## PENGARUH KADAR AIR TERHADAP PROSES PENCAIRAN DAN PRODUK MINYAK BATUBARA
Harli Talla 1 & Herman Tjoleng Taba 2
1) Jurusan Teknik Pertambangan
2) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri dan Kebumian, Universitas Sains dan Teknologi Jayapura Jl. Raya Sentani, Padang Bulan. Jayapura 99351
Email: talla_harli@yahoo.com

## INTISARI
Pencairan batubara merupakan teknologi pemanfaatan batubara yang dapat menggantikan peran  minyak  bumi  di  masa  depan.  Proses  pencairan  batubara  dipengaruhi  oleh  faktor- faktor  seperti  karakteristik  batubara,  kondisi  operasional,  pelarut  dan  katalis.  Komposisi kimia  batubara,  komposisi  mineral,  zat  terbang  dan  kadar  air  merupakan  komponen karakteristik  batubara  yang  berpengaruh  terhadap  peningkatan  konversi  dan  perolehan minyak . Fokus penelitian ini adalah pengaruh kadar air terhadap proses dan hasil pencairan yang  dilakukan  pada  otoklaf  berkapasitas  5  liter  dengan  suhu  400ºC.  Pengamatan  proses pencairan menunjukkan peningkatan tekanan dengan cepat pada pencairan batubara lignit, sebaliknya tekanan reaksi pada pencairan batubara subbituminus dan bituminus cenderung stabil. Data hasil pencairan memperlihatkan bahwa batubara Papua dengan kadar air tinggi menghasilkan  konversi  tinggi  mencapai  88,97  %  dan  perolehan  minyak  sebesar  63,34  %, sedangkan  batubara  Kutai  1  &  2  yang  memiliki  kadar  air  rendah  menghasilkan  konversi rendah masing-masing sebesar 84,79 % dan 78,67 % serta perolehan minyak masing-masing sebesar 60,98 % dan 62,83 %.
Kata kunci: Batubara, pencairan, kadar air, proses, minyak.

## ABSTRACT
Coal liquefaction is the  technology of coal utilization that can replace the role of petroleum in the future.  Coal  liquefaction  process  is  influenced  by  factors  such  as  coal  characteristics,  operating conditions, solvents and catalysts. The chemical composition of coal, mineral composition, volatile matter and moisture content is component  of coal characteristics that take effect to increased the conversion  and  yield. The  focus  of  study  was  the  effect  of  water  content  to  the  process  and  the liquefaction  results  conducted  in  an  autoclave  with  5  liters  capacity  with  temperature  is  400ºC. Observation  of  the  liquefaction  process  showed  an  increase  in    pressure  quickly  on  lignite  coal liquefaction, conversely the reaction pressure on liquefaction of bituminous coal and subbituminus tends to stabilize. Liquefaction results show that Papua Coal with  high moisture produces high conversion reached 88.97 %  and oil yield of 63.34%, whereas the Kutai Coal 1 & 2, which has a low moisture content also resulting low conversion each by  84.79% and  78.67%, and oil yield respectively 60.98% and 62.83%.
Keywords: Coal, liquefaction, moisture content, process, oil.

## 1. PENDAHULUAN
Mengantisipasi  cadangan  minyak bumi Indonesia yang semakin menipis dan solusi  cerdas  untuk  meningkatkan  nilai tambah  batubara  maka  sudah  saatnya pemerintah menggagas
kembali pembangunan  pabrik  pencairan  batubara di  Indonesia.  Pencairan  batubara  adalah konversi  batubara  menjadi  bahan  bakar cair.
Proses
pencairan batubara dipengaruhi  oleh  beragam  faktor,  salah satunya adalah kadar air ( moisture ). Kadar air  pada  batubara  terdiri  dari  kadar  air bawaan  ( inherent  moisture )  dan  kadar  air permukaan
yang
berasal proses penambangan  dan  pencucian  batubara ( surface  moisture ).  Jumlah  kedua  jenis  air inilah  yang  disebut  kadar  air  total  ( total moisture ).  Kadar  air  biasanya  memberikan pengaruh negatif pada  pencairan batubara yang  berakibat  pada  gagalnya  proses pencairan,  khususnya  batubara  peringkat rendah  yang  rata-rata  memiliki  kadar  air lebih banyak dibandingkan dengan batubara peringkat tinggi.
