MAKALAH TEKNOLOGI PEMANFAATAN BATUBARA
MAKALAH TEKNOLOGI PEMANFAATAN BATUBARA
PEMBUATAN METANOL DARI PROSES GASIFIKASI BATUBARA
PEMBUATAN METANOL DARI PROSES GASIFIKASI BATUBARA
Disusun oleh: Disusun oleh: Nama:
Nama: Kinia EldwitaKinia Eldwita Kelas:
Kelas: 3. 3. Eg. Eg. AA
Dosen Pembimbing: Ir. K. A. Ridwan, M.T Dosen Pembimbing: Ir. K. A. Ridwan, M.T
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
2017
2017
▸ Baca selengkapnya: proses pembuatan unsur gas mulia
(2)(3)KATA PENGANTAR
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum
Assalamu’alaikum warrahmatullahi wabarakatuh,warrahmatullahi wabarakatuh,
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah swt. karena atas berkat rahmat dan Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah swt. karena atas berkat rahmat dan karunia-Nyalah sehingga penulis dapat membuat makalah ini. Makalah ini dibuat dalam karunia-Nyalah sehingga penulis dapat membuat makalah ini. Makalah ini dibuat dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah Teknologi Pemanfaatan Batubara.
rangka memenuhi tugas mata kuliah Teknologi Pemanfaatan Batubara.
Ucapan terimakasih juga tak lupa penulis sampaikan kepada dosen Teknologi Ucapan terimakasih juga tak lupa penulis sampaikan kepada dosen Teknologi Pemanfaatan Batubara saya, yaitu Bapak K. A. Ridwan yang telah memberikan ilmu, arahan, Pemanfaatan Batubara saya, yaitu Bapak K. A. Ridwan yang telah memberikan ilmu, arahan, serta bimbingan sehingga penulis dapat menyusun makalah ini dan orangtua penulis yang serta bimbingan sehingga penulis dapat menyusun makalah ini dan orangtua penulis yang telah memberikan izin serta do’a sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini.
telah memberikan izin serta do’a sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini.
Banyak sekali suka duka yang terjadi selama Saya menyusun makalah ini, sehingga Banyak sekali suka duka yang terjadi selama Saya menyusun makalah ini, sehingga Saya berharap kalian dapat memanfaatkan makalah ini sebaik-baiknya. Penulis menyadari Saya berharap kalian dapat memanfaatkan makalah ini sebaik-baiknya. Penulis menyadari banyak
banyak kekurangan kekurangan yang yang ada ada dalam dalam makalah makalah ini ini sehingga sehingga penulis penulis memohon memohon saran saran dandan kritikan dari kalian semua sehingga makalah ini dapat menjadi lebih baik.
kritikan dari kalian semua sehingga makalah ini dapat menjadi lebih baik. Wassalamu’alaikum warrahmatullahi wabarakatuh.
Wassalamu’alaikum warrahmatullahi wabarakatuh.
Palembang,
Palembang, September September 20172017
Kinia Eldwita Kinia Eldwita
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
Halaman Judul………1 Halaman Judul………1 Kata
Kata Pengantar...Pengantar...2...2 Daftar Isi……….3 Daftar Isi……….3 Bab I: PENDAHULUAN
Bab I: PENDAHULUAN a.
a. Latar Latar Belakang Belakang Masalah...Masalah...5.5 b. Rumusan Masalah...
b. Rumusan Masalah...66 c.
c. Tujuan Tujuan Penulisan...Penulisan...6...6 Bab II: GASIFIKASI BATUBARA
Bab II: GASIFIKASI BATUBARA a.
a. Karakteristik Karakteristik Produk Gas Produk Gas Sintetik...Sintetik...7...7 b. Proses Gasifikasi...
b. Proses Gasifikasi...9...9 c. Jenis
c. Jenis – – Jenis Jenis Gasifier...Gasifier...11..11 d.
d. Teknologi Teknologi Gasifikasi...Gasifikasi...14...14 Bab III: PEMBUATAN SYNGAS (METANOL)
Bab III: PEMBUATAN SYNGAS (METANOL) a.
a. Kebutuhan MetaKebutuhan Metanol di nol di Indonesia...Indonesia...20...20 b. Perkembangan Industri Metanol di I
b. Perkembangan Industri Metanol di Indonesia...ndonesia...21...21 c.
c. Metanol Metanol dan dan Turunannya...Turunannya...22...22 d. Pembuatan
d. Pembuatan Metanol dari Metanol dari Gas Alam...Gas Alam...23...23 e. Pembuatan
e. Pembuatan Metanol dari Metanol dari Gasifikasi Batubara...Gasifikasi Batubara...24...24 f. Diagram Kualitatif Flow Diagram Proses Pembuatan Metanol dengan Gasifikasi f. Diagram Kualitatif Flow Diagram Proses Pembuatan Metanol dengan Gasifikasi
Batubara...
Batubara...25....25 Bab IV: PENUTUP
Bab IV: PENUTUP a.
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Potensi cadangan batubara di Indonesia sangat besar. Dengan cadangan batubara di Indonesia diperkirakan mencapai 91 miliar ton, dengan tingkat produksi berkisar 200-300 juta ton per tahun, maka umur tambang akan dapat mencapai 100 tahun. Hal ini cukup aman untuk keberlanjutan industri pengguna batubara, selain itu juga lebih ekonomis.
Namun walaupun memiliki produksi batubara yang tinggi, pemanfaatannya di Indonesia masih belum optimal karena ketergantungan terhadap minyak bumi sebagai sumber energi yang masih tinggi. Selain itu juga masih terkendala oleh minimnya penguasaan teknologi pemanfaatan batubara tersebut di Indonesia.
