biomassa full
TRANSCRIPT
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
Gasifikasi Biomassa
1.PENDAHULUAN
Gasifikasi termokimia didefinisikan di sini sebagai konversi biomassa menjadi
pembawa energi gas dengan cara oksidasi parsial pada konversi temperatur. Konversi
ini dilakukan untuk reaktor yang berbeda seperti gasifier unggun bergerak dan gasifier
unggun fluida.
Gas-gas yang dihasilkan diterapkan terutama sebagai bahan bakar gas untuk
pembangkit listrik dan pemanas langsung dan juga dapat digunakan sebagai gas sintesis
di industri proses untuk menghasilkan metanol atau amonia. Ketika digunakan untuk
produksi panas atau listrik, gasifikasi harus bersaing dengan pembakaran langsung
biomassa atau produksi bahan bakar. Alternatif dari syngas dari biomassa harus
dibandingkan dengan produksi dari bahan bakar fosil
1.1Mengapa dilakukan Gasifikasi?
Alasan praktis untuk memutuskan gasifikasi biomassa sebab sangat tergantung
pada keadaan setempat. Sebuah negara akan kurang rentan terhadap harga energi
tinggi atau kekurangan energi sehingga diselesaikan dengan memiliki gasifikasi
biomassa. Ada banyak kasus di mana gasifikasi biomassa memiliki keunggulan
dibandingkan pembakaran langsung bahan bakar biomassa atau fosil. Misalnya skala
kecil pembangkitan listrik dapat menyadari tanpa perlu sebuah siklus uap, cukup
dengan gas pembakaran di mesin reciprocating. Gas pembakaran dalam boiler yang
ada, pembakaran atau tungku bisa menjadi keuntungan yang sangat menarik. Sebuah
pembakaran langsung adalah bahwa penghasil gas dapat dibersihkan dalam unit relatif
kompak sebelum pembakaran.
Namun, gasifikasi juga memiliki beberapa ketidakuntungan penting. Teknologi
ini lebih rumit daripada langsung pembakaran . gas padatan penanganan yang ketat,
pembersihan gas, bahan suhu tinggi dan keselamatan harus memenuhi persyaratan
yang lebih parah daripada untuk peralatan pembakaran. Selain itu, konversi biomassa
menjadi gas bahan bakar selalu mengarah pada efisiensi termal yang menurun karena
kerugian panas dan konsumsi listrik untuk motor dan blowers.Pemeliharaan dan
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
operasi gasifier - kombinasi boiler yang rumit dibandingkan dengan sistem pembakaran
langsung dan biasanya membutuhkan perhatian operator yang lebih.
Gasifikasi biomassa skala kecil memiliki reputasi yang bermasalah. Banyak
masalah yang dialami dengan penanganan padatan dan pembersihan gas. Alasan inilah
adalah sering bahwa hal itu tidak diperlakukan sebagai instalasi sistem bahkan
terintegrasi kecil untuk gasifikasi biomasa adalah tanaman lengkap yang terdiri dari:
1. Pre-treatment, penyimpanan, dan transportasi biomassa
2. Sebuah gasifier dengan gas padatan
3. Gas pendingin dan penanganan yang selektif untuk peralatan pembersihan gas
4. Sistem kontrol
5. Pre-treatmment dan pembuangan residu padat dan cair.
1.2 Sejarah Evaluasi
Tanaman penghasil gas dirancang sekitar tahun 1850. Setelah 1880 teknologi ini
menemukan aplikasi yang lebih luas. Pabrik gas produser digunakan sekitar Perang
Dunia Pertama yang sangat baik dijelaskan dalam buku(Fisher dan Gwosdz, 1921;
Rambush, 1923). Sebagian besar tanaman yang digunakan batubara dan gambut karena
mereka berlimpah dan bisa diberikan di bawah spesifikasi tetap. Tanaman ini
dimodifikasi untuk gasifikasi biomassa di daerah di mana batu bara tidak mudah
tersedia. Pada periode ini reaktor gasifikasi unggun bergerak digunakan hampir secara
eksklusif. Tepat sebelum Perang Dunia Kedua Winkler yang fluidized bed gasifier dan
Koppers - Totzek entrained bed gasifier dikembangkan untuk batubara (Meunier,
1962).
Penerapan sistem gasifikasi kecil untuk traksi dianggap proporsi yang sangat
besar pada akhir Perang Dunia Kedua. Sekitar 1 juta kendaraan yang didukung oleh
woodblocks, gambut, arang atau antrasit (Schlaplfer dan Tobler, 1937; Foley dan
Barnard,1983).
Ketika minyak dan gas mengambil alih peran dominan dari batubara dan kayu,
pengembangan pabrik gas produser terbatas pada negara-negara dengan situasi lokal
yang luar biasa, seperti Afrika Selatan di mana besar bertekanan Lurgi tanaman di
operasi (Hoogendoorn, 1976). Barulah sekitar tahun 1970 perhatian yang dibayarkan
lagi untuk skala kecil gasifikasi biomassa terutama di daerah terpencil di negara
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
berkembang. Beberapa tahun kemudian penelitian dan pengembangan program yang
dimulai sebagai hasil dari krisis energi dan kepedulian terhadap makalah konferensi
lingkungan .Kebanyakan dokumen dean lokal karya kegiatan ini dan menyajikan sebuah
survei yang baik atas R & D pada akhir gasifikasi biomassa (Strub et al, 1982; IGT , 1983;
Institut Beijer, 1985) Baru-baru ini, anggaran untuk R & D serta komersialisasi lebih
lanjut telah mengurangi secara dramatis sebagai akibat dari penurunan harga minyak
sejak tahun 1981.
Tujuan bab ini adalah, pertama, untuk menyajikan sebuah diskusi singkat
tentang prinsip-prinsip dasar gasifikasi biomassa dan reaktor yang digunakan untuk
masyarakat, kedua keadaan seni gasifikasi biomassa disajikan dan kegiatan komersial
dan demonstrasi proyek dijelaskan. Akhirnya, muncul pertanyaan faktor penting untuk
pelaksanaan pemberian sebuah pabrik gas.
