngas diupankan dari gasifier ke unit secondary
scrubbing dimana ini lagi-lagi dikontakkan dengan air untuk membuang zat entrained
particulate dan selanjutnya diproses untuk membuang dan merecover sulfur dengan
demikian memeberikan produk dengan kemurnian tinggi.
Proses gasifikasi Texaco adalah continue, dalam tekanana, bukan reaksi katalis,
proses oksidasi parsial. Proses dimana material berkarbon seperti limbah plastic
direaksikan dengan oksigen untuk memproduksi gas sintetis yang bersih (syngas).
Melalui penggunaan sejumlah oksigen yang rendah dan terkontrol pada gasifier,
pembentukan oksida dari sulfur dan nitrogen yang tidak diinginkan dapat ditekan. Lagi
pula, konsentrasi oksigen yang rendah memastikan karbon berlebih diubah ke karbon
monoksida yang mudah terbakar, lebih baik daripada dioksidasi penuh ke karbon dioksida
pada kasus proses pembakaran. Unsur hydrogen dari limbah plastic dirubah ke unsur
hydrogen, sementara sulfur yang ada pada system dirubah ke H2S. unsur anorganik dari
suplai (seperti abu, pigmen) dirubah bentuk ke vitreous, ampas bijih inert. Kemudian
syngas yang diproduksi pada proses gasifikasi banyak mengandung hydrogen dan karbon
monoksida. Bagaimanapun, komposisi pasti dari syngas sangat tergantung pada dasar
atau asal dari suplai dan cara dimana proses dioperasikan. Syngas yang dihasilkan bisa
digunakan sebagai suplai pada produksi methanol, okso-alkohol atau hydrogen. Secara
alternative, syngas bisa dengan mudah dibakar ke turbin power gas untuk memproduksi
listrik.
Perbedaan mendasar diantara proses gasifikasi Texaco untuk plastic dan gasifikasi
pada suatu suplai minyak yang biasa adalah proses liquefaction dan penggunaan suntikan
ammonia untuk menetralisir kandungan klorin dari limpah plastic.
Produk padatan utama yang diproduksi oleh proses gasifikasi Texaco adalah vitrified slag
yang bisa digunakan pada produksi produk bangunan seperti batu bata. Padatan utama
lain oleh produk adalah ammonium klorida yang bisa dijual secara komersiil. System
menggunakan zero-discharge treatment pada managemen limpah plastik.
Suatu kerjasama beberapa perusahaan seperti Texaco, Air Products, Roteb, dan VAM
dalam proses membangun suatu fasilitas gasifikasi limbah plastic komersil. Rencananya
dikenal sebagai rencana Pax Rotterdam, yang akan memanfaatkan limbah palstik dari
system separasi mekanik VAM dan memberikan gasifikasi memanfaatkan teknologi
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 28
gasifikasi Texaco untuk memproduksi gas untuk di jual ke pabrik-pabrik di area
pelabuhan Rotterdam.
System separasi limbah VAM menerima limbah padatan kota dimana pertama-
tama dilewatkan melalui suatu rotating trommel yang memisahkan limbah berdasarkan
ukurannya. Material yang diameternya kurang dari 10 mm dikirim ke pengklasifikasi
udara yang memindahkan pecahan lebih ringan yang umumnya terdiri dari kertas dan
plastic. Kertas-kertas ini dipindahkan oleh proses depulping, sementara limbah plastic
dikirim ke gasifier.
3.5 Proses Gasifikasi Thermoselect
3.5.1 Pengenalan
Proses gasifikasi thermoselect didasarkan pada temperature tinggi yang
berkelanjutan, closed-loop, system terintegrasi untuk mengolah limbah kota melibatkan
pemadatan, degasifikasi, gasifikasi dan operasi peleburan langsung. Ini bisa menoleransi
kontaminasi logam tingkat tinggi seperti pada barang-barang berwarna putih. Suatu
rencana thermosleect 4 t/h adalah operasi pada Fondotoce, Italy (Figur 13.21). Harus
dicatat bahwa proses thermoselect didesain untuk MSW dan bukan semata-mata untuk
limbah plastic campuran.