Teknologi pemanfaatan batubara yang mungkin dikembangkan di Indonesia salah satunya adalah proses gasifikasi untuk pembuatan gas sintetik (syngas), yang selanjutnya gas sintetik ini dapat digunakan sebagai bahan baku industri kimia selain energi listrik. Gasifikasi adalah suatu teknologi proses yang mengubah batubara dari bahan bakar padat menjadi bahan bakar gas. Pada proses gasifikasi dilakukan pemecahan rantai karbon batubara menjadi unsur atau senyawa kimia lain. Pada proses ini, batubara dimasukkan ke dalam reaktor dan sedikit dibakar hingga menghasilkan panas. Sejumlah udara atau oksigen dipompakan dan pembakaran dikendalikan dengan uap agar sebagian besar batubara terpanaskan hingga molekul-molekul karbon pada batubara terpecah dan diubah menjadi coal gas. Coal Gas merupakan campuran gas- gas hidrogen, karbon monoksida, nitrogen serta unsur gas lainnya.
Di Indonesia industri hilir selain energi listrik yang dapat memanfaatkan produk gas sintetik (H2 dan CO) dari gasifikasi batubara sebagai bahan baku untuk produk
-Industri hilir ini telah berkembang cukup baik di Indonesia. Saat ini mereka menggunakan gas alam sebagai bahan bakunya. Dalam rangka mengoptimalkan pemanfaatan batu bara di dalam negeri, gas sintetik dari batubara ini diharapkan dapat dijadikan sebagai alternatif atau diversifikasi sumber bahan baku pada industri - industri tersebut.
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan syn gas?
2. Apa yang dimaksud dengan proses gasifikasi?
3. Bagaimana proses gasifikasi batubara yang dapat mengasilkan syn gas dengan spesifikasi rasio mol H2 : CO sebesar 2?
C. Tujuan Penulisan
1. Melakukan kajian tentang bagaimana teknologi proses pembuatan gas sintetik dari batubara.
2. Mengkaji kemungkinan gas sintetik ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pada beberapa industri hilir non energi listrik di Indonesia.
BAB II
GASIFIKASI BATUBARA
A. Karakteristik Produk Gas Sintetik
Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya bahwa komponen utama dari gas sintetik hasil gasifikasi batubara adalah hidrogen (H2) dan karbon monoksida (CO).
Berikut akan dibahas secara singkat karakteristik dari keduanya.
Hidrogen adalah unsur kimia pada tabel periodic yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomic yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia.
Secara kimia, hidrogen merupakan unsur yang sangat aktif. Hal ini yang menyebabkan hidrogen jarang sekali ditemukan dalam bentuk bebas. Di alam, hidrogen terdapat dalam bentuk senyawa dengan unsur lain, seperti dengan oksigen dalam air atau dengan karbon dalam metana. Untuk dapat memanfaatkannya, hidrogen harus dipisahkan terlebih dahulu dari senyawanya agar dapat digunakan sebagai bahan bakar.
Karakteristik atau properti dari gas Hidrogen (H2) dapat dilihat pada tabel di bawah
ini:
Fase Gas
Massa jenis (0 °C, 101.325 kPa) 0.08988
⁄
Massa jenis cairan pada t.l 0.07 (0.0763 solid) g.cm-3Titik lebur 14.01 K, -259.14 °C, -434.45 °F Titik didih 20.28 K, -252.87 °C, -423.17 °F Titik tripel (7.042 kPa) 13.8033 K, -259 °C
Karbon monoksida (CO) merupakan gas yang tak berwarna, tak berbau, dan tak berasa. Karbon monoksida terdiri dari satu atom karbon yang secara kovalen berikatan dengan satu atom oksigen. Pada ikatan ini, terdapat dua ikatan kovalen dan satu ikatan kovalen koordinasi antara atom karbon dan oksigen.
Karbon monoksida dihasilkan dari pembakaran tak sempurna dari senyawa karbon, sering terjadi pada mesin pembakaran dalam. Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran seperti pada proses gasifikasi batubara. Karbon monoksida mudah terbakar dan menghasilkan lidah api berwarna biru, menghasilkan karbon dioksida. Walaupun ia bersifat racun, CO memainkan peran yang penting dalam teknologi modern
Karakteristik atau properti dari gas karbon monoksida dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Rumus Molekul CO Massa molar 28,0101
⁄
Penampilan Tidak berwarna dan berbau
Densitas
0.789
⁄
2 (dalam bentuk cairan), 1.250
⁄
(pada 0 °C) , dan 1.145
⁄
(pada 25 °C) Titik lebur -205 °C dan 68 KTitik didih -192 °C dan
Kelarutan dalam air (20 °C) 0,0026
⁄
100
Ttitik kritis (1.293 Mpa) 32.97 KKalor peleburan (H2) 0.117
⁄
Kalor penguapan (H2) 0.904
⁄
Kapasitas kalor (H2) 0.904
⁄
B. Proses Gasifikasi
Gasifikasi batubara merupakan proses mengonversi karbon dalam batubara menjadi gas (syngas) dengan menggunakan media gasifikasi (gasification agent). Zat yang digunakan sebagai media adalah gas atau oksigen, air atau steam, dan karbon dioksida. Zat yang dihasilkan bermacam-macam, seperti karbon monoksida dan hidrogen yang merupakan produk utama, karbon dioksida, steam, bahkan metana dan gas – gas, seperti NOx dan SOx walaupun dalam jumlah sedikit.
