PENGOLAHAN LIMBAH PADAT (TL4108, 2 SKS)

1. PENGOLAHAN LIMBAH PADAT (TL4108, 2 SKS) Minggu 9: PIROLISIS dan GASIFIKASI

2. Pendahuluan • Konsep pengelolaan limbah berkelanjutan + hirarki pengelolaan limbah  Muncul konsep energy recovery, sbl landfilling.  Menghasilkan nilai ekonomis yang lebih dan diprediksi memiliki dampak lingkungan minimal  Aplikasi proses pirolisis & gasifikasi. • Produk Pirolisis & gasifikasi: - Energi - Gas atau produk minyak yang dapat digunakan sebagai feedstocks petrokimia - Bahan karbon untuk berbagai aplikasi • Produk akhir yang dapat dapat disimpan seperti gas, minyak atau arang, memudahkan penggunaan produk akhirnya

3. Pendahuluan(2) • 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. Definisi Pirolisis • Pirolisis adalah degradasi limbah organik secara thermal dalam kondisi tanpa oksigen untuk menghasilkan arang karbon, minyak dan gas yang dapat dibakar. • Besarnya produk yang akan dihasilkan dipengaruhi kondisi proses, terutama temperatur dan laju pemanasan. • Perbedaan utama pirolisis, gasifikasi dan insinerasi: jumlah oksigen yang disuplai ke rekator thermal.

5. Definisi Pirolisis(2)

6. Proses Pirolisis • Temparatur relatif rendah, yaitu dalam rentang 400-800 oC. • Kondisi proses yang bervariasi mengakibatkan perbedaan produk arang, gas atau minyak yang dihasilkan. • Panas disuplai melalui pemanasan tidak langsung, seperti pembakaran dari gas atau minyak, atau pemanasan langsung menggunakan transfer gas panas. • Pirolisis memiliki kelebihkan dalam menghasilkan gas atau produk minyak dari limbah yang dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk proses pirolisis itu sendiri.

7. Proses Pirolisis(2)

8. Produk Pirolisis • Pirolisis dari limbah domestik (sampah kota) menghasilkan: • 35% produk arang • kadar abu hingga 37% • Pirolisis dengan laju pemanasan yang lambat terhadap limbah ban akan menghasilkan: • Arang hingga 50% • kadar abu sekitar 10%. • Pemanfaatan arang: • Digunakan langsung sebagai bahan bakar • Dipadatkan menjadi briket bahan bakar • Digunakan sebagai bahan adsorpsi spt karbon aktif • Dihancurkan dan dicampur dengan produk minyak priolisis menghasilkan lumpur (slurry) untuk pembakaran.

9. Produk Pirolisis(2) • Nilai kalori arang relatif tinggi: • Arang dari sampah kota sekitar 19 MJ/kg, • Aarang dari ban sekitar 29 KJ/kg • Arang limbah kayu sekitar 33 MJ/kg Nilai kalori batu bara 30 MJ/kg. Arang dari limbah dapat digunakan sebagai bahan bakar kelas menengah. • Produk minyak dari pirolisis limbah dapat digunakan dalam sistem pembangkitan listrik secara konvensional, seperti mesin diesel dan turbin gas. • Karakteristik dari bahan bakar proses pirolisis tidak sama dengan bahan bakar minyak alam  Memerlukan modifikasi sebagai pembangkit tenaga atau peningkatan kualitas bahan bakar. • Nilai kalor minyak dari pirolisis • 25 MJ/kg untuk minyak dari limbah domestik (sampah) • 42 MJ/kg untuk minyak dari limbah ban. Minyak bahan bakar pertroleum memiliki nilai kalor 46 MJ/kg.

10. Produk Pirolisis(3)

11. Produk Pirolisis(4) • Bila dibandingkan dengan minyak diesel dari petroleum dari banyak hal, minyak dari limbah mempunyai beberapa kemiripan. • Akan tetapi, penggunaan langsung minyak dari limbah dalam sistem pembakaran yang didesain untuk minyak petroleum akan menghadapi beberapa kendala, antara lain: • minyak dari biomassa dan sampah bersifat viskos, • tingkat asam tinggi, karena kehadiran asam organik dalam minyak dan dapat segera terpolimerisasi. • memungkinkan mengandung partikel solid karena proses pengangkutan dari reaktor pirolisis.

