BAB I PENDAHULUAN. Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Coal To Liquid Technology (CTL) merupakan salah satu bagian dari Coal Conversion Technology (CCT) yang bertujuan untuk memanfaatkan nilai guna batubara sebagai bahan bakar. Seperti yang sudah diketahui bersama bahwa batubara merupakan sumber bahan bakar selain minyak bumi dan gas alam yang tak dapat terbarukan (non renewable resources). Namun, berbeda dengan minyak bumi dan gas alam, batubara tersebar merata di seluruh dunia dalam cadangan yang cukup besar. Sehingga batubara dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar fosil utama oleh beberapa negara yang miskin sumber daya minyak/gas tetapi memiliki cadangan batubara yang melimpah seperti China, Amerika Serikat, Jepang, bahkan Afrika Selatan Baru-baru ini hampir semua daerah di Indonesia mengalami krisis kelangkaan minyak, Indonesia yang merupakan salah satu negara eksportir minyak mentah justru mengalami krisis kelangkaan minyak di dalam negerinya sendiri. Hal ini terjadi karena kilang minyak yang kita miliki tidak mampu mengolah minyak mentah yang kita miliki (karena kondisi kilang yang sudah tua), sehingga kita harus mengimpor minyak mentah kualitas tinggi dari negara lain yang harganya melambung tinggi. Sementara minyak mentah yang kita miliki harus diekspor untuk diolah melalui kilang-kilang modern milik negara maju. Saat ini, terutama di Indonesia, batubara dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti bahan bakar minyak bumi yang langkah dan krisis itu di PLTU, industri semen, briket batubara, serta pembuatan kokas metalurgi. Padahal, masih tersedia ruang pemanfaatan lain bagi batubara. Salah satunya adalah batubara cair, dengan proses likuifaksi. Likuifaksi Batubara adalah suatu teknologi proses yang mengubah batubara dan menghasilkan bahan bakar cair sintetis. Batubara yang berupa 1

2 padatan diuah menjadi bentuk cair dengan cara mereaksikannya dengan hidrogen pada temperatur dan tekanan tinggi. Proses likuifaksi batubara secara umum diklasifikasikan menjadi Indirect Liquefaction Process dan Direct Liquefaction Process. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang akan dibahas dalam makalah ini adalah sebagai berikut : 1 Bagaimana penjelasan tentang pencairan batubara? 2 Bagaimana penjelasan tentang pencairan batubara secara langsung (Direct Liquation Process)? 3 Bagaimana kelebihan pencairan batubara? 4 Bagaimana proses pencairan batubara dengan produk hidrogen coal? Tujuan sebagai berikut : Adapun tujuan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah 1. Mampu menjelaskan mengenai pencairan batubara. 2. Mampu menjelaskan mengenai pencairan batubara secara langsung (Direct Liquation Process). 3. Mampu menjelaskan mengenai proses pencairan batubara dengan produk synthetic oil. 4. Mampu mengetahui kelebihan dari pencairan batubara. Manfaat Dalam pembuatan makalah Pencairan Batubara dengan Produk Sintetik Oil ini, penulis berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca guna menambah pengetahuan dalam memenuhi bahan pembelajaran semester 5 Jurusan Teknik Kimia khususnya pada mata kuliah Pemanfaatan Batubara. BAB II PEMBAHASAN 2

