TUGAS KONVERSI DAN PEMANFAATAN BATUBARA KARBONISASI BATUBARA
DISUSUN OLEH :
Hidayah Keumala N
03021381520062
Berian Tomi P
03021381520054
Maura Dwi U
03021281520133
Arif Rahman
030213815200
Widya Apriyani
03021381520092
Adhitya
03111402066 Kelas P2 & D3
TEKNIK PERTAMBANGAN PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2018 i
Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmatNYA sehingga makalah ini dapat tersusun hingga selesai . Tidak lupa kami juga mengucapkan banyak terimakasih atas bantuan dari pihak yang telah berkontribusi dengan memberikan sumbangan baik materi maupun pikirannya. Makalah ini membahas mengenai Karbonisasi Batubara meliputi tujuan, proses, factorfaktor dan berbagai uji yang digunakan dalam Karbonisasi Batubara. Dan harapan kami semoga makalah ini dapat menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, Untuk ke depannya dapat memperbaiki bentuk maupun menambah isi makalah agar menjadi lebih baik lagi. Karena keterbatasan pengetahuan maupun pengalaman kami, Kami yakin masih banyak kekurangan dalam makalah ini, Oleh karena itu kami sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini. Palembang,11 Maret 2018
Penulis
ii
Daftar Isi
Kata Pengantar …………………………………………………………………………………… .ii Daftar Isi…………………………………………………………………………………………. iii Bab I Pendahuluan…………………………………………………………………………………1 1.1. Latar Belakang……………………………………………………………………… 1 1.2. Rumusan Masalah……………………………………………………………………. 2 1.3. Tujuan………………………………………………………………………………... 2 Bab II Pembahasan………………………………………………………………………………. . 3 2.1. Pengertian Karbonisasi Batubara…………………………………………………… 3 2.2. Tujuan Karbonisasi Batubara………………………………………………………… 3 2.3. Proses Karbonisasi Batubara……………………………..………………………… ... 3 2.4. Alat Karbonisasi Batubara………………………………..………………………… 5 2.5. Pengujian Karbonisasi Batubara…………………………..………………………......6 2.6. Contoh Kasus Karbonisasi Batubara………….…………...……………………….....8 Bab III Penutup………………………………………………………………………………….. 10 3.1. Kesimpulan…….……………………………………… ..………………………….. 10 Daftar Pustaka…………………………………………………………………………………….iv
iii
iv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam ragam teknologi di era sekarang mempunyai fungsi yang sangat penting dalam kehidupan sehari – hari. Namun, seiring dengan teknologi – teknologi baru yang bermunculan, timbul masalah yang seharusnya tidak muncul, yang dapat berakibat kepada kehidupan di masyarakat luas. Sebagai contoh, dampaknya saat ini yang dirasakan yaitu kelangkaan bahan bakar sampai pada isu kenaikan harga bahan bakar fosil. Ranah baru yang mampu menggantikan fungsi dari bahan bakar fosil tersebut, sebagai upaya untuk mengendalikan konsumsi bahan bakar fosil. Bahan bakar merupakan suatu material yang apabila diberi sifat panas dapat terbakar dan mengeluarkan energi panas. Sumber energi digolongkan menjadi dua kelompok besar antara lain energi konvensional yaitu energi yang diambil dari sumber yang ketersediannya sangat terbatas di bumi yang tidak dapat digenerasi, misal bahan bakar fosil. Selain itu terdapat juga energi terbarukan yaitu energi yang dihasilkan dari sumber alami yang ketersediaannya akan terus melimpah dan dapat dipulihkan setelah digunakan, misal matahari, air dan angin serta biomassa. Sebena rnya terdapat banyak alasan untuk memilih energi terbarukan dibandingkan bahan bakar fosil, tetapi perlu dipahami bahwa energi terbarukan masih belum cukup siap untuk sepenuhnya menggantikan bahan bakar fosil. Hal ini terutama dikarenakan energi terbarukan masih menjadi pilihan energi yang dimungkinkan secara signifikan lebih mahal dibandingkan dengan bahan bakar fosil, dan dengan demikian banyak ne gara, terutama negara berkembang, tetap menggunakan bahan bakar fosil yang lebih murah seperti batubara. Batubara memiliki beberapa peringkat seperti Lignit, Sub-Bituminus, Bituminus, dan Antrasit dimana masing-masing peringkat memiliki kandungan yang berbeda-beda. Batubara peringkat rendah biasanya memiliki kandungan air yang tinggi sehingga akan sangat sulit apabila batubara tersebut langsung dijual karena nilai kalorinya rendah. Maka dari itu, sebelum dijual atau digunakan diperlukan proses upgrading atau peningkatan kalori. Salah satu cara meningkatkannya ialah menggunakan teknologi Karbonisasi.