2. PRINSIP DASAR
2.1 Gasifikasi
Gasifikasi biomassa terdiri dari sejumlah langkah dasar :
1. Bagian oksidasi biomassa oleh penggasifikasi, biasanya udara atau O2. Bagian dari
biomassa dibakar menjadi CO2 dan uap. Panas yang dihasilkan dapat dilihat untuk
langkah (2), (3), dan (4).
2. Pemanasan lanjut dari biomassa dan penguapan air.
3. Pirolisis melalui peningkatan lebih lanjut dalam suhu biomassa. Proses dekomposisi
berlangsung antara 150 dan 500 0 C dan mengakibatkan pembentukanproduk .Arang
dan komponen gas paling penting dari fase gas adalah uap air, CO, CO2, H2,
Hidrokarbon, asam format, dan asam asetat. Fraksi hidrokarbon terdiri dari bahan
metana menjadi terberat (C1-C-36 komponen). Komposisi fraksi ini dapat dipengaruhi
oleh banyak parameter, seperti ukuran partikel biomassa, suhu, tekanan, laju
pemanasan, waktu tinggal, dan katalis (lihat Deglise dan Magne buku ini, Bab 10.
4. Pengurangan komponen gas yang dihasilkan selama langkah (1) dan (3) oleh reaksi
endhotermik kuat.Arang diubah menjadi karbon monoksida dan juga dikurangi
menjadi CH4.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
C + CO2 → 2CO
C + H2O → CO + H2
C + 2H2 → CH4
Biasanya mekanisme reaksi adalah rumit dan tergantung pada kondisi proses (Meunier,
1962)
Hasilnya adalah gas terutama terdiri dari CO2, H2, N2, CO2, uap, dan komposisi
hydrocarbons.The gas ini sangat bervariasi dengan sifat biomassa, agen gasifying, dan
kondisi proses. Hal ini terbukti dalam nilai-nilai pemanasan Berbeda gas dari types.In
proses latihan yang berbeda, mereka sangat antara 3 dan 33 MJ/Nm3.
Sejak ratio C: H: O untuk berbagai jenis biomassa sangat mirip, parameter utama yang
mempengaruhi biomassa komposisi gas produser adalah kadar air. Ketika biomassa
mengandung lebih banyak air, agen lebih gasifying (udara atau O2) diperlukan karena
air harus dipanaskan dan diuapkan. Sebuah gas produser dari biomassa basah
mengandung jumlah yang relatif tinggi uap, hidrogen nitrogen, dan dibandingkan
dengan gas produk dari isi kelembaban biomass. prinsip kering hingga 60% secara
basah dapat diterima, tetapi dalam prakteknya angka ini terbatas untuk 30 -50%,
tergantung pada jenis reaktor, jika kualitas reasonablegas adalah untuk diproduksi.
Jika udara adalah agen gasifying, penghasil gas berisi vol 40-60%.% Dari N2. Hal ini
dapat dikurangi dengan menggunakan O2 diperkaya air. Isi N2 juga bisa penurunan
sedikit akan pemanasan awal agent.Jika tindakan gasifikasi tersebut menyebabkan
keausan tidak dapat diterima bahan komponen di dalam gasifier, uap dapat
ditambahkan ke agen gasifying. Akibatnya suhu akan menurun karena uap endhotermik
- reaksi karbon. Perbedaan kondisi proses sangat tergantung pada jenis reaktor.
2. 2 Reaktor
Reaktor yang paling banyak diterapkan untuk gasifikasi biomassa adalah jenis moving
bed dan jenis fluidized bed.
2.2.1 Moving Bed-Counter Current
Dalam reaktor unggun bergerak adalah poros vertikal melalui dimana biomassa
mengalir perlahan-lahan turun-bangsal sebagai reaktor bed. Dikemas memiliki sistem
gas yang ketat di bagian atas dan sistem pembuangan abu pada reaktor unggun bagian
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
bawah yang bergerak digunakan untuk biomassa memiliki dimensi 1 sampai 10 cm.
Ada sub-jenis dapat dibedakan: reaktor cocurrent, lawan arus dan lintas saat ini
(Gambar 1).
Para lawan bergerak moving bed adalah jenis reaktor ringan . Gas yang
diproduksi di zona pengurangan, daun reaktor bersama-sama dengan produk pirolisis
dan uap dari zona pengeringan. Gas produser kaya hidrokarbon dan memiliki suhu
sekitar 400 0C. Gas dapat digunakan untuk tujuan pemanasan langsung. Jika akan
digunakan untuk pembangkit listrik oleh mesin pembakaran internal, itu harus
dibersihkan hidrokarbon dipisahkan secara teliti dan mengandung dapat digunakan
untuk pemanasan langsung Menyalurkan di tempat moving bed dapat terjadi oleh
kondensasi di lapisan atas biomassa. Hal ini menetral oleh pemerataan agen gasifying,
berputar perapian untuk menghilangkan abu dan garu atau pokers (Rambush, 1923).
.2.2 Moving Bed-Cocurrent
Fitur karakteristik reaktor unggun cocurrent bergerak adalah bahwa produk
dekomposisi semua dari zona pirolisis dipaksa untuk melewati zona oksidasi. Dengan
demikian mereka akan dikonversi ke hidrokarbon yang lebih rendah dan gas berat
molekul rendah, seperti CO dan CH4. Produk meninggalkan gasifier pada 700 C dan
berisi tentang 1g/Nm 3 dari tars.Untuk alasan ini sangat menarik untuk menggunakan
gas ini untuk mesin pembakaran internal. Namun, pembersihan gas sebelum selalu
diperlukan.
Poros dari reaktor unggun bergerak cocurrent sering terbatas pada tingkat dari
zona oksidasi. Dengan cara ini produk pirolisis dipaksa untuk melewati zona suhu
terkonsentrasi tinggi untuk mencapai merugikan dekomposisi, lengkap seperti zona
oksidasi terkonsentrasi adalah bahwa karena suhu tinggi slagging atau cindering abu
mungkin terjadi. Hasil sebagai abu akan memblokir area terbatas dan saluran dapat
terbentuk. Berputar abu tungku terbuka untuk masalah jenis ini. Meningkatkan tempat
moving bed bergerak cocurrent sulit jika area terbatas adalah untuk dipertahankan.