3 Pengertian Likuifaksi Batubara(Coal liquefaction) Coal liquefaction adalah suatu teknologi proses yang mengubah batubara menjadi bahan bakar cair sintetis. Batubara yang berupa padatan diubah menjadi bentuk cair dengan cara mereaksikannya dengan hidrogen pada temperatur dan tekanan tinggi.cairan yang terbentuk tersebut selanjutnya difraksionasi/ dikilang untuk menghasilkan berbagai macam bahan bakar cair seperti bensin, solar, minyak tanah dan lain-lain. Teknologi ini sudah lama di kuasai negara maju seperti Jerman, Inggris, Amerika Serikat, Australia dan Jepang. Penguasaan negara Jerman yang baik terhadap teknologi inilah yang merupakan salah satu faktor yang mendukung kemenangan Jerman dalam Perang Dunia I. Tujuan dari likuifaksi batubara adalah untuk mengkonversi atau meng-upgrading batubara yang mempunyai nilai kalor yang rendah yang tidak laku di pasaran menjadi salah satu bentuk bahan bakar atau energi alternatif yang mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Perkembangan Singkat Teknologi Likuifaksi Pengembangan produksi bahan bakar sintetis berbasis batu bara pertama kali dilakukan di Jerman tahun 1900-an dengan menggunakan proses sintesis Fischer-Tropsch yang dikembangkan Franz Fisher dan Hans Tropsch. Pada 1930, disamping menggunakan metode proses sintesis Fischer-Tropsch, mulai dikembangkan pula proses Bergius untuk memproduksi bahan bakar sintesis. Sementara itu, Jepang juga melakukan inisiatif pengembangan teknologi pencairan batubara melalui proyek Sunshine tahun 1974 sebagai pengembangan alternatif energi pengganti minyak bumi. Pada 1983, NEDO (the New Energy Development Organization), organisasi yang memfokuskan diri dalam pengembangan teknologi untuk menghasilkan energi baru juga berhasil mengembangkan suatu teknologi 3

4 pencairan batubara bituminous dengan menggunakan tiga proses, yaitu solvolysis system, solvent extraction system dan direct hydrogenation to liquefy bituminous coal. Cadangan batubara di dunia pada umumnya tidak berkualitas baik, bahkan setengahnya merupakan batubara dengan kualitas rendah, seperti: sub-bituminous coal dan brown coal. Kedua jenis batubara tersebut lebih banyak didominasi oleh kandungan air. Peneliti Jepang kemudian mulai mengembangkan teknologi untuk menjawab tantangan ini agar kelangsungan energi di Jepang tetap terjamin, yaitu dengan mengubah kualitas batubara yang rendah menjadi produk yang berguna secara ekonomis dan dapat menghasilkan bahan bakar berkualitas serta ramah lingkungan. Dikembangkanlah proses pencairan batubara dengan namabrown Coal Liquefaction Technology (BCL). Proses Likuifaksi Batubara Indirect Coal Liquefaction (ICL) Prinsipnya secara sederhana yaitu mengubah batubara ke dalam bentuk gas terlebih dahulu untuk kemudian membentuk syngas (campuran gas CO dan H 2 ). Syngas kemudian dikondensasikan oleh katalis (proses Fischer-Tropsch) untuk menghasilkan produk ultra bersih yang memiliki kualitas tinggi. Proses Fisher Tropsch adalah sintesis CO/H2 menjadi produk hidrokarbon atau disebut synthetic oil. Synthetic oil banyak digunakan sebagai bahan bakar mesin industri /transportasi atau kebutuhan produk pelumas (lubricating oil). 4

5 Gambar 2.1 Dua Konfigurasi Proses Dasar untuk Produksi Bahan Bakar Cair denganindirect Liquefaction Process Syngas Production Bagian ini terdiri dari coal handling, drying dan grinding yang kemudian diikuti dengan gasifikasi. Unit pemisahan udara menyediakan oksigen untuk gasifier. Syngas cleanup terdiri dari proses hydrolysis, cooling, sour-water stripping, acid gas removal, dan sulfur recovery. Gas dibersihkan dari komponen sulfur dan komponen lain yang tidak diinginkan sampai pada level yang terendah untuk melindunginya dari downstream catalysts. Panas yang dipindahkan pada gas-cooling step direcover sebagai steam, dan digunakan secara internal untuk mensuppli kebutuhan power plant. Proses sour-water stripping akan menghilangkan ammonia yang dihasilkan dari nitrogen yang ada pada batubara. Sulfur dalam batubara akan dikonversikan menjadi hydrogen sulfide (H2S) dan carbonyl sulfide (COS). Proses hidrolisis digunakan untuk mengkonversikan COS dalam syngas menjadi H2S, yang direcover pada acid-gas removal step dan dikonversikan menjadi elemental sulfur pada sebuah Claus sulfur plant. Sulfur yang diproduksi biasanya dijual sebagai low-value byproduct. Synthesis Gas Conversion Bagian ini terdiri dari water-gas shift, a sulfur guard bed, synthesis-gas conversion reactors, CO2 removal, dehydration dan compression, hydrocarbon dan hydrogen 5

