TUGAS MATA KULIAH TEKNOLOGI MINYAK BUMI Pressure Swing Adsorption (PSA) dan aplikasinya di industri
Oleh : Shelma Karami
21030113140127 21030113140127
Yunita Fahni
21030113120043 21030113120043
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2017
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan pada Tuhan Yang Maha Esa, sehingga kami mampu menyelesaikan tugas ini. Makalah yang berjudul “Pressure Swing Adsorption (PSA) dan aplikasinya di industri” disusun dalam rangka memenuhi salah satu tugas mata kuliah Teknologi Minyak Bumi. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, maka makalah ini tidak akan terselesaikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Ir. Danny Soetrisnanto, M.Eng. selaku dosen pengampu mata kuliah Teknologi Minyak Bumi. 2. Semua pihak yang telah membantu terselesainya proposal penelitian ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Peneliti menyadari makalah ini masih banyak kekurangan, untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan. Kami berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat. Amin.
Semarang, Juni 2017
Penyusun
ABSTRAK
Pressure swing adsorption (PSA) adalah teknik pemisahan gas dalam pemisahan udara, pengeringan gas, dan pemisahan pemurnian hidrogen. Baru-baru ini, teknologi PSA telah diterapkan untuk industri lain seperti pemurnian metana dari alam, biogas dan masih memiliki potensi yang besar untuk memperluas pemanfaatannya. Diketahui bahwa bahan adsorben yang digunakan dalam proses PSA sangat penting dalam menentukan sifat-sifatnya, namun juga telah ditunjukkan bahwa rekayasa proses dapat memperbaiki kinerja unit PSA secara signifikan. Makalah ini bertujuan untuk memberikan gambaran umum tentang dasar-dasar proses PSA, kegunaan PSA, serta aplikasi PSA di industri. Kata Kunci : PSA, adsorpsi, pemisahan, Anilin
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Pressure swing adsorption (PSA) merupakan salah satu teknologi yang digunakan untuk memisahkan beberapa jenis gas dari campuran gas sesuai dengan jenis karakteristik molekuler dan afinitas dari bahan adsorben. Bahan adsorpsi khusus misalnya zeolit, digunakan sebagai sieve molekular, sehingga memudahkan penyerapan gas utama pada tekanan tinggi. Proses selanjutnya adalah proses swing, yaitu proses perubahan dari tekanan tinggi ke tekanan rendah uuntuk mendesorp bahan adsorben. Makalah ini memberikan gambaran umum tentang proses PSA dan aplikasinya. Aplikasi industri PSA yang paling penting akan digunakan untuk mengatasi evolusi teknologi: pemisahan udara dan pemurnian hidrogen. Pasar PSA yang berkembang, pemisahan CH4-CO2, juga akan digunakan untuk beberapa contoh spesifik. 1.2 Tujuan Penulisan
1. Untuk mengetahui pengertian PSA 2. Untuk megetahui cara kerja PSA 3. Untuk mengetahui aplikasi dari PSA 1.3 Manfaat Penulisan
1. Mahasiswa mampu mengetahui pengertian PSA 2. Mahasiswa mampu megetahui cara kerja PSA 3. Mahasiswa mampu mengetahui aplikasi dari PSA
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Adsorpsi
Adsorpsi adalah sebuah fenomena spontan berupa tarikan suatu molekul dari sebuah fluida saat mendekati permukaan zat adsorben padat. Adsorben adalah padatan berpori, yang sebaiknya memiliki luas permukaan yang besar per satuan massa. Molekul yang berbeda memiliki interaksi yang berbeda pula dengan permukaan adsorben, sehingga hal ini memungkinkan untuk terjadi pemisahan. Ketika
adsorben
dimasukkan
untuk
kontak
dengan
fasa
fluida,
keadaan
kesetimbangan tercapai setelah waktu tertentu. Kesetimbangan ini menetapkan batas termodinamika dari muatan adsorben untuk komposisi, suhu, dan tekanan fasa fluida. Dalam proses adsorpsi, adsorben yang digunakan biasanya berbentuk pellet bulat atau diekstrusi. Sebagai alternatif, dapat dibentuk menjadi struktur monolitik sarang lebah sehingga mengurangi penurunan tekanan sistem. Aliran umpan dimasukkan agar kontak dengan adsorben yang biasanya dikemas dalam unggun tetap. Komponen yang kurang teradsorpsi (ringan) akan menerobos kolom lebih cepat dari yang lainnya. Untuk mencapai pemisahan, sebelum komponen berat lainnya menerobos kolom, umpan harus dihentikan dan adsorben harus diregenerasi dengan cara desorpsi senyawa berat. Karena kesetimbangan adsorpsi berada pada kondisi operasi spesifik (komposisi, suhu dan tekanan), dengan mengubah salah s atu parameter proses ini, regenerasi adsorben bisa terjadi.
2.2 Definisi PSA
Bila regenerasi adsorben dilakukan dengan mengurangi tekanan total sistem, proses ini disebut pressure swing adsorpsion (PSA). tekanan total sistem "mengayun" antara tekanan tinggi pada umpan dan tekanan rendah dalam regenerasi. Konsep ini dipatenkan pada tahun 1932, namun aplikasi pertamanya dipresentasikan tiga puluh tahun kemudian.
