Batu bara adalah salah satu bahan bakar fosil.

Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan.

Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk.

Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Analisis unsur memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9NS untuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit.

Batu bara digunakan sebagai bahan bakar. Batu bara juga dapat digunakan untuk membuat coke untuk pembuatan baja. Di Indonesia, batu bara merupakan bahan bakar utama selain solar (diesel fuel) yang telah umum digunakan pada banyak industry. Dari segi ekonomis batu bara jauh lebih hemat dibandingkan solar, dengan perbandingan sebagai berikut: Solar Rp 0,74/kilokalori sedangkan batu bara hanya Rp 0,09/kilokalori, (berdasarkan harga solar industri Rp. 6.200/liter).

Kelas dan jenis batu bara

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut.

Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.

Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia.

Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.

Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

Batu Bara di Indonesia

ITEM Endapan EOSEN Endapan MIOSENUmur Kira-kira 45 juta tahun yang lalu (menurut

skala waktu geologi).Kira-kira 20 juta tahun yang lalu (menurut skala waktu geologi).

Ketebalan endapan

Lebih tipis Lebih tebal

Kadar Abu Lebih tinggi Lebih rendahKadar Sulfur Lebih tinggi Lebih rendahLokasi Lihat tabel Eosen Lihat tabel Miosen

Tabel - Kualitas rata-rata dari beberapa endapan batu bara Eosen di Indonesia.

Tambang Cekungan PerusahaanKadar air

total(%ar)

Kadar air inheren(%ad)

Kadar abu

(%ad)

Zat terbang(%ad)

Belerang(%ad)

Nilai energy(kkal/kg)(ad)

Satui Asam-asam PT Arutmin Indonesia 10.00 7.00 8.00 41.50 0.80 6800

Senakin Pasir PT Arutmin Indonesia 9.00 4.00 15.00 39.50 0.70 6400

Petangis Pasir PT BHP Kendilo Coal 11.00 4.40 12.00 40.50 0.80 6700

Ombilin Ombilin PT Bukit Asam 12.00 6.50 <8.00 36.50 0.50 - 0.60 6900

Parambahan Ombilin PT Allied Indo Coal 4.00 - 10.00

(ar) 37.30 (ar) 0.50 (ar) 6900 (ar)

(ar) - as received, (ad) - air dried, Sumber: Indonesian Coal Mining Association, 1998

Tabel - Kualitas rata-rata dari beberapa endapan batu bara Miosen di Indonesia.

Tambang Cekungan PerusahaanKadar air

total(%ar)

Kadar air inheren(%ad)

Kadar abu

(%ad)

Zat terbang(%ad)

Belerang(%ad)

Nilai energy(kkal/kg)(ad)

Prima Kutai PT Kaltim Prima Coal 9.00 - 4.00 39.00 0.50 6800 (ar)

Pinang Kutai PT Kaltim Prima Coal 13.00 - 7.00 37.50 0.40 6200 (ar)

Roto South Pasir PT Kideco Jaya Agung 24.00 - 3.00 40.00 0.20 5200 (ar)

Binungan Tarakan PT Berau Coal 18.00 14.00 4.20 40.10 0.50 6100 (ad)Lati Tarakan PT Berau Coal 24.60 16.00 4.30 37.80 0.90 5800 (ad)

Air LayaSumaterabagian selatan

PT Bukit Asam 24.00 - 5.30 34.60 0.49 5300 (ad)

Paringin Barito PT Adaro 24.00 18.00 4.00 40.00 0.10 5950 (ad)

(ar) - as received, (ad) - air dried, Sumber: Indonesian Coal Mining Association, 1998

ITEM DESKRIPSI KETERANGAN

Potensi sumber daya batu bara

Kalimantan dan Sumatera (ekonomis)Jawa Barat, Jawa Tengah, Papua, dan Sulawesi(belum ditentukan keekonomisannya)

Cadangan 160 M ton Sebagian besar di Kalimantan Timur dan Sumatera Selatan

Produksi tambang batu bara

300 juta ton per tahun10% untuk energy dalam negeri90% diekspor

Eksplorasi terkendala status lahan tambang yang sebagian besar berada di kawasan hutan konservasi.tidak mungkin membakar habis batu bara dan mengubahnya menjadi energis listrik melalui PLTU. Selain mengotori lingkungan melalui polutan CO2, SO2, NOx dan CxHy cara ini dinilai kurang efisien dan kurang memberi nilai tambah tinggi.

