1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sumber energi yang dimiliki oleh Indonesia antara lain minyak bumi, gas alam, batubara, air, angin, dan matahari. Dari sumber energi yang dimiliki oleh Indonesia, masyarakat Indonesia lebih banyak memanfaatkan bahan bakar dari minyak bumi karena lebih mudah di dapatkan dan effisien dalam penggunaannya. Dilain pihak ada pilihan sumber energi lainnya yang potensi jumlahnya masih sangat terbuka untuk jangka waktu yang panjang yaitu batubara. Berdasarkan aplikasi system database yang dikembangkan oleh Badan Geologi Departement Energy dan Sumber Daya Mineral (ESDM) dengan NEDO menyatakan cadangan batubara di Indonesia sebesar 12 miliar ton. Produksi batubara di Indonesia setiap tahunnya juga meningkat. Pada awal tahun 2012 produksi batubara mencapai sebesar 360 juta ton, hal ini menandakan potensi perolehan batubara di Indonesia cukup besar. Permasalahan dalam pemanfaatan batubara adalah pembakarannya yang kurang sempurna seperti minyak bumi. Minyak bumi lebih mudah dibakar daripada batubara, hal ini dikarenakan bentuk minyak bumi yang berbentuk cairan. Batubara dapat dibakar dengan sempurna seperti halnya minyak bumi dengan cara pengubahan bentuk batubara. Ada beberapa metode pengubahan batubara ke berbagai bentuk misalnya pembuatan briket batubara (Coal Briquetting), pencairan batubara (Coal Liquefaction) yaitu dengan cara pirolisis, gasifikasi batubara (Coal Gasification) dan pembuatan slurry batubara. Salah satu metode pengubahan bentuk batubara yang sedang dikembangkan saat ini adalah Coal Water Mixture. CWM merupakan suatu hal yang menarik karena bentuk fisiknya mirip dengan bahan bakar minyak (BBM) yaitu berbentuk cairan. Teknologi pembuatan CWM cukup sederhana, yaitu dengan mencampurkan batubara (ukuran < 200 μm), aditif (< 0,5%) dan air dalam perbandingan tertentu. Penambahan aditif pada campuran batubara dan air akan membuat bentuk batubara dan air diharapkan dapat meningkatkan homogenitas.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sumber energi yang dimiliki oleh Indonesia antara lain minyak bumi, gas alam,
batubara, air, angin, dan matahari. Dari sumber energi yang dimiliki oleh Indonesia,
masyarakat Indonesia lebih banyak memanfaatkan bahan bakar dari minyak bumi karena
lebih mudah di dapatkan dan effisien dalam penggunaannya. Dilain pihak ada pilihan sumber
energi lainnya yang potensi jumlahnya masih sangat terbuka untuk jangka waktu yang
panjang yaitu batubara. Berdasarkan aplikasi system database yang dikembangkan oleh
Badan Geologi Departement Energy dan Sumber Daya Mineral (ESDM) dengan NEDO
menyatakan cadangan batubara di Indonesia sebesar 12 miliar ton. Produksi batubara di
Indonesia setiap tahunnya juga meningkat. Pada awal tahun 2012 produksi batubara mencapai
sebesar 360 juta ton, hal ini menandakan potensi perolehan batubara di Indonesia cukup
besar.
Permasalahan dalam pemanfaatan batubara adalah pembakarannya yang kurang
sempurna seperti minyak bumi. Minyak bumi lebih mudah dibakar daripada batubara, hal ini
dikarenakan bentuk minyak bumi yang berbentuk cairan. Batubara dapat dibakar dengan
sempurna seperti halnya minyak bumi dengan cara pengubahan bentuk batubara. Ada
beberapa metode pengubahan batubara ke berbagai bentuk misalnya pembuatan briket
batubara (Coal Briquetting), pencairan batubara (Coal Liquefaction) yaitu dengan cara
pirolisis, gasifikasi batubara (Coal Gasification) dan pembuatan slurry batubara.
