PEMANFAATAN BATUBARA

SECARA KIMIA FISIKA

Oleh :

Enggal Nurisman, ST,MT

PERGANTIAN TENAGA PENGGERAK

DARI MEMANFATKAN TENAGA MANUSIA MAUPUN HEWAN

ABAD KE-18 ADALAH ABAD

DIMULAINYA ERA MEKANISASI KEHIDUPAN MANUSIA

KE PENGGERAK MESIN

BERBAHAN BAKAR KAYU & BATUBARA

SEJAK AWAL ABAD KE-19, PERANNYA TELAH TERGANTIKAN OLEH MINYAK BUMI

SEJAK DITEMUKANNYA MESIN BERTENAGA UAP OLEH JAMES WATT TAHUN 1888

INDUSTRI TRANSPORTASI

MULANYA KAYU & BATUBARA MENJADI SUMBER BAHAN BAKAR UTAMA SAAT ITU

Minyak bumi : Sumber Energi yang dapat dimanfaatkan

secara praktis, efektif dan efisien, polusi rendah

Jumlah Berlimpah Teknologi Tersedia

NERACA SUPLAI & DEMAND BBM

INDONESIA

Harus Memenuhi Kriteria:

Harga Murah Cadangan Berlimpah Ramah Lingkungan

Teknologi Konversi Tersedia,

Biaya Investasi dan Operasional yang

Murah dan Effisien

Sumber Energi Lain sebagai Energi Alternatif

Pengganti Energi Minyak

Sumber Energi yang memenuhi ketiga Kriteria tersebut adalah

Batubara

Menjadi

Dalam Rangka : Diversifikasi Energi

Dalam KEN Rencananya Penggunaan Batubara ditingkatkan

Dari hanya 14 % total pemakaian energi Mix Indonesia Pada Tahun 2006

Pemilihan Batubara sebagai substitusi minyak bumi selain memenuhi ketiga

Kriteria diatas juga sesuai dengan

Kebijakan Energi Nasional (KEN)

33% total pemakaian energi Mix Indonesia Pada Tahun 2025

BBM,54% BB,14%

EL,5%

BB,33%

BBM,25%

EL,11% Teknologi Pemanfaatan

Batubara

2005 2025

GB,27%

GB,31%

Keterangan: 1. BBM = Bahan Bakar Minyak 2. BB = Batubara 3. GB = Gas Bumi 4. EL = Energi Lainnya

Kebijakan Energy Mix Departemen ESDM RI

SASARAN ENERGI MIX NASIONAL 2025

PLTMH 0.216%

Biofuel 1.335% Tenaga surya 0.020%

Tenaga angin 0.028%

Fuel cell 0.000%

Biomassa 0.766%

Nuklir 1.993%

Gas bumi 30.6%

Minyak bumi 26.2%

Other 4.4%

Panas bumi 3.8%

PLTA 2.4%

Batubara 32.7%

DASAR

KARAKTERISTIK

BATUBARA

Secara kimia, batubara tersusun atas tiga komponen

utama, yaitu:

Senyawa batubara atau coal substance atau coal matter;

Zat mineral atau mineral matter

Air yang terikat secara fisika dan dapat dihilangkan pada suhu sampai 105 o C disebut Moisture;

KOMPONEN-KOMPONEN DALAM BATUBARA

Selayang Pandang

PENGANTAR BATUBARA

Selayang Pandang

PENGANTAR BATUBARA

PENGGOLONGAN DAN KLASIFIKASI BATUBARA

Penggolongan batubara berbeda-beda dan akan tergantung pada negaranya masing-masing. Australia membagi batubara-nya menjadi dua golongan besar: Black Coal dan Brown Coal. Batas antara kedua golongan batubara itu ialah nilai specific energy-nya yaitu: 5700 Kcal/kg dalam basis d.a.f Inggris dan ISO menggolongkan batubara menjadi hard coal dan soft coal (termasuk pada soft coal adalah brown coal dan lignit) Dalam standar Amerika (ASTM) menggolongkan batubara dan sekaligus mengklasifikasikan batubara berdasarkan rank menjadi 4 golongan besar yaitu:

antrasit, batubara bitumen, batubara sub-bitumen dan lignit. Dan dibawahnya, ada gambut (peat)

