Proses Pengolahan Batubara

Apakah Batubara itu?

Adalah kekayaan alam yang dikategorikan sebagai energy fossil terbentuk dari proses metamorfosa yang sangat lama. Strukturnya kimia batubara samasekali bukan rangkaian kovalen karbon sederhana melainkan merupakan polikondensat rumit dari gugus aromatik dengan fungsi heterosiklik^2,3). Jumlah polikondensat yang banyak ini saling berikatan sering disebut dengan “bridge-structure”. Secara optis batubara sering merupakan bongkahan berporus tinggi dengan kadar air yang sangat berfariasi.

Proses pengolahan batubara sudah dikenal sejak seabad yang lalu, diantaranya:

Gasifikasi (coal gasification)

Secara sederhana, gasifikasi adalah proses konversi materi organik (batubara, biomass atau natural gas) biasanya padat menjadi CO dan H2 (synthesis gases) dengan bantuan uap air dan oksigen pada tekanan atmosphere atau tinggi. Rumus sederhananya:

Coal + H2O + O2  à H2 + CO

Fisher Tropsch proses

Fisher Tropsch adalah sintesis CO/H2 menjadi produk hidrokarbon atau disebut senyawa hidrokarbon sintetik/ sintetik oil. Sintetik oil banyak digunakan sebagai bahan bakar mesin industri/transportasi atau kebutuhan produk pelumas (lubricating oil).

(2n+1)H₂ + nCO → C_nH_(2n+2) + nH₂O

Hidrogenasi (hydrogenation)

Hidrogenasi adalah proses reaksi batubara dengan gas hydrogen bertekanan tinggi. Reaksi ini diatur sedemikian rupa (kondisi reaksi, katalisator dan kriteria bahan baku) agar dihasilkan senyawa hidrokarbon sesuai yang diinginkan, dengan spesifikasi mendekati minyak mentah. Sejalan perkembangannya, hidrogenasi batubara menjadi proses alternativ untuk mengolah batubara menjadi bahan bakar cair pengganti produk minyak bumi, proses ini dikenal dengan nama Bergius proses, disebut juga proses pencairan batubara (coal liquefaction).

Pencairan Batubara (coal Liquefaction)

Coal liquefaction adalah terminologi yang dipakai secara umum mencakup pemrosesan batubara menjadi BBM sintetik (synthetic fuel). Pendekatan yang mungkin dilakukan untuk proses ini adalah: pirolisis, pencairan batubara secara langsung (Direct Coal Liquefaction-DCL) ataupun melalui gasifikasi terlebih dahulu (Indirect Coal Liquefaction-ICL). Secara intuitiv aspek yang penting dalam pengolahan batubara menjadi bahan bakar minyak sintetik adalah: efisiensi proses yang mencakup keseimbangan energi dan masa, nilai investasi, kemudian apakah prosesnya ramah lingkungan sehubungan dengan emisi gas buang, karena ini akan mempengaruhi nilai insentiv menyangkut tema tentang lingkungan. Undang-Undang No.2/2006 yang mengaatur tentang proses pencairan batubara.

Efisiensi pencairan batubara menjadi BBM sintetik adalah 1-2 barrel/ton batubara⁴⁾. Jika diasumsikan hanya 10% dari deposit batubara dunia dapat dikonversikan menjadi BBM sintetik, maka produksi minyak dunia dari batubara maksimal adalah beberapa juta barrel/hari. Hal ini jelas tidak dapat menjadikan batubara sebagai sumber energi alternativ bagi seluruh konsumsi minyak dunia. Walaupun faktanya demikian, bukan berarti batubara tidak bisa menjadi jawaban alternativ energi untuk kebutuhan domestik suatu negara. Faktor yang menjadi penentu adalah: apakah negara itu mempunyai cadangan yang cukup dan teknologi yang dibutuhkan untuk meng-konversi-kannya. Jika diversivikasi sumber energi menjadi strategi energi suatu negara, pastinya batubara menjadi satu potensi yang layak untuk dikaji menjadi salah satu sumber energi, selain sumber energi terbarukan (angin, solar cell, geothermal, biomass). Tetapi perlu kita ingat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mempertimbangkannya tidaklah tanpa batas, karena sementara negara2 lain sudah melakukan kebijakan-kebijakan konkret domestik maupun luar negeri untuk mengukuhkan strategi energi untuk kepentingan negaranya.

Pencairan batubara metode langsung (DCL)

Pencairan batubara metode langsung atau dikenal dengan Direct Coal Liquefaction-DCL,dikembangkan cukup banyak oleh negara Jerman dalam menyediakan bahan bakar pesawat terbang. Proses ini dikenal dengan Bergius Process, baru mengalami perkembangan lanjutan setelah perang dunia kedua.

