1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3....

37
BAB III BAHAN KIMIA DARI BATUBARA Kebanyakan bahan kimia dari batubara pada mulanya diperoleh melalui proses distilasi destruktif, yang menghasilkan terutama bahan-bahan aromatik. Beberapa tahun terakhir ini, sebagian besar zat aromatik, terutama benzena, toluena, xilena, naftalena dan metilnaftalena didapat dari pengolahan minyak bumi. Dengan semakin majunya penerapan konversi batubara secara kimia, lebih banyak lagi jenis bahan kimia yang bisa dibuat dari batubara. Batubara merupakan bahan bakar penting di Amerika Serikat, tetapi petrokimia merupakan sumber bahan baku dasar penting di industri, seperti industri zat warna, obat-obatan, pestisida dan elastomer serta bahan plastik. Batubara merupakan cadangan bahan baku yang mendapat perhatian dan terbesar di dunia. Batubara juga merupakan bahan sumber energi yang murah untuk pemanasan maupun pembangkit tenaga yang diperlukan untuk suatu proses. 3.1. DISTILASI DESTRUKTIF BATUBARA Bila batubara dipirolisis atao didistilasi dengan memanaskannya tanpa kontak dengan udara, ia akan terkonversi menjadi zat padat, zat cair dan gas. Jumlah dan sifat produk yang dihasilkan bergantung pada suhu pirolisis serta jenis batubara yang digunakan. Dalam praktek biasa, 59

Transcript of 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3....

Page 1: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

BAB IIIBAHAN KIMIA DARI BATUBARA

Kebanyakan bahan kimia dari batubara pada mulanya diperoleh melalui proses distilasi destruktif, yang menghasilkan terutama bahan-bahan aromatik. Beberapa tahun terakhir ini, sebagian besar zat aromatik, terutama benzena, toluena, xilena, naftalena dan metilnaftalena didapat dari pengolahan minyak bumi. Dengan semakin majunya penerapan konversi batubara secara kimia, lebih banyak lagi jenis bahan kimia yang bisa dibuat dari batubara. Batubara merupakan bahan bakar penting di Amerika Serikat, tetapi petrokimia merupakan sumber bahan baku dasar penting di industri, seperti industri zat warna, obat-obatan, pestisida dan elastomer serta bahan plastik. Batubara merupakan cadangan bahan baku yang mendapat perhatian dan terbesar di dunia. Batubara juga merupakan bahan sumber energi yang murah untuk pemanasan maupun pembangkit tenaga yang diperlukan untuk suatu proses.

3.1. DISTILASI DESTRUKTIF BATUBARABila batubara dipirolisis atao didistilasi dengan memanaskannya

tanpa kontak dengan udara, ia akan terkonversi menjadi zat padat, zat cair dan gas. Jumlah dan sifat produk yang dihasilkan bergantung pada suhu pirolisis serta jenis batubara yang digunakan. Dalam praktek biasa, suhu tanur kokas dijaga di atas 900oC, tetapi bisa juga berkisar antara 500oC sampai 1000oC. Produk utamanya (menurut beratnya) adalah kokas. Jika unit itu menggunakan suhu antara 450 sampai 700oC, proses itu disebut karbonisasi suhu rendah (low-temperature carbonization), jika suhu di atas 900oC disebut karbonisasi suhu tinggi (high-temperature carbonization). Pada karbonitasi suhu rendah jumlah gas yang dihasilkan kecil, sedangkan

59

Page 2: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

zat cairnya agak banyak, sedangkan karbonitasi suhu tinggi hasil gas lebih banyak dan zat cairnya sedikit.

Karbonitasi suhu rendah menghasilkan zat cair yang sangat berbeda dari yang dihasilkan pada karbonitasi suhu tinggi, walaupun batubara yang digunakan sama. Zat cair hasil karbonitasi suhu rendah mengandung lebih banyak asam ter dan basa ter dari pada zat cair karbonitasi suhu tinggi. Pada karbonitasi suhu tinggi, zat cair yang dihasilkan adalah air, ter, dan minyak ringan mentah. Produk gasnya berupa hidrogen, metana, etilena, karbon monoksida, karbon dioksida, hidrogen sulfida, amonia dan nitrogen. Produk lain selain kokas dikelompokkan sebagai bahan kimia batubara atau hasil-sampingan.

Distilasi destruktif batubara atau karbonitasi batubara, merupakan contoh yang mencolok mengenai konversi kimia atau proses pirolisis. Teori kimia pirolisis batubara menunjukkan langkah-langkah dekomposisi sebagai berikut :

1. Bila suhu dinaikkan, ikatan karbon-karbon alifatik putus lebih dahulu. Reaksi ini mulai berlangsung pada suhu di bawah 200oC.

