II. TINJAUAN PUSTAKA
2.13. Proses Penangkapan Gas CO2
2.13.1. Chemical Solvent
Menurut Arnold dan Stewart (1999), proses-proses pelarut kimia (chemical solvent) menggunakan larutan basa lemah yang dapat bereaksi dan menyerap gas asam dari suatu aliran gas. Penyerapan (absorpsi) terjadi karena adanya gaya pendorong (driving force) oleh tekanan parsial gas ke dalam cairan. Reaksinya bersifat bolak balik, dan cukup dengan mengubah tekanan dan temperatur, maka larutan basa tersebut bisa diambil (regenerated) lagi dan disirkulasikan secara berulang-ulang. Beberapa sistem yang biasa digunakan dalam proses amin, yaitu:
a. MEA (Monoetanolamin)
MEA (C2H7NO) adalah jenis amin primer yang dapat digunakan untuk memisahkan H2S dan CO2. MEA adalah campuran yang stabil dan tidak terdegradasi atau perubahan komposisi sampai temperatur titik didih normalnya. MEA reaktif terhadap CO2dan H2S. Rumus bangun MEA adalah sebagai berikut:
(Maddox 1982)
Menurut Arnold dan Stewart (1999), reaksi antara MEA dengan CO2dan H2S antara lain sebagai berikut :
low temp 2(RNH2) + H2S (RNH3)2S high temp low temp (RNH3)2S + H2S 2(RNH3)HS high temp low temp 2(RNH2) + CO2 RNHCOONH3R (karbamat) high temp
Menurut Arnold dan Stewart (1999), reaksi antara MEA dengan karbonil sulfida (COS), dan karbon disulfida (CS2), dapat membentuk garam yang stabil terhadap panas (heat stable salt) yang tidak bisa diperbaharui. Pada temperatur diatas 245oF sebuah reaksi sampingan dengan kehadiran CO2 menghasilkan oxazolidone-2, sebuah garam yang stabil terhadap panas, dan menghilangkan MEA dari proses. Reaksi dengan CO2dan H2S dibalikkan dalam kolom stripper dengan pemanasanrichMEA pada temperatur sekitar 245oF dan tekanan 10 psig. Gas asam meningkat dalam penguapan dan dipindahkan dari puncak kolom. MEA dapat diperbaharui, dan sering dipasang tambahan reclaimer untuk mengambil garam ini sebagai produk kontaminan.
Menurut Arnold dan Stewart (1999), MEA yang sering disirkulasikan di dalam larutan adalah 15 - 20% berat dalam air. Dalam proses penggunaan larutan mengakibatkan 0,3 - 0,4 mol gas asam dipindahkan per mol MEA. Produk sampingan bisa berupa busa, padatan, atau hidrokarbon cair. Busa dihilangkan dengan defoamer, padatan disaring dengan filter, hidrokarbon cair dipisahkan dengan flash tank, dan produk degradasi dipindahkan lewat reclaime.MEA bisa digunakan dengan desain teliti agar tidak terjadi korosi dan kehilangan MEA.
b. DIPA (Diisopropilamin)
Menurut Arnold dan Stewart (1999), DIPA (C6H15NO2) adalah amin sekunder, yang digunakan dalam proses Shell ADIP untuk memurnikan gas alam. Sistem DIPA sama dengan MEA, namun dengan kelebihan bisa menghilangkan COS dan DIPA tetap bisa diperoleh kembali. Sistemnya tidak korosif, dan hanya membutuhkan panas yang lebih sedikit untuk meregenerasinya. Lebih jelasnya mengenai rumus bangun DIPA dapat ditunjukkan pada Gambar 17.
Menurut Arnold dan Stewart (1999), salah satu gambaran dari proses ini adalah pada tekanan rendah DIPA lebih cenderung memisahkan H2S. Pada saat tekanan meningkat, proses pemilihan berkurang. Kemampuan DIPA untuk memisahkan CO2 sama dengan kemampuannya memisahkan H2S. Berdasarkan hal itu, maka sistem ini dapat digunakan untuk memilih memisahkan H2S saja atau untuk memisahkan CO2dan H2S bersama-sama.
c. DEA (Dietanolamin)
Menurut Arnold dan Stewart (1999), DEA (C4H11NO2) merupakan amin sekunder yang lebih lemah daripada MEA, sehingga masalah korosi tidak terlalu besar dan hanya membutuhkan panas yang lebih sedikit untuk meregenerasinya, karena tekanan uapnya lebih rendah. Lebih jelasnya mengenai rumus bangun DEA dapat ditunjukkan pada Gambar 18.