DCL adalah proses hydro-craacking dengan bantuan katalisator. Prinsip dasar dari DCL adalah meng-introduksi-an gas hydrogen kedalam struktur batubara agar rasio perbandingan  antara C/H menjadi kecil sehingga terbentuk senyawa-senyawa hidrokarbon rantai pendek berbentuk cair. Proses ini telah mencapai rasio konversi 70% batubara (berat kering) menjadi sintetik cair. Pada tahun 1994 proses DCL kembali dikembangkan sebagai komplementasi dari proses ICL terbesar setelah dikomersialisasikan oleh Sasol Corp.

Tahun 2004 kerjasama pengembangan teknologi upgrade (antara China Shenhua Coal Liquefaction Co. Ltd. dengan West Virginia University) untuk komersialisasi DCL rampung, untuk kemudian pembangunan pabrik DCL kapasitas dunia di Inner Mongolia. Dalam Phase pertama pabrik ini akan dihasilkan lebih dari 800.000 ton bahan bakar cair pertahunnya.

Berikut adalah kapasitas produksi Shenhua DCL Plant, Inner Mongolia⁵⁾

Phase I:

Plant Cost Estimate               :                       800 mio. USD

Coal Input estimate               :                       2,1 mio. MT/a

Yield of oil products               :                       845.300 MT/a

Estimate production cost       :                       USD 24/bbl

Komposisi oil products yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

Diesel                                     : 591.900         (MT/a)

Naphtha                                  : 174.500         (MT/a)

LPG                                        : 70.500           (MT/a)

Liquid Ammonia                     : 8.300             (MT/a)

Total                                       : 845.300         (MT/a)

Dari table di atas dapat dilihat bahwa perkiraan harga produksi tiap-tiap produk BBM sintetik adalah sebesar USD 24 per barrel, jauh lebih rendah dibandingkan harga minyak mentah dunia saat ini yang berkisar di atas USD 60/barrel. Dengan beberapa data penunjang saja, maka break event point-nya sudah dapat dihitung.

Yang menjadikan proses DCL sangat bervariasi adalah beberapa faktor dibawah:

• Pencapaian dari sebuah proses DCL sangat tergantung daripada jenis feedstock /(spesifikasi batubara) yang dipergunakan, sehingga tidak ada sebuah sistem yang bisa optimal untuk digunakan bagi segala jenis batubara.

• Jenis batubara tertentu mempunyai kecenderungan membentuk lelehan (caking perform), sehingga menjadi bongkahan besar yang dapat membuat reaktor kehilangan tekanan dan gradient panas terlokalisasi (hotspot). Hal ini biasanya diatasi dengan mencampur komposisi batubara, sehingga pembentukan lelehan dapat dihindari.

• Batubara dengan kadar ash yang tinggi lebih cocok untuk proses gasifikasi terlebih dahulu, sehingga tidak terlalu mempengaruhi berjalannya proses.

• Termal frakmentasi merupakan phenomena yang terjadi dimana serpihan batubara mengalami defrakmentasi ukuran hingga berubah menjadi partikel-partikel kecil yang menyumbat jalannya aliran gas sehingga menggangu jalannya keseluruhan proses. Hal ini dapat diatasi dengan proses pengeringan batubara terlebih dahulu sebelum proses konversi pada reaktor utama (Lihat skema Brown Coal Liquefaction di bawah).

Proses Pencairan Batubara Muda rendah emisi (Low Emission Brown Coal Liquefaction)

Tahapan proses pencairan batubara muda (Brown Coal Liquefacion):

•  
1. Pengeringan/penurunan kadar air secara efficient
2. Reaksi pencairan dengan limonite katalisator
3. Tahapan hidrogenasi untuk menghasilkan produk oil mentah
4. Deashing Coal Liquid Bottom/heavy oil (CLB)
5. Fraksinasi/pemurnian light oil (desulfurisasi,pemurnian gas,destilasi produk)

Cooperative Study of Development of Low Grade Coal Liquefaction Technology, 2003

Landasan dalam mengembangkan ujicoba produksi (pilot scale) proses pencairan batubara adalah:

• Produk liquid oil yang dihasilkan harus mencapai lebih dari 50%
• Proses pengoperasian harus berjalan dengan kontinuitas lebih daripada 1500 jam.
• Tahapan proses deashing harus mencapai kadar ash (abu) < 500 ppm.
• Optimalisasi/pengembangan proses pengeringan (dewatering) baru.

Literature:

[1] Energy and Advanced Coal Utilization Strategy in China, Prof. Ni Weidou.

[2] ORCHIN, M., REGGEL L., Aromatic Cyclodehydrogenation, J. Am. Chem. Soc., 69, 1947, 505-509.

[3] ORCHIN, M., et al, Aromatic Cyclodehydrogenation, BUREAU of Mines Tech. Paper 708, 1948,       40pp.

[4] Shunichi Yanai and Takuo Shigehisa: CCT Journal, vol.7, p 29 (2003)

[5] Report of the Result of the International Coal Liquefaction Cooperation Project (2003)

[6] A review on coal to liquid fuels and its coal consumption, Mikael Höök*, Kjell Aleklett.