Analisa Ultimat (analisa elementer) adalah analisa dalam penentuan jumlah unsur Karbon (Carbon at atau au C) C),, Hi Hid dro rog gen ( Hydrogen at atau au H) H),, Ok Oksi sig gen (Oxygen at atau au O) O),, Ni Nitr trog ogen en ( Nytrogenatau Nytrogenatau N) dan Sulfur (Sulphur ( Sulphur atau S) Komponen organik batubara terdiri atas sen!a"a kimia !ang terbentuk dari hasil ikatan antara karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen dan sulfur Analisa ultimat merupakan analisa kimia untuk mengetahui presentase dari masing#masing sen!a"a $ari hasil analisa tersebut, penggunaan batubara khususn!a %&'U %&'U dapat memperkirakan seara stoikiometri udara !ang akan aka n dib dibutu utuhka hkan n dal dalam am pem pembak bakaran aran bat batuba ubara ra nan nanti ti %er %ersam samaan aan !an !ang g dig diguna unakan kan unt untuk uk menentukan jumlah udara !ang dibutuhkan dalam pembakaran seara teoritis adalah sebagai berikut
***(+)
$imana A-. adalah perbandingan udara#bahan bakar teoritis, satuan kg udara-kg bahan bakar C, H, S dan O adalah kandungan C, H, S dan O dalam batubara basis begitu terbakar atau diterima (as (as fired atau atau as as received ) Nilai /,+0+ adalah jumlah oksigen dalam udara Karbon dan Hidrogen
Karbon dan Karbon dan hidro hidrogen gen dalam batuba batubara ra merupa merupakan kan sen!a" sen!a"aa komplek komplekss hidrok hidrokarbon arbon !ang dalam dal am pro proses ses pem pembak bakaran aran aka akan n mem memben bentuk tuk CO+ CO+dan dan H+O H+O Sel Selain ain dar darii kar karbon bon,, min mineral eral karbonat juga akan membebaskan CO+ selama prose prosess pembak pembakaran aran batub batubara ara berlan berlangsung gsung,, sedangkan H+O diperoleh dari air !ang terikat pada tanah liat Analisa ini sangat penting untuk unt uk men menent entuka ukan n pro proses ses pem pembak bakaran aran,, ter terutam utamaa unt untuk uk pen! pen!edi ediaan aan jum jumlah lah uda udara ra !an !ang g dibutuhkan Untuk penent penentuan uan karbo karbon n dan hidro hidrogen gen dalam batub batubara ara !ang mempu mempun!ai n!ai rank rendah digunakan ara Liebig, ara Liebig, karena batubara !ang ban!ak mengandung volatile matter tinggi tinggi dapat meledak bila dipanaskan sampai suhu tinggi Namun, penetapan kadar karbon dan hidrogen sesuai metode AS'1 $ 2030#/+ adalah adala h dengan menggunakan 'eknik 'eknik Infra Infra ed (45) (45) %ada metode AS'1 $ 2030#/+, ontoh batubara dibakar pada temperatur tinggi dalam aliran alir an oks oksige igen n seh sehing ingga ga selu seluruh ruh hid hidrog rogen en diu diubah bah men menjad jadii uap air dan kar karbon bon men menjad jadii karbon kar bondio dioksi ksida da Uap air dan kar karbon bondio dioksi ksida da dit ditang angkap kap ole oleh h det detekt ektor or inf infra ra re red d 1el 1elalu aluii detektor inilah kandungan karbon dan hidrogen dapat dibaa
Nitrogen Nitrogen dalam batubara han!a terdapat sebagai sen!a"a organik 'idak dikenal adan!a mineral pemba"a nitrogen dalam batubara, han!a ada beberapa sen!a"a nitrogen dalam air kapiler, terutama dalam batubara muda %ada pembakaran batubara, nitrogen akan berubah menjadi nitrogen oksida !ang bersama gas buangan akan berampur dengan udara Sen!a"a ini merupakan penemar udara sehingga batubara dengan kadar nitrogen rendah lebih disukai %rinsip penentuan nitrogen dalam batubara semuan!a dengan ara mengubah nitrogen menjadi amonium sulfat melalui destruksi terhadap 6at organik pemba"a nitrogen dalam batubara $alam metode ini, digunakan asam sulfat dan katalisator 7an!akn!a amonium sulfat !ang terbentuk ditentukan dengan ara titrimetri Selain itu, seperti juga pada penentuan kadar karbon dan hidrogen, dalam metode AS'1 $ 2030#/+ kadar nitrogen dapat diketahui dengan menggunakan !hermal Conductivity ('C) pada alat !ang sama dengan penentuan kadar karbon dan hidrogen di atas 'C inilah !ang akan menangkap kadar nitrogen dalam nitrogen oksida $ata nitrogen digunakan