124 Produksi Gas dari Padatan
Dari sifat termodinamik dan hubungan konstanta kesetimbangan untuk WGSR dapat diturunkan persamaan berikut
ini Choi and Stenger, 2003: 4.4
8 Atau dalam bentuk yang sederhana dinyatakan dengan
4.49 dimana
4.50
Gambar 4.17. Pengaruh temperatur gasifier pada kesetimbangan WGSR Herguido, Corella et al., 1992.
Reaksi shift menjadi mekanisme reaksi yang menarik dalam gasifikasi karena laju reaksinya beberapa juta kali lebih cepat
49170 10
125 .
1 10
44 .
5 ln
077 .
1 5
. 5693
ln
2 2
7 4
T T
x T
x T
T K
eq
33 .
4 8
. 4577
exp T
K
eq
CO O
H p
CO eq
p p
p K
H 2
2 2
125 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
dibandingkan tiga reaksi heterogen yang lain dalam gasifikasi arang Mann, Knutson et al., 2004. Pada temperatur yang
sedang, WGSR adalah proses reversibel. Crnomarkovic N, et al. Crnomarkovic, Repic et al., 2007 meneliti WGSR dan
menemukan bahwa dekomposisi uap air secara intensif terjadi dalam jangkauan temperatur 600 sampai 1.100 K. Pada
temperatur dibawah 590 K, produksi H
2
hampir tidak dipengaruhi oleh injeksi uap air.
Pada temperatur di atas 940 K, WGSR akan mendominasi proses dalam gasifikasi uap Encinar, Gonzalez et al., 2002;
Herguido, Corella et al., 1992 dan konsekuensinya komposisi gas akan ditentukan oleh reaksi ini. Komposisi gas mendekati nilai
kesetimbangan teotiris di atas temperatur 1023 K Herguido, Corella et al., 1992 sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4.17.
Artinya bahwa peningkatan temperatur selama eksperimen dapat meningkatkan secara signifikan konsentrasi H
2
dan CO
2
dan menurunkan konsentrasi CO. Di bawah 1023 K, pelibatan hanya
WGSR pada produksi komposisi gas tidaklah benar. Pada temperatur 1083 K, konstanta kinetik untuk WGSR maju sama
dengan konstanta kinetika WGSR mundur Herguido, Corella et al., 1992.
Menurut Encinar, J.M., et.al., 2002 Encinar, Gonzalez et al., 2002 dalam gasifikasi uap air pada temperatur 1073 K,
tekanan parsial uap air 0,53 atm dan ukuran partikel 0,4 sampai 2 mm, gasifikasi uap air dan WGSR mempunyai pengaruh yang
signifikan dibandingkan dengan reaksi Boudouard.
4.7.5. Reaksi Char-Oksigen
Mekanisme paling sederhana dari reaksi char-oksigen dapat dinyatakan dengan:
C + ½O
2
CO = -110.5 kJmol
4.51 C + O
2
CO
2
= -393.5 kJmol 4.52
o K
H
298
o K
H
298
126 Produksi Gas dari Padatan
Gambar 4.18. Mekanisme reaksi char-O
2
2 tahap Moulijn and Kapteijn, 1995.
Dalam mekanisme yang lebih kompleks, rekasi char-O
2
dapat dibagi menjadi 2 tahap. Tahap pertama, O
2
bereaksi dengan site karbon bebas C
f
dan menghasilkan CO. Kemudian, dilanjutkan dengan tahap kedua, CO diuraikan menjadi CO dan
site C
f
yang baru. Kedua tahap dijelaskan dalam Gambar 4.18, Persamaan 4.53 dan 4.54.
2C
f
+ O
2
2CO 4.53
CO CO + C
f
4.54 Konstanta kinetika reaksi untuk reaksi char-oksigen dapat
dilihat dalam Tabel 4.20. Pada temperatur lebih tinggi dari 1100 K, oksidasi char cenderung menghasilkan CO.
Tabel 4.20. Konstanta kinetika reaksi Char-oksigen.
No A
E kJmol
Kondisi Literatur
1 3,51 x 10
6
TT 91,1
C + 0,5O
2
CO
Mann, Knutson et al., 2004
2 6 x 10
3
mh 221,9
C + O
2
CO
2
Biba, Macak et al., 1978
3 11,12
Pa
-1
.s
-1
130 C + 0,5O
2
CO
Dennis, Lambert et al., 2005
TT: tidak tercantum Contoh Soal 4.2:
Dari berbagai kemungkinan reaksi kimia yang terjadi pada reaksi gasifikasi, maka urutkan laju reaksi dari yang paling
cepat. Jawab:
Pada gasifikasi biomasa bertemperatur 1000 K, Tekanan 1,5 bar.