Proses gasifikasi thermoselect dijelaskan pada paten yang spesifik. Aspek kunci dari
proses meliputi:
- Tahapan pemadatan (pemampatan) limbah
- Degasifikasi menggunakan oven
- Gasifikasi temperature tinggi
- Peleburan unsur non-organik.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 29
Gambar 13.21 Foto Rencana Gasifikasi Thermoselect dekat Novara, Italia
3.5.2 Detail Proses
Berikut adalah tahapan kunci dari proses thermoselect (figure 13.22):
(1) Kompresi dan Degasifikasi
Limbah kota yang ada ditempatkan pada suatu area bunker tertutup yang bisa di
lapisi nitrogen untuk meminimalisir pembakaran spontan. Muatan dari limbah secara
periodic ditransfer ke suatu tekanan yang membawa limbah pada gaya kompresi yang
tinggi (~1000 t) meneyebabkan pengurangan volume hingga 90% dan peningkatan
kepadatan >1.2 t/m3 [24-26]. Langkah ini mengurangi banyak dari keberadaan volume air
dan nitrogen yang terperangkap. Billet yang dipadatkan, selagi masih di bawah tekanan,
masuk ke saluran yang dipanaskan. Disini billet yang berturut-turut dari segel kedap
udara menyerang dinding-dinding dari saluran yang dipanaskan pada mula-mula.
Degasifikasi dikendalikan tanpa keberadaan udara nitrogen, pada kondisi tahan terhadap
tekanan, saluran yang dipanaskan secara eksternal. Unsur liquid dari limbah diuapkan
pada tunnel yang dipanaskan. Saluran terbuka pada bagian akhir yang lain ke HTC (high-
temperature chamber) dan energi panas disuplai oleh bagian proses pemulihan syngas.
Selama tahapan pemanasan mula-mula (preheating), unsur organik dirubah ke billet
berkarbon kering. Blok-blok limbah yang dikeringkan dan didegasifikasi pada bentuk
konglomerat stabil yang rapuh, dipindahkan secara terus menerus ke ruang temperatur
tinggi [24-26]. Langkah penting proses pemadatan dan gasifikasi dari limbah plastik
ditunjukkan oleh tabel 13.2.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 30
Gambar 13.22 Proses Gasifikasi Thermoselect
Tabel 13.2 Tahapan Penting selama degassing dari proses thermoselect
Temperatur Proses
100-200C
250C
350C
400C
400-600C
Pengeringan, penguapan air
Deoksidasi, desulfurisasi, splitting Karbon dioksida dan air
Cracking senyawa alifatik, pembentukan CH4
Pembentukan Karbon, Cracking organic yang lebih rendah
Pembentukan dan cracking senyawa organic kompleks yang memiliki titik
didih tinggi.
Tabel 13.3 Reaksi gasifikasi penting pada proses Thermoselect
H2 + ½ O2 H20 (eksotermis)
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 31
C + O2 CO2 (eksotermis)
CxHy + (X+ ¼ Y) ) O2 XCO2 + ½ Y H20 (eksotermis)
CxHy X C + ½ Y H2 (endotermis)
C + CO2 2 CO (endotermis)
C + H20 CO + H2 (endotermis)
CxHy + X H2O X CO + (X CO + ½ Y) H2 (endotermis)
(2) Gasifikasi Temperatur Tinggi
Ruang temperature tinggi (High Temperature Chamber, HTC) di .... dengan
material refraktori (sukar mencair) temperature tinggi dan memiliki komposisi dasar
campuran krom anti korosi bertemperatur tinggi yang datang kepada kontak dengan
mineral leleh dan logam-logam. Tidak ada unsure mekanik atau struktur internal didalam
ruang dan proses konversi limbah tidak terganggu. Tempat reaksi dipertahankan pada
temperature 1000C dan membentuk suatu gas-permeable ballast atau bed.