Kadar air tinggi pada batubara dapat diatasi  saat  penanganan  dengan  proses pengovenan  atau  pengeringan  pada  suhu 100-110ºC  selama  60  menit,  namun  pada penelitian  ini  sengaja  tidak  dilakukan pengeringan  kadar  air  batubara  agar pengaruh kadar air dapat teramati dengan baik.  Tujuan  penelitian  adalah  untuk menganalisis  pengaruh  kadar  air  terhadap proses  dan  hasil  pencairan  batubara. Kebaruan  riset  ini  yaitu  sampel  batubara yang digunakan berasal dari dua cekungan besar di Indonesia yang memiliki peringkat dan kadar air yang berbeda.
Pengaruh  kadar  air  terhadap  hasil pencairan  telah  dilaporkan  peneliti  seperti Miao  et  al.,  (2017) pencairan  batubara superkritis dengan katalis Ru/C merupakan cara  yang  efektif  untuk  untuk  pencairan batubara  yang  memiliki  kadar  air  atau
kelembaban  tinggi  dan  menghasilkan bahan bakar berkualitas tinggi.
Simsek  et  al.,  (2010) meneliti  kadar  air hubunganya  dengan  rasio  Solvent/Coal, menjelaskan  besarnya  pengaruh  kadar  air terhadap  peningkatan  konversi. Vasireddy et  al.,    (2011) yang  menghasilkan  bahan bakar  cair  bersih  dari  pencairan  batubara langsung  menjumpai  adanya  pengaruh  air terhadap peningkatan kadar hidrogen yang berguna  untuk  proses  hidrogenasi. Yu  et al.,  (2013) kandungan    air  yang  tinggi berpengaruh  kuat  pada  pemanfaatannya termasuk  pirolisis,  gasifikasi  dan  perolisis. Alrashdan  (2012) menguji  pengaruh  air bebas  pada  batubara  lignit  terhadap  hasil konversi dan perolehan produk . Luo et al., (2011) hidrogen  aktif  pada  proses hidrogenasi terutama berasal dari batubara sendiri. Chen  et  al.,  (2012) pencairan  alga dengan  pelarut  etanol+air  menyimpulkan bahwa  terdapat  efek  sinergis  pada pencairan alga dunaliella tertiolecta .

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Pengambilan sampel batubara dilakukan  ditiga  lokasi  berbeda,  yaitu:  a). Batubara  peringkat  rendah  (lignit)  berasal dari Cekungan Papua Utara (kode = Papua coal);    b).  Batubara  peringkat  menengah (subbituminus  A)  dari  Cekungan  Kutai (kode  =  Kutai  coal  1);    c).  Batubara peringkat tinggi (bituminus) dari Cekungan Kutai (kode = Kutai coal 2). Pelarut yang digunakan  adalah  antrasen  yang  berasal dari  hasil  pencairan  batubara  yang Indonesia  yang  telah  ditingkatkan  kadar hidrogennya. Katalis yang digunakan yaitu paladium-alumia  (Pd/Al 2 O 3 ).  Diaram  alir penelitian terlihat pada Gambar 1 . Peralatan  utama  pencairan  batubara adalah otoklaf berkapasitas 5 liter ( Gambar 2) . Peralatan pendukung terdiri dari pompa isap, penyarin, kasa serta seperangkat alat ekstraksi.  Alat  yang  digunakan  untuk menguji  gas  hasil  pencairan  adalah  orzat
ISSN = 2303-3402
analiser.  Suhu  operasi  yang  diterapkan
400°C,  waktu  tunggu  60  menit  dan  rasio
S/C ( solven/coal ) 5 : 1.
Gambar 1 . Diagram alir penelitian
Metode  pencairan  batubara  yang digunakan  adalah  metode  langsung  dengan skema  pengujian  laboratorium  seperti  yang terlihat  pada Gambar  3 .  Cara  kerja pengujian  pencairan  batubara  diawali dengan    penggerusan  sampel  batubara hingga  berukuran  200  mesh,  selanjutnya batubara,  pelarut  antrasen  dan  katalis palladium-alumina dicampur dan dimasukkan  dalam  reaktor  lalu  dipanaskan sesuai  suhu  yang  telah  ditentukan  (400°C), saat  reaksi  pemanasan  berlangsung  suhu akan terus meningkat (suhu naik konstan).
Setelah  mencapai  suhu  target  yang ditentukan.  Suhu  kemudian  dipertahankan selama  satu  jam  (waktu  reaksi).  Akhirnya reaktor  distop,  setelah  suhu  mendingin, kran-kran  gas  dilepas  untuk    mengeluarkan gas  dari  otoklaf.  Batubara  cair  dikeluarkan dan selanjutnya disaring menggunakan kasa dan pompa penyedot. Residu hasil pencairan juga diekstraksi menggunakan toluen untuk memisahkan  minyak  pada  residu  dan menghitung konversi total.
