1 Irsyaduzzaqi – 12206058
TEKNIK PENGHILANGAN GAS KARBON DIOKSIDA DAN PENANGANAN LIMBAH KARBON
DIOKSIDA DI LAPANGAN GAS
Irsyaduzzaqi*
Tutuka Ariadji**
Abstract
Along with the production of natural gas to the surface, impurity components or so-called associated gas are also
produced. The production of associated gas is something that is not desirable, because of the negative effects it has
on surface facilities and also decreases the quality of the produced natural gas. Therefore many methods are
developed to reduce and maintain the amount associated gas produced on production. This study will discuss on
how to eliminate the associated gas primarily carbon dioxide (CO2).
There are different kinds of CO2 handling techniques, the selection process based on flow rate and CO2
concentration on natural gas1. This study discusses on ways of handling produced associated gas by combining
absorption techniques using MDEA with the hollow fiber membrane module. By using the absorption technique we
are then able to determine the correlation between the flow rate of MDEA with the flow rate of CO2.
Key words: carbon dioxide, absorption technique, MDEA (Methyl Di-Ethanol Amine), membrane technique
Sari
Seiring dengan diproduksikannya gas alam ke permukaan, komponen pengotor atau yang biasa disebut gas ikutan
pun turut terproduksikan. Turut terproduksinya gas ikutan ini merupakan sesuatu yang tidak diinginkan, karena gas
ikutan tersebut akan memberikan efek buruk bagi peralatan maupun pada kualitas gas yang diproduksikan. Oleh
karenanya, berbagai macam cara dilakukan untuk menghilangkan gas ikutan tersebut dari gas alam. Studi kali ini
akan membahas bagaimana cara menghilangkan gas ikutan yang berupa gas karbon dioksida (CO2).
Ada berbagai macam teknik penanganan CO2, proses pemilihannya berdasarkan pada laju alir dan konsentrasi CO2
pada gas alam1. Studi kali ini membahas teknik penangan dengan cara kombinasi antara teknik absorpsi
menggunakan MDEA dengan teknik membrane dengan modul hollow fiber. Dengan menggunakan teknik absorpsi,
ditentukan hubungan antara laju alir MDEA (Methyl Di-Ethanol Amine) dengan laju alir CO2.
Kata kunci : karbon dioksida, teknik absorpsi, MDEA (Methyl Di-Ethanol Amine), teknik membran
*) Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan – Institut Teknologi Bandung
**)Dosen Pembimbing, Program Studi Teknik Perminyakan – Institut Teknologi Bandung
2 Irsyaduzzaqi – 12206058
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Gas alam yang diproduksikan dari suatu reservoir gas
mengandung berbagai macam komponen
hidrokarbon dan komponen non-hidrokarbon.
Komponen non-hidrokarbon atau bisa disebut
komponen gas ikutan dari gas alam seperti karbon
dioksida (CO2) dan hidrogen sulfida (H2S) harus
dihilangkan dengan cara menurunkan konsentrasinya
agar dapat diterima oleh pihak pembeli gas.
Spesifikasi produk jual gas yang berlaku yakni < 4
ppm-mol H2S dan 5%-mol CO2. Komponen gas
ikutan ini dikenal dengan istilah gas asam atau acid
gas.
Gas alam yang masih mengandung H2S, CO2, dan
senyawa asam lainnya disebut sour gas, sedangkan
gas alam yang sudah dihilangkan kandungan
asamnya disebut sweet gas. Proses penghilangan
komponen – komponen asam dari gas alam disebut
proses gas sweetening. Baik H2S maupun CO2
merupakan senyawa yang tidak diinginkan berada di
dalam gas alam. Hal tersebut disebabkan karena
komponen gas asam tersebut bersifat korosif, dapat
menurunkan kandungan panas sehingga menurunkan
harga jual gas dan berdampak buruk bagi lingkungan.
Sehingga, perlu pengolahan gas lebih lanjut untuk
memenuhi spesifikasi produk jual gas.
Dalam studi kali ini, proses gas sweetening yang
digunakan adalah proses absorpsi kimiawi dengan
menggunakan larutan MDEA (Methyl Di-Ethanol
Amine) sebagai absorbannya yang dikombinasikan
dengan teknik membrane yang menggunakan modul
hollow fiber.
Setelah melakukan proses gas sweetening, hal yang
tidak bisa kita lupakan adalah, bagaimana proses
penanganan limbah dari hasil proses gas sweetening,
dalam kasus ini limbah tersebut berbentuk CO2.
Beberapa metode telah dilakukan di lapangan untuk
mengatasi masalah pembuangan limbah CO2.
Namun, studi kali ini hanya akan membahas dua
metode diantaranya, yaitu metode Carbon Capture
and Storage dan metode Forestry.
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan dari studi ini adalah :
1. Memahami teknik penanganan CO2 yang
direkomendasikan1 yang tertera pada Gambar-1.
2. Memahami pengaruh perubahan jumlah CO2
terhadap perubahan jumlah MDEA yang
diperlukan, agar konsentrasi CO2 pada akhir
proses gas sweetening sesuai dengan spesifikasi
produk jual gas.
3. Memahami efisiensi penggunaan absorber
dengan solvent MDEA dan penggunaan
membran dengan modul hollow fiber.
4. Memahami metode pembuangan dan
pemanfaatan limbah CO2 yang dihasilkan dari
proses gas sweetening.
II. TEORI DASAR
Pada saat ini ada lebih dari 30 jenis proses gas
sweetening4. Namun, pada studi ini hanya dua proses
yang digunakan, yaitu proses yang menggunakan
teknik absorpsi dan proses yang menggunakan teknik
membran. Metode pembuangan dan pemanfaatan
limbah CO2 yang akan dibahas pada studi kali ini
juga hanya dua metode, yaitu metode Carbon
Capture and Storage dan metode Forestry.
