Coal Proximate and Ultimate Analysis

Di kantor ada teman yang bertanya soal ultimate analysis untuk sampel High speed diesel fuel (HSD). Itu pertanyaan consumer ke dirinya. Sebenarnya consumer ini hanya minta analisa dengan ASTM tertentu untuk kadar karbon dan hidrogen. Pas di cari di www.astm.org ternyata nomer ASTM itu untuk pengujian kadar karbon dan hydrogen di batubara dan coke serta sudah tidak berlaku. Sudah ada nomer ASTM yang baru untuk pengujian tersebut. Yang jadi pertanyaan diriku kenapa consumer mintanya standar metode untuk batubara padahal sampelnya HSD yang merupakan produk petroleum. Khusus produk minyak bumi, ASTM punya metode sendiri untuk analisa yang sama yaitu ASTM D5291-10 Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon, Hydrogen, and Nitrogen in Petroleum Products and Lubricants. Pertanyaan yang kedua, kenapa dia minta ultimate analysis untuk sampelnya. Umumnya yang minta ultimate analysis adalah batubara. Khusus batubara, selain analisa tersebut juga proximate analysis. Penjelasan kedua analisis tersebut adalah sebagai berikut :

1. Proximate analysis

Tujuan untuk coal proximate analysis adalah untuk menentukan jumlah fixed carbon (FC), volatile matters (VM), moisture dan ash di sampel batubara dalam satuan persen berat (wt. %)  dan di kalkulasi dalam beberapa different bases seperti AR (as-received) basis,  AD (air-dried) basis, DB (dry-basis), DAF (dry, ash free) basis dan DMMF (dry, mineral-matter-free) basis.

Proximate Analysis                 unit        (ar)      (ad)      (db)      (daf)

Moisture                                    (wt. %)  3.3       2.7

Ash                                             (wt. %)   22.1     22.2     22.8

Volatile Matter                         (wt. %)  27.3     27.5     28.3     36.6

Fixed Carbon                            (wt. %) 47.3     47.6     48.9     63.4

Gross Calorific Value  (MJ/kg)          24.73   24.88   25.57   33.13

Salah satu standar metode untuk coal proximate analysis adalah ASTM D3172-13 Standard Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke. Metode ini dapat digunakan untuk menetapkan peringkat batubara, menunjukkan the ratio of combustible to incombustible constituents, memberikan dasar untuk membeli dan menjual, dan mengevaluasi untuk benefisiasi atau untuk tujuan lain. Selain itu ada juga  ASTM D7582-12 Standard Test Methods for Proximate Analysis of Coal and Coke by Macro Thermogravimetric Analysis. Metode ini meliputi pengujian instrumen penentuan moisture, volatile matter, dan ash, dan perhitungan fixed carbon dalam analisis sampel batubara dan coke yang dipreparasi sesuai dengan D2013 dan D346.

2. Ultimate analysis

Mirip dengan coal proximate analysis, tujuan dari coal ultimate analysis adalah untuk menentukan konstituen batu bara, melainkan dalam bentuk unsur kimia dasar. Ultimate analysis menganalisis jumlah karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), belerang (S), dan elemen lainnya dalam sampel batubara. Variabel-variabel ini juga diukur dalam persen berat (% berat) dan dihitung dalam basis yang dijelaskan di atas.

Ultimate Analysis        unit      (ar)      (ad)      (db)      (daf)

Carbon (C)                   (wt. %) 61.1     61.5     63.2     81.9

Hydrogen (H)              (wt. %) 3.00     3.02     3.10     4.02

Nitrogen (N)                (wt. %) 1.35     1.36     1.40     1.81

Total Sulfur (S)            (wt. %) 0.4       0.39     0.39

Oxygen (O)                  (wt. %) 8.8       8.8       9.1

Salah satu metode standar yang digunakan untuk coal ultimate analysis adalah ASTM D3176-09 Standard Practice for Ultimate Analysis of Coal and Coke. Selain itu ada juga ASTM D5373 – 13 Standard Test Methods for Determination of Carbon, Hydrogen and Nitrogen in Analysis Samples of Coal and Carbon in Analysis Samples of Coal and Coke. Penggunaan analisis ini sebagai berikut