Kelemahan utama dari reaktor ini lebih jenis lawan adalah gas temperatur keluaran
tinggi dan lebih rendah terbakar dari abu, sehingga menghasilkan efisiensi yang lebih
rendah (Grroeneveld, 1980; Hos et al, 1980; Groeneveld et al 1983).
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
2.2.3 Fluidized Bed
Gas pencairan didistribusikan melalui nozel adalah biomassa dapat diberi
umpan di bagian atas moving bed serta bagian bawah. Hasilnya adalah seragam tinggi
suhu di atas tempat tidur 800 – 1000 0C. Gas produk suhu yang sama dan biasanya
mengandung jumlah kecil tar dan sejumlah besar partikel abu. Fluidized bed digunakan
untuk biomassa memiliki dimensi dari 0,1 -1 cm. Memiliki throughput yang agak lebih
tinggi per unit untuk volume reaktor dari tempat tidur bergerak. Kekurangan adalah
outlet temperatur gas yang tinggi dan kadang-kadang kelelahan agak miskin disebabkan
oleh entrainment denda arang. Pembentukan ciinders di tempat tidur dan sedimentasi
dari partikel abu di bagian hilir sering dilaporkan. Karena biomassa rendah terus di
tempat tidur sulit untuk menjaga kondisi proses, dan dengan demikian sistem kontrol
yang lebih kompleks daripada untuk memindahkan bed reactor. Skala-up Apakah
mudah karena penyaluran tidak menjadi masalah (Bridgewater, 1984).
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
2.2.4 Konfigurasi lain
Jenis reaktor lain dapat digunakan untuk gasifikasi biomassa, seperti kiln
berputar dan furnace.Both perapian beberapa memiliki kerugian dari kontak terbatas
antara gas dan padat phase dengan, kontrol aliran padatan yang sangat baik. Kiln
berputar memiliki reputasi buruk karena kegagalan dari proyek Landguard untuk
limbah padat perkotaan di Baltimore (Helmstetter, 1978). Karena bahan inert dan isi
segelas biomassa lebih rendah dari untuk limbah padat perkotaan, slagging tidak
mungkin terjadi reaktor entraibned bed telah dirancang untuk partikel batubara yang
sangat baik, tapi mereka belum diterapkan pada biomassa untuk alasa.Banyak praktis
terfluidisasi untuk biomassa dengan rasio daur ulang padatan tinggi, tempat tidur yang
disebut terfluidisasi cepat, dikembangkan di Finlandia ( Engstrom dan Ahlstrom, 1980).
2.2.5 Parameter Feedstock Mayor
Untuk semua jenis reaktor makan teratur biomassa dan penghapusan abu adalah
penting. Pembentukan terak dan abu dapat dicegah dengan distribusi yang baik dari
agen gasifying, bagian yang bergerak di suntik, tempat tidur uap dan membatasi waktu
tinggal abu dalam reaktor. Berfungsinya reaktor sangat tergantung dari sifat biomassa,
pertama, ukuran, bentuk, kadar air dan distribusi ukuran adalah penting. Dari mereka
waktu tinggal dan mengalir dari zat padat, dan sering juga penurunan tekanan,
ditentukan. Kedua, jumlah inerts dan bagaimana mereka dicampur dengan pengaruh
biomassa pembentukan quantitiy terak atau cinders. A kecil tanah menempel di
permukaan luar dari partikel-partikel biomassa dapat menyebabkan lebih slagging
parah dari kandungan abu tinggi di dalam partikel.
2.2.6 Meringkas
Biomassa memiliki kadar abu kurang dari 2% berat dan kadar air hingga 30% berat
umumnya cocok untuk gasifikasi:
1. Tempat fluidized bed diterapkan terutama untuk biomassa memiliki dimensi 1-
10mm dan unggun bergerak selama 10 - 100 mm.
2. Tempat countercurrent moving bed sederhana beroperasi dan menghasilkan gas
4000C dengan kandungan tar yang tinggi.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
3. Tempat cocurrent moving bed sederhana dalam operasi dan menghasilkan Agas dari
700 0C dengan kadar tar rendah
4. Tempat fluidized bed lebih sulit beroperasi, menghasilkan gas 700-9000 C dengan
kandungan tar yang rendah atau menengah dan dapat menangani lebih luas biomassa.
3. APLIKASI GASIFIER
Gas yang dihasilkan dari biomassa dapat digunakan untuk produksi panas dan
listrik. Dalam kasus ini, agen gasifying biasanya udara. Gas tersebut dapat digunakan
juga sebagai syngas baru untuk produksi gas metanol, amonia atau pengganti alami. T,
1983). Pendirian kombinasi 0,38 benar-benar baru gasifier / boiler MW dan Barnardhis
membutuhkan gas bebas dari N2 dan inerts lainnya. Gasifikasi dengan O2 adalah
metode biasa, tetapi teknik lain juga tersedia.
3.1 Pemanasan Langsung
Setelah penghapusan abu dan partikel char di satu atau lebih siklon, gas
produser bisa dipecat dalam kiln, oven atau tungku untuk produksi uap atau air panas
atau untuk peralatan operations.Retrofitting kalsinasi atau pemanggangan pembakaran
adalah mungkin dan tidak selalu mengarah untuk derating. Potensi kerugian dalam
bagian radiasi sering dikompensasi oleh peningkatan perpindahan panas di bagian
konvektif (Beenackers dan van Swaaij, 1984) Membayar kembali kali tampaknya
menarik (Foley dan Barnard, 1983).. Pendirian kombinasi 0,38 benar-benar baru
gasifier / boiler MW calcualted menjadi lebih murah daripada sistem pembakaran
langsung. Akhirnya, gas produser dapat digunakan untuk tujuan pengeringan, misalnya
untuk pengeringan biomassa basah untuk gasifikasi.
