Edisi khusus. Juli 2006 ISSN /.111-13./9

APLIKASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK PENG­OLAHAN GAS BUANG

SudjatmokoPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

ABSTRAK

APLIKASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK PENGOLAHAN GAS BUANG. Emisi gas buang SO}dan NO, ke udara dari suatu aktivitas industri beratterutama dari pembakaran bahan bakar fosil sepertibatubara dan minyak bumi pada pembangkitlistrik merupakan salah satu sumber utama polusi Iingkungan.Polutan udara tersebut seringkali berpindah tempat sampai ribuan kilometer dan menimbulkan masalahIingkungan di tempatlain. bahkan negara lain. oleh karena itu polusi udara tersebutmenjadi masalah besardunia. Pada saat ini beberapa negara telah menerapkan aturan pengendalian emisi yang lebih ketat untukmenyelesaikan masalah polusi udara. Pada saat ini pengolahan gas buang dengan berkas elektrondiketahui sebagai suatu metode pengendalian polusi yang menjanjikan dengan beberapa keunggulan antaralain dapat mengolah SO} dan NO, secara serentak dengan tingkat efisiensi tinggi. merupakan proses kering.ramah Iingkungan karena mengubah polutan menjadi pupuk pertanian dan lain sebagainya. Dalammakalah ini akan dibahas tentang Mesin Berkas mektron dan aplikasinya untuk pengolahan gas buangP!.TV batubara.

Kata Kunci : mesin berkas elektron. pengolahan gas buang. polusi Iingkungan

ABSTRACT

THE APPLICATION OF ELECTRON BEAM MACHINE FOR FLUE GAS TREATMENT. The

emission of environmental pollutant such as SO} and NO, into atmosphere from heavy industrial activities inparticular from fossil fuel burning in electricity production has been recognized one of the main source ofenvironmental pollution. These environmental pollutants sometimes travel more than thousand kilometersand make a trouble in other places. even in other countries. therefore the problem of the air pol/lllionbecame world-wide problem. Now many countries are introducing more strict emission control regulationsto solve the problem. Electron beam treatment offlue gas is now regarded as a promising pol/lllion controlmethod with some advantages: simultaneous reduction of SO} and NO, with high remoml efficiency, heinga d/:vprocess. yieldv a by-product which can he u.vedas agriculture fertilizer. and .W all. In thi.vpap"r lI'il/he discussed concerning electron beam machine and its application for flue gas treatment produced fromcoal burning in the electric power station,

Key words: electron beam machine. flue gas treatment, environmental pol/IIIion

PENDAHULUAN

Emisi gas huang (flue gas) S02 dan NOx kcudara dari aktivitas industri bcraL dan

tcrutama dari pcmbakaran van bakar fosilscpcrti batubara dan minyak bumi pada pcmbangkitlistrik mcrupakan salah satu sumber polusi dalamskala besar. Rcaksi yang terjadi di udara akanmenyebabkan hujan asam yang bcrbahaya bagi ling­kungan. Keadaan ini diperparah dengan mcning­katnya penggunaan batubara bcrkualitas rendahyang mcngandung kadar belerang tinggi.

Dampak terhadap Iingkungan hidupbcrkaitan dengan kebutuhan dan ketcrscdiaan cnergimenjadi faktor penting yang mempcngaruhi

Prosiding Per/emuan dan Presen/asi I1miah Tekn%giAkse/erator dan Ap/ikasinya

r:dis; klllIsus. Ju/i 2006: 38 - 46

pengcmbangan dan pcnggunaan cncrgi sccarakomcrsial, serta teknologi pcngcndalian cmisi gasbuang; karcna pcmbangkitan encrgi mclibatkanmasalah pcnycbaran polusi udara yang dapatmclintasi batas an tar ncgara. stratcgi dan kchijakanyang tcrkoordinasi sccara internasional untukpcngendalian cmisi gas buang S02 dan NO,.

