TINJAUAN TERMODINAMIKA PROSES PEMBENTUKAN METANA HIDRAT DALAM MEDIA KARBON BERPORI

Wibiana Wulan Nandari, Ir. Imam Prasetyo M.Eng., Ph.D.

2013 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Metana merupakan sumber energi alternatif yang sangat potensial dan melimpah serta menghasilkan emisi CO2 yang lebih rendah ketika digunakan sebagai bahan bakar karena kandungan C dalam molekul metana jauh lebih kecil dari kandungan H nya. Selain ada dalam bentuk gas, metana di alam juga bisa berada dalam bentuk metana hidrat. Proses terbentuknya metana hidrat di alam dapat diadopsi sebagai metode penyimpanan gas metana. Pada penelitian ini akan dipelajari tinjauan termodinamika terkait temperatur dan tekanan saat sistem metana hidrat dalam fase kesetimbangan. Model termodinamika ini bertujuan untuk memprediksi stabilitas metana hidrat yang akan dimanfaatkan untuk penyimpanan gas metana secara efektif. Setiap volume metana hidrat mengandung sebanyak 164 volume gas metana dalam keadaan standar (STP). Penelitian dilakukan dengan mengadsorpsi gas metana pada karbon berpori yang basah dengan metode static volumetric. Sistem adsorpsi dikondisikan pada beberapa suhu yaitu 274 K, 275 K, 276 K dan 277 K. Gas metana diinjeksikan ke dalam sistem vakum yang telah bersih, pada berbagai tekanan. Kesetimbangan adsorpsi ditunjukkan dengan stabilnya tekanan di dalam sistem adsorpsi. Mol gas metana yang terjerap dihitung dari selisih mol sebelum dan sesudah adsorpsi menggunakan. Tekanan saat metana hidrat terbentuk dapat terlihat dari titik dimana jumlah mol metana yang terjerap naik secara signifikan. Hasil percobaan menunjukkan pada suhu 274 K metana hidrat terbentuk pada tekanan 2,75 MPa; pada suhu 275 K, tekanan 3,16 MPa; pada suhu 276 K, tekanan 3,44 MPa; sedangkan pada suhu 277 K, tekanan 3,67 MPa. Data temperatur dan tekanan digunakan untuk menghitung parameter dari konstanta Langmuir dengan persamaan yang dimodelkan oleh Van der Waals-Platteeuw untuk potensial kimia air di fase hidrat, Holder untuk potensial kimia air di fase liquid, serta Gibbs-Thomson untuk pengaruh media karbon berpori. Analisis menggunakan Sum of Square of Errors (SSE), yaitu dengan cara mencari nilai minimum dari jumlah kuadrat selisih antara dan dengan menebak-nebak parameter dari konstanta Langmuir pada seluruh temperatur percobaan. Parameter yang diperoleh yaitu nilai A 7,5562 dan B 18,9996 untuk sangkar kecil, sedangkan untuk sangkar besar nilai A 7,8734 dan nilai B 18,9986.

Methane is a potential alternative energy source which is abundant and produces lower CO2 emissions when it is used as fuel due to the content of C in the methane molecule is much lesser than its H content. Besides in a form of gas, methane in nature can also be in the form of methane hydrates. The formation process of methane hydrates in nature can be adopted as a method of storage of methane. In this study, a thermodynamics review will be studied related to temperature and pressure in a phase equilibrium system of methane hydrate . Thermodynamic model aims to predict the stability of methane hydrates for effective storage of methane. Each volume of methane hydrate contains as 164 volumes of methane gas under standard conditions ( STP ) . The study was conducted by adsorbing methane on a wet porous carbon with the method of static volumetric. Adsorption system was conditioned at the temperature of 274 K , 275 K , 276 K and 277 K. Methane gas is injected into the clean vacuum system, at various pressures . the adsorption equilibrium was Indicated by stable pressure in the adsorption system . Moles of methane adsorbed was calculated from the difference of mole before and after adsorption.The Pressure when methane hydrate formed can be seen from the point where the number of moles of methane adsorbed increased significantly . The experimental results show that at the temperature of 274 K methane hydrates was formed at a pressure of 2.75 MPa ; at a temperature of 275 K , pressure of 3.16 MPa ; at a temperature of 276 K , pressure of 3.44 MPa , while at a temperature of 277 K , pressure of 3.67 MPa . Temperatures and pressures data are used to calculate the parameters of Langmuir equation constants modeled by the Van der Waals - Platteeuw for the chemical potential of water in the hydrate phase , Holder et al for the chemical potential of water in the liquid phase , as well as for the Gibbs - Thomson effect of porous carbon media . Analysis using Sum of Square of Errors ( SSE ) , that is by looking for the sum of square minimum value of the difference between and by guessing parameters of the Langmuir constant for all temperatures. The parameters obtained are A as 7.5562 and B as 18.9996 for the small scale, whereas for large scale the value of A was 7.8734 and the value B was 18.9986.

Kata Kunci : Metana Hidrat, Pemodelan Termodinamika, Konstanta Langmuir