3/19/2013

1

Ir. Nur Rokhati, MT

Magister Teknik Kimia Fakultas Teknik UNDIP

TEKNOLOGI

KONVERSI

BATUBARA

Jenis Konversi Batubara

Padat :

Briket batubara

Cair :

Likuifaksi batubara

Campuran batubara-air

Gas:

Gasifikasi

Pirolisis

3/19/2013

2

GasifikasiBahan bakar gas relatif lebih bersih dan mudah penggunaannya.

Potensi pemanfaatan bahan bakar gas dari batubara:

Produksi gas bahan bakar (fuel gas) untuk industri, pembangkit listrik

Produksi gas sintesa untuk industri kimia, misal: amoniak, metanol, bahan bakar cair.

Produksi methan

Gasifikasi batubara biasanya dilakukan pada tekanan hingga 50 bar menggunakan oksigen yang berasal dari udara.

Reaksi dasar gasifikasi: gasifikasi dengan oksigen dan udara

(pembakaran parsial)

C + ½ O2 CO H = - 123 kJ/mol

Gasifikasi dengan karbondioksida

C + CO2 2 CO H = 160 kJ/mol

Gasifikasi dengan uap (reaksi gas-air)

C + H2O CO + H2 H = 119 kJ/mol

Pada umumnya panas diperlukan untuk memperoleh reaksi gasifikasi secara menyeluruh yang disediakan melalui reaksi pembakaran :

C + O2 CO2 H = - 406 kJ/mol

Reaksi yang lain : Reaksi pergeseran gas – air :

CO + H2O CO2 + H2 H = - 41 kJ/mol

Methanasi :

CO + 3H2 CH4 + H2O H = - 206 kJ/mol

Hidrogenasi :

C + H2 CH4 H = -87,4 kJ/mol

3/19/2013

3

Kandungan terbesar dari batubara adalah karbon. Unsur H,O, N, dan S tergantung dari jenis batubara.

Senyawa yang dihasilkan dari proses gasifikasi :

Gas yang bisa dimanfaatkan : CO, H2, CH4

Gas yang perlu dihilangkan : H2S, NH3

Gas inert : CO2, H2O, N2

Variabel yang berpengaruh terhadap produk gas : Jumlah reaktan (perbandingan reaktan), jenis batubara, suhu, tekanan, waktu tinggal.

Metoda proses gasifikasi: Fixed Bed

Batubara bara (0,6 – 5 mm) masuk ke bagian atas reaktor dan unggun bergerak kebawah karena gravitasi. Stem dan udara masuk dari bagian bawah reaktor. Gas produk keluar bagian atas reaktor dan abu keluar bag bawah reaktor.

3/19/2013

4

Metoda proses gasifikasi:

Fluidized Bed

Umpan batubara (< 0,5 mm) difluidisasikan oleh media gasifikasi (oksigen/steam) melalui dasar reaktor.

Entrained Bed.

Pada sistem ini batubara yang telah dihaluskan dimasukkan kedalam aliran gas pereaksi dan dihembuskan melalui sistem sehingga batubara memiliki waktu tinggal yang sama didalam sistem sebagai gas

BAHAN BAKAR CAIR

keuntungan : mudah ditransportasikan, mudah dinyalakan dan dibakar tanpa meninggalkan limbah padat, lebih bersih, mudah disimpan dan ditransportasikan.

Proses pembuatan bahan bakar cair dari batubara :

Pencairan batubara (Coal Liquefaction)

Pencairan secara tak langsung.

Pencairan Langsung

Campuran batubara – air (coal water mixture)

Pirolisis batubara

3/19/2013

5

PENCAIRAN BATUBARA

(COAL LIQUEFACTION)

Proses konversi batubara menjadi bahan bakar cair pada dasarnya adalah penambahan hidrogen (hidrogenasi) pada suhu dan tekanan yang tinggi dengan bantuan katalis dan pelarut (solvent) ke dalam batubara.

Produk cair (heavy oil) yang dihasilkan kemudian didistilasi sehingga menghasilkan minyak ringan (light oil), dan minyak tengah (midle oil) yang dapat digunakan untuk bahan bakar kendaraan (sesuai spek bensin) dan bahan bakar lain (minyak tanah, naftha).

Batubara yang digunakan biasanya jenis : bituminus, subbituminus, dan batubara muda (brown coal).

Pencairan secara tak langsung.

Tahapan proses: Gasifikasi batubara menjadi gas sintesa

(CO dan H2)

Pembersihan gas dari debu, sulfur dan CO2.

