UPGRADE BROWN COAL

Batubara merupakan energi yang cukup andal untuk menambah pasokan bahan bakar minyak mengingat cadangannya yang cukup besar. Dalam perkembangannya, batubara diharapkan dapat menjadi jembatan dari energi konvensional (terutama minyak) ke energi non-konvensional yang lebih bersih dan dapat diperbarui. Namun kualitas batubara Indonesia yang pada umumnya didominasi oleh batubara peringkat rendah (lignit), yaitu sekitar 70% dari total sumber daya, belum banyak dieksploitasi karena masih mengalami kendala dalam transportasi dan pemanfaatan. Batubara peringkat rendah ini mempunyai kandungan air total cukup tinggi sehingga nilai kalor menjadi rendah. Dengan demikian diperlukan teknologi khusus untuk memanfaatkan batubara peringkat rendah tersebut agar dapat bersaing dengan batubara peringkat tinggi yang cadangannya sudah mulai menipis.

Bertolak dari kondisi di atas, timbul pemikiran bagaimana menanggulangi tingginya kadar air dalam batubara. Apakah air lembab dalam batubara dapat di kurangi dengan hanya memanaskan batubara tersebut sehingga airnya keluar berupa uap, atau apakah pengurangan kadar air dengan cara ini bersifat permanen, artinya akan tetap stabil setelah disimpan sekian lama.

Beberapa penelitian untuk mengurangi kadar air telah dilakukan sejak tahun 1920-an di Amerika Serikat, Australia, Jepang, dan lain-lain (Suwono, 2000). Salah satu di antaranya adalah teknologi Upgraded Brown Coal (UBC) yang merupakan teknologi peningkatan kualitas (upgrading) batubara peringkat rendah melalui penurunan kadar air total yang dikembangkan oleh Kobe Steel Ltd., Jepang. Keuntungan teknologi ini antara lain karena proses berlangsung pada temperatur dan tekanan rendah. Untuk mencegah masuknya kembali air ke dalam batubara, maka dalam proses ditambahkan minyak residu untuk melapisi pori-pori pada partikel batubara.

Berdasarkan penelitian proses UBC skala labratorium di Puslitbang tekMIRA (Datin, 2002) dan skala bench di Kobe Steel Ltd., Kakogawa, Jepang, (Shigehisa, 2000), beberapa batubara peringkat rendah yang berasal dari Indonesia dapat ditingkatkan kualitasnya.

Dalam proses UBC, batubara dibuat slurry dengan menggunakan minyak tanah yang dicampur dengan minyak residu, kemudian dipanaskan pada temperatur 150˚C dan tekanan sekitar 3,5 atm (Deguchi,1999). Batubara hasil proses dipisahkan, dikeringkan, dan dibuat briket. Campuran minyak tanah dan residu dapat digunakan kembali untuk proses selanjutnya. Penambahan minyak residu diperlukan untuk menutup pori-pori batubara yang terbuka sehingga air yang telah keluar tidak akan terserap kembali.

PROSES UBC

Air yang terkandung dalam batubara terdiri atas air bebas (free moisture) dan air bawaan (inherent moisture). Air bebas adalah air yang terikat secara mekanik dengan batubara pada permukaan dalam rekahan atau kapiler yang mempunyai tekanan uap normal. Sedangkan air bawaan adalah air yang terikat secara fisik pada struktur pori-pori bagian dalam batubara dan mempunyai tekanan uap yang lebih rendah daripada tekanan normal. Kandungan air dalam batubara, baik air bebas maupun air bawaan, merupakan faktor yang merugikan karena memberikan pengaruh yang negatip terhadap proses pembakarannya.

Penurunannya kadar air dalam batubara dapat dilakukan dengan cara mekanik atau perlakuan panas. Pengeringan cara mekanik efektif untuk untuk mengurangi kadar air bebas dalam batubara basah, sedangkan penurunan kadar air bawaan harus dilakukan dengan cara pemanasan. Salah satu proses dengan cara ini adalah UBC (Upgraded brown coal) yang diperkenalkan oleh Kobe Steel Ltd., Jepang. Bagan air proses UBC (Kobelco, Ltd., 2000) dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Bagan Air Proses UBC

Proses UBC dilakukan pada temperatur sekitar 150˚C sehingga pengeluaran tar dari batubara belum sempurna. Untuk itu perlu ditambahkan zat aditif sebagai penutup permukaan batubara, seperti kanji, tetes tebu (mollase), slope pekat (fuse oil), dan minyak residu. Untuk proses UBC, sebagai aditif digunakan minyak residu yang merupakan senyawa organik yang beberapa sifat kimianya mempunyai kesamaan dengan batubara. Dengan kesamaan sifat kimia tersebut, minyak residu yang masuk ke dalam pori-pori batubara akan kering, kemudian bersatu dengan batubara.

