Risalah Seminar Ilmiah Aplikasi Is%p dan Radiasi, 2()()6

PENGARUH PARAMETER PROSES PADA PEMBERSIHAN S02 DALAM GASBUANG MENGGUNAKAN BERKAS ELEKTRON

MeriSuhartiniclanTri RetnoDyahLPusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi - BATAN

ABSTRAK

PENGARUH PARAMETER PROSES PADA PEMBERSIHAN S02 DALAM GAS BUANGMENGGUNAKAN BERKAS ELEKTRON. Telah dilakukan studi penggunaan mesin berkas elektron dalamproses pembersihan gas buang dengan konsentrasi S02 rendah dan tinggi untuk mengetahui pengaruhparameter proses terhadap efisiensi pembersihan S02' Pada konsentrasi S02 rendah digunakan konsentrasiinlet ± 1000 ppm, variasi dosis 1,1 - 10,9 kGy, kelembaban 14,5 - 27,8%, rasio NH3 0,28 - 0,4 dengan suhugas 65 - 68°C. Hasil yang diperoleh menunjukkan pada konsentrasi S02 rendah, dengan dosis sebesar 1,1 ­3,2 kGy memberikan efisiensi pembersihan S02 sebesar 85%, sedangkan pada konsentrasi tinggi 10 % vol.S02' dosis iradiasi sebesar 6,8 -7 kGy memberikan kenaikan efisiensi pembersihan S02 menjadi 88%.Efisiensi pembersihan S02 meningkat terhadap meningkatnya rasio NH3 dan kelembaban gas. Padakonsentrasi S02 rendah, efisiensi pembersihan S02 akan meningkat dengan turunnya suhu gas.

Kata kunci: berkas elektron, dosis,iradiasi, efisiensi pembersihan

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF PROCESS PARAMETERS ON S02 REMOVAL EFFICIENCY IN FLUE­GAS USING ELECTRON BEAM. A study has been carried out to observe the influence of processparameters on S02 removal efficiency in low and high concentrated flue-gas irradiated by on electron beam.At low S02 concentration using inlet concentration of S02 is ± 1000 ppm, NH3 ratio 0,28 - 0,4, gashumidity 14,5 - 27,8%, gas temperature 65 - 68°C and a radiation dose of 1,1 - 10,9 kGy. The resultshowed that using a radiation dose of 1,1 - 3,2 kGy, the removal efficiency of S02 was 85% at low S02concentration. Meanwhile the removal efficiency of S02 was 88% using a radiation dose of 6,8 - 7 kGy athigh concentration of 10%.vol S02' The removal efficiencies of S02 increased by increasing the ratio of NH3addition and gas humidity. The removal efficiency of S02 increased by lowering gas temperature at low S02concentration.

Keywords: electron beam, irradiation dose, removal efficiency.

PENDAHULUAN

Di Indonesia penggunaan batubara sebagaisumber energi banyak menggunakan jenisbatubara dengan kandungan sulfur cukup tinggi(0/53 - 1,53%! [1]. Di samping produk energiyang dihasilkan, pembakaran batubara sebagaisumber energi dapat menimbulkan pencemaranudara akibat pelepasan gas buang seperti S02/NO•. dan VOC (Volatile Organic Compound! keudara secara terus menerus yang dalam batastertentu dapat menyebabkan penyakit saluranpernafasan kronik serta kerusakan paru-paru danhati[l]. Di samping itu penggunaan batubaradengan kadar sulfur tinggi tersebut dapatmenyebabkan tidak terpenuhinya baku mutuemisi S02 sesuai Keputusan Menteri LingkunganHidup Tahun 2000 sebesar 750 mg/m3[2]. Untukmengatasi masalah ini, maka dilakukan studipenggunaan teknologi berkas elektron yang dapatmengurangi dampak dari kandungan sulfur tinggidalam batubara, sehingga dapat terpenuhi batasbaku mutu emisi S02 menurut peraturan yangberlaku.

Teknologi berkas elektron merupakanproses pembersihan kering (dry-scrubbing! dengandidasarkan pada proses ionisasi dan eksitasimolekul-molekul gas oleh iradiasi berkaselektron. Polutan S02 dan NOx akan teroksidasidan bereaksi dengan radikal-radikal aktif untukmembentuk senyawa asam dan turunannya [3].Dengan menambahkan rasio NH3, maka asam­asam yang terbentuk dapat diubah menjadisenyawa garam yang dapat digunakan sebagaibahan dasar pembuatan pupuk pertanian .

Dalam makalah ini akan dilakukan studibanding penggunaan mesin berkas elektrondalam proses pembersihan gas buang dengankonsentrasi S02 rendah dan gas buangberkonsentrasi S02 tinggi, agar dapat diketahuipengaruh parameter proses dalam pembersihangas buang S02 menggunakan berkas elektron.Studi ini dilakukan selama mengikuti programtraining IAEA pada Mei - Agustus 2000 diInstitute of Nuclear Chemistry and Technology(INCT), Warsawa-Polandia. Hasil yang diperolehdiharapkan dapat melengkapi informasi yangterkait dengan penggunaan berkas elektron untuk

63

Risa/al1 Seminar 1/mial1 Ap/ikasi /sotop dan Radi11si,2006

membersihkan gas 50z terutama hasilpembakaran batubara.