BAHAN BAKAR BATU BARA

Membakar habis batu bara secara langsung dan mengubahnya menjadi energis listrik melalui PLTU akan mengotori lingkungan melalui polutan CO2, SO2, NOx dan CxHy. Cara ini dinilai kurang efisien dan kurang memberi nilai tambah tinggi.

Membakar batu bara secara langsung (direct burning) telah dikembangkan teknologinya secara continue, yang bertujuan untuk mencapai efisiensi pembakaran yang maksimum, cara-cara pembakaran langsung seperti: fixed grate, chain grate, fluidized bed, pulverized, dan lain-lain, masing-masing mempunyai kelebihan dan kelemahannya.

Batu bara akan lebih bermakna dan efisien jika dikonversi menjadi migas sintetis, atau bahan petrokimia lain yang bernilai ekonomi tinggi. Dua cara yang dipertimbangkan dalam hal ini adalah likuifikasi (pencairan) dan gasifikasi (penyubliman) batu bara.

Batu bara bukanlah bahan bakar yang sempurna. Terikat di dalamnya adalah sulfur dan nitrogen, bila batu bara ini terbakar kotoran-kotoran ini akan dilepaskan ke udara, bila mengapung di udara zat kimia ini dapat menggabung dengan uap air (seperti contoh kabut) dan tetesan yang jatuh ke tanah seburuk bentuk asam sulfurik dan nitrit, disebut sebagai "hujan asam" “acid rain”. Disini juga ada noda mineral kecil, termasuk kotoran yang umum tercampur dengan batu bara, partikel kecil ini tidak terbakar dan membuat debu yang tertinggal di coal combustor, beberapa partikel kecil ini juga tertangkap di putaran combustion gases bersama dengan uap air, dari asap yang keluar dari cerobong beberapa partikel kecil ini adalah sangat kecil setara dengan rambut manusia.

Parameter kualitas batu bara

► Total Moisture► Proximate► Total Sulfur► Calorific Value► Ultimate Analysis► Ash Analysis

Istilah dalam batu bara:As received basis (ARB): Coal that includes TOTAL MOISTURE, ASH, VOLATILE MATTER, and FIXED CARBONAs dried basis (ADB): Coal that includes INHERENT MOISTURE, ASH, VOLATILE MATTER, and FIXED CARBONDried basis: Coal that includes ASH, VOLATILE MATTER, and FIXED CARBONDried ash free basis: Coal that includes VOLATILE MATTER, and FIXED CARBONINHERENT MOISTURE: VOLATILE MATTER: Gaseous products in coal excluding water vapourASH: Inorganic residue left after completely burning coalFixed carbon: solid portion other than ash present in coal 100- (IM+VM+ASH)Conversi satuan dari GAR (Gross As Received / Gross Calorific Value) ke NAR (Net As Received / Net Calorific Value)The difference between net and gross as received (NAR v/s GAR) specific energy values is the latent heat of the water vapour which lowers the effective calorific value in the boiler.To convert from GAR to NAR for bituminous coals subtract approximately1.09 mj/kg260 kcal/kg470 btu/lb1."proximate analysis" air dried coal. a) Moisture Content. b) Volatile Matter. c) Ash d) Fixed Carbon. 2. Gross calorific value coal .

