Bab IV Analisa Kualitas Batubara

Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

BAB IV

ANALISA KUALITAS BATUBARA

4.1 Pengertian Analisa Kualitas Batubara

Analisa Kualitas batubara bertujuan untuk mengetahui kandungan yang terdapat di

dalamnya. Dalam pemanfaatannya, batubara harus diketahui terlebih dahulu kualitasnya.

Hal ini dimaksudkan agar spesifikasi mesin atau peralatan yang memanfaatkan batubara

sebagai bahan bakarnya sesuai dengan mutu batubara yang akan digunakan, sehingga

mesin-mesin tersebut dapat berfungsi optimal dan tahan lama.

4.2 Kualitas Batubara

Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang mempengaruhi potensi

kegunaannya. Kualitas batubara dipengaruhi oleh komponen-komponen yang terdapat

dalam batubara tersebut, yaitu air (moisture), organic matter dan mineral matter

penyusunnya.

4.2.1 Air (moisture)

Air yang terkandung dalam batubara terdiri dari :

Air bebas (free moisture) adalah air yang terikat secara mekanik dengan batubara pada

permukaan, dalam retakan atau kapiler dan mempunyai tekanan uap normal. Kadarnya

dipengaruhi oleh bermacam macam kondisi, seperti pengeringan dan pembasahan selama

penambangan, transportasi, penyimpanan dan lain-lain.

Air lembab (inherent moisture/moisture in air dried sample) adalah air yang terikat secara

fisik dalam batubara pada struktur pori-pori sebelah dalam, dan mempunyai tekanan uap

lebih rendah daripada tekanan normal. Kadar air lembab dipakai sebagai karakteristik dasar

daripada batubara, kadar air lembab bertambah besar dengan turun naiknya rank batubara.

Air kristal adalah air yang terikat secara kimia dengan mineral yang terdapat dalam batubara.

Bentuk ini menguap pada suhu yang cukup tinggi, tergantung dari jenis mineral yang

mengikatnya. Penguapan umumnya mulai terjadi pada suhu di atas 4500C. Beberapa badan

standarisasi international membuat metode untuk menetapkian air kristal ini, namun jarang

dipergunakan. Para ahli Amerika menetapkan air kristal ini sebesar 8% dari kadar abu

batubaranya, sedangkan negara Eropa menetapkan sebesar 9% dari kadar abu

batubaranya.

4.2.2 Organic Matter (Zat Organik)

Organik matter adalah satu-satunya komponen batubara yang menghasilkan kalori pada

proses pembakaran. Penguraian komponen ini dapat dilihat dari dua sisi berbeda. Pertama

dilihat dari sisi bagian dan jenis tanaman awal yang membentuknya, sedangkan sisi kedua

dilihat dari unsur kimia yang membentuknya.


Dilihat dari sisi pertama, yaitu bagian dan jenis tanaman awal yang membentuknya,

komponen batubara ini diuraikan menjadi beberapa elemen yang disebut dengan maceral.

Lihat tabel di bawah ini!

Tabel 1. Mean Maceral Group

Maceral Group Maceral Bagian/jenis tanaman

Vitrinite

Exinite

Inertinite

Collinite

Telinit

Sporinite

Resinite

Cutinite

Alginite

Fusinite

Semi Fusinite

Micrinite

Scleronite

Wood and cortical tissues

Spore exines

Resine and waxes

Leaf cuticles

Algae

Wood and corticle tissues

Wood and corticle tissues

Uncertain

Resin or fungae

Jika dilihat dari sisi kedua, yaitu unsur kimia yang membentuknya, komponen ini terdiri dari

unsur carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur, oxygen, serta terdapat juga sedikit unsur zat

organik bawaan, seperti natrium, kalium, dan sebagainya.

Walaupun zat organik batubara merupakan satu-satunya komponen yang menghasilkan

kalori, namun di dalamnya terdapat beberapa unsur yang dianggap pengotor, karena pada

proses pembakaran unsur ini dapat menimbulkan polusi. Unsur kimia tersebut antara lain

nitrogen dan sulfur.Dalam proses pembakaran, nitrogen akan membentuk NOx, sedangkan

sulfur akan membentuk SO2.

4.2.3 Inorganic Matter (Zat Anorganik)

Elemen dari zat anorganik disebut mineral atau disebut juga dengan mineral matter. Satu hal

yang perlu diingat, bahwa batubara tidak mengandung abu tetapi mengandung mineral. Abu

hanyalah residu sisa pembakaran batubara, namun dalam pengujian disebut sebagai kadar

abu. Kadar mineral matter dalam batubara bisa didapat lewat pengujian di laboratorium,

tetapi hal tersebut jarang dilakukan. Pada umumnya untuk mendapatkan data ini melaui


perhitungan. Banyak formula yang dapat digunakan untuk menghitung kandungan mineral

matter, Parr formula adalah salah satunya,

MM = 1.08A + 0.55S

MM = mineral matter, %

A = ash, %

S = sulfur, %

Mineral yang terdapat dalam batubara terbagi dalam dua bentuk, yaitu : inherent mineral dan

extraneous mineral matter.

