BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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. Dengan

fungsinya yang bisa menggantikan gas alam, maka gas hasil gasifikasi batubara

disebut juga dengan syngas (syntetic gas). Dengan proses lanjutan, syngas ini

dapat diproses menjadi cairan, salah satu contohnya adalah metanol.

Pada tahun 1923, ahli kimia Jerman, Matthias Pier, yang bekerja untuk

BASF mengembangkan cara mengubah gas sintesis (syngas / campuran dari

karbon dioksida and hidrogen) menjadi metanol. Proses ini menggunakan

katalis zinc chromate (seng kromat).

Penggunaan metanol sebagai bahan bakar mulai mendapat perhatian

ketika krisis minyak bumi terjadi di tahun 1970-an karena ia mudah tersedia

dan murah. Masalah timbul pada pengembangan awalnya untuk campuran

metanol-bensin. Untuk menghasilkan harga yang lebih murah, beberapa

produsen cenderung mencampur metanol lebih banyak. Produsen lainnya

menggunakan teknik pencampuran dan penanganan yang tidak tepat.

Akibatnya, hal ini menurunkan mutu bahan bakar yang dihasilkan. Akan

tetapi, metanol masih menarik untuk digunakan sebagai bahan bakar bersih.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang akan dibahas antara lain :

a. Apa yang dimaksud dengan gasifikasi batubara?b. Bagaimana proses gasifikasi batubara?c. Apa saja jenis reactor yang digunakan dalam proses gasifikasi batubara?d. Bagaimana proses pembuatan methanol dengan gasifikasi batubara?

1.3 Tujuan dan Manfaat

Tujuan penulisan makalah ini antara lain :

a. Menjelaskan pengertian gasifikasi batubarab. Menjelaskan proses gasifikasi batubarac. Menjelaskan jenis-jenis reactor yang digunakan dalam gasifikasi batubarad. Menjelaskan proses pembuatan methanol dengan gasifikasi batubara?

1.4 Metode Penulisan

Metode penulisan dalam pembuatan makalah pemanfaatan batubara ini

berdasarkan metode deskritif (penjelasan).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gasifikasi Batubara

Gasifikasi adalah suatu teknologi proses yang mengubah batubara dari

bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas. Berbeda dengan pembakaran

batubara, gasifikasi adalah proses pemecahan rantai karbon batubara ke bentuk

unsur atau senyawa kimia lain. Secara sederhana, batubara dimasukkan ke dalam

reaktor dan sedikit dibakar hingga menghasilkan panas. Sejumlah udara atau

oksigen dipompakan dan pembakaran dikontrol dengan uap agar sebagian besar

batubara terpanaskan hingga molekul-molekul karbon pada batubara terpecah dan

dirubah menjadi ”coal gas”. Coal Gas merupakan campuran gas-gas hidrogen,

karbon monoksida, nitrogen serta unsur gas lainnya. Gasifikasi batubara

merupakan teknologi terbaik serta paling bersih dalam mengkonversi batubara

menjadi gas-gas yang dapat dimanfaatkan sebagai energi listrik.

Ada perbedaan antara gas batubara dan campuran gas yang terjadi dari

gasifikasi batubara. Gas batubara dihasilkan dari destilasi destruktif batubara dan

hasil sampingan proses karbonisasi batubara. Perolehan gas dan komposisinya

tergantung pada peringkat batubara dan temperature karbonisasi.

Proses gasifikasi mengubah semua material organic batubara menjadi

bentuk gas, peringkat batubara dan temperature hanya mempengaruhi laju

gasifikasi dan jika diinginkan bisa diperoleh gas yang kesemuanya mengandung

CO, CO2, dan H2 disamping pengotor hydrogen sulfide. Perbedaan yang mencolok

ini disebabkan pada proses gasifikasi terjadi raihan yang jauh dan interaksi lebih

lanjut yang dapat dikendalikan antara volatile matter dan char atau kokas dengan

oksigen.

2.1.2 Tahapan Proses Gasifikasi

A. Prinsip Kerja Umum

1. Proses Fisika

Beberapa proses fisis yang terjadi pada gasifikasi adalah sebagai berikut:

a. Pemanasan, yaitu proses penambahan batu bara dengan oksigen dan uap air,

kemudian dipanaskan/dikompresi sampai suhunya tinggi.

b. Pengeringan, yaitu pelepasan uap air dari padatan batu bara.

c. Pemanasan lanjut: Batu bara dipanaskan kembali sampai suhunya sangat

tinggi.

d. Devolatilisasi, yaitu pengeluaran volatil (senyawa dengan struktur benzena)

yang terdapat pada batu bara sampai hanya tersisa arang saja.

e. Pembakaran arang agar tidak ada lagi udara yang tersisa.