Emisi polutan dari gas buang ditcntukan olchkebutuhan dan kctcrsediaan energi scrta adanyapcmbuatan undang-undang pcngcndalian cmisi. danterutama jenis bahan bakar yang digunakanmcmiliki pcngaruh yang bcsar pada cmisi. Hal iniditunjukkan olch jangkau emisi yang Ichar persatuan kualitas bahan bakar yang bcrbeda: scbagaicontoh: emisi 802 yang tak tcrkendali dari

38

Edisi khllslIs. Jll/i 2006

pcmhakaran hatubara dapat bavariasi an lara 550mg/nr' dan 5.XOO mg/nr'. scdangkan untukpcmbakaran minyak ringan dan minyak baat cmisiSO~ antara 125 mg/mJ dan 1.300 mg/mJ, danpembakaran gas an tara 0 mgtmJ dan 25 mg/mJ.

Emisi NO. dapat bcrvariasi antara 300 mgtmJ untukgas alam dan 1.800 mgtmJ untuk batubara di bagianbawah boiler yang lembabill.

Berbagai negara tclah mcnctapkan batasemisi yang bergantung pada situasi dan kondisimasing-masing negara. dimana batas emisi tersebutdapat bergantung pada jenis pembangkit energi(baru atau lama). bcsarnya sistcm pcmbangkit energidan hahan bakar yang digunakan. Balas emisi dariseliap negara bcrvariasi, sebagai contoh: 200 mgtmJ

SO~ di Austria dan 2.000 mgtmJ SO~ di Australiauntuk pembangkit energi yang sama. Sejumlahnegara telah menetapkan balas emisi polulan darigas buang. namun hasil emisi lidak sclalu memenuhihalas yang dilctapkan. Hal ini mendorong usahaunluk mcndapatkan solusi yang murah gunamengcndalikan kelcbihan cmisi SOz dan NO •.

Ada beberapa tcknologi dan proses yangtelah dikembangkan untuk mengurangi emisi SOzdan NO •. diantaranya adalah FGD (Flue GasDesulphurisalion) dan SCR (Seleclive CatalilicReduction). Tcknologi konvcnsional FGD unlukSOz dan SCR untuk NO. telah dimanfaatkan sccaraluas di berbagai negara maju. namun leknologiterschut masih lerlampau mahal dan penerapannyamcmerlukan lahan yang luas. Suatu lcknologi baruyang mulai diterapkan dalam skala induslri adalahproscs pcmbcrsihan gas buang SOz dan NO. denganMBE (Mcsin Bcrkas Elcktron) yang dapatmengurangi kadar polutan gas buang sampai batasam bang aman untuk lingkungan. Proscs pcngolahangas buang mcnggunakan MBE mempunyaibebcrapa kelebihan dibandingkan dcngan proseskonvensional (FGD dan SCR) an tara lain:merupakan slalu sistem proses yang kompak karcnadapal mengolah SOz dan NO. sccara serentakdengan lingkal elisiensi tinggi. sangal eoeok untukpengolahan gas buang dengan kandungan SOz yanglinggi dan membutuhkan air proscs sedikitdibandingkan dcngan FGD. ramah lingkungankarena proscs akan mcngubah polutan menjadipupuk perlanian dan tidak menghasilkanlimbah/polutan baru. lebih ekonomis ditinjau darisegi konslruksi dan opcrasi instalasi. scrta pcngaruhlcrhadap hiaya produksi tenaga lislrik relatif kceilbahkan ada kemungkinan berubah menjadikeunlungan bila pupuk dapat dikelola dengan baik.serta lahan yang dibutuhkan untuk inslalasi rclatiflehih kceil dibandingkan dengan tcknologi sejcnisyang lain.

AI'UKASI MI:'SIN /JERKAS ELEKTRON UNTUK PENG­OIAIIAN GAS BUANG

Slidjalllloko

ISSN 1./11-13./9

I)alam makalah ini akan disajikan lcntangdeskripsi MBI': unluk pcngnlahan gas huang. dandihahas pcngaruh suhu gas huang. hcsarnya dosis.daya berkas dan energi hcrkas clektron lcrhadapremoval efficiency SOz dan NO •. Diharapkandcngan hasil pcmbahasan terschul dapal mcmberi­kan sumbangan dalam persiapan pelaksanaan Sasar­an Utama BATAN tentang "Engineering DesignDemonstration Plant Mesin Berkas Elcktron Unluk

De-SO. dan De-NO. PLTU Batubara yang diharap­kan dapal disclcsaikan pad a akhir lahun 2006.

