948 - TB1 - 11/12
UPAYA PENINGKATAN KUALITAS BATUBARA
PERINGKAT RENDAH DENGAN MENGGUNAKAN
MINYAK PELUMAS BEKAS DAN MIYAK TANAH
MELALUI PROSES
UPGRADING
JURNAL PENELITIAN
Oleh :
FIRMANSYAH FANIATAMA PUTRA
0709045044
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MULAWARMAN
Firmansyah Faniatama Putra, Windhu Nugroho, Adi Uzaimi Winaswangusti Program Studi Teknik Pertambangan Fakultas Teknik Universitas Mulawarman
Jl. Sambaliung No. 9, Kampus Gunung Kelua, Samarinda 75119. Telp: 0541-736-834, Fax: 0541-749315 email: [email protected]
UPAYA PENINGKATAN KUALITAS BATUBARA PERINGKAT RENDAH DENGAN
MENGGUNAKAN MINYAK PELUMAS BEKAS DAN MINYAK TANAH MELALUI
PROSES
UPGRADING
ABSTRAK
Teknologi upgrading batubara peringkat rendah secara umum bertujuan untuk menurunkan nilai kandungan air dalam batubara. Alasan utama proses ini adalah untuk mengurangi ongkos yang berkaitan dengan pengangkutan, menanggulangi potensi terjadinya spontanious combustion, meningkatkan efisiensi pembakaran batubara.
Pada penelitian ini dilakukan proses upgrading dengan melakukan pencampuran antara batubara, minyak pelumas bekas dan minyak tanah. Batubara peringkat rendah yang digunakan memiliki nilai kandungan air bawaan sebesar 39% (adb). Bahan campuran yang digunakan ialah minyak pelumas bekas dan minyak tanah. Tujuan dari penggunaan minyak pelumas bekas ialah untuk melapisi permukaan batubara agar setelah proses kualitas batubara tetap stabil tanpa adanya air yang kembali terserap oleh batubara. Bahan campuran minyak tanah itu sendiri berfungsi untuk melartkan sejumlah pengotor yang dindikasikan terdapat dalam minyak pelumas bekas dan minyak tanah. Perlakuan yang diberikan selama proses
upgrading dibedakan menjadi perlakuan perbedaan komposisi bahan campuran antara batubara, minyak pelumas bekas dan minyak tanah yaitu sebesar 1 : 1 : 1 dan 1 : 0,5 : 0,5. Variasi perlakuan ini berdasarkan fraksi massa tiap bahan campuran. Perlakuan selanjutnya ialah perbedaan lamanya waktu pemanasan yang diberikan kepada campuran batubara, minyak pelumas bekas dan minyak tanah. Variasi waktu pemanasan yang dijalankan adalah 60 menit dan 90 menit.
Hasil penelitian menunjukkan sampel batubara yang tanpa perlakuan proses upgading termasuk ke dalam kelas batubara Lignite A, sementara produk batubara hasil proses upgrading termasuk ke dalam kelas
High Volatile B Bituminous.Secara keseluruhan kualitas batubara hasil proses upgrading dibandingkan dengan kualitas batubara yang tidak mengalami proses upgrading menunjukkan varian perbedaan pada tiap parameternya. Perbedaan pada parameter yang lain yaitu ash content, volatile matter, fixed carbon,
nilai kalori, dan total sulfur secara keseluruhan mengalami peningkatan. Pengaruh komposisi bahan campuran terhadap kualitas batubara hasil proses upgrading ialah bertambahnya ash content dan volatile matter yang disebabkan oleh adanya sejumlah pengotor yang belum terlarutkan dan minyak yang melapisi permukaan batubara. Pengaruh waktu reaksi terhadap kualitas batubara hasil proses upgrading
ialah bertambahnya nilai volatile matter seiring dengan lamanya waktu pemanasan yang diberikan.
QUALITY IMPROVEMENT EFFORTS WITH LOW RANK COAL USING OIL
LUBRICANT AND KEROSENE BY MEANS OF UPGRADING PROCESS
ABSTRACT
Low rank coal upgrading technology in general aims to lower the value of the water content in the coal. The main reason for this process is to reduce the costs associated with transport, tackling potential spontanious combustion, improving the efficiency of coal burning.
