Proses Absorpsi

Absopsi Fisika

Process absorpsi fisika dilakukan dengan menggunakan pelarut organik untuk mengabsorpsi gas asam secara fisik. Process absorpsi gas asam seperti CO2 bergantung pada tekanan dan suhu umpan. Penghilangan CO2 secara absorpsi ini secara optimum dilakukan pada tekanan yang sangat tinggi dan suhu yang rendah. Hal ini dikarenakan pada keadaan ini, tekanan parsial CO2 akan meningkat sedangkan tekanan uapnya menurun sehingga pemisahan menjadi sangat efektif. Setelah pemakaian pelarut sebagai absorben gas asam. Pelarut ini dapat diregenerasi. dengan proses flashing ke tekanan rendah atau dengan stripping menggunakan uap atau gas inert, sementara sebagian pelarut lain bisa diregenerasi hanya dengan proses flashing tanpa panas tambahan (seperti dimetil eter dari polietilen glikol). Proses ini berlangsung pada tekanan yang rendah dan suhu yang tinggi.Pemilihan dari proses absorpsi fisika untuk menghilangkan CO2 dari gas alam untuk proyek LNG diinginkan memiliki ketentuan sebagai berikut:

Tekanan parsial CO2 dalam umpan harus 50 psi atau lebih tinggi. Konsentrasi hidrokarbon berat dalam umpan harus rendah. Hidrokarbon berat yang

dimaksud adalah C3+. Hanya sebagian gas asam yang perlu dihilangkan. Selektivitas penghilangan gas asam berfokus pada CO2. Ada berbagai proses fisika

untuk menghilangkan CO2 dari gas alam, namun tidak semua proses yang tersedia mampu menyisihkan CO2 sampai ke spesifikasi dari LNG standar, yaitu 50 -100 ppmv of 2.5% CO2 sebagai produk.

Proses absorpsi Fisika ini diantaranya:

a. Process dengan Selexol (Selexol Process)

Proses absorpsi ini menggunakan pelarut carbide selexol, yaitu pelarut yang terbuat dari dimetil eter dari polietilen glikol [CH 3(CH2CH2O) nCH3], dengan n adalah nilai antara 3 sampai 9 (Johnson and Homme, 1984). Proses absorpsi dengan selexol ini harus didahului dengan proses gas dehydration sebelum memasuki unit absorpsi selexol.

Keuntungan dari proses selexol:

Kenaikan panas pelarut dalam absorber rendah karena tidak ada panas dari reaksi kimia. Sweet gas dari absorber kering karena afinitas dari pelarut selexol dengan air tinggi. Biaya pabrik dan biaya operasi minimal. Regenerasi dari pelarut adalah dengan stripping menggunakan udara, sehingga tidak

diperlukan panas dari reboiler. Proses selexol memungkinkan untuk pembangunan sebagian besar pabrik dengan

material carbon-steel (baja karbon) karena karakternya yang tidak berair dan sifat kimianya yang inert.

Kekurangan dari proses selexol:

Pelarut memiliki afinitas tinggi pula untuk hidrokarbon berat yang akan dihilangkan pula sekaligus dengan CO2, sehingga akan terjadi kerugian hidrokarbon berat (kondensat).

Proses ini lebih efisien dioperasikan pada tekanan yang tinggi.

b. Proses dengan rectisol

Proses rectisol menggunakan metanol dingin sebagai pelarut, dan karena tekanan uap tinggi dari metanol, proses ini biasanya dioperasikan pada rentang suhu -30 sampai -100°F. Kondisi tersebut merupakan kondisi yang sangat cocok, karena jumlah senyawa hidrokarbon rantai yang lebih panjang, seperti etana dan komponen yang lebih berat sangat terbatas (Weiss, 1988). Ada banyak proses konfigurasi yang mungkin untuk proses rectisol tergantung pada proses persyaratan/spesifikasi dan skalabilitas. Proses rectisol sekarang ini banyak digunakan dalam industri gas alam untuk menghilangkan CO2.

Keuntungan dari proses rectisol:

Pelarut metanol tidak berbusa dan benar -benar larut dengan air sehingga bisa mengurangi losses.

Memiliki stabilitas termal dan kimia yang tinggi. Pelarut non-korosif. Tidak ada masalah degradasi. Baja karbon dapat secara luas digunakan untuk peralatan absorber jenis ini. Pelarut kaya dapat dengan mudah diregenerasi dengan flashing pada tekanan rendah,

sehingga mengeliminasi kebutuhan untuk panas reboiler.

Kekurangan dari proses rectisol:

Pelarut metanol dingin yang digunakan mampu menyerap jejak logam komponen seperti merkuri (Hg) untuk membentuk amalgam dalam proses suhu rendah.