DESKRIPSI MBE UNTUK PENG­OLAHAN GAS BUANG

Tcknologi MBE untuk pengolahan gas huangSOz dan NO. pada umumnya lcrdiri dari limakomponen ulama. yailu121 :

I. Spray cooler

2. Sistcm injcksi ammonia

3. Sistem iradiasi : bejana proses dan mesin herkaselektron

4. Sistcm pengumpul prod uk samping

5. Sistcm instrumcntasi dan kendali

Apabila proscs pcngolahan gas huangmenggunakan berkas elektron digunakan unlukmembcrsihkan gas huang dari boiler suatupemhangkil listrik. gas huang pcrlama kali hanlsdihersihkan dari ahu-Iayang mcnggunakan knlcklorpartikel yang biasa disebut ESP (I:leclrostaticPrecipitator). Selanjutnya gas huang dilewalkanpada evaporative spray cooler dimana suhu gasbuang diturunkan ketika humidity mcningkat.kcmudian gas buang sebclum masuk kc dalamhcjana proses (process vessel) diinjeksikan sejumlahammonia. Di dalam bejana proscs gas huangdiiradiasi dcngan bcrkas elektron energi linggi. SOzdan NO. teroksidasi masing-masing mcmhcnlukII~S04 dan IINOJ, dan selanjutnya as am sui fat danasam nitrat tersebut bereaksi dcngan ammonia yangdiinjeksikan mcmbentuk ammonium sulfal danammonium sulfat-nitrat. Garam-garam tcrscbutselanjutnya diproscs mcnjadi scrbuk kcringmenggunakan suatu kolektor partikel konvensional(dry ESP), dan scrbuk kering yang tcrkumpul dapatdijual sebagai pupuk pertanian.

Fasilitas MBE yang digunakan untuk peng­olahan gas buang SOz dan NO. terdiri dari beherapakomponen yang dijelaskan seperti terscbut di bawahini, dan skema proses berkas clektron untuk peng­olahan gas buang disajikan pada Gambar I.

39

Edisi khllslIs. Jllli 2nn6

Gambar I. Skema proses berkas elektron untuk pengolahan gas buangl21•

ISSN 1.fI1-13./9

I. ESP (Electrostatic Precipitator)

Perlakuan awal gas buang sebelummemasuki proses pengolahan mcnggunakan MBE,gas buang dari sistem pembangkit energi yangmengandung particulates, S02 dan NO, dilewatkanpada suatu ESPuntuk membersihkan abu-Iayang.

2. Sistem spray cooler

Gas buang setelah melewati ESP pada suhusekitar 125°C selanjutnya masuk ke dalam evapo­rative spray cooler untuk mencapai suhu sekitar 65°C (suhu proses) dalam suatu pendinginan adiabaticdcngan kandungan uap air hingga 11,5% dalamvolume gas buang. Kabut air diinjeksikan ke dalamaliran gas buang dan pada setiap spray coolermenggunakan single fluid water nozzles denganpompa hidraulik.

3. Sistem injeksi ammonia

Sctelah mclewati sistem spray cooler, gasbuang mengalir ke dalam bejana iradiasi. Pada sisimasuk dari bejana iradiasi, gas ammonia diinjeksi­kan ke dalam gas buang. Ammonia disimpan dalamsuatu tangki penyimpanan yang terlctak di dalamsuatu gedung tersendiri. Pada saat diinjeksikanammonia diuapkan menggunakan pemanasan listrik,dan agar supaya tcrdistribusi dengan baik kc dalamgas buang, maka ammonia didistribusikan meng­gunakan multi-nozzle assembly.

