PEMANFAATAN BATUBARA

REFERENSI

-Ambyo SM, Peningkatan Pemanfaatan BB di Indonesia dan Masalah Lingk.

-Atang S, Preliminary Design of a Puluerizer Coal Furnace

-Elliot, Chemistry of Coal Utilization

-Collin F Wond, Coal Geology and Coal Teknologi

-James G Speight, Chemistry and Technology of Coal

-Thomas F Edgas, Coal Processing and Polution Control

Batubara merupakan bhn gal fosil pdt sebagian besar terdiri atas unsure carbon

shg dpt dimanfaatkan sbg sumber energi. Utk Indonesia bb yg mrpkn bhn gal energi

memegang peranan penting sbg bhn alternatif non migas dlm inds kimia, metalurgi,

maupun sbg bhn bkr dlm PLTU dan industri semen.

Scr Grs Bsr BB digunakan sbg:

1. Bhn Bkr : Langsung, Tdk LAngsung

2. Pengkokasan : dlm proses pyrometalurgi

3. Penyerap : Proses pemurnian.

Sebagai pemanfaatan bb dlm industri pemakai selalu terkait dg persyaratan ttu,

hal ini dimaksud agar :

BB yg akan dimanfaatkan oleh konsumen spy mudah penanganannya.

BB dpt memenuhi proses yg sedang/ akan berlangsung.

BB yg akan digunakan tdk merusak alat akibat korosi (disebabkan oleh asam yg

ada di bb)

Tdk mengganggu lingk hdp/ mengurangi dampalk negatif

Parameter yg bisa diambil/ bisa dirata2kan utk diblending :

Nilai kalor

Total Sulfur

Kadar abu

Yg tdk bisa :

HGI, FSI, Ttk leleh

KARAKTERISTIK BB

Karakteristik bb dpt dilihat dr bhn organic (maceral) dan anorganik (min matter)

serta tingkat kematangan bb dan reflectance vitrinite atau dikenal dgn petrografi bb.

Dlm petrografi dikenal 2 konsep dasar :

Type batubara

Rank Batubara

Serta yg berkaitan dgn min matter dlm bb, yaitu grade bb, shg utk hal terakhir ini sgt erat

kaitannya dgn apakah bb itu perlu atau tdk dilakukan pencucian bb sblm dimanfaatkan

tentunya jg didukung dgn analisa study ketercucian bb.

Dr tabel Lithotype grup maceral dan maceral dlm bb dpt diketahui jenis grup maceral n

maceral penyusunnya shg dpt diketahui manfaat dr bb.

Contoh :

Utk exinite : kaya oxygen

Volatile matter : 67% SG : 1-1,3

Umumnya pd oil shale n batuan pembawa minyak shg baik utk proses liquifasi.

Megaskopis Grup maceral Maceral

Vitrinite Vitrinite Collinite

Kilap htm Konkoidal telnite

mendekati 100%

Clarain Daminan V Collinite

Kilap htm Eksinite &

Inertinite

Tellnite & Sparinite

Kubis Cutinite

Fusinite

Durain Daminan Inertinite Fusinite

Kusam Vitrinite & Eksinite Collnite

Abu2 Sporinite

Alginite

Fusain Inertinite Fusinite

Kusam Mendekati 100%

Mengotori kulit

Maceral penyusun bb juga mempengaruhi sifat bb pd saat dipanaskan yaitu sifat

kontraksi dan ekspansi, shg akan mempengaruhi sifat keplastian pd saat pemanasan.

Berdasarkan sifat2 ekspansi dlm pemanasannya mk bb dpt diklasifikasikan mjd :

1. BB Euplastis

Mpy rock type clarain dg maceral penyusunnya vitrinite yg berlebihan shg kelakuan

selama proses pemanasan dlm waktu singkat akan mjd kontraksi diikuti dg ekspansi

scr cepat. Saat ekspansi max mk vol mjd konstan n massa stabil.

2. BB Sub Plastis

Byk mengandung inertinite berlebihan, perilakunya selama pemanasan hanya

mengalami kontraksi (bb klas rendah)

3. BB Fluid Plastis

Byk mengandung inertinite pd saat kontraksi perilakunya mrpkn euplastis, ttp pd saat

delatasi max, vol kmd mengecil scr drastic.

4. BB Perplastis

Komb perilaku subplastis dan fluid plastis, setelah kontraksi diikuti dilatasi, kontraksi

sedikit, vol kokas dpt > dr vol bb.

Pengaruh Parameter BB thd Pemanfaatannya

Dlm pemanfaatannya kualitas bb sangat menentukan peralatan yg digunakan

maupun manfaat bb dan berbagai parameter kualitas bb mk harga parameter2 ada yg dpt

diambil rata2nya tetapi ada pula yg tdk dpt diambil rata2nya.

Parameter Yg Berpengaruh:

1. Kandungan Air

Air bebas : Bb yg dg uk kecil btr hls mpy kemampuan adsorbsi air yg lbh tinggi.

Air bebas tdk berpengaruh thd nilai kalor bb tetapi kandungan air scr total banyak

berpengaruhnya ps : pengangkutan, penanganan, penggerusan, pembakaran

Air bawaan sgt mempengaruhi nilai kalor. Kadar air bawaan akan bertambah

besar seiring dgn menurunnya peringkat bb.

2. Kandungan Abu

Min matter ada 2 : min matter bawaan n dr luar bb. Min matter bawaan sulit

dipisahkan dr bb dan jmlnya sekitar 0,5-1%. Jk bb dibakar mk min matter akan

mengalami perubahan scr kimia mjd abu.

Perubahan tsb al:

Kehilangan air dr senyawa yg mengandung hydrogen

Kehilangan CO2 dr karbonat

Oksidasi FeS2 mjd besi sulfida n besi oksida

Penguapan dan penguraian dr alkali chlorida

Pengaruh dlm Grinding :

Kemampuan yg ada dlm EMM spt :

Silika mpy kekerasan lbh tinggi tentunya akan berpengaruh pd HGI yg smakin

kecil shg kapasitas penggilingan turun.

Silika mpy abrasivitas yg tinggi shg alat penggiling mjd lbh aus.

