Quality Coal KPP
-
Upload
evelyn-barnes -
Category
Documents
-
view
86 -
download
22
description
Transcript of Quality Coal KPP
KUALITAS
BATUBARA
DISAJIKAN OLEH: DR. CHAIRUL NAS
PADA WORKSHOP PERTAMBANGAN BATUBARA
PT. KALIMANTAN PRIMA PERSADADI BANJARMASIN, 18 APRIL 2012
KUALITAS BATUBARA
• PEMBENTUKAN KUALITAS BATUBARA• Faktor-faktor pembentukan kualitas
batubara
• Distribusi kualitas batubara
• PARAMETER KUALITAS DAN
PENGGUNAAN BATUBARA• Proximate
• Ultimate
• Parameter lainnya
PEMBENTUKAN BATUBARA
Kondisi umum yang diperlukan:• Ada tumbuh-tumbuhan (karena batubara berasal dari
tumbuhan)
• Kecepatan tumbuh lebih besar dari kecepatan degradasi
• Pembusukan lebih kecil dari penumpukan tumbuhan mati
• Ada pengawetan/penyimpanan sisa-sisa tumbuhan yang mati di tempat (autochthonous) atau sudah berpindah tempat (allochthonous) lalu ditimbun oleh sedimen
• Terhindar dari intervensi sedimentasi klastik
• Terhindar dari gangguan air laut
• Terhindar dari proses pembusukan total
Dikontrol oleh 2 faktor:
• Faktor-faktor Allogenik
• Faktor-faktor Autogenik
PROSES PEMBATUBARAAN
• Peatification (biochemical coalification)
• Degradation and decomposition
• Effects of water level
• Effects sedimentation rate
• Effects of pH
• Effects of peat pressure (burial), compaction, expulsion of water from peat by peat load
• Coalification (physico-chemical coalification or geochemical coalification)
• Effects of temperature (heat)
• Effects of time (duration of coalification process)
• Effects of pressure (sometime retarding rank)
From Esterle, 2010
• Color commonly brown to black
• Mostly bedded, made of alternating or intercalating some different lithotype bands (vitrain, clarain, fusain, durain)
• Luster of each lithotype different (varies from very bright to very dull)
• Defferent fracture or breakage pattern of each lithotype
• Thickness of lithotype bands (mm to cm)
• Lithotype bands association in a coal seam (intensity/frequency)
• Resinous bodies, exudatinite, plant remains (trees, stems, roots) within coal beds
• Discrete inorganic matter in coal seams (dirt band, clay band, parting, pyrite)
• Silicified materials common in coal seams
• Rock balls in coal seams
• Lithotype of Indonesia coal (commonly faintly bedded)
• Most coal seams are cleated (butt and face cleats)
MEGASCOPIC OF COAL (INDONESIA)
Microscopic of coal - Indonesia
• Coal Type is determined mainly by maceral association and for some extends also by mineral occurrence in coal
• microlithotype, maceral association and mineral in coal (monomaceralic, bimaseralic, trimaseralic, karbominerit)
• Maceral composition and maceral content in coal (vitrinite, liptinite, inertinite)
• Maceral composition of Indonesia coal– rich in vitrinite
– significant liptinite content
– minor inertinite
• Coal Rank is determined by the degree of organic metamorphism in coal (maturity)
• Rank classification of coal: lignite, sub-bituminous, bituminous, semi-anthracite, anthracite, meta-anthracite
• Vitrinite Reflectance, Calorific Value (CV), Volatile Matter, as rank indicators in coal