4. Sistem iradiasi

Di dalam bejana proses, gas buang yangmcngandung S02, NO, dan ammonia diiradiasidcngan bcrkas clcktron cncrgi tinggi dari MBE yang

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah TeknologiAk.~elerator dan Aplikasinya

Edisi khusus, Juli 2006,' 38 - 46

dipasang di atas bejana proses dan tegak lurusdengan aliran gas buang. Dosis radiasi dipilihdalam jangkau 0-8 kGy untuk mendapatkanremoval efficiency S02 '" 90% dan removal

efficiency NO, '" 55%, sedangkan parameterlainnya: energi elektron 0,6 - 0,9 MeV, arus berkasmaksimum 110 mA, daya berkas clcktron 90 kW,efisiensi energi 70% dan laju aliran gas buang20.000 Nm3/jam. Fasilitas MBE ditcmpatkan didalam ruangan dengan struktur beton scbagai sistemperisai radiasi agar supaya tidak ada radiasi yangdiemisikan ke lingkungan di sekitarnya.

5. Sistem pengumpul produk sam ping

Gas buang setelah mclewati sistem iradiasidilewatkan ke dalam sistem pengumpul produksamping (by-product collection system) berupa dryESP yang berfungsi menangkap prod uk sampingdengan emisi partikulat kurang dari 30 mg/Nm.1.Pada umumnya produk samping tcrscbut terdiri dariammonium sui fat 88%. ammonium nitrat 10 danabu-Iayang 2%.

6. Sistem instrumentasi dan kendali

Sistem instrumentasi dan kendali (SIK)dalam teknologi MBE memegang peranan rentingpada saat pengopcrasian MBE. Sistcm interlockharus memenuhi keperluan kesclamatan, tcrutamapada fungsi pengendalian dan opcrasi, dan jugauntuk melindungi setiap komponen dan instalasiMBE terhadap kesalahan sistem mekanik dan listrik.SIK berfungsi:

40

Edisi khuSlls. Juli 2006 ISSN 14/1-1349

T adalah suhu gas buang (K).

a adalah ammonia stoichiometry.

dengan: '1502 adalah removal efjiciency SOl (%).

pada suatu sistem evaporative spray cooler sehinggaterjadi penurunan suhu gas buang ketikakelembabannya meningkat. Gas buang yang telahdiinjeksi dengan gas ammonia kemudian dilewatkanpada bejana proses untuk diiradiasi dengan berkaselektron energi tinggi. S02 dan NO. dalam gasbuang teroksidasi dan masing-masing membentukH2S04 dan HNOJ. kemudian secara berurutanbereaksi dengan ammonia yang diinjeksikanmembentuk ammonium sulfa/e dan ammoniumsulfate-nitra/e. Garam-garam terse but diprosesmenjadi bubuk kering (dry powder) menggunakansistem pengumpul produk samping (by-productcollec/ion system). Bubuk kering yang terkumpultersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan pupukpertanian.

Jumlah S02 dan NO. dalam gas buang yangdapat direduksi (removal efficiency) setelah prosesiradiasi berka.~ electron dipengaruhi oleh bebcrapaparameter yang bcrbcda. an tara lain adalah suhu dankelembaban gas buang. dosis terserap. konscntrasiawal NO •• energi dan daya berkas elektron. Adadua proses yang mengakibatkan ter:iadinya rcduksiS02. yang pertama adalah proses kimia yang jugadisebut reaksi terrnal (/hermal reaction) dan keduaadalah reaksi akibat radiasi (radia/ion-induced

reaction). yang sangat bergantung pada suhu dankelembaban gas buangfJ1 :

(I)'Iso, = fdlfl.aJ) + h.(D.a.7)

• Pemeriksaan initial data seeara otomatik

terhadap data entry dan memperkecil ke­salahan operator

• Otomatisasi prosedur startup dan shut down

• Otomatisasi fungsi pengamatan dan kendalisetiap parameter kritis

• Mempermudah dan memperbaiki kendaliproses

• Otomatisasi pengkondisian

• Data logging dan graphic display

Proses pengolahan gas buang menggunakanMBE adalah proses pengolahan kering gas buangIllenggunakan berkas elektron yang secara simultandapat mereduksi S02 dan NO •. lradiasi gas buangmenghasilkan radikal-radikal aktif yang bereaksidengan S02 dan NO. membentuk asam sulfat danasam nitrat. Dengan penambahan ammonia (NHJ).asam sulfat dan asam nitrat akan berubah menjadiammonium sulfat (NH4hS04 dan ammonium sulfat­nitrat (NH4hS04.2NH4NOJ. Prinsip proses peng­olahan gas buang dengan MBE ditampilkan pad aGambar 2.

