Reaksi Gasifikasi NO. 1 Buku Produksi gas dari padatan
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
112 Produksi Gas dari Padatan
Laju reaksi dua tahap pada gasifikasi arang-CO
2
dapat dihitung dengan pernyataan laju reaksi dari Langmuir
Hinshelwood sebagai berikut:
4.15 Sementara itu, pernyataan yang sederhana untuk laju reaksi
arang-CO
2
adalah sebagai berikut: 4.16
Nilai n ditemukan dalam literatur sangat bervariasi dari 0,27 sampai 1,2 Barrio and Hustad, 2000. Faktor pre-eksponensial A
dan energi aktivasi E untuk reaksi arang-CO
2
ditemukan dalam
literatur dan dapat ditabelkan pada Tabel 4.16. Tabel 4.16. Konstanta kinetika reaksi arang- CO
2
.
No A
E kJmol
Kondisi Literatur
1 5,25 x 10
2
TT 247
Mann, Knutson et
al., 2004 2
2 x 10
7
mh 360
Gasifikasi batu bara Biba, Macak et al., 1978
3 3,1 x 10
6
s
-1
bar
-0,38
215 Kayu birch. Ukuran
arang 32-45 m. T = 1023-1223 K.
Barrio and Hustad,
2000 4 2,3 x 10
3
s
-1
bar
-0,38
140 n = 0,38, aliran gas
1,2 ms, T= 973-1173 K Kirilowitsch,
2006 5 2,6 x 10
2
s
-1
bar
-0,38
122 n = 0,38, aliran gas
0,5 ms, T= 973-1173 K
Kirilowitsch, 2006
6 2,4 x 10
3
s
-1
bar
-0,38
144 n = 0,38, aliran gas
0,2 ms, T= 1073-1173 K
Kirilowitsch, 2006
TT: tidak tercantum parameter utama dalam gasifikasi arang-CO
2
adalah temperatur gas. Laju gasifikasi meningkat dengan naiknya
temperatur gas Ye, Agnew et al., 1998 dan tidak bergantung pada ukuran partikel Ye, Agnew et al., 1998. Untuk arang batu
CO b
CO f
CO f
c
p k
k p
k k
p k
r
2 1
2 1
1
2 2
1
n CO
c
kp r
2
113 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
bara, pada temperatur lebih tinggi dari 630
o
C, reaktivitas CO
2
lebih rendah dibandingkan reaktivitas H
2
O. Perbedaan tersebut dapat lebih terasa pada saat temperatur gas ditingkatkan lagi.
Pada temperatur 630
o
C, reaktivitas CO
2
dan H
2
O terlihat hampir sama. Untuk biomassa kayu birch, ukuran dari profil reaktivitas
dipengaruhi oleh temperatur reaksi dan tidak oleh perbandingan CO
2
CO Barrio and Hustad, 2000. Konstanta reaksi pada reaksi arang-CO
2
dittampilkan pada Tabel 4.16 adalah sederhana tetapi sudah mampu menyediakan informasi yang cukup. Mekanisme
reaksi sederhana lebih disukai dalam simulasi pemodelan CFD.