Feedstock Recycling-sapto r Dan Khairul u

FEEDSTOCK RECYCLING-PYROLYSIS

AND GASIFICATION

Oleh:

Khairul Umam (0405040392)

Sapto Raharjo

DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

2007

FEEDSTOCK RECYCLING-PYROLYSIS AND GASIFICATION

1. PENDAHULUAN

Feedstock atau daur ulang tersier dengan termolisis adalah proses di mana

komponen organik dari limbah plastik diubah oleh panas menjadi produk-produk

halus/sempurna bernilai tinggi seperti nafta, minyak mentah (crude oil) atau syngas. Daur

ulang feedstock secara esensial menjadikan limbah plastik kembali menjadi feedstock

petrokimia yang dapat digunakan sebagai bahan mentah (raw material) dalam produksi

petrokimia dan plastik, tanpa adanya penurunan kualitas dan tanpa adanya pembatasan

mengenai aplikasinya.

Daur ulang mekanik dari polimer tertentu (seperti polyolefin dan PET), secara

ekonomis tepat dilakukan pada level 10-15% dari total limbah plastik, sehingga

perusahaan berinisiatif untuk meningkatkan level daur ulang limbah plastik (seperti

plastik kemasan) menjadi level 40% atau lebih. Demikian juga mengenai angka daur

ulang dengan pengertian bahwa para pendaur ulang sepakat dengan lebihnya material

yang terkontaminasi sangat memakan biaya untuk memisahkannya dan disinilah

teknologi daur ulang tersier dapat memberikan solusi yang tepat.

Pada akhir penggunaannya, limbah plastik terdiri atas variasi panjang rantai

molekul polimer, kontaminan (pengotor) kimia, dan hetero-atom seperti klorin, oksigen

atau nitrogen. Pengotor fisika seperti filler, pigmen dan kotoran adheren muncul sebagai

material anorganik yang lebih besar, yang muncul sebagai akibat pemisahan yang tidak

sempurna, seperti aluminium foil. Dalam rangka penggunaan limbah plastik ini sebagai

feedstock untuk membuat plastik baru atau sebagai pengangkut komponen-komponen

bahan bakar, berikut ini beberapa masalah yang perlu diperhatikan:

1. Panjang rantai polimer yang mengalami kerusakan.

2. Hetero-atom yang mengalami pemisahan kimiawi.

3. Partikel anorganik yang mengalami pemisahan fisik.

4. Partikel anorganik yang lebih besar.

Feedstock Recycling-Pyrolysis and Gasification 2

Thermolisis menyertai penggunaan temperatur tinggi untuk memutus ikatan pada

bagian belakang polimer. Bentuk utama dari daur ulang feedstock polimer dengan

pyrolysis (sebagai lawan dari chemolysis) ditunjukkan oleh Gambar 13.1.

High value CO H2

Refinery product High value Refinery product

Gambar 13.1

Ketika proses dekomposisi ini dilakukan pada kondisi hampa udara, hal ini

disebut pyrolysis atau perusakan panas. Ketika hal itu terjadi dalam sebuah atmosfer yang

berisi gas hidrogen, selanjutnya disebut sebagai hidrogenasi (hydrocracking). Sedangkan

jika dilakukan atau terjadi dengan kehadiran sejumlah oksigen pengontrol, maka hal ini

dikenal sebagai gasification. Bergantung pada penggunaan arah konversi, produk akhir

berubah-ubah dalam kondisi dan kualitas. Beberapa proses daur ulang ini dapat dilakukan

dengan metode yang sudah ada (seperti hidrogenasi), sedangkan yang lainnya

menggunakan teknologi baru dan metode yang telah dilakukan (seperti pyrolysis). Bab ini

akan menjelaskan secara detail beberapa proses yang mampu dicapai dengan kematangan

teknologi, seperti BASF Pyrolysis Process, BP-University of Hamburg Fluidized Bed

Pyrolysis Process, The VEBA Hydrogenation Process dan The Thermoselect

Gasification Process. Gambar 13.2 memberikan penggambaran dari teknik daur ulang

termolisis dan perusahaan yang bersangkutan dalam komersialisasi produk.


Thermolysis

pyrolysis

NaftaHigh boiling oil

gasificationhydrogenation

Crude oil syngas

hydrotreater

Veba

Conrad BASF BP Shell Leuna Texaco EER Proler MMT Fuji Chevron Dow Plasma arc

Shell

Gambar 13.2

2. PYROLYSIS

2.1 PENDAHULUAN

Pyrolysis dilakukan di dalam sebuah pengurangan atmosfer (hampa udara) pada

temperatur hingga 800oC. Di dalam proses pyrolysis, limbah plastik mampu diubah

menjadi feedstock petrokimia, seperti nafta, liquid dan wax- seperti hidrokarbon dan gas.

Teknik pyrolysis telah digunakan sejak awal tahun 1930 di Jerman untuk peningkatan

residu hidrogenasi yang diperoleh dari pencairan/pelelehan batu bara (coal liquefaction).

Pyrolysis adalah sebuah metode sempurna untuk mendaur ulang material

heterogen seperti limbah yang telah bercampur atau residu potongan otomotif. Perusakan

termal dari limbah plastik telah dilakukan pada skala industri oleh BASF di Jerman.

Karena adanya fakta yang menunjukkan bahwa prosesnya fleksibel dan desainnya

sederhana, maka daur ulang pyrolysis tepat digunakan secara ekonomis.

Pyrolysis limbah plastik dilakukan menggunakan sebuah kiln (dapur) yang

memberikan efisiensi panas tinggi sekitar 75-85%. Metode pyrolysis dapat merubah

limbah plastik menjadi minyak pyrolytic dan padatan kokas. Produk-produk pyrolysis

memerlukan proses-proes lebih lanjut, seperti refining. Dengan demikian, pyrolysis lebih

baik ditampilkan sebagai bagian dari proses multi-step daripada sebagai sebuah sistem

yang integral.

Beberapa keuntungan dari pyrolysis, meliputi:


Thermolysis

pyrolysis

Kiln

gasificationhydrogenation

retort f-bed coker EFG MMB

KILN

SBR

1. Konsumsi energi yang sangat rendah (sebagai contoh, maksimal hanya sekitar

10% dari jumlah energi limbah plastik yang digunakan untuk merubah potongan

(sampah) menjadi produk petrokimia).

2. Prosesnya dapat mengatasi limbah plastik yang tidak dapat didaur ulang secara

efisien melalui cara-cara alternatif .

3. Proses beroperasi tanpa membutuhkan udara atau campuran hidrogen dan tidak

melibatkan tekanan elevasi (tinggi).

4. HCl terbentuk sebagai sebuah produk dari proses ini yang dapat diperoleh kembali

dan digunakan sebagai bahan mentah (raw material).

2.2 KEUNGGULAN PYROLYSIS DARIPADA PEMBAKARAN

Keunggulan nyata dari pyrolysis dibandingkan dengan pembakaran adalah reduksi

terjadi sekitar 5-20 kali di dalam volum dari produk gas. Keuntungan lainnya adalah

polutan-polutan dan pengotor menjadi terkonsentrasi di dalam sebuah coke-like matrix,

yaitu sebuah residu padat dari proses. Selanjutnya, karena pyrolysis dilakukan dalam

sebuah sistem tertutup, maka tidak ada polutan yang dapat keluar.

2.3 KILN/RETORT PYROLYSIS PROCESS

2.3.1 Pendahuluan

Teknologi pelelehan (liquefaction) dan pyrolysis dari limbah plastik di dalam

sebuah kiln / retort telah dikembangkan oleh BASF (Jerman), Fuji Tech. (Jepang) dan

Conrad (USA). Proses-proses tersebut semuanya membagi prinsip operasi dasar yang

sama dan memproduksi sebuah produk cair yang menyerupai minyak mentah (crude oil).

Keperluan pemanasan untuk pyrolysis disuplai oleh fraksi non-condensable yang

diproduksi bersama dengan produk liquid. Produk minyak secara umum diproduksi untuk

digunakan sebagai sebuah refinery feedstock, kehadiran halogen (terutama klorin) dari

PVC di dalam limbah plastik dapat menciptakan masalah-masalah yang mempercepat

korosi dan keracunan. Produk liquid hasil dari kiln dan retort pyrolysis process secara

kuat tergantung pada jenis umpan, temperatur dan waktu. Hal ini memaksa klorin dalam

bentuk HCl harus dihilangkan dari limbah plastik dalam langkah pre-pyrolysis.

Umumnya, cairan yang dihasilkan maupun kualitasnya tidaklah sebaik seperti yang

dihasilkan melalui fluidisasi dan pyrolysis.

Beberapa proses pyrolysis komersil bertumpu kepada kiln dan retort dengan

kapasitas hingga 10 tph. Teknologi khusus mengijinkan kiln untuk beroperasi di bawah


tekanan tinggi. Disebabkan kompleksitas dalam menangani uap pyrolytic, dua langkah

kondensasi dari uap pyrolysis yang sering digunakan, hal ini memungkinkan hidrokarbon

berat untuk dikondensasi pada langkah pertama (bersamaan dengan unsur partikulat) dan

dikembalikan pada pipa pyrolysis untuk kemudian mengalami kerusakan.

Berikut ini adalah beberapa kelemahan umum dari kiln/retort pyrolysis process:

1. Kontrol temperatur yang lemah.

2. Lamanya waktu residence dari limbah dalam reaktor (misalnya 20 menit).

3. Sisa karbon cenderung mengotori dinding reaktor.

4. Munculnya masalah pengumpanan (feeding)

2.3.2 BASF Feedstock Recycling Process

Pada bulan April 1994, sebuah instalasi (plant) daur ulang feedstock dengan

sebuah kapasitas sekitar 15.000 t telah memulai operasinya pada BASF plant di

Ludwigschafen, Jerman. Instalasi ini telah didesain terutama untuk recovery dari

penggunaan plastik kemasan yang dikumpulkan melalui sistem DSD yellow bin. Proses

BASF mengubah limbah plastik menjadi nafta, senyawa aromatik dan high boiling oils

dengan proses pyrolysis (Gambar 13.3). Instalasi daur ulang feedstock BASF (Gambar

13.4) menggunakan limbah plastik yang diperoleh dengan DSD (Duales System

Deutschland). Sebelum limbah plastik dapat dijadikan umpan ke dalam proses daur ulang

feedstock, perlu pemurnian secara parsial untuk menghilangkan pengotor seperti kaca,

logam, batu dan sebagainya, dan kemudian dipotong/diiris, dibumikan dan dikompaksi

menjadi pelet.