Skema kompleks rectisol dan kebutuhan untuk mendinginkan hasil pelarut mengunjuk kepada biaya modal dan operasional pabrik.

c. Proses dengan Flour

Proses dengan pelarut fluor adalah salah satu proses yang cukup terkenal untuk menghilangkan gas asam saat tekanan parsial gas CO2 pada umpan tinggi (>60 psia), atau saat gas asam yang ingin dihilangkan kandungan CO2-nya cukup tinggi. Proses ini didasarkan pada sifat fisik pelarut propilen karbonan (FLUORTM) untuk penghilangan propylene karbonat (C 4H6O3), adalah pelarut polar dengan afinitas tinggi untuk CO2 dan nilai αij untuk C1 or C2 tinggi, sehingga kehilangan hidrokarbon dalam aliran CO2 yang keluar bisa diminimalisasi.Pada awalnya proses fluor terbatas hanya untuk menghilangkan gas asam dengan komposisi dari C5+ dalam aliran gas alam rendah. Namun, penelitian baru-baru ini telah mengembangkan konfigurasi baru untuk gas treating, sehingga mampu menjangkau kondisi-kondisi yang lebih ekstrem. Misalnya, sekarang ada proses fluor untuk gas alam

dengan kandungan CO2 rendah sampai medium, dan proses fluor untuk gas alam dengan kandungan CO2 medium sampai tinggi.

Keuntungan dari proses fluor:

Proses fluor mengharuskan energi bukan dari sumber api untuk meregenerasi pelarut. Pelarut fluor memiliki kelarutan CO2 yang tinggi dan kemampuan tinggi untuk mengikat

CO2. Tidak dibutuhkan air tambahan untuk meregenerasi pelarut. Operasinya sederhana dan keluarannya berupa gas kering. Saat CO2 pada umpan meningkat, tidak diperlukan banyak modifikasi pada sistem.

Kekurangan dari proses fluor:

Sirkulasi pelarut untuk proses fluor tinggi. Pelarut fluor sangat mahal (SPE 14057). Pelarut memiliki afinitas tinggi untuk hidrokarbon berat yang akan dihilangkan bersama

dengan CO2 sehingga menghasilkan kerugian senyawa hidrokarbon rantai panjang (kondensat).

Absorpsi Kimia

Proses absorpsi kimia adalah proses pemisahan gas asam berdasarkan pada reaksi eksotermis dari pelarut untuk menghilangkan keberadaan CO2 dari gas alam. Kebanyakan absorpsi kimia merupakan reaksi kimia reversibel. Bahan reaktif (pelarut) menghilangkan CO2 berada dalam kontaktor pada tekanan tinggi dan diharapkan pada suhu rendah. Reaksi ini kemudian dibalik oleh proses stripping endotermis pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Proses absorpsi kimia sangat aplikatif saat tekanan parsial gas asam (CO2) rendah dan spesifikasi akhir gas alam yang diinginkan rendah. Dalam proses ini, Kadar air dalam gas meminimalisir absorpsi senyawa hidrokarbon rantai panjang , sehingga membuat pelarut lebih cocok untuk men -treating gas umpan dengan kandungan senyawa hidrokarbon rantai panjang yang cukup tinggi. Mayoritas pelarut kimia proses absorpsi ini menggunakan baik amina maupun karbonat.

a. Absorpsi Kimia dengan Potassium Carbonate (K2CO3)

Proses absorpsi ini menggunakan pelarut kalium karbonat dan bekerja lebih baik pada tekanan gas parsial CO2 berkisar antara 30-90 psi, reaksi utama dari proses ini adalah sebagai berikut:

K2 C O3+CO2+H 2 O↔ 2 KHCO3

Namun, (Ruziska, 1973) mengatakan bahwa persamaan reaksi di atas sebenarnya merupakan proses dengan dua tahapan. Tahap pertama adalah tahap hidrolisis dari kalium karbonat seperti reaksi di bawah ini:

K2 C O3+H 2O ↔ KOH+ KHC O3

Sementara tahapan kedua adalah reaksi yang membuat kalium hidroksida terbentuk selama proses hidrolisis dengan CO2 untuk membentuk kalium bikarbonat.

KOH+CO2+H 2O ↔ KHCO3

Reaksi dengan karbondioksida memberikan dua bagian (mol) kalium bikarbonat saat masing-masing kalium karbonat bereaksi. Karena itu konsentrasi dari pelarut (K2CO3) untuk penghilangan CO2 dikontrol dengan kelarutan kalium bikarbonat.

Keuntungan dari proses kalium karbonat:

Steam yang digunakan dalam sistem tidaklah banyak karena masing-masing kolom absorber dan stripper dioperasikan pada temperatur yang hampir sama (sistem isotermal).

Operasinya murah. Degradasi dari pelarut minimal. Operasinya merupakan operasi sistem sirkulasi yang berkesinambungan dengan bahan

kimia yang murah.

Kekurangan dari proses kalium karbonat:

Kalium karbonat menyebabkan tekanan korosi pada unit-unitnya. Pelarut kalium karbonat bereaksi dengan sejumlah corrosion inhibitor (zat kimia

yang berfungsi untuk menghalangi terjadinya korosi) sehingga menyebabkan erosi pada unit unitnya.

