Swabakar (Spontaneous Combustion)

Swabakar atau Spontaneous combustion atau disebut juga self combustion adalah salah satu fenomena yang terjadi pada batubara pada waktu batubara tersebut disimpan atau di storage / stockpile dalam jangka waktu tertentu. Swabakar pada stockpile merupakan hal yang sering terjadi dan perlu mendapatkan perhatian khususnya pada timbunan batubara dalam jumlah besar. Batubara akan teroksidasi saat tersingkap dipermukaan sewaktu penambangan, demikian pada saat batubara ditimbun proses oksidasi ini terus berlanjut.
 Akibat dari reaksi oksidasi antara oksigen dengan gas-gas yang mudah terbakar dari komponen zat terbang akan menghasilkan panas.

Bila reaksi oksidasi berlangsung terus-menerus, maka panas yang dihasilkan juga akan meningkat, sehingga dalam timbunan batubara juga akan mengalami peningkatan. Peningkatan suhu ini juga disebabkan oleh sirkulasi udara dan panas dalam timbunan tidak lancar, sehingga suhu dalam timbunan akan terakumulasi dan naik sampai mencapai suhu titik pembakaran (self heating), yang akhirnya dapat menyebabkan terjadinya proses swabakar pada timbunan tersebut.

Sebelum mengalami swabakar batubara akan mengalami proses oksidasi yang merupakan proses inisiasi dari swabakar apabila proses oksidasi ini diikuti dengan meningkatnya temperatur terus menerus yang akhirnya mengakibatkan terjadinya pembakaran spontan. Batubara akan bereaksi dengan oksigen di udara segera setelah batubara tersebut tersingkap selama penambangan. Kecepatan reaksi ini lebih besar terutama pada batubara golongan rendah seperti lignite dan sub-bituminus, sedangkan pada golongan batubara bituminus keatas atau, oksidasi ini baru akan tampak apabila batubara tersebut sudah tersingkap dalam jangka waktu yang cukup lama. Apabila temperatur batubara terus meningkat yang disebabkan oleh self heating, maka ini perlu ditangani dengan serius karena ini akan berpengaruh terhadap nilai komersial batubara tersebut, selain itu akan mengakibatkan pembakaran spontan batubara yang sangat tidak diinginkan karena akan merugikan.

Pada temperatur normal kecepatan oksidasi ini kecil sekali, bahkan cenderung menurun selang dengan waktu, dengan demikian resiko penurunan kualitas karena oksidasi ini masih bisa diterima dalam periode waktu pengiriman (8 jam – 8 minggu). Oksidasi yang dimaksud diatas adalah oksidasi yang tidak diikiuti dengan pembakaran spontan atau oksidasi pada temperatur rendah, akan tetapi apabila disimpan dalam jangka waktu lama di stockpile penurunan kualitas akibat ini biasanya tidak dapat diterima. Karena selain penurunan kualitas secara kimia juga terjadi penurunan kualitas secara fisik terutama terjadi pada batubara golongan rendah atau low rank coal.

Seperti telah dijelaskan diatas bahwa penyebab awal terjadinya pembakaran spontan adalah reaksi oksidasi yang terjadi dengan sendirinya dalam batubara, yang mengakibatkan pemanasan dengan sendirinya yang selanjutnya akan mengakibatkan pembakaran spontan apabila tidak terkontrol. Pembakaran spontan adalah merupakan fenomena alami dan juga disebut pembakaran sendiri (self combustion). Hal ini disebabkan terjadinya reaksi zat organik dengan oksigen dari udara. Kecepatan reaksi oksidasi sangat bervariasi antara suatu zat dengan yang lainnya. Batubara akan mengalami pemanasan dengan sendirinya kapan pun dan dimana pun apabila batubara tersebut disimpan dalam bentuk bulk (tumpukan dalam jumlah besar) di stockpile. Self heating disebabkan oleh oksidasi pada permukaan batubara yang kontak dengan oksigen di udara. Sebenarnya panas yang dihasilkan dapat terhilangkan dengan distribusi panas keseluruh batubara atau ke udara dengan penguapan moisture batubara tersebut.

Pembakaran akan terjadi apabila :

-          Adanya bahan bakar (fuel)

-          Adanya oksidan (udara / oksigen)

-          Adanya panas (heat)

       

                                     

FIRE TRIANGLE

Untuk mencegah terjadinya kebakaran harus meniadakan sedikitnya satu dari komponen diatas. Batubara sebagai zat organik yang mengandung gas methan, mudah terbakar karena beroksidasi dengan oxygen dari udara. Pembakaran spontan ini dapat dikontrol apabila ditangani secara benar.

