Makalah Pemanfaatan Batubara(Pencairan Batubara Hidrogenasi)

Makalah Pemanfaatan Batubara(Pencairan Batubara Hidrogenasi) 2013

15

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Pendahuluan

Pencairan batubara (Coal Liqeufaction) adalah proses mengubah wujud batubara dari padat menjadi cair. Proses pencairan batubara dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode langsung dan metode tidak langsung. Pada proses tidak langsung batubara difragmentasi menjadi CO, CO2, H2, dan CH4 yang kemudian direkombinasikan menghasilkan produk cair, prosesnya melalui gasifikasi dan kondensasi. Pada proses langsung batubara cair diproduksi dengan melarutkan dalam suatu pelarut organik lalu dilanjutkan dengan proses hidrogenasi pada suhu dan tekanan tinggi. Proses pencairan batubara sercara langsung dapat dilakukan melalui pirolisis, ekstraksi pelarut dan hidrogenasi katalitik. Pencairan batubara merupakan teknologi yang menguntungkan untuk ketersedian energi di masa akan karena memiliki kelebihan, antara lain: Biaya produksi rendah, pencairan batubara hanya membutuhkan biaya produksi US$ 15 per barrel. Solusi untuk pemanfaatan batubara peringkat rendah dengan nilai kalor < 5100 kg/gr. Produk minyak yang dihasilkan cukup menjanjikan, dimana 1 ton batubara akan menghasilkan 6.2 barrel sintetis oil. Teknologi pencairan batubara lebih ramah lingkungan. Dari pasca produksinya tidak ada proses pembakaran, dan tidak dihasilkan gas CO2. Kalaupun menghasilkan limbah (debu dan unsur sisa produksi lainnya), masih dapat dimanfaatkan untuk bahan baku campuran pembuatan aspal.BAB II

PEMBAHASAN

PENCAIRAN BATUBARA(Coal Liquefaction)2.1.Pencairan Batubara (Hidrogenasi)

Dikemukakan mengenai batubara sebagai salah satu alternative energi di masa sekarang dan yang akan datang. Lebih daripada itu, batubara bagi Indonesia adalah salah satu pilihan dalam menentukan strategi energi. Bila kita membandingakn dengan negara China sebagai kekuatan baru dunia yang memusatkan lebih dari 70% sumber energinya dari batubara1). Sementara aktivitas penelitian di asia untuk pemanfaatan batubara berpusat di Jepang, Australia dan China sendiri.Batubara adalah kekayaan alam yang dikategorikan sebagai energy fossil terbentuk dari proses metamorfosa yang sangat lama. Strukturnya kimia batubara samasekali bukan rangkaian kovalen karbon sederhana melainkan merupakan polikondensat rumit dari gugus aromatik dengan fungsi heterosiklik2,3). Jumlah polikondensat yang banyak ini saling berikatan sering disebut dengan bridge-structure. Secara optis batubara sering merupakan bongkahan berporus tinggi dengan kadar air yang sangat berfariasi.

Gambar 1.Struktur Batubara

Proses pengolahan batubara sudah dikenal sejak seabad yang lalu, diantaranya:

1.Gasifikasi (coal gasification)Secara sederhana, gasifikasi adalah proses konversi materi organik (batubara, biomass atau natural gas) biasanya padat menjadi CO dan H2 (synthesis gases) dengan bantuan uap air dan oksigen pada tekanan atmosphere atau tinggi. Rumus sederhananya:

Coal + H2O + O2 H2 + CO

2.Hidrogenasi (hydrogenation)Hidrogenasi adalah proses reaksi batubara dengan gas hydrogen bertekanan tinggi. Reaksi ini diatur sedemikian rupa (kondisi reaksi, katalisator dan kriteria bahan baku) agar dihasilkan senyawa hidrokarbon sesuai yang diinginkan, dengan spesifikasi mendekati minyak mentah. Sejalan perkembangannya, hidrogenasi batubara menjadi proses alternativ untuk mengolah batubara menjadi bahan bakar cair pengganti produk minyak bumi, proses ini dikenal dengan nama Bergius proses, disebut juga proses pencairan batubara (coal liquefaction).

