Gasifikasi NO. 1 Buku Produksi gas dari padatan
108 Produksi Gas dari Padatan
dioksida, dan e uap air. Karbon monoksida, hidrogen, dan metana adalah gas-gas yang dapat terbakar combustible gases,
sedangkan karbon dioksida dan uap air tidak. Beberapa laporan menyatakan bahwa terdapat gas nitrogen dalam jumlah yang
sangat kecil trace selama gasifikasi sekam padi.
Penelitian terhadap gasifikasi sekam padi telah memberi petunjuk mengenai faktor-faktor yang mempengaruhi proses
gasifikasi. Faktor-faktor tersebut diantaranya adalah: 1. Kandungan energi bahan bakar yang digunakan
Bahan bakar dengan kandungan energi yang tinggi akan memberikan pembakaran gas yang lebih baik.
2. Kandungan air dari bahan bakar yang digunakan Bahan bakar dengan tingkat kelembaban yang lebih
rendah akan lebih mudah digasifikasikan daripada bahan bakar dengan tingkat kelembaban yang lebih tinggi.
3. Bentuk dan ukuran bahan bakar Ukuran bahan bakar yang lebih kecil memerlukan
fanblower dengan tekanan yang lebih tinggi. 4. Distribusi ukuran bahan bakar
Distribusi ukuran bahan bakar yang tidak seragam akan menyebabkan bahan bakar yang digunakan lebih sulit
terkarbonisasi, dan mempengaruhi proses gasifikasi.
5. Temperatur reaktor gasifikasi Temperatur reaktor ketika proses gasifikasi berlangsung
sangat mempengaruhi produksi gas yang dihasilkan. Untuk itu reaktor gasifikasi perlu diberi insulasi untuk
mempertahankan temperatur di dalam reaktor tetap tinggi.
Besarnya kandungan air dan
sangat berpengaruh terhadap reaksi yang terjadi sehingga hal ini juga akan
mempengaruhi besarnya prosentase gas-gas hasil reaksi seperti yang ditunjukan dalam tabel 4.2 dan 4.3 berikut.
109 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
Tabel 4.14. Tipe dan persentase komposisi gas-gas yang dihasilkan dari gasifier sekam padi pada temperatur 1000
o
C dan
= 0,3 Belonio, 2005.
Gas Komposisi
Karbon monoksida, CO 26,1
–15,0 Hidrogen, H
2
20,6 –21,2
Metana, CH
4
Karbon dioksida, CO
2
6,6 –10,3
Air, H
2
O 8,6
–24,0 Kandungan air sekam padi : 10
–40 Tabel 4.2 menunjukkan prosentase komposisi gas-gas yang
diperoleh oleh Kaupp, A. untuk gasifier sekam padi pada temperatur gasifier 1000
o
C, ekuivalen rasio 0,3, dan kandungan air bahan bakar sekam padi 10
–40. Ditunjukkan bahwa persentase komposisi CO bervariasi dari 26,1
–15,0 sedangkan untuk H
2
bervariasi dari 20,6 –21,2. Semakin tinggi kandungan air sekam
padi, semakin rendah persentase CO, dan semakin tinggi persentase komposisi H
2
. Karena reaktor gasifier beroperasi pada temperatur yang sangat tinggi 1.000
o
C, persentase gas metana yang ada selama gasifikasi adalah nol. Hal ini disebabkan karena
reaksi pembentukan CH
4
terjadi pada temperatur reaksi dibawah 1.000
C, yaitu ketika C bereaksi dengan H
2
. Tabel 4.15. Komposisi gas-gas yang dihasilkan dari gasifier sekam
padi pada temperatur 1000
o
C dan kandungan air sekam padi 30 Belonio, 2005.