1. Tahap – Tahap dalam Proses Gasifikasi
Gasifikasi terdiri dari lima tahapan yang berbeda. Namun hanya empan tahapan yang terjadi secara alamiah dalam proses pembakaran, yaitu pengeringan, pirolisis, pembakaran, dan gasifikasi. Dalam gasifikasi keempat tahapan ini dilalui secara terpisah sedemikian hingga dapat menginterupsi “api” dan mempertahankan gas mudah terbakar tersebut dalam bentuk gas serta mengalirkan produk gasnya ke tempat lain. Salah satu cara untuk mengetahui proses yang berlangsung pada gasifier jenis ini adalah dengan mengetahui rentang temperatur masing-masing proses, yaitu:
• Pengeringan: T > 150 °C
• Oksidasi/pembakaran: 700 < T < 1500 °C • Reduksi: 800 < T < 1000 °C
Proses pengeringan, pirolisis, dan reduksi bersifat menyerap panas (endotermik), sedangkan proses oksidasi bersifat melepas panas (eksotermik).
a. Tahap Pengeringan (Evaporation of Moisture)
Merupakan tahap di mana tejadi penguapan dalam kandungan air dalam batubara. Proses ini bergantung pada jenis batubara, untuk jenis batubara sub- bituminus kelembabannya dapat mencapai 3% berat, sedangkan jenis bituminous lebih kecil sekitar 5% dari berat. Proses ini dapat dihindari di dalam gasifier dengan cara mentreatment terlebih dahulu batubara masukan (dehidrasi)
b. Tahap Pirolisis
Meruapakan proses chemical decomposition dengan cara pemanasan pada kondisi minim atau tanpa oksigen. Batubara akan mengalami perengkahan pada proses ini pada suhu sekitar 250 °C ke atas. Hasil proses ini adalah arang, uap, air,
uap tar, dan gas – gas. Tujuan dari tahap ini adalah untuk mempermudah reaksi pembentukan syngas pada gasifier. Pada pirolisis ini dihasilkan CO, CO2, CH4, H2O,
H2, dan tar.
c. Tahap Pembakaran Zat Volatil (Combustion of Volatile Matter)
Zat pirolisis bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan panas yang diperlukan oleh proses selanjunya, yaitu gasifikasi oleh steam. Proses oksidasi (pembakaran) ini merupakan reaksi homogen yang bersifat eksotermis dan menyediakan panas atau energy untuk proses reaksi heterogen. Hasil dari tahap ini adalah CO, CO2, H2O, abu, dan gas polutan.
d. Tahap Gasifikasi (Heterogenous Reaction)
Pada tahap ini, char bereaksi dengan uap air dan karbon dioksida untuk menghasilan hidrogen dan karbon monoksida sebagai komponen utama gas hasil. Pada tahap ini adalah tahap yang terjadi di gasifier itu atau proses gasifikasi. Proses
ini bergantung dengan peilihan jenis dari gasifier itu sendiri di mana setiap gasifier itu sendiri memiliki kelebihan dan kekurangan dari gasifier itu sendiri. Berikut reaksi yang terjadi:
C + H2O → H2 + CO = + 131.38
⁄
karbon (water-gas)CO2+ C → 2CO = + 172.58
⁄
karbon (Boudouard reaction)C + 2H2→ CH4 = - 74.90
⁄
karbon (methanation)Pada tahap ini juga terbentuk metana pada kondisi tertentu. Untuk menyesuaikan rasi H/C agar sesuai dengan kebutuhan. Biasanya diatur supaya terjadi reaksi water-gas shift yang bertujuan untuk mengonversi CO menjadi H2.
CO + H2O ↔ CO2 + H2 = - 41.98
⁄
karbone. Tahap Slagging
Di dalam batubara juga terdapat kandungan dari abu (ash) di mana besarnya tergantung dari jenis batubara dan juga geografi tempat batubara. Abu ini dipisahkan dengan proses slagging.
C. Jenis
–
Jenis GasifierBerdasarkan metode kontak antara gas dan bahan bakar, gasifier dapat dibagi menjadi 4 jenis, yaitu:
1. Counter-current Fixed Bed (Up Draft)
Material padat (sampah) ditempatkan sebagai jejalan (bed). Fumigator dialirkan dari bawah, berlawanan arah dengan aliran “bahan bakar” dari atas. Syngas yang terbentuk
2. Co-current fixed bed (down draft)
Pada dasarnya, co-current memiliki prinsip yang sama dengan counter-current, hanya saja aliran fumigator dialirkan dari atas, sejalan dengan arah “bahan bakar”. Syngas yang terbentuk akan dialirkan ke bawah.
3. Fluidized Bed
Dalam proses ini pertama sampah dijadikan butiran kecil sebelum dibakar dalam sebuah reaktor dengan tiupan angin dari bagian bawah. Sampah dibakar dalam keadaan terfluidisasi sehingga pembakaran sempurna lebih terjamin. Fluidisasi adalah keadaan suatu fasa padat yang karena pergerakannya memiliki sifat seperti fluida. Pada umumnya fluidisasi yang diutilisasi untuk pembakaran menggunakan udara tiup s ebagai fluida pem-fluidisasi.
Feedstock adalah istilah yang seringkali digunakan ketika membahas proses pirolisis dan gasifikasi. Feedstock atau daur ulang tersier dengan termolisis adalah proses dimana komponen organik dari suatu limbah, seperti limbah plastik dll, diubah oleh panas menjadi produk-produk halus/sempurna bernilai tinggi seperti nafta, minyak
mentah (crude oil ) atau syngas. 4. Entrained Flow
Mirip seperti fluidized bed, tetapi partikel padatan sampah memiliki bentuk dan massa yang lebih kecil sehingga dapat terbawa udara dari bawah hingga terpental keluar dari reaktor untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam sistem. Keuntungan sistem ini adalah abu sisa pembakaran dapat diminimalisasi karena ketika partikel padatan akan disirkulasi kembali, partikel tersebut bersama abu mengalami perlakuan untuk memisahkan keduanya di dalam cyclone.
5. Plasma Gasifikasi
Teknologi ini menggunakan arus tegangan tinggi untuk membuat api plasma. Penggunaan api plasma dapat meningkatkan yield gasifikasi hingga lebih dari 90% konversi. (Messerle and Ustimenko, 2007)
Ada 4 tipe teknologi proses gasifikasi batubara untuk pembuatan gas sintetik (syngas) yang telah komersial di dunia, yaitu Fixed-bed gasifier, Fluidized-bed gasifier, Entrained- bed gasifier dan Molten bath gasifier. Perbedaan dari tiap macam prosesnya terletak pada tipe gasifier-nya. Penjelasan lebih lanjut dari masing-masing tipe proses akan
diuraikan di bawah ini.