In this research, the process of upgrading to mixing between coal, used lubricating oil and kerosene. Low rank coal used has a default value of water content of 39% (adb). Material used is a mixture of used oil and kerosene. The purpose of the former is the use of lubricating oil to coat the surface of the coal after the coal quality in order to remain stable in the absence of water is re-absorbed by the coal. Kerosene mixture itself serves to melartkan number dindikasikan impurities contained in the used oil and kerosene. Treatment given during the upgrading process can be divided into treatment differences in the composition of a mixture of coal, used lubricating oil and kerosene that is equal to 1 : 1 : 1 and 1 : 0.5 : 0.5. Variations of this treatment is based on the mass fraction of each ingredient. Further treatment difference is the length of time given to heating a mixture of coal, used lubricating oil and kerosene. Variation of the heating time is 60 minutes and run 90 minutes.
The results showed that the untreated coal samples upgading process belong to the class Lignite A coal, while coal products, including the results of the process of upgrading to a class of High Volatile B Bituminous.Overall of this process of upgrading coal quality results compared to the quality of coal that did not undergo the process of upgrading shows variant differences in each parameter. Differences in other parameters, namely ash content, volatile matter, fixed carbon, calorific value, and total sulfur as a whole has increased. Effect of mixture composition on the quality of coal upgrading process is the result of the increase in ash content and volatile matter caused by the presence of a number of impurities are not soluble and oil that coats the surface of the coal. Effect of reaction time on the quality of coal upgrading process is the result of the increase in the value of volatile matter in line with the length of heating time given.
BAB I. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Batubara peringkat rendah tinggi akan kandungan air. Hal ini seiring denga rendahnya nilai kalori dalam batubara. Permasalahn yang ditimbukan dengan tingginya kandungan air tersebut diantaranya :
a. Rendahnya effisiensi dalam pembakran b. Memicu terjadi spontanious combustion c. Tingginya biaya yang dikeluarkan pada saat pengangkutan.
Teknologi upgrading batubara peringkat rendah bertujuan untuk menurunkan nilai kandungan air dalam batubara. Pemanasan yang terjadi pada proses upgrading menyebabkan kandungan air dalam batubara mengalmi evaporasi. Adanya evaporasi kandungan air dalam batubara tersebut menyebabkan adanya kekosongan pada pori-pori batubara sehingga setelah proses memungkinkan air kembali terserap dalam batubara. Perlu adanya campuran bahan lain sebagai upaya untuk mencegah kembalinya air dalam pori batubara. Tambahan minyak pelumas bekas dan minyak tanah cukup kuat untuk menempel pada waktu yang cukup lama sehingga batubara dapat disimpan di tempat terbuka untuk jangka waktu yang cukup lama.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui perbandingan kualitas batubara tanpa perlakuan proses upgrading dan kualitas batubara hasil proses upgrading.
2. Mengetahui pengaruh komposisi bahan campuran yang digunakan pada proses
upgrading
3. Mengetahui pengaruh waktu pemanasan yang dijalankan pada proses upgrading
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian antara lain : 1. Bagaimana kualitas batubara tanpa
perlakuan proses upgrading dan kualitas batubara hasil proses upgrading?
2. Bagaimana pengaruh minyak pelumas bekas dan minyak tanah terhadap kualitas batubara hasil proses upgrading?
3. Bagaimana waktu reaksi selama proses pemanasan berpengaruh terhadap kualitas batubara?
1.4 Batasan Masalah
Pada penelitian ini terdapat beberapa batasan masalah yang digunakan diantaranya :
1. Bahan campuran pada penelitian ini adalah minyak pelumas bekas dan minyak tanah 2. Parameter kualitas batubara yang diujikan
meliputi inherent moisture, ash content, volatile matter, fixed carbon, nilai kalori dan total sulfur
3. Analisa yang dilakukan ialah terhadap kualitas batubara tanpa perlakuan proses
upgrading dan kualitas batubara hasil proses
upgrading.