3. Zat Terbang

Zat terbang dpt menentukan peringkat bb, pengaruhnya dlm preparasi bb adl jk zat

terbang >24% mk bb akan mudah terbakar.

4. Nilai Kalor

NK dpt dibedakan mjd 2 :

Gross Colorivic Value (GUV)

Net Colorivit Value (NCV), nilai kalor yg benar2 dpt dimanfaatkan dlm

pembakaran

Rms Dulong Petit:

GCV = 81C + 340 (H-O/8) + 255…(Kcal/Kg bhn bkr)

ASTM D407

NCV = GCV – 0,024 (9(H)) + M … NJ/kg bhn bkr

Dimana:

C,H,O,S : % fase unsure dlm bb.

M : Kdr air

5. Hardgrove Grindability Index (HGI)

HGI = 13,6 + 6,93 W

W : berat (gr) bb halus (-200mesh)

6. Ash Fusion Temperatur

Menggambarkan sifat softening (melunak) dan sifat melting (meleleh) bb pd

saat pemanasan. AFT dpt diukur dlm kondisi oksidasi scr normal lbh tinggi ttp jg

tergantung dr komponen yg ada dlm abu bb. Menurut ASTM D-1875 suhu pelelehan

abu adl suhu dimana saat tjd perubahan btk scr perlahan2 krn pemanasan pd btk

susunan cth abu yg dibuat kerucut setinggi ¾” dan dsrnya ¼”

4 perubahan btk yg tjd selama pemanasan :

Suhu permulaan tjdnya perubahan (IT : Initial Temp)

Suhu mulai melunak (ST : Softning Temp)

Suhu terbentuknya setengah bola (HT : Hemisperical Temp)

Suhu mulai meleleh (FT : Fluid Temp)

Ttk leleh abu sgt tergantung pd atas komposisi senyawa abu n komposisi

senyawa abu ini dpt diperkirakan kemungkinan terbentuknya slagging pd saat bb

dibakar.

ST

a. Bila suhu T=ST mk abu yg menempel pd permukaan membentuk deposit

berpori2, terikat, lemah n mudah lepas.

b. Bila suhu T<ST mk abu yg menempel pd permukaan sbg deposit mudah lepas.

c. Bila suhu T>ST mk abu yg menempel dipermukaan sbg deposit akan menyatu

shg sukar dilepas.

AFT tergantung dr komposisi senyawa abu yaitu :

a. Bila Al2O3/ SiO2 antara 1:1,8 mk abu ini bersifat refractory shg berarti mpy ttk

leleh tinggi mk antara oksidasi dan reduksi selisihnya kecil.

b. CaO.MgO dan Fe2O3 mpy sifat sbg ph* mk akan menurunkan ttk leleh abu.

c. FeO, Na, O dan K2O mpy kemampuan yg kuat utk menurunkan ttk leleh abu.

d. % S yg tinggi mengakibatkan rendahnya temp mula deformasi. Unsur S akan

mengakibatkan semakin melebarnya perbedaab lelehan oksida n reduksi.

7. Kandungan Sulfur

Pd umumnya S kurang dr 3% selama pembakaran S akan teroksidasi mjd

SO2 atau SO3.

KOKAS BB

Kokas Briket adl kokas dlm btk briket yg digunakan utk tanur tiup. Bhn baku

kokas briket adl bb berbituminous yg dilakukan karbonisasi. Dgn karbonisasi mk zat

terbang akan hilang n menyisakan karbon dgn sifat kimia n fisik ttu diantaranya :

1. Porositas tinggi

2. Meski bersifat porous ttp mpy kekuatan makanis yg tinggi, shg mampu menahan

beban.

3. Kandungan air dan abu kecil

4. Kandungan zat terbang rendah n karbon tertambat tinggi.

Pengaruh air dlm pembuatan kokas :

a. Proses pengkokasan akan lbh lama 15-45 mnt tiap kenaikan 1% kandungan air

bebas.

b. Membantu pengikatan massa batubara selama proses kandungan air bebas

optimum 10%.

Kandungan air max dlm umpan bb utk kokas adl 15%.

Apabila bb dipanaskan tanpa oxygen mk zat terbangnya berubah/ berkurang,

abunya msh berupa min pengotor, fixed carbonnya tetap, kenaikan tergantung dr temp dr

pemanasannya.

Contoh :

Proksimat

Berkurang … IM

Berkurang …VM

Tetap … A

Bertambah … FX +

100%

Proses Karbonisasi

Proses pemanasan thd bb tanpa penambahan oksigen kedlmnya.

Karbonisasi adl mrpkn cara utk mendptkan kokas

Kokas bb : Proses dingin (tanpa karbonisasi) n Proses panas (karbonisasi)

Pd bjh PBG -Pd Penccn BB

Cum Cum

Size Size

Cons Cons

Dry : menghilang % air Dry : tdk ada ckp

Didinginkan

Pengaruh zat terbang thd pembuatan kokas

a. Smakin tinggi zat terbang smakin berkurang vol kokasnya.

b. Kandungan zat terbang tinggi menyebabkan abu n sulfur yg tersebar dlm kokas besar.

Klasifikasi Karbonisasi Berdasarkan Temp Pengkokasan

Pros Karbons Prod Pdt Prod samping

Temp Rendah Kokas yg reaktif Tar 7-10%

(450-700C) 70-80% C Gas 3430

8-20 % zat terbang Mj/ton

Temp Tengah Kokas Reaktif Tar 4,5-5,5 %

(700-900C) 55-60% C Gas 8320

2-8 % zat terbang Mj/ton

Temp tinggi Kokas non Reaktif Tar 2,5%

(900-1050C) 70% C Gas 5620

1% zat terbang Mj/ton

Sulfat, amonia

Perilaku bb Selama Proses Karbonisasi :

Proses karbonisasi adl proses pemanasan bb tanpa adanya penambahan oksigen

kedlmnya. Selama pemanasan mk tjd peristiwa kim fis.

Proses fisis pd saat pemanasan bb melunak dan kurang plastis, partikel

cenderung menalam membentuk gumpalan padat yg memuai kmd memadat kembali

(mengalami sedikit kontraksi) produk akhir disebut kokas.

Bila pd saat dipanaskan bb tetap terberai n massa bb akan melemah daya ikatnya

shg tdk dihasilkan kokas.

