Pemilihan proses gasifikasi

8/17/2019 Pemilihan proses gasifikasi

1/31

14

BAB 2

SELEKSI DAN URAIAN PROSES

2.1 Seleksi Proses Gasifikasi

Gasifikasi merupakan kumpulan proses yang mengkonversi bahan bakar padat atau

cair menjadi gas yang mudah terbakar (Basu, 2006: 59). Gasifikasi batu bara pada prinsipnya

adalah suatu proses penghasilan gas sintesis (syngas) yang mudah terbakar dari batu bara.

Pada umumnya, gasifikasi meliputi reaksi karbon dengan udara, O2, steam, CO2, atau

campuran dari gas-gas tersebut pada suhu 700oC atau lebih untuk dapat menghasilkan

produk gas yang dapat digunakan sebagai sumber panas atau bahan baku industri petrokimia.

Setiap materi karbon baik liquid ataupun solid diubah menjadi gas, zat yang tidak diharapkanseperti sulfur dan abu dihilangkan dari gas.

(Cheremisinoff & Rezaiyan, 2005: 5-6)

Pada proses gasifikasi, bahan yang masuk akan mengalami hidrogenasi. Hal ini berarti

hidrogen ditambahkan pada sistem secara langsung atau tak langsung atau bahan dipirolisis

untuk menghilangkan karbon untuk menghasilkan produk dengan rasio hidrogen karbon

yang lebih tinggi dari bahan. Proses ini dapat dilaksanakan secara terpisah atau bersama-

sama.

(Cheremisinoff & Rezaiyan, 2005: 7)

Pada proses hidrogenasi tak langsung, steam digunakan sebagai sumber hidrogen dan

hidrogen dihasilkan dalam reaktor gasifikasi. Proses hidrogenasi tak langsung dikenal juga

sebagai proses gasifikasi udara atau oksigen, tergantung apakah udara atau oksigen yang

digunakan sebagai sumber oksidan. Jika gasifikasi tidak menggunakan oksidan, melainkan

hanya steam dan panas, maka gasifikasi tersebut disebut steam reforming . Selain itu, sedang

dikembangkan proses gasifikasi katalitik. Katalis digunakan untuk menghasilkan gas H2 dan

CO pada temperatur yang rendah. Namun, rintangan terbesar untuk mengkomersialisasi

proses ini adalah katalis sangat mudah terdeaktivasi dan cost proses yang masih tinggi.


Pada proses hidrogenasi langsung, bahan dipaparkan pada hidrogen pada tekanan

tinggi untuk menghasilkan gas dengan kandungan metana yang lebih tinggi daripada proses

hidrogenasi tak langsung. Proses hidrogenasi secara langsung juga disebut sebagai proses

hidrogasifikasi. Proses ini biasanya digunakan untuk memproduksi SNG.



2/31

15

Sumber: Cheremisinoff & Rezaiyan, 2005: 6

Gambar 2.1 Metode Gasifikasi

Berdasarkan produk yang dihasilkan maka dipilih proses gasifikasi denganhidrogenasi tak langsung menggunakan steam sebagai sumber hidrogen dan menggunakan

O2 sebagai oksidan.

2.2 Seleksi Gasifier

Terdapat 3 jenis penggas ( gasifier ) yang banyak digunakan untuk gasifikasi batu bara,

yaitu tipe moving-bed , fluidized-bed , dan entrained-flow.

2.2.1 Moving-Bed Gasifier

Moving-bed adalah tipe gasifier yang tertua dibandingkan dengan tipe gasifier yang

lainnya. Dalam tipe gasifier ini ada dua bagian penting yang berlangsung, yaitu gas process

producer dan water gas process. Keduanya memegang peranan penting pada awal proses

produksi syngas dari batu bara. Dalam moving bed batu bara yang menjadi umpan reaktor

berukuran


3/31

16

dari bagian bawah reaktor. Selanjutnya batu bara, steam dan udara (O2) ini akan bereaksi

membentuk syngas. Mekanisme ini akan menyebabkan batu bara turun pelan-pelan selama

proses, sehingga waktu tinggal (residence time) batu bara adalah lama yaitu sekitar 1 jam.

Proses gasifikasi dengan menggunakan tipe gasifier ini menghasilkan produk sisa berupa

abu.

(Higman & Burgt, 2003: 87)

Tipe gasifier moving-bed ini beroperasi pada suhu relatif yang rendah, yakni sekitar

900oC, oleh sebab itu batu bara yang akan menjadi umpan harus memiliki suhu leleh abu

(ash fusion temperature) yang tinggi. Hal ini bertujuan agar abu tidak meleleh, karena

apabila abu meleleh maka abu akan mengumpul di bagian bawah alat dan dapat menyumbat

bagian tersebut. Hal ini akan mengganggu proses gasifikasi yang terjadi.

Contoh: Lurgi Dry Ash Gasifier , British Gas Lurgi Gasifier , Ruhr 100 Gasifier .

(Basu, 2006: 74)

Sumber: Higman & Burgt, 2003: 90

Gambar 2.2 Moving-Bed Gasifier

Kelebihan gasifier tipe moving-bed :

Sangat cocok untuk skala kecil dan mudah dalam desain serta pengoperasiannya.

Membutuhkan udara (O2) dalam jumlah yang sedikit.

Kekurangan gasifier tipe moving-bed :

Sulit menjaga temperatur pada bed .

Kurang memadai dalam hal pencampuran gas untuk keperluan gasifikasi.


4/31

17

Syngas yang dihasilkan sulit sekali diprediksi sehingga kurang sesuai apabila

dipergunakan untuk produksi dalam skala besar.

Banyak menghasilkan N2 sehingga heating value produk gasifikasi rendah.

Kandungan tar dalam gas tinggi.

(Basu, 2006: 64 ; Higman & Burgt, 2003: 87)

2.2.2 Fluidized-Bed Gasifier

Dalam fluidized-bed gasifier , batu bara yang digunakan lebih halus ukurannya, yakni


5/31

18

Contoh: Winkler Gasifier , High Temperature Winkler (HTW) Gasifier , Kellog Brown and

Root (KBR) Transport Gasifier , Kellog Rust Westinghouse (KRW) Gasifier , U-

Gas Gasifier , Foster-Wheeler Partial Gasifier .

(Higman & Burgt, 2003: 101-128)


Gambar 2.3 Fluidized-Bed Gasifier

Kelebihan gasifier tipe fluidized-bed :

Kondisi temperatur dalam bed dapat lebih dikontrol karena proses pencampuran yang

baik.

Sesuai digunakan dalam skala industri.

Heat transfer dan mass transfer antara gas dan partikel solid lebih sempurna.

Semua tipe batu bara dapat menjadi umpan dalam gasifier ini.

Ash tidak meleleh sehingga proses pemisahannya mudah.

Kekurangan gasifier tipe fluidized-bed :

Konversi karbon yang cukup rendah.

Masih ada sebagian tar yang terbentuk.