2.1 Teknik Absorpsi
Teknik absorpsi adalah proses penghilangan gas
ikutan yang dapat memurnikan gas dengan tingkat
kemurnian mencapai 94 – 99%. Solvent atau pelarut
kimia atau fisika digunakan untuk menangkap
kandungan gas ikutan di dalam aliran gas. Oleh
karena itu, diperlukan sejumlah energi untuk
melucuti gas ikutan dan meregenerasi solvent.
Pemilihan solvent merupakan optimasi antara
kapasitas absorpsi dengan energi yang dibutuhkan
untuk regenerasi. Dan pada penelitian ini solvent
yang digunakan adalah MDEA.
Pelarut MDEA sering digunakan untuk
menyingkirkan CO2, H2S, COS, dan RSH dari gas
sintetik, gas alam atau gas lainnya, dengan rasio CO2
terhadap H2S yang sangat besar. Produk dari proses
ini adalah gas dengan kandungan gas inert yang
sangat kecil (memisahkan H2S sampai kurang dari 4
ppmv dan konsentrasi CO2 sampai 2%). Proses ini
dapat menghasilkan food-grade CO2 dengan
kemurnian CO2 minimal 99.9 %-v dan maksimal H2S
1 ppm v/v.
Reaksi H2S dengan MDEA melibatkan perpindahan
proton seperti yang terjadi pada amina lainnya.
Reaksi kimia H2S dengan MDEA adalah sebagai
berikut:
H2S + R2NCH3 R2NCH4 + + HS- (1)
Karena MDEA merupakan amina tersier dan tidak
memiliki atom hidrogen, maka reaksi CO2 hanya
3 Irsyaduzzaqi – 12206058
dapat terjadi setelah terbentuknya ion bikarbonat.
Reaksi kimia CO2 dengan air adalah sebagai berikut:
CO2 + H2O HCO3-+ H+ (2)
Reaksi pembentukan bikarbonat berjalan lambat.
Bikarbonat merupakan bagian dari reaksi gas asam
dengan amina untuk menghasilkan reaksi CO2
keseluruhan.
H2O + CO2 + R2NCH3 R2NCH4 + + HCO3
- (3)
Informasi detil mengenail MDEA dapat dilihat pada
Tabel-1.
2.2 Teknik Membran
Teknologi membran relatif baru digunakan dalam
industri gas alam untuk menghilangkan gas CO2,
sejak diketemukannya polimer sebagai bahan dasar
pembuatan membran sekitar dua puluh lima tahun
yang lalu. Prinsip pemisahan antar senyawa didalam
gas dengan membran tidak sama prosesnya dengan
teknologi penyaringan yang berupa lubang atau pori-
pori yang ditentukan oleh ukuran (size) molekul,
dimana molekul yang besar tidak dapat lolos dalam
saringan dan akan tertinggal. Sedangkan, pada proses
membran adalah berdasarkan kelarutan secara
selektif dari senyawa gas pada bahan membran
kemudian merembes atau meresap menyebar (difusi)
sepanjang bahan membran dan keluar mengalir
sebagai rembesan (permeat). Produktifitas membran
dan daya meresap dari suatu senyawa dipengaruhi
oleh faktor dari perbedaan tekanan parsial pada bahan
baku gas, temperatur dan konsentrasi senyawa dalam
bahan baku gas, jenis bahan (material) membran,
ketebalan membran, permukaan (morphology)
membran. Oleh karena itu, pemilihan membran
sebaiknya disesuaikan dengan kuantitas dan kualitas
awal dari bahan baku gasnya serta kualitas produk
gas yang diharapkan, agar tidak salah dalam memilih
membran yang akan digunakan.
Pada proses membran feed gas yang bertekanan
dimasukkan ke dalam unit yang berisi membran,
karena adanya perbedaan tekanan dari dua sisi
membran dan sifat kelarutannya, maka CO2 akan
melarut dan meresap melewati membran dan
mengalir keluar (permeate) dengan tekanan lebih
rendah terpisah dari hydrocarbon yang bertekanan
lebih tinggi. Gas yang memiliki permeabilitas tinggi
adalah CO2, H2, He, H2S, uap air dan gas yang lebih
lambat/rendah adalah CO, N2, CH4 (metan), C2H6.
Ketidakberhasilan dalam proses teknologi membran,
dapat disebabkan karena tidak cermatnya dalam
pemilihan jenis membran itu sendiri terhadap feed
gas yang akan diproses, karena setiap lapangan gas
memiliki karakteristik gasnya masing-masing.
Studi kali ini menggunakan teknik membran
menggunakan modul hollow fiber. Hollow fiber
dapat diartikan sebagai membran kapiler yang terdiri
dari bagian tube dan shell, persis seperti heat
exchanger. Pada membran kontaktor, absorben
mengalir didalam tube sedangkan aliran gas akan
mengalir di bagian shell atau bisa juga sebaliknya.
Gambar-2 menunjukan bentuk dari membrane hollow
fiber.
Jenis membran yang digunakan bisa berupa membran
porous maupun membran non-porous. Pada
membran non-porous, membran berfungsi sebagai
batas antara fasa gas dan fasa cairan. Sedangkan pada
membran porous, terjadi proses selektif dan
perpindahan partikel yang terkontrol dari fasa gas ke
fasa cairan. Akan tetapi, membran porous
menyebabkan transfer perpindahan massa dari gas ke
cairan menjadi kecil akibat tahanan dari membran.
Sehingga, membran porous lebih disukai pada
aplikasi membran kontaktor.
Seperti yang dijelaskan di atas, pada membran
kontaktor terjadi kontak non-dispersif, yang artinya
tidak terjadi kontak secara langsung antara absorben
dan gas. Permukaan (interface) fluida/fluida
terbentuk pada mulut pori membran, dan perpindahan
massa akan terjadi melalui difusi pada permukaan
fluida di dalam pori membran. Berbeda dengan jenis
membran reverse osmosis ataupun nanofiltrasi yang
menggunakan tekanan sebagai gaya dorong karena
pada membran kontaktor gaya dorong yang
digunakan adalah perbedaan konsentrasi. CO2 akan
berpindah dari gas yang memiliki konsentrasi CO2
tinggi menuju cairan absorben yang memiliki
konsentrasi CO2 rendah. Perpindahan massa suatu
komponen dari fasa gas ke dalam cairan yang
mengalir di dalam membran hollow fiber terdiri dari
tiga tahap, yaitu difusi solute dari fasa bulk gas ke
permukaan membran, difusi melalui pori membran ke
permukaan cairan, dan difusi dari permukaan cairan
ke fasa bulk cairan. Gambar-3 menunjukan cara kerja
dari membran hollow fiber.