2. Berikutnya, hubungan karbon-hidrogen putus pada suhu kurang lebih 600oC.

3. Eliminasi kompleks lingkar-hetero dan romatisasi secara berangsur merupakan reaksi penting yang berlangsung selama dekomposisi dan proses karbonisasi.

4. Bobot molekul antara berkurang secara teratur bersamaan dengan naiknya suhu. Air, karbonmonoksida, hidrogen, metana dan hisrokarbon lainnya terbentuk.

5. Dekomposisi berlangsung maksimum pada suhu antara 600 dan 800oC. Selama reaksi di atas bervariasi bergantung pada laju pemanasan dan suhu yang dicapai.

Bahan Ajar PIK I-60

Page 3: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Tabel 3.1. Bahan Kimia dari Batubara

Hill dan Lyon menyatakan bahwa batubara terdiri dari monomer in heterosiklik yang mempunyai rantai samping alkil yang tersusun dalam gugus C-C tiga dimensi dan mempunyai gugus oksigen fungsional(Gambar 3.2).

Bahan Ajar PIK I-61

Page 4: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Gambar 3.1. Anak cucu sebongkah batubara (Koppert Co., Inc.)

Bahan Ajar PIK I-62

Page 5: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Gambar 3.2. Contoh pirolisis batubara (menurut Fuchs dan Sanhoff)

3.1.1. SejarahKokas menjadi barang dagangan dari Cina lebih dari 2000 tahun

yang lalu, dan pada Zaman Tengah digunakan untuk keperluan rumah tangga. Namun, pembuatan kokas dalam tanur baru pertama kali dilakukan pad tahun 1620. Sampai pertengahan abad ke-19, ter batubara dan produk yang berasal dari ter batubara masih dianggap sebagai limbah. Sintesis zat warna dari ter batubara oleh Sir William Perkins (1956) menyebabkan permintaan ter batubara melonjak sehingga bahan itu menjadi komersial dan nilainya terus meningkat. Dengan penemuan zat warna ungu cerah (mauve) pada waktu mencoba melakukan sintesis membuat kinina zat warna ter batubara. Pada tahun 1972, percobaan untuk membuat gas dari batubara pertama kali berhasil dilakukan oleh William Murdoch, sehingga penerangan jalan di London dapat dilakukan dengan gas pada tahun 1812. Tanur-baterai semet solvay yang pertama dibangun pada tahun 1883 di Syracause, New York.

3.1.2. Penggunaan dan EkonomiKokas merupakan produk yang tersebar tonasenya hasil

distilasi batubara. Kebutuhan akan kokas bergantung pada kebutuhan akan baja. Kira-kira 98% produk ter batubara didapat dari tanur hasil

Bahan Ajar PIK I-63

Page 6: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

sampingan (by-product oven). Tabel 4.2 merupakan data mengenai bahan aromatik mentah dari batubara dan migas (petroleum). Sampai beberapa tahun terakhir ini bahan aromatik mentah dan senyawa-senyawa murni yang didapat dari bahan aromatik itu hampir seluruhnya berasal dari ter batubara. Dewasa ini, dengan banyaknya aromatik yang dihasilkan industri migas, hasil utama dari distilasi batubara beralih menjadi penyediaan kokas untuk industri baja. Produk-produk cairnya, yang terdiri dari ter batubara dan cairan amonia, jumlahnya tidak sebesar jumlah zat padat dari distilasi batubara, namun penting untuk tanur pemulihan bahan kimia. Sebagian ter batubara itu masih digunakan sebagai bahan bakar, pelapis atap dan jalan. Bahan aromatik dari migas dan batubara dibuat menjadi zat warna, bahan antara, bahan obat-obatan, penyedap bau, wangi-wangian, resin, bahan kimia karet serta ribuan produk lain yang banyak digunakan di zaman kita.

3.2. PROSES KOKAS BATUBARAAda dua macam prosedur pengokasan batubara, yaitu proses

sarang tawon (bee-hive) dan proses hasil sampingan (by product). Proses sarang tawon merupakan proses yang sangat kuno. Pada tanur hasil sampingan, muatan berupa batubara, yang campurannya diatur dengan teliti, dipanaskan dari dua sisi sehingga kalor mengalir ke tengah, dengan demikian menghasilkan kokas yang lebih kecil dan lebih padat dari yang dihasilkan pada tanur sarang tawon. Batubara diisolasi dari warna sehingga tidak ada pembakaran yang terjadi di dalam tungku, kalor yang didapatkan seluruhnya didapat dari gas asap yang dialirkan pada sisinya. Kira-kira 40% dari gas, setelah hasil sampingnya dikeluarkan, dikembalikan dan digunakan untuk pembakaran di bawah baterai tanur kokas sebagian gas itu juga digunakan sendiri. Pengokasan sarang tawon sudah tidak digunakan lagi di Amerika Serikat karena hasilnya kecil, dilakukan secara tumpak dan menyebabkan pencemaran besar. Di beberapa Negara lain proses ini masih digunakan.