Sifat Kimia Pd saat pemanasan menyebabkan pengembangan gas n uap

terkondensasi, meninggalkan sisa pdtn yg terdiri atas karbon (bhn yg tdk mudah terbakar

shg dikatakan mjd lebih labil).

Sifat penalaman yg perlu diuji

Indeks muai gas

Tenaga penalaman menunjukan kemampuan bb utk menggumpal, membtk kokas

yg kuat n keras. Uji penggumpalan roga mrpkn metode pengujian utk

memperkirakan tanaga penalaman.

Sifat pengkokasan pengujian yg perlu dilakukan adl :

Gray king

Kontraksi n Ekspansi

Sifat keplastian

CHAR

Bb yg telah ditinggalkan oleh kadar airnya yaitu air bawaan n air bebas dan zat

terbangnya sesuai dgn temp karbonisasinya

Penalaman Penggumpalan

Yg perlu diuji dlm pemilihan kokas :

Free Swelling Indeks

Penalaman/ Tenaga penggumpalan

GASIFIKASI

Suatu proses konversi bb mjd bhn bkr gas, bhn2 yg digunakan dlm proses ini

selain bb sbg bhn baku utama adl : oxygen, udara n steam.

Proses gasifikasi mrpkn proses yg melibatkan reaksi kimia dr bb dgn aliran dlm

btk CO n H. Reaksi yg tjd adl reaksi endothermic, yg memerlukan panas utk

berlangsungnya reaksi tsb.

Berdasarkan medium gasifikasi yg ditambahnkan ke dlm proses mk produk

gasifikasi dpt dibedakan mjd :

a. LBG (Low BTU Gas)

Bila medium yg ditambahkan adl udara n steam, mk gas yg dihslkan

mengandung cukup banyak N2. Gas ini mpy nilai kalor 90-180 BTU/Cuft. Shg

gas ini sering disebut Low BTU Gas.

b. MBG (Medium BTU Gas)

Bila dlm proses gasifikasi ditambahkan oksigen n steam shg gas yg

dihasilkan tdk banyak mengandung N2. Nilai kalor sedang.:250-400 Btu/cuft shg

gas disebut medium btu gas

Pembakaran Karbonisasi Gasifikasi

C+O2 CO2 Bhn Bakar Udara/O2 + Steam

+kalor Padat Bhn bkr ringan

Kalor

c. SNG (Synthesis Natural Gas)

Komp utama dr gas yg dihslkan CH4 kadang2 produk ini disebut sbg

subtitute natural gas krn komposisinya mirip gas alam. NK 900-1000 Btu/cuft.

Komp Gas Produk

Produk (Btu/cuft) Komposisi

Low Btu 80-190 N 50% n sedikit gas H2, Co n Co2 n CH4

Medium Btu 250-400 Sebag bsr CO n H2 n

Sejml gas yg sukar terbakar dan CH2

SNG 900-1000 Hampir semuanya CH4

Konsumen Produk Gasifikasi

1. LBG :

Biasanya digunakan utk keperluan bhn bkr industri gelas, metal, semen, makanan

2. MBG :

Gas ini tdk byk mengandung N shg komponen utamnya adl senyawa2 reaktif. Produk

ini digunakan oleh industri petrokimia, misal CH3OH, NH3, bensin, Kerosin

3. SNG :

Sbg bhn bkr pengganti gas alam.

Reaksi Pembentuknya :

C+H2 C(H2) thp adsorbsi H2

C(H2) + H2 CH4 reaksi H2 fase gas

Atau apabila mrpkn hsl reaksi antara hydrogen dgn karbonmonoksida mk reaksinya :

3H2 +CO CH4 +H2O (methanation reaction)

PEMANFAATAN BB

1. Sbg bhn bakar langsung

Bhn bkr pd ketel uap

Bhn bkr pd pabrik semen

Bhn bkr pd industri kecil

2. Sbg bhn bkr tdk langsung

Gasifikasi

Liquifikasi

Karbonisasi

3. Sbg bukan bhn bkr

Bhn baku industri kimia

Reduktor pd peleburan besi

Karbon aktif

Elektroda

LIQUEFIKASI BB

Latar belakang

Cad energi minyak bumi yg smkn menipis sedang sisi lain kebutuhan meningkat

Potensi bb terutama di Ind sgt banyak

Program pemerintah ttg deversifikasi bhn energi, shg dlm pemf bb perlu

dikembangkan tek konversi bb antara lain liquifikasi

Liquifikasi

Salah satu teknologi bb bersih dlm upaya peningkatan pemf yaitu dgn proses

pencairan bb mjd produk hidrokarbon cair.

Faktor Utama dlm Proses Liquifikasi

1. Reaktifitas

Hub dgn kreaktifitasab dr peringkat bb

Maceral

2. Laju Pemanasan

Cepat utk mencegah repolimerisasi dr fragmen2 reaktif yg terbtk dr

pemutusan ikatan2 paling lemah dlm bb dibwh temp dimana hidrogenasi berlangsung

cepat

3. Katalis

Bbrp logam katalis dlm proses hidrogenasi bb lbh eff pd temp dimana liquid

terbtk

Abu dlm bb bertindak sbg katalis hidrogenasi

4. Tekanan

Tek dibthkan utk menghslkan liquid = 500-4000 Psi

5. Waktu Kontak

Mencari waktu yg paling optimal = 20mnt-2jam.

Liquefaksi = prinsipnya penginjeksian hydrogen. Utk menambah h yg diambil

adl Exinit (berasal dr getah) Resinit

Vitrinit tdk cocok utk liquifikasi krn berasal dr jaringan kayu yg banyak

mengandung unsure C. Padahal utk liquefaksi banyak dibthkn H.

COAL WATER MIXTURE (CWM)

Camp bb air dlm btk suspensi yg sifat alirnya bersifat cairan yg memungkinkan

pemanfaatannya sbg bhn bkr cair menggantikan minyak bkr.

1. Aditif

Dosperting agents = reagen spy tdk menggumpal

Stabiliting agents = spy stabil

2. Ukuran

10-20 m = 80%

74 m = 10 %

60-70 % berupa bb

3. Rheologi

Sifat dr alirannya :

Tergantung = -Tipe bb, Konsentrasi, aditif

Viscositas = 100 Lt/

Karakteristik CWM

Tdk menimbulkan debu, self combation selama dlm penyimpanan dan transportasi.