• Rank in Indonesian coals:– Paleogene coals (commonly high rank)
– Neogene coals (commonly low rank; some high rank coals)
ASAL MACERAL BATUBARA
diambil dari presentasi
Joan Esterle, 2010
KONTROL GEOLOGI TERHADAP
KUALITAS BATUBARA
• jenis tumbuhan asal dan kondisi rawa gambutAuto
• gangguan (intervensi dan invasi) sedimentasi klastik Auto
• gangguan (invasi) air laut dan payau Auto
• aliran panas pada cekungan batubara Allo
• kegiatan vulkanik/gunung api (intrusi)Allo
• kondisi lingkungan pengendapan Auto
• sejarah penimbunan (tertimbun lama dan dalam) Allo
KUALITAS BATUBARA
TERKAIT DENGAN
PENGGUNAANNYA
KUALITAS BATUBARAKualitas batubara: sifat fisik dan kimia batubara yang
berpengaruh pada penggunaannya
Kualitas batubara sangat berkaitan erat dengan:
• Type: komposisi maseral
• Grade: kandungan mineral matter
• Rank: derajat kematangan
Sifat kimia batubara antara lain :• Proximate
• Ultimate
• Sifat kimia lainnya
Sifat fisik batubara antara lain:• Densitas dan HGI, dll
Sifat pembakaran: CV, AFT, CSN, Dilatasi, Fluiditas, dll
COAL
HUMIC COALMOSTLY BANDED
VITRINITE AND INERTINITE
MINOR LIPTINITE
SAPROPELIC
COALMOSTLY UNBANDED
LIPTINITE RICH
CANNEL COAL
BLACK
SPORINITE RICH
BOGHEAD COAL
BROWNISH
ALGINITE RICH
OIL SHALE
BROWN
ALGINITE RICH
SHALE
STEAMING COAL
LIGNITE UP TO
ANTHRACITE
COKING COAL
MOSTLY BITUMINOUS
COAL
MACERALS
VITRINITE
GROUP
MODERATELY BRIGHT
INERTINITE
GROUP
BRIGHT
LIPTINITE
GROUP
DARK
TELO
VITRINITE
STRUCTURED
DETRO
VITRINITE
UNSTRUCTURED
GELO
VITRINITE
PRIMARY
SECONDARY
Telo-
inertinite
Detro-
inertiniteGelo-
inertinite
PRIMARY
LIPTINITES
SECONDARY
LIPTINITES
SPORINITE
CUTINITE
SUBERINITE
ALGINITE
LIPTO-
DETRINITE
RESINITE
EXUDA-
TINITE
BITUMINITE
FLUORINITE
telinite
telocollinite
desmocollinite
vitrodetrinite
gelocollinite
corpogelinite
fusinite
semi-fusinite
sclerotinite
inerto-
detrinite
micrinite
macrinite
KOMPOSISI MASERAL, VIT. REFLECTANCE
DAN KUALITAS BATUBARA
• PENGARUH PADA MOISTURE, NILAI KALORI
DAN VOLATILE MATTER
• PENGARUH PADA HARGROVE GRINDIBILITY
INDEX (HGI)
• PENGARUH PADA SIFAT PENGKOKASAN
• PENGARUH PADA SIFAT PRODUK KOKAS
Bahan inorganikdalam batubara
diambil dari presentasi
Joan Esterle, 2010
RANTAI KARBON AROMATIK DAN ALIFATIK
ASTM COAL RANK CLASSIFICATION
PARAMETER KUALITAS
BATUBARA
• PROXIMATE
• ULTIMATE
• PARAMETER LAIN
Total Moisture
Mineral matter
Pure coal
Surface moisture
Air-dried moisture
Ash
Volatile
mineral matter
Volatile
organic matter
Volatile
matter
Fixed carbondm
mf
dry
ash fre
e
Dry
Air-d
ried
As r
eceiv
ed
PROXIMATE ANALYSIS OF COAL
MOISTURE
AIR DRIEDCOAL SAMPLE
DRY COAL
ASH YIELD FIXED CARBONVOLATILEMATTER
Non-VolResidue
heating
at 950
oC
calculated by difference
Heating at 105oC
CARBON
MINERAL MATTERS
HASIL PROXIMATE ANALISIS
• MOISTURE (IM, %)
• ASH YIELD (AC, %)
• VOLATILE MATTER (VM, %)
• FIXED CARBON (FC, %)
IM+AC+VM+FC = 100%
FC DIPEROLEH DARI HASIL PENGURANGAN
MOISTUREKANDUNGAN MOISTURE DI DALAM BATUBARA DAPAT
DIJELASKAN SBB:
1. Surface Moisture: Moisture Bebas hilang bila dikeringkan
pada suhu kamar normal. Setelah kering hanya Air Dried
Moisture yang tertinggal.
