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

Iklan

REAKSI ANALISA TOTAL NITROGEN DENGAN METODA KJELDAHL

Salah satu analisa di laboratorium yang dulu. Jujur aza engga pernah mengerjakan ini. Menurutkan agak rumit terutama saat bagian distilasi. Lebih enak melihat temanku yang mengerjakan tapi kalau bagian mecari-cari reaksi yang terjadi selama tahapan kerja itu baru menyenangkan. Bagian ini dapat bantuan dari anak PKL. Kebetulan dia lagi PKL dengan topik analisa kimia untuk sampel minyak bumi dan salah satunya analisa total nitrogen. Walaupun kertas yang berupa reference untuk reaksinya hilang (mudah2an nanti ketemu 🙂 ) tapi aku masih menyimpan tulisan ini dalam bentuk  softcopy sehingga  silahkan dibaca …..

Konsentrasi nitrogen adalah ukuran kehadiran aditif yang mengandung nitrogen. Pengetahuan tentang kadar nitrogen dapat digunakan untuk memprediksi kinerja.

Ringkasan Metode

Sampel diambil kandungan nitrogen  dengan mencampurkan asam sulfat pekat, K2SO4, HgO dan CuSO4. Setelah itu, Na2S ditambahkan untuk mengendapkan merkuri dan campuran tersebut dibuat basa dengan NaOH. Nitrogen sekarang dalam bentuk amonia, didistilasi ke larutan asam borat. Amoniak dititrasi dengan larutan standar H2SO4 dengan Metil Ungu sebagai indikator.

Metoda

Metoda Kjeldahl dapat dibagi menjadi tiga tahapan yaitu :

1. Digestion – dekomposisi nitrogen dalam sample organik dengan bantuan larutan asam pekat. Hal ini selesai dengan tanda sampel homogen mendidih dalam asam sulfat pekat. Hasil akhirnya adalah larutan ammonium sulfat.

Organic N + H2SO4 –> (NH4)2SO4 + H2O + CO2 + other sample matrix by-product

2. Distilasi – menambahkan basa berlebih pada campuran acid digestion untuk mengkonversi NH4+ ke NH3, diikuti dengan mendidihkan dan mengkondesasi gas NH3 ke larutan penerima.

(NH4)2SO4(aq) + 2NaOH —> Na2SO4(aq) + 2H2O(l) + 2NH3(g)

NH3 + H3BO3 –> NH4+H2BO3 + H3BO3

3. Titrasi – mengukur jumlah ammonia dalam larutan penerima.

NH4H2BO3 + H2SO4 –> (NH4)2SO4 + 2H3BO3

Fungsi

1. H2SO4 pekat – digestion sampel organik. Jumlah asam yang dibutuhkan dipengaruhi bobot sampel dan jumlah karbon dan hidrogen dalam sampel.

2. K2SO4 – meningkatkan titik didih asam sulfat saat digestion. Bila hanya asam sulfat yang digunakan maka reaksi organik dekomposisi akan berjalan lambat. Sehingga penambahan garam tersebut meningkatkan dekomposisi organik dan mempercepat reaksi.

3. HgO – katalis

4. CuSO4 – katalis

5. Na2S – mengendapkan merkuri

6. NaOH – membuat larutan basa sehingga bisa terjadi reaksi konversi NH4+ menjadi NH3.

7. H3BO3 – larutan penerima

8. Metil Ungu – indikator penentuan jumlah ammonia dengan standar H2SO4.

Selain titrasi langsung diatas, dapat juga digunakan back titration. Prinsip dan reaksi yang terjadi sebagai berikut :

Prinsip : Larutan standar asam berlebih digunakan sebagai larutan penerima. Sisa asam yang tidak bereaksi dititrasi dengan NaOH.

2NH3 + 2H2SO4 –> (NH4)2SO4 + H2SO4

(NH4)2SO4 + H2SO4 + 2NaOH –> (Na)2SO4 + (NH4)2SO4 + 2H2O

Catatan : Back titration tidak menggunakan asam borat sebagai larutan penerima

Daftar Pustaka

ASTM D3228 Standard Test Method for Total Nitrogen in Lubricating Oils and Fuel Oils by Modified Kjeldahl Method

Satu lagi lupa referensinya dari mana (bagian reaksi)

Perbedaan NO3-N/L dan NO3/L

Dalam analisa kita harus perhatian terhadap satuan yang digunakan dan perhatikan dengan cermat satuan baku mutu yang terdapat dalam peraturan yang dipergunakan. Sehingga kita tidak salah dalam melaporkan. Sebagai contoh adalah nitrat. Bisa dinyatakan sebagai  NO3-N/L atau NO3/L. Satuan yang pertama menyatakan bobot nitrogen didalam sampel yang mengandung anion nitrate (NO3), satuan ini tidak memasukkan bobot atom oksigen yang terdapat pada anion nitrate.  Satuan yang kedua baru memasukkan bobot oksigen didalamnya. Mengubah dari satuan pertama dan satuan kedua hanya masalah bobot molekul. Sebagai contoh sebagai berikut :

Diketahui sampel air mengandung 33 ppm NO3/L . Bagaimana mengubahnya menjadi NO3-N/L agar bisa dibandingkan dengan baku mutu ?

33 ppm = 33 mg/L = 33 X 10-3 g/L

Mol NO3 dalam 1 L sampel  = Bobot NO3 dalam 1 L sampel /BM NO3 = (33 X 10-3 g/L) / 62,0 g/mol = 0,53 X 10-3 mol /L atau 0,53 mmol/L

Standar air minum tidak berdasar konsentrasi NO3 tapi dalam konsentrasi nitrogen dalam bentuk NO3 (kadar nitrogen sebagai nitrat). Karena 1 anion NO3 mengandung 1 atom nitrogen dan 3 atom oksigen, sehingga 1 mol NO3 akan mengandung 1 mol N dan 3 mol O.

Sehingga  0,53 mmol/L NO3 mengandung 0,53 mmol/L N

0,53 X 10-3 mol N/L X 14 g N/mol = 7,4 X 10-3 g NO3-N/L.

Cara singkatnya sebagai berikut :

Konsentrasi NO3-N = Konsentrasi NO3 X (BM Nitrogen / BM NO3)  

Daftar Pustaka

Eugene R. Weiner. Application of Environmental Aquatic Chemistry. A Practical Guide. Third edition. CRC Press