Fasilitas yg dibthkan dlm penanganan relatif simple tdk membthkan stacker maupun

reclaimer.

Tank penyimpanan dpt ditempatkan dibwh tnh

Dlm unit nilai kalor yg sama dgn bb membthkan tempat penyimpanan yg <

Reagen utk desulfurifikasi lbh mudah dicampurkan sblm dilakukan pembakaran

Kesimpulan

Adanya cad yg berlimpah

Biaya operasi hrs rendah

Spy hrs stabil dlm arti tersedia scr kontonue

Hrs ramah lingk.

GASIFIKASI

Faktor yg berpengaruh dlm gasifikasi :

a. Karakteristik BB

Sifat coking n aglomerasi bb pd saat dipanaskan. Sifat2 ini akan menetukan

reactor (gasifier) yg digunakan.

b. Ttk leleh abu.

Sifat ini penting krn temp operasi akan menentukan btk abu sewaktu tjd

reaksi gasifikasi dan pembakaran.

Utk bb dg ttk leleh abu rendah mk pd saat operasi abu mencair membtk slag.

Penmbahan steam akan menurunkan temp operasi ttp apabila gasifikasi berlangsung

pd tem tinggi mk abu dikeluarkan dlm btk cair

Bila ttk leleh abu bb tinggi mk abu akan dikeluarkan dlm btk pdt.

c. Uk butir bb

Menentukan jenis reaktan, kec reaksi dan losis bb.

d. Rank Bb

Mempengaruhi reaktifitas bb.

e. Katalis

Katalis yg dpt digunakan :

Senyawa Ca, Zn, Na

Garam alkali dan alkali tanah

Keuntungan : temp reaksi lbh rendah berarti karbon lebih aktif.

Tahap2 Gasifikasi

a. Pelepasan Air

Daerah pengeringan posisinya tergantung dr jenis gasifier yg digunakan

b. Tahap Pirolisis

Pd thp ini tjd devolatilisasi zat terbang pd suhu 500 C bb kontak dgn gas

panas shg air keluar

c. Tahap Gasifikasi / Reduksi

Pd thp ini reaksi memerlukan panas n panas yg digunakan adl dr hsl pembakaran bb.

d. Tahap Pembakaran

Temp pembakaran 1100-1300C

Gas2 yg dihslkan adl = CO,H2,CO2, uap, methan dan gas sulfur.

Reaksi

a. Reaksi oksidasi dr C

2C + O2 CO

2CO + O2 2CO2

b. Oksidasi dr Hidrogen dlm zat terbang

H2+0,5O2 H2O

c. Gasifikasi karbon dg uap dan CO2

C + H2O CO + H2

C + CO2 2CO

d. Reaksi perubahan air mjd gas

CO + H2O CO2 + H2

e. Proses dekomposisi dan zat terbang bb

CnHm m/4 CH4 + (4n-m)/4

Proses hidrogenasi dr zat terbang dan karbon aktif mjd methan dan hidrokarbon

tinggi

CnHm + (2n-m)/2 H2 nCH4

C+2H2 CH4

PEMFANFAATAN BATUBARA UNTUK BAHAN BAKAR

Bb yg digunakan sbg bhn bkr (langsung) dlm pembakarannya ada 3 thp =

devolatilisasi, oksidasi volatile matter dlm fase uap dan pembakaran residu.

Reaksi Kimia

1. Oksidasi Karbon

2C(grafit) + O2(g) 2CO(g) + 52,8 Kkal

2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) + 135,3 Kkal

C(grafit) + CO2(g) 2CO(g) – 41,2 Kkal

C(grafit) + O2(g) CO2 + 94,1 kkal

2. Oksidasi Hidrogen

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) + 115,6Kkal

reaksi ini akan diikuti oleh :

C(grafit) + H2O(g) CO(g) + H2(g)-31,4kkal

C(grafit)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)-21,5kkal

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)+9,8Kkal

3. Oksidasi Sulfur

S + O2 SO2(g) + panas

SO2(g) +1/2O2 SO3(g) + panas

Pengaruh Parameter Kualitas thd Pembakaran

a. Nilai kalor

NCV dipengaruhi oleh parameter yg antara lain kadar air n min matter.

Besarnya nilai kalor akan berpengaruh thd kapasitas alat yg digunakan preparasi n

tungku pembakaran

b. Zat Terbang

Zat terbang berpengaruh thd asap n penyalaan awal, pjg nyala api n temp

penyalaan dr bb.

Reaksi pemb antara bhn bkr dgn O2 tjd pd temp penyalaan.

Temperatur penyalaan

Bhn bkr Temp(C) Penyalaan (F)

Sulfur 243 470

Fixed carbon:

Bituminuous coal 400 766

Semi bit coal 460 870

Antracite 496 925

Acetylene 482 900

Ethane 538 1000

Hydrogen 610 1130

Methane 650 1202

Carbon monoxide 654 1210

c. Kadar Abu

Utk menguraikan min matter memerlukan panas. Smkn tinggi kdr abu mk

nilai kalor akan smkn menurun. Abu ada 2 jenis : abu dasar n abu terbang.

Abu dasar = abu yg keluar melalui dsr furnace

Abu terbang = abu yg keluar bersama2 dgn gas buang melalui cerobong asap.

Distribusi abu sgt bergantung :

Uk bb yg dibakar

Sifat coking bb

Temp leleh abu bb

Kadar karbon dlm bb juga tergantung pd faktor2 diatas serta met

pembakaran bb.

Semakin halus uk butir umpan pembakaran, mk proses pemb akan smkn

sempurna, shg prosentase abu terbang yg keluar bersama2 gas buang smkn

meningkat. Abu terbang mpy sifat puzzolan yg sgt mendukung dlm

pemanfaatannya. Sedang Na2CO, K2O, CaO dan Fe2O3 sgt mempengaruhi

tinggi/ rendahnya ttk leleh abu.

d. Titik leleh Abu

Bila ttk leleh tinggi>1300C , cocok kalau pengeluarannya abunya scr kering

Bila ttk lebih rendah <1300C cck klo pengeluaran abunya scr basah.

