mea dan dea.pdf
Post on 16-Jan-2016
50 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan semakin berkembangnya ekonomi dunia, konsumsi bahan bakar baik untuk industri, transportasi dan sector lain terus meningkat. Hal ini mengakibatkan semakin meningkatnya peluang emisi gas CO2 ke lingkungan. Sesuai dengan kesepakatan yang tertuang dalam Protokol Kyoto 1997 setiap Negara harus melakukan monitoring terhadap tingkat emisi gas yang dihasilkan di negara tersebut, salah satunya adalah gas CO2. Selain itu keberadaan gas CO2 dalam indutri seperti indutri pengolahan gas dan indutri petrokimia sangat tidak diharapkan, karena gas CO2 dikategorikan sebagai acid gas (gas asam) yang bersifat korosif sehingga bisa merusak sistem perpipaan. Pada indutri Liquified Natural Gas (LNG), gas CO2 harus dihilangkan karena pada suhu sangat rendah CO2 akan membeku yang mengakibatkan tersumbatnya sistim perpipaan dan merusak tubing-tubing pada main heat exchanger. Pada indutri amoniak gas CO2 merupakan produk samping dari proses pembuatan amoniak, dimana gas CO2 bersifat racun bagi katalis dalam proses sitesa amoniak, sehingga harus dipisahkan sebelum masuk kedalam unit pembentukan amoniak. Berdasarkan hal tersebut berbagai metode carbon capture mulai dikembangkan. Salah satunya adalah dengan menggunakan metode absorbsi.
Berbagai metode absorbsi telah dikembangkan, salah satu yang sekarang banyak dipakai adalah absorbsi dengan reaksi. Absorben yang digunakan bisa berupa larutan K2CO3 dengan Promotor, MEA, DEA, dan MDEA. Dan juga larutan amine. Larutan K2CO3 memiliki kelebihan lebih stabil pada suhu tinggi namun memiliki kelemahan reaksi absorbsi CO2 cendrung lambat. Untuk larutan amine reaksi absorbsinya cenderung cepat namun kurang stabil pada suhu tinggi, terutama amine primer dan sekunder. Untuk amine tersier seperti MDEA, reaksinya lebih lambat dibanding amine primer dan sekunder namun kelebihannya adalah amine
2
tersier lebih stabil pada suhu tinggi. Untuk meningkatkan effektifitas absorbsi MDEA bisa dilakukan dengan menambahkan promoter. Piperazine (PZ) adalah salah satu jenis activator yang biasa digunakan dalam proses absorbsi CO2. Namun untuk memilih absorben yang paling efektif harus memperhatikan banyak faktor, baik dari segi selektifitas, efektifitas, kondisi dan biaya operasi yang optimal.
Hendy dkk, (2011) melakukan eksperimen untuk membandingkan absorbsi CO2 dengan menggunakan larutan potasium karbonat disertai dan tanpa disertai promotor. Promotor yang digunakan pada eksperimen ini adalah asam borat. Dengan menggunakan wetted-wall column mereka mempelajari kinetika rekasi CO2 untuk larutan potassium karbonat tanpa promoter dan dengan promoter asam borat 30%. Dari hasil percobaan tersebut didapatkan hasil bahwa pada suhu 80 C dengan penambahan asam borat dengan konsentrasi 0.2 M, 0.6 M dan 1.5 M dapat mempercepat reaksi absorbsi CO2 sebesar 3, 10, dan 29%. Kondisi operasi pada percobaan ini adalah suhu 40-80 C dengan tekanan parsial CO2 sebesar 90 kPa. Astarita, G. (1980) melakukan penelitian dan mendapatkan hasil CO2 mass transfer rate dipengaruhi oleh liquid hold up. Kemudian Ahmadi dkk, (2008) mengembangkan pemodelan untuk absorbsi gas CO2 dengan larutan potasium karbonat panas dengan katalis asam borat. Dalam pemodelan tersebut juga menyertakan kinetika dari reaksi kunci yang mempertimbangkan transfer massa dan kinetika kimia. Mass transfer