untuk membandingkan batubara dalam penelitian 8ika oksigen diperoleh dari perhitungan, maka nitrogen diperoleh dari sampel !ang ditentukan $alam pembakaran pada suhu tinggi, nitrogen akan diubah menjadi NO9 !ang merupakan salah satu sen!a"a penemar udara Sulfur $alam proses pembakaran, sulfur dalam batubara akan membentuk oksida !ang kemudian terlepas ke atmosfir sebagai emisi Ada tiga jenis sulfur !ang terikat dalam batubara, !aitu Sulfur organik, dimana satu sama lain terikat ke dalam sen!a"a hidrogen sebagai substansi dari batubara + 1ineral sulfida, seperti pirit dalam fraksi organic ( pyritic sulfur ) 0 1ineral sulfat, seperti kalsium sulfat atau hidrous iron Sulfur kemungkinan merupakan pengotor utama nomor dua (setelah ash) dalam batubara, karena $alam batubara bahan bakar, hasil pembakarann!a mempun!ai da!a korosif dan sumber polusi udara + "oisture dan sulfur (terutama sebagai pirit) dapat menunjang terjadin!a pembakaran spontan 0 Semua bentuk sulfur tidak dapat dihilangkan dalam proses penuian 7atubara dengan kadar sulfur !ang tinggi menimbulkan ban!ak masalah dalam pemanfaatann!a 7ila batubara itu dibakar, sulfur akan men!ebabkan korosi dalam ketel dan membentuk endapan isolasi pada tabung ketel uap (!ang disebut slagging ) $isamping itu juga menimbulkan penemaran udara Sebagian sulfur akan terba"a dalam hasil penairan batubara, gasifikasi, dan pembuatan kokas 8adi harus dihilangkan dulu sebelum dilakukan proses#proses tersebut
Oksigen Oksigen merupakan komponen pada beberapa sen!a"a organik dalam batubara Oksigen ini didapatkan pula dalam moisture, lempung, karbonat, dan sebagain!a Oksigen juga memiliki peranan penting sebagai penunjuk sifat#sifat kimia dengan derajat pembentukan batubara Unsur oksigen dapat ditemukan hampir pada semua sen!a"a organik dalam batubara $alam batubara kering unsur oksigen akan ditemukan pada besi oksida, hidroksida dan
beberapa mineral sulfat Oksigen juga sebagai indikator dalam menentukan peringkat batubara
Analisa %roksimat 7atubara digunakan untuk mengetahui karakteristik dan kualitas batubara dalam kaitann!a dengan penggunaan batubara tersebut, !aitu untuk mengetahui jumlah relatif air lembab (moisture content ), 6at terbang (#" ), abu (ash), dan karbon tertambat ( $C ) !ang terkandung didalam batubaraAnalisa proksimat ini merupakan pengujian !ang paling mendasar dalam penentuan kualitas batubara
Kandungan Air ( Moisture content ) $alam batubara,moisture content paling sedikitn!a terdiri atas satu sen!a"a kimia tunggal :ujudn!a dapat berbentuk air !ang dapat mengalir dengan epat dari dalam sampel batubara, sen!a"a teradsorpsi, atau sebagai sen!a"a !ang terikat seara kimia Sebagian moisture merupakan komponen 6at mineral !ang tidak terikat pada batubara $alam ilmu perbatuan, dikenal istilah moisture dan air "oisturedidefinisikan sebagai air !ang dapat dihilangkan bila batubara dipanaskan sampai suhu /2;C Sementara itu, air dalam batubara ialah air !ang terikat seara kimia pada lempung Semua batubara mempun!ai pori#pori berupa pipa#pipa kapiler, dalam keadaan alami pori#pori ini dipenuhi oleh air $idalam standar AS'1, air ini disebut moisture ba"aan %inherent moisture&' Ketika batubara ditambang dan diproses, air dapat teradsorpsi pada permukaan kepingan batubara, menurut standar AS'1 air ini disebut moisture permukaan ( surface moisture) Air !ang terbentuk dari penguraian fraksi organik batubara atau 6at mineral seara termis bukan merupakan bagian dari moisturedalam batubara "oisture !ang datang dari luar saat batubara itu ditambang dan diangkut atau terkena hujan selama pen!impanan disebut free moisture (standar 4SO) atau air(dry loss (standar AS'1) "oisture jenis ini dapat dihilangkan dari batubara dengan ara dianginkan atau dikering#udarakan "oisture in air(dried sample(4SO) atau residual moisture (AS'1) ialah moisture !ang han!a dapat dihilangkan bila sampel batubara kering#udara !ang berukuran lebih keil dari 0 mm (#0 mm) dipanaskan hingga /2;C %enjumlahan antara free moisture dan residual moisture disebut total moisture $ata moisture dalam batubara kering#udara ini digunakan untuk menghitung besaran lainn!a dari basis kering#udara (adb), bebas# ash (daf) dan basis kering, bebas#mineralmatter (dmmf) Kandungan air total merupakan dasar penilaian !ang sangat penting Seara umum, tinggi rendahn!a kandungan air berpengaruh pada beberapa aspek teknologi penggunaan batubara terutama dalam penggunaan untuk tenaga uap $alam penggerusan, kelebihan kandungan air akan berakibat pada komponen mesin penggerus karena abrasi %arameter lain !ang terpengaruh oleh kandungan air adalah nilai kalor Semakin besar kadar air !ang terkandung oleh batubara maka akan semakin besar pula nilai kalor dalam pembakaran
%enentuan kandungan air didalam batubara bisa dilakukan melalui proses satu tahap atau proses dua tahap %roses dilakukan dengan ara pemanasan sampel sampai terjadi kesetimbangan kandungan air didalam batubara dan udara %enentuan kandungan air dengan ara tersebut dilakukan pada temperatur diatas titik didih air (AS'1 /<#/o C)
4nherent 1oisture= air !ang terserap ke dalam batubara manakala batubara berada dalam kesetimbangan kelembaban dengan udara bebas + Surfae 1oisture= air !ang terserap dan menempel pada batubara oleh adan!a proses sekunder, misaln!a dari air tanah, air pen!iraman saat penambangan, air !ang dipakai untuk h!drauli mining, air pada proses preparasi batubara, air hujan, dan sebagain!a 0 'otal 1oisture= 8umlah kandungan kedua jenis air di dalam batubara
Kandungan Abu ( Ash content ) Coal ash didefinisikan sebagai 6at organik !ang tertinggal setelah sampel batubara dibakar %incineration& dalam kondisi standar sampai diperoleh berat !ang tetap Selama pembakaran batubara, 6at mineral mengalami perubahan, karena itu ban!ak ash umumn!a lebih keil dibandingkan dengan ban!akn!a 6at mineral !ang semula ada didalam batubara Hal ini disebabkan antara lain karena menguapn!a air konstitusi (hidratasi) dan lempung, karbon dioksida serta karbonat, teroksidasin!a pirit menjadi besi oksida, dan juga terjadin!a fiksasi belerang oksida )sh batubara, disamping ditentukan kandungann!a %ash content&, ditentukan pula susunan (komposisi) kimian!a dalam analisa ash dan suhu leleh dalam penentuan suhu leleh ash' Abu merupakan komponen non(combustible organic yang tersisa pada saat batubara dibakar Abu mengandung oksida#oksida logam seperti SiO+, Al+O0, .e+O0, dan CaO, !ang terdapat didalam batubara Kandungan abu diukur dengan ara membakar dalam tungku pembakaran ( furnace) pada suhu >2;C 5esidu !ang terbentuk merupakan abu dari batubara $alam pembakaran, semakin tinggi kandungan ash batubara, semakin rendah panas !ang diperoleh dari batubara tersebut Sebagai tambahan, masalah bertambah pula misaln!a untuk penanganan dan pembuangan ash hasil pembakaran
Kandungan Abu 7a"aan= Kandungan abu ba"aan diperoleh dari abu !ang terkandung pada tumbuh#tumbuhan !ang menjadi batubara, jumlahn!a sedikit, dan sulit untuk diambil melalui proses pemisahan + Kandungan Abu Serapan= Kandungan abu serapan terjadi akibat adan!a intrusi lumpur dan pasir saat tetumbuhan tersedimentasi Atau bisa pula terjadi setelah proses pembatubaraan berlangsung, dimana akibat adan!a retakan dan sebagain!a, men!ebabkan lumpur dan pasir ikut terampur masuk (intrusi)
Volatile Matte r
(zat terbang)
$efinisi volatile matter (?1) ialah ban!akn!a 6at !ang hilang bila sampel batubara dipanaskan pada suhu dan "aktu !ang telah ditentukan (setelah dikoreksi oleh kadar moisture) Suhun!a adalah @// oC, dengan "aktu pemanasan tujuh menit tepat #olatile !ang menguap terdiri atas sebagian besar gas#gas !ang mudah terbakar, seperti hidrogen, karbon monoksida, dan metan, serta sebagian keil uap !ang dapat mengembun seperti tar, hasil pemeahan termis seperti karbon dioksida dari karbonat, sulfur dari pirit, dan air dari lempung
