Gasifikasi Arang Batubara Bituminus dengan Gas CO2 menggunakan Ca(OH)2 pada Proses Pirolisis

saripah sobah, Ir. Hary Sulistyo SU., Ph.D.,

2012 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Pemanfaatan batubara melalui proses gasifikasi perlu dikembangkan lebih lanjut karena proses ini dapat dijadikan alternatif untuk menggantikan peranan gas alam sebagai sumber gas sintesis. Di samping itu, proses ini dapat mengurangi pencemaran lingkungan karena teknologi gasifikasi merupakan teknologi yang bersih dan dapat mengurangi jumlah gas CO2 yang dibuang ke lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan data potensi konversi batubara bituminus menjadi gas CO dan mendapatkan data kinetika reaksi gasifikasi arang batubara bituminus yang berasal dari Kalimantan Timur menggunakan gas CO2 dengan menambahkan Ca(OH)2 pada proses pirolisis. Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah diperolehnya data kinetika reaksi dan kondisi proses gasifikasi batubara bituminus. Jika proses ini diterapkan maka akan meningkatkan nilai ekonomis batubara dan gas CO2 sebagai hasil samping industri amoniak. Proses gasifikasi batubara dijalankan dalam sebuah reaktor fixed bed yang terbuat dari kuarsa berukuran panjang 41,5 cm, diameter dalam 3,81 cm, diameter luar 3,97 cm yang dilengkapi dengan sistem pendingin, penampung gas, penampung air, termocouple, manometer, regulator, dan pengatur suhu. Proses pirolisis dan gasifikasi diawali dengan pembilasan menggunakan gas Nitrogen selama 30 menit. Batubara dengan ukuran 4 - 5,6 mm dicampur dengan 10 % serbuk Ca(OH)2 dan dipirolisis pada suhu 700oC selama 90 menit dengan laju pemanasan 20oC/menit. Arang batubara hasil pirolisis seberat 10 gram selanjutnya digasifikasi dengan laju pemanasan tetap yaitu 20oC/menit pada suhu 600oC, 700oC, 800oC, 900oC dan 1000oC. Setelah suhu yang diinginkan tercapai, gas CO2 dialirkan dengan kecepatan 544 ml/menit. Pengambilan sampel gas dilakukan setiap selang waktu 20 menit selama 2 jam. Variabel yang dipelajari adalah suhu reaksi dan pengaruh penambahan Ca(OH)2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gasifikasi arang batubara dengan penambahan Ca(OH)2 pada proses pirolisis memberikan pengaruh yang signifikan terhadap konversi pada suhu 700oC. Rasio CO/CO2 terbesar dihasilkan pada suhu 800oC yaitu sebesar 0,5683 mol CO/molCO2 dengan pengurangan jumlah gas CO2 sebesar 63,17 % pada kondisi laju alir CO2 sebesar 544ml/menit. Kinetika reaksi gasifikasi arang batubara dengan gas CO2 dapat didekati dengan model shrinking unreacted core. Penambahan Ca(OH)2 pada proses pirolisis mempengaruhi nilai k dengan parameter energi aktivasi dan faktor frekuensi sebesar 61,73 kJ/mol dan 1,37/menit untuk gasifikasi tanpa penambahan Ca(OH)2 dan 36,35 kJ/mol dan 0,10/menit untuk gasifikasi dengan penambahan Ca(OH)2.

The utilization of coal through the gasification process needs to be developed further, because this process is an alternative method to subtitute natural gas to produce the synthesis gas. In addition, this process can reduce environmental pollution as gasification technology is a clean technology and it can reduce the amount of CO2 discharged to the atmosphere. This study aims to obtain data on potential conversion of bituminous coal into gas CO and observe the reaction kinetics of coal bituminous coal gasification from East Kalimantan using gas CO2 by adding Ca (OH)2 in the pyrolysis process. The expected benefit from this research is the obtaining of reaction kinetics and gasification process condition of bituminus coal. If this process was implemented, it will increase coal economic value and CO2 as side product of ammonia industry. Coal gasification process is conducted in a fixed bed reactor made of quartz 41.5 cm long, 3.81 cm inside diameter, outer diameter 3.97 cm, equipped with a cooling system, gas reservoir, water collection, thermocouple, manometer, regulators, and temperature control. Pyrolysis and gasification process was begun by flashing using nitrogen. Coal with a size of 4 to 5.6 mm powder was mixed with 10% Ca (OH)2 at a temperature of 700 °C and pyrolized for 90 minutes with a heating rate 20oC/minutes. Charcoal from the pyrolysis of coal weighed 10 grams then gasified with fixed heating rate at 20oC/minutes at the variation of temperature of 600oC, 700oC, 800oC, 900oC and 1000oC.. After the desired temperature is reached, the CO2 gas flowed at 544 ml / min. Gas sampling is done every 20-minute intervals for 2 hours. The variables studied were reaction temperature and the effect of adding Ca(OH)2. The results showed that the gasification of coal char with the addition of Ca(OH)2 in the pyrolysis process have a significant effect on the conversion at a temperature of 700°C. The highest ratio of CO/CO2 at 800oC gasification temperature as 0.5683 mol CO/molCO2 with the reduction of CO2 gas of 63,17% with the CO2 gas flowed at 544 ml / min. Reaction kinetics of coal char gasification with CO2 can be approximated by a shrinking unreacted core model. The addition of Ca(OH)2 in the pyrolysis process parameters affect the value of k with the parameter of activation energy and frequency factor as 61.7135 kJ/ mol and 1.37/minute for gasification without the addition of Ca(OH)2 and 36.35 kJ/mol and 0.10/minute for gasification with the addition of Ca(OH)2.

Kata Kunci : gasifikasi, arang batubara, karbondioksida, kalsium hidroksida