Keunggulan dari menggunakan teknik membran
diantaranya adalah: biaya investasi rendah, mudah
dalam pengoperasian, mudah dalam scale-up, mudah
dalam pemasangan, ramah lingkungan, dan mudah
dalam pergantian membran baru.
4 Irsyaduzzaqi – 12206058
2.3 Metode Carbon capture and Storage (CCS)
Ketika proses gas sweetening telah mencapai tahap
akhir akan dihasilkan karbon dioksida (CO2) sebagai
produk sampingan. Saat ini, emisi CO2 yang lepas ke
atmosfer akan membentuk Gas Rumah kaca (Green
House Gases/GHG). Carbon Capture and Storage
atau CCS merupakan strategi penanganan limbah
untuk karbon dioksida. Teknologi ini tidak
mengurangi produksi CO2, namun dapat mengurangi
dampak meningkatnya jumlah emisi CO2 di atmosfer.
Proses CCS memiliki tiga element utama. Pertama,
gas CO2 yang dihasilkan ditangkap dan ditekan
dalam bentuk superkritis atau dalam bentuk sub-
cooled liquid untuk penyimpanan didalam lapisan
bumi. CO2 yang ditangkap ditransportasikan melalui
pipeline atau kapal ke daerah penyimpangan dan
diinjeksi kedalam lapisan aquifer dan reservoir
minyak atau gas atau melalui proses industri yang
secara permanen mengubah CO2 menjadi karbon
inorganik menggunakan reaksi kimia atau industri
menggunakan CO2 untuk memproduksi senyawa
karbon atau kimia.
2.4 Metode Forestry
Metode Forestery metode yang menggunakan
tanaman untuk menyerap limbah CO2 yang
merupakan hasil samping dari proses gas sweetening.
Prinsip dari metode ini adalah menciptakan
keseimbangan antara CO2 yang dibuang dengan CO2
yang dikurangi dengan cara penyerapan CO2 oleh
tanaman hijau. Pemilihan jenis tanaman dengan
kemampuan penyerapan CO2 yang tinggi merupakan
kunci dari kesuksesan metode ini. Karena
kemampuan pohon untuk menyerap karbon berbeda-
beda tergantung jenis pohon (Tabel-2). Umumnya
pohon tropis di Indonesia mempunyai daya serap 125
s/d 250 kg karbon/tahun.
III. METODOLOGI PENELITIAN
Studi kali ini menggunakan metodologi penelitian
berupa simulasi menggunakan peranti lunak
komersial. Data – data yang digunakan pada simulasi
ini adalah data lapangan yang disempurnakan oleh
data hipotetik.
Data lapangan yang berupa komposisi fluida
merupakan data komposisi hidrokarbon yang
diperoleh dari Sumur X disajikan pada Tabel-2. Dari
data komposisi fluida tersebut kita bisa menentukan
teknik penanganan untuk menghilangkan CO2 dari
gas alam. Setelah mengetahui teknik yang akan
digunakan, tahap selanjutnya adalah mendesain
process flow diagram (PFD) pada surface facilities
yang akan kita gunakan untuk melakukan studi
sensitivitas. Desain PFD untuk surface facilities bisa
dilihat pada Gambar-4. Sebagai batasan, perancangan
surface facilities yang dilakukan hanya merupakan
perancangan pada kondisi statis atau steady state.
Simulasi surface facilities pada kondisi steady state
dilakukan guna mengetahui tingkat keoptimalan
produksi berdasarkan karakteristik hidrokarbon.
Model ini dibentuk berdasarkan hukum
kesetimbangan massa dan energi, serta dapat
menghitung untuk skenario yang berbeda-beda.
Pada studi kali ini model base case yang digunakan
merupakan data lapangan dari Sumur X. Kemudian
dari data base case tersebut dilakukan studi
sensitivitas dengan merubah konsentrasi CO2 pada
kondisi konsentrasi H2S yang dibiarkan stabil pada
kondisi 4 ppm-mol. Konsentrasi H2S ditetapkan
sebesar 4 ppm-mol karena sesuai dengan spesifikasi
produk jual gas. Konsentrasi CO2 tersebut
divariasikan antara 25 – 45%-mol, dengan kelipatan
0.5%-mol CO2. Pada akhir proses konsentrasi CO2
pada sweet gas ditetapkan sebesar 4.8%-mol. Dari
grafik hasil sensitivitas bisa dibuat sebuah persamaan
korelasi usulan untuk meramalkan laju alir MDEA
yang bisa menangani laju alir CO2 pada keadaan
tertentu.
Setelah mendapatkan data akhir berupa banyaknya
limbah CO2 yang dihasilkan pada setiap konsentrasi
kita bisa menentukan proses pembuangan dan
pemanfaatan yang tepat. Untuk metode CCS
penentuan lokasi penginjeksian dan sarana
transportasi bisa dilakukan setelah mendapatkan
volume limbah CO2 yang dihasilkan. Dan untuk
metode Forestry, penentuan jumlah dan jenis pohon
yang akan ditanam menjadi kunci sukses dalam
menyeimbangkan volume limbah CO2 yang
dihasilkan dari proses gas sweetening dengan volume
CO2 yang akan dikurangi dari proses penyerapan CO2
oleh pohon yang akan kita tanam.
IV. DATA PENELITIAN
Data yang digunakan pada studi kali ini meliputi data
komposisi dan laju alir fluida serta data tekanan dan
temperature pada absorber dan membran.
