Submitted : 9 November 2016 Revised : 1 February 2017
Accepted : 21 March 2017
SIMULASI ABSORPSI GAS CO 2 DENGAN PELARUT DIETANOLAMINA (DEA)

## MENGGUNAKAN SIMULATOR ASPEN HYSYS
Yansen Hartanto 1* , Aditya Putranto 1 , Stephanie Cynthia 1
1 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan JalanCiumbuleuit No. 94 Bandung 40141
* Email: yansen_hartanto@unpar.ac.id

## Abstrak
Gas alam mengandung beberapa kontaminan yang harus dibersihkan terlebih dahulu. Kontaminan yang paling banyak dijumpai yaitu gas karbondioksida (CO 2 ). Gas CO 2 harus dihilangkan karena dapat menyebabkan korosi pada  bagian  perpipaan  dan  memperkecil  nilai  kalor  dari  gas  alam.  Salah  satu  teknologi  penghilangan  gas  CO 2 yang  paling  banyak  digunakan  adalah  proses  absorpsi  dengan  menggunakan  pelarut  alkanolamina.  Dalam penelitian  ini  pelarut  yang  dikaji  yaitu  dietanolamina  (DEA).  Proses  absorpsi  kimia  ini  banyak  terdapat  dalam simulator  komersial  seperti  Aspen  Hysys.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  tingkat  akurasi  model kesetimbangan  gas-cair  yang  terdapat  dalam  simulator,  yaitu  model  Kent-Eisenberg  dan  elektrolit  NRTL. Penelitian  ini  juga  dilanjutkan  untuk  mengetahui  pengaruh  konsentrasi  pelarut  dan  temperature  pelarut terhadap loading CO 2 dan  komposisi  CO 2 pada sweet  gas .  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  model  elektrolit NRTL merupakan model kesetimbangan gas-cair yang lebih baik untuk simulasi absorpsi gas CO 2 dengan pelarut DEA. Semakin tinggi temperature operasi maka loading CO 2 makin tinggi sedangkan komposisi CO 2 di sweet gas makin rendah. Semakin tinggi konsentrasi DEA maka loading CO 2 dan komposisi CO 2 di sweet gas makin rendah.
Kata Kunci : CO 2 , Dietanolamina, Kesetimbangan, Simulator

## Abstract
Natural gas contains several contaminants that must be cleaned, especially carbon dioxide (CO 2 ). This contaminant must be removed because it can lead to corrosion of the pipeline and reduce the heating value of natural gas. The most  widely  used  technology  to  remove  CO 2 from  natural  gas  is  absorption  using  chemical  solvent  such asalkanolamine. In this study  focused on studying the diethanolamine (DEA)as a solvent. This chemical absorption process is widely available in commercial simulators such as Aspen Hysys. This  goal of this study was to determine the  level  of  accuracy  of  gas-liquid  equilibrium  models  contained  in  the  simulator,  such  as  Kent-Eisenbergand electrolyte NRTLandto determine the effect of solvent concentration and temperature of the solvent on CO 2 loading in rich amine and CO 2 composition in sweet gas. The results showed that the electrolyte NRTL model gave the more accurate  result for  CO 2 absorption  using  DEA  solvent.  Higher  temperature  increasedCO 2 loading  and  reduce  CO 2 in the sweet gas. Higher solvent concentration reduced the loading of CO 2 in rich amine and CO 2 composition in sweet gas.
Keywords : CO 2 , Diethanolamine, Equilibrium, Simulator

