Laporan Akhir
PENELITIAN PENURUNAN/ PENGHILANGAN KADAR ABU BATUBARA
Oleh:
Datin Fatia Umar Gandhi Kurnia Hudaya
Fahmi Sulistyohadi Astuti Rahayu
Irna Susanti
KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL BADAN LITBANG ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL
PUSLITBANG TEKNOLOGI MINERAL DAN BATUBARA 2014
KATA PENGANTAR
Abu batubara merupakan suatu hal yang tidak diinginkan karena akan menjadi material sisa pada saat pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar. Kadar abu yang tinggi, akan meninggalkan sisa yang tinggi pula. Indonesia mempunyai cadangan batubara yang besar yang pada umumnya termasuk ke dalam batubara rendah dengan kadar abu yang relative rendah. Penurunan kadar abu untuk mendapatkan batubara dengan kadar abu yang rendah atau sama sekali bebas abu merupakan suatu hal yang sangat menarik. Karena batubara bebas abu dapat digunakan sebagai bahan bakar yang bebas abu seperti halnya bahan bakar minyak, umpan gasifikasi batubara atau bisa juga digunakan sebagai binder dalam pembuatan kokas.
Dalam kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu, terutama PT Tambang Batubara Bukit Asam (PT BA) yang telah membantu dalam pengambilan contoh batubara untuk kegiatan ini di Peranap, Provinsi Riau, sehingga kegiatan penurunan kadar abu berlangsung dengan lancar dan semoga bermanfaat bagi semua pihak.
Bandung, November 2014 Kepala Puslitbang Teknologi Mineral
dan Batubara ”tekMIRA”
Ir. Dede Ida Suhendra, MSc NIP. 19571226 198703 1
SARI
Semua batubara mengandung mineral matter. Residu dan mineral ini setelah batubara dibakar akan tertinggal sebagai abu. Mineral yang terkandung dalam batubara sangat bervariasi baik jumlah maupun distribusinya. Keberadaannya sangat menentukan dalam segala segi mulai dari penambangan sampai penggunaannya.
Batubara akan disebut sebagai batubara kotor apabila kandungan abu dalam batubara tersebut cukup tinggi. Hal ini disebabkan karena pengotor pada umumnya terdiri dari silika yang pada saat pembakaran batubara, silika tersebut tidak habis terbakar dan akan tertinggal sebagai abu. Kadar abu yang tinggi tentu saja tidak disukai konsumen pengguna batubara. Pencucian batubara saat ini sangat umum dilakukan sebagai upaya untuk memperbaiki kualitas batubara dengan kadar abu yang spesifik sesuai permintaan pasar.
Proses penurunan kadar abu secara konvensional seperti metoda konsentrasi gravitasi ataupun flotasi akan menghasilkan batubara dengan kadar abu yang relatif masih tinggi (5- 8%). Penurunan kadar abu dengan cara ekstraksi akan menghasilkan batubara dengan kadar abu yang sangat rendah hampir mendekati nol (0%).
Penelitian dilakukan dengan menggunakan batubara Peranap, Provinsi Riau termasuk ke dalam batubara peringkat rendah dengan kadar abu 5,65 dan 2,65% untuk batubara yang diambil dari tumpukan dan dari area tambang. Untuk mendapatkan batubara dengan kadar abu tinggi, maka dilakukan pemisahan pada densitas > 1,5 berdasarkan hasil uji endap apung. Hasil percobaan dengan menggunakan 3 jenis pelarut, yaitu 1-1-1-metoksi etoksi asetik acid, 1-metil naftalen dan N-metil 2 pirolidinon, penggunaan larutan 1-metil naftalen dengan perbandingan antara batubara dan pelarut 1:5, kadar abu batubara yang berasal dari tumpukan turun menjadi 0,06% dari 46,02% atau persen penurunan 99,9% dan batubara yang berasal dari tambang turun menjadi 0,11% dari 25,43% atau persen penurunan 99,6%.