Inherent Mineral

Material ini terdapat dalam batubara dalam bentuk partikel halus yang tersebar ke seluruh

bagian batubara. Pada dasarnya, sebagian material ini ialah unsur anorganik berasal dari

tanaman yang membentuk batubara tersebut, dan sebagian lainnya berasal dari material

sampingan yang terbawa ke dalam batubara selama terjadinya proses pembentukan

batubara. Oleh karena itu jumlah serta sifat mineral dalam batubara bisa berbeda dari satu

lapisan ke lapisan lainnya.

Berdasarkan bentuk ikatan mineral ini dengan batubara maka hampir dapat dipastikan

bahwa mineral ini tidak dapat dipisahkan dari batubara dengan cara mekanis (penggilingan

dan pencucian).

Extraneous mineral

Material ini berasal dari tanah penutup atau lapisan-lapisan yang terdapat di antara lapisan

batubara yang terbawa ke dalam batubara saat berlangsungnya proses penambangan.

Pada umumnya tingkat kandungan extraneous mineral dalam batubara bervariasi mengikuti

ukuran partikelnya, dimana partikel yang lebih halus akan mempunyai kandungan

extraneous mineral yang lebih tinggi, sehingga proses liberasi dengan penggilingan ke

ukuran yang lebih kecil dapat dimanfaatkan.

Komponen-komponen batubara dapat digambarkan sebagai berikut :

Batubara

moisture Organic matter Inorganic matter

Komponen pengotor sumber energi komponen pengotor

sumber karbon

Kalori merupakan hasil Pembakaran (oksidasi) komponen ini


4.3 Basis Dalam Perhitungan Analisa Batubara

Basis dalam perhitungan hasil analisa batubara adalah dasar yang dipakai untuk

menyatakan nilai dari suatu parameter dan menginterpretasikan nilai tersebut pada kondisi

tertentu. Interpretasi dari basis tersebut sesuai dengan istilah basis tersebut, misalkan

seperti basis basis di bawah ini :

As received/as sampled basis (ar) = nilai parameter atau kualitas batubara pada saat

batubara tersebut diterima / disampling.

Air dried basis (adb) = nilai kualitas pada kondisi batubara setelah dikeringkan dalam udara.

Dry basis (db) = nilai kualitas pada kondisi batubara kering atau tidak memiliki nilai moisture

(moisture free)

Dry ash free basis (daf) = nilai kualitas batubara pada kondisi batubara tersebut kering dan

bebas dari ash.

Dry mineral matter free basis (dmmf) = menginterpretasikan nilai kualitas pada kondisi

batubara tidak mengandung air dan mineral matter.


Moist, mineral matter free basis (mmmf) menginterpretasikan nilai kualitas batubara pada

kondisi batubara tersebut masih didalam tanah (in-situ coal) dan tidak mengandung mineral

matter.

Basis-basis di atas merupakan basis-basis yang umum atau biasanya dipakai dalam

menyatakan nilai dari suatu parameter kualitas dari suatu batubara. Selain basis-basis

tersebut di atas masih ada beberapa basis lainnya yang hanya untuk keperluan tertentu saja

digunakan seperti misalnya ; Sulfat free, SO3 free, Ash free, dan lain-lain.

Dari interpretasi–interpretasi basis di atas, maka dibuatlah suatu persamaan matematis

untuk menyatakannya ke dalam bentuk angka.


4.3.1 Rumus Untuk Menghitung Hasil Pengujian ke Basis yang Berbeda

(ISO 1170-1997 E)

4.4 PARAMETER-PARAMETER KUALITAS BATUBARA

Parameter-parameter kualitas yang dilakukan pengujian di Laboratorium terdiri dari :

Total Moisture

Proksimate : air (moisture), abu (ash content), zat terbang (volatile matter) dan karbon padat

(fixed carbon)

Ultimate : carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur dan oksigen

Calorific value (nilai kalor)

Ash Analysis (komposisi abu)

Ash Fusion Temperature (titik leleh abu)

Hardgrove Grindability Index (index ketergerusan)

Size Analysis (ukuran partikel)

Slagging dan Fouling Index

4.4.1 Total Moisture

Total moisture (TM) adalah air (moisture) yang terkandung dalam batubara, yang

menggambarkan kandungan keseluruhan moisture yang terdapat dalam batubara. Total

moisture dalam analisa terdiri dari Free Moisture dan Residual Moisture. Tinggi rendahnya

total moisture tergantung pada :

Peringkat Batubara (Rank)

Size Distribusi

Kondisi pada saat sampling (pengambilan sample)


Peringkat Batubara

Semakin tinggi peringkat suatu batubara semakin kecil porositas batubara tersebut atau

semakin padat batubara tersebut. Dengan demikian akan semakin kecil juga moisture yang

dapat diserap atau ditampung dalam pori-pori batubara tesrsebut. Hal ini menyebabkan

semakin kecil kandungan moisturenya terutama inherent moisturenya.