(Basu, 2006: 74 ; Higman & Burgt, 2003: 100)


6/31

19

2.2.3 Entrained-Flow Gasifier

Dalam entrained-flow kontak antara serbuk batu bara dengan steam dan udara (O2)

dibuat sangat cepat sekali. Umpan yang digunakan untuk batu bara bisa berupa slurry feed

maupun dry feed . Ukuran batu bara yang masuk sangat halus, berukuran


7/31

20


Gambar 2.4 Dry-Coal Feed Entrained-Flow Gasifier


Gambar 2.5 Coal-Water Slurry Feed Entrained-Flow Gasifier

Kelebihan gasifier tipe entrained-flow:

Bisa digunakan untuk jenis batu bara apa saja ( grade rendah- grade tinggi).

Waktu kontak sangat cepat sehingga proses penggerombolan partikel dapat

diminimalisasi.

Gas yang dihasilkan bebas tar .


8/31

21

Konversi karbon yang sangat tinggi (hampir 100%).

Ash yang dihasilkan adalah inert, hal ini terjadi karena banyaknya O2 yang digunakan.

Sangat cocok digunakan pada skala industri karena hasil gasifikasi yang banyak.

Kekurangan gasifier tipe entrained-flow: Membutuhkan O2 dalam jumlah yang besar.

Gas yang dihasilkan bersuhu sangat tinggi.

Sulitnya pendinginan gas yang keluar dari gasifier .

Sulitnya pemilihan konstruksi pada combustion zone dikarenakan tingginya suhu pada

zone tersebut.

Ukuran reaktor lebih besar untuk space evaporasi air (jika menggunakan coal-water

slurry feed ).(Basu, 2006: 64 ; Higman & Burgt, 2003: 109-111)

Tabel 2.1 Perbandingan Jenis-Jenis Gasifier

Parameter Moving-bed Fluidized-bed Entrained-flow

Ukuran partikel


9/31

22

Toleransi kekasaran

partikel

Sangat baik Baik Buruk

Toleransi jenis

partikel

Batu bara kualitas

rendah.

Batu bara kualitas

rendah dan

biomassa.

Segala jenis batu

bara, tetapi tidak

cocok untuk

biomassa.

Kebutuhan oksidan Rendah Menengah Tinggi

Kebutuhan steam Tinggi Menengah Rendah

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

Temperatur gas

keluar gasifier

450-650°C 800-1000°C >1260°C

Efisiensi gas dingin 80% 89,2% 80%

Konversi batu bara

menjadi syngas

99% 97% 99%

Aplikasi Skala kecil Skala menengah-

besar

Skala besar

Masalah dalam

aplikasi

Produksi tar Konversi karbon Pendinginan raw

syngas

Sumber: Basu, 2006: 64

Berikut ini adalah adalah aspek yang menjadi parameter dalam pemilihan gasifier .

Konversi.

Konversi

selalu

menjadi

salah

satu

parameter

dalam

pemilihan

reaktor,

karena konversi menyatakan seberapa besar karbon dalam batu bara dapat

bereaksi dengan media gasifikasi (oksigen dan steam). Fluidized-bed gasifier memiliki

konversi yang terendah di antara kedua bed lainnya, namun dengan menggunakan

teknologi HTW (adanya mekanisme recycle), konversi karbon dapat setara dengan kedua

bed tersebut (Basu, 2006: 74).

Jumlah media gasifikasi.

Media gasifikasi yang digunakan adalah steam dan oksigen, dimana yang

menjadi parameter

di sini adalah

jumlah

media gasifikasinya.

Semakin

banyak jumlah yang dibutuhkan, maka akan berdampak pada biaya utilitas

yang dibutuhkan yang nantinya akan berpengaruh secara ekonomi. Konsumsi media


10/31

23

gasifikasi fluidized-bed , baik oksigen maupun steam berada di tengah-tengah. Artinya,

ketiga jenis bed tersebut memiliki poin yang sama berdasarkan media gasifikasi.

Feedstock (coal rank ).

Yang dimaksud dengan

feedstock ini adalah jenis batu bara (coal rank )

yang

menjadi

umpan

masukan. Karena

di

Indonesia

ini

batu bara

yang

dihasilkan bervariasi jenisnya. Untuk low rank coal (lignite – sub-bituminous), penggunaan

entrained-flow bed kurang menarik sebab kandungan air low rank coal masih cukup tinggi

sehingga tidak ekonomis menggunakan jenis bed tersebut karena membutuhkan banyak

steam (Higman & Burgt, 2003: 111). Untuk moving-bed dan fluidized-bed memiliki poin

yang sama, sebab keduanya cocok digunakan untuk feedstock low rank coal .

Purity syngas (kemurnian syngas).

Produk yang dihasilkan berupa gas yang tentunya diharapkan

kemurniannya, terutama dari kandungan tar . Di antara ketiga jenis bed tersebut, moving

bed yang paling banyak menghasilkan tar , sedangkan entrained-flow yang paling sedikit.

Di lain pihak, kandungan tar dalam fluidized-bed dapat ditekan jika suhu pirolisis dapat

mencapai 1100-1200oC. Jika suhu tersebut tercapai, maka tar dapat terurai menjadi

hidrokarbon ringan. (Basu, 2006: 65).

Cost .

Cost

atau

biaya

merupakan

harga

investasi

dari

unit

reaktor

yang digunakan.

Semakin tinggi suhu reaksi dalam gasifier , maka investasi untuk reaktor akan semakin

tinggi karena dibutuhkan material yang tahan akan suhu panas. Jika dilihat dari suhu

reaksinya, entrained-flow membutuhkan investasi yang paling besar sebab suhu reaksinya

yang paling tinggi. Sedangkan untuk moving-bed dan fluidized-bed , seperti yang telah

diringkaskan pada Tabel 2.1, range suhu reaksi dalam gasifier hampir sama sehingga dapat

dianggap investasinya sama.

(Habiburrohman, 2012: 30)

Kelima parameter diatas akan ditentukan urutan prioritasnya menggunakan software

Expert Choice, hasil dari pembobotan dapat dilihat pada tabel berikut.


11/31

24

Tabel 2.2 Hasil Pembobotan Setiap Parameter Pemilihan Reaktor

Parameter Bobot

Konversi 0,107

Jumlah media gasifikasi 0,079

Feedstock (coal rank ) 0,334

Purity syngas 0,235

Cost 0,246

Sumber: Habiburrohman, 2012: 31

Dari Tabel 2.2 terlihat bahwa urutan prioritas secara berurutan adalah feedstock (0,334),

cost (0,246), kemurnian syngas (0,235), konversi (0,107), dan terakhir media gasifikasi (0,079).

Batu bara yang digunakan bisa jadi bervariasi jenisnya sesuai dengan kondisi yang ada

di Indonesia. Dalam hal ini maka kemampuan fleksibilitas reaktor dalam memroses semua jenis

batu bara (coal rank ) sebagai umpan dan dengan hasil produk yang masih stabil sangat penting.