BAB II. Landasan Teori
2.1 Proses Pembentukan Batubara
1. Tahap diegenetik / biokimia, dimulai pada saat material tanaman terdeposisi hingga lignit terbentuk. Agen utama yang berperan dalam proses perubahan ini adalah kadar air. 2. Tahap malihan / geokimia, meliputi proses perubahan dari lignit menjadi bituminus hingga antrasit.
2.2 Karakteristik Batubara
Pada batubara terdapat beberapa substansi yang terbentuk selama proses coalofication. Substansi tersebut merupakan nilai yang terkadung dalam batubara. Untuk mendapatkan nilai tersbut umumnya dilakukan pengujian dengan mengunakan instrumen yang sesuai dengan metode standar yang telah ditentukan dalam sistem klasifikasi batubara.
1. Ukuran butir
Ukuran butir batubara dibatasi pada rentang butir halus dan butir kasar. Butr paling halus untuk ukuran maksimum 3 mm, sedangkan ukuran butir paling kasar sampai dengan ukuran 50 m.
2. Kandungan Air
a. Air Bebas
Air yang terdapat pada permukaan batubara dengan jumlah relatif besar. Air dalam bentuk ini menguap pada suhu ruangan. Keberadaan moisture dimungkinkan karena :
Bercampurnya air tanah saat penambangan Taburan air hujan pada tumpukan batubara Sisa air yang tertinggal pada permukaan batubara setelah proses pencucian
b. Air bawaan
Air yang terdapat dalam rongga kapiler dan pori-pori batubara yang relatif kecil pada kedalaman aslinya, yang secara teori dinyatakan bahwa kondisi tersebut ialah kondisi dengan tingkat kelembaban 100% serta suhu 30oC.
3. Kandungan Abu
Abu merupakan komponen yang terkandung pada batubara yang tidak dapat dibakar. Pada umumnya abu ini berupa mineral yang berasal dari dalam tanah. Kandungan abu akan terbawa bersama gas pembakaran melalui ruang bakar dan daerah konversi dalam bentuk abu terbang yang jumlahnya mencapai 80% dan abu dasar sebanyak 20%.
4. Kandungan Sulfur
Secara umum penilaian kandungan sulfur dalam batubara dinyatakan dalam total sulfur. Kandungan sulfur berpengaruh terhadap tingkat korosi sisi dingin yang terjadi pada elemen pemanas udara, terutama apabila suhu kerja lebih rendah daripada titik embun sulfur, sidamping berpengaruh terhadap efektivitas penangkapan abu pada peralatan elctronic precipitator.
5. Zat Terbang
Zat terbang merupakan kuantita sejumlah senyawa yang mudah menguap. Senyawa berperan sebagai pemantik dari proses terbakarnya batubara. Dalam mengidentifikasi sifat pembakaran batubara terdapat hubungan antara zat terbang dan volatile matter yang disebut dengan fuel ratio. Hubungan kedua parameter tersebut dituangkan dalam sebuah formula sebagai berikut :
Fuel Ratio = Fixed Carbon Zat Terbang
6. Fixed Carbon
Fixed carbon merupakan kandungan utama dari batubara. Kandungan inilah yang berperan dalam menentukan besarnya heating value suatu batubara. Semakin besar fixed carbon, semakin besar pula heaing value-nya. Fixed carbon
diperoleh dengan melalui pengurangan angka 100 dengan jumlah kadar moisture, kandungan abu dan zat terbang.
7. Nilai Kalori
Nilai kalori merupakan akumulasi dari nilai panas pembakaran unsur pembentuk batubara.
2.3 Klasifikasi Batubara
Penentuan kelas dari batubara menggunakan sistem ASTM Classification. Pada sistem ini dibutuhkan tiga parameter kualitas batubara yaitu fixed carbon pada basis dry mineral matter free (dmmf), volatile matter pada basis
dry mineral matter free (dmmf), nilai kalori pada basis moist, mineral matter free (mmmf).
