Prediksi Solubilitas (Absorpsi) Gas CO2 dalam Larutan Potasium Karbonat (K2CO3) dan MDEA Menggunakan Simulasi ASPEN

Yuni  Kurniati; Lailatul  Qomariyah

doi:10.33795/jtkl.v2i1.19

Authors

Yuni Kurniati Jurusan Teknik Kimia, Universitas Internasional Semen Indonesia
Lailatul Qomariyah Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

DOI:

https://doi.org/10.33795/jtkl.v2i1.19

Keywords:

Absorption, CO2-K2CO3-MDEA-H2O system, electrolyte NRTL model, vapor-liquid equilibrium

Abstract

Gas karbon dioksida (CO₂) merupakan gas asam (acid gas), karena sifatnya yang asam. Karena sifat asamnya ini, CO₂ tergolong gas impurities yang sangat merugikan. Kecenderungan proses removal gas CO₂ dari gas proses yang banyak diaplikasikan di industri kimia adalah absorpsi CO₂ dalam larutan yang disertai reaksi kimia dengan menggunakan pelarut potasium karbonat (K₂CO₃) dengan penambahan amine sebagai promotor. Salah satu amine yang umum digunakan dalam industri kimia yaitu MDEA, dimana dikenal dengan proses Benfield. Data kesetimbangan fase uap-cair sistem CO₂-K₂CO₃-MDEA-H₂O dibutuhkan untuk perancangan yang rasional dan operasi yang optimal dari unit CO₂ removal. Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi data solubilitas gas CO₂ di dalam larutan potasium karbonat dengan promotor MDEA pada tekanan 1 atm serta komposisi K₂CO₃- MDEA yaitu 30% massa K₂CO₃–2% massa MDEA pada temperatur 30, 50 dan 70^oC dengan menggunakan model elektrolit-NRTL. Perhitungan ini menggunakan program ASPEN PLUS V7.3, kemudian selanjutnya digunakan untuk membandingkan hasilnya dengan penelitian terdahulu secara eksperimen dan simulasi menggunakan MATLAB. Hasil prediksi dibandingkan dengan data eksperimen dengan ARD tekanan parsial CO₂ 22,5%. Pada penelitian ini, kenaikan CO₂ loading pada rentang 0,0117-0,0187 menyebabkan kenaikan kelarutan CO₂ dan tekanan parsial CO₂ sebesar 2-3%. Selain itu, dengan adanya kenaikan temperatur dari 30- 70°C menyebabkan kenaikan tekanan parsial CO₂ sebesar 2-3%

Carbon dioxide gas (CO₂) is an acid gas, because of its acidic nature. CO₂ is classified as a very harmful impurities gas. The tendency of CO₂ removal process from process gas which is widely applied in chemical industry is chemical absorption using K₂CO₃ as solvent and amine as promoter. One of the amines that can be used is MDEA, which is known as Benfield process. The vapor-liquid phase data of the CO₂-K₂CO₃-MDEA- H₂O system are required for the rational design and optimal operation of the CO₂ removal unit. This study aimed to predict solubility data of CO₂ gas in potassium carbonate solution with MDEA promoter at 30% K₂CO₃-2% MDEA with various temperatures of 30, 50, and 70^oC and 1 atm using the Electrolyte Non-Random Two Liquid (ENRTL) model. This calculation used ASPEN PLUS V7.3 program, then subsequently used to compare the results with previous experimental and simulated studies using MATLAB. The predicted results were compared with experimental data with ARD mole fraction CO₂ 22.5% by CO₂ loading 0,0117-0.0187 . In this study, the increase of CO₂ loading led to increased CO₂ solubility and CO₂ partial pressures . The increase in CO₂ loading results in increased CO₂ solubility and CO₂ partial pressure 2-3%. Besides, in temperature rise causes an increase in CO₂ partial pressure

References

E. Ningsih, A. Sato, M. A. Nafiuddin,W. S. Putranto, Absorpsi Gas CO2 Berpromotor MSG Dalam Larutan K2CO3, Seminar Nasional Inovasi dan Aplikasi Teknologi di Industri, Malang, Indonesia, Februari 2017.

Y. Kurniati, P. S. Utami, K. Kuswandi, W. Winarsih, Prediksi Solubilitas Gas CO2 di dalam Larutan Potassium Karbonat dan Amine (DEA, MEA) Menggunakan Model Elektrolit UNIQUAC, Jurnal Teknik POMITS, vol. 2, no. 1, 2013.

J. T. Cullinane, G. T. Rochelle, Carbon dioxide Absorption with Aqueous Potassium Carbonate Promoted by Piperazine, Chemical Engineering Science, vol. 59, no. 17, hal. 3619-3630, 2004.

H. Winarno, Eksperimental dan Estimasi Kesetimbangan Fase Uap- Cair Sistem Larutan Elektrolit CO2- K2CO3-Diethanolamine-H2O, Thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia, 2008.

S. Solichatun, E. R. Finalis, Pengaruh Penambahan Aditif MDEA terhadap Solubilitas CO2 dalam Larutan K2CO3, Skripsi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia, 2010.

S. Altway, K. D. Marhetha, Prediksi Solubilitas Gas CO2 di Dalam Larutan Potasium Karbonat dan MDEA Menggunakan Model Elektrolit UNIQUAC, Skripsi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia, 2010.

K. Kuswandi, A. Altway, Y. Kurniati, Experimental and Estimation of Vapor-Liquid Equilibria in Aqueous Electrolyte System: CO2-K2CO3- MDEA+DEA-H2O, Modern Applied Science, vol. 9, no. 7, hal. 183-189, 2015.

Y. Liu, L. Zhang, S. Watanasiri, Representing Vapor-Liquid Equilibrium for an Aqueous MEA- CO2 System Using the Electrolyte Nonrandom-Two-Liquid Model, Ind. Eng. Chem., vol. 5, No. 5, hal. 2080- 2090, 1999.

C. C. Chen, L. B. Evan, A local Composition Model for Excess Gibbs Energy of Aqueous Electrolyte Systems, AICHE Journal, vol. 32, hal. 444-454, 1986.

C. C. Chen, Y. Song, Generalized Electrolyte NRTL Model Mixed- Solvent Electrolyte Systems, AICHE Journal, vol. 50, hal. 1928-1941, 2004

B. Kurniadi, D. Rahmadan, G. R. Febriyanto, A. S. Sanjaya, Pengaruh Larutan Benfield, Laju Alir Gas Proses, Dan Beban Reboiler Terhadap Analisa Kinerja Kolom CO2 Absorber Dengan Menggunakan Simulator Aspen Plus V. 8.6, Konversi, vol. 6, no. 1, hal. 1-6, 2017.

O. Eisa, M. Shuhaimi, Thermodynamic Study of Hot Potassium Carbonate Solution Using Aspen Plus, International Journal of Chemical and Molecular Engineering, vol. 4, no. 2, hal. 221- 225, 2010.

C. C. Chen, H. I. Britt, J. F. Boston, L. B. Evans, Local Composition Model for Excess Gibbs Energy of Electrolyte Systems. Part I: Single Solvent, Single Completely Dissociated Electrolyte Systems, AIChE Journal, vol. 28, hal. 588-596, 1982.