BATUBARA

Distilasi Destruktif Batubara

Batubara dapat dipyrolisis atau didistilasi dengan memanaskannya tanpa

adanya kontak dengan udara. Hasil dari proses pyrolisis ini dapat berupa zat

padat, cair atupun gas, tergantung dari suhu pemanasannya serta jenis batubara

yang digunakan.Jika unit itu menggunakan suhu antara 450 sampai 700°C, proses

itu disebut karbonisasi suhu rendah (low-temperature carbonization), jika suhu di

atas 900°C disebut karbonisasi suhu tinggi (high-temperature carbonization).

Zat cair hasil karbonisasi suhu rendah mengandung lebih banyak tar asam

dan tar basa dari pada zat cair karbonisasi suhu tinggi. Pada karbonisasi suhu

tinggi, zat cair yang dihasilkan adalah air, tar, 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.

Berikut ini merupakan langkah-langkah dekomposisi dari batubara

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.

Proses Kokas Batubara

Ada dua macam proses pengokasan batubara, yaitu proses beehive dan by

product.Pada proses by product, batubara dipanaskan dari dua sisi sehingga kalor

mengalir ke tengah, dengan demikian menghasilkan kokas yang lebih kecil dan

lebih padat dari yang dihasilkan pada proses beehive. Kalor yang didapatkan

seluruhnya didapat dari gas asap yang dialirkan pada sisinya.

Proses Kokas Beehive

Proses kokas beehive merupakan proses pemanasan batu bara secara

langsung dalam tungku beehive yang berbentuk kubah. Tungku Beehive

merupakan tungku yang paling tua dimana batubara dibakar pada kondisi udara

terbatas, sehingga hanya zat terbang saja yang akan terbakar. Jika zat terbang

terbakar habis, proses pemanasan dihentikan.Kelemahannya antara lain terdapat

produk samping berupa gas dan cairan yang tidak dapat dimanfaatkan atau habis

terbakar, disamping itu produktivitas sangat rendah (Raharjo, 2010).

Gambar 1. Proses pengolahan kokas by-product

Proses Kokas By-product

Sebelum masuk ke dalam ruang bakar, batubara diangkut, dihancurkan

dan diayak. Ruang bakar pengolahan kokas by-product terbuat dari batu yang

tahan panas serta mampu menahan tekanan yang disebabkan oleh ekspansi gas

selama proses berlangsung. Ruang bakar dapat disusun sampai 10 atau bahkan

100 buah ruang bakar.

Gambar 2. Ruang bakar pada proses by-product

Setiap ruang bakar memulai dan mengakhiri proses pada waktu yang

berbeda, sehingga menghaslkan produk yang kontinyu. Bahan baku batubara

dimasukan melalui lubang di bagian atas ruang bakar dan masuk ke dalam ruang

bakar yang dindingnya bersuhu sekitar 1100°C. Pemanasan berlangsung dan

batubara dibiarkan dalam ruang bakar sampai menghasilkan kokas. Suhu gas

pemanas dapat berbeda-beda tergantung dari jenis batubara, kandungan air pada

batubara dan kehalusan batubara tersebut. Setelah pemanasan selesai, kokas yang

dihasilkan masih panas dan berwarna merah terbakar yang selanjutnya

didinginkan dengan siraman air.

Produk samping yang berupa gas dan zat volatil dialirkan melalui leher

angsa ke pipa baja horizontal yang dihubungkan ke semua ruang bakar yang

disusun seri. Zat cair yang bergerak bersama gas disiram dengan amonia encer

sehingga dapat mengkondensasi zat volatil yang berupa tar. Zat cair tersebut

masuk ke dalam tangki ekstraktor untuk dipisahkan komponennya dari amonia.

Amonia dipompa kembali untuk mengkondensasi gas hasil dari pembakaran. Tar

kemudian didistilasi.

Gambar 3. Proses penyulingan tar batubara

Tar disaring dan dipompa melalui heat exchanger ke kolom distilasi. Uap

hasil distilasi dipanasi lebih lanjut dan keluar dari atas kolom distilasi yang

kemudian masuk ke dalam kolom fraksinasi untuk dipisahkan menjadi empat

fraksi beserta residu dan pitch. Pitch dipanasi lebih lanjut sehingga diperoleh pitch

dengan kekerasan yang diinginkan dan untuk mengeluarkan minyak yang dapat

menguap dengan titik didih tinggi. Pitch itu ditarik dari atas bagian tengah kolom

distilasi dan dibawa ke penimbunan, melalui pitch heat exchanger.