Semua unsure organic dihancurkan seluruhnya oleh kondisi yang dihadapkan pada
ruang reaksi temperature tinggi. Table 13.3 merangkum reaksi kimia utama yang terjadi
selama gasifikasi temperature tinggi [24-26]. Gasifikasi dari karbon menghasilkan
hydrogen dan karbon monoksida yang merupakan susunan utama dari gas sintetik. Gas-
gas panas lain dibentuk termasuk karbon dioksida, uap air, logam berat dengan volatilitas
tinggi dan unsur-unsurnya begitu juga gas-gas asam (HCL, H2S, dan HF). Unsure-unsur
tingkat rendah pada umpan yang mengandung N-H dan NO dirubah ke N2 dan uap
melalui reaksi self-catalyzed. Alat analisa infra red mengukur komposisi gas untuk
mengontrol komposisi syngas begitupun dengan gas-gas kontaminan. Campuran gas yang
dibentuk dipertahankan pada ~1200C dan dibuang dari HTC pada kelebihan tekanan ~0,3
bar.
Oksigen murni, lebih sering daripada udara, digunakan sebagai media gasifikasi,
bersaama-sama dengan proses memproduksi karbon dioksida dan uap. Mengacu kepada
pemanfaatan oksigen, volume gas yang kebutuhan terhadap pembersihan dan pemurnian
menurun secara seignifikan. ini menyediakan instalasi dari teknik pembersihan gas yang
lebih efesien dan lebih kecil.
(3) Pemurnian Gas Sintetik
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 32
Gas-gas yang yang mengeluarkan reactor tingkat tinggi dengan segera mengalami
shock-cooling oleh quenching air dingin (pada 5C) yang membuat penurunan temperature
yang cepat pada gas dari ~1200 C sampai di bawah 70C [24-26]. Ini, dikombinasikan
dengan kehadiran oksigen yang sangat rendah, menghalangi pembentukan kembali dioxin
dan furan atau pembentukan senyawa organic yang lain. Semprotan air menjebak
kandungan rendah dari pecahan logam berat yang diuapkan pada HTC, sebaik parikel
mikro-karbon.
Fase selanjutnya dari pemurnian syngas melibatkan pembuangan kontaminan oleh
control pH pada kolom penyucian. Pemisahan H2S dilakukan pada langkah proses special
yang melibatkan reaksinya dengan besi trivalent kompleks untuk membentuk unsure
sulfur dan hydrogen. Sisa besi divalent adalah udara yang dioksidasi kembali ke bentuk
trivalent untuk digunakan kembali. Uap air yang hadir pada sungas diembunkan keluar
oleh pendinginan. Kontaminan terakhir dibuang dengan menghangatkan gas dan
melewatkannya melalui suatu charcoal filter (saringan arang) aktif. [24-26].
Gas sintetis yang dimurnikan digunakan untuk menyuplai panas ke saluran
degassing, dengan kelebihan yang tersedia untuk konversi ke energy listrik. Suatu
rencana 20 tph akan menghasilkan ~12 MW listrik, yang skitar setengahnya dibutuhkan
untuk konsumsi rumah tangga.
(4) Peleburan
Unsur anorganik yang tidak mengalami gasifikasi dilelehkan pada temperature
berlebih 2000C pada ruang peleburan di bawah reactor. Disini semua karbon sisa
dibuang oleh homogenisai pada temperature sekitar 1600-2000 C. oksigen berlebih
memastikan oksidasi sempurna pada sisa partikel karbon. Gas alami juga dimasukkan ke
ruang homogenisasi untuk memperlakukan tahapan peleburan dengan kompensasi pada
kekurangan karbon yang tersedia dan kehilangan panas eksotermis. Dengan demikian,
proses melibatkan peleburan langsung dari unsur anorganik dengan ketiadaan abu dan
debu.
