4. PENGENDALIAN EMISI VOC KE ATMOSFIR

1. 4. PENGENDALIAN EMISI VOC KE ATMOSFIR Pelepasan secara terbatas VOCs diatur untuk komponen spesifik (misal : benzena, karbon tetrakhlorida), atau sebagai VOC untuk senyawa-senyawa organik dengan dampak lingkungan yang kecil. Hirarki untuk mengendalikan emisi VOC adalah : 1. Eliminasi atau mengurangi emisi VOC pada sumbernya 2. Perolehan kembali VOC untuk digunakan lagi 3. Perolehan kembali VOC untuk pengolahan dan pembuangan 4. Pengolahan dan pembuangan beban VOC dalam aliran gas Masalah penghilangan atau penurunan emisi VOC pada sumbernya dapat dilakukan dengan berbagai cara. Tangki pembebanan dapat merupakan sumber emisi VOC yang signifikan dari tangki penyimpan atmosferik untuk penyimpanan cairan organik.

2. Gambar 1. menunjukkan tangki penyimpan atmosferik saat dikosongkan. Saat level cairan turun, udara/gas inert harus dimasukkan ke dalam tangki untuk menjaga terjadinya penurunan tekanan dari tekanan atmosfir. • Udara atau nitrogen dikeluarkan ke dalam ruang uap yang menjadi jenuh dengan uap organik evaporasi cairan di tangki. • Ketika tangki diisi, permukaan cairan akan naik, menggantikan udara atau nitrogen dari ruang uap yang ada dalam tangki yang sekarang jenuh dengan bahan VOC.

4. Terdapat beberapa cara di mana emisi VOC dapat dijaga dari tangki penyimpanan. Gambar 2. menunjukkan cara teknik yang sederhana menyangkut jaringan kesetimbangan. • Tangki penyimpan atmosferik dihubungkan dengan suatu sistem pelepasan vacuum untuk menjaga terhadap tekanan yang berlebih atau berkurang dari tangki penyimpan. • Sekarang tangki penyimpan atmosferik dikosongkan dan tangker mobil diisi, uap yang digantikan di tangker mobil didorong balik ke dalam tangki penyimpan atmosferik. Pada cara ini, uap yang digantikan di tangker mobil dijaga agar tidak ke luar ke dalam atmosfir. • Cara lain tangki penyimpan dapat “bernafas” ke atmosfir hasil ekspansi dan kontraksi dari kandungan tangki saat terjadi perubahan suhu antara siang dan malam.

6. Floating roofs dan membran fleksibel dapat digunakan seperti pada Gambar 3. • 1. Eksternal Floating Roof. Pada susunan ini , atap yang bergerak secara langsung pada permukaan cairan yang disimpan dan terbuka ke atmosfir (Gambar 3.a). Atap bergerak mempunyai sistem seal untuk celah antara atap dan dinding tangki. Prinsipnya, hal ini akan menghilangkan pernafasan tangki ke atmosfir tetapi masalah utama adalah menjaga seal yang reliable • 2. Internal Floating Roof Pada susunan ini tangki mempunyai atas yang tetap, dan atap yang bergerak tidak terbuka ke atmosfir (Gambar 3.b). Ruang antara atap bergerak dan tetap harus dibuang dengan gas inert. Gas inert akan diventilasikan ke atmosfir setelah dioalh. Sistem ini sangat berat dalam akumulasi air hujan atau salju pada atap yang bergerak. • 3. Membran Fleksibel Pada susunan ini, atap berubah bentuk untuk menghentikan ruang uap yang ke luar ke atmosfir (Gambar 3.c)

10. Sistem efluen dapat menjadi sumber signifikan dari emisi VOC. Jika senyawa organik dikirim ke efluen, bersamaan dengan larutan yang encer, kemudian menguap sepanjang saluran terbuka dapat menyebabkan emisi VOC yang signifikan. Oleh karena itu diperlukan semprotan air yang mengurangi penguapan. Metoda untuk Recovery VOC : • Kondensasi • Membran • Absorpsi • Adsorpsi

