PENGARUH KARAKTERISTIK BATUBARA TERHADAP HASIL KONVERSI DAN MINYAK PADA PENCAIRAN BATUBARA METODE LANGSUNG BATUBARA ASAL FORMASI UNK CEKUNGAN PAPUA UTARA, FORMASI BALIKPAPAN DAN FORMASI PULAU BALANG CEKUNGAN KUTAI

HARLI TALLA, Dr. Ir. I Wayan Warmada

2016 | Disertasi | S3 Teknik Geologi

Batubara yang terendapkan pada cekungan-cekungan di Indonesia memiliki karakteristik yang sangat beragam sesuai karakteristik formasi pembawanya. Tujuan penelitian ini adalah melakukan karakterisasi batubara Formasi Unk (Cekungan Papua Utara), Formasi Balikpapan dan Formasi Pulau Balang (Cekungan Kutai) dan menguji pengaruhnya terhadap pencairan dan perolehan minyak. Hasil kajian pencairan batubara dari ketiga formasi tersebut akan dibuat suatu model korelasi antara karakteristik dan pengaruhnya terhadap pencairan. Pencairan batubara ini menggunakan metode langsung hidrogenasi katalitik dengan memakai katalis palladium-alumina (Pd/Al2O3). Proses pencairan dilakukan pada reaktor mini (cell) yang berkapasitas 12 gram dan menggunakan pelarut antrasen. Variabel yang diujikan antara lain: a. peringkat batubara (lignit A-hv.bituminus C); b. suhu operasi (375°C, 400°C, 425°C dan 450°C); c. waktu tunggu (0 menit, 30 menit, 60 menit dan 90 menit); d. Rasio S/C (1:1, 3:1, 5:1 dan 7:1); e. pencairan memakai katalis dan tanpa katalis. Data analisis proksimat dan ultimat menunjukkan bahwa batubara yang digunakan diklasifikasikan menjadi lima peringkat, antara lain: satu sampel peringkat lignit A (CL01), tiga sampel subbituminus C (CL02-CL04), tiga sampel subbituminus B (CL05-CL07), satu sampel subbituminus A (CL08) dan satu sampel hv.bituminus C (CL09). Karakteristik batubara lignit terdiri dari vitrinit 78,4 %vol, liptinit 7,0 %vol dan inertinit 5,4 %vol, kadar zat terbang 41.40 %adb, Kadar karbon 48.79 %adb, dengan kadar hidrogen tinggi sebesar 5.93 %adb, kadar oksigen 32.35 %adb, rasio H/C 1.4 dan struktur hidrokarbon didominasi struktur alifatik. Karakteristik subbituminus C dibentuk oleh vitrinit (80,0-84,2 % vol), liptinit (5,6-8,0 % vol) dan inertinit (8,4-11,6 % vol). Karakteristik geokimia terdiri dari kadar karbon ( 58.69-59.95 %adb), kadar hidrogen (5.33-5.37 %adb), oksigen (28.88-31.63 %adb) dan rasio H/C 1.0. Struktur hidrokarbon utama adalah struktur alifatik. Subbituminous B memiliki karakteristik yang terdiri dari vitrinit (66,0-72,4 %vol), liptinit (6,6-12,2 %vol) dan inertinit (5,0-21,4 %vol). Komposisi geokimia dibentuk oleh kadar zat terbang (35.86-39.06 %adb), kadar karbon (61.53-65.93 %adb), kadar hidrogen (5.21-5.24 %adb), kadar oksigen (20.40-22.38 %adb) dan rasio H/C (0.9-1.0), sedangkan struktur hidrokarbon cenderung seimbang antara