3.2 Pembangkit Listrik
Selain tenaga uap, boiler, mesin uap atau turbin dapat dihasilkan oleh
pembakaran gas dalam mesin pembakaran internal atau gas turbine. Untuk tujuan ini
gas harus dibersihkan penggunaan throughly. Untuk mesin reciprocating gas harus
mengandung kurang dari 20 mg / Nm3. Partikel debu dan tar, terutama yang memiliki
dimensi lebih 3 m harus dibuang. Sekitar 0,8 KWh daya bersih yang dihasilkan dariμ
satu kilogram udara kering biomassa. Hal tsb adalah mungkin untuk mengubah
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
pengapian busi standar dan mesin diesel, perubahan sederhana dan biasanya hanya
terbatas pada barang-barang seperti sistem asupan gas, gas - udara mixer, dan memicu
nilai panas plugs. Gas rendah dari hasil campuran udara dalam 30 - 40% derating mesin
biasanya didorong oleh bensin, hal ini diatasi dengan mesin diesel supercharging.
Menunjukkan derating jauh lebih kecil dari 10% karena yang rasio udara yang tinggi
berlebih, tetapi mereka selalu membutuhkan quantitiy kecil minyak diesel untuk
pengapian dari kuantitas campuran. gas / udara sekitar 15% dari input. Jika energi
maksimum sistem pembersihan gas yang dirancang dengan baik tidak akan ada
tambahan pemakaian atau pemeliharaan bagian-bagian mesin. Banyak data pada
kinerja mesin dan adaptasi telah dilaporkan (Schlapfer dan Tobler, 1937;
Dennetiere,1977;SERI,1979;Mahin,1984).
Unit stasioner untuk pembangkit listrik mungkin ekonomis hingga 1 Mw, tetapi banyak
tergantung pada faktor-faktor spesifik lokasi (Beenackers dan van Swaaij, 1984) sistem
gas Produser untuk traksi yang. Hanya digunakan di daerah terpencil, di mana operasi
memakan waktu dan pemeliharaan seimbang dengan tingginya harga bahan bakar.
Meskipun turbin gas, sebaiknya dalam kombinasi dengan sistem gas produser
bertekanan, tampaknya sangat menarik untuk pembangkit listrik, tidak ada terobosan
telah terjadi sampai today.Since yang disukai untuk menembakkan gas panas langsung
ke dalam ruang pembakaran, pembersihan gas panas sangat efektif diperlukan. Sebuah
turbin gas tidak hanya sensitif terhadap partikel tetapi juga untuk menyerang
komponen fase uap seperti oksida kalium, sulfit, dan klorida.
3.3 Syngas untuk Metanol dan Amoniak
Secara umum gas yang dihasilkan dari biomassa harus menjalani perawatan yang luas
dan pengolahan sebelum cocok untuk produksi methanol.Tars, asam, komponen sulfur
dan partikel harus dihapus untuk mendapatkan kemurnian gas sintesis tinggi. Fraksi
dari komponen gas lembam harus dipisahkan dan ini oftten diperlukan untuk
menyesuaikan rasio H2 untuk CO dan CO2 dengan katalis untuk mendapatkan gas
dengan komposisi yang ideal untuk persamaan reaksi metanol adalah:
CO + 2H2 → CH3OH
CO2 +3H2 → CH3OH + H2O
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
Sejak metanol produksi pada tanaman komersial menghasilkan gas sintesis dari batu
bara telah beroperasi selama bertahun-tahun keterlibatan teknologi ini adalah
consideredto dibuktikan (Hoogendoorn, 1976). Metanol Beberapa dari proses biomassa
berada di phase.If demostration gas produser digunakan untuk produksi amonia,
sebuah processsing hilir yang sama yang luas diperlukan. Dalam hal ini komposisi gas
harus hampir sepenuhnya bergeser dari CO menjadi H2. Persamaan reaksi:
3H2 + N2 → 2NH3
Gasifikasi dengan O2 diperkaya udara semms sesuai. Tidak ada tanaman yang
direncanakan, mungkin karena ekonomi tidak menguntungkan.
3.3.1 Gas Alam Pengganti
Suatu gas CH4 kaya dihasilkan oleh methanation dari gas produk selama atau
setelah gasifikasi. Persamaan reaksi:
CO + 3H2 → CH4 + H2O
Biasanya katalisis dan tekanan tinggi digunakan. Proses ini telah dibuktikan untuk
batubara oleh Exxon (Furlong, 1979). Proses untuk kayu diuji o laboratorium skala
(Babu, 1980; Dubois, 1982).
3.4 Situs-Spesifik Faktor
Perbedaan utama dibandingkan dengan bahan baku lainnya, seperti batubara
atau minyak, adalah kepadatan energi rendah biomassa dan tidak adanya jaringan
distribusi biomassa. Localproduction dan transportasi biomassa harus diorganisir
sedemikian rupa bahwa pasokan untuk pabrik gas produser dijamin. Biaya Biomassa
dapat sangat bervariasi-bisa tersedia sebagai bahan limbah murah dari pabrik asaw
atau stek pohon dari hutan. Di sisi lain ketika diproduksi oleh budaya pendek intensif
metode rotasi harga untuk chip deliveredwood berada di urutan $ 2,5 / GJ (Klass, 1980)
Lokal menggunakan biomassa o untuk tujuan lain. Subsidi complete.Local mungkin
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
sehubungan dengan alternatif bahan baku atau investasi juga harus tidak menjadi
overlooked. Jika impor dan pengangkutan batubara atau minyak yang mahal, biomassa
proses konversi mungkin berada dalam posisi yang menguntungkan-ini sering terjadi di
countries. Bagaimanapun perkembanganya maka diperlukan bahwa pabrik harus
dirancang untuk operasi dan pemeliharaan dalam kondisi sulit.
4. IMPLEMENTASI TEKNOLOGI
Unit lengkap dipasok oleh sejumlah perusahaan besar. Mereka dibagi menjadi
kecil - unit skala skala dan menengah. Di bawah kapasitas 1 MW termal unit digunakan
terutama untuk pembangkit listrik. Ini dipilih sebagai kriteria untuk menunjuk mereka
sebagai skala kecil units. Lebih dari 1 MW thermal unit mendominasi dalam satuan
skala penerapan pemanasan.Jumlah yg besar langsung memiliki lebih dari 40 MW
termal keluar. Hal ini adalah ukuran dimana produksi metanol menjadi kepentingan.