11. 1. Kondensasi. • Kondensasi dapat dicapai dengan meningkatkan tekanan atau menurunkan suhu. • Yang banyak dilakukan adalah menurunkan suhu. • Kerugiannya adalah memerlukan sistem refrigerasi. Kondensasi Material Volatil

14. Direct Contact Condensation

15. Compression of the vent with recovery of compression power

17. Tangki Penyimpan Amoniak kapasitas 50.000 ton Suhu = -330C, tekanan = 1 atm

19. 2. Membran. • VOC dapat diperoleh kembali dg membran organik selektif yaitu yang permeabel terhadap uap organik dari pada gas tetap.

20. 3. Absorpsi/Penyerapan • Absorpsi fisik dapat digunakan memperoleh kembali VOC. • Solven yang digunakan harus diregenerasi dan didaur. Jika VOC sangat larut dalam air (misal : formaldehid), maka air dapat digunakan sebagai solvent. • Bagaimanapun juga, solvent dengan titik didih tinggi sering digunakan untuk penyerapan VOC. • Efisiensi perolehan kembali tergantung pada VOC, solvent dan perancangan absorber, efisiensi biasanya ± 95 %. • Efisiensi perolehan kembali meningkat dengan turunnya temperatur dan meningkat dengan meningkatnya tekanan. • Bila menggunakan pelarut organik, harus hati-hati terhadap penguapan solvent ke dalam aliran gas agar tidak menimbulkan masalah baru.

22. 4. Adsorpsi/Penjerapan • Menggunakan adsorbent : Selektif, Luas permukaan besar, Kapasitas besar, Harga terjangkau • Adsorpsi VOC biasanya dilakukan dengan karbon aktif • dengan dilengkapi sistem regenerasi menggunakan kukus Efisiensi perolehan untuk adsorpsi : • Meningkat dengan massa molar VOC (karbon absorber tidak baik untuk mengendalikan VOC titik didih rendah,massa molar ± 40) • Meningkat dengan turunnya suhu adsorpsi • Meningkat dengan meningkatnya tekanan • Meningkat dengan turunnya konsentrasi uap air dalam aliran gas

24. Jika VOC telah diminimasi dari sumbernya dan kemungkinan diperoleh kembali, maka residual VOC dapat dirusak dengan sistem : • Flare • Oksidasi Thermal • Oksidasi Thermal Katalitik • Turbin Gas • Bio Scrubber • Biofiltrasi

25. Flare • Proses pembakaran dengan oksigen secara terbuka, pembakaran yang baik tergantung pada suhu nyala, waktu tinggal, dan pencampuran yang baik. • Dapat digunakan untuk penglepasan untuk proses yang normal atau darurat • Dapat dikategorikan berdasarkan : • tinggi dari flare dan • metode untuk meningkatkan pencampuran

26. Knock Out Drum Vent Stream

27. Oksidasi Thermal • Oksigen yang digunakan 25 % berlebih, • menguraikan VOC menjadi, C, H, dan O • suhu untuk sekitar 7500C biasanya 850-9000C • waktu tinggal singkat, 0,5 – 1 detik, • untuk halogenated organic carbon : 1100-13000C • Suhu puncak dijaga di atas 800C untuk menghilangkan plume yang nampak

28. Fuel Fuel Udara Udara Vent Vent Vertikal Horizontal Fluidozed

29. Oksidasi thermal katalitik • Katalis digunakan untuk menurunkan suhu pembakaran sehingga menghemat energi • Gas Turbin • Jika aliran gas mempunyai laju udara yang tinggi dan beban VOC yang signifikan digunakan untuk oksidasi thermal • Gas tidak mengandung VOC non halogenated dan bebas belerang • Jika beban VOC tinggi maka akan diperoleh gas turbin tanpa penambahan bahan bakar • Pengolahan Biologis • VOC dikontakkan dengan mikroorganisme, VOC organik merupakan makanan mikro organisme, VOC dioksidasi menjadi CO2, H menjadi H2O, N menjadi Nitrat, dan S menjadi sulfat.

