Sejarah BatubaraDalam perjalanan sejarah, batubara yang pada awalnya dinamakan blackstone, telah dimanfaatkan di Inggris sebagai bahan bakar. Sejak abad 9, di Cina telah dikenal semenjak abad 13. Pada saat itu batubara sebagai primadona sebagai bahan bakar penghangat ruangan, sebagai bahan bakar industri. Di Indonesia, batubara mulai ditambang pada abad 19, bermula di Sumatera, dilanjutkan di Kalimantan. Peranan batubara sebagai bahan bakar industri surut, sejak ditemukan minyak bumi, sebagai salah satu bahan bakar yang penggunaannya lebih praktis, kemudian pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar mulai ditinggalkan. Perang Teluk yang terjadi pada tahun 1970-an, mengakibatkan cadangan minyak untuk negara industri di Eropa dan Amerika terganggu, harga minyak melambung tinggi, mengakibatkan biaya produksi meningkat, harga barang hasil produksi melambung tinggi, sedang daya beli masyarakat tidak berubah, ekonomi dunia terpuruk. Pada saat itu, negara industri sadar, mereka berpikir, tidak dapat hanya menggantungkan bahan bakar penghasil energi pada satu jenis saja, yaitu minyak bumi, namun harus melakukan diversifikasi energi. Saat itu batubara mulai dilirik kembali, di samping bahan bakar penghasil energi lain dalam bentuk gas alam. Batubara juga dapat dibuat menjadi bensin, melalui proses Fisher-Tropsch (FT), merupakan proses sintesis tidak langsung, yang melibatkan batubara menjadi hidrokarbon cair. Diawali dengan proses gasifikasi untuk menghasilkan gas syntesis (syngas) campuran seimbang antara hidrogen dan karbon monoksida. Syngas lalu dikondensasikan menggunakan katalis FT untuk menghasilkan hidrokarbon ringan, yang selanjutnya diproses menjadi bensin dan solar. Syngas juga dapat dikonversi menjadi metanol, yang juga dapat dimanfaatkan sebagai zat tambahan bahan bakar.

Sejarah Coal Syngas

Gasifikasi

batubara

pertama

kali

diusulkanuntukdijadikancaraalternatifolehpresidenAmerikaSerikat Jimmy Carter padatahun 1970. Proyektersebuttermasukdalam program 1970 Synthetic hargaminyak Fuels yang Corporation. diimporteruslain

Usulanitumunculketikaitukarenapadatahun menerusmengalamipeningkatan.Alasan

adalahkarenagasifikasibatubaralebihramahlingkungandibandingkandenganpembakaranminya

k Namun pada tahun 1980 an proyek it mengalami kendala karena pada tahun tersebut harga minyak mengalami penurunan. Gasifikasi masih berkembang sampai saat ini, pada tahun 2009 pabrik gasifikasi batubara dibangun di the Great Plains di kota Beulah, Amerika Serikat dan berhasil memproduksi gas alam serta mengurangi emisi karbon.

Proses Gasifikasi Batu bara

Secara singkat, gasifikasi dapat diartikan sebagai pembuatan gas, sedangkan definisi gasifikasi yang sebenarnya adalah proses konversi bahan bakar yang mengandung karbon (baik padat maupun cair) menjadi gas yang memiliki nilai bakar dengan cara oksidasi parsial pada temperatur tinggi. 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. Dengan teknik gasifikasi, produk pengolahan batubara lebih bersifat fleksibel karena dapat diarahkan menjadi bahan bakar gas atau bahan baku industri kimia yang tentunya memiliki nilai jual yang lebih tinggi. 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. Perbandingan ketiga jenis gasifier tersebut ditampilkan pada Tabel 1. Tabel 1. Perbandingan jenis-jenis gasifier Parameter Ukuran umpan Fixed/Moving Bed >Toleransi kekasaran partikel Toleransi umpan jenis Batubara rendah kualitas Batubara kualitas Segala jenis Fluidized Bed Sangat baik Entrained Bed Baik

rendah dan biomassa

batubara, tetapi tidak

cocok biomassa Kebutuhan oksidan Kebutuhan kukus Temperatur reaksi Temperatur keluaran Produksi abu Efisiensi gas dingin Kapasitas penggunaan Permasalahan Produksi tar Konversi karbon Pendinginan produk Kering 80% Kecil Kering 89.2% Menengah Terak 80% Besar Rendah Tinggi 1090 C Menengah Menengah 800 - 1000 C 800 - 1000 C Tinggi Rendah > 1990 C > 1260 C

untuk

gas 450 - 600 C

gas

Pada pembahasan ini, teknik gasifikasi yang akan dibahas adalah gasifikasi unggun terfluidakan. Jika dibandingkan dengan jenis gasifikasi lainnya, gasifikasi unggun terfluidakan memiliki beberapa keunggulan, di antaranya adalah:

mampu memproses bahan baku berkualitas rendah, kontak antara padatan dan gas bagus, luas permukaan reaksi besar sehingga reaksi dapat berlangsung dengan cepat, efisiensi tinggi, dan emisi rendah.

