TUGAS MATA KULIAH TEKNOLOGI BATUBARA

Dosen Pengajar : Selpiana, S.T.,M.T

DISUSUN OLEH:

Achmad Ryno Putraritama 03031381380024

Ayu Risky Utami 03031381320030

Chandra Fitri Kolakaningrum 03031381320018

Indah Puspa Sari 03031381320046

Novi Retnosari 03031381320036

Riska Damayanti 03031381320048

Wanda Yunita 03031281320016

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA PALEMBANG

TAHUN AJARAN 2015

HUBUNGAN ANTARA UNSUR-UNSUR ANALISA ULTIMAT DENGAN

ANALISA PROKSIMAT

Analisa Ultimat (analisa elementer) adalah analisa dalam penentuan jumlah unsur

Karbon (Carbon atau C), Hidrogen (Hydrogen atau H), Oksigen (Oxygen atau O), Nitrogen

(Nytrogen atau N) dan Sulfur (Sulphur atau S).

Komponen organik batubara terdiri atas senyawa kimia yang terbentuk dari hasil

ikatan antara karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen dan sulfur. Analisa ultimat merupakan

analisa kimia untuk mengetahui presentase dari masing-masing senyawa. Dari hasil analisa

tersebut, penggunaan batubara khususnya PLTU dapat memperkirakan secara stoikiometri

udara yang akan dibutuhkan dalam pembakaran batubara nanti. Persamaan yang digunakan

untuk menentukan jumlah udara yang dibutuhkan dalam pembakaran secara teoritis adalah

sebagai berikut :

Dimana :

A/F adalah perbandingan udara-bahan bakar teoritis, satuan kg udara/kg bahan bakar.

C, H, S dan O adalah kandungan C, H, S dan O dalam batubara basis begitu terbakar atau

diterima (as fired atau as received)

Nilai 0,232 adalah jumlah oksigen dalam udara.

Karbon dan Hidrogen

Karbon dan hidrogen dalam batubara merupakan senyawa kompleks hidrokarbon

yang dalam proses pembakaran akan membentuk CO2 dan H2O. Selain dari karbon, mineral

karbonat juga akan membebaskan CO2 selama proses pembakaran batubara berlangsung,

sedangkan H2O diperoleh dari air yang terikat pada tanah liat. Analisa ini sangat penting

untuk menentukan proses pembakaran, terutama untuk penyediaan jumlah udara yang

dibutuhkan.

Untuk penentuan karbon dan hidrogen dalam batubara yang mempunyai rank

rendah digunakan cara Liebig, karena batubara yang banyak mengandung volatile matter

tinggi dapat meledak bila dipanaskan sampai suhu tinggi. Namun, penetapan kadar karbon

dan hidrogen sesuai metode ASTM D 5373-02 adalah dengan menggunakan Teknik Infra

Red (IR).

Pada metode ASTM D 5373-02, contoh batubara dibakar pada temperatur

tinggi dalam aliran oksigen sehingga seluruh hidrogen diubah menjadi uap air dan karbon

menjadi karbondioksida. Uap air dan karbondioksida ditangkap oleh detektor infra red.

Melalui detektor inilah kandungan karbon dan hidrogen dapat dibaca.

Berikut adalah hubungan dengan analisa proksimat :

a. Karbon dengan Nilai Kalor

Karbon yang terdapat dalam batubara bertambah sesuai dengan kenaikan peringkat

batubara dari kira-kira 40% sampai 100%. Persentase ini akan menurun pada lignit

yaitu berkisar 48-54%. Kandungan karbon dalam batubara akan mempengaruhi nilai

kalor dalam batubara, semakin tinggi kandungan karbon dalam batubara maka

semakin tinggi nilai kalornya. Alasannya adalah karena pada pembakaran batubara zat

yang paling banyak terbakar adalah unsur karbon.

b. Karbon dengan Fixed Karbon

Fixed karbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku setelah

bahan yang mudah menguap didistilasi. Kandungan utamanya adalah karbon tetapi

juga mengandung hydrogen, oksigen, sulfur, dan nitrogen yang tidak terbawa gas.