BAHAN DAN METODE

Bahan dan peralatan yang digunakandalam percobaan ini adalah :

- Campuran gas teknis dalam tabung (21%Oz dan 79% Nz). ± 1000 ppm SOz

(konsentrasi rendah) dan konsentrasitinggi 10% vol. SOz (± 3000 ppm SOz).Amonia (NH3) dan Air (HzO)Akselerator elektron ILU-6 dengan energiberkas = 770 keYAnaliser gas dan monitor pencatat

Percobaan dilakukan menggunakan fasilitas yangtersedia di INCT, Warsawa seperti pada Gambar1. Sebagai tahap percobaan pendahuluandilakukan kalibrasi untuk menentukan lajualiran gas sebesar 5 Nm'3h'lserta kalibrasiterhadap alat pengontrol, monitor pencatat sertavolume gas hingga 50z pada inlet mencapaikonsentrasi yang diperlukan.- Penentuan Efisiensi pembersihan SOz :Campuran gas dengan konsentrasi inlet SOz

rendah ± 1000 ppm diiradiasi menggunakanberkas elektron dengan variasi dosis 1,09 - 10,9kGy serta diberi tambahan konsentrasi NH3sesuai rasio stoikiometri. Dalam percobaandigunakan suhu sebesar 65;66 dan 68°C sertakadar uap air sebesar 14%. Pengukuranefisiensi pembersihan SOz dilakukan menurutperhitungan berikut :

Penentuan efisiensi pembersihan konsentrasiinlet SOz tinggi sebesar 10% vol. telah dilakukanoleh peneliti lain menggunakan iradiasi berkaselektron dengan dosis 6,8 kGy dan diberitambahan rasio NH3 sebesar 0,9. Dalampercobaan digunakan suhu 105°C -118°C sertakadar uap air sebesar 15% [4].

HASIL DAN PEMBAHASAN

Efisiensi pembersihan SOz ditentukan olehparameter proses, diantaranya dosis, kelembabangas, kesetimbangan massa dan suhu. Gambar 2menunjukkan pengaruh rasio NH3 terhadapefisiensi pembersihan SOz. Penambahan rasioNH3 dengan jangkauan 0,9 - 1,1 memberikanpengaruh yang nyata pada efisiensi pembersihankonsentrasi SOz tinggi. Rasio NH3 dalamjangkauan 0,28 - 0,40 juga memberikanpengaruh yang cukup signifikan terhadapefisiensi pembersihan konsentrasi SOz rendah.Hal ini menunjukkan bahwa penambahan rasioNH3 akan memberikan peningkatan padaefisiensi pembersihan 50z dalam prosespembersihan gas buang dengan menggunakanmesin berkas elektron.Gambar 3 menunjukkan pengaruh kelembabangas terhadap efisiensi pembersih an SOz.

Efisiensi pembersihan 50z akan meningkatdengan meningkatnya kelembaban gas. lniberlaku baik pada gas dengan konsentrasi SOz

tinggi maupun rendah. Peningkatan kelembabangas menunjukkan adanya kenaikan kadar air,

11\ DCerobongFilter

TitikPengamatan

rretensi Proses

It-m3

1

rl~ikPengamatan

Gambar.l Diagram aliran Proses Pembersihan SOz menggunakan akselerator ILU-6

konsentrasi" inlet"- konsentrasi" outlet"

EfisiensiPembersihan = ko .". I I xl 00% 1)nsentrasl In et

64

berlaku baik pada gas dengan konsentrasi S02tinggi maupun rendah. Peningkatan kelembabangas menunjukkan adanya kenaikan kadar air,sehingga spesies yang paling reaktif adalahradikal OR yang akan bereaksi dengan S02' Inimerupakan reaksi yang sangat berperan dalamproses pembersihan S02 [4].

70

60

50

40

30

20

10

o

L__0~2_8 ~~~ n ~~ ~~ 0,_=_ ~1 _

Gambar.2 Pengaruh Stoikiometri NH3 terhadap Efisiensi

Pembersihan SOz (Eff.SOz = Efisiensi

Pembersihan SOz; H = Highl konsentrasi SOz

tinggi; L = Low I Konsentrasi SOz rendah)

100

90

60

70

60

50

40

30

20

10

o10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

Gambar.3 Pengaruh Kelembaban Gas terhadap Efisiensi

Pembersihan SOz (Eff.SOz = Efisiensi

Pembersihan SOz; H = Highl konsentrasi SOz

tinggi; L = Low I Konsentrasi SOz rendah)

Gambar 4 menunjukkan pengaruh suhugas terhadap efisiensi pembersihan S02' Padakonsentrasi S02 rendah, efisiensi pembersihanS02 akan meningkat dengan turunnya suhu gas.Hal ini disebabkan dengan turunnya suhu gasmemungkinkan terjadinya reaksi termal yangcukup dominan dalam proses pembersihanS02[5]. Sedangkan pada gas dengankonsentrasi S02 tinggi, suhu gas 105 - 118 °ctidak memberikan pengaruh yang cukupsignifikan. lni disebabkan reaktivitas tinggi yang

Risa/ah Seminar //miah ,:p/ikasi /sotop dan Radiasi, 2006

ditimbulkan oleh iradiasi berkas elektron.Penambahan NH3 juga dapat memberikandampak pada kenaikan suhu gas[4].