  • Nilai karbon dan hidrogen dapat digunakan untuk menentukan jumlah oksigen (udara) yang diperlukan dalam proses     pembakaran dan untuk perhitungan efisiensi proses pembakaran.
  • Penentuan karbon dan hidrogen dapat digunakan dalam perhitungan material balance, reaktivitas dan hasil produk yang relevan dengan proses konversi batubara seperti gasifikasi dan pencairan.
  • Nilai karbon dan nitrogen dapat digunakan dalam perhitungan material balance yang digunakan untuk tujuan perhitungan emisi.

Di atas adalah penjelasan singkat untuk coal proximate and ultimate analysis. Lengkapnya bisa dikunjungi link dibagian daftar pustaka. Jadi jawaban untuk pertanyaan kedua apa yach ? Apa mungkin consumer tersebut mau membakar HSD seperti batubara (tentu saja dengan di campur dengan batubara atau biomassa sebagai contoh). Sebenarnya consumer tersebut juga minta beberapa analisis lain tapi aku lupa 🙂 . Setidaknya dengan menulis ini aku juga bisa lebih mengingat  coal proximate and ultimate analysis. Soalnya sering kebalik-balik. Kalau ada yang mau berdiskusi atau mau menjawab pertanyaanku silahkan tulis di comment.

Daftar Pustaka

http://majarimagazine.com/2008/06/understanding-coal-sample-analysis/

www.astm.org

Aspek Lingkungan Pemanfaatan Batubara

econ_coal18__01__630x420

Gambar 1. Batubara

Selama pembakaran atau konversi batubara, beberapa senyawa dapat terbentuk, beberapa diantaranya bersifat karsinogenik. Batubara mengandung nitrogen, oksigen dan sulfur sebagai komponen volatile dan mineral yang tersisa sebagai ash ketika batubara dibakar. Dengan demikian beberapa produk hasil pembakaran batubara dapat memiliki efek merugikan pada lingkungan. Sebagai contoh, pembakaran batubara menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan kadar CO2 di atmosfir bumi dapat meningkat sehingga perubahan iklim di bumi akan terjadi. Juga, sulfur dan nitrogen di batubara dalam bentuk oksida [sulfur dioxide (SO2), sulfur trioxide (SO3), nitric oxide (NO) dan  nitrogen dioxide (NO2)] selama pembakaran dapat berkontribusi terbentuknya hujan asam.

Sebagai tambahan, pembakaran batubara menghasilkan particulate matter (flash ash) yang dapat ditransportasikan oleh angin hingga ratusan kilometer dan solids (bottom ash dan slag) yang harus dibuang. Trace element yang terkandung di batubara dapat terlepas sebagai bahan volatile (misalnya chlorine dan merkuri) dan terkonsentrat dalam ash ( misalnya arsenic dan barium).   

Semua hal di atas tentu menjadi perhatian karena berhubungan dengan lingkungan. Dengan kemajuan teknologi beberapa polutan dapat di”trap” menggunakan peralatan  seperti electrostatic precipitators, baghouses, and scrubbers.

Electrostatic Precipitator

Gambar 2. Electrostatic Precipitators

baghouse-diagram

Gambar 3. Baghouese

Alternatif sarana untuk pembakaran (misalnya fluidized bed combustion, magnetohydrodynamic, dan low nitrogen dioxide burners) juga tersedia untuk memberikan metode yang lebih efisien dan ramah lingkungan untuk mengkonversi batubara menjadi energi.

Daftar Pustaka

James G. Speight. Synthetic Fuels Handbook Properties, Process, and Performance. 2008. The McGraw-Hill Companies, Inc

Gambar 1 :

http://www.businessweek.com/articles/2012-04-26/coals-future-is-rocky-at-best

Gambar 2 :

http://www.neundorfer.com/knowledge_base/electrostatic_precipitators.aspx

Gambar 3 :

http://www.nachi.org/baghouse-inspection.htm