Size Distibusi

Semakin kecil ukuran partikel batubara, maka semakin besar luas permukaannya. Hal ini

menyebabkan semakin tinggi surface moisturenya. Pada nilai inherent moisture tetap, maka

total moisture-nya akan naik karena naiknya surface moisture.

Kondisi Sampling

Total moisture dapat dipengaruhi oleh kondisi pada saat batubara tersebut di sampling. Yang

termasuk kondisi sampling adalah :

Kondisi batubara pada saat di sampling

Size distribusi sample batubara yang diambil terlalu besar atau terlalu kecil

Cuaca pada saat pengambilan sample

4.4.2 Proksimate

Pada proses pembakaran batubara pada suhu tertentu terjadi beberapa perubahan fisik

pada komponen batubara. Moisture akan menguap. Mineral akan terbakar menghasilkan

residu yang disebut dengan ash dan menguapkan sedikit zat terbang yang kemudian terukur

sebagai sebagian kecil dari volatile matter. Organic matter akan menghasilkan residu karbon


yang disebut dengan fixed carbon serta gas hidrokarbon ringan yang menguap sebagai

volatile matter. Jadi proksimate adalah rangkaian pengujian untuk mengukur unsur moisture,

abu, volatile matter dan fixed carbon.

Moisture

Moisture dalam standar ASTM disebut Moisture in the Analysis Sample adalah moisture

yang terkandung dalam batubara dikeringkan dalam udara.

Besar kecilnya dipengaruhi oleh peringkat batubara, makin tinggi peringkatnya maka

semakin rendah moisturenya.

Nilainya tergantung pada humiditas (kelembaban) dan temperatur ruangan di mana moisture

tersebut dianalisa.

Nilainya tergantung juga pada preparasi sample sebelum moisture dianalisa (standar

preparasi)

Gambar 4.1. Diagram Alir Standar Preparasi sample untuk moisture

Abu (Ash Content)

Batubara sebenarnya tidak mengandung abu, melainkan mengandung mineral matter.

Namun sebagian mineral matter dianalisa dan dinyatakan sebagai kadar Abu atau Ash

Content. Mineral Matter atau ash dalam batubara terdiri dari inherent dan extarneous.

Inherent Ash ada dalam batubara sejak pada masa pembentukan batubara dan keberadaan

dalam batubara terikat secara kimia dalam struktur molekul batubara. Sedangkan

Extraneous Ash, berasal dari dilusi atau sumber abu lainnya yang berasal dari luar batubara.


Zat terbang (Volatile Matter)

Volatile matter/ zat terbang, adalah bagian organik batubara yang menguap ketika

dipanaskan pada temperature tertentu. Volatile matter biasanya berasal dari gugus

hidrokarbon dengan rantai alifatik atau rantai lurus, yang mudah putus dengan pemanasan

tanpa udara menjadi hidrokarbon yang lebih sederhana seperti methana atau ethana.

Kadar Volatile Matter dalam batubara ditentukan oleh peringkat batubara. Semakin tinggi

peringkat suatu batubara akan semakin rendah kadar volatile matternya. Volatile matter

dalam batubara dapat dijadikan sebagai indikasi reaktifitas batubara pada saat dibakar.

Karbon Padat/Tertambat (Fixed carbon)

Fixed carbon ialah kadar karbon tetap yang terdapat dalam batubara setelah volatile matter

dipisahkan dari batubara.

Kadar fixed carbon diperoleh dari hasil perhitungan sebagai berikut :

Persentase fixed carbon = 100% - %(moisture + ash content + volatile matter)

4.4.3 Ultimate

Ultimate adalah rangkaian pengujian untuk mengukur unsur yang terkandung dalam organic

matter, yaitu carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur, oxygen dan unsur lainnya yang jumlahnya

tidak terlalu besar seperti chlorine dan flourine. Pada saat pembakaran, komponen organic

matter inilah yang menghasilkan kalori.