3.Pencairan Batubara (coal Liquefaction)Coal liquefaction adalah terminologi yang dipakai secara umum mencakup pemrosesan batubara menjadi BBM sintetik (synthetic fuel). Pendekatan yang mungkin dilakukan untuk proses ini adalah: pirolisis, pencairan batubara secara langsung (Direct Coal Liquefaction-DCL) ataupun melalui gasifikasi terlebih dahulu (Indirect Coal Liquefaction-ICL). Secara intuitiv aspek yang penting dalam pengolahan batubara menjadi bahan bakar minyak sintetik adalah: efisiensi proses yang mencakup keseimbangan energi dan masa, nilai investasi, kemudian apakah prosesnya ramah lingkungan sehubungan dengan emisi gas buang, karena ini akan mempengaruhi nilai insentiv menyangkut tema tentang lingkungan. Undang-Undang No.2/2006 yang mengaatur tentang proses pencairan batubara.

Efisiensi pencairan batubara menjadi BBM sintetik adalah 1-2 barrel/ton batubara4). Jika diasumsikan hanya 10% dari deposit batubara dunia dapat dikonversikan menjadi BBM sintetik, maka produksi minyak dunia dari batubara maksimal adalah beberapa juta barrel/hari. Hal ini jelas tidak dapat menjadikan batubara sebagai sumber energi alternativ bagi seluruh konsumsi minyak dunia. Walaupun faktanya demikian, bukan berarti batubara tidak bisa menjadi jawaban alternativ energi untuk kebutuhan domestik suatu negara. Faktor yang menjadi penentu adalah: apakah negara itu mempunyai cadangan yang cukup dan teknologi yang dibutuhkan untuk meng-konversi-kannya. Jika diversivikasi sumber energi menjadi strategi energi suatu negara, pastinya batubara menjadi satu potensi yang layak untuk dikaji menjadi salah satu sumber energi, selain sumber energi terbarukan (angin, solar cell, geothermal, biomass). Tetapi perlu kita ingat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mempertimbangkannya tidaklah tanpa batas, karena sementara negara2 lain sudah melakukan kebijakan-kebijakan konkret domestik maupun luar negeri untuk mengukuhkan strategi energi untuk kepentingan negaranya.

2.2. Liquifasi Batubara (Pencairan Batubara)

Likuifikasi adalah pengubah batubara padat menjadi bahan bakar cair. proses pencairan (liquefaction) ini dibedakan antara proses yang indirect coal liquefaction (tidak langsung) dan direct coal liquefaction (langsung).

2.2.1 Perkembangan Teknologi Liquifikasi

Pengembangan produksi bahan bakar sintetis berbasis batu bara pertama kali dilakukan di Jerman tahun 1900-an dengan menggunakan proses sintesis Fischer-Tropsch yang dikembangkan Franz Fisher dan Hans Tropsch. Pada 1930, disamping menggunakan metode proses sintesis Fischer-Tropsch, mulai dikembangkan pula proses Bergius untuk memproduksi bahan bakar sintesis. Sementara itu, Jepang juga melakukan inisiatif pengembangan teknologi pencairan batubara melalui proyek Sunshine tahun 1974 sebagai pengembangan alternatif energi pengganti minyak bumi.