KONSEPSI PEMATANGAN PHILLIPI (1965)

Phillipi (1965) berdasarkan pekerjaannya di Sumatera Selatan, Venezuela (1957) dan cekungan Ventura dan Los Angeles, menunjukkan bahwa pematangan (matiration) minyak bumi yang berhubungan dengan pembentukannya sendiri terjadi dalam batuan induk. Pendewasaan minyak bumi merupakan hasil degradasi termal zat organik, sehingga merupakan fungsi gradien geotemal. Hasil analisa hidrokarbon batuan induk pada batuan sedimen miosen dalam cekungan yang sama, menunjukkan terdapatnya peningkatan progresif daripada jumlah dan perubahan susunan kimia hidrokarbon minyak bumi dalam reservoir. Makin dalam letak batuan dan makin tua umur batuan tersebut, maka kesamaan susunan kimianya dengan minyak bumi tercapai.Hal ini menurut Phillipi (1965) adalah proses pematangan.
Dalam analisanya dari jenis hidrokarbon dalam batuan induk terhadap kedalaman didapatkan :
1. Kadar hidrokarbon bersama dengan perbandingannya hidrokarbon/karbon non karbonat meningkat kuat.
2. Peningkatan ini lambat pada permulaan, tetapi sangat menyolok dalam serpih Miosen Atas (15 juta tahun).
3. susunan secara keseluruhan daripada hidrokarbon dengan titik didih di atas 325 derajat celcius tidak kelihatan berubah dalam proses pembentukan minyak bumi, tetapi sangat menyolok dan bersistem dalam susunan detailnya, antara lain lelebihan nomor atom karbon ganjil dalam kisaran C27 - C33 makin menghilang, dan parafin normal dalam kisaran C18 - C22 terbentuk.
4. Konsentrasi total hidrokarbon dengan titik didih diatas 325 derajat celcius meningkat dengan kedalaman dan umur, disertai pula peningkatan parafin normal dalam batuan serpih.
Pada permulaan, jumlah hidrokarbon yang terbentuk jauh lebih sedikit daripada daya penyerapan zat organik non hidrokarbon, sehingga minyak (yang belum dewasa) yang mula-mula terbentuk akan tinggal ditempat terbentuknya (dalam zat organik) sampai stadium proses pembentukan minyak berikutnya. Jika jumlah minyak yang terbentuk melebihi daya penyerapan zat organik, barulah minyak bumi akan dikeluarkan, dan minyak yang dikeluarkan telah matang.
Pendapat Phillipi (1965) ini menerangkan mengapa dalam lapisan semuda pliosen muda seperti minyak yang didapatkan di California telah matang. Keberatan terhadap teori ini adalah, bahwa minyak harus bermigrasi secara vertikal melalui serpih tebal yang rapat.

PEMATANGAN SEBAGAI KONVERSI GEOKIMIA MINYAK BUMI

Proses pematangan minyak bumi mungkin lebih diyakinkan oleh konsepsi Andreev, Bogomolov, Dobryanski dan Kartev (1958). Proses ini didasarkan atas analisa termodinamika yang menyatakan, bahwa zat organik yang terdiri dari beraneka unsur (heteroelemental) mempunyai energi bebas lebih tinggi, dan transformasi spontan senyawa organik akan selalu terjadi dari enegi bebas lebih rendah. Hidrokarbon siklis yang tidak jenuh, terutama yang asimetris mempunyai energi bebas lebih tinggi daripada molekul jenuh yang sederhana. Penurunan kadar senyawa yang beroksigen dan dekarboxilasi dapat dipakai sebagai indeks transformasi.Dilain pihak dari segi termodinamika, perubahan dari normal hidrokarbon menjadi golongan metil yang bercabang lebih mungkin terjadi daripada sebaliknya, demikian pula dari parafin siklis menjadi parafin bercabang. Hal ini sesuai dengan hukum Reznichenko (1955), yaitu 'hukum akumulasi gugusan metil dalam reaksi kimia'.
Dalam hal ini, secara termodinamika seri parafin merupakan minyak bumi yang paling stabil. Perubahan susunan kimia ini oleh ilmiawan soviet dinamakan sebagai : konversi geokimia minyak bumi. Proses ini menurut Andreev (1958) meliputi 11 tahap :
1. permulaan, zat organik yang telah dideoxigenasikan dalam batuan sedimen (sapropel).
2. Zat resin sekunder, yang terbentuk dengan timbulnya hidrokarbon, termasuk senyawa heterogen.
3. Zat resin primer, yang belum mempunyai sifat hidrokarbon. Konversi menghasilkan residu tak larut selain hidrokarbon.
4. Senyawa aromat yang berberat molekul tinggi, terdiri dari satu atau lebih cincin sikloparafin yang disambung oleh cincin aromat yang sebenarnya.
5. Hidrokarbon aromat bisiklis dan monosiklis yang sederhana.
6. Hidrokarbon sikloparafin-polisiklis : suatu tahap yang paling tidak stabil dan segera berkonversi menjadi zat yang berikutnya.
7. Sikloparafin monosiklis dan bisiklis.
8. Hidrokarbon bersifat parafin : sebagai objek akhir dari semua.
9. Gas alam jenis parafin. Gas ini dipisahkan karena menunjukkan dinamika munculnya gas dari hidrokarbon jenis yang berlainan. Gas terbentuk hanya pada stadium konversi yang kemudian.
10. Senyawa yang banyak mengandung  karbon dengan berat molekul tinggi dan berstruktur siklis, merupakan suatu hasil sekunder yang khas dan belum kehilangan daya larutnya dalam pelarut organik. zat ini merupakan mata penghubung antara zat grafit dan bagian hidrokarbon minyak bumi.
11. tubuh grafit, merupakan hasil akhir pengkonversian minyak bumi atau sebagian minyak bumi.

