## Indonesian Journal of Chemical Research
http://ojs3.unpatti.ac.id/index.php/ijcr

## Penyingkiran Merkuri Dari Minyak Mentah Berat: Konversi Merkuri Ion ke Merkuri Metalik
Mercury Removal from Heavy Crude Oil: Conversion of Ionic Mercury to Metallic Mercury
Tri Partono Adhi 1* , Harris Prabowo 2 , Antonius Indarto 1
1 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10, Bandung 2 Downstream Research Technology Center, PT. Pertamina, Sopo Del Tower, Jl. KH. Guru Mughni 21, Jakarta
* Corresponding Author: tpadhi@che.itb.ac.id
Received: 2020-8-20 Received in revised: 2020-8-23 Accepted: 2020-9-26
Available online: 2020-9-30

## Abstract
The  presence  of  mercury  in  crude  oil  creates  problems  in  the  oil  processing  in refineries,  both  in  terms  of  operations  and  health.  The  previous  removal  process  of mercury  has  not  yet  optimally  removed  mercury  in  the  product,  due  to  ionic  and metallic  mercury  species.  In  this  study,  to  obtain  optimum  results,  the  process  of removal of mercury begins with the process of converting ionic (non-metallic) mercury into  metallic  mercury  thermally  in  the  liquid  phase,  followed  by  the  transfer  of metallic mercury to the gas phase by instant evaporation (flashing) and reinforced by gas stripping using internal gas cone from the evaporation of an instant. The results of the optimization of the process carried out can eliminate mercury with an efficiency of more than 95%.
Keywords: Mercury removal, ionic mercury, metalic mercury, crude oil, refinery.

## Abstrak (Indonesian)
Keberadaan  merkuri  dalam  minyak  mentah  memberikan  permasalahan  dalam  proses pengolahan  minyak  di  kilang,  baik  dari  sisi  operasional  maupun  kesehatan.  Proses penyingkiran merkuri terdahulu masih belum secara optimum menghilangkan  merkuri pada  produk,  dikarena  spesies  merkuri  ionik  dan  metalik.  Dalam  studi  ini,  untuk mendapatkan hasil yang optimum, proses penyingkiran merkuri diawali dengan proses konversi  merkuri  ionik  (non-metalik)  menjadi  merkuri  metalik  secara  termal  di  fasa cair,  dilanjutkan  dengan  pemindahan  merkuri  metalik  ke  fasa  gas  dengan  penguapan sekejap  (flashing)  dan  diperkuat  dengan  pelucutan  gas  (stripping)  menggunakan  gas pelucut internal hasil penguapan sekejap. Hasil optimasi proses yang dilakukan dapat menghilangkan merkuri dengan efisiensi 93,8 - 99,6% pada waktu tinggal 10-20 menit dengan rentang temperatur operasi berkisar 200 - 225 °C.
Kata Kunci: Penyingkiran merkuri, merkuri ionik, merkuri metalik, minyak mentah, kilang.