Laju alir fluida = 30 MMSCFD
5 Irsyaduzzaqi – 12206058
Data Komposisi Fluida base case
H2S 13000 ppm
CO2 30 % mol
N2 0.94 % mol
Methane 63.5 % mol
Ethane 2 % mol
Propane 0.6 % mol
i-Butane 0.16 % mol
n-Butane 0.18 % mol
i-Pentane 0.08 % mol
n-Pentane 0.07 % mol
n-Hexane 0.1 % mol
C7+ 0.96%
H2O 0
M-Mercaptan 60 ppm
O2 0
S_Rhombic 0
Data Kondisi di Absorber
T inlet sour gas
119.8 F
48.77 C
P inlet sour gas 710 psia
T inlet MDEA
127 F
52.78 C
P inlet MDEA 700 psia
T absorber
122 F
50 C
P absorber 700 psia
T out sweet gas
127.7 F
53.16 C
P out sweet gas 698.7 psia
T out rich amine
186.6 F
85.87 C
P out rich amine 710 psia
Data Kondisi di Membran
P inlet 690 psia
P out sweet gas 680 psia
P out acid gas 19.7 psia
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
Studi kali ini dibagi menjadi dua jenis pemrosesan.
Proses pertama adalah proses pemurnian gas alam
dari gas ikutannya, atau yang biasa disebut gas
sweetening. Proses kedua adalah proses pembuangan
dan pemanfaatan limbah CO2 hasil dari gas
sweetening tersebut.
5.1 Proses Gas Sweetening
Proses pemilihan jenis gas sweetening yang akan
digunakan pada studi kali ini berdasarkan pada
Gambar-2. Baker menjelaskan bahwa pemilihan
teknik penanganan CO2 bisa ditentukan berdasarkan
hubungan antara laju alir dari CO2 dengan
konsentrasi CO2 pada gas alam1. Berdasarkan data
yang digunakan, yaitu pada laju alir gas alam sebesar
30 MMSCFD dan konsentrasi CO2 berada pada
rentang 25-45%-mol, teknik penanganan yang akan
digunakan adalah kombinasi dari teknik absorpsi
yang menggunakan absorber berupa MDEA dan
teknik membrane menggunakan modul hollow fiber.
Setelah menentukan teknik penanganan yang akan
digunakan, tahap selanjutnya adalah membuat
process flow diagram (PFD). Dari desain PFD yang
kita miliki seperti yang ditunjukan pada Gambar-4,
bisa dilakukan sensitivitas antara laju alir CO2 dengan
laju alir MDEA. Dari hasil sensitivitas bisa dilihat
hubungan antara perubahan laju alir CO2 terhadap
perubahan laju alir MDEA yang dibutuhkan untuk
mereduksi CO2 yang terdapat pada sour gas. Laju alir
yang dibandingkan adalah besarnya laju alir CO2
yang masuk dari bottom stage inlet di absorber
dengan laju alir MDEA yang masuk dari top stage
inlet di absorber pada tekanan absorber sebesar 700
psia.
Gambar-3 menunjukan bahwa penambahan laju alir
CO2 yang masuk ke bottom stage inlet membuat
kebutuhan MDEA yang masuk dari top stage inlet
pun meningkat. Hal tersebut diakibatkan
meningkatnya laju alir CO2 maka dibutuhkan MDEA
yang lebih banyak untuk mengikat CO2 tersebut agar
konsentrasi CO2 diakhir proses gas sweetening sesuai
dengan spesifikasi jual gas. Dari grafik yang
dihasilkan pada Gambar-3, bisa dilihat pada beberapa
titik terjadi ketidaksinambungan data yang dihasilkan
dari studi kali ini, hal tersebut dikarenakan terjadinya
perubahan temperature saat laju alir MDEA
ditingkatkan.
6 Irsyaduzzaqi – 12206058
Dari hubungan antara laju alir MDEA dengan laju
alir CO2, dapat dibuat suatu korelasi, yaitu :
Q1 = 12100.16240312 - 1.46814820947243 (Q2)
+ 6.66023000636483 x 105 x (Q2)2
dimana Q1 = laju alir MDEA (10^3 bbl/d)
Q2 = laju alir CO2 (mscfd)
Gambar-5 memberikan gambaran mengenai
hubungan pengaruh penambahan laju alir MDEA
terhadap persentase pengurangan laju alir CO2 setelah
melewati proses absorpsi. Hasil yang dihasilkan
adalah,semakin bertambahnya laju alir dari MDEA
mengakibatkan proses penghilangan CO2 pada tahap
ini mengalami peningkatan. Faktor tersebut
diakibatkan karena MDEA pada jumlah yang lebih
banyak cenderung mengikat CO2 terlebih dahulu
dibandingkan dengan gas ikutan lain. Oleh karena itu,
CO2 yang direduksi pun lebih banyak, sehingga
terlihat bahwa persentase pengurangan CO2 semakin
tinggi walaupun jumlah CO2 yang masuk pun turut
meningkat.
Pengaruh membran dalam proses ini bisa dilihat pada
Gambar-6. Gambar tersebut menunjukan bahwa
selisih dari laju alir CO2 sebelum masuk membran
dan setelah melewati membran jika dibandingkan
dengan laju alir CO2 masuk kedalam membran relatif
stabil. Persentase tersebut bisa ditingkatkan dengan
cara memperluas area difusi dari membran yang
dimiliki pada desain kali ini, secara desain hal
tersebut bisa dilakukan dengan cara menambah
ketebalan membran ataupun dengan penambahan luas
permukaan membran tersebut.
5.2 Proses Pembuangan dan Pemanfaatan
Limbah CO2
Studi kali ini membahas dua metode dalam proses
pembuangan dan pemanfaatan limbah CO2 yang
menjadi produk buangan dari proses gas sweetening.
Metode pertama adalah metode Carbon Capture and
Storage. Metode ini memiliki tiga element utama.