2. Proses Kimia

Selama reaksi, oksigen (O2) mengoksidasi air (H2O) dari batu bara dan

menghasilkan karbon dioksida (CO2), karbon monoksida (CO), uap air (H2O), dan

gas hidrogen (H2). Reaksi tersebut dapat ditulis sebagai berikut:

3C + O2 + H2O → H2 + 3CO

B. Klasifikasi Gas Berdasarkan Nilai Kalornya yaitu:

1. Gas high Btu merupakan sinonim dari sibstitute natural gas (SNG) dan

mempunyai nilai kalor antara 970 sampai 1000 Btu per standard cubic foot

(Scf). Komposisi gas sebagian besar terdiri dari CH4 (lebih dari 90%) dan

sebagian kecil terdiri dari CO, CO2, dan N2. Gas high Btu pada umumnya

dapat dipertukarkan dengan gas alam dan dapat dibuat dari batubara pada

skala besar.

2. Gas medium Btu mempunyai nilai kalor 270 hingga 600 Btu/Scf. Pada

nilai kalor yang lebih rendah dari rentang ini, gas umumnya terdiri dari

CO dan H2 serta sejumlah kecil CO2. Pada nilai kalor yang lebih tinggi

dari rentang diatas, nilai kalor meningkat seiring dengan masuknya CH4

atau hidrokarbon yang lain. Gas medium Btu banyak digunakan dalam

industry manufaktur karena dapat terbakar dengan cepat dan menghasilkan

temperatur nyala yang sama atau lebih tinggi dari gas alam. Akan tetapi

gas medium Btu ini tidak dapat dimasukkan ke dalam jaringan distribusi

gas alam karena tidak dapat dipertukarkan dengan gas alam dan karena

kadar karbon monoksidanya. Gas medium Btu dapat digunakan sebagai

sumber hidrogen untuk liquekfaksi batubara secara langsung menjadi

bahan bakar cair atau untuk sintesa metanol dan bahan bakar cair lainnya.

3. Gas Low Btu normalnya mempunyai nilai kalor sekitar 90 sampai 150

Btu/scf. Komponen-komponen yang dapat dibakar terdiri dari CO dan H2

yang dilarutkan oleh CO2 dan N2. Gas ini mempunyai temperatur nyala

yang rendah, kecuali jika udara pembakaran dilakukaan pra-pemanasan

dengan kuat. Gas ini bisa menjadi bahan bakar turbin yang ideal yang

kemungkinannya dimanfaatkan secara besar-besaran dalam gas stream

combined power cycle untuk pembangkitan listrik dilokasi dmana gas

tersebut dihasilkan.

C. Teknologi Gasifikasi

Banyak system gasifikasi yang secara komersial diperoleh atau

mempunyai potensi untuk dikomersialkan. Ada sejumlah cara untuk

mengkarakteristikan system-sistem yang berbeda tersebut, diantaranya

dibedakan antara karakteristik bebas dan tak bebas. Karakteristik bebas yaitu

metoda pemasokan panas, media gasifikasi, dan jenis reactor. Karakteristik tak

bebas yaitu apakah residu padat berupa kerak, komposisi gas bahan baku dan

nilai kalor.

1. Metoda Pemasokan Panas

Pada kebanyakan gasifier, panas yang dibutuhkan untuk menjalankan reaksi

endotermis karbon-uap dan reaksi Boudouard dihasilkan secara langsung oleh

pembakaran batubara atau char dalam gasifier. Satu permasalahan dengan cara

pemasokan panas seperti ini adalah jika udara digunakan maka gas-gas produk akan

terlarut dengan nitrogen dan nilai kalor yang rendah. Jika digunakan gas medium-

Btu, metoda pemasokan panas secara langsung dilakukan untuk menghilangkan

nitrogen sebelum proses. Juga bias dilakukan dengan menggunakan oksigen murni.

2. Jenis Reaktor ( Gasifier )

Di bidang teknik kimia, gasifikasi digunakan sebagai teknik untuk

mengkonversi bahan bakar padat menjadi gas. Gas yang dihasilkan pada gasifikasi

disebut gas produser yang kandungannya didominasi oleh gas CO, H2, dan CH4.

Bahan bakar yang umum digunakan pada gasifikasi adalah bahan bakar padat,

salah satunya adalah batubara. Jika ditinjau dari produk yang dihasilkan,

pengolahan batubara dengan gasifikasi lebih menguntungkan dibandingkan

pengolahan dengan pembakaran langsung.

Untuk melangsungkan gasifikasi diperlukan suatu suatu reaktor. Reaktor

tersebut dikenal dengan nama gasifier. Ketika gasifikasi dilangsungkan, terjadi

kontak antara bahan bakar dengan medium penggasifikasi di dalam gasifier.