Penentun ketiga parameter tersebut masing-masing menggunakan formula sebagai berikut :
1. Fixed Carbon
FC,dmmf = FCadb-(0,15xTSadb) X100%
100-[IM+(1,08xACadb)+(0,55xTSadb)]
dengan ;
FC,dmmf = Fixed Carbon pada basis dmmf (%) FC,adb = Fixed Carbon pada basis adb (%)
CV,mmmf = [(Cvadbx1,8)-(50xTSadb)] X100%
100-[(1,08xACadb)+(0,55xTSadb)]
dengan ;
CV,mmmf = Nilai Kalori pada basis mmmf (%) CV,adb = Fixed Carbon pada basis adb (kal/gr) TS,adb = Total Sulfur pada basis adb (%) AC,adb = Ash Content pada basis adb (%)
2.4 Adsorpsi
Pengikatan bahan pada permukaan sorben padat melalui pelekatan. Adsorpsi merupakan proses pengumpulan substansi tertentu ke dalam permukaan bahan penyerap. Partikel atau material yang diserap ialah adsorbat dan yang berfungsi sebagai penyerap disebut adsorben. Mekanisme adsorpsi dipengaruhi oleh gaya tarik-menarik antara ion dalam adsorben (batubara) yang mengandung ion negatif dan adsorbat (minyak pelumas bekas) yang mengandung ion positif sehingga terjadi pengikatan di permukaan adsorben.
2.5 Kondisi Operasi dalam Adsorpsi Batubara
1. Waktu Reaksi
tinggal yang diperlukan untuk proses adsorpsi 30-90 menit.
2. Temperatur Reaksi
Temperatur reaksi merupakan indikator capaian dalam upaya menurunkan nilai kandungan air dalam batubara. Disebutkan bahwa semakin tinggi temperatur larutan berlangsung maka semakin kecil daya serap adsorben dan sebaliknya. Ini disebabkan ukuran partikel adsorbat memuai dan viskositas larutan berkurang karena temperatur yang tinggi.
3. Pengadukan
Pengadukan akan mempengaruhi proses difusi dari adsorpsi. Perbedaan konsentrasi ialah perbedaan antara konsentrasi bahan yang akan diadsorpsi dalam campuran dan konsentrasi bahan tersebut dalam adsorben. Pengadukan digunakan secara umum berputar dengan kecepatan antara 20-100 putaran per-menit.
BAB III. Kegiatan Riset
3.1 Gambaran Umum Penelitian
Perolehan bahan campuran minyak pelumas bekas dan minyak residu dilakukan melalui pembelian di bengkel motor di wilayah samarinda. Kebutuhan peralatan yang digunakan pada penelitian ini dibedakan menjadi peralatan untuk proses upgrading yang dimodifikasi secara mandiri oleh penulis dan peralatan untuk analisis kualitas batubara penulis bekerjasama dengan PT. Kitadin, Embalut Site, dengan demikian seluruh sampel batubara pada penelitian ini dianalisis di MGP-Laboratorium PT. Kitadin, Embalut Site.
3.2 Bahan Penelitian
Tabel 1. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelirian
No Bahan Kegunaan
1 Batubara Adsorben
2 Minyak Pelumas Bekas Adsorbat
3 Minyak Tanah Pelarut
3.3 Peralatan Penelitian
Alat yang digunakan pada penelitian adalah antara lain :
1. Panci berpengaduk yang digunakan sebagai tempat campuran batubara, minyak pelumas bekas, minyak tanah.
2. Timbangan yang digunakan untuk megukur massa tiap bahan sesuai komposisi bahan yang dijalankan.
3. Ayakan manual dengan ukuran < 3mm.
4. Termometer digital yang digunakan untuk memonitoring temperatur pada saat pemanasan
5. Penyaring yang digunakan untuk memisahkan batubara dengan residu larutan sisa proses adsorpsi
6. Jam digital untuk memonitoring waktu selama proses upgrading
7. Leco TGA-701 yang digunakan untuk pengujian nilai proksimat batubara
8. Bombcalorimeter Parr-1266 yang digunakan untuk pengujian nilai kalori
9. Leco S144DR yang digunakan untuk nilai total sulfur batubara
3.4 Prosedur Proses Upgrading
Sampling Batubara
Analisis Kualitas Batubara : total sulfur, nilai kalori, kandungan air bawaan, kandungan abu, zat terbang,
karbon padat
Hasil Penelitian dan Pembahasan
3.5 Alat Pengumpulan Data
Data yang akan diperoleh ialah parameter kualitas batubara yang terdiri dari nilai proksimat (inherent moisture, ash content, voaltile matter, fixed carbon), nilai kalori, total sulfur.