Untuk mendapatkan perbandingan mol reaktan CO dan H2, sebagian dari gas tersebut dimasukkan ke dalam reaktor konversi untuk proses reaksi katalitik CO dan steam menghasilkan gas H2.

Gas CO dan H2 yang sudah dibersihkan diumpankan ke Fischer-Tropssch dimana gas tersebut bereaksi dengan katalis tertentu pada suhu 220 – 3300C dan tekanan 20 – 40 bar untuk menghasilkan hidrokarbon cair.

Hidrokarbon cair didistilasi untuk menghasilkan bahan bakar cair bensin, minyak tanah, dan solar. Hasil samping menghasilkan metana dan etana.

3/19/2013

6

Pencairan Langsung Batubara muda dihancurkan menjadi

partikel halus kemudian dibuat slurry dengan katalis dan solven.

Gas hidrogen dimasukkan kedalam slurry sehingga terjadi reaksi hidrogenasi pada suhu 4300C – 4500C dan tekanan 15 – 20 Mpa.

Fluida hasil reaksi hidrogenasi didistilasi untuk memisahkan minyak menengah (midle oil) dan naptha.

Minyak berat dari hasil distilasi dihilangkan abunya (deashing) menggunakan settler.

Minyak berat bebas abu dihidrogenasi lanjut dengan menggunakan katalis dalam reaktor fix bed untuk dikonversikan menjadi naptha dan midle oil.

Minyak berat hasil distilasi digunakan sebagai solven pada proses lanjut.

Mengingat indonesia memiliki cadangan batubara yang sangat besar (36 miliar ton), dan sebagian besar merupakan batubara muda (sekitar 70%), maka teknologi pencairan batubara perlu dikaji lebih dalam mulai sekarang.

CAMPURAN BATUBARA AIR (coal water mixture)

Konsep:

Bahan baku batubara digiling sampai ukuran maksimum 250 mikron, kemudian dilakukan proses pencucian untuk menghilang kan mineral yang terkandung.

Pencucian mineral dapat dilakukan dengan perendaman batubara dalam larutan kimia. Dengan pengadukan, mineral dengan larutan kimia akan membentuk buih, dan partikel batubara akan mengendap dibagian dasar tangki. Sehingga mineral bisa dipisahkan.

Batubara bersih dihancurkan lagi untuk memperoleh ukuran yang sesuai (200 mesh) kemudian dicampur dengan air. Komposisi batubara air : 70% batubara , 30% air.

CBA banya digunakan di PLTU, pabrik semen, pembangkit uap dll. Syarat penggunaan CBA adalah waktu tinggal tetesan harus cukup lama pada suhu tinggi, sehingga airnya menguap dan partikel batubara dapat nyala.

3/19/2013

7

BRIKET BATUBA

RA

Briket batubara adalah bahan bakar padat dengan bentuk dan ukuran yang sesuai, yang terdiri dari partikel-partikel batubara atau kokas yang dimampatkan dengan daya tekan tertentu atau tanpa bahan pengikat sehingga bahan bakar tersebut mudah dimanfaatkan.

Briket yang dibuat dari batubara jenis coklat (brown coal) dan lignit pada umumnya tidak diperlukan bahan pengikat (tar, aspal, kanji, dll). Sedangkan untuk jenis bituminus dan antrasit pada umumnya dibutuhkan bahan pengikat sekitar 3-12%.

Syarat briket batubara yang baik Mudah dinyalakan

Tidak mengeluarkan asap berlebihan dan berbau

Gas hasil pembakaran tidak mengandung gas beracun

Secara fisik briket harus kuat atau tidak mudah pecah jika ditransportasikan.

Kedap air dan tidak berjamur atau degradasi jika disimpan dalam waktu yang cukup lama.

Memiliki kandungan abu yang rendah (< 7% basis kering)

Menunjukkan unjuk kerja pembakaran (lamanya, laju, dan suhu puncak pembakaran) yang baik dalam tungku khusus.

Harga briket harus bisa bersaing dengan bahan bakar lain.

3/19/2013

8

Dengan karbonisasi

Tujuan karbonisasi adalah mengasilkan batubara tanpa asap yaitu dengan membuat menjadi semikokas dengan kadar zat terbang sekitar 8-15%.

Proses karbonisaasi: Batubara dimasukkan kedalam kiln/oven carbonizer pada suhu sekirar 500-600 0C selama 5-6 jam. Kemudian semikokas dihancurkan sehingga ukurannya 7 mesh. Setelah itu dibuat adonan dengan mencampur semikokas dan kanji. Adonan dicetak dibawah tekanan antara 100 – 400 kg/cm2. Hasil cetakan briket dikeringkan.