Pada 1983, NEDO (the New Energy Development Organization), organisasi yang memfokuskan diri dalam pengembangan teknologi untuk menghasilkan energi baru juga berhasil mengembangkan suatu teknologi pencairan batubara bituminous dengan menggunakan tiga proses, yaitu solvolysis system, solvent extraction system dan direct hydrogenation to liquefy bituminous coal.Cadangan batubara di dunia pada umumnya tidak berkualitas baik, bahkan setengahnya merupakan batubara dengan kualitas rendah, seperti: sub-bituminous coal dan brown coal. Kedua jenis batubara tersebut lebih banyak didominasi oleh kandungan air. Peneliti Jepang kemudian mulai mengembangkan teknologi untuk menjawab tantangan ini agar kelangsungan energi di Jepang tetap terjamin, yaitu dengan mengubah kualitas batubara yang rendah menjadi produk yang berguna secara ekonomis dan dapat menghasilkan bahan bakar berkualitas serta ramah lingkungan. Dikembangkanlah proses pencairan batubara dengan nama Brown Coal Liquefaction Technology (BCL).

2.2.2 Macam- macam Proses Likuifikasi

1. Fisher Tropsch prosesFisher Tropsch adalah sintesis CO/H2 menjadi produk hidrokarbon atau disebut senyawa hidrokarbon sintetik/ sintetik oil. Sintetik oil banyak digunakan sebagai bahan bakar mesin industri/transportasi atau kebutuhan produk pelumas (lubricating oil).

(2n+1)H2 + nCO CnH(2n+2) + nH2O

2. Bergius ProsesBergius Process merupakan pencairan batubara metode langsung atau dikenal dengan Direct Coal Liquefaction-DCL. DCL adalah proses hydro-craacking dengan bantuan katalisator. Prinsip dasar dari DCL adalah meng-introduksi-an gas hydrogen kedalam struktur batubara agar rasio perbandingan antara C/H menjadi kecil sehingga terbentuk senyawa-senyawa hidrokarbon rantai pendek berbentuk cair. Proses ini telah mencapai rasio konversi 70% batubara (berat kering) menjadi sintetik cair. 3. Brown Coal Liquefaction Technology (BCL)Teknologi yang mengubah kualitas batubara yang rendah menjadi produk yang berguna secara ekonomis dan dapat menghasilkan bahan bakar berkualitas serta ramah lingkungan.Langkah pertama adalah memisahkan air secara efisien dari batubara yang berkualitas rendah. Langkah kedua melakukan proses pencairan di mana hasil produksi minyak yang dicairkan ditingkatkan dengan menggunakan katalisator, kemudian dilanjutkan dengan proses hidrogenasi di mana heteroatom (campuran sulfur-laden, campuran nitrogen-laden, dan lain lain) pada minyak batubara cair dipisahkan untuk memperoleh bahan bakar bermutu tinggi, kerosin, dan bahan bakar lainnya. Kemudian sisa dari proses tersebut (debu dan unsur sisa produksi lainnya) dikeluarkan.4.Pencairan batubara metode langsung (DCL)Pencairan batubara metode langsung atau dikenal dengan Direct Coal Liquefaction-DCL,dikembangkan cukup banyak oleh negara Jerman dalam menyediakan bahan bakar pesawat terbang. Proses ini dikenal dengan Bergius Process, baru mengalami perkembangan lanjutan setelah perang dunia kedua.DCL adalah proses hydro-craacking dengan bantuan katalisator. Prinsip dasar dari DCL adalah meng-introduksi-an gas hydrogen kedalam struktur batubara agar rasio perbandingan antara C/H menjadi kecil sehingga terbentuk senyawa-senyawa hidrokarbon rantai pendek berbentuk cair. Proses ini telah mencapai rasio konversi 70% batubara (berat kering) menjadi sintetik cair. Pada tahun 1994 proses DCL kembali dikembangkan sebagai komplementasi dari proses ICL terbesar setelah dikomersialisasikan oleh Sasol Corp.Tahun 2004 kerjasama pengembangan teknologi upgrade (antara China Shenhua Coal Liquefaction Co. Ltd. dengan West Virginia University) untuk komersialisasi DCL rampung, untuk kemudian pembangunan pabrik DCL kapasitas dunia di Inner Mongolia. Dalam Phase pertama pabrik ini akan dihasilkan lebih dari 800.000 ton bahan bakar cair pertahunnya.