4.4.4 Calorific Value (Nilai Kalor)

Salah satu parameter penentu kualitas batubara ialah nilai kalornya, yaitu seberapa banyak

energi yang dihasilkan per satuan massanya. Nilai kalor batubara diukur menggunakan alat

yang disebut Bomb Kalorimeter. Nilai kalori batubara dapat dinyatakan dalam satuan MJ/Kg,

Kcal/Kg atau Btu/Lb. Nilai kalori tesebut dinyatakan dalam Gross dan Net.

Nilai kalori batubara bergantung pada peringkat batubara. Semakin tinggi peringkat

batubara, semakin tinggi nilai kalorinya. Nilai kalori juga dipengaruhi oleh moisture dan abu.

Semakin tinggi moisture dan abu, semakin rendah nilai kalorinya.

4.4.5 Ash Analysis

Ash analysis adalah pengujian untuk menentukan komposisi kimia residu sisa pembakaran

(abu).

Parameter yang dianalisa adalah silika (SiO2), alumina (Al2O3), besi (Fe2O3), kalsium (CaO),

Kalium (K2O), Natrium (Na2O), Magnesium (MgO), Titanium (Ti2O), posfor (P2O5), Mangan

(Mn3O4), dan sulfur (SO3). Data ash analysis ini dapat dipakai untuk menghitung potensi

slagging dan fouling yang akan terjadi di ruang bakar.

4.4.6 Ash Fusion Temperature

Ash Fusion Temperature adalah pengujian untuk melihat perilaku abu ketika dipanaskan

pada suhu tertentu. Abu tersebut meleleh atau tidak. Parameter yang dilaporkan adalah

suhu pada saat contoh abu (yang dibentuk seperti piramid) berubah bentuk sesuai dengan


profil-profil yang tersedia dalam metode standar. Profil-profil tersebut, yaitu deformation,

spherical, hemispherical dan flow.

4.4.7 Hardgrove Grindability Index (Index Ketergerusan)

Hardgrove Grindability Index (HGI) atau nilai ketergerusan hardgrove adalah angka yang

menunjukkan kemudahan batubara untuk digerus oleh alat penggerus (pulverizer) di PLTU.

Nilai HGI yang tinggi menyatakan batubara tersebut mudah digerus dan sebaliknya.

4.4.8 Size Analysis ( Analisa Ukuran Partikel)

Size analysis ialah pengujian yang mengukur distribusi/penyebaran ukuran patikel batubara.

Pengujian ini penting artinya dalam perancangan preparation plant, mengukur kinerja

crushing plant dan terutama dalam PLTU adalah perancangan peralatan Pulverizer.

4.4.9 Slagging dan Fouling Index

Slagging adalah masalah yang timbul pada proses pembakaran dimana abu batubara

meleleh dan membentuk kerak yang menempel di dinding ruang bakar pada daerah radiasi

seperti di wall tube boiler. Slagging Index adalah indeks yang dihitung dari data ash analysis

maupun data ash fusion temperature (titik leleh abu), yang dapat memberikan indikasi

kecenderungan suatu batubara menimbulkan masalah slagging selama pembakaran.

Fouling adalah masalah yang timbul pada proses pembakaran dimana abu batubara halus

yang mengandung sodium menguap bersama sama sulfur dan bereaksi membentuk

endapan dan menempel di pipa boiler pada daerah konveksi seperti di superheater dan

reheter. Fouling Index adalah indeks yang dihitung dari data ash analysis, yang dapat

memberikan indikasi kecenderungan suatu batubara menimbulkan masalah fouling selama

pembakaran.

4.5 PRINSIP KERJA DAN ANALISA KUALITAS BATUBARA

Analisa/pengujian kualitas batubara merupakan tahapan yang sangat penting untuk

menentukan kualitas batubara sesuai kontak atau design boiler.Pengujian kualitas batubara

dilakukan di laaboratorium setelah melaui tahapan pengambilan sample (sampling) dan

penyiapan sample (preparasi). Prosedure pelaksanaan pengujian kualitas batubara

menggunakan standar nasional (SNI/Standard National Indonesia) maupun standar

internasional (ASTM/American Society Testing and Materials, ISO/International Standard

Organization, BS/British Standard, AS/Australian Standard), dan lain-lain yang diakui secara

international. Pada materi diklat ini hanya dibahas standar ASTM (umum dipakai oleh

laboratorium di PLTU).

Pengujian kualitas batubara meliputi pengujian sifat kimia dan fisika batubara, di antaranya :

proksimate (moisture, kadar abu, zat terbang dan fixed carbon), ultimate (carbon, hydrogen,

nitrogen, sulfur dan oxygen), nilai kalori, ash analysis, ash fusion temperature,Hardgrove

grindability index (HGI), size analysis dan slagging/fouling index.