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ……….… ii
SARI ……… iii
DAFTAR ISI………... iv
DAFTAR TABEL………... v
DAFTAR GAMBAR……….. vi
1. PENDAHULUAN ……….……….. 1
1.1. Latar Belakang ……….….... 1
1.2. Ruang Lingkup Kegiatan………. 2
1.3. Tujuan………. 2
1.4. Sasaran ……….... 3
1.5. Lokasi Kegiatan ……….……. 3
1.6. Penerima manfaat ………..….. 3
2. TINJAUAN PUSTAKA ………... 4
2.1 Abu Dalam Batubara ……….…... 4
2.2. Penurunan Kadar Abu Cara Ekstraksi ……….…..… 5
3. PROGRAM KEGIATAN..……….. 8
3.1. Pengambilan Contoh Batubara ...………. 8
3.2. Karakterisasi Contoh Batubara... 10
3.2 Percobaan Penurunan Kadar Abu………...…. 10
3.4 Karakterisasi Batubara Hasil Percobaan ... 12
4. METODOLOGI ... 13
5. HASIL DAN PEMBAHASAN ………..…. 14
5.1. Contoh Batubara ... 14
5.2. Penurunan Kadar Abu... 15
5.3. Pemanfaatan Batubara Kadar Abu Rendah ... 19
6. KESIMPULAN DAN SARAN... 22
6.1. Kesimpulan ... 22
6.2. Saran ... 22
7. DAFTAR PUSTAKA ……….. 23
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1. Hasil analisis batubara dengan proses ACC ……… 7
5.1. Hasil analisis proksimat, ultimat dan nilai kalor batubara Peranap... 14
5.2. Hasil analisis komposisi abu batubara Peranap... 14
5.3. Hasil uji endap apung batubara Peranap dari tumpukan ... 16
5.4. Hasil uji endap apung batubara Peranap dari tambang ... 16
5.5. Hasil percobaan penurunan kadar abu dengan larutan 1-1-1-metoksi etoksi asetik acid ... 17
5.6. Hasil percobaan penurunan kadar abu dengan larutan 1-metil naftalen.... 18
5.7. Hasil percobaan penurunan kadar abu dengan larutan N-metil 2 pirolidinon ... 18
5.8. Kadar abu (%) batubara hasil percobaan ... 19
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1.1. Lapisan batubara bagian atas (top) dan bawah (bottom) ……… 2
2.1. Metode pencucian batubara ……… 5
2.2. Konsep teknologi Hypercoal ……… 6
2.3. Teknologi Advanced Coal Cleaning (ACC) ……….. 6
3.1. Lokasi pengambilan contoh di Peranap, Kab. Indragiri Hulu ... 8
3.2. Pengambilan contoh batubara di area tambang ... 9
3.3. Pengambilan contoh batubara di tumpukan ... ... 9
3.4. Bagan alir proses penurunan adar abu... 11
5.1. Pembangkit listrik sistem gas-turbine combined-cycle ……… 21
5.2. Fungsi batubara bebas abu produk hyper coal sebagai aditif pembuatan kokas ………. 21
1 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi di dunia saat ini semakin meningkat. Dengan pasokan yang terbatas karena hingga kini mayoritas sumber energi adalah energi fosil maka dengan sendirinya harga energi semakin tinggi. Sumber energi yang saat ini harganya semakin meningkat adalah minyak dan batubara. Batubara yang pada awalnya diposisikan sebagai energi alternatif pengganti minyak untuk pembangkitan listrik dan industri semakin lama semakin penting. Sayangnya batubara hingga kini masih menjadi energi kotor karena memang menghasilkan polusi dan emisi yang lebih tinggi dibandingkan dengan minyak. Oleh karena itu teknologi batubara bersih terus menerus dikembangkan sejalan dengan semakin tingginya kesadaran masyarakat dunia akan lingkungan dan kesehatan.
Salah satu zat dalam batubara yang menyebabkan kotor adalah kandungan abu. Makin tinggi kadar abu dalam batubara, makin rendah nilai kalori batubara tersebut walau tidak linier (Carillo, 2012). Akibatnya, batubara dengan kadar abu yang tinggi untuk mendapatkan jumlah kalor tertentu akan dibutuhkan jumlah batubara yang lebih besar dibandingkan dengan menggunakan batubara yang berkadar abu rendah. Semakin banyak batubara yang dibakar, maka akan semakin tinggi gas CO2
Indonesia dianugrahi sumber daya batubara yang memiliki kadar abu sedikit yaitu pada umumnya dibawah 10% sehingga dapat dikatakan memiliki keunggulan kualitatif dibandingkan batubara dari negara lain seperti India. Walaupun begitu, tidak seharusnya Indonesia menjadi terlena dan berpuas diri sehingga tidak mengembangkan teknologi penurunan kadar abu.
Teknologi penurunan kadar abu juga dapat digunakan untuk mengoptimalkan hasil penambangan batubara saat ini mengingat lapisan paling atas (top) dan paling bawah (bottom)
yang dihasilkan yang berarti semakin tinggi emisi yang menyebabkan terjadinya pemanasan global. Selain itu, kadar emisi juga akan mempengaruhi terhadap kinerja peralatan yaitu keausan dan korosinya. Beberapa negara bahkan menetapkan pajak tersendiri untuk emisi abu yang dihasilkan dari industri pengguna batubara tersebut, salah satunya adalah Jepang. Melihat perkembangannya, tidak mustahil negara-negara yang mengenakan pajak lingkungan tersebut akan bertambah. Oleh karena itu saat ini kadar abu batubara menjadi pertimbangan penting akan kualitas batubara yang ditawarkan serta tinggi rendahnya harga batubara tersebut (Vamvuka dan Kakaras, 2011).
2 pada lapisan batubara biasanya ditinggalkan atau tidak ditambang karena jika dikeruk akan bercampur dengan pengotor sehingga kadar abunya akan tinggi (Gambar 1.1).
Sumber : Schwerdtfeger, 2010
Gambar 1.1. Lapisan batubara bagian atas (top) dan bawah (bottom)
Penelitian ini diharapkan menjadi langkah awal bagi pemerintah khususnya litbang batubara dalam upaya penguasaan teknologi penurunan kadar abu batubara sehingga dapat mengoptimalkan pemanfaatan batubara yang dimiliki oleh Indonesia. Dengan demikian selain memenuhi amanat UU No. 4 tahun 2009 dan program peningkatan nilai tambah batubara, maka keberhasilan pengusaan teknologi ini juga akan dapat meningkatkan harga jual batubara Indonesia karena batubara dengan kadar abu kecil atau nol kedepannya akan sangat diminati oleh pasar luar negeri terutama yang telah menerapkan pajak karbon atau peduli lingkungan.