Bahan Ajar PIK I-64

Page 7: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

3.2.1. Proses Kokas Hasil SampinganTanur kokas hasil sampingan berupa ruang sempit, panjangnya

kira-kira 11-12m, tingginya 4m, dengan lebar yang sempit dari 0,4 sampai 0,6m pada satu ujungnya dan 0,35 sampai 0,4 pada ujung yang satu lagi. Tanur ini diisi dengan 15-25 t (t=1000 kg) batubara dan digunakan untuk mengkarbonisasi batubara dalam jumlah besar dan disusun seperti baterai 10 sampai 100 buah tanur. Susunan umum operasi tanur kokas hasil-sampingan dengan perlengkapannya dan peralatan pengolahan awal hasil sampingnya, disajikan pada Gambar 3.3.Tabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan)

Bahan Ajar PIK I-65

Page 8: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan

Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu bangunan bata yang paling rumit dan paling mahal. Pembangunannya memerlukan perhatian yang teliti atas rincian tekniknya. Tanur itu harus mampu menahan tegangan yang diembannya selama pemakaian dan harus tetap kedap gas setelah berekspansi besar karena pemanasan. Dinding tanur terbuat dari batu tahan api, saluran gas pemanas terdapat diantara tanur-tanur, sebagaimana dijelaskan dalam Gambar 3.4.

Bahan Ajar PIK I-66

Page 9: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Gambar 3.4. Kombinasi oven batuhan diferensial rendah underjet Kopper buka dengan sirkulasi gas buang.

Masing-masing tanur kokas hasil sampingan bekerja secara rindik (intermittent), tetapi setiap tanur memulai dan berhenti pada waktu yang berbeda, sehingga keseluruhan blok menghasilkan gas secara kontinyu dengan komposisi rata-rata sesuai dengan yang dikehendaki. Masukan yang terdiri dari batubara halus di angkut oleh kereta lori melalui lubang pemuat di bagian atasnya (biasanya 4 buah, tetapi pada Gambar 3.3. hanya terlihat dua) dan masuk ke dalam tanur yang dindingnya berada pada suhu sekitar 1100oC. Permukaan batubara di dalam tungku itu diratakan lalu lubang pemuatnya ditutup. Pemanasan berlangsung dan muatan dibiarkan di dalam tanur sampai mengkokas seluruhnya, sehingga tidak ada lagi zat yang menguap keluar. Suhu rata-rata di pusat muatan pada akhir pada akhir pemanasan sampai 980oC dan suhu gas pemanas rata-rata adalah 1290oC. Suhu ini berbeda-beda sesuai dengan kondisi operasi, waktu pengokasan, lebar tanur, jenis batubara, kandungan air dan kehalusan butiran. Tanur kokas hasil sampingan sekarang tidak lagi dioperasikan untuk membuat kokas berkualitas tinggi untuk pabrik baja. Pada akhir waktu pengokasan (biasanya 17 jam) pintu-pintu pada ujung tanur dibuka, dan seluruh massa yang merah panas itu didorong keluar melalui tanur dari ujung yang satu ke ujung yang lain dalam waktu kurang dari satu menit dengan alat pendorong bertenaga listrik. Kokas lalu jatuh ke dalam kereta pendingin yang

Bahan Ajar PIK I-67

Page 10: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

masing-masing dapat menampung muatan dari satu tungku. Kokas itu didinginkan mendadak, dengan siraman air, sehingga menjadi dingin dan tidak terbakar. Di Uni Soviet dan Jepang ada juga pabrik menggunakan dingin-kejut kering atau kuens kering (dry quenching) yang dapat memulihkan sebagian dari kalor sensibel.

Gas hasil distilasi destruktif batubara, beserta partikel zat cair yang ikut terbawa, dialirkan melalui leher angsa yang terbuat dari besi cor ke pipa baja horisontal, yang dihubungkan ke semua tanur dalam susunan seri. Pipa ini dikenal sebagai induk pengumpul (collecting main) atau kadang-kadang disebut juga induk hidrolik (hydroulic main). Ketika keluar dari tanur, gas itu disiram dengan campuran encer amonia-air. Operasi ini menyebabkan sebagian ter dan amonia terkondensasi dari gas ke zat cair. Zai cair itu bergerak di dalam pipa induk bersama gas dan masuk ke dalam tangki pengendap tempat terjadinya pemisahan berdasarkan berat jenis. Sebagian dari cairan amonia itu dipompa kembali ke pipa untuk membantu kondensasi, selebihnya ke pemasak amonia (Gambar 3.5.) tempat melepaskan amonia untuk penggabungan kimia kembali di dalam saturator (penjenuh). Seluruh ter itu dialirkan ke tangki penimbun untuk dimasukkan ke distilator (penyuling) ter atau sebagai bahan bakar. Beroperasi menggunakan suatu saluran dari tanur rendah yang dibuka secukupnya untuk mencegah penumpukan larutan bahan di tempat ini. Saluran dari tanur tinggi untuk larutan kapur dalam keadaan tertutup, kecuali jika dibersihkan.

