Perpustakaan Digital ITB

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 kemampuan adsorben 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 700?C, laju alir udara 1 s.d 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. iv 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 1,1% 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). Pembuatan adsorben CuO/?-Al2O3 dengan metode impregnasi kering dengan larutan garam Cu(NO3)2 sebagai sumber logam Cu bersifat dapat diproduksi ulang (reproducible). Metode impregnasi kering telah berhasil mendispersi fasa aktif CuO dengan baik pada permukaan penyangga untuk adsorben dengan konsentrasi logam Cu kurang dari atau sama dengan 8%-berat adsorben. Banyaknya fasa aktif CuO yang menempel pada penyangga berpengaruh nyata terhadap perubahan sifat pori (luas permukaan spesifik dan volume pori) adsorben CuO/?-Al2O3. Lama waktu adsorben mencapai kejenuhan meningkat dengan meningkatnya temperatur adsorpsi dan cenderung sama pada berbagai konsentrasi logam Cu. Adsorben CuO/?-Al2O3 dengan jumlah fasa aktif sekitar 8%-berat adsorben pada temperatur adsorpsi 450?C memiliki kapasitas adsorpsi paling besar yakni 3,71 g sulfur/100 g adsorben. Regenerasi dengan dekomposisi panas secara nyata dapat meregenerasi adsorben 8Cu bekas pakai. Regenerasi adsorben 8Cu bekas pakai pada temperatur regenerasi 600?C menghasilkan adsorben dengan kemampuan adsorpsi SO2 rata-rata paling tinggi hingga siklus adsorpsi-regenerasi kesepuluh. Regenerasi adsorben dengan dekomposisi panas terutama pada temperatur 500?C 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 500?C pada siklus adsorpsi-regenerasi sepuluh kali. Regenerasi adsorben pada temperatur 700?C hingga siklus adsorpsi-regenerasi sepuluh kali berpengaruh nyata terhadap perubahan sifat pori adsorben 8Cu yang mengindikasikan terjadinya perubahan struktur adsorben. v Model CA,oCA,i=exp[?VQkrexp(?kdt)] dengan parameter kinetika pemodelan kr=27.862exp(?20,33RT) dan kd=0,024exp(?6,64RT) adalah sesuai untuk menggambarkan kurva breakthrough adsorpsi SO2 dengan adsorben CuO/?-Al2O3 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, parameter pemodelan, reaktor unggun diam, regenerasi, validasi