Viscositas Slag

Dipengaruhi oleh komposisi abu. Hub antara viscositas slag dgn komp kimia abu

dikorelasikan dgn prosentase silica maupun asam basa senyawa abu.

Bila pemb mcpi titik leleh abu mk lelehan tsb hrs mpy viscositas 250 poise(T

250) atau lebih rendah agar mpy kesempatan utk mengalir keluar sbg lelehan.

1. Prosentase setara silika

SiO2 .

SiO2 +Fe2O3+CaO+MgO

Harga antara 0,4-0,8. Utk harga setara silica rendah menunjukan T 250 juga rendah.

2. Feritic Ratio

Fe2O3 .

Fe2O3 + 1,11 FeO + 1,43Fe

Harga feritic ratio 0,1-0,8.

Harga feritic ratio rendah mk T250 rendah

3. Base to Acid Ratio

Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O

SiO2+Al2O3+TiO2

Harga BTAR antara 0,1-1,0 bila harga tinggi mk T250 rendah. Hub ini

berkaitan dgn silica ratio khusus utk abu asam BTAR < 0,6.

4. Dolomitic Ratio

CaO + MgO .

Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O

Mrpkn perbandingan CaO n MgO dlm senyawa basa. Harga 0,5-0,9. Bila

harga rendah mk T250 rendah.

Utk BTAR >0,6 bb tipe liquid basa.

Slagging

Melelehnya abu bb pd temp yg relatif lbh rendah saat bb terbkr/ dibkr, hal ini

disebabkan tingginya kadar senyawa CaO, MgO, Na2O3, K2O dlm abu bb.

Index slagging = Bare to Acid Ratio x kdr S

Utk kdr S sampai 2% harga slagging indeks antara 0,1-2,0

Semakin besar harga slagging index mk abu bb kecenderungan utk slagging makin besar.

Fouling

Melelehnya abu bb pd temp pemb tinggi, walaupun kdr Na2O3, K2O, CaO dan

MgO relatif kecil. Ttp krn temp pemb melebihi ttk leleh abu bb tsb mk akan tjd pelelehan

abu bb.

Fouling index = Base to Acid Ratio x Na2O

Biasanya kadar alkali dlm abu bb cukup rendah %Na2O kurang dr 0,1%

Utk kdr alkali antara 0,1-0,4 memungkinkan tjdnya deposit lelehan abu, mk perlu

ditambahkan alat saat blower. Utk kdr alkali >0,5% kemungkinan terbtk fouling.

Cth:

Kdr S = 2,0 %

Komp Abu

SiO2 = 56 % TiO2 = 0,6 %

Al2O3 = 21 % Na2O = 0,6 %

Fe2O3 = 4 % K2O = 0,5%

CaO = 2 % MgO = 0,9%

Perhit BTAR =

= Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O

SiO2+Al2O3+TiO2

= (2+0,9+4+0,6+0,5)/(56+21+0,6) = 0,103

Perhit Slagging index

SI = BTAR x % S = 0,103 x 2% = 0,00206

Perhit Fouling index

FI = BTAR x Na2O = 0,103x0,6% = 0,000618

ANALISA PROSES PEMB BHN BKR

Analisa reaksi pembakaran dilakukan utk msg2 unsur pembentuk bhn bkr scr

individual

Bila komp bhn bkr terdiri atas unsure C,H dan S analisa pembakarannya :

C+O2 CO2 + panas

H2+O2 H2O +panas

S + O2 SO2 + panas

ANALISIS PEMBAKARAN

1. Oksidasi thd karbon

C + O2 CO2

12 32 44

1 32/12 44/12

1 gr atom C + 8/3 gramol O2 11/3 grammol CO2.

2. Oksidasi thd Hidrogen

2H2 + O2 2H2O

4 32 36

1 8 9

1 gram atom H memerlukan 8 gramol Oksigen

3. Oksidasi Sulfur

S + O2 SO2

32 32 64

1 1 2

1 gr S memerlukan 1 gr Oksigen

Dlm reaksi oksidasi antara hydrogen dgn oksigen :

2H2 + O2 2H2O

4 32 36

Ada analisa hydrogen sebesar ( H-O : 8) gram

Atau dr reaksi diatas berarti :

H2 yg dipake dlm pemb = 4/32x O = O x 1/8

Sisa = H-O/8

Kebutuhan oksigen utk membakar bhn bkr :

Oksigen (gr)/ Gr bhn bkr = 8/3C + 8H + S

Apabila didlm bhn bkr mengandung oksigen, mk hydrogen tsb dianggap bereaksi dgn

oksigen dlm bhn bakar.

Krn itu hydrogen yg akan bereaksi dgn oksigen dr udara tinggal (H-O/8) gr

Shg kebthan oksigen total adl =

8/3 C + 8 (H-O/8) + S

Menghitung Kebthan Udara Teoritis

Udara mengandung 23,2% berat oksigen dan 76,8 % berat Nitrogen

Kebthn udara teoritis (gr) =

100/23,2 (8/3C +8(H-O/8)+S)

C= berat karbon/gr bhn bkr

H= berat hydrogen/ gr bhn bkr

O= berat oksigen/ gr bhn bkr

S= berat sulfur / gr bhn bkr

Udara Lebih :

Selisih antara jml udara sesungguhnya dgn jumlah udara teoritis

Udara teoritis biasanya kurang mencukupi kebthn akan oksigen dlm proses pemb, mk jml

udara yg diberikan hrs > dr kml udara teoritis.

Dgn adanya udara lbh mk diharapkan semua unsure dlm bhn bkr akan terbakar dgn

sempurna.

Apabila pemberian udara lebih terlalu besar akan mengakibatkan :

Temp ruang bkr akan menurun

Terdpt kalor yg terbuang bersama2 dgn gas buang

Ada sebag bhn bkr (halus) yg ikut terbuang keluar

Soal

Sejumlah bb mpy analisa ultimat

Karbon (C) = 56,8% Abu = 16,7 %

Hidrogen (H) = 3,7 % Moisture = 12,6 %

Nitrogen (N) = 1,3 %

Belerang (S) = 2,0%

Oksigen (O) = 7,0 %

Hit Kebthan Oksigen Min?