Bahan Ajar PIK I-68

Page 11: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Gambar 3.5. Diagram penyulingan amonia

Gambar 3.3 dapat dibagi menjadi beberapa langkah, yang masing-masing menunjukkan aliran bahan ke berbagai peralatan yang kemudian dilakukan perlakuan fisika atau konversi kimia. Gambar 3.3 lalu dibagi atas urutan berkut :

- batubara diangkut, dihancurkan dan diayak- batubara dimuat ke dalam tanur panas yang kosong- batubara mengalami transformasi kimia menjadi kokas dan

bahan menguap melalui proses pirolisis- kokas panas disorong keluar dari tanur didinginkan mendadak

(kuens), lalu diangkut.- produk distilasi yang dapat dikondensasi dicairkan dan

dikumpulkan di dalam induk hidrolik.- gas busuk didinginkan, diekstraksi, amonia dipisahkan dari gas

sebagai amonium sulfat- gas didinginkan dan kandungan benzena dan toluennya

dipisahkan dengan jalan absorpsi dengan minyak jerami.- hidrogen sulfida disingkirkan- gas yang telah dimurnikan diukur dan disalurkan kepada

pelanggan.

Ter yang dipisahkan dari induk pengumpul dan ekstraktor ter, atau presipitator listrik diendapkan dari cairan amonia dan bersama minyak ringan, mendapat perlakukan berikutnya sesuai denga skema (Gambar 3.6). Pemasak jenis pipa yang digunakana adalah yang

Bahan Ajar PIK I-69

Page 12: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

menggunakan pemanasan radiasi. Pipa pemasukan ter mentah dapat dilihat pada bagian kanan bawah. Ter itu disaring dan dipompa melalui penukar kalor uap-ter, ekonomisator, penukar kalor pitch (gala) ter dan ke puncak bagian sepertiga bawah kolom distilasi dan keluar di bawah, lalu masuk melalui pompa sirkulasi ke pemasak pipa itu lagi (di mana ter mentah digabung denga 4 sampai 5 bagian pitch daur ulang dan terakhir ke puncak kolom distilasi). Uap hasil distilasi dipanasi dipanasi lebih lanjut, lalu keluar dari puncak kolom distilasi jenis piring dan masuk ke dasar kolom fraksinasi jenis sungkup gelembung dan dipisah menjadi empat fraksi, 1, 2, 3, 4 dan residu 5 yang keluar di bawah kolom distilasi. Pitch hasil 6 mengalir berjenjang dari puncak kolom distilasi melalui bagian yang mendapat perlakuak uap (steaming) yang dipanasi lebih lanjut sehingga diperoleh pitch dengan kekerasan yang diinginkan dan untuk mengeluarkan minyak yang dapat menguap dengan titik didih tinggi, dari pitch itu. Pitch itu ditarik dari atas bagian tengah kolom distilasi dan dibawa ke penimbunan, melalui penukar kalor pitch-ter.

Produknya ialah :

Untuk menjaga kemungkinan gagalnya pompa motor, disediakan pompa uap cadangan. Prinsip resirkulasi Wilton pitch panas pada 350oC, dicampur dengan ter mentah pada 120oC, menyebabkan suhu ter-pitch yang keluar dari pemasak pipa berkisar 350oC saja, dengan

Bahan Ajar PIK I-70

Page 13: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

demikian mencegah terjadinya perengkahan termal dan penguapan di dalam pipa pemasak.

Tanur koppers-Becker merupakan tanur cerobong vertikal yang paling banyak digunakan di Amerika Serikat. Gambar penampang tegaknya terlihat pada Gambar 3.4. Semua tanur ini berjenis regenerasi dan masing-masing mempunyai regenerator kalor, biasanya dari sisi ke bawah dari sisi yang satu lagi dan keluar melalui regenerator bawah. Aliran udara dan gas buang di bolak-balik dari sisi yang satu ke yang lain setiap setengah jam.

Kokas dan arang-char dapat dibuat dengan proses kontinu, tetapi produk cair dan kokas yang terbentuk sangat berbeda dari hasil sampingan tanur. Karbonisasi suhu rendah pernah dianggap sebagai cara yang cukup potensial untuk menghasilkan gas bahan bakar dan arang-char reaktif, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar tak berasap untuk pemanasan rumah tangga. Beberapa proses kontinu, misalnya reaktor Lurgi-Spulgas, sering berhasil digunakan di Eropa. Di Amerika Serikat, kebutuhan akan cairan karbonisasi suhu rendah tidak pernah besar dan arang charnya pun tidak banyak dipakai sebagai bahan bakar rumah tangga. Karena itu proses ini tidak pernah berkembang. Karbonisasi suhu tinggi kontinu biasanya dilakukan untuk menghasilkan gas sintesis dengan sedikit hasil kokas. Kokas halus suhu tinggi dapat dihasilkan oleh reaktor gas sintesis dan kemudian dikompakkan menjadi briket kokas metalurgi (formcoke) untuk tanur tinggi, tetapi pada saat ini tidak menguntungkan.

