Rekayasa Batubara, Coal Engineering

Peningkatan peran batubara sebagai penyedia energy alternative terus dilakukan, hal ini telah mendorong dilakukannya penelitian dengan bahan utama batubara yang semula dalam bentuk padat menjadi bahan cair. Rekayasa tersebut telah menghasilkan coal oil mixture (COM) coal water fuel (COF) dan teknologi pencairan batubara.

1. COAL OIL MIXTURE (COM)

Pada saat krisis minyak terjadi, para ahli berusaha menemukan bahan bakar yang dapat mengganti bunker c oil atau fuel no. 6. Penemuan ini tidak hanya didasarkan pada kemampuan teknologi saja namun harus dibuktikan secara ekonomis bahwa bahan bakar pengganti ini memang ekonomis lebih murah dari bunker C. oil. Salah satu penemuan ini adalah coal oil mixture (COM). Beberapa proses dilakukan sebagai berikut :

a. Proses ultrasonic

Proses ini dikembangkan oleh Coal liquid international of USA dengan prinsip dasar sebagai berikut :


Batubara digerus dalam pulverizer sampai ukuran 2000 mesh. Dengan komposisi batubara gerus 50%, bunker C oil 40% dan air tawar 10%, dimasukan dalam mixing tank dan diaduk. dipergunakan air karena air mempunyai kemampuan pembakaran (combustion capability). Adukan COM ini belum stabil, oleh sebab itu dialirkan melalui ultrasonic device yang dikembangkan. Ultrasonic berfungsi untuk melepas molekul air dari batubara kemudian diselimuti oleh bunker C oil.

Didalam alat ultrasonic, butiran-butiran sangat kecil, sehingga tidak terjadi agresi pada butiran-butiran itu. Setelah melalui proses ultrasonic, COM yang dihasilkan menjadi stabil dan dapat disimpan dalam tangki penyimpanan yang dilengkapi dengan pemanasan automatis (automatic heating) dengan temperature T = 60C. Proses stabilisasi yang dilakukan oleh alat ultrasonic ini biayanya sangat minimum, kurang dari satu sen dollar per million BTU.

Ini dapat memecahkan masalah bahan bakar yang menunjukan stabilitas statis dan stabilitas dinamis. Stabilitas statis adalah kemampuan campuran itu (COM) untuk tetap homogen, baik ketika ditransport ataupun ketika dalam penyimpanan sampai diperlukan. Stabilitas dinamis adalah ketentuan retensi bahan bakar (COM) ketika mengalir melalui pipa pembakar.

b. Proses Umum

Pada proses ini batubara yang sudah digerus, Bunker C Oil, air dan additive (zat penambah) diaduk secara mekanis didalam tangki campur (mixing tank) dengan cara agitasi. Adukan yang selesai dan sudah stabil dialirkan ketangki penyimpan.

Additive ini berupa cairan (surface active agent = SAA). molekul surface active agent ini pada satu sisi bersifat hydrophotic. Sifat SAA ini seperti sabun, disatu pihak molekul sabun dapat membersihkan minyak dari permukaan, tetapi juga dapat berbusa dengan air, kedua sifat ini bekerja bersamaan. Sabun memang mempunyai sifat hydropholic dan hydrophotic. Molekul SAA beroperasi pada interface antara molekul minyak dan air, antara minyak dan batubara. Tanpa SAA interfacenya tidak akan stabil setelah dengan SAA interfacenya menjadi stabil.

c. Proses Penggilingan Basah

Dalam proses ini batubara tidak perlu digerus, melainkan raw coal, bersama-sama bunker C oil, air ditambah additive active agent (SAA) digiling dalam ballmill. COM yang sudah stabil dialirkan ke tangki penyimpanan. Perbedaan pokok antara COM boiler dan B/C oil boiler adalah :

1. Fuel feeding equipmentnya berbeda

2. Struktur pembakar (burner) juga berbeda
Boiler harus ditambah peralatan kantong filter untuk menampung abu yang dihasilkan oleh batubara didalam COM. Pada percobaan dengan COM ini masih didapatkan masalah-masalah antara lain :

*) Abu yang terbentuk hasil pembakaran COM

*) Nozzle burnernya cepat aus, lubangnya cepat besar

Diujung-ujung lubang selalu terdapat kerak yang berwarna hitam, juga didalam pipa burner selalu mengendap zat yang berwarna putih, diduga SiO2, nozzle burner ini ada tujuh dan harus dibersihkan setiap hari sekali.