1.2 Ruang Lingkup Kegiatan
Kegiatan pada tahun anggaran 2014 meliputi :
• Pengambilan contoh batubara insitu dengan kadar abu tinggi pada lapisan atas (top) dan lapisan bawah (bottom)
3
• Karakterisasi contoh batubara
• Percobaan penurunan kadar abu dengan cara ekstraksi/pelarutan
• Karakterisasi batubara hasil percobaan
1.3 Tujuan
Melakukan percobaan penurunan kadar abu dalam batubara skala laboratorium dengan cara pencucian dan ekstraksi dengan pelarut.
1.4 Sasaran
Mendapatkan batubara dengan kadar abu serendah mungkin (mendekati 0%) hasil pencucian dan ekstraksi.
1.5 Lokasi Kegiatan
Pengambilan contoh batubara akan dilakukan di Propinsi Riau (Peranap) dan kegiatan penelitian akan dilakukan di laboratorium batubara Puslitbang tekMIRA, Bandung, kordinasi dengan pengusaha batubara di Jakarta.
4 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Abu dalam Batubara
Batubara yang didapat dari tambang (run of mine coal) umumnya masih banyak mengandung bahan-bahan pengotor. Bahan pengotor (impurities) yang terdapat dalam batubara dapat diklasifikasikan sebagai:
• Impurities yang akan membentuk abu
• Impurities yang mengandung belerang
Dari segi pencucian batubara, impurities dapat diklasifikasikan lagi sebagai:
• Inherent impurities, menyatu dengan batubara dan tidak dapat dipisahkan.
• Extraneous impurities, tersegregasi dan dapat dipisahkan dengan cara pencucian.
Semua batubara mengandung mineral matter. Residu dan mineral ini setelah batubara dibakar akan tertinggal sebagai abu. Mineral yang terkandung dalam batubara sangat bervariasi baik jumlah maupun distribusinya. Keberadaannya sangat menentukan dalam segala segi mulai dari penambangan sampai penggunaannya.
Batubara akan disebut sebagai batubara kotor apabila kandungan abu dalam batubara tersebut cukup tinggi. Hal ini disebabkan karena pengotor pada umumnya terdiri dari silika yang pada saat pembakaran batubara, silika tersebut tidak habis terbakar dan akan tertinggal sebagai abu.
Kadar abu yang tinggi tentu saja tidak disukai konsumen pengguna batubara. Pencucian batubara saat ini sangat umum dilakukan sebagai upaya untuk memperbaiki kualitas batubara dengan kadar abu yang spesifik sesuai permintaan pasar.
Dalam pencucian batubara, hal pertama yang harus dipertimbangkan ialah metode pencucian yang akan diterapkan untuk mempersiapkan batubara untuk keperluan pasar, dan apakah pencucian masih diperlukan, karena pada prinsipnya batubara dapat dijual langsung setelah ditambang. Kenyataannya penjualan langsung setelah ditambang tidak berarti produser memperoleh keuntungan maksimum. Oleh karena itu dalam memutuskan perlu dimasukkan juga pertimbangan komersial.
Atas asumsi bahwa batubara itu perlu diolah dengan keuntungan maksimum dan memenuhi kriteria kualitas yang dikehendaki pasar seperti kandungan abu, air dan belerang, bahan yang
5 berukuran > 0,5 mm diolah dengan cara konsentrasi gravitasi. Untuk batubara berukuran < 0,5 mm, apakah perlu diolah atau tidak, perlu dipertimbangkan dengan teliti karena modal dan ongkos operasi pengolahan sangat besar 4 sampai 5 kali lebih besar dari pengolahan batubara kasar. Jika berdasarkan pertimbangan memang diperlukan pengolahan, maka metode yang paling sesuai ialah dengan flotasi buih. Metoda pencucian berdasarkan uukuran butir batubara dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Sumber : Schwerdtfeger, 2010 Gambar 2.1. Metode Pencucian Batubara
2.2. Penurunan Kadar Abu Cara Ekstraksi
Beberapa teknologi telah dikembangkan untuk menurunkan dan atau menghilangkan kadar abu pada batubara dengan prinsip pertukaran ion. Salah satunya adalah teknologi Hypercoal yang dikembangkan oleh pihak Jepang. Gambar 2.2 menerangkan sedikit tentang teknologi Hypercoal (Okuyama et al, 2010).
6 Gambar 2.2. Konsep teknologi Hypercoal
Teknologi lain yang dikembangkan adalah teknologi Advanced Coal Cleaning (ACC) yang dikembangkan oleh peneliti di Korea Selatan (Lee, 2012). Gambar 2.3 menunjukkan proses dan peralatan penuruna kadar abu dengan teknologi ACC. Hasil dari penerapan teknologi ACC terlihat pada Tabel 2.1.
Gambar 2.3. Teknologi Advanced Coal Cleaning (ACC)
7 Tabel 2.1. Hasil analisis batubara dengan proses ACC
8 3. PROGRAM KEGIATAN
Kegiatan penelitian penurunan kadar abu meliputi pengambilan contoh batubara di Peranap, Propinsi Riau, karakterisasi contoh batubara, percobaan penurunan kadar abu dengan cara ekstraksi dan karakterisasi batubara hasil percobaan.