Bahan Ajar PIK I-71

Page 14: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Gambar 3.6. Diagram alir dari penyulingan batubara-ter yang berkesinambungan (tanpa dehidrasi ter)

Bahan Ajar PIK I-72

Page 15: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

3.2.2. Pengumpulan Bahan Kimia BatubaraCampuran gas yang keluar dari tanur terdiri dari gas permanen

yang menjadi gas batubara tanur kokas murni yang dijadikan bahan bakar, bersama uap air yang dapat dikondensasi, ter, minyak ringan, aprtikel padat, debu batubara, hidrokarbon berat dan senyawa karbon kompleks. Produk-produk penting yang dapat diambil dari uap, seperti benzena, toluena, xilena, minyak kreosot, kresol, asam kresilat, naftalena, fenol, xilol, piridina, kuilonina dan pitch sedang dan keras yang dapat digunakan sebagai bahan perekat (bider) elektrode, terjalan, atau pitch untuk atap. Masih banyak lagi bahan kimia yang terkandung dalam jumlah besar dan menunggu penggunaan yang penggumpulannya memungkinkan secara ekonomis. Gas mentah dari saluran induk dilewatkan ke kondensor primer dan pendingin pada suhu kira-kira 75oC. Di sini gas itu didinginkan dengan air sampai suhunya menjadi 30oC. Gas itu dibawa ke kipas pembuang yang lalu memapatkan gas itu. Pada waktu kompresi, suhu gas naik sampai 50oC. Gas itu lalu dialirkan ke ekstraktor gas, tempat gas itu terlempar keluar karena bertumbukan dengan permukaan logam. Di pabrik-pabrik yang lebih baru, ekstraktor ter gas itu membawa tiga perempat dari amonia dan 95 persen dan minyak ringanyang semula ada di dalam gas yang keluar dari tanur.

Gas dimasukkan ke dalam saturator atau penjenuh (Gambar 3.3) yang berisi larutan asam sulfat 5 sampai 10%, tempat amonia diserap dan membentuk kristal amonia sulfat. Gas itu masuk ke saturator melalui distributor yang yang ditempatkan di bawah permukaan cairan asam. Saturatur itu terbuat dari bejana tertutup dari baja berlapis kaca. Konsentrasi asam juga dijaga dengan menambahkan asam sulfat 60oBe’ dan suhunya dijaga 60oC dengan menggunakan pemanas ulang dan kalor netralisasi. Kristal amonium sulfat dikeluarkan dari dasar saturator dengan ejektor udara mapat, atau pompa sentrifugal dan dikeluarkan airnya di meja penetas, cairan induk dikembalikan ke dalam saturator. Garam itu dikeringkan

Bahan Ajar PIK I-73

Page 16: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

di dalam alat sentrifugasi, dimasukkan ke dalam kantong-kantong yang beratnya 50 kg.

Gas yang keluar dari saturator suhunya kira-kira 60oC dan dibawa ke pendingin atau kondensor akhir, tempat gas itu dibasuh dengan air sampai suhunya menjadi 25oC. Selama pendinginan itu, selama naftalena terpisah dan terbawa oleh air buang, kemudian dikumpulkan kembali. Gas itu lalu dimasukkan ke dalam pembasuh dengan minyak ringan atau bensol (Gambar 3.3) dengan medium absorbennya, suatu fraksi minyak berat yang dikenal sebagai minyak jerami (straw oil) atau kadang-kadang minyak ter batubara, dan disirkulasi pada 25oC. Minyak jerami disemprotkan dari puncak menara absorpsi sedangkan gas mengalir dari bawah ke atas. Pembasuh (scrubber) biasanya mempunyai isian (packing) logam yang fungsinya untuk memperluas permukaan kontak, di masa lalu untuk itu digunakan kisi-kisi kayu. Minyak jerami menyerap minyak ringan sebanyak 2 sampai 3 persen beratnya dengan efesiensi penyingkiran kira-kira 95% dari uap minyak ringan yang terdapat di dalam gas.

Minyak jerami yang sudah kaya dengan minyak ringan, setelah dipanaskan di dalam penukar kalor dengan uap dari pemasak minyak ringan dan kemudian dengan minyak panas yang sudah keluar bensolnya yang berasal dari pemasak, dilewatkan ke dalam kolom pelucut di mana minyak jerami, yang mengalir ke bawah, dikontakkan dengan uap aktif. Uap minyak ringan dan uap (steam) mengalir ke atas dari pemasak melalui penukar kalor ke kondensor dan separator air, Minyak jerami kurus (sudah dilucuti) dibawa kembali ke dalam penukar kalor, lalu ke pembasuh. Gas yang sudah dilucuti amonia dan minyak ringgannya, dibersihkan lagi kandungan belerangnya di dalam kotak-kotak pemurni berisi oksida besi di atas serutan kayu atau dengan larutan etanolamonia di dalam menara pembasuh.