Mengingat jenis batubara di Indonesia merupakan batubara bituminus dan subituminus, yang kadar zat terbang (volatile matter) dan kadar air cukup tinggi, maka untuk menghasilkan briket batubara yang tidak berasap dan tidak berbau lebih baik digunakan proses ini

Tanpa karbonisasi

Pada proses pembuatan briket batubara tanpa karbonisasi, pembuatan dapat dilakukan secara langsung tanpa pemanasan dengan tungku/oven. Kualitas dan karakteristik briket yang dihasilkan sangat tergantung pada jenis bahan baku batubara yang digunakan.

Syarat : Briket batubara harus dibakar dari atas kebawah dan

tidak boleh terbalik Harus terjadi pembakaran sempurna, sehingga tidak

timbul asap dan bau (design tungku disesuaikan) Terlepasnya zat terbang akibat pemanasan harus diatur

sehingga bisa habis terbakar (pengaturan kekuatan tekanan pada waktu pencetakan briket)

Pertimbangan briket tanpa karbonisasi : Mudah dinyalakan Alat yang digunakan sederhana Investasi murah Teknologi sederhana Biaya produksi murah.

3/19/2013

9

Pengujian karakteristik briket batubara: Sifat fisik : kelembaban, kekuatan,

densitas, ketahanan abrasi

Pengujian kimia: kadar zat terbang (volatile matter), nilai kalor, kadar karbon tetap, kadar sulfur.

Karakteristik pembakaran: kemampuan untuk nyala, laju pembakaran, suhu puncak, bau asap,

Pengujian gas hasil pembakaran: O2, CO, CO2, NOx, SOx

Penampilan: bentuk dan ukuran yang sesuai, kemasan terhadap cuaca.

Jenis tungku agar dapat diperoleh pembakaran sempurna.

Briket bio-batu bara:atau dikenal dengan bio-briket, selain kapur dan zat perekat, ke dalam campuran ditambahkan bio-masa sebagai substansi untuk mengurangi emisi dan mempercepat pembakaran. Bio-masa yang biasanya digunakan berasal dari ampas industri agro (seperti bagas tebu, ampas kelapa sawit, sekam padi, dan lain-lain) atau serbuk gergaji.

briket bio-batubara yang diberi imbuhan kapur mampu menekan emisi sampai 50%.

3/19/2013

10

Pirolisis

Pirolisis merupakan suatu proses pembakaran tanpa melibatkan oksigen pada temperatur tinggi.

Pada proses pirolisis batubara akan terjadi perengkahan/peruraian dari struktur senyawa batubara yang sangat kompleks ke senyawa yang lebih sederhana.

Produk yng dihasilkan dari pirolisis adalah minyak, arang dan gas sintetik atau syngas.

Minyak dapat dipergunakan sebagai bahan bakar untuk motor bensin dan motor diesel.

Char atau arang merupkan sisa pirolis yang dapat dipergunakan sebagai bahan bakar padat (briket).

Syngas dapat menghasilkan energi listrik melalui turbin gas.

Pirolisis batubara merupakan metode yang efektif untuk menghasilkan material kimia yang bermanfaat seperti etana, metilen, benzena, dan toluen dll

Mekanisme Pirolisis

Bila batubara dipanaskan dalam lingkungan gas inert, ikatan – ikatan dalam batubara akan terlepas dan terurai membentuk berbagai macam radikal.

Radikal – radikal tersebut akan segera bereaksi membentuk material stabil berupa gas, zat cair (tar), zat padat (char).

Di dalam prosesnya, cincin aromatik yang membentuk batubara berubah dari rantai sisi (side chain) menjadi material – material tersebut.

Untuk dapat menambah tingkat keterambilan material – material itu, diperlukan pengontrolan terhadap kondisi reaksi penguraian batubara yang prosesnya berlangsung sangat singkat.

3/19/2013

11

Pirolisis Tar Batubara(Reaksi sekunder)

Menurut Wilson & Wells, pirolisis tir pada suhu > 600C struktur hidrokarbon ringan mulai pecah, parafin rantai pendek akan terdekomposisi menjadi karbon dan hidrogen, parafin rantai panjang akan terengkah menjadi olefin dan hidrogen.

Pada suhu > 700 C terjadi kondensasi senyawa olefin yang lebih besar seperti naften. Selanjutnya naften membentuk hidrogen dan aromatik.

Jika aromatik yang terbentuk mempunyai rantai panjang olefin, maka pada pemanasan selanjutnya rantai panjang itu akan putus sehingga terbentuk aromatik (benzen) atau aromatik sederhana seperti toluen dan xilen.

Terima Kasih