Apabila iradiasi berkas elektron digunakandalalll proses untuk membersihkan gas buang darisuatu Iwiler sistem pembangkit listrik. gas buangpertama kali harus dibersihkan dari abu-Iayangdcngan Illenggunakan ESP (DIY ElectrostaticI'reci/Jilator). Kcmudian gas buang dilewatkan

PEMBAHASAN

I,o ..•S-K0)N2.~HlO

1·-OH.O.HOz

10.•S.coso. 011..0 "1$0­

H01

NO. 0t1J) HNO,14>0

10•• -I~ 11100'

®",SO. tmJ (•••••)1So­

H>O

(",•••),so. !WJ-IDQ (•••••)'SO'.2" •••••O''<NO,

Gambar 2. Prinsip proses pengolahan gas buang dengan MBE.

APLIKASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK PENG­OLAHAN GAS BUANG

Sudjatmoko

41

Edisi khusus, Juli 2006

Sedangkan removal efficiency NO. bergantung ter­utama pada dosis (3):

dengan :

(NO.)o adalah konsentrasi saat masuk(ppm).

D adalah dosis (kGy) .

kl dan k2 adalah konstante empiris .

Pemilihan kondisi proses yang tepat (kelem-baban gas 10 - 15 vol%, suhu gas 60- 70°C) akanmenghasilkan removal efficiency S02 yang tinggipada pemakaian energi yang rendah. Kira-kira 70%reduksi S02 berasal dari reaksi termokimia dantambahan 20 - 25% dihasilkan dari proses akibatradiasi. Gambar 3 menyajikan hubungan antara

dosis terserap dan removal efJiciency S02 denganbeberapa variasi suhu gas (4,5. Removalefficiencysangat bergantung pada suhu gas buang yangdiproses. Pad a suhu gas buang semakin rendahakan dicapai removal efficiency S02 yang lebihtinggi. Nilai dosis terhadap reduksi S02 menjadikurang berarti dalam daerah suhu gas buang yangsemakin rendah. Kecenderungan ini diakibatkanoleh efek reaksi termal (6).

1 DO • I,.- a D ___ •• --~---.-->. tJ

95 Q_O-- • .",,--.---c "-0 o~ •• ,,-IV

o .•. t."...•

.• A /

tJ /:<:/...•

I...•

/...• t<J AI

.-4

85-G ••Temp. AItS ,A>

------62'C0

.A

e--65 I

IV

80 ---68c:K0 HH.RetloO. 9 - O. II 3

I/)6

7891 01 11213

E-Beam Dose

(KGy)

Gambar 3. Hubungan antara dosis denganremoval efficiency 802141•

Removal efficiency NO. sangat bergantungpada nilai dosis seperti terlihat dalam rumus (2) diatas. Gambar 4 menyajikan hubungan antara dosisterserap dan removal efficiency NO. untuk beberapakonsentrasi NO. yang masuk. Oengan bertambah­nya konsentrasi NO. yang masuk maka removalefficiency NO, berkurang. Reduksi NO.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah TeknologiAkselerator dan Aplikasinya

Edisi khusus, Juli 2006: 38 - 46

ISSN /4//-/349

diakibatkan oleh reaksi dengan radikal-radikal yangdihasilkan oleh iradiasi elektron.

DO,. I. n •• 1NOxCon c.

______ 150ppmA ••

>.95

A••••A

tJ

_1110~ .•.c _ -- 230;;'":/IV

,... A"/'"tJII 0 A

...•

'."•...

' to

...•C •.••

!:185 g . --c(

...•

.",...Cd

/'0>

"ig/g0 "Ci "gc

75

c

KG ••

,. emD.64-67.5'C0 z HM.RatiOO. 9 - O. 93

7

891011, 21 314

E-Beam Dose(KGy)

Gambar 4. Hubungan antara dosis removalefficiency NOx141.