Berikut adalah kapasitas produksi Shenhua DCL Plant, Inner Mongolia5)Phase I:Plant Cost Estimate : 800 mio. USDCoal Input estimate : 2,1 mio. MT/aYield of oil products : 845.300 MT/aEstimate production cost : USD 24/bblKomposisi oil products yang dihasilkan adalah sebagai berikut:Diesel : 591.900 (MT/a)Naphtha : 174.500 (MT/a)LPG : 70.500 (MT/a)Liquid Ammonia : 8.300 (MT/a)Total : 845.300 (MT/a)Dari table di atas dapat dilihat bahwa perkiraan harga produksi tiap-tiap produk BBM sintetik adalah sebesar USD 24 per barrel, jauh lebih rendah dibandingkan harga minyak mentah dunia saat ini yang berkisar di atas USD 60/barrel. Dengan beberapa data penunjang saja, maka break event point-nya sudah dapat dihitung.Yang menjadikan proses DCL sangat bervariasi adalah beberapa faktor dibawah: Pencapaian dari sebuah proses DCL sangat tergantung daripada jenis feedstock /(spesifikasi batubara) yang dipergunakan, sehingga tidak ada sebuah sistem yang bisa optimal untuk digunakan bagi segala jenis batubara.

Jenis batubara tertentu mempunyai kecenderungan membentuk lelehan (caking perform), sehingga menjadi bongkahan besar yang dapat membuat reaktor kehilangan tekanan dan gradient panas terlokalisasi (hotspot). Hal ini biasanya diatasi dengan mencampur komposisi batubara, sehingga pembentukan lelehan dapat dihindari.

Batubara dengan kadar ash yang tinggi lebih cocok untuk proses gasifikasi terlebih dahulu, sehingga tidak terlalu mempengaruhi berjalannya proses.

Termal frakmentasi merupakan phenomena yang terjadi dimana serpihan batubara mengalami defrakmentasi ukuran hingga berubah menjadi partikel-partikel kecil yang menyumbat jalannya aliran gas sehingga menggangu jalannya keseluruhan proses. Hal ini dapat diatasi dengan proses pengeringan batubara terlebih dahulu sebelum proses konversi pada reaktor utama (Lihat skema Brown Coal Liquefaction di bawah). spesifikasi batubara yang dipergunakan, sehingga tidak ada sebuah sistem yang bisa optimal untuk digunakan bagi segala jenis batubara.

Jenis batubara tertentu mempunyai kecenderungan membentuk lelehan (caking perform), sehingga menjadi bongkahan besar yang dapat membuat reaktor kehilangan tekanan dan gradient panas terlokalisasi (hotspot). Hal ini biasanya diatasi dengan mencampur komposisi batubara, sehingga pembentukan lelehan dapat dihindari.

Batubara dengan kadar ash yang tinggi lebih cocok untuk proses gasifikasi terlebih dahulu, sehingga tidak terlalu mempengaruhi berjalannya proses.

Proses Pencairan Batubara Muda rendah emisi (Low Emission Brown Coal Liquefaction) .Tahapan proses pencairan batubara muda (Brown Coal Liquefacion):

1. Pengeringan/penurunan kadar air secara efficient

2. Reaksi pencairan dengan limonite katalisator

3. Tahapan hidrogenasi untuk menghasilkan produk oil mentah

4. Deashing Coal Liquid Bottom/heavy oil (CLB)

5. Fraksinasi/pemurnian light oil (desulfurisasi,pemurnian gas,destilasi produk)

Gambar.2 Cooperative Study of Development of Low Grade Coal Liquefaction Technology, 2003

Landasan dalam mengembangkan ujicoba produksi (pilot scale) proses pencairan batubara adalah:

Produk liquid oil yang dihasilkan harus mencapai lebih dari 50%

Proses pengoperasian harus berjalan dengan kontinuitas lebih daripada 1500 jam.

