Bab VI - Proses Perbatubaraan Dan Aspek Lingkungan

8/16/2019 Bab VI - Proses Perbatubaraan Dan Aspek Lingkungan

1/48

BAB VI

PROSES PEMANFAATAN BATUBARA

A. PENDAHULUAN

Telah disadari bersama bahwa pemanfaatan batubara

sebagian besar adalah sebagai penghasil energi dan sebagian untuk

menghasilkan bahan baku industri kimia. Teknologi pemanfaatan

batubara tersebut dapat dilakukan dengan proses pembakaran

(combustion), proses karbonisasi/pirolisa, proses gasifikasi, dan

proses likuifaksi. Diagram dari setiap proses pemanfaatan batubara

menjadi sumber energi ditunjukkan pada gambar 1. Pada gambar

ini terlihat setiap proses pemanfaatan tersebut menghasilkan listrik,

baik melalui exsternal combustion engine, internal combustion

engine, maupun melalui turbin gas. Sedangkan pemanfaatan

batubara untuk penghasil bahan baku industri kimia diperoleh

melalui gas sintesa (H2

dan CO) yang dihasilkan.

Ke empat teknologi yang ditunjukkan tersebut merupakan

suatu usaha untuk memperbesar nisbah antara atom hidrogen

dengan atom karbon (H/C) sehingga diperoleh kenaikan kalor.

Usaha tersebut dapat dilakukan dengan menghilangkan sebagian

karbon menjadi CO2

(proses pembakaran dan karbonisasi) atau

dengan menambah hidrogen (proses gasifikasi dan likuifaksi).

Tabel 1. Nibah Atomik H/C dari berbagai bahan bakar dari Batubara

Bahan Nisbah Atomik H/ CGas Metan 4,00 Napta 2,27Minyak Berat 1,59

Batubara Bituminus 0,69Batubara Subbituminus 0,53Lignit 0,91


2/48

G a m b a r 1 . B a g a n T e k n o l o

g i P e m a n f a a t a n B a t u b a r a

M e n j a d i S u m b e r E n e r g i d

a n B a h a n B a k u I n d u s t r i K

i m i a

B

a t u b a r a

L i k u i f a k s i

P i r o l i s a

G a s i f i k a s i

P e m b a k a r a n

L i s t r i k d a r i E x t e r n a l

C o

m b u s t i o n E n g i n e m e l a l u i

S i k l u s U a p

L i s t r i k d a r i I n t e r n a l C o m b u s t i o n E n g i n e

m e l a l u i M e s i n D i e s

e l , M o t o r B a k a r d a n

G a s N H V S e d a n g

G a s N H V

R e n d a h

A r a n g

G a s i f i k a s i

B a h a n B a k a r C a i r

M e t h a n o l

G a s T

u r b i n


3/48

Penjelasan secara rinci dari masing-masing proses tersebut

serta aspek lingkungan dari pemanfaatan batubara dibicarakan

pada bab ini. Namum sebelum membicarakan tentang proses

pemanfaatan batubara dan aspek lingkungannya itu, terlebih dahulu

dibicarakan tentang proses persiapan batubara dan pembersihannya.

Proses pembersihan ini dikenal dengan proses benefisiasi. Kedua

proses ini penting dilakukan sebelum proses pemamfaatan, karena

setiap proses pemamfaatan batubara memerlukan sifat-sifat fisis

dan kimia yang spesifik.

B. PERSIAPAN DAN BENEFISIASI BATUBARA

1. Proses persiapan (Coal Preparation )

Pada umumnya setiap proses pemamfaatan batubara dan

fasilitas yang terlibat didalamnya, direncanakan untuk batubara

yang mempunyai spesifikasi sifat fisik dan sifat Kimia tertentu.

Proses persiapan (coal preparation) meliputi penyimpanan

( storage), penanganan (handling ), pengecilan ukuran ( sizing )

dan pembersihan mekanis yang mungkin dapat dilakukan.

Satuan operasi yang umum dilakukan pada proses persiapan ini

meliputi:

a. Pengecilan ukuran ( size reduction termasuk crushing dan

pulverizing );

b. Screening (classification);

c. Dewatering dan drying ;

d. Briquetitng ;

e. Coal Cleaning dengan proses kering dan basah, danf. Water Pollution Abatement


4/48

Proses persiapan batubara dan peralatan yang dipakai

tergantung dari macam penambangan dan kebutuhan akhir dari

batubara. Dengan bertambahnya penggunaan batubara, maka

akan timbul kompleksitas proses persiapan batubara. Hal ini

karena kualitas batubara hasil penambangan dapat menurun

akibat tekanan terhadap bertambahnya recovery sumber.

Beberapa satuan operasi yang disebut di atas, dapat disatukan

menjadi suatu paket peralatan, misalnya screening dan drying

sering dirangkai dengan peralatan size reduction.

Umumnya proses pemanfaatan batubara memerlukan tiga

proses pertama dan dengan barbagai tingkat kesulitan.

Briquetting hanya digunakan untuk tujuan tertentu saja dan

tidak pernah digunakan untuk untuk proses pembangit tenaga

dan apalasi untuk proses gasifikasi. Sedangkan proses ke lima,

sifat kimia batubara (abu dan sulfur) berubah secara berarti

selama pengolahan. Proses terakhir merupakan satuan operasi

untuk meminimalkan dampak lingkungan dari 5 tahap proses

sebelumnya.

a. Size Reducti on

Ada tujuan utama dalam pemecah (kominusi) batubara, yaitu

untuk:

1). Mengecilkan ukuran batubara bongkahan hasil penambangan

(run of mine = ROM) menjadi ukuran yang sesuai dengan

proses pembersihan atau pemanfaatan lain dari batubara;2). Mengecilkan ukuran batubara ke ukuran pasar (market sizes).


5/48

Peralatan pemecah atau pengecilan ukuran dapat dibedakan

berdasarkan bagaimana tenaga pemecah dilakukan, yaitu

sebagai berikut:

1). Antara dua permukaan padatan, seperti pada crushing

dan shearing ;

2). Pada satu permukaan padatan, seperti pukulan (impact );

3). Tidak pada permukaan padatan tertentu, tetapi sebagai

aksi media sekitar tempat padatan, seperti pada colloid

mill.

4). Tidak dengan energi mekanis, melainkan digunakan

thermal shock, explosive shattering , dan electrohydrraulic.

Pemilihan peralatan pemecah (kominusi) tergantung dari

reduction ratio (ratio ukuran maksimum umpan dengan

ukuran produk, yaitu antara 4 – 10 untuk tiap tahap),

kerapuhan zat, kapasitas, adanya batuan keras serta ukuran

produk yang diinginkan.

Berdasarkan ukuran zat padat yang akan dikecilkan

(umpan), maka peralatan pemecah atau pengecilan ukuran

dibedakan atas:

1). Pemecah kasar ( primary), yaitu menghasilkan padatan

dengan ukuran umpan antara 2 sampai 96 inchi.

2). Pemecah antara (intermediate/ secondary), yaitu

menghasilkan padatan dengan ukuran antara 1 sampai 3

inchi.

3). Pemecah halus (tertiary), menghasilkan padatan denganukuran 0,25 hingga 0,5 inchi.


6/48

Beberapa contoh peralatan kominusi di atas, antara lain:

1). Pemecah kasar (Crusher )

a). Jaw Crusher: Blake dan Dodge Crusher

b). Gyratory Crusher

c). Smooth Roll Crusher (Gambar 2.)

d). Toothed Roll Crusher

2). Pemecah antara (Grinder ):

a). Hammer Mill (Gambar 3.)

b). Impactor

c). Atrition Mill

d). Tumbling Mill

e). Ball Mill, Tube Mill

f). Desintegrator

3). Pemecah halus:

a). Raymond Grinder

b). Roller Mill

c). Buhrstone

d). Ultrafine Grinder (Classifying Hammer Mill dan Fluid

Energy Mill , Gambar 4)

Untuk peralatan pemotong (Cutting Machine) digunakan

Knife Cutter (Gambar 5).