Fixed karbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai kalor batubara.

Fixed karbon ialah kadar karbon tetap yang terdapat dalam batubara setelah

volatilmeter dipisahkan dari batubara. Kadar fixed karbon berbeda dengan kadar

karbon hasil analisis ultimate karena sebagian karbon berikatan membentuk senyawa

hidrokarbon volatile.

c. Hydrogen dengan Moisture dan Nilai kalor

Kandungan hydrogen dalam batubara misalnya jenis lignit yang mengandung 5-6%

hydrogen dalam batubara kadar hydrogen yang tinggi dalam batubara akan

mempengaruhi nilai kalor batubara karena kadar moisture bertambah sehingga mutu

batubara menurun. Moisture pada hydrogen dipengaruhi oleh kecenderungan

hydrogen untuk diikat oleh oksigen sehingga menjadi H2O. Batubara yang

mengandung moisture pada saat pembakaran air akan menguap sehingga mengurangi

nilai kalor pada batubara.

d. Karbon dan Hidrogen dengan Volatil matter

Volatil matter adalah senyawa organic dengan anorganik ringan dalam batubara yang

terlepas selain komponen air pada pemanasan suhu tinggi, seperti gas-gas yang mudah

terbakar (CH4, H, CO). Dalam pembakaran batubara, jika semakin banyak unsur

karbon maka nyala pembakaran akan semakin lama (Volatil Matter tinggi)

Komponen air seperti H2O dan zat yang tidak mudah terbakar yaitu CO2 akan

mempersulit proses pembakaran yang menyebabkan nilai kalornya turun. Jika unsur

karbon sedikit akan mempersulit proses pembakaran (Volatil Matter rendah)

Nitrogen

Nitrogen dalam batubara hanya terdapat sebagai senyawa organik. Tidak dikenal

adanya mineral pembawa nitrogen dalam batubara, hanya ada beberapa senyawa nitrogen

dalam air kapiler, terutama dalam batubara muda. Pada pembakaran batubara, nitrogen akan

berubah menjadi nitrogen oksida yang bersama gas buangan akan bercampur dengan udara.

Senyawa ini merupakan pencemar udara sehingga batubara dengan kadar nitrogen rendah

lebih disukai.

Prinsip penentuan nitrogen dalam batubara semuanya dengan cara mengubah nitrogen

menjadi amonium sulfat melalui destruksi terhadap zat organik pembawa nitrogen dalam

batubara. Dalam metode ini, digunakan asam sulfat dan katalisator. Banyaknya amonium

sulfat yang terbentuk ditentukan dengan cara titrimetri.

Selain itu, seperti juga pada penentuan kadar karbon dan hidrogen, dalam metode

ASTM D 5373-02 kadar nitrogen dapat diketahui dengan menggunakan Thermal

Conductivity (TC) pada alat yang sama dengan penentuan kadar karbon dan hidrogen di atas.

TC inilah yang akan menangkap kadar nitrogen dalam nitrogen oksida.

Data nitrogen digunakan untuk membandingkan batubara dalam penelitian. Jika

oksigen diperoleh dari perhitungan, maka nitrogen diperoleh dari sampel yang ditentukan.

Dalam pembakaran pada suhu tinggi, nitrogen akan diubah menjadi NOx yang merupakan

salah satu senyawa pencemar udara.

Berikut adalah hubungan dengan analisa proksimat :

a. Nitrogen dengan Nilai Kalor

Nitrogen yang terdapat dalam batubara berupa senyawa organic. Nitrogen terbentuk

hamper seluruhnya dari protein bahan tanaman asalnya. Jumlah nitrogen dalam

batubara sekitar 0,5 % - 3 %. Kadar nitrogen yang tinggi dalam batubara akan

menambah suhu nyala batubara sehingga akan meningkatkan nilai kalor batubara.