30. Bioscrubber untuk mengolah VOC

31. Biofilter untuk mengolah VOC

32. 5. PENGENDALIAN EMISI BELERANG Sumber emisi belerang atmosfir dari proses industri adalah : • Produksi kimia, misalnya, produksi asam sulfat, reaksi sulfonasi, dll • Proses smelting, misalnya , produksi tembaga • Pembakaran bahan bakar, misalnya, pembangkitan uap Emisi belerang dapat dikurangi pada sumbernya melalui : • meningkatnya hasil dalam proses kimia • meningkatnya energi efisiensi yang mengurangi pembakaran bahan bakar • ganti dengan bahan bakar yang rendah belerangnya • penurunan kadar belerang sebelum pembakaran.

33. Emisi belerang dari proses pembakaran dapat dikurangi dengan mengganti bahan bakar kadar belerang rendah • Biasanya kandungan belerang : gas <cair <padat • Bahan bakar lebih mudah didesulfurisasi, sedangkan batubara sangat sulit karena harus dihaluskan lebih dulu (100 m) untuk membebaskan belerang anorganik, dipisahkan dengan proses flotasi. • Desulfurisasi hanya mampu mengurangi 30-60 % • Untuk bahan bakar cair Sulfur dalam bentuk merkaptan, thiols, thiopene, dll • Desulfurisasi dilakukan dalam suatu katalis pada suhu dan tekanan tertentu. • Pengurangan belerang dalam aliran gas biasanya mengurangi H2S atau SO2. • Mengurangi kadar H2S lebih mudah jika dibandingkan dengan SO2.

34. Penyusutan H2S 1. Absorpsi Kimia • Dengan menggunakan senyawa amina paling banyak digunakan • Pelarut yang lain : Potasium karbonat 2. Absorpsi Fisik • Dengan menggunakan solvent seperti propilen karbonat dan metanol 3. Gasifikasi • Burner : 2 H2S + 3 O2 2 H2O + 2 SO2 • Konverter : 2 H2S + SO2 2 H2O + 3 S • Overall : H2S + ½ O2 S + H2O 4. Oksidasi Parsial • H2S + Fe++ Fe2S3 + 2 H+

35. Jika diperlukan untuk membakar bahan bakar dengan kandungan sulfur yang tinggi, proses gasifikasi lebih disukai. Gasifikasi adalah pembakaran parsial bahan bakar dengan menggunakan oksigen murni atau udara denga adanya kukus (steam) Suhu mencapai 16000C dan tekanan 150 bar. Hasil gasifikasi adalah campuran CO, CO2, H2, H2O, CH , H2S, COS, N2 and NH3 . Belerang dikonversi menjadi H2S (95%).

36. Reaksi : Burner : 2 H2S + 3 O2 2 H2O + 2 SO2 Konverter : 2 H2S + SO2  2 H2O + 3 S Overall : H2S + ½ O2  S + H2O

37. Oksidasi Parsial H2S Dengan Ion Logam

38. Penyusutan SO2 dengan Absorpsi 1. Larutan Kapur (limestone) • Menggunakan larutan limestone (batukapur), terbentuk gipsum • CaCO3 + SO2 CaSO3 + CO2 • CaSO3 + ½ O2 + 2 H2O  CaSO4.2 H2O 2. Absorpsi Fisik • Menggunakan larutan tiosulfat • SO2 + Na2SO3 + H2O  2 NaHSO3 • NaHSO3  SO2 + Na2SO3 + H2O

39. Penyusutan SO2 dengan Penyerapan Kapur CaCO3 + SO2 CaSO3 + CO2 CaSO3 + ½ O2 + 2 H2O  CaSO4 .2 H2O

40. Penyusutan SO2 Proses Wellman-Lord SO2 + Na2SO3 + H2O  2 NaHSO3 NaHSO3  SO2 + Na2SO3 + H2O

41. Claus process tail gas clean up

42. 6. PENGENDALIAN EMISI OKSIDA NITROGEN Oksida nitrogen ada dalam 8 bentuk, tetapi hanya dua yang penting yaitu : oksida nitrat (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) yang dikenal sebagai NOx NOx dihasilkan dari : • Produksi kimia (pabrik asam nitrat, reaksi nitrasi, dll) • Penggunaan asam nitrat dalam proses logam dan mineral • Pembakaran bahan bakar • NOx dari hasil pembakaran pada awalnya bentuknya NO kemudian dioksidasi menjadi NO2