Gambar 2. Roll Crusher Gambar 3. Hammer Mill


7/48

Gambar 4. Fluid Energy Mill Gambar 5. Knife Cutter

b. Screening ( Ayakan )

Pemisahan partikel batubara berdasarkan ukuran seringkali

menjadi tahapan penting dalam penyiapan batubara baik

untuk keperluan proses berikutnya maupun untuk dipasarkan.

Selain itu juga penting dalam mengendalikan atau menaksir

keefektifan operasi lainnya, seperti crushing dan grinding

atau untuk menentukan nilai klasifikasi penjualan dari

ukuran batubara. Salah satu proses pemisahan berdasarkan

ukuran adalah ayakan (Screening ), kecuali untuk partikel

kurang dari ½ inchi digunakan centrifuges atau pealatan

lainnya.

Berbagai metoda yang digunakan untuk memisahkan zat

padat berdasarkan ukuran ditunjukkan pada Gambar 6.


8/48

Gambar 6. Macam Peralatan Pemisah atas Dasar Ukuran

Secara komersial terdapat 5 kelompok ayakan yang

dibedakan atas grakan ayakannya, yaitu:

1). Grizzly Screen (Gravity Bar) ;(Gambar 7.)

Ayakan ini terdiri dari kisi-kisi batangan logam (bars)

yang parallel dan dipasang miring pada rangka

stasioner. Kemiringan dan lintasan itu sejajar dengan arah

panjang batangan. Bukaan antara batangan, kemiringan

batangan dan panjangnya akan menentukan pengayakan.

Gambar 7. Grizzly Screen(Gravity Bar);


9/48

2). Revolving Screen (Gambar 8.)

Sering disebut Trommel. Bentuknya dapat berupa silinder

atau kerucut yang miring terhadap horizontal.

Kemiringan ayakan dimaksud untuk mmemudahkan

pengeluaran partikel kasar. Ayakan berputar dengan

kecepatan rendah antara 15-20 rpm.

Gambar 8. Revolving Screen

3). Shaking Screen (Gambar 9.)

Ayakan ini mempunyai bingkai berbentuk segi empat

yang digerakkna maju mundur. Ayakan ini mempunyai

keuntungan, yaitu hemat tempat kebutuhan tenaga

rendah. Tetapi kerugian ayakan ini, ialah biaya perawatan

tinggi dan kapasitas rendah.

Gambar 9. Shaking Screen


10/48

4). Vibrating Screen (Gambar 10.)

Permukaan ayakan tipe ini digerakkan naik turun dengan

suatu alat bantu. Ayakan memiliki simpangan getaran

yang kecil dengan frekuensi getaran antara 1200 sampai

1800 per menit. Getaran dpat dilakukan dengan elektrik

dan mekanik.

Gambar 10. Vibrating Screen

5). Oscilating Screen

Ciri khas dari ayakan ini ialah adanya osilasi kecepatan

rendah (5 sampai 7 osilasi atau 300 sampai 400 rpm pada

bidang datar yang berosilasi sejajar dengan permukaan

ayakan). Biasanya digunakan untuk mengayak material

yang berukuran0,013 m (½ inchi sampai 60 mesh).

c. Coal Dewatering

Batubara diinginkan dalam keadaan dewatered dan kering

untuk tujuan tertentu seperti:

1). Untuk menghindari pembekuan selama transportasi.

2). Untuk mengurangi kehilangan panas dalam proses

pembakaran atau konversi lainnya.

3). Untuk mengurangi ongkos transportasi.

Untuk batubara yang berukuran ¼ inch, proses dewatered

dapat dilakukan secara mekanis pada shaker screens atau


11/48

pada virbrating screens kecepatan tinggi. Untuk partikel

halus digunakan centrifuges.

Centrifuges adalah alat untuk memisahkan solid dan liquid

dengan menggunakan gaya sentrifugal. Ada 2 (dua)

klasifikasi Centrifuges, yaitu:

1). Perforated Basket (Gambar 11.)

Peralatan ini merupakan basket yang berlubang

( perforate) dan berputar dengan cepat. Zat padat akan

tinggal dalam basket sementara liquid akan keluar

menuju sumbu rotasi melalui perforate.

Gambar 11. Perforated Basket Gambar 12. Solid Bowl Basket

2). Solid Bowl Centrifuges (Gambar 12.)

Prinsip kerjanya sama seperti perforate basket, tetapi

basketnya tidak berlubang. Zat padat akan menjadi cake

pada dinding bagian dalam, sedangkan liquid mengalir

ke atas basket .


12/48

d. Pengeri ngan Batubara

Penghilangan air dengan perlakuan panas, merupakan cara

terakhir untuk mengatur kandungan air dalam batubara.

Dalam industri perbatubaraan, semua peralatan pengering,

menggunakan prinsip perpindahan panasnya dengan cara

kontinyu dan terjadi kontak langsung dengan menggunakan

peristiwa konveksi. Gas panas atau gas buang ( flue gas)

bagian pembangkit tenaga dan batubara basah mengadakan

kontak satu dengan lain dengan cara pengaliran yang

kontinyu antara keduanya.

Secara komersial, untuk pengeringan batubara digunakan

flash dryer dengan sistim fluidized bed atau suspension bed .

Pada fluidized bed , udara panas ditiupkan ke atas melalui

unggun batubara yang akan dikeringkan sehingga batubara

itu akan terfluidisasi dalam bejana. Fluidized bed dryer lebih

disukai karena mempunyai kapasitas yang besar.

Sedangkan pada suspension dryer , gas kering yang

dihasilkan dari stoker-fired furnaces dilewatkan ke dalam

bejana pengering. Pada kedua peralatan pengering ini,

dilakukan pengaturan laju pengumpanan batubara dan aliran

gas panas sehingga dapat dihindari terbawanya partikel halus batubara dan menjaga agar temperatur keluar mencapai

275 - 375oF. Ukuran bejana pengering dan laju gas panas

dipilih agar waktu tinggal batubara dapat optimum sehingga

dapat diperoleh kehilangan kandungan uap airnya antara

90 - 95%.

Jenis peralatan pengering yang lain, misalnya multi louver,vertical tray and cascade, continous carrier dan drum.


13/48


14/48

memanaskan batubara hingga suhu sekitr 100 oC dengan

jalan meninjeksi uap air dan mengaduk campuran itu.

Kemudian campuran ini dipanaskan hingga suhu sedikit di

atas titik leleh zat perekat sebelum dilakukan penekanan

dengan peralatan penekan yang sering digunakan ialah

double roll atau ring roll type. Kerapuhan dari briket

tergantung dari kandungan air dan zat perekat yang

digunakan. Kekuatan dan sifat tahan abrasi briket dievaluasi

dengan ASTM D 3402-72.

Pelettizing menggunakan batubara umpan berukuran lebih

kecil dari 0,1 mm yang berbeda dengan Briquetting. Likuid

yang biasanya air ditambahkan ke dalam rotating disks atau

drum sehingga campuran batubara itu akan mengaglomerasi

menjadi bulat. Aksi kapiler dari likuid yang ditambahkan

akan merperkuat ikatan pelet. Akan tetapi pelet ini tidak

tahan terhadap teknan selama tranportasi atau

pemanfatannya. Sebagai likuid pengikat sering dapat

digunakan zat perekat anorganik.

2. Benefisiasi Batubara

Proses Banefisiasi batubara adalah proses up-grading dari

batubara ROM ( Run of Mine), melalui dua proses berikut:

a. Mengurangi kandungan mineral, dan

b. Mengurangi kandungan sulfur dari batubara ROM.

Penghilangan kedua unsur tersebut tanpa merusak karakter fisik

dari matrik batubara asalnya.

