COAL GASIFICATION

COAL GASIFICATIONA. PengertianGasifikasi adalah proses teknologi untuk mengkonversi bahan baku berbasis karbon menjadi gas sintesis (syngas). Syngas terutama terdiri dari karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2). Gasifikasi adalah proses oksidasi parsial, dimana oksigen yang digunakan dalam gasifikasi lebih sedikit dari yang diperlukan untuk pembakaran (pembakaran atau oksidasi sempurna) dengan jumlah bahan bakar yang sama.

B. Reaksi-reaksi Kimia Pada Gasifikasi Batu BaraReaksi kimia gasifikasi ini sangat kompleks dan dicapai melalui serangkaian transformasi fisik dan reaksi kimia dalam gasifier. Dalam gasifier, bahan baku mengalami beberapa proses dan / atau reaksi yang berbeda: Dehidrasi - Setiap kadar air bebas dari bahan baku menguap, meninggalkan bahan kering dan berkembang uap air yang mungkin masuk ke dalam reaksi kimia nanti. Pirolisis - Hal ini terjadi ketika bahan baku dikenai suhu tinggi dalam gasifier. Devolatization dan pemecahan ikatan kimia lemah terjadi, melepaskan gas yang mudah menguap seperti uap tar, metana, dan hidrogen, bersama dengan produksi char dengan berat molekul tinggi yang akan mengalami reaksi gasifikasi. Pembakaran - volatile product dan char bereaksi dengan oksigen yang terbatas untuk membentuk karbon dioksida (CO2), karbon monoksida (CO), dan dengan demikian, memberikan panas yang dibutuhkan untuk reaksi gasifikasi berikutnya. Gasifikasi - Sisa Char bereaksi dengan CO2 dan uap untuk menghasilkan CO dan hidrogen (H2). Water-gas-shift dan Methanation - Ini adalah reaksi fase gas reversibel terpisah yang terjadi secara bersamaan berdasarkan kondisi gasifier. Ini adalah reaksi minor yang memainkan peran kecil dalam dalam gasifier. Bergantung pada produk yang diinginkan, syngas dapat mengalami reaksi water gas shift lebih lanjut dan methanation processing downstream dari gasifier.

C. Metode Gasifikasi Batu Bara1. Underground Coal GasificationDi daerah di mana batubara tidak mudah ditambang, solusi yang menguntungkan secara ekonomi adalah dengan mereaksikan batubara di bawah tanah untuk menghasilkan gas yang kemudian diakumulasikan dan dibawa ke permukaan. Transformasi yang terlibat dalam gasifikasi batubara bawah tanah mirip dengan gasifikasi permukaan, kecuali bahwa lapisan batubara itu sendiri menjadi reaktor, dengan gasifikasi berlangsung di bawah tanah bukan di dalam tangki. Underground Coal Gasification (UCG) mengalami reaksi kimia yang sama untuk menghasilkan syngas seperti yang terjadi pada reaktor gasifier konvensional. Perbedaan utamanya adalah bahwa di UCG lapisan batubara dibawah tanah itu sendiri menjadi reaktor, sehingga gasifikasi batubara berlangsung di bawah tanah bukan di reaktor gasifikasi diproduksi di atas permukaan tanah. Yang jelas, UCG dapat menghemat biaya dan tidak membutuhkan penambangan batubara untuk melakukan proses gasifikasi.Dalam proses UCG, sumur dibor ke dalam lapisan batubara yang akan digasifikasi, dan oksigen diinjeksikan ke lapisan tersebut bersama dengan steam. Permukaan batubara dibakar, dan suhu tinggi (sekitar 1.200 C) dari pembakaran dan oksigen yang terbatas menyebabkan batubara teroksidasi sebagian menjadi hidrogen, karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), dan sedikit metana (CH4 ) serta hidrogen sulfida (H2S). Produk ini mengalir ke permukaan melalui satu atau lebih sumur produksi yang terletak di depan zona pembakaran. Seiring berjalannya waktu, permukaan batubara dibakar dan akan habis, sehingga operasi tersebut akan dipindahkan untuk mengikuti jalur lapisan.UCG menghilangkan kebutuhan untuk pertambangan, dan bahaya bagi para penambang dan degradasi lingkungan yang terkait dengan itu. Hal ini juga dapat membuat lapisan batubara yang sulit untuk diakses menjadi aset energi yang dapat digunakan.UCG telah digunakan pada hampir semua jenis batubara, meskipun batubara dengan kadar abu yang lebih rendah yang lebih baik. Dibandingkan dengan gasifikasi permukaan, UCG membutuhkan peralatan pembersihan gas yang sedikit, karena abu pada syngas UCG jauh lebih rendah dari yang diperoleh dari gasifier permukaan. Karena pengolahan batubara berada di bawah tanah, emisi sulfur dan merkuri secara dramatis berkurang.Tantangan dengan gasifikasi batubara bawah tanah berasal dari potensi pencemaran zat yang tidak diinginkan ke dalam air tanah. Salah satu pendekatan yang ditunjukkan di Australia melibatkan pengoptimalan kondisi operasi sehingga tekanan dalam gasifier lebih rendah dari tekanan dalam lapisan batubara dan di strata sekitarnya. Akibatnya, tidak ada dorongan untuk aliran air tanah dari ruang gasifier atau kebocoran produk atau kontaminan ke lingkungan.

