SIMULASI ABSORPSI CO2 DAN H2S DARI

GAS ALAM MENGGUNAKAN LARUTAN

MDEA PADA TRAY COLUMN

Harisma Lathifah [2309 105 003]

Deery Adrian [2309 105 016]

Dosen Pembimbing :

Dr. Ir. Kusnarjo, MT

Prof. Dr. Ir. Ali Altway, MS

LABORATORIUM PERPINDAHAN MASSA DAN PANAS

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

Latar Belakang

Gas Alam mempunyai

Kandungan CO2 dan H2S

yang cukup besar

CO2 sebagai impuritis dan

dapat menurunkan

nilai bakar dari gas alam ,

H2S merupakan gas beracun

yang sangat korosif terhadap

peralatan di proses kilang

Perlu adanya

penghilangan H2S dan CO2 dalam

kandungan gas alam

Absorbsi

Paling efektif dan

ekonomis

Sering diaplikasikan

dalam industri

Absorbsi

Pelarut

Type Kolom

K2CO3

Alkanolamine

Packed Column

Tray Column

Penelitian – Penelitian Terdahulu

No Tahun Nama Peneliti Uraian

1.

2.

3.

4.

5.

1991

1994

2001

2007

2009

David M. Austgen

Edward B. Rinker

Nadhir A. Al-

Baghli, dkk

S. Van Loo,dkk

Sanitasari, dkk

Menggambarkan kelarutan H2S dan CO2 dalam larutan

MDEA dan kelarutan CO2 dalam campuran MDEA

dengan MEA atau DEA

Mempelajari kinetika dan permodelan absorpsi CO2 ke

dalam larutan MDEA

Mempelajari Rate Based Model untuk desain absorbsi

CO2 dan H2S menggunakan larutan MEA dan DEA

pada tray.

Mempelajari pengaruh solvent DEA dan MDEA

terhadap banyaknya tray yang digunakan dalan tray

column untuk absorpsi CO2

Melaksanakan penelitian simulasi recovery CO2 pada

gas sintesa dengan absorben K2CO3 dan katalis DEA

dalam packed column.

Rumusan Masalah

Dalam penelitian ini membahas pengaruh

tekanan, temperatur dan konsentrasi MDEA

terhadap besarnya %recovery gas CO2 dan

H2S yang dihasilkan serta profil konsentrasi

komponen di tiap tray.

Tujuan Penelitian

Permodelan matematis proses absorpsi

gas CO2 dan H2S dari gas alam dengan

menggunakan larutan MDEA pada tray

column dan pengaruh penggunaan

berbagai variable terhadap persen

recovery dan profil konsentrasi

komponen dalam tiap tray.

Metodologi Penelitian

Studi Literatur

Pembuatan kesimpulan

Pengembangan

Model Matematis

Pengubahan model matematis

Ke persamaan numerik

Pembuatan program dengan

Software MATLAB versi 6.1

Validasi Model

Interpretasi hasil simulasi

Batasan Masalah

• Kondisi isothermal dan steady state

• Aliran gas dan liquid adalah mix

flow

• Menggunakan Rate Based Model

• Model film untuk transfer massa

• Pendekatan enhancement factor

Sistem Reaksi Kimia

Reaksi gas CO2 terhadap MDEA :

CO2 + CH3N(C2H4OH)2 + H2O CH3N(C2H4OH)2 H+ + HCO3

-

Reaksi gas H2S terhadap MDEA :

H2S+ CH3N(C2H4OH)2 HS- + CH3N(C2H4OH)2 H+

Model matematis untuk setiap tray

• Neraca massa komponen liquid

Lin xin + Ni + Generasi = Lout xout

Liin xiin + Ni + ri a V = Liout xiout

• Neraca massa komponen gas

Gin yin = Gout yout + Ni

Ln, xi n

Gn, yi n

Gn+1, yi n+1

Ln-1, xi n-1

NiTray ke- n

Fluks absorpsi

AAiLi CCEkN

Koefisien perpindahan massa dalam liquid

2131

42,0

AB

L

Dgk

Enhancement factor

ME 1

Konsentrasi gas pada bulk liquid

(gmol/cm3)

LBGLGLL

LAEBOGLiAGLLA

VCkLHekEkHekkEVa

VCCkCLHekEkyPkkEVaC

12

12

Konsentrasi gas pada interface (gmol/cm3)

HekEk

CEkyPkC

GL

ALiAG

Ai

Penyelesaian Numerik

Menggunakan Metode Secant

Pembuatan Program

MATLAB 6.1

Validasi Model

Hasil penelitian ini dibandingkan dengan data

operasi pabrik oil & gas (PT. Hess)

Analisa Model Matematis

Untuk mengevaluasi hasil simulasi

Variabel PenelitianSistem yang dipelajari :

• Diameter Tray = 2,2 m

• Jumlah Tray = 12 tray

• Type Tray = Sieve tray

• Tinggi Weir = 3,95 cm

Variabel input :