Oleh karena, itu feedstock menjadi parameter utama dalam pemilihan ini. Kedua disusul oleh

cost yang merupakan harga investasi dimana akan berpengaruh terhadap analisis

keekonomian. Faktor ketiga adalah kemurian syngas, hal ini penting karena syngas yang

dihasilkan akan dijadikan sebagai bahan baku pupuk yang membutuhkan kemurnian dan rasio

H/C yang cukup ketat. Selain itu, semakin murni maka akan berdampak pada treatment yang

lebih mudah dan lebih ekonomis. Dan dua parameter yang terakhir adalah konversi dan media

gasifikasi. Berikutnya akan dilakukan pemilihan reaktor yang ada berdasarkan parameter-

paramater yang telah ditentukan. Dalam pemilihan ini juga digunakan software Expert Choice,

hasil penilaian disajikan dalam Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Hasil Penilaian Setiap Reaktor terhadap Setiap Parameter

Parameter Moving-bed Fluidized-bed Entrained-flow

Konversi 0,540 0,163 0,297

Jumlah media gasifikasi 0,484 0,349 0,168

Feedstock (coal rank ) 0,122 0,648 0,230

Purity syngas 0,122 0,320 0,558

Cost 0,297 0,540 0,163

Hasil 1,565 2,02 1,416

Sumber: Habiburrohman, 2012: 31


12/31

25

Pada Tabel 2.3 terlihat bahwa untuk setiap jenis reaktor sebenarnya mempunyai

kelebihan masing-masing, seperti moving-bed yang mempunyai kelebihan dalam hal

konversinya yang besar dan jumlah media gasifikasi yang kecil. Entrained-bed dengan

kemurnian produknya yang tinggi, dan fluidized-bed dengan jenis batu bara sebagai

umpannya dapat bervariasi. Setiap nilai tersebut akan digabungkan dan hasilnya akan dipilih

reaktor dengan nilai paling besar. Dari hasil pembobotan pada Tabel 2.3, maka ditetapkan

bahwa gasifier yang digunakan adalah jenis fluidized-bed . Jenis gasifier ini terpilih karena

jenis batu bara sebagai masukan dapat bervariasi yang merupakan parameter utama, selain

itu cost dari jenis ini lebih ekonomis daripada jenis lainnya.

(Habiburrohman, 2012: 32)

2.3 Seleksi Oksidan

Ada dua oksidan yang biasa dipakai pada proses gasifikasi, yaitu udara, yang

jumlahnya tak terbatas di sekitar gasifier , dan oksigen, yang perlu dipisahkan dulu dari udara

dengan biaya tertentu. Pilihan alternatif lain adalah dengan menggunakan udara yang

kandungan oksigennya lebih tinggi daripada udara biasa.

Gasifikasi skala besar menggunakan oksigen dengan kemurnian yang tinggi (>90%).

Hal ini disebabkan karena gas hasil gasifikasi biasa digunakan sebagai bahan baku industri

chemicals dan petrochemicals dimana adanya nitrogen dengan jumlah yang besar akan

memperburuk proses sintesis produk dari industri-industri tersebut. Contohnya, untuk

produksi amonia, gas hasil gasifikasi harus menggunakan oksidan dengan jumlah nitrogen

maksimal 30%. Namun, kriteria ini tak berlaku untuk aplikasi pada pembangkit energi.

Untuk gasifikasi waste dan biomassa, penggunaan udara sebagai oksidan lebih disukai.


Jadi, sebagai oksidan akan digunakan oksigen dengan kemurnian yang tinggi, yakni

98%. Hal ini karena:

1. Produk syngas akan digunakan untuk industri pupuk ( petrochemicals).

2. Jika digunakan udara, kandungan N2 yang tinggi (inert ) akan membebani gasifier

sehingga dikhawatirkan suhu dalam gasifier tidak dapat mencapai 1.000oC seperti apa

yang diinginkan. Apabila suhu tersebut tak tercapai, reaksi gasifikasi yang terjadi tidak

dapat maksimal, dan juga dikhawatirkan konversi karbonnya rendah. Oleh karena itu,

oksigen dengan kemurnian tinggi diharapkan mampu menyediakan energi yang cukup

untuk reaksi gasifikasi dan juga agar konversi karbonnya tinggi. Jika tetap menggunakanudara, maka dibutuhkan volume yang lebih besar untuk menyamai volume oksigen


13/31

26

berkadar tinggi, sebab kandungan oksigen dalam udara kecil. Dengan demikian

diperlukan ukuran gasifier yang lebih besar. Ini akan mempengaruhi biaya pengadaan

alat.

3. Dari awal, tujuan syngas ini adalah untuk mensubstitusi pemakaian gas alam oleh PT

Pusri. Kita tahu bahwa sintesis amonia berjalan menurut reaksi:

3H2 ( g ) + N2 ( g ) 2NH3 ( g )

Prioritas utama pemakaian gas alam adalah untuk menghasilkan H2 karena secara

teoretis dibutuhkan 3 mol H2 untuk bereaksi dengan 1 mol N2. Secara alamiah pastilah

kita akan memprioritaskan kebutuhan bahan baku yang lebih besar, apalagi N2 nantinya

akan diperoleh dengan mudah dari udara. Oleh karena itu, diharapkan syngas yang

digunakan sebagai pensubstitusi gas alam ini rendah kandungan N2 sehingga yield

produk H2 akan lebih besar seperti yang akan dipaparkan sebagai berikut. Sebelum

digunakan untuk sintesis amonia, dilakukan steam reforming terlebih dahulu terhadap

gas alam untuk menghasilkan hidrogen menurut reaksi:

CH4 ( g ) + H2O ( g ) CO ( g ) + 3H2 ( g ) ΔH = +206 kJ

CO ( g ) + H2O ( g ) CO2 ( g ) + H2 ( g ) ΔH = -41 kJ

(Liu, 2006: 19)

Secara keseluruhan, reaksi steam reforming adalah reaksi endotermis sehingga

dibutuhkan furnace untuk menaikkan temperatur reaksi. Bahan bakar yang digunakan

pada furnace adalah gas alam itu sendiri. Fungsi produk syngas di sini selain sebagai

substitusi gas alam sebagai bahan baku, juga bisa bertindak sebagai pengganti gas alam

yang digunakan untuk bahan bakar furnace. Dengan demikian, pemakaian gas alam

dapat diminimalisasi. Setelah melalui steam reforming , kandungan CO dalam gas masih

cukup besar. Untuk memperbesar yield dari H2, maka gas akan diproses di shift

converter reactor menurut reaksi:

CO ( g ) + H2O ( g ) CO2 ( g ) + H2 ( g ) ΔH = -41 kJ

(pusri.co.id/ina/amonia-proses-produksi-amonia)

Diharapkan kandungan CO yang tinggi dalam syngas dapat diproses lebih lanjut untuk

menghasilkan gas H2 yang akan digunakan sebagai bahan baku sintesis amonia yang

kemudian akan digunakan untuk sintesis urea (pupuk). Dengan begitu penggunaan gas

alam oleh PT Pusri ke depannya diharapkan dapat berkurang sehingga tidak terlalu

bergantung pada supply gas alam yang tidak menentu.


14/31

27

4. Pada akhirnya, tujuan syngas yang diproduksi ini hanya untuk mensubstitusi

penggunaan gas alam dan tidak mengubah proses yang sudah ada di pabrik tujuan.

2.4 Seleksi Pemisahan Kontaminan (Gas Cleaning )

Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk proses pemisahan kontaminan

dalam syngas, terutama senyawa sulfur (COS, H2S) dan CO2, antara lain:

Absorbsi dengan menggunakan pelarut liquid.