Classification of Coals Scientific classification

Commercial classification

Coalification High Low

Anthracite Bituminous Lignite Brown-Coal Peat

Utilization Coking coal for coke and gas

Steam coal for power generation

Anthacite for briquetting

Selayang Pandang

PENGANTAR BATUBARA

KERANGKA PERTANYAAN

Peat Antracite

Selayang Pandang

PENGANTAR BATUBARA

BKU TEKNOLOGI ENERGI

PROGRAM PASCA SARJANA UNSRI

PROCESS

OVERVIEW

Time of Reaction

STUDI BIBLIOGRAFI

Temperature

Pressure

Catalyst

BKU TEKNOLOGI ENERGI

PROGRAM PASCA SARJANA UNSRI

PROCESS

OVERVIEW

Time of Reaction

STUDI BIBLIOGRAFI

Temperature

Pressure

Catalyst

Representation of lignite

Proses Pembentukan Batubara

(Coalification Process of Coal)

Gambut

Peningkatan

Temperatur

dan tekanan

(Fungsi

Waktu)

Kayu

Gambut

Lignit

Subituminus

Bituminus

Antrasit

49 7 44

60 6 34

70 6 25

75 6 20

85 6 10

94 3 3

KOMPOSISI (% BERAT)

(DAF BASIS)

C H O

Lignit

Subituminus

Bituminus

Antrasit

Peningkatan

sifat Aromatik

Kayu

Humus Aerobik

Anaerobik

Anaerobik

Anaerobik

Anaerobik

Intan

CO2

C (%)

H (%)

O (%)

WOOD 50 A 44

PEAT I 48 -53 5.0 - 6.1 40 - 46

PEAT II 56 - 58 5.5 - 6.1 34 - 39

PEAT III 59 - 63 5.1 - 6.6 31 -34

LIGNITE 65 -72 4.5 - 5.5 22 - 27

SUB-BITUMINOUS 73 - 77 5 11 - 20

HIGH VOLATILE BITUMINOUS 78 - 85 4.5 - 5.0 8 -10

MEDIUM VOLATILE BITUMINOUS 86 - 89 4.0 - 4.5 4 - 7

LOW VOLATILE BITUMINOUS 90 - 91 3.8 - 4.0 2 - 3

ANTHRACITE 92 2.0 - 3.0 2

KOMPOSISI UTAMA

Diagram pertambahan unsur karbon dan penurunan oksigen

serta hydrogen dari lignit hingga antrasit (Bateman,1950)

Surface

moisture

Inherent

moisture

Volatile

Matter

Fixed

Carbon

Mineral

matter

Tota

l

Moistu

re

Org

an

ic Matter (P

ure C

oal)

Mineral

matter

Pu

re Cok

e

Raw

Cok

e

Dry

Co

al

Air D

ry C

oal

Ra

w C

oa

l

Ash

Yield

PROCESSU

BC

DRY COAL

RAW COAL

PENGANTARPERBATUBARAAN

INS

AN

CE

RD

AS

BE

RK

AR

YA

Batubara

Volatile Matter < 31%

Antrasit

Semi antrasit

Low volatile bituminus

Medium volatile bituminus

Volatile Matter > 31%

Bituminus

Subbituminus

Lignit

Metantrasit KLASIFIKASI ASTM

Lignit Sub-bituminus Bituminus Antrasit

Air total % ar 30 - 40 20 - 30 13 - 18 5 - 6

Air terikat % adb 12 - 36 8 -20 5 -12 1 - 3

Abu % adb 2 - 16 3 - 12 4 - 8 3 - 6

Zat terbang % adb 24 - 50 35 - 40 40 - 60 13 - 20

Karbon padat % adb 30 -50 50 - 60 50 - 75 80 - 85

Karbon (C) % adb 50 - 60 55 - 75 55 - 80 86 - 92

Hidrogen (H) % adb 4 - 5 2 - 8 4 - 6 3 - 4.5

Oksigen (O) % adb 18 - 20 5 - 20 10 - 25 15 - 17

Nitrogen (N) % adb 0.6 - 0.8 0.5 - 2 0.9 - 1.7 1 - 1.2

Sulfur (S) % adb 0.2 - 3 0.25 - 1.3 0.2 - 0.5 0.14 - 0.2

Nilai kalori kcal/kg, adb 3500 - 4500 4500 - 6000 6000 - 6500 7000 - 8000

Sumber: PT (Persero) Tambang Batubara Buk it Asam, 2004.