Untuk memperoleh hasil analisa yang valid (dapat dipercaya), perlu diperhatikan hal-hal

berikut:

Peralatan analisa dan pendukungnya harus terkalibrasi dan tertelusur ke satuan international


Quality control dilakukan secara konsisten agar penyimpangan hasil analisa dapat diketahui

sedini mungkin dan dilakukan tindak lanjut perbaikannya.

4.5.1 Analisa Total Moisture (ASTM D-3302)

Pengujian total moisture dilakukan dalam dua tahap sehingga pengujiannya disebut two-

stage determination.

Tahap pertama dilakukan di ruang preparasi contoh dengan menimbang contoh, kemudian

dikeringkan pada suhu ruangan sampai diperoleh berat konstan (perbedaan berat

penimbangan terakhir dengan berat penimbangan sebelumnya harus <0.1%). Kehilangan

berat dihitung persentasinya dan disebut dengan air dry loss (ASTM) atau free moisture

(ISO/BS/AS).

Tujuan pencapaian berat konstan adalah agar contoh tidak mengalami perubahan lagi

(menyerap atau menguapkan moisture) pada saat dilakukan proses preparasi berikutnya

seperti pengggilingan dan pembagian, sehingga hasil pengujian total moisture menjadi lebih

benar.

Setelah dicapai berat konstan, contoh digiling ke partikel tertentu, diambil sebagian dan

dikirimkan ke laboratorium untuk dianalisa residual moisture-nya, dengan cara memanaskan

contoh tersebut dalam oven pada suhu 105-1100C selama 3 jam sambil dialiri gas nitrogen.

Gambar 4.2. Diagram Alir Penentuan Total Moisture


Total moisture kemudian dihitung dengan rumus :

TM = ADL + RM x (1-ADL/100)

Di mana :

TM = total moisture dalam % (as-received basis – ar)

ADL = air-dry loss dalam % (as-received basis – ar)

RM = residual moisture dalam % (air-dried basis – ad)

4.5.2 Analisa Proksimate (ASTM D-3173, D-3174, D-3175 dan D-7582)

a. Analisa Moisture in the Analysis Sample (ASTM D-3173)

Penetapan Moisture in the Analysis Sample ditentukan dengan cara memanaskan 1 gram

contoh batubara berukuran -60 mesh dalam oven pada suhu 105-107 selama 3 jam atau

sampai berat konstan. Kehilangan berat selama pemanasan adalah berat air lembab dari

batubara tersebut.

Berat asal = M1

Berat cawan + sample setelah dipanaskan = M3

Berat cawan + sample setelah dipanaskan = M3

Persentase moisture = (M2 – M3)/ M3 x 100%


Gambar 4.3. Tahap-tahap analisa moisture

b. Analisa Abu (Ash Content)- (ASTM D-3174)

Cawan ditimbang dan kemudian dimasukkan sampel ke dalam cawan sebanyak 1 gram.

Sampel dimasukkan ke dalam furnace, yaitu memulai dari suhu rendah 2500C selama 30

menit kemudian suhu 250-500 0C selama 30 menit dan 500-8150C selama 60 menit. Cawan

diambil dari dalam furnace dan diletakkan pada lempengan logam kemudian didinginkan

dalam desikator. Setelah dingin kemudian sampel ditimbang. Cara ini diulangi untuk sampel

yang sama, sampai didapat hasil yang hampir sama.


Gambar 4.4. Tahap-tahap analisa abu

c. Analisa Zat Terbang (Volatile Matter) - (ASTM D-3175)

Volatile matter ditentukan dengan cara menghitung kehilangan berat dari contoh batubara

yang dipanaskan tanpa oksigen pada suhu 9000C ± 100C selama 7 menit, selanjutnya

hasilnya dikoreksi terhadap kadar air lembab. Tujuan dipanaskan tanpa oksige agar tidak

terjadi oksidasi terhadap organic matter-nya dan volatile matter yang diukur adalah murni

sebagai volatile matter saja.


d. Analisa Karbon Padat (Fixed carbon)

Kadar fixed carbon diperoleh dari hasil perhitungan sebagai berikut :

Persentase fixed carbon = 100% - %(moisture + ash content + volatile matter)

e. Analisa Proksimate metode instrumental (ASTM D-7582)

Metode pengujian secara instrumental ini meliputi penentuan moisture, abu,volatile matter

dan perhitungan fixed carbon secara gravimetri dalam suatu alat yang diprogram dan

dikendalikan oleh sistem komputer. Penimbangan, pemanasan dan perhitungan terhadap

parameter tersebut langsung dapat dilihat di layar komputer.