1
1.2. Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam penulisan makalah ini dapat dirumuskan sebagai berikut: 1.Bagaimana proses karbonisasi batubara dilakukan? 2.Apa yang dapat dihasilkan melalui proses karbonisasi batubara? 3.Mengapa Karbonisasi Batubara perlu dilakukan? 4.Bagaimana cara untuk melakukan karbonisasi batubara?
1.3. Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan makalah mengenai karbonisasi batubara adalah sebagai berikut: 1.Mengetahui bagaimana proses karbonisasi pada batubara 2.Mengetahui produk apa saja yang dapat dihasilkan teknologi karbonisasi pada batubara 3.Menganalisis alasan perlunya dilakukan karbonisasi pada batubara peringkat rendah 4.Mengetahui cara cara yang dapat dilakukan untuk karbonisasi batubara
2
BAB II PEMBAHASAN
2.1. Pengertian Karbonisasi Batubara
Karbonisasi adalah istilah untuk konversi dari zat organik menjadi karbon atau residu yang mengandung karbon melalui pirolisis atau destilasi destruktif. Hal ini sering digunakan dalam kimia organik dengan mengacu pada generasi gas batubara serta aspal batubara dari batubara mentah. Bahan bakar fosil umumnya merupakan produk dari karbonisasi sayuran. Istilah karbonisasi juga diterapkan pada pirolisis batubara untuk memproduksi kokas. Karbonisasi juga merupakan suatu tahap dalam proses pembuatan arang, dan dianggap sebagai langkah yang paling penting dari semuanya karena memiliki kekuatan untuk mempengaruhi seluruh proses mulai dari pohon yang tumbuh hingga distribusi akhir arang ke berbagai sumber. Karbonisasi batubara merupakan proses pemanasan batubara pada suhu tinggi tanpa kontak dengan udara yang bertujuan menghasilkan padatan yang kaya karbon. Suhu yang tinggi pada proses karbonisasi menyebabkan sebagian senyawa yang mengandung hidrogen, oksigen, nitrogen atau sulfur akan terlepas dan menghasilkan by product proses karbonisasi berupa tar, gas bakar dan bahan-bahan lainnya. Selain pengayaan karbon, fungsi utama karbonisasi adalah meningkatkan kalori karena adanya pelepasan oksigen.
2.2. Tujuan Karbonisasi Batubara
Tujuan dari proses karbonisasi adalah menaikkan kadar karbon padat dan menghilangkan zat terbang (volatile matter) yang terkandung dalam batubara serendah mungkin sehingga dihasilkan semi kokas atau kokas dengan kandungan zat terbang yang ideal 8-15% dengan nilai kalori yang cukup tinggi di atas 6.000 kkal/kg. Kandungan zat terbang berhubungan erat dengan kelas batubara, makin tinggi zat terbangnya maka makin rendah kelas batub ara, karena zat terbang akan mempercepat pembakaran karbon padatnya. Dengan karbonisasi juga akan menghasilkan produk akhir yang tidak berbau dan berasap.
3
2.3. Proses Karbonisasi Batubara
Proses karbonisasi dilakukan melalui dua cara: 1. Proses Karbonisasi dengan pemanasan secara langsun g Proses Karbonisasi dengan pemanasan secara langsung dalam tungku Beehive yang berbentuk kubah. Tungku Beehive merupakan tungku yang paling tua dimana batubara dibakar pada kondisi udara terbatas, sehingga hanya zat terbang saja yang akan terbakar. Jika zat terbang terbakar habis, proses pemanasan dihentikan.Kelemahannya antara lain terdapat produk samping berupa gas dan cairan yang tidak dapat dimanfaatkan atau habis terbakar, disamping itu produktivitas sangat rendah.