Kebthn Oksigen Min

Utk Karbon

Karbon 1 kg bb = 0,568 kg. Bila 1 kg karbon memerlukan 2,66 Kg oksigen

mk utk 0,568 Kg membthkn oksigen = 2,66 x 0,568 = 1,516 Kg

Utk Hidrogen

Hidrogen dlm 1 kg bb = 0,037 kg. Jk 1 kg H memerlukan 8 Kg Oksigen mk utk

0,037 kg oksigen membthkn oksigen sebanyak =

0,037 x 8 = 0,296 Kg

Utk Sulfur

Dlm 1 kg bb terdpt 0,02 kg belerang. Jk 1 kg belerang memerlukan 1 gr

Oksigen mk utk 0,02 kg belerang membutuhkan oksigen sebesar 0,02 Kg.

Nitrogen dan abu bukanlah zat yg dpt terbakar n tdk memerlukan oksigen,

sedang oksigen yg etrdpt dlm bb sendiri sebanyak 0,07 kg

Maka Keb Udara Min =

100/23,3 (8/3C+8(H-O/8)+S kg/kgbb =

4,31 (O2cn+O2h+O2s – O2 bb) =

4,31 (1,515+0,295+0,02-0,07) =

7,59 kg udara/ kg bb.

Efek Udara Lebih

Tanpa udara lebih, pembakaran mjd tdk sempurna. Dgn penambahan udara lebih

pemb berlangsung dg sempurna ttp ada kerugiannya :

Temp ruang bakar mjd berkurang/ menurun krn ada sebagian panas ikut keluar

bersama gas buang.

Ada sebagian bhn bkr (kalau uk butir umpannya lolos #200) akan ikut terbuang

bersama2 dgn udara serta gas buang.

PEMF. BB DI PLTU

Ada 3 metode pemb bb di PLTU :

Fixed bed yg menggunakan grate (unggun tetap)

Fluidized bed

Entrained bed/ Pulverized bed :

Unit system pulverized coal firing

Storage system pulverized coal firing.

Met Ukuran butir

Umpan

Temp C Daya Listrik MWatt

Fixed bed 100 mm 1100-1400 <1000

Fluidized bed 1-5 mm 750-950 s/d 600

Entrained bed <100m 1250-1600 <3000

Dr met di atas lebih menguntungkan kalau digunakan met pulverized bed dgn

ukuran butir umpan sgt hls shg memungkinkan butiran bb terbakar sempurna dan

menghslkan panas optimal.

Karakteristik yg bisa digunakan :

a. Kadar air total

Kadar air max 15% abu yg dihslkan akan mempengaruhi lingk shg perlu alat

penangkap debu.

b. % Kadar Abu

Berhub dgn kapasitas alat penangkap debu

c. Zat terbang

Max 25% berkaitan dgn swabakar dan penangannya di penimbunan dan pd

saat penggilingan.

d. GCV

Minimum 24-25 MJ/kg (ADB) berkaitan dgn design alat penggilingan n boilernya

e. Total Sulfur

Bila teroksidasi menghslkan gas Cox yg mencemari lingkungan.

f. Ttk Llh Abu

Ttk llh abu rendah mengakibatkan terbtknya slagging pd saat pembakaran.

g. HGI

Min 50 Berkaitan dgn design alat penggiuling bb, kalau HGI turun mk faktor

kapasitas akan turun.

h. Clorine

Max 0,3%. Unsur mengurangi ash fouling. Uk butir max 40 mm, mudah dlm

menentukan alat penggilingan bb n kapasitasnya.

Kadar air total > persyaratan mk akan menurunkan kapasitas alat penggiling krn bb

hls dgn kadar air tinggi akan bersifat lengket. Utk menghindari hal ini mk dlm

penggilingan bb dgn menggunakan pulverizer dibantu dgn memasukkan udara panas ke

dlm pulverizer.

Udara tsb berfungsi :

Mengurangi kadar air bb

Memisahkan bb yg sudah berukuran halus (-200 mesh) dan kmd dihembuskan ke dlm

ruang bkr.

Ttp adanya penambahan udara panas ada jg kerugiannya mk akan memacu terbtknya

proses ledakan ke dlm pulverizer terutama bila bb peringkat subbituminuous coal yg mpy

sifat sangat reaktif shg selalu diupayakan dlm proses penggilingan agar menggunakan

perbandingan antara bb giling dgn udara = 1:4-5 sampai berkisar antara 1:8 atau 1:11.

Campuran antara bb hls dgn udara yg mudah utk tjd letupan dlm pulverizer biasanya

disebabkan adanya campuran khusus.

PEMF BB PD INDUSTRI SEMEN

Proses pemb pd industri semen dilakukan dlm tanur putar. Produktivitas industri

tsb ditentukan oleh produktivitas tanur putarnya. Produktivitas tanur putar ditentukan

oleh ketahanan lap bb tahan api. Hal yg paling berpengaruh thd ketebalan lapisan bb

tahan api dan eff pemb dlm tanur putar adl jenis bhn bkr yg dipakai.

Pemakaian bb sbg bhn bkr jenis ttu dlm operasi pemb dlm tanur putar dpt

menhslkan produktifitas berbeda bila dibandingkan dgn bhn bkr jenis lain

Bgamping gas buang

Tanah Liat umpan ke T=600-1450 C

Psr besi tungku dip 2%

Psr kuarsa

ditambah bb+udara luluhan klinker

Senyawa penyusun abu :

SiO2 dr psr besi MgO

Al2O3 dr tnh liat Na2O

Al2O3 dr psr besi K2O

CaO dr bgamping

Pengaruh parameter kualitas bb pd Inds. Semen

a. Nilai kalor

Pd saat ini selalu diinginkan menggunakan bb dg nilai kalor tinggi. Hal ini

berkaitan dg alat penggalian biaya modal n biaya penggilingan.

b. Kadar abu

Bisa menggunakan kdr abu yg relatif lbh tinggi drpd bb utk PLTU.

Dgn persyaratan yg lain :

Senyawa SiO2, AL2O3, Fe2O3, CaO jgn berfluktuasi prosentasenya.

