Optimasi Pemilihan Campuran Batubara untuk Produksi Koks yang Efisien

Pemilihan Batubara untuk Termasuk dalam Campuran Batubara dalam Pembuatan Koks

Pencampuran batubara diperlukan dari segi ekonomi dengan mengurangi persentase batubara coking prima atau keras yang mahal dan menggantikannya dengan batubara coking sedang atau lunak. Di beberapa pabrik oven koks, bahkan persentase kecil batubara non-coking atau batubara uap juga telah digunakan dalam campuran.

Pemilihan campuran batubara yang tepat untuk digunakan di oven koks by-product selalu merupakan tantangan besar bagi produsen koks karena campuran harus memenuhi persyaratan berikut.

• Memenuhi persyaratan penghancuran selama persiapan batubara. Semua komponen batubara tidak boleh dihancurkan terlalu banyak atau terlalu sedikit. Campuran batubara yang berukuran untuk memuat oven koks harus memenuhi persyaratan densitas, aliran, dan fraksi ukuran.
• Memiliki properti coking dan caking yang diperlukan untuk menghasilkan koks berkualitas yang memenuhi persyaratan kualitas koks tungku tiang bersih (BF). Tiga persyaratan kualitas dasar koks BF adalah (i) menyediakan panas untuk reaksi endotermik yang terjadi di dalam tungku tiang bersih, (ii) bertindak sebagai agen reduksi dengan menghasilkan gas reduksi yang diperlukan, dan (iii) menyediakan dukungan permeabel di BF untuk beban bearing besi.
• Menyediakan kinerja pengeringan yang aman di oven koks. Tidak boleh memberikan tekanan berlebihan pada dinding oven koks selama proses coking dan merusaknya.
• Harus memenuhi persyaratan hasil bukan hanya untuk koks BF tetapi juga untuk gas oven koks. Campuran batubara yang tepat tidak akan menghasilkan koks nut dan debu koks berlebihan.
• Hemat biaya.

Dalam pandangan dari berbagai macam persyaratan di atas, keputusan mengenai campuran batubara tidak diambil pada dasar ad-hoc tetapi setelah pertimbangan yang matang. Faktanya campuran batubara perlu dirancang sehingga keseimbangan dapat dicapai antara kumpulan persyaratan yang bersaing seperti throughput, kualitas tinggi, dan efisiensi biaya dll. sambil mempertahankan pentingnya umur baterai.

Dengan persyaratan di atas dalam pikiran, upaya desain campuran batubara perlu difokuskan pada (i) memuaskan properti fisik koks, (ii) memuaskan properti kimia koks, (iii) memuaskan kinerja pengeringan oven koks, (iv) memuaskan penggunaan maksimum materi karbon bernilai rendah (batubara lunak), (v) memenuhi persyaratan ekonomi, dan (vi) memastikan ketersediaan berkelanjutan fraksi batubara untuk menghindari perubahan campuran yang sering. (Fig 1)

Fig 1 Persyaratan desain campuran batubara

Biasanya, desain campuran batubara dilakukan melalui serangkaian langkah. Langkah-langkah ini juga diperlukan untuk penambahan batubara baru dalam campuran dan dijelaskan di bawah ini.

• Studi kualitas batubara yang akan termasuk dalam campuran sesuai dengan lembar data kualitas batubara yang disediakan oleh pemasok. Berdasarkan lembar data, kualitas dievaluasi untuk penggunaan batubara dalam campuran. Selain itu, biaya dan ketersediaan jangka panjang batubara ditentukan. Setelah parameter ini puas secara awal, maka sampel 5 kg diminta.
• Dari sampel 5 kg ini, berbagai uji laboratorium dilakukan untuk menentukan kualitas batubara dan juga untuk memastikan bahwa kualitas tersebut sesuai dengan lembar data pemasok. Hasil uji ini menentukan berapa persen batubara yang dapat digunakan dalam campuran batubara. Evaluasi ekonomi awal kemudian dilakukan untuk batubara. Setelah mendapatkan evaluasi yang memuaskan, jumlah batubara yang cukup dipesan untuk uji karbonisasi oven pilot.
• Uji karbonisasi oven pilot biasanya dilakukan (i) pada 100 % batubara baru, serta (ii) pada campuran batubara dengan persentase batubara baru yang direncanakan dalam campuran. Selama karbonisasi oven pilot, uji kontraksi dan tekanan gas juga dilakukan. Jika uji karbonisasi oven pilot berhasil, batubara digunakan dalam persentase yang direncanakan dalam campuran batubara untuk uji pabrik. Selama uji pabrik, pemantauan erat semua parameter dilakukan.
• Setelah uji pabrik berhasil, batubara diadopsi untuk penggunaan teratur dalam campuran.

Namun pemilihan akhir batubara untuk penambahan ke dalam campuran juga mempertimbangkan harga, persyaratan pabrik persiapan batubara, dan kontrol kualitas yang diperlukan selama pengadaan.

