117 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
demikian, menariknya adalah kebanyakan peneliti yang belakangan dan dapat ditemukan pada literatur terkini
menggunakan gasifikasi uap primer sebagai mekanisme reaksi uap-arang, sementara itu gasifikasi uap sekunder dapat dilihat
sebagai kombinasi dari gasifikasi uap air primer dan WGSR.
Pada temperatur dari 1050 sampai 1100
o
C, ditemukan tidak terjadi perubahan dimensi luar dari arang ketika arang bereaksi
dengan uap air pada tekanan parsial 0,19 bar. Penemuan ini menunjukkan bahwa arang yang lebih reaktif dilepaskan oleh
gasifikasi dengan uap. Arang yang tersisa yang kurang reaktif bertahan ditempatnya menjadi lapisan yang berpori dan rapuh.
Dengan meningkatnya temperatur sampai 1.200
o
C, diameter arang menurun sedikit Pilcher, Walker JR et al., 1955.
Laju reaksi gasifikasi arang-uap air sangat tergantung pada temperatur reaksi. Gas yang dihasilkan meningkat secara
signifikan ketika temperatur reaktor berubah dari 923 K menjadi 1053 K untuk semua jenis biomassa yang dipelajari pada
perbandingan biomassa-uap air sebesar 0,8 Herguido, Corella et al., 1992 tetapi perbedaan yang penting diantara beberapa
biomassa dapat diamati khususnya pada temperatur yang tinggi. Penyebabnya adalah adanya kenyataan bahwa meningkatnya
temperatur cenderung mendorong produksi gas yang lebih banyak pada proses pirolisis awal, laju reaksi yang lebih cepat dari
reaksi heterogen, dan meningkatnya proses pemecahan tar. Menurut Franco C, et. al. Franco, Pinto et al., 2003 pada
perbandingan
uapbiomassa sebesar
0,8 massamassa,
meningkatnya temperatur mendorong peningkatan gas yang dihasilkan dan meningkatkan laju reaksi reduksi arang.
Perbandingan uap air-biomassa mempunyai pengaruh pada laju reaksi. Herguido, J and co-workers Herguido, Corella et
al., 1992 melakukan eksperimen pada gasifikasi uap dengan jenis bahan baku yang berbeda. Pemasukan biomassa adalah 3,5
sampai 4,0 kgjam, perbandingan uap-airbiomassa adalah 0,8 dan temperatur reaktor adalah 923 sampai 1053 K. Pada saat
perbandingan uap air-biomassa meningkat dari 0,5 sampai 2,5 pada temperatur reaktor 1023 K dan dengan bahan baku berupa
118 Produksi Gas dari Padatan
sisa gergajian pohon cemara, tar dan arang menurun sementara gas meningkat. Hasil CO
2
dan H
2
meningkat sementara CO dan CH
4
menurun pada saat perbandingan uap air dengan biomassa meningkat.
Parameter lain yang mempengaruhi gasifikasi uap air- arang adalah jenis bahan baku. Sisa gergajian kayu dan jerami
mempunyai fraksi volume gas yang lebih tinggi dibandingkan serpihan kayu, khususnya pada temperatur yang tinggi dengan
perbandingan uap air dengan biomassa sebesar 0,8. Herguido, J., et.al. Herguido, Corella et al., 1992 menyatakan bahwa hal ini
disebabkan oleh kemungkinan berikut ini. Kemungkinan pertama adalah bahwa arang dari partikel jerami mempunyai pori-pori
yang besar dan diameter yang kecil sehingga faktor efektivitas
5
mendekati satu. Pada sisi lain, arang dari serpihan kayu mempunyai perbandingan luasan terhadap volume yang lebih
kecil dan mempunyai porositas yang lebih rendah. Akibatnya serpihan kayu mempunyai faktor efektivitas yang lebih rendah.
Kemungkinan lainnya adalah bahwa jerami mempunyai kandungan K
2
O yang tinggi dalam abunya yang mempunyai efek katalitik untuk reaksi arang-uap air Morf, 2001.