Kadar MgO tdk diinginkan dlm industri semen, krn akan mengurangi daya rekat

semen yg dihslkan.

c. Ttk Leleh Abu

Utk bb dgn ttk leleh abu rendah kurang disukai krn slag yg terbtk sukar

diserap oleh klinker dan membtk cincin di daerah sentering (shg akan menhambat

jalannya tanur putar).

d. HGI

Bb dgn HGI kecil memrlukan alat penggiling yg berukuran > dan energi yg >

Alat giling yg digunakan :

Bowl mill

Ring roll mill

Utk bb dgn HGI kecil serta sifat abrasivitas yg agak kuat, tdk cck bila

digunakan alat penggiling ring roll mill krn :

Akan menurunkan kapasitas

Uk btr yg dihslkan > yg akan berpengaruh pd pemb.

e. Kadar Air

Max 12 %, pengaruhnya akan mengurangi kapasitas penggilingan.

f. Kadar Belerang

Max 2%, kdr alkali abu max 8%, maksudnya supaya supaya tdk mengganggu

operasi tanur putar dan tdk menurunkan kualitas semen.

Yg diperlukan dlm operasi pemb dlm tanur, temp yg dihslkan tinggi dan

menhslkn heat transfer yg lbh besar.

Antracite memiliki nilai kalor tinggi, nyala api lbh pjg shg tdk disukai utk inds

semen.

g. Penyiapan Bb dan Sistem Pengumpanan ke dlm Klinker

Utk mendptkan uk btr –200 mesh mk diperlukan alat penggiling, yg biasa hrs

dilengkapi dgn alat penangkap butiran bb halus, misal kombinasi antar bowl mill dgn

cyclone. Pd proses penggilingan jg dibantu dgn memasukan udara primer seperti

halnya thp persiapan di PLTU.

Sistem pengumpan bb hls ke dlmn tanur putar :

Dirrect system -Semi direct sistem

Indirrect system – Multi point mini bin system

Operasi Pemb Pd Tanur Putar

a. Pemakaian Udara Primer fungsinya :

Dlm inds semen pemb udara di tnr putar digunakan udara primer n sekunder.

Udara primer :

Sbg sarana transportasi utk injeksi bb dlm tnr ptr.

Alat pengendali nyala api.

Udara primer temp rendah dan dicampur dgn udara sekunder shg didpt temp

udara camp yg juga relatif rendah. Pemakaian udara primer 15-20% dr kebthn udara

pembakaran.

b. Pemakaian Excess Air

Berdsrkan teori kinetika reaksi bhn bkr gas dan cair lebih reaktif thd oksigen

disbanding dgn oksigen dgn bb. Hal ini disebabkan pemb bb akan melalui tahapan :

Pemindahan panas dr burning zone ke partikel bb scr konveksi dan radiasi.

Perpindahan panas melalui lap abu yg bersifat isolator menuju front oksidasi

CO2, SO2,CO dan H2 berdifusi dr zone oksidasi ke bagian luar partikel bb.

Oleh krn itu utk mencapai pemb yg sempurna mk diperlukan excess air relatif

besar, namun dgn penggunaan udara lebih yg besar akan menimbulkan masalah.

Kerugian panas krn terserap oleh kelebihan udara tsb. Transfer panas antara udara

dan material dlm kiln kurang sempurna krn waktu tinggal udara panas dlm kiln relatif

rendah.

c. Kadar air

Kadar air dlm bb akan merugikan krn mengurangi panas yg dihslkan (juga

bisa menyebabkan penyumbatan)

d. Stabilitas Umpan

Bhn bkr bb dlm btk serbuk (powder) menyebabkan sulit didapatkan kondisi

pengumpan yg betul2 stabil ke dlm kiln shg menyebabkan ketidakstabilan panas

pembakaran dlm tungku putar.

e. Impuritas dlm BB

Proses pencucian yg tdk baik menyebabkan terdptnya impurities shg akan

mengacaukan jml umpan panas dan bhn baku ke dalm tungku.

Bb yg mpy kadar air tinggi dpt dikurangi prosentasenya pd saat penggilingan

dgn cara menghembuskan udara dgn temp 100 C.

PENANGGULANGAN PRODUK PEMBAKARAN

Penggunaan bb sbg bhn bkr scr umum akan memberikan dampak krn munculnya

SOx maupun NOx yg bila bereaksi dlm atmosfer akan memberikan masalah yg

kompleks.

Bila bereaksi dgn zat lain (mis Air) akan menghslkan hujan asam dan kabut yg

sgt berbahaya.

Polutan I :

terdiri partikel beruk <100 m mengandung karbon, tar, resin, bakteri dan

partikel kasar >100 mikron spt SO2, SO3 dan H2S, senyawa organic spt aliophotic

dan aromatic serta senyawa hydrogen (NO,NO2 dan Amonia) juga CO dan CO2.

Polutan II :

Terdiri kabut asam H2SO4, smog/asap yg menyerap uap air dan SO2.

Pemantauan produk Pembakaran :

Utk menangani msl lingk mk dilakukan pemantauan thd produk pemb yg berupa debu,

SO2 dan NO. Pengambilan conto dilakukan dgn :

Dekat belokan (setelah kipas angin pembawa gas buang)

Ditempat pemb dimana emisi bercampur

Data yg diambil :

Laju, temp, sensity, tekanan dan konsentrasi partikulain.

Pemantauan partikulain bedsr sifat optik sedang utk gas scr penyerapan dgn metode

padatan maupun cairan (utk gas yg berbhy).

Pemantauan gas dilakukan dgn cara:

Insitu, alat ersat apparatus dimasukan dlm gas yg sedang mengalir.

Cara ekstraksi dr hsl analisa thd contoh dan dikalibrasi.

Produk Pembakaran

Selain panas jg dihslkan gas buang, abu dsr dan abu terbang.

Abu terbang :

Mrpkn bag abu yg keluar bersama2 gas buang yg kmd ditangkap dgn alat penangkap abu.

Abu ini yg menyebabkan pencemaran udara. Abu bb yg berupa debu disebut Partikulkat

yg terdiri atas dust (ukuran >200 mikron) dan aerosol (-200 mikron).

Abu dasar :

Bag dr abu terdiri atas partikel berat yg jatuh ke bag dsr ketel uap. Abu dsr ini blom

diketahui utk pemanfaatannya.