Adsorpsi menggunakan partikel solid.

Difusi dengan menggunakan membran permeabel atau semi permeabel.

Perbandingan antara ketiga metode diatas dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.4 Perbandingan Metode Pemurnian Syngas dari Senyawa Sulfur dan CO2

Absorbsi Adsorpsi Difusi

Mengkontakkan syngas

dengan solvent yang

selektif memisahkan

H2S dan CO2. Terjadi di dalam kolom

yang dilengkapi tray

atau packing .

Karakteristik absorbsi

tergantung property

fisik solvent (Σ solvent >

→ loading capacity >)

Solvent dapat

dipergunakan kembali

dengan diregenerasi

terlebih dahulu.

Biaya maintenance

cukup mahal.

Rentan terhadap korosi.

Adsorpsi impurities pada

solid carrier bed .

Beberapa adsorbant

dapat diregenerasi, beberapa memerlukan

penggantian secara

berkala.

Loading capacity

tergantung dari

karakteristik komponen

dan adsorbant ,

temperatur, serta

tekanan.

Hampir dapat

mengadsorb impurities

secara sempurna.

Adsorbant ZnO biasa

dipakai dalam adsorpsi

H2S. Untuk mengadsorb

Melewatkan syngas

pada semacam

membran polimer.

Rate transport darikomponen yang

melewati membran

dipengaruhi oleh

kelarutan kontaminan

dalam pelarut dan rasio

ukuran pori membran

dengan diameter

kontaminan.

Operasional yang halus

dan tidak bising.

Konsumsi energi yang

rendah.

Biaya maintenance

murah.


15/31

28

Membutuhkan space

yang luas.

H2S sampai konsentrasi

di bawah 10 ppbv, dapat

digunakan adsorbant

CuO.

Tidak perlu space yang

luas.

Mobilitas yang tiggi

(beberapa modulmembran dapat

dipasang di atas

kendaraan)

(Austin, 1984: 94).

Kurang cocok untuk

absorpsi CO2 dengan

kandungan yang tinggi.

Masih jarang

diaplikasikan dalam

industri.

Sumber: Higman & Burgt, 2003: 298-314

2.4.1 Seleksi Pelarut

Ada dua macam pelarut yang biasa digunakan untuk mengabsorb gas-gas asam, yaitu

pelarut fisik dan pelarut kimia. Untuk mengetahui perbedaannya, akan dibandingkan pelarut

selexol (pelarut fisik) dengan pelarut MDEA (pelarut kimia). Kedua pelarut tersebut

digunakan sebagai perbandingan karena keduanya merupakan pelarut yang banyak

digunakan dalam industri saat ini.

Tabel 2.5 Perbandingan Pelarut Fisik (Selexol) dan Pelarut Kimia (MDEA)

Property Selexol MDEA

Tekanan uap (25 oC) 0,00073 mmHg 0,01 mmHg

Titik didih (760 mmHg) 175oC 247,2 oC

Viskositas (25 oC) 5,8 cPs 101 cPs

Kapasitas penyerapan 0,162 mol CO2/L 0,8 mol CO2/L

Perkiraan harga ($/lb) 1,32 1,4

Sumber: Kohl & Nielsen, 1997: 49,1197 ; Higman & Burgt, 2003:302


16/31

29

Pelarut fisik maupun pelarut kimia memiliki kelebihan dan kekurangan masing-

masing. Selexol memiliki tekanan uap yang rendah sehingga kehilangan pelarut saat

regenerasi kecil. Selain itu, viskositas selexol cukup rendah sehingga energi yang diperlukan

untuk memompa pelarut masuk dalam absorber tidak terlalu besar. Di lain pihak, kapasitas

penyerapan CO2 oleh MDEA jauh lebih besar. Walaupun harganya lebih mahal, namun

MDEA sangat cocok bila digunakan untuk absorpsi dengan kandungan CO2 yang tinggi

(Kidnay, 2006: 105).

MDEA ( Methyl Diethanole Amin) merupakan pelarut yang paling banyak digunakan

saat ini untuk absorpsi CO2. MDEA yang digunakan sebagai pelarut memiliki konsentrasi

antara 30-50% dengan solution loading 0,8 mol/mol. Sedangkan untuk pelarut amin lainnya,

seperti MEA dan DEA, solution loading -nya berturut-turut 0,25-0,45 mol/mol dan 0,4-0,8

mol/mol.


Tabel 2.6 Perbandingan Pelarut Amin

Pelarut Kelebihan Kekurangan

Monoethanole Amine

(MEA)

Sangat reaktif terhadap

CO2 dan H2S.

Mampu menghilangkan

CO2 dan H2S secara

bersamaan.

Recovery CO2 dan H2S

tinggi.

Harganya paling murah

dibanding pelarut amin

lainnya.

Alat rentan mengalami

korosi, terutama jika

konsentrasinya di atas

20%wt.

Mengalami reaksi

irreversible dengan COS

dan CS2 sehingga tidak

cocok digunakan untuk

gas yang mengandung

kedua senyawa tersebut.

Tekanan uapnya tinggi

sehingga banyak massa

yang hilang saat

diregenerasi.

Energi yang dibutuhkan

untuk regenerasi cukup

tinggi.


17/31

30

Diethanole Amine

(DEA)

Tekanan uapnya lebih

rendah dibanding MEA

sehingga dapat

meminimalisasi

kehilangan massa saat

regenerasi.

Dapat digunakan untuk

absorpsi gas yang yang

mengandung COS dan

CS2.

Dapat bereaksi dengan

CO2 secara irreversible

sehingga pelarut ini tak

optimal jika digunakan

untuk absorpsi gas

dengan kandungan CO2

yang tinggi.

Methyl Diethanole Amine

(MDEA)

Tekanan uapnya sangat

rendah sehingga dapat

digunakan dengan

konsentrasi sampai

60%wt.

Sangat selektif terhadap

H2S.

Tidak korosif.

Sudah banyak digunakan

untuk absorpsi dengan

kandungan CO2 yang

tinggi.

Energi untuk regenerasi

rendah.

Akibat keselektifannya

yang tinggi terhadap

H2S, maka akan terjadi

CO2 slippage sehingga

absorpsi CO2 kurang

maksimal. Oleh karena

itu pelarut ini biasanya

digunakan untuk

absorpsi gas CO2 tanpa

adanya H2S.

Harganya paling mahal

di antara pelarut amin

lainnya.

Sumber: Kohl & Nielsen, 1997: 49-54 ; Kidnay, 2006: 98-99

2.4.2 Hidrolisis COS

Karbonil sulfida bukan merupakan gas asam, maka hidrolisis COS untuk membentuk

H2S sering dilakukan untuk pemurnian sulfur yang terkandung dalam COS. Tujuan

pengonversian COS menjadi H2S disebabkan adsorben yang digunakan untuk proses

desulfurisasi lebih selektif terhadap H2S daripada COS. Beberapa katalis padat telah

digunakan untuk hidrolisis COS. Kohl & Riesenfield mengembangkan penggunaan katalis

chromia-alumina dengan suhu operasi dalam kisaran 300-425oC. Hidrolisis COS


18/31

31

berlangsung cepat, dan kecepatan reaksi dalam reaktor tinggi. Akibatnya, ukuran reaktor

hidrolisis COS kecil dan biaya reaktor hidrolisis COS sangat kecil dari biaya keseluruhan

pra desain pabrik berbasis gasifikasi.