Bahan Ajar PIK I-74

Page 17: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Prosedur lain menggunakan amonium fosfat untuk menyerap amonia NH4H2PO4 menyerap ammonia dan membentuk fosfat yang lebih basa seperti (NH4)2HPO4 dan (NH2)3PO4 yang kemudian dikembalikan ke bentuk semula denga uap air yang membebaskan amonia. Cara ini dilakukan dalam proses Phosam. Dalam siklus absorpsi yang representatif, larutan fosfat 40% kurus (ratio molar NH3/H3PO4 kurang dari 1,5) akan menyerap semua NH3 yang ada, kecuali barang kali seangin. Larutan amonium fosfat itu didihkan kembali di dalam menara distilasi tempat uap NH3 dan larutan amonium fosfat ringan dipisahkan untuk digunakan kembali.

3.2.3. Karbonisasi Suhu RendahDewasa ini sudah banyak dilakukan penelitian dan percobaan

yang dilakukan mengenai karbonisasi batubara pada suhu antara 400 sampai 600oC dengan tujuan untuk menghasilkan produk cairan yang maksimum serta produk semikokas (char) yang mengandung 8-20% bahan yang dapat menguap (volatile). Disini jumlah dan produknya tergantung pada jenis batubara, suhu dan perlakuannya. Pada Tabel 3.3 dan Tabel 3.4 ditunjukkan perbedaan antara kandungan gas dan hasil produk pada sistem suhu tinggi dan suhu rendah. Pabrik Disco di McDonald, Pa. (Amerika Serikat) menggunakan proses karbonisasi suhu rendah yang kapasitas hariannya untuk mengkonversi yang kadar bahan menguapnya tinggi menjadi 800 t Disco chart yang merupakan bahan bakar rumah tangga. Ternyata dijual dan dimurnikan untuk menghasilkan minyak asam ter (tar-acid oil), asam ter, kreosot dan pitch bahan bakar. Gasnya, sesudah zat cairnya dipisah, digunakan untuk pembakaran di dalam tanur. Suhu maksimum pada proses itu adalah 570oC.

Bahan Ajar PIK I-75

Page 18: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Tabel 3.3. Hasil karbonisasi batubara per ton metrik (tergantung pada batubara dan kondisi yang digunakan)

Suhu tinggi, kg

Suhu rendah, kg

Kokas tanur 715 -Kokas halus 46,5 -Semikokas (12% atsiri) - 720Ter 39 75Amonium sulfat 10 9Minyak ringan 10 8Gas 1750 125

Tabel 3.4. Perbedaan gas hasil karbonisasi batubara suhu rendah dan suhu tinggi

3.3. DISTILASI TER BATUBARABatubara adalah campuran dari berbagai unsur kimia,

kebanyakan aromatik, yang komposisinya sangat bervariasi (Gambar 3.2 dan Gambar 3.7). Ter ini merupakan hasil samping dari distilasi destruktif atau pirolisis batubara. Kebanyakan ter yang dihasilkan di Amerika Serikat kebanyakan adalah hasil pembuatan kokas pada suhu tinggi. Kualitas dan kuantitas ter yang berasal dari operasi ini bermacam-macam,bergantung pada laju produksi tanur dan karakteristik batubara yang digunakan. Gravitas spesifiknya berkisar antara 1,15 sampai 1,2 dan kuantitasnya berkisar antara 30-45 L ter/ton metrik batubara. Contoh ter komposisi ringan terlihat pada Gambar 3.7. Produk akhir distilasi (Gambar 3.6) ter batubara adalah pitch biasanya lebih dari 60% ter mentah. Distilasi dilakukan untuk

Bahan Ajar PIK I-76

Page 19: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

membuat produk akhir yang dapat dijual dan memisahkan bahan-bahan yang bernilai menjadi produk yang berguna. Pabrik yang modern yang dilengkapi dengan kolom fraksionasi (Gambar 3.6 dan 3.8) untuk distilasi pertama. Hasilnya biasanya masih harus difraksionasi secara lebih tajam dengan tumpang tindih yang minimum. Proses ini juga harus ekonomis dari segi termal dan tanurnya (Gambar 3.6 dan Gambar 3.9 ) dirancang dan dikonstruksi sedemikian rupa sehingga hanya memerlukan perbaikan kecil, demikian pula penggunaan bahan bakarnya. Produknya kecil-kecil, tidak ada yang lebih dari 0,5 % ter mentah.