Pada Gambar 5 disajikan removal efficiencyNO. dan S02 versus dosis untuk nilai konsentrasiS02, NO. dan suhu gas tertentu. Karena reaksitermal yang terjadi maka removal efficiency S02sangat bergantung pad a suhu gas buang dan hanyadiperlukan dosis yang rendah untuk mendapatkanremoval efficiency S02 yang tinggi, dan kemudiannilainya konstan sekitar 98% meskipun nilai dosissemakin besar. Removal efficiency NO. sangatbergantung pada nilai dosis, dan pada dosis 4 kGydihasilkan removal efficiency NO. hanya sekitar48% sedangkan removal efficiency S02 telahmencapai 98%. Pada Gambar 6 ditampilkan dataremoval efficiency S02 dan NO. dari KaweczynPilot Plant di Polandia saat beroperasi untuk kondisioperasi: kelembaban gas buang 15 vol% dan suhu45°C, daya berkas elektron sekitar 60 kW. Oibawah kondisi operasi tersebut removal efficiencyS02 98% dan NO. sekitar 70% dapat dicapai[3].

Oalam teknologi pengolahan gas buangmenggunakan MBE, parameter energi elektronE(MeV) dan daya berkas elektron P(kW)merupakan faktor penting untuk ditentukan. Oayaberkas elektron yang diperlukan dalam suatuinstalasi MBE untuk pengolahan gas buang dapatditentukan dengan rumusan[1] :

P (kW) = [M (kg/jam) x D (kGy) ] / 3.600 '7

(3)

dengan :

P adalah daya berkas elektron

M adalah massa gas buang yang akan diproses

42

I:'t/isi kllllsl/s . .II/Ii 2006

f) adalah dosis tcrserap

1]

10

so

30.

10

I,,:<;N 1./11-13./9

'I adalah koetisicn pcnggunaan iradiasi

SOl

so,: 280 comVt().: 200 ppmv

t •• ,: 63 - 65·C

~2

•I,

•6

•B

••

10~ •.E

12

( kG)')

Gambar 5. Removal efficiency NO, dan S02 versus dosislJ1•

I I I Iso, rem ".,'r

1 -~IT I1r1 /

NO'~""I,

('"1/'tf ~a~...!_7"

, I II

IT••• lam

-a"•• -L r --1r Amm

alOktllomltry'I

"

I

.~

110

10090., eo

;<Ji;i' 70.Y g~!¥t (.0~!i &.Hj 5().~i~1 4()t to- ~S•..<II

20

100

= t 3:I•..•..!Iftft~~S~;~.<>8 88••::I•..0 0 ~~ 0ft..

..• ..:..•..•••..s:•......'..•..~•..~•..tt :;ft• ~<;

ft ..0..•'" .....0.. 0;.. ::::::::ft::~!~::,;.:!!!•• ~~;;TI ••••

3,00

2,SO2,00

:~J1.50

!•1.00

1

••O.!iI) 0.00

Gambar 6. Removal efficiency S02 dan NO, pada kondisi operasi suhu gas buang45 DC dan daya berkas 60 kWIJ1•

APLIKASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK PENG­OLAf/AN GAS BUANG

Slidjatmoko

43

Edisi khusus,Juli 2006 ISSN /4/1-/349

fHI

10000

i!'l eo

III~1 I80

I) 60ilJ 401a.-•••• 302 2010

I50, ",,!!,O¥aIJ

,- ... 'v ..I' ;""

IIe._ -----

-......,...".

II II-

NO. " ~ •••.I~ ••

~:i • '.11.1

':'W' ~\,NJ~

r I' ,•••• I"~

•l..•...

,--f~ 'SloIc~t< Y-

-1,.

~M )00

2.602.00

e

fuo

~';i

1.00

1

0.50

:II »"::!;~R :IR ~~000

,.;~t;..t:j•• ;.g'"..•

~ ~t,11~t: !~ ft~

TIm.

