Bab 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Larutan Benfield
Larutan benfield merupakan suatu bentuk sistem yang berupa larutan yang digunakan untuk menyerap dan memisahkan gas-gas impurities seperti H2S dan CO2.Larutan ini terdiri dari larutan karbonat dan larutan DEA yang mana dapat menyerap kandungan gas-gas impurities tersebut hingga 98%.Larutan carbonat berwarna gelap sedangkan larutan DEA berwarna bening kekuningan.Dalam larutan benfield inilah terjadi proses penyerapan gas.Kandungan dalam larutan benfield ini dapat dihitung kadarnya melalui suatu titrasi yang dilakukan.Nilai-nilai dari parameter yang dihitung dalam larutan benfield ini sangat dipengaruhi oleh temperatur dan SG (Anonim,1996).
Universitas Sumatera Utara
2.2 Analisa Benfield
Unit 30 menerima feet gas dari condensate recovery unit 20.Gas ini mengandung hidrokarbon berat,karbon dioksida,sejumlah kecil hydrogen sulfide dan merkuri.Unit 30 didesain untuk memisahkan elemen-elemen diatas sampai batas – batas yang telah ditentukan .Hal ini berguna untuk mencegah korosi dan pembekuan pada unit – unit kilang.Gas yang telah dibersihkan dari merkuri dengan menggunakan karbon aktif yang mengandung banyak sulfur langsung menuju kekarbonat absorber,sejumlah CO2 dan H2S dipisahkan pada bagian ini.Hal ini dilakukan dengan mencuci gas dengan larutan potassium karbonat panas dengan penambahan DEA sebagai zat yang membantu proses penyerapan di dalam carbonate absorber.
Konsentrasi dari karbonat dan yang dikonversi menjadi bikarbonat ditetapkan secara titrasi asidimetri,karena dalam kandungan ini masih mengandung senyawa senyawa lain,maka diperlukan penetapan terpisah dari Dietanol Amin (DEA) dan vanadium sebagai faktor koreksi pada perhitungan nanti.K2CO3 yang ada dalam larutan akan beraksi dengan HCl dan membentuk KHCO3 pada pH 8.1 (titik akhir phenolphthalein).
Universitas Sumatera Utara
2.2.1. Pembersihan dengan karbonat
Gas
yang
telah
di
bersihkan
dari
merkuri
langsung
menuju
karbonat
absorber,sejumlah CO2 dan H2S dipisahkan pada system ini.Hal ini dilakukan dengan mencuci gas yang masuk dengan larutan potassium karbonat panas dengan tambahan DEA dan amonium metavanadate.
DEA dalam larutan membantu untuk mempercepat reaksi penyerapan atau bertindak sebagai katalisator,sedangkan amanium metavadate berfungsi membentuk lapisan pelindung pada pipa baja untuk mencegah korosi.
Pada saat gas melewati karbonat absorber,kandungan CO2 dikurang dari 22% menjadi 1% sebab,syarat kemurnian akhir yang diharapkan adalah kurang dari 100 ppm CO2 dan H2S ini disebut benfield Hi-pure system.
Penyerapan dan pemisahan CO2 ditentukan oleh beberapa factor yang harus diperhatikan setiap saat,yaitu kadar larutan karbonat,temperature,tekanan uap dan tekanan parsial,luas permukaan kontak dan vessel dan penggunaan promotorpromotor.Dalam sistem benfield,kadar potassium karbonat dalam range konsentrasi antara 30% - 33% dari persen berat yang akan memberikan hasil terbaik dalam proses penyerapan.
Universitas Sumatera Utara
Dengan meningkatnya kadar larutan,laju reaksi akan sedikit berkurang,tapi ini meningkatkan
kapasitas
penyerapan,dengan
demikian
diperlukan
suatu
keseimbangan.Untuk memberikan hasil yang terbaik diperlukan juga larutan DEA dengan range 3-4% didalam larutan karbonat sebagai promotor pembantu dalam proses penyerapan.