Sulfur

Dalam proses pembakaran, sulfur dalam batubara akan membentuk oksida yang

kemudian terlepas ke atmosfir sebagai emisi. Ada tiga jenis sulfur yang terikat dalam

batubara, yaitu :

1. Sulfur organik, dimana satu sama lain terikat ke dalam senyawa hidrogen sebagai substansi

dari batubara.

2. Mineral sulfida, seperti pirit dalam fraksi organic (pyritic sulfur).

3. Mineral sulfat, seperti kalsium sulfat atau hidrous iron.

Sulfur kemungkinan merupakan pengotor utama nomor dua (setelah ash) dalam

batubara, karena :

1. Dalam batubara bahan bakar, hasil pembakarannya mempunyai daya korosif dan sumber

polusi udara.

2. Moisture dan sulfur (terutama sebagai pirit) dapat menunjang terjadinya pembakaran spontan.

3. Semua bentuk sulfur tidak dapat dihilangkan dalam proses pencucian.

Batubara dengan kadar sulfur yang tinggi menimbulkan banyak masalah dalam

pemanfaatannya. Bila batubara itu dibakar, sulfur akan menyebabkan korosi dalam ketel dan

membentuk endapan isolasi pada tabung ketel uap (yang disebut slagging). Disamping itu

juga menimbulkan pencemaran udara. Sebagian sulfur akan terbawa dalam hasil pencairan

batubara, gasifikasi, dan pembuatan kokas. Jadi harus dihilangkan dulu sebelum dilakukan

proses-proses tersebut.

Berikut adalah hubungan dengan analisa proksimat

a. Sulfur dengan Kandungan Abu dan Nilai Kalor

Sulfur didalam batubara kebanyakan berupa mineral sulfat, yang menjadi abu setelah proses

pembakaran. Hasil pembakaran mineral ini akan menjadi abu. Kandungan abu akan semakin

tinggi seiring dengan jumlah mineral, dalam hal ini sulfur didalam batubara. Hal ini

mempengaruhi efisiensi nilai kalor, karena kalor akan terlebih dahulu membakar mineral-

mineral yang ada dibandingkan karbon.

Oksigen

Oksigen merupakan komponen pada beberapa senyawa organik dalam batubara.

Oksigen ini didapatkan pula dalam moisture, lempung, karbonat, dan sebagainya. Oksigen

juga memiliki peranan penting sebagai penunjuk sifat-sifat kimia dengan derajat

pembentukan batubara.

Unsur oksigen dapat ditemukan hampir pada semua senyawa organik dalam batubara.

Dalam batubara kering unsur oksigen akan ditemukan pada besi oksida, hidroksida dan

beberapa mineral sulfat. Oksigen juga sebagai indikator dalam menentukan peringkat

batubara.

Berikut adalah hubungan dengan analisa proksimat :

a. Oksigen dengan Moisture

Kadar oksigen dalam batubara misalnya jenis lignit berkisar sekitar 30% jumlah

oksigen dalam batubara merupakan penunjang yang penting dalam menentukan sifat

serta klasifikasi batubara. Banyaknya kadar oksigen dalam batubara akan menaikan

juga kadar moisturenya sehingga gugus karboksil yang mengikat molekul air akan

bertambah banyak. Alasannya adalah oksigen memiliki kecenderungan untuk

mengikat hydrogen sehingga menjadi molekul air.

b. Oksigen dengan Nilai Kalor

Oksigen dalam batubara sangat berkaitan dengan kandungan moisture dikarenakan

kecenderungan oksigen mengikat hydrogen sehingga molekul air meningkat. Hal ini

menyebabkan nilai kalor menurun. Batubara yang mengandung moisture pada saat

pembakaran air akan menguap sehingga mengurangi nilai kalor pada batubara.

