BAB IVTUGAS KHUSUS

4.1 Pendahuluan

4.1.1 Judul

Judul tugas khusus dalam kerja praktek ini adalah ”Menghitung dan

Menganalisa Pengaruh Temperatur Terhadap kadar zat terbang pada alat

fluidized carbonizer”.

4.1.2 Latar Belakang Tugas Khusus

Batu bara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah

batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya

adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan. Unsur-unsur

utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Batu bara juga adalah batuan

organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui

dalam berbagai bentuk. Analisis unsur memberikan rumus formula empiris seperti

C137H97O9NS untuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit. Batu bara sangat

banyak manfaat dan kegunaannya, diantaranya dimanfaatkan sebagai bahan bakar

yang di buat menjadi briket.

Briket batubara adalah bahan bakar padat yang terbuat dari batubara dengan

sedikit campuran seperti tanah liat dan tapioka. Briket batubara mampu

menggantikan sebagian dari kegunaan minyak tanah, sepeti ; Pengolahan Makanan,

Pengeringan, Pembakaran dan Pemanasan. Bahan baku utama briket batubara adalah

batubara yang sumbernya berlimpah di Indonesia dan mempunyai cadangan untuk

selama kurang lebih 150 tahun. Teknologi pembuatan briket tidaklah terlalu rumit

dan dapat dikembangkan oleh masyarakat maupun pihak swasta dalam waktu

singkat. Sebetulnya di Indonesia telah mengembangkan briket batubara sejak tahun

1994 namun tidak dapat berkembang dengan baik mengingat minyak tanah masih

disubsidi sehingga harganya masih sangat murah, sehingga masyarakat lebih memilih

minyak tanah untuk bahan bakar sehari-hari.

Proses karbonisasi adalah proses pembakaran batubara dengan udara terbatas

untuk menurunkan kandungan volatile matter (zat terbang). Karbonisasi yang

digunakan adalah karbonisasi temperature rendah dengan kisaran suhu 4400-4800C.

Karbonisasi ini dimaksudkan untuk menurunkan gas-gas bawaan batubara seperti

volatile matter (zat terbang) sampai 50%, meningkatkan nilai kalori, sehingga produk

akhirnya tidak berbau.

4.1.3 Tujuan Tugas Khusus

Adapun tujuan khusus dari kerja praktek yang penulis lakukan di Pabrik

Briket PT. Bukit Asam (Persero) adalah untuk menghitung pengaruh suhu

karbonisasi terhadap kadar zat terbang pada alat fluidized carbonizer.

4.1.4 Waktu

Pelaksanaan tugas khusus tersebut adalah di mulai dari tanggal 3 Agustus

2015 sampai dengan 25 September 2015.

4.2 Landasan Teori

Briket batubara adalah bahan bakar padat yang terbuat dari batubara

yang merupakan bahan bakar alternatif atau pengganti minyak tanah yang paling

murah dan memungkinkan dikembangkan secara massal dalam waktu yang relatif

singkat mengingat teknologi dan juga peralatan yang relatif sederhana.

Batubara yang telah mengalami proses karbonisasi menjadi briket akan lebih

mahal daripada briket tanpa karbonisasi. Hal in dikarenakan adanya biaya tambahan

untuk energi dalam pemprosesannya, juga membutuhkan batubara dalam jumlah

yang banyak. Namun disisi lain, memiliki keuntungan yaitu dapat menggunakan

tungku yang lebih fleksibel bentuknya sehingga lebih mudah untuk digunakan.

Karbonisasi sendiri memiliki pengertian proses pemanasan batubara sampai

suhu dan waktu tertentu pada kondisi sedikit oksigen untuk menghilangkan

kandungan zat terbang dari batubara sehingga dihasilkan padatan berupa arang

dengan hasil sampling yang telah dilakukan pembakaran pada batubara.

Pembakaran briket batubara dilakukan melalui dua proses yaitu proses

pencampuran bahan baku batubara dan proses dari pengolahan briket dengan

menggunakan bahan baku kokas, coalisting soda dan air, pada proses kabonisasi

batubara diolah menjadi coalite dengan memperlakukan sebagai berikut:

1. Proses penggerusan

Proses penggerusan adalah proses yang dilakukan untuk mereduksi ukuran

butir agar campuran yang dihasilkan akan semakin baik dikarenakan pembuatan

briket batubara selalu memerlukan ukuran butir yang halus supaya material bisa

tercampur secara homogen.

