Kandungan batubara. Air Material batubara (coal matter) Material bukan batubara (mineral matter)

Transkripsi

1

2 Analisa parameter Sifat kimia batubara Analisa proksimat Calori value Analisa komposisi abu Titik leleh abu Sifat fisik batubara HGI Nilai muai bebas (Free Sweeling Index) Gray king Index dilatometri

3 Kandungan batubara Air Material batubara (coal matter) Material bukan batubara (mineral matter)

4 PROXIMATE ANALYSIS Air dried moisture Ash Content Volatile Matter Fixed carbon

5 Kadar air (Total Moisture) Air bebas (free moisture) atau air bawaan (air dry loss) Air bawaan (inherent moisture)

6 Air bebas Air yang terikat secara mekanik dengan batubara terdapat dalam permukaan dan retakan2 serta kapiler2 besar (makro kapiler) Mempunyai tekanan gas normal Dapat dikurangi dengan : ventilasi dan drainase yang baik mekanis dan panas

7 Air bebas Dipengaruhi oleh Kondisi Penambangan Benefisiasi Transportasi Penanganan dan penyimpanan Distribusi ukuran butir

8 Air bawaan (inherent moisture) Air yang terikat secara fisik dengan batubara terdapat dalam struktur pori-pori sebelah dalam Mempunyai tekanan gas lebih rendah dari tekanan gas normal Mempengaruhi kualitas batubara Dapat dihilangkan dgn pengeringan spt: steam dry Hot water drying Oil drying

9 Pengaruh kandungan air Dalam handling dan grinding Menambah biaya produksi Kecendrungan menggumpal dalam chute dan bunker Kapasitas alat berkurang Dalam pembakaran Sensible heat 0.2% untuk kenaikan 1% kandungan air Diperlukan untuk Nox dan smoke

10 Pengaruh kandungan air Dalam pembuatan kokas Berhubungan dengan sifat sweeling Air bawaan 1.5%-2.5% tinggi > 4% rendah

11 Total Moisture Penentuan Total Moisture biasanya dibagai menjadi dua tahap penentuan yaitu : Penentuan Free Moistrue atau air dry loss Penentuan Residual moisture TM = FM + RM(1-FM/100)

12 Dalam komersial, Total Moisture sering dijadikan parameter penentu berat cargo akhir, atau bahkan sebagai batasan Reject. Adjustment Cargo = Tonase X (100-TM act)/ (100-TM kontrak) Total Moisture juga digunakan sebagai faktor dalam penentuan basis As Received, baik untuk nilai kalori maupun untuk parameter lainnya.

13 mineral matter Mineral matter bawaan (inherent mineral Matter) terikat secara kimia dalam struktur molekul batubara Material mineral dari luar batubara (extraneous mineral matter)

14 Perubahan kimia Kehilangan air dari senyawa2 yang mengandung nitrogen Kehilangan CO2 dari karbonat Oksidasi FeS2 menjadi besi sulfida dan magnesium oksida Penguapan dan penguraian dari alkali chloride

15 Pengaruh ash content Dalam grinding menyebabkanhgi rendah Alat peremuk cepat aus Meningkatkan abration index Dalam pabrik semen Abu diabsorb menjadi produk klinker Dalam pembuatan kokas Slagging Ketidakefisienan blast furnace Kandungan abu normal 8-11%

16 Kegunaan kadar Abu Kadar abu didalam penambangan batubara dapat dijadikan penentu apakah penambangan tersebut bersih atau tidak, yaitu dengan membandingkan kadar abu dari data geology atau planning, dengan kadar abu dari batubara produksi. Kadar abu dalam komersial sering dijadikan sebagai garansi spesifikasi atau bahkan sebagai rejection limit.