Gambar 3.8. Kolom distilasi fraksionasi (tinggi 45 m) di Clairton, Penn., untuk memproduksi benzena, toluena dan

xilena berkualitas tinggi.3.3.1. Metode Distilasi

Bahan Ajar PIK I-77

Page 20: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Selama bertahun-tahun ini distilasi ter betubara mengalami banyak pernyempurnaan. Metode distilasinya dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar :1. Pemasak tumpak (batch still) 10.000 sampai 30.000 L (kuno, tetapi

masih ada beberapa yang beroperasi), banyak mengalami penyempurnaan dan digunakan untuk produk akhir khusus, seperti email pipa (Gambar 3.9).

2. Pemasak kontinu, dengan satu kolom distilasi dan menggunakan arus samping (Gambar 3.9).

3. Pemasak kontinu dengan beberapa kolom dengan pendidih ulang (reboiler, Gambar 3.8). Operasinya disempurnakan dengan mengadakan sirkulasi residu.

Gambar 3.9. Pemasak distilasi ter proses tumpak beraduk (Reily Tar and Chemical Co.).

Bahan Ajar PIK I-78

Page 21: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Gambar 3.7. Produk-produk utama dari ter batubara.

Bahan Ajar PIK I-79

Page 22: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

Distilasti ter batubara mentah sebagaimana biasanya diperoleh dan produk-produk yang didapatkan. Persen hasil yang dinyatakan dalam ukuran kotak menunjukkan nilai rata-rata atas dasar ter semula. Hasil ini berbeda-beda tergantung pada kondisi dan jenis batubara. Batubara lain yang mempunyai grafitas spesifik 1.1 sampai 1.2 menghasilkan analisis sebagai berikut : benzol dan toluol (benzena dan toluena mentah) 1%, minyak ringan lain 0,7%, fenol 0,3%, naftalena 4,3%, minyak kreosot 28,3%, antarasena 0,3% dan pitch 64,8%.

3.3.2. Produk DistilasiPraktek modern, misalnya penggunaan pemasak pipa dan

kolom fraksionasi, dapat menghasilkan fraksi dengan potongan tajam yang biasanya tidak memerlukan pemurnian lagi. Gambar 3.6 menunjukkan fraksi yang diperoleh dari distilasi biasa, yang sesuai dengan ter batubara dan kondisinya.

1. Minyak ringan biasanya mengandung fraksi sampai 200oC. Mula-mula difraksionasi secara kasar dan kocok pada suhu rendah dengan asam sulfat pekat, dinetralisasi dinetralisasi dengan soda kaustik, didistilasi ulang, sehingga menghasilkan benzena, toluena dan homolognya (Tabel 3.5).

2. Minyak tengahan atau minyak kreosot, biasanya adalah fraksi dari 200 sampai 205oC, yang mengandung naftalena, fenol dan kresol. Naftalena diendapkan keluar dengan mendinginkannya, dipisahkan dengan sentrifugasi dan dimurnikan dengan sublimasi. Setelah naftalena dikeluarkan, fenol dan asam ter lainnya diperoleh melalui ekstraksi dengan larutan soda kaustik 10% dan netralisasi atau dengan mengeluarkannya (springing) dengan karbon dioksida. Produk-produk itu lalu difraksionasi dengan distilasi.

3. Minyak berat, yaitu fraksi 250 sampai 300oC, atau bisa juga dibelah menjadi minyak tengahan dan minyak antarasena.

Bahan Ajar PIK I-80

Page 23: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

4. Minyak antarasena, biasanya fraksi dari 300 samapi 350oC. Minyak ini dicuci dengan berbagai pelarut untuk memisahkan fenantrena dan karbazol, zat padat yang tersisa adalah antarasena.

Tabel 3.5. Contoh komposisi minyak ringan dari gas.

3.2.3. Berbagai Penggunaan Ter BatubaraSebagian besar ter batubara yang dihasilkan masih digunakan

sebagai bahan bakar. Ter batubara juga digunakan untuk jalan dan atap. Untuk itu, ter didistilasi sampai mulai terjadi komposisi termal. ”Ter dasar” (base tar) ini diminyaki kembali (diencerkan) dengan minyak kreosot sehingga mengering dengan cepat. Ter itu juga dipakai untuk impregnasi lahan dan kertas agar kedap air.Tabel 3.6. Beberapa penyusun penting dalam ter batubara Eropa.

