Parameter kualitas batubara.ppt

Analisa parameterSifat kimia batubaraAnalisa proksimatCalori valueAnalisa komposisi abuTitik leleh abuSifat fisik batubaraHGINilai muai bebas (Free Sweeling Index)Gray king Indexdilatometri

Kandungan batubaraAirMaterial batubara (coal matter)Material bukan batubara (mineral matter)

PROXIMATE ANALYSISAir dried moisture

Ash Content

Volatile Matter

Fixed carbon

Kadar air (Total Moisture)Air bebas (free moisture) atau air bawaan (air dry loss)Air bawaan (inherent moisture)

Air bebasAir yang terikat secara mekanik dengan batubara terdapat dalam permukaan dan retakan2 serta kapiler2 besar (makro kapiler)Mempunyai tekanan gas normalDapat dikurangi dengan :ventilasi dan drainase yang baikmekanis dan panas

Air bebasDipengaruhi olehKondisiPenambanganBenefisiasiTransportasiPenanganan dan penyimpananDistribusi ukuran butir

Air bawaan (inherent moisture)Air yang terikat secara fisik dengan batubara terdapat dalam struktur pori-pori sebelah dalamMempunyai tekanan gas lebih rendah dari tekanan gas normalMempengaruhi kualitas batubaraDapat dihilangkan dgn pengeringan spt:steam dryHot water dryingOil drying

Pengaruh kandungan airDalam handling dan grindingMenambah biaya produksiKecendrungan menggumpal dalam chute dan bunkerKapasitas alat berkurangDalam pembakaranSensible heat 0.2% untuk kenaikan 1% kandungan airDiperlukan untuk Nox dan smoke

Pengaruh kandungan airDalam pembuatan kokasBerhubungan dengan sifat sweelingAir bawaan 1.5%-2.5% tinggi> 4% rendah

Total MoisturePenentuan Total Moisture biasanya dibagai menjadi dua tahap penentuan yaitu :

Penentuan Free Moistrue atau air dry lossPenentuan Residual moisture

TM = FM + RM(1-FM/100)

Dalam komersial, Total Moisture seringdijadikan parameter penentu berat cargo akhir, atau bahkan sebagai batasan Reject.

Total Moisture juga digunakan sebagai faktor dalam penentuan basis As Received, baik untuk nilai kalori maupun untuk parameter lainnya.Adjustment Cargo = Tonase X (100-TM act)/(100-TM kontrak)

mineral matterMineral matter bawaan (inherent mineral Matter) terikat secara kimia dalam struktur molekul batubara Material mineral dari luar batubara (extraneous mineral matter)

Perubahan kimiaKehilangan air dari senyawa2 yang mengandung nitrogenKehilangan CO2 dari karbonatOksidasi FeS2 menjadi besi sulfida dan magnesium oksidaPenguapan dan penguraian dari alkali chloride

Pengaruh ash contentDalam grindingmenyebabkanHGI rendahAlat peremuk cepat ausMeningkatkan abration indexDalam pabrik semenAbu diabsorb menjadi produk klinkerDalam pembuatan kokasSlaggingKetidakefisienan blast furnaceKandungan abu normal 8-11%

Kegunaan kadar AbuKadar abu didalam penambangan batubara dapat dijadikan penentu apakah penambangan tersebut bersih atau tidak, yaitu dengan membandingkan kadar abu dari data geology atau planning, dengan kadar abu dari batubara produksi.Kadar abu dalam komersial sering dijadikan sebagai garansi spesifikasi atau bahkan sebagai rejection limit.