12. Produk Pirolisis(5) • Gas yang dihasilkan dari proses pirolisis terhadap sampah atau biomassa didominasi oleh karbon dioksida, karbon mono oksida, hidrogen, methan, dan sebagian kecil gas hidrokarbon lainnya. • Tingginya konsentrasi gas karbon dioksida dan karbon mono oksida berasal dari struktur oksigen yang ada dalam bahan aslinya, antara lain sellulosa, hemisellulosa, dan lignin. • Pirolisis dari limbah ban dan campuran plastik akan menghasilkan konsentrasi yang lebih tinggi untuk gas hidrogen, methan, dan gas hidrokarbon lainnya karena materi limbah mempunyai senyawa karbon dan hidrogen yg tinggi dan senyawa oksigen yg lebih kecil. • Nilai kalor gas hasil pirolisis : • gas pirolisis sampah 18 MJ/m3 • Gas pirolisis limbah kayu 16 MJ/m3

13. Reaktor Pirolisis

14. Definisi Gasifikasi • Gasifikasi adalah suatu teknologi proses yang mengubah bahan padat menjadi gas. • Bahan padat yang dimaksud adalah bahan bakar padat termasuk diantaranya biomassa, batubara, dan arang. Gas yang dimaksud adalah gas-gas yang keluar dari proses gasifikasi dan umumnya berbentuk CO, CO2, H2, dan CH4. • Proses gasifikasi dari limbah terjadi pada temperatur yang lebih tinggi dari pirolisis dan dengan penambahan oksigen yang terkontrol. • Produk berupa campuran gas CO dan H2 dikenal sebagai syngas dan bisa digunakan sebagai substitusi gas alami. • Reaksi dasar gasifikasi adalah: CnHm + 0,55n O2  nCO + 0,5m H2

15. Definisi Gasifikasi(2) • Proses gasifikasi pada hakikatnya mengoksidasi suplai hidrokarbon pada lingkungan yang terkontrol untuk memproduksi gas sintetis yang memiliki nilai komersial yang signifikan. • Gasifikasi mrp suatu alternatif yang menarik karena proses ini mencegah pembetukan dioksin dan senyawa aormatik. Proses gasifikasi juga menghasilkan reduksi utama pada volume input limbah rata-rata 75%. • Perbedaan Gasifikasi dengan pirolisis dan pembakaran: berdasarkan kebutuhan udara yang diperlukan selama proses. • Jika jumlah udara : bahan bakar (AFR, air fuel ratio) = 0, maka proses disebut pirolisis. • Jika AFR < 1,5 maka proses disebut gasifikasi. • Jika AFR > 1,5 maka disebut proses pembakaran

16. Definisi Gasifikasi(3)

17. Klasifikasi Gasifier • Berdasarkan medium gasifikasi, reaktor gasifikasi (gasifier) dapat diklasifikasikan menjadi 2 kelompok: • Aliran udara, dimana udara sebagai medium gasifikasinya • Aliran oksigen, dimana oksigen murni sebagai medium gasifikasinya • Berdasarkan metode kontak antara gas dan bahan bakar, gasifier dapat dibagi menjadi 4 jenis, yaitu: • Entrained bed • Fluidized bed (Bubbling atau Circulating) • Spouted bed (metode semburan) • Fixed atau moving bed

18. Klasifikasi Gasifier(2)

19. Klasifikasi Gasifier(3)

20. Klasifikasi Gasifier(4)

21. Klasifikasi Gasifier(5) • Berdasarkan arah aliran dari medium gasifikasi sepanjang lapisan bahan bakar, fixed atau moving bed gasifier dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu: • Updraft (medium mengalir keatas • Downdraft (medium mengalir kebawah), dan • Sidedraft (bahan bakar dimasukkan dari atas dan gas mengalir dari samping melewatinya).

22. Klasifikasi Gasifier(6) • Updraft (medium mengalir keatas

23. Produk Gasifikasi • Gasifikasi udara menghasilkan gas dengan nilai panas yang rendah (5000–6000 kJ/kg atau 3–6 MJ/m3, LHV), yang terdiri dari sekitar 50% nitrogen dan dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin dan furnace. • Oksigen yang dialirkan bebas dari pencampur seperti nitrogen akan menghasilkan LHV yang lebih tinggi (15000 kJ/kg atau 10-12 MJ/m3). Gas alam mempunyai LHV sekitar 50000 kJ/kg atau 40 MJ/m3.

24. Produk Gasifikasi(2)

25. Reaktor Gasifikasi Gasifikasi sistem CFB (circulating fluidized bed)

26. Reaktor Gasifikasi(2) Gasifikasi sistem BFB (bubbling fluidized bed)