## PENDAHULUAN
Merkuri (Hg)  merupakan  salah  satu  logam  berat beracun, yang dapat terserap melalui permukaan kulit, mulut,  atau  pernapasan  serta  merugikan  kesehatan manusia  (Virtanen  dkk.,  2007;  Bernhoft,  2011;  Park dan  Zheng,  2012).  Keberadaan  merkuri  dalam peralatan  industri  itu  juga  dapat  menyebabkan kerusakan,  bahaya  operasional,  dan  permasalahan kesehatan  bagi  operator  pabrik.  Salah  satu  industri yang  erat  kaitannya  dengan  keberadaan  merkuri adalah industri pengolahan minyak bumi. Kandungan merkuri  dalam  minyak  mentah  dapat  mencapai  nilai 30.000  ppb  (Wilhelm,  2007).  Merujuk  pada rekomendasi  US  EPA  (Enivornmental  Protection
Agency),  nilai  batas  tertinggi  untuk  konsentrasi merkuri  dalam  air  minum  adalah  2  ppb.  Untuk konsentrasi uap merkuri pada udara lingkungan kerja hanya  diperbolehkan  mengandung  50  µg/m 3 menurut Occupational  Safety  and  Health  Administration (OSHA).  Oleh  karena  itu,  kandungan  merkuri  dalam minyak  misalnya  minyak  bakar  untuk  kebutuhan  alat transportasi,  harus  diturunkan  nilainya  serendah mungkin (trace).
Dalam  beberapa  tahun  terakhir,  berbagai teknologi  untuk  menyingkirkan  merkuri  dari  fluida cair (air) telah diteliti dan dievaluasi (Jan dkk., 2009; Chiarle dkk., 2000; Wang dkk., 2011; Oh dkk., 2012; Tavares  dkk.,  2016;  Ahmed  dkk.,  2017;  Tunsu  dan Wickman,  2018;  Indarto  dkk.,  2019;  Indarto  dan
Handoyo,  2020).  Namun,  penyingkiran  merkuri  dari minyak  mentah  berat  bertitik  tuang  tinggi  memiliki kendala dan kerumitan yang belum tuntas terselesaikan  oleh  banyak  teknik  penyingkiran  yang sudah ada. Kondisi minyak  yang berwarna gelap dan kental  menyebabkan  kesulitan  teknik  penyingkiran yang berdasarkan reaksi merkuri membentuk padatan. Kondisi  minyak  mentah  berat  yang  keruh  juga  tidak memungkinkan penerapan teknik penyingkiran menggunakan  adsorben  yang  sudah  dikembangkan khusus untuk fasa cair karena terlalu cepat terjadinya blokade permukaan aktifnya (Sui dkk., 2014).
Teknik penyingkiran yang berdasarkan pelucutan gas  secara  langsung  telah  dapat  mengurangi kandungan  merkuri  dalam  minyak  mentah  tetapi dirasa  kurang  optimum.  Spesies  merkuri  dalam minyak  mentah  berat  lebih  banyak  berupa  merkuri ionik  (Wilhelm  dan  Bloom,  2000)  yang  sangat  larut dalam  minyak  sehingga  tidak  mudah  dilucuti  untuk dipindahkan ke fasa gas. Untuk mengatasi permasalahan  di  atas,  proses  konversi  termal  untuk mengubah  merkuri  non-metalik  menjadi  merkuri metalik  perlu  dilakukan  sehingga  merkuri  yang terkandung  dalam  fasa  cair  akan  lebih  mudah diuapkan (Lord dkk., 2014). Namun  proses terdahulu menggunakan gas pelucut tersirkulasi yang memerlukan tambahan peralatan kompresor, tambahan  kebutuhan  energi  untuk  kompresor,  serta kehilangan  fraksi  minyak  yang  terbawa  gas  pelucut eksternal  meskipun  menghasilkan  efisiensi  hingga mencapai  95%.  Selain  itu,  teknik  penyingkiran  ini juga  belum  menerapkan  teknik  untuk  meminimalkan kebutuhan  utilitas  pemanas  untuk  proses  konversi termal  dan  utilitas  pendingin  untuk  mengembalikan temperatur minyak ke kondisi penyimpanan, sehingga optimalisasi mutlak diperlukan.
Pada studi ini, metode penyingkiran merkuri dari minyak  mentah  berat  bertitik  tuang  tinggi  dilakukan dengan  mengoptimasi  teknik  dan  kondisi  operasi konversi  termal,  pembentukan  gas  pelucut  internal sekali  jalan,  serta  pelucutan  merkuri  dari  minyak  ke fasa  gas  dan  pembersihannya.  Metode  penyingkiran merkuri  yang  meminimalkan  kebutuhan  energi  dan kehilangan  produk  akan  memberikan  dampak  positif terhadap  efisiensi  proses  dan  meningkatkan  margin keuntungan perusahaan.

## METODOLOGI

## Desain instrumentasi
Gambar  skematik  unit  proses  penyingkiran merkuri  ditampilkan  pada  Gambar  1.  Rangkaian  unit penyingkiran  merkuri  terdiri  dari  rektor  konversi
termal  (R-1),  unit  penguapan  sekejap  (V-1),  unit pemisahan  gas/cair  (S-1),  penyingkiran  merkuri  fasa gas  (A-1  dan  A-2),  dan  unit  pelucutan  gas  (S-2). Umpan  yang  digunakan  merupakan  minyak  mentah dari salah satu lapangan produksi minyak milik salah satu  perusahaan  nasional  yang  siap  untuk  dikirim  ke kilang minyak dengan kadar air maksimum 0,3%-vol.
Gambar 1. Skematik diagram rangkaian unit pemisahan merkuri.