Penentuan kadar Abu

Jumlah mineral matterMM = 1.08 A + 0.55 SMM = 1.1 x kandungan abuMM = mineral matterA= kandungan abuS= kandungan sulfur

Komposisi abuUnsur-unsur utama:AluminiumCalsiumBesiSilikonSedikit titanium, mangan, natrium, C (sebagai silikat atau oksida)Elemen lainArsenicCopperNikelZincUranium sbg trace mineral

Sifat abu ash fusion temperatur (AFT)Menggambarkan sifat softening dan meltingDapat diukur dalam kondisi oksidasi reduksiPengaruhnya:AFT rendah (1350C) sistem penghilang abu secara kering atau lewat atasAFT diantaranya flexibility tinggi dalam instalasi alat

Kristal abu di bawah SEM

ASH FUSION TEMPERATUREAsh Fusion Temperature adalah titik leleh abu batubara yang dinyatakan dalam temperature dalam berbagai kondisi pelelehan yaitu: Deformasi, Spherical, hemispherical, dan flow.Berdasarkan kondisi atmosphere pada pengujiannya AFT dibagi menjadi dua atmosphere, yaitu Reduksi dan Oksidasi.Mulai melelehTinggi = LebarTinggi = LebarTinggi < 1.6 mm

Zat terbang (Volatile Matter)Terdiri dari :Combustible gases seperti CO dan CH4Gas-gas yang dapat dikondensasikan seperti tarGas2 yang tidak terbakar spt CO2 dan air yang terbentuk karena hasil dehidrasi dan kalsinasi

Pengaruh Volatile MatterDalam preparasi batubara:Jika tinggi (>24%) maka batubara akan mudah terbakarTidak digerus terlalu halus

Pengujian Volatile Matter

Fixed Carbon

Ratio FC dengan VM disebut Fuel ratioFIXED CARBON = 100 % IM % ASH - % VMFIXED CARBON = 100 ( IM +A + VM)

Unsur dalam batubaraKarbon, hidrogen dan oksigen sebagai unsur utama pembentuk batubaraBelerang dan nitrogen sebagai bahan pengikut

TOTAL SULPHUR

3 macam bentuk sulfur:Pyritic sulphur (FeS2) 20-80% dan berasosiasi dengan ashOrganic sulphur 20-80%. Terikat secara kimia dengan substansi lainSulphate: dapat terdiri dari kalsium sulfat dan besi sulfat

Pengaruhnya dalam pembakaranTerbakar SO2 dan SO3(7%)Abu terbang dari pembakaran menyerap SO3 dari aliran gas yang terbakarJika fly ash mengandung natrium maupun kalium bereaksi dengan SO3 korosi boiler (fouling)SO3 + H2O H2SO4 (korosif)

CALORIFIC VALUE

Nilai kalor : jumlah panas dari komponen yang terbakar seperti karbon, hidrogen dan sulfur dikurangi panas penguraian dari material karbonan dan ditambah atau dikurangi dengan panas reaksi endotermis yang terjadi dari pembakaran komponen pengotor

Calorific ValueSpecific EnergyHigher heating ValueAdalah nilai energi yang dapat dihasilkan dari pembakaran batubara.Nilai kalori batubara dapat dinyatakan dalam satuan: MJ/Kg , Kcal/kg, BTU/lbNilai kalori tersebut dapat dinyatakan dalam Gross dan Net.

Calorific Value

Nilai Kalori dapat dinyatakan dalam satuan yang berbeda :Calorific Value (CV)(kcal/kg)Specific Energy (SE) .(Mj/kg)Higher Heating Value (HHV) = Gross CVLower Heating Value (LHV)= Net CVBritish Thermal Unit = Btu/lb

Konversi Nilai Kalori

( Btu/Lb / 1.8)( Btu/Lb / 429.923)( Kcal/kg / 238.85)DesiredGivenKUALITAS BATUBARA

Btu/LbKcal/kgMJ/kgBtu/Lb10.55550.002326Kcal/kg1.810.004187MJ/kg429.923238.8461

LATIHANKcal / kg ---------- Btu/lb5,600 kcal/kg X 1.8 = 10,080 Btu/lbMJ / kg ---------- Kcal/kg25.6 MJ/kg X 238.85 = 6,115 kcal/kgMJ / kg ---------- Btu/lb25.6 MJ/kg X 429.923 = 11,006 Btu/lb

Konversi Nilai Kalori

KUALITAS BATUBARAInternational Standard : (MJ/kg)Net CV = Gross CV 0.212(H) - 0.008(O) - 0.0245(M)British Standard : (MJ/kg)Net CV = Gross CV 0.212(H) - 0.007(O) - 0.0244(M)ASTM Standard : (J/g)Net CV = Gross CV 215.5J/g X (H)ASTM Standard : (Btu/lb)Net CV = Gross CV 92.67Btu/lb X (H)

Semua Nilai dinyatakan dalam basis yang sama

Sifat-Sifat Nilai kalori BatubaraNilai Kalori batubara bergantung pada peringkat batubara. Semakin tinggi peringkat batubara, semakin tinggi nilai kalorinya.