(Bell, 2011: 115)

Dengan memperhatikan faktor ekonomi serta efisiensi proses, pemisahan COS

dilakukan melalui proses hidrolisis dan pemisahan H2S dilakukan dengan cara

mengadsorbnya menggunakan adsorben ZnO. Pemisahan CO2 dan H2S yang mungkin masih

ada dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan solvent MDEA. Energi yang dibutuhkan

untuk meregenerasi MDEA paling kecil dibanding MEA ataupun DEA. Karena tekanan

uapnya rendah, maka kehilangan massa saat regenerasi dapat diminimalisasi. Selain itu,

MDEA yang notabene lebih tidak korosif, akan memperpanjang waktu pemakaian alat. Dan

yang paling penting, pemilihan solvent ini didasarkan pada kenyataan bahwasanya CO2

terdapat sangat banyak di dalam aliran syngas sehingga dibutuhkan pelarut dengan kapasitas

penyerapan yang tinggi.

2.5 Spesifikasi Bahan Baku

Batu bara adalah bahan bakar fosil. Batu bara dapat terbakar, terbentuk dari endapan,

batuan organik yang terutama terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen. Batu bara terbentuk

dari tumbuhan yang telah terkonsolidasi antara strata batuan lainnya dan diubah oleh

kombinasi pengaruh tekanan dan panas selama jutaan tahun sehingga membentuk lapisan

batu bara.

(World Coal Institute)

Secara umum, batu bara dapat dikenal dari kenampakan sifat fisiknya, yaitu berwarna

coklat sampai hitam, berlapis, padat, mudah terbakar, kedap cahaya, nonkristalin, berkilap

kusam sampai cemerlang, bersifat getas, dan pecahannya kasar. Unsur kimia utama

pembentuk batu bara adalah karbon (C), hidrogen (H), nitrogen (N), dan sulfur (S). Analisa

unsur memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9 NS untuk bituminous coal d an

C240H90O4 NS untuk high grade anthracite (Demirbas, 2010: 12).

Untuk mengetahui tingkat (rank ) dari batu bara maka diperlukan analisa klasifikasi

batu bara. Klasifikasi yang saat ini umum digunakan yaitu klasifikasi yang dibuat oleh

ASTM ( American Society for Testing and Materials). Parameter dasar yang digunakan

dalam klasifikasi ASTM yaitu:

Untuk batu bara berperingkat tinggi ( fixed carbon > 69%), parameter yang digunakanadalah jumlah karbon tertambat ( fixed carbon) dan zat terbang (volatile matter ).


19/31

32

Untuk batu bara berperingkat rendah ( fixed carbon < 69%), parameter yang digunakan

adalah nilai kalori (calorific value)-nya.

Parameter tambahan, berupa sifat karakter penggumpalan (coking ).

(Kusuma, 2012: 43)

Tabel 2.7 Klasifikasi Batu Bara

Kelas

Karbon

Tertambat Nilai Panas Karakteristik

wt% BTU/lb Gumpalan

I. Antrasit 1. Meta-antrasit >98 Tidak menggumpal

2. Antrasit 92-98

3. Semiantrasit 86-92

II.

Bituminus 1. Low-volatile bituminus 78-86

2. Medium-volatile

bituminus 69-78

Biasanya

menggumpal

3. High-volatile A

bituminus 14.000

4. High-volatile B

bituminus 13.000-14.000

5. High-volatile C

bituminus 11.500-13.000 Menggumpal

III. Sub-

bituminus 1. Sub-bituminus A 9.500-10.500

2. Sub-bituminus B 8.300-9.500 Tidak menggumpal

3. Sub-bituminus C 8.300-9.500

IV. Lignit 1. Lignit A 6.300-8.300

2. Lignit B


20/31

33

2. Sub-bituminus.

Properties-nya terletak pada range lignit sampai bituminus dan penggunaan utamanya

sebagai bahan bakar untuk steam electric power generation dan bahan bakar industri

semen.

3. Bituminus.

Batu bara tebal, biasanya hitam, kadang kala coklat tua, dapat berikatan dengan baik

dengan bahan-bahan bercahaya dan tumpul. Penggunaan utamanya sebagai bahan bakar

pada steam electric power generation dan bahan bakar tanur peleburan baja.

4. Antrasit.

Batu bara dengan kualitas tertinggi. Batu bara yang lebih kuat, mengkilap, dan hitam.

Utamanya digunakan untuk pemanasan komersial dan bricket .

(chem-is-try.org)

Sumber: World Coal Institute

Gambar 2.6 Mutu Batu Bara dan Pemakaiannya


21/31

34

Sumber: chem-is-try.org

Gambar 2.7 Jenis Batu Bara dan Proses Pembentukannya

Kualitas batu bara berperan penting dalam menentukan kelas batu bara. Terdapat lima

unsur utama pembentuk batu bara, yaitu karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen

(N), dan sulfur (S). Penentuan kualitas batu bara dapat diperoleh dengan cara mengetahui

parameter kualitas pada batu bara. Hal ini dapat diketahui menggunakan analisa kimia dan

pengujian laboratorium terhadap sampel batu bara. Analisa kualitas batu bara terdiri dari dua

jenis, yaitu analisa proksimat dan analisa ultimat.

Analisa proksimat digunakan untuk menentukan kelas (rank ) batu bara. Analisa ini

memiliki empat parameter utama yang digunakan, yaitu:

1. Kadar air (moisture), yaitu kandungan air yang terdapat pada batu bara. Besarnya kadar

air ditentukan melalui pengeringan selama 1 jam pada suhu 104-110oC (Higman &

Burgt, 2003: 45). Kadar air sendiri dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

Kadar air bebas ( free surface moisture), yaitu air yang menempel pada permukaan

batu bara yang berasal dari air hujan dan juga air semprotan yang mana akan mudah

menguap dalam kondisi laboratorium.

Kadar air bawaan (inherent moisture), yaitu air yang terdapat pada rongga (pori) dan

mineral yang terdapat dalam batu bara.

Kadar air total (total moisture), merupakan jumlah dari kadar air bebas ditambah

dengan kadar air bawaan.

2. Kadar abu (ash), yaitu kandungan bahan inorganik yang tertinggal atau tidak terbakar

sewaktu pembakaran batu bara. Kandungan utamanya adalah silika, alumina, oksida

besi, lime, dan sebagian kecil oksida magnesium, titanium oksida, alkali, serta senyawa

sulfur (Higman & Burgt, 2003: 45).

3. Zat terbang (volatile matter ), yaitu komponen-komponen dalam batu bara yang dapat

lepas atau menguap pada saat dipanaskan pada suhu 900oC. Penentuan besarnya kadar


22/31

35

zat terbang dilakukan dengan memanaskan batu bara dalam sebuah wadah pelebur

dengan waktu dan temperatur tertentu. Selisih massa awal dan massa setelah pemanasan,

dikurangi dengan kadar air, merupakan massa zat terbang pada kondisi tersebut (Higman

& Burgt, 2003: 45). Zat terbang ini meliputi zat terbang mineral (volatile mineral matter )

dan zat terbang organik (volatile organic matter ).