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip

## 1. PENDAHULUAN
Gas  alam  merupakan  salah  sat  jenis  bahan  bakar yang  paling  banyak  digunakan.  Akan  tetapi  pada  gas alamini  terkandung  berbagai  kontaminan  seperti  H 2 S dan  CO 2 .  Kandungan  CO 2 pada  gas  alamini  dapat mengakibatkan  gangguan  dalam  pemanfaatan  gas alam.  Gas  CO 2 bisa  membentuk  asam  jika  bercampur dengan  air  yang  bias  mengakibatkan  korosi  pada system perpipaan. Selain itu CO 2 juga dapat membeku pada  suhu  rendah  serta  menurunkan  nilai  kalor  gas alam (Faulkner, 2006).
Terdapat  beberapa  teknologi  pemisahan  gas  CO 2 seperti  absorpsifisika,  absorpsikimia,  dan  membran. Dari  berbagai  teknologi  tersebut,  absorpsi  dengan pelarut kimia telah dipelajari lebih lanjut dan terbukti merupakan  teknologi  yang  paling  efektif  dan  cocok untuk  pemisahan  gas  CO 2 (Astaritadkk,  1983,  Yudkk., 2012).
Pelarut  yang  paling  banyak  digunakan  dalam absorpsi  CO 2 ini  yaitu  pelarut  alkanolamina  seperti monoetanolamina  (MEA),  dietanolamina  (DEA),  dan metildietanolamina  (MDEA)  .DEA  memiliki  laju absorpsi  yang  lebih  cepat  dari  pada  MDEA  dan memiliki  kemampuan  yang  lebih  baik  dalam mengabsorb  CO 2 dibandingkan  dengan  MEA  serta tidak  korosif  seperti  MEA  (Astaritadkk,  1983,  Yudkk. 2012)
Proses absorpsi gas CO 2 menggunakan alkanolamina  ini  telah  banyak  digunakan  di  dalam berbagai  simulator  komersia  seperti  Aspen  Hysys. Pada  simulator  tersebut  diterapkan  berbagai  model kesetimbangan  gas-cair  yang  berbeda-beda  seperti model  Kent-Eisenberg  dan  elektrolit  NRTL.  Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi akurasi dari model- model  tersebut  pada  kondisi  operasi  tertentu  dengan membandingkan  data  hasil  simulasi  untuk  setiap model dengan hasil eksperimen.
Pada  penelitian  ini  juga  dilaksanakan  analisis sensitivitas  untuk  mengetahui  pengaruh  berbagai variabel  proses,  seperti  temperature  operasi  dan konsentrasi  pelarut  terhadap  proses  absorpsi. Variabel  yang  diamati  yaitu  konsentrasi  CO 2 di  aliran gas  keluaran  absorber  ( sweet  gas )  serta  loading  CO 2 (rasio  molar  antara  CO 2 danamina)  pada  aliran  cair keluaran absorber ( rich amine ).

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  terdiri  dari  2  tahap,  yaitu  evaluasi model  kesetimbangan  dan  analisis  sensitivitas  pada proses absorpsi CO 2 .

## 2.1 Evaluasi Model Kesetimbangan
Model  yang  dikaji  pada  penelitian  ini  terdiri  dari  2 model,  yaitu  model Kent-Eisenberg  dan  elektrolit NRTL. Evaluasi model dilakukan dengan membandingkan  data  hasil  simulasi  untuk  setiap model  yang  dikaji  dengan  data  eksperimen  yang diperoleh dari literatur. Data yang dibandingkan pada evaluasi  model  ini  yaitu  kurva  kesetimbangan absorpsi  yang  menggambarkan  hubungan  antara komposisi  CO 2 di  fasa  gas  yang  dinyatakan  dengan
tekanan  parsial  CO 2 dengan  konsentrasi  CO 2 di  fasa cairan yang dinyatakan oleh loading CO 2 .
Data kesetimbangan yang diperoleh dari eksperimen menggunakan peralatan yang disajikan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Skematik Peralatan Penentuan Kesetimbangan CO 2 (Austgen, dkk, 1991)
Umpan  ( dry  gas )  yang  merupakan  campuran  gas CO 2 dan  gas  inert  (N 2 )  dengan  komposisi  50%-mol  CO 2 dan sisanya N 2 mula-mula dimasukkan ke dalam saturator untuk  menjenuhkan  gas  tersebut  dengan  air.  Hal  ini dimaksudkan agar kandungan air pada pelarut amina tidak ikut  terbawa  aliran  gas  sehingga  konsentrasinya  konstan. Gas  yang    telah  jenuh  dengan  air  ini  memasuki  absorber yang  telah  berisi  larutan  DEA (lean  amine )  dalam  air (49%-berat DEA). Tekanan parsial CO 2 pada gas keluaran ( sweet  gas )  serta  konsentrasi  CO 2 pada  cairan  ( rich amine )  akan  dianalisis  sehingga  diperoleh  kurva kesetimbangan  gas-cair.  Saturator  dan  absorber  dijaga agar kondisiny aisotermal 25 o C.
Simulasi dilakukan dengan memodelkan eksperimen di  atas  menggunakan  simulator  Aspen  Hysys.  Pada simulasi  ini  digunakan  2  buah  separator  untuk memodelkan saturator dan absorber. Gas yang digunakan juga  identik  dengan  data  di  literatur  (campuran  CO 2 dan N 2 ).  Simulasi  yang  dilakukan  untuk  evaluasi  model  ini disajikan dalam Gambar 2.