Tahapan proses deashing harus mencapai kadar ash (abu) < 500 ppm.

Optimalisasi/pengembangan proses pengeringan (dewatering) baru.

2.2.4 Kelebihan Batubara Cair

1. Harga produksi lebih murah2. Jenis batu bara yang dapat dipergunakan adalah batu bara yang berkalori rendah (low rank coal), yang selama ini kurang diminati pasaran. 3. Dapat dipergunakan sebagai bahan pengganti bahan bakar pesawat jet (jet fuel), mesin diesel (diesel fuel), serta gasoline dan bahan bakar minyak biasa. 4. Teknologi pengolahannya lebih ramah lingkungan. Dari pasca produksinya tidak ada proses pembakaran, dan tidak dihasilkan gas CO2. Kalaupun menghasilkan limbah (debu dan unsur sisa produksi lainnya), masih dapat dimanfaatkan untuk bahan baku campuran pembuatan aspal. Bahkan sisa gas hidrogen masih laku dijual untuk dimanfaatkan menjadi bahan bakar.

2.2.5 Kekurangan Batubara Cair

1. KeekonomianHarga minyak bumi sangat fluktuatif, sehingga seringkali investor ragu untuk membangun kilang pencairan batubara. Batubara cair akan ekonomis jika harga minyak bumi di atas US $35/bbl.2. Investasi Awal Tinggi Biaya investasi kilang pencairan batubara komersial, cukup mahal .3. Merupakan Investasi Jangka panjang Break Even Point (BEP) baru dicapai setelah 7 tahun beroperasi, sedangkan tahap pembangunan memakan waktu 3 tahun. BAB III

PENUTUP

3.1.Kesimpulan : Pencairan batubara atau dikenal dengan nama Likuifikasi adalah pengubah batubara padat menjadi bahan bakar cair. proses pencairan (liquefaction) ini dibedakan antara proses yang indirect coal liquefaction (tidak langsung) dan direct coal liquefaction (langsung).

Macam- macam Proses Likuifikasi : Fisher Tropsch proses,Bergius Proses, Brown Coal Liquefaction Technology (BCL),dan Pencairan batubara metode langsung (DCL) Kelebihan Batubara Cair :1. Harga produksi lebih murah

2. Jenis batu bara yang dapat dipergunakan adalah batu bara yang berkalori rendah (low rank coal), yang selama ini kurang diminati pasaran.

3. Dapat dipergunakan sebagai bahan pengganti bahan bakar pesawat jet (jet fuel), mesin diesel (diesel fuel), serta gasoline dan bahan bakar minyak biasa.

4. Teknologi pengolahannya lebih ramah lingkungan. Dari pasca produksinya tidak ada proses pembakaran, dan tidak dihasilkan gas CO2. Kalaupun menghasilkan limbah (debu dan unsur sisa produksi lainnya), masih dapat dimanfaatkan untuk bahan baku campuran pembuatan aspal. Bahkan sisa gas hidrogen masih laku dijual untuk dimanfaatkan menjadi bahan bakar.

Kekurangan Batubara Cair :1. KeekonomianHarga minyak bumi sangat fluktuatif, sehingga seringkali investor ragu untuk membangun kilang pencairan batubara. Batubara cair akan ekonomis jika harga minyak bumi di atas US $35/bbl.2. Investasi Awal Tinggi Biaya investasi kilang pencairan batubara komersial, cukup mahal .3. Merupakan Investasi Jangka panjang Break Even Point (BEP) baru dicapai setelah 7 tahun beroperasi, sedangkan tahap pembangunan memakan waktu 3 tahun. 3.2.Saran:Sebagai penulis sebagai saran kami sangat mengharapkan kiranya materi tentang Pencairan Batubara(Sintetik Oil) ini dapat menjadi referensi dan landasan teori kita dalam meningkatkan proses belajar dan mengajar baik di bangku perkuliahan maupun di industry nantinya ketika kita telah terjun bekerjaLembar Sesi Pertanyaan