6 recovery, autothermal reforming, dan syngas recycle. A sulfur guard bed dibutuhkan untuk melindungi katalis konversi gas sintesis yang dengan mudah diracuni oleh trace sulfur pada cleaned syngas. Clean synthesis gas dipindahkan untuk mendapatkan hydrogen/carbon monoxide ratio yang diinginkan, dan kemudian secara katalitik dikonversikan menjadi bahan bakar gas. Dua cara utama melibatkan konversi ke hight-quality diesel dan distillate menggunakan Fischer-Tropsch route, atau konversi ke highoctane gasoline menggunakan proses metanol menjadi gasoline (MTG). Fischer-Trosch (F-T) syntesis menghasilkan spektrum dari hidrokarbon paraffin yang ideal untuk diesel dan bahan bakar Katalis yang digunakan dalam Fischer-Trops adalah besi atau cobalt. Keuntungan katalist besi dengan cobalt berlebih untuk mengkonversi coal-derived syngas yang mana besi memiliki kemampuan mengaktivasi reaksi water-gas shift dan secara internal mengatur low H2/CO ratio dari coal derived syngas yang diperlukan dalam reaksi Fischer-Trops. Jenis reactor yang digunakan dalam reaksi F-T adalah fixed-bed tubular reactor dan teknologi ini diaplikasikan di Shell s Malaysian GTL. Sasol juga mengkomersialisasikan teknologi CTL di Afrika Selatan yang menggunakan Fixed bed reactor, circulatingfluidized bed dan fixed-fluidized bed reactor. Syngas dan produk F-T yang tidak terkonversi harus dipisahkan setelah langkah sintesis F-T. CO 2 dapat dipisahkan dengan menggunakan teknik absorbsi. CO 2 dengan kemurnian tinggi biasanya dibuang langsung ke udara bebas. Proses pendinginan digunakan untuk memisahkan air dan hidrokarbon ringan (terutama metana, etana, dan propane) dari produk liquid hydrocarbon yang dihasilkan pada proses sintesis F-T. Gas hidrokarbon ringan dan gas sintesis yang tidak terkonversi dikirim ke proses hydrogen recovery.purge dari fuel gas digunakan untuk menyuplai bahan bakar pada proses CTL. Akhirnya sisa gas dialirkan ke 6

7 autothermal reforming plant untuk mengkonversi hidrokarbon ringan menjadi syngas untuk direcycle ke reaktor F-T. Product Upgrading - FT liquid dapat dimurnikan menjadi LPG, gasoline, dan bahan bakar diesel. Pilihan lain adalah melalui partial upgrading seperti yang ditunjukkan dari gambar 2.4 untuk menghasilkan F-T syncrude. Kandungan wax yang tinggi di raw F-T liquid memerlukan hidroprosessing untuk membuat syncrude yang dapat dialirkan melalui pipa. Pilihan upgrading minimum termasuk hidrotreating dan hidrocracking dari F-T wax. Produk yang dihasilkan adalah F-T LPG dan F-T syncrude, yang dapat dikirim ke conventional petroleum refinery untuk difraksinasi menghasilkan produk yang dapat diolah lebih lanjut. Direct Coal Liquefaction (DCL) DCL adalah proses hydro-cracking dengan bantuan katalisator. Prinsip dasar dari DCL adalah mengintroduksikan gas hidrogen kedalam struktur batubara agar rasio perbandingan antara C/H menjadi kecil sehingga terbentuk senyawa-senyawa hidrokarbon rantai pendek berbentuk cair. Proses ini telah mencapai rasio konversi 70% batubara (berat kering) menjadi sintetik cair. DCL juga dikenal dengan sebutan Bergius Proccess. Proses ini dilakukan dengan cara menghaluskan ukuran butir batubara, kemudian slurry dibuat dengan cara mencampur batubara ini dengan pelarut. Slurry dimasukkan ke dalam reaktor bertekanan tinggi bersama-sama dengan hidrogen dengan menggunakan pompa. Slurry kemudian diberi tekanan atm di dalam sebuah reaktor kemudian dipanaskan hingga suhu mencapai C. Secara kimiawi, proses akan mengubah bentuk hidrokarbon batubara dari kompleks menjadi rantai panjang seperti pada minyak. Dengan kata lain, batubara terkonversi menjadi liquid melalui pemutusan ikatan C-C dan C-heteroatom secara termolitik atau hidrolitik (thermolytic and hydrolytic cleavage), sehingga melepaskan molekul- 7