Salah satu metode pengubahan bentuk batubara yang sedang dikembangkan saat ini
adalah Coal Water Mixture. CWM merupakan suatu hal yang menarik karena bentuk fisiknya
mirip dengan bahan bakar minyak (BBM) yaitu berbentuk cairan. Teknologi pembuatan
CWM cukup sederhana, yaitu dengan mencampurkan batubara (ukuran < 200 µm), aditif (<
0,5%) dan air dalam perbandingan tertentu. Penambahan aditif pada campuran batubara dan
air akan membuat bentuk batubara dan air diharapkan dapat meningkatkan homogenitas.
2
1.2. Tujuan
Menentukan kondisi operasi pembuatan slurry batubara dengan metode Coal Water
Mixture yang paling baik sesuai dengan spesifikasi yang dipersyaratkan. Menentukan kondisi
operasi terbaik tersebut dengan variabel variasi ukuran batubara dan variasi suhu pada proses
penguapan untuk mengoptimasi nilai kalori slurry batubara.
1.3. Tinjauan Pustaka
1.3.1. Batubara
Batubara terbentuk dari endapan organik yaitu sisa-sisa tumbuhan yang terjadi selama
beberapa ratus juta tahun yang lalu yang mengalami perubahan melalui proses pembentukan
batubara yang disebut pembatubaraan (coalification).
Batubara adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, dengan komposisi utama terdiri dari
cellulose. Reaksi pembentukan batubara dapat diperlihatkan sebagai berikut :
5(C6H10O5) C20H22O4 + 3CH4 + 8H2O + 6CO2 + CO
Celloluse Lignit Gas Metan
Semakin banyak unsur C pada lignit, semakin baik kualitasnya. Sedangkan semakin
sedikit unsur H pada lignit semakin rendah kualitasnya (Sukandarrumidi, 2005).
Klasifikasi batubara secara umum digolongkan menjadi 5 tingkatan, dari tingkatan
tinggi sampai tingkat rendah yaitu anthracite, bituminous coal, sub bituminous coal, lignite,
dan peat (gambut). Penggolongan tersebut menekankan pada kandungan relatif antara unsur
C dan H2O yang terdapat dalam batubara (Sukandarrumidi, 2008).
Terdapat 2 metode untuk menganalisa batubara yaitu analisa ultimat dan analisa
proksimat. Analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada
batubara yaitu karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur sedangkan analisis proksimat
dilakukan untuk menentukan jumlah air (moisture), zat terbang (volatile matter), karbon
padat (fixed carbon), dan kadar abu (ash).
1.3.2. Teknologi coal water mixture
Teknologi pembuatan CWM sebenarnya cukup sederhana, yaitu dengan
mencampurkan batubara (ukuran < 200 µm), aditif (< 0,5%), dan air dalam perbandingan
tertentu. Dengan adanya pengungkungan dan penjebakan batubara di dalam air, maka CWM
mempunyai sifat yang sama dengan bahan bakar minyak berat (Heavy Fuel Oil) sehingga bisa
3
dialirkan atau dipompa untuk transportasi maupun pembakaran. Dengan demikian CWM
dapat digunakan untuk bahan bakar tanpa banyak mengubah boiler. Sifat fisik CWM berupa
suspensi dan tidak dapat dibakar secara langsung. Cara pembakaran CWM adalah dengan
cara injeksi ke dalam tungku yang sebelumnya telah dipanaskan. Keuntungan penggunaan
batubara dalam bentuk CWM antara lain:
a. Sifat alirnya yang tergolong bersifat cairan (fluida) sama dengan sifat alir bahan bakar
minyak (BBM).
b. Dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar cair menggantikan minyak bakar di
kilang-kilang minyak atau industri lainnya yang biasa menggunakan minyak bakar berat
(Heavy Fuel Oil) sebagai bahan bakar untuk pengolahan produknya.