Unsur mineral dan logam dipisahkan ke aliran produk tunggal didasarkan pada
perbedaan kepadatan. Pemisahan selanjutnya ditunjukkan oleh pemisahan secondary
magnetic. Pembentuk melibatkan aliran produk campuran yang berkelanjutan ke suatu
tempat air yang membentuk bagian dari plant-cooling loop. Produk didinginkan ke
vitreous bead dan besi pellet logam kaya besi. Produk dibuang dari kolam air oleh bucket
chain assembly.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 33
Gambar 13.23 Slag material inert yang diproduksi oleh proses thermoselect
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 34
Gambar 13.24 diagram alir proses gasifikasi thermoselect menunjukkan berbagai proses
dan material yang dihasilkan.
(5) Penanganan Limbah Air
Semua air dari limbah dan dari proses didaur ulang, dibersihkan dan digunakan
kembali dalam proses. Tahapan pertama dari proses pemurnian air melibatkan perlakuan
caustic soda (soda tajam). Penambahan Na2S merubah logam-logam berat termasuk Hg
ke sulfide tak larut. Penambahan FeCl3 dan polyelectrolyte menyebabkan pengendapan
senyawa logam, hidroksida, dan sulfide dari berbagai logam melalui proses flocculation.
Produk ini dibuang dengan penyaringan.
3.4.3 Aplikasi dari Bahan Baku dan Energi yang Terpulihkan
Berikut adalah produk utama dari proses thermoselect:
(1) Gas Sintetis. Syngas bisa digunakan pada Gas Sintetis. Syngas bisa digunakan
pada penggunaan in-plant seperti memanaskan degassing tunnel, menyuplai
tenaga untuk produksi in-house oksigen dan nitrogen dari modul distilasi udara
cair, energi-heat coupling untuk produksi tenaga uap dan penggunaan spesifik
yang lain. Energi yang berlebih diumpankan ke power-grid. Penggunaan generasi
keeuatan yang cocok termasuk modul generator gas-motor untuk memproduksi
listrik, pemanfaatan motor ignition-ray, turbin uap, turbin gas, dll. Ini juga bisa
digunakan untuk sintesa kimia dari bahan baker alternative seperti methanol.
(2) Produk mineral. Produknya adalah material mineral seperti kaca yang stabil
dengan kira-kira 60% dari berat butir jatuh ke kategori ukuran 1-4 mm. kemurnian
tinggi dan kualitas yang tetap dari butir mineral harus bisa dengan mudah
digunakan pada konstruksi dan aplikasi teknik sipil. Contohnya sebagai aggregate
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 35
pada campuran, untuk suatu tampilan ‘batu bara’ pada batu-bata yang dekoratif,
sebagai insulator fiber, untuk material konstruksi jalan.
(3) Logam-logam. Logam-logamnya dalam bentuk endapan atau logam alloy. Ini
memiliki nilai logam scrap yang signifikan.
Temperature tinggi, oksigen dan uap berlebih adalah input ke system untuk
memfasilitasi gasifikasi optimum dari limbah, menghasilkan produk gas sintetis
kemurnian tinggi, inert, dan produk tak beracun, logam-logam, metal hidroksida, garam-
garam grade industri, unsure sulful dan zat kimia lain. Produk akhir memiliki konsistensi,
kemurnian tinggi, harga yang pas dan membawa pencemaran trhadap lingkungan yang
tidak berarti. Penghitungan keseimbangan massa memberikan factor pengurangan dioxin
sampai ~500 kali, membuat proses kepada suatu yang benar-benar ‘dioxin sink’ [24-26].
Figure 13.25dan 13.26 memberikan kesetimbangan massa dan energi untuk rencana
operasi standar thermoselect pada 20 tph. Perencanaan thermoselect pada masa
mendatang akan terdiri dari individual line yang mampu membagi hasil 10 tph beberapa
komponen yang umum (langkah desulfurisasi, system discharge mineral campuran).
