Teknologi Pengolahan Batubara

Penghilangan air (coal upgrading/dewatering)

Berbagai metode dan teknologi telah banyak digunakan untuk mengeringkan batubara baik itu buatan

asli indonesia maupun buatan asing dan dari semua teknologi yang ada memiliki satu tujuan yaitu

menciptakan teknologi batubara bersih, meningkatkan nilai kalori serta mengurangi kadar air ada yang

menggunakan cara pemanasan, dicampurkan dengan berbagai larutan, dibakar tanpa O2,dll. Berikut ini

akan dijelaskan berbagai teknologi pengeringan batubara serta penelitian-penelitian mengenai

pengeringan dan upgrading batubara yang sudah ada saat ini.

A. UBC (upgraded brown coal)

Kandungan air dalam batubara (air bebas maupun air bawaan) merupakan faktor penentu

tinggi rendahnya nilai kalori batubara. Kandungan air yang tinggi menyebabkan tingkat

pembakaran menjadi rendah akibatnya kandungan gas Co2 yang ditimbulkan menjadi tinggi yang

tentunya berdampak buruk terhadap lingkungan. Berbagai cara dilakukan untuk meningkatkan

kalori dengan mengurangi kandungan air dalam batubara, salah satunya adalah Upgraded Brown

Coal (UBC). UBC merupakan salah satu cara penghilangan kadar air dalam batubara melalui

proses penguapan (evaporasi). Dibandingkan dengan teknologi peningkatan (upgrading) lainnya

seperti,hot water drying (HWD) atau steam drying (SD) yang dilakukan pada temperatur diatas

275°C dan tekanan yang cukup tinggi 5.500 kpa. Proses UBC relatif lebih sederhana dan dapat

dilakukan pada temperatur dan tekanan relatif rendah (temperatur antara 150° - 160° C, tekanan 2

-3 atm).

Proses UBC adalah sebagai berikut :Air yang terkandung dalam batubara terdiri atas air

bebas (free moisture) dan air bawaan (inherent moisture). Air bebas adalah air yang terikat secara

mekanik dengan batubara pada permukaan dalam rekahan atau kapiler yang mempunyai tekanan

uap normal. Sedangkan air bawaan adalah air yang terikat secara fisik pada struktur pori-pori

bagian dalam batubara dan mempunyai tekanan uap yang lebih rendah daripada tekanan normal.

Kandungan air dalam batubara, baik air bebas maupun air bawaan, merupakan faktor yang

merugikan karena memberikan pengaruh yang negatip terhadap proses pembakarannya.

Penurunannya kadar air dalam batubara dapat dilakukan dengan cara mekanik atau

perlakuan panas. Pengeringan cara mekanik efektif untuk untuk mengurangi kadar air bebas

dalam batubara basah, sedangkan penurunan kadar air bawaan harus dilakukan dengan cara

pemanasan. Salah satu proses dengan cara ini adalah UBC (Upgraded brown coal) yang

diperkenalkan oleh Kobe Steel Ltd., Jepang. Bagan air proses UBC (Kobelco, Ltd., 2000) dapat

dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Bagan Air Proses UBC

Proses UBC dilakukan pada temperatur sekitar 150˚C sehingga pengeluaran tar dari

batubara belum sempurna. Untuk itu perlu ditambahkan zat aditif sebagai penutup permukaan

batubara, seperti kanji, tetes tebu (mollase), slope pekat (fuse oil), dan minyak residu. Untuk

proses UBC, sebagai aditif digunakan minyak residu yang merupakan senyawa organik yang

beberapa sifat kimianya mempunyai kesamaan dengan batubara. Dengan kesamaan sifat kimia

tersebut, minyak residu yang masuk ke dalam pori-pori batubara akan kering, kemudian bersatu

dengan batubara.

B. BCB (binderless coal briquetting)

C. Teknologi lainnya (Hot water drying, steam drying)

Teknologi Pemanfaatan Batubara

1. Pemanfaatan sebagai bahan bakar langsung

a. Pembakaran bata/kapur/genteng

b. Cyclo burner

2. Pemanfaatan sebagai bahan bakar tidak langsung

a. Gasifikasi Batubara

Gasifikasi batubara merupakan salah proses dalam industri pembuatan hidrogen.

Batubara direaksikan dengan uap air menjadi gas buatan yang terdiri dari gas karbon

monoksida (CO) dan hidrogen. Gas CO kemudian diubah menjadi hidrogen dan karbon

dioksida (CO2) dengan mereaksikannya lagi dengan uap air yang disebut proses water

gas shift (pergeseran gas-air). Untuk gasifikasi batubara diperlukan suhu tinggi (sekitar

1000 C) karena merupakan proses endoterm (reaksi yang memerlukan panas), sedang

proses pegeseran gas dengan air adalah proses eksoterm (reaksi yang mengeluarkan

panas), sehingga hanya membutuhkan suhu yang rendah untuk mengubah CO menjadi

hidrogen. 