Kontak antara bahan bakar dengan medium tersebut menentukan jenis gasifier

yang digunakan. Secara umum pengontakan bahan bakar dengan medium

penggasifikasinya pada gasifier dibagi menjadi tiga jenis, yaitu entrained bed,

fluidized bed, dan fixed/moving bed. Jenis reactor yang keempat yaitu reactor

molten media dapat dikelompokkan bersama dengan reactor entrained bed, tetapi

operasinya dibedakan tersendiri. Jenis reactor sangat mempengaruhi distribusi

temperature, produk gas dan residu. Temperatur reaksi bervariasi mulai dari 815

0C sampai 1025 0C, masing-masing jenis reactor memiliki rentang temperature

yang spesifik. Pengecualian untuk ini adalah molten media gasifier, dimana

karakteristik temperature operasi dan lainnya ditentukan oleh lelehan yang

dipakai. Perbandingan ketiga jenis gasifier tersebut ditampilkan pada Tabel 1.

a. Fixed bed gasifier

Operasi fixed-bed gasifier berlangsung dengan aliran bolak-balik

(countercurrent) dan menggunakan uap dan oksigen atau uap dan udara. Residu

berupa terak atau abu kering ditambah karbon yang tidak terkonversi. Bahan bakar

masuk dari atas dan bergerak kebawah menggantikan bahan bakar yang

terkonsumsi oleh gasifikasi. Aliran bahan bakar dari atas kebawah dan pertukaran

panas dengan produk gasifikasi ke atas melalui empat zona yang terpisah. Pada

gasifikasi dengan menggunakan proses Fixed Bed terdapat empat zona reaksi,

yaitu: (Naskahta, 2005)

1. Zona DevolatisasiPada zona ini terjadi penguapan air dan zat-zat volatil yang terkandung

dalam batubara

2. Zona GasifikasiPada zona ini steam yang dialirkan dan CO2 yang terbentuk dari

pembakaran sempurna, bereaksi dengan batubara pada suhu tinggi dan

membentuk gas sintesis yang terdiri dari CO2, H2, dan N2.

3. Zona PembakaranPada zona ini O2 yang masuk bereaksi dengan sebagian batubara

membentuk CO2 dan H2O yang diperlukan dalam reaksi gasifikasi.

4. Zona AbuZona ini adalah tempat penampungan abu yang dihasilkan, baik

hasil reaksi pembakaran maupun hasil gasifikasi.

Keuntungan fixad bed gasifier adalah efisiensi konversi yang tinggi dengan

kehilanagn panas minimum. Keterbatasan fixed bed gasifier adalah tidak

mudahmenggunakan batubara caking dan swelling tanpa dilakukan pre-treatment

terlebih dulu agar menjadi batubara non-agglomerating atau tanpa perubahan

design mekanis. Fraksi batubara harus diperhatikan terlebih pada sistim

penambangan dengan menggunakan mesin skala besar yang banyak menghasilkan

batubara yang halus.

b. Fluidized-bed Gasifier

Fluidized bed gasifier diumpankan dengan batubara pulverized dan dalam

gasifier, batubara tersebut diangkat oleh umpan dan gas-gas produk. Pada gasifier

satu tahap yang dipanaskan secara langsung, uap/ oksigen atau campuran

uap/udara di injeksikan didekat dasar reactor, baik secara concurrent maupun

countercurrent terhadap aliran fluida. Gas-gas yang naik bereaksi dengan batubara

dan pada saat yang sama menjaganya dalam keadaan terfluidakan. Selama

batubara tergasifikasi partikel-partikel batubara yang berukuranlebih besar turun

kebawah melewati lapisan terfluidakan bersama-sam dengan partikel-partikel char

yang lebih besar. Keuntungan Fluidized-bed Gasifier antara lain terjadinya

pencampuran padatan yang baik, temperatur relatif seragam, terjadi kesetimbangan

temperatur yang cepat antara padatan dan gas. Fluidized-bed Gasifier mempunyai

keuntungan yang lain yaitu efisiensi perpindahan panas dari daerah eksotermis ke

endotermis dan oleh karenanya reaksi-reaksi gasifikasi mencapai kesetimbangan

dengan cepat sehingga masukan cukup tinggi.

Kerugian Fluidized-bed Gasifier adalah bahwa tanpa pre-treatment

okdisatif pada batubara atau konfigurasi desain yang khusus, gasifier mengalami

kesulitan dalam penanganan batubara caking dan swelling, yang beragglomerasi

dan membentuk partikel-partikel yang lebih besar keterbatasan yang lain adalah

terbawanya padatan pada gas produk sehingg doperlukan peralatan khusus

pembersihan padatan dalam gas produk.

c. Entrained-Bed Gasifier

Selama Entrained-Bed Gasifier menggunakan batubara pluverized dengan

ukuran sekitar 75 µm. Oksigen atau udara, bersama-sama dengan uap, biasanya

digunakan untuk memasuki batubara, yang diinjeksikan melalui nozzle kedalam

blumer dari gasifier. Gas produk panas, atau hidrogen panas pada kasus

hidrogenasi, dapat juga dugunakan untuk memasuki batubara dan pada saat yang

sama menggasifikasi batubara tersebut.

Gasifier ini beroperasi pada suhu yang sangat tinggi. Karena suhu yang

tinggi ini, semua volattile matter dalam batubara teroksidasi sehingga konsumsi

oksigen relatif tinggi. Gas-gas produk umumnya mengandung sedikit atau tidak

mengandung tar, minyak, atau metan. Volatile matter cepat sekali tergasifikasi

begitu bahan bakar memasuki zona reaksi temperatur tinggi.pembentukan metan

rendah membuat Entrained-Bed Gasifier cocok untuk memproduksi hidrogen.