4. Karbon tertambat ( fixed carbon), merupakan jumlah karbon yang tertambat pada batu

bara setelah kandungan-kandungan air, abu, dan zat terbangnya dihilangkan.

Analisa ultimat adalah analisa sederhana yang digunakan untuk mengetahui unsur-

unsur pembentuk batu bara dengan hanya memperhatikan unsur kimia pembentuk yang

penting dan mengabaikan keberadaan senyawa kompleks yang ada di dalam batu bara. Unsur

yang diukur adalah karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur (Higman & Burgt, 2003:

46)

(Kusuma, 2012: 42-43)

Batu bara kualitas rendah ( Low Rank Coal/ LRC) secara umum dalam praktek

komersial adalah batu bara yang memiliki kandungan panas yang rendah, yaitu kurang dari

5.100 kCal/kg, termasuk juga peringkat batu bara mulai dari lignit hingga sub-bituminus B

yang memiliki kandungan panas kurang dari 9.500 BTU/lb (


23/31

36

4. Ultimate Analysis

Carbon (C) (%, ad) 63,9

Hydrogen (H) (%, ad) 5,2

Oxygen (O) (%, ad) 28,5

Nitrogen (N)

Sulphur (S)

(%, ad)

(%, ad)

1,6

0,8

Sumber: Arullah dkk., 2010 ; Laporan Tahunan PT BA, 2013: 45

Pengertian satuan yang biasa dipakai dalam analisa batu bara:

As Received (ar): termasuk Total Moisture (TM).

Air Dried (ad): hanya termasuk Inherent Moisture (IM).

Dry Basis (db): tidak termasuk moisture.

(World Coal Association)

Batu bara BA-55 dengan nilai kalori yang rendah diharapkan mampu dikonversi

menjadi bahan lain yang memiliki nilai kalori yang lebih tinggi sehingga margin harga

produk dan bahan baku dapat dibuat sebesar mungkin. Margin yang besar diharapkan

mampu memberikan keuntungan pada perusahaan. Selain itu, batu bara kualitas rendah

lainnya, yaitu BA-59, banyak dikonsumsi oleh PLTU sehingga kurang memungkinkan jika

menggunakan BA-59 sebagai bahan baku (Laporan Tahunan PT BA, 2013: 88).

Hasil analisa proksimat yang dilakukan pada laboratorium memiliki nilai kalori pada

basis pelaporan air dried (ad). Pada basis ad ini, contoh batu bara ditempatkan pada ruangan

udara terbuka sehingga secara perlahan kadar airnya akan mencapai titik kesetimbangan

dengan kelembaban udara. Sedangkan untuk penggolongan batu bara menggunakan

klasifikasi ASTM, batu bara digolongkan berdasarkan nilai kalori pada basis pelaporan dry

mineral matter free (dmmf). Analisa dengan menggunakan basis dmmf ini akan memberikan

gambaran mengenai komposisi organik murni pada batu bara.

(Kusuma, 2012: 44)

2.6 Target Kualitas Produk

Produk yang dihasilkan dari proses gasifikasi ini berupa syngas ( synthesis gas),

campuran gas yang mengandung H2 dan CO dengan jumlah yang bervariasi. S yngas harus

memiliki tekanan tinggi, mengingat proses untuk sintesis amonia berlangsung pada tekanan

yang tinggi (Higman & Burgt, 2003: 8). Selain itu, syngas harus bebas senyawa sulfur untuk


24/31

37

menghindari korosi pada alat dan menghindari lepasnya senyawa sulfur ke lingkungan saat

proses pembakaran, carbon oxide (CO dan CO2), dan air (Higman & Burgt, 2003: 233).

Di samping itu, produk samping berupa CO2 dengan kemurnian 90% dapat digunakan

sebagai bahan baku sintesis urea. Namun, produk samping CO2 ini perlu treatment lanjutan

untuk menghilangkan kandungan airnya, mengingat CO2 yang dapat digunakan untuk

sistesis urea konsentrasinya harus lebih dari 98,5% (Higman & Bugt, 2003: 233).

Berdasarkan spesifikasi standar syngas tersebut, maka target kualitas produk syngas

pada pabrik ini adalah seperti pada Tabel 2.9.

Tabel 2.9 Target Kualitas Produk Syngas Berdasarkan Komponen Penyusun

Komponen Konsentrasi (%mol)

CO 55,0

H2

CH4

40,0

3,0

CO2 0,05

N2

H2O

1,5

0,45

Properties produk syngas yang dihasilkan adalah sebagai berikut.

Tekanan : 26,67 bar.

Suhu : 50oC.

Berat molekul : 18,76.

Kapasitas panas : 29,92 kJ/kg.oC.

Viskositas : 0,01598 cP.

Densitas : 18,58 kg/m3.

LHV : 2,764 x 105 kJ/kmol.

HHV : 2,925 x 105 kJ/kmol.

(Aspen HYSYS 8.0)

Properties dari masing-masing komponen penyusun syngas adalah sebagai berikut.

1. Karbon monoksida (CO).

Sifat fisika karbon monoksida (Perry, 2008: 2-32):

Gas tidak berwarna.

Berat molekul : 28,01 g/mol.


25/31

38

Titik leleh : -207oC.

Titik didih : -192oC.

Specific gravity : 0,81 pada -195oC.

Kelarutan : 3 cc dalam 100cc air pada 0

o

C ; larut dalam alkohol ; tidak: larut dalam eter.

Sifat kimia karbon monoksida:

Karbon monoksida bereaksi dengan hidrogen menghasilkan gas metana:

CO ( g ) + 3H2 ( g ) ---> CH4 ( g ) + H2O ( g )

2. Hidrogen (H2).

Sifat fisika hidrogen (Perry, 2008: 2-15):

Gas tidak berwarna.


Titik leleh : -259,1oC.

Titik didih : -252,7oC.

Specific gravity : 0,0709 pada -252,7oC (liquid) ; 0,0608 (referred to air ).

Kelarutan : 2,1 cc dalam 100cc air pada 0oC ; 0,85 cc dalam 100cc air

pada 85oC.

Sifat kimia hidrogen (Vogel, 1989) sebagai berikut.

Hidrogen dapat digunakan sebagai potensial standar oksidasi-reduksi pada

temperatur 25oC sebesar 0 volt. Reaksi: H2 + 2e- ---> 2H+

3. Metana (CH4).

Sifat fisika metana (Perry, 2008: 2-40):

Gas.


Titik leleh : -182,6oC.

Titik didih : -161,4oC.

Specific gravity : 0,415 pada -164oC.

Kelarutan : 0,4 cc dalam 100cc air pada 20oC ; 47 cc dalam 100cc

alkohol pada 20oC ; 104 cc dalam 100cc eter pada 10oC.

4. Karbon dioksida (CO2).

Sifat fisika karbon dioksida (Perry, 2008: 2-12):

Gas tidak berwarna.