8 molekul CO 2, H 2 S, NH 3, dan H 2 O. Untuk itu rantai atau cincin aromatik hidrokarbonnya harus dipotong dengan cara dekomposisi panas pada temperatur tinggi (thermal decomposition). Setelah dipotong, masingmasing potongan pada rantai hidrokarbon tadi akan menjadi bebas dan sangat aktif (free-radical). Supaya radikal bebas itu tidak bergabung dengan radikal bebas lainnya (terjadi reaksi repolimerisasi) membentuk material dengan berat molekul tinggi dan insoluble, perlu adanya pengikat atau stabilisator, biasanya berupa gas hidrogen. Hidrogen bisa didapat melalui tiga cara yaitu: transfer hidrogen dari pelarut, reaksi dengan fresh hidrogen, rearrangement terhadap hidrogen yang ada di dalam batubara, dan menggunakan katalis yang dapat menjembatani reaksi antara gas hidrogen dan slurry (batubara dan pelarut). Faktor yang menjadikan proses DCL sangat bervariasi : Spesifikasi batubara yang dipergunakan, sehingga tidak ada sebuah sistem yang bisa optimal untuk digunakan bagi segala jenis batubara. Jenis batubara tertentu mempunyai kecenderungan membentuk lelehan (caking perform), sehingga menjadi bongkahan besar yang dapat membuat reaktor kehilangan tekanan dan gradient panas terlokalisasi (hotspot). Hal ini biasanya diatasi dengan mencampur komposisi batubara, sehingga pembentukan lelehan dapat dihindari. Batubara dengan kadarash yang tinggi lebih cocok untuk proses gasifikasi terlebih dahulu, sehingga tidak terlalu mempengaruhi berjalannya proses. Ini salah satu contoh yaitu negara jepang, sebagai salah satu negara pengembang teknologi Likuifaksi Batubara terkenal dengan salah satu proyeknya yaitu NEDOL memiliki 2 metode likuifaksi batubara yaitu Bituminous Coal Liquefaction dan Brown Coal Liquefaction. Bituminous Coal Liquefaction. Dalam proses Bituminous Coal Liquefaction, Proyek NEDOL berhasil menggabungkan 3 proses, yaitu: Solvent Extraction Process, Direct Hydrogenation Process, dan Solvolysis Process. Spesifikasi proses NEDOL adalah sebagai berikut: 8