Kerugian utama Entrained-Bed Gasifier berasal dari rendahnya konsentrasi

bahan bakar dalam media gasifikasi dan aliran concurrent dari reaktan, hal ini

mengemliminasi kemungkinan pertukaran panas internal antara gas produk dan

bahan bakar yang baru masuk, menghasilkan tingginya temperatur gas keluaran

dibanding dengan proses fluidized bed gasifier dan proses fixed bed.

d. Molten Bath GasifierKebanyakan proses Molten Bath Gasifier meliputi gasifikasi batubara

yang berlangsung dengan adanya kontak langsung batubara dengan uap dan udara

atau oksigen dalam suatu wadah leburan terak, logam, dan garam. Temperatur

yang tinggi dibutuhkan untuk menjaga leburan dalam bak sehingga memberikan

laju reaksi yang tinggi dan oleh karenanya jumlah masukan yang tinggi.

Gasifikasi juga didorong oleh sifat-sifat katalitik dari logam. Kapasitas termal

yang tinggi dari leburan menyebabkan pemanasan yang dimasukkan ke gasifier

sehingga tidak sempat terbentuk tar dan minyak.

Kerugian utama pada proses molten bath yaitu kehilangan panas yang

relatif tinggi dan permasalahan menyangkut tertahannya leburan dan

pembersihan terak dan abu. Masalah serangan korosi juga terjadi akibat garam

lebur temperatur tinggi juga oleh logam-logam lebur.

Tabel 1. Perbandingan jenis-jenis gasifier

Parameter Fixed/Moving Bed Fluidized Bed Entrained Bed

Ukuran umpan < 51 mm < 6 mm < 0.15 mm

Toleransi kehalusan partikel

Terbatas Baik Sangat baik

Toleransi kekasaran partikel

Sangat baik Baik Buruk

Toleransi jenis umpan

Batubara kualitas rendah

Batubara kualitas rendah dan biomassa

Segala jenis batubara, tetapi tidak cocok untuk biomassa

Kebutuhan oksidan Rendah Menengah Tinggi

Kebutuhan kukus Tinggi Menengah Rendah

Temperatur reaksi 1090 °C 800 – 1000 °C > 1990 °C

Temperatur gas keluaran

450 – 600 °C 800 – 1000 °C > 1260 °C

Produksi abu Kering Kering Terak

Efisiensi gas dingin 80% 89.2% 80%

Kapasitas penggunaan

Kecil Menengah Besar

Permasalahan Produksi tar Konversi karbon Pendinginan gas produk

2.2 Sejarah Metanol

Senyawa alkohol yang paling sederhana dan umum digunakan adalah

metanol. Metanol yang juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau

spiritus, adalah senyawa kimia yang dapat disusun dari tiga unsur kimia

yaitu unsur oksigen, karbon, dan hidrogen dengan rumus kimia CH3OH. Metanol

diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses

tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa

hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar

matahari menjadi karbon dioksida dan air. Reaksi kimia metanol yang terbakar di

udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut:

2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Pada keadaan atmosfer ia berbentuk cairan yang ringan, mudah

menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas

(berbau lebih ringan daripada etanol). Ia digunakan sebagai bahan pendingin anti

beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri.

Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, kita harus

berhati-hati bila berada dekat metanol yang terbakar untuk mencegah

cedera akibat api yang tak terlihat. Karena sifatnya yang beracun, metanol sering

digunakan sebagai bahan additif bagi pembuatan alkohol untuk penggunaan

industri; Penambahan "racun" ini akan menghindarkan industri dari pajak yang

dapat dikenakan karena etanol merupakan bahan utama untuk minuman

keras (minuman beralkohol).

Metanol kadang juga disebut sebagai wood alcohol karena ia dahulu

merupakan produk samping dari distilasi kayu. Saat ini metanol dihasilkan

melului proses multi tahap. Secara singkat, gas alam dan uap air dibakar dalam

tungku untuk membentuk gas hidrogen dan karbon monoksida. Kemudian, gas

hidrogen dan katalis untuk menghasilkan metanol. Tahap pembentukannya

adalah endotermik dan tahap sintesisnya adalah eksotermik.

Saat ini, gas sintesis umumnya dihasilkan dari metana yang merupakan

komponen dari gas alam. Terdapat tiga proses yang dipraktekkan

secara komersial, yaitu: (Sheldiez, 2007)

1. Pada tekanan sedang 1 hingga 2 MPa (10-20 atm) dan temperatur

tinggi (sekitar 850 °C), metana bereaksi dengan uap air (steam) dengan

katalis nikel untuk menghasilkan gas sintesis menurut reaksi kimia

berikut:

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Reaksi ini, umumnya dinamakan steam-methane reforming atau SMR,

merupakan reaksi endotermik dan limitasi perpindahan panasnya menjadi

batasan dari ukuran reaktor katalitik yang digunakan.