## Gambar 2. Simulasi pada Evaluasi Model
2.2 Analisis Sensitivitas Proses Absorpsi CO 2 Setelah  model  yang  paling  baik  diketahui, penelitian  dilanjutkan  dengan  simulasi  absorbsi  gas CO 2 dengan melakukan variasi variabel proses seperti temperatur  (25 o C  hingga  85 o C)  dan  konsentrasi pelarut  (fraksi  massa  DEA  0,4  hingga  0,6).  Simulasi absorpsi CO 2 ditunjukkan pada Gambar 3. Pada  kolom  absorber,  gas  asam  ( acid  gas ) memasuki  kolom  dar  ibawah  (aliran  1).  Sedangkan pelarut  alkanolamina  ( lean  amine )  memasuki  kolom dari  atas  (aliran  2).Keluarankolom  absorber  berupa
sweet  gas pada  bagian  atas  kolom  (aliran  3)  dan pelarut alkanolamina ( rich amine ) pada bagian bawah kolom  (aliran  4).  Variabel  yang  diamati  yaitu konsentrasi  CO 2 di  gas  keluaran  ( sweet  gas )  dan loading CO 2 di rich amine . 4 2 Acid Gas Rich Amine Sweet Gas Absorber 1 3 Lean Amine
Gambar 3 Simulasi Absorpsi pada Kolom Absorber
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Evaluasi Model Kesetimbangan
Kurva  kesetimbangan  hasi  perhitungan  model Kent-Eisenberg  dan  elektrolit  NRTL  dibandingkan dengan hasil eksperimen yang diperoleh dari literatur (Lawson,  1976).  Perbandingan  kurva  kesetimbangan tersebut disajikan dalam Gambar 4.
Gambar 4 Perbandingan Kurva Kesetimbangan Gas Cair pada Sistem CO 2 – DEA (5 N, 25 o C)
Dari  kurva  kesetimbangan  di  atas  dapat  terlihat bahwa  model  Kent-Eisenberg  dan  elektrolit  NRTL sudah  dapat  merepresentasikan  kesetimbangan  gas cair  untuk  sistem  CO 2 -DEA.  Untuk  evaluasi  kedua model  tersebut  dihitung  %-error  yang  merupakan selisih  antara  data  literature  dengan  perhitungan simulator  dibagi  dengan  data  literatur.  Untuk  model Kent-Eisenberg  memiliki  %-error  sebesar  47,46  % sedangkan  elektrolit  NRTL  memiliki  error  sebesar 17,32%.