KOKAS

Coking coal adalah batubara yang ketika dipanaskan pada temperatur tinggi tanpa udara mengalami tahapan plastis sementara, yaitu secara berurutan mengalami pelunakan, pengembangan, dan memadat kembali menjadi kokas. Kokas sebagai bahan baku proses pembuatan baja di dalam blast furnace, kokas dihasilkan dari pemanasan batubara jenis coking coal.Batubara lainnya yang tidak memiliki kemampuan untuk dijadikan kokas merupakan batubara jenis non-coking coal.Indonesia memiliki sumberdaya batubara kualitas rendah dengan jumlah cadangan terbanyak.Batubara kualitas rendah ini lebih banyak merupakan batubara jenis non-coking coal. Oleh karena itu, dilakukan pengembangan batubara jenis non-coking coal di Indonesia sebagai bahan baku industri metalurgi yaitu dengan cara metode coal blending. Metode coal blending merupakan proses pencampuran batubara jenis coking coal dan non-coking coal dengan perbandingan komposisi tertentu. Metode ini dilakukan agar batubara jenis non-coking coal yang melimpah di Indonesia dapat dimanfaatkan sebagai kokas.

Proses pembuatan kokas dilakukan dengan memanaskan coking coal di dalam coke oven pada suhu 900 – 1100oC. Pada suhu 900oC, volatile matter mulai menguap jika dipanaskan di dalam tungku tertutup. Setelah volatile matter menguap semua, bersamaan mulai terbentuk pula kokas yang stabil. Beberapa kandungan dalam batubara yang mempengaruhi kualitas pembuatan kokas, diantaranya adalah kandungan sulfur, kandungan abu (ash) dan bentuk CSN (crucible swelling number). Batubara dengan kadar sulfur tinggi mempunyai nilai jual yang rendah jika batubara dipakai sebagai bahan bakar. Apabila dipakai sebagai kokas metalurgi pada pembuatan baja maka batubara dengan sulfur yang tinggi akan menimbulkan masalah dengan keberadaan sulfur di dalam produk baja.

Oleh karena itu, berdasarkan standar kualitas batubara, kadar sulfur maksimal adalah 1% Pada analisa kadar abu, semakin banyak mineral yang terdapat di dalam batubara maka kadar abunya juga semakin tinggi. Mineral matter tersebut akan mempengaruhi proses karbonisasi batubara sehingga kadarnya di dalam batubara maksimal 12%. Selain itu, kemampuan swelling yaitu kemampuan batubara untuk memuai juga mempengaruhi kualitas batubara. Bila pemuaian kokas menunjukan nomor 0-2, batubara tersebut bukan batubara kokas yang baik karena pori – porinya terlalu rendah.Bila CSN-nya 8-9 tingkat pemuaiannya terlalu tinggi berarti bila dijadikan kokas terlalu berpori-pori besar sangat rapuh. Batubara dengan nomor CSN 4-6 adalah ideal untuk diproses menjadi kokaskarena batubara ini akan menjadi kokas yang cukup berpori dan kuat menahan beban. Padapenelitian ini dilakukan analisa pengaruh komposisi batubara yang digunakan dalam pembuatankokas dengan metode coal blending, juga akan dilakukan analisa pengaruh kandungan (%) total sulfur, kandungan (%) abu serta CSN (crucible swelling number) dan perbedaan waktu pemanasan kokas agar mengetahui waktu optimum yang digunakan untuk menghasilkan kokas paling baik.Tujuan penelitian meliputi pemanfaatan batubara kualitas rendah agar dapat dimanfaatkan menjadi kokas, mendapatkan kualitas kokas yang baik dengan metode coal blending, mendapatkan variasi komposisi berdasarkan kandungan (%) total sulfur, kandungan (%) abu serta bentuk CSN (crucible swelling number) yang menghasilkan campuran batubara yang sesuai dengan standar kualitas kokas, mendapatkan variasi waktu karbonisasi yang memberikan kualitas kokas paling baik.

