ABSORBSI CO2 PADA BOILER MELALUI KONTAKTOR MEMBRAN

SERAT BERONGGA

Yoga Adi Pranata (4311413053)

Kimia, Universitas Negeri Semarang

Abstrak

Boiler adalah perlatan industri yang menghasilkan emisi gas buang

SO2, NO2, CO,dan CO2. Proses penghilangan gas CO2 dilakukan

dengan metode baru yaitu dengan penggunaan kontaktor gas cair

membran serat berongga atau gas liquid PVC hollow fiber

membrane modules. Metode ini dilakukan dengan penambahan zat

pelarut yakni CH4, N2, amina DEA. Hasil penyerapan CO2 terefisien

di peroleh dengan penggunaan amina DEA sebagai pelarut. Dengan

penggunaan amina DEA di dapat hasil perpindahan masa sebesar

1,66 E-6 cm/s pada laju alir 150 ml/min dan fluks = 0.025 mol/cm2.s

pada laju alir 1400 ml/min.

Kata kunci: absorpsi CO2, hollow fiber membrane modules. boiler

Abstract

Boiler are industrial tools that produce gas emission SO2, NO2,

CO, and CO2. CO2 removal process performed by a new method

with gas liquid PVC hollow fiber membrane modules. This

method performed with adding solvent which is CH4, N2, amine

DEA. Most efficient CO2 absorption results obtained with amine

DEA as the solvent. With amine DEA solvent it produce mass

movement 1,66 E-6 cm/s at flow rate 150 ml/min and fluks 0.025

mol/cm2.s at flow rate 1400 ml/min.

Key word: CO2 absorption, hollow fiber membrane modules,

boiler

Pendahuluan

Boiler adalah salah satu peralatan di industri yang pada operasionalnya selain

menghasilkan steam juga di emisikan gas buang yang mengandung gas-gas SO2, NO2,

CO, co2, hidrokarbon dan fly ash. Kandungan tertinggi dalam gas tersebut adalah gas

karbon monoksida (CO2). Gas ini sangat berpengaruh dalam pembentukan gas Rumah

kaca (GHG) yang berkontribusi pada terjadinya pemanasan global dan perubahan

iklim.(harihastuti, 2010)

Secara konvensional, proses penghilangan CO2 di industri dilakukan dengan

proses gas absorbsi yang berskala besar. Campuran gas tersebut dikontakkan dengan

pelarut absorben didalam alat seperti packed towers, spray towers, venture towers, dan

sieve-tray towers. Sedangkan tipe dari alat scrubber yang lain seperti buble dan foam

coloumn. Pada kolom konvensional ini, kontak antara fasa gas dan fasa cair terjadi

secara langsung sehingga memungkinkan terjadinya dispersi antar fasa. Kelemahan

yang terjadi pada packed towers, buble dan foam coloumn adalah memiliki laju alir

yang satu arah (cocurrent) sehingga laju perpindahan massa yang terjadi tidak lebih

baik dari kondisi kesetimbangan. Sedangkan untuk laju alir yang berlawanan

(countercurrent) seperti yang terjadi pada packed towers dan juga sieve-tray towers

dapat terjadi peluapan (flooding) jika laju alir gas terlalu besar dan juga akan terjadi

proses penumpukan (loading) jika laju alir terlalu kecil.(D.O, 1987)

Suatu metode baru yang sekarang banyak diteliti sebagai penyerap CO2 adalah

penggunaan kontaktor gas cair membran serat berongga atau gas liquid PVC hollow

fiber membrane modules (HFMM). Banyak studi yang telah dilakukan yang

menggunakan modul membran serat berongga sebagai kontaktor gas cair untuk proses

penyerapan gas CO2 ke dalam berbagai pelarut. Mereka telah mempublikasikan bahwa

modul membran serat berongga dapat menghasilkan gas/liquid interfacialarea per unit

volume yang lebih besar dibandingkan dengan mengggunakan packed coloumn. Ini

terjadi karena fluida yang mengalir didalam membran serat berongga selalu memenuhi

rongga-rongga yang tersedia di dalam membran tersebut sehingga tidak akan ada

penurunan interfacial areajika fluida yang mengalir sedikit dan juga flooding

phenomenajika ada peningkatan laju alir gas yang besar.(Kartohardjono,2007)

Gambar 1. Struktur kimia liquid PVC hollow fiber membrane

modules

Pembahasan

Membran serat berongga yang digunakan pada penelitian ini diproduksi oleh

AKZO Noble Australia berdiameter luar 2,7 mm dengan ukuran pori 0,2 µm. Ada 3

buah kontaktor membran yang digunakan dengan diameter selongsongnya sekitar 1.9

cm dan panjang 40 cm dengan jumlah serat 10, 15 dan 20 buah.

Untuk uji perpindahan massa, pertama kali reservoir diisi air distilasi (pH≈7)

hingga penuh. Kemudian, ke dalam modul dialirkan campuran gas CO2-CH4 atau CO2-

N2 (CO2= 31%) terlebih dahulu selama ± 30 detik agar serat terisi campuran gas.

Setelah itu, pelarut dialirkan ke dalam modul dengan kecepatan yang diinginkan dan

perubahan konsentrasi pelarut yang melewati kontaktor membran diukur melalui

perubahan pH yang terjadi. Kecepatan aliran air divariasikan dari 100 hingga 350

liter/jam. Sementara itu, untuk uji hidrodinamika, aliran masuk dan keluar modul

dihubungkan dengan manometer digital untuk mengukur penurunaan tekanan air yang

terjadi selama melewati kontaktor membran serat berongga.

