Absorpsi dan Desorpsi Gas CO2 secara Simultan Menggunakan Kontaktor Membran Hollow Fiber Polipropilena dengan Variasi Pelarut Amin Teraktivasi

Dalam proses pengolahan gas alam, komponen pengotor seperti CO2, H2S, N2, dan uap air harus dipisahkan karena dapat mempengaruhi kualitas dan proses pengolahan gas alam lebih lanjut. Teknologi kontaktor membran merupakan perkembangan pemisahan CO2 yang menggabungkan proses absorpsi gas dengan pelarut dan teknologi membran. Kelebihan teknologi kontaktor membran dibandingkan dengan teknologi konvensional adalah memiliki luas kontak gas-liquid yang lebih besar, ukuran alat yang lebih kecil, bersifat modular, dan laju alir gas dan liquid dapat diatur secara independen sehingga dapat mengatasi masalah operasional. Pada penelitian ini digunakan kontaktor polipropilena (PP) hollow fiber yang terpisah untuk absorpsi dan desorpsi. Absorpsi-desorpsi CO2 dilakukan menggunakan pelarut amin teraktivasi yang bertujuan untuk mengetahui pelarut yang efektif dan pengaruh aktivator dalam pelarut. Penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui koefisien perpindahan massa CO2 pada proses desorpsi dan mempelajari pengaruh parameter operasi terhadap performansi absorpsi-desorpsi CO2. Pada proses absorpsi, gas yang mengandung CO2 dialirkan ke bagian shell pada P = 1,5 bar dan T = 31oC (atmosferik) dan pelarut pada P = 1,5 bar dan T = 31oC (atmosferik) dialirkan ke bagian tube membran. Sedangkan untuk proses desorpsi, pelarut yang kaya CO2 keluar absorber dipanaskan hingga T = 70oC sebelum masuk ke dalam desorber. Proses desorpsi untuk melepaskan CO2 dari pelarut dilakukan dengan metode vakum dengan Pvakum = 0,2 bar (gauge) pada bagian shell. Pada penelitian ini, pelarut amin yang digunakan adalah diethanolamina (DEA) dan methyl diethanolamina (MDEA) dengan variasi penambahahan aktivator, yaitu piperazine (PZ), arginin, dan mono sodium glutamate (MSG). Parameter operasi yang divariasikan untuk mendapatkan koefisien perpindahan massa total dari eksperimen adalah laju alir pelarut, yaitu 100-500 mL/menit. Analisa konsentrasi gas CO2 di dalam gas dan liquid menggunakan metode titrasi chittic. Dari hasil percobaan, pelarut dengan penambahan aktivator lebih baik dibandingkan pelarut tanpa aktivator. DEA-PZ memberikan hasil terbaik untuk proses absorpsi dan desorpsi. Fluks absorpsi DEA-PZ adalah 3,2488 x 10-4 mol/m2s dengan CO2 removal sebesar 93,574%, kemudian nilai fluks desorpsi adalah 6,8631 x 10-3 mol/m2s dan efisiensi desorpsi sebesar 81,101%. Dari ketiga jenis aktivator yang digunakan, aktivator PZ memberikan nilai fluks dan efisiensi paling tinggi. Persamaan Wilson Plot untuk menentukan koefisien perpindahan massa CO2 pada proses desorpsi menggunakan pelarut DEA tanpa aktivator adalah 1/KOL = 27,162(1/Re0,8) + 17,533 sedangkan untuk DEA-PZ adalah 1/KOL = 11,389(1/Re0,8) + 20,076. Sedangkan untuk pelarut MDEA tanpa aktivator adalah 1/KOL = 112,28(1/Re0,8) + 143,88 dan untuk MDEA-PZ adalah 1/KOL = 90,419(1/Re0,8) + 20,486. Pada uji kinerja kontaktor membran selama 240 menit, nilai fluks dan %CO2 removal terus menurun seiring bertambahnya waktu operasi hingga 75 menit pertama dan setelah itu menunjukkan nilai yang konstan sampai menit ke-240. %CO2 removal pada proses absorpsi dan desorpsi secara simultan adalah 82,191%. ======================================================================================================= In natural gas processing processes where the main component is a hydrocarbon must be separated from impurity components such as CO2, H2S, N2, and water vapor as they may affect the quality and processing of natural gas further. Contactor membrane technology is an improvement of CO2 removal technology combining gas absorption process with solvent and membrane technology in order to set the pattern of flow rate for avoiding flooding, loading, foaming, and entrainment that usually occurs in conventional absorption technology. The advantages of membrane contactors compared to conventional absorption technology are high surface area per unit contactor volume, independent control of gas and liquid flow rates without any operational problems, small size device, known gas–liquid interfacial area, modular and being easy to scale up or down. In this work, arginine, piperazine (PZ), and mono sodium glutamate (MSG) as activators were added into diethanolamine (DEA) and methyl diethanolamine (MDEA) solution to form aqueous solutions of activated DEA and activated MDEA. Polypropylene hollow fiber membrane contactor was used to absorption and desorption process in separately and simultaneously. CO2 absorption and desorption were performed using an activated amine solvent which aims to determine the most effective solvent and activator effect in the solvent. This study also aims to determine the CO2 mass transfer coefficient in the desorption process and the effect of operation parameters on the performance of CO2 absorption�desorption. In absorption process, feed gas with CO2 40% volume and 60% volume N2 balance flowed into shell side of membrane modul at P = 1,5 barg and T = 31oC. vi Then solvent flowed from the bottom of membrane module into tube side at P = 1,5 barg and T = 31oC. While desorption process, the CO2-rich solvent from absorber was heated to T = 70oC before entering into the desorber. After heating, CO2-rich solvent continuosly pumped into tube side of the hollow fiber membrane contactor. During desorption process, shell side of the module membrane contactor was kept at 0,2 barg by vacuum pump. Range of flow rate that used in this work was 100 – 500 mL/min. Analysis of CO2 concentration in gas and liquid were obatained by chittic titration method. The experimental results showed that the addition of activator could enhance the flux and efficiency of absorption and desorption. DEA�PZ give the best result for both absorption and desorption process. The highest value of absorption flux of DEA-PZ was 3,2488 x 10-4 mol/m2 s, while CO2 removal was 93,574%. Then, the highest value of desorption flux of DEA-PZ was 6,8631 x 10-3 mol/m2 s and desorption efficiency was 81,101%. From the three types of activators used, PZ provide the highest value of flux and efficiency. The Wilson Plot equation for the CO2 mass transfer coefficient in the desorption process using the DEA solvent without activator was 1/KOL = 27,162(1/Re0,8) + 17,533. While for DEA�PZ was 1/KOL = 11,389(1/Re0,8) + 20,076. Then, Wilson Plot equation for the MDEA solvent without activator was 1/KOL = 112,28(1/Re0,8) + 143,88. While for MDEA-PZ was 1/KOL = 90,419(1/Re0,8) + 20,486. In a membrane contactor performance test for 240 minutes, the flux and CO2 removal values decrease continuesly with increasing operating time up to the first 75 minutes then showed a constant value up to 240 minutes. %CO2 removal in the process of absorption and desorption simultaneously is 82.191%