Mereka belum diimplementasikan untuk biomassa.
4.1 Unit Skala Kecil
Sebuah survei disajikan pada Tabel 1 unit skala kecil yang tersedia secara
komersial atau dalam fase demonstrasi. Sangat sulit untuk memberikan data tentang
kehandalan dan daya tahan, karena sejumlah unit baru saja mencapai akhir dari tahap
pengembangan. Selain itu banyak unit skala kecil dipasang di daerah terpencil.
Reaktor yang paling sering digunakan adalah tipe Moving Bed dengan aliran
searah, karena unit yang digunakan untuk pembangkit listrik atau daya dan sebuah
kandungan tar bebas diperlukan pada aplikasi tersebut. Ratusan unit sederhana untuk
arang diproduksi setiap tahun di Brazil dan Filipina untuk aplikasi dalam negeri. Di
Eropa dan Amerika Utara, unit dengan jumlah yang sederhana diproduksi untuk
pengeksporan ke negara berkembang. Aplikasi dalam negeri sering diarahkan di tempat
pengurangan limbah. Misalnya, kayu limbah dari pabrik gergaji dapat digunakan untuk
produksi listrik untuk pabrik itu sendiri.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
4.2 Unit Skala Menengah
Unit skala menengah telah dikembangkan untuk tujuan pemanasan langsung dan
untuk produksi methanol. Pada skala ini Moving Bed aliran searah dganti dengan
Moving Bed aliran berlawanan dan penggasifikasi Fluidized Bed. Alasannya, pertama,
karena kandungan tar dalam gas produk tidak mengalami masalah bagi pemanasan
langsung, dan kedua karena scale-up yang lebih mudah.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
4.3 Sintesis Methanol
Untuk produksi metanol dari biomassa, O2 atau campuran O2 dari uap
digunakan sebagai media penggasifikasi. Meskipun teknologi ini terbukti untuk
batubara, itu hanya mencapai fase demonstrasi untuk biomassa. Jenis reaktor yang
sama dapat digunakan dan spesifikasi untuk biomassa adalah identik. Komplikasi yang
hanya muncul dari tempat di dekat titik injeksi O, menyebabkan fenomena slagging atau
keausan yang berlebihan pada lapisan. Kepadatan energi dari gas adalah dua kali lipat
dibandingkan dengan gasifikasi udara. Sejak sintesis metanol dilakukan pada sekitar 6
Mpa, gasifikasi bertekanan jelas. Komposisi gas yang dilaporkan dari dua reaktor
Fluidized Bed pada pabrik diberikan dalam tabel 4.
5. PEMILIHAN SISTEM
Pemilihan sistem dimulai dengan jenis biomassa yang tersedia. Jika biomassa
kasar, yaitu 10-100mm maka reaktor Moving Bed yang digunakan sebagai
penggasifikasi. Untuk tujuan pemanasan langsung reaktor dengan aliran berlawanan
merupakan solusi yang paling sederhana. Untuk pembangkit listrik, reaktor aliran
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
searah diterapkan sampai sekitar 300 Kw. Keluaran yang lebih tinggi dapat diwujudkan
dengan sistem paralel atau dengan reaktor lain yang memiliki sistem pembersihan gas
intensif. Ekonomi yang menentukan. Reaktor aliran searah dapat menangani biomassa
dengan hanya isi abu terbatas, maksimal 6% dari basis kering. Kelembaban lebih dari
30% pada hasil basis basah dalam gas yang tidak cocok untuk mesin pembakaran
internal.
Sebuah wawasan yang lebih rumit faktor-faktor yang terlibat dalam seleksi
sistem dan implementasi disajikan di bawah ini.
5.1 Implementasi Pertimbangan
Secara umum kebutuhan untuk gasifikasi biomassa harus dinilai dengan
melakukan studi kelayakan di mana produksi yang diperlukan seperti listrik, panas atau
methanol yang harus didirikan, serta jumlah jam produksi per-hari atau per-tahun,
puncak, beban rata-rata dan beban minimal, dan kualitas produk. Kualitas dinyatakan
sebagai frekuensi dan stabilitas pasokan listrik, atau juga bisa dengan kemurnian
metanol.
Biomassa yang memadai harus tersedia untuk memenuhi tuntutan. Harga
biomassa, periode panen, jarak transportasi, kualitas jalan dan kondisi cuaca lokal harus
diperhitungkan. Penggunaan bersaing biomassa saat ini, dan di masa depan, misalnya
sebagai bahan baku untuk ternak, harus dievaluasi. Kontrak jangka panjang sangat
penting untuk menjamin harga biomassa cukup stabil dan penawaran.
Angka-angka perkiraan berikut dapat digunakan untuk memperkirakan
kuantitas yang diperlukan biomassa, 1kg biomassa udara kering memberikan:
3-3,6 kWh panas;
atau 0,7-0,9 kWh panas
atau 0,3-0,4 kg methanol
Selain proses alternatif ekonomi, kelayakan ekonomi sangat dipengaruhi oleh
peraturan lokal seperti bea cukai, subsidi rezim, kebijakan mata uang asing, dll.
Data teknis yang tersedia harus dikumpulkan, yaitu minyak, air, listrik, peralatan dan
keterampilan pekerja, serta iklim dan sifat-sifat biomassa.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
5.1.1 Sifat-sifat Biomassa
Dengan peningkatan kadar air pada biomassa, maka fraksi komponen yang
berguna dalam gas akan menurun. Hal itu juga penting untuk dilakukan bahwa pada
biomassa yg basah, lebih dari 30% kadar air pada basis basah, memiliki aliran dan
karakteristik penanganan yg buruk. Pengaruh lokasi dan musim panen dapat
menyebabkan besarnya perbedaan dalam kadar air tersebut.