2. Pemanasan

Pemansan merupakan salah satu yang tak sangat penting karena disini

campuran briket yang sudah dicampur lalu dipanaskan agar zat terbangnya semakin

kecil untuk membuat briket bertahan lama.

3. Pengayakan

Pengayakan adalah salah satu proses pemisahan material dengan ukuran

tertentu

4. Karbonisasi

Karbonisasi merupakan suatu proses untuk mengonversi bahan organik

menjadi arang. Pada proses karbonisasi akan melepaskan zat yang mudah terbakar

seperti CO, CH4, H2, formaldehit, metana, formik, dan acetil acid serta zat yang

tidak terbakar seperti CO2, H2O, dan Tar cair. Gas-gas yang dilepaskan pada proses

ini mempunyai kalor yang tinggi dan dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan

kalor pada proses kalor. Proses karbonisasi dapat merupakan reaksi endoterm atau

eksoterm tergantung pada temperatur dan proses reaksi yang sedang terjadi.

Briket batubara karbonisasi adalah briket batubara yang bahan bakunya

(batubara) dikarbonisasi sebelum menjadi briket prosesnya sendiri dimulai dari suhu

200oC–1000oC dimana memerlukan suhu yang tinggi menjadi mengapa dalam

aplikasi pembuatan briket banyak ditinggalkan, terutama skala kecil menengah.

Fungsi utama dari karbonisasi meningkatkan nilai kalori karena menghilangkan

kadar air. Dengan karbonisasi zat terkandung dalam batubara tersebut akan

diturunkan yaitu zat terbang sehingga produk akhirnya tidak berbau dan tidak

berasap, akhirnya biaya produksi meningkat karena pada batubara itu menjadi redum

50%.

Jenis briket batubara karbonisasi mempunyai karakteristik lebih baik

dibandingkan dengan briket non karbonisasi. Hal ini disebabkan sebagian besar

volatile matter-nya sudah hilang atau berubah menjadi senyawa karbon di dalam

briketnya. Apabila dilakukan pembakaran tidak lagi mengeluarkan bau dan asap yang

banyak kecuali dari hasil pembakaran zat pengikatnya. Nilai kalor yang ditimbulkan

lebih tinggi dibanding dengan briket batubara non karbonisasi, karena jumlah karbon

terikatnya cukup besar. Pengolahan awal dengan cara karbonisasi batubara. Untuk

meningkatkan kadar karbonnya dan menghilangkan sejumlah kandungan belerang

sehingga mengurangi polusi dalam penggunaannya. Ruang lingkup dalam proses

pembuatan briket batubara karbonisasi memiliki pedoman yang cukup, jenis, bahan

baku, tipe standar kualitas batubara sebagai bahan baku briket batubara dan bahan

bakar padat berbasis batubara dan prosedur pembuatan briket batubara untuk industri

kecil dan rumah tangga serta karakteristik dan standar kualitas batubara berbagai

jenis briket batubara.

Tujuan dari proses karbonisasi adalah menaikkan kadar karbon padat dan

menghilangkan zat terbang (volatile matter) yang terkandung dalam batubara

serendah mungkin sehingga dihasilkan semi kokas atau kokas dengan kandungan zat

terbang yang ideal 8-15% dengan nilai kalori yang cukup tinggi di atas 6000 kkal/kg.

Kandungan zat terbang berhubungan erat dengan kelas batubara, makin tinggi zat

terbangnya maka makin rendah kelas batubara, karena zat terbang akan mempercepat

pembakaran karbon padatnya. Dengan karbonisasi juga akan menghasilkan produk

akhir yang tidak berbau dan berasap.

Adapun sifat fisik batubara setelah dikarbonisasi adalah sebagai berikut:

1. Free Swelling Index (FSI)

Free Swelling Index (FSI) merupakan suatu parameter seberapa jauh batubara

akan memuai apabila dipanaskan. FSI ditentukan dengan memanaskan batubara yang

telah digerus dan dicetak sampai 800ºC di dalam cawan selama waktu tertentu.