1. Fixed-Bed Gasifier (Teknlogi Lurgi)
Fixed-bed gasifier (moving-bed gasifier) merupakan teknologi gasifikasi batubara yang tertua. Lurgi mengembangkan teknologi ini pada tahun 1927 (atmospheric reactor/gasifier) dan mengembangkannya lebih lanjut pada 1931 (pressurized version).
Pada tipe proses ini, reaktornya (gasifier) berbentuk vertikal. Hal ini digunakan untuk mempertahankan aliran padatan dengan kecepatan gas rendah. Aliran bahan bakar gasifier jenis ini adalah bolak-balik (counter current), yaitu batubara diumpankan dari atas kemudian perlahan-lahan turun ke bawah dan dipanaskan oleh gas panas dari arah bawah. Batubara melewati zona karbonisasi kemudian zona gasifikasi, akhirnya sampai pada zona pembakaran pada bagian bawah gasifier tempat reaktan gas diinjeksi. Aliran bolak balik tersebut dapat dilihat pada gambar di atas. (Sumber: N. Holt, Electric Power Research Institute)
Ukuran batubara (bahan bakar) yang dapat diolah pada gasifier jenis ini adalah antara 5 – 55 mm. Batubara tersebut akan dipanaskan dan dikeringkan oleh gas
Proses gasifikasi batubara tersebut akan menghasilkan abu dan gas produser beserta produk samping (residu) berupa tar. Ciri khas gasifier ini adalah perbedaan temperatur pada berbagai tempat di dalam gasifier dan beroperasi pada tekanan tinggi. Temperatur maksimum yang dapat dicapai pada gasifier jenis ini adalah 930 – 1430 °C. Suhu keluaran yang dihasilkan dari gasifier ini berkisar antara 315 – 550 0C dengan residence time 1 – 2 jam. Karakteristik dari gasifier jenis ini adalah rendahnya temperatur gasifikasi dan gas hasil gasifikasi sehingga membutuhkan oksigen yang rendah, serta menghasilkan kandungan metan yang tinggi. Gasifier jenis ini sangat mudah dibuat dan dioperasikan, tetapi tidak ekonomis untuk ukuran
kapasitas yang relative kecil.
2. Fluidized Bed Gasifier (Teknologi Winkler)
Pada teknologi gasifikasi ini ukuran batubara (bahan bakar) yang digunakan lebih kecil dibandingkan dengan pada fixed-bed gasifier yaitu sekitar 8 mesh (0,5-5 mm). Batubara tersebut dimasukkan pada bagian atas unggun atau langsung pada unggun kemudian dialirkan dengan bantuan gas sehingga bergerak seperti fluida dan membentuk unggun fluidisasi. Pencampuran bahan bakar dan cepatnya perpindahan panas pada bahan bakar akibat fluidisasi menyebabkan temperatur di dalam gasifier
seragam. Gas (campuran steam dan oksigen atau udara) yang digunakan dialirkan dari bawah bagian bawah unggun. Temperatur keluaran dari gasifier ini berkisar antara 700-900 °C. Residence time pada gasifier jenis ini berkisar antara 5 – 50 detik dan beroperasi pada suhu konstan, yaitu 760 – 1040 °C. Suhu tinggi tersebut dimaksudkan untuk
fluidized- bed gasifier dapat dilihat pada gambar di atas. (Sumber: N. Holt, Electric Power Research Institute).
3. Entrained Bed Gasifier
Pada entrained-bed gasifier, batubara dialirkan ke dalam gasifier secara co-current (searah) atau bersama-sama dengan medium penggasifikasi berupa uap air (steam) dan oksigen, bereaksi pada tekanan atmosfer. Batubara ukurannya dihaluskan sampai sekitar 0,1 mm, diumpankan dengan reaktan gas ke dalam chamber dimana reaksi gasifikasi terjadi seperti halnya sistem pembakaran bahan bakar berbentuk serbuk.
Entrained-bed gasifier merupakan bejana horisontal yang beroperasi pada tekanan atmosfer atau sedikit lebih tinggi dari tekanan atmosferik. Pengoperasian pada tekanan tinggi menyebabkan kandungan tar dan minyak dalam gas hasil produksi sedikit atau tidak ada sama sekali. Gasifier jenis ini dapat dioperasikan pada temperatur rendah untuk menjaga abu agar tetap dalam keadaan padatan kering atau juga dapat dioperasikan pada temperatur di atas titik lebur abu sehingga abu yang dihasilkan berbentuk lelehan cair.
Medium gasifikasi dimasukkan dengan laju yang tinggi. Ukuran bahan yang lolos sekitar 80% pada ukuran kurang dari 200 mesh (44 μm). Abu diambil sebagai slag. Hal ini disebabkan oleh temperatur operasi lebih besar daripada suhu peleburan abu. Rentang temperatur keluaran produk pada gasifier jenis ini adalah antara 900-1400 °C. Pengendalian pada gasifier jenis ini adalah laju alir bahan bakar, oksigen, dan kukus. Efisiensi gasifier ditentukan oleh temperatur operasi, ukuran partikel, dan laju
4. Molten Bath Gasifier
Pada pembuatan gas sintetik dengan teknologi proses molten bath gasifier, reaksi terjadi dalam medium yang tercampur merata dari inersia panas tinggi. Ada 2 tipe bath yaitu molten metal bath dan molten salt bath. Temperatur operasi pada tipe molten metal bath berkisar antara 1400 – 1700 °C, sedangkan pada tipe molten salt bath berkisar pada 1000 °C. Reaktan gas dapat dimasukkan dari atas, seperti jet kemudian masuk ke dalam permukaan bath.