Gambar 13.3


Gambar 13.4

Preparasi feedstock secara intensif untuk proses BASF melibatkan pemotongan

kasar, pengeringan, sieving, pemisahan (menggunakan pemisah udara dan vibrator

conveyor), iron removal, re-shredding dan kompaksi. Langkah-langkah tersebut sangat

penting dalam kaitannya untuk meningkatkan besarnya densitas, penanganan karakteristik

dan proses efisiensi dari limbah plastik. Perlakuan awal material polimer sampai pada

metode pyrolysis menggunakan truk tanker dan secara pneumatik dimasukkan ke dalam


gudang penyimpanan. Pellet kemudian di ubah menjadi petrokimia menggunakan tiga

langkah proses, yaitu:

1. Pada langkah pertama, aglomerat plastik dipanaskan pada temperatur sekitar

300oC di dalam ketel pengaduk (kaitannya untuk melelehkan dan mencairkan

polimer).

2. Pada langkah kedua, lelehan plastik dipanaskan lebih lanjut di dalam gas-fired

tubular furnaces pada temperatur antara 350-480oC (untuk membelah polimer

menjadi fragmen-fragmen pendek).

3. Terakhir, minyak terbentuk pada langkah kedua yang kemudian didistilasi

menjadi, sebagai contoh, nafta, senyawa aromatik dan high boiling oils (olefin

rantai panjang).

Beberapa PVC hadir di dalam campuran limbah plastik, yang mengalami

dehidroklorinasi pada tahap pertama dari proses, untuk menghasilkan gas HCl.

Kenyataannya, eliminasi HCl pada temperatur antara 200o dan 300oC terjadi dengan

sangat cepat. HCl diabsorpsi di dalam air untuk membentuk larutan asam hidroklorik

yang dihilangkan dari proses dan dapat digunakan di tempat lain.

Produk-produk dihasilkan melalui proses ini dan dapat digunakan sebagai bahan

mentah pada sebagian besar fasilitas petrokimia modern. Nafta digunakan di dalam

sebuah steam cracker untuk memproduksi monomer yang berguna seperti etilen dan

propilen. Senyawa aromatik yang diproduksi kemudian diproses ulang di dalam sebuah

instalasi aromatik (aromatic plant). Minyak bertitik didih tinggi (High boiling oils) dapat

digunakan untuk memproduksi gas sintetik atau asetilen. Proses BASF juga memproduksi

residu anorganik hingga mencapai 5 wt.% yang utamanya mengandung aditif anorganik

dari polimer, seperti pigmen dan filler yang sama baiknya seperti sisa dari aluminium foil

yang berasal dari lembaran plastik-aluminium.

2.3.2.1 Keunggulan dan keterbatasan Proses Pyrolysis BASF

Beberapa keunggulan khusus dari Proses Pyrolysis BASF antara lain:

Prosesnya dapat mengakomodasi percampuran dan soiled limbah plastik.

Karena tidak membutuhkan proses pencucian, maka tidak ada limbah air atau

tidak ada upaya untuk membebaskan air tersebut.

Karena prosesnya didisain untuk menggunakan beberapa HCl yang dihasilkan dari

PVC yang ada di dalam limbah plastik, maka tidak perlu ada upaya untuk

memisahkan fraksi yang berat yang terkandung dalam PVC. Klorin yang


terkandung di dalam limbah plastik dipisahkan pada tahapan pertama dari proses,

untuk melindungi komponen-komponen sistem (plant) dari korosi.

Karena prosesnya beroperasi di dalam sistem tertutup dan tidak berada pada

tekanan tinggi, maka praktis tidak ada emisi yang dihasilkan.

Efisiensi konversi dari proses melebihi 90% (artinya 1 kg limbah plastik diubah

menjadi 900 g feedstock petrokimia, demikianlah pembuatan sumber bahan

mentah alami).

Beberapa keterbatasan dari proses pyrolysis BASF, antara lain:

Polimer feedstock yang teraglomerasi, spesifikasinya harus sesuai untuk

mencegah masalah seperti blockage dan erosi pada katup dan sejumlah pipa.

Sebagai contoh, ukuran partikel harus lebih kurang dari 1 cm3 dan besarnya

densitas harus lebih besar dari 300 kg/m3. Selanjutnya, kandungan uap air harus

lebih rendah dari 1%, sedangkan kandungan poliolefin selayaknya lebih besar

dari 70%.

Residu padatan dipandang sebagai limbah berbahaya dan sulit untuk dibuang.

PET dapat menyebabkan masalah dengan daur ulang pyrolysis karena

menyebabkan oksigen masuk ke dalam reaktor. Hal ini akan menjadi masalah

ketika pyrolysis membutuhkan kondisi bebas oksigen dalam kaitannya untuk

menghasilkan kualitas hidrokarbon yang baik.

2.3.2.2 Perhitungan ekonomi dari Proses BASF

Terestimasi bahwa untuk konstruksi sebuah instalasi daur ulang feedstock skala

industri (300 juta kg/y), dibutuhkan penanaman modal lebih dari DM 330 juta.

Sayangnya, total biaya pengoperasian sebuah proses daur ulang feedstock lebih besar

daripada nilai produk yang diperoleh. Tetapi, selain subsidi dan gate fees

dipertimbangkan untuk penjualan limbah plastik, proses ini juga harus bersaing dengan

metode daur ulang lainnya. Tidaklah benar bahwa biaya terbesar dari daur ulang

feedstock adalah ada dalam operasi pembuatan, tetapi ada di dalam pengumpulan

(collection), pemisahan (separation/sorting) dan langkah-langkah pra-proses

(preprocessing). Hal ini bukanlah satu-satunya karakteristik dari proses BASF tetapi

berlaku untuk seluruh instalasi daur ulang feedstock dan pemisahan limbah plastik secara

manual membutuhkan biaya tinggi dari sistem DSD di Jerman. Penghematan ekonomis


dapat diperoleh dari proses daur ulang feedstock, dimana limbah plastik dapat diterima

secara mudah melalui jalur darat, kereta dan air.

Catatan: Penggunaan instalasi BASF untuk proses daur ulang feedstock untuk

mengubah limbah plastik menjadi material petrokimia telah dihentikan di akhir tahun

1996. Penghentian dilakukan setelah merespon kenyataan bahwa kapasitas limbah plastik

yang disuplai tidak mencukupi dalam skala penuh dari instalasi. Instalasi BASF skala

penuh dengan kapasitas 300 juta kg/y, berdasarkan asumsi bahwa 750 juta kilogram

limbah plastik akan dihasilkan di dalam suatu negara setiap tahunnya. Tetapi, jumlah

limbah plastik maksimum yang dihasilkan di Jerman diperkirakan 400 juta kg/y. Kini,

Jerman memiliki kapasitas untuk mendaur ulang semua limbah plastik yang dihasilkan di

negaranya dengan beragam jenis teknologi.

2.3.3 VEBA Pyrolysis Process

Teknik pyrolysis VEBA OEL telah berhasil digunakan dalam beberapa tahun,

untuk pyrolysis batu bara dan residu dengan bahan dasar petroleum dengan instalasi

hidrogenasi VEBA. Sejak undang-undang yang melarang pembuangan limbah elastomer

dan potongan otomotif di Jerman diberlakukan di tahun 2005, maka limbah polimer akan

didaur ulang dengan pyrolysis. Instalasi pyrolysis yang berdasarkan pada VEBA OEL

kiln keberadaannya digunakan untuk mem-pyrolysis residu potongan otomotif dan

elastomer yang tervulkanisasi pada sebuah kapasitas sekitar 12.5 tph di daerah Ruhr,

Jerman.

Diagram alur proses pyrolysis VEBA ditunjukkan pada Gambar 13.5. Bagian

yang berfungsi sangat vital (jantung) pada proses pyrolysis VEBA adalah dapur pemanas

(heated kiln). Limbah plastik yang dijadikan umpan dimasukkan ke dalam dapur putar

(rotary kiln) melalui sebuah screw feeder dan pyrolysis berlangsung dengan

menggunakan gas pembakaran pada tekanan rendah (kira-kira 10 mbar) di dalam

atmosfer bebas oksigen. Waktu residen dari pengumpanan material dapat divariasikan

dengan mengatur inklinasi (kecenderungan) dan perubahan (revolution) per menit dari

kiln. Temperatur normal pada dinding bagian dalam dari kiln adalah sekitar 650oC,

meskipun kiln terkonstruksi dari


Gambar 13.5

baja spesial tahan panas yang dapat beroperasi pada temperatur dinding hingga mencapai

850oC. Telah diketahui bahwa rotary kiln dapat beroperasi ganda secara langsung dengan

peningkatan temperatur dinding dari 700oC sampai 850oC. Drum dari rotary kiln perlu

diperlengkapi dengan sebuah sistem pembersih untuk mencegah kerusakan pada bagian

dalam dinding dari kiln dengan menyimpan energi panas polimer yang terpisah-pisah.

Begitu dilakukan penyimpanan, namun tidak dibersihkan, maka aliran panas yang masuk

ke drum mengalami penurunan dan terjadi pengurangan jumlah material umpan.

Residu padatan kokas dihasilkan dengan merusak energi panas yang dilepaskan

pada bagian akhir drum dan dapat digunakan lebih lanjut, sambil menghambat aliran uap

pirolitis menuju produk kokas, dan terjadi pada bagian sisi pengumpanan dari drum. Uap-

uap tersebut masuk melewati dua langkah sistem kondensasi, dimana pada tahap pertama

uap tersebut didinginkan pada temperatur sekitar 200oC melalui quench langsung dengan

minyak pyrolysis yang dipadatkan. Minyak pyrolysis yang diperoleh memiliki titik didih

yang tinggi dan dapat didaur ulang kembali pada rotary kiln untuk dikonversi menjadi

hidrokarbon rendah. Pada tahap kondensasi kedua, uap-uap pyrolysis didinginkan hingga

temperatur 35oC yang menyebabkan hidrokarbon rendah dan beberapa uap mengalami

pemadatan (terkondensasi). Hasil pencampuran antara minyak pyrolysis rendah dengan

air memisah di dalam sebuah separator. Fraksi minyak pyrolysis rendah perlu

ditingkatkan (dengan menghilangkan kehadiran Cl, S, N dan beberapa senyawa aromatik

yang jenuh) di dalam sebuah unit pemanas hidro (hydro-heater), untuk menghasilkan


produk refinery bernilai tinggi. Uap-uap air diproses di dalam sebuah instalasi perlakuan

limbah air. Gas-gas pyrolysis non-condensable dihilangkan dan dimurnikan dari substansi

yang merugikan di lingkungan dan digunakan sebagai bahan bakar untuk memanaskan

pyrolysis kiln. Gambar 13.6 menunjukkan komposisi produk dari pyrolysis, masing-

masing untuk sebuah umpan dari residu refinery dan residu potongan otomotif.