c. Penanganan sama dengan penanganan minyak berat. Memungkinkan pengiriman atau
pengangkutan CWM di antara berbagai lokasi di dalam atau luar instalasi atau pabrik
lewat pipa.
d. Dapat menggunakan boiler yang sama dengan boiler yang biasa digunakan untuk
minyak berat dengan melakukan sedikit modifikasi.
e. Batubara dalam bentuk suspensi dapat ditangani secara lebih bersih hingga menunjang
program bersih lingkungan dan terhidar dari kemungkinan terjadinya pembakaran
spontan, peledakan, dan masalah debu yang biasa ditimbulkan batubara dalam bentuk
serbuk.
Tabel 1.1. Karateristik Coal Water Mixture. Konsentrasi batubara (wt%) 68-70 HHV (kcal/kg) 5000-5200 LHV (kcal/kg) 4600-4800 Viskositas (mPa-s) 1000 Densitas (gr/cm3) 1,25 Kandungan Debu (%wt) 6 Kandungan Sulfur (%wt) 0,2 Grains of 200 mesh or less (%) 80-85
(Sumber : NEDO, 2013)
1.3.3. Aditif
Aditif yang umumnya dipakai dalam penurunan tegangan di cairan adalah zat organik.
Aditif zat organik yang umum dipakai memiliki rantai atau gugusan –N-CH2-CH2-O-. Aditif
juga memiliki peran sebagai pembentuk muatan listrik pada permukaan yang memimbulkan
gaya tolak menolak antara butiran batubara. Pada saat muatan listrik terbentuk, interaksi
4
antara gaya elektrostatik dan gaya van der walls akan mengurangi penggumpalan pada
kondisi tertentu.
Pada proses CWM penambahan aditif sekitar 0,1% sampai 1,5% tergantung aditif
yang digunakan. Aditif yang dipakai harus efektif dan dapat dibakar pada saat pembakaran
berlangsung.
Peran aditif dalam batubara cair adalah sebagai surfaktan atau penurun tegangan di
permukaan dan pada saat dicampur dalam campuran CWM adalah sebagai kestabilan dan
pendispersi butiran batubara yang menyebabkan butiran batubara tidak mengendap dalam
waktu yang lama (sekitar 2 bulan lebih).
Slurry batubara stabil apabila tidak mengendap dan tidak terdispersi apabila tahan
dalam beberapa selang waktu tertentu. Stabilitas penting dalam bentuk cairan batubara, hal ini
berpengaruh pada saat penyimpanan, pengangkutan dan pada saat pembakaran berlangsung.
Kestabilan diperpanjang dengan penambahan bahan aditif yang dianjurkan. Stabilitas dalam
pembuatan CWM dipengaruhi oleh sifat permukaan batubara, ukuran dan distribusi ukuran
batubara, jumlah, dan jenis bahan aditif yang digunakan, konsentrasi batubara, dan perlakuan
proses hidrotermal (Sukandarrumidi, 2005).
Aditif yang dipakai adalah Alkhyl Benzene Sulfonat acid yang berfungsi sebagai
dispersant dan untuk Stabilizing Agent memakai Carboxy Methyl Cellulose.
1.3.3.1. Alkhyl benzene sulfonat acid
ABS merupakan surfaktan anionik yang memiliki molekul dengan hidrofobik dan
kelompok hidrofilik, surfaktan ini banyak digunakan dalam industri yang biasanya diperlukan
untuk meningkatkan kontak antara media polar dan non-polar seperti antara air dan mineral.
ABS terutama digunakan untuk memproduksi deterjen rumah tangga termasuk deterjen
bubuk, cairan cuci, pencuci piring, dan cairan pembersih rumah tangga lainnya serta dalam
aplikasi industri seperti sebagai berbagai bahan penghubung dan sebagai emulsifier untuk
herbisida pertanian dan dalam polimerisasi emulsi (Putranto, 2012).
