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

CHN Analyzer

Salah satu alat yang ada di laboratoriumku adalah Carbon, Hydrogen and Nitrogen Analyzer (CHN Analyzer). Buatan LECO. Alat ini bisa dilihat untuk analisa apa dari namanya dan untuk sampel organik. Prinsip alat ini adalah combustion analyzer. Sampel dibakar dengan bantuan oksigen dan berubah jadi gas-gas dan dideteksi dengan detektor. Di laboratorium digunakan untuk mengetahui kadar karbon di BBM seperti kerosin, avtur, solar dan minyak bakar. Yang penting sampelnya tidak volatil. Kadar karbon ini digunakan untuk menghitung faktor emisi (FE) CO2 BBM. Selain itu dibutuhkan data NCV (Net Caloric Value) juga untuk menghitung FE ini. Dari sini bisa diperkirakan emisi CO2 yang dilepaskan dengan mengalikan dengan konsumsi BBM yang digunakan. Ini untuk penggunaan Tier 2 dari IPCC dimana FE yang digunakan adalah milik negara tersebut. Kalau mau lebih mudah tinggal menggunakan Tier 1 IPCC, disana sudah ada nilai FE tiap BBM. Mengapa repot-repot mencari FE tiap BBM di negara sendiri ? Kalau Tier 1 khan dihitung secara global, kalau mau lebih real harus dihitung dengan FE negara tersebut. Komposisi kimia BBM dan NCV tiap negara khan berbeda berarti akan ada perbedaan juga pada nilai FE-nya. Engga banyak sich perbedaannya tapi tetap beda khan 🙂

Itu penggunaan alat ini  di lingkungan. Beda lagi kalau didunia pembuatan BBM. Soalnya penelitianku yang satunya lagi menggunakan alat ini untuk mengetahui rasio mol H/C dari sampel penelitian. Sedangkan nitrogennya untuk melihat penurunannya. Karena di BBM nitrogen termasuk pengotor dan kadarnya dibatasi. Penelitiannya menggunakan proses hidrotreating dan hidrokraking. Kalau hidrotreating hanya untuk mengurangi pengotor seperti nitrogen, sulfur, oksigen dan penjenuhan ikatan rangkap. Tidak sampai memecah struktur kimia. Kalau hidrokraking yach sampai terjadi pemecahan struktur kimia. Kedua proses ini menggunakan gas hidrogen, sehingga diharapkan kadar hidrogen di sampel naik dan diperlihatkan dengan kenaikkan rasio mol H/C. Karena sampel kami seperti minyak berat yang kemudian didistilasi untuk mendapatkan fraksi-fraksinya. Kemudian fraksi ini ditingkatkan mutunya dengan dua proses katalitik diatas.

Alat dari LECO ini mudah digunakan dan perawatannya juga engga sulit. Soalnya dulu pernah menggunakan CHN analyzer dari merk lain dan itu sangat sulit. Sampel ditimbangnya dalam ukuran mikro (sekitar 20 mg) sehingga dibutuhkan micro balance. Bayangkan kalau sampelnya minyak bumi dan mesti ditimbang maksimal 20 mg. Itu bukan setetes loh, kurang dari itu :-(. Kalau analisnya terampil mungkin engga jadi masalah ;-).

Kalau butuh jasa laboratorium untuk analisa CHN sampel organik bisa hubungi kantorku :-). Biasanya kami nerima sampel seperti crude oil (ASTM D 5291),  bbm non volatile (ASTM D 5291) , batubara (ASTM D 5373) dan biomassa. Soal biaya analisa bisa ditanyakan langsung ke bagian penerima sampel 😉

Gambar alat diambil dari http://www.leco.com