Setelah zat terbang habis kokas yang lebih kecil dari ukuran semula tetap berada

dalam cawan. Penampang sisa kokas dibandingkan dengan penampang baku

bernomor 1-10. Adapun pengaruh nilai FSI pada batu bara adalah sebagai berikut:

a. Bila pemuaian kokas mengakibatkan ia sama dengan ukuran panjang nomor

0-2 ( jadi FSInya 0-2) batubara tersebut bukan batubara kokas yang baik

(pori-porinya terlalu rendah).

b. Bila FSI -nya 8-10 berarti tingkat pemuaiannya terlalu tinggi berarti bila

dijadikan kokas terlalu berpori-pori besar sangat rapuh.

c. Batubara dengan nomor FSI 4-6 adalah ideal untuk diproses menjadi kokas

(batubara ini akan menjadi kokas yang cukup berpori dan kuat menahan

beban).

2. Hardgrove Grindability Index (HGI)

Hardgrove Grindability Index (HGI) adalah indeks kemampugerusan atau

indeks kekerasan hardgrove, yakni ukuran/tingkat mudah atau sukarnya batubara

digerus menjadi tepung batubara sebagai bahan bakar (khususnya pada PLTU).

Indeks ini terdiri dari angka 0 – 100. Adapun pengaruh nilai HGI pada batubara

adalah sebagai berikut:

a. Batubara dengan indeks hardgove kurang dari 50 adalah keras sehingga sukar

digerus dan memerlukan serangkaian alat penggerus yang mahal.

b. Batubara yang mempunyai indeks hardgrove 50 keatas adalah batubara lunak

sehingga mudah untuk digerus.

3. Specific Heat

Specific Heat merupakan indikasi kandungan nilai energi yang terdapat pada

batubara, dan merepresentasikan kombinasi pembakaran dari karbon, hidrogen,

nitrogen, dan sulfur. Specific Heat sangat berpengaruh terhadap pengoperasian

pulveriser atau mill, pipa batubara dan windbox serta burner. Adapun pengaruh

Specific Heat pada batubara adalah sebagai berikut:

a. Semakin tinggi Specific Heat maka aliran batubara setiap jam-nya semakin

rendah sehingga kecepatan coal feeder harus disesuaikan.

b. Untuk batubara dengan kadar kelembaban dan tingkat ketergerusan yang

sama, maka dengan Specific Heat yang tinggi menyebabkan pulveriser akan

beroperasi di bawah kapasitas normalnya (menurut desain), atau dengan kata

lainoperating ratio nya menjadi lebih rendah.

4. Size Stability

Ukuran butir batubara dibatasi pada rentang butir halus (pulverized coal atau

dust coal) dan butirkasar (lump coal). Butir paling halus untuk ukuran maksimum

3mm, sedangkan butir paling kasar sampai dengan ukuran 50 mm. Pengaruh Specific

Heat pada batubara yaitu semakin kecil ukuran partikel batubara, maka semakin

besar luas permukaanya.

5. Bulk Density

Bulk Density (kepadatan Massal) adalah nilai massa suatu bahan padat yang

dibagi dengan total volume mereka tempati. Total volume meliputi volume partikel,

volume void (kosong) antar-partikel dan Volume internal pori-pori bahan.

Pengaruh Bulk Density terhadap kualitas batubara adalah semakin besar nilai

bulk densitynya maka kualitas batubara itu semakin baik/tinggi , sebab dengan bulk

density yang lebih besar maka jumlah massa batubara dalam volume tersebut lebih

banyak jumlah nya pada total volume yang ditempati bernilai sama. Adapun bulk

kepadatan batubara adalah:

a. Batubara Antrasit: 50 - 58 (lb/ft 3 ), 800 - 929 (kg/m 3 )

b. Batubara Bitumen: 42-57 (lb / ft 3), 673-913 (kg / m 3 )

c. Batubara Lignit: 40 - 54 (lb / ft 3), 641-865 (kg / m 3 )

Bahan pengikat pada proses pembuatan briket batubara karbonisasi dibagi

menjadi 3 macam diantaranya adalah:

1. Bahan pengikat biasa adalah bahan pencampuran pada proses pembuatan

briket batubara yang terdiri dari bahan pengikat organik dan bahan pengikat

anorganik.