Gas Komposisi
Karbon monoksida, CO 18,6
–8,6 Hidrogen, H
2
21,5 –8,7
Metana, CH
4
Karbon dioksida, CO
2
9,5 –12,6
Air, H
2
O 18,0
–21,1
: 0,3 ke 0,6 Kenaikan
dari 0,3 ke 0,6 untuk kandungan air 30 dan temperatur 1000
o
C, menyebabkan persentase gas-gas bervariasi. Pada Tabel 4, persentase CO bervariasi dari 18,6
–8,6 sedangkan H
2
bervariasi dari 21,5 –8,7. Persentase CO
2
bervariasi dari 9,5 –
110 Produksi Gas dari Padatan
12,6, semakin besar
maka kandungan oksigen akan semakin besar, oksigen akan bereaksi dengan volatil dan sebagian arang
yang mengandung unsur karbon C membentuk CO
2
. Kenaikan
selama gasifikasi menurunkan persentase komposisi dari gas- gas CO dan H
2
tetapi menaikan komposisi gas CO
2
. Dapat disimpulkan bahwa dalam desain sebuah gasifier sekam padi,
semakin rendah
dan kandungan air dari bahan bakar sekam padi, kualitas gas untuk CO dan H
2
yang diperoleh akan lebih baik. Metana CH
4
hanya dapat dicapai jika reaktor gasifier dioperasikan pada temperatur rendah sekitar 400
–500
o
C.
4.7. Karakteristik Reaksi Reduksi Arang 4.7.1. Reaksi Arang-CO
2
Mekanisme reaksi antara arang dan CO
2
untuk menghasilkan CO dikenal sebagai mekanisme Boudouard. Reaksi
ini bersifat endotermis sebagaimana ditunjukkan dalam persamaan 4.8. Sesungguhnya, laju reaksi antara arang dan CO
2
adalah sangat lambat jika dibandingkan dengan laju reaksi proses oksidasi.
C + CO
2
2CO = 172.6 kJmol
4.8
Mekanisma lain yang diusulkan pada reaksi arang dengan CO
2
adalah mekanisme reaksi dua tahap sebagamaina diperlihatkan di bawah ini Barrio and Hustad, 2000; Ergun, 1956:
4.9 4.10
Dimana C
f
adalah tempat aktif yang tersedia Barrio and Hustad, 2000 atau tempat karbon bebas Moulijn and Kapteijn, 1995
atau unoccupied edge site carbon which has a free sp
2
orbital Chan, Yang et al., 1993. CO adalah tempat yang didiami Barrio
and Hustad, 2000 atau karbon-oksigen kompleks Moulijn and Kapteijn, 1995 atau semiquinone Chan, Yang et al., 1993.
o K
H
298
CO O
C k
k CO
C
b f
f
1 1
2
f k
C CO
O C
2
111 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
Pada mekanisme reaksi dua tahap, awalnya CO
2
bereaksi dengan tempat karbon bebas C
f
dan menghasilkan karbon-oksigen kompleks CO dan CO. Kemudian pada tahap kedua, karbon-
oksigen kompleks CO terurai menjadi CO dan bentuk C
f
yang baru. Bentuk C
f
yang baru ini dapat pandang sebagai karbon tidak jenuh tanpa hidrogen pada sudut matrik karbonnya Moulijn
and Kapteijn, 1995. Reaksi mundur pada tahap pertama dapat dilihat sebagai pengaruh hambatan CO yaitu menurunkan
konsentrasi CO. Mekanisme ini digambarkan sebagai berikut.
Gambar 4.15. Mekanisme reaksi arang-CO
2
secara dua tahap Moulijn and Kapteijn, 1995.
Menurut Moulijn, J.A. dan Kapteijn, F., 1995 Moulijn and Kapteijn, 1995, terdapat setidaknya dua tempat dalam gasifikasi
arang-CO
2
, yaitu CO dan CCO. CCO menyatakan penyisipan CO dalam matriks karbon selama gasifikasi dan disebut sebagai
carbonyl Chan, Yang et al., 1993. CCO lebih aktif dibandingkan CO. Dengan penemuan ini, mereka mengusulkan mekanisme
reaksi arang-CO
2
empat tahap, yaitu:
O C
CO C
CO
f
2
4.11
CO C
CO O
C CO
2
2
4.12
CO C
CO C
f
4.13
CO C
O C
f
4.14