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

Transkripsi

1 Prosiding Seminar Nasional Efek Konsentrasi Promotor Glisin pada Penangkapan Gas CO 2 dengan Larutan Methyldietanolamin (MDEA) Menggunakan Kolom Berpacking Ariani 1,*), Abdul Chalim 1, Rima Marini 1, Oktaviana Sri Hardyanti 1, Suprapto 2 1 Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 2 Teknik Kimia, FTI, ITS * 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 CO 2 /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 CO 2 terhadap %CO 2 removal, menggunakan larutan MDEA. Penelitian ini dilakukan dengan mengkontakkan liquid dan gas dalam kolom berpacking jenis raschig ring. Konsentrasi CO 2 yang terserap dianalisis menggunakan sensor gas CO 2. Kondisi tetap dalam penelitian ini yaitu spesifikasi kolom berpacking, jenis gas yang digunakan (CO 2 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 60 o C), dan Laju alir MDEA (0,2 ; 0,6 ; 0,8 Liter/menit). Berdasarkan hasil analisis, kondisi operasi terbaik dalam penyerapan CO 2 yaitu menggunakan promotor glisin sebanyak 3% pada suhu 40 o C dengan laju alir 0,2 Liter/menit kondisi tersebut menunjukkan %CO 2 removal sebesar 23,74%, Kata kunci: promotor glisin, gas CO 2, 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 CO 2 /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 CO 2 gas capture on CO 2 % removal, using MDEA solution. This research is done by contacting liquid and gas in raschig ring type packed column. The concentration of CO 2 absorbed was analyzed using a CO 2 sensor. Fixed conditions in this study are packed column spesification, CO 2 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 60 o C), and MDEA flow rate (0.2 ; 0.6; 0.8 Litre/min). Based on the results of the analysis, the best operating conditions in CO 2 absorption were using a 3% glycine promotor at 40 o C with a flow rate of 0.2 Litre/min. The condition indicated CO 2 removal of 23.74%. Keywords: glycine promoter, CO 2 gas, packed column, MDEA Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 34

2 Prosiding Seminar Nasional 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 CO 2 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 CO 2 yang digunakan yaitu MDEA berpromotor glisin dan MDEA. Analisis gas CO 2 dilakukan dengan menggunakan sensor gas CO 2. Batasan Masalah Dalam studi penggunaan promotor terhadap absorpsi reaktif gas CO 2 dalam larutan methyldiethanolamine (MDEA) menggunakan kolom berpacking sebagai variabel. Kondisi operasi : gas yang digunakan campuran CO 2 dan udara, konsentrasi MDEA (metildiethanolamine) 20% volume, laju alir gas 44 Liter/menit, waktu operasi 10 menit. Variabel : Suhu larutan MDEA (40 ; 50 dan 60 o C), 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 CO 2 %Removal CO 2 dalam kolom berpacking? Bagaimana pengaruh laju alir liquid terhadap laju penyerapan CO 2, %Removal CO 2, dalam kolom berpacking? Tujuan Penelitian Menentukan laju penyerapan CO 2, %Removal CO 2 terhadap perubahan konsentrasi glysin. Menentukan laju penyerapan CO 2, %Removal CO 2, terhadap laju alir likuid penyerap. Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 35

3 % CO 2 Removal Prosiding Seminar Nasional 2. METODE PENELITIAN Pada penelitian ini menggunakan kontaktor packed column. Metode yang digunakan sampling dengan menghitung konsentrasi gas CO 2 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 CO 2 menuju port USB komputer. Pengisian kolom bawah absorber dan menjaga aliran hingga steady. Pengaturan laju alir udara dan gas CO 2 hingga kondisi steady. Running Operasi: Setelah parameter operasi mencapai kondisi steady, mulai menjalankan aplikasi PLX-DAQ untuk analisis kadar CO 2 output. Setiap 10 menit mencatat data pengamatan konsentrasi gas CO 2 dari aplikasi PLX-DAQ dan dilakukan pengubahan variabel Shut Down Operasi: Mengatur laju alir udara, CO 2 dan solven pada posisi 0 L/menit. Mematikan pompa dan kompresor. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan data pengamatan, efek % promotor terhadap % CO 2 removal menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah promotor yang ditambahkan ke dalam larutan MDEA, semakin banyak gas CO 2 yang dapat diserap ke dalam larutan. Kondisi ini menunjukkan bahwa penambahan promotor berperan penting dalam penyerapan gas CO 2. % removal CO 2 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 CO 2 di fase gas dari fase cair ke fase gas. Seiring dengan meningkatnya suhu larutan MDEA, CO 2 yang terserap semakin rendah. Hal ini terjadi karena kelarutan gas menurun dengan meningkatnya suhu. Banyaknya CO 2 yang terserap (% CO 2 removal) kedalam larutan MDEA dipengaruhi oleh jenis promotor dan suhu larutan MDEA yang digunakan. Laju alir likuid 0,2 L/menit Suhu ( C) 0,03 0,04 0,05 Gambar 1. Grafik hubungan antara % CO 2 Removal vs Suhu pada berbagai konsentrasi promotor dengan laju alir likuid konstan 0,2 L/menit. Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 36