Analisa laboratorium secara rutin yang menjadi acuan pabrik adalah sangat penting untuk pengendalian operasi penyerapan yang baik.Hal-hal yang perlu diperhatikan sebagai berikut : 1. Berat jenis merupakan penuntun yang pentimg untuk kandungan potassium karbonat.Pada konsentrasi antara 30% - 33% berat jenis yang dikoreksi harus 1.255 sampai 1.288 pada 100 ºC. 2. % K2CO3 dan % KHCO3 ,nilai ini diperoleh dari analisa volumetric (titrasi).Nilai tersebut penting untuk memperoleh nilai lain yaitu % EQ K2CO3 dan factor konversi (fc). 3. % EQ K2CO3,ini penting untuk mengontrol keseimbangan jumlah air didalam system.% EQ ini harus dikontrol pada konsentrasi 30% - 33% K2CO3.Hal ini penting agar memberikan cukup karbonat dan sirkulais untuk memaksimalkan penyerapan CO2.
Universitas Sumatera Utara
4. Fraksi konversi ,fc ini berarti fraksi dari pengisian pertama K2CO3 yang telah dikonversikan menjadi KHCO3 melalui reaksi dengan CO2.
Umumnya lean solution akan memberikan sekitar 40% yang terkonversi,jadi mempunyai fc sebesar 0.4. Semakin rendah fc maka semakin baik dan semakin tinggi kemampuan larutan itu untuk menyerap CO2,sebaliknya semakin tinggi larutan maka semakin tinggi fc larutan maka semakin rendah daya serap CO2 nya,ini disebut dengan larutan ”Rich Carbonate” atau larutan yang telah banyak mengandung CO2 dan ini harus diregenerasi.(Ali.M,2006)
2.2.2. Penyerapan Proses
Setelah melewati karbonat absorber,sisa kandungan gas asam hanya 0.4-0.5% saja.Hasil dari kapasitas penyerapan ini dapat dianalisa dari larutan kekuatan yang dapat di operasikan (tentunya disesuaikan dengan feed gas rate).Jika spesifikasi yang diminta tidak tercapai,selidiki hal-hal dibawah ini : a. Kualitas selama operasi b. Kualitas larutan c. Potensi untuk peralatan d. Kondisi untuk operasi
Universitas Sumatera Utara
Salah satu faktor yang sangat mempengaruhi hasil absorbsi adalah kualitas larutan.Dalam operasi,larutan ini terdiri dari : Lean Carbonat,Rich Carbonate,larutan promoter ,impurities / kontaminan dan bahan yang tidak diinginkan. Kualitas larutan sangat dipengaruhi oleh susunan komposisi zat-zat di atas,ini dapat di analisa dari komposisi larutan karbonat,fraction convert,% DEA dalam larutan karbonat,pengaruh kontaminasi dan water balance.
Analisa larutan karbonat mencakup :
I.% Berat K2CO3 dan KHCO3, - Penentuan % berat K2CO3 dan KHCO3 dianalisa dilaboratorium melalui titrasi dengan menggunakan asam dan indicator. - Kedua analisa ini dipakai sebagai landasan pertama untuk selanjutnya mencari % eqivalen K2CO3 dan fraction convert (fc).Jadi analisa ini secara tidak langsung menunjukkan komposisi yang ada dalam lean carbonate yang dioperasikan.
Spesifikasi : % WT.K2CO3 adalah 18.0-21.4 Rendah – perlu regenerasi Tinggi – Absorbsi makin baik
Universitas Sumatera Utara
- Lean carbonate % WT.KHCO3 adalah 15.2-19.1 Tinggi – regenerasi kurang baik - Efek terhadap absorbsi jelek .
II.Spesifik gravity (SG) SG merupakan petunjuk penting tentang kandungan K2CO3,jadi dengan adanya analisa SG ini,secara langsung dapat dimanfaatkan untuk : - Mengkoreksi konsentrasi larutan (perhatikan larutan ) - Pengaturan suhu operasi - Mempertahankan efisiensi kerja pompa karbonat.
Spesifikasi (100°C – 0°C) 1.235 – 1.300 Perubahan SG berbanding lurus dengan perubahan Eq K2CO3.