Pada batubara yang sama Nilai kalori dapat dipengaruhi oleh moisture dan juga Abu. Semakin tinggi moisture atau abu, semakin kecil nilai kalorinya.

HARDGROVE GRINDABILITY INDEXHGI, adalah salah satu sifat fisik dari batubara yang menyatakan kemudahan batubara untuk di pulverise sampai ukuran 200 mesh atau 75 micron.HGI sangat penting bagi pengguna batubara di power plant yang menggunakan pulverized coal.HGI tidak dapat dijadikan indikasi atau simulasi performance dari suatu pulverizer atau milling secara langsung, karena performance milling masih dipengaruhi oleh kondisi operasional Milling itu sendiri, seperti Mill tention, Temperature primary air, setting classifier dan lain-lain. Namun demikian, HGI dapat dijadikan pembanding untuk batubara yang satu dengan lainnya mengenai kemudahannya untuk dimilling.

Sifat-Sifat HGINilai HGI dari suatu batubara, ditentukan oleh organik batubara seperti jenis maceral dan lain-lain.Secara umum semakin tinggi peringkat batubara, maka semakin rendah HGI nya. Namun hal ini tidak terjadi pada bituminous yang memiliki sifat cooking. Dimana untuk jenis batubara ini HGInya tinggi sekali, bahkan bisa mencapai lebih dari 100. Nilai HGI juga dapat dipengaruhi oleh dilusi abu dari penambangan. Secara umum penambahan abu dilusi dapat menaikan nilai HGI.Nilai HGI juga dapat dipengaruhi oleh kandungan moisture.

Pengujian HGIHGI ditest dengan menggunakan mesin hardgrove. Sample yang sudah digerus pada ukuran partikel tertentu kemudian dimasukan kedalam mesin hardgrove. Selanjutnya digerus dengan menggunakan bola baja pada putaran (revolusi) tertentu.Batubara hasil gerusan kemudian discreen pada ukuran 200 mesh. Jumlah yang lolos pada screen ukuran 200 mesh dijadikan data dan dikalkulasi dengan menggunakan hasil kalibrasi alat tersebut.

ULTIMATE ANALYSIS CARBON HYDROGEN OXYGEN SULFUR NITROGEN

Carbon, Hydrogen, Oxygen, NitrogenCarbon, Hydrogen, dan Oxygen merupakan unsur dasar organik pembentuk batubara.Sifat dari unsur-unsur tersebut mengikuti peringkat batubara. Semakin tinggi peringkatnya, semakin tinggi Carbonnya, semakin rendah hydrogen dan oxygennya.Sedangkan Nitrogen merupakan unsur yang bersifat bervariasi tergantung dari material pembentuk batubara. Sifatnya hampir sama dengan Sulfur.Dalam batubara peringkat tinggi, nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa pyridine yang berasosiasi dengan struktur aromatik, sedangkan dalam batubara peringkat rendah, nitrogen ditemukan dalam bentuk senyawa amina dan terikat pada ikatan hidrokarbon alifatik.Nitrogen dalam batubara berasal dari tumbuhan pembentuk batubara tersebut atau sebagai hasil dari aktifitas bakteri pada saat pembentukan peat.

