KESETIMBANGAN DAN PROSES KECEPATAN PADA MEKANISME PENJERAPAN GAS KARBONDIOKSIDA MENGGUNAKAN STRONG BASE ANION EXCHANGE RESIN UNTUK PURIFIKASI BIOGAS

ANIES MUTIARI, Dr. Ir. Aswati Mindaryani, M.Sc

2013 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Biogas adalah salah satu sumber energi terbarukan yang dihasilkan dari aktivitas biologis suatu mikroorganisme anaerobik pada limbah organik. Keberadaan gas CO2 sebagai pengotor dalam biogas akan mempengaruhi kinerja mesin. Hal tersebut dikarenakan sifatnya yang korosif, beracun dan mengurangi efisiensi pembakaran. Mengurangi konsentrasi CO2 secara signifikan akan meningkatkan kualitas biogas sebagai sumber energi. Dalam penelitian ini, metode untuk menghilangkan CO2 dan meningkatkan CH4 dilakukan dengan proses adsorpsi. Strong base anion exchange resin yang digunakan sebagai adsorben dalam penelitian ini adalah resin komersial dengan gugus fungsi Cl- yang dapat dipertukarkan. Keberadaan air diperlukan untuk mengionisasi CO2 dari fase gas ke dalam bentuk bikarbonat. Ion bikarbonat mengalami mekanisme pertukaran ion dengan ion Cl- di permukaan resin. Percobaan kesetimbangan adsorpsi dilakukan secara batch. Variasi dilakukan terhadap konsentrasi gas mula-mula. Percobaan ini bertujuan untuk menentukan model kesetimbangan adsorpsi yang sesuai. Konsentrasi CO2 terlarut dalam cairan diukur dengan cara titrasi. Percobaan proses kecepatan pada adsorpsi kimia terhadap CO2 melalui mekanisme pertukaran ion dilakukan di suatu kolom adsorpsi. Air dan resin berada di fase diam dalam kolom berdiameter 5 cm. Gas diumpankan dari bawah kolom. Faktor yang diteliti dalam penelitian ini adalah laju alir gas dan rasio air dengan resin. Variasi laju aliran gas yang digunakan adalah 1 L/menit, 0,8 L/menit dan 0,5 L/menit. Variasi rasio air dan resin yang digunakan adalah 1:2; 1:3. Konsentrasi CO2 dalam aliran gas outlet dicatat sebagai fungsi waktu. Sampel gas yang diambil dari aliran gas keluar kolom dianalisis kadar CO2nya menggunakan Kromatografi Gas. Percobaan batch menunjukkan bahwa hasil penelitian ini sesuai untuk model kesetimbangan adsorpsi Langmuir. Nilai Cμmax dan b berturut-turut adalah 0,0068 gr HCO3-/gr resin dan 243,36 m3/mol. Percobaan kolom menunjukkan bahwa resin yang digunakan dapat bereaksi dengan CO2 dalam gas campuran. Unjuk kerja tertinggi ditunjukkan pada laju alir gas 0,8 L/menit dan rasio air dengan resin 1:3. Parameter proses kecepatan yang diperoleh adalah kGa, kla, k1 dan k2 dengan nilai berturut-turut 0,0432 mol/s/m3/atm; 0,0001 1/s; 0,0947 1/s dan 0,0991 1/s.

Biogas is one of renewable energy resources produced from an anaerobic digestion of biological wastes. It has been utilized to provide energy and electricity. The presence of non combustible gas such as CO2 in biogas affect engine performance adversely. Moreover, it is corrosive, toxic and reduces the combustion efficiency. Reducing CO2 content will significantly improve the quality of biogas as an energy source. In this research, a method for CO2 removal and CH4 enrichment by adsorption process is tested. The strong base anion exchange resin as adsorbent in this work is the commercial resin with Cl- attached in quartenary ammonium functional group. Water addition is required to ionize CO2 from gas phase into the bicarbonate form so that the bicarbonate ion is exchanged with corresponding ion on the resin. CO2 adsorption capacity was tested in batch processes. The variation of initial concentration of gas mixture was conducted in this experiment. Dissolved CO2 concentration in the liquid was analyzed by titration. Rate processes experiment in chemical adsorption of CO2 by ion exchange mechanism in a packed column was experimentally investigated. The water and resin were in the stationary phase in 5 cm diameter of column. Biogas was fed from the bottom of the column. Factors investigated in this research were gas flow rate and water resin ratio. Variations in gas flow rate used were 1 lpm, 0.8 lpm and 0.5 lpm. Variations in water-resin ratio used were 1:2 and 1:3. The CO2 concentration in the outlet gas stream was recorded as a function of time. CO2 samples taken in the gas outlet stream was analyzed using Gas Chromatography. The batch processes revealed that the data collected match the Langmuir model. The results for Cμmax and b were 0.0068 gr HCO3-/gr resin and 243.36 m3/mol respectively. The packed column experiment revealed that the adsorbent used was effective in reacting with CO2 in the mixed gas. The highest performance was 0.8 lpm gas flow rate and water-resin ratio 1:3. The value of rate processes parameters kGa, kla, k1 and k2 were 0.0432 mol/s/m3/atm; 0.0001 1/s; 0.0947 1/s and 0.0991 1/s respectively

Kata Kunci : Removal CO2, Adsorpsi, Strong Base, Anion Exchange; Pemurnian Biogas