100

90807060504030zo10075

100115

Gambar.4 Pengaruh Suhu Gas terhadap Efisiensi

Pembersihan SOz (Eff.SOz = Efisiensi

Pembersihan SOz; H = Highl konsentrasi SOz

tinggi; L = Low I Konsentrasi SOz rendah)

Gambar 5 menunjukkan pengaruhbesarnya dosis iradiasi berkas elektron ter-hadapefisiensi pembersihan S02' Pada konsentrasi S02rendah, dosis sebesar 1,1 - 3,2 kGy memberikanefisiensi pembersihan S02 sebesar 85%,sedangkan penambahan dosis sebesar 10,9 kGytidak memberikan pengaruh yang signifikanterhadap efisiensi pembersihan S02. Padakonsentrasi tinggi lO%.vol S02, tanpa dosisiradiasi berkas elektron 1 kGy diperolehefisiensi pembersihan S02 sebesar 57 % yangmerupakan hasil reaksi antara ammonia danuap air dalam fase gas [4]. Penggunaan dosisiradiasi sebesar 6 - 7 kGy memberikan kenaikanefisiensi pembersihan S02 menjadi 88%,sedangkan penambahan dosis hingga 17,3 kGytidak memberikan pengaruh yang signifikanterhadap efisiensi pembersihan S02'

100

90

eo

70

eo

50

'0

20

'0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Gambar.5 Pengaruh Dosis terhadap Efisiensi Pembersihan

SOz (Eff.SOz = Efisiensi Pembersihan SOz; H =

Highl konsentrasi SOz tinggi;L = Low I

Konsentrasi SOz rendah)

65

RisalalJ Seminar Ilmiah AplikaY Isofop dan Radiasi, 2006

KESIMPULAN

• Penambahan rasio NH3 akan memberikanpeningkatan pada efisiensi pembersihan S02menggunakan berkas elektron.

• Efisiensi pembersihan S02 akan meningkatdengan kenaikan kelembaban gas.

• Efisiensi pembersihan S02 konsentrasi rendah(± 1000 ppm) meningkat pada pro-ses dengansuhu yang lebih rendah; sedangkan padakonsentrasi S02 tinggi (10%.vol.). perubahansuhu tidak berpengaruh secara signifikanterhadap efisiensi pembersihan S02'

• Pada konsentrasi ± 1000 ppm S02' dicapaiefisiensi pembersihan maksimum 85% padadosis iradiasi 1,1 - 3,2 kGy; sedangkan padakonsentrasi ± 10% vol. S02 diperoleh efisiensipembersihan maksimum 88% pada dosisiradiasi 6,8 - 7 kGy.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada Prof. A.G. CHMIELEWSKI danMrs. ANNA OSTAPCZUK serta Mrs.YONG XIA

yang telah membantu selama di Institute ofNuclear Chemistry and Technology (INCT).Dorodna-Warsawa, Polandia.

66

DAFTAR PUSTAKA

1. SASTRAWINATA,T ,"Outlook for Coal andElectricity in Indonesia," Coal­Clean ,Efficient & Reliable Energy,Expert Group on Clean Fossil Energy,APEC, Du Jiang Yan City (Chengdu).P.R. China, Nov 18 - 20, 2002.

2. SASTRAWINATA,T, YOUVIAL, M, "SulphurConversion of Indonesian Coal­Concerning of S02 Regulation in theYear 2000, Power Gen Asia, Singapore,22 - 24 September 1999.

3. CHMIELEWSKI, A.G, "Electron Beam

Gaseous Pollutant Treatment", Reportof INCT seri B nr 1/99. Dorodna,Warsaw, Poland, 1999.

4. LORETO.Z V, AHUMADA, S, L,CHMIELEWSKI, A.G, ZIMEK, Z,BULKA, S, LlCKI, J, "Electron-Beam­Induced Removal of 502 in HighlyConcentrated off-Gases", Environmental

Appl. of Ionizing Radiation, John Wiley& Sons.Inc., 1998. 155 - 164.

5. CHMIELEWSKI A.G, TYMINSKI.B, ILLER.E,ZIMEK.Z, LlCK!..J, Electron-Beam FlueGas Treatment Process Upscaling, inEnvironmental Appl. of IonizationRadiation, John Wiley&Sons.Inc., Part12,197-216,1998.