3.1. Pengambilan Contoh Batubara
Pengambilan contoh batubara dilakukan di tambang batubara milik PT Tambang Batubara Bukit Asam (PT BA) di Peranap, Indragiri Hulu, Propinsi Riau. Sumber daya batu bara di kawasan pertambangan Peranap sebesar 792 juta ton dengan cadangan tertambang 367 juta ton. Saat ini, PTBA Peranap di Semelinang Tebing memproduksi batubara sebesar 500 ribu ton/tahun dan akan meningkat menjadi 2,5 juta ton/tahun pada tahun 2016. Angka tersebut akan memasok batubara selama 40 tahun. Kawasan pertambangan batu bara Peranap merupakan perbukitan dengan luas 18.230 hektar. Lokasi Peranap di Propinsi Riau dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Lokasi pengambilan contoh di Peranap, Kab. Indragiri Hulu
9 Pengambilan contoh dilakukan di tambang dan di tumpukan. Pengambilan contoh di bagian paling atas dan paling bawah lapisan batubara sulit untuk dilakukan sehingga pengambilan hanya dilakukan di muka (face) area tambang dan di tumpukan. Gambar 3.2 dan 3.3 menunjukkan foto pengambilan contoh batubara di tambang dan di tumpukan.
Gambar 3.2. Pengambilan contoh batubara di area tambang
Gambar 3.3. Pengambilan contoh batubara di tumpukan
10 3.2. Karakterisasi contoh batubara
Contoh batubara yang didapat dari lapangan, dicampur berdasarkan lokasi pengambilan contoh (tambang dan tumpukan) kemudian dikeringkan. Batubara diremuk dengan menggunakan jaw crusher dan hammer mill kemudian digiling hingga berukuran <60 mesh lalu dianalisis terhadap:
· Proksimat yang terdiri atas: air bawaan (IM), abu, zat terbang (VM) dan karbon padat (FC),
· Ultimat yang terdiri atas: karbon (C), hidrogen (H), nitrogen (N), total sulfur (S), dan oksigen (O), dan
· Nilai kalor.
Sebagian batubara digiling hingga berukuran <200 mesh (< 75µm) untuk percobaan penurunan kadar abu.
3.3. Percobaan penurunan kadar abu
Untuk mendapatkan batubara dengan kadar abu tinggi, maka dilakukan pemisahan batubara yang berkadar abu tinggi dan batubara yang berkadar abu rendah, melalui proses pencucian batubara dengan cara endap apung.Prinsip pemisahannya adalah contoh batubara dicelupkan kedalam larutan organik dengan densitas tertentu. Batubara yang terapung kemudian dipisahkan dan yang tenggelam untuk selanjutnya dicelupkan kembali ke dalam larutan dengan Rd yang lebih besar daripada yang pertama. Demikian seterusnya dimulai dari Rd yang paling rendah (biasanya 1,2) sampai yang terbesar (biasanya 2,0). Batubara yang mengapung dikeringkan, ditimbang dan dianalisis terhadap kadar abu.
Larutan organik yang dipakai adalah perkhloroetylen dengan densitas 1,6 yang diencerkan oleh toluen (densitas 0,86), dan untuk membuat Rd yang lebih besar ditambahkan bromoform (2,9).
Interval Rd yang dipakai adalah 0,05 untuk selang dari 1,25 sampai 1,7 atau 0,1 untuk Rd yang lebih besar. Hasil penimbangan dan analisis kadar abu dari partikel-partikel yang mengapung dimasukkan ke dalam tabel dan diplot dalam kertas grafik (kurva washability) untuk dapat menggambarkan karakteristik suatu batubara yang dikaitkan dengan sifat-sifat ketercuciannya.
Batubara dengan kadar abu tinggi hasil proses pemisahan, dilarutkan dengan berbagai bahan pelarut, yaitu 1-metil nafatlen (Lee, et al, 2012 and Okuyama, et al, 2005) , 1-1-1 metoksi etoksi acetic acid dan N metil 2- pirolidinon (Li et al., 2004) berbagai perbandingan, yaitu 1:4 dan 1: 5 (1 bagian batubara, 5 bagian pelarut) dan waktu tinggal 30, 60 dan 90 menit. Proses pemanasan dilakukan dengan menggunakan otoklav pada temperature 200°C. Batubara hasil
11 proses disaring hingga didapatkan filtrate dan residu yang kemudian masing-masing dianalisis terhadap kadar abu. Bagan alir percobaan dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Bagan alir proses penurunan kadar abu Batubara
Peremukan
Penggerusan
Pencampuran
Pemanasan
Pendinginan
Penyaringan
Filtrat Residu
Pengeringan Pengeringan
Analisis:
Proksimat Ultimat Nilai kalor
Hammer mill
Pulverizer
Solvent
Otoklav:
Suhu: 300°C Tekanan: 120 atm
Suhu kamar
Larutan Batubara bebas abu
Batubara 25 gr
125 gr
8 mesh
200 mesh
12 3.4 Karakterisasi batubara hasil percobaan
Batubara hasil proses penurunan kadar abu kemudian dianalisis kembali terhadap proksimat, ultimat dan nilai kalor. Hasil analisis senelum dan setelah proses kemudian dibandingkan untuk melihat perubahan yang terjadi terutama kadar abu.
