Proses Pengolahan Batubara

Transkripsi

1 Proses Pengolahan Batubara Pendahuluan Pada tulisan saya terdahulu yang berjudul Indonesia di Persimpangan Jalan-Artikel tentang prospektif energi Indonesia dikemukakan mengenai batubara sebagai salah satu alternative energi di masa sekarang dan yang akan datang. Lebih daripada itu, batubara bagi Indonesia adalah salah satu pilihan dalam menentukan strategi energi. Bila kita membandingakn dengan negara China sebagai kekuatan baru dunia yang memusatkan lebih dari 70% sumber energinya dari batubara 1). Sementara aktivitas penelitian di asia untuk pemanfaatan batubara berpusat di Jepang, Australia dan China sendiri. Apakah Batubara itu? Adalah kekayaan alam yang dikategorikan sebagai energy fossil terbentuk dari proses metamorfosa yang sangat lama. Strukturnya kimia batubara samasekali bukan rangkaian kovalen karbon sederhana melainkan merupakan polikondensat rumit dari gugus aromatik dengan fungsi heterosiklik 2,3). Jumlah polikondensat yang banyak ini saling berikatan sering disebut dengan bridge-structure. Secara optis batubara sering merupakan bongkahan berporus tinggi dengan kadar air yang sangat berfariasi. Proses pengolahan batubara sudah dikenal sejak seabad yang lalu, diantaranya: Gasifikasi (coal gasification) Secara sederhana, gasifikasi adalah proses konversi materi organik (batubara, biomass atau natural gas) biasanya padat menjadi CO dan H2 (synthesis gases) dengan bantuan uap air dan oksigen pada tekanan atmosphere atau tinggi. Rumus sederhananya: Coal + H2O + O2 à H2 + CO Fisher Tropsch proses

2 Fisher Tropsch adalah sintesis CO/H2 menjadi produk hidrokarbon atau disebut senyawa hidrokarbon sintetik/ sintetik oil. Sintetik oil banyak digunakan sebagai bahan bakar mesin industri/transportasi atau kebutuhan produk pelumas (lubricating oil). (2n+1)H 2 + nco C n H (2n+2) + nh 2 O Hidrogenasi (hydrogenation) Hidrogenasi adalah proses reaksi batubara dengan gas hydrogen bertekanan tinggi. Reaksi ini diatur sedemikian rupa (kondisi reaksi, katalisator dan kriteria bahan baku) agar dihasilkan senyawa hidrokarbon sesuai yang diinginkan, dengan spesifikasi mendekati minyak mentah. Sejalan perkembangannya, hidrogenasi batubara menjadi proses alternativ untuk mengolah batubara menjadi bahan bakar cair pengganti produk minyak bumi, proses ini dikenal dengan nama Bergius proses, disebut juga proses pencairan batubara (coal liquefaction). Pencairan Batubara (coal Liquefaction) Coal liquefaction adalah terminologi yang dipakai secara umum mencakup pemrosesan batubara menjadi BBM sintetik (synthetic fuel). Pendekatan yang mungkin dilakukan untuk proses ini adalah: pirolisis, pencairan batubara secara langsung (Direct Coal Liquefaction- DCL) ataupun melalui gasifikasi terlebih dahulu (Indirect Coal Liquefaction-ICL). Secara intuitiv aspek yang penting dalam pengolahan batubara menjadi bahan bakar minyak sintetik adalah: efisiensi proses yang mencakup keseimbangan energi dan masa, nilai investasi, kemudian apakah prosesnya ramah lingkungan sehubungan dengan emisi gas buang, karena ini akan mempengaruhi nilai insentiv menyangkut tema tentang lingkungan. Undang-Undang No.2/2006 yang mengaatur tentang proses pencairan batubara. Efisiensi pencairan batubara menjadi BBM sintetik adalah 1-2 barrel/ton batubara 4). Jika diasumsikan hanya 10% dari deposit batubara dunia dapat dikonversikan menjadi BBM sintetik, maka produksi minyak dunia dari batubara maksimal adalah beberapa juta barrel/hari. Hal ini jelas tidak dapat menjadikan batubara sebagai sumber energi alternativ bagi seluruh konsumsi minyak dunia. Walaupun faktanya demikian, bukan berarti batubara tidak bisa menjadi jawaban alternativ energi untuk kebutuhan domestik suatu negara. Faktor yang menjadi penentu adalah: apakah negara itu mempunyai cadangan yang cukup dan teknologi yang dibutuhkan untuk meng-konversi-kannya. Jika diversivikasi sumber energi menjadi strategi energi suatu negara, pastinya batubara menjadi satu potensi yang layak untuk dikaji menjadi salah satu sumber energi, selain sumber energi terbarukan (angin, solar cell, geothermal, biomass). Tetapi perlu kita ingat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mempertimbangkannya tidaklah tanpa batas, karena sementara negara2 lain sudah melakukan kebijakan-kebijakan konkret domestik maupun luar negeri untuk mengukuhkan strategi energi untuk kepentingan negaranya. Pencairan batubara metode langsung (DCL) Pencairan batubara metode langsung atau dikenal dengan Direct Coal Liquefaction-DCL, dikembangkan cukup banyak oleh negara Jerman dalam menyediakan bahan bakar pesawat terbang. Proses ini dikenal dengan Bergius Process, baru mengalami perkembangan lanjutan setelah perang dunia kedua.