Suatu standar perencaan two-line akan mampu memproses limbah 150000 ton per tahun
3.5 Proses Gasifikasi VEBA
Pada proses gasifikasi VEBA, limbah plastic diberikan temperature tinggi dan
tekanan oksigen parsial yang rendah pada suatu gasifier entrained-flow. Dikarenakan
ketersediaan atmosfer oksidasi pendingin, mengacu kepada adanya pengurangan atmosfer
hydrogen, pembentukan PCDD dan PCDF dapat ditekan. Temperature yang lebih tinggi
digunakan diproses ini melewati titik leleh dari sisa abu dan kemudian gas kontaminan
dirubah ke matriks gelas leleh.
Sebelum langkah gasifikasi, limbah plastik dimasukkan ke tahapan persiapan termasuk
karbonisasi temperatur rendah sebagaimana yang ditunjukkan pada figure 13.27. Proses
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 36
Gambar 13.25 Keseimbangan Massa Gasifikasi Thermoselect
Gambar 13.26 Keseimbangan Energi Gasifikasi Thermoselect Standar.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 37
Gambar 13.26 Keseimbangan energi untuk gasifikasi thermoselect standar
Gambar 13.27 Skema Proses Gasifikasi Veba untuk Limbah Plastik
VEBA menggunakan langkah persiapan proses pyrolisis yang bisa memanfaatkan
material kasar hingga ukuran 200 mm, kemudian mengurangi kebutuhan terhadap
penggunaan proses grinding yang mahal. Sebaliknya, beberapa proses gasifikasi yang lain
mensyaratkan material umpan harus sangat baik ukurannya (kurang dari 0,5 mm) dan
secara hati-hati diukur ke reactor tekanan tinggi. Dikarenakan waktu tinggal (residence
time) pada langkah pyrolisis sekitar 30 menit. Proses ini tidak perlu mengukur stok
limbah plastic secara tepat, dan komposisinya bisa bervariasi secara luas.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 38
Fasa karbonisasi temperature rendah pada hakikatnya adalah langkah pirolisis
dimana limbah plastic dirubah ke uap pirolisis (yang kemudian dikondensasi ke minyak
yang akan diumpankan ke unity gasifikasi), bahan baker gas, dan sisa batu arang. Sisa
batu arang kemudian dimurnikan untuk membuang logam-logam (seperti baja) kemudian
batu arang dikirim ke gasifier. Produk dari unit gasifikasi adalah sedikit sulfur dan uap
air, dan suatu gas sintetis yang bersih diproduksi. Drum pirolisis dimana carbonisasi
temperature rendah ditempatkan secara tidak langsung dipanaskan tempat pembakaran
yang berputar, dengan diameter 0,8 m dan panjang 4 m. limbah plastic diumpankan ke
tempat pembakaran melalui sekrup pemberi umpan. Uap-uap pirolisis pada tempat
pembakaran yang berputar disampaikan ke counter-current direction ke batu arang
pirolisis yang diproduksi, dan diambil pada sisi pengumpanan dari drum. Uap-uap ini
akan dikondensasi dalam dua langkah proses kondensasi dimana pertama-tama uap-uap
ini didinginkan ke sekitar suhu 300C dengan pendinginan cepat langsung dengan minyak
pirolisis. Minyak pirolisis ini memiliki titik didih yang tinggi dan mengandung logam-
logam, dan bisa dipakai ulang ke tempat pembakaran yang berputar untuk konversi ke
hidrokarbon yang lebih ringan. Pada tahapan kedua, uap-uap pirolisis didinginkan
sampai 35C, dimana hidrokarbon ringan dan energi uap yang ada dikondensasi. Minyak
pirolisis yang ringan dan air dipisahkan pada separator dan air dipanaskan dan diproses
ulang. Fraksi Minyak pirolisis yang ringan bisa di gasifikasi langsung untuk
memproduksi gas sintetis atau bisa di upgrade (contohnya pembuangan klorin, sulfur dan
nitrogen, sebaik senyawa aromatic jenuh) di unit hydrotreater untuk memberikan produk
proses ulang bernilai tinggi.