PROSES PEMATANGAN

Untuk proses pematangan ini diajukan berbagai macam hipotesa.
1. TEORI PERBANDINGAN KARBON ('CARBON - RATIO') DARI WHITE. White (1915) menghubungkan terjadinya perubahan minyak bumi dengan metamorfisme regional, sebagaiman diperlihatkan pada perubahan barubara. Berdasarkan penelitiannya di pegunungan Appalachia disimpulkannya bahwa minyak bumi yang bertingkat paling rendah ditemukan di daerah dengan formasi yang mengandung endapan karbonan yang paling sedikit terubah. Minyak bumi yang lebih tinggi tingkatannya ditemukan di daerah dengan perubahan zat organik yang lebih lanjut, seperti misalnya, batubara sub-bitumina. Di daerah batubara - bitumina tingkatan minyak buminya akan lebih tinggi lagi.
Jika perubahan residu karbon melampui 65 persen atau mungkin 75 persen dari karbon tetap dalam batubara murni, maka distilat minyak bumi terdapat berbagai gas pada temperatur batuan. Teori ini kembali lagi diungkapkan oleh Landes (1967) yang mengkorelasikan langsung antara cara terdapatnya jenis minyak serta gas bumi dengan tingkatan batubara (coal ranks) dan menyebutnya sebagai proses eometamorfisma.
2. FRAKSI MINYAK DALAM BATUAN (DAY, 1916).
Teori ini mengemukakan bahwa pendewasaan disebabkan karena fraksinasi minyak bumi dalam serpih lempung/batuan induknya. pada waktu migrasi, hidrokarbon yang tidak jenuh (naften, aromat) akan melekat pada lempung karena kapilaritas. dengan demikian minyak bumi yang bermigrasi akan lebih matang.
3. HUBUNGAN BERAT JENIS (DERAJAT API) MINYAK BUMI TERHADAP UMUR DAN KEDALAMAN.
Barton (1934) menemukan dari beberapa penelitiannya di daerah Gulfcoast, bahwa untuk umur yang sama, maka dalam terdapatnya minyak bumi makin meningkat kadar fraksi ringan dan derajat API-nya. Demikian pula untuk kedalaman yang sama, makin tua umurnya makin ringan minyak buminya. Hal yang sama ditemukan oleh McNab, Smith, dan Betts (1952).
KESIMPULAN YANG DAPAT DIAMBIL : makin dalam terdapatnya minyak bumi dan makin tua umurnya minyak bumi makin meningkatlah perbandingan hidrogen/karbon. Namun dalam hal gas, maka ditemukan keadaan sebaliknya, makin dalam dan makin tua gas tersebut, perbandingan hidrogen/karbon makin menurun.
Dalam hal ini sumber organik minyak bumi serta lingkungan pengendapan batuan induk harus diperhitungkan, karena fasies merupakan faktor yang lebih kuat daripada kedalaman dan umur. Berbagai proses pendewasaan karena kedalaman dan umur yang telah diusulkan, yaitu :
a. Hidrogenasi dan metilisasi. Dalam proses ini hidrokarbon yang tidak jenuh dijenuhi dengan hidrogen atau metil, dan merubah hidrokarbon siklis menjadi alifat. sebagai kemungkinan sumber hidrogen bebas diusulkan oleh Whitehead dan Breger (1960) cara iradiasi partikel alpa, sebagaimana tersirat dalam teorinya mengenai transformasi zat organik minyak bumi. Sumber lain adalah hasil aktivitas bakteri seperti dikemukakan oleh Zobell (1947).
b. Reaksi katalitis dan 'cracking'. Peninggian temperatur dan pengaktifan katalisator akan mematahkan hidrokarbon berat menjadi hidrokarbon ringan/parafin.
c. aromatisasi. Erdman (1965) mengajukan proses konversi yang terjadi karena penurunan progresif dalam daya larut minyak bumi dari zat aspal, yang khas merupakan penyusunan minyak muda atau minyak primitif. hal ini merupakan suatu polimerisasi senyawa aromatik menjadi kompleks aspal. Dengan demikian zat naften dan aromat akan ketinggalan, dan minyak yang bermigrasi akan menjadi lebih bersifat parafin. Pada proses ini atom hidrogen akan dilepaskan.
d. Migrasi pemisahan dari fasa (Silverman, 1965). Konsepsi ini meliputi pemisahan secara fisik satu fasa dari sistem reservoir minyak bumi berfasa dua, yang kemudian yang diikuti oleh migrasi dari fasa yang telah dipisahkan dari reservoir asalnya. Hal ini meliputi pula penurunan tekanan untuk mendapatkan dua fasa (cairan dan uap). 