2. Bahan pengikat organik adalah bahan pencampur pada pembuatan briket

batubara karbonisasi atau tanpa karbonisasi yang dapat merembes ke dalam

pemukaan dengan cara terabsorbsi sebagai ke dalam pori – pori atau celah

yang ada antara lain seperti kanji.

3. Bahan pengikat anorganik adalah bahan pencampur pada pembuatan briket

batubara karbonisasi, tanpa karbonisasi dan bio briket. Batubara yang

berfungsi sebagai perekat antara permukaan partikel – partikel batubara yang

tidak relatif dan berfungsi sebagai stabilitasi selama pembakaran antara lain

seperti tanah liat.

Bahan baku utama briket batubara karbonisasi adalah batubara dengan

persentase antara 80 – 90%, sisanya 5 – 15% merupakan bahan pengikat dan bahan

imbuh. Bahan imbuh yang dipergunakan adalah kapur dengan kadar maksimum 5%

yang berupa yang berfungsi untuk menghilangkan bau pada briket batubara dan juga

berfungsi sebagai absorban untuk menangkap SO2.

Apabila briket batubara akan dimanfaatkan sebagai bahan bakar yang

diperlukan persyaratan minimal dalam proses pembakarannya tidak mencemari

lingkungan. Beberapa sifat dari briket yang baik diantaranya adalah:

1. Tidak berasap dan tidak berbau pada saat pembakaran

2. Mempunyai daya tekan atau kekuatan tertentu sehingga tidak mudah pecah

dalam proses pemindahan dan sebagainya

3. Mempunyai suhu pembakaran yang tetap dengan jangka waktu yang relatif

lama antara 2 sampai 10 jam

4. Setelah hasil pembakaran terdapat abu yang tidak menempel pada tungku

sehingga mudah dipindahkan atau dibuang

5. Hasil pembakaran tidak mengandung kandungan karbon monoksida dengan

kadar yang tinggi

Pada proses pengkarbonisasian ini digunakan alat fluidized carbonizer yang

berfungsi untuk mengkarbonisasi batubara ukuran < 5 mm pada temperatur operasi

berkisar antara 440-480oC, dengan metode yang digunakan pada proses karbonisasi

dengan alat fluidized carbonizer ini, yaitu dengan mengalirkan udara ke dalam

carbonizer. Proses pengkarbonisasian berlangsung secara kontinyu yang terjadi pada

alat fluidized carbonizer dengan kontak udara. Pada dinding carbonizer ini

dilengkapi dengan caster fire brick (refractory) yang berfungsi untuk menurunkan

temperature tinggi pada bagian dalam carbonizer, agar temperatur tersebut tidak

merambat kebagian dinding sebelah luar. Adapun gambar alat fluidized carbonizer

dapat dilihat pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Alat Fluidized Carbonizer

Pada gambar diatas merupakan tungku carbonizer, alat ini memiliki prinsip

kerja yaitu umpan masuk melalui dua bangker lalu masuk kedalam alat carbonizer

yang mencakup dua siklon sistem pakan, dan gas alam panaskan burner. Carbonizer

ini dioperasikan pada suhu 440-480 0C dan tekanan 0,1-0,3 bar dengan kapasitas

2x2,2 ton/jam. Pada proses karbonisasi dengan alat Fluidized Carbonizer dimulai

dengan mengalirkan udara kedalam Carbonizer. Proses pengkarbonisasi berlangsung

secara Kontinyu yang terjadi pada alat Fluidized Carbonizer dengan kontak udara.

Setelah proses tersebut telah selesai maka coalite yang telah dikarbonisasi dialirkan

ketempat penampungan yang bernama Coalite Receiver, lalu dialirkan menuju Silo-

Silo penampungan dan disemprotkan air sebelum dialirkan ke Conveyor hal ini

bertujuan untuk menurunkan suhu coalite agar tidak merusak alat conveyor pada saat

pengaliran menuju Coalite Yard.