"oisture berpengaruh pada hasil penentuan ?1 sehingga sampel !ang dikeringkan dengan oen akan memberikan hasil !ang berbeda dengan sampel !ang dikering#udarakan .aktor# faktor lain !ang mempengaruhi hasil penentuan ?1 ini adalah suhu, "aktu, keepatan pemanasan, pen!ebaran butir, dan ukuran partikel ?1 !ang ditentukan dapat digunakan untuk menentukan rank suatu batubara, klasifikasi, dan proporsin!a dalam blending' #olatile matter juga penting dalam pemilihan peralatan pembakaran dan kondisi efisiensi pembakaran Kandungan Fixed carbon (karbon tetap) $ixed Carbon (.C) men!atakan ban!akn!a karbon !ang terdapat dalam material sisa setelah volatile matter dihilangkan .C ini me"akili sisa penguraian dari komponen organik batubara ditambah sedikit sen!a"a nitrogen, belerang, hidrogen dan mungkin oksigen !ang terserap atau bersatu seara kimia"i Kandungn .C digunakan sebagai indeks hasil kokas dari batubara pada "aktu dikarbonisasikan, atau sebagai suatu ukuran material padat !ang dapat dibakar di dalam peralatan pembakaran batubara setelah fraksi 6at mudah menguap dihilangkan Apabilaash atau 6at mineral telah dikoreksi, maka kandungan .C dapat dipakai sebagai indeks rank batubara dan parameter untuk mengklasifikasikan batubara $ixed Carbon ditentukan dengan perhitungan //B dikurangi persentase moisture, ?1, dan ash (dalam basis kering udara (adb)) $ata $ixed Carbon digunakan dalam mengklasifikasikan batubara, pembakaran, dan karbonisasi batubara $ixed Carbonkemungkinan memba"a pula sedikit presentase nitrogen, belerang, hidrogen, dan mungkin pula oksigen sebagai 6at terabsorbsi atau bergabung seara kimia $ixed Carbon merupakan ukuran dan padatan !ang dapat terbakar !ang masih berada dalam peralatan pembakaran setelah 6at#6at mudah menguap !ang ada dalam batubara keluar 4ni adalah salah satu nilai !ang digunakan didalam perhitungan efesiensi peralatan pembakaran
Kandungan karbon tetap didapatkan dari analisis tak langsung, dan dihitung dari persamaan berikut $ari sisa pembakaran, setelah hasiln!a dikurangi dengan kandungan abu, maka hasiln!a inilah !ang berupa nilai karbon tetap .i9ed Carbon (B) // D E:ater (B) F Ash (B) F ?1 (B)G
PENGERTAN !AN "ATASAN "AT#"ARA
7atubara adalah benda padat !ang mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen dalam kombinasi kimia bersama#sama dengan sedikit sulfur dan nitrogen 'erdapat di lapisan kulit bumi !ang berasal dari sisa#sisa tumbuhan !ang telah mengalami metamorfosis dalam "aktu relatif lama 7atubara merupakan salah satu bahan bakar !ang digunakan selain min!ak dan gas bumi serta dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar energi maupun bahan baku industri Sifat terpenting batubara berhubungan dengan pembakaran %roses pembakaran batubara dalam kondisi udara, !aitu semua 6at !ang mudah terbakar, akan terbakar dan sisan!a berupa abu $an proses pembakaran tanpa udara sering disebut karbonisasi dihasilkan kokas, tar, dan produksi lain $alam proses pembakaran batubara akan mengurai menjadi
Uap air
+
at terbang terdiri dari
a
Ias, !aitu H+, CO, CO+, dan hidrokarbon ringan
b
Cairan dan hidrokarbon berat
'ar, terdiri dari sen!a"a hidrokarbon berat
0
Kokas, berupa padatan karbon
<
Abu, terdiri dari oksida anorganik
$alam proses pembakaran batubara, tahap#tahap !ang terjadi sebagai berikut
%emanasan partikel batubara !ang berasal dari radiasi, koneksi dan konduksi dari lingkungan
+
%engeluaran 6at terbang
0
%enampuran 6at terbang dengan oksigen dan reaksi pembakarann!a
<
$ifusi oksigen ke dalam sisa arang dan pembakarann!a 5eaksi pembakaran tersebut adalah reaksi antara oksigen dengan unsur#unsur dalam batubara !ang dapat terbakar seperti karbon, hidrogen, nitrogen, dan sulfur, !ang akan menghasilkan CO+, H+O, NO dan SO + Sifat kimia dari batubara ditentukan oleh jenis dan jumlah unsur kimia !ang terkandung dalam tumbuh#tumbuhan asaln!a .aktor dan kondisi !ang men!ebabkan perubahan pada batubara !akni bakteri pembusuk, temperatur, tekanan dan "aktu