17 PT. GEOSERVICES, LTD Penentuan kadar Abu 815oC Aad = M2 / M1 x 100 Aad = Ash in the analysis samples M2 = Weight of ash (grams) M1= Weight of samples (grams)

18 Jumlah mineral matter MM = 1.1 x kandungan abu MM = 1.08 A S MM A S = mineral matter = kandungan abu = kandungan sulfur

19 Komposisi abu Unsur-unsur utama: Aluminium Calsium Besi Silikon Sedikit titanium, mangan, natrium, C (sebagai silikat atau oksida) Elemen lain Arsenic Copper Nikel Zinc Uranium sbg trace mineral

20 Sifat abu ash fusion temperatur (AFT) Menggambarkan sifat softening dan melting Dapat diukur dalam kondisi oksidasi reduksi Pengaruhnya: AFT rendah (<1300 C) : sistem penghilang abu secara basah (lewat bawah atau boiler) AFT tinggi (>1350 C) sistem penghilang abu secara kering atau lewat atas AFT diantaranya flexibility tinggi dalam instalasi alat

21 Kristal abu di bawah SEM

22 PT. GEOSERVICES, LTD ASH FUSION Ash Fusion Temperature adalah titik leleh abu batubara yang TEMPERATURE dinyatakan dalam temperature dalam berbagai kondisi pelelehan yaitu: Deformasi, Spherical, hemispherical, dan flow. Berdasarkan kondisi atmosphere pada pengujiannya AFT dibagi menjadi dua atmosphere, yaitu Reduksi dan Oksidasi. Mulai meleleh Tinggi = ½ Lebar Tinggi = Lebar Tinggi < 1.6 mm

23 Zat terbang (Volatile Matter) Terdiri dari : Combustible gases seperti CO dan CH4 Gas-gas yang dapat dikondensasikan seperti tar Gas2 yang tidak terbakar spt CO2 dan air yang terbentuk karena hasil dehidrasi dan kalsinasi

24 Pengaruh Volatile Matter Dalam preparasi batubara: Jika tinggi (>24%) maka batubara akan mudah terbakar Tidak digerus terlalu halus

25 PT. GEOSERVICES, LTD Pengujian Volatile Matter 900oC VMad = (M2 / M1) x Mad VMad = Volatile Matter in the analysis samples M1 = Weight of Sample (grams) M2 = Loss of weight (grams) Mad = Moisture in the analysis samples

26 Fixed Carbon FIXED CARBON = 100 % IM % ASH - % VM FIXED CARBON = 100 ( IM +A + VM) Ratio FC dengan VM disebut Fuel ratio

27 Unsur dalam batubara Karbon, hidrogen dan oksigen sebagai unsur utama pembentuk batubara Belerang dan nitrogen sebagai bahan pengikut

28 TOTAL SULPHUR 3 macam bentuk sulfur: Pyritic sulphur (FeS2) 20-80% dan berasosiasi dengan ash Organic sulphur 20-80%. Terikat secara kimia dengan substansi lain Sulphate: dapat terdiri dari kalsium sulfat dan besi sulfat

29 Pengaruhnya dalam pembakaran Terbakar SO2 dan SO3(7%) Abu terbang dari pembakaran menyerap SO3 dari aliran gas yang terbakar Jika fly ash mengandung natrium maupun kalium bereaksi dengan SO3 korosi boiler (fouling) SO3 + H2O H2SO4 (korosif)

30 CALORIFIC VALUE Nilai kalor : jumlah panas dari komponen yang terbakar seperti karbon, hidrogen dan sulfur dikurangi panas penguraian dari material karbonan dan ditambah atau dikurangi dengan panas reaksi endotermis yang terjadi dari pembakaran komponen pengotor

31 Calorific Value Specific Energy Higher heating Value Adalah nilai energi yang dapat dihasilkan dari pembakaran batubara. Nilai kalori batubara dapat dinyatakan dalam satuan: MJ/Kg, Kcal/kg, BTU/lb Nilai kalori tersebut dapat dinyatakan dalam Gross dan Net.