Reactor memiliki slurry feeding system yang memperbolehkan minyak berat dan
batu arang berukuran baik (ukuran partikel kurang dari 0,3 mm) untuk diukur ke reactor
dengan menggunakan pompa piston. Gasifikasi terjadi pada temperature sekitar 1500C
dan tekanan hingga 60 bar. Pada temperature ini, unsur non organic dirubah ke glass-like
slag (ampas seperti kaca). Gas-gas panas didinginkan secara cepat dengan air setelah
meninggalkan zona reaksi dan lelehan ampas memadat. Ampas yang dimasukkan ke ash
lock ini dikeluarkan bertahap melalui lock-hopper.
3.6 Proses Winkler- Gasifikasi Fluidized Bed
pada gasifikasi fluidized bed, limbah plastik dimasukkan bubbling fluidized bed
dari udara dan uao pada tekanan tinggi dan pada temperature lingkungan 950C. di bawah
kondisi ini, plastic dirubah ke campuran gas yang mengandung hidogen, karbon
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 39
monoksida, dan karbon dioksida. Partikel padatan plastic dan sisa abu dipisahkan dari
produk bergas dan didaur ulang ke reactor fluidized bed untuk konversi selanjutnya,
proses ini juga dikenal sebagai proses winkler temperature tinggi dan pada operasi di
Rheinbraun AG [21].
3.7 Gasifikasi Fix Bed – Proses SVZ
Sekundarverwertungszentrum Schwarze Pumpe (SVZ) di jerman mengoperasikan
fixed bed gasifier dengan kapasitas sekitar 90.000 ton pertahun plastik DSD.
3.8 Nilai Ekonomi Gasifikasi
investasi untuk rencana gasifikasi dengan kapasitas 80.000 ton per tahun adalah
sekitar 70 juta dolar. Setiap perencanaan akan membutuhkan enam shift untuk operasi
kontinyu (8000 jam per tahun). Harga jual hydrogen yang diproduksi bervariasi,
dipengaruhi factor local. Sebagai tambahan, penyimpanan hydrogen itu sulit dan mahal.
Di bawah keadaan ini, tidak mungkin untuk menjamin suplai terus menerus, membawa
pemasaran yang tidak mendukung, dan kepastian ekonomi. Suatu gate fee pnting untuk
limbah plastic, supaya mencapai break-event point (BEP).
4. Perkembangan Aplikasi Gasifikasi di Beberapa Negara Khususnya di Finlandia
Di Finlandia, aktivitas riset dan pengembangan gasifikasi dimulai tahun 1970-an.
Pada tahun 1980-an, aplikasi gasifikasi sederhana sistem udara pertama dilakukan dan
utamanya dikombinasikan dengan pembangkit panas dan pembakaran kapur (lime kiln).
Selanjutnya tahun 1986 berhasil dibangun gasifikasi sistem updraft yang menghasilkan
panas 5 MWth. Pada tahun yang hampir bersamaan, gasifikasi sistem CFB (circulating
fluidized bed) juga dibangun dengan daya keluaran 15-35 MWth untuk kebutuhan
industri bubur-kertas (pulp). Pada tahun 1990-an, IGCC (integrated gasification combined
cycle) juga diperkenalkan, tetapi karena kebutuhan daya yang sangat besar menjadi
kendala pengembangan lebih lanjut. Umumnya sistem gasifikasi biomass hanya layak
untuk skala kecil menengah sampai daya 10 MWe.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 40
Gambar . Gasifikasi Bioner di Finlandia
Dengan sistem updraft, biomass dimasukkan dari atas reaktor. Adanya udara dan
uap dari bawah reaktor yang bergerak ke atas menyebabkan biomass akan mengalami
serangkaian proses. Selama perjalanan biomass dari atas reaktor sampai ke bawah,
biomass akan mengalami pengeringan, pirolisis, gasifikasi dan pembakaran. Abu
dikeluarkan dari bagian bawah reaktor. Gas hasil proses gasifikasi sistem updraft
mengandung minyak dan tar dalam jumlah yang banyak. Temperatur gas yang dihasilkan
adalah rendah (80-300oC untuk biomass atau 300-600oC untuk batubara). Abu bawah
(bottom ash) umumnya terbakar sempurna dan menyisakan arang tidak terbakar dalam
jumlah yang bisa diabaikan. Dust yang dihasilkan juga relatif rendah karena kecepatan
gas yang digunakan juga rendah dan disebabkan juga oleh adanya “efek penyaringan”
pada daerah pengeringan dan pirolisis.