Selama bertahun-tahun, teknologi PSA digunakan dalam berbagai macam aplikasi: pemurnian hidrogen, pemisahan udara, OBOGS (sistem pembangkit gas on-board), Pelepasan CO2, pemurnian gas mulia (Dia, Xe, Ar), peningkatan CH4, pemisahan n-iso parafin, dan sebagainya. Proses PSA biasanya terkait dengan konsumsi energi rendah bila dibandingkan dengan teknologi lainnya. Sebagai aturan, PSA lebih disukai daripada proses lain ketika konsentrasi komponen yang akan dikeluarkan cukup penting (lebih dari beberapa persen). Dalam kondisi seperti itu, pemuatan kolom dengan komponen berat dilakukan cukup cepat dan karena tekanan sistem dapat berubah dengan cepat, waktu antara adsorpsi dan regenerasi akan seimbang. Bila konsentrasinya rendah, langkah adsorpsi bisa memakan waktu lebih lama dan pilihan lainnya seperti temperature swing adsorption (TSA) dapat dipertimbangkan. Perilaku unit PSA sangat ditentukan oleh adsorben yang digunakan untuk pemisahan. Namun, teknis unit PSA juga merupakan aspek penting. Sebenarnya, tugas utama untuk menentukan unit PSA adalah memilih adsorben yang akan digunakan dengan benar. Setelah itu, semua upaya teknis harus dilakukan dalam menentukan strategi efektif untuk me-regenerasi adsorben. Dengan demikian, kemajuan yang diperoleh pada unit PSA dapat dibagi dalam dua domain utama: penemuan adsorben baru (ilmu material) dan cara baru dan lebih efisien untuk menggunakan dan meregenerasi adsorben (rekayasa).
2.3 Prinsip kerja
Proses pressure swing adsorption bergantung pada fakta yang menyatakan bahwa gas dibawah tekanan cenderung tertarik pada permukaan padatan atau teradsorpsi. Semakin tinggi tekanan, semakin banyak gas yang terserap. Apabila tekanan diturunkan, gas akan dilepas. Proses PSA dapat digunakan untuk memisahkan gas dalam campuran gas, karena tiap gas memiliki kecenderungan penyerapan yang berbeda, kuat atau lemah terhadap permukaan padatan. Misalnya, jika campuran gas seperti udara dialirkan dibawah tekanan melalui suatu bejana yang berisi suatu bed adsorben, yang menarik lebih banyak nitrogen daripada oksigen. Sebagian besar atau seluruh nitrogen akan tetap berada didalam bed, sedangkan gas yang keluar dari bejana akan diperkaya oleh
oksigen. Ketika bed mencapai akhir kapasitasnya untuk menyerap nitrogen, bed dapat diregenerasikan dengan cara menurunkan tekanan sehingga melepaskan nitrogen yang teradsorpsi. Dengan begitu bed dapat digunakan kembali untuk memproduksi udara yang kaya akan oksigen.
Gambar 1. Skema Pressure Swing Adsorption
2.4 Aplikasi PSA (Pembuatan Gas Hidrogen dari Gas Alam dengan Proses Cracking)
Gambar 2. Pembuatan gas hydrogen dari gas alam dengan proses cracking
Pada gambar terlihat pada langkah akhir digunakan teknologi PSA untuk memurnikan/ memisahkan H2 dari impuritisnya misalnya H2O, CO, CO2 dan CH4 yang tidak bereaksi. Kandungan CO dan CO 2 yang tersisa dalam H2 maksimum 20 ppm sedangkan CH4- nya maksimum 50 ppm. Saat berlangsungnya proses diPSA ini, tidak dapat dihindari terjadinya penghilangan atau terikutnya sejumlah kecil H2 dan gas-gas yang harus dibuang (dipisahkan). Gas yang diinginkan dari unit PSA ini hanya Hidrogen. Gas-gas buangan yang dihasilkan unit PSA akan dipakai untuk bahan bakar dari Steam Reformer, setelah dahulu disimpan dalam sebuah tangki yang disebut Surge Drum.
BAB III KESIMPULAN
Teknologi PSA dapat dianggap sebagai teknologi yang ‘mapan’ dalam pemisahan udara, pengeringan, dan pemurnian hidrogen, namun ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk menyempurnakan teknik ini di industri lain. Banyak peneliti di seluruh dunia saat ini sedang mengerjakan bagaimana cara penangkapan CO2 dari gas buang. Sebuah studi menunjukkan bahwa CO2 dapat ditangkap dengan menggunakan PSA, namun studi yang lebih mendasar dan skala pilot-plant jangka panjang diperlukan untuk benar-benar membandingkan teknik ini dengan amina. Pemanfaatan PSA untuk upgrade gas alam (pemisahan CH4-CO2 pada dasarnya) masih tetap menjadi tantangan. Teknologi PSA dan bahkan RPSA dapat digunakan untuk meng-upgrade biogas, namun laju alir dan tekanan gas alam memerlukan solusi alternatif. Dalam semua aplikasi teknologi PSA yang muncul ini, solusi yang lebih cepat dan lebih baik dapat terjadi dengan melakukan interaksi yang baik antara sains material dan rekayasa proses.
DAFTAR PUSTAKA
Grande, Carlos A. 2008. “Separation column and pressure swing adsorption process for gas purification . World Patent Application. ”
Grande, Carlos A. 2012. Advances in Pressure Swing Adsorption for Gas Separation. ISBN Chemical Engineering Vol 2012. Voss, C. 2005. “Applications of pressure swing adsorption technology,” Adsorption, vol. 11, no. 1, pp. 527 – 529