PEMATANGAN MINYAK BUMI

PENGERTIAN PEMATANGAN

Pengertian pematangan atau pendewasaan minyak bumi (oil maturation) erat hubungannya dengan masalah waktu pembentukan dan pengertian batuan induk. Banyak ahli geologi minyak bumi berpendapat, bahwa langkah dalam sejarah pembentukan minyak bumi terjadi dalam atau dekat reservior pada waktu atau setelah migrasi primer selesai, dan terdiri dari suatu urutan perubahan purna-diagenesa yang menghasilkan hidrokarbon dari senyawa yang lebih berat dengan molekul rendah. proses ini disebut pematangan atau pendewasaan (maturation) dan hasilnya adalah minyak bumi yang sebenarnya (Dott dan Reynold, 1969). Semua perubahan ini bersifat kimia dan disebabkan berbagai perubahan lingkungan geologi dimana hidrokarbon tersebut berada. Dalam hal ini Phillipi (1965) berpendapat, bahwa proses pematangan terjadi dalam batuan induk, dan yang bermigrasi adalah minyak bumi yang asli. Suatu hal yang perlu direnungkan ialah, bahwa minyak bumi yang belum matang sebagai zat transisi tidak ditemukan. Sedangkan jika jenis minyak aspal dan parafin dianggap sebagai zat yang matang dan belum matang, maka pesoalannya menyangkut varietas jenis minyak bumi. Dalam hal ini beberapa penyelidik seperti Haeberle (1951) dan Hunt (1958) menunjukkan, bahwa fasies memegang peranan dalam menentukan jenis minyak bumi, seperti misalnya perbedaan derajat API. Terlepas daripada fasies, waktu dan perubahan  lingkungan geologi juga dapat merubah minyak bumi secara kimia, hal mana juga dapat dipahami dari segi teori termodinamika. Pengertian minyak 'muda' dan 'matang' : minyak bumi yang bersifat naften atau aspal biasanya dianggap 'muda' (young oil), mengandung lebih banyak senyawa hidrokarbon dengan berat molekul tinggi, berat jenis tinggi (derajat API rendah), perbandingan atom hidrogen terhadap karbon rendah, dan pada umumnya mengandung lebih banyak senyawa yang mengandung belerang, nitrogen dan oksigen, serta kadar bensinnya rendah. Minyak parafin dianggap lebih matang (mature), dan merupakan hasil proses pematangan dari minyak bumi naften, dengan pembentukan senyawa Hidrokarbon dengan berat molekul dan berat jenis rendah, perbandingan atom hidrogen terhadap karbon rendah dan hanya sedikit mengandung belerang, nitrogen dan oksigen, dan kadar bensin tinggi.
Secara termodinamika minyak bumi parafinis memang lebih rendah dan energi bebasnya lebih stabil. proses pendewasaan ini telah dikenal sejak Rogers (1850), dan memperlihatkan korelasi antara metamorfisme dinamis dan temperatur dengan sususnan batubara dan terdapatnya minyak dan gas bumi. Selain itu Rogers menyimpulkan bahwa minyak dengan berat jenis terendah mempunyai tingkat yang tertinggi, mengandung hidrokarbon ringan jenuh yang paling dan bagian terbesar dari hidrogen dan berat jenis yang paling rendah.