2. As Received Moisture: Semua Moisture yang terdapat di
dalam batubara pada waktu batubara tsb diterima di laboratorium
(Total Moisture); di dalamnya termasuk Surface Moisture.
3. Air Dried Moisture: Moisture yang tidak terjangkau dan tidak
kering oleh udara, sehingga pengeringannya perlu dengan paksa
melalui pemanasan 105oC di dalam media tertentu.
4. Equilibrium Moisture and Moisture Holding Capacity: menguji
kapasitas batubara dapat menyimpan moisture
MOISTURE
RENTAN TERJADI KESALAHAN
DISEBABKAN HAL-HAL SBB:
1. KESALAHAN PENANGANAN CONTO DI
LAPANGAN
2. KESALAHAN PENANGANAN DAN
PREPARASI CONTO DI LAB
3. KESALAHAN ANALISIS DI LAB (PERLU
“ROUND ROBIN”)
ASH YIELD (AC)• Abu yang tersisa setelah proses pembakaran batubara
(Ash Yield) berasal dari bahan-bahan inorganik yang terkandung di dalam batubara tsb.
• Bahan-bahan Inorganik yang juga sering disebut Mineral Matter (MM) terdapat di dalam batubara berupaInherent, Diskrit, dan Desiminated (tersebar). Secarakronologis pembentukannya, bahan-bahan Inorganik tsbdapat dibagi menjadi Primer dan Sekunder.
• Inherent Inorganic Matter sudah berada dalam batubarasejak tumbuh-tumbuhan pembentuk batubara, dankeberadaannya dalam batubara terikat di dalam strukturmolekul batubara.
• Sebagian besar Inorganic Matter di dalam batubaraterdapat berupa parting, lapisan-lapisan tipis berasosiasidengan maseral-maseral, bahan isian pada rongga-rongga struktur botani, bahan isian pada rekahan-rekahan.
VOLATILE MATTER (VM)
• Volatile Matter (zat terbang) adalah bagian
organik batubara yang terbang ketika batubara
dipanaskan pada temperature tertentu dalam
kondisi tanpa oksigen.
• Volatile Matter biasanya berasal dari gugus
hidrokarbon dengan rantai alifatik atau rantai
lurus yang mudah putus dengan pemanasan
tanpa oksigen (thermo cracking) menjadi gas
hidrokarbon yang lebih sederhana seperti gas
methana.
VOLATILE MATTER (VM)
• Kadar VM dalam batubara pada umumnya
ditentukan oleh peringkat batubara.
• Pada dasarnya, semakin tinggi peringkat
suatu batubara akan semakin rendah kadar
VMnya.
• VM biasanya baik digunakan sebagai
parameter RANK untuk batubara peringkat
tinggi.
• Ratio FC/VM dapat menentukan “Fuel Ratio”
dan “Coking Properties” dari batubara
Rank Batubara Tambang Air Laya
8,000
9,000
10,000
11,000
12,000
13,000
14,000
15,000
16,000
17,000
0 10 20 30 40 50 60
VMdmmf (%)
CV
mm
mf
(BT
U/T
on
)
Anthracit
e
Bituminous
Sub Bituminous
SULFUR
SULFUR
ORGANIK
Terikat secaraorganik di
dalam maseral
PIRITIK
Primer
Pada lapisanmaseral
Mengisistruktur botani
berupaFramboidal
Sekunder
Mengisirekahan makro
dan mikro
SULFAT
Gipsumdan
FeSulfat
VARIASI KANDUNGAN
SULFUR SECARA
LATERAL DAN
VERTIKAL
PADA LAPISAN
BATUBARA
SANGATTA,
KALIMANTAN TIMUR
PETA KONTUR
KANDUNGAN
SULFUR
LAPISAN BATUBARA
SANGATTA,
KALIMANTAN TIMUR
ULTIMATE ANALYSIS
Analisis Ultimate mengukur kandungan unsur-unsur kimia yang
terdapat di dalam bahan organik batubara saja. Unsur-unsur
tersebut adalah sebagai berikut:
• Carbon
• Hydrogen
• Nitrogen
• Sulphur
• Oxygen
Besarnya kandungan Carbon dan Hydrogen adalah fungsi dari
rank batubara, sementara Sulfur dan Nitrogen terikat
bersamanya sebagai pengotor di dalam bahan organik tersebut.