## Prosedur kerja dan Analisis Hasil
Aliran  umpan  minyak  segar  dari  tangki  umpan T-101  akan  ditingkatkan  tekanannya  menggunakan pompa  P-1  hingga  5  –  40  bar,  bergantung  pada jenis umpan. Selanjutnya, dilakukan pemanasan menggunakan  pemanas  H-1  untuk  meningkatkan temperatur  umpan  (>125  °C)  yang  menjamin tercapainya  tingkat  konversi  yang  diinginkan  di reaktor  konversi  termal  R-1.  Nilai  ini  sesuai  dengan percobaan  Lord,  dkk.  (2014)  bahwa  pada  temperatur >100C,  keseimbangan  redoks  merkuri  bergeser  ke pembentukan merkuri elemental (Hg 0 ). Waktu tinggal minyak  di  dalam  reaktor  R-1  berkisar  5-30  menit dengan  temperatur  operasi  berkisar  antara  175-250 °C. Aliran efluen reaktor akan diturunkan tekanannya secara  cepat  melalui  kerangan  V-1  yang  selanjutnya masuk  ke  bejana  pemisahan  gas/cair  S-1.  Efisiensi penyingkiran  merkuri  dinyatakan  sebagai  persentase jumlah  merkuri  yang  terpindahkan  dari  fasa  minyak yang  bernilai  antara  0  -  100%  yang  diambil  pada keluaran pendingin C-2 (Gambar 1).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Evaluasi Spesies Merkuri
Untuk  mengevaluasi  spesies  merkuri  yang terkandung  dalam  umpan,  percobaan  sederhana dilakukan  dengan  memanaskan  umpan  sebesar  650 mL  pada  temperatur  145°C  selama  3  jam.  Hal  ini dilakukan  untuk  melihat  pengaruh  perubahan  spesies
merkuri  pada  temperatur  tinggi.  Hasil  analisis kandungan merkuri disajikan pada Tabel 1 menunjukkan  bahwa  hampir  90%  merkuri  yang terkandung  dalam  minyak  umpan  berupa  merkuri non-metalik  yang  tidak  mudah  menguap.  Komposisi ini  berkesusaian  dengan  data  review  oleh  Wilhelm dan  Bloom  (2000)  bahwa  kandungan  merkuri  ionik memiliki  konsentrasi  yang  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  merkuri  metalik/elemental.  Meskipun  relatif kecil, pemanasan pada temperatur tersebut menunjukkan  terjadinya  konversi  termal  merkuri ionik  menjadi  metalik/elemental  (Hg 0 )  yang  tampak dari  penurunan  kandungan  merkuri  ionik  dan  diikuti penambahan  kandungan  merkuri  metalik.  Hal  ini berkesesuaian  dengan  percobaan  Lord  dkk.  (2014) pada temperatur >100 o C, reaksi keseimbangan redoks metalurgi akan mengikuti persamaan reaksi berikut:
Hg 2+ + 2 e - → Hg 0 (1)
Sedikit  penguapan  (total  penurangan  volume sample  sebesar  50  mL)  terjadi  selama  proses pemanasan  145  °C  dalam  waktu  3  jam.  Kecilnya pengurangan  volume  minyak  yang  hanya  berkisar 7,6%  menunjukkan  bahwa  umpan  minyak  yang digunakan  tergolong  minyak  berat.  Bersamaan dengan  terjadinya  penguapan,  kandungan  merkuri total  juga  berkurang  yang  menunjukkan  adanya perpindahan  merkuri  terbawa  oleh  50  mL  minyak yang teruapkan sebagai fasa gas.
Berdasarkan  perhitungan  neraca  massa  secara seksama  menunjukkan  bahwa  komponen  merkuri yang  teruapkan  tersebut  adalah  merkuri  metalik. Perhitungan simulasi dari Sanchez (2013)
menujukkan  bahwa  jumlah  merkuri  yang  berpindah ke fasa gas akan meningkat pada tekanan rendah dan temperatur  tinggi.  Dengan  demikian,  studi  ini membuktikan keabsahan prinsip dasar proses penyingkiran  merkuri  bahwa  merkuri  ionik  dapat disingkirkan  dari  fasa  minyak  setelah  dikonversi secara  termal  menjadi  merkuri  metalik  untuk selanjutnya diuapkan.
Tabel 1. Komposisi spesies merkuri dalam minyak sebelum dan setelah pemanasan pada 145 °C.
Spesies Merkuri Awal Pemanasan (ppb) Akhir Pemanasan (ppb) Hg 2+ , merkuri ionik 293,0 275,6 Hg 0 , merkuri metalik 33,06 43,27 Merkuri total 326,1 318,9