13 4. METODOLOGI
Penurunan kadar abu dalam batubara dilakukan untuk mendapatkan batubara dengan kadar abu yang sangat rendah atau tidak mengandung abu (ash free coal). Kegiatan penelitian dilakukan melalui tahapan persiapan, dan pelaksanaan kegiatan yang terdiri atas:
o Pengambilan contoh batubara, o Karakterisasi batubara,
o Percobaan penurunan kadar abu dalam batubara, o Evaluasi, dan pembuatan laporan.
Persiapan penelitian dilakukan dengan studi literatur dan diskusi dengan instansi terkait untuk mendapatkan data sekunder tentang perusahaan tambang batubara di Indonesia yang saat ini belum optimal pemanfaatannya, serta informasi tentang teknologi-teknologi yang dapat diterapkan untuk menghilangkan kadar abu melalui studi literatur, konsultasi dan diskusi dengan Ditjen Minerba, Badan Geologi dan APBI.
Pelaksanaan kegiatan, pengambilan contoh batubara dilakukan di daerah Peranap, Provinsi Riau. Batubara di tambang tersebut saat ini belum beroperasi secvara optimal, karena batubara di daerah tersebut termasuk ke dalam batubara peringkat rendah. Contoh batubara diambil dari tambang dan tumpukan (stockpile) masing-masing 1 (satu) buah dengan berat masing-masing sekitar 100 kg.
Contoh batubara dari lapangan dianalisis terhadap proksimat, ultimat, nilai kalor, HGI, dan komposisi abu untuk mengetahui karakteristik batubara tersebut. Percobaan melalui 2 tahapan, yaitu pemisahan batubara dengan kadar abu tinggi dan batubara dengan kadar abu rendah dengan metoda endap apung. Batubara dengan kadar abu yang tinggi diproses menggunakan pelarut kemudian dianalisis kembali.
14 5. HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1. Contoh Batubara
Batubara di daerah Peranap termasuk kedalam batubara peringkat rendah dengan kadar abu 8- 12%. Hasil analisis batubara Peranap dapat dilihat pada Tabel 5.1 dan 5.2.
Tabel 5.1. Hasil analisis proksimat, ultimat dan nilai kalor batubara Peranap Analisis Tambang Tumpukan
Air total, % ar 38,44 29,32 Air lembab, % adb 21,58 19,32
Abu, % adb 2,65 5,65
Zat terbang, % adb 38,69 38,82 Karbon padat, % adb 37,08 36,21
Karbon, % adb 52,55 50,2
Hidrogen, % adb 6,57 6,35 Nitrogen, % adb 0,79 0,67
Sulfur, % adb 0,22 0,34
Oksigen, % adb 37,22 36,79 Nilai kalor, kal/g adb 4704 4668
Tabel 5.2. Hasil analisis komposisi abu batubara Peranap Analisis Tambang Tumpukan
SiO2 27,6 44
Al2O3 53 44,2
Fe2O3 7,22 3,15
TiO2 1,15 1,16
CaO 2,45 0,72
MgO 0,54 0,38
K2O 0,15 0,45
Na2O 0,26 0,26
MnO 0,053 0,017
P2O5 0,44 0,52
LOI 3,91 2,81
H2O- 2,73 1,97
SO3 1,34 0,4
15 5.2. Penurunan Kadar Abu
5.2.1.Uji Ketercucian batubara
Uji ketercucian batubara dilakukan dengan metoda endap-apung. Batubara dengan fraksi ukuran -2,56+ 0,6 mm dicelupkan ke dalam larutan dengan densitas yang berbeda mulai dari 1,1 sampai dengan 1,60 dengan interval 0,1 dan 0,05. Untuk medapatkan larutan dengan variasi densitas seperti tersebut, dilakukan pencampuran antara toluen yang mempunyai densitas 0,86 perklor etilen dengan densitas 1,56 dan bromoform dengan densitas 2,9.
Pencampuran dilakukan dengan menggunakan rumus:
V1*Rd1+V2*Rd2= V3* Rd3 Dimana:
V1; Volume larutan dengan Rd1 V2: Volume larutan dengan Rd2 V3: Volume larutan dengan Rd3
Setelah didapat larutan dengan densitas yang diinginkan, maka dilakukan uji endap apung dimulai dengan densitas yg terendah, yaitu 1,10. Batubara yang mengapung dipisahkan, dikeringkan, ditimbang dan dianalisis terhadap kadar abu. Sedangkan batubara yang mengendap dicelupkan lagi ke densitas di atasnya, yaitu 1,15 atau 1,2. Batubara yang mengapung dipisahkan, dikeringkan, ditimbang dan dianalisis terhadap kadar abu. Begitu selanjutnya hingga densitas larutan > 1.6. Hasil uji endap apung kemudian dibuat tabel sebagaimana terlihat pada Tabel 5.3 dan 5.4.