1. Leco TGA-701
Alat ini dugunakan untuk analisis nilai proksimat. Tahapan kegiatan yang dilakukan sesuai dengan SOP di MGP-Laboratorium PT. Kitadin
2. Bombcalorimeter Parr-1266
Alat ini digunakan untuk analisis nilai kalori. Tahapan kegiatan yang dilakukan sesuai dengan SOP di MGP-Laboratorium PT. Kitadin
3. Leco S144DR
Alat ini digunakan untuk analisis nilai total sulfur. Tahapan kegiatan yang dilakukan sesuai dengan SOP di MGP-Laboratorium PT. Kitadin.
BAB
IV.
Hasil
Penelitian
Dan
Pembahasan
4.1 Hasil Penelitian
a. Nilai Proksimat, Nilai Kalori, Total Sulfur
Tabel 2. Hasil analisis nilai proksimat
No Sampel
Tabel 3. Hasil analisi nilai kalori
No Sampel Nilai Kalori (kal/gr),adb
1 B 3437
2 B1 6466
3 B2 6490
4 B3 6522
Tabel 4. Hasil analisis total sulfur
No Sampel Nilai Total Sulfur (%), adb
Tabel 5. Klasifikasi seluruh sampel batubara
Sampel Parameter
FC,dmmf VM,dmmf CV,mmmf
B 37,65% 62,35% 6515 Btu/lb
B1 29,82% 70,18% 13356 Btu/lb
B2 28,62% 71,38% 13105 Btu/lb
B3 26,55% 73,45% 13503 Btu/lb
Tabel 5 merupakan hasil perhitungan tiap parameter untuk kebutuhan klasifikasi batubara sesuai dengan ASTM Classification (D388). Dari hasil perhitungan tersebut diketahui bahwa sampel batubara B digolongkan ke dalam jenis batubara lignite A. Sampel batubar ini merupakan sampel yang tidak mengalami proses upgrading. Sampel batubara B1, B2 dan B3 keseluruhan digolongkan ke dalam jenis batubara high volatile B bituminous. Artinya, proses upgrading yang dilakukan pada penelitian ini mampu untuk meningkatkan batubara peringkat rendah jenis lignite A menjadi setara dengan jenis batubara high volatile B bituminous.
c. Fuel Ratio
Tabel 6. Nilai fuel ratio sampel batubara
No Sampel Fuel Ratio perlakuan proses upgrading maupun sampel batubara hasil proses upgrading menunjukkan nilai < 2 (swelling index). Dengan perolehan nlai fuel ratio tersebut dapat dikatakan seluruh sampel tergolong batubara yang reaktif pada saat pembakaran.
4.2 Pembahasan
a. Pengaruh komposisi bahan terhadap kualitas batubara.
Dari hasil penelitian dapat diperhatikan bahwa minyak tanah belum sepenuhnya mampu untuk melarutkan sejumlah pengotor yang terdapat dalam batubara dan minyak pelumas bekas. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2, dimana keseluruhan sampel batubara hasil proses
upgrading memiliki nilai kandungan abu dan zat terbang yang tinggi dibandingkan dengan kandungan abu dan zat terbang pada sampel batubara yang tidak mengalami proses
upgrading.
Kandungan abu yang terdeteksi merupakan partikel pengotor yang terdapat dalam campuran hasil proses upgrading. Sedangkan zat terbang berasal dari minyak yang menempel pada permukaan batubara.
b. Pengaruh waktu pemanasan terhadap kualitas batubara
Variasi waktu reaksi yang dijalankan pada penelitian ini adalah selama 60 menit pada sampel B1 dan 90 menit pada sampel B2. Lamanya waktu reaksi pada saat proses adsorbsi berpengaruh terhadap interaksi yang terjadi anatara fase terserap dengan adsorben. Artinya, semakin lama waktu proses adsorpsi berlangsung maka semakin lama pula waktu kontak antara fase terserap dengan adsorben sehingga zat terserap semakin besar.