32 Calorific Value Nilai Kalori dapat dinyatakan dalam satuan yang berbeda : Calorific Value (CV) (kcal/kg) Specific Energy (SE).(Mj/kg) Higher Heating Value (HHV) = Gross CV Lower Heating Value (LHV)= Net CV British Thermal Unit = Btu/lb

33 Konversi Nilai Kalori Desired Given Btu/Lb Kcal/kg MJ/kg Btu/Lb Kcal/kg KUALITAS BATUBARA MJ/kg ( Btu/Lb / 1.8) ( Btu/Lb / ) ( Kcal/kg / ) 1

34 LATIHAN Kcal / kg Btu/lb 5,600 kcal/kg X 1.8 = 10,080 Btu/lb MJ / kg Kcal/kg 25.6 MJ/kg X = 6,115 kcal/kg MJ / kg Btu/lb 25.6 MJ/kg X = 11,006 Btu/lb

35 Konversi Nilai Kalori International KUALITAS BATUBARA Standard : (MJ/kg) Net CV = Gross CV 0.212(H) (O) (M) British Standard : (MJ/kg) Net CV = Gross CV 0.212(H) (O) (M) ASTM Standard : (J/g) Net CV = Gross CV 215.5J/g X (H) ASTM Standard : (Btu/lb) Net CV = Gross CV 92.67Btu/lb X (H) Semua Nilai dinyatakan dalam basis yang sama

36 Sifat-Sifat Nilai kalori Batubara Nilai Kalori batubara bergantung pada peringkat batubara. Semakin tinggi peringkat batubara, semakin tinggi nilai kalorinya. Pada batubara yang sama Nilai kalori dapat dipengaruhi oleh moisture dan juga Abu. Semakin tinggi moisture atau abu, semakin kecil nilai kalorinya.

37 HARDGROVE GRINDABILITY INDEX HGI, adalah salah satu sifat fisik dari batubara yang menyatakan kemudahan batubara untuk di pulverise sampai ukuran 200 mesh atau 75 micron. HGI sangat penting bagi pengguna batubara di power plant yang menggunakan pulverized coal. HGI tidak dapat dijadikan indikasi atau simulasi performance dari suatu pulverizer atau milling secara langsung, karena performance milling masih dipengaruhi oleh kondisi operasional Milling itu sendiri, seperti Mill tention, Temperature primary air, setting classifier dan lain-lain. Namun demikian, HGI dapat dijadikan pembanding untuk batubara yang satu dengan lainnya mengenai kemudahannya untuk dimilling.

38 Sifat-Sifat HGI Nilai HGI dari suatu batubara, ditentukan oleh organik batubara seperti jenis maceral dan lainlain. Secara umum semakin tinggi peringkat batubara, maka semakin rendah HGI nya. Namun hal ini tidak terjadi pada bituminous yang memiliki sifat cooking. Dimana untuk jenis batubara ini HGInya tinggi sekali, bahkan bisa mencapai lebih dari 100. Nilai HGI juga dapat dipengaruhi oleh dilusi abu dari penambangan. Secara umum penambahan abu dilusi dapat menaikan nilai HGI. Nilai HGI juga dapat dipengaruhi oleh kandungan moisture.

39 Pengujian HGI HGI ditest dengan menggunakan mesin hardgrove. Sample yang sudah digerus pada ukuran partikel tertentu kemudian dimasukan kedalam mesin hardgrove. Selanjutnya digerus dengan menggunakan bola baja pada putaran (revolusi) tertentu. Batubara hasil gerusan kemudian discreen pada ukuran 200 mesh. Jumlah yang lolos pada screen ukuran 200 mesh dijadikan data dan dikalkulasi dengan menggunakan hasil kalibrasi alat tersebut.

40

41 ULTIMATE ANALYSIS CARBON HYDROGEN OXYGEN SULFUR NITROGEN

42 Carbon, Hydrogen, Oxygen, Nitrogen Carbon, Hydrogen, dan Oxygen merupakan unsur dasar organik pembentuk batubara. Sifat dari unsur-unsur tersebut mengikuti peringkat batubara. Semakin tinggi peringkatnya, semakin tinggi Carbonnya, semakin rendah hydrogen dan oxygennya. Sedangkan Nitrogen merupakan unsur yang bersifat bervariasi tergantung dari material pembentuk batubara. Sifatnya hampir sama dengan Sulfur. Dalam batubara peringkat tinggi, nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa pyridine yang berasosiasi dengan struktur aromatik, sedangkan dalam batubara peringkat rendah, nitrogen ditemukan dalam bentuk senyawa amina dan terikat pada ikatan hidrokarbon alifatik. Nitrogen dalam batubara berasal dari tumbuhan