3 DCL adalah proses hydro-craacking dengan bantuan katalisator. Prinsip dasar dari DCL adalah meng-introduksi-an gas hydrogen 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. Pada tahun 1994 proses DCL kembali dikembangkan sebagai komplementasi dari proses ICL terbesar setelah dikomersialisasikan oleh Sasol Corp. Tahun 2004 kerjasama pengembangan teknologi upgrade (antara China Shenhua Coal Liquefaction Co. Ltd. dengan West Virginia University) untuk komersialisasi DCL rampung, untuk kemudian pembangunan pabrik DCL kapasitas dunia di Inner Mongolia. Dalam Phase pertama pabrik ini akan dihasilkan lebih dari ton bahan bakar cair pertahunnya. Berikut adalah kapasitas produksi Shenhua DCL Plant, Inner Mongolia 5) Phase I: Plant Cost Estimate : 800 mio. USD Coal Input estimate : 2,1 mio. MT/a Yield of oil products : MT/a Estimate production cost : USD 24/bbl Komposisi oil products yang dihasilkan adalah sebagai berikut: Diesel : (MT/a) Naphtha : (MT/a) LPG : (MT/a) Liquid Ammonia : (MT/a) Total : (MT/a) Dari table di atas dapat dilihat bahwa perkiraan harga produksi tiap-tiap produk BBM sintetik adalah sebesar USD 24 per barrel, jauh lebih rendah dibandingkan harga minyak mentah dunia saat ini yang berkisar di atas USD 60/barrel. Dengan beberapa data penunjang saja, maka break event point-nya sudah dapat dihitung. Yang menjadikan proses DCL sangat bervariasi adalah beberapa faktor dibawah: Pencapaian dari sebuah proses DCL sangat tergantung daripada jenis feedstock /(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

4 tekanan dan gradient panas terlokalisasi (hotspot). Hal ini biasanya diatasi dengan mencampur komposisi batubara, sehingga pembentukan lelehan dapat dihindari. Batubara dengan kadar ash yang tinggi lebih cocok untuk proses gasifikasi terlebih dahulu, sehingga tidak terlalu mempengaruhi berjalannya proses. Termal frakmentasi merupakan phenomena yang terjadi dimana serpihan batubara mengalami defrakmentasi ukuran hingga berubah menjadi partikel-partikel kecil yang menyumbat jalannya aliran gas sehingga menggangu jalannya keseluruhan proses. Hal ini dapat diatasi dengan proses pengeringan batubara terlebih dahulu sebelum proses konversi pada reaktor utama (Lihat skema Brown Coal Liquefaction di bawah). Proses Pencairan Batubara Muda rendah emisi (Low Emission Brown Coal Liquefaction) Tahapan proses pencairan batubara muda (Brown Coal Liquefacion): 1. Pengeringan/penurunan kadar air secara efficient 2. Reaksi pencairan dengan limonite katalisator 3. Tahapan hidrogenasi untuk menghasilkan produk oil mentah 4. Deashing Coal Liquid Bottom/heavy oil (CLB) 5. Fraksinasi/pemurnian light oil (desulfurisasi,pemurnian gas,destilasi produk) Cooperative Study of Development of Low Grade Coal Liquefaction Technology, 2003 Landasan dalam mengembangkan ujicoba produksi (pilot scale) proses pencairan batubara adalah: Produk liquid oil yang dihasilkan harus mencapai lebih dari 50% Proses pengoperasian harus berjalan dengan kontinuitas lebih daripada 1500 jam. Tahapan proses deashing harus mencapai kadar ash (abu) < 500 ppm.