Lapisan minyak ini cukup kuat dan dapat menempel pada waktu yang cukup lama sehingga batubara dapat disimpan di tempat yang terbuka untuk jangka waktu yang cukup lama (Couch, 1990). Gambar 2 menunjukan sifat permukaan batubara sebelum dan sesudah proses pengeringan.

Gambar 2.Permukaan Batubara Sebelum dan Sesudah Proses Pengeringan

Proses UBC dilakukan pada temperatur sekitar 150˚C sehingga pengeluaran tar dari batubara belum sempurna. Untuk itu perlu ditambahkan zat aditif sebagai penutup permukaan batubara, sperti kanji, tetes tebu (mollase), slope pekat (fuse oil), dan minyak residu.

Untuk proses UBC, sebagai aditif digunakan minyak residu yang merupakan senyawa organik yang beberapa sifat kimianya mempunyai kesamaan dengan batubara. Dengan kesamaan sifat kimia tersebut, minyak residu yang masuk ke dalam pori-pori batubara akan kering, kemudian bersatu dengan batubara. Lapisan minyak ini cukup kuat dan dapat menempel pada waktu yang cukup lama sehingga batubara dapat disimpan di tempat terbuka untuk jangka waktu yang cukup lama (Couch, 1990). Gambar 2 menunjukkan sifat permukaan batubara sebelum dan sesudah proses pengeringan.

PILOT PLANT UBC PALIMANAN

Berdasarkan MoU antara pemerintah Indonesia melalui Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral dengan JCOAL, Jepang yang ditandatangani pada tanggal 19 Juli 2001, telah dibangun pilot plant proses UBC di palimanan, Cirebon, dengan kapasitas 5 ton/hari. Fungsi pilot plant UBC ini adalah sebagai :
a. Sarana Penelitian,
b. Sarana pengujian batubara untuk perancangan pabrik skala yang lebih besar, dan
c. Sarana pelatihan bagii operator baru untuk skala komersial.

Pilot plant UBC terdiri atas peralatan utama dan peralatan pendukung. Peralatan utama terbagi dalam lima seksi (section) utama, yaitu seksi 100 (coal preparation), seksi 200 (slurry dewatering), seksi 300 (coal-oil separation), seksi 400 (oil recovery) dan seksi 500 (briqueting). Sedangkan peralatan pendukung adalah utility dan sistem kontrol.

Pilot Plant UBC tekMIRA di Palimanan, Cirebon

PERALATAN UTAMA

1. Seksi 100; penyiapan batubara (coal preparation)

Seksi 100 mempunyai fungsi menggerus batubara ke dalam ukuran yang diinginkan, penyimpanan batubara halus, dan penyediaan batubara halus untuk seksi 200. Batubara curah sebagai raw material digerus dengan menggunakan hammer mill melalui belt conveyor. Batubara halus hasil penggerusan berukuran lebih kecil dari 3 mm ditransfer ke coal bunker (Y101) dengan menggunakan sistem pneumatik conveyor. Coal bunker berfungsi sebagai penyimpanan sementara dan siap untuk mensuplai batubara ke seksi 200. Selanjutnya batubara halus dari coal bunker ditransfer ke seksi 200 (V202) dengan menggunakan sistem pneumatik conveyor melalui weight hopper (Y102) untuk diketahui beratnya terlebih dahulu.

2. Seksi 200; penghilangan air (slurry dewatering)

Seksi 200 mempunyai fungsi membuat slurry, penghilangan kandungan air dalam batubara, dan penyediaan slurry batubara yang hilang sebagian airnya untuk seksi 300. Batubaa halus didalam V202 dicampur dengan campuran minyak tanah dan residu yang disuplai dari V201 untuk menghasilkan slurry batubara. Kemudian over flow slurry di dalam V202 ditransfer ke V203 melalui evaporator (E201) untuk dihilangkan kandungan airnya. Selanjutnya over flow slurry yang telah dihilangkan airnya di dalam V203 ditransferkan ke V204, yang berfungsi sebagai penyimpanan sementara dan siap untuk mensuplai seksi 300. Air dan sebagian minyak tanah yang teruapkan dari V203 dan sebagian kecil dari V204 akan dikondensasikan dan ditampung dalam V205 untuk dipisahkan antara minyak tanah dam air berdasarkan perbedaan berat jenisnya.

3. Seksi 300; pemisahan batubara – minyak (coal – oil separation)

Seksi 300 mempunyai fungsi memisahkan minyak dari slurry batubara dengan menggunakan alat screw decanter. Alat ini akan memproses minyak hasil pemisahan apabila diperlukan dan penyediaan cake batubara untuk seksi 400. Slurry yang telah hilang airnya dari V204 ditransfer ke decanter (Z301) untuk memisahkan minyak tanah dari slurry dengan metode sentrifugal. Slurry yang telah dipisahkan minyak tanahnya akan berbentuk cake dan ditransfer ke seksi 400. Minyak tanah hasil proses pemisahan Z301 akan ditransfer ke V301, sebagai penyimpanan sementara. Minyak tanah di dalam V301, apabila kandungan batubaranya tinggi, sebelum ditransfer ke V201 akan diproses terlebih dahulu di dalam V302 untuk dipisahkan batubaranya. Namun jika kandungan batubaranya rendah, maka dapat langsung ditransfer ke V201.