1.3.3.2. Carboxyl methyl cellulose
CMC adalah turunan dari selulosa dan sering dipakai dalam industri makanan untuk
mendapatkan tekstur yang baik. Fungsi CMC yang terpenting adalah sebagai pengental,
stabilisator, pembentuk gel, sebagai pengemulsi dan dalam beberapa hal dapat meratakan
penyebaran antibiotik (Winarno, 1992).
5
Sebagai pengental, CMC mampu mengikat air sehingga molekul-molekul air
terperangkap dalam struktur gel yang dibentuk oleh CMC (Fardiaz, 1986). CMC biasa
digunakan dalam ilmu makanan sebagai pengubah viskositas atau pengental dan untuk
menstabilkan emulsi dalam berbagai produk. CMC dalam industri pengobaran minyak
sebagai bahan lumpur pemboran, dimana ia bertindak sebagai pengubah viskositas dan agen
retensi air (Putranto, 2012).
Gambar 1.1. Struktur kimia Carboxyl Methyl Cellulose
1.4. Landasan Teori
Pada pembuatan CWM, faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses pembuatannya
adalah sebagai berikut :
1. Densitas
Densitas merupakan perbandingan antara massa suatu zat dengan volumenya. Nilai
densitas suatu zat memiliki perbandingan terbalik dengan volumenya. Dimana semakin
besar nilai densitas maka semakin kecil volumenya dengan massa yang sama. Maka
densitas sangat berperan penting pada proses penyimpanan, karena volume yang
diperlukan untuk penyimpanan akan semakin kecil dengan massa yang besar. Dan hal ini
sangat menguntungkan dalam effisiensi tempat.
2. Viskositas dalam pembuatan coal water mixture
Viskositas yang ditinjau di penelitian ini adalah viskositas cairan, karena bentuk
slurry batubara adalah cairan. Viskositas cairan adalah resistansi cairan yang disebabkan
oleh gesekan antar molekul diberikan ketika lapisan cairan saling berpindah satu sama
lain, sehingga viskositas merupakan ukuran hambatan (resistensi) suatu bahan terhadap
aliran. Hal ini yang membuat batubara dengan air tidak dapat menjadi campuran yang
homogen karena terdapat hambatan antara suatu bahan (dalam penelitian ini batubara)
dengan aliran (dalam penelitian ini air).
6
Nilai viskositas dapat menurun dengan adanya kenaikan suhu, sehingga semakin
tinggi suhu campuran maka viskositas atau hambatan dalam campuran akan menurun.
Meningkatnya temperatur menyebabkan gaya kohesi antara molekul akan berkurang
sehingga menyebabkan berkurangnya hambatan gerakan. Dari penelitian ini akan
dilakukan pemanasan dalam suhu tertentu hingga campuran batubara dengan air dapat
menjadi campuran yang homogen.
3. Karbon residu
Karbon residu memiliki kecendrungan yang berisifat sebagai polusi pada bahan
bakar. Semakin banyak kandungan residu semakin jelek bahan bakar tersebut karena
semakin banyak menimbulkan polusi.
4. Kadar air
Kadar air pada batubara merupakan faktor yang merugikan baik air bebas maupun
air lembab, karena air mempengaruhi proses pada saat pembakaran. Pada saat proses
pembakaran, air bawaan akan mempengaruhi nilai kalor batubara sehingga batubara
yang dibutuhkan akan lebih besar.
5. Nilai kalori
Nilai kalori merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan, dan diukur
sebagai nilai kalor kotor (Gross Calorific Value) atau nilai kalor netto (Net Calorific
Value). Nilai kalori pada CWM dipengaruhi oleh kadar air. Semakin tinggi kadar air di
dalam CWM, semakin meningkatkan nilai kalori pada CWM.