Gambar 2 . Otoklaf dan komponennya
Konversi  dan  perolehan  minyak  dihitung dengan persamaan Mochida (1992) , yaitu:
( ) (   )
(   )
( ) (   ) (   )
Keterangan:
conv. =  Konversi (%) yield =  Perolehan minyak (%) daf = Dried ash free (%)
Keterangan:
1. Termokopel
2. Tabung reaktor (Autoclave) 3. Pengaduk 4. IR Furnace 5. Buffle Tank
6. Motor
ISSN = 2303-3402
Gambar 3 . Skema pengujian pencairan batubara

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  analisis  proksimat  dan  ultimat memperlihatkan karakteristik yang berbeda  dari  ketiga  sampel  batubara  yang digunakan (Tabel  1 ).  Sampel  batubara Papua  ( Papua  coal )  memiliki  kadar  air sangat  tinggi  mencapai  25,59  %  adb hidrogen juga tinggi mencapai 5,93  % adb dan oksigen sebesar 37,35 % adb serta rasio H/C sangat tinggi mencapai 1,4.
Batubara Kutai 1 (Kutai coal 1) yang merupakan  batubara  peringkat  menengah memiliki  kadar  air  hanya  sebesar  16,04  % adb. Hidrogen sebesar 5,24 % adb, oksigen 23,69 % adb dan rasio H/C 0,9. Sebaliknya, batubaral  Kutai  2  (Kutai  coal  2) mempunyai kadar air rendah hanya sebesar 9,70 % adb. Hidrogen juga rendah sebesar 5,07  %  adb,  oksigen  hanya  17,61  %  adb dan  rasio  H/C  0,8.  Peningkatan  kadar  air
( moisture content ) selaras dengan peningkatan peringkat batubara. Karakteristik batubara terutama kadar air dapat dilihat pada Gambar 4 & Tabel 1.
Gambar 4 . Kadar air dari sampel batubara
Batubara Papua yang memiliki kadar air  tinggi,  masih  berpotensi  mendapatkan tambahan  kadar  air  dari  reaksi  antara unsur  hidrogen  dengan  oksigen  yang membentuk  air  (H 2 O),  karena  kandungan kedua  unsur  ini  pada  batubara  Papua sangat  tinggi.  Reaksi  pembentukan  air dapat terjadi melalui dua cara, yaitu:
- Reaksi 1:   H 2 + O 2  H 2 O - Reaksi 2:   2H 2 + O 2  2H 2 O Rekasi  ini  memprlihatkan  semakin  tinggi kadar  air  total  batubara  Papua  karena kandungan hidrogen dan oksigen tinggi.
Tabel 1 . Karakteristik sampel batubara Sampel Analisis ultimat Analisis Proksimat C H N S O H/C Mst Ash VM FC Papua coal 48,79 5,93 0,96 3,56 37,35 1,4 25,59 3,41 41,40 29,60 Kutai coal 1 64,78 5,24 1,27 1,93 23,69 0,9 16,04 3,09 39,06 41,81 Kutai coal 2 72,41 5,07 1,32 2,17 17,61 0,8 9,70 1,42 32,77 56,11 SCPU (Sampel Cekungan Papua Utara); SK1 (Sampel Kutai 1 & 2); C ( Carbon ),
ISSN = 2303-3402
H ( Hydogen ); N ( Nitrogen ); S ( Sulfur ); O ( Oxygen ); H/C ( Ratio Hydrogen/Carbon ); Mst ( Moisture ); Ash (Abu) dan VM ( Volatile Matter )
Pengamatan terhadap proses
pencairan  batubara  terlihat  adanya perbedaan  pergerakkan  tekanan  pada reaksi  pencairan  batubara.  Tekanan  reaksi pada  pencairan  batubara  Papua  terlihat tidak teratur peningkatannya dibandingkan  dengan  batubara  Kutai, pada  suhu  100ºC  terlihat  tekanan meningkat dengan tajam dari 70 MPa naik menjadi  180  MPa  pada  suhu  210ºC, selanjutnya  kondisi  tekanan  terlihat konstan pada suhu 200-250ºC (Gambar 5).