ULTIMATEDalam Geology Batubara, Ultimate digunakan sebagai parameter penentu peringkat dan evaluasi-evaluasi lainnya.Sedangkan pada utilisasi batubara, kandungan ultimate digunakan sebagai dasar perhitungan stoiciometri udara yang diperlukan untuk membakar batubara secara sempurna. Udara Yang diperlukan dalam Liter(1 atm, 20oC) / kg Batubara adalah: 35.8 ( 2.67 C+8.00 H+2.29 N+S-O)

Pengujian Carbon & HydrogenPrinsip Pengujian:COALCO2 + H2OCO2 absorber H2O absorberKoreksi CarbonateKoreksi MoistureGravimetri CO2Gravimetri H2

Carbon & Hydrogen

Pengujian NitrogenPrinsip Pengujian:N in COALdestruksiNH4+NH3Destilasi alkaliAlkalimetri / acidimetri

Sifat Sifat Ash AnalysisAsh Analysis didalam batubara bersifat tidak typical dan bervariasi dari satu seam ke seam lainnya atau didalam seam itu sendiri.Kandungan komposisi abu tergantung pada unsur pembentuk batubara, dan juga dipengaruhi oleh abu yang berasal dari luar seperti dilusi atau material yang terbawa selama penambangan.Abu batubara dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu : Abu lignitic dan Abu Bituminous

Abu Lignitic = Fe2O3 < CaO + MgOAbu Bituminous = Fe2O3 > CaO + MgOASH ANALYSIS

Kegunaan Ash AnalysisSebagai indikator karakteristik abu didalam pembakaran batubara.Prediksi sifat-sifat abu berdasarkan ash analysis biasanya dinyatakan dalam beberapa formula seperti : Rasio Basa /Asam:

Slagging Factor : Basa / Asam X S(d)Fouling Factor : Basa / Asam x Na2OFe2O3 + CaO + MgO + K2O + Na2OSiO2 + Al2O3 + TiO2

Pengujian Ash AnalysisAsh Analysis sesuai dengan nama paramternya ditentukan dari abu batubara.Abu batubara setelah dipreparasi dan dilarutkan, kemudian diatomisasi dengan cara dibakar pada temperature tinggi, kemudian selama atomisasi disinari dengan radiasi lampu yang disesuaikan dengan unsur yang ditentukan Atom-atom unsur tersebut akan menyerap energi radiasi yang dipancarkan oleh lampu tersebut. Banyaknya energi yang diserap berbanding lurus dengan banyaknya atom yang terdapat dalam larutan tersebut.Dengan membandingkannya dengan grafik kalibrasi sample standar, maka kadar unsur dari batubara dapat ditentukan.

Pengujian Ash AnalysisLampuSampleAtomizerDetektorRadiasi sinar

Penentuan OksigenOksigen ditentukan tidak dengan analisa laboratorium, melainkan hasil kalkulasi pengurangan dari 100% dengan Moisture, Ash, Carbon, Hydrogen, Nitrogen, dan Sulfur% Oksigen = 100 (Moisture + Ash + Carbon + Hydrogen + Nitrogen + Sulfur)

BASIS PARAMETERAIR DRIED BASIS (ADB)AS RECEIVED BASIS (ARB)DRY BASIS (DB)DRY ASH FREE (DAF)DRY MINERAL MATTER FREE (DMMF)

AIR DRIED BASISSemua parameter yang ditentukan dari sample batubara yang sudah di air dried dinyatakan dalam basis ADB

Air dried basis disebut juga as analysed atau as determined.

AS RECEIVED BASISAs Received Basis adalah basis yang menyatakan parameter kualitas batubara pada saat diterima.As Received Basis didasarkan pada kualitas batubara dengan kandungan Total Moisture.