Gambar 13.6

2.3.4 Fuji Fixed-bed Pyrolysis of Plastic Waste

Proses pyrolysis-catalytic cracking pada skala penuh untuk recovery feedstock

dari limbah plastik digunakan di Jepang. Fuji recycling industry mengoperasikan 5000

tpy instalasi untuk industri limbah logam di Aioi City dan 400 tpy instalasi untuk limbah

plastik umum di Okegawa City. Pada instalasi yang ada di Aioi City, limbah plastik

dihancurkan menjadi bagian-bagian kecil yang berukuran kurang dari 8 mm persegi,

kemudian diekstrusi pada temperatur 300oC dan dicampurkan dengan cairan hasil daur

ulang dari reaktor pyrolysis. Umpan reaktan yang dicairkan kemudian dimasukkan ke

dalam reaktor pyrolysis dan dipadatkan secara termal menjadi hidrokarbon dengan MW

yang rendah. Fragmen MW yang rendah ini kemudian dirusak di dalam fixed-bed reactor

menggunakan katalis zeolite-based ZSM-5 untuk menghasilkan produk berikut ini:

Oil 80%

Gas 15%

Residue 5%


Gasoline 60%

Kerosene 20%

Diesel 20%

Pembentukan HCl selama pyrolysis perlu dihilangkan (dengan kalsium oksida)

untuk mencegah deaktivasi dari katalis zeolite. Temperatur pyrolysis yang digunakan

adalah sekitar 400oC dan dijaga kestabilannya untuk mencegah coking pada furnace.

Perlu dicatat bahwa kualitas dari produk minyak hampir sama dengan gasoline

konvensional, minyak tanah dan minyak diesel.

2.4 FLUIDIZED BED PYROLYSIS PROCESSES

2.4.1 Pendahuluan

Pyrolysis limbah plastik dapat dilakukan menggunakan rotary kiln, tabung reaktor

dan retorts (seperti ruang pemasak, autoclaves) seperti yang telah dideskripsikan di atas.

Tetapi, pyrolysis plastik dijadikan sulit dengan kenyataan bahwa polimer memiliki

konduktivitas termal yang rendah, dan oleh kenyataan bahwa energi panas yang agak

besar harus diinjeksikan dalam kaitannya untuk memisahkan polimer secara termal.

Proses rotary kiln dalam penggunaannya untuk pyrolysis plastik dikarakterisasikan oleh

waktu residen yang panjangnya relatif (20 menit) dan memiliki gradien temperatur yang

besar melampaui dimensi internalnya. Sebagai hasilnya, produk pyrolysis dihasilkan

dalam jumlah yang bervariasi, dan dikarenakan komposisinya yang luas, secara umum

digunakan energi pembentukan yang lebih banyak daripada untuk feedstock petrokimia.

Sebaliknya, pyrolysis fluidized bed memiliki sejumlah keunggulan dalam menghasilkan

produk yang seragam. Waktu tinggal (dwell time) yang khas di dalam reaktor fluidized

bed hanya berkisar mulai dari beberapa detik hingga maksimal sekitar 1.5 menit. Dengan

begitu material plastik cenderung membelah secara seragam reaksi-reaksi yang tidak

diinginkan dapat diminimalisir. Selain itu, masalah lemahnya konduktivitas termal dari

polimer diatasi dengan kenyataan bahwa polimer encapsulates partikel pasir kuarsa yang

menjadi bagian fluidized bed dan dengan demikian gradien transfer panas dapat

dihilangkan secara esensial. Selanjutnya, pemanasan dan transfer massa yang sempurna

melewati fluidized bed memberikan temperatur pyrolysis yang konstan dan dengan

demikian pemecahan polimer dapat dikendalikan. Keunggulan lainnya adalah

ketidakhadiran bagian-bagian yang bergerak (moving part) di dalam zona panas dari

reaktor, dan kenyataan bahwa seluruh proses berlangsung dalam sistem tertutup. Gas


hidrokarbon panas digunakan pada fluidized bed sehingga partikel pasir mengalami

pergerakan turbulen. Jika udara digunakan sebagai gas fluidisasi, minyak pyrolytic yang

dihasilkan akan mengalami oksidasi dan kandungan energinya sekitar 10% di bawah

hidrokarbon murni.

Keunggulan-keunggulan pemecahan polimer dengan pyrolysis fluidized bed,

anatara lain:

Produk yang dihasilkan oleh polymer cracking tidak dimasukkan di dalam their

applicability .

Kualitas produk yang dihasilkan umumnya lebih baik daripada yang diperoleh

dengan menggunakan kiln/retort pyrolysis.

Total energi yang diperlukan selama proses kebanyakan disuplai melalui

pembakaran dengan sebuah porsi gas oleh arus produk, dan dalam rentang nilai

calorific dari feedstock limbah plastik antara 10-20%.

Memiliki kontrol temperatur yang baik.

Proses cracking pada fluidized bed lebih efisien untuk menghilangkan kehadiran

impurities di dalam limbah plastik.

Proses cracking pada fluidized bed dapat diaplikasikan pada skala yang relatif

kecil, keberadaan refineries dapat digunakan untuk memurnikan produk akhir

hingga mencapai level penerimaan agar bisa digunakan sebagai feedstock

petrokimia.

Lokasi dari sistem cracking polimer cukup fleksibel, sehingga tidak diperlukan

penggunaan feedstock tambahan sepereti oksigen atau hidrogen. Selanjutnya,

produk dapat diangkut dengan jalan konvensional.

Prosesnya kuat dan tidak mahal, dapat digabungkan dengan proses-proses

terintegrasi yang lebih besar (seperti proses BASF)

Produk cairan diperoleh dengan sempurna.

Kelemahan-kelemahan pyrolysis fluidized bed, antara lain:

Prosesnya umumnya hanya mampu dibiarkan terjadi saat kandungan klorin

mencapai 2% (dari PVC).

Penghilangan padatan dari fluidized bed dapat menjadi masalah.

Percampuran eutectic membuat slag pada fluidized bed.

Daya tahan jangka panjang dari proses ini masih perlu pembuktian (jaminan).


2.4.2 The Hamburg Fluidized Bed Pyrolysis

Fluidized bed pyrolysis dari limbah plastik yang digabung telah dideskripsikan

oleh Kaminsky sebagai sebuah metode daur ulang plastik yang menguntungkan secara

partikular. Prosesnya menghasilkan 25-45% produk gas yang memiliki nilai pemanasan

yang tinggi dan 30-50% produk minyak yang kaya di dalam unsur aromatik utama.

Minyak ini sebanding dengan campuran antara benzene ringan dan bituminous coal tar.

Dengan menggunakan campuran poliolefin sebagai feedstock, etilen dan propilen dapat

diproduksi hingga mencapai 60% di bawah kondisi yang sesuai.

Skala pengendali reaktor Fluidized bed di University of Hamburg memilki

diameter dalam sebesar 450 mm (Gambar 13.7). Instalasi (plant) memiliki kapasitas

maksimum sebesar 40 kg/h. Reaktor mengalami pemanasan secara tidak langsung melalui

pembakaran propana di dalam sebuah ruang pembakaran konsentris. Plastik umpan

dimasukkan ke dalam salah satu reaktor melewati gerbang berkatup ganda atau melalui

sebuah conveying screw. Gas pyrolysis mengalami preheated pada temperatur 400oC. Gas

buang berlalu melewati sebuah penukar panas dan dipisahkan dari residu karbon dan debu

halus, menggunakan cyclone separator. Unit kondensasi pada sistem ini didisain khusus

untuk menghadapi material lilin yang memiliki titik didih tinggi.

Untuk polimer tertentu, adalah mungkin untuk memperoleh monomer-monomer

dengan pyrolysis dalam jumlah yang cukup supaya proses recovery menjadi berguna.

Sebagai contoh, dalam kasus polistiren, 64% polistiren dapat di recovered melalui

pyrolysis.


Gambar 13.7

Selain itu, dalam kasus PMMA, untuk memperoleh monomer yang lebih besar lagi

(mencapai 97%) adalah mungkin dengan menggunakan fluidized bed pyrolysis.

Di dalam proses Hamburg pyrolysis, limbah plastik yang bercampur pertama kali

digranulasi menjadi partikel berukuran 0.5-1 cm dan kemudian diinjeksi ke dalam

reaktor. HCl yang tersusun atas fraksi PVC dari limbah plastik diabsorbsi oleh dolomite.

Sisa residu setelah pyrolysis telah dianalisa dan ditemukan tersusun atas campuran pasir,

dolomite, kalsium klorida dan karbon hitam. Fraksi minyak dari pyrolysis tersusun atas

campuran benzene ringan dan batu bara cair bituminous. Temperatur dari pyrolysis

memberi pengaruh kuat pada jenis produk yang dihasilkan. Pada temperatur 680oC,

senyawa alifatik dihasilkan, tetapi, pada temperatur lebih tinggi, senyawa aromatik lebih


banyak diproduksi. Telah ditunjukkan bahwa meningkatnya temperatur akan mengurangi

hasil dari alpha-olefins seperti propilen dan meningkatnya senyawa aromatik, terutama

toluene dan phenanthrene. Senyawa aromatik lainnya yang juga menonjol meliputi

indene, biphenyl dan phenanthrene.

Ketika HCl yang dikembangkan dari proses dekomposisi PVC, secara kimia

bersenyawa dengan penambahan sejumlah kapur pada fluidized bed, maka terbentuk

suatu bentukan dari sejumlah kalsium klorida berlebih yang memiliki kecenderungan

untuk menyumbat fluidized bed. Untuk mencegah masalah ini, limbah plastik yang

mengandung sejumlah PVC yang relaif tinggi diperlakukan di dalam tahap preliminary,

di dalam sebuah extruder pada temperatur 300o - 400oC dalam rangka untuk

mengeliminasi gas HCl. Gas dikumpulkan untuk digunakan kembali. Adalah penting

bahwa minyak pyrolysis mengandung klorin organik kurang dari 10 ppm. Sayangnya,

minyak pyrolytic yang diperoleh dari campuran limbah plastik dapat mengandung

senyawa klorin antara 50 dan 200 ppm secara organik, yang sebagian besar dalam bentuk

klorobenzena. Sehingga minyak pyrolytic seperti itu perlu dimurnikan dengan

dehalogenasi, contohnya melalui pemberian uap sodium. Pengujian ekstensif telah

menunjukkan bahwa produk pyrolytic tidak mengandung dibenzodioxin yang terklorinasi.

Sasaran awal dari the Hamburg Pyrolysis Process adalah untuk mengkonversi

limbah plastik menjadi gas dengan sebuah angka pemanasan yang tinggi, dan menjadi

minyak aromatik seperti BTX (sebagian besar terdiri atas benzene, toluene, dan xylene).

Tetapi di tahun-tahun terakhir, tekanan telah digunakan untuk menggunakan temperatur

pyrolysis yang lebih rendah dalam rangka untuk menghasilkan suatu minyak alifatik yang

dapat digunakan sebagai feedstock di dalam sistem peralatan petrokimia (seperti sebuah

steam cracker).