Unsur dari biomassa itu sendiri diserap ke dalam matriks karbon. Jika kadar
unsur dibawah 6%, berat dari basis kering, maka pembentukan kerak atau abu selama
proses gasifikasi tidak akan terjadi, kecuali hampir seluruhnya terbakar habis menjadi
abu yaitu suhu >1000C. Ketika ada keraguan, itu selalu berguna untuk menentukan
kuantitas dan titik leleh abu, serta untuk membandingkan nya dengan angka
sebelumnya yang telah diterima untuk reaktor yang bersangkutan. Yang lebih
bermasalah adalah unsur-unsur seperti, batu, logam, pasir, dan kaca. Batu dan logma
menyebabkan kerusakan besar pada sistem persiapan biomassa, sistem umpan dan
gasifier. Unsur-unsur tersebut harus dipisahkan dari biomassa. Hanya pengujian Pilot
Plant minimal 24 jam yang dapat memberikan indikasi atau jika ada kuantitas tertentu
dari komponen masuk yang diterima.
Dari unsur yang ada pada biomassa seperti klorin, belerang, nitrogen, hidrogen
klorida, hidrogen sulfida dan amonia dapat terbentuk selama proses gasifikasi. Hal ini
dapat menyebabkan korosi pada gasifier dan aliran sistem. Untung nya pada biomassa
hanya berisi sejumlah kecil unsur-unsur tersebut (misalnya kurang dari batubara) dan
tidak ada langkah-langkah khusus yg harus dilakukan untuk mencegah polusi udara
atau pun korosi. Jika limbah padat seperti plastik, karet atau kulit, dicampur dengan
biomassa, maka ada alasan untuk khawatir. Pada aliran Moving Bed Gasifier hidrogen
chlorida dihilangkan hingga 95% dengan penambahan sedikit batu gamping ke reaktor
(Hos dan Van Swaiij, 1982). Namun hal ini tidak mungkin untuk aliran balik pada
reaktor dan unit Fluidized Bed. Moving Bed Gasifier digunakan untuk biomassa dengan
dimensi ukuran dari 1-100mm dan Fluidized Bed 1-10mm. Distribusi ukuran juga
penting dengan sebagian besar dari denda yang menyebabkan penurunan tekanan
tinggi pada unit Moving Beds, sering diikuti dengan penyaluran. Pada Fluidized Bed
mungkin terdapat penyaluran yang berlebihan. Untuk penanganan padatan, umpan
sistem dan sifat biomassa lainnya, seperti, permukaan, perbedaan panjang diameter dan
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
serat bisa menjadi penting. Beberapa kendali yg lebih dekat, seperti sifat-sifat biomassa
dikirim ke pabrik produksi gas yang diperlukan.
5.1.2 Persiapan Biomassa
Untuk penyimpanan biomassa lantai beton diperlukan untuk mencegah
pencampuran nya dengan tanah. Setidaknya atap diperlukan terhadap hujan. Ada
banyakn penyebab untuk penerusan dan menjembatani fenomena yang terjadi pada
bunker. Langkah-langkah yang akan diambil sangat spesifik untuk biomassa dan
bervariasi antara desain ulang bunker dan penyesuaian sifat biomassa. Penyimpanan
dapat dikombinasikan dengan pengeringan menggunakan angin atau limbah
pembuangan panas.
Ukuran penyesuaian biomassa sangat diperlukan. Komponen yang kasar dapat
dhilangkan dengan penyaringan atau pemisah magnetik dan balistik. Denda dapat
dihilangkan dengan penyaringan atau pengklasifikasian udara. Ukuran pengurangan
sampai 100mm dilakukan dengan mesin penghancur kecepatan rendah. Chipper dan
hammermills kecepatan tinggi cocok untuk pengurangan lebih lanjut sampai 1-10mm.
Densifikasi oleh operasi pembriketan dan pembutiran hanya solusi bagi peningkatan
aliran, penyimpanan dan transportasi biomassa, tetapi tidak meningkatan kinerja
gasifier. Biomassa dipadatkan berantakan di perapian, kecuali densifikasi dilakukan
pada suhu lebih dari 180C yang sangat mahal. Namun ada beberapa pengecualian;
gasifikasi berhasil dipadatkan dari sisa bahan bakar yang telah dilaporkan.
(Groveneveld, dkk, 1985)
Ada banyak jenis alat pengangkutan yang tersedia dan penting untuk menyadari
bahwa debu, serat, kadar air, dan inert pada biomassa sering membutuhkan peralatan
berat. Pemakaian daya dari pengecilan ukuran dan mesin pemadatan, serta pemakaian
panas dari pengeringan merupakan sebagian besar keseimbangan energi dari gas
pembangkit.
5.1.3 Gasifier
Telah disebutkan bahwa pilihan jenis reaktor tertentu tergantung dari banyak
nya faktor seperti sifat biomassa, komposisi gas yang diinginkan, skala operasi dan
keadaan setempat. Untuk desain dan operasi sangat penting untuk diketahui bahwa
gasifier adalah reaktor termal, sebagian diisi dengan gas yang mudah terbakar dan
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
kadang-kadang bertekanan. Persyaratan untuk ketersediaan, daya tahan, dan keamanan
adalah sama dengan yang diterapkan pada sistem energi lain atau dalam industri kimia.
5.1.3.1 Sistem Umpan
Gas yang ketat dan ketersediaan yang tinggi adalah kualitas yang paling penting
dari sebuah sistem umpan yang baik. Peralatan berat yang diinginkan, karena sifat
biomassa sering mengakibatkan abrasi permukaan logam atau penyumbatan. Selain itu,
sisi terhubung ke gasifier terkena suhu yang tinggi, tar, asam, dan debu. Semua nya
mengendap pada permukaan logam dingin dan membentuk kerak setengah pirolisis.
Setiap pemasok pabrik gas harus berhati-hati dalam memilih sistem umpan nya.
Biasanya hal ini dapat menghasilkan penyesuaian sistem yang ada untuk mendapatkan
solusi optimal untuk gasifier mereka. Dalam prakteknya banyak jenis yang digunakan
seperti kunci hopper, katup air ganda, katup air putar, pengumpan sekrup dan
pengumpan ram. Keuntungan dari sistem bertekanan adalah dapat menyediakan
kekuatan alat itu sendiri untuk penyegelan, misalnya kunci hopper.
5.1.3.2 Reaktor
Secara umum, reaktor terdiri dari anti ledakan dengan lapisan luar baja,
dipisahkan oleh bahan isolasi dari baja tahan panas atau dinding bagian dalam keramik.
