ii ABSTRAK ADSORPSI SO 2 DENGAN ADSORBEN CuO/-Al 2 O 3 DALAM REAKTOR UNGGUN DIAM Oleh David Bahrin NIM: 33012001 (Program Studi Doktor Teknik Kimia) Mengingat batubara Indonesia memiliki kandungan sulfur berkisar antara 0,1% s.d 9,8%, pembangkit listrik berbahan bakar batubara memiliki potensi menghasilkan emisi SO 2 di atas baku mutu lingkungan. Desulfurisasi menggunakan adsorben berbasis oksida logam atau campuran oksida logam seperti CuO/-Al 2 O 3 berpotensi untuk dikembangkan. Teknik ini memiliki keunggulan diantaranya penyediaan relatif mudah, kapasitas adsorpsi SO 2 yang cukup besar dan dapat diregenerasi sehingga dapat digunakan berulang kali. Penyangga yang digunakan adalah penyangga -Al 2 O 3 komersial yang diproduksi oleh Laboratorium Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis, Institut Teknologi Bandung dengan karakteristik; 1) luas permukaan spesifik 218,43 m 2 /g, 2) volume pori 0,46 cm 3 /g, dan 3) diameter pori 83,33 Å. Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian disertasi ini adalah mendapatkan adsorben CuO/-Al 2 O 3 dengan karakteristik baik dan performa tinggi untuk adsorpsi SO 2 melalui pembuatan dan karakterisasi adsorben CuO/-Al 2 O 3 pada berbagai konsentrasi logam Cu, evaluasi uji kinerja adsorben CuO/-Al 2 O 3 dalam aspek pengaruh konsentrasi logam Cu dan temperatur adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi SO 2 dan lama waktu adsorben CuO/-Al 2 O 3 mencapai kejenuhan (topik-1). Metode penempelan logam Cu pada penyangga -Al 2 O 3 menggunakan impregnasi kering dan teknik adsorpsi SO 2 menggunakan reaktor unggun diam. Pemilihan reaktor unggun diam lebih disebabkan karena kemudahan dalam pengoperasiannya. Uji regenerasi adsorben CuO/-Al 2 O 3 jenuh dilakukan untuk mengembalikan kemampuannya dalam menjerap SO 2 (topik-2). Adsorben CuO/-Al 2 O 3 yang digunakan adalah adsorben dengan kinerja yang paling baik dari hasil percobaan topik-1. Regenerasi adsorben CuO/-Al 2 O 3 jenuh menggunakan metode dekomposisi panas dengan mempertimbangkan tidak perlu biaya tambahan pembelian zat pereduksi, tidak perlu melakukan oksidasi tembaga setelah regenerasi. Regenerasi adsorben CuO/-Al 2 O 3 jenuh dilakukan pada temperatur 500, 600 dan 700C, laju alir udara 1, 2 daan 3 mL/detik dengan lama waktu regenerasi 20, 40 dan 60 menit. Jumlah siklus adsorpsi-regenerasi sepuluh kali. Karakterisasi adsorben CuO/-Al 2 O 3 meliputi sifat pori dan jenis kristal yang terbentuk dilakukan pada adsorben yang telah melalui proses adsorpsi-regenerasi berulang untuk memperkuat analisa pengaruh regenerasi terhadap kinerja adsorben.
7
Embed
ABSTRAK - sps.itb.ac.id penelitian disertasi ini adalah mendapatkan adsorben CuO/ -Al 2 O 3 ... hasil pembakaran batubara dengan kadar sulfur sekitar 1% berat (air dry basis),
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ii
ABSTRAK
ADSORPSI SO2 DENGAN ADSORBEN CuO/-Al2O3
DALAM REAKTOR UNGGUN DIAM
Oleh
David Bahrin
NIM: 33012001
(Program Studi Doktor Teknik Kimia)
Mengingat batubara Indonesia memiliki kandungan sulfur berkisar antara 0,1%
s.d 9,8%, pembangkit listrik berbahan bakar batubara memiliki potensi
menghasilkan emisi SO2 di atas baku mutu lingkungan. Desulfurisasi
menggunakan adsorben berbasis oksida logam atau campuran oksida logam
seperti CuO/-Al2O3 berpotensi untuk dikembangkan. Teknik ini memiliki
keunggulan diantaranya penyediaan relatif mudah, kapasitas adsorpsi SO2 yang
cukup besar dan dapat diregenerasi sehingga dapat digunakan berulang kali.