Dari Tabel 4.3 terlihat bahwa pada Rd >1,5 kadar abu batubara Peranap yang diambil dari tumpukan mempunyai kadar abu > 23%, yaitu 23,88%. Sedangkan untuk batubara Peranap yang diambil dari tambang (Tabel 4.4), kadar abu pada Rd tersebut adalah 25,54%. Maka dari itu, untuk percobaan penurunan kadar abu dilakukan pemisahan pada Rd 1,50.
16 Tabel 5.3. Hasil uji endap apung batubara Peranap dari tumpukan
Kumulatif float Kumulatif sink Relative
density
Berat
%
Abu
%
Jumlah abu
Berat
%
Jumlah abu
Abu
%
Berat
%
Jumlah abu
Abu
%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2X3 Ʃ 2 Ʃ 4 (6/5) Ʃ 2 (t) Ʃ 4 (t) (9/8) -1,2 0,72 1,97 1,41 0,72 1,41 1,97 100,00 382,60 3,83 +1,2 -1,3 30,21 2,03 61,33 30,93 62,75 2,03 99,28 381,18 3,84 +1,3 -1,4 64,48 2,78 179,24 95,41 241,99 2,54 69,07 319,85 4,63 +1,4 -1,5 2,42 15,24 36,94 97,83 278,93 2,85 4,59 140,61 30,61 +1,5 -1,6 0,68 23,88 16,14 98,51 295,07 3,00 2,17 103,67 47,78 +1,6 1,49 58,60 87,53 100,00 382,60 3,83 1,49 87,53 58,60 Total 100
Tabel 5.4. Hasil uji endap apung batubara Peranap dari tambang
Kumulatif float Kumulatif sink Relative
density
Berat
%
Abu
%
Jumlah abu
Berat
%
Jumlah abu
Abu
%
Berat
%
Jumlah abu
Abu
% +1,1 -1,2 1,48 2,23 3,30 1,48 3,30 2,23 100,00 816,08 8,16 +1,2 -1,25 14,34 2,67 38,29 15,82 41,59 2,63 98,52 812,78 8,25 +1,25 -1,3 51,06 3,35 171,05 66,88 212,64 3,18 84,18 774,49 9,20 +1,3 -1,35 3,98 4,22 16,80 70,86 229,43 3,24 33,12 603,44 18,22 +1,35 -1,4 9,78 7,37 72,08 80,64 301,51 3,74 29,14 586,64 20,13 +1,4 -1,45 4,63 10,63 49,22 85,27 350,73 4,11 19,36 514,56 26,58 +1,45 -1,5 4,50 17,17 77,27 89,77 428,00 4,77 14,73 465,35 31,59 +1,5 -1,55 5,07 25,54 129,49 94,84 557,48 5,88 10,23 388,08 37,94 +1,55 -1,6 1,32 32,88 43,40 96,16 600,88 6,25 5,16 258,60 50,12 +1,6 3,84 56,04 215,19 100,00 816,08 8,16 3,84 215,19 56,04
100,00
17 5.2.2. Penurunan kadar abu
Penelitian penurunan kadar abu dilakukan dengan menggunakan variable larutan yaitu:
• 1-1-1-metoksi etoksi asetik acid (MEAA) perbandingan batubara dan larutan 1:6
• 1-metil naftalen (MN) perbandingan batubara dan larutan 1:6
• 1-metil 2-pirolidinon (MP) perbandingan batubara dan larutan 1:5
Penggunaan laritan MEAA dan MN, waktu dan temperatur proses tetap, yaitu selama 1 jam pada temperatur 300°C sedangkan untuk larutan MP waktu divariabelkan 30, 60 dan 90 menit sedangkan temperatur tetap, yaitu 300°C. Hasil percobaan penurunan kadar abu dapat dilihat pada Tabel 5.5 sampai 5.7.
Tabel 5.5. Hasil percobaan penurunan kadar abu dengan larutan 1-1-1-metoksi etoksi asetik acid
Larutan MEEAA
Kadar abu, %
Tumpukan Tambang
Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 1 Percobaan 2
Awal 46,02 46,02 25,43 25,43
Filtrat 14,44 16,54 7,2 7,79
Residu 57,84 57,60 22,08 32,03
Dari Tabel 5.7 di atas terlihat bahawa kadar abu turun, yaitu dari 46,02% menjadi 14,44% pada percobaan 1 dan 16,54% pada percobaan 2 untuk batubara yang berasal dari tumpukan dan dari 25,43% menjadi 7,2% dan 7,79% untuk batubara yang berasal dari tambang. Walaupun penurunan kadar abu terlihat signifikan, yaitu 68,6 dan 64,1% untuk batubara dari tumpukan dan 71,7 dan 69,4 %untuk batubara yang berasal dari tambang, namun sesuai dengan sasaran yang diinginkan yaitu untuk mendapatkan batubara dengan kadar abu yang sangat rendah (<1%), maka dapat disimpulkan bahwa larutan -1-1-1-metoksi etoksi asetik acid dengan perbandingan batubara dan larutan 1:5 tidak baik untuk digunakan sebagai pelarut dalam proses penurunan kadar abu untuk mendapatkan batubara bebas abu.