Karena jumlah tar yang dihasilkan cukup banyak, maka gas-gas dari hasil gasifikasi ini
tidak bisa langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam (IC, internal
combustion). Karena tar jugalah, sehingga sistem pemipaan perlu dibersihkan per 2-6
minggu sekali tergantung jenis bahan bakar yang digunakan.
Pada tahun 1980, daya thermal dari gasifikasi Bionerr Finland adalah 1.5 MWth.
Bahan bakar yang digunakan adalah serpihan kayu, sampah hutan, gambut, jerami, pelet,
batubara dan campuran. Dengan kadar air kayu yang digunakan sebesar 41%, gas-gas
yang dikeluarkan dari proses gasifikasi adalah 30% CO, 11% H2, 3% CH4, 7% CO2, dan
49% N2 dengan HHV setara 6,2 MJ/m3n. Tar yang dihasilkan antara 50-100 g/m3n. Pada
tahun 1986, kapasitas dari 8 unit Bioneer Finland adalah 4-5 MWth.
Tahun 1999-2001 dikembangkan gasifikasi jenis updraft yang dikombinasi
dengan downdraft dengan kapasitas 500 kWth. Seperti diketahui, gasifikasi jenis
downdraft menghasilkan tar yang lebih rendah dibandingkan jenis updraft. Hal ini karena
tar hasil pirolisis terbawa bersama gas dan kemudian masuk ke daerah gasifikasi dan
pembakaran yang temperaturnya tinggi. Pada daerah gasifikasi dan pembakaran inilah, tar
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 41
kemudian akan terurai. Hasil gas-gas dari gasifikasi sistem downdraft ini setelah disaring
dan didinginkan dapat langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam. Namun
begitu, pada tahun2 tersebut komersialisasi belum dapat dilakukan, karena untuk
menjamin tar yang rendah diperlukan jenis biomas dengan kualitas tinggi.
Pengembangan selanjutnya terjadi pada tahun 1997-an dengan masih
menggunakan sistem gasifikasi sistem downdraft dan updraft. Dua jenis gas dipisahkan
dan gas-gas yang bersih dapat lansung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam,
sedangkan gas-gas yang lebih kotor (dengan tar yang lebih banyak) digunakan untuk
boiler. Kapasitas yang direncanakan pada tahun 2001 adalah 2 MW (1.1 MWth dan 450
kWe). Gasifikasi ini dibangun di Tervola, Finland.
Gambar. Gasifikasi Entimos Oy, di Tervola, Finland [1].
Masih di Finlandia, pengembangan gasifikasi sistem CFB (circulating
fluidized bed) juga dikembangkan sejak tahun 1983. Gasifikasi beroperari pada
temperatur 800 – 1000oC dan tergantung ada bahan bakar dan penggunaannya. Bahan
bakar dimasukkan kedalam bagian bawah gasifier (di atas jarak tertentu dari distributor).
Pada saat memasuki reaktor bahan bakar akan mengalami pengeringan dengan cepat dan
pirolisis juga terjadi. Gas hasil pirolisis akan bergerak ke atas. Beberapa bagian dari arang
akan bergerak ke bawah sementara yang lain terbawa aliran dan masuk ke dalam siklon.
Di dalam siklon, arang akan dipisahkan dan dimasukkan kembali ke bagian bawah
reaktor dimana arang akan dibakar dengan udara dari distributor.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 42
Gambar. Konsep gasifikasi CFB di Finland [1].
