Analisa Ultimat Batubara

Analisa Ultimat (analisa elementer) adalah analisa dalam penentuan jumlah unsur Karbon (Carbon atau C), Hidrogen (Hydrogen atau H), Oksigen (Oxygen atau O), Nitrogen (Nytrogen atau N) dan Sulfur (Sulphur atau S).

       Komponen organik batubara terdiri atas senyawa kimia yang terbentuk dari hasil ikatan antara karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen dan sulfur. Analisa ultimat merupakan analisa kimia untuk mengetahui presentase dari masing-masing senyawa. Dari hasil analisa tersebut, penggunaan batubara khususnya PLTU dapat memperkirakan secara stoikiometri udara yang akan dibutuhkan dalam pembakaran batubara nanti. Persamaan yang digunakan untuk menentukan jumlah udara yang dibutuhkan dalam pembakaran secara teoritis adalah sebagai berikut :

……….(2.1)

Dimana :

A/F adalah perbandingan udara-bahan bakar teoritis, satuan kg udara/kg bahan bakar.

C, H, S dan O adalah kandungan C, H, S dan O dalam batubara basis begitu terbakar atau diterima (as fired atau as received)

Nilai 0,232 adalah jumlah oksigen dalam udara.

Karbon dan Hidrogen

       Karbon dan hidrogen dalam batubara merupakan senyawa kompleks hidrokarbon yang dalam proses pembakaran akan membentuk CO2 dan H2O. Selain dari karbon, mineral karbonat juga akan membebaskan CO2 selama proses pembakaran batubara berlangsung, sedangkan H2O diperoleh dari air yang terikat pada tanah liat. Analisa ini sangat penting untuk menentukan proses pembakaran, terutama untuk penyediaan jumlah udara yang dibutuhkan.

       Untuk penentuan karbon dan hidrogen dalam batubara yang mempunyai rank rendah digunakan cara Liebig, karena batubara yang banyak mengandung volatile matter tinggi dapat meledak bila dipanaskan sampai suhu tinggi. Namun, penetapan kadar karbon dan hidrogen sesuai metode ASTM D 5373-02 adalah dengan menggunakan Teknik Infra Red (IR).

       Pada metode  ASTM D 5373-02, contoh batubara dibakar pada temperatur tinggi dalam aliran oksigen sehingga seluruh hidrogen diubah menjadi uap air dan karbon menjadi karbondioksida. Uap air dan karbondioksida ditangkap oleh detektor infra red. Melalui detektor inilah kandungan karbon dan hidrogen dapat dibaca.  

Nitrogen                                                  

       Nitrogen dalam batubara hanya terdapat sebagai senyawa organik. Tidak dikenal adanya mineral pembawa nitrogen dalam batubara, hanya ada beberapa senyawa nitrogen dalam air kapiler, terutama dalam batubara muda. Pada pembakaran batubara, nitrogen akan berubah menjadi nitrogen oksida yang bersama gas buangan akan bercampur dengan udara. Senyawa ini merupakan pencemar udara sehingga batubara dengan kadar nitrogen rendah lebih disukai.

       Prinsip penentuan nitrogen dalam batubara semuanya dengan cara mengubah nitrogen menjadi amonium sulfat melalui destruksi terhadap zat organik pembawa nitrogen dalam batubara. Dalam metode ini, digunakan asam sulfat dan katalisator. Banyaknya amonium sulfat yang terbentuk ditentukan dengan cara titrimetri.

       Selain itu, seperti juga pada penentuan kadar karbon dan hidrogen, dalam  metode ASTM D 5373-02 kadar nitrogen dapat diketahui dengan menggunakan Thermal Conductivity (TC) pada alat yang sama dengan penentuan kadar karbon dan hidrogen di atas. TC inilah yang akan menangkap kadar nitrogen dalam nitrogen oksida.

       Data nitrogen digunakan untuk membandingkan batubara dalam penelitian. Jika oksigen diperoleh dari perhitungan, maka nitrogen diperoleh dari sampel yang ditentukan. Dalam pembakaran pada suhu tinggi, nitrogen akan diubah menjadi NOx yang merupakan salah satu senyawa pencemar udara. 

Sulfur

       Dalam proses pembakaran, sulfur dalam batubara akan membentuk oksida yang kemudian terlepas ke atmosfir sebagai emisi. Ada tiga jenis sulfur yang terikat dalam batubara, yaitu :

1.  Sulfur organik, dimana satu sama lain terikat ke dalam senyawa hidrogen sebagai substansi dari batubara.

2.  Mineral sulfida, seperti pirit dalam fraksi organic (pyritic sulfur).

3.  Mineral sulfat, seperti kalsium sulfat atau hidrous iron.

       Sulfur kemungkinan merupakan pengotor utama nomor dua (setelah ash) dalam batubara, karena :

1.  Dalam batubara bahan bakar, hasil pembakarannya mempunyai daya korosif dan sumber polusi udara.

2.  Moisture dan sulfur (terutama sebagai pirit) dapat menunjang terjadinya pembakaran spontan.

3.  Semua bentuk sulfur tidak dapat dihilangkan dalam proses pencucian.

       Batubara dengan kadar sulfur yang tinggi menimbulkan banyak masalah dalam pemanfaatannya. Bila batubara itu dibakar, sulfur akan menyebabkan korosi dalam ketel dan membentuk endapan isolasi pada tabung ketel uap (yang disebut slagging). Disamping itu juga menimbulkan pencemaran udara. Sebagian sulfur akan terbawa dalam hasil pencairan batubara, gasifikasi, dan pembuatan kokas. Jadi harus dihilangkan dulu sebelum dilakukan proses-proses tersebut.

Oksigen

       Oksigen merupakan komponen pada beberapa senyawa organik dalam batubara. Oksigen ini didapatkan pula dalam moisture, lempung, karbonat, dan sebagainya. Oksigen juga memiliki peranan penting sebagai penunjuk sifat-sifat kimia dengan derajat pembentukan batubara.

       Unsur oksigen dapat ditemukan hampir pada semua senyawa organik dalam batubara. Dalam batubara kering unsur oksigen akan ditemukan pada besi oksida, hidroksida dan beberapa mineral sulfat. Oksigen juga sebagai indikator dalam menentukan peringkat batubara.