2. Metana juga dapat mengalami oksidasi parsial dengan molekul

oksigen untuk menghasilkan gas sintesis melalui reaksi kimia berikut:

2 CH4 + O4 → 2 CO2 + 4 H2

reaksi ini adalah eksotermik dan panas yang dihasilkan dapat digunakan

secara in-situ untuk menggerakkan reaksi steam-methane reforming.

3. Ketika dua proses tersebut dikombinasikan, proses ini disebut

sebagai autothermal reforming. Rasio CO and H2 dapat diatur dengan

menggunakan reaksi perpindahan air-gas (the water-gas shift reaction):

CO + H2O → CO2 + H2,

untuk menghasilkan stoikiometri yang sesuai dalam sintesis metanol.

Karbon monoksida dan hidrogen kemudian bereaksi dengan katalis kedua

untuk menghasilkan metanol. Saat ini, katalis yang umum digunakan

adalah campuran tembaga, seng oksida, dan alumina, yang pertama kali

digunakan oleh ICI di tahun 1966. Pada 5-10 MPa (50-100 atm)

dan temperatur 250 °C, ia dapat mengkatalisis produksi metanol dari

karbon monoksida dan hidrogen dengan selektifitas yang tinggi:

CO + 2 H2 → CH3OH

Sangat perlu diperhatikan bahwa setiap produksi gas sintesis dari metana

menghasilkan 3 mol hidrogen untuk setiap mol karbon monoksida, sedangkan

sintesis metanol hanya memerlukan 2 mol hidrogen untuk setiap mol

karbon monoksida. Salah satu cara mengatasi kelebihan hidrogen ini adalah

dengan menginjeksikan karbon dioksida ke dalam reaktor sintesis metanol,

dimana ia akan bereaksi membentuk metanol sesuai dengan reaksi kimia berikut:

CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O

Walaupun gas alam merupakan bahan yang paling ekonomis dan umum

digunakan untuk menghasilkan metanol, bahan baku lain juga dapat digunakan.

Ketika tidak terdapat gas alam, produk petroleum ringan juga dapat digunakan.

Di Afrika Selatan, sebuah perusahaan (Sasol) menghasilkan metanol dengan

menggunakan gas sintesis dari batu bara.

2.3 Gasifikasi Batu Bara

Gasifikasi adalah proses yang dilakukan pada suhu dan tekanan

yang tinggi untuk menghasilkan campuran gas (gas sintetis) dengan mereaksikan

steam, oksigen, dan material yang mengandung karbon. Produk terdiri dari

karbon monoksida, karbon dioksida, hidrogen, metana, dan gas-gas lain, dalam

perbandingan yang tergantung pada reaktan tertentu dan kondisi operasi

(temperatur dan tekanan) yang dilakukan dalam reaktor, dan tahap perlakuan

yang dilalui gas-gas tersebut untuk selanjutnya meninggalkan gasifier.

Bahan-bahan kimia yang sama dapat juga digunakan dalam gasifikasi kokas

(batu bara) yang diturunkan dari petroleum dan sumber yang lain. Reaksi batu

bara dan arang batu bara dengan udara atau oksigen untuk menghasilkan panas

dan karbon dioksida dapat disebut sebagai gasifikasi, tapi lebih cocok dikatakan

sebagai proses pembakaran. Tujuan dasar dari beberapa konversi adalah produksi

gas alam sintesis sebagai bagian bahan bakar gas dan gas-gas sintesis untuk

produksi bahan-bahan kimia dan plastik.

Hampir dalam semua proses, flow diagram proses secara umum adalah

sama. Batu bara disiapkan melalui penghancuran dan pengeringan, pra perlakuan

jika diperlukan untuk mencegah pembentukan caking, dan kemudian digasifikasi

dengan uap air dari udara atau oksigen dan steam. Gas yang dihasilkan

didinginkan dan dibersihkan dari debu-debu arang, hidrogen sulfida, dan CO2

sebelum memasuki tahapan proses yang dikehendaki untuk mencocokkan

komposisinya untuk penggunaan akhir yang dikehendaki.

Dasar reaksi kimia secara umum untuk seluruh gasifikasi batu bara

adalah batu bara dan arang batu bara (1-3) dan reaksi gas (4-5):

Batu bara gas (CO, CO2, H2, CH4) + char ..... (1)

Panas

C (arang) + H2O CO + H2 (endotermis) .....(2)

2C (arang) + 3/2 O2 CO2 + CO (eksotermis) .....

(3) CO + H2O H2 + CO2 (sedikit eksotermis)

..... (4) CO + 3H2 CH4 + H2O (eksotermis)

…..(5)

Gasifikasi batubara pada dasarnya merupakan suatu proses perubahan

menjadi gas yang lebih mudah terbakar dengan klasifikasi berdasarkan nilai

panas (heating value) yaitu low-btu (180-350 Btu/scf), medium-btu (250-500

Btu/scf), high-btu (950-1000 Btu/scf). Perubahan batubara menjadi gas yang

mudah terbakar terjadi melalui beberapa proses kimia dalam reaktor

gasifikasi. Tahap awal setelah batubara mendapat perlakuan awal (ukuran butir

diperkecil hingga ukuran butir tertentu), sebagai feed stock, mengalami

pemanasan sampai temperatur reaksi dan mengalami pirolisa atau pembaraan.