(100-TM) P(ar) = P(adb) x ------------ (100-Mad)

P(ar) = Parameter (as received basis) P(adb) = Parameter (air dried basis) TM = Total Moisture Mad = Moisture (adb)

CONTOH KALKULASI(as Received Basis)TM: 25.5 % arIM: 16.4 % adbAsh: 4.7 % adbVM: 39.4 % adbFC: 39.5 % adbTS: 0.95 % adbCV: 5600 kcal/kg adbAsh (ar)= Ash(adb) x (100-TM)/(100-IM)Ash (ar)= 4.7 x (100-25.5)/(100-16.4) = 4.19 %CV (ar)= CV(adb) x (100-TM)/(100-IM)CV (ar)= 5600 x (100-25.5)/(100-16.4) = 4990 kcal/kg

DRY BASISDry Basis adalah basis dimana suatu parameter kualitas dikondisikan seolah-olah tidak mengandung moisture (kering)

(100) P(db) = P(adb) x ------------ (100-Mad)

P(db) = Parameter (dry basis) P(adb) = Parameter (air dried basis) Mad = Moisture (adb)

CONTOH KALKULASI(dry Basis)TM: 25.5 % arIM: 16.4 % adbAsh: 4.7 % adbVM: 39.4 % adbFC: 39.5 % adbTS: 0.95 % adbCV: 5600 kcal/kg adbAsh (db)= Ash(adb) x 100/(100-IM)Ash (db)= 4.7 x 100/(100-16.4) = 5.62 %CV (db)= CV(adb) x 100/(100-IM)CV (db)= 5600 x 100/(100-16.4) = 6699 kcal/kg

DRY ASH FREEAdalah basis untuk menyatakan suatu parameter kualitas batubara yang dikondisikan seolah-olah batubara tersebut tidak mengandung moisture dan ash. P(daf) = P(adb) x 100/(100-Mad-Ash)

P(daf) = Parameter (dry ash free basis) P(adb) = Parameter (air dried basis) Mad = Moisture (adb) Ash = Ash(adb)

CONTOH KALKULASI(dry ash free basis)TM: 25.5 % arIM: 16.4 % adbAsh: 4.7 % adbVM: 39.4 % adbFC: 39.5 % adbTS: 0.95 % adbCV: 5600 kcal/kg adbVM (daf)= VM(adb) x 100/(100-IM-Ash)VM (daf)= 39.4 x 100/(100-16.4-4.7) = 49.94 %CV (daf)= CV(adb) x 100/(100-IM)CV (daf)= 5600 x 100/(100-16.4-4.7) = 7098 kcal/kg

DRY MINERAL MATTER FREEAdalah basis untuk menyatakan suatu parameter kualitas batubara yang dikondisikan seolah-olah batubara tersebut tidak mengandung moisture dan mineral matterMM = 1.08 A + 0.55S P(dmmf) = P(adb) x 100/(100-Mad-1.08A-0.55S)

P(dmmf) = Parameter (dry mineral matter free) P(adb) = Parameter (air dried basis) Mad = Moisture (adb) A = Ash(adb) S = Sulfur (adb)

CONTOH KALKULASI(dry mineral matter free)TM: 25.5 % arIM: 16.4 % adbAsh: 4.7 % adbVM: 39.4 % adbFC: 39.5 % adbTS: 0.95 % adbCV: 5600 kcal/kg adbVM (dmmf ) = VM(adb) x 100/(100-IM-1.08Ash-0.55S)VM (dmmf) = 39.4 x 100/(100-1.08x4.7-0.55x0.95) = 50.51 %CV (dmmf)= 5600 x 100/(100-16.4-1.08x4.7-0.55x0.95) = 7179 kcal/kgCV (dmmf ) = CV(adb) x 100/(100-IM-1.08Ash-0.55S)

KONVERSI BASIS

Desire result

Given resultsAs analyzed(air dry)adAs received(as sampled)ARDry basis(DB)Dry, ash, free(DAF)Dry mineral matter free(Dmmf)As analyzed(air dry)ad-100- Mar

100- Mad100

100- Mad100

100- Mad A ad100

100- MadMmadAs received(as sampled)AR100- Mad

100- Mar-100

100- Mar100

100- Mar A ar100

100- MarMmarDry basis(DB)100 - Mad

100100-Mar

100-100

100- Adb100

100 MmdbDry, ash, free(DAF)100-Mad-Aad

100100-Mar-Aar

100100-Adb

100-100-Adb

100-MmdbDry mineral matter free(Dmmf)100-Mad-Mmad

100100-Mar-Mmar

100100-Mmdb

100100-Mmdb

100-Adb-

***