Analisa Proksimat

Analisa Ultimat

C = 0,59 (Q/100 0,367 VM) + 43,4

H = 0,069 (Q/100 + VM) 2,86

VM = 10,61 H + 1,24 C + 84,15

Q = 388,12 H + 123,92 C - 4269

Berikut ini adalah beberapa persamaan yang menyatakan

hubungan Nilai Kalor dengan Komposisi Batubara :

Keterangan :

C = Jumlah Fixed Carbon (% Wt/Wt)

H = Jumlah hidrogen (% Wt/Wt)

VM = Jumlah Volatile Matter (% Wt/Wt)

Q = Nilai kalor (Kal/gr)

PENENTUAN

NILAI

KALOR

MATEMATIS

Parameter KalSel Ombilin Air total % adb 3 10 < 11

A b u % adb 4 9 < 5,32

Zat terbang % adb 39 47 > 38,10

Karbon padat % adb 41 47,5 < 49,30

Karbon (C) % adb 73,46 > 70,1

Hidrogen (H) % adb 3,47 < 5,20

Oksigen (O) % adb 5,28 < 6,82

Nitrogen (N) % adb 2,26 > 1,05

Sulfur (S) % adb 1,55 > 0,51

Nilai Kalori kcal/kg, adb 6621 7228 > 6975

FSI 1,5 = 1,5

Tipe Kokas F > C - D

Karbonisasi

Industri cor logam

Briket

Rumah tangga

Briketing

Kokas

PLTU

Semen

Bata-genteng

Pande besi

Gasifikasi

Industri kimia PLTG Metanol BBM

Transportasi

Liquifikasi

Batubara

ALTERNATIF PEMANFAATAN

BATUBARA

1. Pembakaran Langsung Bahan Bakar PLTU, Semen Bata Genteng Kapur

2. Karbonisasi Kokas Gas

Bahan Bakar

Cor logam, Gula, Gelas, Elektroda Aluminium, Timah, CaCl2

3. Briketing Karbonisasi Non-Karbonisasi

Briket

Rumah Tangga Restoran, Catering Pande Besi Pengering hasil pertanian Penghangat ayam

4. Gasifikasi Gas Bahan Bakar Bahan Baku

PLTG Industri Kimia

5. Liquifikasi Bahan Bakar Cair Sintetis Transportasi

ACEH

C:\windows\basam

Rumah Tangga

Industri

Bunker

TURBIN

GENERATOR

CONDENSER

POMPA

BOILER

BATU

BARA

COAL MILL

Industri

Rumah Tangga

20 KV 380 V

220 V

20 KV

TRAFO 70/20 KV

70 KV

TRAFO 150/20 KV

TRAFO 11/150 KV

150 KV

20 KV

220 V

TRAFO

20 KV/220 V

TRAFO

20 KV/220 V

PLN WILAYAH

PLN KIT

PLN LUR

CoolingTower Pump

29

Diagram Proses Produksi Semen ( Semen Baturaja )