Reaksi pada Gasifikasi Unggun Terfluidakan Gasifikasi umumnya terdiri dari empat proses, yaitu pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi. Pada gasifier jenis unggun terfluidakan, kontak yang terjadi saat pencampuran antara gas dan padatan sangat kuat sehingga perbedaan zona pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi tidak dapat dibedakan. Salah satu cara untuk mengetahui proses yang berlangsung pada gasifier jenis ini adalah dengan mengetahui rentang temperatur masing-masing proses, yaitu:

Pengeringan: T > 150 C

Pirolisis/Devolatilisasi: 150 menyerap panas (endotermik), sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik). Pada pengeringan, kandungan air pada bahan bakar padat diuapkan oleh panas yang diserap dari proses oksidasi. Pada pirolisis, pemisahan volatile matters (uap air, cairan organik, dan gas yang tidak

terkondensasi) dari arang atau padatan karbon bahan bakar juga menggunakan panas yang diserap dari proses oksidasi. Pembakaran mengoksidasi kandungan karbon dan hidrogen yang terdapat pada bahan bakar dengan reaksi eksotermik, sedangkan gasifikasi mereduksi hasil pembakaran menjadi gas bakar dengan reaksi endotermik. Penjelasan lebih lanjut mengenai proses-proses tersebut disampaikan pada uraian berikut ini. Pirolisis Pirolisis atau devolatilisasi disebut juga sebagai gasifikasi parsial. Suatu rangkaian proses fisik dan kimia terjadi selama proses pirolisis yang dimulai secara lambat pada T erlangsung. Proses pirolisis dimulai pada temperatur sekitar 230 C, ketika komponen yang tidak stabil secara termal, seperti lignin pada biomassa dan volatile matters pada batubara, pecah dan menguap bersamaan dengan komponen lainnya. Produk cair yang menguap mengandung tar dan PAH (polyaromatic hydrocarbon). Produk pirolisis umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu gas ringan (H2, CO, CO2, H2O, dan CH4), tar, dan arang. Secara umum reaksi yang terjadi pada pirolisis beserta produknya adalah:

Oksidasi(Pembakaran) Oksidasi atau pembakaran arang merupakan reaksi terpenting yang terjadi di dalam gasifier. Proses ini menyediakan seluruh energi panas yang dibutuhkan pada reaksi endotermik. Oksigen yang dipasok ke dalam gasifier bereaksi dengan substansi yang mudah terbakar. Hasil reaksi tersebut adalah CO2 dan H2O yang secara berurutan direduksi ketika kontak dengan arang yang diproduksi pada pirolisis. Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran adalah: C + O2 -> CO2 + 393.77 kJ/mol karbon

Reaksi pembakaran lain yang berlangsung adalah oksidasi hidrogen yang terkandung dalam bahan bakar membentuk kukus. Reaksi yang terjadi adalah: H2 + O2 -> H2O + 742 kJ/mol H2 Reduksi(Gasifikasi) Reduksi atau gasifikasi melibatkan suatu rangkaian reaksi endotermik yang disokong oleh panas yang diproduksi dari reaksi pembakaran. Produk yang dihasilkan pada proses ini adalah gas bakar, seperti H2, CO, dan CH4. Reaksi berikut ini merupakan empat reaksi yang umum telibat pada gasifikasi.o

Water-gas reaction Water-gas reaction merupakan reaksi oksidasi parsial karbon oleh kukus yang dapat berasal dari bahan bakar padat itu sendiri (hasil pirolisis) maupun dari sumber yang berbeda, seperti uap air yang dicampur dengan udara dan uap yang diproduksi dari penguapan air. Reaksi yang terjadi pada water-gas reaction adalah: C + H2O -> H2 + CO 131.38 kJ/kg mol karbon Pada beberapa gasifier, kukus dipasok sebagai medium penggasifikasi dengan atau tanpa udara/oksigen.

o

Boudouard reaction Boudouard reaction merupakan reaksi antara karbondioksida yang terdapat di dalam gasifier dengan arang untuk menghasilkan CO. Reaksi yang terjadi pada Boudouard reaction adalah: CO2 + C -> 2CO 172.58 kJ/mol karbon

o

Shift conversion Shift conversion merupakan reaksi reduksi karbonmonoksida oleh kukus untuk memproduksi hidrogen. Reaksi ini dikenal sebagai water-gas shift yang menghasilkan peningkatan perbandingan hidrogen terhadap karbonmonoksida pada gas produser. Reaksi ini digunakan pada pembuatan gas sintetik. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

CO + H2O -> CO2 + H2 41.98 kJ/molo

Methanation Methanation merupakan reaksi pembentukan gas metan. Reaksi yang terjadi pada methanation adalah: C + 2H2 -> CH4 + 74.90 kJ/mol karbon Pembentukan metan dipilih terutama ketika produk gasifikasi akan digunakan sebagai bahan baku indsutri kimia. Reaksi ini juga dipilih pada aplikasi IGCC (Integrated Gasification Combined-Cycle) yang mengacu pada nilai kalor metan yang tinggi.

Salah satu reaktor gasifikasi unggun terfluidakan di sebuah pembangkit listrik dari batubara.

Main Equipment

GasifierGasifier digunakan sebagai salah satu reaktor untuk proses pembakaran batu bara agar menghasilkan gas CO2 dan H2O. Gasifier saat ini terdapat 3 macam jenis yaitu : moving bed gasifier, fluidized gasifier dan entrained flow gasifier. Masing-masing kegunaaan dan fungsinya dapat dilihat pada bagian Gasifikasi Batu Bara.

CycloneCyclone adalah pada proses gasifikasi digunakan untuk memisahkan dust/ debu-debu kotoran pada hasil pembakaran batu bara sehingga gas yang dihasilkan menjadi bersih dan murni.

Gas Cooler

Gas cooler digunakan untuk mendinginkan suhu dan menurunkan tekanan gas hasil pembakaran batu bara.

Sulfur RemovalSulfur removal digunakan untuk menghilangkan kandungan sulfur yang terdapat pada gas hasil pembakaran batu bara serta kandungan zat lain yang tidak digunakan dalam prosese gasifikasi.