Komposisi gas hidrokarbon yang berasal dari proses pyrolysis fluidized bed suatu

limbah plastik (sebagian besar mengandung polyolefin) tergantung pada temperature

reaksi. Pada temperatur sekitar 700oC diperoleh hasil tertinggi dari produk gas.

Produknya terutama kaya akan alkena C2-, C3- dan C4-. Komposisi dari fraksi gas ini

menyerupai fraksi gas dari naphta cracker.

Dengan melakukan pyrolysis pada temperatur yang lebih tinggi (misalnya lebih

besar dari 650oC), fraksi cairan minyak yang dihasilkan sebagian besar tersusun dari

senyawa aromatik seperti benzene, toluene, styrene dan naphtalene. Fraksi minyak ini

dapat ditangani tanpa masalah dengan menggunakan fasilitas petrokimia konvensional.

Masalah dapat muncul, jika kandungan klorin di dalam minyak ini melampaui 70 ppm.


Residu distilasi dari proses pyrolysis mengandung substansi dengan titik didih lebih besar

daripada 295oC seperti tar.

Telah diketahui bahwa pyrolysis yang simultan (serentak) dari poliolefin dan

polistiren sangatlah tidak menguntungkan. Karena pada kenyataannya untuk memperoleh

hasil yang lebih baik dari monomer yang berguna, hal itu perlu direkomendasikan bahwa

kedua jenis polimer tersebut di-pyrolysis pada temperatur yang berbeda: perubahan dari

polistiren menjadi stiren terjadi pada temperatur antara 500-550C dan perubahan

poliolefin menjadi olefin pada temperatur antara 700-750C.

Proses fluidized bed pyrolysis memiliki kelebihan dalam kemampuannya untuk

mengubah jenis gas fluidisasi, agar supaya menyesuaikan angka dari produk pyrolysis

yang akan dihasilkan. Dengan menggunakan uap sebagai media fluidisasi yang

menggantikan gas hidrokarbon, spektrum produk dari polietilen yang menjadi umpan

dapat dioptimalisasikan agar menghasilkan olefin yang lebih besar. Sebagai contoh, 36%

etilen dan 15% propilen dibandingkan dengan 23% dan 2.9% secara berturut-turut.

Instalasi semi-industri yang digunakan pada proses Hamburg fluidized bed

pyrolysis telah dibangun di Ebenhausen, Jerman, dan telah dioperasikan oleh Asea brown

boveri (ABB). Instalasi ini memiliki kapasitas 5000 tpa.

2.4.3 BP Fluidized bed Cracking Process

BP Chemicals memiliki keberhasilan dalam mengembangkan sebuah proses

fluidized bed cracking untuk mengubah limbah plastik menjadi material petrokimia.

Pemecahan (cracking) limbah plastik menghasilkan hidrokarbon hasil penyulingan yang

dapat digunakan di dalam instalasi petrokimia dan kilang minyak (refineries) yang telah

tersedia. Gambar 13.8 menunjukkan diagram alur secara keseluruhan dari instalasi BP

fluidized bed cracking. Gambar 13.9 menunjukkan skematis dari reaktor BP polymer

cracking dan perangkat yang berkaitan.


Gambar 13.8

Gambar 13.9

Studi kelayakan dari proses ini telah dilakukan menggunakan instalasi pengendali

100 kg/h (Gambar 13.10), yang bekerja sama dengan sebuah konsorsium kimia (DSM,

Elf Atochem, EniChem dan PetroFina). Konsep dari proses ini telah dikembangkan

bekerja sama dengan Hamburg University dan menyerupai teknologi yang telah

dijelaskan di atas. Proses tersebut terdiri atas empat langkah, yaitu:

Pengumpanan (feeding)

Pemecahan (cracking)


Pemurnian gas panas (hot gas purification)

Recovery produk

Gambar 13.10

Pada tahap pertama proses ini, limbah plastik yang menjadi umpan dilakukan

penyesuaian pada sebuah preset specification, kemudian ditransfer menuju tempat

penyimpanan di dalam sistem pengumpan. Di dalam sistem ini, limbah plastik terukur di

dalam katup lock-hopper dimana penekanan dan penjebakan oksigen dihilangkan.

Feedstock plastik kemudian dijatuhkan ke dalam sebuah water-cooled feeder yang mana

material umpan masuk menuju sisi dari reaktor pemecah (cracking reactor).

Reaksi pemecahan berlangsung pada temperatur sekitar 500C. Reaktor pemecah

didasarkan pada disain dari reaktor fluidized bed dan mengandung alas dari pasir yang

baik yang dibuat supaya berperilaku seperti ’fluida’ dengan membiarkan aliran panas dari

gelembung gas hidrokarbon melewatinya. Sebenarnya gas fluidisasi merupakan salah


satu produk dari proses ini. Alas (bed) dari pasir fluidisasi terganggu secara konstan,

begitu dilakukan pencegahan hot spots. Saat plastik memasuki reaktor, dengan cepat

plastik meleleh dan melapisi partikel pasir. Kemudian polimer mengalami pemecahan

panas hingga menghasilkan hidrokarbon yang lebih ringan yang menguap dan

meninggalkan reaktor bersama gas fluidisasi. Beberapa pengotor solid (seperti

kontaminan anorganik) hadir di dalam limbah plastik, baik yang bertumpuk di alas

maupun yang terangkat bersama udara (gas) panas sebagai partikel halus. Gas yang

dihasillkan selama proses, terkondensasi secara parsial untuk menghasilkan produk

hidrokarbon yang berbentuk lilin. Lilin ini memiliki derajat kemurnian yang tinggi dan

dapat dicampur dengan nafta pada level hingga mencapai 20%. Hasil campuran ini

kemudian dapat dicampur secara langsung di dalam sebuah pemecah uap (steam cracker)

untuk menghasilkan produk petrokimia klasik. Sebagai alternatif, produk lilin dapat

menjadi umpan di dalam proses fluidisasi pemecahan katalitis untuk menghasilkan bensin

(petrol). Penting untuk dicatat bahwa reaksi pemecahan ini adalah merupakan reaksi

endotermis.

Tahap selanjutnya dari proses ini melibatkan gas panas hasil pemurnian. Produk

pemecahan hidrokarbon perlu dimurnikan dari gas terhalogenasi dan juga padatan halus

yang masuk ke dalam aliran gas panas. Gas asam (seperti HCl) yang dihasilkan selama

pemecahan plastik terklorinasi dan/atau plastik yang mengandung unsur halogen yang

mudah terbakar, dinetralisasi dengan melewatkan aliran udara panas melalui penyerap

kapur solid. Pengotor partikulat arang dan padatan partikel logam berat dihilangkan dari

aliran udara panas menggunakan sebuah penyaring.

Kemudian gas hasil pemurnian berhubungan dengan sebuah sirkulasi aliran cairan

yang mengkondensasikan sebagian besar produk hidrokarbon. Produk ini membuat

sebuah refinery feedstock yang baik ketika berada dalam kondisi yang sangat alifatik di

alam. Untuk beberapa aplikasi, kondisi ini berguna untuk memisahkan fraksi yang lebih

besar dari aliran ini dan kemudian kembali menuju reaktor untuk pemecahan selanjutnya.

Lalu aliran uap didinginkan dengan air pendingin untuk memperoleh kembali cairan

hidrokarbon. Gas hidrokarbon rendah yang tertinggal ditekan, dipanaskan kembali dan

dikembalikan menuju resktor pemecah sebagai gas fluidisasi. Bagian dari aliran ini

dialihkan dan digunakan sebagai bahan bakar untuk pemanasan reaktor pemecah.

Proses BP memiliki efisiensi sekitar 80% untuk mengubah limbah plastik menjadi

produk petrokimia dengan sebuah penambahan 10-15% yang digunakan sebagai bahan

bakar gas di dalam prosesnya sendiri. Feedstock hidrokarbon yang berasal dari proses


pemecahan BP memiliki kualitas yang tinggi dan dapat dihasilkan untuk menjelaskan

spesifikasi dengan jelas.

Proses BP dapat menerima hingga 5% pengotor non-polimerik seperti tinta

percetakan, label dan laminating. Produk hasil penyulingan dari proses pemecahan termal

yang meninggalkan fluidized bed di dalam sirkulasi aliran udara, didinginkan serta

dipadatkan menjadi lilin. Produk lilin ini digunakan sebagai material feedstock untuk

steam cracker yang memproduksi etilen dan olefin ringan lainnya. Produk bersifat lilin ini

dapat juga menjadi umpan di dalam unit refinery sepereti unit Fluidized Catalytic

Cracker (FCC), yang memproduksi gasoline utama, LPG dan olefin ringan lainnya. Di

sini, plastik yang diperoleh dengan penyulingan menggantikan minyak hampa udara.

Dalam lintasan steam cracking, penyulingan pyrolysis menempatkan nafta atau minyak

gas untuk memproduksi etilen dan polipropilen, yang digunakan sebagai feedstock untuk

menghasilkan polimer baru. Untuk penyulingan yang digunakan di dalam lintasan steam

cracking, nilai pendidihan produk harus dibatasi di bawah 500oC. Jika lintasan steam

cracking terlewati, maka kemudian fraksi berat dari dari penyulingan dialihkan menuju

unit lainnya seperti FCC, atau dikembalikan menuju cracker untuk pemecahan

selanjutnya. Logam-logam berat dan pengotor partikulat keduanya dihilangkan dari

fluidized bed menggunakan cyclones.

2.5 CONTOH APLIKASI DAUR ULANG PYROLYSIS

2.5.1 Pyrolysis Ban Karet

Pemecahan termal dari ban otomotif menghasilkan sebuah fraksi minyak yang

kaya akan kandungan sulfur (sekitar 2%) dan residu padat yang mengandung zat arang

yang hanya dapat digunakan sebagai karbon pengaktivasi yang rendah kualitasnya. Pada

pembahasan terakhir telah ditunjukkan, bagaimanapun, bahwa co-processing dari ban

yang divulkanisasi dengan batu bara dapat menghasilkan produk berkualitas lebih tinggi.

Dalam kenyataannya, tampak bahwa karbon hitam di dalam ban berperan sebagai katalis

untuk reaksi pada fase liquid.

Pyrolysis dari SBR dan ban karet bekas pertama kali telah didemonstrasikan

menggunakan sebuah prototipe reaktor fluidized bed pada temperatur antara 700o-740oC

oleh Kaminsky. Proses menghasilkan sekitar 30 wt.% minyak pyrolytic dan sekitar 25

wt.% gas pyrolytic. Kandungan sulfur dari ban telah dihilangkan secara parsial. Saat

minyak kaya akan kandungan sulfur, hal itu perlu menggunakan beberapa fasilitas


pembakaran seperti minyak pyrolytic yang mempunyai cukup unit desulfurisasi untuk

menanggulangi beban sulfur yang berlebihan.