## 3.1 Analisis Sensitivitas Proses Absorpsi CO
2 Variabel proses yang dianalisis yaitu temperature dan  konsentrasi  pelarut.  Data  yang  diamati  yaitu komposisi  CO 2 (ppm)  pada  aliran sweet  gas dan loading CO 2 (mol  CO₂/mol amine )  pada  aliran rich amine .  Pada  proses  absorpsi  ini  diharapkan konsentrasi  CO 2 pada sweet  gas serendah  mungkin sedangkan loading CO 2 pada rich  amine sebesar mungkin.
Temperatur  operasi  divariasikan  dari  25°C hingga  85°C,  sedangkan  konsentrasi  pelarut  DEA (fraksi massa DEA) divariasikan dari 0,4, hingga 0,6.
Analisis sensitivitas temperature terhadap absorpsi disajikan dalam Gambar 5 dan Gambar 6.
Gambar 5 Pengaruh Temperatur terhadap Loading CO 2 di Rich Amine
Gambar 6 Pengaruh Temperatu rterhadap Komposisi CO 2 di Sweet Gas
Dari  Gambar  5  dan  Gambar  6  terlihat  bahwa semakin  tinggi  temperature  operasi  maka  semakin kecil komposisi CO 2 pada sweet gas dan semakin tinggi loading CO 2 yang  diperoleh.  Hal  ini  terjadi  akibat kinetika  absorpsi  yang  semakin  cepat  apabila temperature  dinaikkan.  Semakin  kecil  komposisi  CO 2 yang  terdapat  di sweet  gas menunjukkan  bahwa semakin  banyak  CO 2 yang  bereaksi  dengan  pelarut DEA  di  aliran rich  amine sehingga  semakin  besar loading CO 2 yang  dihasilkan.  Analisis  sensitivitas konsentrasi  pelarut  disajikan  dalam  Gambar  7  dan Gambar 8.
0.01 0.1 1 10 0.2 0.4 0.6 P CO 2 (p si a) Loading CO 2 (mol CO 2 /mol amina) Data E. NRTL KE 0.406 0.407 0.408 0.409 0.41 0 20 40 60 80 100 loadi n g CO ₂ Temperatur (°C) 0 50 100 150 200 0 20 40 60 80 100 Ko m p o sis i CO ₂ (ppm) Temperatur (°C)
Gambar 7 Pengaruh Konsentrasi DEA terhadap
Loading CO 2 di Rich Amine
Gambar 8 Pengaruh Fraksi Massa DEA terhadap Komposisi CO 2 di Sweet gas
Dari  Gambar  7  dan  Gambar  8  dapa  tdilihat bahwa  semakin  besar  konsentrasi  DEA  yang digunakan maka semakin kecil komposisi CO 2 di sweet gas dan loading CO 2 pada rich  amine yang  diperoleh. Semakin  besar  konsentrasi  pelarut  maka  jumlah  CO 2 yang  terabsorbsi  menjadi  semakin  banyak  sehingga komposisi  CO 2 pada sweet  gas menjadi  semakin rendah.  Akan  tetapi  kenaikan  CO 2 pada  aliran rich amine ini  tidak  sebanding  dengan  kenaikan konsentrasi  DEA  sehingga  menyebabkan loading CO 2 (rasiomol  CO 2 dan  mol  DEA)  yang  diperoleh  semakin kecil.
4. KESIMPULAN
Model  elektrolit  NRTL  pada  Aspen  Hysys memberikan  hasil  yang  lebih  baik  daripada  model
Kent-Eisenberg  walaupun  kedua  model  tersebut memiliki  akurasi  yang  cukup  baik  untuk  sistem  CO 2 dan  DEA.  Pada  analisis  sensitivitas  kolom  absorber terlihat  bahwa  kenaikan  temperature  mampu meningkatkan  laju  absorpsi  CO 2 yang  ditandai  oleh menurunnya kandungan CO 2 pada gas keluaran ( sweet gas )  serta  naiknya loading CO 2 .  Untuk  kenaikan konsentrasi  pelarut  juga  menyebabkan  turunnya konsentrasi CO 2 pada gas keluaran tetapi menyebabkan  turunnya  loading  CO 2 pada  aliran rich amine .

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Austgen, D.M.; Rochelle, G.T.; Chau-Chyun, Chen, Model of Vapor-Liquid Equilibria for Aqueous Acid Gas- Alkanolamine  Systems.  2.Representation  of  H 2 S and  CO 2 Solubility  in  Aqueous  MDEA  and  CO 2 Solubility in Aqueous Mixture of MDEA with MEA or  DEA,  Industrial  and  Engineering  Chemistry Research, 1991, 30, 543-555.
Austgen,  D.M.;  Rochelle  G.T.;  Xiao  Peng;  Chau-Chyun Chen,  Model  of  Vapor-Liquid  Equilibria  for Aqueous  Acid  Gas-Alkanolamine  Systems  Using the  Electrolyte-NRTL  Equation,  Industrial  and Engineering Chemistry Research, 28, 1989, 1060- 1073.
Faulkner,  L.L.,  Fundamentals  of  Natural  Gas Processing, CRC Press, New York, 2006. (ada)
Giovani  Astarita;  David  Savage;  Attilio  Bisio,  Gas Treating  with  Chemical  Solvents,  John  Wiley  & Sons, New York, 1983.
Lawson,  J.D.;  Garst,  A.W.,  Gas  Sweetening  Data: Equilibrium  Solubility  of  Hydrogen  Sulfide  and Carbon  Dioxide  in  Aqueous  Monoethanolamine and AqueousDiethanolamine Solutions, Journal of Chemical  &  Engineering  Data  21,  1976,  20-30.
(ada)
Yu,  C.-H.,  Huang,  C.-H.;  Tan,  C.-S.,  A  Review  of  CO 2 Capture  by  Absorption  and  Adsorption.  Aerosol and Air Quality Research, 2012, 12, 745-769.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 0.2 0.4 0.6 0.8 L oadin g CO ₂ Konsentrasi (Fraksi Massa) DEA 0 100 200 300 400 500 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Ko m p o sis i CO ₂ (ppm) Fraksi Massa DEA