Penggunaan benefisiasi batubara didorong oleh beberapa tujuan berikut:


15/48

a. Meminimisasi operasi boiler dan biaya pemeliharaan, panas

hilang bersama abu, emisi elemen jejak (trace element ) dan

biaya transportasi.

b. Mengurangi emisi gas pencemar dan limbah padat, karena

bertambah kerasnya penegakan hukum/ regulasi terhadap

emisi gas pencemar dan limbah padat tersebut.

c. Pada batubara peringkat rendah, selain menghilangkan unsur

pencemar, juga merupakan usaha menaikkan nilai kalor

batubara sehingga dapat memberikan nlai tambah yang mirip

dengan batubara peringkat tinggi. Usaha ini dilakukan tanpa

mengubah material carboneceous-nya

Sepereti diketahui, ada 3 (tiga) macam sulfur dalam batubara,

yaitu: sulfur organik, yang terikat dengan matrik batubara,

sulfur pirit dan sulfat.

a. Proses Pengurangan Sul fur (Desul fur isasi)

Teknologi pemisahan sulfur batubara dapat dilakukan pada

tahap sebelum, selama, atau sesudah proses pemanfaatannya,

serta kombinasi diantaranya. Apabila ditinjau dari prosesnya,

desulfurisasi melibatkan proses fisika, kimia dan biologi,

atau kombinasi diantaranya.

1). Desulfurisasi secara Fisik ( Physical Coal Cleaning = PCC)

Saat ini teknik PCC banyak dilakukan. Dan dibedakan

atas: metoda benefisiasi kering (dry) dan basah (wet ).

Wet PCC sering digunakan. Metoda PCC tergantung

dari perbedaan densitas batubara bersihnya dengan


16/48

pengotornya (impurities). Tingkat pemisahan menurut

densitas tergantung dari kandungan abu. Untuk

menentukan densitas media pembersih (cleaning

medium) yang dapat memberikan kandungan abu tertentu

digunakan kurva Washability yang ditunjukkan pada

Gambar 13. Dari kurva ini bila diinginkan kandungan

abu menjadi 8%, maka dari kurva B diperoleh yield dari

8% adalah 85%, selanjutnya dari kurva A diperoleh

densitas media pembersih adalah 1,61.

Gambar 13. Kurva Washability

Kebanyakan peralatan PCC digunakan untuk batubara

bituminous. Untuk batubara peringkat rendah tidakdibenefisiasi dengan air, karena batubara peringkat ini


17/48

bersifat hidropilik. Peralatan yang sering digunakan

untuk benefisiasi antara lain:

a) Jig (Gambar 14)

b)

Dense Media, and Dense Media Cyclones

c) Concentrating Tables

d)

Hydrocyclones

e) Froth Flotation (Gambar 15)

Gambar 14. Jig Gambar 15. Froth Flotation

2). Desulfurisasi secara Kimia (Chemical Coal Cleaning = CCC)

Banyak proses pembersihan sulfur batubara secara Kimia

telah dikembangkan dalam skala industri, seperti proses

Meyers. Proses Meyers adalah proses leaching secara

kimia menggunakan cairan sulfat besi ( ferrisulphate)

yang dapat dibersihkan dan digunakan kembali

(regenerable) untuk mengkonversi dan mengambil secara

kimia kandungan sulfur pirit dalam batubara dengan hasil

elemen sulfur dan besi. Tabel 1. menunjukkan beberapa

proses desulfurisasi dalam tahap pengembangan.

Proses kimia ini umumnya hanya mampu menurunkan

kadar sulfur pirit, tetapi tidak untuk sulfur organik dalam


18/48

batubara. Proses desulfurisasi secara kimia selanjutnya

adalah proses dengan oksidasi, yaitu oksidasi dengan

udara. Pada prinsipnya kadar sulfur dikurangi dengan

konversi melalui oksidasi dengan udara menjadi hasil

yang mudah menguap (terutama sulfur dioksida) dan

sulfur-sulfur yang mudah larut yang dapat dipindahkan

dengan medium air pencuci dalam tahap berikutnya.

Tabel 1. Beberapa Proses Benefisiasi secara Kimia

No. ProsesPengurangan Zat Pengotor (impurities)

Pirit AbuYield

BatubaraSolvent

1. TRW-Meyers → 95 10-30 82-92 Ferisulfat

2. Battelle

Hydrothermal90-98 *) 97-100 NaOH

3. Ledgemont Lab

Copper Kennecott

Inc.

> 90 NA NA Oksigen, air

4. KVB Coal Desul-furization Process,

KVB Eng. Inc.

→ 90 NA NA NH3, O2, air

5. PERC OxidationDesulfurisasi

Process, Pittsburgh

> 95 NA 90 Asam sulfat

6. Low Temp.

Chlorinolysis,

Caltech.

→ 90 NA 98 Chlorine

*) : Kandungan batubara hasil bertambah

NA: not available

Hidrodesulfurisasi (metode reduksi) adalah juga proses

desulfurisasi secara kimia yang menghasilkan reduksi

sulfur ke hdirogen sulfida yang mudah menguap pula.

Adapun proses kimia yang lain melibatkan aktivitas

reaksi pada suhu tinggi terhadap karbonat dan batubara

untuk menghasilkan sulfat yang mudah larut.


19/48

Masalahnya sekarang adalah tidak ada satu metode

kimiapun yang dikembangkan untuk secara khusus

melarutkan sulfur organik dalam batubara, dan teknik

desulfurisasi secara kimia sering memerlukan energi

yang besar. Selain itu, jika metode desulfurisasi secara

kimia harus diterapkan selama atau setelah proses

pembakaran, diperlukan peralatan pendukung dengan

desain khusus untuk proses itu, yang harganya relatif

mahal. Biaya peralatan desulfurisasi batubara secara

kimia dan masalah-masalah sehubungan dengan

perawatan peralatan dan pembuangan limbah sulfur yang

dihasilkan dari proses ini juga mahal. Dengan demikian,

jika perlu, industri lebih baik menghindarinya daripada

menggunakannya. Oleh karena itu, desulfurisasi batubara

yang dilakukan sebelum pembakaran dan dengan biaya

murah, perlu ditemukan.

3). Desulfurisasi secara Biologi( Biologycal Coal Cleaning = BCC)

Metode desulfurisasi batubara dengan memanfaatkan

aktivitas mikroorganisme sudah banyak dilakukan

penelitiannya dan secara umum dianggap cukup murah

biayanya. Masalahnya sekarang adalah bagaimana secara

teknis teknologi itu dapat dikembangkan (Chen, 1990 dan

Kilbane II, 1990). Hal ini merupakan tantangan bagi

peneliti bidang perbatubaraan.

b. Proses Pengurangan Kandungan M ineral

Penghilangan abu dapat dilakukan dengan proses

demineralisasi batubara umpan atau dengan penghilangan


20/48

abu (ash removal ) dari produk. Proses demineralisasi inin

dapat menghilangkan sulfur organik dan umumnya sama

dengan proses desulfurisasi fisik. Sedangkan proses ash

removal dapat dilakukan secara kering (dry process) dan

secara basah (wet process). Proses kering dikenal sebagai

proses non-slagging , yaitu penghilangan abu padat. Abu

padat ini dapat menyumbat ( plugging ) dan membuat kerak

( fouling ) pada peralatan sehingga proses non-slagging ini

sering menimbulkan kesulitan. Proses basah, yang dikenal

sebagai proses slagging , sering menimbulkan kesulitan,

yaitu timbulnya masalah korosi dan ketidak seragaman (non

uniformity) perpindahan panas. Untuk mengatasi hal ini

semua, sekarang digunakan molten bath gasifier (Edgar,

1983 dan Tsai, 1982).


21/48

C. PROSES PEMBAKARAN

1. Pendahuluan

Beberapa langkah dasar dalam pemanfaatan batubara

untuk pembangkit tenaga dengan proses pembakaran adalah

sebagai berikut:

a.

Mengubah energi kimia yang tersimpan dalam batubara

menjadi energi panas dalam bentuk gas bersuhu tinggi

melalui pembakaran batubara dengan udara dalam dapur

( furnaces).

b. Memindahkan panas dari gas panas hasil pembakaran ke

fluida kerja dalam bentuk uap lewat jenuh bertekanan di

dalam boiler atau gas panas bertekanan tersebut langsung ke

turbin gas.

c. Ekspansi fluida kerja ini ke dalam turbin uap (siklus uap)

atau turbin gas yang dapat menghasilakan tenaga mekanis.

d.

Mengubah tenaga mekanis ini menjadi tenaga listrik.

Teknologi ini merupakan cara yang paling efisien dalam

memanfaatkan energi panas dalam batubara dan di Indonesia

dijumpai pada PLTU dan pabrik semen. Nilai panas dari

batubara diubah menjadi panas sensibel yang mengubah air

menjadi uap pada PLTU atau dapat membakar batu kapur

menjadi klinker pada pabrik semen.