Pasir dari Fluidized Bed disuplai dengan udara melalui pipa pada wadah
dibagian bawah. Dinding-dinding dan terutama nozel yang terkena kondisi korosif.
Biomassa dapa diumpankan ke Bed di setiap tempat, biasanya dibagian bawah. Selama
proses gasifikasi, ukuran partikel biomassa dikurangi sampai tertahan oleh aliran gas.
Jika abu terbentuk, maka dapat dikeluarkan dari bagian bawah reaktor. Udara untuk
perbedaan biomassa harus dikontrol sedemikian rupa sehingga kondisi gasifikasi yang
baik digabungkan dengan kejenuhan karbon yang tinggi. Partikel alumina juga dapat
digunakan sebagai material Bed, dengan perbandingan dengan silika yang memiliki titik
leleh dan densitas yang lebih tinggi, secara kimiawi stabil dan partikel yang lebih kecil
dapat digunakan. Pengerakkan dibagian atas Bed kadang-kadang terjadi karena
komponen leleh yang rendah. Hal ini dapat dihindari dengan mengontrol suhu yang
lebih baik, yaitu menurunkan suhu pada Bed atau dengan kejenuhan karbon yang lebih
rendah.
Moving Bed disuplai dengan udara melalui dinding atau poros pusat. Biomassa
masuk dibagian atas dan perapian terbentuk disuatu tempat dibagian tengah Bed.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
Tutup saluran pipa udara masuk dibagian Bed yang panas, yang sering diperlukan
untuk menggunakan pelapis keramik. Moving Bed sensitif terhadap penyaluran, yang
disebabkan oleh aliran bunker yang buruk, pemblokiran pada bagian Bed dengan halus
dan oleh pembentukan abu. Aliran bunker yang buruk sering menyebabkan kondensasi
tar, pembengkakan biomassa atau perubahan sifat biomassa. Menurunkan ketinggian
Bed mungkin dapat menjadi solusi. Penyumbatan dengan denda dan pembentukan abu
dapat dengan menganalisa saringan keluar biomassa yang halus atau dengan
meningkatkan tingkat pemindahan abu, dengan biaya, tentu saja, efisiensi proses. Ada
berbagai jenis tungku abu terbuka. Untuk skala Moving Beds yang kecil, yang digunakan
untuk biomassa yang kasar, digunakanlah tungku yang sederhana dan pengoperasian
yang perlahan (Schlper and Tobler, 1973). Fungsi utama disini adalah penghapusan
arang yang halus dari Bed. Reaktor Moving Bed yang lebih besar memiliki tungku yang
rumuit dengan beberapa fungsi; menghilangkan abu dan kehalusan, menjaga
perpindahan Bed yang teratur pada seluruh penampang dan berfungsi sebagai
distributor udara. Kecepatan putar adalah urutan dari satu putaran perjam. Sebuah
kecepatan putar menyebabkan pemadatan pada Bed.
Tingkat kontrol, permulaan unit, katup dan peralatan lain yang terhubung ke
reaktor berfungsi dalam kondisi yang berat. Penyesuaian seringkali dibutuhkan.
Pengaturan skala sulit diberikan untuk setiap jenis reaktor. Namun, pengaturan
skala harus dilakukan lebih hati-hati dibandingkan dengan reaktor kimia. Variasi sifat
biomassa tidak mengijinkan faktor skala yang tinggi. Secara umum faktor 3-10 telah
berhasil.
5.1.3.3 Pendinginan dan Pembersihan Gas
Gas panas yang meninggalkan gasifier memiliki suhu 300-800C yang
mengandung debu dan tar dalam jumlah 0,1-10 g/Nm3. Biasanya satu atau lebih siklon
mengikuti sistem basah dan kering. Mungkin operasi pemurnian yang paling sulit
adalah membuat gas yang cocok untuk pembakaran dalam turbin gas. Jika gas panas
yang akan dibakar dalam ruang bakar turbin, konsentrasi senyawa anorganik gas
seperti Na2O, K2O dan V2O3 serta senyawa klorin dan sulfur sangat kritis.
Dalam sistem pengeringan dan pendinginan, siklon yang panas dapat diikuti
dengan sebuah pendingin udara tubular dan sistem penyaringan atau electrostatic
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
precipitator, yang beroperasi diatas atau dibawah titk embun dari tar atau air. Akhirnya
pendingin udara yang kedua dan penyaring atau demister dapat diterapkan. Pemisah
centrifigal juga dapat digunakan.
Sebuah sistem yang basah terdiri dari sebuah menara semprot yang diikuti
dengan Scrubber venturi, paket kolom atau filter basah. Dalam setiap sistem dibangun
lapisan tar dan debu pada permukaan dibawah 400C yang harus diperhitungkan. Sistem
basah kurang rentan untuk membangun residu. Semua sistem sering memerlukan
pemeliharaan dan harus mudah diakses.
5.1.4 Peralatan Tambahan
Kebanyakan produsen pabrik gas memiliki pompa gas, pompa air, pengontrol
suhu dan tekanan, panel kontrol dan terkadang regulator tekanan. Pompa air sangat
handal untuk mengatasi aliran gas yang kotor. Turbo fans hanya dapat digunakan untuk
gas yang bersih. Jika pembangkit memiliki sistem yang basah, stop kontak katup untuk
menghilangkan tar dan debu harus diperhatikan. Fouling dan serangan kimia oleh tar
juga harus diperhitungkan.
Otomatisasi yang lengkap harus layak, jika pemeliharaan rutin terjadi. Waktu
kerja untuk pengoperasian dan pemeliharaan sangat spesifik. Biasanya hal ini sangat
diremehkan. Pompa gas dan sistem pendingin air dapat menambahkan konsumsi energi
dari pembangkit (1-10%).
5.1.5 Keselamatan dan Faktor Lingkungan
Mengingat kemungkinan adanya campuran gas yang meledak dan emisi CO,
instruksi yang tepat harus dibuat untuk pengoperasian dan pemeliharaan pembangkit.