III.% Ekuivalen K2CO3 Analisa ini menunjukkan beberapa % K2CO3 yang baik yang dikonversikan dari %KHCO3 maupun yang merupakan % K2CO3. Gunanya untuk memperoleh data :
Universitas Sumatera Utara
- Penyerapan gas asam yang maksimal - Tindakan yang dilakukan untuk mencegah larutan yang kemungkinan : Salting out,penyumbatan,erosi terhadap lapisan vadasi - Mengatur keseimbangan H2O dalam sistem.
IV.Fraction convert (Fc) Fc adalah berapa % K2CO3 yang berubah menjadi KHCO3 didalam jumlah keseluruhan larutan lean carbonate yang dipakai untuk absorbsi.
Perhitungan : Fc =
% KHCO3x0.69 % EQK 2CO3
Penggunaan Fc Lean carbonate yang dipompakan untuk absorbsi diasumsikan sebagai K2CO3.Tetapi dalam proses,larutan tersebut telah diregenerasi tidak semurni K2CO3.Jika masih banyak kandungan KHCO3 ,maka praktis komponen tersebut tidak berfungsi untuk menyerap lagi.Karena itu diharapkan lean carbonate mempunyai nilai fc yang kecil,artinya kandungan KHCO3 yang sedikit dalam lean carbonate.Jadi fc dapat dijadikan standar untuk menentukan mutu dari regenerasi larutan dalam operasi. Spesifikasi : 2.5 – 4.0 < 2.5 hati-hati salting out larutan
Universitas Sumatera Utara
> 4.0 absorbsi jelek,tingkatan regenerasi.
V.% DEA dalam karbonat Walaupun DEA dapat meningkatkan laju penyerapan CO2,penambahan % DEA lebih tinggi dari di desain,belum tentu berbanding lurus dengan kenaikan laju penyerapan.Jadi % DEA dalam larutan karbonat,diharapkan seoptimun mungkin sesuai dengan indikasi performan dari proses unit yang sedang berlangsung. Spesifikasi : 2.5 – 4.0% < 2.5 % absorbsi jelek > 4.0% tidak ada pengaruh,malah pemborosan.
Pengaruh kontaminasi Adanya kontaminan-kontaminan didalam larutan seperti karat,hidrogen cair,kotoran,pelumas dan lain-lain akan mengganggu proses absorbsi acid gas oleh larutan.Salah satu akibat yang dapat timbul adalah foaming. Kontaminan menurun surface tension dari larutan (yang dimaksud dengan turunnya surface tension adalah berkurangnya daya molekul larutan untuk menarik molekul gas disekelilingnya disebabkan konsentrasi molekul larutan lebih tinggi dibanding konsentrasi molekul gas).
Universitas Sumatera Utara
VI.Foam Height Dengan metoda memberi gelembung gas melalui contoh larutan selama 2 menit, akan timbul “ pembusaan / foam “.Tinggi busa / foam heigh diukur dalam satuan cm,pada temperatur 90 – 100 °C. Jika dalam percobaan tinggi busa cukup rendah,kemungkinan terjadinya foaming relatif kecil.Foam height ini diharapkan tidak lebih dari 6cm / 90 °C. Spesifikasi max 6 : lebih kecil
= tidak menjadi masalah
Lebih besar = regenerasi jelek
VII.Collapse Time Pembusaan yang terjadi dalam analisa foam heigh diatas, kemudian dihitung berapa lama waktu penyusutan busa tersebut sampai hilang,dipakai satuan waktu dalam detik pada temperatur 90 °C. Spesifikasi analisa waktu maksimum 10 detik. Lebih kecil = tidak berpengaruh,kalau lebih besar = hati-hati foaming.
VIII.Partikulate Matter Analisa ini menyatakan berapa banyak kandungan partikel-partikel padat yang terkandung dalam larutan.Hal ini dapat timbul karena : a. Kotoran yang terkontaminasi dalam larutan b. Kemungkinan terjadi kristal,sebab makin tinggi konsentrasi larutan,cendrung terjadi pembentukan kristal pada suhu proses yang normal.