4.7.3. Reaksi Gasifikasi Hidro hydro gasificaion
Proses gasifikasi hidro dapat dinyatakan sebagai berikut: C + 2H
2
CH
4
= - 75 kJmol 4.30
Laju reaksi gasifikasi hidro di atas dapat dihitung dari perumusan berikut ini:
n H
c
p RT
E A
r
2
exp
4.31
5
Faktor efektivitas didefinisikan sebagai ukuran untuk penurunan laju reaksi akibat tahanan difusi pori-pori. Faktor efektivitas adalah perbandingan dari
laju reaksi dalam pori-pori terhadap laju reaksi tanpa tahanan difusi pori-pori. o
K
H
298
119 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
Tabel 4.18. Konstanta kinetika reaksi gasifikasi hidro.
No A
E kJmol Kondisi
Literatur
1 6,11 x 10
-3
TT 80,3
Mann, Knutson et al.,
2004 2
7,5 x 10
6
mh 230,3
Gasifikasi batu bara
Biba, Macak et al., 1978
3 4,19 x 10
-3
s
-1
19,21
Gasifikasi biomassa
Babu and Sheth, 2006
TT: tidak tercantum Terdapat sedikit peneliti yang mendiskusikan proses
gasifikasi hidro karena laju reaksinya yang lebih lambat dibandingkan reaksi Boudouard dan gasifikasi uap air. Laju reaksi
untuk proses gasifikasi hidro dapat dihitung dari persamaan 4.31. Lewis, W.K., et.al. Lewis, Gilliland et al., 1953 menemukan
bahwa tidak ada hubungan yang sederhana antara kadar metana dan tekanan parsial H
2
. Banyak peneliti menggunakan orde reaksi kedua untuk reaksi gasifikasi Babu and Sheth, 2006; Giltrap,
McKibbin et al., 2003. Energi aktivasi dan faktor pre-eksponensial dapat ditemukan dalam berbagai literatur dan dapat dilihat pada
120 Produksi Gas dari Padatan
Tabel 4.18. Gasifikasi hidro mempunyai konstanta kesetimbangan
yang menurun terhadap temperatur Herguido, Corella et al., 1992. Tren konstanta kesetimbangan gasifikasi hidro mirip
dengan tren konstanta kesetimbangan WGSR. Ini menunjukkan bahwa seiring dengan meningkatnya temperatur, gasifikasi hidro
bergeser ke arah kiri. Jumlah CH
4
menurun seiring dengan meningkatnya temperatur.
Pengmei Jv, et.al., 2004 Pengmei, Chang et al., 2004; Pengmei Lv, Chang et al., 2004 melakukan eksperimen pada
reaktor katalitik biomassa dengan komposisi gas masuk yang dicampur. Laju pemasukan biomassa sekitar 0,47 kgh,
perbandingan uap terhadap biomassa adalah 0,85, perbandingan ekuivalen oksidatif adalah 0,3, dan temperatur gasifikasi adalah
1073 K. Dalam eksperimen ini, mereka menemukan bahwa hidrogen meningkat 10, CO menurun sekitar 10 vol, hampir
setengah dari CH
4
dikonversi dan CO
2
meningkat sedikit. Mereka memprediksikan bahwa WGSR dan reaksi CO
2
dry reforming terjadi dalam reaktor gasifikasi secara simultan. CO
2
dihasilkan melalui reaksi WGSR tetapi dikonsumsi oleh reaksi CO
2
dry reforming. Pengaruh keseluruhan dari dua reaksi ini adalah
terjadinya peningkatan sedikit dalam kandungan CO
2
. Penemuan penting lainnya adalah bahwa dengan penurunan perbandingan
uap air dengan biomassa, hasil CO dan CO
2
menunjukan tren yang berlawanan dari yang telah dijelaskan sebelumnya. Reaksi CO
2
dry reforming dapat dilihat pada persamaan di bawah ini:
CO
2
+ CH
4
2CO + 2H
2
4.32 H
2
O + CH
4
CO + 3H
2
4.33
4.7.4. Reaksi Pergeseran Gas Air water gas shift reaction, WGSR
Persamaan reaksi WGSR dapat dinyatakan sebagai berikut:
CO + H
2
O CO
2
+ H
2
= -41.7 kJmol 4.34
Selain persamaan di atas, WGSR yang lebih kompleks dan diterima secara umum adalah reaksi yang pertama kali diusulkan
oleh Bradford Tingey, 1966, yaitu:
o K
H
298
121 Konsep Dasar Pirolisis dan Gasifikasi
M H
H M
k
2
1 2
4.35
OH CO
k k
CO H
b f
2 2
2
4.36
H O
H k
k H
OH
b f
2 3
3 2
4.37
M H
M H
k
2 4
2
4.38 Jika konsentrasi H dan OH diasumsikan berada dalam
kesetimbangan, laju pembentukan dari mekanisme ini dinyatakan dengan:
4.39
Dimana konstanta reaksi untuk reaksi di atas diberikan oleh Kaskan dan Browne dalam Tingey, 1966 sebagai berikut:
4.40 4.41
4.42 4.43
4.44 4.45
Dimana satuan dari energi aktivasi dari pernyataan tersebut adalah dalam kkalmol.
