Perpustakaan Digital ITB

Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi unjuk kinerja proses gasifikasi batubara lignit dalam memproduksi gas hidrogen menggunakan pendekatan simulasi termodinamik dengan perangkat lunak Aspen Plus. Fokus utama dari studi ini adalah membandingkan dua sistem pengumpanan yang berbeda, yaitu umpan basah (coal-water slurry) dan umpan kering, dalam kondisi operasi entrained flow gasifier. Tujuan penelitian meliputi: (i) mengetahui unjuk kinerja gasifikasi batubara untuk menghasilkan hidrogen secara termodinamik, (ii) mengkaji pengaruh berbagai parameter operasi terhadap hasil gasifikasi dan produksi hidrogen, serta (iii) menentukan kondisi optimum untuk konversi karbon dan efektivitas produksi hidrogen. Metodologi yang digunakan melibatkan simulasi berbasis data batubara dari PLN NP, dengan struktur pemodelan terdiri atas tahapan pengeringan, pirolisis, reaksi gasifikasi (RGibbs), pemisahan abu, reaksi water gas shift (WGS), dan pemisahan CO2 menggunakan pelarut amina. Analisis sensitivitas dilakukan terhadap berbagai parameter operasi termasuk laju umpan batubara, rasio oksigen terhadap batubara, rasio steam terhadap CO, serta pengaruh heat loss terhadap performa sistem. Indikator kinerja yang dihitung meliputi konversi karbon, perolehan hidrogen, dan efisiensi energi hidrogen. Hasil simulasi menunjukkan bahwa proses gasifikasi secara termodinamik dikendalikan oleh keseimbangan antara reaksi endotermis (gasifikasi karbon dengan uap air dan CO2) dan reaksi eksotermis (oksidasi parsial). Temperatur tinggi (sekitar 1200 °C) terbukti mendukung terbentuknya syngas dengan fraksi H2 dan CO yang tinggi. Pada sistem pengumpan kering, temperatur tinggi mempercepat reaksi endotermis, sedangkan pada pengumpan basah, peningkatan temperatur dapat menurunkan fraksi H2 akibat pengaruh dominan reaksi oksidasi dan pembentukan H2O. Variasi tekanan menunjukkan pengaruh yang relatif kecil terhadap komposisi produk karena keterbatasan perubahan mol gas dalam reaksi gasifikasi heterogen. Sebaliknya, laju umpan batubara sangat memengaruhi temperatur dan komposisi syngas. Peningkatan laju batubara menurunkan temperatur pada pengumpan basah karena dominasi reaksi endotermis, sementara pada sistem kering temperatur meningkat akibat dominasi reaksi eksotermis. Peningkatan laju oksigen meningkatkan temperatur proses, namun menyebabkan pergeseran komposisi gas menuju produk pembakaran penuh (CO2), menurunkan rasio energi hidrogen. Efek ini lebih terkendali pada sistem basah karena adanya penguapan air yang menyerap sebagian panas reaksi. Pada tahap WGS, peningkatan laju uap air memperbaiki konversi CO menjadi H2. Sistem pengumpan basah lebih efisien karena uap air sudah tersedia dari slurry, sementara sistem kering membutuhkan pasokan steam eksternal yang lebih besar. Produksi H2 optimal tercapai pada rasio steam tertentu, di mana kelebihan uap tidak lagi meningkatkan hasil akibat terbatasnya jumlah CO yang tersedia. Konversi karbon pada sistem basah meningkat seiring bertambahnya laju batubara karena uap air mempercepat reaksi gasifikasi dan WGS, sedangkan pada sistem kering, konversi menurun setelah titik optimum akibat kekurangan oksigen. Efektivitas produksi hidrogen menunjukkan tren naik-turun tergantung pada ketersediaan steam dan kondisi reaksi, dengan pengumpan basah menunjukkan efisiensi lebih baik secara keseluruhan. Efisiensi energi hidrogen tertinggi tercapai pada sistem pengumpan basah, menunjukkan peran penting uap dalam memfasilitasi reaksi-reaksi termodinamik. Efisiensi menurun ketika laju oksigen meningkat akibat dominasi pembakaran karbon menjadi CO2, namun sistem basah tetap unggul karena kontribusi energi dari air dalam slurry. Penelitian ini menunjukkan bahwa pemilihan sistem pengumpanan dan pengaturan parameter operasi sangat menentukan efisiensi konversi energi batubara menjadi hidrogen. Simulasi termodinamik melalui Aspen Plus terbukti efektif dalam memetakan kondisi optimal proses dan memberikan arah strategis bagi pengembangan teknologi gasifikasi batubara ke arah produksi hidrogen bersih.