1 2 3 4 5 6 7

Ton / th

1.200.000

Kiln

179 Ton / j

Terak

Clay

Storage

2x5.000 Ton

Cement Mill

Palembang

50 Ton / j Semen

Cement Mill Baturaja

75 Ton / j Semen

Cement Mill Panjang

50 Ton / j Semen

Pengantongan Baturaja

Pengantongan

Palembang

Pengantongan Panjang

2X2.400 Bag / j

2X1.600 Bag / j

2X1.600 Bag / j

91 M3, Hopper

Silica Sand

Limestone

Tambang

Clay

Tambang

Iron Sand

50 M3, Hopper

Batu Bara

Gypsum

91 M3, Hopper PBR

60 M3, Hopper PPG

60 M3, Hopper PPJ

Limestone

Crusher

650 Ton/j

Clay

Crusher

400 Ton/j

Limestone

Storage

2x17.000 Ton

Circular Coal

Storage

5.000 Ton 30 Ton/J

Dry Basis

Coal Mill

Raw

Mill

360

Ton / J

Dry Basis

HGI 47 61,8 47 >39 50

Titik leleh abu oC >1100oC 1200

Pro

ksim

at

Ult

ima

t PERSYARATAN PLTU BATUBARA

(Nolan, 1999)

Parameter Paiton Suralaya T.Enim Ombilin Kalsel

Air total %adb 7 23 23,6 32,4 3 5 3 10

A b u %adb 1,5 17,5 7,8 10,8 10 22 4 9

VM %adb 37,5 39,2 30,3 41,01 35 37 39 47

FC %adb 40,2 55 38,3 37,19 33 54 41 47,5

C %adb 55 54,2 55,90 68 74 73,46

H %adb 4 3,9 4,39 5 5,5 5,47

O %adb 1,5 9,2 16,33 17,8 24 5,28

N %adb 1,1 0,9 0,8 1,2 1,4 1,26

S %adb 0,2 0,4 0,5 0,3 0,9 0,270,55

Nilai kalori kcal/kg 54006500 52005242 5180 56507430 66217228

Bahan baku: non coking coal

Pembriketan

(200kg/cm2)

Karbonisasi

Pencampuran

bahan pengikat

Rekarbonisasi

(+ 900OC) batubara

Fine coke

Briket

kokas

mentah Adonan

briket

Pemecahan dan

penggerusan Briket kokas

sebagai kokas

pengecoran

aspal , 12,5 %

Bagan Alir Proses Kokas Batubara

Lump coke

PERSYARATAN BATUBARA KOKAS

Kelas Medium Volatile Bituminous High A Volatile Bituminous A b u % adb 6 10 4 9

Zat terbang % dmmf 16 21 46,34

Sulfur % adb 0,6 3 0,27 0,55

Posfor % adb 0,1 -

FSI 6 1,5

Tipe Kokas G4 F

Vitrinite % 40 60 91

Inertinite % 25 45 8

Vitrinite Reflectance (RVm), % 1,2 1,4 0,7

Batubara Kalsel = Non-Coking Coal

PARAMETER STANDAR KALSEL

Karbonisasi batubara pada tunnel kiln Temperatur > 900 C Waktu tinggal 4 jam

Pembuatan adonan briket kokas Campuran : 12,5 % aspal cair 87,5 % serbuk kokas -20 mesh

OPERASI REKARBONISASI Temperatur > 900 C

Waktu tinggal = 4 jam Retort berupa pipa api

PENGERTIAN UBC

Peningkatan nilai kalor batubara peringkat

rendah (3500-5000 kkal/kg) menjadi batubara

peringkat tinggi (6000-6800 kkal/kg) melalui

penurunan kandungan air

tekMIRA

tekMIRA

BAGAN ALIR PROSES UBC

Pembuatan Slurry

Aglomerasi

Penghilangan Air

Pemisahan Batubara-Minyak

Perolehan

Minyak

Pembuatan Slurry

Batubara Asal

Minyak Tanah

(~1% Batubara Kering)

Air Limbah

Minyak Hasil Daur Ulang

100 kPa, 80oC 350 kPa, 150oC 100 kPa, 130oC 100 kPa, ~180oC

Briket Batubara

Campuran UBC-Air

Produk UBC

tekMIRA

FLOWCHART PROSES UBC

COAL WATER FUEL/ COAL WATER MIXTURE

adalah bahan bakar campuran antara batubara

halus dan air yang dengan bantuan zat aditif

membentuk suspensi kental yang homogen

selama penyimpanan, pengangkutan dan

pembakaran.