2. Biological Coal GasificationGasifikasi batubara oleh proses biologis dalam kondisi anaerob akan diharapkan untuk menghasilkan biogas yang kaya metana, yang memiliki kegunaan langsung sebagai bahan bakar bersih atau bahan bakar / chemical feedstock. Biogas yang dihasilkan dari proses ini sebagian besar terdiri dari metana (60-80%) dan sisanya karbondioksida (CO2) (20-40%), dan beberapa pengotor termasuk hidrogen sulfida (H2S)Arctech telah menemukan dan mematenkan proses multi-langkah untuk biokonversi batubara (lignites, sub-bituminous, dan batubara bituminous) dengan menggunakan mikroorganisme alami. Proses ini terjadi dalam tiga langkah:1) Mikroba digunakan untuk mengkonversi slurry batubara menjadi cairan organik volatil (alkohol, asam organik, dll) melalui hidrolisis dan fermentasi dalam bioreaktor. Mikroba yang digunakan adalah mikroba yang secara alami dapat mengkonversi bahan kimia mengandung karbon menjadi senyawa sederhana.2) Cairan / gas dari langkah pertama yang dimasukkan kedalam bioreaktor kedua yang mengandung mikroba penghasil metana yang dapat mengkonversi asetat dan karbon dioksida menjadi metana.3) Sisa residu batubara mengalami konversi biokimia lebih lanjut dalam langkah ketiga, di mana mereka diubah menjadi by-product humic acid.3. Thermal Gasification Coal Handling and Feed PreparationPenyimpanan batubara dan persiapan umpan di fasilitas gasifikasi terdiri dari langkah berikut: coal handling and storage, yang menerima, meng-unload, mentransportasikan, dan menyimpan batu bara, dan feed preparation, yang menghancurkan, mengayak, mengatur ukuran dan mentransportasikan umpan batubara ke gasifier bertekanan.Namun, gasifikasi batubara membutuhkan coal feeding khusus yang sifatnya spesifik berdasarkan teknologi gasifier; secara umum, langkah ini dibagi menjadi dua berdasarkan jenis feed: slurry feed dan dry feed.Slurry Coal FeedSlurry batubara disiapkan dengan penggilingan basah batubara pada rod mill. Batubara ditransportasikan oleh conveyor ke rod mill feed hopper. Batubara harus dihaluskan dengan ukuran partikel yang tepat dan distribusi ukuran yang sesuai untuk membentuk slurry batubara / air yang stabil pada konsentrasi padatan slurry optimum, yang biasanya sekitar 60 sampai 65% berat. Air daur ulang digunakan bila mungkin untuk meminimalkan penggunaan air. Slurry siap disimpan dalam tangki berpengaduk, dan dipompa ke dalam gasifier pada tekanan tinggi.Dry Coal FeedSistem dry coal feed menggunakan lock hopper yang sedikit demi sedikit memasukkan batubara ke dalam gasifier bertekanan melalui pembukaan dan penutupan valve di bagian atas dan bawah dari tangki bertekanan. Dry fed gasifier biasanya membutuhkan pengeringan batubara untuk mengurangi kelembaban permukaan dan mencegah partikel batubara kecil menempel satu sama lain selama transportasi dan feeding.