Terdapat 3 jenis penggas (gasifier) yang banyak digunakan untuk gasifikasi

batubara, yaitu tipe moving bed (lapisan bergerak), fluidized bed (lapisan mengambang),

dan entrained flow (aliran semburan). Karena masing – masing penggas memiliki

kelebihan dan kekurangan, maka alat mana yang akan digunakan lebih ditentukan oleh

karakteristik bahan bakar dan tujuan gasifikasi.

Untuk model moving bed, batubara yang digasifikasi adalah yang berukuran agak

besar, sekitar beberapa sentimeter (lump coal). Batubara dimasukkan dari bagian atas,

sedangkan oksidan berupa oksigen dan uap air dihembuskan dari bagian bawah alat.

Mekanisme ini akan menyebabkan batubara turun pelan – pelan selama proses, sehingga

waktu tinggal (residence time) batubara adalah lama yaitu sekitar 1 jam, serta

menghasilkan produk sisa berupa abu. Karena penggas model ini beroperasi pada suhu

relatif rendah yaitu maksimal sekitar 6000C, maka batubara yang akan digasifikasi harus

memiliki suhu leleh abu (ash fusion temperature) yang tinggi. Hal ini dimaksudkan agar

abu tidak meleleh yang akhirnya mengumpul di bagian bawah alat sehingga dapat

menyumbat bagian tersebut. Disamping produk utama yaitu gas hidrogen dan karbon

monoksida, gasifikasi pada suhu relatif rendah ini akan meningkatkan persentase gas

metana pada produk gas. Karena gas metana ini dapat meningkatkan nilai kalor gas

sintetik yang dihasilkan, maka penggas moving bedsesuai untuk produksi SNG (Synthetic

Natural Gas) maupun gas kota (town gas).Contoh alat tipe ini adalah penggas Lurgi,

yang digunakan oleh Sasol di Afrika Selatan untuk produksi BBM sintetis dan Dakota

Gasification di AS untuk produksi SNG.

Gambar 1. Tipikal penggas jenis moving bed

(Sumber: N. Holt, Electric Power Research Institute)

Pada tipe fluidized bed, batubara yang digasifikasi ukurannya lebih kecil

dibandingkan pada moving bed, yaitu beberapa milimeter sampai maksimal 10 mm saja.

Tipikal penggas ini memasukkan bahan bakarnya dari samping (side feeding) dan

oksidan dari bagian bawah. Oksidan disini selain sebagai reaktan pada proses, juga

berfungsi sebagai media lapisan mengambang dari batubara yang digasifikasi. Dengan

kondisi penggunaan oksidan yang demikian maka salah satu fungsi tidak akan dapat

maksimal karena harus melengkapi fungsi lainnya, atau bersifat komplementer. Hal ini

mengakibatkan tingkat konversi karbon pada tipe ini maksimal hanya sekitar 97% saja,

tidak setinggi pada tipe moving bed dan entrained flow yang dapat mencapai 99% atau

lebih. [Higman, van der Burgt, 2003]. Karena penggas ini beroperasi pada suhu sekitar

600~10000C, maka batubara yang akan diproses harus memiliki temperatur melunak abu

(softening temperature) di atas suhu operasional tersebut. Hal ini bertujuan agar abu yang

dihasilkan selama proses tidak meleleh, yang dapat mengakibatkan terganggunya kondisi

lapisan mengambang. Dengan suhu operasi yang relatif rendah, penggas ini banyak

digunakan untuk memproses batubara peringkat rendah seperti lignit atau peat yang

memiliki sifat lebih reaktif dibanding jenis batubara yang lain. Pengembangan lebih

lanjut teknologi penggas jenis ini sangat diharapkan untuk dapat mengakomodasi secara

lebih luas penggunaan batubara peringkat rendah, biomassa, dan limbah seperti MSW

(Municipal Solid Waste). Contoh alat model ini adalah penggas Winkler yang merupakan

pionir penggas fluidized bed, penggas HTW (High Temperature Winkler), dan KBR

(Kellog Brown Root) Transport Gasifier.