Gambar 18 Rumus bangun DEA (Maddox 1982).
Menurut Arnold dan Stewart (1999), reaksi DEA dengan CO2 dan H2S adalah sebagai berikut :
low temp 2RNH2+ H2S (R2NH2)2S high temp low temp (R2NH2)2S + H2S 2(R2NH2)HS high temp
low temp
2R2NH + CO2 R2NHCOONH2R2 high temp
Menurut Arnold dan Stewart (1999), reaksi DEA dengan COS dan CS2
dapat membentuk campuran yang dapat diregenerasi di dalam kolom stripper. Berdasarkan hal itu, COS dan CS2 dipisahkan tanpa kehilangan DEA. Pada umumnya, sistem DEA termasuk sebuah filter karbon, tetapi tidak termasuk sebuahreclaimer. Reaksi-reaksi stoikiometri DEA dan MEA dengan CO2dan H2S adalah sama. Berat molekul (BM) DEA adalah 105, dibandingkan dengan 61 untuk MEA. Kombinasi BM dan reaksi stoikiometri menunjukkan, bahwa untuk memisahkan jumlah gas asam yang sama dengan MEA, dibutuhkan 1,7 lb sementara MEA cukup 1 lb, dan jumlah volume yang bisa dilarutkan ke dalam air lebih besar, yaitu hingga 35% karena tidak korosif, dibandingkan dengan MEA cukup 20%. Beban berat untuk sistem DEA sekitar 0,65 per mol, lebih besar dibandingkan dengan 0,4 per mol dari MEA. Laju sirkulasi dari larutan DEA lebih sedikit dibandingkan sistem MEA. Tekanan uapnya yang hanya 1/30 kali MEA, membuat resiko kehilangan amin ini hanya ¼ - ½ lb/Mscf, dan panas yang dibutuhkan untuk meregenerasi DEA sebesar Btu/lb atau 25% dari MEA.
d. MDEA (Metildietanolamin)
Menurut Kidnay dan Parrish (2006), MDEA (C5H13NO2) merupakan jenis amin tersier, lebih selektif memisahkan H2S dan lebih banyak kehilangan CO2 dalam spesifikasi perpipaan. Berdasarkan kondisi tersebut, kehilangan CO2terjadi disebabkan oleh proses hidrolisa dari H2S lebih cepat dibandingkan terhadap CO2, dan reaksi pembentukan formasi karbamat tidak terjadi dengan amin tersier. Waktu kontak yang pendek di dalamabsorbermerupakan konsekuensi yang harus digunakan untuk memperoleh kemampuan penyaringan. MDEA memiliki tekanan uap yang rendah, dan dengan demikian dapat digunakan pada konsentrasi lebih dari 60% berat dalam air, tanpa kehilangan nilai penguapan. Lebih jelasnya rumus bangun MDEA dapat ditunjukkan pada Gambar 19.
Gambar 19 Rumus bangun MDEA (Maddox 1982).
Menurut Aliabadi (2009), reaksi antara MDEA dengan air adalah sebagai berikut :
Menurut Newman (1985), pada rasio CO2 atau H2S yang besar, hampir dua per tiga gas CO2tidak tertangkap di absorber dan mengalir ke keluaran gas murni, karena MDEA lebih selektif terhadap H2S. Ketidakmampuan ini akibat MDEA tidak memiliki atom hidrogen (H2) yang dapat menangkap nitrogen (amin tersier) dan tidak bisa bereaksi langsung dengan CO2untuk membentuk karbamat. Berdasarkan hal itu, MDEA sering dicampur dengan amin primer dan sekunder untuk meningkatkan kemampuannya dalam menangkap gas-gas asam.