COM tidak menyebabkan polusi, abu hasil pembakaran diboiler ditampung dibawah boiler, sedangkan fly ashnya ditutup dengan flute gas kekantong filter. COM demonstration plant yang di Incon Korea lebih menyukai bituminous coal yang tinggi nilai kalornya, rendah kadar abunya <4% dan volatile matter (VM) masih dapat ditolerir sampai 45%. Bila VMnya tinggi, maka ketika terjadi penggerusan batubara, dialirkan udara yang bebas O2 dalam air heater. Nilai ekonomis penggunaan COM ini tergantung pada harga minyak.

2. COAL WATER FUEL (CWF)


Seperti diketahui minyak tanah, solar dan bensin dapat diperoleh dengan proses konversi encairan batubara. Bahan bakar gas dapat diperoleh dengan proses gasifikasi batubara. Salah satu proses yang sederhana adalah modifikasi batubara menjadi suatu campuran batubara yang bersifat cair yaitu coal water fuel dapat menggantikan minyak bakar yang merupakan salah satu produk minyak bumi.

a. BAHAN BAKU CWF

Sebagai bahan baku yang dipergunakan batubara yang mempunyai nilai kalor tinggi (kurang lebih 7.000 kcal/kg) sebagai kompensasi pemakaian air sehingga nilai kalor CWF yang diperoleh cukup tinggi pula. Bahan baku batubara jenis bitumen dengan nilai kalor tinggi dan kandungan air bawaan (inherent moisture)yang rendah disarankan sehingga kendala rendahnya nilai kalor CWF yang diperoleh dapat diatasi. Sebetulnya dapat pula dipergunakan sub bitumen ataupun lignit. Tetapi kedua jenis tersebut mempunyai kandungan air bawaan yang tinggi sehingga CWF yang dihasilkan akan mempunyai nilai kalor yang rendah. Untuk mengatasi hal tersebut harus dilakukan pengeringan pada suhu dan tekanan tinggi.

Persyaratan bahan baku CWF adalah ;

1. Kadar abu yang rendah
2. Kandungan zat terbang lebih besar dari 20%
3. Angka HGI harus tinggi
4. Fouling dan slagging indeks yang rendah
5. Kandungan belerang kurang dari 1 %

Di samping tidak mencemari udara, kadar abu harus rendah untuk mengurangi ongkos modifikasi tungku pada pembuangan abu dasar (bottom ash). Kandungan zat terbang >20 % untuk mempermudah penyalaan. Didalam pembuatan CWF mempergunakan batubara halus (-75 mikron) maka diperlukan penggilingan. Oleh sebab itu angka HGI harus tinggi untuk mengurangi ongkos giling. Titik leleh abu harus tinggi untuk mengindarkan pengendapan abu yang mudah meleleh pada bagian dalam tungku (boiler). Terjadinya fouling dan slagging dapat menghentikan operasi, oleh sebab itu fouling dan slagging perlu dibersihkan untuk mengembalikan alih panas yang tinggi. Indeks fouling dan slaging dipengaruhi oleh kandungan alkali dan belerang dalam abu. Disamping itu kandungan belerang harus rendah untuk mencegah pencemaran lingkungan dan korosi bagian dalam boiler.