Gambar 2. Tipikal penggas jenis fluidized bed

(Sumber: N. Holt, Electric Power Research Institute)

Kemudian untuk tipe entrained flow, penggas ini sekarang mendominasi proyek –

proyek gasifikasi baik yang berbahan bakar batubara maupun minyak residu. Pada alat

ini, batubara yang akan diproses dihancurkan dulu sampai berukuran 100 mikron atau

kurang. Batubara serbuk ini disemburkan ke penggas bersama dengan aliran oksidan,

dapat berupa oksigen, udara, atau uap air. Proses gasifikasi berlangsung pada suhu antara

1200~18000C, dengan waktu tinggal batubara kurang dari 1 detik. Dengan suhu operasi

sedemikian tinggi, pada dasarnya tidak ada batasan jenis batubara yang akan digunakan

karena abunya akan meleleh membentuk material seperti gelas (glassy slag) yang bersifat

inert. Meski demikian, batubara sub-bituminus sampai dengan antrasit lebih disukai

untuk penggas jenis ini. Lignit atau brown coal pada prinsipnya dapat digasifikasi, hanya

saja kurang ekonomis karena kandungan airnya yang tinggi yang menyebabkan konsumsi

energi yang besar. Meskipun abu akan meleleh membentuk slag, tapi batubara berkadar

abu tinggi sebaiknya dihindari pula karena dapat mengganggu kesetimbangan panas

akibat proses pelelehan abu dalam jumlah banyak. Batubara dengan suhu leleh abu tinggi

biasanya dicampur dengan kapur (limestone) untuk menurunkan suhu lelehnya sehingga

suhu pada penggas pun dapat ditekan. Gasifikasi suhu tinggi pada penggas ini

menyebabkan kandungan metana dalam gas sintetik sangat sedikit, sehingga gas sintetik

berkualitas tinggi dapat diperoleh.

Terdapat beberapa tipe penggas entrained flow berdasarkan kondisi dan cara

mengumpan bahan bakarnya. Penggas Koppers-Totzek yang merupakan pionir jenis ini

mengumpan batubara serbuk dalam kondisi kering dari bagian bawah, atau disebut dry

up. Gas sintetik akan keluar dari bagian atas alat. Tipe dry upini juga dijumpai pada

penggas Shell dan Mitsubishi (CCP). Untuk arah umpan dari bawah, selain terdapat

bahan bakar dalam kondisi kering, terdapat pula bahan bakar dalam kondisi basah atau

disebut slurry up. Tipikal jenis ini adalah penggas E-Gas dari Conoco Phillips.

Selain slurry up, terdapat pula metodeslurry down, yang dijumpai pada penggas Chevron

– Texaco. Secara umum, bahan bakar berupa batubara kering mengkonsumsi energi yang

lebih sedikit dibandingkan dengan dalam keadaan basah (slurry) sehingga lebih

menguntungkan.

Gambar 3. Tipikal penggas jenis entrained flow (dry down)

(Sumber: N. Holt, Electric Power Research Institute)

b. Pencairan Batubara

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

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.

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)

c. Briket Batubara

Briket batubara adalah bahan bakar padat yang terbuat dari batubra dengan sedikit

campuran seperti tanah liat dan tapioca. Briket batubara mampu menggantikan sebagian

dari kegunaan minyak tanah seperti untuk pengolahan makanan, pengeringan,

pembakaran, dan pemanasan. Berikut adalah jenis-jenis briket batubara, antara lain:

1. Jenis berkabonisasi (super), jenis ini mengalami terlabih dahulu proses

dikarbonisasi sebalum menjadi briket. Dengan proses karbonisas zat-zat

terbang yang terkandung dalam briket batubara tersebutditurunkan

serendah mungkin sehingga produ akhirnya tidak berbau dan berasap,

namun biaya produksi menjadi meningkat karena pada batubara tersebut

terjadi rendemen sebesar 50%. Briket ini cocok untuk digunakan

keperluan rumah tangga serta lebih aman dalam penggunaannya.

2. Jenis Non Karbonisasi (biasa), jenis yang ini tidak dikarbonisasi sebelum

diproses menjadi briket dan harganya pun lebih mura. Karena zat

terbangnya masih terkadung dalam briket batubara maka pada

penggunaanya lebih baik mengunakan tungku sehingga akan

menghasilkan pembakaran yang sempurna dimana seluruh zat terbang

muncul dari briket akan habis terbakar oleh lidah api di permukaan

tungku. Briket ini umnya dugunakan untuk industry kecil.

Keunggualan dan kelmahan briket batubara, antara lain lebih murah, panas yang

tinggi dan kontinyu sehingga sangat baik untuk pembakaran lama, tidak berisiko

meledak/terbakar, sumber batuabara melimpah, dan kekurangannya dalah briket meiliki

keterbatsan waktu penyalaan antara 5-10 menit dan diperlukan sedikit penyiraman

minyak tanah sebagai penyalaan api, briket batubara hanya efisien jika digunakan untuk

jangka waktu diatas 2 jam.

3. Pemanfaatan sebagai bahan bakar

a. Karbon aktif

b. Kokas Metalurgi