Gambar 4.5. Peralatan analisa Proksimate secara Instrumental (LECO-TGA-601)

4.5.3 Analisa Ultimate (ASTM D-3177, D-3178, D-3179, D-4239 dan D-5373)

a. Analisa Carbon dan Hydrogen (ASTM D-3178)

Kadar karbon dan hydrogen ditentukan secara bersamaan dengan cara mengoksidasi

contoh dengan oksigen murni dalam alat “Micro Combustion Furnace”, sehingga seluruh

karbon berubah menjadi karbon dioksida (CO2) dan hydrogen berubah menjadi air (H2). Gas

hasil oksidasi ini dialirkan melalui penyerap air dan karbon dioksida, kemudian ditetapkan

secfara gravimetri. Total karbon dan hydrogen dihitung dari penambahan berat penyerap

gas-gas tersebut.

b. Analisa Nitrogen (ASTM D-3179)

Untuk penentuan nitrogen dilakukan dengan cara Kyeldahl. Contoh batubara didestruksi

dengan asam sulfat pekat sehingga terbentuk garam amonium sulfat (NH4)2SO4 dan

selanjutnya dilakukan proses destilasi. Pada saat larutan mendidih tambahkan larutan kalium

hidroksida, maka NH3 akan dibebaskan dan ditampung ke dalam larutan asam borat. Kadar

nitrogen dapat dihitung dengan cara meniter (titrasi) larutan tersebut.

Batubara + H2SO4 ------> (NH4)2SO4

(NH4)2SO4 + KOH -------> NH4OH -----> NH3 + H2O


c. Analisa Sulfur (ASTM D-3177, D-4239)

Analisa total sufur dapat dilakukan dengan 3 metode yaitu metode Esckha, metode

pembakaran suhu tinggi dan metode Infra Red (isntrumental).

Analisa dengan metode Esckha (ASTM D-3177)

Contoh batubara dicampur dengan pereaksi Esckha (MgO + Na2CO3) dan dipanaskan dalam

furnace sampai suhu 8250C, selanjutnya leburan dilarutkan dalam air panas. Sulfat yang

terbentuk kemudian diendapkan dengan penambahan larutan BaCl2 membentuk endapan

BaSO4 dan selanjutnya ditetapkan secara gravimetri.

% S = [(A-B) x 13,738]/C

Di mana :

A = berat BaSO4 yang diendapkan

B = berat BaSO4 koreksi

C = berat sample yang dianalisa

Analisa dengan metode pembakaran suhu tinggi (ASTM D-4239)

Contoh batubara dibakar dalam furnace pada suhu 13500C dengan dialiri oksigen. Gas SO2

dan Cl2 yang terbentuk diserap oleh larutan hydrogen peroksida dan selanjutnya kadar sulfur

ditentukan dengan cara titrasi. Koreksi dilakukan untuk menghitung jumlah chlor yang

terbentuk.

oksigen

Batubara ------------> SO2 + H2O2 -------> H2SO4 ------> titrasi

13500C

Analisa dengan metode Infra Red/instrumental (ASTM D-4239)

Penetapan ini menggunakan sebuah peralatan instrumen yang dikendalikan oleh sistem

komputer. Salah satu peralatan yang digunakan adalah LECO S-144DR. Pengujian dimulai

dengan menimbang sample. Sample dibakar di dalam sebuah “Combustion Chamber” pada

suhu 13500C, di mana dengan adanya oksigen yang dialirkan ke dalam ruang bakar akan

mengakibatkan sample terbakar. Proses pembakaran akan merubah elemen sulfur menjadi

SO2. Gas-gas tersebut selanjutnya dilewatkan ke cell infra red untuk mengukur kadar sulfur

dalam batubara tersebut.

oksigen

Batubara ------------> SO2 -------> cell infra red

13500C


Gambar 4.6. Peralatan analisa sulfur dengan metode infra red (instrumental)

d. Analisa Oksigen (by diference)

Kadar oksigen dalam batubara adalah kandungan oksigen yang terdapat dalam batubara,

baik yang terikat dalam material batubara, mineral maupun dalam air.

Kadar oksigen ditentukan dengan cara perhitungan, menggunakan persamaan berikut :

Kadar total oksigen + 100% - %(abu + C + H + N + S)

Kadar oksigen terkoreksi = 100% - % (abu + air + H terkoreksi + C + N + S)

Di mana :

Oksigen terkorekasi adalah kadar oksigen tidak termasuk oksigen dalam air.

Hidrogen terkoreksi adalah kadar hidrogen tidak termasuk hidrogen dalam air, dapat dihitung

dengan menggunakan rumus :

H terkoreksi = H total – (0.1119 x moisture)

4.5.4 Analisa Nilai kalor (ASTM D-5865)

Nilai kalor adalah panas yang dihasilkan oleh pembakaran setiap satuan berat batubara

pada kondisi satandar, satuannya adalah cal/g, kcal/kg, MJ/kg atau Btu/lb. Nilai kalori dari

batubara dapat dihitung dari kenaikan suhu setelah pembakaran dengan mengadakan

beberapa koreksi.