Hasil dari analisis Ultimate biasanya dinyatakan dalam basis dry
ash free (daf) dimana air dan bahan inorganik dikeluarkan.
4/18/2012 44
SIFAT PEMBAKARAN BATUBARA
• Nilai panas (Calorific Value) ; merupakan sejumlah panas yang dihasilkan per unit massa batubara ketika batubara dibakar– Gross CV ; jumlah panas yang
dibebaskan dari batubara yang dibakar dalam kondisi volume tetap
– Net CV ; panas yang dibebaskan batubara yang dibakar dalam kondisi tekanan tetap
– Net CV = gross CV – 0,212H – 0,024 M
• Dalam MJ/kg
– Net CV = gross CV – 50,7 H – 5,83 M
• Dalam Kkal/kg
– Net CV = gross CV – 91,2H – 10,5 M
• Dalam Btu/lb
• Dimana H = hidrogen dan M = moisture
• Ash Fusion Temperatur (AFT)
– Untuk mengetahui titik leleh abu
– Initial Deformation Temperatur (IDT) merupakan temperatur pertama kali ujung kerucut mulai membundar (tidak lancip)
– Softening temperatur
– Hemisphere temperatur
– Fluid temperatur
– Oksida besi, kalsium, potashium beraksi sebagi flux
• Free swelling index (CSN) merupakan pengukuran bertambahnya volume batubara ketika dipanaskan
– Digunakan sebagai parameter kualitas batubara kokas (coking coal)
• Roga index test : mengindikasikan sifat caking batubara
NILAI KALORI (CV)
• Nilai Kalori batubara tergantung padaperingkat batubaranya. Semakin tinggiperingkat batubara, semakin tinggi pula Nilai Kalorinya (nyata pada batubaraperingkat rendah).
• Pada batubara yang sama Nilai kaloridapat dipengaruhi oleh moisture dan jugaAbu. Semakin tinggi moisture atau abu, semakin kecil nilai kalorinya.
NILAI KALORI (CV)
NILAI KALORI (CV)
►International Standard : (MJ/kg) Net CV = Gross CV – 0.212(H) - 0.008(O) - 0.0245(M)
►British Standard : (MJ/kg) Net CV = Gross CV – 0.212(H) - 0.007(O) - 0.0244(M)
►ASTM Standard : (J/g) Net CV = Gross CV – 215.5J/g X (H)
►ASTM Standard : (Btu/lb) Net CV = Gross CV – 92.67Btu/lb X (H)
Semua Nilai dinyatakan dalam basis yang sama
PETA KONTUR CV (mmmf) dalam BTU/lb
Lapisan Batubara Sangatta
Kalimantan Timur
4/18/2012 49
PENGUJIAN SIFAT FISIK BATUBARA
• Densitas :
– Tergantung dari peringkat batubara dan kandungan mineral matternya
– Pengujian langsung dilapangan akan memberikan harga densitas semu atau apparent density
– Untuk pengujian true density batubara harus diremukan sampai halus dan menggunakan piknometer
– Densitas tidak sama dengan spesifik gravity karena SG adalah densitas dengan menggunakan referensi air 40
C
• Hardness dan grindability :
– Digunakan analisis Hardgrove Grindability Index (HGI)
– Menunjukan sulit- tidaknya batubara bila digerus
– HGI rendah menunjukan batubara sulit untuk digerus
– Sedangkan HGI tinggi menunjukan batubara mudah untuk digerus
– HGI < 50 menunjukan rendah
– HGI beruhubungan dengan kandungan volatile matter batubara
• Abrasion index :
– Untuk mengukur abrasivitas batubara
– 2 kg batubara ukuran –6,7 mm ditempatkan ke dalam mill, diputar dengan kecepatan 1500 r/min dengan revulosi 12000
– Dihitung berdasarkan hilangnya berat dari keempat blade
– Digunakan untuk penentuan pemakaian “large pulverising mill”
• Particle size distribution :
– Distribusi ukuran batubara tergantung dari beberapa faktor diantaranya :
• Proses penambangannya
• Handling-nya
• Kekerasan, dan derajat fracturing (cleat)
PARAMETER KUALITAS: POWER PLANT