Penggunaan CO2-CH4 dan CO2-N2 di atas hanya berfungsi sebagai pelarut

dalam proses kerja ini. Dari penelitian yang telah di lakukan oleh Sutrasno

Kartohardjono terlihat bahwa koefisien perpindahan massa bertambah besar dengan

naiknya laju alir pelarut yang mengalir di dalam kontaktor. Hal ini dikarenakan

peningkatan laju alir akan meningkatkan turbulensi aliran sehingga arus Eddy yang

terjadi juga akan semakin besar. Arus Eddy ini akan memperkecil hambatan yang

terjadi di sekitar aliran dan memperbesar koefisien perpindahan massa. Koefisien

perpindahan massa CO2 ke dalam air dapat mencapai sekitar 1,23 x 10-7

m/det.(Kartohardjono 2007: 100)

Proses absorpsi CO2 dengan pelarut amina berlangsung secara kimiawi

dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

Reaksi antara amina yang berfasa cair dengan CO2 yang berfasa gas

menyebabkan reaksi ini termasuk reaksi heterogenous. Akibat perbedaan fasa ini,

kedua senyawa akan sulit untuk berkontak sehingga reaksi yang terjadi tidak

sebanyak yang diharapkan. Untuk itulah diperlukan suatu kontaktor yang akan

meningkatkan kontak antara pelarut dan gas, dalam hal ini adalah membran serat

berongga. Namun konsekuensinya adalah timbulnya penghalang yang menimbulkan

tahanan yang cukup signifikan. Tahanan ini diakibatkan adanya lapisan film fasa

cair, lapisan film fasa gas, serta membran itu sendiri. .(Naibaho 2013: 48)

Untuk studi perpindahan massa, dapat juga dilihat melalui fluks gas CO2. Fluks

gas CO2 yang diserap oleh pelarut melalui kontaktor membran serat berongga, seperti

halnya pada koefisien perpindahan massa, bertambah besar dengan naiknya laju alir

pelarut dan turun dengan bertambahnya jumlah serat yang terdapat di dalam kontaktor

pada laju alir pelarut yang sama. Fluks perpindahan CO2 dari sistem gas CH4-CO2 ke

dalam air dapat mencapai sekitar 1,4x10-9 mol CO2/m2.det. .(Kartohardjono 2007: 100)

Pada penelitian lain, di temukan bahwa ada pelarut lain yang mempunyai daya

serap lebih tinggi di bandingkan dengan CH4 dan N2. Pelarut tesebut ialah amina DEA.

Nilai perpindahan masa optimum dari pelarut air didapat sebesar 1.66E-6 cm/s pada

laju alir 150 ml/min, sedangkan untuk pelarut amina DEA 5% nilai optimum

perpindahan masa didapat sebesar 0.0086 cm/s pada laju alir 1400 ml/min. Sedangkan

nilai fluks optimum dari pelarut air didapat sebesar 2.12E-09 mol/cm2.s pada laju alir

150 ml/min, sedangkan untuk pelarut amina DEA 5% nilai fluks optimum didapat

sebesar 0.025 mol/cm2.s pada laju alir 1400 ml/min.(Naibaho 2013: 48)

Penutup

Absorpsi CO2 pada boiler di lakukan dengan menggunakan kontaktor

membrane serat berongga. Dalam penggunaan alat ini digunakan berbagai pelarut

sebagai bahan yang dapat mengoptimalkan hasil penyerapan emisi CO2. Pelarut yang

di gunakan dalam hal ini adalah CH4, N2, amina DEA. Hasil penyerapan CO2 terbaik

adalah proses yang menggunakan pelarut amina DEA, dengan hasil perpindahan masa

= 1.66E-6 cm/s pada laju alir 150 ml/min, dan fluks = 0.025 mol/cm2.s pada laju alir

1400 ml/min.

Dari penjelasan di atas dapat di simpulkan bahwa penggunaan amina DEA

dalam kontaktor membrane serat berongga lebih efektif di bandingkan dengan CH4 dan

N2. Bagi pengusaha ataupun pihak yang menggunakan boiler sebagai alat produksi

sebaiknya menggunakan kontaktor membrane serat berongga dengan amina DEA

sebagai pelarutnya.

Daftar Rujukan

D.O. Cooney, and C.C. Jackson.1987. “Gas Absorption in a hollow fibre device”.

Chemical Engineering Communication.

Harihastuti, Nani. 2010.”Pengurangan Emisi CO2 Pada Gas Buang Boiler dengan

Teknologi Absorpsi Melalui Membrane Serat Berpori” Jurnal Riset Industri.

Vol IV No. 1: hlm 57

Kartohardjono Sutrasno.2007. “ABSORBSI CO2DARI CAMPURANNYA DENGAN

CH4ATAU N2MELALUI KONTAKTOR MEMBRAN SERAT BERONGGA

MENGGUNAKAN PELARUT AIR”. MAKARA, TEKNOLOGI. VOL. 11 NO.

2: hlm 97

Naibaho, Antonius Eriek Afindo 2013. “ABSORPSI CO2 MELALUI KONTAKTOR

MEMBRAN SERAT BERONGGA MENGGUNAKAN LARUTAN

PENYERAP CAMPURAN SENYAWA AMINA (MEA/DEA) : VARIASI

KOMPOSISI AMINA” Skripsi. UNIVERSITAS INDONESIA