Phosphor

Fosfor dalam batubara terdapat dalam bentuk fosfat dan senyawa organic fosfat. Pada

pembakaran semua fosfat ini akan menjadi abu. Jumlah fosfor dalam batubara ditentukan

dalam analisa abu. Kandungan fosfor tidak penting dalam pembakaran tetapi metalurgi akan

merupakan hal yang penting. Karena semua fosfat dan senyawa fosfat akan dibakar menjadi

abu, maka banyaknya kandungan fosfat dan senyawa fosfat akan memperbesar jumlah abu

dan akan mempengaruhi nilai kalor batubara.

PERHITUNGAN ANALISA PROKSIMAT

Analisa Proksimat Batubara

1. Kandungan Air Total (Total Moisture)

Kandungan air total merupakan banyaknya kandungan air yang terdapat pada

batubara sesuai dengan kondisi di lapangan, baik yang terikat secara kimiawi maupun

akibat pengaruh kondisi luar. Kandungan air tersebut dipengaruhi oleh beberapa

faktor diantaranya iklim dan ukuran butir.

TM = [R(100-A) / 100] +A

Dimana :

TM = Total Moisture, %

A = Air-dry loss, %

R = Residual moisture, %

2. Kandungan Air Bebas (Free Moisture)

Kandungan air bebas merupakan kandungan air yang terdapat pada permukaan

batubara akibat pengaruh air luar. Jumlah kandungan air bebas dipengaruhi oleh

tingkat kelembaban, transportasi, penimbunan, dan distribusi ukuran batubara. Air

bebas dapat dihilangkan dengan cara diangin-anginkan atau dengan pemanasan pada

temperatur tidak lebih dari 400C sampai berat konstan yaitu beda berat 0,05 gram/jam

selama 3 kali penimbangan.

3. Kandungan Air Bawaan (Inherent Moisture)

Kandungan air bawaan merupakan kandungan air yang ada pada batubara saat

pembentukan batubara tersebut dan terikat pada struktur kimia batubara itu sendiri.

Kandungan air bawaan berhubungan erat dengan nilai kalori, dimana bila kandungan

air bawaan berkurang maka nilai kalori meningkat. Sehingga kandungan air bawaan

pada batubara berhubungan dalam penentuan peningkat batubara. Seiring dengan

naiknya peningkat batubara,maka kandungan air bawaan pada batubara akan semakin

berkurang.

Kandungan air bawaan / IM (%) = (W2 – w3) x 100 / (W2 – W1)

Dimana :

W1 = Berat cawan timbang + tutup

W2 = Berat contoh + cawan timbang + tutup sebelum dipanaskan

W3 = Berat contoh + cawan timbang + tutup setelah dipanaskan

4. Kandungan Abu (Ash Content)

Kandungan abu merupakan sisa-sisa zat organik yang terkandung dalam batubara

setelah dibakar. Kandungan abu tersebut dapat dihasilkan dari pengotor bawaan

dalam proses pembentukan batubara maupun proses penambangan. Abu batubara ini

terdiri dari senyawa-senyawa seperti : SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3, Mn3O4, MgO, CaO,

Na2O, K2O, P2O5.

Kandungan abu (%) = (W3-W1) X 100 / (W2-W1)

Dimana :

W1 = Berat cawan timbang + tutup

W2 = Berat contoh + cawan timbang + tutup sebelum dipanaskan

W3 = Berat contoh + cawan timbang + tutup setelah dipanaskan

5. Zat Terbang (Volatile Matter)

Zat terbang merupakan senyawa organik dan anorganik ringan dalam batubara yang

terlepas selain komponen air pada pemanasan suhu tinggi. Zat terbang ini berasal dari

ikatan organik komponen batubara ataupun pengotor organik yang terikat dalam

batubara. Kandungan zat terbang digunakan untuk mengklasifikasi jenis batubara. Zat

terbang adalah zat aktif yang terdapat dalam batubara yang menghasilkan energi atau

panas apabila batubara tersebut dibakar. Zat terbang ini terdiri dari gas-gas yang

mudah terbakar seperti : Methane (CH4), Hidrogen (H), Karbonmonoksida (CO) dan

zat-zat yang tidak mudah terbakar seperti : uap air (H2O), Karbondioksida (CO2).