• Proximate, CV dan S serta:
• Ultimate (C, H, N, S, dan O)
• Chlorine
• HGI
• Abrasion Index
• Ash analysis
• Ash Fusion Temperatures
• Trace elements
PARAMETER KUALITAS: KOKAS
54JORC Presentation Copyright
Proximate, CV, S and RD serta beberapa parameter lain seperti:
• Ultimate
• Chlorine
• Phosphorus
• HGI
• Ash Composition
• Ash fusion temperatures
• CSN
• Gray-King coke type
• Dilatation
• Fluidity
• Maceral analysis
• Vitrinite reflectance
VIT
RIN
ITE
VO
L (
%)
VITRINITE REFLECTANCE (%)
COAL USES IN TERMS OF COAL RANK AND TYPE(Cook, 2008)
STEAM COALS
MED RANK
COKING COALS
HV
MV
MV LV2LV1
LV1
100
80
60
40
20
0
0.2 21.81.61.41.210.80.60.4
Crucible Swelling Number (CSN)
The Crucible Swelling Number (CSN) is an index to
measure the swell ability of coal when heated in the
absence of air. To determine the CSN by the ASTM
method, one gram of powdered coal is heated and the
result is compared to a series of standard sections.
The CSN of the coal sample is the number according
to the standard ranging from 0 to 9++. Tests of CSN
are commonly used as an initial indication of coking
properties of coal. The value of CSN is very sensitive
to coal oxidation, thus the variation is probably
related to the freshness of the samples taken. Since
CSN is non-additive the values would be reduced if
samples are not fresh
DILATATIONDilatation is a measure of change in the length when a coal
pencil is slowly heated in the absence of air in a confined tube
using “Audibert Arnu dilatometer”. The change caused by the
increase of temperature is continuously recorded. In the early
stage of heating the pencil firstly shortens and then starts to
lengthen as the temperature is slowly increased. The data
obtained from this dilatation test include: 1) the softening
temperature; 2) the temperature of maximum contraction; 3)
percentage of maximum contraction; 4) the temperature of
maximum dilatation; and 5) percentage of maximum dilatation.
The most important value from the data would be the total
maximum dilatation. The maximum dilatation can be regarded
as a more precise measure of swelling, and should be used
together with the values of CSN.
TOTAL DILATATION
50 40 30 20 10 0
0.5
0
.7 0.9
1
.1 1
.3 1.5
1.7
1
.9
ME
AN
MA
XIM
UM
RE
FL
EC
TA
NC
E O
F V
ITR
INIT
E (
%)
PETROGRAPHIC COMPOSITION – INERTS %
G1
G3
G2
G4
G5
G6
250
250
100
100
50
50
0
0
KALIMANTAN
COKING COAL
OPTIMUM INERT LINE
FLUIDITY
Fluidity is a measure of the degree of plasticity or
ductility of coal when heated in the absence of air using
Gieseler plastometer. In the plastometer, a constant
torque is applied to a mechanical stirrer within the coal
sample. The coal will show initial softening at a particular
temperature and then is fused when the stirrer starts to
move at five dial divisions per minute (5 ddpm). As the
temperature is increased and the sample reaches its
maximum fluidity, the stirrer will rotate to a maximum
ddpm, and finally slows gradually when the coal starts
the process of resolidification. The data obtained from
this fluidity test include: 1) the temperature of initial
softening; 2) the fusion temperature; 3) the temperature
at the maximum fluidity; 4) the ddpm value at the
maximum fluidity; 5) the temperature of resolidification.