Menurut  Talla  et  al.,  (2013) kandungan  air  mempengaruhi  proses pencairan,  dimana  tekanan  dalam  otoklaf menjadi lebih besar karena adanya uap air. Kondisi  berbeda  terjadi  pada  pencairan batubara  Kutai  1  &  2  ( Gambar  6) ,  telihat tekanan reaksi  mengalami kenaikan  secara normal  seiring  meningkatnya  suhu  reaksi. Kondisi  reaksi  dimana  peningkatan  suhu seiring dengan peningkatan  tekanan reaksi sangat  baik  untuk  keberlangsungan  proses pencairan.
Gambar 5 . Grafik suhu dan tekanan pada reaksi batubara Papua Gambar 6 . Grafik suhu dan tekanan pada reaksi batubara Kutai
Data  hasil  pencairan  batubara  yang disajikan  pada Tabel  2 ,  memperlihatkan hasil  konversi  dan  perolehan  minyak  yang berbeda  dari  ketiga  sampel.  Batubara Papua  (peringkat  lignit)  yang  memiliki kadar  air  tinggi  menghasilkan  konversi sangat  tinggi  mencapai  88,97  %  dan perolehan  minyak  63,34  %.  Kondisi berbeda  terjadi  pada  batubara  Kutai  1 (subbituminus)  yang  memiliki  kadar  air medium justru menghasilkan konversi yang rendah  sebesar  84,79  %  dan  perolehan minyak  hanya  60,98  %.  Sedangkan batubara  Kutai  2  (bituminus)  yang memiliki  kadar  air  rendah  juga  memiliki konversi  rendah  hanya  sebesar  78,67  %, namun  perolehan  minyak  yang  dihasilkan justru  sangat  tinggi  mencapai  62,83  % (Gambar  7  &  8). Hal  ini  karena  kadar  air
tinggi  berkorelasi  dengan  kekerasan batuan, dan tingkat kekerasan berhubungan  dengan  tingkat  kelarutan , semakin  lunak  batubara  maka  tingkat solubilitinya  semakin  tinggi. Menurut Simsek  et  al.,  (2010) konversi,  perolehan tetrahidrofuran (THF) dan minyak meningkat dengan meningkatnya kadar air
Rendahnya  konversi  dan  perolehan minyak batubara peringkat menengah dan tinggi  (batubara  Kutai  1  &  2)  pada  kasus ini  juga  berhungan  dengan  kandungan hidrogen  dan  oksigen  serta  struktur  kimia ketiga  sampel.  Kandungan  hidrogen  tinggi merupakan  jaminan  suksesnya  proses pencairan, karena reaksi pencairan batubara  sesungguhnya  merupakan  reaksi donor hidrogen dari pelarut dan gas H 2 ke dalam struktur batubara. Menurut
ISSN = 2303-3402
Rahman  et  al.,  (2015) peningkatan konversi  seiring  dengan  peningkatan craking dan transfer hidrogen ke batubara. Peran  oksigen  dan  struktur  hidrokarbon sangat berbungan dengan mudah tidaknya batubara  mengalami  pemutusan  struktur, komposisi  struktur  alifatik  dengan  ikatan oksigen  akan  mudah  putus  ketika  diberi
panas dan tekanan yang tinggi. Rasio H/C juga memberikan pengaruh besar terhadap peningkatan  perolehan  minyak  batubara peringkat  rendah.  Menurut Vasireddy (2011) pencairan langsung adalah mengkonversi  batubara  padat  menjadi bahan  bakar  cair  dengan  menambahkan hidrogen pada suhu dan tekanan tinggi.
Tabel 2 . Hasil pencairan batubara Batubara Kondisi Operasi Konversi (%) Minyak (%) WT (m)  Rasio S/C  Suhu (°C) Papua coal 60 5 : 1 400 88,97 63,34 Kutai coal 1 60 5 : 1 400 84,79 60,98 Kutai coal 2 60 5 : 1 400 78,67 62,83
Gambar 7. Konversi pada suhu 400ºC Gambar 8. Perolehan minyak pada suhu 400ºC Walaupun  kadar  air  tinggi  akan meningkatkan  tekanan  dalam  otoklaf secara  tidak  normal  karena  adanya tekanan  uap  air,  namun  kondisi  ini  masih bisa diatasi pada saat penanganan dengan cara  pengovenan  atau  pengeringan  pada suhu  100-110ºC  selama  60  menit (Talla  et al.,  2016) .  Faktanya  bahwa  pencairan batubara berkadar air tinggi ( low rank coal ) rata-rata  terkonversi  maksimal  pada  suhu rendah (400ºC) dengan hasil konversi yang tinggi dan total waktu reaksi lebih pendek, sehingga  pemakaian  energi  lebih  sedikit dibandingkan  batubara  peringkat  tinggi (berkadar  air  rendah)  akan    memerlukan energi lebih besar untuk proses perengkahan karena  strukturnya  kompak dan tidak mudah larut (Talla, 2016).