Pada Gambar di atas dapat dilihat proses gasifikasi batubara dengan molten bath gasifier.
BAB III
PEMBUATAN SYNGAS (METANOL)
Di bawah ini akan dibahas mengenai jenis - jenis industri yang dapat memanfaatkan produk gas sintetik (H2 dan CO) hasil gasifikasi batubara sebagai sumber alternatif
pasokan kebutuhan bahan bakunya. Pendekatan yang dilakukan untuk mengidentifikasi industri pengguna produk gas sintetik adalah dengan mempelajari pohon industri petrokimia yang telah dikeluarkan oleh Badan Koordinasi Penanaman Modal (BKPM).
Cuplikan dari pohon industri petrokimia tersebut (hanya diambil syn-gas) dapat dilihat pada diagram di bawah ini:
Dari gambar Pohon Industri Syngas di atas terlihat bahwa produk gas sintetik berupa H2
dan CO dapat dimanfaatkan oleh industri hilirnya antara lain untuk:
• Industri methanol, yang selanjutnya dapat diolah lebih lanjut menjadi oxo-alcohol;
• Industri formic acid (asam formiat maupun asam format), yang selanjutnya dapat diolah menjadi acetic acid (asam asetat) dan ethyl-acetate (asetat etil);
• Industri ammonia, yang selanjutnya dapat diolah menjadi pupuk. Syngas (H2 dan CO) Metanol Oxo-alcoho Formic Acid Asetic Acid Ethyl Acetat Ammonia Pupuk Urea
A. Kebutuhan Metanol di Indonesia
Metanol sangat dibutuhkan dalam dunia industri, karena banyak produk yang dihasilkan berbahan metanol. Metanol digunakan oleh berbagai industri, seperti industri plywood, tekstil, plastik, resin sintetis, farmasi, insektisida, dan lainnya. Metanol juga dipakai sebagai pelarut, bahan pendingin dan bahan baku perekat. Pada industri migas, metanol digunakan sebagai antifreeze dan sebagai gas hydrate inhibitor pada sumur gas alam dan pada pipa gas. Untuk Indonesia, 80% pembeli metanol adalah industri formaldehyde yang menghasilkan adhesives untuk plywood dan industri wood processing lainnya.
Metanol merupakan bahan kimia yang diperlukan oleh industri-industri baik luar negeri maupun dalam negeri. Untuk Indonesia sendiri, methanol dibutuhkan dalam jumlah yang besar. Jumlah kebutuhan methanol di Indonesia ditunjukan dalam di bawah
ini:
Tahun Kebutuhan Metanol Indonesia (kg) 2009 580.874.058 2010 760.436.057 2011 798.109.815 2012 822.124.029 2013 996.766.181
Kebutuhan metana di Indonesia
Berdasarkan data tersebut, jumlah impor methanol terus mengalami kenaikan setiap tahunnya. Jumlah impor ini diperkirakan akan terus bertambah di tahun yang akan datang mengingat bertambahnya juga kebutuhan metanol oleh pabrik-pabrik lain yang memproduksi senyawa turunannya. Hasil proyeksi kebutuhan methanol di Indonesia sampai tahun 2020.
Dari hasil proyeksi dapat diprediksi bahwa kebutuhan methanol pada tahun 2019 sebesar 1.500.000 ton/tahun. Sementara itu, produksi methanol di Indonesia hanya di pegang oleh dua perusahaan yaitu PT. Kaltim Methanol Industri dengan kapasitas
660.000 ton/tahun dan Pertamina Persero dengan kapasitas 230.000 ton/tahun sehingga total produksi dalam negeri sebesar 890.000 ton/tahun. Artinya Indonesia memerlukan sebuah pabrik methanol baru yang dapat memenuhi kebutuhan metanol pada tahun 2019. Dengan extrapolasi, kapasitas pabrik yang dapat memenuhi kebutuhan adalah 630.000 ton/tahun.
Bahan baku utama yang bisa dijadikan metanol adalah gas alam dan batubara muda (rendah kalori). Untuk gas alam, Indonesia memiliki cadangan gas alam sebesar 170 TSCF. Cadangan gas alam ini diperkirakan dapat mencukupi kebutuhan sampai 59 tahun kedepan. Namun pemerintah mulai membatasi kegiatan exploitasi dan penggunaan gas alam, agar tidak cepat habis.
Batubara di Indonesia sangat melimpah. Banyak daerah penghasil batubara, diantaranya Kalimantan selatan dengan sumber daya 9,1 milyar ton dan cadangan 1,86 milyar ton, Sumatera selatan dengan sumber daya 23,2 milyar ton dan cadangan 2,679 milyar ton, dan Riau dengan sumber daya 2,08 milyar ton dan dengan cadangan 16,54 juta ton (Kementrian ESDM, 2010).
Pemanfaatan batubara saat ini hanya sebatas pada sumber energi pembakaran. Hal inipun hanya terbatas pada batubara tinggi kalori. Oleh karena itu, bahan baku yang cocok untuk diolah menjadi metanol adalah batubara rendah kalori mengingat akan jumlahnya di Indonesia yang sangat melimpah dan pengelolaannya yang belum
maksimal.
B. Perkembangan Industri Metanol di Indonesia
Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus. Metanol adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH yang merupakan bentuk alkohol
paling sederhana. Pada keadaan atmosfer, metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol).
Jenis industri yang menggunakan metanol antara lain industri kayu lapis, tekstil, plastik, resin sintetis, farmasi, insektisida, dan lainnya. Selian itu, metanol juga dipakai sebagai pelarut, bahan pendingin, bahan baku perekat, dan lain-lain. Di Indonesia pemakaiaan terbanyak metanol adalah pada industri formaldehyde dan produk turunannya, seperti urea formaldehyde, phenol formaldehyde, dan melamine formaldehyde (adhesive resin).