Cth Komp Abu Terbang

Senyawa Persen

Silika (SiO2) 50-75

Alumina (AL2O3) 15-35

Ferra Oksida(Fe2O3) 0-5

Kalsium Karbonat (CaO) 0-3

Magnesium Oksida (MgO) 0-4

Titanium Oksida (TiO2) 0-1,5

Garam Alkali (Na2O n K2O) 0-3

Sulfur tri Oksida (SO3) 0-0,2

Hilang dibakar 0-6

Macam2 Alat Pengumpul Abu

1. Gravity Settling Chamber

Berupa sebuah kompartemen yg berukuran besar. Apabila gas buang yg

mengandung abu mengalir msk kedlm alat ini mk kecepatannya mengalami

penurunan drastic shg partikel abu akan terendapkan oleh gaya gravitasi. Alat ini

hanya cck utk uk partikel relatif besar sebab utk partikel hls kec pengendapannya

sangat rendah.

Uk Part (Mikron) Kec endap

100 70ft/mnt (21,25m/mnt)

10 1ft/mnt (0,305m/mnt)

2. Centrifugal Collector (Siklun)

Mrpkn alat pengumpul debu yg banyak digunakan dlm pabrik preparasi bb.

Prinsip kerja alat ini menggunakan gaya centrifugal utk memisahkan partikel abu dan

gas buang. Partikel abu lbh berat akan terdorong ke ddg silinder akhirnya tertampung

dlm cone. Selain itu gaya centrifugal mendorong gas buang msk ke pst aliran keluar

sbg overflow.

3. Wet Scrubbler

Prinsip kerjanya gas buang yg membawa abu dilewatkan dlm lap cair. Air ini

berfungsi sbg pembasah partikel abu, shg abu dpt ditangkap n diendapkan serta gas

yg bebas abu dialirkan n dibuang melalui cerobong. Utk memperbesar kontak antara

abu n air alat ini dilengkapi dgn penyemprot air hls. Hslnya abu bercampur air juga

mjd masalah karena jika kandungan abu tinggi akan menyebabkan airnya mpy massa

semen dan akan mengeras. Eff penangkap abunya relatif tinggi.

4. Bag Filter

Prinsip kerjanya gas yg mengandung abu dialirkan melalui sebuah rangkaian

filter dgn kec rendah. Partikel abu yg bersama2 gas buang akan tertangkap serabut yg

berfungsi sbg filter. Partikel yg telah terkumpul pd filter scr periodic dipisahkan dgn

menggunakan mectanical shaking.

5. Electrostatic Precipitator

Prinsip kerja alat ini memisahkan padatan partikulat yg etrdpt dlm gas buang

dgn presipitasi listrik (dlm medan elektronik). Eff penangkapan abunya cukup tinggi

dpt mencapai 99,95%.

Tahap yg ada dlm pemisahan abu :

Thp pemuatan, partikel yg tersuspensi

Thp pengumpulan partikel bermuatan dlm medan listrik

Thp pemindahan material terpresipitasi dr elektroda pemuat ke dlm wadah

pengeluaran presipitator

Dr 3 thp ini dpt diambil dsr pemisahan sbb:

Memberi muatan listrik kpd setiap butir abu

Abu akan mengumpul pd lempeng pengumpul shg membtk cake

debu yg terkumpul akan dikerek dan jatuh ke hopper.

Bagian alat :

Discharge electrode diberi muatan negatif

Collecting plate diberi muatan positif

Hopper

Ripper

Prinsip Kerja :

Pemuatan listrik ion (-) thd abu melalui discharge electrode

Voltage ditinggikan hingga timbul medan listrik dan gas yg lewat medan listrik

akan terionisasi mjd electron bebas (-)

Cara Pemuaian ada 2 :

Difusi dimana ion bergesekan dgn partikel dlm medan listrik dan medan listrik

berpengaruh thd partikel.

Cara Pengumpulan abu menurut letaknya

Elektrostatik Precipilitator sisi dingin yaitu ESP yg diletakan sesudah air preheater.

Temp gas yg msk ESP 120-150C

ESP sisi panas, ditempatkan sebelum air preheater, temp gasnya 350-500C

Faktor yg berpengaruh pd Unjuk Kerja ESP

1. Keadaan abu, smkn besar kdr abu mk smkn banyak abu yg dikumpulkan.

2. Ketahanan abu, smkn tinggi ketahanan abu mk eff pengumpulan smkn kecil. Dgn

adanya ketahanan abu mk medan listrik berkurang shg abu yg etrkumpul smkn

sedikit.

3. Uk partikel, smkn besar uk btr abu akan smkn mudah ditangkap

4. Sheakage dan Rapping, bila voltage terlalu tinggi, mk akan menimbulkan celah yg

akan memudahkan abu lewat dan tdk tertangkap oleh pengumpul abu (sneakage) utk

mengurangi sneakage mk dipasang sudu2 atau sekat (rapping)

5. Temp gas, pd temp tinggi akan mempengaruhi laju aliran gas serta tahanan shg

ketahanan abu akan bertambah dan eff menurun.

Penanggulangan Produk Berupa Gas

Sulfur yg ada dlm bb bila teroksidasi akan menghslkn gas SOx yg sangat korosif shg

menimbulkan masalah lingk.

Reaksi :

S+O2SO2

SO2+1/2O2 SO3SO2+H2OH2SO3

Di Jepang abu etrbang hsl PLTU diolah mjd gypsum prosesnya berlangsung di

SCRUBBER

SO3+Ca(OH)CaSO4 +2H2O

Cara Pengendalian Sulfur Oksida

Pengurangan sulfur sebelum bb dimanfaatkan

Dilakukan penanganan pd saat bb dimanfaatkan sbg bhn bkr :

CaCO3CaO+CO2 (75 mikron)

SO2+CaO+1/2H2OCaSO4

Setelah bhn bkr digunakan :

SO2+CaCO3+1/2H2OCaSO4.1/2H2O+CO2

CaSO4.1/2H2O+1/2O2+3/4H2O CaSO4.2H2O

Penggunaan alkali gamda Na2CO3 dan NaOH

Penambahan MgO :

SO2+MgO MgSO4

Hslnya dikalsinasi menghasilkan SO2 seterusnya diubah mjd asam sulfaric

Konversi bb