Selama penghidupan dan penghentian, udara dan gas selalu tercampur dan pada
prinsipnya batas ledakan akan tercapai. Dalam prakteknya, pembersihan gas tidak perlu
dilakukan, kecuali untuk operasi pengujian pada pembangkit. Untuk sistem deteksi yang
besar, O2 pada produk gas dan CO disekitar instalasi sangat diperlukan. Batas ledakan
yang lebih rendah dari gas adalah sekitar 4% dalam O2. Tekanan ledakan mungkin
mencapai 1Mpa. Jika gasifier dan aliran sistem dibangun sebagai bukti ledakan, tidak
ada bantuan tekanan yang diperlukan. Bantuan tekanan dapat menyebabkan resiko
ketika residu padat mencegah penutupan setelah ledakan.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
Dalam penyimpanan, transportasi, dan persiapan biomassa terdapat potensi
bahaya kebakaran. Pembangkit harus memenuhi standar pencemaran udara, air dan
tanah serta tingkat kebisingan. Pencemaran udara yang disebabkan oleh CO jarang
bermasalah. Bau yang tajam dari prosedur permulaan atau pun limbah terkadang
membutuhkan solusi yang mahal. Pencemaran air oleh tar yang mengandung fenol dan
kresol, tidak masalah jika aliran limbah yang kecil dari pembangkit ini terus menerus
diumpankan ke saluran pembuangan, dengan cara ini sistem mikrobiologi akan
beradaptasi sendiri. Pengosongan batch dengan limbah tidak baik untuk sistem
pembuangan limbah. Tar mengandung senyawa karsinogenik. Abu dan sisa residu
arang bisa berujung.
6. KESIMPULAN
Pengembangan proses gasifikasi termal biomassa dimulai pada tahun 1970,
sebagai akibat dari krisis energi. Saat ini, ratusan sistem berskala kecil diproduksi
setiap tahun di Brazil dan Filipina. Di Amerika Utara beberapa media skala sistem untuk
tujuan pemanasan telah dibangun. Di Eropa puluhan unit diproduksi setiap tahun untuk
negara berkembang dan pada pengurangan limbah kayu di pabrik pengolahan kayu.
MEE memulai metanol dari program biomassa pada tahun 1980 yang saat ini masih
dalam fase demontrasi.
Banyak sistem gasifikasi biomassa komersial yang tersedia, terutama untuk
pembangkit listrik hingga 259kW dan tujuan pemanasan langsung hingga 25 MW.
Jumlah unit yang dijual oleh salah satu produsen seringkali dalam jumlah yang kecil.
Ketersediaan dan daya tahan terkadang harus ditingkatkan.
Jenis reaktor yang paling sering digunakan adalah Moving Bed dan Fluidized
Bed. Produsen pabrik gas harus memenuhi standar lingkungan dan kesehatan yang
diperlukan, tanpa biaya yang berlebihan.
Partikel kayu yang kasar dan arang merupakan sumber biomassa paling terbukti
untuk gasifikasi, diikuti dengan kekasaran, abu yang rendah, limbah pertanian seperti
tongkol jagung dan batok kelapa. Kebanyakan jenis biomassa yang halus dapat
digasifikasi melalui Fluidized Bed. Pengembangan manufaktur bertujuan untuk
ketersediaan operasi yang lebih tinggi dan jarak biomassa yang lebih luas.
Isnandar Yunanto (6.EGB)0609 4041 1364
Penelitian dan pengembangan proses yang baru langsung diarahkan melalui
produksi metanol dari biomassa, dengan O2_, uap dan katalis dan terhadap sistem
Fluidized Bed ganda. Penggunaan turbin gas telah dianggap, tetapi belum di
implementasikan. Penambahan pengembangan bekerja dengan baik, abu yang tinggi
dari biomassa yang diinginkan. Tidak jelas mengapa kiln tidak menggunakan gasifier
untuk tujuan pemanasan langsung, karena aliran padatan dapat dikontrol dengan baik
dan telah terbukti pada skala 30t/d dengan MSW.
Perhatian yang diberikan untuk faktor teknis seringkali tidak cukup. Tidak ada
produsen pabrik gas yang sederhana, semuanya memiliki sistem yang rumit, dimana
gasifier, persiapan biomassa dan pembersihan gas harus diintegrasikan untuk
memperoleh pengolahan yang berfungsi dengan baik.
Ketidakseragaman biomassa seringkali diremehkan, serta pengaruh faktor
tertentu, terutama di negara berkembang. Jika pengalaman tidak tersedia dengan jenis
biomassa tertentu yang akan digasifikasi, perlu dilakukan tes ekstensif pada Pilot Plant.
Untuk membuat sebuah demonstrasi pabrik dasar yang lebih lanjut dengan
komersial sangat penting untuk membuat cadangan dana dari kegiatan penjualan.
Faktor-faktor eknomi yang paling sensitif, terlepas dari harga kebutuhan energi,
untuk pengoperasian pembangkit gas merupakan jumla h jam operasi pertahun, biaya
biomassa dan khususnya dinegara berkembang, serta biaya modal.
Pembangunan masa depan dan harga energi akan ditentukan oleh kebijakan
pemerintah. Pengembangan teknis tidak akan mengarah ke unit yang lebih murah,
tetapi pada ketersediaan operasi yang lebih tinggi dan otomatisasi yang lebih. Skala
sistem yang kecil untuk pembangkit listrik akan tetap sesuai untuk daerah terpencil,
jika tidak permanen, maka masih sebagai teknologi menengah. Penerapan gasifikasi
untuk retrofit sistem pemanasan langsung secara ekonomi menarik. Ketersediaan dan
kemudahan operasi akan meyakinkan untuk masa depan. Kombinasi boiler gasifier
lebih mahal daripada sistem pembakaran langsung dalam banyak kasus. Hal ini sangat
pasti apakah produksi bahan baku seperti metanol atau amonia akan menemukan
aplikasi luas. Untuk saat ini, penelitian dan pengembangan upaya tampaknya
didasarkan pada pertimbangan strategis dalam kebijakan pemerintah. Hasil proyek
percontohan dapat memberikan tampilan yang lebih baik pada penerapan metanol dari
proses biomassa.