alifatik dan aromatik. Karakteristik subbituminous A terdiri dari vitrinit 67,4 %vol, liptinit 4,0 %vol dan inertinit 20 %vol. Komposisi geokimia terdiri dari karbon tinggi sebesar 69.87 %adb, kadar hidrogen 5.12 %adb, kadar oksigen rendah sebesar 15.95 %adb dan rasio H / C hanya 0.8. Struktur hidrokarbonnya dibentuk oleh aromatik. Batubara Hv. bituminus C mempunyai karakteristik yang terdiri dari vitrinit mencapai 81,8 %vol, liptinit 9,8 %vol dan inertinit 7,0 %vol. Komposisi geokimia dibentuk oleh kadar karbon tinggi mencapai 72.41 %adb, kadar hidrogen 5.07 %adb, kadar oksigen rendah sebesar 16.61 %adb dan rasio H/C hanya 0.8 serta strukturnya didominasi oleh aromatik. Hasil pencairan menunjukkan bahwa hasil konversi pada suhu 375-450°C dalam kisaran 54,21-89,97 %. Batubara lignit (CL01) menghasilkan konversi paling tinggi mencapai 88.97% pada suhu 400°C. Konversi maksimal subbituminus C antara (86,97-88,46 %) pada suhu 400°C. Batubara subbituminus B memiliki konversi maksimum antara (84,77-86,34 %) pada suhu 425°C dan subbituminus A menghasilkan konversi maksimal pada suhu 425°C hanya sebesar 85,66 %, sedangkan konversi maksimal batubara hv. bituminus C sebesar 87,14 % pada suhu tinggi 450°C. Konversi dan perolehan minyak pada suhu ideal (425°C) adalah sebagai berikut: batubara lignit menghasilkan konversi pada suhu ideal mencapai 88,93 % dengan perolehan minyak tinggi yang mencapai 63,40 % dan menghasilkan gas hanya 25,53 %. Konversi subbituminus C antara (86,84-88,35 %) dengan perolehan minyak (61,47-62,09%) dan gas antara (25,37-26,32 %). Konversi subbituminus B antara (84,86-86,34 %) dengan perolehan minyak antara (57,98-60,16 %) dan gas tinggi antara (24,61-27,98 %). Konversi subbituminus A pada suhu ideal hanya sebesar 85,66% dengan perolehan minyak 60,52 % dan gas 25,14 %. Konversi batubara peringkat hv. bituminus C sebesar 86,74 % dengan perolehan minyak mencapai 62,83 % dan gas hanya 23,91 %. Berdasarkan analisis karakteristik batubara dan Korelasi Pearson terhadap hasil pencairan, maka diyakini faktor-faktor yang berpengaruh positif terhadap peningkatan konversi dan perolehan minyak adalah maseral reaktif (desmocolinit, alginit and cutinit), kadar zat terbang, kadar hidrogen, kadar oksigen, rasio H/C dan struktur alifatik dengan gugus fungsi ikatan oksigen. Sedangkan maseral grup inertinit (sclerotinit, inertodetrinit dan semifusinit), kadar karbon, kadar pirit, kadar abu dan struktur aromatik merupakan komponen karakteristik batubara yang berpengaruh negatif terhadap konversi dan perolehan minyak. Kata kunci: Karakteristik batubara, Formasi Unk, Formasi Balikpapan, Formasi Pulau Balang, konversi dan peolehan minyak.