2. Reaksi-reaksi yang terjadi

Secara umum reaksi pembakaran batubara (char atau arang

batubara), terdiri dari reaksi-reaksi berikut:

2 C (grafit) + O2 (g) 2 CO (g) + 95.100 Btu (52,8 kkal)

2 CO (g) + O2 (g) 2 CO2 (g) + 243.490 Btu (135,3 kkal)

C (grafit) + CO2 (g) 2 CO (g) – 74.200 Btu (41,2 kkal)

C (grafit) + O2 (g) CO2 (g) + 189.290 Btu ( 94,1 kkal)


22/48


23/48

Kandungan sulfur akan menimbulkan masalah korosi dan

polusi lingkungan dan akan berpengaruh pada saluran, hopper

dan kenaikan temperatur keluar gas buang. Kadar sulfur yang

rendah mengakibatkan fly-ash mempunyai electrical resistivity

yang sangat tinggi dan berpengaruh terhadap precipitator .

Kadar sulfur melebihi 0,8% dan kadar alkali pada abu melebihi

2% akan terjadi gangguan pada operasi tanur putar pembuatan

klinker dan akan menurunkan kualitas semen.

Kadar zat terbang dalam batubara sangat penting dalam

mengendalikan asap dan penyalaan. Batubara dengan

kandungan zat terbang rendah akan memberikan lidah nyala api

yang pendek dan biasanya digunakan untuk keperluan

domestik. Untuk tanur diharapkan adanya lidah api yang

panjang, untuk itu sebaiknya digunakan batubara dengan kadar

zat terbang sedang hingga tinggi.

Akan tetapi kadar zat terbang yang besar akan cenderung

menimbulkan lebih banyak asap. Kandungan asap yang banyak

dapat diatasi dengan mengatur temperatur dan waktu tinggal

secukupnya dalam tanur atau dengan mengatur percampuran

yang baik antara udara masuk dengan hidrokarbon yang

ditimbulkan oleh batubara tersebut.

Kandungan air yang tinggi terutama bila butir batubara lebih

halus dari 0,5 mm akan menyulitkan pada operasi handling ,

ongkos angkutnya menjadi tinggi, dapat merendahkan titik

penyalaan dan akan mengakibatkan masalah penyumbatan

dalam aliran batubara. Kandungan air ini berpengaruh terhadap

volume furnace dan temperatur keluar dari flue gas, sistem

pengering dan pembakar batubara. Kadar air yang baik adalah


24/48

sekitar 8%. Untuk batubara kualitas rendah seperti peat dan

brown coal , kandungan air dapat diturunkan dengan menjadikan

batubara itu menjadi bentuk briket.

Kehalusan batubara akan menimbulkan masalah mudah

terbakar pada timbunan, pembentukan debu dan mempengaruhi

sifat alirnya.

Dari penjelasan di atas disimpulkan bahwa semua jenis

batubara dapat digunakan untuk proses pembakaran baik untuk

PLTU maupun untuk pembentukan klinker pada pabrik semen.

Akan tetapi harus dilakukan persyaratan mutu dengan melalui

tahapan penyiapan maupun pengolahan awal. Khusus dalam

desain suatu PLTU batubara pengoperasiannya hanya sesuai

untuk membakar batubara yang mempunyai kualitas yang sama

dengan batubara perhitungan desainnya. Dengan kata lain suatu

PLTU tidak dapat menggunakan sembarang batubara, hanya

mungkin menggunakan batubara yang sesuai dengan desainnya.

Untuk itu perlu dilakukan pengolahan awal.

D. PROSES KARBONISASI

1. Pendahuluan

Proses karbonisasi/ pirolisa merupakan proses

pengubahan batubara yang konvensional, dimana batubara

dipanaskan tanpa adanya kontak dengan udara. Batubara

mengalami pemecahan dan penggabungan kembali ikatan

molekul (distilasi destruktif) menjadi produk berupa padatan

kokas atau arang (karbonisasi); cairan berupa tar, fenol dan

minyak; dan gas berkalor sedang (pirolisa). Arang yang

dihasilkan dijadikan gas melalui proses gasifikasi untuk


25/48

digunakan sebagai umpan pada internal combustion engine atau

dibakar pada pembangkit uap. Selain itu, produk padat tersebut

digunakan sebagai bahan bakar padat pada boiler atau industri

metalurgi. Proses karbonisasi ini juga menghasilkan produk

samping seperti tar, minyak, dan gas (lihat Gambar 3.1).

2. Macam-Macam Proses Karbonisasi

Proses karbonisasi dibedakan atas: (a) karbonisasi suhu

rendah tidak lebih dari 700 oC dan (b) karbonisasi suhu tinggi di

atas 900 oC. Karbonisasi suhu rendah menghasilkan bahan

bakar padat tak berasap untuk keperluan domestik dan boiler

industri. Sedangkan bahan bakar padat dari karbonisasi suhu

tinggi digunakan untuk industri metalurgi.

3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi

Zat terbang (volatiles) yang dihasilkan dari proses

pirolisa batubara terutama terdiri dari: (a) gas dapat terbakar

(combustible gases) seperti H2, CO, CH4 dan hidrokarbon; (b)

gas tak dapat terbakar (incombustible gases) dan (c) uap tar.

Hidrokarbon dan H2

di dapat dari pemecahan dan

penggabungan kembali ikatan C-C dan H-H dari struktur

batubara. Gas CO didapat dari pemecahan gugus karbonil (pada

suhu di bawah 500 oC) dan desorpsi ikatan C-O (pada suhu

diatas 500 oC). Gas CO2 didapat dari pemecahan gugus

karboksil. Senyawa H2O didapat dari reaksi hidroksil dengan

hidrogen. Sedangkan uap tar diperoleh dari reaksi sekunder

yang terjadi selama pirolisa berupa reaksi perengkahan danreaksi kondensasi atau polimerisasi.


26/48

Beberapa karakteristik batubara yang berpengaruh dalam

proses pirolisa/ karbonisasi diantaranya adalah: (a) rank (jenis)

batubara dan (b) sifat plastis (coking ) batubara.

Gas hasil pirolisa bervariasi dengan rank batubara.

Pirolisa dari lignit didominasi gas CO, CO2 dan H2O, sedangkan

pirolisa batubara bituminus akan menghasilkan tar dan cairan

hidrokarbon. Karbonisasi suhu rendah biasanya digunakan

batubara rank rendah seperti lignit, sub bituminus dan batubara

high volatile bituminus. Sedangkan karbonisasi suhu tinggi

menggunakan batubara rank tinggi dengan kandungan zat

terbang antara 16% hingga 41%.

Batubara coking seperti batubara bituminus (batubara

plastis) akan menghasilakan struktur arang koheren yang baik

untuk industri metalurgi. Sifat plastis batubara ditentukan oleh

komposisi petrografinya.

Dari uraian di atas disimpulkan bahwa untuk proses

karbonisasi dapat menggunakan batubara rank rendah seperti

lignit, sub bituminus hingga bituminus. Semua jenis batubara ini

banyak terdapat di Indonesia.

D. PROSES GASIFIKASI

1. Pendahuluan

Kedua proses pemanfaatan batubara yang diuraikan

sebelum ini, umumnya menginginkan batubara kualitas tinggi

walaupun batubara kualitas rendah dapat juga digunakan

dengan melakukan sejumlah pengolahan terhadap batubara

umpannya. Pada proses gasifikasi ini lebih menitikberatkan

pemanfaatan batubara kualitas rendah dengan menghasilkan gas


27/48

yang bersih yang dapat digunakan sebagai sumber energi

maupun sebagai bahan baku kimia.

Gasifikasi batubara merupakan reaksi batubara dengan

media gasifikasi seperti udara, oksigen, uap air, karbon dioksida

dan campurannya. Produk gas diperoleh dari zat terbang

(volatiles) yang keluar dari batubara dan dari hasil reaksi

batubara dengan media gasifikasi. Komponen utama adalah H2,

CO, CH4, CO2 dan tercampur sedikit hidrokarbon (C2+), gas

inert dan gas pengotor seperti NH3, COS, H2S dan lain-lain).

