Efek Konsentrasi Promotor Glisin pada Penangkapan Gas CO 2 dengan Larutan Methyldietanolamin (MDEA) Menggunakan Kolom Berpacking

Teks penuh

(1)

Efek Konsentrasi Promotor Glisin

pada Penangkapan Gas CO

2

dengan Larutan Methyldietanolamin (MDEA)

Menggunakan Kolom Berpacking

Ariani1,*), Abdul Chalim1, Rima Marini1, Oktaviana Sri Hardyanti1, Suprapto2

1

Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 2

Teknik Kimia, FTI, ITS

*E-mail: ariani@polinema.ac.id; ariani.chalim@gmail.com

ABSTRAK

Karbon dioksida memiliki banyak manfaat antara lain sebagai dry ice, pemadaman api, pengelasan dan produksi minuman bersoda. Berdasarkan kebutuhan tersebut maka dikembangkan metode absorpsi reaktif dengan senyawa amina tersier, yaitu Methyldiethanolamine (MDEA). Amina tersier menunjukkan kapasitas penyerapan yang lebih tinggi dengan ratio 1:1 M (1 mol CO2/1 mol

MDEA) namun kelemahan dari amina tersier yaitu laju penyerapan yang lambat. Laju penyerapan dapat ditingkatkan dengan penambahan glisin sebagai promotor. Tujuan dari penelitian ini yaitu menentukan pengaruh perubahan konsentrasi glisin terhadap penangkapan gas CO2 terhadap

%CO2 removal, menggunakan larutan MDEA. Penelitian ini dilakukan dengan mengkontakkan

liquid dan gas dalam kolom berpacking jenis raschig ring. Konsentrasi CO2 yang terserap

dianalisis menggunakan sensor gas CO2. Kondisi tetap dalam penelitian ini yaitu spesifikasi kolom

berpacking, jenis gas yang digunakan (CO2 dan udara), jenis promotor, konsentrasi MDEA, laju

alir gas, dan waktu operasi (10 menit). Variabel berubah dalam penelitian ini yaitu konsentrasi promotor Glisin, (blangko, 3%,4%,5%), suhu larutan MDEA (40, 50 dan 60oC), dan Laju alir MDEA (0,2 ; 0,6 ; 0,8 Liter/menit). Berdasarkan hasil analisis, kondisi operasi terbaik dalam penyerapan CO2 yaitu menggunakan promotor glisin sebanyak 3% pada suhu 40oC dengan laju alir

0,2 Liter/menit kondisi tersebut menunjukkan %CO2 removal sebesar 23,74%, Kata kunci: promotor glisin, gas CO2, kolom berpacking, MDEA.

ABSTRACT

Carbon dioxide has many benefits such as dry ice, fire fighting, welding and production of soft drinks. Based on these requirements, a reactive absorption method with tertiary amine compounds, ie Methyldiethanolamine (MDEA) was developed. The tertiary amine exhibits a higher absorption capacity of 1: 1 M (1 mole CO2/1 mole of MDEA) but the weakness of the tertiary amine is the

slow absorption rate. The absorption rate can be increased by the addition of glycine as a promotor. The purpose of this study is to determine the effect of changes in glycine concentration on CO2 gas capture on CO2% removal, using MDEA solution. This research is done by contacting

liquid and gas in raschig ring type packed column. The concentration of CO2 absorbed was

analyzed using a CO2 sensor. Fixed conditions in this study are packed column spesification, CO2

and air condition, MDEA concentration, gas flow rate, promoter type (glycine) and operating time (10 minutes). The variables are promoter concentration (blank, 3, 4, 5%), MDEA solution temperature (40, 50 and 60oC), and MDEA flow rate (0.2 ; 0.6; 0.8 Litre/min). Based on the results of the analysis, the best operating conditions in CO2 absorption were using a 3% glycine promotor

at 40oC with a flow rate of 0.2 Litre/min. The condition indicated CO2 removal of 23.74%.

(2)

1. PENDAHULUAN

Karbon dioksida memiliki banyak manfaat, seperti proses pengelasan, menghilangkan propelan berbahaya, gas pembawa dalam analisis kromatografi, regenerasi penukar ion, mempercepat peningkatan recovery minyak dan gas alam, pembekuan makanan, melindungi makanan selama pengemasan, produksi minuman bersoda, menetralkan alkali pada pengolahan limbah cair, mencegah magnesium meleleh selama proses pengangkutan, pemadaman api, bahan baku pembuatan urea jika direaksikan dengan ammonia, dan memperbaiki proses produksi pulp dan kertas (Haring, 2008). Industri yang menghasilkan gas karbon dioksida yaitu, industri gas, fermentasi, pemurnian gas alam, ethylene oksida, semen dan gas buang industri. (Haring, 2008). Karena beragam manfaat karbon dioksida maka dikembangkan metode untuk menangkap karbon dioksida, yaitu, adsorpsi, absorpsi, membran separation (Valer, 2010), dan kriogenik (Fuqoha,

2012). Metode absorpsi merupakan metode paling sering digunakan di industri,

dilakukan dengan mengkontakkan campuran gas dengan solvent. Senyawa amina adalah jenis solven yang dikembangkan, bersifat tahan lama, mudah diaplikasikan di industri (Benamor, 2016). Dibandingkan amina primer dan sekunder , amina tersier mulai diminati meskipun mempunyai reaksi lambat. Berdasarkan hasil penelitian Navaza (2009), penggunaan katalis diperlukan dalam proses absorpsi menggunakan larutan MDEA untuk meningkatkan laju absorpsi. (Benamor, 2016) melakukan penelitian tentang kinetika reaksi CO2 dengan larutan MDEA

menggunakan katalis glisin. Hasil penelitian menunjukkan, konstanta reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu dan jumlah promotor glisin.