Pembakaran yang terjadi disini adalah pembakaran tidak sempurna

(partial combustion) dengan rasio batubara lebih besar dari stoikiometri

reaksi atau oksigen dibuat tidak mampu mengkonversi seluruh karbon menjadi

karbondioksida. Dalam reaktor gasifikasi, produk gasifikasi yaitu CO dan H2,

bercampur dengan produk pirolisa. Distribusi berat dan komposisi berat gas yang

terjadi dipengaruhi oleh beberapa kondisi antara lain temperatur, kecepatan

pemanasan, tekanan, residence time, dan jenis umpan batubara.

Panas gasifikasi cenderung diklasifikasikan berdasarkan nilai panas,

tetapi dapat pula digolongkan berdasarkan atas transportasi dan kondisi sistem

reaksi dalam reaktor yaitu, fixed bed, fluidized bed dan entrained bed.

a. Fixed Bed

Pada proses gasifikasi cara ini, gravitasi menguasai sistem partikel-

partikelnya tidak dapat bergerak dan membentuk suatu tumpukan atau solid bed.

Penghembusan gas pereaksi uap dan O2 dari bawah berlawanan dengan

arah suplai partikel batubara ukuran 3-30 mm dengan residence time 1-5 jam. Gas

yang dihasilkan dari proses ini dialirkan dari atas sementara abu yang dihasilkan

di keluarkan dari bagian bawah.

Pada gasifikasi dengan menggunakan proses Fixed Bed terdapat

empat zona reaksi, yaitu: (Naskahta, 2005)

1. Zona Devolatisasi

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

dalam batubara

2. Zona Gasifikasi

Pada zona ini steam yang dialirkan dan CO2 yang terbentuk dari

pembakaran sempurna, bereaksi dengan batubara pada suhu tinggi dan

membentuk gas sintesis yang terdiri dari CO2, H2, dan N2.

3. Zona Pembakaran

Pada zona ini O2 yang masuk bereaksi dengan sebagian batubara

membentuk CO2 dan H2O yang diperlukan dalam reaksi gasifikasi.

4. Zona Abu

Zona ini adalah tempat penampungan abu yang dihasilkan, baik

hasil reaksi pembakaran maupun hasil gasifikasi.

b. Fluidized Bed

Pada proses gasifikasi ini, kehilangan tekanan (pressure loss) sedemikian

besar sehingga daya dorong di bagian bawah bed membuat kesetimbangan

dengan

gaya gravitasi sehingga batubara yang diinjeksikan dari atas dalam bentuk serbuk

berukuran antara 0,1-5 mm berada dalam keadaan melayang dan juga berakibat

permukaan reaksi menjadi lebih luas sehingga reaksi lebih cepat dengan

residence time 15-50 detik. Pada reaktor fluidized bed O2 dan steam alirkan

melalui bagian bawah, sedangkan gas yang dihasilkan di alirkan ke bagian bawah

reaktor dan abu dialirkan ke samping bagian bawah reaktor.

c. Entrainned Bed

Pada proses ini, steam dan O2 bercampur dengan kecepatan sedemikian

tinggi sehingga membuat partikel-partikel solid batubara terbawa oleh gas

(transport pneumatic) yang masuk dari bagian atas. Dalam hal ini diperkenalkan

istilah partikel cloud (bukan dinamakan bed lagi). Untuk partikel batubara

disebut dengan powder coal dengan ukuran partikel lebih kecil dari 0,5 mm

dengan residence time antara 1-5 detik. Pada reaktor ini, gas yang dihasilkan

dialirkan ke samping bagian bawah reaktor sedangkan abu dikeluarkan dari

bagian dasar reaktor.

Tabel 1 Perbandingan jenis-jenis gasifier (A.G.A.Z, Habib, 2008)

Parameter Fixed/Moving Bed Fluidized Bed Entrained Bed

Ukuran umpan

Toleransi kehalusan partikel

Toleransi kekasaran partikel

Toleransi jenis umpan

Kebutuhan oksidan

Kebutuhan kukus

Temperatur reaksi

Temperatur gaskeluaran

Produksi abu

Efisiensi gas dingin

Kapasitaspenggunaan

Permasalahan

< 51 mm

Terbatas

Sangat baik

Batubara kualitas rendah

Rendah

Tinggi

1090 °C

450 - 600 °C

Kering

80%

Kecil

Produksi tar

< 6 mm

Baik

Baik

Batubara kualitas rendah dan biomassa

Menengah

Menengah

800 - 1000 °C

800 - 1000 °C

Kering

89.2%

Menengah

Konversi karbon

< 0.15 mm

Sangat baik

Buruk

Segala jenis batubara, tetapi tidak cocok untuk biomassa

Tinggi

Rendah

> 1990 °C

> 1260 °C

Terak

80%

Besar

Pendinginan gas produk

2.4 Batubara

Batubara merupakan nama umum yang digunakan untuk

mengekspresikan mineral hitam yang terbentuk dari tumbuh-tumbuhan pada

masa lampau, bersifat padat, berwarna gelap dan dapat dibakar. Batubara

sebagian besar mengandung karbon dan sejumlah kecil hidrogen, nitrogen,

oksigen, dan sulfur. (Brady, George S.,dkk, ).