Skema reaksi gasifikasi ditunjukkan oleh Gambar 4.1

2. Penggolongan Proses Gasifikasi

Proses gasifikasi digolongkan atas dasar beberapa prinsip

operasi. Penggolongan yang didasarkan pada metode kontak

antar reaktan membedakan gasifikasi secara fixed bed , fluidized

bed , entrained bed dan molten bed . Penggolongan yang lain

berdasarkan pada jenis media gasifikasi yang digunakan

(apakah mengandung nitrogen atau tidak), metode penyediaan

panas untuk reaksi endotermik yang terjadi (autotermik dan

allotermik), kondisi abu yang dikeluarkan (lelehan atau kering),

arah aliran reaktan (co-current atau counter-current ) dan

berdasarkan tekanan operasi (tekanan normal atau tekanan

tinggi).

Penggolongan berdasarkan metode kontak antar reaktan

digambarkan pada Gambar 4.2. Pada gasifier unggun tetap

( fixed bed ) batubara dionggokkan di dalam reaktor diatas grate.

Sifat khas metode kontak ini ialah adanya perbedaan

temperature pada berbagai tempat dalam reaktor, batubara yang


28/48

digunakan berkualitas non-caking dengan ukuran 6 - 50 mm.

Secara komersial metode kontak ini dipakai dalam proses Lurgi

dan Wellman.

Pada gasifier fluidized bed digunakan batubara non-

caking berukuran lebih kecil dari 3 mm, pencampuran dan

cepatnya perpindahan panas dalam reaktor menyebabkan

temperatur menjadi seragam di seluruh reaktor. Secara

komersial metode kontak ini telah dipakai sejak tahun 1926

dalam proses Winkler .

Pada gasifier entarined bed , batubara dimasukkan ke

dalam reaktor bersama-sama media gasifikasi dalam bentuk

suspensi, ukuran batubara yang digunakan lebih kecil dari

0,10 mm dan dapat menggunakan batubara caking . Secara

komersial metode kontak ini digunakan dalam proses

Kopper-Totzek dan Texaco.

Pada gasifier molten bed , batubara yang berukuran lebih

kecil dri 1,0 mm dimasukkan secara co-current dengan gas

pereaksi ke dalam reaktor. Sumber panas untuk reaksi

endotermik diperoleh dari molten bed , yang diperoleh dengan

melelehkan besi tua ( scraps) di dalam reaktor tersebut. Cara

kontak ini sedang dikembangkan oleh Saarberg , Sumitomo dan

Rummel-Otto.

Jika sebagai media gasifikasi digunakan campuran udara

dan uap air, maka dihasilkan gas kalor rendah (5400 - 6300 kJ/

Nm3 atau 80 - 150 Btu/ Scf). Gas ini tidak ekonomis untuk

disalurkan jarak jauh. Gas kalor sedang (10.0000 - 18.0000 kJ/

Nm3 atau 300 - 320 Btu/ Scf) akan diperoleh jika gasifikasi

dilakukan dengan menggunakan media campuran oksigen dan


29/48

uap air. Gas yang dihasilkan dapat dipakai untuk sumber energi

sebagai gas kota atau untuk keperluan industri atau bahan baku

industri kimia dalam pembuatan metanol, amonia dan lain-lain.

Bila dilakukan proses lanjut terhadap gas ini dengan bantuan

katalis akan diperoleh gas yang mirip dengan gas alam

(Subtituted Natural Gas) dengan nilai kalor 33.400 - 37.600 kJ/

Nm3 atau 950 - 1000 Btu/ Scf. Diagram sedrhana dari prosess

gasifikasi ditunjukkna oleh Gambar 4.4.

Tabel 4.1 memberikan perbandingan beberapa kondisi

operasi serta komposisi gas hasil yang diperoleh dari berbagai

proses komersial yang ada sekarang

3. Faktor-faktor yang mempengaruhi

Efisiensi dari suatu proses gasifikasi dan pemilihan tipe

unggun ( fixed bed , fluid bed , entrained bed , dan molten bed ),

dipengaruhi oleh: (a) rank batubara; (b) sifat coking dan

aglomerasi batubara; (c) temperatur fusi abu dan komposisi abu

batubara.

Kereaktifan arang batubara akan bertambah dengan

makin rendahnya rank batubara. Hal ini disebabkan, bahwa

pada batubara rank rendah terdapat tiga faktor yaitu: (a)

banyaknya puncak aktif tempat terjadinya reaksi gasifikasi; (b)

porositasnya besar; dan (c) mempunyai kandungan kalsium

yang berperan sebagai katalis pada reaksi gasifikasi.

Sifat coking batubara akan mengganggu pola aliran

(hidrodinamika) dalam gasifikasi fluid bed dan fixed bed , akan

tetapi tidak berpengaruh pada entrained bed seperti proses

Koppers-Totzek .


30/48

Temperatur fusi abu akan membatasi suhu yang

dilakukan pada proses gasifikasi. Bila gasifukasi berlangsung

diatas temperatur fusi batubara umpan, maka pengaruhnya akan

sama dengan batubara coking . Komposisi abu akan dapat

berpengaruh pada sifat katalis yang dipunyai oleh abu batubara

tersebut. Unsur kalsium, kalium, dan natrium akan mempunyai

efek katalis pada gasifikasi dengan media udara dan CO2 dan

akan mengurangi reaktifitas arangnya pada gasifikasi dengan H2

dan H2O. Sebaliknya bila komposisi abu didominasi oleh unsur

besi dan magnesium, maka akan bersifat katalis pada gasifikasi

dengan media H2 dan H2O dan akan mengurangi reaktifitas

bila gasifikasi berlangsung dengan media udara dan CO2.

Unsur-unsur kalsium, natrium, kalium, besi dan magnesium

tersebut banyak terdapat pada batubara rank rendah seperti

lignit dan sub bituminus. Batubara jenis ini banyak terdapat di

Indonesia, sehingga proses gasifikasi batubara untuk batubara

Indonesia perlu dipelajari.

Pernah diteliti bahwa, batubara Airlaya dari

penambangan Tanjung Enim merupakan batubara yang

mempunyai reaktifitas yang tinggi. Beberapa contoh proses

gasifikasi adalah sebagai berikut: (a) Proses Lurgi, Wellman-

Galusha ( fixed bed ); (b) Koppers Totzek (entrained bed ); (c)

Winkler ; (d) Saarberg-Otto (molten bed ).

4. Proses Winkler

Salah satu proses untuk menghasilkan gas bakar dari

batubara adalah Proses Winkler , yang dikenal sejak 1926. Pada


31/48

waktu itu, proses ini dibuat untuk memanfaatkan brown coal

yang kurang reaktif.

Semua macam batubara dapat diolah, kecuali caking

coal . Sebelum diproses, bahan baku harus di giling sampai di

bawah 10 mm. Kebasahannya boleh sampai 18%. Kadar abu

dalam batubara tidak terlalu penting, tetapi ash fusion

temperaturenya harus diperhatikan.

Kalor bakar gas hasil yang keluar reaktor, kira-kira:

2250 - 3500 kcal/ Nm3 (250 - 400 BTU/ scf), bila media

gasifikasinya oksigen. Kapasitas reaktor-reaktor, kira-kira:

5 103 - 60 103 Nm3/ h (190 103 - 2240 103 scf/ h).

a. Uraian Proses

Satuan-satuan proses winkler secara garis besar terdiri dari:

pengolahan bahan baku, reaksi gasifikasi, pembersihan gas

dan pembuangan abu. Blok diagram aliran proses

diperlihatkan di gambar 4.5.

1). Pengolahan Bahan Baku

Bahan baku harus berukuran di bawah 10 mm (40%

berukuran diatas 1 mm, 60% dibawah 1 mm), untuk

maksud ini harus ada penggilingan bahan baku.

Kadar air yang baik adalah dibawah 8%, tetapi bahan

baku dengan kebasahan 18% masih dapat di proses.

Biasanya pengeringan sebelum proses lebih

menguntungkan, sebab suhunya dapat diatur.

Pengeringan sebelum proses harus dijaga jangan sampai

volatile matter hilang.