9 Tidak memerlukan batubara dengan spesifikasi tertentu. Batubara yang digunakan bisa dari low grade sub-bituminous sampai low grade bituminous. Yield Ratio bisa mencapai 54% berat, lebih besar dari medium atau light oil Temperatur standar reaksi adalah 450 C dan Tekanan standar 170 kg/cm2g Membutuhkan katalis yang sangat aktif namun tidak mahal Sebagai pemisah antara fasa cair-gas, digunakan sistem distilasi pengurang tekanan. Digunakan sebagai pelarut terhidrogenasi yang dapat digunakan kembali untuk mengawasi kualitas pelarut agar dapat meningkatkan Yield Ratio dari batubara cair dan mencegah fenomena cooking pada tungku pemanas. Proses NEDOL Slurry dibuat dengan mencampurkan 1 bagian batubara dengan 1.5 bagian pelarut,lalu ditambahkan 3% katalis yang mengandung besi (ferrous catalyst) Slurry dipanaskan sampai suhunya mencapai 400 C dalam preheating furnace.reaksi likuifaksi terjadi dalam kolom reaktor berjenis suspension bed foaming pada kondisi standar (Temperatur 450 C, Tekanan 170 kg/cm2g). Batubara dikonversi menjadi bentuk cair oleh reaksi antara hidrogen dan pelarut. Setelah melewati pemisah fase gascair, kolom distilasi bertekanan normal, dan kolom distilasi isap, batubara cair dipisahkan menjadi naphta, medium oil, heavy oil, dan residu.distilat medium oil dan heavy oil dipindahkan ke kolom reaksi berjenis fixed bed yang berisi katalis Ni-Mo. Pada kolom reaksi ini, distilat dikonversikan menjadi distilat ringan pada Temperatur 320 C dan Tekanan 100 kg/cm2g, dan digunakan kembali dalam reaksi sebagai pelarut (solvent) 9

10 Gambar. Diagram alir proses Bituminous Coal Liquefaction Brown Coal Liquefaction Proses pada Brown Coal Liquefaction, secara umum terdiri atas 3 proses, yaitu: Coal Pretreatment Process, Slurry Preheating Process, Primary hydrogenation process dan Secondary hydrogenation process. Pretreatment Process merupakan proses peremukan raw brown coal, pengeringan, dan pembuatan Slurry. Slurry dibuat dengan mencampurkan 1 bagian batubara brown coal dengan 2.5 bagian pelarut, lalu ditambahkan katalis yang mengandung besi (iron catalyst). Lalu Slurry diproses ke preheating process. Primary hydrogenation process dilakukan dengan mengalirkan gas hidrogen pada Temperatur C dan tekanan kg/cm2g agar dapat terjadi proses likuifaksi. Produk yang dihasilkan dikirim ke kolom distilasi dan didistilasi menjadi naphta, light oil dan medium oil. Kolom distilasi bawah yang mengandung padatan dialirkan menuju kolom pemisah padatan-cairan pada proses pengeringan pelarut. Distilat cair kemudian dibawa ke proses Secondary hydrogenation dan padatan dibuang. Reaktor jenis fixed bed yang diisi katalis Ni-Mo agar proses hidrogenasi dapat terjadi pada temperatur C dan tekanan kg/cm2g. Kemudian dilakukan distilasi kembali agar dapat dipisahkan menjadi nephta, light distillate dan medium distillate. Setelah proses selesai, dihasilkan 3 barrel batubara cair dari 1 ton batubara brown coal kering 10

11 Gambar. Diagram alir proses Brown Coal Liquefaction Kelebihan dan KekuranganBatubara Cair Kelebihan Batubara Cair Beberapa kelebihan batubara cair, yaitu : Harga produksi lebih murah. Jenis batu bara yang dapat dipergunakan adalah batu bara yang berkalori rendah (low rank coal), yang selama ini kurang diminati pasaran. Dapat dipergunakan sebagai bahan pengganti bahan bakar pesawat jet (jet fuel), mesin diesel (diesel fuel), serta gasoline dan bahan bakar minyak biasa. Teknologi pengolahannya lebih ramah lingkungan. Dari pasca produksinya tidak ada proses pembakaran, dan tidak dihasilkan gas CO 2. Kalaupun menghasilkan limbah (debu dan unsur sisa 11