coefficient dihitung dengan teori surface renewal. Dan reaksi pada fasa liquid ditekankan pada reaksi pembentukan ion karbonat dari CO2 sebagai reaksi yang menentukan laju reaksi keseluruhan. Model matematis ini melibatkan beberapa persamaan differensial dan persamaan aljabar dimana persamaan-persamaan tersebut diselesaikan dengan software kemudian hasil pemodelan tersebut divalidasi dengan menggunakan data pabrik dan digunakan untuk menghitung laju alir, temperatur dan profil kosentrasi dari absorber, untuk analisa sensitivitas. Variasi dari CO2 keluar juga diamati dalam pemodelan tersebut. Penelitian
3
sebelumnya yang dilakukan oleh Xu dkk, (2003) melakukan penelitian mengenai absorbsi gas CO2 dalam larutan MDEA dengan menambahkan Piperazine (PZ) dan DEA. Dari hasil penelitian ini Xu dapat mengembangkan model kinetik untuk proses absorbsi CO2 dalam larutan MDEA dengan campuran Piperazine dan DEA. Hasil penelitian ini menunjukan activation effect dari masing-masing campuran baik DEA, PZ, maupun PZ+DEA dalam proses absorbsi CO2 ini dihasilkan dari hasil variasi rate CO2, transport PZ dan DEA menuju MDEA, serta regeneration rate dari PZ dan DEA. Astarita, G. (1960) melakukan penelitian megenai absorbsi CO2 dalam larutan monoethanolamine (MEA). Percobaan dilakukan dengan menggunakan liquid jet absorber dimana didapatkan hasil tentang kecocokan teori penetrasi begitu juga dengan kinetika dan mekanisme reaksi, dimana dianggap terjado reaksi pada fasa liquid. Cullinane dkk (2005) melakukan penelitian mengenai absorbsi CO2 dengan menggunakan potassium karbonat berpromotor piperazine. Dari penelitian ini didapatkan hasil peningkatan rate absorbsi melalui penambahan piperazine. Sami H Ali dkk (2005) melakukan penelitian mengenai potensi peningkatan absorbsi CO2 dengan melakukan pencampuran 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) dalam peningkatan laju absorbsi untuk amine sekunder. Direct static flow conductimetric digunakan dalam percobaan ini. Dan hasil yang didapatkan adalah kinetika ditentukan temperature dan konsentrasi dari setiap amine yang terdapat pada campuran. Todinca, dkk (2007) melakukan eksperimen mengenai pengaruh penambahan promoter terhadap laju absorpsi gas CO2 kedalam larutan K2CO3 panas. Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen dengan membandingkan antara absorpsi gas CO2 kedalam air, larutan potassium karbonat dan potassium karbonat dengan berbagai macam promoter seperti diethanolamine (DEA) 2-aminoethoxy-ethanol (AMET), triethanolamine (TEA), triethylamine (TREA), dan methylethanolamine (MDEA). Dari hasil penelitian didapatkan bahwa promoter DEA memberikan efek paling besar terhadap laju absorpsi gas CO2. Sedangan
4
Bishoni dkk (2002) melakukan penelitian mengenai thermodinamika dari sistem Piperazine/ Methyldiethanolamine/ Water/ Carbondioxide. Penelitian yang dilakukan adalah untuk mencari kesetimbangan uap-cair dan kelarutan karbondioksida dalam sistem tersebut dengan menggunakan wetted-wall contactor. Kemudian dari data kelarutan karbondioksida dibuat pemodelan kelarutan karbondioksida dengan menggunakan model NRTL untuk elektrolit. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan hasil yang menunjukan volatilitas dari PZ sangat besar. Dan dari hasil pemodelan dapat diprediksi bahwa PZ yang hilang jumlahnya cukup besar hampir sama dengan jumlah MDEA yang hilang ketika digunakan dalam skala industri.