32/48

Bila kadar air bahan baku masih tinggi ketika masuk

reaktor, maka pengeringan terjadi di dalam reakor. Dalam

hal terakhir, konsumsi batubara proses meningkat. Tetapi

hal ini diimbangi oleh keuntungan lain, yaitu

penghilangan alat-alat pembersih gas sisa pengeringan.

2). Proses Gasifikasi

Bahan baku dimasukkan ke bagian bawah reaktor dengan

screw conveyor , yang kemudian terangkat oleh media

gasifikasi dan terjadi fluidisasi. Reaksi gasifikasi barjalan

cepat dan terjadi di seluruh bagian fluidized bed .

Fluidisasi mengakibatkan kontak reaktan yang baik dan

perpidahan panas yang merata.

Sebagian dari bahan baku ada yang tidak sempat

bereaksi, karena itu media gasifikasi kedua dimasukkan

ke bagian tengah reaktor. Dengan cara ini konversi bahan

baku diharapkan makin tinggi.

Perbandingan oksigen terhadap steam menentukan suhu

reaktor gasifikasi, sedangkan perbandingan bahan baku

terhadap media gasifikasi menentukan kapasitas

produksinya. Suhu reaktor harus dijaga dibawah titik

leleh abu, untuk mencegah penggumpalan partikel-

partikel. Begitu juga suhu gas segera didinginkan untuk

maksud yang sama. Di bagian atas reaktor dipasang heat

exchanger , sebagai pendingin gas dan pemanfaatan panas

sensible yang dibawa gas.

Konversi bahan baku kira-kira 90% lainnya akan

terbuang sebagai partikel padat yang terbawa gas atau


33/48

jatuh ke dasar reaktor bersama abu, 30% partikel padat

(abu dan sisa bahan baku) dikeluarkan dari dasar reaktor,

sedangkan 70% lainnya terbawa gas hasil keluar reaktor.

3). Pembersihan Gas Hasil

Gas hasil yang keluar reaktor mengandung banyak

partikel padat dan suhu cukup tinggi, sehingga perlu

pembersihan. Mula-mula gas didinginkan dengan waste

heat boiler/exchanger . Panas sensibel gas dimanfaatkan

untuk membuat super heated steam, memproduksi uap

proses, atau memanaskan air umpan ketel.

Sebagian partikel padat yang terbawa gas 40 %

mengendap di waste heat boiler tersebut (terutama

partikel yang besar, akibat kecepatan gas yang menurun).

Pembersihan lebih lanjut dilakukan di cyclone 50 % partikel

padat mengendap di alat ini.

Partikel padat yang sangat halus harus dihilangkan

dengan direct contact wet scrubber dan kemudian

electrostatic precipitator .

4). Pembuangan Abu

Sebagian besar partikel padat dibuang dalam keadaan

kering, yaitu yang berasal dari dasar reaktor, dan waste

heat boiler . Sedangkan yang dari dua alat terakhir berupa

bubur, hingga perlu pemekatan sebelum dibuang.

b. Gasifier

1). Uraian Alat


34/48

Gasifier berupa reaktor fluidized-bed , sehingga

operasinya dibatasi oleh syarat-syarat fluidisasi, misalnya

ukuran partikel dan kecepatan gas. Tetapi fluidisasi

mengakibatkan kontak reaktan yang sangat baik,

sehingga kecepatan reaksi tinggi. Disamping itu

perpindahan panas berjalan baik, sehingga pemanasan

setempat yang tinggi local overheating dihindari.

Media gasifikasi dimasukkan reaktor dua kali. Satu di

dasar reaktor untuk fluidisasi dan pereaksi. Yang lain

dimasukkan di tengah reaktor, bila diperlukan, untuk

mempertinggi konversi bahan baku.

Dibagian atas reaktor dipasang boiler, yang berfungsi

sebagai pendingin gas-gas hasil reaksi. Boiler tersebut

dapat menghasilkan uap air bertekanan tinggi, karena

suhunya cukup tinggi.

2). Kondisi Proses

tekanan proses yang biasa dipakai atmosfer, sehingga

memudahkan penanganan operasi. Tetapi proses

bertekanan lebih tinggi sedang dikembangkan, untuk

mengurangi ongkos produksi, dan mempertinggi

kapasitasnya.

Suhu proses tergantung macam bahan baku yang dipakai,

800 - 1000 oC. suhu proses rendah bila batubaranya

reaktif, dan makin tinggi untuk hard coal .

3). Sifat-sifat Gasifikasi


35/48

a). Segala macam batubara dapat diproses, dari lignite

sampai anthrasite.

- Suhu proses naik, bila bahan baku kurang reaktif.

- Efisiensi turun, bila suhu proses naik (sensible heat

gas dan abu tinggi).

- Derajat konversi bahan baku tinggi, bila batubara

reaktif.

b). Batubara berkadar abu tinggi dapat diproses.

- Ongkos penggilingan bahan baku naik, bila kadar

abunya makin tinggi.

- Harga bahan baku berkadar abu tinggi relatif

murah.

- Kadar abu yang tinggi menyebabkan banyak abu dan

partikel padat lainnya.

c). Dalam satu proses, perubahan macam batubara dan

kadar abu tidak terlalu mempengaruhi hasil gasifikasi.

d). Gasifier Winkler dapat memproses bahan bakar cair,

misalnya minyak residu atau tar. Pemakaian bahan

bakar cair dapat mempertinggi kalor bakar gas hasil

dan menambah kapasitas produksi.

e). Kapasitas produksi mudah dirubah. Kapasitas terkecil

ditentukan oleh syarat fluidisasi, sedangkan kapasitas

terbesar dibatasi oleh waktu tinggal bahan baku.

Perubahan kapasitas dapat dilakukan antara 25 - 150%

kapasitas terencananya.

f). Penghentian proses mudah dilakukan, dengan

mematikan aliran media gasifikasi. Demikian pula


36/48

penyalaan kembali hanya dengan mengalirkan media

gasifikasi, karena pendinginan reaktor cukup lama.

g). Jumlah bahan baku yang berada di dalam gasifier

cukup banyak, 1 - 2 jam proses, sehingga

keterlambatan pengisian tidak menganggu produksi

gas hasil.

h). Perawatan mudah, sebab bentuknya sederhana dan

operasi pada tekanan atmosfer. Bagian penting adalah

“nozzles” untuk menimbulkan fluidisasi yang merata.

c. Keunggulan Dan Kelemahan

1). Keunggulan

a). Kontak reaktan cukup baik.

b). Suhu reaktor seragam.

c). Kecepatan proses tiap volume reaktor tinggi.

d). Perubahan kapasitas produksi mudah dilakukan.

e). Pembentukan climker dihindarkan.

f). Bermacam-macam bahan baku dapat diproses.

g). Kadar abu dalam bahan baku tidak terlalu

diperhatikan.

h). Kadar air dalam bahan baku tidak terlalu penting.

2). Kelemahannya

a). Umpan harus kering (permukaanya).

b). Ukuran umpan harus tertentu.

c). Pembagian medium gasifikasi harus baik.

d). Caking Coal harus diolah sebelum diproses.

e). Ash Fusiaon Temperature harus diperhatikan.

f). Banyak bahan baku yang hilang, tidak tereaksi.


37/48

g). Kadar padatan dalam gas hasil tinggi.

h). Suhu gas hasil yang keluar reaktor tinggi.

E. PROSES LIKUIFAKSI

1. Pendahuluan

Bahan bakar cair merupakan kebutuhan utama di dalam

dunia modern sekarang ini. Sebagai salah satu sumber energi,

bahan bakar cair mempunyai sifat yang mudah dan efisien

untuk ditarnspor, begitu juga untuk penyimpanannya. Laju

kebutuhab akan bahan bakar cair dunia berkisar antara 55 - 60

juta barrel per harinya. Cadangan minyak yang masih tersedia

dengan laju kebutuhan tersebut akan hanya cukup untuk

persediaan 30 tahun saja. Kenyataan ini mengharuskan kita

untuk mencari sumber energi lain yang mempunyai

karakteristik yang mirip dengan crude oil.