Pemecahan fase liquid dari ban karet bekas menggunakan pelarut hidrogen donor

di dalam reaktor di bawah tekanan hidrogen atau nitrogen, telah dijelaskan olek oleh

Sato. Pekerjaan ini telah menemukan bahwa zinc oxide dan karbon hitam muncul di

dalam ban otomotif menggunakan efek katalitis pada pemecahan karet yang memiliki

berat molekul tinggi menjadi minyak rendah, saat atom-atom hidrogen ditransfer dari

larutan yang muncul di dalam reaktor. Pemecahan fase liquid ban karet bekas dapat

ditampilkan baik di dalam pelarut coal-derived maupun tetralin. Kekhususan kondisi

reaksi adalah sebagai berikut:

Solvent to tyre weight ratio 2.5

Temperatur reaksi 300-440C

Tekanan (pada atmosfer N2) 2-8.5 Mpa

Waktu bereaksi 20-60 menit

Produk cairan dapat dipisahkan dari residu padat dengan penyaringan dan pengukuran

derajat konversi dari sejumlah fraksi THF yang tidak dapat dilarutkan.

Ketika gas hidrogen atau pelarut hidrogen donor (seperti pelarut coal-derived atau

tetralin) digunakan sebagai media pemecah, hampir semua material organik dapat diubah

menjadi minyak yang dapat didistilasi (mencapai 50-56 wt.%) dengan kandungan sulfur

yang sangat rendah (kurang dari 0.5 wt%). Residu yang berasal dari pemecahan fase

liquid telah dianalisa dengan thermogravimetry dan diketahui bahwa residu itu terdiri atas

79 wt.% karbon hitam, 17.2 wt.% abu dan 3.8 wt.%bahan organik. Pemeriksaan

pemecahan residu dengan transmission electron microscopy menunjukkan jumlah karbon

hitam yang menyerupai karbon hitam murni seperti N-330. Pemerikasaan menunjukkan

bahwa pemecahan residu memberikan sifat-sifat penguatan yang baik bagi karet dan

dapat digunakan kembali dalam fabrikasi karet.

2.5.2 Pyrolysis Plastik Elektron Bekas

BASF Aktiengesellschaft of Ludwigschafen, Germany, bekerja sama dengan the

central Association of the Electrotechnical Industry (ZVEI), dilibatkan di dalam proyek

pengendalian daur ulang limbah elektronik. Prosesnya melibatkan pyrolysis plastik

berbahan dasar elektrik dan komponen elktronik di dalam sebuah dapur putar (rotary


kiln). Penting untuk dicatat bahwa sekitar 30% material mengandung halogen yang

mudah terbakar. Karena zat aditif dapat membentuk senyawa super-toxic ketika terjadi

pembakaran tak sempurna, maka pyrolysis adalah cara daur ulang yang lebih diminati.

Contoh kekhasan dari komponennya meliputi tombol, penghubung, papan display,

pencetak papan sirkuit dan circiutry housing. Material-material tersebut pertama kali

diiris dan kemudian di-pyrolysed pada temperatur antara 700oC dan 900oC, di dalam

hampa udara. Produk dari reaksi ini berupa gas dan campuran coke-metal. Gas secara

parsial dikondensasikan untuk membentuk minyak hidrokarbon yang memiliki sejumlah

kegunaan. Keunggulan utama dari proses ini, yang tidak sama dengan pembakaran,

adalah bahwa logam tidak dapat dioksidasi dan kemudian dapat dipisahkan di dalam

tahap kedua dan di-recovered untuk penggunaan selanjutnya. Keistimewaan penting

lainnya dari proses ini adalah zat aditif yang mudah terbakar yang muncul di dalam

limbah elektronik, biasanya pada level tinggi (hingga 30 wt.%), mengalami pemisahan di

awal pembentukan gas hidrohalogen selama proses karbonisasi bertemperatur rendah.

Halogen ini mengandung gas yang kemudian berikatan sebagai sebuah garam dan tidak

melibatkan reaksi pyrolysis berikutnya. Minyak pyrolysis yang masih mengandung

beberapa residu dari senyawa halogen perlu dimurnikan sebelum digunakan sebagai

bahan mentah di dalam proses sintetik berikutnya. Kokas pyrolysis dapat digunakan

sebagai agen pereduksi dalam berbagai proses pemisahan sekunder untuk logam –

penggunaannya saat ini telah diteliti.

2.5.3 Pyrolysis Residu Potongan Otomotif

Automotive Schredder Residue (ASR) yang berjumlah sekitar 25% dari sisa-

sisa kendaraan belum siap didaur ulang dan biasanya terbengkalai. Karena mayoritas dari

ASR terbengkalai, maka banyak tekanan untuk mendaur ulang bagian hidrokarbon (~50

wt.% dari ASR). Karena ASR adalah campuran komplek dari berbagai material polimer

termoplastik dan termoset, pyrolysis dipandang sebagai suatu solusi daur ulang yang

tepat. Sejumlah studi tentang pyrolysis ASR telah dilaksanakan. Metode pyrolysis yang

cepat pada temperatur antara 700o-850oC dapat mengubah ASR menjadi gas pyrolysis dan

residu padat (59-68%). Lima gas pyrolysis yang jumlahnya paling berlimpah adalah CO,

CO2, CH4, C2H4 dan C3H6.


3. Gasifikasi

3.1 Pendahuluan

Gasifikasi adalah suatu teknologi proses yang mengubah bahan padat menjadi gas.

Bahan padat yang dimaksud adalah bahan bakar padar termasuk didalamnya, biomass,

batubara, dan arang dari proses oil refinery. Gas yang dimaksud adalah gas-gas yang

keluar dari proses gasifikasi dan umumnya berbentuk CO, CO2, H2, dan CH4.

Proses gasifikasi dari limbah plastik terjadi pada temperature lebih tinggi dari proses

pyrolisis (1300C) dan dengan penambahan oksigen yang terkontrol. Reaksi dasar

gasifikasi adalah sebagai berikut:

CnHm + 0.55n O2 n CO + 0.5m H2

Produk utamanya adalah campuran gas karbon monoksida dan hydrogen.

Campuran gas yang dikenal sebagai syngas ini bisa digunakan sebagai substitusi untuk

gas alami. Menariknya, biar bagaimanapun, jika syngas pertama-tama dipisahkan ke

unsure pokoknya, maka ini bernilai sebagai chemical intermediate dan membawa dua

sampai tiga kali nilai bahan bakar dari campuran. Sisa abu anorganik menjadi ikatan di

suatu matriks gelas yang bisa digunakan sebagai unsur di beton dan adukan semen

dikarenakan ketahanannya yang tinggi terhadap asam.

Proses gasifikasi pada hakikatnya mengoksidasi suplai hidrokarbon pada mode

yang terkontrol, untuk memproduksi gas sintetik yang memiliki nilai komersial yang

signifikan. Gasifikasi adalah pilihan menarik karena proses ini mencegah pembentukan

beberapa dioxin dan senyawa aromatic. Gasifikasi secara efesien memanfaatkan energy

kimia dan bahan baku material yang dapat diperbaharui yang melekat pada limbah rumah

tangga yang tidak dipisahkan, limbah industry, dang limbah khusus (contohnya limbah

medis), dan mampu untuk merubah hampir semua total input limbah kepada bahan baku

material yang berguna dan energy. Limbah input (MSW mengandung plastic campuran)

secara khas dimiliki antara 10 dan 16 MJ/Kg kandungan panas dan bisa menghasilkan

800 dan 1200 Nm3/t gas sintetis. Proses gasifikasi juga menghasilkan reduksi utama

pada volume input limbah –rata-rata- 75%.

3.2 Fundamental Gasifikasi dan Perbedaannya dengan Pirolisis dan Pembakaran

Gasifikasi berbeda dengan pirolisis dan pembakaran. Ketiga dibedakan

berdasarkan kebutuhan udara yang diperlukan selama proses. Jika jumlah udara/bahan

bakar (AFR, air fuel ratio) sama dengan 0, maka proses disebut pirolisis. Jika AFR yang


http://en.wikipedia.org/wiki/Air_fuel_ratio

http://en.wikipedia.org/wiki/Oil_refinery

diperlukan selama proses kurang dari 1.5, maka proses disebut gasifikasi. Jika AFR yang

perlukan selama proses lebih dari 1.5, maka proses disebut pembakaran (lihat gambar

berikut).

Mesin gasifikasi dapat dibedakan berdasarkan:

-Berdasar mode fluidisasi.

-Berdasar arah aliran.

-Berdasar gas yang perlukan untuk proses gasifikasi.

Berdasar mode fluidisasi, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi

unggun tetap (fixed bed gasification), gasifikasi unggun bergerak (moving bed

gasification), gasifikasi unggun terfluidisasi (fluidized bed gasification), dan entrained

bed. Jenis gasifikasi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar. Perbedaan moving bed, fluid bed, dan entrained bed gasifier.

Berdasarkan arah aliran, mesin gasifikasi dapat dibedakan menjadi gasifikasi aliran

searah (downdraft gasification) dan gasifikasi aliran berlawanan (updraft gasification).

Pada gasifikasi downdraft, arah aliran gas dan arah aliran padatan adalah sama-sama ke

bawah. Pada gasifikasi updraft, arah aliran padatan ke bawah sedangkan arah aliran gas


ke atas.

Berdasarkan gas yang diperlukan untuk proses gasifikasi, terdapat gasifikasi

udara dan gasifikasi uap. Gafisikasi udara, dimana gas yang digunakan untuk proses

gasifikasi adalah udara. Gasifikasi uap, gas digunakan untuk proses adalah uap.

3.3 Kelebihan Gasifikasi dibanding Pembakaran

Gasifikasi bisa dibedakan dari pembakaran dari isu lingkungan yang lebih baik

dan sisi ekonomi yang menarik. Pendek kata, proses gasifikasi tidak memproduksi

bebarapa senyawa super-toxic seperti PCD dan PCDF. Temperature tinggi 1500C tekanan

parsial oksigen yang rendah mencegah pembentukan senyawa tipe dioxin.

3.4 Proses Gasifikasi Texaco

Produksi gas sintetis melalui gasifikasi bukanlah suatu teknologi baru dan telah

digunakan untuk beberapa tahun untuk gasifikasi batu bara dan minyak. Pada kasus

batubara, kondisi khusus harus digunakan untuk meyakinkan bahwa batu bara hancur

seutuhnya. Sementara itu gasifikasi dari minyak membutuhkan control yang hati-hati

terhadap parameter operasi sebaik pertimbangan terhadap kehadiran bekas elemen.

Gasifikasi plastik, di lain sisi membutuhkan perhatian pada semua pertimbangan ini

dikarenakan limbah plastic memiliki karakteristik batu bara ataupun minyak. Tentu,

konsentrasi tinggi klorin pada PVC adalah suplai tradisional yang tidak normal untuk

gasifier dengan demikian modifikasi desain khusus perlu dibuat. Amonia bisa

disuntikkan ke ruang pemadaman untuk menetralisir klorin yang dibentuk selama

gasifikasi. Larutan Amonium klorida mengalir ke system pembuangan air dimana garam

ammonia klorid diproduksi oleh penguapan dan kristalisasi.