43 ULTIMATE Dalam Geology Batubara, Ultimate digunakan sebagai parameter penentu peringkat dan evaluasievaluasi lainnya. Sedangkan pada utilisasi batubara, kandungan ultimate digunakan sebagai dasar perhitungan stoiciometri udara yang diperlukan untuk membakar batubara secara sempurna. Udara Yang diperlukan dalam Liter(1 atm, 20oC) / kg Batubara adalah: 35.8 ( 2.67 C+8.00 H+2.29 N+S-O)

44 Pengujian Carbon & Hydrogen Prinsip Pengujian: COAL CO2 + H2O CO2 absorber Koreksi Carbonate Gravimetri CO2 H2O absorber Koreksi Moisture Gravimetri H2

45 Carbon & Hydrogen

46 Pengujian Nitrogen Prinsip Pengujian: N in COAL destruksi NH4+ Destilasi alkali NH3 Alkalimetri / acidimetri

47 ASH ANALYSIS Sifat Sifat Ash Analysis Ash Analysis didalam batubara bersifat tidak typical dan bervariasi dari satu seam ke seam lainnya atau didalam seam itu sendiri. Kandungan komposisi abu tergantung pada unsur pembentuk batubara, dan juga dipengaruhi oleh abu yang berasal dari luar seperti dilusi atau material yang terbawa selama penambangan. Abu batubara dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu : Abu lignitic dan Abu Bituminous Abu Lignitic = Fe2O3 < CaO + MgO Abu Bituminous = Fe2O3 > CaO + MgO

48 Kegunaan Ash Analysis Sebagai indikator karakteristik abu didalam pembakaran batubara. Prediksi sifat-sifat abu berdasarkan ash analysis biasanya dinyatakan dalam beberapa formula seperti : Rasio Basa /Asam:Fe2O3 + CaO + MgO + K2O + Na2O Slagging Factor Fouling Factor SiO2 + Al2O3 + TiO2 : Basa / Asam X S(d) : Basa / Asam x Na2O

49 Pengujian Ash Analysis Ash Analysis sesuai dengan nama paramternya ditentukan dari abu batubara. Abu batubara setelah dipreparasi dan dilarutkan, kemudian diatomisasi dengan cara dibakar pada temperature tinggi, kemudian selama atomisasi disinari dengan radiasi lampu yang disesuaikan dengan unsur yang ditentukan Atom-atom unsur tersebut akan menyerap energi radiasi yang dipancarkan oleh lampu tersebut. Banyaknya energi yang diserap berbanding lurus dengan banyaknya atom yang terdapat dalam larutan tersebut. Dengan membandingkannya dengan grafik kalibrasi sample standar, maka kadar unsur dari batubara dapat ditentukan.

50 Pengujian Ash Analysis Radiasi sinar Detektor Lampu Atomizer Sample

51 Penentuan Oksigen Oksigen ditentukan tidak dengan analisa laboratorium, melainkan hasil kalkulasi pengurangan dari 100% dengan Moisture, Ash, Carbon, Hydrogen, Nitrogen, dan Sulfur % Oksigen = 100 (Moisture + Ash + Carbon + Hydrogen + Nitrogen + Sulfur)

52 BASIS PARAMETER AIR DRIED BASIS (ADB) AS RECEIVED BASIS (ARB) DRY BASIS (DB) DRY ASH FREE (DAF) DRY MINERAL MATTER FREE (DMMF)

53 AIR DRIED BASIS Semua parameter yang ditentukan dari sample batubara yang sudah di air dried dinyatakan dalam basis ADB Air dried basis disebut juga as analysed atau as determined.