Gambar 7. Pengaruh daya berkas elektron terhadap removal efficiency SOz dan NO.pada suhu gas buang 45 °C(31.

"0 :)00IH100

SO,

P40.GO

2.50 !.-.

t: eo IiI 70

2.000l:J

.11 ~'50

"

I I 50

-IilJ 40

t

1t•.

1.00

J

s" 30 :t:~~~ IIIt-tJlI 0.60

o~ ~ R 1 ~ ~ ~ ~ 8 ~ ~ y 5 ~ n , & ~ ~

8~~':ttiH::!n~:t~I'I~0.00~ ; ; ~ s a ~ : ~ ~ ~ ~ ~ ~ 9 ~ ~ ~ ~ " ~ # ~ ~ ~ = ~ ~ ~ ~ ft~! * ~ : : : : : = = : = ~ ~ ~ ~ ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ ~ u ~ ~ ~ ~ ~ : , :

11••••

Gambar 8. Removal efficiency SOz dan NO. untuk beberapa nilai energi berkaselektron yang berbeda!31•

Dalam Gambar 7 ditampilkan pengaruh day a

berkas elektron terhadap removal efficiency SOz dan

NO, pad a suhu gas buang 45°C dan nilaikonsentrasi masukan NO, tertentu, terlihat bahwa

removal efficiency SOz tidak terpengaruh dan hanya

Prosiding Pertemuan dan Presentasi I1miah TeknologiAkselerator dan Aplikasinya

Edisi khusus, Juli 2006: 38 - 46

dipengaruhi oleh suhu gas buang. Sedangkan dayaberkas elektron cukup mempengaruhi nilai removalefficiency NO" dan ini sesuai dengan rum us an pad a

persamaan (3), dimana dosis yang diberikan sebagaifungsi dari daya berkas elektron dan juga mass a gas

44

Edisi khusus, Juli 2006 ISSN 14/1-1349

buang yang mengadung NOx, dan mencapai nilai

optimum 70% pada saat nilai daya berkas elektronsekitar 70 kW.

Besarnya energi elektron setelah mengalamipercepatan di dalam MBE sangat menentukankedalaman penetrasi pada obyek yang diiradiasi,dalam hal ini adalah gas buang. Kedalamanpenetrasi elektron tersebut dapat dituliskan sebagaiberikut[7] :

6 (em) = 0,33 E (MeV) : p (g/cm2) (4)

dengan :

6 adalah kedalaman penetrasi elektron dalam bahan

E adalah energi elektron

p adalah rapatjenis bahan

Pada Gambar 8 ditampilkan removal effi­ciency S02 dan NOx untuk beberapa nilai energiberkas elektron yang berbeda, dan terlihat bahwa

removal efficiency S02 tidak terpengaruh olehperubahan energi elektron terutama karena reduksiS02 hanya diakibatkan oleh efek reaksi termal yang

dipengaruhi oleh suhu gas buang; sedangkan

perubahan energi elektron ada pengaruhnya padanilai removal efficiency NOx' Energi berkas elek­tron yang hilang dipindahkan ke gas buang terdiridari dua komponen utama : pertama adalah dayahenti dari jendela titanium dan celah udara di an tara

keping titanium dalam scanning horn, dan keduakarena serapan dalam bejana reaksi yang berisi gasbuang yang diiradiasi. Untuk elektron denganenergi rendah maka energi yang hilang dalam sistemjendela scanning horn sangat tinggi; sebaliknyauntuk elektron dengan energi tinggi maka energiyang diserap oleh dinding bejana reaksi menjadilebih besar. Oleh karena itu energi optimumelektron dapat diberikan oleh rancangan bejanareaksi, dan nilai removal efficiency NOx tertinggidapat tercapai pada energi elektron optimum yangbesarnya sekitar 0,70 MeV.

(NH4hS04 dan ammonium sulfat-nitrat (NH4h

S04.2NH4N03. Garam-garam tersebut diprosesmenjadi bubuk kering (dry powder) mengguna­kan sistem pengumpul prod uk sam ping (by­product collection system). Bubuk kering yang

terkumpul tersebut dapat dimanfaatkan sebagaibahan pup uk pertanian.