COAL WATER FUEL/COAL WATER MIXTURE

COAL WATER FUEL/COAL WATER MIXTURE

TIPE BRIKET BATUBARA Non karbonisasi: - bentuk telur - bentuk kubus berlubang (disebut pila tipe sarang

tawon) - bentuk silinder berlubang (disebut pula tipe

sarang tawon) Karbonisasi: - umumnya berbentuk telur (diantara briket super) Biobatubara : - bentuk kenari - bentuk telur atau kerucut

Non Karbonisasi (Telor)

Tarahan

Non Karbonisasi (Kubus)

Gresik

Karbonisasi (Telor)

Tanjung Enim

Briket Biobatubara

(kenari)

Palimanan Cirebon Note:

Agar pembakaran briket batubara menuju pada kesempurnaan maka:

-Ukuran tipe briket tipe telur sebaiknya berukuran 1/8 1/10 diameter kompor -Diameter kompor briket sarang tawon sebaiknya = diameter briket

Pencairan Batubara = Synthetic Oil Production

Name Molecular Boiling Point State

Formula (oC) at 25oC methane CH4 -164 ethane C2H6 -89 gas propane C3H8 -42 butane C4H10 -0.5 pentane C5H12 36 hexane C6H14 69 heptane C7H16 98 octane C8H18 125 nonane C9H20 151 liquid decane C10H22 174 undecane C11H24 196 dodecane C12H26 216 eicosane C20H42 343 triacontane C30H62 450 solid Coal C135H96O9NS -

Fuel H /C

C.V.

atomic ratio Kcal/Kg

Anthracite

coal

0.40 >8,000

Bituminous

coal

0.80

Direct and Indirect Coal Liquefaction

Coal Liquefaction Upgrading

Raw Liquefied Oil

H2

Product Oil

Coal Gasification F/T

Synthesis Isocracking

CO, H2 Gases

H2O, O2

Product Oil

Direct

Indirect

Proved at pilot plant scale 250bbl/d

High energy efficiency more than 60%

Good oil quality especially for premium gasoline

More oil production from coal than indirect

Proved at commercial scale 160,000bbl/d

Low energy efficiency 40 - 45%

Good oil quality especially for diesel (solar)

Less oil production from coal than direct

VM %daf >35 43,12

Ratio C/H %daf >0,75 13,42

Reflectance Vitrinite % 60 85

PERSYARATAN LIQUIFIKASI (AC Hutton, 2000)

Parameter Standar Kalsel

Gasifikasi Batubara: konversi batubara menjadi produk gas dalam sebuah reaktor, dengan atau tanpa menggunakan pereaksi berupa udara, campuran udara/uap air atau campuran oksigen/uap air)

Underground Coal Gasification (UCG): konversi batubara menjadi produk gas langsung di dalam tanah, dengan menggunakan pereaksi berupa udara, campuran udara/uap air atau campuran oksigen/uap air)

Coal Bed Methane (CBM): Gas metan yang terperangkap dalam lapisan batubara pada waktu proses pembatubaraan dan gas tersebut dapat digunakan untuk bahan bakar maupun bahan baku industri kimia

Definisi Gasifikasi

PERSYARATAN INDUSTRI SEMEN (Nolan, 1999)

Parameter Standar Baturaja Padang Kupang Kalsel

Air total %adb 12 25 23,6 10 7 3 10

Abu %adb 38 38,5 50 41 47,5

S %adb

Nilai kalori kcal/kg 3500 5000 6621 7228

Pro

ksim

at

Ult

ima

t

PERSYARATAN GASIFIKASI (Lurgi, Winkler, Kopper Totzek, MIP)

Air %adb 20 40 3 10

Abu %adb 1 30 4 9

VM %adb 30 40 39 47

FC %adb 40 50 41 47,5

C %adb 50 75 73,46

H %adb 2 8 5,47

O %adb 6 20 5,28

N %adb 0,5 2 1,26

S %adb 1 5 0,27 0,55

Titik leleh abu oC >1100 1200

Parameter Standar Kalsel

Its NOT THE BIG MISTAKE when you make a mistake DO THE BIG JOB But.. Its the BIG MISTAKE when you NEVER DO THE BIG JOB..