6. Aditif dalam pembuatan coal water mixture
Setelah melewati proses pencampuran batubara dengan air hingga menjadi
campuran yang homogen, kondisi ini tidak selamanya berlangsung dalam waktu yang
lama karena batubara dalam campuran dapat kembali mengendap. Peran aditif disini
sangat diperlukan, karena aditif berperan sebagai penstabil dan pendispersi butiran
batubara sehingga campuran batubara dan air yang sudah menjadi campuran yang
homogen dapat bertahan dalam waktu tertentu. Penambahan bahan aditif dalam
pembuatan slurry batubara dapat memudahkan pengemasan dan pengangkutan dalam
kurun waktu 2 bulan lebih.
7
7. Variabel – variabel
Variabel – variabel yang berpengaruh dalam pembuatan CWM adalah sebagai
berikut:
a. Pengaruh variasi ukuran batubara.
Variasi perbandingan ukuran batubara dapat mempengaruhi bentuk slurry
batubara, karena ukuran batubara dapat mempengaruhi waktu pengendapan batubara
pada slurry.
b. Pengaruh variasi suhu terhadap pemanasan slurry batubara.
Pembuatan CWM membutuhkan panas untuk menentukan kadar fisik maupun
karakteristik bahan bakar batubara cair. Untuk nilai karakteristik bahan bakar batubara
cair yang dianalisa dalam penelitian ini yang berhubungan dengan pemanasan adalah
nilai densitas, viskositas, karbon residu, kadar air, dan nilai kalor.
Suhu pemansan slurry batubara sempurna berkisar ± 75oC apabila dilihat dari
nilai kalornya, hal ini dikarenakan kandungan air pada bahan bakar semakin
berkurang, karena nilai kandungan kalor pada batubara berhubungan erat dengan
kandungan airnya. Kandungan air ini dapat berupa air bebas maupun air bawaan.
8. Analisis hasil
Analisis hasil dilakukan dengan cara menganalisis hasil pembuatan slurry batubara
setelah melewati tahap pemanasan. Setelah didapatkan slurry batubara dilakukan analisa
terhadap keadaan fisik dan nilai karakteristik dari slurry batubara tersebut. Nilai
karateristik meliputi nilai densitas, viskositas, karbon residu, kadar air, dan nilai kalor.
1.5. Batasan Masalah
Pada pembuatan CWM perlu diberikan suatu batasan masalah mengenai pengaruh
peubah-ubah terhadap hasil slurry batubara.
1. Batubara yang digunakan berasal PT Bukit Asam.
2. Pembuatan batubara cair dengan perbandingan 40% batubara dan 60% air dari berat
volume.
3. Zat aditif yang dipakai adalah ABS dan CMC dengan berat 7% ABS dan 1% CMC dari
berat total (batubara dan air).
4. Pembuatan batubara cair dengan proses pemanasan dengan suhu ± 75oC selama 30 menit.
8
1.6. Hipotesa
Dalam pembuatan slurry batubara, hipotesa awal untuk mencapai spesifikasi CWM
adalah sebagai berikut :
1 Semakin kecil ukuran batubara yang digunakan untuk pembuatan slurry batubara maka
semakin lama waktu pengendapan antara batubara dengan aquadest.
2 Semakin tinggi suhu penguapan pada slurry batubara, maka semakin rendah densitas pada
slurry batubara.
3 Semakin tinggi suhu penguapan pada slurry batubara maka, semakin tinggi viskositas
pada slurry batubara.
4 Semakin tinggi suhu penguapan pada slurry batubara maka, semakin tinggi karbon residu
pada slurry batubara.
5 Semakin rendah kadar air pada slurry batubara maka, semakin tinggi nilai kalori pada
slurry batubara.
9
BAB II
PELAKSANAAN PENELITIAN
2.1. Bahan Baku
a. Aquadest
b. Batubara
2.2. Bahan Pembantu
a. Alkyl Benzene Sulfonat
b. Carboxyl Mhetyl Celloluse
2.3. Rangkaian Alat
Gambar 2.1. Rangkaian alat proses pembuatan slurry batubara.