Ruang Lingkup Masalah

Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium dengan jenis kolom absorber yang digunakan adalah packed column. Media penangkap gas CO2 yang digunakan

yaitu MDEA berpromotor glisin dan MDEA. Analisis gas CO2 dilakukan dengan

menggunakan sensor gas CO2.

Batasan Masalah

Dalam studi penggunaan promotor terhadap absorpsi reaktif gas CO2 dalam

larutan methyldiethanolamine (MDEA) menggunakan kolom berpacking sebagai variabel .

Kondisi operasi : gas yang digunakan campuran CO2 dan udara, konsentrasi

MDEA (metildiethanolamine) 20% volume, laju alir gas 44 Liter/menit, waktu operasi 10 menit.

Variabel : Suhu larutan MDEA (40 ; 50 dan 60oC), konsentrasi glysin (3 ; 4 ; 5% volume), laju alir likuid penyerap (0,2 ; 0,4 dan 0,6 Liter/menit)

Rumusan Masalah

Bagaimana pengaruh perubahan konsentrasi promotor terhadap laju penyerapan CO2 %Removal CO2 dalam kolom berpacking?

Bagaimana pengaruh laju alir liquid terhadap laju penyerapan CO2, %Removal

CO2, dalam kolom berpacking?

Tujuan Penelitian

Menentukan laju penyerapan CO2, %Removal CO2 terhadap perubahan

konsentrasi glysin.

Menentukan laju penyerapan CO2, %Removal CO2, terhadap laju alir likuid

(3)

2. METODE PENELITIAN

Pada penelitian ini menggunakan kontaktor packed column. Metode yang digunakan sampling dengan menghitung konsentrasi gas CO2 pada fase gas

menggunakan sensor gas CO₂.

Prosedur Percobaan

Persiapan Peralatan dan Bahan : Pemasangan dan pengesetan kondisi proses pada peralatan absorber packed column. Pembuatan dan pencampuran larutan umpan (promotor glisin dan larutan MDEA sebagai solven). Start-up operasi: Pengesetan dan pemanasan larutan MDEA (suhu controller), Persiapan sensor CO2 menuju port USB komputer. Pengisian kolom bawah absorber dan menjaga

aliran hingga steady. Pengaturan laju alir udara dan gas CO2 hingga kondisi

steady. Running Operasi: Setelah parameter operasi mencapai kondisi steady,

mulai menjalankan aplikasi PLX-DAQ untuk analisis kadar CO2 output. Setiap 10

menit mencatat data pengamatan konsentrasi gas CO2 dari aplikasi PLX-DAQ dan

dilakukan pengubahan variabel

Shut Down Operasi: Mengatur laju alir udara, CO2 dan solven pada posisi “0”

L/menit. Mematikan pompa dan kompresor.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan data pengamatan, efek % promotor terhadap % CO2 removal

menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah promotor yang ditambahkan ke dalam larutan MDEA, semakin banyak gas CO2 yang dapat diserap ke dalam

larutan. Kondisi ini menunjukkan bahwa penambahan promotor berperan penting dalam penyerapan gas CO2. % removal CO2 cenderung turun seiring dengan

kenaikan laju alir larutan MDEA. Hal ini mengindikasikan bahwa absorpsi karbon dioksida dikendalikan dalam lapisan likuid. Laju alir likuid makin besar menghasilkan tekanan gas pada bidang permukaan (interface) besar, sehingga terjadi reaksi komponen CO2 di fase gas dari fase cair ke fase gas. Seiring dengan

meningkatnya suhu larutan MDEA, CO2 yang terserap semakin rendah. Hal ini

terjadi karena kelarutan gas menurun dengan meningkatnya suhu. Banyaknya CO2

yang terserap (% CO2 removal) kedalam larutan MDEA dipengaruhi oleh jenis

promotor dan suhu larutan MDEA yang digunakan.

Gambar 1. Grafik hubungan antara % CO2 Removal vs Suhu pada berbagai

konsentrasi promotor dengan laju alir likuid konstan 0,2 L/menit. 22 23 24 25 26 27 28 35 40 45 50 55 60 65 % C O2 Remo val Suhu (°C)

Laju alir likuid 0,2 L/menit

0,03 0,04 0,05

(4)

Gambar 2. Grafik hubungan antara % CO2 Removal vs Suhu pada berbagai

konsentrasi promotor dengan laju alir likuid 0,4 L/menit.