Pertama, gas CO2 yang dihasilkan ditangkap dan
ditekan dalam bentuk superkritis atau dalam bentuk
sub-cooled liquid untuk penyimpanan didalam
lapisan bumi. CO2 yang ditangkap ditransportasikan
melalui pipeline atau kapal ke daerah penyimpangan
dan diinjeksi kedalam lapisan aquifer dan reservoir
minyak atau gas atau melalui proses industri yang
secara permanen mengubah CO2 menjadi karbon
inorganik menggunakan reaksi kimia atau industri
menggunakan CO2 untuk memproduksi senyawa
karbon atau kimia.
Proses pertama adalah proses penangkapan CO2.
Teknologi penangkapan CO2 adalah post-combustion
dan pre-combustion processes. Cara konvensional
dalam post-combustion, CO2 yang dihasilkan dari gas
alam ditangkap. Sedangkan cara pre-combustion
digunakan pada saat hidrogen dan CO2 masih dalam
kandungan gas alam. Hidrogen digunakan untuk
memproduksi listrik (dengan produk sampingan
berupa air) atau pada proses industri lain seperti
bitumen refining. CO2 yang dihasilkan dari proses
Pre & Post combustion process dapat ditangkap dan
dikompres untuk dikirim ke lokasi. Teknik
penangkapan ketiga adalah oxyfuel combustion.
Seperti post-combustion, minyak dibakar dengan
oksigen murni sehingga menghasilkan CO2 murni
daripada dibakar dengan udara. Setelah CO2
ditangkap dan dikompres, CO2 dikirim ke lokasi
penyimpanan melalui perpipaan atau fasilitas
transportasi lain (truk, kapal, kereta). Menggunakan
pipeline merupakan cara yang paling feasibel.
Transportasi CO2 menggunakan kapal sama dengan
transportasi LNG.
Tahap akhir proses CCS adalah penyimpanan CO2.
Penyimpanan ini bersifat permanen. Artinya, CO2
tidak boleh bocor atau kembali ke permukaan bumi
dalam kurun waktu ratusan tahun. Agar hal ini
terjadi, injeksi CO2 harus dilakukan pada kedalaman
lebih dari 800 meter sehingga geological cap-rock
dan segala mekanisme perangkap geochemical dapat
mengatasi kembalinya gas ke permukaan. Formasi
geologi dapat berupa onshore atau offshore di
berbagai lokasi di dunia. Lapisan dalam aquifer, atau
reservoir minyak dan gas umumnya paling cocok
untuk penyimpanan CO2 dalam waktu yang lama.
CO2 dapat diinjeksi kedalam kolom air agar larut atau
diinjeksi melalui pipa ke permukaan bawah laut. CO2
di bawah laut akan membentuk 'danau" cairan CO2
karena densitasnya lebih berat dari pada air laut5.
Pilihan penyimpanan lainnya adalah dengan
memanfaatkan CO2 sebagai bagian dari upaya
peningkatan produksi sumber energi fosil. Gambar-7
menunjukan berbagai macam cara penyimpanan CO2
yang bisa berguna untuk peningkatan produksi
minyak, gas, dan Coal Bed Methane.
Metode kedua dalam proses pembuangan dan
pemanfaatan limbah CO2 adalah metode Forestry.
Penanaman tumbuhan menjadi solusi alternatif bagi
proses ini jika lahan yang dimiliki sangat luas, karena
biaya untuk penanaman pohon relatif lebih murah
jika dibandingkan dengan biaya pengendalian CO2
dengan metode lain. Namun prosesnya harus dimulai
dalam waktu yang cukup lama, yaitu saat mulai
membuka lapangan baru maka kita harus menyiapkan
7 Irsyaduzzaqi – 12206058
lahan khusus untuk penanaman pohon tersebut
dengan mempertimbangkan berapa besar limbah CO2
yang dihasilkan dengan membandingkannya dengan
jumlah pohon yang harus ditanam dengan
kemampuan penyerapan yang maksimum untuk
menyerap CO2 yang nantinya akan dilepaskan.
Saat ini pohon yang sedang menjadi primadona
dalam kemampuannya menyerap karbon adalah
pohon Trembesi (Samanea saman). Pohon Trembesi
yang ditunjukan pada Gambar-8 merupakan pohon
yang dicanangkan oleh Presiden Indonesia untuk
gerakan 100 juta pohon setiap tahun dimana 10 juta
pohon diantaranya adalah pohon Trembesi. Pohon
Trembesi menimbulkan pro dan kontra. Menurut
Dekan Fakultas Kehutanan UGM, Mochammad
Na'im, pohon Trembesi merupakan pohon dengan
evaporasi atau penguapan tinggi sehingga berpotensi
mengeringkan sumber air. Sedangkan menurut dosen
Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor (IPB),
Endes N dahlan, pohon Trembesi tumbuh di daerah
yang sedikit air seperti di Gurun Pasir Peru, Brasil,
dan Meksiko.
Hasil penelitian menunjukkan pohon Trembesi
dengan diameter tajuk 10-15 meter menunjukkan,
pohon Trembesi menyerap karbon dioksida 28, 5
ton/tahun. Diketahui pula, Trembesi memiliki sistem
perakaran yang mampu bersimbiosis dengan bakteri
Rhizobium untuk mengikat nitrogen dari udara.
Kandungan 78 % nitrogen di udara memungkinkan
Trembesi bisa hidup di lahan-lahan marginal, juga
lahan-lahan kritis seperti bekas tambang, bahkan
mampu bertahan pada keasaman tanah yang tinggi.
Selain tahan kekeringan, juga tahan terhadap
genangan.
Studi ini juga memperkirakan jumlah pohon yang
harus ditanam untuk mengatasi limbah CO2.
Banyaknya jumlah pohon akan berbeda disetiap
konsentrasi CO2 dan pada jenis pohon yang berbeda.
Tabel-3 akan menyajikan tabel hasil perhitungan
jumlah pohon yang harus ditanam pada contoh kasus
konsentrasi CO2 pada gas alam sebesar 45%, 35%,
dan 25%. Kemudian jenis pohon yang ditanam
adalah pohon Trembesi, pohon Jati, dan pohon
Angsana. Hasilnya terbukti bahwa pohon dengan
nilai penyerapan tinggi akan membutuhkan jumlah
pohon yang harus ditanam untuk menangani jumlah
limbah CO2 yang jumlahnya sama.