Dalam pembakaran batu bara dengan zat terbang tinggi akan mempercepat

pembakaran karbon padatnya, sebaliknya zat terbang rendah akan mempersulit proses

pembakaran. Dalam mengidentifikasi sifat pembakaran batubara terdapat hubungan

antara zat terbang dengan volatile matter yang disebut dengan fuel ratio. Hubungan

kedua parameter tersebut dituangkan dalam sebuah formula sbb :

Fuel Ratio = Fixed Carbon / Zat Terbang

6. Karbon Tertambat (Fixed Carbon)

Karbon tertambat ialah karbon yang tertinggal setelah zat terbang dan kandungan

airnya hilang. Dengan adanya pengeluaran zat terbang dan kangdungan air maka

persentase karbon tertambatnya secara otomatis akan naik sehingga semakin tinggi

kandungan karbonnya maka peringkat batubaranya akan naik. Kandungan karbon

tertambat merupakan hasil pengurangan 100% dikurangi kadar zat terbang (%). Kadar

abu (%), dan kadar air lembab (%). Karbon tertambat menggambarkan penguraian

sisa komponen organik batubara dan mengandung sebagian kecil unsur kimia

nitrogen, belerang, hidrogen, dan oksigen atau terikat secara kimiawi.

Rumusan untuk mendapatkan karbon tertambat sbb :

FC = 100% - (IM + A + VM) Adb

Keterangan :

IM = inherent moisture

A = ash

VM = volatile matter

Adb = air-dried bases

7. Kandungan sulfur

Sulfur atau belerang merupakan zat pencemar, maka adanya sulfur tinggi sangat tidak

dikehendaki. Untuk mengetahui kandungan total belerang yang terdapat pada

batubara dilakukan dengan cara membakar sampel batubara pada suhu tinggi,

kandungan sulfur dalam batubara memiliki dua bentuk yaitu :

a. Sulfur organik yaitu sulfur dalam batubara yang dapat dijumpai sebagai kalsium

sulfat biasanya berjumlah relatif dan bervariasi antara 20% sampai 80% dari total

sulfur

b. Sulfur anorganik yaitu sulfur dalam batubara yang dapat dijumpai sebagai mineral

pirit dan markasit biasanya berjumlah 20%-80% dari total sulfur dan berasosiasi

dengan abu batubara.

8. Nilai kalori ( calorific value)

Nilai kalori adalah besarnya panas yang dihasilkan dari proses pembakaran batubara

yang dinyatakan dalam kkal / kg. Harga nilai kalori yang dilaporkan terdiri dari dua

macam yaitu

a. Gross calorific value adalah nilai kalori kotor hasil pembakaran batubara, dimana

semua air dihitung dalam keadaan wujud gas.

b. Nett calorific value adalah nilai kalori bersih hasil pembakaran batubara dimana

semua air dihitung dalam keadaan wujud cair dan merupakan nilai kalori yang

benar-benar dimanfaatkan pada pembakaran batubara

CV, mmmf = [(CVadb x 1,8)-(50%TSadb)] / 100-[(1,08 x ACadb) + (0,55 x

Tsadb)]

Dengan :

CVmmmf = nilai kalori pada basis mmmf (%)

CVadb = fixed carbon pada basis adb (kal/gr)

TSadb = total sulfur pada basis adb (%)

ACadb = ash content pada basis adb (%)

Pengukuran Kualitas Batubara

Dalam kaitan dengan batubara, bermacam analisis dan pengujian dilakukan

untuk menunjukkan parameter kualitas batubara terutama bagi pemanfaatannya.