PERHITUNGAN PEMBAKARAN BATU BARA

Komposisi Udara terdiri atas 21% O2 dan 79% N2 - basis volume 23% O2 dan 77% N2 - basis berat

Perhitungan kebutuhan oksigen teoritis untuk pembakaran batu bara. Jika dasar komposisinya adalah daf coal, maka untuk menghitung total oksigen yang digunakan

untuk pembakaran dapat mengacu pada unsur yang dapat bereaksi dengan oksigen yaitu:o C - C (karena C lebih stabil pada fasa padat)o H - H2 (karena H lebih stabil pada fasa gas)o S - S (karena S lebih stabil pada fasa padat)

daf coal tidak sama dengan as fired coal dimana total oksigen yang digunakan untuk pembakaran daf coal > total oksigen yang digunakan untuk pembakaran as fired coal, karena:

daf coal - 100% terdiri atas unsur C, H, N, S tanpa ash dan moisture. as fired coal - 100% terdiri atas (C, H, N, S)+ash+moisture

Perhitungan gas buangGas dianalisis dalam keadaan kering (dry basis) karena air yang ada di gas akan condensed out sebelum dianalisis akibatnya air hasil pembakaran hidrogen tidak akan muncul dalam hasil analisis gas. Namun demikian, dalam perhitungan total gas buang (wet basis), kandungan air tetap ikut diperhitungkan.

Perhitungan net CV (kJ/kg)Net CV = Gross CV as fired coal - (2454 x (berat air sbg produk pembakaran + berat air dlm moisture)

Contoh 1:

100kg daf batu bara memiliki komposisi:

C : 89.3 %H : 5 %N : 1.5 %S : 0.8 %O : 3.4 %

Hitung berapa kebutuhan udara untuk membakar daf batu bara.

Contoh 2:

100kg Batu bara memiliki komposisi sbb.:

C : 89.3 %H : 5 %N : 1.5 %S : 0.8 %O : 3.4 %Ash : 8 %Moisture : 7 %

Gross CV : 36.000 kJ/kg

Hitung :

1. Kebutuhan udara untuk membakar batu bara tersebut.2. Hitung komposisi gas buang dari pembakaran batu bara tersebut.3. Net CV batu bara tersebut.

PENGAMBILAN DATA & PERHITUNGAN GCV (Gross Calorivic Value) atau HHC (Higher Heating Value):

DATA YANG DIPERLUKAN:

Room temperature = TR = ºC

Weight of air dried coal sample = W = g

Volume of water in Calorimeter = V = 2500 ml

Density of Water at TR = ρw = g/cc

Mass of water = M = (density × volume) = g

Specific heat of water at TR = CP = cal / g . °C

Initial temperature of water T1 = ºC

Final temperature of water T2 = °C

Maximum rise in temperature ΔT = T2 – T1 = °C

GCV=(W C+M )×C p×∆T

W=…cal /g

Dimana: Wc adalah water equivalent dari perlengkapan calorimeter

Yang ikut panas selama proses pengambilan data dengan calorimeter tidak saja air tapi juga

perlengkapannya seperti metal of bomb, stirrer, thermometer dan calorimeter nya sendiri,

sehingga dianggap perlu untuk mengetahui panas yang terserap oleh perlengkapan tersebut yang

menyebabkan temperatur meningkat 1°C.

Water equivalent dapat dihitung dengan menjumlahkan hasil perkalian berat perlengkapan

calorimeter dengan specific heats dari masing-masing perlengkapan, diantaranya: Steel Bomb,

Copper Calorimeter, Brass Stirrer and glass thermometer. Sehingga:

WC=[ (M b×CPSteel )+(M c×CPCopper )+ (M s×CPBrass )+ (M t×CPGlass ) ]Dengan menggunakan persamaan di atas, Wc adalah 4800 g.

PARAMETER ANALISIS BATU BARA

PROXIMATE ANALYSIS ULTIMATE ANALYSISMoisture Unsur C, H, O, S, NVolatile matterAsh AshFixed Carbon Heating valueTerkadang unsur Sulfur, PhosphorPengambilan datanya : Relatif cepat. Mudah pelaksanaannya.

Beberapa penamaan untuk analisa batu bara: Run-of-mine coal As-received (diterima setelah ukuran batu baranya diperkecil) Air-dried Dry-coal d-a-f (dry ash free) d-m-m-f (dry mineral matter free) Mineral matter free