2. Karbonisasi batubara dengan pemanasan tidak langsung Karbonisasi batubara dengan pemanasan tidak langsung atau proses distilasi kering di mana sirkulasi udara dikontrol seminimal mungkin. Melalui dinding baja, panas disalurkan ke dalam tanur bakar yang memuat batubara. Pada suhu sekitar 375oC - 475o C, batubara mengalami dekomposisi membentuk lapisan plastis di sekitar dinding. Ketika suhu mencapai 475oC - 600oC, terlihat kemunculan cairan tar dan senyawa hidrokarbon (minyak), dilanjutkan dengan pemadatan massa plastis menjadi semi-kokas. Pada suhu 600oC - 1100oC, proses stabilisasi kokas dimulai. Ketika lapisan plastis sudah bertemu di tengah oven, berarti seluruh batubara telah terkarbonasi menjadi kokas, dilanjutkan dengan proses pendinginan (quenching). Setelah kokas selesai dibuat di oven, perlu pendinginan secepatnya supaya kokas tersebut tidak berubah jadi abu. Cara ini selain menghasilkan kokas juga diperoleh produk samping berupa tar, amoniak, gas methana, gas hidrogen dan gas lainnya. Gas-gas tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar. sedangkan produk cair berupa tar, amoniak dan lain-lain dapat diproses lebih lanjut untuk menghasilkan bahan-bahan kimia, umumnya berupa senyawa aromatik. Metode – metode yang termasuk dalam kategori ini adalah ENCOL (atau LCF) yang dikembangkan di AS, dan BCD ( Brown Coal Densification) yang dikembangkan oleh perusahaan LaTrobe Lignit Development (Australia).
4
2.4. Alat Karbonisasi Batubara
Gambar 1. Sketsa by-product recovery (kiri) dan heat recovery coke oven (kanan) (Hein &Kaiser,
2012)
Alat yang dipakai karbonisasi biasa disebut sebagai Coke Oven. Berdasarkan bentuk dan cara pengolahan gasnya, coke oven komersial dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu a) By-product Coke Oven dan b). Heat Recovery Coke Oven. Gambar 1 menampilkan sketsa dua jenis oven tersebut. By product coke oven berbentuk pipih (kurus) dengan ukuran dimensi, yaitu tinggi 1,8-6,7 m, panjang 0,91- 15,8 m dan lebar 0,3-0,6 m. Ruangan pengkokasan (coking chambers) dan ruangan pemanasan (heating chambers) disusun berselang-seling untuk menghasilkan panas yang merata. Coke oven gas (COG) yang keluar dari ruang pengkokasan diproses dulu untuk diambil tar, amonia, fenol dan lainnya sebelum dibakar di ruang pemanas. COG biasanya mengandung amonia, benzen, toluene dan xylena. Amonia dapat direaksikan dengan asam sulfat untuk menghasilkan pupuk amonium sulfat. Benzena, toluena dan xilena dalam COG berada dalam bentuk bensol yang dapat diekstrak dengan pelarut tertentu sebagaimedia. COG dapat dibersihkan lebih lanjutmenggunakan karbon aktif untuk menghilangkan belerang.
5
Heat recovery coke ovens mempunyai dimensi yang melebar dan tidak tinggi. Umumnya setiap oven mempunyai panjang sekitar 14,0-15,5m (45 dan 50 kaki), lebar 3,4-3,7m (11 sampai 12 kaki) dan tinggi sekitar 2 meter. Batubara dimasukkan ke dalam oven melalui pintu samping atau bukan melalui bagian atas oven seperti umumnya dilakukan pada b y-product coke oven. COG yang keluar dari oven langsung dibakar pada ruang pembakaran yang ada di atas batubara dan di ruang pembakaran yang ada di bawah oven. Dengan demikian, pemanasan batubara dari ruang pembakaran bagian atas adalah pemanasan langsung melalui panas radiasi dan konveksi sedangkan pemanasan dari bagian bawah oven melalui pemanasan tidak langsung cara konduksi. Pada heat recovery coke oven tekanan dalam furnace adalah negatif sehingga gas-gas berbahaya tidak keluar dari coke oven selain itu karena COG langsung dibakar maka tidak ada proses pendinginan COG yang memerlukan banyak air dan berpotensi mencemari lingkungan. Umumnya sisa energi panas dalam COG dimanfaatkan untuk me nghasilkan energy listrik sehingga menambah keunggulan teknologi ini terutama bila akan diaplikasikan di daerah terpencil atau ditempat-tempat yang tidak ada jaringan listrik di Indonesia.