5 Optimalisasi/pengembangan proses pengeringan (dewatering) baru. Batubara Di Amerika, industri batubara sedang menggembar-gemborkan rencana untuk mengubah jutaan ton batubara menjadi diesel ataupun bahan bakar cair lainnya. Beberapa pihak menilai rencana ini merupakan sebuah proses yang mahal dan tidak efisien. Alasannya sederhana: masalah lingkungan. Batubara cair diproduksi saat batubara dikonversi menjadi bahan bakar cair yang dapat digunakan untuk transportasi. Terdapat dua metode untuk mengkonversi batubara menjadi bahan bakar cair: - Direct liquefaction Pada metode ini, batubara dilarutkan pada temperatur dan tekanan tinggi. Proses ini sangat efisien, namun produk cair membutuhkan pemurnian lebih jauh untuk dapat menghasilkan karakteristik bahan bakar yang bagus. - Indirect liquefaction Pada metode ini, batubara digasifikasi untuk membentuk syngas (campuran hidrogen dan karbon monoksida). Syngas tersebut selanjutnya dikondensasi dengan menggunakan katalis (tahap Fischer-Tropsch) untuk menghasilkan produk berkualitas tinggi. Proses Pembuatan Coal to Liquid Bahan bakar cair turunan batubara ini memiliki sifat bebas sulfur, berkadar partikulat rendah dan berkadar nitrogen oksida rendah. Kelebihan lain dari penggunaan batubara cair adalah batubara tersedia di seluruh dunia, sehingga dapat meningkatkan energy security dari suatu daerah. Namun, beberapa pihak menolak pengguanaan batubara cair ini sebagai bahan bakar alternatif. Dalam penggunaannya, batubara cair sebagai bahan bakar alternatif dinilai dapat:

6 1. Meningkatkan dampak negatif dari penambangan batubara 2. Menimbulkan efek global warming sebesar hampir dua kali lipat per gallon bahan bakar Emisi CO2 CTL 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 beracun dan bersifat asam serta akan mengkontaminasi 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. 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 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 warming dibandingkan dengan bensin biasa. Walaupun karbon yang terlepas selama produksi ditangkap dan disimpan, batubara cair tetap akan melepaskan 4 hingga 8 persen polusi global warming lebih banyak dibandingkan dengan bensin biasa.