Untuk itu perlu diketahui suatu set data kualitas batubara yang dibutuhkan untuk

keperluan tertentu. Data ini diperoleh dari hasil analisa atau pengujian. Cara analisa

yang paling sering dilakukan adalah analisa proksimat dan analisa ultimat. Kedua cara

analisa ini dapat dilakukan dalam beberapa macam dasar analisa sesuai keperluan dan

tujuan analisa tersebut.

Beberapa dasar analisa kualitas batubara yang biasa dipergunakan adalah :

Keterangan: TM = Total Moisture (kandungan air total)

VM = Volatile Matter (zat terbang)

FC = Fixed Carbon (karbon tertambat)

AC = Ash Content (kandungan abu)

IM = Inherent Moisture (kandungan air bawaan)

1. As Received Basis (a.r)

Dengan dasar analisa ini sampel dianalisa sesuai dengan keadaanya dialam,

dimana free moisture belum hilang karena penguapan sehingga moisture content

dalam keadaan total moisture. Pada kondisi ini TM+VM+FC+AC=100%

2. Air Dry Basis (ADB)

Dengan dasar ADB sampel yang akan dianalisa harus mengalami proses

pengeringan lebih dahulu untuk menghilangkan free moisture sehingga moisture

content dalam keadaan inherent moisture. Contoh ini harus dikeringkan pada suhu

dan kelembapan tertentu selama lebih kurang 2 x 24 jam menurut British

Standard. Pada kondisi ini IM+VM+FC+AC = 100%

3. Dry Basis (DB)

Dry basis adalah dasar analisa batubara untuk sample yang telah dibebaskan dari

kadar air seluruhnya. Pada kondisi ini VM+FC+AC=100%

4. Dry Ash Free Basis (DAF)

DAF basis adalah dasar analisa kualitas batubara dalam kondisi sample bebas dari

total moisture dan ash content. Pada kondisi ini VM+FC=100%

5. Dry Mineral Matter Free Basis (DMMF)

DMMF adalah dasar analisa kualitas batubara dalam kondisi sample bebas dari

total moisture dan mineral matter, dimana mineral matter adalah material

anorganik dalam batubara.

Contoh riset atau penelitian batubara pada Briket akan dilampirkan pada lembar selanjutnya

DAFTAR PUSTAKA

Kunaifi, Aang. (2010). Studi Model Matematika Pengaruh Inherent Moisture, Total

Moisture, Kadar Abu dan Komposisi Berat terhadap Nilai Kalori Batubara Blending

Unit Pertambangan Tanjung Enim di PT. Bukit Asam (Persero) Tbk. Skripsi pada

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Pertambangan Universitas Sriwijaya Palembang:

tidak diterbitkan.

Maulana, Kemas (2005). Studi Karakteristik Bahan dan Pembakaran Briket Batubara

sebagai Bahan Bakar Rumah Tangga dan Analisis Tingkat Emisi Gas CO, NOX dan SO2.

Skripsi pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Pertambangan Universitas Sriwijaya

Palembang: tidak diterbitkan.

Penelitian Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. (2011). Penelitian Nilai Kalor Briket

Tongkol Jagung dengan Berbagai Perbandingan Sekam Padi. Makassar: Fakultas

Teknik Universitas Hasanuddin.

Yuliansyah, Feri. (2012). Analisa Proksimat Batubara. [Online]. Tersedia:

http://feriyuliansyah.blogspot.com/2012/10/analisa-proksimat-batubara.html. [3 Februari

2015].

Yuliansyah, Feri. (2012). Analisa Ultimat Batubara. [Online]. Tersedia:

http://feriyuliansyah.blogspot.com/2012/10/analisa-ultimat-batubara.html. [3 Februari

2015].