Pada industri migas, metanol digunakan sebagai anti-freeze dan sebagai gas hydrate inhibitor pada sumur gas alam dan pada pipa gas. Sampai saat ini di Indonesia telah beroperasi dua kilang mehanol yaitu Kilang Methanol Bunyu milik Pertamina dan kilang milik PT Kaltim Methanol Industry di Bontang Kalimantan Timur dengan total kapasitas produksi 990.000 ton per tahun.
Untuk pembuatan methanol, bahan baku utama yang dapat digunakan adalah gas alam dan batubara muda (rendah kalori). Namun eksploitasi dan penggunaan gas alam mulai dibatasi oleh pemerintah agar cadangannya tidak cepat habis. Sebagai alternative solusi pengganti karena pembatasan pasokan gas alam tersebut dapat memanfaatkan batubara rendah kalori yang cadangannya sangat melimpah di Indonesia dan pengelolaannya belum maksimal.
C. Metanol dan Turunannya
Kegunaan methanol yang paling besar adalah untuk membuat senyawa kimia lainnya. Sekitar 40% dari produksi methanol dibuat menjadi formaldehid. Formaldehid kemudian dijadikan produk plastic, kayu lapis, cat, dan lain-lain. Turunan metanol lainnya adalah dimethyl ether (DME) sebagai pengganti klorofluorokarbon dalam aerosol dan asam asetat. Dimethyl ether juga digunakan sebaagai campuran dalam pembuatan liquefied petroleum gas (LPG).
Metanol dibuat dari gas sintesis yang diproduksi dari gas alam atau gasifikasi batubara. Di Indonesia kini sedang dikembangkan methanol yang diperoleh dari proses gasifikasi batubara muda (rendah kalori) untuk pembuatan DME. Di Indonesia pemakaian
terbanyak methanol adalah pada industry formaldehyde dan produk turunannya seperti urea formaldehid, phenol formaldehid, dan melamin formaldehid (Indonesian Commercial Nopember, 2009).
D. Pembuatan Metanol dari Gas Alam
Metanol dabat dibuat dari sintesa syn gas. Syn gas tersebut dapat dihasilkan dari gas alam melalui beberapa cara reforming gas alam.
Reforming gas alam terjadi pada tekanan sedang 1 hingga 2 MPa (10 – 20 atm) dan temperatur tinggi (sekitar 850 °C), metana bereaksi dengan uap air (steam) dengan katalis nikel untuk menghasilkan gas sintesis menurut reaksi kimia berikut:
CH4 + H2O → CO + 3H2
2CH4 + O2→ 2CO + 4H2
Reaksi ini adalah eksotermik dan panas yang dihasilkan dapat digunakan secara in-situ untuk menggerakkan reaksi steam-methane reforming. Ketika dua proses tersebut dikombinasikan, proses ini disebut sebagai autothermal reforming. Rasio CO and H2 dapat diatur dengan menggunakan reaksi perpindahan air-gas (the water-gas shift reaction):
Diagram alir proses reforming gas alam
Gambar di atas menunjukan proses natural gas menjadi syngas secara umum. Pertama-tama dihilangkan kandungan sulfur terlebih dahulu kemudian natural gas di reformasi di primary dan secondary reformer menjadi H2 dan CO. Syn gas yang terbentuk di sintesakan
ke dalam reaktor untuk membentuk metanol.
E. Pembuatan Metanol dari Gasifikasi Batubara
Metanol dapat dibuat dari pembuatan syngas dari proses gasifikasi batu bara. Reaksi dasar yang terjadi dalam proses gasifikasi barubara ditunjukkan dalam tabel di bawah ini: No. Reaksi 1. C + O2 CO2 2. C + 0,5O2 CO 3. C + H2O CO + H2 4. C + CO2 2CO 5. CO + H2O CO2H2 Reaksi dasar dalam gasifikasi batubara
Proses batubara menjadi syngas secara umum melalui proses gasifikasi. Selain itu terdapat proses pengurangan kandungan sulfur melalui sulfur removal. Syn gas yang terbentuk dari gasifikasi di sintesakan dalam reaktor untuk membentuk methanol. Diagram alir proses gasifikasi batubara menjadi metanol ditunjukan pada gambar di bawah ini:
Proses pembuatan metanol sama dengan proses pembuatan syngas lainnya yang terdiri dari tahap pengeringan, pirolisis, oksidasi, dan reduksi (gasifikasi). Namuun, pada proses pembuatan metanol dari batubara, tahap gasifikasi (reduksi) menggunakan reaktor Fluidized Bed karena memiliki keunggulan yaitu:
1. Mampu memproses batubara berkualitas rendah; 2. Kontak antara padatan dan gas bagus;
3. Luas permukaan reaksi besar, sehingga reaksi dapat berla ngsung dengan cepat; 4. Efisiensi tinggi;dan
5. Emisi rendah.
Reaksi-reaksi yang terjadi pada proses gasifikasi, yaitu shift conversion (merupakan reaksi reduksi karbon monoksida oleh kukus untuk memproduksi hidrogen), water-gas reaction (merupakan reaksi oksidasi parsial karbon oleh kukus yang dapat berasal dari bahan bakar padat itu sendiri maupun dari sumber yang berbeda), Boudouard reaction (merupakan reaksi antara karbon dioksida yang terdapat di dalam gasifier dengan arang untuk menghasilkan CO), dan methanation (merupakan reaksi pembuatan gas metan)
F. Diagram Kualitatif Flow Diagram Proses Pembuatan Metanol dengan Gasifikasi Batubara
Pertama batubara masuk sebagai aliran 1 dengan kondisi temperatur 30°C, dan tekanan 1 atm ke dalam Hopper (F-111). Di Hopper terdapat WC (Weight Control), keluar sebagai aliran 2, pada kondisi temperatur 30°C dan tekanan 1 atm. Kemudian masuk ke Reaktor Fluidized Bed (R-110), reaktor fluidized bed adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fase. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan (biasanya
berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan tertolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat di analogikan sebagai fluida juga. Proses ini, dinamakan fluidisasi. ketika di Reaktor terdapat Pressure Control, kemudian dinaikkan tekanannya menjadi 18 atm dan temperaturnya naik menjadi 760°C sebagai aliran ke-7.