4. Seksi 400; rekoveri minyak (oil recovery)

Seksi 400 mempunyai fungsi mendapatkan batubara halus yang telah meningkat kualitasnya melalui proses recovery minyak di dalam cake batubara yang disediakan dari seksi 300 dengan menggunakan alat rotating steam tube dryer (D401). Cake dari seksi 300 disimpan didalam Y401, sebagai penyimpanan sementara. Prinsip kerja alat rotating steam tube dryer adalah batubara yang lewat dipanaskan dengan menggunakan steam yang dibantu dengan sirkulasi gas untuk membawa uap minyak yang dihasilkan. Cake dari dari Y401 ditransferkan ke rotating steam tube dryer (D401) melalui screw conveyor untuk menghilangkan minyak tanah yang masih terkandung di dalam cake. Cake yang keluar dari D401 akan berubah menjadi serbuk UBC dan ditransferkan ke dalam seksi 500 (Y501) melalui screw dan bucket conveyor.

5. Seksi 500; pembuatan briket (briquetting)

Seksi 500 mempunyai fungsi membuat briket dengan menggunakan double roll briquetting machine (Z501). Serbuk UBC yang disimpan di dalam Y501 ditransfer ke dalam mesin briket (Z501) untuk dibriket melalui screw dan bucket conveyor . Briket yang dihasilkan dari Z501 disortir terlebih dahulu dengan menggunakan Z502. Briket yang disortir oleh Z502 dikirim kembali ke dalam Z501 untuk dibuat briket melalui return screw dan bucket conveyor .

PERALATAN PENDUKUNG

1. Utility

Utility berfungsi untuk mendukung proes UBC, terdiri atas bioler (steam), nitrogen generator (N2), cooling water supply (CWS), instrument air (IA), dan generator set.

2. Sistem kontrol pusat

Sistem kontrol mempunyai fungsi untuk mengontrol kegiatan pada pilot plant, baik dalam proses maupun utulity. Sistem control ini mencakup distribusi arus listrik, instrumentasi, dan sistem data.

HASIL PERCOBAAN

Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan terhadap batubara peringkat rendah Indonesia diperoleh hasil sebagaimana tercantum pada Tabel 1.

Tabel 1. Analisis batubara sebelum dan setelah proses UBC

Batubara hasil proses UBC dapat dikatakan kering jika air total sama dengan air lembab, sementara kondisi equilibrium moisture adalah kadar air setelah mencapai kesetimbangan. Kadar air lembab batubara hasil proses UBC turun secara signifikan sehingga nilai kalor menjadi naik menyamai batubara bituminous. Proses UBC tidak mengubah kandungan abu dan belereng dalam batubara tersebut. Hasil pengujian briket UBC dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil pengujian briket UBC

Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa kuat tekan briket batubara hasil proses UBC cukup tinggi, yaitu 60,4 kg/cm2. Sementara hasil pengujian drop shutter test menunjukan, briket UBC cukup baik mengingat pecahan terbanyak didapat pada fraksi terbesar.

KEEKONOMIAN

Hasil studi ekonomi proses UBC skala pilot menunjukan bahwa biaya proses untuk 1 ton batubara raw adalah US$ 8.8. Untuk pembangunan pabrik UBC skala komersial dengan kapasitas produk 5000 ton/hari diperlukan biaya US $ 82 juta, dapat dilihat pada tabel 3.

Tabel 3. Keekonomian UBC

PROGRAM UBC DI INDONESIA

Teknologi UBC di Indonesia dimulai dengan dibangunnya pilot plant di Palimanan, Cirebon yang telah mulai beroperasi sejak tahun 2003 dengan kapasitas 5 ton/hari. Tahun 2006 akan dibangun pabrik UBC skala demo dengan kapasitas 1.000 ton/hari yang akan mulai beroperasi tahun 2008. Skala komersial dengan kapasitas 5.000 ton/hari atau 1,7 juta ton/tahun diharapkan mulai dibangun pada tahun 2009 dan beroperasi pada tahun 2010. Pada tahun 2025 diharapkan telah ada 14 pabrik UBC skala komersial dengan kapasitas masing-masing 1,7 ton/hari sehingga pada tahun tersebut kurang lebih 24 juta ton/tahun batubara peringkat rendah Indonesia telah dapat ditingkatkan kualitasnya dan dapat diekspor untuk menambah devisa negara.