Hidrogenasi batubara yang diikuti dengan

penyempurnaan dari coal oil yang terbentuk, merupakan suatu

langkah yang utama dalam mengisi kekurangan akan persediaan

bahan bakar cair tersebut. Upaya ini dilakukan dengan

pencairan batubara atau dikenal dengan nama likuifaksi

batubara.

Proses likuifaksi batubara merupakan proses pemecahan

ikatan reaktif molekul batubara yang besar yang akan dapat

membentuk suatu hidrokarbon cair dengan berat molekul

rendah setelah ditambah molekul hidrogen secukupnya. Dengan

pecahnya molekul batubara akan dihasilkan zat organic rantai

kecil yang akan pecah membentuk radikal bebas. Pecahan

radikal bebas ini distabilkan pada proses pencairan batubara


38/48

(lihat gambar 5.1). Bermacam-macam proses pencairan

batubara perbedaannya terletak pada metode yang dilakukan

dalam penstabilan pecahan radikal bebas ini.

2. Macam-Macam Proses Likuifaksi Batubara

Proses pencairan batubara dapat dilakukan dengan dua

cara, yaitu pencairan langsung dan pencairan tak langsung (lihat

gambar 5.2). Beberapa proses pencairan batubara secara

langsung yaitu: proses pirolisa, solven ekstraksi dan pencairan

dengan katalis (hidroliquefaction).

Pada proses pirolisa, batubara dipanaskan pada suhu

diatas 400 derajat celcius yang menghasilkan gas, liquid (tar)

dan arang. Tar yang terbentuk dihidrogensasi menghasilkan

cairan berkadar sulfur rendah, sedangkan arang dapat

digasifikasi dengan media gasifikasi campuran uap air dan

oksigen menghasilkan CO dan H2. Contoh proses ini yaitu:

Coalcon, Garret, COED dan lain-lain.

Pada solven ekstraksi, batubara dijadikan Lumpur dengan

solven donor (anthracene, tetralin), direaksikan pada suhu dan

tekanan yang cukup tinggi. Hasil reaksi berupa gas, cairan

batubara dan hasil bawah yang terdiri dari Spent solvent ,

batubara yang tidak bereaksi dan abu. Spent solvent ini

dihidrogenasi secara katalitis pada temperature dan tekanan

yang tinggi menghasilakan cairan donor untuk didaur ulang.

Contoh proses ini yaitu: Exxon, Cresap dan lain-lain.

Sedangkan pencairan secara katalitis, hydrogen

ditambahkan pada batubara dengan menggunakan katalis yang

sesuai seperti proses Synthoil dan H-Coal.


39/48

Proses pencairan batubara secara tak langsung, dilakukan

dengan mengubah batubara menjadi campuran CO dan H2

melalui proses gasifikasi. Gas sintesa ini kemudian diubah lebih

lanjut menjadi hidrokarbon dengan jumlah karbon yang cukup

besar. Contoh proses ini adalah proses Fischer-Tropsch.

3. Mekanisme Pencairan Batubara

Proses pencairan batubara merupakan pemecahan ikatan

yang reaktif dari molekul batubara yang besar. Pada pemecahan

ini dilakukan penambahan molekul hydrogen sehingga

membentuk cairan hidrokarbon dengan berat molekul besar.

Untuk memperoleh keadaan ini batubara dipanaskan

hingga temperature likuifaksi, yaitu antara temperature

400 - 500 oC. Batubara kelas bituminous, subbituminus dan

lignit dapat diubah menjadi likuid, sedangkan batubara antrasit

cenderung menghasilkan gas, karena itu sukar untuk dijadikan

likuid.

Batubara bituminous umumnya akan melunak dan akan

bersifat kenyal (plastis) bila dipanaskan antara temperature 325

- 350 oC. Pada keadaan kenyal ini batubara akan melengket

pada hamper semua benda dan akan sukar untuk ditangani

sehingga akan menimbulkan masalah pada reactor dimana akan

menghasilkan operasi pencairan dan keadaan terfluidisasi sukar

diperoleh.

Pencairan batubara biasanya berlangsung pada

temperature 400 - 500 oC, untuk menghindari keadaan plastis

maka batubara bituminous akan dipanaskan secara cepat.


40/48


41/48

Memaksimalkan hasil likuid memerlukan perhatian yang

besar antara temperature, tekanan, heat up time, residence time

pada temperature tinggi dan penambahan katalis yang tepat.

Secara umum residence time yang singkat pada heated zone

adalah lebih baik untuk menghasilkan likuid yang tinggi bila

kondisi yang lebih baik.

Beberapa factor yang mempengaruhi pencairan batubara

antara lain:

a.

Reaktifitas

Antrasit sukar dicairkan dan cenderung untuk menghasilakn

gas. Batubara bituminous kualitas tinggi memerlukan

kondisi yang tertentu dibandingkan dengan batubara kualitas

rendah. High volatile bituminous coal menghasilkan likuid

yang lebih banyak, sedangkan batubara muda, lower rank

bit. Coal atau lignit akan mencair dengan cepat tetapi

memberikan hasil yang sedikit dan ratio likuid dan gas

rendah.

b.

Laju Pemanasan

Laju pemanasn diusahakan secepat mungkin untuk

menghindari repolimerisasi dari radikal bebas yang tebentuk

dari pemecahan ikatan kimia dari batubara. Temperatur yang

baik untuk memperoleh likuid yang banyak berkisar antara

400-500 derajat celcius.

c. Katalis

Kebanyakan metal dapat dipakai sebagai katalis pada

hidrogenasi batubara. Abu batubara dapat juga bertindak

sebagai katalis pada proses hidrogenasi.

d.

Tekanan


42/48

Tekanan yang diperlukan untuk produksi likuid berkisar

antara 500-600 psi. Batubara kualitas rendah dapat dicairkan

pada tekanan yang lebih rendah.

e.

Waktu kontak

Pada solven ekstraksi, campuran batubara dengan carrier oil

memerlukan waktu antar 20 menit hingga 2 jam dalam

preheater dan reactor untuk menhasilkan 2,7 barrel likuid per

ton batubara yang masuk reaktor.

Ratio likuid dengan gas akan bertambah dengan makin

singkatnya waktu kontak dan laju pemanasan yang cepat

4. Teknologi dan Proses Pencairan Batubara

Empat konsep utama untuk mengubah batubara menjadi

likuid ditunjukkan oleh gambar 5.2. Keempat proses tersebut

yaitu: pirolisa, solven ekstraksi, katalistik likuifaksi dan

likuifaksi tak langsung.

Beberapa modifikasi telah dilakukan terhadap keempat

konsep diatas, misalnya pada pirolisa yang dilakukan pada

atmosfir hydrogen yang kemudian dikenal sebagai proses

hidrokarbonisasi, begitu juga pada proses yang lain.

Dibawah ini akan diuraikan secara rinci masing-masing

konsep proses d atas.

a. Pirolisa dan Hidrokarbonisasi (lihat gambar 5.4)

Pirolisa atau karbonisasi merupakan proses pemanasan

batubara tanpa udara atau oksigen yang menghasilkan heavy

oil, light oil, gas dan char. Komposisi dan jumlah relatif dari

produk dipengaruhi oleh laju pemanasan, temperature

maksimum yang dapat dicapai, residence time batubara dan


43/48

produk, tekanan parsial hydrogen, ukuran partikel batubara

serta konfigurasi dari reaktor yang dipakai. Hasil maksimum

likuid diperoleh dengan laju pemanasan yang cepat, ukuran

batubara yang halus dan waktu kontak yang pendek.

Berbagai penelitian telah dilakukan terhadap proses ini,

hanya Lurghi Ruhr Gas proses yang dikembangkan secara

komersial dengan menggunakan brown coal Eropah, akan

tetapi menghasilakn likuid yang rendah sekitar 20 %

konversi. Sedangkan COED proses masih dalam tahap pilot

plant.

Hidrokarbonisasi adalah karbonisasi dalam atmosfir

hydrogen. Hal ini untuk meminimumkan kerugian-kerugian

pada proses pirolisa sehingga dapat mempertinggi produk

likuid dan mengurangi kandungan sulfur dan nitrogen pada

produk.

Keuntungan proses pirolisa, antara lain:

1). Tekanan bias rendah atau keadaan atmosfir biasa.