Nilai Kalor, kcal/kg =

Di mana ;

(ta – t0) x C – f koreksi

M

Ta = suhu awal

Tb = suhu akhir

C = kapasitas panas efektif (energi ekuivalent)

M = berat contoh

Faktor koreksi, f adalah :

1. Panas akibat pembakaran kawat

2. Panas pembentukan asam sulfat, dan

3. Panas pembentukan asam nitrat

Selama proses pembakaran yang sebenarnya di boiler, nilai gross calorific value ini tidak

pernah tercapai karena beberapa komponen batubara, terutama air, menguap dan

menghilang bersama-sama denga panas penguapannya. Nilai pendekatan maksimum kalori

yang dapat dicapai selama proses ini adalah nilai net calorific value, nilai ini didapat dengan

perhitungan

Gambar 4.7. Peralatan analisa Nilai Kalor

4.5.5 Analisa Komposisi Abu/Ash Analysis (ASTM D-3682)

Abu batubara dikomposisikan dari senyawa-senyawa Si, Al, Fe, Ca dan sedikit Ti, K, Na, Mg,

Mn dalam bentuk silikat, oksida, sulfat dan phospat. Pengujian komposisi abu dapat

dikerjakan dengan cara melarutkan contoh abu batubara tersebut dengan cara peleburan

menggunakan asam kuat, selanjutnya oksida-oksida logam dalam abu batubara tersebut

dapat ditentukan dengan cara :

Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS)

X-ray Fflourescense

Dan lain-lain

Gambar 4.8. Peralatan analisa komposisi abu (AAS)

4.5.6 Analisa Ash Fusion Temperature/Titik Leleh Abu (ASTM D-1857)

Abu batubara merupakan sisa pembakaran yang tinggal setelah semua material yang dapat

terbakar habis. Abu batubara akan meleleh dan menempel pada pipa boiler bila tercapai titik

lelehnya.Pengujian titik leleh abu di laboratorium untuk melihat perubahan karakteristik dari

abu batubara apabila dipanaskan pada kondisi standar.

Prinsip kerja :

Abu batubara dicetak menjadi bentuk piramida, kemudian dipanaskan pada kenaikan suhu

tertentu pada suasana reduksi atau oksidasi dan diamati secara kontinu. Suhu saat

terjadinya perubahan karakteristik dari bentuk uji tersebut diamati sebagai :

Suhu deformasi awal (initial deformation temperature) IT, adalah suhu saat terjadinya

perubahan pertama pada bentuk piramida dari contoh uji.

Suhu spherical/softening (spherical/softening temperature) ST, adalah suhu pada saat

piramida dari contoh uji berubah menjadi spherical, yaitu bila diamati secara visual, tingginya

sama dengan lebar dari dasar piramida.

Suhu hemispherical (hemispherical temperature) HT, adalah suhu saat bentuk piramida dari

contoh uji berubah menjadi hemispherical, yaitu bila diamati secara visual, tingginya sama

dengan setengah dari lebar dasar piramida.

Suhu alir (flow/fluid temperature) ST, adalah suhu pada saat abu batubara mulai meleleh

pada dudukannya, sehingga tingginya menjadi 1/3 bagian dari lebar dasar piramida.

IT ST HT FT

Gambar 4.9. Perubahan titik leleh abu

4.5.7 Analisa Hardgrove Grindability Index/HGI (ASTM D-409)

Hardgrove grindability index atau nilai ketergerusan hardgrove adalah anagka yang

menunjukkan kemudahan batubara untuk digerus. Nilai HGI yang tinggi menyatakan

batubara tersebut mudah digerus dan sebaliknya.

Cara pengujiannya sebagai berikut :

Contoh batubara yang berukuran -20 + 28 mesh digerus dalam alat Hardgrove Grindability

Machine sampai 60 putaran.Hasil penggerusan diayak dengan saringan 200 mesh

menggunakan alat “sieve shaker” selama 10 menit.

HGI dapat dihitung dari hasil penimbangan berat contoh batubara yang lolos saringan 200

mesh, dengan mengkonversikan ke dalam kurva kalibrasi dari contoh standar.

HGI

Berat contoh lolos saringan

200 mesh, gr

Gambar 4.10. Kurva kalibrasi HGI

Gambar 4.11. Peralatan analisa HGI

4.5.8 Size Analysis/Analisa ukuran partikel (ASTM D-4749)

Size analysis ialah pengujian yang bertujuan mengukur distribusi partikel batubara. Sejumlah

contoh setelah dikeringkan dalam udara, diayak dengan ayakan ukuran 70 mm, 50 mm, 32

mm dan 2.38 mm. Contoh yang tertahan pada masing-masing ayakan selanjutnya ditimbang

dan dihitung prosentasenya ukuran partikel batubara.