18 Tabel 5.6. Hasil percobaan penurunan kadar abu dengan larutan 1-metil naftalen
Larutan MN
Kadar abu, %
Tumpukan Tambang
Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 1 Percobaan 2
Awal 46,02 46,02 25,43 25,43
Filtrat 0,06 0,36 0,11 0,19
Residu 17,59 20,26 25,08 26,06
Proses penurunan kadar abu dengan menggunakan larutan 1-metil naftalen dengan perbandingan batubara dan pelarut 1:6, terlihat sangat efektif untuk menurunkan kadar abu (Tabel 5.6). Hasil percobaan 1, batubara yang berasal dari tumpukan mempunyai kadar abu yang sangat rendah, yaitu 0,06% dan dari hasil percobaan 2, kadar abu 0,36% atau penurunan kadar abu masing-masing 99,9 dan 99,2%. Untuk batubara yang berasal dari lokasi tambang, kadar abu turun menjadi 0,11% dan 0,19% dari percobaan 1 dan 2 atau tingkat penurunan masing-masing 99,6 dan 99,3%.
Tabel 5.7. Hasil percobaan penurunan kadar abu dengan larutan N-metil 2 pirolidinon
Larutan MP Kadar abu, %
Tumpukan Tambang
Waktu, menit Filtrat Residu Filtrat Residu
30 2,68 12,98 3,18 6,58
60 3,17 17,71 3,04 6,13
90 3,11 19,67 4,00 7,27
Waktu proses pemanasan terlihat cukup signifikan pengaruhnya terhadap penurunan kadar abu sebagimana terlihat pada Tabel 5.7 di atas. Untuk batubara yang berasal dari tumpukan, waktu proses optimum adalah 30 menit sedangkan untuk batubara yang berasal dari tambang adalah 60 menit. Kadar abu awal untuk batubara yang berasal dari tumpukan pada percobaan ini
19 adalah 21,49% untuk batubara yang berasal dari tumpukan dan 8,23% untuk batubara yang berasal dari tambang.
Seperti halnya dengan penggunaan 1-1-1-metoksi etoksi asetik acid, penggunaan N-metil 2 pirolidinon juga kurang efektif untuk menurunkan kadar abu hingga <1%. Dari Tabel 5.7 pada waktu tinggal selama 30 menit, kadar abu batubara tumpukan adalah 2,68% yang kemudian naik lagi pada penambahan waktu 60 dan 90 menit. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi optimum proses penurunan kadar abu dengan menggunakan larutan 1-metil 2 pirolidinon adalah pada waktu 30 menit dengan kadar abu 2,68% atau persen penurunan 87,5%. Untuk batubara yang berasal dari tambang, kondisi optimum dicapai pada waktu 60 menit dengan kadar abu 3,04%. Pada kondisi ini persentase penurunan adalah 63,0%. Tabel 5.8.
menunjukkan rangkuman hasil percobaan penurunan kadar abu.
Tabel 5.8. Kadar abu (%) batubara hasil percobaan 1-1-1 metoksi etoksi
acetic acid
1-metil naftalen N-metil 2-pirolidinon
Tumpukan Tambang Tumpukan Tambang Tumpukan Tambang Awal 46,02 25,43 46,02 25,43 21,49 8,23
Filtrat 14,44 7,2 0,06 0,11 2,68 3,04
Residu 57,84 22,08 17,59 25,08 12,98 6,13
5.3. Pemanfaatan Batubara Kadar Abu Rendah
Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, teknologi penurunan kadar abu untuk mendapatkan batubara dengan kadar abu yang sangat rendah sudah dikembangkan di beberapa negara seperti Jepang dan Korea Selatan. Untuk mendapatkan batubara yang hampir bebas abu, tidak dapat dilakukan dengan cara konvensional yaitu melalui proses pencucian dengan jigging, humprey spiral ataupun flotasi, namun harus melalui proses ekstraksi.
Proses ekstraksi memerlukan bahan kimia yang harganya mahal sehingga proses ini relatif lebih mahal dibandingkan dengan proses konvensional di atas. Namun, batubara yang dihasilkan dengan proses ekstraksi akan mempunyai harga jual yang jauh lebih mahal karena batubara yang diapat adalah batubara yang bebas abu. Sehingga secara keekonomian, metoda
20 penurunan kadar abu dengan metoda ekstraksi masih ekonomis (Lee, 2012). Dalam penelitian yang akan dilaksanakan pada tahun 2015 selain masalah teknis, keekonomian dan kemungkinan penerapan batubara bebas abu di Indonesia juga akan dikaji.
Batubara dipilih sebagai sumber listrik oleh PLN karena harganya yang lebih murah dibandingkan dengan BBM. Tahun ini diperkirakan sebesar 51,6 juta ton batubara akan dikonversi menjadi listrik oleh PLN dan pembangkit listrik swasta lainnya. Besarannya meningkat sekitar 10 juta ton dibandingkan realisasi tahun 2011. (RKAP PLN Tahun 2012).
Namun, ada konsekuensi dari penggunaan batubara yaitu polusi dan emisi yang ditimbulkannya. Semakin besar penggunaan batubara maka semakin banyak polusi dan emisi yang dihasilkan. Kandungan abu dalam batubara akan menghasilkan keluaran fly ash. Fly ash yang berinteraksi dengan tanah dan lingkungan dapat menimbulkan efek buruk bagi kesehatan manusia, agrikultur dan lingkungan hidup. Salah satu kandungan yang berbahaya pada abu terbang batubara adalah kandungan merkuri (Mukherjee, A.B dan Zevenhoven, R,. 2006).