12 produksi lainnya), masih dapat dimanfaatkan untuk bahan baku campuran pembuatan aspal. Bahkan sisa gas hidrogen masih laku dijual untuk dimanfaatkan menjadi bahan bakar. Kekurangan Batubara Cair Beberapa kekurangan batubara cair, yaitu : Keekonomian. Harga minyak bumi sangat fluktuatif, sehingga seringkali investor ragu untuk membangun kilang pencairan batubara. Batubara cair akan ekonomis jika harga minyak bumi di atas US $35/bbl. Investasi Awal Tinggi. Biaya investasi kilang pencairan batubara komersial, cukup mahal. Merupakan Investasi Jangka panjang. Break Even Point (BEP) baru dicapai setelah 7 tahun beroperasi, sedangkan tahap pembangunan memakan waktu 3 tahun. Dampak Positif dan Negatif Batubara Cair Dampak Positif Batubara Cair Beberapa dampak positif batubara cair, yaitu : Mengurangi ketergantungan pada impor minyak serta meningkatkan keamanan energy. Batubara cair dapat digunakan untuk transportasi, memasak, pembangkit listrik stasioner, dan di industri kimia. Batubara yang diturunkan adalah bahan bakar bebas sulfur, rendah partikulat, dan rendah oksida nitrogen. Bahan bakar cair dari batubara merupakan bahan bakar olahan yang ultra bersih, dapat mengurangi risiko kesehatan dari polusi udara dalam ruangan. Dampak Negatif Batubara Cair Beberapa dampak negative penggunaan batubara cair, yaitu : Meningkatkan dampak negatif dari penambangan batubara. Penyebaran skala besar pabrik batubara cair dapat menyebabkan peningkatan yang signifikan dari penambangan batubara. Penambangan batubara akan memberikan dampak negatif yang berbahaya. Penambangan ini dapat menyebabkan limbah yang 12

13 beracun dan bersifat asam serta akan mengontaminasi air tanah. Selain dapat meningkatkan efek berbahaya terhadap lingkungan, peningkatan produksi batubara juga dapat menimbulkan dampak negatif pada orang-orang yang tinggal dan bekerja di sekitar daerah penambangan. Menimbulkan efek global warming sebesar hampir dua kali lipat per gallon bahan bakar.produksi batubara cair membutuhkan batubara dan energi dalam jumlah yang besar. Proses ini juga dinilai tidak efisien. Faktanya, 1 ton batubara hanya dapat dikonversi menjadi 2-3 barel bensin. Proses konversi yang tidak efisien, sifat batubara yang kotor, dan kebutuhan energi dalam jumlah yang besar tersebut menyebabkan batubara cair menghasilkan hampir dua kali lipat emisi penyebab global warmingdibandingkan dengan bensin biasa. Walaupun karbon yang terlepas selama produksi ditangkap dan disimpan, batubara cair akan tetap melepaskan 4 hingga 8 persen polusiglobal warming lebih banyak dibandingkan dengan bensin biasa. BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Pencairan batubara (Coal Liquefaction) adalah proses mengubah wujud batubara dari padat menjadi cair. Proses pencairan batubara dapat dilakukan dengan dua 13

14 metode yaitu metode langsung (Direct Liquefaction Process) dan metode tidak langsung (Indirect Liquefaction Process). Pada proses tidak langsung batubara difragmentasi menjadi CO, CO 2, H 2, dan CH 4 yang kemudian direkombinasikan menghasilkan produk cair, prosesnya melalui gasifikasi dan kondensasi. Pada proses langsung batubara cair diproduksi dengan melarutkan dalam suatu pelarut organik lalu dilanjutkan dengan proses hidrogenasi pada suhu dan tekanan tinggi. Proses pencairan batubara secara langsung dapat dilakukan melalui pirolisis, ekstraksi pelarut dan hidrogenasi katalitik. DAFTAR PUSTAKA Rochman, Fatchur Gasifikasi dan Likuifaksi Batubara. [Online]. Tersedia: [28 Agustus 2013]. Ririn Coal to Liquid. [Online]. Tersedia: [28 Agustus 2013]. 14

15 Gomes, Gary Proses Liquifaction. [Online]. Tersedia: [28 Agustus 2013]. Letshare Likuifikasi Batubara. [Online]. Tersedia: [28 Agustus 2013]