Pergerakan  tekanan  secara  tiba-tiba pada  otoklaf  harus  diperhatikan  dengan cermat, karena hal ini dapat menimbulkan ledakkan  ketika  ada  kebocoran  pada otoklaf.  Uji  kebocoran  otoklaf  sebelum runing harus dilakukan dengan teliti.

## 4. KESIMPULAN
Batubara  Papua  yang  memiliki kadar  air  tinggi  menghasilkan  konversi dan  perolehan  minyak  yang  lebih  banyak karena  tingkat  solubilitinya  lebih  baik, kondisi  ini  didukung  dengan  kandungan hidrogen  tinggi  dan  didominasi  oleh struktur  hidrokarbon  alifatik  dengan ikatan oksigen.
Batubara  Kutai  1  &  2  (peringkat menengah dan tinggi) berkadar air rendah
ISSN = 2303-3402
memiliki  tingkat  kelarutan  yang  kurang baik,  kadar  hidrogen  minim  dan  struktur hidrokarbon cenderung lebih aromatik dan kompak.

## DAFTAR PUSTAKA
Akash,  B.A.,  2013. Thermochemical Liquefaction  of  Coal. International Journal  of  Thermal  &  Environmental Engineering , Vol. 5, No. 1, pp. 51-60.
Alrashdan,  M.,  2012. Catalytic  Hydro- Liquefaction  Of  Lignite  Coals  Under Mild Conditions . Dissertation,
University Of Texas. 97 p.
Chen,  Y.,  Wu,  P.,  Zhang,  D.,  Hua,  M., Yang,  C.,  Li,  Z.,  Chen  and  Liu,  J., 2012. Direct  liquefaction  of  Dunaliella tertiolecta  for  bio-oil  in  sub/supercritical ethanol–water ,  Bioresour.  Technol.  124, pp. 190–198.
Luo, H.F., Ling, K.C., Zhang, W.S., 2011. Role  of  Hydrogen  for  Quick  Coal Liquefaction  at  High  Temperature . Advanced  Materials  Research,  Vols. 233-235, pp. 888-891.
Miao, R., Zhang, Q., Shi, Y., Gu, J., Ning, P.,  Guan,  Q.,  2017. Liquefaction  of Lignite  with  a  Ru/C  Catalyst  in Supercritical  Ethanol. Royal  Society  of Chemistry. RSC Adv.7,pp. 5402-5411.
Rahman,  M.,  Adesanwo,  T.,  Gupta,  R., deKlerk, A., 2015. Effect of Direct Coal Liquefaction  Conditions  on  Coal  Liquid Quality . Energy Fuels, 29 (6), pp. 3649- 3657.
Simsek,  E.H.,  Karaduman,  A    &    Togrul, T.,  2010. The  Effect  of  Moisture  on  the Liquefaction  of  Some  Turkish  Coals  in Tetralin  with  Microwave  Energy . Journal Energy Sources, Vol. 24, Iss. 7, pp. 675-684.
Talla,  H.,  Amijaya,  D.H.,  Harijoko,  A., dan  Huda,  M.,  2013. Karakteristik
Batubara  dan  Pengaruhnya  terhadap Proses Pencairan. Reaktor, Vol. 14 No. 4, pp. 267-271.
Talla.  H.,  2016. Pengaruh  Karakteristik Batubara  Terhadap  Hasil  Konversi  dan Perolehan  Minyak  pada  Pencairan Batubara  Langsung  Batubara  Asal Formasi  Unk  (Cekungan  Papua Utara),  Formasi  Balikpapan  dan Formasi  Pulau  Balang ( Cekungan Kutai). Disertasi,  Universitas  Gadjah Mada, 310 hal.
Vasireddy,  S.,  Morreale,  B.,  Cugini,  A.,
Song, C., and Spivey, J.J., 2011. Clean liquid fuels from direct coal liquefaction: chemistry,  catalysis,  technological  status and  challenges . Energy Environ.  Sci.,4, pp. 311-345.
Yu,  J.,  Han,  Y.,  Tahmasebi,  A.,  li,  X., 2013. A  review  on  water  in  low  rank coals :  The  existence,  interaction  with coal  structure  and  effects  on  coal utilization. Fuel Processing Technology 106:9–20, pp. 9-20.