Pembentukan batubara dimulai sejak Carboniferous Period (Periode

Pembentukan Karbon atau Batu Bara) yang dikenal sebagai zaman batubara

pertama. Zaman batubara pertama ini berlangsung antara 360 juta sampai 290

juta tahun yang lalu. Mutu dari setiap endapan batubara ditentukan oleh suhu

dan tekanan serta lama waktu pembentukan, yang disebut sebagai ‘maturitas

organik’. (http : // ww w . w o r ld c oal . o r g ) . Sifat umum batubara adalah mudah

terbakar, apabila batubara tersebut mudah terbakar dan menghasilkan kalori

tinggi, disebut batubara, tetapi apabila batubara tersebut tidak mudah terbakar

dan mengasilkan kalori rendah disebut sebagai batubara muda.

Batubara merupakan salah satu jenis bahan bakar pembangkit energi.

Batubara dapat pula dipergunakan tidak sebagai bahan bakar, tetapi

dipergunakan sebagai reduktor pada proses peleburan timah, industri ferro-

nikel, industri besi dan baja, sebagai bahan pemurnian pada industri kimia

(dalam bentuk karbon aktif), sebagai bahan pembuatan kalsium karbida (dalam

bentuk kokas atau semi kokas). Pemanfaatan batubara dalam industri semen,

batubara yang dibakar akan menyisakan abu. Abu batubara tersebut akan

bercampur dengan klinker dan akan berpengaruh pada kualitas semen. Pada

proses pembakaran bata, kandungan abu batubara yang terlalu banyak akan

menyumbat celah-celah susunan antar bata, berakibat akan menggangu

penyebaran panas sebagai hasil pembakaran.

Proses pembentukan batubara terdiri dari dua tahap yaitu tahap biokimia

(penggambutan) dan tahap geokimia (pembatubaraan). Tahap penggambutan

(peatification) adalah tahap dimana sisa-sisa tumbuhan yang terakumulasi

tersimpan dalam kondisi reduksi di daerah rawa dengan sistem pengeringan yang

buruk dan selalu tergenang air pada kedalaman 0,5 – 10 meter. Material

tumbuhan yang busuk ini melepaskan H, N, O, dan C dalam bentuk senyawa

CO2, H2O, dan

NH3 untuk menjadi humus. Selanjutnya oleh bakteri anaerobik dan fungi

diubah menjadi gambut.

Tahap pembatubaraan (coalification) merupakan gabungan proses biologi,

kimia, dan fisika yang terjadi karena pengaruh pembebanan dari sedimen yang

menutupinya, temperatur, tekanan, dan waktu terhadap komponen organik dari

gambut. Pada tahap ini persentase karbon akan meningkat, sedangkan persentase

hidrogen dan oksigen akan berkurang. Proses ini akan menghasilkan batubara

dalam berbagai tingkat kematangan material organiknya mulai dari lignit, sub

bituminus, bituminus, semi antrasit, antrasit, hingga meta antrasit.

Berikut adalah beberapa penggolongan batubara secara umum dan

berdasarkan nilai kalor batubara.

1. Klasifikasi secara Umum

Secara umum batubara digolongkan menjadi 3 tingkatan yaitu, anthracite,

bituminous coal dan sub bituminous coal, lignite dan peat (gambut).

a. Anthracite

Warna hitam, sangat mengkilat, kompak, kandungan karbon sangat

tinggi, kandungan sulfur sangat sedikit. Kandungan air sangat sedikit dan

kandungan abu sangat sedikit.

b. Bituminous/sub bituminous coal

Warna hitam mengkilat, kurang kompak, kandungan karbon relatif tinggi,

nilai kalor tinggi, kandungan air sedikit, kandungan abu sedikit

dan kandungan sulfur sedikit.

c. Lignite/peat (brown coal)

Warna hitam, sangat rapuh, kandungan karbon sedikit, nilai kalor rendah,

kandungan air tinggi, kandungan abu banyak dan kandungan sulfur banyak.

2. Klasifikasi berdasarkan atas nilai kalor

a. Batubara tingkat tinggi (high rank) meliputi meta anthracite, anthracite,

dan semi anthracite.

b. Batubara tingkat menengah (moderate rank) meliputi low volatile

bituminous coal, high volatile coal.

c. Batubara tingkat rendah (low rank) meliputi sub bituminous coal dan lignit.