Suplai padatan tradisional seperti batu bara di umpankan ke gasifier pada suatu

slurry basah untuk membantu dengan mengukur umpan ke gasifier yang ditekan pada

suatu cara yang terkontrol, aman, dan telah teruji. Karena limbah padatan plastic tidak

pada bentuk yang tepat untuk secara konsisten dimasukkan ke gasifier. Texaco telah

mendesain suatu unit liquefaction proprietary yang mampu mengubah limbah plastik ke

liquid. Pada proses ini limbah plastik yang dicacah-cacah dipanaskan pada tangki

peleburan samapai temperatur mencapai 350C. Pemanasan intensif memnghasilkan

penguranagan viskositas liquid yang digunakan untuk men'charge' gasifier. Gas yang

dikembangkan selama liquefaction (disebut off gas) dikondensasi dan dimasukkan ke


gasifier bersamaan dengan minyak. Umpan liquid, bersama-sama oksigen kemurnian

tinggi diinjeksikan ke unit gasifikasi melalui injektor yang didesain khusus. Selama

gasifikasi, lelehan slag dan produk gas panas mengalirkan gasifier ke dasar dimana

mereka di guenching dengan air. Syngas diupankan dari gasifier ke unit secondary

scrubbing dimana ini lagi-lagi dikontakkan dengan air untuk membuang zat entrained

particulate dan selanjutnya diproses untuk membuang dan merecover sulfur dengan

demikian memeberikan produk dengan kemurnian tinggi.

Proses gasifikasi Texaco adalah continue, dalam tekanana, bukan reaksi katalis,

proses oksidasi parsial. Proses dimana material berkarbon seperti limbah plastic

direaksikan dengan oksigen untuk memproduksi gas sintetis yang bersih (syngas).

Melalui penggunaan sejumlah oksigen yang rendah dan terkontrol pada gasifier,

pembentukan oksida dari sulfur dan nitrogen yang tidak diinginkan dapat ditekan. Lagi

pula, konsentrasi oksigen yang rendah memastikan karbon berlebih diubah ke karbon

monoksida yang mudah terbakar, lebih baik daripada dioksidasi penuh ke karbon dioksida

pada kasus proses pembakaran. Unsur hydrogen dari limbah plastic dirubah ke unsur

hydrogen, sementara sulfur yang ada pada system dirubah ke H2S. unsur anorganik dari

suplai (seperti abu, pigmen) dirubah bentuk ke vitreous, ampas bijih inert. Kemudian

syngas yang diproduksi pada proses gasifikasi banyak mengandung hydrogen dan karbon

monoksida. Bagaimanapun, komposisi pasti dari syngas sangat tergantung pada dasar

atau asal dari suplai dan cara dimana proses dioperasikan. Syngas yang dihasilkan bisa

digunakan sebagai suplai pada produksi methanol, okso-alkohol atau hydrogen. Secara

alternative, syngas bisa dengan mudah dibakar ke turbin power gas untuk memproduksi

listrik.

Perbedaan mendasar diantara proses gasifikasi Texaco untuk plastic dan gasifikasi

pada suatu suplai minyak yang biasa adalah proses liquefaction dan penggunaan suntikan

ammonia untuk menetralisir kandungan klorin dari limpah plastic.

Produk padatan utama yang diproduksi oleh proses gasifikasi Texaco adalah vitrified slag

yang bisa digunakan pada produksi produk bangunan seperti batu bata. Padatan utama

lain oleh produk adalah ammonium klorida yang bisa dijual secara komersiil. System

menggunakan zero-discharge treatment pada managemen limpah plastik.

Suatu kerjasama beberapa perusahaan seperti Texaco, Air Products, Roteb, dan VAM

dalam proses membangun suatu fasilitas gasifikasi limbah plastic komersil. Rencananya

dikenal sebagai rencana Pax Rotterdam, yang akan memanfaatkan limbah palstik dari

system separasi mekanik VAM dan memberikan gasifikasi memanfaatkan teknologi


gasifikasi Texaco untuk memproduksi gas untuk di jual ke pabrik-pabrik di area

pelabuhan Rotterdam.

System separasi limbah VAM menerima limbah padatan kota dimana pertama-

tama dilewatkan melalui suatu rotating trommel yang memisahkan limbah berdasarkan

ukurannya. Material yang diameternya kurang dari 10 mm dikirim ke pengklasifikasi

udara yang memindahkan pecahan lebih ringan yang umumnya terdiri dari kertas dan

plastic. Kertas-kertas ini dipindahkan oleh proses depulping, sementara limbah plastic

dikirim ke gasifier.

3.5 Proses Gasifikasi Thermoselect

3.5.1 Pengenalan

Proses gasifikasi thermoselect didasarkan pada temperature tinggi yang

berkelanjutan, closed-loop, system terintegrasi untuk mengolah limbah kota melibatkan

pemadatan, degasifikasi, gasifikasi dan operasi peleburan langsung. Ini bisa menoleransi

kontaminasi logam tingkat tinggi seperti pada barang-barang berwarna putih. Suatu

rencana thermosleect 4 t/h adalah operasi pada Fondotoce, Italy (Figur 13.21). Harus

dicatat bahwa proses thermoselect didesain untuk MSW dan bukan semata-mata untuk

limbah plastic campuran.

Proses gasifikasi thermoselect dijelaskan pada paten yang spesifik. Aspek kunci dari

proses meliputi:

- Tahapan pemadatan (pemampatan) limbah

- Degasifikasi menggunakan oven

- Gasifikasi temperature tinggi

- Peleburan unsur non-organik.


Gambar 13.21 Foto Rencana Gasifikasi Thermoselect dekat Novara, Italia

3.5.2 Detail Proses

Berikut adalah tahapan kunci dari proses thermoselect (figure 13.22):

(1) Kompresi dan Degasifikasi

Limbah kota yang ada ditempatkan pada suatu area bunker tertutup yang bisa di

lapisi nitrogen untuk meminimalisir pembakaran spontan. Muatan dari limbah secara

periodic ditransfer ke suatu tekanan yang membawa limbah pada gaya kompresi yang

tinggi (~1000 t) meneyebabkan pengurangan volume hingga 90% dan peningkatan

kepadatan >1.2 t/m3 [24-26]. Langkah ini mengurangi banyak dari keberadaan volume air

dan nitrogen yang terperangkap. Billet yang dipadatkan, selagi masih di bawah tekanan,

masuk ke saluran yang dipanaskan. Disini billet yang berturut-turut dari segel kedap

udara menyerang dinding-dinding dari saluran yang dipanaskan pada mula-mula.

Degasifikasi dikendalikan tanpa keberadaan udara nitrogen, pada kondisi tahan terhadap

tekanan, saluran yang dipanaskan secara eksternal. Unsur liquid dari limbah diuapkan

pada tunnel yang dipanaskan. Saluran terbuka pada bagian akhir yang lain ke HTC (high-

temperature chamber) dan energi panas disuplai oleh bagian proses pemulihan syngas.

Selama tahapan pemanasan mula-mula (preheating), unsur organik dirubah ke billet

berkarbon kering. Blok-blok limbah yang dikeringkan dan didegasifikasi pada bentuk

konglomerat stabil yang rapuh, dipindahkan secara terus menerus ke ruang temperatur

tinggi [24-26]. Langkah penting proses pemadatan dan gasifikasi dari limbah plastik

ditunjukkan oleh tabel 13.2.


Gambar 13.22 Proses Gasifikasi Thermoselect

Tabel 13.2 Tahapan Penting selama degassing dari proses thermoselect

Temperatur Proses

100-200C

250C

350C

400C

400-600C

Pengeringan, penguapan air

Deoksidasi, desulfurisasi, splitting Karbon dioksida dan air

Cracking senyawa alifatik, pembentukan CH4

Pembentukan Karbon, Cracking organic yang lebih rendah

Pembentukan dan cracking senyawa organic kompleks yang memiliki titik

didih tinggi.

Tabel 13.3 Reaksi gasifikasi penting pada proses Thermoselect

H2 + ½ O2 H20 (eksotermis)


C + O2 CO2 (eksotermis)

CxHy + (X+ ¼ Y) ) O2 XCO2 + ½ Y H20 (eksotermis)

CxHy X C + ½ Y H2 (endotermis)

C + CO2 2 CO (endotermis)

C + H20 CO + H2 (endotermis)

CxHy + X H2O X CO + (X CO + ½ Y) H2 (endotermis)

(2) Gasifikasi Temperatur Tinggi

Ruang temperature tinggi (High Temperature Chamber, HTC) di .... dengan

material refraktori (sukar mencair) temperature tinggi dan memiliki komposisi dasar

campuran krom anti korosi bertemperatur tinggi yang datang kepada kontak dengan

mineral leleh dan logam-logam. Tidak ada unsure mekanik atau struktur internal didalam

ruang dan proses konversi limbah tidak terganggu. Tempat reaksi dipertahankan pada

temperature 1000C dan membentuk suatu gas-permeable ballast atau bed.

Semua unsure organic dihancurkan seluruhnya oleh kondisi yang dihadapkan pada

ruang reaksi temperature tinggi. Table 13.3 merangkum reaksi kimia utama yang terjadi

selama gasifikasi temperature tinggi [24-26]. Gasifikasi dari karbon menghasilkan

hydrogen dan karbon monoksida yang merupakan susunan utama dari gas sintetik. Gas-

gas panas lain dibentuk termasuk karbon dioksida, uap air, logam berat dengan volatilitas

tinggi dan unsur-unsurnya begitu juga gas-gas asam (HCL, H2S, dan HF). Unsure-unsur

tingkat rendah pada umpan yang mengandung N-H dan NO dirubah ke N2 dan uap

melalui reaksi self-catalyzed. Alat analisa infra red mengukur komposisi gas untuk

mengontrol komposisi syngas begitupun dengan gas-gas kontaminan. Campuran gas yang

dibentuk dipertahankan pada ~1200C dan dibuang dari HTC pada kelebihan tekanan ~0,3

bar.

Oksigen murni, lebih sering daripada udara, digunakan sebagai media gasifikasi,

bersaama-sama dengan proses memproduksi karbon dioksida dan uap. Mengacu kepada

pemanfaatan oksigen, volume gas yang kebutuhan terhadap pembersihan dan pemurnian

menurun secara seignifikan. ini menyediakan instalasi dari teknik pembersihan gas yang

lebih efesien dan lebih kecil.