Pada tabel 2 dapat diperhatikan antara sampel B1 dan sampel B2 dimana kedua sampel tersebut mendapatkan variasi waktu reaksi yang berbeda selama proses adsorpsi. Volatile matter pada sampel B2 lebih besar dibandingkan dengan voaltile matter yang terkandung pada sampel batubara B1. Pada sampel B2 tersebut zat yang terserap lebih besar dibandingkan dengan zat yang terserap pada sampel batubara B1.
BAB V. Penutup
5.1 Kesimpulan
1. Hasil klasifikasi menunjukkan sampel batubara yang tidak mengalami proses
upgrading termasuk ke dalam kelas batubara
Lignite A, sementara sampel batubara produk hasil proses upgrading termasuk ke dalam kelas batubara High Volatile B Bituminous.
2. Pengaruh komposisi bahan campuran pada proses upgrading ialah meningkatnya kandungan abu dan zat terbang pada seluruh sampel hasil proses upgrading. Hal ini disebabkan adanya sejumlah pengotor dari
bahan campuran dan minyak yang menempel pada permukaan batubara.
3. Pengaruh waktu reaksi terhadap kualitas batubara hasil proses upgrading ialah bertambahnya nilai volatile matter pada sampel B2 dibandingkan dengan sampel B1. Zat yang terserap pada sampel batubara B2 lebih besar seiring dengan lamanya waku reaksi yang dijalankan.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan pengujian dan monitoring terhadap kandungan air dalam batubara pasca proses upgrading untuk mengetahui tingkat efektifitas dari pemakaian minyak pelumas dan minyak tanah
2. Perlu dilakukan pengujian terhadap larutan sisa pencampuran dengan batubara untuk mengetahui apakah limbah tersebut layak secara teknis dibuang ke tempat umum sesuai standar yang telah disepakati
3. Perlu dilakukan identifikasi lebih lanjut terkait faktor biaya yang dikeluarkan dalam pemilihan bahan campuran yang digunakan selain kelayakan teknis penelitian tentang proses upgrading babtubara peringkat rendah
Daftar Pustaka
1. Abdullah, H. 2010, Skema Pembentukan Batubara, diakses dari http://achmadinblog.wordpress.com/2010/05 /21/pembentukan-batubara.html, pada 20 April 013
2. Aswati, N., 2011, Peningkatan Mutu Batubara Peringkat Rendah Indonesia Melalui Teknik Slury Dewatering, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok
3. Billah, M., 2010, Peningkatan Nilai Kalor Batubara Peringkat Rendah Dengan Menggunakan Minyak Tanah dan Minyak Residu, Skripsi, Universitas Pembangunan
Nasional “Veteran” Press, Jawa Timur
4. Datin, F.U., Bukin, D., Peningkatan Kualitas Batubara Peringkat Rendah Dengan Teknologi Upgrading Brown Coal,
diakses dari
http://www.tekmira.esdm.go.id/HasilLitbang .html, pada 20 April 2013
6. Komariah, W.E., Peningkatan Kualitas Batubara Indonesia Peringkat Rendah Melalui Penghilangan Moisture Dengan Pemanasan Gelombang Mikro, Tesis, Universitas Indonesia, Depok
7. Nadzif, M.Y., 2010, Pra Rencana Pabrik Minyak Pelumas Dari Minyak Pelumas Bekas Dengan Metode Distilasi Hydrotreaitng, Tugas Akhir, Universitas
Pembangunan Nasional “Veteran”, Jawa
Timur
8. Sukandarrumidi, 2004, Batubara dan Gambut, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta
9. Umar, D.F., 2010, Pengaruh Proses Upgrading Terhadap Kualitas Batubara Bunyu, Kalimantan Timur, Universitas Diponegoro, Semarang
10.Yakub, A., 2006, Buku Pegangan Tentang Kualitas Batubara, Bandung
11._____, Sampling, Preparasi dan Analisa Batubara, PT. Goeservices, Ltd
12._____, (2006), Peralatan Termal : Bahan Bakar dan Pembakaran, United Nations Environmental Programmer