Penyangga yang digunakan adalah penyangga -Al2O3 komersial yang diproduksi
oleh Laboratorium Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis, Institut Teknologi
Bandung dengan karakteristik; 1) luas permukaan spesifik 218,43 m2/g, 2)
volume pori 0,46 cm3/g, dan 3) diameter pori 83,33 Å. Tujuan yang ingin dicapai
pada penelitian disertasi ini adalah mendapatkan adsorben CuO/-Al2O3 dengan
karakteristik baik dan performa tinggi untuk adsorpsi SO2 melalui pembuatan dan
karakterisasi adsorben CuO/-Al2O3 pada berbagai konsentrasi logam Cu, evaluasi
uji kinerja adsorben CuO/-Al2O3 dalam aspek pengaruh konsentrasi logam Cu
dan temperatur adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi SO2 dan lama waktu
adsorben CuO/-Al2O3 mencapai kejenuhan (topik-1). Metode penempelan logam
Cu pada penyangga -Al2O3 menggunakan impregnasi kering dan teknik adsorpsi
SO2 menggunakan reaktor unggun diam. Pemilihan reaktor unggun diam lebih
disebabkan karena kemudahan dalam pengoperasiannya.
Uji regenerasi adsorben CuO/-Al2O3 jenuh dilakukan untuk mengembalikan
kemampuannya dalam menjerap SO2 (topik-2). Adsorben CuO/-Al2O3 yang
digunakan adalah adsorben dengan kinerja yang paling baik dari hasil percobaan
topik-1. Regenerasi adsorben CuO/-Al2O3 jenuh menggunakan metode
dekomposisi panas dengan mempertimbangkan tidak perlu biaya tambahan
pembelian zat pereduksi, tidak perlu melakukan oksidasi tembaga setelah
regenerasi. Regenerasi adsorben CuO/-Al2O3 jenuh dilakukan pada temperatur
500, 600 dan 700C, laju alir udara 1, 2 daan 3 mL/detik dengan lama waktu
regenerasi 20, 40 dan 60 menit. Jumlah siklus adsorpsi-regenerasi sepuluh kali.
Karakterisasi adsorben CuO/-Al2O3 meliputi sifat pori dan jenis kristal yang
terbentuk dilakukan pada adsorben yang telah melalui proses adsorpsi-regenerasi
berulang untuk memperkuat analisa pengaruh regenerasi terhadap kinerja
adsorben.
iii
Percobaan topik-1 dan topik-2 menggunakan gas model berupa campuran gas SO2
dan udara bebas uap air dengan konsentrasi antara 4600 s.d 21.000 ppmv atau
13.150 s.d 60.000 mg/Nm3. Laju alir gas umpan 1,4 s.d 1,8 mL/detik atau 84 s.d
108 mL/menit dan jumlah adsorben mula-mula adalah 0,4 g dan 1 g. Pada
percobaan topik-3, konsentrasi SO2 gas model mendekati konsentrasi SO2 nyata
hasil pembakaran batubara dengan kadar sulfur sekitar 1% berat (air dry basis),
yaitu 680 ppmv atau 2500 mg/Nm3. Laju alir gas umpan pada percobaan topik-3
yaitu 1,21 L/menit.