1.Nama Penanya

: Rahmat FauzanBagaimana bentuk fisik dari batubara yang telah dicairkan dan sistem pengujianya ?Bentuk fisik dari batubara cair sebenarnya hampir sama atau menyerupai dari bahan bakar cair seperti bensin dll,karna memang batubara cair dibuat untuk menggantikan dan diharapkan menyerupai dari bahan bakar cair lainnya ,karna batubara cair menjadi media alternatif dari bahan bakar cair.Bentuk fisik maupun struktur kimia hampir sama atau mendekati dengan bahan kabar cair lainnya atau dengan kata lain spesifikasi nya mendekati minyak mentah.

2.Nama Penanya

: Putri PratiwiJelaskan perbedaan pencairan batubara dengan metode secara langsung dan tidak langsung ?Proses pencairan batubara dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode langsung dan metode tidak langsung. Pada proses tidak langsung batubara difragmentasi menjadi CO, CO2, H2, dan CH4 yang kemudian direkombinasikan menghasilkan produk cair, prosesnya melalui gasifikasi dan kondensasi. Pada proses langsung batubara cair diproduksi dengan melarutkan dalam suatu pelarut organik lalu dilanjutkan dengan proses hidrogenasi pada suhu dan tekanan tinggi. Proses pencairan batubara sercara langsung dapat dilakukan melalui pirolisis, ekstraksi pelarut dan hidrogenasi katalitik. 3.Nama Penanya

: A Slamet Riyadi Jelaskan bagaimana cara pengujian nilai dan kualitas dari batubara cair ?

Cara pengujian nilai dan kualitas dari batubara cair hampir sama dengan pengujian kadar dan nilai dari minyak mentah ,seperti pengujian nilai kadar oktan ,densitas,api gravity dll,karna pada dasarnya batubara mermang dibuat untuk menjadi alternatif dari bahan bakar cair semisal minyak apabila nanti langka dan mahal.Sehingga baik struktur fisik dan kimia nya diharapkan mendekati dan menyerupai dari minyak itu sendiri,sehingga untuk pengujian nilai dan kadar nya sendiri pasti mengikuti kaedah dan sistem dari spesfikasi minyak.

4.Nama Penanya

: Reta Triprima Nindianti

Sebutkan kelebihan dan kekurangan dari batubara cair ?

Kelebihan Batubara Cair :

1. Harga produksi lebih murah

2. Jenis batu bara yang dapat dipergunakan adalah batu bara yang berkalori rendah (low rank coal), yang selama ini kurang diminati pasaran.

3. Dapat dipergunakan sebagai bahan pengganti bahan bakar pesawat jet (jet fuel), mesin diesel (diesel fuel), serta gasoline dan bahan bakar minyak biasa.

4. Teknologi pengolahannya lebih ramah lingkungan. Dari pasca produksinya tidak ada proses pembakaran, dan tidak dihasilkan gas CO2. Kalaupun menghasilkan limbah (debu dan unsur sisa produksi lainnya), masih dapat dimanfaatkan untuk bahan baku campuran pembuatan aspal. Bahkan sisa gas hidrogen masih laku dijual untuk dimanfaatkan menjadi bahan bakar. Kekurangan Batubara Cair :

1. KeekonomianHarga minyak bumi sangat fluktuatif, sehingga seringkali investor ragu untuk membangun kilang pencairan batubara. Batubara cair akan ekonomis jika harga minyak bumi di atas US $35/bbl.2. Investasi Awal Tinggi Biaya investasi kilang pencairan batubara komersial, cukup mahal .3. Merupakan Investasi Jangka panjang Break Even Point (BEP) baru dicapai setelah 7 tahun beroperasi, sedangkan tahap pembangunan memakan waktu 3 tahun.

1