## Konversi Merkuri Ionik
Studi selanjutnya dilakukan dengan  mengalirkan umpan  minyak  pada  rangkaian  unit  penyingkiran merkuri (Skema unit dapat disajikan pada Gambar 1). Dalam percobaan ini, waktu tinggal minyak di dalam reaktor  konversi  termal  divariasikan  antara  5  –  30 menit dengan temperatur operasi berkisar antara 150 – 250 °C. Kurva kandungan merkuri ionik pada produk keluaran reaktor konversi termal (R-1) sebagai fungsi temperatur  dan  waktu  konversi  disajikan  dalam Gambar  2.  Sebaran  data  dalam  bentuk  titik  (dot) merupakan  data  eksperimen  sedangkan  garis  kurva menyatakan  hasil  perhitungan  kinetika  menggunakan persamaan Arrhenius.
Seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  2,  kandungan merkuri ionik akan berkurang secara cepat saat reaksi dilangsungkan pada temperatur yang lebih tinggi dari 125 °C. Hal ini sejalan dengan percobaaan Lord dkk. (2014).  Tetapi,  penentuan  temperatur  reaksi  harus tetap dijaga agar tidak melebihi temperatur yang dapat menyebabkan  banyaknya  minyak  yang  teruapkan. Dari  hasil  eksperimen,  temperatur  proses  konversi merkuri  ionik  menjadi  merkuri  metalik  terbaik diperoleh dalam rentang antara 175 dan 250 °C. Pada temperatur  250  °C,  nilai  konversi  merkuri  ionik menjadi  metalik/elemental  mencapai  50%  dengan waktu  tinggal  reaktan  5  menit  dan  mencapai  nilai mendekati 100% untuk waktu tinggal 30 menit.
Laju reaksi konversi termal fasa cair dari merkuri ionik  menjadi  merkuri  metalik,  Hg 2+ +  2e - →  Hg 0 , dapat  diprediksi  mengikuti  karakteristik  reaksi elementer orde satu dengan konstanta laju reaksi yang bergantung pada temperatur sesuai dengan persamaan Arrhenius (Lord dkk., 2014).
Gambar 2. Kandungan merkuri produk sebagai fungsi temperatur dan waktu konversi.
Gambar  3  memperlihatkan  pengaruh  temperatur operasi  terhadap  tekanan  operasi  minimum  dan
pencapaian  tingkat  konversi  di  reaktor  R-1.  Makin tinggi  temperatur  operasi  akan  memberikan  tingkat konversi  yang  makin  tinggi,  tetapi  juga  memerlukan tekanan operasi yang makin tinggi untuk mempertahankan  kondisi  minyak  tetap  sebagai  fasa cair  di  dalam  reaktor.  Oleh  karena  tekanan  operasi unit  pelucutan  gas  S-2  dijaga  tetap  2,5  bar,  maka kenaikan  temperatur  operasi  unit  R-1  juga  berarti meningkatkan beda tekanan yang tercipta di kerangan V-1 (antara 1,5-6,5 bar), sehingga memberikan nisbah gas/cair  di  unit  S-1  yang  juga  makin  meningkat (antara  6-26  L/L),  yang  akhirnya  memberikan efisiensi  penyingkiran  merkuri  di  unit  S-1  dan  S-2 yang juga makin meningkat.
Hasil  studi  ini  mengarahkan  pemilihan  rentang temperatur yang disukai adalah berkisar antara 200  – 215 °C untuk menghasilkan konversi termal lebih dari 95%  hingga  mendekati  100%  dan  nisbah  gas/cair antara  15  -  21  L/L  sehingga  memberikan  efisiensi penyingkiran  merkuri  total  di  unit  S-2  antara  93,8  - 99,6%.  Merujuk  pada  hasil  di  atas,  waktu  tinggal minyak  dalam reaktor optimum antara 10 – 20 menit dengan  temperatur  operasi  berkisar  antara  200  –  225 °C  agar  diperoleh  tingkat  konversi  merkuri  ionik menjadi merkuri metalik/elemental diatas 95%.
Gambar 3. Pengaruh temperatur operasi terhadap tekanan operasi minimum dan konversi termal.

## KESIMPULAN
Proses  penyingkiran  merkuri  telah  dilakukan dengan  mempertimbangkan  spesies  merkuri  yang terlarut  dalam  minyak  mentah.  Metode  penyingkiran telah  berhasil  menghilangkan  merkuri  dapat  produk hingga  mencapai  nilai  >95%.  Merujuk  pada  hasil diatas,  waktu  tinggal  minyak  dalam  reaktor  yang direkonedasikan  adalah  antara  10  –  20  menit  dengan rentang temperatur operasi berkisar antara
200-225 °C. Nilai optimum akan bergantung pada tipe minyak berat yang nantinya akan diolah.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  atas  bantuan dari  Research  and  Technology  Center,  PT  Pertamina (Persero).