(3) Pemurnian Gas Sintetik


Gas-gas yang yang mengeluarkan reactor tingkat tinggi dengan segera mengalami

shock-cooling oleh quenching air dingin (pada 5C) yang membuat penurunan temperature

yang cepat pada gas dari ~1200 C sampai di bawah 70C [24-26]. Ini, dikombinasikan

dengan kehadiran oksigen yang sangat rendah, menghalangi pembentukan kembali dioxin

dan furan atau pembentukan senyawa organic yang lain. Semprotan air menjebak

kandungan rendah dari pecahan logam berat yang diuapkan pada HTC, sebaik parikel

mikro-karbon.

Fase selanjutnya dari pemurnian syngas melibatkan pembuangan kontaminan oleh

control pH pada kolom penyucian. Pemisahan H2S dilakukan pada langkah proses special

yang melibatkan reaksinya dengan besi trivalent kompleks untuk membentuk unsure

sulfur dan hydrogen. Sisa besi divalent adalah udara yang dioksidasi kembali ke bentuk

trivalent untuk digunakan kembali. Uap air yang hadir pada sungas diembunkan keluar

oleh pendinginan. Kontaminan terakhir dibuang dengan menghangatkan gas dan

melewatkannya melalui suatu charcoal filter (saringan arang) aktif. [24-26].

Gas sintetis yang dimurnikan digunakan untuk menyuplai panas ke saluran

degassing, dengan kelebihan yang tersedia untuk konversi ke energy listrik. Suatu

rencana 20 tph akan menghasilkan ~12 MW listrik, yang skitar setengahnya dibutuhkan

untuk konsumsi rumah tangga.

(4) Peleburan

Unsur anorganik yang tidak mengalami gasifikasi dilelehkan pada temperature

berlebih 2000C pada ruang peleburan di bawah reactor. Disini semua karbon sisa

dibuang oleh homogenisai pada temperature sekitar 1600-2000 C. oksigen berlebih

memastikan oksidasi sempurna pada sisa partikel karbon. Gas alami juga dimasukkan ke

ruang homogenisasi untuk memperlakukan tahapan peleburan dengan kompensasi pada

kekurangan karbon yang tersedia dan kehilangan panas eksotermis. Dengan demikian,

proses melibatkan peleburan langsung dari unsur anorganik dengan ketiadaan abu dan

debu.

Unsur mineral dan logam dipisahkan ke aliran produk tunggal didasarkan pada

perbedaan kepadatan. Pemisahan selanjutnya ditunjukkan oleh pemisahan secondary

magnetic. Pembentuk melibatkan aliran produk campuran yang berkelanjutan ke suatu

tempat air yang membentuk bagian dari plant-cooling loop. Produk didinginkan ke

vitreous bead dan besi pellet logam kaya besi. Produk dibuang dari kolam air oleh bucket

chain assembly.


Gambar 13.23 Slag material inert yang diproduksi oleh proses thermoselect


Gambar 13.24 diagram alir proses gasifikasi thermoselect menunjukkan berbagai proses

dan material yang dihasilkan.

(5) Penanganan Limbah Air

Semua air dari limbah dan dari proses didaur ulang, dibersihkan dan digunakan

kembali dalam proses. Tahapan pertama dari proses pemurnian air melibatkan perlakuan

caustic soda (soda tajam). Penambahan Na2S merubah logam-logam berat termasuk Hg

ke sulfide tak larut. Penambahan FeCl3 dan polyelectrolyte menyebabkan pengendapan

senyawa logam, hidroksida, dan sulfide dari berbagai logam melalui proses flocculation.

Produk ini dibuang dengan penyaringan.

3.4.3 Aplikasi dari Bahan Baku dan Energi yang Terpulihkan

Berikut adalah produk utama dari proses thermoselect:

(1) Gas Sintetis. Syngas bisa digunakan pada Gas Sintetis. Syngas bisa digunakan

pada penggunaan in-plant seperti memanaskan degassing tunnel, menyuplai

tenaga untuk produksi in-house oksigen dan nitrogen dari modul distilasi udara

cair, energi-heat coupling untuk produksi tenaga uap dan penggunaan spesifik

yang lain. Energi yang berlebih diumpankan ke power-grid. Penggunaan generasi

keeuatan yang cocok termasuk modul generator gas-motor untuk memproduksi

listrik, pemanfaatan motor ignition-ray, turbin uap, turbin gas, dll. Ini juga bisa

digunakan untuk sintesa kimia dari bahan baker alternative seperti methanol.

(2) Produk mineral. Produknya adalah material mineral seperti kaca yang stabil

dengan kira-kira 60% dari berat butir jatuh ke kategori ukuran 1-4 mm. kemurnian

tinggi dan kualitas yang tetap dari butir mineral harus bisa dengan mudah

digunakan pada konstruksi dan aplikasi teknik sipil. Contohnya sebagai aggregate


pada campuran, untuk suatu tampilan ‘batu bara’ pada batu-bata yang dekoratif,

sebagai insulator fiber, untuk material konstruksi jalan.

(3) Logam-logam. Logam-logamnya dalam bentuk endapan atau logam alloy. Ini

memiliki nilai logam scrap yang signifikan.

Temperature tinggi, oksigen dan uap berlebih adalah input ke system untuk

memfasilitasi gasifikasi optimum dari limbah, menghasilkan produk gas sintetis

kemurnian tinggi, inert, dan produk tak beracun, logam-logam, metal hidroksida, garam-

garam grade industri, unsure sulful dan zat kimia lain. Produk akhir memiliki konsistensi,

kemurnian tinggi, harga yang pas dan membawa pencemaran trhadap lingkungan yang

tidak berarti. Penghitungan keseimbangan massa memberikan factor pengurangan dioxin

sampai ~500 kali, membuat proses kepada suatu yang benar-benar ‘dioxin sink’ [24-26].

Figure 13.25dan 13.26 memberikan kesetimbangan massa dan energi untuk rencana

operasi standar thermoselect pada 20 tph. Perencanaan thermoselect pada masa

mendatang akan terdiri dari individual line yang mampu membagi hasil 10 tph beberapa

komponen yang umum (langkah desulfurisasi, system discharge mineral campuran).

Suatu standar perencaan two-line akan mampu memproses limbah 150000 ton per tahun

3.5 Proses Gasifikasi VEBA

Pada proses gasifikasi VEBA, limbah plastic diberikan temperature tinggi dan

tekanan oksigen parsial yang rendah pada suatu gasifier entrained-flow. Dikarenakan

ketersediaan atmosfer oksidasi pendingin, mengacu kepada adanya pengurangan atmosfer

hydrogen, pembentukan PCDD dan PCDF dapat ditekan. Temperature yang lebih tinggi

digunakan diproses ini melewati titik leleh dari sisa abu dan kemudian gas kontaminan

dirubah ke matriks gelas leleh.

Sebelum langkah gasifikasi, limbah plastik dimasukkan ke tahapan persiapan termasuk

karbonisasi temperatur rendah sebagaimana yang ditunjukkan pada figure 13.27. Proses


Gambar 13.25 Keseimbangan Massa Gasifikasi Thermoselect

Gambar 13.26 Keseimbangan Energi Gasifikasi Thermoselect Standar.


Gambar 13.26 Keseimbangan energi untuk gasifikasi thermoselect standar

Gambar 13.27 Skema Proses Gasifikasi Veba untuk Limbah Plastik

VEBA menggunakan langkah persiapan proses pyrolisis yang bisa memanfaatkan

material kasar hingga ukuran 200 mm, kemudian mengurangi kebutuhan terhadap

penggunaan proses grinding yang mahal. Sebaliknya, beberapa proses gasifikasi yang lain

mensyaratkan material umpan harus sangat baik ukurannya (kurang dari 0,5 mm) dan

secara hati-hati diukur ke reactor tekanan tinggi. Dikarenakan waktu tinggal (residence

time) pada langkah pyrolisis sekitar 30 menit. Proses ini tidak perlu mengukur stok

limbah plastic secara tepat, dan komposisinya bisa bervariasi secara luas.


Fasa karbonisasi temperature rendah pada hakikatnya adalah langkah pirolisis

dimana limbah plastic dirubah ke uap pirolisis (yang kemudian dikondensasi ke minyak

yang akan diumpankan ke unity gasifikasi), bahan baker gas, dan sisa batu arang. Sisa

batu arang kemudian dimurnikan untuk membuang logam-logam (seperti baja) kemudian

batu arang dikirim ke gasifier. Produk dari unit gasifikasi adalah sedikit sulfur dan uap

air, dan suatu gas sintetis yang bersih diproduksi. Drum pirolisis dimana carbonisasi

temperature rendah ditempatkan secara tidak langsung dipanaskan tempat pembakaran

yang berputar, dengan diameter 0,8 m dan panjang 4 m. limbah plastic diumpankan ke

tempat pembakaran melalui sekrup pemberi umpan. Uap-uap pirolisis pada tempat

pembakaran yang berputar disampaikan ke counter-current direction ke batu arang

pirolisis yang diproduksi, dan diambil pada sisi pengumpanan dari drum. Uap-uap ini

akan dikondensasi dalam dua langkah proses kondensasi dimana pertama-tama uap-uap

ini didinginkan ke sekitar suhu 300C dengan pendinginan cepat langsung dengan minyak

pirolisis. Minyak pirolisis ini memiliki titik didih yang tinggi dan mengandung logam-

logam, dan bisa dipakai ulang ke tempat pembakaran yang berputar untuk konversi ke

hidrokarbon yang lebih ringan. Pada tahapan kedua, uap-uap pirolisis didinginkan

sampai 35C, dimana hidrokarbon ringan dan energi uap yang ada dikondensasi. Minyak

pirolisis yang ringan dan air dipisahkan pada separator dan air dipanaskan dan diproses

ulang. Fraksi Minyak pirolisis yang ringan bisa di gasifikasi langsung untuk

memproduksi gas sintetis atau bisa di upgrade (contohnya pembuangan klorin, sulfur dan

nitrogen, sebaik senyawa aromatic jenuh) di unit hydrotreater untuk memberikan produk

proses ulang bernilai tinggi.

Reactor memiliki slurry feeding system yang memperbolehkan minyak berat dan

batu arang berukuran baik (ukuran partikel kurang dari 0,3 mm) untuk diukur ke reactor

dengan menggunakan pompa piston. Gasifikasi terjadi pada temperature sekitar 1500C

dan tekanan hingga 60 bar. Pada temperature ini, unsur non organic dirubah ke glass-like

slag (ampas seperti kaca). Gas-gas panas didinginkan secara cepat dengan air setelah

meninggalkan zona reaksi dan lelehan ampas memadat. Ampas yang dimasukkan ke ash

lock ini dikeluarkan bertahap melalui lock-hopper.

3.6 Proses Winkler- Gasifikasi Fluidized Bed

pada gasifikasi fluidized bed, limbah plastik dimasukkan bubbling fluidized bed

dari udara dan uao pada tekanan tinggi dan pada temperature lingkungan 950C. di bawah

kondisi ini, plastic dirubah ke campuran gas yang mengandung hidogen, karbon


monoksida, dan karbon dioksida. Partikel padatan plastic dan sisa abu dipisahkan dari

produk bergas dan didaur ulang ke reactor fluidized bed untuk konversi selanjutnya,

proses ini juga dikenal sebagai proses winkler temperature tinggi dan pada operasi di

Rheinbraun AG [21].