VI. KESIMPULAN
1. Teknik penanggulangan CO2 yang cocok pada
laju alir 30 MMSCFD dan konsentrsi CO2
berkisar antara 25 – 45%-mol adalah teknik
absorpsi yang dikombinasikan dengan teknik
membran.
2. Hubungan antara laju alir MDEA dengan laju
alir CO2 berbanding lurus, dimana semakin
tinggi laju alir CO2 maka laju alir MDEA yang
dibutuhkan pun semakin banyak.
3. Persamaan korelasi usulan untuk meramalkan
laju alir MDEA yang dibutuhkan untuk
mengurangi laju alir CO2 pada Lapangan X
adalah sebagai berikut :
Q1 = 12100.16240312 - 1.46814820947243 (Q2)
+ 6.66023000636483 x 105 x (Q2)2
dimana Q1 = laju alir MDEA (10^3 bbl/d)
Q2 = laju alir CO2 (mscfd)
4. Efisiensi absorpsi menggunakan MDEA akan
terus meningkat seiring dengan meningkatnya
laju alir CO2.
5. Efisiensi membran relatif stabil pada laju alir
CO2 berapapun. Besarnya nilai efisiensi tersebut
berada dikisaran 35%.
6. Dengan menggunakan Metode CCS kita bisa
memanfaatkan limbah CO2 untuk hal yang
bermanfaat di dunia perminyakan.
7. Metode Forestry akan berlangsung baik apabila
pemilihan jumlah pohon sesuai dengan keadaan
di lingkungan sekitar.
DAFTAR PUSTAKA
1. Baker, W. Richard and Kaaeid Lokhandwala.,
2008. Natural Gas Processing with Membranes :
An Overview. Membrane Technology and
Research, Inc., : California.
2. Kunal, Mehta: “Impact of Changing MDEA
Parameters on Absorption of H2S and CO2 and
its Implication”, SPE 129101, Presented at the
SPE Oil and Gas India Conference and
Exhibition held in Mumbai, India, 20-22 January
2010
3. Sudarwoto, Rinaldi: Kajian Terpadu Kinerja
Reservoir, Perancangan Fasilitas Permukaan,
dan Keekonomian Lapangan Gas X yang
Memproduksikan Gas Ikutan CO2 dan H2S,
Tesis, 2009
4. Buku dari mas adji
5. www.wikipedia.com
6. www.kompas.com
8 Irsyaduzzaqi – 12206058
LAMPIRAN
Tabel 1. Sistem MDEA
Informasi Detil
Aplikasi Pelarut MDEA sering digunakan untuk menyingkirkan CO2, H2S, COS, dan RSH dari
gas sintetik, gas alam atau gas lainnya, dengan rasio CO2 terhadap H2S yang sangat
besar.
Produk Produk dari proses ini adalah gas dengan kandungan gas inert yang sangat kecil
(memisahkan H2S sampai kurang dari 4 ppmv dan konsentrasi CO2 sampai 2%). Proses
ini dapat menghasilkan food-grade CO2 dengan kemurnian CO2 minimal 99.9 %-v dan
maksimal H2S 1 ppm v/v.
Ilmu Kimia Proses Reaksi H2S dengan MDEA melibatkan perpindahan proton seperti yang terjadi pada
amina lainnya. Reaksi kimia H2S dengan MDEA adalah sebagai berikut:
H2S + R2NCH3 R2NCH4 + + HS- (1)
Karena MDEA merupakan amina tersier dan tidak memiliki atom hidrogen, maka reaksi
CO2 hanya dapat terjadi setelah terbentuknya ion bikarbonat. Reaksi kimia CO2 dengan
air adalah sebagai berikut:
CO2 + H2O HCO3-+ H+ (2)
Reaksi pembentukan bikarbonat berjalan lambat. Bikarbonat merupakan bagian dari
reaksi gas asam dengan amina untuk menghasilkan reaksi CO2 keseluruhan.
H2O + CO2 + R2NCH3 R2NCH4 + +HCO3
- (3)
Akselerator Laju absorpsi CO2 oleh MDEA dapat meningkat secara signifikan dengan menambahkan
amina primer atau sekunder pada konsentrasi yang kecil sebagai sebuah aktivator.
Akselator umum yang digunakan adalah DEDA (Di-Ethylene-Di-Amine) atau piperazin,
senyawa diamine yang berbentuk cincin.
Reaksi akselerasi proses MDEA menggunakan piperazin adalah sebagai berikut:
CO2 + Acc veryfast
AccCOO-H+ + MDEA fast
AccCOO- + MDEAH+
(4)
AccCOO- + H2O fast
Acc + HCO3- (5)
Akselerator hanya berpengaruh sebagian pada beban yang lebih besar. Reaksi yang
sangat cepat pada beban yang rendah di bagian atas kolom dapat lebih membagi untuk
reaksi yang lebih lambat pada bagian bawah kolom dengan beban yang besar.
Akselerator dapat mengurangi kebutuhan jumlah tahap kesetimbangan pada beban
pelarut yang sama.
Selain DEDA, akselerator lain yang digunakan adalah MEA, MMEA, dan sebagainya.
Dari hasil simulasi, akselerator MEA adalah yang terbaik dan dapat mengurangi jumlah
tray sampai dua kalinya. Kinerja MMEA dan DGA relatif baik, sedangkan kinerja AMP
tidak berpengaruh pada kebutuhan kolom. Akselerator dibutuhkan dalam jumlah yang
kecil. Penambahan 1 %-mol MEA ke dalam larutan MDEA dapat mengurangi kebutuhan
tray dari 40 sampai 29 tray, sedangkan 2.5 %-mol MEA dapat mengurangi kebutuhan
tray dari 40 sampai 25 tray.