Kecenderungan untuk foaming dan terbentuknya suspensi padat cukup tinggi dalam mengurangi CO2 pada pelarut (di kolom stripper).

Pelarut yang meninggalkan kolom stripper berpada pada kondisi temperatur jenuh dan sebagian tervaporisasi di pompa penghisap, sehingga menyebabkan vibrasi dan keausan yang berbahaya bagi impeller dari pompa yang digunakan.

b. Absorpsi Kimia dengan Pelarut Amine (MEA, DEA, MDEA)

Proses penghilangan gas asam CO2 dan H2S dengan menggunakan amine merupakan teknik absorbsi secara kimia. Dalam absorbsi secara kimia, Proses penghilangan polutan tersebut dilakukan dengan melibatkan reaksi kimia pada tekanan tinggi dan suhu rendah. Senyawa amina adalah pelarut yang paling banyak digunakan pada proses absorpsi ini karena senyawa amina dapat bereaksi dengan CO2 membentuk senyawa kompleks (ion karbamat) dengan ikatan kimia terputus yang lemah (Wang 2003). Ikatan kimia ini dapat dengan mudah terputus dengan pemanasan ( mild heating)sehingga memudahkan proses regenerasi absorben (senyawa amina). Solvent yang umumnya digunakan dalam proses ini diantaranya adalah,

1. Monoethanol amine (MEA)

2. Diethanolamine (DEA)

3. Monodiethanol amine (MDEA)

Ketiga senyawa amina tersebut memiliki kemampuan menyerap CO2 yang baik, laju absorpsi yang cepat, dan mudah untuk diregenerasi (Astarita 1983, Barth 1984, Yu 1985). Berikut ini adalah perbandingan kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pelarut tersebut

NoSifat/Karakteristik

MEA DEA MDEA1 Paling ekonomis Tidak terlalu mahal Paling mahal2 Reaktif dengan CO2 namun

korosifSenyawa moderat, tidak terlalu

korosifTidak korosif

3 Tekanan uap tinggi sehingga sulit diregenerasi

Tekanan uap cukup rendah Mudah diregenerasi

Pemilihan Membran untuk Pemisahan Gas Alam

Kriteria yang penting bagi pemilihan membrane yang tepat untuk pemisahan gas didasari oleh faktor-faktor penting seperti (a) selektivitas membran (b) kemampuan material membran untuk bertahan dari pembengkakan dan kerusakan lainnya (c) kemampuan untuk memproses material membran untuk tetap bekerja dengan kekuatan mekanik yang tinggi di bawah kondisi suhu ekstrim dan campuran feed yang bervariasi.

Dewasa ini ilmu pengetahuan yang digunakan seperti termodinamika, kinetika transfer massa, dan ilmu material sama pentingnya untuk mengendalikan morfologi yang ingin digunakan dan dibutuhkan agar proses berjalan secara efisien dan juga mampu memprediksi sifat dari membran dari pengaruh campuran feed dan kondisi operasi yang berubah-ubah.

a. Membran Polimer

Membran polimer paling banyak dipilih untuk proses pemisahan hingga saat ini di berbagai industri seperti oil & gas dan petrokimia. Driving force dari separasi ini adalah pressure gradient sepanjang material membran. Maka dari itu, kompresi dari feed gas dibutuhkan untuk menyediakan driving force yang cukup untuk permeasi.

Dua jenis polimer yang sering digunakan adalah polimer kaca dan polimer karet. Polimer kaca lebih kokoh sementara polimer karet lebih halus dan fleksibel. Polimer karet unggul dalam permeabilitas sementara polimer kaca unggul dalam selektivitas. Secara struktur, membran terbagi menjadi membran microporous dan membran nonporous dense. Membran microporous memiliki struktur kokoh dengan pori-pori antara 0.01 hingga 10 mikrometer sementara membran nonporous dense adalah lapisan film yang memanfaatkan difusi dengan driving force pressure, concentration, atau electrical potential gradient.

b. Membran Inorganik

Membran inorganik yang biasanya berupa keramik digunakan untuk pemisahan gas karena stabilitas akan temperatur, mekanik, dan kimiawi yang baik. Membran inorganik juga memiliki struktur baik nonporous maupun microporous.

Pemilihan membran untuk proses kami memiliki pertimbangan tambahan yaitu mampu bekerja untuk proses dehidrasi. Setelah mencari di berbagai sumber, kami memilih material polyimide, sebuah polimer dengan sifat yang sangat baik dan mampu bekerja di proses dehidrasi.

Dafpus

Anonim. 2008. Three Basic Methods to Separate Gases. CO2 Capture Project.

Anonim. Membrane Separation Technologies. RTI International.

Abedini, Reza & Nezhadmoghadam, Amir. 2010. Application of Membrane is Gas Separation Process : Its Suitability and Mechanism. Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowski University of Marshhad, Iran.

Salleh, W. N. W. & Ismail, A.F. 2014. Carbon Membranes for Gas Separation Processes : Recent Progress and Future Perspective. Faculty of Petroleum and Renewable Energy Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, Johor Baru, Malaysia.