Tingey, G.L., 1966 Tingey, 1966 melakukan eksperimen dan menemukan bahwa kinetika reaksi dari CO
2
dengan H
2
untuk membentuk CO dan H
2
O pada temperatur dari 673 sampai 1323 K.
2 3
2 2
3 2
2 2
3 2
2 1
2 2
1 4
1
H k
CO k
O H
CO k
k CO
H k
k H
k k
dt CO
d
f b
b f
f
1 1
82 .
15 1
103200 exp
10 6
. 3
s
M RT
T x
k
1 1
79 .
14 2
30700 exp
10 7
. 2
s
M RT
T x
k
f
1 1
9 2
6300 exp
10 2
. 3
s
M RT
x k
b
1 1
10 3
5900 exp
10 3
. 6
s
M RT
x k
f
1 1
11 3
20700 exp
10 4
. 2
s
M RT
x k
b
1 2
1 12
4
10 .
5
s
M T
x k
122 Produksi Gas dari Padatan
Ketergantungan temperatur pada reaksi mengarahkan pada dua jalur reaksi yang terpisah. Satu jalur adalah di bawah 1073 K dan
yang lainnya di atas 1073 K. Laju reaksi untuk di bawah dan di atas 1073 K dinyatakan dengan persamaan 4.46 dan 4.47 .
4.46 4.47
Dimana satuan dari laju reaksi adalah molldetik. Satuan dari energi aktivasi dalam persamaan di atas adalah kalmol.
Konstanta kinetika reaksi yang lain dari WGSR ditunjukkan dalam Tabel 4.19.
Tabel 4.19. Konstanta kinetika reaksi WGSR.
No A
E kJmol
Kondisi Literatur
1 3,23 x 10
7
TT 49,3
Mann, Knutson et al.,
2004 2 2,96 x 10
5
molgc ath
47,4 Menggunakan
katalis 3 5,0 x 10
12
Molar
- 0,5
s
-1
337
Dihitung dari mekanisme Bradford
Tingey, 1966 4a 1,2 x 10
13
Molar
- 0,5
s
-1
326
n = 0,5 untuk H
2
O dan m = 1 untuk CO
2
T 1073 K
Tingey, 1966
4b 7,6 x 10
4
Molar
- 13
s
-1
164
n = 13 untuk H
2
O dan m =1 untuk CO
2
T 1073 K
Tingey, 1966
5 2,5 x 10
5
m
3
mols 138
Pirolisis Orimulsion Taisuke and Kouichi, 1997
6 7,4 x 10
11
cm
3
mo l
0,5
s
-1
288,3 Tekanan 1MPa, 1070- 1134 K
Bustamante, Enick et al.,
2005
2 3
1 2
4 2
39200 exp
10 6
. 7
CO H
RT x
dt O
H d
dt CO
d
2 2
1 2
13 2
78000 exp
10 2
. 1
CO H
RT x
dt O
H d
dt CO
d