7 Emisi Berbagai Bahan Bakar Beberapa ahli menyatakan bahwa penggunaan batubara cair termasuk kategori bersih karena bebas sulfur, namun saat batubara diubah menjadi bahan bakar transportasi, dua aliran karbon dioksida terbentuk: satu dari pabrik produksi batubara cair dan satu dari pipa pembuangan kendaraan yang membakar bahan bakar tersebut. Emisi dari pabrik produsen batubara cair lebih besar daripada pabrik produsen dan pemurnian minyak mentah untuk memproduksi bensin, diesel, dan bahan bakar transportasi lainnya. Selain berdampak negatif pada global warming, batubara cair juga memiliki dampak negatif lain terhadap lingkungan. Lebih dari 4 gallon air dibutuhkan untuk setiap gallon bahan bakar yang diproduksi. Hal ini akan mengancam persediaan air yang terbatas. Dampak-dampak di atas menjelaskan bahwa penggunaan batubara sebagai bahan bakar alternatif berbahaya bagi lingkungan dan tidak sejalan dengan pencarian solusi masalah global warming. Beberapa pihak menilai dibandingkan dengan menggunakan batubara cair sebagai bahan bakar alternatif, lebih baik berinvestasi untuk industri energi yang lebih ramah lingkungan dan membantu kita menyelesaikan permasalahan global warming. Batubara cair, dilihat dari dampak negatif di atas, bukanlah jawaban yang tepat untuk masa depan energi dunia. batubara merupakan salah satu jenis bahan bakar untuk pembangkit energi, disamping gas alam dan minyak bumi. Berdasarkan atas cara penggunaannya sebagai penghasil energi diklasifikasikan: a. Penghasil energi primer dimana batubara yang langsung dipergunakan untuk industri, misalnya pemakaian batubara sebagai bahan bakar bunker (dalam industri semen dan pembangkit listrik tenaga uap), pembakaran kapur, bata, genting, bahan bakar lokomotif, pereduksi proses metallurgi, kokas konvensional, bahan bakar tidak berasap. b. Penghasil energi sekunder dimana batubara yang tidak langsung dipergunakan untuk industri misalnya pemakaian batubara sebagai bahan bakar padat (briket), bahan bakar cair (konversi menajadi bahan bakar cair) dan gas (konversi menjadi bahan bakar gas), bahan bakar dalam industri penuangan logam (dalam bentuk kokas). Selain itu batubara dipergunakan bukan sebagai bahan bakar antara lain sebagai reduktor pada peleburan timah, pabrik ferro nikel, industri besi dan baja, pemurnian pada industri kimia (dalam bentuk karbon aktif), pembuatan kalsium karbida (dalam bentuk kokas atau semi kokas). Jenis Bahan Bakar Jenis bahan bakar yang umum dipergunakan dalam industri adalah : a. Bahan bakar gas : gas alam b. Bahan bakar cair : minyak bumi c. Bahan bakar padat : batubara Ketiga bahan bakar tersebut pada dasarnya terdiri dari : 1. Combustible Material Yaitu bahan-bahan yang dapat dibakar atau dioksidasi oleh oksigen dari udara.

8 Bahan tersebut pada umumnya terdiri dari : Fixed Carbon, Hidrocarbon Compounds, Sulfur, Nitrogen, Phospor, dll. 2. Non Combustible Material Yaitu bahan-bahan yang tidak dapat dibakar atau dioksidasi oleh oksigen. Bahan ini tersisa dalam ujud padat yang disebut abu (ash) yang mengandung SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO dan Alkali dan ujud gas yang berbentuk H2O atau CO2. Bahan bakar batubara banyak mengandung non combustible materials dalam bentuk abu dan air, sedangkan bahan bakar minyak praktis tak mengandung non combustible materials kecuali kadang-kadang sedikit carbon dioksida. Kandungan non combustible materials dalam bahan bakar umumnya tak diingini karena akan menurunkan nilai bakar atau menurunkan suhu nyala. Terjadinya Impurities Seperti diketahui batubara yang diambil dari hasil penambangan selalu mengandung bahan-bahan pengotor (impurities). Dikenal 2 jenis impurities yaitu inherent impurities dan eksternal impurities. a. Inherent Impurities merupakan pengotor bawaan yang terdapat dalam batubara. Batubara yang sudah dicuci bersih (bentuk bongkah), ketika dibakar habis ternyata masih memberikan sisa abu. Pengotor bawaan ini terjadi bersama-sama pada waktu terjadi proses pembentukan batubara (ketika masih berupa gelly). Pengotor ini dapat berupa mineral seperti gypsum, anhidrit, pirit, silica, markasit dan dapat pula berbentuk tulang-tulang binatang (diketahui ada senyawa pospor dari hasil analisa abu). b. External Impurities, merupakan pengotor luar yang berasal dari proses penambangan antara lain terbawanya lapisan penutup, kejadian ini sangat umum dan sulit dihindarkan khususnya pada kegiatan tambang terbuka. Currently 1.32/ /5 (22 votes) batubara merupakan endapan organic yang mutunya sangat ditentukan oleh beberapa factor antara lain tempat terdapatnya cekungan, umur dan banyaknya kontaminasi. Didalam penggunaannya perancangan mesin yang mempergunakan batubara sebagai bahan bakar harus menyesuaikan dengan kualitas batubaranya agar mesin yang dipergunakan tahan lama. PENGENALAN UMUM KUALITAS BATUBARA