Properti batubara yang perlu difokuskan selama desain campuran batubara adalah sebagai berikut.

Desain Campuran Batubara untuk Properti Fisik Koks

Properti fisik koks yang penting untuk operasi tungku tiang bersih yang stabil adalah (i) indeks reaktivitas koks (CRI), kekuatan koks setelah reaksi (CSR), dan (iii) indeks micum.

CRI mengukur kemampuan koks untuk menahan retakan pada suhu ruangan dan mencerminkan perilaku koks di luar tungku tiang bersih dan di bagian atas tungku tiang bersih. CSR memberikan indikasi kekuatan koks setelah diekspose pada atmosfer reduksi tungku tiang bersih. Ini mengukur potensi koks untuk pecah menjadi ukuran yang lebih kecil dalam lingkungan CO/CO2 suhu tinggi yang ada selama dua bagian bawah tungku tiang bersih. Indeks micum adalah uji drum dan menunjukkan kekuatan koks pada suhu ruangan. Nilai M40 (persentase koks yang tersisa pada lubang bundar +40 mm setelah 100 putaran) yang lebih besar dan nilai M 10 (- lubang bundar koks 10 mm setelah 100 putaran) yang lebih kecil biasanya menunjukkan koks dengan kekuatan lebih tinggi.

Analisis petrografis batubara adalah alat utama untuk memprediksi kekuatan koks. Properti penting batubara untuk prediksi kekuatan koks adalah sebagai berikut.

• Nomor pembengkakan rongga (CSN) – Rentang CSN dalam batubara coking adalah 3 minimum hingga 6 maximum. Batubara coking prima memiliki nilai CSN yang lebih tinggi sementara batubara coking lunak memiliki nilai CSN rendah.
• Dilatasi maksimum – Nilai dilatasi maksimum adalah 55 % minimum. Ini tergantung pada nilai dilatasi maksimum dari komponen campuran batubara.
• Fluiditas maksimum – Nilai fluiditas maksimum adalah 600 ddpm minimum dalam batubara coking. Fluiditas yang lebih tinggi memberikan aliran yang lebih baik di oven koks.
• Tipe koks Gray king – Nilai Gray king harus G 5 minimum dalam batubara coking. Untuk batubara coking lunak, batas nilai Gray king adalah G min.
• Reflektansi Maksimum Rata-rata (MMR) – Nilai MMR dalam batubara coking bervariasi dalam rentang 0,85 % – 1,35 %. Batubara coking lunak memiliki MMR lebih rendah sementara batubara coking keras memiliki MMR lebih tinggi.
• Vitrinite – Nilai vitrinite dalam batubara coking adalah 50 % minimum. Untuk batubara coking lunak, batasnya adalah 45 %.
• Distribusi vitrinite (V9 – V14) – Nilai distribusi vitrinite dalam batubara coking adalah 70 % minimum.

Desain Campuran Batubara untuk Ukuran Koks

Ukuran koks yang terbentuk dipengaruhi oleh jumlah komponen inersia yang ada dalam campuran batubara. Seiring berkurangnya kandungan inersia, ukuran koks menurun. Jadi, jenis batubara mempengaruhi ukuran koks. Ukuran koks juga sangat tergantung pada variabel operasi. Dalam praktik normal, ukuran koks untuk tungku tiang bersih sebagian besar dikontrol dengan saringan.

Desain Campuran Batubara untuk Hasil Koks dan Gas Oven Koks

Jumlah koks yang dihasilkan di oven koks berbanding terbalik dengan materinya batubara. Rentang materinya batubara juga penting untuk produksi koks dengan kekuatan tinggi. Materinya batubara juga mempengaruhi hasil gas oven koks yang sering merupakan parameter penting untuk keseimbangan gas di pabrik baja.

Desain Campuran Batubara untuk Properti Kimia Koks

Dengan serangkaian bahan mentah yang stabil secara fisik di tungku tiang bersih, kontrol lebih lanjut atas proses tungku tiang bersih dicapai melalui kontrol properti kimia. Properti kimia koks yang paling penting adalah kelembaban, karbon tetap, abu, sulfur, fosfor, dan alkali. Sebagian besar properti ini terutama tergantung pada batubara yang digunakan. Abu, sulfur, dan alkali koks mempengaruhi CSR secara negatif. Namun, fosfor mempengaruhi CSR secara positif, tetapi tidak diinginkan karena masuk sepenuhnya ke dalam logam panas. Untuk mendapatkan koks berkualitas tinggi dengan hasil tinggi, diinginkan bahwa campuran batubara harus mengandung jumlah rendah kelembaban, abu, sulfur, alkali, fosfor dan kandungan karbon tetap yang tinggi. Selain itu, suhu leleh abu adalah properti penting untuk proses coking. Harus lebih tinggi dari suhu coking.