2. Removal efficiency S02 sangat bergantung padasuhu gas buang yang diproses, pada suhu yang

semakin rendah akan diperoleh removalefficiency yang semakin besar. Nilai removalefficiency S02 terhadap dosis menjadi kurangberarti pada daerah suhu gas buang yangsemakin rendah, dan kecenderungan inidiakibatkan oleh efek reaksi termal.

3. Removal efficiency NO, sangat bergantung padadosis yang diberikan dan juga ada kaitannyadengan konsentrasi NO, yang masuk. Denganmeningkatnya konsentrasi NOx yang mas uk,maka removal efficiency dari NOx akanmenurun. Reduksi NOx ini diakibatkan oleh

reaksi dengan radikal-radikal yang dihasilkanoleh radiasi pengion.

4. Daya berkas energi berkas elektron mempunyai

pengaruh terutama pada nilai removal efficiencydari NO" oleh karena itu dalam perencanaanpemakaian MBE untuk pengolahan gas buangperlu dimasukkan optimasi nilai daya berkas dan

energi elektron. Hal ini perlu dipertimbangkankarena semakin besar daya berkas dan cnergielektron berkaitan dengan semakin mahalnyaharga MBE yang akan digunakan.

DAFT AR PUST AKA

[I] CHMIELEWSKI A.G., ILLER E., TYMINSKI

B., ZIMEK Z., Industrial Implementation ofElectron Beam Flue Gas Treatment Process,Third International Symposium and Exhibitionon Environmental Contamination in Central and

Eastern Europe, Warsaw, 1996.

[2] CHMIELEWSKI A.G., ILLER E., ZIMEK Z.,

L1CKI J., Laboratory and Industrial ResearchInstallations for Electron Beam Flue GasTreatment, Institute of Nuclear Chemistry andTechnology - Warsaw, and Institute of Atomic

Energy - Otwock, Poland, IAEA-SM"325/125.

[3] CHMIELEWSKI A.G., TYMINSKI B., ILLERE., ZIMEK Z., AND L1CKI 1., Electron BeamFlue Gas Treatment Process Upscaling,Environmental Applications of Ionizing Radia­tion, John Wiley & Sons, Inc., 1998.

KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan tersebut di atasdapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.

I. Proses pengolahan gas buang menggunakanMBE adalah proses pengolahan kering gas

buang menggunakan berkas elektron yang secarasimultan dapat mereduksi S02 dan NOx' Iradiasi

gas buang menghasilkan radikal-radikal aktifyang bereaksi dengan S02 dan NOx membentuk

asam sui fat dan as am nitrat. Dengan penambah­an ammonia (NH3), asam sulfat dan asam nitrat

akan berubah menjadi ammonium sui fat

APLlKASI MESIN BERKAS ELEKTRON UNTUK PENG­OLAHAN GAS BUANG

Sucijatmoko

[4] HIDEKI NAMBA,

Gases, DepartmentEB Treatment of Flueof Environment and

45

Edisi khllsl/s. Jllli 2006

Resources, Takasaki Radiation ChemistryResearch Establishment, JAERI, Japan, 1993.

[5] TANAKA T., NAM13A H., AND 001 Y., The

Proceedings of Mie International Forum, 1994.

[6] NAM13A H., et al., The Proceedings of the 3'"International Symposium on Advanced Nue/earEnergy Research. 1991

[7] ALI3ERTINSKY. 13.1., High Voltage ElectronAccelerators for Radiation Technology. The

Prosiding Pertemllon don Presentosi IImiah TeknologiAkselerator dan Aplikasinya

fdisi khl/slls . .JlIli 2006: 38 - 46

ISSN f./1I-13-19

Main Characteristics. The Design ofAccelerators and Their Elements. TrainingCourse on Low Energy Accelerators and TheirApplications. Leningrad. USSR. 1988.

[8] CHMIELEWSKI. A.O .. et al .• The DOl/bleWindow for Electron Beam Injection into TheFlue Gas Process Vessel, Radiation Phys.Chern. Vol. 45, No.6, 1995.

46