4.5.9 Slagging dan Fouling Index

Slagging dan Fouling Index ditentukan dengan perhitungan berdasarkan data ash analysis

dan ash fusion temperature. Untuk perhitungannya perlu ditetapkan dulu karakteristik dari

abu yaitu abu bituminous atau abu lignitic.

Abu bitumunous, bila Fe2O3 > CaO + MgO

Abu lignitic, bila Fe2O3 < CaO + MgO

Slagging index- abu bituminous (Rs)

Rs = (B/A) x S

Di mana : B = CaO + MgO + Fe2O3 + Na2O + K2O

A = SiO2 + Al2O3 + TiO2

S = % sulfur, dry basis

Klasifikasi slagging index menggunakan Rs sebagai berikut :

Rs <0.6 = low

0.6 < Rs <2.0 = medium

2.0 < Rs <2.6 = high

2.6 < Rs = severe

Slagging index- abu lignitic (Rs*)

Rs* =

Di mana :

(max HT + 4 (min IT)

5

max HT = temperature hemispherical tertinggi

min IT = temperature initial deformation terendah

Fouling index- abu bituminous (Rf)

Rs = (B/A) x Na2O

Di mana : Na2O = % dari ash analysis

Klasifikasi fouling index menggunakan Rf sebagai berikut :

Rf <0.2 = low

0.2 < Rf < 0.5 = medium

0.5 < Rf < 1.0 = high

1.0 < Rf = severe

Fouling index- abu lignitic (Rf*), berdasarkan kandungan sodium (Na2O) dalam abu :

Bila CaO + MgO + Fe2O3 > 20%

Na2O < 3 = low to medium

3 < Na2O < 6 = high

Na2O > 6 = severe

Bila CaO + MgO + Fe2O3 < 20%

Na2O < 1.2 = low to medium

1.2 < Na2O< 3 = high

Na2O > 3 = severe

4.6 Pelaporan Data

Parameter Satuan Hasil pengujian

As ReceivedBasis

Air Dried Basis Dry Basis

Proximate Analysis:

Total Moisture

Moisture in the analysis sample

Ash Content

Volatile Matter

Fixed Carbon

Gross Calorific Value

Ultimate Analysis:

Carbon

Hydrogen

Sulfur

Nitrogen

Oxygen

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

Kcal/kg

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

27.29

-

2.45

35.92

34.34

4928

46.60

3.29

0.13

0.55

19.69

-

13.28

2.92

42.84

40.96

5878

55.58

3.92

0.16

0.66

23.48

-

-

3.37

49.40

47.23

6778

64.09

4.52

0.18

0.76

27.08

HGI

Size distribution:

+ 70 mm

+ 50 – 70 mm

+ 32 – 50 mm

+ 2.38 – 32 mm

2.38 mm

Ash Analysis:

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

K2O

Na2O

P2O5

SO3

MnO2

Undetermined

Index

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

% wt

52

0.35

3.05

13.16

64.99

18.45

51.43

14.92

10.24

2.03

3.76

4.20

0.63

0.54

0.52

11.12

0.10

0.51

Slagging Index 0.05 low

Fouling Index 0.15 low

Ash FusionTemperature

Reducing Oxidicing

Initial deformation

Spherical

Hemispherical

Flow

0C

0C

0C

0C

1190

1210

1220

1240

1260

1270

1280

1290

4.7 Macam pengujian serta fungsinya

Parameter Unit Basis Catatan

Total moisture % ar Diperlukan untuk menghitung parameter ke as received basis

Proximate

Moisture

Ash

Volatile matter

Fixed carbon

%

%

%

%

adb Analisis dasar

Calorific value Cal/g adb Parameter penting

Total sulphur % adb

Ultimate

Carbon

Hidrogen

Nitrogen

Sulphur

Oxygen

%

%

%

%

%

daf Hasil analisis dalam adb, tetapi pelaporan dalam daf

Ash fusion temperature

Deformation

Spherical

0C

0C

0C

Diperlukan untuk memprediksi perilaku abu batubara saat proses pembakaran

Hemispherical

Flow

0C

Ash analysis

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

Mn3O4

CaO

MgO

Na2O

K2O

P2O5

SO3

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

Ignited at815

0C

Diperlukan untuk memprediksi perilaku abu batubara saat proses pembakaran

Hardgrove grindability index

Untuk memperkirakan index gerus

Bab IV Analisa Kualitas Batubara

Documents

Transcript of Bab IV Analisa Kualitas Batubara