Kinerja adsorben CuO/-Al2O3 dapat dilihat dari progres konsentrasi SO2 dalam
aliran gas keluar reaktor atau kurva breakthorugh. Model dan parameter kinetika
pemodelan yang tepat dapat digunakan untuk memprediksi kurva breaktrough
proses adsorpsi SO2 dengan adsorben CuO/-Al2O3. Tujuan yang ingin dicapai
pada penelitian topik-3 adalah merepresentasikan hasil penelitian adsorpsi SO2
dengan adsorben CuO/-Al2O3 dengan model yang dikembangkan oleh peneliti
sebelumnya dengan kondisi percobaan yang hampir sama namun dengan
konsentrasi SO2 yang jauh lebih rendah dan menggunakan adsorben CuO/-Al2O3
hasil sediaan sendiri. Hasil kajian adalah parameter pemodelan seperti konstanta
kecepatan reaksi keseluruhan (kr), konstanta laju konsumsi CuO (kd), energi
aktivasi (Ea) dan faktor tumbukan (A).
Konsentrasi logam Cu berpengaruh signifikan terhadap perubahan sifat pori (luas
permukaan spesifik dan volume pori) adsorben CuO/-Al2O3. Kapasitas adsorpsi
SO2 adsorben jenuh meningkat hingga konsentrasi logam Cu 8%-berat adsorben,
dan kapasitas adsorpsi SO2 cenderung turun pada konsentrasi logam Cu lebih dari
8%-berat adsorben. Temperatur adsorpsi berpengaruh nyata terhadap kapasitas
adsorpsi adsorben. Lama waktu adsorben mencapai kejenuhan meningkat dengan
meningkatnya temperatur adsorpsi dan cenderung sama pada berbagai konsentrasi
logam Cu.
Regenerasi dengan dekomposisi panas secara nyata dapat meregenerasi adsorben
8Cu bekas pakai. Regenerasi adsorben 8Cu bekas pakai pada temperatur
regenerasi 600C menghasilkan adsorben dengan kemampuan adsorpsi SO2 rata-
rata paling tinggi hingga siklus adsorpsi-regenerasi kesepuluh. Regenerasi
adsorben dengan dekomposisi panas terutama pada temperatur 500C tidak dapat
mengembalikan sifat pori adsorben seperti adsorben segar yang mengindikasikan
masih terdapat senyawa CuSO4 maupun Al2(SO4)3 belum terdekomposisi.
Senyawa Al2(SO4)3 terbentuk pada adsorben 8Cu yang diregenerasi pada
temperatur 500C pada siklus adsorpsi-regenerasi sepuluh kali. Regenerasi
adsorben pada temperatur 700C hingga siklus adsorpsi-regenerasi sepuluh kali
berpengaruh nyata terhadap perubahan sifat pori adsorben 8Cu yang
mengindikasikan terjadinya perubahan struktur adsorben.
Model CA,o
CA,i= exp [−
V
Qkr exp(−kdt)] dengan parameter kinetika pemodelan
kr = 27.862 exp(−20,33
RT) dan kd = 0,024 exp(−
6,64
RT) adalah sesuai untuk
menggambarkan kurva breakthrough adsorpsi SO2 dengan adsorben CuO/-Al2O3
iv
dalam reaktor unggun diam. Validasi model dan parameter kinetika pemodelan
pada percobaan dengan jumlah adsorben yang lain (2 dan 4 gram) memberikan
hasil yang cukup memuaskan. Model dan parameter kinetika pemodelan tersebut
dapat dipakai untuk memprediksi kurva breakthrough adsorpsi SO2 dengan
adsorben CuO/-Al2O3 dalam reaktor unggun diam pada konsentrasi SO2 dalam
umpan rendah yaitu 2500 mg/Nm3 (860 ppm) dengan catatan bahwa jenis
adsorben, kondisi proses seperti temperatur dan tekanan sama.
Kata kunci: adsorpsi SO2, adsorben CuO/-Al2O3, karakterisasi adsorben,