Gasification Fixed Bed GasifierFixed bed atau moving bed gasifier beroperasi pada tekanan sedang (25-30 atmosfer). Bahan baku dalam bentuk partikel batubara besar dan fluks dimuat ke atas vessel gasifier tahan api berlapis dan bergerak perlahan ke bawah melalui bed, sementara bereaksi dengan oksigen dengan kemurnian tinggi yang diumpankan pada bagian bawah gasifier yang mengalir berlawanan ke atas gasifier.Reaksi dalam gasifier terjadi dalam "zona" yang berbeda. Dalam "zona pengeringan" di bagian atas gasifier, batu bara yang masuk dipanaskan dan dikeringkan, sedangkan gas produk didinginkan sebelum meninggalkan reaktor. Batubara selanjutnya dipanaskan dan didevolatilisasi oleh gas bersuhu tinggi sementara batubara tersebut turun melalui "zona karbonisasi". Di zona berikutnya, "zona gasifikasi", devolatized coal digasifikasi melalui reaksi dengan uap dan karbon dioksida. Di dekat bagian bawah gasifier, dalam "zona pembakaran", yang beroperasi pada suhu tertinggi, oksigen bereaksi dengan char yang tersisa.Moving bed gasifiers beroperasi dalam dua mode yang berbeda. Dalam mode dry ash (misalnya, Lurgi dry ash gasifier), suhu diatur ke bawah suhu pengerakan abu (ash slagging) melalui reaksi char dengan kelebihan uap. Abu dibawah zona pembakaran didinginkan oleh uap masuk dan oksidan (oksigen atau udara) dan dikeluarkan sebagai abu padat. Dalam mode slagging operation (misalnya, British Gas / Lurgi atau BGL gasifier), lebih sedikit uap yang digunakan, dan sebagai hasilnya, suhu yang jauh lebih tinggi dicapai di zona pembakaran, peleburan abu dan memproduksi terak.Kadar air bahan bakar adalah faktor utama yang menentukan temperatur gas discharge. Lignit, yang memiliki kadar air yang sangat tinggi, menghasilkan gas mentah pada suhu sekitar 600 F. Batubara bituminous kelembaban rendah menghasilkan suhu gas lebih dari 1000 F. Biasanya, gas produk yang meninggalkan gasifier didinginkan melalui kontak langsung dengan air daur ulang.KEUNTUNGANKELEMAHAN

Operasinya mudahWaktu tinggal lama

Efisiensi peralatan tinggiBanyak memproduksi tar dan hydrocarbon liquids

Kebutuhan oksidan rendahResiko ledakan tinggi

Tahap persiapan feedstock tidak kompleks

Dapat menggunakan berbagai feedstock

Menghasilkan syngas pada suhu rendah

Entrained Flow GasifierDalam entrained flow gasifier, umpan batubara halus dan oksidan (oksigen atau udara) dan / atau uap diumpankan secara cocurrent ke gasifier. Hal ini menyebabkan oksidan dan uap mengelilingi partikel batubara karena mereka mengalir melalui gasifier dalam bentuk awan padat. Entrained flow gasifier beroperasi pada suhu tinggi dan tekanan-dan aliran-yang sangat turbulen menyebabkan konversi feed yang cepat dan memungkinkan throughput tinggi. Reaksi gasifikasi terjadi pada tingkat yang sangat tinggi (waktu tinggal hanya beberapa detik), dengan efisiensi konversi karbon tinggi (98-99,5%). Tar, minyak, fenol, dan cairan lainnya yang dihasilkan dari devolatization batubara di dalam gasifier didekomposisi menjadi hidrogen (H2), karbon monoksida (CO) dan sejumlah kecil gas hidrokarbon ringan. Entrained flow gasifier memiliki kemampuan untuk menangani hampir semua bahan baku batubara dan menghasilkan syngas yang bebas dari tar. Mengingat suhu operasi yang tinggi, gasifiers jenis ini mencairkan abu batubara menjadi inert vitreous slag.Umpan batubara halus dapat dimasukkan ke dalam gasifier baik dalam bentuk kering atau slurry. Suhu tinggi yang terlibat dalam jenis gasifikasi cenderung memperpendek umur komponen sistem, termasuk gasifier vessel refractory. KELEBIHANKEKURANGAN

Feedstocks yang dipakai bermacam-macamButuh adanya heat recovery untuk menaikkan efisiensi

Ramah lingkunganTemperatur tinggi cenderung merusak alat

Waktu tinggal singkatKebutuhan oksidan besar

Konversi karbon tinggi

Fluidized Bed GasifierFluidized-bed gasifier mensuspensikan partikel bahan baku dalam gas yang kaya oksigen sehingga bed yang dihasilkan dalam gasifier bertindak sebagai fluida. Gasifiers ini menggunakan back-mixing, dan secara efisien mencampur partikel umpan batubara dengan partikel batubara yang sudah mengalami gasifikasi. Untuk mempertahankan fluidisasi, atau suspensi partikel batubara dalam gasifier, batubara dengan ukuran partikel kecil (