26/31

39

Titik leleh : -56,6oC pada 5,2 atm.

Titik didih : -78,5oC (menyublim).

Specific gravity : 1,101 pada -87oC (liquid) ; 1,53 (referred to air ) ; 1,56 pada

- -79

o

C ( solid ). Kelarutan : 179,7 cc dalam 100cc air pada 0oC ; 90,1 cc dalam 100cc air

pada 20oC ; larut dalam larutan asam dan alkali.

5. Nitrogen (N2).

Sifat fisika nitrogen (Perry, 2008: 2-20):

Gas tidak berwarna.


Titik leleh : -209,86

o

C. Titik didih : -195,8oC.

Specific gravity : 1,026 pada -252,5oC ; 0,808 pada -195,8oC ; 12,5 pada 0oC

(referred to hydrogen).

Kelarutan : 2,35 cc dalam 100cc air pada 0oC ; 1,55 cc dalam 100cc air

pada 20oC ; larut sebagian kecil dalam alkali.

2.7 Kapasitas

Kapasitas pada Pabrik Syngas dari Gasifikasi Batu Bara Kualitas Rendah sebagai

Pasokan Gas Pabrik Pupuk ini adalah sebagai berikut.

Umpan batu bara = 617.760 ton/tahun.

Kapasitas produk syngas = 653.000 ton/tahun (sekitar 29.000 MMSCF per tahun).

2.8 Basis Perhitungan

Massa batu bara masuk = 617.760 ton/tahun

= 1.872 ton/hari

= 78.000 kg/jam.

Waktu operasi = 1 jam operasi.

1 hari = 24 jam, 1 tahun = 330 hari.

2.9 Basis Desain Data

Pabrik ini direncanakan akan didirikan di Tanjung Enim, kabupaten Muara Enim,

Sumatera Selatan dengan kondisi alam seperti pada Tabel 2.10.


27/31

40

Tabel 2.10 Kondisi Alam Tanjung Enim

Parameter Nilai

Kelembaban udara (%) 52-96

Suhu (oC) 23-33

Curah hujan (mm/tahun) 3,6-332,8

Gempa (SR) -

Kecepatan angin (km/jam) 25

Sumber: www.bmkg.go.id

2.10 Uraian Proses

Gambar 2.8 Block Flow Diagram Proses Pembuatan Syngas dari Batu Bara

2.10.1 Unit Penyiapan Batu Bara

Proses awal gasifikasi dimulai dari penyiapan batu bara BA-55. Batu bara BA-55 dari

open yard akan di-treatment dengan berbagai macam perlakuan agar sesuai dengan kondisi

dalam reaktor gasifier . Mula-mula batu bara dari open yard coal (F-111) diangkut

menggunakan belt conveyor (J-112) menuju hammer mill (C-110). Di hammer mill ini terjadi

proses size reduction dari batu bara berukuran 5 cm menjadi ukuran yang diinginkan, yaitu1-6 mm. Setelah itu, batu bara yang telah dihaluskan dimasukkan ke dalam rotary-tube dryer

(B-120) untuk menguapkan sebagian air bawaan yang ada dalam batu bara. Tidak seperti

rotary dryer pada umumnya yang menggunakan udara panas sebagai media pemanas, media

pemanas yang digunakan dalam rotary-tube dryer adalah steam bertekanan yang dialirkan

searah dengan arah aliran batu bara. Jika dilihat dari cara pengontakkan media pemanas

dengan material, tipe rotary dryer yang digunakan adalah tipe tidak langsung, dimana panas

ditransfer dari steam yang ada di dalam tube ke batu bara dengan cara konduksi. Media

pemanas dan tipe tidak langsung ini digunakan karena batu bara merupakan material yang

http://www.bmkg.go.id/http://www.bmkg.go.id/


28/31

41

mudah terbakar sehingga kontak batu bara dengan oksigen yang dapat memicu reaksi

pembakaran sebisa mungkin dihindari (Mujumdar, 2006: 1018). Batu bara yang kandungan

airnya telah diuapkan kemudian diangkut oleh scrapper conveyor (J-121) untuk dimasukkan

ke dalam bunker (F-211) dengan bantuan bucket elevator (J-122). Dari bunker , batu bara

dimasukkan ke dalam lock hopper (F-212) untuk dinaikkan tekanannya dari tekanan

atmosfer (1,01 bar) menjadi 31 bar menggunakan gas inert . Kenaikan tekanan ini bertujuan

untuk menyesuaikan tekanan batu bara dengan tekanan operasi gasifier . Dari lock hopper ,

batu bara dikeluarkan melalui mekanisme air lock dan dimasukkan ke dalam gasifier

menggunakan screw conveyor (J-213). Mekanisme air lock ini memungkinkan untuk

mengeluarkan batu bara dari lock hopper tanpa ikut sertanya gas inert (Rautalin & Wilen,

1992: 12).

2.10.2 Unit Gasifikasi

Oksidan berupa O2 dari oxygen storage tank (F-214) dinaikkan tekanannya dari 1,01

bar menjadi 32 bar dengan cara dipompa menggunakan oxygen pump (L-215). Kemudian

oksidan bertekanan ini dilewatkan pada oxygen vaporizer (E-216) untuk mengubah fasenya

menjadi gas dan untuk menaikkan suhunya dari -185oC menjadi 160oC. Gas oksigen ini

kemudian diinjeksikan melalui injector nozzle ke dalam gasifier (R-210). Gasifier yang

digunakan berjenis fluidized-bed dengan tipikal proses High Temperature Winkler (HTW

Gasifier ). Gasifier ini bekerja pada kondisi temperatur 1.000oC dan tekanan 30 bar. Hal yang

membedakan gasifier fluidized-bed dengan tipe gasifier lain adalah sistem terfluidisasi yang

membuat heat transfer dan mass transfer antara gas dan partikel solid lebih sempurna serta

penggunaan temperatur yang tidak terlalu tinggi sehingga mudah untuk dikontrol dan

dikendalikan (Basu, 2006: 74). Kemajuan yang paling penting dari teknologi ini adalah

kenaikan tekanan yang mencapai 30 bar. Adanya kemajuan ini diharapkan mampu

menurunkan energi kompresi. Temperatur yang tinggi juga berguna untuk meningkatkan

konversi karbon dan kualitas gas, dimana semakin tinggi suhu, kandungan tar akan semakin

menurun. (Higman & Burgt, 2003: 103).

Di dalam gasifier terjadi berbagai macam reaksi yang dimodelkan menjadi tiga reaksi,

yaitu reaksi pirolisis (devolatilisasi), reaksi pembakaran, dan reaksi gasifikasi. Mulanya,

batu bara akan mengalami proses pirolisis untuk dekomposisi batu bara secara kimia dengan

bantuan panas. Hasil dari pirolisis adalah karbon, ash, dan gas-gas ringan. Pada pirolisis

dengan temperatur tinggi, produk yang dominan adalah gas, sedangkan pada temperaturrendah produk yang dominan adalah tar dan minyak berat (Cherimisinoff & Rezaiyan, 2005:


29/31

42

147). Karena temperatur dalam gasifier cukup tinggi (1.000oC), maka diasumsikan tak ada

tar atau minyak berat yang terbentuk. Reaksi pirolisis:

Batu bara C ( s) + CH4 + CO + CO2 + H2 + H2O+ H2S + COS + N2 + Ash ( s)

(Cherimisinoff & Rezaiyan, 2005: 17; Higman & Burgt, 2003: 31)

Karbon hasil pirolisis akan mengalami reaksi pembakaran dengan O2 yang berasal dari

tangki penyimpan. Sebagian besar O2 yang diinjeksikan dalam gasifier ini akan digunakan

untuk zona pembakaran. Proses pembakaran ini menghasilkan karbon dioksida, karbon

monoksida, dan uap air, yang menyediakan panas untuk reaksi gasifikasi selanjutnya.