Gambar 3. Grafik hubungan antara % CO2 Removal vs Suhu pada berbagai

konsentrasi promotor dengan laju alir likuid 0,6 L/menit.

4. KESIMPULAN

1. Semakin besar jumlah promotor yang ditambahkan maka % Removal CO2,

semakin besar.

2. Semakin besar suhu MDEA maka % Removal CO2, semakin kecil.

3. Semakin besar laju alir MDEA maka % Removal CO2, semakin kecil.

4. Kondisi terbaik dalam penelitian ini adalah proses penyerapan CO2 dengan

menggunakan MDEA berpromotor glisin sebanyak 3% pada suhu 40°C dan laju alir likuid 0,2 L/menit.

21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 35 40 45 50 55 60 65 % C O2 Remo val Suhu (°C)

Laju alir likuid 0,4 L/menit

0,03 0,04 0,05 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.5 35 40 45 50 55 60 65 % C O2 Remo val Suhu (°C)

Laju alir likuid 0,6 L/menit)

0,03 0,04 0,05

(5)

5. SARAN

1. Diharapkan ada variabel konsentrasi larutan MDEA pada absorpsi dalam packed column yang digunakan mengetahui dampak laju absorbsi gas CO2.

2. Metode analisis liquid selain titrasi yang memberikan data akurat sehingga dapat dibandingkan dengan hasil analisis CO2 pada fase gas.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terimakasih disampaikan kepada Program Penelitian Hibah Disertasi Doktor, Kemenristek DIKTI atas bantuan dan perhatiannya didalam mendukung pembiayaan penelitian ini pada pelaksanaan tahun 2017.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Armfield. 1985. Engineering Teaching and Research Equipment Gas

Absorption Column. Instruction Manual. Armfield.

[2] Benamor, A., Al-Marri, M. J., Khraisheh M., Nasser, M. S., Tontiwachwuthikul, P. 2016. “Reaction Kinetics of Carbon Dioxide in Aquous Blends of N-Methyldiethanolamine and Glycine Using The Stopped Flow Technique”. Journal of Natural Gas Science and

Engineering, 33 (2016) 186-195.

[3] Eimer, Drag A. 2014. Gas Treating Absorption Theory and Practice. John Wiley & Sons, Ltd. UK.

[4] Fuqoha, Iqlima. 2012. Perancangan dan Estimasi Biaya Unit Pemisahan

Gas Asam dengan Kandungan CO2 dan H2S Tinggi. Laporan Skripsi

Jurusan Teknik Kimia. Universitas Indonesia. Depok.

[5] Geankoplis, Christie John. 2003. Transport Processes and Unit Operations

3rd Edition. Prentice-Hall International, Inc. New Jersey.

[6] Hagen, Jens. 2006. Industrial Catalysis 2nd Edition. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Jerman.

[7] Haring, H. W.2008. Industrial Gases Processing. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Jerman.

[8] Jeffery, G. H., Bassett, J., Mendham, J., Denney, R. C. 1989. Vogel’s

Textbook of Quantitative Chemical Analysis Fifth Edition. Longman Group.

UK.

[9] McCabe, Warren L., dkk. 1993. Unit Operations of Chemical Engineering

5th Edition. McGraw-Hill Inc. New York.

[10] Naibaho, A. E. A. 2012. Absorbsi CO2 Melalui Kontaktor Membran Serat

Berongga Menggunakan Larutan Penyerap Campuran Senyawa Amina (MED/DEA) : Variasi Komposisi Amina. Laporan Skripsi Jurusan Teknik

(6)

[11] Navaza, J.M., Diaz, D. G., Rubia, M. D. 2009. “Removal Process of CO2

Using MDEA Aqueous Solutions in A Bubble Column Reactor”. Chemical

Engineering Journal, 146, 184-188.

[13] Shakhasiri. Chemical of the Week Carbon Dioxide. Entry From

www.scifun.org. Diakses 18 Juli 2017

[14] Samanta, A., S. S. Bandyopadhyay. Tanpa tahun. “Absorption of Carbon Dioxide into Piperazine Activated Aqueous N-Methyldiethanolamine”. Cryogenic Engineering Centre. India.

[15] Schmidt, Lanny D. 1998. The Engineering of Chemical Reactions. Oxford University Press, Inc. New York.

[16] Servatius. 2012. Absorbsi CO2 Melalui Kontaktor Membran Serat

Berongga Menggunakan Larutan Penyerap Tunggal dan Campuran Senyawa Amina : Pengaruh Laju Alir CO2. Laporan Skripsi Jurusan Teknik

Kimia. Universitas Indonesia. Depok.

[17] Valer, M. Mercedes. 2010. Development and Innovation in Carbon Dioxide

(CO2) Capture and Storage Technology Volume 1. Woodhead Publishing.

UK.

[18] Xu, Zhang., Yanhua, Yang., Chengfang, Zhang., Jun, Wang. 2003. “Absorption Rate of CO2 into MDEA Aquous Solution Blended with

Piperazine and Diethanolamine”. Chinese Journal of Chemical

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...

Related subjects :