Fakta di lapangan menunjukkan bahwa penggunaan bahan bakar biomass
berjenis jerami-jeramian dan MSW (municipal solid waste) sering mengandung klor,
logam alkali, dan aluminium dalam jumlah banyak. Kandungannya yang tinggi dapat
menyebabkan korosi dan masalah fouling dalam boiler. Untuk itulah pencucian gas (gas
cleaning) perlu dilakukan sebelum gas-gas dari gasifikasi dimasukkan ke dalam boiler.
Di Finlandia, metode pembersihan gas panas dikembangkan sejak tahun 1997
khususnya oleh VTT. Gas dari gasifier disaring pada temperatur 400oC dan dengan
menggunakan sorben suntuk mengikat klor. Penurunan temperatur 400oC dapat
dilakukan untuk pemanasan awal udara gasifikasi dan air umpan ke boiler. Gas yang
sudah didinginkan kemudian dibersihkan dalam bag filter. Calcilum hydroxide
diinjeksikan ke dalam gas sebelum masuk bag filter untuk mengikat HCl. Gas yang sudah
bersih kemudian dimasukkan ke dalam burner.
Berbeda dengan CFB yang lebih ekonomis untuk ukuran besar (40-100 MW),
untuk ukuran medium (15-40 MW) dapat digunakan gasifikasi sistem BFB (bubbling
fluidized bed). Di Finland, gasifikasi sistem BFB kapasitas 40 MW telah dioperasikan
tahun 2001. Gambar di bawah menunjukkan konsep BFB di Finland. Sistem pembersihan
gas di CFB dapat digunakan juga pada sistem BFB.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 43
Gambar. Gasifikasi sistem BFB di Finland [1].
Gasifikasi serpihan kayu sistem updraft dikembangkan di Denmark tahun
1996. Gasifikasi tersebut kemudian dikombinasikan dengan mesin gas kapasitas 650 kW
dan telah beroperasi selama 16.000 jam [2].
Pada kapasitas yang lebih besar yaitu 42.000 MWe/tahun dan 70.000
MWth/tahun mulai beroperasi tahun 2006 dengan anggaran konstruksi sebesar 20 jt €.
Temperatur operasi dari gasifikasi FB adalah 850oC. Gas dari gasifier didinginkan dan
dibersihkan dalam saringan dan scrubber. Tar diolah dalam catalytic tar reformer sebelum
gas dimasukkan dalam 3 mesin gas yang masing-masingnya berkapasitas 2MWe.
Di negara lain, pengembangan gasifier dapat dilihat pada beberapa Tabel di
bawah.Tabel. Beberapa negara yang mengembangkan gasifikasi cofiring [3].
Tabel . IGCC plants di beberapa negara [3].
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 44
Tabel . Gasifikasi CFB dengan mesin gas di beberapa negara [3].
REFERENSI:
Scheirs, John. 1998. Polymer Recycling: Science, Technology, and Applications.
Chichester: John Wiley & Sons.
http://kajian-energi.blogspot.com/search/label/gasifikasi
[1] ____, 2002, Review of Finnish Biomass Gasification Technologies, technical report,
VTT, Finland. Available in:
http://www.gastechnology.org/webroot/downloads/en/IEA/OPETReport4gasification.pdf.
Accessed: 05.07.2007 16:45.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 45
[2] Jakobsen, H.J. and Helge, T., 2005, Gasification breakthrough in biomass, Denmark.
Available at: http://www.dbdh.dk/pdf/ren-energy-pdf/side14-17.pdf accesed: 05.07.2007
17:06.
[3] Kwant, K.W., 2004, Status of Gasification in Countries Participating in the IEA and
GasNet Activity August 2004, IEA Bioenergy Gasification and EU Gasification Network.
Avalilable at: http://energytech.at/pdf/status_of_gasification_08_2004.pdf. Accessed:
05.07.2007 17:49.
Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 46