2.5. Pengujian Karbonisasi Batubara
1. Free Swelling Index Tes ini dilakukan untuk menentukan angka pelaburan dengan cara memanaskan sejumlah sampel pada temperatur peleburan normal ( sekitar 800°C ) . Lalu setelah pemanasan atau sampai volatile dikeluarkan , sejumlah coke tersisa dari pelaburan . Swelling number dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel dan kecepatan pemanasan.
2. Tes Karbonisasi Gray - King Dan Tipe Coke Tes Gray King menentukan jumlah padatan , larutan dan gas yang diproduksikan akibat karbonisasi . Tes dilakukan dengan memanaskan sampel di dalam tabung tertutup dari temperatur 300°C menjadi 600°C selama 1 jam untuk karbonisasi . Temperatur rendah dan dari 300°C menjadi 900°C selama 2 jam untuk karbonisasi temperatur tinggi
6
3. Tes Karbonisasi Fischer Tes Karbonisasi Fischer prinsipnya sama dengan metode Gray - King , perbedaan terletak pada peralatan dan kecepatan pemanasan . Pemanasan dilakukan di dalam tabung alumunium selama 80 menit . Tar dan liquor dikondensasikan ke dalam air dingin . Akhirnya didapatkan persentase coke , tar , dan air . Sedangkan jumlah gas didapat dengan cara mengurangkannya . Tes Fischer umum digunakan untuk batubara rank rendah ( Brown coal dan lignite ) untuk karbonisasi temperatur rendah
4. Plastometer Gieseler Plastometer Gieseler adalah viskometer yang memantau viscositas sampel batubara yang telah dileburkan . Briket batubara yang dikarbonisasi lebih sehat , higienis dan mudah digunakan Selain itu , harganya relative murah . Keuntungan dari briket terletak pada penggunaan batubaranya . Batubara yang digunakan untuk briket justru batubara yang berkualitas rendah . Proses karbonisasi akan mempengaruhi karakteristik pembakaran Dari tes ini di lihat data sebagai berikut :
Initial softening temperature
Temperatur viskositas maksimum
Viskositas maksimum
Temperatur pemadatan resolidifiation
5. Indeks Roga Indeks roga menyatakan caking capacity . Ditentukan dengan cara memanaskan 1 gram sampel batubara yang dicampur dengan 5 gram antrasit pada 850°C selama 15 menit
6 . Tes Lain Yang Dilakukan Biasanya dilakukan untuk menentukan :
Komposisi kimia ( analisa proksimat , analisa abu , total belerang )
Parameter fisik ( densitas relatif dan distribusi ukuran )
Uji kekuatan
Tes metalurgi
7
2.5. Contoh Kasus Karbonisasi Batubara
1. Brown Coal Densification (BCD) Brown Coal Densification (BCD) dapat diartikan sebagai batu bara yang diperkuat. BCD merupakan produk dari teknologi pengemasan batubara Coldry Process yaitu dengan menghilangkan moisture dari batubara pada batubar low-rank atau peringkat rendah seperti batubara sub-bituminous dan lignit / coklat. Proses yang dilakukan pada batubara BCD disebut proses densifikasi, yaiutu meningkatkan nilai kalor batubara peringkat rendah menjadi sama atau melebihi jumlah batubara black coal. BCD yang dihasilkan dari Proses Coldry dapat dianggap sebagai black coal ataupun setara sebagai pengganti batu black coal. BCD yang dibuat sebagai produk 'baru' yang berasal dari batubara peringkat rendah pertama kali diidentifikasi oleh Dr. R.B. Johns dan rekan-rekannya di laboratorium Kimia Organik di Universitas Melbourne, setelah pengamatan dilakukan di Tambang Maddingley di dekat Bacchus Marsh, Victoria, Australia. Dalam prakteknya BCD mempunyai karakteristik yang berbeda dibandingkan batubara pada umumnya. Ketika BCD