Coal tar pitch adalah bahan yang sering digunakan sebagai prekursor

untuk serat karbon pada kompositkarbon. Kandungan senyawa dari Coal tar pitch

sangat bervariasi tergantung pada kondisi distilasi, termasuk waktu dan suhu.

jumlah senyawa yang terkandung dalam coal tar pitch ada diperkirakan berjumlah

ribuan. Panampakan visual dari Coal tar pitch adalah mengkilat, berwarna coklat

tua kehitaman dan di dalamnya mengandung hidrokarbonaromatik polisiklik,

metil, turunan polimetil, dan senyawa heteronuklir. Coal tar pitch termasuk jenis

thermoplast yang akan meleleh saat dipanaskan. Lelehan Coal tar pitch ini dapat

dibentuk menjadi serat pitch dengan proses karbonisasi pada suhu ≥ 1000°C

untukmembentuk serat karbon. Coal tar pitch mengandung senyawa volatile, yaitu

senyawa yang dilepaskan ketika coal tar pitch dipanaskan/dikarbonisasi. Coal tar

pitch biasanya digunakan sebagai aspal untuk jalan raya (Zazali, 2011).

Kokas dan tar dapat dibuat dengan proses kontinyu, tetapi produk yang

terbentuk sangat berbeda dari proses pembakaran by-product.Karbonisasi suhu

tinggi kontinyu biasanya dilakukan untuk menghasilkan gas sintesis dengan

sedikit hasil kokas. Kokas halus suhu tinggi dapat dihasilkan oleh reaktor gas

sintesis dan kemudian dipadatkan menjadi briket kokas metalurgi (formcoke)

untuk tanur tinggi, tetapi pada saat ini tidak menguntungkan.

Recovery of Coal Chemicals

Campuran gas yang keluar dari ruang bakar terdiri dari gas permanen yang

menjadi kokas murni, bersama uap air yang dapat dikondensasi, tar, minyak

ringan, partikel 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, jalan, atau pitch untuk atap.

Gas yang dihasilkan didinginkan melalui heat exchanger dan dikompresi

untuk memampatkan gas, sehingga memudahkan dalam pemisahannya dari

amonia. Gas dimasukan ke dalam saturator 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. Saturator 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. Garam

amonium sulfat itu dikeringkan di dalam alat sentrifugasi dan dimasukkan ke

dalam kantong-kantong yang beratnya 50 kg.

Gas yang keluar dari saturator didinginkan kembali dengan cara

disentuhkan dengan air. Selama proses pendinginan tersebut, kandungan naftalena

dalam gas akan ikut terbawa oleh air yang kemudian dapat dipasahkan. Gas lalau

di sentuhkan kembali dengan straw oil sebagai medium absorbernya untuk

mendapatkan minyak ringan dan bensol dari gas. Absorber disemprotkan dari atas

menara absorbsi sedangkan gas mengalir dari bawah ke atas.

Straw oil yang sudah kaya dengan minyak ringan,dilewatkan ke dalam

kolom pelucut di mana straw oil, yang mengalir ke bawah, dikontakkan dengan

uap aktif. Uap minyak ringan dan uap (steam) mengalir ke atas dari pemasak

melalui heat exchanger ke kondensor. Straw oil kemudian dialirkan ke absorber

ntuk digunakan kembali. Gas masih harus dibersihkan dari kandungan

belerangnya dengan oksida besi atau dengan larutan etanolamida.

Prosedur lain dapat dilakukan dengan menggunakan larutan posfat untuk

menyerap amonia dan membentuk posfat 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% akan menyerap semua NH3

yang ada. Larutan amonium fosfat itu didihkan kembali di dalam menara distilasi

tempat uap NH3 dan larutan amonium fosfat ringan dipisahkan untuk digunakan

kembali.

Karbonisasi Suhu Rendah

Karbonisasi suhu rendah dilakukan untuk mendapatkan produk cairan

yang maksimum serta produk semikokas (char) yang mengandung 8-20% bahan

yang dapat menguap (volatile).jumlah dan produknya tergantung pada jenis

batubara, suhu dan perlakuannya.