Jean dan Ahmann, (2009) melakukan penelitian untuk mempelajari kinetika dari absorbsi CO2 dari hasil pembakaran dengan pelarut yang berupa campuran antara MethylDiethanolAmine (MDEA) dan TerAmine (TETA). Penelitian ini dilakukan pada range suhu 298-333 K, dengan menggunakan Lewis cell dengan luas area konstan. Perubahan tekanan parsial CO2 terhadap rate absorbsi diamati pada percobaan ini, dimana dengan penambahan sedikit TETA dapat mengakibatkan keningkatkan rate absorbsi CO2. Metode numerik berbasis teori film diterapkan untuk mendapatkan koefisien transfer untuk CO2 dan TETA. Espen dan Geert, (2012) melakukan penelitian mengenai enhancement faktor dalam proses absorbsi dan desorbsi dalam larutan MDEA. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan larutan MDEA 2 M dengan variasi suhu berkisar pada 298.15 K, 313.15 K, dan 333.15 K dengan loading CO2 berkisar pada 0 sampai 0.8 pada batch stirred tank reactor. Pada kondisi operasi yang sama chemical enhancement facor didapati sama dengan yang pernah dilaporkan pada percobaan sebelumnya. Sedangkan kinetika untuk proses absorbsi dengan larutan MDEA dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya, diantaranya adalah Fernando Camacho, dkk (2007). Pada penelitian ini dipelajari mengenai absorbsi gas CO2 murni dengan menggunakan larutan N-methyldiethanolamine (MDEA).
5
Percobaan dilakukan dalam stirred tank reactor dengan suatu luasan yang sudah diketahui area interfasialnya. Variabel yang digunakan pada percobaan ini adalah konsentrasi MDEA yang berada pada rentang 0.1-0.3 M dan temperatur pada rentang 288-313 K. Dari hasil yang didapatkan dapat dideduksi bahwa proses ini terjadi pada kondisi isoermal dan berada pada fast regime reaction dan kinetika orde dua. Orde reaksi adalah satu terhadap konsentrasi amine dan konstanta kinetika pada percobaan ini valid pada semua rentang suhu.Selain oleh Camcho, dkk penelitian mengenai absorbsi CO2 dengan menggunakan larutan MDEA juga dilakukan oleh Hanna, dkk (2010). Pada percobaan ini laju absorbsi gas CO2 dalam larutan methyldiethanolamine diukur dengan menggunakan stirred cell dengan flat gas-liquid interface. Pengukuran dilakukan pada rentang temperatur 293.15-333.15 K dan konsentrasi amine pada rentang 10-20 % massa. Konstanta kinetika yang didapat dilakukan dengan asumsi pseudo-first-order reaction regime. Wen Xu, dkk (1992). Wen Xu melakukan penelitian untuk mempelajari kinetika dari absorbsi gas karbondioksida dalam larutan MDEA yang diaktivasi. Untuk menginvestigasi kinetika dari gas absorbsi gas karbon dioksida dalam larutan methyldiethanolamine (MDEA) dengan piperazine (PZ) sebagai activator dengan menggunakan disk column. Percobaan dilakukan pada rentang temperature antara 30-70 C, dengan konsenrasi MDEA 1.75-4.21 kmol/m3 dan konsentrasi piperazine 0.041-0.21 kmol/m3. Data kinetika yang dihasilkan sesuai dengan mekanisme rapid pseudo-first-order reversible reaction antara CO2 dan piperazine dan parallel dengan reaksi antara CO2 dan MDEA.