3.7 Gasifikasi Fix Bed – Proses SVZ

Sekundarverwertungszentrum Schwarze Pumpe (SVZ) di jerman mengoperasikan

fixed bed gasifier dengan kapasitas sekitar 90.000 ton pertahun plastik DSD.

3.8 Nilai Ekonomi Gasifikasi

investasi untuk rencana gasifikasi dengan kapasitas 80.000 ton per tahun adalah

sekitar 70 juta dolar. Setiap perencanaan akan membutuhkan enam shift untuk operasi

kontinyu (8000 jam per tahun). Harga jual hydrogen yang diproduksi bervariasi,

dipengaruhi factor local. Sebagai tambahan, penyimpanan hydrogen itu sulit dan mahal.

Di bawah keadaan ini, tidak mungkin untuk menjamin suplai terus menerus, membawa

pemasaran yang tidak mendukung, dan kepastian ekonomi. Suatu gate fee pnting untuk

limbah plastic, supaya mencapai break-event point (BEP).

4. Perkembangan Aplikasi Gasifikasi di Beberapa Negara Khususnya di Finlandia

Di Finlandia, aktivitas riset dan pengembangan gasifikasi dimulai tahun 1970-an.

Pada tahun 1980-an, aplikasi gasifikasi sederhana sistem udara pertama dilakukan dan

utamanya dikombinasikan dengan pembangkit panas dan pembakaran kapur (lime kiln).

Selanjutnya tahun 1986 berhasil dibangun gasifikasi sistem updraft yang menghasilkan

panas 5 MWth. Pada tahun yang hampir bersamaan, gasifikasi sistem CFB (circulating

fluidized bed) juga dibangun dengan daya keluaran 15-35 MWth untuk kebutuhan

industri bubur-kertas (pulp). Pada tahun 1990-an, IGCC (integrated gasification combined

cycle) juga diperkenalkan, tetapi karena kebutuhan daya yang sangat besar menjadi

kendala pengembangan lebih lanjut. Umumnya sistem gasifikasi biomass hanya layak

untuk skala kecil menengah sampai daya 10 MWe.


Gambar . Gasifikasi Bioner di Finlandia

Dengan sistem updraft, biomass dimasukkan dari atas reaktor. Adanya udara dan

uap dari bawah reaktor yang bergerak ke atas menyebabkan biomass akan mengalami

serangkaian proses. Selama perjalanan biomass dari atas reaktor sampai ke bawah,

biomass akan mengalami pengeringan, pirolisis, gasifikasi dan pembakaran. Abu

dikeluarkan dari bagian bawah reaktor. Gas hasil proses gasifikasi sistem updraft

mengandung minyak dan tar dalam jumlah yang banyak. Temperatur gas yang dihasilkan

adalah rendah (80-300oC untuk biomass atau 300-600oC untuk batubara). Abu bawah

(bottom ash) umumnya terbakar sempurna dan menyisakan arang tidak terbakar dalam

jumlah yang bisa diabaikan. Dust yang dihasilkan juga relatif rendah karena kecepatan

gas yang digunakan juga rendah dan disebabkan juga oleh adanya “efek penyaringan”

pada daerah pengeringan dan pirolisis.

Karena jumlah tar yang dihasilkan cukup banyak, maka gas-gas dari hasil gasifikasi ini

tidak bisa langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam (IC, internal

combustion). Karena tar jugalah, sehingga sistem pemipaan perlu dibersihkan per 2-6

minggu sekali tergantung jenis bahan bakar yang digunakan.

Pada tahun 1980, daya thermal dari gasifikasi Bionerr Finland adalah 1.5 MWth.

Bahan bakar yang digunakan adalah serpihan kayu, sampah hutan, gambut, jerami, pelet,

batubara dan campuran. Dengan kadar air kayu yang digunakan sebesar 41%, gas-gas

yang dikeluarkan dari proses gasifikasi adalah 30% CO, 11% H2, 3% CH4, 7% CO2, dan

49% N2 dengan HHV setara 6,2 MJ/m3n. Tar yang dihasilkan antara 50-100 g/m3n. Pada

tahun 1986, kapasitas dari 8 unit Bioneer Finland adalah 4-5 MWth.

Tahun 1999-2001 dikembangkan gasifikasi jenis updraft yang dikombinasi

dengan downdraft dengan kapasitas 500 kWth. Seperti diketahui, gasifikasi jenis

downdraft menghasilkan tar yang lebih rendah dibandingkan jenis updraft. Hal ini karena

tar hasil pirolisis terbawa bersama gas dan kemudian masuk ke daerah gasifikasi dan

pembakaran yang temperaturnya tinggi. Pada daerah gasifikasi dan pembakaran inilah, tar


kemudian akan terurai. Hasil gas-gas dari gasifikasi sistem downdraft ini setelah disaring

dan didinginkan dapat langsung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam. Namun

begitu, pada tahun2 tersebut komersialisasi belum dapat dilakukan, karena untuk

menjamin tar yang rendah diperlukan jenis biomas dengan kualitas tinggi.

Pengembangan selanjutnya terjadi pada tahun 1997-an dengan masih

menggunakan sistem gasifikasi sistem downdraft dan updraft. Dua jenis gas dipisahkan

dan gas-gas yang bersih dapat lansung dimasukkan ke dalam mesin pembakaran dalam,

sedangkan gas-gas yang lebih kotor (dengan tar yang lebih banyak) digunakan untuk

boiler. Kapasitas yang direncanakan pada tahun 2001 adalah 2 MW (1.1 MWth dan 450

kWe). Gasifikasi ini dibangun di Tervola, Finland.

Gambar. Gasifikasi Entimos Oy, di Tervola, Finland [1].

Masih di Finlandia, pengembangan gasifikasi sistem CFB (circulating

fluidized bed) juga dikembangkan sejak tahun 1983. Gasifikasi beroperari pada

temperatur 800 – 1000oC dan tergantung ada bahan bakar dan penggunaannya. Bahan

bakar dimasukkan kedalam bagian bawah gasifier (di atas jarak tertentu dari distributor).

Pada saat memasuki reaktor bahan bakar akan mengalami pengeringan dengan cepat dan

pirolisis juga terjadi. Gas hasil pirolisis akan bergerak ke atas. Beberapa bagian dari arang

akan bergerak ke bawah sementara yang lain terbawa aliran dan masuk ke dalam siklon.

Di dalam siklon, arang akan dipisahkan dan dimasukkan kembali ke bagian bawah

reaktor dimana arang akan dibakar dengan udara dari distributor.


Gambar. Konsep gasifikasi CFB di Finland [1].

Fakta di lapangan menunjukkan bahwa penggunaan bahan bakar biomass

berjenis jerami-jeramian dan MSW (municipal solid waste) sering mengandung klor,

logam alkali, dan aluminium dalam jumlah banyak. Kandungannya yang tinggi dapat

menyebabkan korosi dan masalah fouling dalam boiler. Untuk itulah pencucian gas (gas

cleaning) perlu dilakukan sebelum gas-gas dari gasifikasi dimasukkan ke dalam boiler.

Di Finlandia, metode pembersihan gas panas dikembangkan sejak tahun 1997

khususnya oleh VTT. Gas dari gasifier disaring pada temperatur 400oC dan dengan

menggunakan sorben suntuk mengikat klor. Penurunan temperatur 400oC dapat

dilakukan untuk pemanasan awal udara gasifikasi dan air umpan ke boiler. Gas yang

sudah didinginkan kemudian dibersihkan dalam bag filter. Calcilum hydroxide

diinjeksikan ke dalam gas sebelum masuk bag filter untuk mengikat HCl. Gas yang sudah

bersih kemudian dimasukkan ke dalam burner.

Berbeda dengan CFB yang lebih ekonomis untuk ukuran besar (40-100 MW),

untuk ukuran medium (15-40 MW) dapat digunakan gasifikasi sistem BFB (bubbling

fluidized bed). Di Finland, gasifikasi sistem BFB kapasitas 40 MW telah dioperasikan

tahun 2001. Gambar di bawah menunjukkan konsep BFB di Finland. Sistem pembersihan

gas di CFB dapat digunakan juga pada sistem BFB.


Gambar. Gasifikasi sistem BFB di Finland [1].

Gasifikasi serpihan kayu sistem updraft dikembangkan di Denmark tahun

1996. Gasifikasi tersebut kemudian dikombinasikan dengan mesin gas kapasitas 650 kW

dan telah beroperasi selama 16.000 jam [2].

Pada kapasitas yang lebih besar yaitu 42.000 MWe/tahun dan 70.000

MWth/tahun mulai beroperasi tahun 2006 dengan anggaran konstruksi sebesar 20 jt €.

Temperatur operasi dari gasifikasi FB adalah 850oC. Gas dari gasifier didinginkan dan

dibersihkan dalam saringan dan scrubber. Tar diolah dalam catalytic tar reformer sebelum

gas dimasukkan dalam 3 mesin gas yang masing-masingnya berkapasitas 2MWe.

Di negara lain, pengembangan gasifier dapat dilihat pada beberapa Tabel di

bawah.Tabel. Beberapa negara yang mengembangkan gasifikasi cofiring [3].

Tabel . IGCC plants di beberapa negara [3].


Tabel . Gasifikasi CFB dengan mesin gas di beberapa negara [3].

REFERENSI:

Scheirs, John. 1998. Polymer Recycling: Science, Technology, and Applications.

Chichester: John Wiley & Sons.

http://kajian-energi.blogspot.com/search/label/gasifikasi

[1] ____, 2002, Review of Finnish Biomass Gasification Technologies, technical report,

VTT, Finland. Available in:

http://www.gastechnology.org/webroot/downloads/en/IEA/OPETReport4gasification.pdf.

Accessed: 05.07.2007 16:45.


http://www.gastechnology.org/webroot/downloads/en/IEA/OPETReport4gasification.pdf

[2] Jakobsen, H.J. and Helge, T., 2005, Gasification breakthrough in biomass, Denmark.

Available at: http://www.dbdh.dk/pdf/ren-energy-pdf/side14-17.pdf accesed: 05.07.2007

17:06.

[3] Kwant, K.W., 2004, Status of Gasification in Countries Participating in the IEA and

GasNet Activity August 2004, IEA Bioenergy Gasification and EU Gasification Network.

Avalilable at: http://energytech.at/pdf/status_of_gasification_08_2004.pdf. Accessed:

05.07.2007 17:49.


http://energytech.at/pdf/status_of_gasification_08_2004.pdf

http://www.dbdh.dk/pdf/ren-energy-pdf/side14-17.pdf

Documents

Feedstock Recycling-sapto r Dan Khairul u