Coal deposited in the Indonesia basins have very diverse characteristics according to the characteristics of bearing formations. The purpose of this study was to characterize the coal from Unk Formation (North Papuan Basin), Balikpapan Formation and Pulau Balang Formation (Kutai Basin) and test its influence on conversion and yield. The results of coal liquefaction from three formations will be made a model of the correlation between the characteristics and their effects on liquefaction. The coal liquefaction using the direct method of catalytic hydrogenation using palladium-alumina catalyst. Liquefaction process is done on the mini reactor (cell) with a capacity of 12 grams and using antrasen solvent. Variables tested include: a). Coal rank (lignite to high volatile bituminous C); b). Temperature operation (375°C, 400°C, 425°C, and 450°C); c). Holding time (0 minutes, 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes); d). The ratio of solvent:coal (1:1, 3:1, 5:1 and 7:1); and e. Comparing the liquefaction catalyst and without catalyst. Proximate and ultimate analysis data indicate that the coal used was classified into five ranks: one lignite A (sample CL01), three subbituminous C (sample CL02-CL04), three subbituminous B (sample CL05-CL07), one subbituminous A (sample CL08), one high volatile bituminous C (sample CL09). The lignite (sample CL01) characteristics consist of vitrinite is 78.4 % vol), liptinite is 7.2 % vol and inertinite is 5.2 % vol, volatile matter content is 41.40 % adb, carbon content is 48.79 % adb, with high hydrogen content is 5.93 % adb, oxygen content is 37.35 % adb, ratio H/C is 1.4 and hydrocarbon structure dominated by aliphatic. Characteristics of subbituminous C (sample CL02-CL04) formed by vitrinite (80.0-84.2 % vol), liptinite (5.5-8.0 % vol) and inertinite (8.5-11.6 % vol). Geochemical composition consists of carbon content ( 58.69-59.95 % adb), hydrogen content (5.33-5.37 % adb), oxygen content (29.88-32.63 % adb) and ratio H/C is 1.0. The main hydrocarbon structure is an aliphatic. Subbituminous B (sample CL05-CL07) has characteristics consisting of vitrinite (66.0-72.4 % vol), liptinite (5.0-12.2 % vol) and inertinite (6.6-21.4 % vol). Geochemical composition formed by volatile matter content (35.86-39.06 % adb), carbon content (61.53-65.93 % adb), hydrogen content (5.21-5.27 % adb), oxygen content (21.40-23.69 % adb) and ratio H/C (0.9-1.0), whereas hydrocarbon structures tend to be balanced between the aliphatic and aromatic. Characteristics of subbituminous A (sample CL08) consists of vitrinite composition is 67.4 % vol), liptinite is 3.8 % vol and inertinite is 20.2 % vol. Geochemical composition comprising high carbon content is 69.87 % adb, hydrogen content is 5.12 % adb, low oxygen content is 16.94 % adb and ratio H/C only 0.8. The hydrocarbon structure formed by aromatic. High volatile bituminous C (sample CL09) has the characteristic consisting of vitrinite reach 81.8 % vol, liptinite is 11,0 % vol and inertinite is 5.6 % vol. Geochemical composition formed by high carbon content is 72.41 % adb, hydrogen content is 5.07 % adb, low oxygen content is 17.61 % adb and ratio H/C only 0.8 and its structure is dominated by aromatic. Liquefaction results showed that the conversion at temperature 375-450°C in range of 54.21-89.97%. Lignite coal (sample CL01) produce highest conversion reach 88.97 % at temperature 400°C. Maximum conversion of subbituminous C (sample CL02-CL04) between (86.97-88.46 %). Subbituminous B (sample CL05-CL07) has maximum conversion between (84.86-86.34 %) at temperature 425°C. Subbituminous A (CL08) produces maximum conversions at 425°C only 85.66 %. While, maximum conversion of hv.bituminous C (sample CL09) is 87.14 % at temperature of 450°C. Conversion and yield at ideal temperature (425°C) that is: lignite coal (sample CL01) produces conversion at the ideal temperature reach 88.93 % with high yields reach 63.40 % and produce gas only 25.53 %. Conversion of subbituminous C (sample CL02-CL04) between (86.84-88.35 %) with yields between (61.47-62.09 %) and gas between (25.37-26.32 %). Conversion of subbituminous B (sample CL05-CL07) between (84.86-86.34 %) with yields between (59.25-61.97 %) and high gas between (24.37-25.61 %). Conversion of subbituminous A (sample CL08) at ideal temperatures only 85.66 %, with yields is 60.52 % and gas is 25.14 %. Conversion of high volatile bituminous C (sample CL09) is 86.74 %, with high yields reach 62,83 % and gas only 23.91 %. Based on the analysis of coal characteristics and Pearson correlation to results of liquefaction, it is believed that factors that positive effect to increasing the conversion and yield are reactive macerals (desmocollinite, alginite and cutinite), volatille matter content, hydrogen content, oxygen content, the ratio H/C and aliphatic structure with oxygen-containing functional groups. While the unrective macerals (sclerotinite, inertodetrinite and semifusinite), carbon content, pyrite content and ash content are components of coal characteristics that negatively affect to conversion and yield. Key words: Coal characteristics, Unk Formation, Balikpapan Formation, Pulau Balang Formation, Conversion and yield.

Kata Kunci : Key words: Coal characteristics, Unk Formation, Balikpapan Formation, Pulau Balang Formation, Conversion and yield.