Di sini bahan lain selain batubara adalah udara, udara masuk sebagai aliran ke-3 dengan kondisi T = 29°C dan P = 1 atm, di flow ini ada FC untuk mengontrolnya kemudian bahan ini masuk ke Kompresor (G-113), bahan ini sebagai aliran ke-5 dengan T = 29°C dan P = 9,5 atm. Lalu masuk ke Furnace (Q-114) yang bertugas untuk memanaskan udara, udara yang telah dipanaskan keluar sebagai aliran ke-6 dengan T = 760°C dan P = 18 atm kemudian udara masuk bercampur ke Reaktor Fluidized Bed (R-110) dengan umpan batubara awal tadi.
Keluar dari reaktor, bahan masuk ke Siklon (H-115) dan keluar sebagai aliran ke-8 dengan temperatur 760°C dan tekanan 18 atm. Kemudian masuk ke Expander (G-116), ada PC disini, fungsi dari expander sendiri adalah untuk menurunkan tekanan jadi bahan tadi keluar sebagai aliran ke-9 dengan temperatur 759,7°C dan tekanan 10,2 atm. Masuk ke Cooler (E-117) ada TC disini, sebagai aliran ke-10, dengan T = 400°C dan P = 10,2 atm. Kemudian masuk ke Absorber S (D-210) ada PC disini dan masuk ke Expander 211) sebagai aliran ke-12 dengan T = 395,5°C dan P = 10,2 atm. Masuk ke Cooler (G-212) , seharusnya kode ini adalah (E-(G-212), disini ada TC dan bahan keluar sebagai aliran ke-13 dengan T = 70°C dan P = 6,5 atm, setelah keluar ada FC.
Masuk ke Absorber (D-220), ada PC disini dan kemudian terdapat 2 aliran yaitu aliran yang masih bisa digunakan dan aliran sisa. Aliran sisa akan bertindak sebagai aliran ke-25 dan T = 115°C dan P = 6,5 atm dan masuk ke Tangki Gas Buang (F-223). Kemudian aliran yang masih bisa digunakan masuk sebagai aliran ke-14 dan T = 115°C dan P = 6,5 atm. Bahan diteruskan ke Expander (G-221) dan ke Cooler (E-222), bahan ini sebagai aliran ke-16 dan T = 115°C dan P = 1,1 atm ada TC disini untuk mengatur temperatur, keluar dari TC sebagai aliran ke-15, T = 114,8°C dan P = 1,1 atm, disini ada FC untuk mengatur Flownya bahan kemudian masuk ke Stripper (D-230).
Ada sisa bahan yang masuk ke Tangki Benlield (F-231) dengan T = 37°C dan P = 1,1 atm. Sisa bahan lain masuk sebagai aliran ke-17 dengan T = 119,4°C dan P = 1,1 atm ke Expander (G-232). Keluar dari Expander sebagai aliran ke-18 dan T = 114,4°C dan P = 2,9 atm kemudian diteruskan ke Cooler (E-233) disini ada TC, keluar dari Cooler masuk ke Tangki Hidrogen (F-311) sebagai aliran ke-21 dengan T = -15°C dan P = 20 atm, masuk ke Cooler (E-312) untuk mendinginkan bahan. Kemudian bahan dari Cooler ini akan satu aliran dengan bahan dari Cooler (E-233). Disini terdapat FC untuk mengatur Flow bahan yang tergabung tadi, jadi aliran ini bertindak sebagai aliran ke-22, T = 259,7°C dan P = 1,1 atm.
Setelah itu bahan masuk ke Reaktor Fixed Bed (R-310), Reaktor Fixed Bed merupakan suatu reaktor yang mana katalis berdiam di dalam reaktor bed. Di Reaktor Fixed Bed, ada TC di Reaktor ini, ketika bahan keluar dari reaktor ada PC, jadi aliran ini sebagai aliran ke-24, dengan T = 259,7°C dan P = 3 atm. Di reaktor fixed bed, terjadi pengolaha kemudian masuk ke Cooler (E-313) dan ada TC disini. Kemudian masuk ke Menara Distilasi (D-320), Menara Distilasi ini bertingkat 14, aliran yang masuk sebagai aliran ke-26 dengan T = 259,7°C dan P = 3 atm. Sisa keluar dari Distilasi ada LC, ini sebagai aliran ke-33 dengan T = 259,7°C dan P = 3 atm, kemudian masuk ke Reboiler (E-324) dengan bertindak sebagai aliran ke-32 dan T = 259,7°C dan P = 3 atm. Hasil dari reboiler masuk kembali ke distilasi.
Keluar dari Distilasi ada PC untuk mengontrol tekanan, disini aliran ke-29 dengan T = 259,7°C dan P = 3 atm masuk ke Kondensor (E-321) sebagai aliran ke-28 dan T = 259,7°C dan P = 3 atm. Kemudian masuk ke Tangki Distilat (F-322) sebagai aliran ke-27, T = 259,7°C dan P = 3 atm, lalu masuk ke Pompa (L-323) sebagai aliran ke-30, T = 259,7°C, P = 3 atm. Bahan di aliran ini bisa masuk lagi ke dalam Distilasi. Dari Tangki Distilat, bahan sebagai aliran ke-31, T = 259,7°C, P = 3 atm kemudian masuk ke Kondensor (E-325) disini ada TC, bahan ini sebagai aliran ke-34, T = 259,7°C dan P = 3 atm. Setelah ini adalah hasil akhir yaitu Metanol, metanol ini kemudian akan dimasukkan ke dalam Tangki Metanol (F-326) di tangki ini ada LI (Level Indicator).