2). Tidak memerlukan tambahan hydrogen atau bahan kimia

terhadap kecuali pada hidrokarbonisasi.

3). Waktu reaksi bias sangat meningkat.

4). Peralatannya sederhana da murah.

Kerugian proses pirolisa dalam menghasilkan bahan bakar

cair:

1). Hanya3

1 jumlah batubara umpan berubah menjadi likuid.

2). Kebanyakan likuid yang dihasilkan adalah heavy oil dan

secara komersial untuk pengembangan lebih lanjut tidak

ekonomis dalam memisahkan char dan abu.


44/48

3). Char yang dihasilkan sulit mendapatkan pemasarannya

dan sukar ditransporkan dan akan lebih menguntungkan

bial unit gasifiaksi merupakan integrated unit dengan

likuifaksi.

4). Likuid yang dihasilkan memrlukan pengolahan.

5. Solven Ekstraksi (lihat Gambar 5.4)

Solven ekstraksi adalah proses yang mengkontakkan

batubara pada temperature diatas 500 derajat celcius dengan

donor solven. Solven donor ini dapat memindahkan hydrogen

ke batubara, dengan demikian akan memaksimasi fraksi

batubara menjadi larutan.

Keuntungan Proses Solven Ekstraksi adalah sebagai berikut:

a. Temperatur operasi lebih rendah dari proses pirolisa.

b. Konfigurasi proses dapat disesuaikan denga kualitas

batubara umpan dan dengan kualitas produk yang

diinginkan. Misalnya untuk low sulfur coal dapat diekstraksi

pada kondisi yang ringan untuk menghasilkan low sulfur

produk. Sedangkan high sulfur coal memerlukan kondisi

yang hebat untuk menghasilkan low sulfur produk.

Kerugian Proses Solven Ekstarksi adalah sebagai berikut:

a. Pemisahan dari uncorverted coal dan abu akan menimbulkan

kesukaran, kecuali ekstraksi berlangsung pada kondisi yang

hebat.

b. Material yang dihasilkan pada kondisi ringan akan

menghasilakn padatan yang mudah hancur dan sukar untuk

ditranspor, penyimpanan dan penanganannya .


45/48

c. Preheating dan handling dari coal oil slurry masih

merupakan masalah dan perlu diadakan penelitian lebih

lanjut.

6. Likuifaksi Katalitis (lihat Gambar 5.5)

Proses ini pertama kali dikembangkan oleh Berguis pada

decade 1915-1940. Proses Berguis terdiri dari dua langkah

proses. Lumpur heavy recycle hydrogenated oil dicampur

dengan batubara yang dihidrogenasi pertama kali dalam fase

likuid dengan bantuan katalis yang didispersikan pada batubara.

Produk likuid yang dihasilkan kemudian dihidrogenasi

dalam fase uap pada permukaan katalis. Proses ini termasuk

pmebuatan gas hydrogen, purifikasinya serta recycling

hydrogen dari off gas.

Sepuluh hingga lima belas tahun berikutnya diadakan

perbaikan terhadap proses Berguis ini, yaitu slurry coal khusus.

Proses ini dikembangkan oleh Gulf Oil Company dan oleh

ERDA secara terpisah denga menggunakan katalis pellet dalam

reaktor unggun tetap (fixed bed).

Keuntungan proses yang terakhir ini antara lain:

a.

Dispersi katalis pada batubara dan recovery solid residus

tidak diperlukan. Sedangkan pad proses Bergius kedua hal

ini diperlukan.

b. Tekanan operasi lebih rendah dan biasanya dibawah 4000

psi. Sedang pada proses Bergius antara 3000 - 10000 psi.

c. Waktu retensinya lebih rendah dari proses Bergius, pada

proses Bergius waktu retensinya antara 1 - 2 jam.

d.

Kualitas produk dapat dikendalikan.


46/48

Kerugian proses ini adalah:

a.

Pemisahan uncorverted coal dan abu dari heavy oil suakr

dilakukan.

b.

Heavyoil harus direcycle ke proses sehingga mengurangi

jumlah batubara yang akan dihidrogenasi.

c.

Katalis harus dengan cepat diaktivasikan, karena terlalu

cepat tidak aktif dan kadang-kadang harus didanti.

d. Biaya untuk menghasilkan dan kompressi hidrogen tinggi.

Proses closed cycle dianjurkan untuk hidrogenasi katalitis

batubara dalam atmosfir hidrogen untuk menghasilkan produk

total likuid. Batubara recycle hidrogen dan hot reformer gas

dimasukkan ke dalam reactor dimana terjadi hidrogenasi

menjadi likuid, tar dan gas yang berlangsung sempurna setelah

20 detik.

Distillable oil dipisahkan dari heavy oil dan heavy oil ini

kemudian dihidrogenasi kembali menjadi distillable oil. Zat

padat (solid) dipisahkan dari uap dan oil dengan jalan

dikondensasi. Gas digunakan untuk pembuatan hydrogen dalam

reformer bertekanan.

Keuntungan proses ini antara lain:

a.

reaksi hidrogenasi berlangsung sempurna kurang dari satu

menit.

b.

Recycle oil dan preheater untuk coal oil slurry tidak

diperlukan.

c.

Semua oil yang dihidrogenasi menjadi distillable oil dalam

single cycle.

d.

Pemisahan heavy oil dari solid dari solid tidak diperlukan.

e.

Hidrogen dihasilkan pada tekanan sistem.


47/48

f. Konversi batubara menjadi likuid dipebanyak, sedangkan by

product dan char berkurang.

Kerugian proses ini adalah:

a.

Feeding dari dry pulverized coal pada system bertekanan

tinggi adalah sukar.

b.

Terjadi masalah melekatnya atau agglomerasi batubara

selama keadaan plastis.

c. Recovery dari katalis sukar.

7. Likuifaksi Tak Langsung (Indirect Liquefaction) (lihat

Gambar 5.5)

Pada proses ini gas sintesa, yaitu campuran antara gas

CO dan H2 yang dihasilkan dari gasifikasi batubara dengan

media gasifikasi uap air dan oksigen dimurnikan dan diubah

menjadi hidrokarbon alifatik dengan molekul lebih besar

dengan menggunakan katalis besi atau cobalt.

Proses dapat berlangsung dalam reactor fixed bed

maupun fluidized bed.

Proses ini beroperasi baik di Jerman selama perang dunia

kedua dan telah beroperasi secara komersial di SASOL Afrika

Selatan sejak 1956.

Urutan reaksi-reaksi yang terjadi:

CO + 2H2 CH3OH

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O

CH3OH CH3 - O - CH3 + H2O

CH3 - O - CH3 Metilen group

Metilen Group Hidrokarbon

Metilen group hidrokarbon

Dehidrasi


48/48

Keuntungan proses indirect liquefaction antara lain:

a.

Secara praktisnya semua batubara dapat diubah menjadi

likuid, jadi sifat batubara bukan merupakan variable.

b.

Komposisi produk dapat dikendali dengan baik.

c. Produk akhir bebas dari kandungan sulfur dan nitrogen.

d.

Teknologinya sudah memadai secara komersial.

Kerugian proses ini diantaranya:

a. Semua batubara harus dapat digasifikasi dengan oksigen dan

uap air dan gas yang dihasilkan harus murni sekali.

b.

Plantnya komplek dan biaya per unit produk tinggi.

c.

Efisiensi termalnya rendah, sekitar 40%.

Telah diuraikan proses pencairan batubara sebagai salah

satu cara memanfaatkan batubara.

Batubara kelas antrasit sukar untuk dicairkan bila

dibandingkan dengan high volatile bituminous coal . Sedangkan

batubara muda seperti lignit memberikan hasil dengan ratio

likuid dan gas rendah.

Pengaruh katalis, waktu kontak serta tekanan operasi

sangat mempengaruhi terbentuknya produk. Katalis yang

selektif serta tekanan operasi yang tinggi akan memperbanyak

hasil yang diinginkan. Waktu kontak yang singkat akan

memperbesar ratio likuid dengan gas.

Proses pencairan batubara (coal liquefaction) masih

merupakan proses yang mahal dan memerlukan IPTEK

yang tinggi.

Documents

Bab VI - Proses Perbatubaraan Dan Aspek Lingkungan