4 % CO2 Removal % CO2 Removal Prosiding Seminar Nasional Laju alir likuid 0,4 L/menit Suhu ( C) 0,03 0,04 0,05 Gambar 2. Grafik hubungan antara % CO 2 Removal vs Suhu pada berbagai konsentrasi promotor dengan laju alir likuid 0,4 L/menit. Laju alir likuid 0,6 L/menit) Suhu ( C) 0,03 0,04 0,05 Gambar 3. Grafik hubungan antara % CO 2 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 CO 2, semakin besar. 2. Semakin besar suhu MDEA maka % Removal CO 2, semakin kecil. 3. Semakin besar laju alir MDEA maka % Removal CO 2, semakin kecil. 4. Kondisi terbaik dalam penelitian ini adalah proses penyerapan CO 2 dengan menggunakan MDEA berpromotor glisin sebanyak 3% pada suhu 40 C dan laju alir likuid 0,2 L/menit. Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 37

5 Prosiding Seminar Nasional 5. SARAN 1. Diharapkan ada variabel konsentrasi larutan MDEA pada absorpsi dalam packed column yang digunakan mengetahui dampak laju absorbsi gas CO Metode analisis liquid selain titrasi yang memberikan data akurat sehingga dapat dibandingkan dengan hasil analisis CO 2 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 DAFTAR PUSTAKA [1] Armfield 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 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) [3] Eimer, Drag A Gas Treating Absorption Theory and Practice. John Wiley & Sons, Ltd. UK. [4] Fuqoha, Iqlima Perancangan dan Estimasi Biaya Unit Pemisahan Gas Asam dengan Kandungan CO 2 dan H 2 S Tinggi. Laporan Skripsi Jurusan Teknik Kimia. Universitas Indonesia. Depok. [5] Geankoplis, Christie John Transport Processes and Unit Operations 3rd Edition. Prentice-Hall International, Inc. New Jersey. [6] Hagen, Jens Industrial Catalysis 2nd Edition. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Jerman. [7] Haring, H. W Industrial Gases Processing. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Jerman. [8] Jeffery, G. H., Bassett, J., Mendham, J., Denney, R. C Vogel s Textbook of Quantitative Chemical Analysis Fifth Edition. Longman Group. UK. [9] McCabe, Warren L., dkk Unit Operations of Chemical Engineering 5th Edition. McGraw-Hill Inc. New York. [10] Naibaho, A. E. A Absorbsi CO 2 Melalui Kontaktor Membran Serat Berongga Menggunakan Larutan Penyerap Campuran Senyawa Amina (MED/DEA) : Variasi Komposisi Amina. Laporan Skripsi Jurusan Teknik Kimia. Universitas Indonesia. Depok. Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 38

6 Prosiding Seminar Nasional [11] Navaza, J.M., Diaz, D. G., Rubia, M. D Removal Process of CO 2 Using MDEA Aqueous Solutions in A Bubble Column Reactor. Chemical Engineering Journal, 146, [13] Shakhasiri. Chemical of the Week Carbon Dioxide. Entry From 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 The Engineering of Chemical Reactions. Oxford University Press, Inc. New York. [16] Servatius Absorbsi CO 2 Melalui Kontaktor Membran Serat Berongga Menggunakan Larutan Penyerap Tunggal dan Campuran Senyawa Amina : Pengaruh Laju Alir CO 2. Laporan Skripsi Jurusan Teknik Kimia. Universitas Indonesia. Depok. [17] Valer, M. Mercedes Development and Innovation in Carbon Dioxide (CO 2 ) Capture and Storage Technology. Woodhead Publishing. UK. [18] Xu, Zhang., Yanhua, Yang., Chengfang, Zhang., Jun, Wang Absorption Rate of CO 2 into MDEA Aquous Solution Blended with Piperazine and Diethanolamine. Chinese Journal of Chemical Engineering, 11 (4) Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang 39