Universitas Sumatera Utara
c. Filtrasi sudah tidak bekerja secara sempurna,maka perlu penggantian filter yang baru.Seandainya filter masih baik ( P rendah, flow mencukupi / normal).Tetapi partikulate matter naik,menandakan akan terjadinya foaming / erosi dalam unit pabrik.(Fikri.F,1983)
2.2.3.Absorbsi
Absorbsi adalah peristiwa terserapnya suatu zat (absorbat ) oleh zat lain (absorben).Absorbsi merupakan salah satu cara untuk memisahkan atau mengurangi sesuatu konstituen dalam fasa gas dengan menggunakan solven penyerap tentu secara selektif yang dapat melarutkan atau menyerap konstituen yang diinginkan.Solven penyerap harus dipilih secara tepat ditinjau dari sifat-sifat fisika,kimia ,harga, dan batas-batas pemakaian.Pada absorbsi gas,uap dapat larut diserap dari campurannya dengan gas yang aktip atau gas yang lembab dengan bantuan zat cair sehingga zat terlarut (solute gas) dapat larut dalam jumlah
banyak ataupun sedikit.Operasi
penyerapan gas dijalankan dengan cairan tertentu,dengan harapan salah satu gas tersebut terserap oleh cairan tertentu.
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya proses penyerapan dilakukan dalam suatu menara,baik yang tersusun dari jumlah try (try tower) ataupun yang berisi sejumlah bahan isian pada ketinggian tertentu (packet tower).
Absorbsi termasuk proses pemisahan menurut dasar operasi difusional, dengan transfer massa berlangsung secara difusi antara dua fase yang saling berkontak.Dalam opersi,alat yang umum digunakan adalah menara isian berbentuk kolom silinder yang dilengkapi dengan saluran pemasukan zat cair terdapat pada bagian atas dan bagian bawah menara. 2.3. Zat yang akan diserap
1.Karbon dioksida (CO2) Karbon dioksida merupakan gas yang tahan api.Gas ini memiliki sifat tidak berbau,tidak berwarna.Disamping tidak mudah terbakar,CO2 juga dapat larut dalam air membentuk asam karbonat H2CO3, Hidrokarbon dan sebagian besar cairan organik.Karbon dioksia sering digunakan pada bahan bakar aerosol, pengujian pada suhu rendah,pemadam kebakaran udara inert,pengolahan air diperkotaan,obatobatan,gas pelindung pengelasan dan lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
2.Hidrogen sulfida (H2S) Gas H2S merupakan gas yang sangat berbau dan beracun, karena pada kadar tertentu gas ini dapat menyebabkan kematian pada makhluk hidup.Gas ini terkandung dalam bumi,harus dipisahkan terlebih dahulu untuk memudahkan proses pengerjaan selanjutnya.Pemisahan gas ini bertujuan untuk menghasilkan sulfur yang berupa serbuk padat yang berwarna kuning dan memiliki bau khas.Sulfur ini dapat digunakan untuk obat-obatan,bahan kosmetik dan lain-lain.(Kohl.A,1970)
2.4.Prinsip Dasar Perolehan Kadar Dalam Larutan Benfield
Prinsip yang digunakan adalah titrasi asam-basa serta penyerapan air sebagai pelarutnya.Didalam larutan benfield terkandung karbonat,dimana karbonat merupakan suatu basa,maka zat peniter yang digunakan dalah larutan yang bersifat asam. Dalam memilih suatu asam untuk digunakan dalam larutan standart,hendaknya diperhatikan faktor-faktor berikut : •
Asam itu harus asam kuat,artinya sangat terdisosiasi
•
Asam itu tidak boleh atsiri (mudah menguap)
•
Larutan asam itu harus stabil
•
Garam dari asam itu harus dapat larut
Universitas Sumatera Utara
•
Asam itu tidak boleh merupakan pengoksid kuat sehingga dapat merusak senyawa organik yang digunakan sebagai indikator.(Anonim,1979)
Universitas Sumatera Utara
