Eliminasi Gas H2S Dalam Biogas dengan Rangkaian Kolom Bahan Isian Karbon Berpori Biji Salak dan Zeolit

EVITA MAULIDATURAHMA, Chandra Wahyu Purnomo, S.T., M.E., M.Eng., D.Eng., IPM. ; Dr.-Ing. Ir. Teguh Ariyanto, S.T., M.Eng., IPM.

2023 | Tesis | MAGISTER TEKNIK KIMIA

Hidrogen sulfida (H2S) merupakan salah satu pengotor gas yang terkandung di dalam biogas dan gas alam. Kandungan H2S yang tinggi menyebabkan rendahnya nilai kalor pembakaran, bersifat korosif, dan berbahaya bagi manusia karena akan menyebabkan keracunan apabila terpapar pada dosis yang berlebihan. Oleh karena itu, diperlukan metode purifikasi untuk memisahkan H2S dari biogas, sehingga akan meningkatkan kualitas dari biogas itu sendiri. Metode pemisahan dengan metode adsorpsi pada kolom packed-bed dinilai berhasil untuk penjerapan H2S, dilihat dari setup dan maintenance yang mudah, tetapi kelemahan dalam metode ini adalah adsorben yang relatif mahal. Dengan demikian, pengetahuan mengenai kinetika pemisahan dan penentuan adsorben yang digunakan sangat dibutuhkan untuk optimisasi sistem adsorpsi. Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh laju alir umpan, tinggi tumpukan bed, ukuran partikel adsorben, aktivasi adsorben, grafik breakthrough, dan kinetika adsorpsi pada kolom packed-bed. Karbon dipreparasi dari biochar berbasis biji salak dan diaktivasi menggunakan CO2 sebagai agent pada suhu 700 dan 800 derajat celcius, sedangkan untuk zeolit diaktivasi dengan metode kalsinasi menggunakan furnace pada suhu 400 derajat celcius. Karbon dan zeolit dikarakterisasi menggunakan N2 sorption, dan XRD untuk memperlajari luas permukaan pori dan struktur kristal dari adsorben. Selanjutnya, penjerapan gas H2S dilakukan di dalam kolom packed-bed yang berisikan tumpukan karbon dan zeolit dengan variabel tinggi (5, 10, dan 15 cm), proses adsorpsi dilakukan pada tekanan atmosferis, suhu 30 derajat celcius, laju alir yang berbeda (1 dan 2 L/min), dan ukuran partikel adsorben yang berbeda (karbon 2 cm dan 1,69 mm lalu zeolit 1,69 mm dan 0,721mm). Untuk mengevaluasi parameter kinetika adsorpsi dari beberapa model yaitu Thomas Model, Adams-Bohart Model dan Yoon-Nelson Model, maka digunakan metode plotting data eksperimen, lalu dari plotting tersebut diambil R square yang paling tinggi atau mendekati 1. Hasil karakterisasi material menunjukkan bahwa zeolit memiliki luas permukaan yang lebih tinggi daripada karbon, yaitu sebesar 40,871 m2 .g-1 dan pori didominasi oleh mesopori. Selanjutnya, untuk kurva breakthrough yang muncul terlebih dahulu yaitu milik zeolit dikarenakan afinitasnya yang tinggi terhadap gas H2S. Hasil analisis kinetika menunjukkan bahwa proses adsorpsi dalam penelitian ini cocok dengan asumsi milik Thomas model dikarenakan R square yang mendekati nilai 1. Terakhir, hasil kinerja pemisahan menunjukkan bahwa laju alir umpan yang rendah dan ukuran partikel adsorben yang kecil menghasilkan total uptake adsorpsi yang besar, sedangkan semakin rendah ketinggian bed dan adsorben tidak diaktivasi akan menurunkan performa dari proses penjerapan. Pada penelitian ini maksimum C miu diprediksi sebesar 252,37 mg adsorbat/g adsorben untuk karbon berpori suhu 700 derajat celcius, laju umpan 2 L/menit, ukuran partikel rata-rata 1,69 mm dan ketinggian bed 10 cm (C7S2H10).

Hydrogen sulfide (H2S) is one of the impurities contained gas in biogas and natural gas. The high H2S content causes a low calorific value of combustion, H2S is corrosive, and is dangerous for humans because it will cause poisoning when exposed to excessive doses. Therefore, a purification method is needed to separate H2S from biogas so that it can improve the quality of the biogas. The separation method with the adsorption method on the packed bed column is considered successful for adsorption H2S, judging from the easy setup and maintenance, but the disadvantage in this method is that adsorben is relatively expensive. Thus, knowledge about the kinetics of separation and determination of the adsorbents used is needed for optimization of the adsorption system. This study aims to study the influence of feed flow rate, bed stack height, adsorbent particle size, adsorbent activation, breakthrough graph, and adsorption kinetics on the packed-bed column. Carbon is prepared from salak seed-based biochar and activated using CO2 as an agent at a temperature of 700 and 800 degree celcius. In contrast, zeolite is activated and calcined using a furnace at a temperature of 400 degree celcius. Carbon and zeolite are characterized using N2 sorption and XRD to study pore morphology. Furthermore, the adsorption of H2S gas was carried out in a packed-bed column containing a pile of carbon and zeolite with high variables (5, 10, and 15 cm), the adsorption process was carried out at atmospheric pressure, a temperature of 30 degree celcius, different flow rates (1 and 2 L/min), and different adsorbent particle sizes (carbon 2 cm and 1.69 mm for zeolite was 1.69 mm and 0.761mm). Several models are used to evaluate the parameters of adsorption kinetics, such as Thomas Model, Adams-Bohart Model and Yoon-Nelson Model, by plotting the data and adjusting to the parameters for each model. From these plottings are taken the highest R square or close to 1. The results of material characterization show that zeolite has a higher surface area than carbon i.e. 40,871 m2 .g-1 and porous dominated by mesopores. Furthermore, for the breakthrough curve that appears first, it belongs to zeolite due to it's high affinity for H2S gas. The results of the kinetic analysis showed that the adsorption process in this study matched Thomas Model assumption with an R square close to the value of 1. Finally, the separation performance results show that the low feed flow rate and small adsorbent particle size result in a large adsorption uptake, while the lower of high bed and the adsorbent is unactivated will decrease the performance of the absorption process. In this study, the maximum C miu was predicted to be 252.37 mg of adsorbent/g adsorbent for porous carbon temperature of 700 degree celcius, feed rate of 2 L/min, average particle size of 1.69 mm and bed height of 10 cm (C7S2H10).

Kata Kunci : Kata kunci : biogas, adsorpsi, zeolit, karbon berpori, biji salak, H2S