Kal. coal
MAX. FLUIDITY
50 40 30 20 10 0
0.5
0
.7 0.9
1
.1 1
.3 1.5
1.7
1
.9
ME
AN
MA
XIM
UM
RE
FL
EC
TA
NC
E O
F V
ITR
INIT
E (
%)
PETROGRAPHIC COMPOSITION – INERTS %
G1
G3
G2
G4
G5
G6OPTIMUM INERT LINE
100
1000
5000
10000
COKING COAL
From: Mike Friederich presentation 2008
Composition Unit Minimum Maximum Average
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
K2O
TiO2
MnO
SO3
P2O5
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
19.39
4.81
7.44
0.38
0.21
0.14
0.24
0.18
0.01
<0.01
0.01
69.84
28.65
67.39
1.71
0.75
1.56
1.21
0.81
0.05
1.44
0.27
44.87
15.18
32.80
0.95
0.40
0.69
0.66
0.60
0.03
0.40
0.11
ASH COMPOSITION OF AYUH – SWALANG COALS, BUNTOK
Quality Parameters
MAIN SEAM BASAL SEAM
CORE TEST PIT TEST PIT
Inh. Moisture (%, adb)
Ash content (%, adb)
Vol. Matter (%, adb)
Fixed Carbon (%, adb)
Cal. Value (kcal/kg, adb)
Sulfur Content (%, adb)
P in air-dried coal (%)
CSN
Rvmax (%)
Max. Fluidity (ddpm)
1.10 – 1.61
1.84 – 5.80
34.20 – 35.59
58.90 – 61.50
7963 – 8449
0.46 – 1.03
0.003-0.008
9 – 9++
0.83 – 0.90
22936 - 31070
1.83 – 2.50
3.41 – 6.00
31.50 – 33.58
60.00 – 61.18
7600 – 8118
0.71 – 1.85
-
-
0.92 - 0.93
2.01 – 5.05
4.70 – 7.53
28.93 – 30.59
58.49 – 62.70
6747 – 8005
0.46 – 0.64
-
-
-
QUALITY OF NANTOY COAL, MUARA TEWE
Group Group Rank
(Romax)
Inert
Content
Max.
Dilation
Max.
FluidityCSN Volatile
MatterCoke Strength
Name No. (%) (%) (%) (ddpm) (%) JIS D15/30 - ASTM 25mm
KEYSTONE G1 > 1.50 8-30 0 to 70 5-100 6-9 16-19 92-93.5 50-65
PITTSTON G2 1.0-1.4 8-30 80 to 260 1500-30000 7-9+ 22-34 91-94 48-65+
BALMER G3 1.2-1.5 25-45 -10 to 100 3-1500 5-8 19-26 90.5-93.5 40-62
MOURA G4 0.9-1.2 25-45 -10 to 100 3-2500 5-8 25-32 90-92.5 45-57
KELLERMAN G5 0.8-1.0 0-25 100 to 3001500-
>300007-9+ 32-38 75-90.5 20-48
BIG BEN G6 < 0.9 5-20 -10 to 100 3-1000 5-7 37-40 50-80 0-30
CLASSIFICATION OF COKING COAL QUALITY BY GROUP
(AFTER NIPPON STEEL CORP.)
STOCKPILE DAN KUALITAS BATUBARA
• SAMPLING BATUBARA PADA STOCKPILE
• KUALITAS IN-SITU VS KUALITAS DI STOCKPILE
• PEMANTAUAN DAN PENCEGAHAN SWABAKAR