Bahan Ajar PIK I-81

Page 24: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

3.2.4. Fraksionasi dan Pemurnian Bahan Kimia Ter Batubara Karena ketatnya persaingan bahan kimia aromatik yang berasal

dari migas, minat terhadap bahan aromatik batubara sementara ini agak berkurang. Pada waktu yang lalu ter batubara merupakan satu-satunya sumber piridina, tetapi naiknya permintaan dewasa ini banyak dipenuhi dengan proses sintesis yang menggunakan aldehid dan amonia. Hal yang sama terjadi pula pada fenol. Di Eropa tempat yang banyak mengandung batubara dan sedikit migas, perhatian terhadap bahan padat yang bisa diperoleh dari ter batubara. Produk yang berpotendi paling besar adalah fenantrena (bahan yang nomor dua terbanyak terdapat di dalam ter batubara) yang menurut perkiraan Franck ada 250.000 t yang dapat dipulihkan setiap tahun di dunia barat jika cara pemakaian yang menguntungkan bisa ditemukan. Perkiraan ini didasarkan atas pemulihan total 107 t ter batubara denagn hasil 50%. Antarakuinon adalah bahan dasar zat warna, tetapi sekarang lebih murah bila disentesis dari ftalax anhidrid daripada mengoksidasi antarasena.

3.4. BATUBARA MENJADI BAHAN KIMIAPada bagian ini akan ditinjau proses-proses yang masih tersisa,

kecuali yang telah direncanakan untuk dibahas pada bab lain. Ekstraksi batubara dan lignit dengan pelarut sudah pernah dicoba pada suhu di atas dan di bawah 300oC dengan atau tanpa hidrogenasi ringan. Ekstrasi sederhana batubara pada suhu rendah hampir tidak menghasilkan produk bernilai apapun, kecuali lilin montan (montan wax) dan ini bisa diperoleh dari lignit dengan lebih murah. Istilah ”Ekstraksi dengan pelarut” (solvent Extraction) biasanya disalahpahami untuk menyatakan perlakuan suhu tinggi yang sekaligus mendepolimerisasi dan hidrogenasi batubara. Mestinya proses batubara yang menggunakan solven dinamakan solvolisis (batubara yang dimurnikan dengan solvent). Dow Chem. Co melakukan percobaan dengan oksidasi kaustik dan menghasilkan asam batubara aromatik polifungsional dengan berat molekul tinggi,

Bahan Ajar PIK I-82

Page 25: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

yang juga digunakan sedikit di dalam resin termoset dan film larut-air. Pemulihan batubara dari belerang tidak mudah, namun makin banyak dilakukan. Di negara-negara yang kekurangan belerang (H2S dari gas dan belerang dari kubah garam), melakukan pemulihan pirit dari batubara dan hasilnya mencapai 10.000 t setahun di Inggris dan Jerman. Sulfonasi digunakan secara terbatas untuk pembuatan resin pertukaran ion dalam penukaran air.

3.4.1. Hidrogenolisis (Hidrogenasi Pirolisis)Berbagai penelitian dilakukan di Amerika dan negara lain

mengenai hidrogenasi katalitik dan langsung terhadap batubara. Kebanyakan proses ini berupa hidrogenolisis atau hidrogenasi (metanasi) produk pirolisis batubara. Proses ini dirancang untuk menghasilkan gas yangnilai kalornya bersaing dengan gas bumi atau untuk membuat bahan bakar motor di negara-negara yang miskin sumber daya migas. Proses ini berhasil, namun memerlukan biaya yang tinggi dan sebagian besar batubara tersisa sebagai karbon. Pembuatan bahan bakar motor ini kebanyakan dilakukan untuk memenuhi kebutuhan di masa perang, kecuali Afrika Selatan. Dewasa ini penggunaan batubara untuk membuat bahan kimia yang lebih murah terutama melalui jalur hidrogenasi katalitik dan proses-proses lain yang biasanya dikelompokkan sebagai ”pemurnian batubara” (coal refining) dan dilakukan bersama pemisahan zat cair, pengkokasan, penghidrorengkahan (hydrocracking) dalam suasana hidrogen, tanpa mengusahakan hidrogenasi total batubara karena cara ini sudah pasti tidak ekonomis.

3.4.2. Penelitian BatubaraUsaha penggalakan penelitian batubara, baik mengenai

penyiapan maupun menggunaannya, banyak dilakukan oleh berbagai instansi pemerintah Amerika Serikat. Investasi di bidang ini mulai

Bahan Ajar PIK I-83

Page 26: 1 · Web viewTabel 3.2. Produksi Ter dan ter mentah di Amerika Serikat(dalam jutaan) Gambar 3.3. Proses tanur kokas hasil sampingan Tanur kokas hasil sampingan merupakan salah satu

bergeser dari instansi pemerintah ke swasta setelah kekhawatiran krisis energi mulai berkurang. Krisis energi pada tahun 1973 dan 1974, meningkatnya kebutuhan AS akan bahan bakar dan melonjaknya harga minyak sampai empat kali, telah memperbaiki posisi batubara terhadap minyak sebagai bahan baku. Perubahan ekonomi minyak ke batubara memerlukan investasi besar untuk pabrik-pabrik yang jauh lebih besar dari investasi yang ada sekarang di industri migas.

3.5. GALERI FOTO BAHAN KIMIA DARI BATUBARA

Bahan Ajar PIK I-84