Proses akselerasi hanya dapat tercapai pada tekanan parsial CO2 sekitar 4-5 bar.
Temperatur hanya akan berpengaruh pada tray dimana reaksi kimia dan absorpsi terjadi.
Peningkatan temperatur terjadi karena adanya entalpi dari reaksi eksotermik dan
endotermik.
9 Irsyaduzzaqi – 12206058
Penambahan sejumlah kecil akselerator dapat berpengaruh besar pada peningkatan
transfer massa akibat reaksi kimia. Faktor peningkatan ini didefinisikan sebagai
perbandingan antara molar fluks dengan reaksi kimia dan molar fluks tanpa reaksi kimia
(hanya difusi). Pada bagian bawah kolom, faktor peningkatan sama untuk semua kasus
(keseluruhan jumlah akselerator yang bereaksi). Pada bagian atas kolom, hanya sejumlah
kecil CO2 yang terpisahkan.
Deskripsi Proses Rich amine yang keluar dari absorber diregenerasi secara flash dan/atau strip melalui satu
atau lebih tahap regenerasi. Lean amine dari bagian bawah kolom stripper dipompakan
melalui amine-amine heat exchanger dan water/air-cooled exchanger, sebelum
dimasukkan ke bagian atas kontaktor. Amine dan sour gas di dalam kontaktor bergerak
secara berlawanan arah. Sebagian gas asam akan di keluarkan dari rich amine pada tray
bagian atas stripper. Rich amine mengalir berlawanan arah dengan vapor (kukus) di
dalam stripper. Kukus ini mengambil gas asam yang terdapat di dalam rich amine dan
kemudian keluar dari bagian atas stripper dan masuk ke dalam kondensor, dimana
sebagian kukus terkondensasi. Gas asam dipisahkan di dalam separator dan kemudian
dikirimkan ke bagian flare atau proses selanjutnya. Kukus yang terkondensasi
dimasukkan kembali ke bagian atas stripper sebagai refluks.
Peralatan Peralatan utama yang digunakan dalam proses ini adalah:
- kontaktor
- kolom stripper
- associated piping
- penukar panas
- peralatan pemisahan
Kondisi Operasi Kapasitas gas umpan :
3,000 - 810,000 Nm3/hr (2.7 MMscfd-725.6 MMscfd)
Temperatur Absorber :
30°C to 90°C,
Tekanan absorber :
Tekanan atmosfer sampai 120 bar
Komposisi gas umpan:
0.5 - 25 vol.% CO2 and 0 to 15 vol.% H2S
Rumus Struktur dari
Pelarut HOH2C
H2C
N
HOH2C CH2
CH3
Rumus Struktur dari
Akselerator
1. (DEDA)
NH
HN
1,4-Diazacyclohexane 2. Monomethylethanolamine (MMEA)
10 Irsyaduzzaqi – 12206058
Sifat-Sifat Fisik dari
MDEA
Formula Molecular Wt 119.16
Titik didih @ 760 mm Hg, °C 247
Titik beku, °C -23
Massa jenis, kg/m3 1040
Densitas relatif 20°C/20°C 1.0418
Kalor jenis @ 15.6°C, kJ/(kg · °C) 2.24
Panas laten penguapan, kJ/kg 476
Konduktivitas panas W/(m · °C) @
20°C
0.275
Viscositas, mPa · 1.3 x 10-6 m2/s @ 10°C, 0.68 10-6
m2/s @ 38°C
0.28 x 10-6 m2/s @ 100°C
Titik api, COC, °C 129.4
Sifat-Sifat Fisik dari
Akselerator
Accelerator : Piperazine Anhydrous (PIP-A)
Sinonim : 1,4-Diazacyclohexane, Diethylenediamine (DEDA) Hexahydropyrazine
M.F. : C4H10N2
M.W. : 86.1
Struktur kimia CH2-CH2HN NH CH2-CH2
Properti Fisik :
Titik lebur oC : 108 - 112
Ttitik didih oC : 146 - 148
Titik api oC : 66 ( PMCC )
Densitas saat 20 oC : 1.11 g / cc
Densitas saat 120 oC : 0.88 g / cc
Kelarutan : larut dalam air , Methanol dan Ethanol. Sedikit larut dalam Diethylether.
Keuntungan
Dibandingkan dengan
Proses Alkanolamina
yang lain
Terdapat beberapa keuntungan penggunaan MDEA sebagai pelarut dalam proses
alkanolamine dibandingkan pelarut alkanolamine yang lain (MEA dan DEA), di
antaranya:
- MDEA dapat digunakan dalam konsentrasi hingga 60%-massa dalam larutan air
tanpa kehilangan akibat evaporasi yang berarti karena MDEA mempunyai tekanan
uap yang rendah
- Laju alir larutan dapat dikurangi karena memiliki loading terhadap gas asam
yang lebih tinggi
- Karena konsentrasi larutan MDEA lebih tinggi daripada MEA, maka larutan ini
dapat digunakan pada unit regenerasi amine yang lebih kecil
- Konsentrasi H2S yang lebih tinggi dalam gas asam menghasilkan pengurangan
permasalahan dalam unit sulfur recovery, dengan demikian menurunkan investasi
untuk pabrik sulfur dan memperbaiki operabilitas pabrik sulfur
- Karena MDEA tidak membentuk produk degradasi yang tidak dapat
diregenerasi dalam jumlah yang signifikan, reclaimer tidak diperlukan
- Co-absorpsi hidrokarbon sangat rendah
- Tidak korosif (peralatan yang bermaterial utama carbon steel dapat digunakan)
- Kecenderungan foaming rendah
- Pelarut ini tidak beracun dan biodegradable.
11 Irsyaduzzaqi – 12206058
Ekonomi Proses ini memiliki efisiensi energi yang tinggi karena pelarut dapat menangani
peningkatan beban gas asam; hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan laju sirkulasi
yang kecil dan mengurangi konsumsi energi, atau dengan mengurangi ukuran peralatan.