2.6 Deskripsi Proses

Proses produksi metanol adalah salah satu proses petrokimia yang paling

sederhana dengan fasilitas produksi yang aman dan terpercaya dalam

pengoperasiannya. Secara umum, pembuatan metanol untuk tujuan komersial

meliputi 3 tahapan utama, yaitu persiapan gas umpan dengan proses

gasifikasi batu bara, sintesis metanol (proses utama) dan penanganan

produk akhir (Schmidt, 2005);

1. Persiapan gas umpan dengan proses gasifikasi batu bara.

Tahap ini meliputi produksi gas hidrogen melalui proses gasifikasi batu

bara dengan steam dan oksigen dari unit pemisah udara (air separation unit),

berupa membran yang menggunakan solid electrodialisis sebagai media difusi

oksigen, dengan kemurnian yang sangat tinggi mencapai 95 %.

Pada proses gasifikasi besarnya perbandingan O2 terhadap batubara

(kg/kg) adalah sebesar 0,23 dan batubara terhadap steam (kg/kg) sebesar 1,175.

Reaktor yang digunakan adalah jenis fixed bed dengan proses lurgi untuk

menghasilkan H2 dalam jumlah yang paling besar. Ukuran partikel batubara

adalah 3- 30 mm dengan subbituminous coal sebagai bahan baku pada temperatur

gasifikasi 8000C dan tekanan 13 atm (Swargina, 2006). Besarnya waktu tinggal

dalam reaktor gasifikasi adalah 1 jam (Sukandarrumidi, 2006).

Tahapan selanjutnya adalah pemisahan zat-zat pengotor dan racun katalis

dari aliran gas hidrogen. Zat racun katalis berupa karbon monoksida,

karbon dioksida, dan hidrogen sulfida (H2S). Tahapan purifikasi zat racun katalis

tersebut diawali dengan konversi metana oleh steam menjadi karbon monoksida

dan hidrogen yang berlangsung dalam steam methane reformer (SMR). Karbon

monoksida hasil gasifikasi dan konversi metana dalam aliran gas kemudian

diubah menjadi hidrogen dan karbon dioksida dengan menggunakan yang

melibatkan steam dan katalis Cu-Zn. Karbon dioksida dan H2S dalam aliran gas

kemudian diumpankan dalam absorber dengan monoetanolamine 20% sebagai

absorben, dimana seluruh hidrogen sulfida (H2S) dalam aliran gas terserap.

2. Proses utama

Gas sintesis yang di hasilkan dari gasifier memiliki kondisi yaitu tekanan

13 atm dan temperatur 8000C (1073 K). Reaksi berlangsung cepat dengan waktu

tinggal 10 detik dan konversi 99% (Indala,2001). Jenis reaktor yang digunakan

adalah jenis fixed bed dengan katalis multikomponen. (Walas, 1988).

3. Penanganan Produk akhir

Gas metanol bersama dengan hidrogen dan nitrogen yang tidak

terkonversi dan gas inert didinginkan sehingga terjadi kondensasi gas metanol

menjadi cairan metanol sementara gas yang tidak terkonversi dan inert masih

berada dalam fase gas. Proses ini berlangsung pada temperatur 250C.

Metanol cair yang dihasilkan disimpan dalam tangki penyimpanan

sebelum didistibusikan atau digunakan untuk proses selanjutnya. Gas sisa dari

reaksi yang sebagian besar merupakan hidrogen dan nitrogen disimpan

dalam tangki penyimpanan dan bisa digunakan sebagai bahan bakar (Walas,

1988).

Metanol cair yang dihasilkan disimpan dalam tangki

penyimpanan sebelum didistibusikan atau digunakan untuk proses selanjutnya.

Gas sisa dari reaksi yang sebagian besar merupakan hidrogen dan nitrogen

dialirkan ke IGCC digunakan sebagai turbin gas (Gary, 2006).

4. Unit Pengolahan Limbah

Limbah dari suatu pabrik harus diolah sebelum dibuang ke

lingkungan atau atmosfer, karena limbah tersebut mengandung bermacam-

macam zat yang dapat membahayakan alam sekitar maupun manusia itu sendiri.

Demi kelestarian lingkungan hidup, maka setiap pabrik harus mempunyai unit

pengolahan limbah.

Dalam pra rancangan pabrik pembuatan metanol dari batu bara dengan

proses gasifikasi ini tidak menghasilkan limbah cair melainkan limbah

padat. Adapun sumber limbah padat pabrik pembuatan metanol ini meliputi fly

ash.

Fly ash yang dihasilkan dari pembuatan metanol ini apabila dibuang

langsung ke lingkungan lambat laun akan membentuk gas metana yang

dapat menyebabkan ledakan, oleh karena itu diperlukan penanganan terhadap

limbah Fly ash. Fly ash dapat dimanfaatkan menjadi campuran beton,

campuran aspal, dan batako (www . m e n l h . g o . i d . , 2006).

Dalam pra rancangan pabrik pembuatan metanol dari batu bara dengan

proses gasifikasi ini, limbah padat yang dihasilkan direncanakan akan dijual ke

perusahaan lain agar dapat diolah dan dimanfaatkan lebih lanjut.