diterapkan untuk pencampuan aspal, operator tambang tersebut mengidentifikasi bahwa permukaan jalan aspal yang mengeras terbentuk secara alami dan spontan setelah truk-truk berat mengaduk-aduk denda batubara berwarna coklat dengan kelembaban dari curah hujan saat truk masuk dan meninggalkan tambang. Pada hari-hari setelah peristiwa hujan, permukaan jalan di tambang akan mengeras seperti aspal dan tidak lagi menyerap air. Dr Johns dan rekannya mengidentifikasi proses fisika terhadap pergeseran mekanis yang rendah terjadi dimana batubara yangt dicampur dengan sedikit kelembaban dan tingkat pergesersn mekanis yang rendah telah memicu proses reaksi eksotermik alami di dalam batubara yang menyebabkan pengusiran kadar airnya. Proses ini secara fundamental mengubah ikatan kimia mikro di dalam batubara, yang secara alami mengurangi kadar air sampai sekitar 11 persen%, meningkatkan nilai kalori lebih dari 5600 kkal / kg; dan menciptakan produk padat batubara yang hidrofobik, tidak lagi rentan terhadap pembakaran spontan, dan mudah dibawa. Berikut ini adalah perbandingan dari BCD dengan batubara pada umumnya :
8
Perbandingan Unsur Kimia
C Carbon %
Name
H Hydrogen %
N Nitrogen %
O Oxygen %
S Sulfur %
Victorian Brown Coal (Lignite)
26.6
1.93
0.21
9.4
0.39
Densified Brown Coal (Coldry )
59
4.24
0.46
21
0.85
QLD Black Coal (Export)
52
2.59
0.74
11
0.25
NSW Black Coal (Export)
48.9
3.29
1.19
10.1
0.81
Perbandingan Nilai Kalori
Name
Morwell Brown Coal (Lignite)
Moisture % Volatiles %
59.3% wb
20.0% wb
Fixed Carbon %
19.86% wb
Ash %
0.9% wb
Sulfur %
0.3% db
Net Weight Specific Energy
2006 kcal/kg ar 8.4 MJ/kg ar
Tarong Black Coal (Export coal)
15.5% adb
22.5% wb
44.1% wb
9
17.9% wb
0.42% wb
4800 kcal/kg adb 20.1 MJ/kg adb
Densified Brown Coal (Coldry)
12.0% adb
48.9% wb
49.1% wb
2.4% wb
0.3% wb
5874 kcal/kg adb 24.6 MJ/kg adb
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Dari pembahasan diatas dapat diambil kesimpulan sebagai be rikut: 1. Karbonisasi batubara bertujuan untuk meningkatkan kandungan karbon yang terdapat didalam batubara sehingga dapat meningkatkan nilai kalor dimana semakin tinggi nilai kalor maka semakin tinggi pula nilai jual batubara. 2. Proses karbonisasi batubara terbagi 2 yaitu secara langsung maupun tidak langsung. 3. Karbonisasi batubara secara langsung terjadi apabila panas langsung berinteraksi dengan batubara didalam tungku sedangkan karbonisasi batubara secara tidak langsung terjadi apabila panas yang diberikan tidak langsung berinteraksi dengan batubara melainkan melalui dinding tungku sehingga panas secara tidak langsung dapat menyebabkan karbonisasi dapat terjadi. 4. Hasil karbonisasi batubara yang memiliki kandungan karbon tinggi ialah kokas
10
11
Daftar Pustaka
Buana,Ryo Alif.2016.Batubara. (Online) http://www.ryoalifbuana.bid/2016/07/batubara.html diakses pada 10 Maret 2018 Huda,Miftahul. 2013. Potensi Coking Coal Indonesia Untuk Mendukung Industri Peningkatan Nilai Tambah (PNT) Mineral. Jurnal M&E , Vol. 11 (1), p 44-53 Raharjo,Imam Budi.2011.Teknologi Pengeringan Lignite. (Online) https://imambudiraharjo.wordpress.com/2011/06/17/teknologi-pengeringan-lignit/#more637 diakses pada 9 Maret 2018 Yustanti,Erlina. 2012 . Pencampuran Batubara Coking dengan Batubara Lignite Hasil Karbonisasi Sebagai Bahan Pembuatan Kokas. Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah, Vol. 15.
1