Jenis Reaksi Kondisi
Laju Reaksi 1s
C + CO
2
2CO Kirilowitsch A = 2,3 x 103 s-1bar-
0,38, E = 140 kJmol, n = 0,38. 1,3 x 10-4
C + H
2
O CO + H
2
Data Barrio, Gobel et al.2000 A = 2,62x108 s-1 bar-n, E = 237
1,4 x 10-4
127 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
kJmol, n = 0,57 C + 2H
2
CH
4
Babu and Sheth: A = 4,19 x 10-3 s-1, E = 19,21 kJmol
4,2 x 10-4 CO + H
2
O CO
2
+ H
2
Tingey 1966: A = 5 x 1012 M- 0,5s-1, E = 337 kJmol
0,10 x 10-4 C+0,5O
2
CO Dennis, Lambert et al. 2005: A
= 11,12 Pa-1.s-1, E = 130 kJmol 2700 x 10-4
Dari tabel di atas jelas terlihat bahwa urutan laju reaksi dari yang paling cepat adalah:
1. Laju reaksi C+0,5O
2
CO 2. Laju reaksi C + 2H
2
CH
4
3. Laju reaksi C + H2O CO + H
2
4. Laju reaksi C + CO
2
2CO 5. Laju reaksi CO + H
2
O CO
2
+ H
2
.
128 Produksi Gas dari Padatan
Soal Bab IV:
4.1. Jelaskan pengertian pirolisis 4.2. Jelaskan pengertian gasifikasi
4.3. Jelaskan perbedaan pirolisis lambat, pirolisis cepat, dan
gasifikasi. 4.4. Jelaskan pengertian laju pemanasan.
4.5. Jelaskan faktor-faktor yang berpengaruh pada proses pirolisis. Perkirakan urutan faktor yang paling berpengaruh
sampai ke faktor yang kurang berpengaruh. 4.6. Jelaskan mekanisme reaksi gasifikasi:
a. arang-udara b. arang-CO2
c. arang-H2O
4.7. Jelaskan yang dimaksud water gas shift reaction dan jelaskan bagaimana mendapatkan jumlah H
2
yang lebih banyak pada reaksi gasifikasi.
4.8. Jelaskan pengertian konstanta kesetimbangan dan jelaskan pula implikasinya.
4.9. Jelaskan faktor-faktor yang berpengaruh pada proses gasifikasi. Buat urutan faktor dari paling berpengaruh
sampai ke yang kurang berpengaruh. 4.10. Jelaskan sifat-sifat minyak yang dihasilkan dari pirolisis
sekam padi.
129 Gasifikasi
BAB V GASFKAS
5.1. Tipe Gasifier
Ada dua tipe umum gasifier yang digunakan dalam gasifikasi material organik, yaitu fixed-bed gasifier dan fluidized
bed gasifier. Untuk tungku gas sekam padi dan serbuk gergaji kayu, tipe fixed-bed gasifier lebih cocok digunakan. Beberapa tipe
fixed-bed gasifier down-draft type gasifier dan cross-draft type gasifier didapatkan lebih efektif untuk kedua biomassa ini
dibandingkan dengan fluidized bed gasifier.
5.1.1. Jenis Gasifikasi Down Draft
Dalam tipe ini Gambar 5.1, aliran gas ke bawah downward melewati zona pirolisis ke bottom lit hot char
gasification zone, membakar tar-tar, menghasilkan pembakaran yang sangat bersih. Bahan bakar turun ke zona pembakaran.
Operasi berlanjut dengan cara memberikan bahan bakar tambahan dari atas. Kebalikannya, Inverted Down Draft IDD atau
Top Lit Updraft T-LUD gasifier Gambar 5.2 bahan bakar menyala di atas reaktor. Bahan bakar tidak bergerak tetap dan zona dari
pirolisis yang terbakar turun ke bawah. Proses pemberian bahan bakar ulang akan menghentikan proses gasifikasi.
Gambar 5.1. Down draft gasifier type
Biomasa
Pengeringan dan devolatilisasi
Gasifikasi char
Udara atau uap
Produksi gas
Biomassa