Sedangkan pemodelan untuk absorpsi CO2 dilakukan oleh beberapa peneliti diantaranya Nur Ihda, dkk (2013) melakukan simulasi absorbsi reaktif CO2 dalam skala industry dengan pelarut K2CO3 berkatalis. Dalam penelitian ini dikembangkan model matematik unit CO2 removal skala industry dengan pelarut K2CO3 berkatalis dan juga mengevaluasi kinerja dari unti CO2 removal yang dinyatakan dalam %removal dan komposisi gas keluar
6
absorber. Model matematik yang dihasilkan divalidasi dengan data lapangan yang diperoleh dari pabrik PKT II. Katalis yang digunakan pada percobaain ini adalah ACT-1 dengan
2678699274 ( 2868.6462 / )ck e T cm3/mol.s. Sedangkan Gomez, (2003) mengembangkan model simulasi untuk absorbsi CO2 untuk kondisi steady state pada pabrik amoniak komersial. Model matematik yang digunakan pada penelitian ini menggunakan teori dua film untuk menggambarkan sitem gas-liquid. Kemudian Altway dkk, (2008) melakukan penelitian untuk mengkaji ulang mengenai transfer massa disertai reaksi kimia pada absorbsi reaktif gas CO2 pada packed column. Pada penelitian ini dilakukan kajian ulang mengenai simulasi enhancement factor absorbsi disertai reaksi reversible order 2 dalam kondisi non-isothermal pada pemodelan absorbsi gas CO2 dengan larutan K2CO3 pada packed column. Data hasil simulasi kemudian dibandingkan dengan data eksperimen dan diperoleh deviasi dibawah 10% untuk laju alir 3-5 liter/menit. Sedangkan untuk laju alir 5-7 liter/menit nilai deviasi antara 10-30%. Ningsih, dkk (2012) melakukan penelitian mengenai simulasi absorpsi gas multikomponen dalam larutan K2CO3 berpromotor MDEA. Dalam penelitian ini dilakukan kajian setara teoritis mengenai kinerja dari packed column untuk absorpsi CO2 dan H2S dari gas alam dengan menggunakan larutan K2CO3 dengan promoter MDEA. Berdasarkan hasil simulasi didapatkan kesimpulan bahwa kondisi penghilangan CO2 tertinggi diperoleh sebesar 99.947% pada kondisi laju alir 5900 m3/jam, temperature 100 C, laju alir gas 308 kNm3/jam, dan tekanan 32 atm. Harbou (2014) melakukan penelitian mengenai pemodelan dan simulasi absorpsi reaktif CO2 dengan MEA dengan memfariasikan jenis packing dan skala unit absorpsi. Pada penelitian ini dikembangkan model simulasi absorpsi gas CO2 dari gas hasil pembakaran dengan menggunakan larutan MEA. Data hasil simulasi divalidasi dengan data psiko-chemical dari pilot pland yang menggunakan empat jenis packing yang berbeda,
7
Untuk mendapatkan data pada berbagai penelitian tersebut bisa dengan melakukan percobaan (eksperimen) atau dengan menggunakan pilot plant. Namun penggunaan metode ini akan memakan biaya yang relatif besar. Untuk bisa mengatasi hal tersebut salah satu metode alternatif yang bisa dilakukan adalah dengan melakukan model simulasi terhadap jenis-jenis absorben tersebut. Dengan melakukan model simulasi maka biaya bisa ditekan dan kita bisa merubah variable sesuai dengan kebutuhan. Namun model simulasi tidak selalu sempurna banyak faktor yang bisa mempengaruhi keakuratan dari model simulasi seperti kurangnya data kinetika reaksi, ketidakpastian dari physical properties dari bahan yang digunakan, ketidak pastian luas permukaan kontak antara gas dan liquid, serta asumsi orde reaksi yang digunakan. Untuk mengatasi hal ini bisa dilakukan verifikasi data hasil simulasi dengan data pabrik atau data eksperimen yang sudah pernah dilakukan untuk bisa melihat sensitifitas dari model simulasi yang dilakukan. Apabila data hasil simulasi kurang memenuhi data eksperiemn maka bisa dilakukan verifikasi ulang terhadap beberapa asumsi yang digunakan dalam pembuatan model simulasi sampai didapatkan hasil yang sesuai dengan data eksperimen.
1.2 Perumusan Masalah 1. Bagaimana pembuatan model matematik untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column?
2. Bagaimana validasi model matematik untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column?
3. Bagaimana pengaruh variable seperti suhu, tekanan, dan konsentrasi promoter terhadap laju absorbsi dan percent recovery untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column?
8
1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model matematik
proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column, melakukan validasi model matematik dengan membandingkan hasil prediksi dengan data lapangan dan mengkaji secara teoritis pengaruh berbagai variabel proses seperti suhu, tekanan, konsentrasi promotor terhadap laju absorbsi dan percent recovery.
1.4 Manfaat Penelitian
Dengan penelitian ini diharapkan agar membuat model matematik untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column, dapat digunakan untuk mengkaji secara teoritis dan memprediksi pengaruh berbagai variable proses seperti suhu, tekanan, konsentrasi promoter terhadap laju absorbsi dan percent recovery untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column. Dimana hasil prediksi tersebut diharapkan dapat membantu untuk proses perancangan packed column skala industry.
top related