## DAFTAR PUSTAKA
Ahmed,  S.,  Brockgreitens,  J.,  Xu,  K.  and  Abbas,  A.,
2017. A Nanoselenium Sponge For Instantaneous Mercury Removal To Undetectable  Levels, Adv.  Funct.  Mater .,
27:1606572.
Bernhoft,  R.A.,  2011.  Mercury  Toxicity  and Treatment:  A  Review  of  the  Literature, J. Environ Public Health , 2012, 1-10.
Chiarle, S., Ratto, M. and Rovatti, M., 2000. Mercury removal  from  water  by  ion  exchange  resins adsorption, Water Res ., 11, 2971-2978.
Indarto,  A.,  Hartanto,  Y.,  Putranto,  A.  dan  Bunaidi, R.,  2019.  Penentuan  Model  Adsorpsi  Metil Merah  pada  Karbon  Aktif  berbasis  Torefaksi Arang Batubara, Indo. J. Chem. Res, 7(1),41-50.
Indarto,  A.  dan  Handojo,  L.,  2020.  Mekanisme Teoritis Pembentukan Senyawa Siklik Hidrokarbon dari Reaksi C 4 H 5 dan C 4 H 2 , Indo. J.
Chem. Res, 7(2),101-106.
Jan,  A.  T.,  Murtaza,  I.,  Ali,  A.  and  Haq,  Q.  M.  R.,
2009.  Mercury  pollution:  an  emerging  problem and  potential  bacterial  remediation  strategies,
World J. Microbio. Biotech ., 25, 1529-1537. Lord,  C.  J.,  Lambertsson,  E.  L.,  Bjorn,  E.  L.,  Frech, W. and Thomas, S. A., 2014. Removing Mercury From Crude Oil , European Patent, EP2969123A1.
Oh,  C.  S.,  Kim,  H.,  Rengaraj,  S. and Kim,  Y.,  2012.
In Situ Detection And Removal Of Metal Ion By
Porous  Gold  Electrode, Micro.  Mesopor  Mat. , 147, 1-4.
Park,  J.  D.  and  Zheng,  W.,  2012.  Human  Exposure And Health Effects Of Inorganic And Elemental Mercury, J.  Prev.  Med.  Public  Health ,  45(6),
344-352.
Sanchez,  G.  S.,  2013. Mercury  In  Extraction  And Refining Process Of Crude Oil And Natural Gas , Master Thesis, University of Aberdeen, Scotland.
Sui, H., Zhang, M. H., Dong, Y. and Wang, P., 2014.
Research Progress Of Adsorption And Oxidation Mechanism  Of  Elemental  Mercury  From  Coal- Fired Flue Gas, Chem. Ind. Eng. Prog. , 33, 1582- 1588.
Tavares,  D.  S.,  C.  B.Lopes,    A.L.Daniel-da-Silva,  C. Vale,  T.  Trindade  and  M.  E.Pereira,  2016. Mercury In River, Estuarine and Seawaters. Is It
Possible  To  Decrease  Realist  Environmental Concentrations In Order To Achieve
Environmental  Quality  Standards? Water  Res .,
106, 439-449.
Tunsu, C. and Wickman, B., 2018. Effective Removal Of  Mercury  From  Aqueous  Streams  Via Electrochemical  Alloy  Formation  On  Platinum, Nat. Commun ., 9, 4876.
Virtanen,  J.  K.,  Rissanen,  T.H.,  Voutilainen,  S.  and Tuomainen, T. P., 2007. Mercury as a risk factor for  cardiovascular  diseases, J.  Nutri.  Biochem .,
18(2), 75-85.
Wang,  Z.,  Lim,  B.  and  Choi,  C.,  2011.  Removal  Of Hg 2+ As  An  Electron  Acceptor  Coupled  With Power  Generation  Using  A  Microbial  Fuel  Cell, Bioresour. Technol ., 102, 6304-6307.
Wilhelm,  S.  M.,  2007.  Estimate  Of  Mercury Emissions To The Atmosphere From Petroleum , Environ. Sci. Tech., 35(24), 4704-4710.
Wilhelm,  S.  M.  and  Bloom,  N.,  2000.  Mercury  in Petroleum, Fuel Process. Technol ., 63,1-27.