9 Batubara merupakan bahan baku pembangkit energy dipergunakan untuk industry. Mutu dari batubara akan sangat penting dalam menentukan peralatan yang dipergunakan. Untuk menentukan kualitas batubara, beberapa hal yang harus diperhatikan adalah : High heating value (kcal.kg), Total moisture (%), Inherent moisture (%), Volatile matter (%), Ash content (%), Sulfur content (%), coal size (%), Hardgrove grindability index (<3mm, 40mm, 50mm), Fixed carbon (%), Phosposrus/chlorine (%), Ultimate analysis : (carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, ash), ash fusion temperature. a. High Heating Value (HHV) High heating value sangat berpengaruh terhadap pengoperasian alat, seperti : pulverizer, pipa batubara, wind box, burner. Semakin tinggi high heating value maka aliran batubara setiap jamnya semakin rendah sehingga kecepatan coal feeder harus disesuaikan. b. Moisture Content Kandungan moisture mempengaruhi jumlah pemakaian udara primernya, pada batubara dengan kandungan moisture tinggi akan membutuhkan udara primer lebih banyak guna mengeringkan batubara tersebut pada suhu keluar mill tetap. c. Volatile Matter Kandungan volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api. Kesempurnaan pembakaran ditentukan oleh : Fixed Carbon Fuel Ratio = Volatile Matter Semakin tinggi fuel ratio maka carbon yang tidak terbakar semakin banyak. d. Ash Content dan Komposisi Kandungan abu akan terbawa bersama gas pembakaran melalui ruang bakar dan daerah konveksi dalam bentuk abu terbang atau abu dasar. Sekitar 20% dalam bentuk abu dasar dan 80% dalam bentuk abu terbang. Semakin tinggi kandungan abu dan tergantung komposisinya mempengaruhi tingkat pengotoran (fouling), keausan dan korosi peralatan yang dilalui. e. Sulfur Content Kandungan sulfur berpengaruh terhadap tingkat korosi sisi dingin yang terjadi pada elemen pemanas udara, terutama apabila suhu kerja lebih rendah dari letak embun sulfur, disamping berpengaruh terhadap efektifitas penangkapan abu pada peralatan electrostatic precipator. f. Coal Size

10 Ukuran butir batubara dibatasi pada rentang butir halus dan butir kasar. Butir paling halus untuk ukuran <3mm, sedang ukuran paling kasar 50mm. butir paling halus dibatasi dustness dan tingkat kemudahan diterbangkan angin sehingga mengotori lingkungan. Tingkat dustness dan kemudahan beterbangan masih ditentukan pula oleh kandungan moisture batubara. g. Hardgrove Grindability Index (HGI) Kapasitas mill (pulverizer) dirancang pada Hardgrove grindability index tertentu, maka untuk HGI lebih rendah kapasitasnya lebih rendah dari nilai patoknya untuk menghasilkan fineness yang sama. h. Ash Fusion Characteristic Ash Fusion Characteristic akan mempengaruhi tingkat fouling, slagging dan operasi blower. PARAMETER KUALITAS BATUBARA Cukup banyak parameter untuk menentukan kualitas batubara antara lain : 1. Total moisture (%) *) **) ***) 2. Inherent moisture (%) *) **) ***) 3. Ash content (%) *) **) 4. Volatile matter (%) *) **) 5. Fixed carbon 6. Calorific value (kcal/kg) *) **) 7. Total sulphur (%) ***) 8. Index hardgrove *) **) 9. Index muai bebas ***) 10. Roga index ***) 11. Gray king ***) 12. Diatometri ***) 13. Nitrogen (%) **) 14. Phosphor *) 15. P2O5 *) 16. Plastometri ***) Keterangan : *) Diperlukan datanya untuk PLTU **) Diperlukan datanya untuk bahan bakar ***) Diperlukan datanya untuk industry kokas metallurgi