Distilasi Tar Batubara

Batubara adalah campuran dari berbagai unsur kimia, kebanyakan

aromatik, yang komposisinya sangat bervariasi.Tar merupakan hasil samping dari

distilasi destruktif atau pirolisis batubara. Kualitas dan kuantitas tar yang

dihasilkan bermacam-macam,bergantung pada laju produksi hasil pembakaran

dan karakteristik batubara yang digunakan.

Produk akhir distilas tar batubara adalah pitch yang biasanya lebih dari

60% terdiri dari tar mentah. Distilasi dilakukan untuk membuat produk akhir yang

dapat dijual dan memisahkan bahan-bahan yang bernilai menjadi produk yang

berguna.Pabrik yang modern yang dilengkapi dengan kolom fraksionasi untuk

distilasi pertama.

Metode Distilasi

Metode distilasi dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar, yaitu

1. 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 pipa enamel.

2. Continous still, dengan satu kolom distilasi dan menggunakan arus samping

3. Continous unit dengan beberapa kolom reboiler. Operasinya disempurnakan

dengan melakukan sirkulasi residu.

Gambar 4. Stirred Batch tar-distillation still

Distilasti tar batubara menghasilkan produk yang 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%.

Produk Distilasi

Gambar 5. Produk-produr tar batubara

Hasil dari distilasi tar batubara dipisahkan di dalam kolom fraksinasi dan

tidak diperlukan proses pemurnian lagi. Hasil dari fraksinasi tersebut yaitu

Light oil, biasanya dihasilkan pada suhu 200°C. Awalnya tar difraksinasi

pada suhu rendah yang dicampur dengan asam sulfat pekat, dinetralisasi dengan

soda kaustik, didistilasi ulang sehingga menghasilkan benzena, toluena dan

homolognya.

Middle oil, minyak ini sering disebut sebagai minyak kreosot. Middle oil

merupakan hasil dari fraksinasi pada suhu 200 sampai 250°C, yang mengandung

naftalena, fenol dan kresol. Natalena didapatkan dengan cara diendapkan dan

didinginkan. Dipisahkan dengan sentrifugasi dan dimurnikan dengan sublimasi.

Setelah naftalena dipisahkan, fenol dan asam tar 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.

Heavy oil, dihasilkan pada suhu fraksinasi 250 sampai 300°C. Minyak ini

dapat dibagi menjadi menjadi middle oil dan anthracence oil.

Anthracence oil, dihasilkan dari shu fraksinasi 300 sampai 350°C. Minyak

ini harus dicuci engan berbagai pearut untuk memisahkannya dari fenantrena dan

karbazol, sehingga didapatkan padatan anthracence.

Pemanfaatan Tar Batubara

Sebagian besar tar batubara yang dihasilkan masih digunakan sebagai

bahan bakar. Ter batubara juga digunakan untuk jalan dan atap. Untuk itu, tar

didistilasi sehingga terjadi komposisi termal. ”Tar dasar” (base tar) inidiencerkan

kembali dengan minyak kreosot sehingga mengering dengan cepat. Tar itu juga

dipakai untuk impregnasi lahan dan kertas agar kedap air.

Tabel 1. Komposisi penyusun tar batubara

Fraksionasi dan Pemurnian Bahan Kimia Tar Batubara

Karena ketatnya persaingan bahan kimia aromatik yang berasal dari migas,

minat terhadap bahan aromatik batubara sementara ini agak berkurang. Pada

waktu yang lalu tar 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 tar batubara. Produk yang

berpotensi 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.

Coal to Chemical

Batubara dapat digunakan sebagai bahan baku industri kimia, maupun

sebagai bahan bakar melalui proses konversi antara lain : Gasifikasi, Pirolisis,

Sintesis Fisher Tropsch, Hidrogenasi dan Solvent Extraction (Kusumapradono,

1994).

Gasifikasi (Gasification)

Proses gasifikasi batubara adalah konversi batubara menjadi gasyang

mudah dibakar. Kalau udara dipakai sebagai pembakar, maka gasN2 akan

mempunyai efek mengencerkan sehingga gas yang dihasilkanberkalor rendah.