54 AS RECEIVED BASIS As Received Basis adalah basis yang menyatakan parameter kualitas batubara pada saat diterima. As Received Basis didasarkan pada kualitas batubara dengan kandungan Total Moisture. (100-TM) P(ar) = P(adb) x (100-Mad) P(ar) = Parameter (as received basis) P(adb) = Parameter (air dried basis) TM = Total Moisture Mad = Moisture (adb)

55 CONTOH KALKULASI (as Received Basis) TM : 25.5 % ar IM : 16.4 % adb Ash : 4.7 % adb VM : 39.4 % adb FC : 39.5 % adb TS : 0.95 % adb CV : 5600 kcal/kg adb Ash (ar)= Ash(adb) x (100-TM)/(100IM) Ash (ar)= 4.7 x ( )/( ) = 4.19 % CV (ar) = CV(adb) x (100-TM)/(100-IM) CV (ar) = 5600 x ( )/( ) = 4990 kcal/kg

56 DRY BASIS Dry Basis adalah basis dimana suatu parameter kualitas dikondisikan seolaholah tidak mengandung moisture (kering) (100) P(db) = P(adb) x (100-Mad) P(db) = Parameter (dry basis) P(adb) = Parameter (air dried basis) Mad = Moisture (adb)

57 CONTOH KALKULASI (dry Basis) TM : 25.5 % ar IM : 16.4 % adb Ash : 4.7 % adb VM : 39.4 % adb FC : 39.5 % adb TS : 0.95 % adb CV (db) = CV(adb) x 100/(100-IM) CV : 5600 kcal/kg adb CV (db) = 5600 x 100/( ) Ash (db) (100-IM) Ash (db) 16.4) = Ash(adb) x 100/ = 4.7 x 100/(100- = 5.62 % = 6699 kcal/kg

58 DRY ASH FREE Adalah basis untuk menyatakan suatu parameter kualitas batubara yang dikondisikan seolah-olah batubara tersebut tidak mengandung moisture dan ash. P(daf) = P(adb) x 100/(100-Mad-Ash) P(daf) P(adb) Mad Ash = Parameter (dry ash free basis) = Parameter (air dried basis) = Moisture (adb) = Ash(adb)

59 CONTOH KALKULASI (dry ash free basis) TM : 25.5 % ar IM : 16.4 % adb Ash : 4.7 % adb VM : 39.4 % adb FC : 39.5 % adb TS : 0.95 % adb CV : 5600 kcal/kg adb VM (daf)= VM(adb) x 100/(100-IM-Ash) VM (daf) ) = 39.4 x 100/(100- = % CV (daf) IM) CV (daf) ) = CV(adb) x 100/(100= 5600 x 100/(100- = 7098 kcal/kg

60 DRY MINERAL MATTER FREE Adalah basis untuk menyatakan suatu parameter kualitas batubara yang dikondisikan seolah-olah batubara tersebut tidak mengandung moisture dan mineral matter MM = 1.08 A S P(dmmf) = P(adb) x 100/(100-Mad-1.08A-0.55S) P(dmmf) P(adb) Mad A S = Parameter (dry mineral matter free) = Parameter (air dried basis) = Moisture (adb) = Ash(adb) = Sulfur (adb)

61 CONTOH KALKULASI (dry mineral matter TM free) : 25.5 % ar VM (dmmf ) = VM(adb) x 100/(100-IM-1.08Ash0.55S) VM (dmmf) = 39.4 x 100/( x x0.95) IM : 16.4 % adb Ash : 4.7 % adb VM : 39.4 % adb FC : 39.5 % adb TS : 0.95 % adb CV : 5600 kcal/kg adb CV (dmmf)= 5600 x 100/( x4.7- = % CV (dmmf ) = CV(adb) x 100/(100-IM-1.08Ash0.55S) 0.55x0.95) = 7179 kcal/kg

62 KONVERSI BASIS Desire result As analyzed (air dry) ad As received (as sampled) AR Dry basis (DB) Dry, ash, free (DAF) Dry mineral matter free (Dmmf) 100- Mar Mad 100- Mad 100- Mad A ad 100- Mad Mmad Mar 100- Mar A ar 100- Mar Mmar Adb 100 Mmdb Given results As analyzed (air dry) ad - As received (as sampled) AR 100- Mad 100- Mar - Dry basis (DB) Mad 100-Mar Mad-Aad 100-Mar-Aar 100-Adb Mad-Mmad 100-Mar-Mmar 100-Mmdb 100-Mmdb Adb Dry, ash, free (DAF) Dry mineral matter free (Dmmf) Adb 100-Mmdb -