Pirolisis dan pembakaran adalah proses yang sangat cepat. Reaksi-reaksi pembakaran:

C ( s) + ½O2 CO ∆H = -111MJ/kmol

CO + ½O2 CO2 ∆H = -283 MJ/kmol

H2 + ½O2 H2O ∆H = -242 MJ/kmol


Reaksi gasifikasi terjadi karena karbon bereaksi dengan karbon dioksida dan steam

untuk menghasilkan karbon monoksida dan hidrogen. Reaksinya:

a) Reaksi Boudouard: C ( s) + CO2 2CO ∆H = +172 MJ/kmol

b) Reaksi Water Gas: C ( s) + H2O CO + H2 ∆H = +131 MJ/kmol

c) Reaksi Shift Convertion: CO + H2O CO2 + H2 ∆H = -41 MJ/kmol

d) Reaksi Metanasi: C ( s) + 2H2 CH4 ∆H = -75 MJ/kmol


Reaksi Boudouard merupakan reaksi endotermis yang menghasilkan CO. Reaksi

water gas dan shift convertion merupakan reaksi utama pada gasifikasi batu bara karena pada

reaksi ini dihasilkan syngas H2 dan CO beserta dengan CO2 sebagai hasil samping. Dan yang

terakhir reaksi samping metanasi yang menghasilkan metana dalam jumlah yang sedikit.

Karbon (char ) yang tidak bereaksi dan 10% dari total ash turun sebagai slag di bagian

bottom (Basu, 2006: 320). Syngas yang keluar dari gasifier akan menuju cyclone (H-217)

untuk memisahkan ash yang terbawa keluar, lalu menuju ke waste heat boiler 1 (E-311)

untuk didinginkan. Syngas didinginkan dengan media pendingin air dari suhu 1.000°C

menjadi 300oC. Proses pendinginan ini menghasilkan steam yang dapat digunakan untuk

untuk proses selanjutnya.


30/31

43

2.10.3 Unit Purifikasi Gas

Syngas dari gasifier masih mengandung berbagai senyawa pengotor, seperti H2S,

COS, dan CO2. Adanya senyawa-senyawa tersebut dapat meningkatkan risiko korosi pada

peralatan dan merusak katalis, termasuk katalis dalam proses pembuatan pupuk. Oleh karena

itu syngas perlu dimurnikan terlebih dahulu.


Karbonil sulfida bukan merupakan gas asam, maka hidrolisis COS untuk membentuk

H2S sering dilakukan untuk pemurnian sulfur yang terkandung dalam COS. Tujuan

pengonversian COS menjadi H2S disebabkan adsorben yang digunakan untuk proses

desulfurisasi lebih selektif terhadap H2S daripada COS. Reaksi hidrolisis terjadi di COS

hydrolysis reactor (R-310) dengan suhu operasi 303oC dan tekanan 29 bar dengan bantuan

katalis chromia-alumina.

COS + H2O ↔ H2S + CO2

(Bell, 2011: 115)

Setelah semua sulfur terdapat dalam bentuk senyawa H2S, kemudian dilakukan proses

pemisahan terhadap H2S. Unit pemisahan senyawa sulfur adalah tangki desulfurizer (D-320)

yang bekerja pada suhu 310oC dan tekanan 28,5 bar dengan bantuan adsorben ZnO.

Reaksinya sebagai berikut.

H2S + ZnO ( s) H2O + ZnS ( s)

Pada umunya, adsorben ZnO tidak dapat diregenerasi. Akibatnya, adsorben ini kurang

praktis jika digunakan untuk adsorpsi dengan konsentrasi H2S yang tinggi (Bell, 2011: 128).

Untuk keperluan downstream industri pupuk, kandungan H2S di aliran syngas yang keluar

dari tangki desulfurizer diharapkan dapat kurang dari 1 ppmv (Higman & Burgt, 2003: 233).

Syngas dari desulfurizer yang bebas dari kandungan H2S kemudian diturunkan

suhunya melalui waste heat boiler 2 (E-333) sehingga suhunya menjadi 50oC. Media

pendingin yang digunakan adalah air. Proses pendinginan ini juga menghasilkan steam yang

dapat digunakan untuk proses lainnya. Penurunan suhu bertujuan untuk menaikkan

%recovery dari absorber karena absorber bekerja lebih baik pada suhu yang rendah dan

tekanan tinggi. Selanjutnya, syngas dialirkan menuju kolom absorber (D-330) yang

beroperasi pada suhu 50oC dan tekanan 27 bar. Pelarut MDEA 40% berat dari MDEA storage

tank (F-331) diumpankan ke kolom absorber dengan bantuan MDEA pump (L-332). Larutan

MDEA akan mengabsorb gas CO2, dan kemudian keluar menuju stripper (D-340) untuk

proses recovery kembali pelarut. Sedangkan produk syngas bersih yang keluar dari absorberdialirkan melalui gas pipeline.


31/31

Untuk melakukan recovery pelarut, larutan MDEA kaya CO2 (rich-amine) yang keluar

dari kolom absorber diturunkan tekanannya dari 27 bar menjadi 3,52 bar dengan expansion

valve. Penurunan tekanan ini bertujuan untuk meyesuaikan tekanan rich-amine dengan

tekanan operasi stripper . Kemudian suhu rich-amine dinaikkan suhunya dengan cara

melewatkannya di lean-rich amine heat exchanger (E-341). Stripper beroperasi pada suhu

125oC dan tekanan 2,03 bar. Untuk mengambil CO2 dari pelarut, digunakan superheated

steam dengan tekanan 2,03 bar dan suhu 125oC. Steam akan men- strip CO2 dan keluar

bersama-sama dari stripper menuju stripper outlet cooler (E-342) untuk didinginkan hingga

suhu 45oC. Pendinginan ini bertujuan untuk mengkondensasi aliran gas CO2 dan steam

sehingga diperoleh fase campuran. Lean-amine yang keluar dari stripper dialirkan kembali

ke lean-rich amine exchanger untuk diturunkan suhunya menjadi 70oC. Lean-amine ini

kemudian diumpankan kembali ke absorber dengan bantuan MDEA recovery pump (L-334).

Aliran CO2 dan steam yang berada dalam fase campuran dipisahkan dalam separator (H-

343) untuk mendapatkan gas CO2 yang lebih murni. Gas CO2 yang lebih murni dialirkan

menuju gas pipeline untuk proses sintesis urea.

Pemilihan proses gasifikasi

Documents

Transcript of Pemilihan proses gasifikasi