28
Flow Diagram Process Prarancangan Pabrik Methanol dari Proses Gasifikasi Batubara
Prosesnya dimulai dengan membuat gas sintetis yaitu gas H2 atau hidrogen dan gas
CO atau karbon monoksida. Gas H2 mudah terbakar dan gas CO sangat beracun, tapi tidak
perlu khawatir karena semuanya dikontrol dalam bejana tertutup.
Pembuatan gas diawali dengan membakar batubara dengan gas oksigen bukan udara supaya lebih efisien. Batu bara akan membara berwarna merah kemudian dimasukkan uap air, jika mulai padam dialirkan lagi oksigen dan seterusnya. Maka akan dihasilkan campuran gas yang kemudian dimurnikan seperti terjadi di banyak industri kimia. Selanjutnya diperoleh syngas yaitu H2 dan CO yang siap direaksikan menjadi molekul
yang lebih tinggi dan banyak dibutuhkan.
Syngas Production – Bagian ini terdiri dari coal handling, drying dan grinding yang kemudian diikuti dengan gasifikasi. Unit pemisahan udara menyediakan oksigen untuk gasifier. Syngas cleanup terdiri dari proses hydrolysis, cooling, sour-water stripping, acid gas removal, dan sulfur recovery. Gas dibersihkan dari komponen sulfur dan komponen lain yang tidak diinginkan sampai pada level yang terendah untuk melindunginya dari downstream katalis. Proses sour-water stripping akan menghilangkan ammonia yang dihasilkan dari nitrogen yang ada pada batubara. Sulfur dalam batubara akan dikonversikan menjadi hydrogen sulfide (H2S) dan carbonyl sulfide (COS). Proses
hidrolisis digunakan untuk mengkonversikan COS dalam syngas menjadi H2S.
Konversi gas sintetik – bagian ini terdiri dari water-gas shift, a sulfur guard bed, synthesis-gas conversion reactors, CO2 removal, dehydration dan compression,
hydrocarbon dan hydrogen recovery, autothermal reforming, dan syngas recycle. A sulfur guard bed dibutuhkan untuk melindungi katalis konversi gas sintesis yang dengan mudah diracuni oleh trace sulfur pada cleaned syngas. Clean synthesis gas dipindahkan untuk mendapatkan hydrogen/carbon monoxide ratio yang diinginkan, dan kemudian secara katalitik dikonversikan menjadi bahan bakar gas.
Dalam proses selanjutnya, menggunakan sintesis Fischer-Tropsch yang merupakan teknologi untuk memproduksi bahan bakar murni dari gas sintesis hasil gasifikasi biomassa, gas alam, atau batubara. Reaksi sintesis Fischer-Tropsch merupakan reaksi
katalitik. Katalis komersial Fischer-Tropsch sendiri umumnya berbasis logam Fe dan Co. Katalis yang digunakan dalam Fischer-Trops adalah besi atau cobalt. Keuntungan katalist besi dengan cobalt berlebih untuk mengkonversi coal-derived syngas yang mana besi
rasio low H2/CO dari coal derived syngas yang diperlukan dalam reaksi Fischer-Trops.
Syngas dan produk T yang tidak terkonversi harus dipisahkan setelah langkah sintesis F-T. CO2 dipisahkan dengan menggunakan teknik absorbsi. CO2 dengan kemurnian tinggi
biasanya dibuang langsung ke udara bebas.
Proses pendinginan digunakan untuk memisahkan air dan hidrokarbon ringan (terutama metana, etana, dan propane) dari produk liquid hydrocarbon yang dihasilkan pada proses sintesis F-T. Hasil dari metana di olah kembali menjadi metanol dan akhirnya
BAB IV
PENUTUP
A. Kesimpulan
Indonesia memiliki cadangan batubara yang sangat besar yaitu berkisar 91 miliar ton. Pemanfaatan batubara tersebut sampai saat ini masih belum optimal di Indonesia. Salah satu alternatif pemanfaatan batubara yang mungkin diterapkan di Indonesia adalah dengan mengolah batubara tersebut menjadi gas sintetik (syngas). Proses ini dikenal dengan istilah gasifikasi batubara. Hasil dari gasifikasi batubara memiliki nilai jual yang lebih tinggi dibandingkan pembuatan gas sintetik dari bahan lainnya dengan jenis yang hampir sama.
Komponen utama gas sintetik dari batubara ini adalah gas Hidrogen (H2) berkisar 10 – 20% dan karbon monoksida (CO) berkisar 15 – 30 %. Untuk membuat gas sintetik dari batubara ada 4 jenis teknologi proses gasiifikasi yang telah dikenal di dunia yaitu fixed-bed gasifier, fluidized-bed gasifier, entrained-bed gasifier dan molten bath gasifier.
Pada kajian ini fokus pemanfaatan gas sintetik dari gasifikasi batubara adalah untuk bahan baku industri kimia. Berdasarkan pohon industri petrokimia dsari BKPM (2011) paling tidak ada 3 jenis industri kimia yang dapat memanfaatkan gas sintetik (syngas) sebagai alternatif bahan bakunya. Ketiga industri tersebut adalah industri methanol, industri asam formiat, dan industri ammonia.
Total kapasitas produksi metanol di Indonesia saat ini adalah 990.000 ton per tahun. Metanol dapat dibuat dari gasifikasi batubara yang terdiri dari proses pengeringan, pirolisis, pembakaran, dan reduksi (gasifikasi) di mana proses gasifikasi dari metanol
B. Saran
Indonesia merupakan negara yang memiliki sumber daya alternatif yang melimpah. Oleh karena itu seharusnya pemerintah mampu memanfaatkan dan lebih memerhatikan sumber daya itu yang cadangannya masih sangat melimpah.