Untuk menghasilkan gas kalori menengah, makasebagai pembakar dipakai gas 02

mumi. Untuk keperluan industri kimiaada kecenderungar: menggunakan medium

oksigen dan uap air untukmenghasilk;}n gas kaJori menengah.

Pirolisis

Pada proses pirolisa atau karbonasi, batubara dipanaskan dalam keadaan

tanpa udara sampai terjadi dekomposisi. Pada temperatur tinggi hasilnya berupa

residu padat yang banyak mengandung karbon, mudah terbakar (char/coke) dan

mengandung gas, sedangkan pada temperatur rendah hasilnya berupa cairan kaya-

hidrogen (tar). Tar dapat dipakai secara langsung, dan dapat diubah menjadi

minyak mentah sintetik melalui proses hydrotreatment.

Sintesis Fischer-Tropsch

Pada proses pirolisa atau karbonasi, batubara dipanaskan dalam keadaan

tanpa udara sampai terjadi dekomposisi. Pada temperatur tinggi hasilnya berupa

residu padat yang banyak mengandung karbon, mudahterbakar (char/coke) dan

mengandung gas, sedangkan pada temperatur rendah hasilnya berupa cairan kaya-

hidrogen (tar). Tar dapat dipakai secara langsung, dan dapat diubah menjadi

minyak mentah sintetik melalui proses hydrotreatment.

Solvent Extraction

Proses ekstraksi merupakan metoda konversi batubara yang melarutkan

sebagian atau seluruhnya batubara sehingga kemurnian batubara menjadl tinggi.

Pelarut yang digunakan dapat berupa hidrogen atau lJahan organik yang berasal

dari batubara pula. Jika tidak digunakan katalisator maka hasilnya bahan bakar

padat atau bahan bakar cair berat. Jika digunakan katalisator maka hasilnya adalah

liquid fuel oil, synthetic crude oil, atau nafta.

Hidrogenasi

Hidrogenasi batubara merupakan proses pencairan batubara menggunakan

katalis. hidrogenasi merupakan bagian dari tahapan pencairan batu bara tak

langsung (Indirect Coal Liquefaction, ICL). 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.

Pencairan batubara tak langsung merupakan proses untuk memproduksi

bahan bakar cair melalui beberapa tahap. Proses ini cocok tidak hanya untuk

batubara bituminous dan subbituminous, tapi juga batubara muda seperti lignite.

Setelah tahap penyiapan, batubara dikonversi menjadi syngas dengan proses

gasifikasi menggunakan oksigen murni untuk oksidasi parsial karbon. Syngas

merupakan campuran gas yang mengandung hidrogen (H2), karbon monoksida

(CO), air dan uap dengan jumlah yang bervariasi, karbon dioksida dan senyawa

pengotor yang ada dalam batubara. Ratio H2/CO untuk gas ini adalah 0,5-0,8,

selanjutnya ratio H2/CO diatur sampai harga yang diperlukan untuk reaktor

Fischer-Tropsch (biasanya H2/CO = 2), kemudian semua pengotor dan karbon

dioksida dihilangkan. Produk yang diperoleh dalam reaktor kemudian dialirkan ke

tahap isomerisasi atau proses dingin hidrocracking isomerisasi (HDI) dengan

penambahan gas hidrogen (H2), sehinggadihasilkan produk sesuai spesifikasi.

Komponen-komponen yang tidak diinginkan, seperti : senyawa-senyawa yang

mengandung sulfur dan nitrogen serta abu terbang dapat dipindahkan dari syngas

dengan menggunakan proses pemurnian gas.. Tahapan paling penting untuk

membuat bahan bakar hidrokarbon adalah sintesa melalui proses Fischer-Tropsch

(F-T).

Proses F-T untuk membuat hidrokarbon sintetis dapat digambarkan secara

sederhana dengan dua reaksi katalitik berikut, yang menghasilkan dua

molekulhidrokarbon besar dari molekul kecil CO dan H2 yang diproduksi dengan

gasifikasi, dan oksigen dalam umpan CO direject dalam steam, dan reaksinya

adalah sebagai berikut :

nCO + 2nH2 ----> nH2O + CnH2n (olefin)

nCO + (2n+1)H2 ----> nH2O + CnH2n+2 (parafin)

Gambar 6. Proses Pencairan Batubara Tak Langsung (Batan, 2010)

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.