• Tekanan absorber = 30 atm, 40 atm, 50 atm, dan 60 atm

• Kadar MDEA = 35 %wt, 45 %wt, dan 55 %wt

• Suhu masuk liquid = 35 0C, 45 0C, 55 0C, dan 65 0C

• Suhu masuk gas = 28 0C

• Laju alir liquid = 8333,3 cm3/s

• Laju alir gas = 546240 cm3/s

Variabel output :

• % recovery CO2 dan H2S

• Konsentrasi komponen dalam fasa gas pada tiap tray

• Konsentrasi komponen dalam fasa liquid pada tiap tray

Absorpsi CO2 pada kondisi

isothermalPengaruh temperatur dan konsentrasi larutan

MDEA terhadap persen recovery CO2

Tekanan 60 atm Tekanan 30 atm

Pengaruh tekanan dan konsentrasi larutan MDEA

terhadap persen recovery CO2

Temperatur 65 0C Temperatur 35 0C

Absorpsi H2S pada kondisi

isothermalPengaruh temperatur dan konsentrasi larutan

MDEA terhadap persen recovery H2S

Tekanan 60 atm Tekanan 30 atm

Pengaruh tekanan dan konsentrasi larutan MDEA

terhadap persen recovery H2S

Temperatur 65 0C Temperatur 35 0C

Distribusi Konsentrasi

Komponen Dalam Liquid

Konsentrasi MDEA, HCO3-, MDEAH+ dan HS- disetiap tray pada

kondisi temperature 350C, tekanan 30 atm, konsentrasi MDEA 35%

Konsentrasi MDEA, HCO3-, MDEAH+ dan HS- disetiap tray pada

kondisi temperature 650C, tekanan 30 atm, konsentrasi MDEA 35%

Distribusi Konsentrasi

Komponen Dalam Gas

Fraksi mole gas CO2, H2S dan CH4 dalam gas alam di setiap tray

pada temperature 350C, tekanan 30 atm dan konsentrasi MDEA 35%

Fraksi mole gas CO2, H2S dan CH4 dalam gas alam di setiap tray pada

temperature 650C, tekanan 30 atm dan konsentrasi MDEA 35%

Fraksi mole gas CO2, H2S dan CH4 dalam gas alam di setiap tray

pada temperature 350C, tekanan 60 atm dan konsentrasi MDEA 35%

Validasi Data Penelitian dengan

Data Lapangan PT.HESS

Variabel Pembanding Hasil Penelitian Data PT.HESS

Laju alir liquid (cm3/s) 8333,3 8333,3

Laju alir gas (cm3/s) 546240 546240

Tekanan (atm) 30 30

Temperatur MDEA (0C) 35 35

Temperatur gas (0C) 28 28

Konsentrasi absorben (%wt) 45 45

% recovery CO2 56.1735 60

% recovery H2S 98.9737 99

KESIMPULAN

Penelitian ini menggunakan model film dengan

pendekatan enhancement factor untuk mengkaji

secara teoritis (dengan permodelan matematis)

kinerja tray column untuk absorbsi CO2 dan H2S

dari gas alam dalam kondisi isothermal. Pada

penelitian ini telah diprediksi juga distribusi

konsentrasi komponen – komponen dalam fasa

liquid dan gas pada tiap tray.

Pengaruh variabel suhu, tekanan, dan konsentrasi MDEA

terhadap persen recovery dalam penelitian ini, adalah :

• Semakin tinggi temperatur maka semakin besar nilai persen

recovery gas CO2 dan H2S.

• Semakin tinggi konsentrasi MDEA maka semakin tinggi pula

persen recovery gas CO2 dan H2S yang dicapai.

• Semakin besar konsentrasi MDEA, peningkatan persen recovery

CO2 dan peningkatan persen recovery H2S adalah semakin kecil.

• Semakin tinggi tekanan maka semakin tinggi pula persen recovery

gas CO2 dan H2S yang dicapai.

KESIMPULAN

• Hasil prediksi kinerja absorpsi pada penelitian ini dibandingkan

dengan data operasi absorpsi pada PT. HESS, yaitu pada kondisi

operasi 30 atm, suhu absorben masuk 35 0C, dan konsentrasi

MDEA 45% wt, terjadi penyimpangan persen recovery CO2

sebesar 6,3775%.

• Perbandingan hasil penelitian untuk absorbsi gas H2S (pada

kondisi operasi 30 atm, suhu absorber masuk 35 0C, dan

konsentrasi MDEA 45% wt) dengan data absorpsi pada PT. HESS,

terjadi penyimpangan sebesar 0,026%. Hal ini dapat terlihat bahwa

persen recovery H2S hampir mendekati kesesuaian 100%.

KESIMPULAN

SARAN

Meneruskan penelitian pada kondisi non –

ishothermal dengan menggunakan variabel

yang lebih beragam agar mendapatkan hasil

yang lebih akurat.