Cadangan Batubara Indonesia (Juta ton)

Lokasi Tertambang Terukur Terindikasi

Aceh 64,14 1.763,35 1.827,49 4,81%

Riau 15,15 284,90 1.135,30 1.435,35 3,78%

Jambi 222,17 566,48 788,65 2,07%

Sumatera Barat 142,20 158,02 673,70 973,92 2,56%

Bengkulu 19,02 68,98 96,43 184,43 0,49%

Sumatera Selatan 2.684,30 4.015,62 8.768,40 15.468,32 40,68%

Sumatera 2.860,67 4.813,83 13.003,66 20.678,16 54,39%

Kalimantan Selatan 456,22 2.353,84 3.915,03 6.725,09 17,69%

Kalimantan Timur 2.280,23 3.951,18 3.615,36 9.846,77 25,90%

Kalimantan Tengah 21,05 113,57 289,20 423,82 1,11%

Kalimantan Barat 1,56 185,12 186,68 0,49%

Kalimantan 2.757,50 6.420,15 8.004,71 17.182,36 45,19%

Jawa 12,70 4,86 17,56 0,05% 0,05%

Sulawesi Selatan 21,20 96,13 117,33 0,31% 0,31%

Irian Jaya 25,53 25,53 0,07% 0,07%

Total 5.618,17 11.267,88 21.134,89 38.020,94 100,00% 100,00%

Sumber: Direktorat Batubara (2001)

45,19%

Total, Juta ton

54,39%

Sumber : Direktorat Batubara, 2004.

Kualitas Batubara IndonesiaJuta ton

Lokasi Lignit Sub-bituminus Bituminus Antrasit T o t a l

Aceh 1,256 571.49 1,827.49

Riau 1,431 4.76 1,435.35

Jambi 222.17 566.48 788.65

Sumatera Barat 44 673.70 252.23 4.00 973.93 -1,435.34

Bengkulu 59.97 124.46 184.43

Sumatera Selatan 15,083 80.62 177.55 127.15 15,468.32

Sumatera 17,814 814.29 1,125.48 131.15 20,678.16

Kalimantan Selatan 1,895 3,507.15 1,322.94 6,725.09

Kalimantan Timur 1,165 3,468.38 5,213.39 9,846.77

Kalimantan Tengah 418 6.31 423.82

Kalimantan Barat 143.92 42.76 186.68

Kalimantan 3,478 7,119.45 6,585.40 17,182.36

Jawa 2.59 14.97 17.56

Sulawesi Selatan 24.26 93.07 117.33

Irian Jaya 17 8.11 25.53

21,309 7,968.70 7,818.91 131.15 38,020.94

56.04% 20.96% 20.56% 0.34% 100%

Sumber: Direktorat Pengusahaan Mineral dan Batubara, 2004.

Total

KALIMANTAN

JAWA

55.1

9.3

12.2

5.0

Proven = 6.9 miliar ton Measured = 12.4 miliar ton Total Cadangan = 19.3 miliar ton Sumber Daya = 57.8 miliar ton R/P = 147 tahun

Sumber Daya Batubara (%)

10.6

Cadangan Batubara Nasional

Aceh 1,8 Mt (4,81%)

Riau 1,4 Mt (3,78%)

Total cadangan 57,8 Milyar

ton Sumber: Direktorat Pengusahaan Mineral dan Batubara,

2001

POTENSI & SEBARAN BATUBARA INDONESIA

SumBar 0,97 Mt (2,56%)

Jambi 0,8 Mt (2,07%)

Bengkulu 0,2 Mt (0,49%)

SumSel 22,245 Mt (47%)

Jawa 0,02 Mt (0,05%)

KalTeng 0,4 Mt (1,11%)

KalBar 0,2 Mt (0,49%)

KalTim 9,8 Mt (25,9%)

KalSel 6,7 Mt (17,69%)

SulSel 0,1 Mt (0,31%)

Papua 0,026 Mt (0,07%)

Kualitas Cadangan Batubara di Indonesia

58.5%26.6%

14.4%0.5%

LIGNITE

SUB-BITUMINOUS

BITUMINOUS

ANTHRACITE