Semakin tinggi kadar abu dalam batubara, maka akan semakin besar abu yang dihasilkan.
Batubara dengan kadar abu yang sangat rendah atau nol, dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar untuk menghasilkan gas penggerak turbin pada pembangkit listrik system gas- turbine combined-cycle (Gambar 5.1). Dengan teknologi ini, efisiensi pembangkit menjadi lebih tinggi sehingga emisi gas CO2 turun sekitar 20% dibandingkan dengan pembangkit listrik dari batubara secara konvensional (Siefert, et al, 2013).
Batubara dengan kadar abu yang sangat rendah dapat digunakan sebagai bahan campuran (blending) sehingga batubara dengan kadar abu >12% dapat dicampur sehingga didapat batubara dengan kadar abu < 6% yang mempunyai nilai jual tinggi. Selain itu dengan adanya teknologi penurunan kadar abu sampai mendekati nol, batubara pada lapisan atas dan bawah yang selama ini dibuang dapat ditambang sehingga meningkatkan efisiensi dan perolehan tambang.
21 Gambar 5.1. Pembangkit listrik sistem gas-turbine combined-cycle
Batubara dengan kadar abu sangat rendah produk proses hyper coal mempunyai sifat plastis pada temperatur rendah dan menjadi padat pada temperatur > 500°C sehingga baik digunakan sebagai aditif dalam pembuatan kokas metalurgi (Tamura, 2010). Gambar 5.2 menunjukkan fungsi hyper coal (HPC) sebagai aditif pada pembuatan kokas.
Gambar 5.2. Fungsi batubara bebas abu produk hyper coal sebagai aditif pembuatan kokas
22 6. KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Batubara Peranap, Provinsi Riau termasuk kedalam batubara peringkat rendah dengan kadar abu 5,65 dan 2,65% untuk batubara yang diambil dari tumpukan dan dari area tambang
2. Untuk mendapatkan batubara dengan kadar abu tinggi, maka dilakukan uji ketercucian batubara dengan uji endap apung. Pada densitas > 1,5 batubara yang berasal dari tumpukan mempunyai kadar abu >23,88% sedangkan untuk batubara yang diambil dari tambang kadar abu pada densitas yang sama adalah 25,54%.
3. Hasil percobaan dengan menggunakan 3 jenis pelarut, yaitu 1-1-1-metoksi etoksi asetik acid, 1-metil naftalen dan N-metil 2 pirolidinon, penggunaan larutan 1-metil naftalen dengan perbandingan antara batubara dan pelarut 1:5, kadar abu batubara yang berasal dari tumpukan turun menjadi 0,06% dari 46,02% atau persen penurunan 99,9% dan batubara yang berasal dari tambang turun menjadi 0,11% dari 25,43% atau persen penurunan 99,6%.
6.2. Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, diketahui bahwa larutan 1-metil naftalen efektif untuk menurunkan kadar abu dalam batubara hingga mencapai 0,06%. Untuk penelitian selanjutnya, maka disarankan untuk menggunakan larutan 1-metil naftalen namun percobaan dilakukan dengan lebih detail lagi untuk mengetahui pengaruh perbandingan batubara dan pelarut, waktu dan temperatur proses.
23 7. DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim, RKAP Perusahaan Listrik Negara Tahun 2012.
2. Carrillo, DM., Treviño, ETP., Borrego, MAG., dan Ruiz, RHE, 2012. Analysis of Washability of Sabinas Basin Coal: Influence of Ash Content and Fixed Carbon on Calorific Value, MRS Proceedings, Volume 1380 / 2012, Copyright © Materials Research Society 2012, DOI: http://dx.doi.org/10.1557/opl.2012.406 (About DOI)
3. Lee, Sihyun, 2012. Current R&D Status of Low Rank Coal Utilization in Korea. APEC Symposium on Energy Efficiency of Low Rank Coal.
4. Li, C., Takanohashi, T., Yoshida, T., Saito, I., Aoki, H., and Mashimo K., 2004. Effect of acid treatment on thermal extraction Yield in Ashless Coal Production, Fuel 83 (2004), pp. 727-732
5. Mukherjee, A.B. dan Zevenhoven, R (2006). Mercury in coal ash and its fate in the Indian subcontinent: A synoptic review. A science of the Total Environment 2006;
368:384-392.
6. Okuyama N., Komatsu, N and Shigehisa. T., 2005. Study on the Hyper Coal Process for Brown Coal Upgrading, Coal Preparation 25 (2005) pp. 295-311.
7. Siefert, NS and Litster S., 2013. Exergy and Economy Analyses of Advanced IGCC-CCS and IGFC-CCS Power Plants, Applied Energy 107 (2013). Pp. 315-328.
8. Tamura, M. 2010. New Utilization Technologies For Low Rank Coals, paper presented at 1stInternational Symposium on the Sustainable Use of Low Rank Coals, Melbourne, Australia.
9. Vamvuka, D. and Kakaras, E., 2011. Ash Properties and Environment Impact of Various Biomass and Coal Fuels and Their Blends, Fuel Processing Technology 92 (2011) pp.
570-581