Desain Campuran Batubara untuk Kinerja Pengeringan Oven Koks

Tekanan coking maksimum tidak boleh melebihi 0,14 kg/sq cm. Dari semua properti batubara yang melekat, tingkat dan kandungan inersia tampaknya memiliki kepentingan utama untuk tekanan coking pada dinding oven koks. Tingkat memiliki hubungan langsung dengan tekanan coking. Batubara dengan materinya rendah menghasilkan tekanan coking berlebihan. Namun, mereka juga berkontribusi pada kekuatan koks tinggi dan menghasilkan hasil koks yang tinggi.

Batubara dengan tingkat yang sama tetapi memiliki inersia yang tinggi menghasilkan tekanan yang lebih rendah. Batubara dengan materinya rendah dari Australia umumnya menghasilkan tekanan dinding rendah dan disertakan dalam campuran untuk mengurangi tekanan coking. Karena kesulitan dalam mengukur tekanan coking (dinding) di oven komersial, pengukuran tekanan dinding dan tekanan gas dari oven pilot biasanya dikorelasikan dengan pengukuran tekanan gas di oven komersial. Setelah korelasi ditetapkan, pengukuran tekanan gas di fasilitas komersial digunakan untuk memantau tekanan coking. Tekanan gas meningkat dengan tingkat dan berkurang dengan kandungan inersia.

Penurunan muatan batubara terjadi selama dua fase berbeda dari proses coking. Fase pertama ada selama pembentukan lapisan plastik dan terutama tergantung pada properti batubara. Setelah lapisan plastik telah berubah menjadi semi-koks, fase kedua dimulai selama penurunan semi-koks dan terutama tergantung pada kondisi operasi. Secara umum, nilai fluiditas maksimum digunakan untuk memprediksi fase pertama dari kontraksi lateral. Penurunan vertikal terutama tergantung pada parameter operasi seperti suhu coking dan laju pemanasan.

Desain Campuran Batubara untuk Memaksimalkan Penggunaan Materi Karbon Bernilai Rendah

Untuk menurunkan biaya operasi sambil mempertahankan kualitas koks, materi karbon bernilai rendah ditambahkan dalam jumlah yang bervariasi ke dalam campuran batubara. Batubara lunak, debu batubara, debu koks, ter batubara, koks petroleum, aspaltenes (residu distilasi), dan batubara non-coking telah menunjukkan efek positif pada kualitas koks dan operasi coking, asalkan ditambahkan dalam jumlah yang tepat dan ke dalam jenis campuran yang tepat. Praktik seperti ini telah menghasilkan biaya lebih rendah, operasi yang lebih baik, dan konservasi sumber daya.

Batubara teroksidasi (terpapari) juga perlu dipertimbangkan sebagai materi karbon bernilai rendah karena oksidasi umumnya mengakibatkan penurunan CSR, stabilitas, ukuran koks, hasil koks, dan umumnya memperburuk karakteristik ekspansi dan tekanan dinding. CSR paling sensitif terhadap oksidasi batubara; magnitudo penurunan CSR lebih tinggi untuk batubara dengan tingkat terendah. Oleh karena itu, penggunaan batubara teroksidasi perlu diminimalkan.

Desain Campuran Batubara untuk Memenuhi Persyaratan Ekonomi

Evaluasi teknologis campuran batubara perlu ditambah dengan evaluasi ekonomi untuk biaya penggunaan koks yang dihasilkan. Batubara dengan biaya per ton rendah mungkin tidak hemat ketika koks yang dihasilkannya dan penggunaannya di tungku tiang bersih dipertimbangkan secara terpadu. Ini karena kualitas batubara dapat mempengaruhi secara negatif hasil koks di baterai oven koks dan konsumsi koks BF di tungku tiang bersih, selain mempengaruhi secara negatif produktivitas tungku tiang bersih. Oleh karena itu, desain campuran batubara perlu memastikan bahwa akhirnya hemat di titik penggunaan dan tidak hanya tampak hemat di oven koks. Campuran batubara yang menghasilkan koks dengan potensi penghematan biaya tertinggi di tungku tiang bersih biasanya diadopsi untuk implementasi di pabrik koks.

Desain Campuran Batubara dengan Jaminan Ketersediaan Berkelanjutan Batubara

Untuk menghindari perubahan campuran batubara yang sering, batubara yang tidak tersedia pada dasar jangka panjang perlu dihindari untuk dipertimbangkan untuk dimasukkan ke dalam campuran.

Prosedur yang dijelaskan di atas untuk pemilihan batubara untuk dimasukkan ke dalam campuran batubara dalam pembuatan koks menjelaskan bahwa ada kebutuhan untuk mencapai keseimbangan antara persyaratan throughput, kualitas koks tinggi, umur baterai, efisiensi biaya, dan ekonomi keseluruhan dengan jaminan pasokan batubara yang konsisten.