b. ADITIF

Aditif adalah bahan yang ditambahkan kedalam campuran CWF dan berfungsi untuk menambah kestabilannya, artinya butiran batubaranya tidak mengendap dalam waktu yang lama (2 bulan atau lebih). Adapula aditif yang berfungsi untuk mendispersikan butiran batubara tersebut. Penambahan aditif berkisar antara 0,1 sampai 1,5 tergantung macam aditifnya. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa aditif yang baik berupa surfactant (reagen pengaktif permukaan butir) yang dapat terdiri dari surfactant ionik (anionik atau kationik) dan surfactant non-ionik. Ada pula adiktif lain yang fungsinya untuk membuat campuran yang bersifat emulsi dan stabil. Karena jenis surfactant ini banyak variasinya,maka diperlukan penelitian khusus yang cocok untuk batubara yang sedang dipakai unuk bahan baku CWF. Persyaratan aditif yang baik ialah harus efektif, ikut terbakar dalam proses pembakaran dan murah.

c. PEMBUATAN CWF

Teknologi pembuatan CWF termasuk sederhana terutama apabila memakai bahan baku batubara yang mempunyai nilai kalor tinggi (kurang lebih 7.000 kcal/kg). Batubara yangmempunyai kadar abu rendah (<10%) digerus menjadi 10 mm dan kemudian digiling dengan ballmill. Penggilingan dilakukan dengan konsentrasi padatan tinggi (kurang lebih 70% batubara). Hasil gilingan dilakukan pada suatu pemisah ukuran (size classifier) pada ukuran pemisah 75 mikron. Ukuran lebih besar 75 mikron diteruskan kealat pengurangan air (dewatering) apabila diperlukan.

Ukuran partikel terbesar batubara tidak terpaku pada 75 mikron saja, dapat juga lebih besar atau halus tergantung dari jenis batubaranya. Besarnya konsentrasi campuran pada pengadukan (mixing) ditentukan pada waktu optimasi skala laboratorium sebelumnya. Untuk batubara dengan mutu tinggi, proses pembuatan CWF dapat lebih sederhana. Setelah penggilingan dapat langsung dilakukan pengadukan dimana pada tahap ini aditif ditambahkan. Pada batubara tingkatan rendah dengan kandungan air bawaan tinggi perlu dilakukan pengeringan lebih dahulu pada suhu tinggi. Pengadukan berlangsung hanya dalam waktu beberapa menit dengan putaran tinggi (>6000) dan menghasilkan kestabilan yang tinggi (> 2 bulan).

3. TEKNOLOGI PENCAIRAN BATUBARA

Pada suatu saat kebutuhan tidak dapat bergantung pada minyak dan gas bumi, karena cadangannya cenderung menurun, apabila tidak ditemukan cadangan baru. Untuk menghemat penggunaan bahan bakar tersebut ditingkatkan penggunaan batu bara sebagai salah satu sumber energi alternatif. Untuk hal tersebut dicoba melakukan pencairan batu bara. Proses pencairan batubara dipilih proses hidrogenasi (pencairan batubara secara langsung) dengan memilih batubara yang mempunyai kadar abu rendah (<10 %). Percobaan dilakukan pada batu bara yang berasal dari sumatra selatan (banjarsari dan kungkilan) dalam suatu autoclave yang berkapasitas 250 cc.

a. Prinsip Kerja

Batubara + 40 gram, katalis + 0,40 gram (CoMo) ditambah 60 gram tar oil fraction, dimasukkan kedalam autoclave. Gas hidrogen dialirkan kedalam autoclave dengan tekanan 150 bar, kemudian dipanaskan sambil digoyang hingga dicapai suhu konstan di mana tekanan gas akan turun. Gas yang dihasilkan dianalisis untuk menghitung konversi batubara menjadi larutan diperhitungkan dari larutan yang dihasilkan.

b. Hasil yang diperoleh :

Konversi batubara banjarsari 98,50%
Kungkilan 92,50%.

Gas yang dihasilkan dari penelitian ini didapatkan macam dan prosentase volume yang berbeda dari hasil pencairan batubara yang berasal dari banjarsari dan kungkilan. Hasil penelitian awal ini memberikan harapan kemungkinan melakukan pencairan batubara dalam skala industri.

(Sumber: Batubara & Gambut, Ir. Sukandarrumidi, MSc. Ph.D)

Artikel Terkait