Karbonisasi batubara adalah proses pembakaran batubara dengan udara terbatas

untuk menurunkan kandungan volatile metter. proses karbonisasi dibedakan atas :

1. Karbonisasi temperatur rendah, T< 700 oC

2. Karbonisasi temperatur menengah, antara 700-900 oC

3. Karbonisasi temperatur tinggi, T>900 oC

Karbonisasi temperatur rendah batubara bituminus akan menghasilkan tar dan

hidrokarbon.

Karbonisasi suhu rendah biasanya digunakan batubara rank rendah seperti

lignit, sub bituminus dan batubara high volatile bituminus, sedangkan karbonisasi

suhu tinggi menggunakan batubara rank tinggi dengan kandungan zat terbang antara

16% sampai dengan 41% digunakan untuk memproduksi semikokas yang tidak

berasap untuk keperluan bahan baku pembuatan briket karbonisasi (super) dan boiler

industri, sedangkan bahan bakar padat dari karbonisasi suhu tinggi digunakan untuk

industri metalurgi. Batubara yang telah dikarbonisasi akan berupa semikokas dengan

spesifikasi kualitas semikokas sebagai berikut yang dapat di lihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Spesifikasi Kualitas Batubara

No Parameter Basis Satuan Kisaran

1

2

3

4

5

6

7

Total Moisture (TM)

Inherent Moisture (IM)

Ash Content (Ash)

Volatile Matter (VM)

Fixed Carbon (FC)

Sulfur (S)

Calorie Value (CV)

ar

(adb)

(adb)

(adb)

(adb)

(adb)

(adb)

%

%

%

%

%

%

kal/gr

21-31

10-20

0,1-11

35-45

33-45

< 0,5

5.000-6.000

Sumber : PBUTE PT. Bukit Asam (Persero), Tbk.

4.3 Pemecahan masalah

4.3.1 Pengumpulan Data

Produk dari proses ini disebut dengan coalite atau semikokas, yang digunakan

sebagai bahan baku briket batubara karbonisasi (super). Batubara yang digunakan

untuk proses karbonisasi adalah batubara jenis Subbituminus atau steam coal. Untuk

menghitung kadar zat terbang pada coalite dilakukan dengan pengambilan data

terlebih dahulu, data tersebut dapat dilihat pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Pengambilan data mulai tanggal 20 Agustus-21 Agustus 2015

Waktu (t)Temperatur (0C)

460-470 470-480 480-490 490-500

10 462 474 489 493

20 460 476 481 499

30 457 473 489 499

40 461 477 483 495

50 460 479 487 498

60 467 472 486 492

trata-rata 461 475 485 496

4.3.2 Pembahasan

Dari hasil analisa dan perhitungan yang telah ditinjau bahwa kadar zat

terbang merupakan bagian organik batubara yang menguap ketika dipanaskan pada

suhu tertentu dan dapat dilihat pada grafik berikut :

455 460 465 470 475 480 485 490 495 50017

18

19

20 19.665

18.64518.17 17.99

Pengaruh Suhu Karbonisasi Terhadap Kadar Zat Terbang

VM

Suhu(0C)

Vol

atil

mat

ter

(%)

Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Suhu Karbonisasi Terhadap Kadar Zat Terbang

Grafik diatas dapat kita ketahui bahwa pada suhu 4610C kandungan zat

terbang pada coalite adalah 19,665%. Pada suhu 4750C kandungan zat terbang Pada

Coalite adalah18,645%, kemudian pada suhu 4850C kandungan coalite adalah

18,17% dan selanjutnya pada suhu 4960C kandungan zat terbang pada coalite adalah

17,99%. Kadar zat terbang sangat berpengaruh pada kuantitas dan kualitas coalite.

Secara umum dan teori dapat kita ketahui bahwa semakin tinggi suhu karbonisasi

maka kadar zat terbang yang terkandung dicoalite semakin rendah, hal ini pada grafik

diatas terbukti. Apabila suhu terlalu tinggi maka coalite yang digunakan pada

pembuatan briket mudah retak dan pada saat pembakaran akan cepat habis. Selain itu

juga faktor yang mempengaruhi kadar zat terbang diantaranya tekanan dan ukuran

butiran. Kadar zat terbang diPabrik Briket Tanjung Enim berkisar . . . . . . .. dan

suhunya . . . . .