Konsumsi energi listrik untuk penyingkiran CO2 dari gas amonia sintetik : 1 kWh/kmol
CO2 dan 32 MJ/kmol CO2.
Konsumsi energi panas untuk pengolahan gas alam: 15–20 MJ/kmol CO2 dan H2S yang
tersingkirkan (flash regeneration).
Perbaikan-perbaikan
Untuk meningkatkan selektivitas MDEA terhadap H2S dapat dilakukan dengan
menurunkan temperatur absorber sehingga akan mengurangi absorpsi CO2 dan
meningkatkan absorpsi H2S.
Pertimbangan Utama - Akselerator proses MDEA tidak selalu lebih efisien ketika temperatur gas umpan
rendah dan jumlah CO2 yang harus dipisahkan kecil. Hal ini dikarenakan
akselerator membutuhkan temperatur yang lebih tinggi agar lebih efektif bila
dibandingkan dengan akselerasi oleh physical solvent, Sulfolane dalam Sulfinol-D
- MDEA dapat terdegradasi menjadi beberapa produk yang dapat menyebabkan
korosi dan pembusaan, yaitu :
ethylene glycol EG
hydroxymethyl piperzine HMP
diethanolamine DEA
triethanolamine TEA
bis hydroxyethyl piperzine BHEP
Permasalahan Permasalahan-permasalahan yang sering terjadi pada proses ini antara lain :
1. Pembusaan (foaming) pada kontaktor, dapat dikarekan :
- Terbawanya hidrokarbon cair ke dalam kontaktor
- Terdapatnya partikel padatan dalam Lean solution
- Lean solution mengandung produk degradasi
2. Pembusaan (foaming) di dalam stripper, dapat dikarenakan oleh peningkatan level
pada refluks akumulator.
3. Kandungan gas asam yang tinggi dalam treated gas, dapat dikarenakan :
- Pembusaan di dalam kontaktor
- Laju sirkulasi amine yang rendah
- Tingginya kandungan gas asam sisa di dalam lean amine
- Konsentrasi amine yang rendah di dalam larutan lean amine akibat laju make up
air yang besar
4. Tingginya input panas ke dalam reboiler stripper, dapat dikarenakan :
- Reboiler dilapisi oleh dengan endapan atau produk korosi
- Level lean amine di bawah tubing di dalam reboiler
Instalasi Lebih dari 200 pabrik yang sedang beroperasi dan lebih dari 30 unit yang sedang dalam
perencanaan, untuk mengolah gas sintesis, gas alam, dan aliran hidrogen.
Lisensi BASF AG
12 Irsyaduzzaqi – 12206058
Tabel 2. Daftar Pohon dan Potensi Daya Serap Karbon Dioksida
No Nama Lokal Nama Ilmiah Daya serap CO2
(kg/pohon/tahun)
1 Trembesi Samanea saman 28.488,39
2 Cassia Cassia sp. 5.295,47
3 Kenanga Canagium odoratum 756,59
4 Pingku Dysoxylum excelsum 720,49
5 Beringin Ficus benyamina 535,90
6 Kirai payung Fellicum decipiens 404,83
7 Matoa Pometia pinnata 329,76
8 Mahoni Swettiana mahagoni 295,73
9 Saga Adenanthera pavoniana 221,18
10 Bungur Lagerstroemia speciosa 160,14
11 Jati Tectona grandis 135,27
12 Nangka Arthocarpus heterophyllus 126,51
13 Johar Cassia grandis 116,25
14 Sirsak Annona muricata 75,29
15 Puspa Schima wallichi 63,31
16 Akasia Acacia aunculiformis 48,68
17 Flaboyan Delonix regia 42,20
18 Sawo keok Manilkara kauki 36,19
19 Tanjung Mimusops elengi 34,29
20 Bunga merak Caesalpinia pulcherrina 30,95
21 Sempur Dilenia retusa 24,24
22 Khaya Khaya anthotheca 21,90
23 Merbau pantai Intsia bijuga 19,25
24 Akasia Acacia mangium 15,19
25 Angsana Pterocarpus indicus 11,12
26 Asam kranji Pithecelobirum dulce 8,48
13 Irsyaduzzaqi – 12206058
27 Saputangan Manitoa grandiflora 8,26
28 Dadap merah Erythrina cristagalli 4,55
29 Rambutan Npehelium lappaceum 2,19
30 Asam Tamarindus indica 1,49
31 Kempas Coompasia excelsa 0,2
Tabel 3. Banyaknya jumlah pohon yang harus ditanam pada contoh kasus tertentu
Konsentrasi CO2
(%-mol)
Limbah CO2 (kg/h) Jenis Pohon Daya serap CO2
(kg/pohon/tahun)
Banyaknya Pohon
yang Harus Ditanam
0,45 27815,01245 trembesi 28.488,39 8553
0,35 20933,84028 28.488,39 6438
0,25 14779,72548 28.488,39 4545
0,45 27815,01245 jati 135,27 1801283
0,35 20933,84028 135,27 1355663
0,25 14779,72548 135,27 957126
0,45 27815,01245 angsana 11,12 21911827
0,35 20933,84028 11,12 16491047
0,25 14779,72548 11,12 11643022
Gambar 1. . Grafik hubungan konsentrasi CO2, laju alir gas dan teknik penanganan yang direkomendasikan
(Baker. 2008)
14 Irsyaduzzaqi – 12206058
Gambar 2. Membran Hollow Fiber Gambar 3. Kontak Non-Dispersif
pada Membran Kontaktor
Gambar 4. Process Flow Diagram Acid Gas Removal Unit
15 Irsyaduzzaqi – 12206058
Gambar 5. Grafik hubungan antara laju alir MDEA dengan laju alir CO2
Gambar 6. Grafik hubungan antara efisiensi absorber dengan laju alir MDEA
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000
Laju
Alir
MD
EA (
BB
L/D
)
Laju Alir CO2 (MSCFD)
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000
Pe
rse
nta
se p
en
gura
nga
n C
O2
di
abso
rbe
r (%
)
Laju Alir MDEA (kg/h)