43. 3 sumber utama NO : 1. Fuel NO. Berasal dari ikatan nitrogen dalam bahan bakar bereaksi dengan oksigen membentuk NO (Fuel N) + ½ O2 ↔ NO 2. Thermal NO Terbentuk bila molekul nitrogen dalam pembakaran bereaksi dengan oksigen membentuk NO menurut reaksi : N2 + O2 ↔ 2 NO 3. Pembentukan cepat NO Pembentukan cepat NO terjadi bila molekul nitrogen bereaksi dengan radikal hidrokarbon dalam nyala. Pembentukan hanya terjadi pada nyala dan sangat tergantung pada suhu

45. NOx dalam gas buang dominannya adalah NO (90%). NO di atmosfir teroksidasi menjadi NO2. • Pembentukan NOx dalam pembakaran tergantung pada bahan bakar dan jenis alat pembakaran. • Batubara menghasilkan NOx yang tinggi, kemudian fuel oil, gas alam yang paling rendah. • Salah satu cara untuk mengurangi NOx adalah dengan mengganti bahan bakar, Fuel oil diganti gas alam. Minimisasi NOx pada sumbernya berarti : • meningkatnya hasil dalam proses kimia • meningkatnya efisiensi energi yang mengurangi pembakaran bahan bakar • ganti dengan bahan bakar yang rendah nitrogennya • minimisasi NOx dalam proses pembakaran

46. Pembentukan NOx dalam proses pembakaran dapat dikurangi dengan : 1. Reduced air preheat • Pemanasan udara awal untuk proses pembakaran akan meningkatkan suhu nyala dan efisiensi • Peningkatan suhu akan meningkatkan NOx • Mengurangi pemanasan awal udara akan mengurangi pembentukan NOx 2. Flue gas recirculation • Resirkulasi parsial gas buang akan mengurangi titik nyala puncak dan mengurangi pembentukan NOx • 10-20 % udara pembakaran diresirkulasi 3. Steam injection • Injeksi steam menurunkan suhu pembakaran dengan menambahkan inert ke dalam proses pembakaran • Air atau uap air diinjeksikan dan uap dalam keadaan lewat jenuh, akan mengurangi efisiensi furnace dalam bentuk energi untuk menghasilkan steam • Untuk mengurangi NOX yang moderat

47. 4. Reduced excess air • Mengurangi udara berlebih juga akan mengurangi terbentuknya NOx 5. Air staging • Unjuk kerja udara dalam burner dapat digunakan untuk menurunkan pembentukan NOx. • Bahan bakar dan udara primer diinjeksikan ke dalam nyala dengan oksigen yang berkurang • Udara sekunder diinjeksikan untuk menyempurnakan pembakaran • Hasilnya akan menurunkan fuel NO dan thermal NO dengan turunnya suhu nyala 6. Fuel staging • Udara dan bahan bakar primer dibakar dengan kondisi berlebih dari stoikiometrinya • Pada zona staging, ditambahkan fuel sekunder (10-20 % dari fuel primer) dibakar pada kondisi oksigen yang kurang • Suhu paling tidak 10000C • Pada akhir zona pembakaran udara ditambahkan untuk menyempurnakan pembakaran • Suhu yang lebih rendah lebih disukai (< 10000C)

48. Penanganan NOx • Absorpsi kimia Pelarut yang digunakan adalah hidrogen peroksida 2 NO + 3 H2O2 2 HNO3 + 2 H2O 2 NO2 + H2O2 2 HNO3 • Reduksi Dengan menggunakan ammonia, reaksi terjadi pada kisaran suhu 850 – 11000C 6 NO + 4 NH3 5 N2 + 6 H2O 4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O 2 NO2 + 4 NH3 + O2 3 N2 + 6 H2O Di bawah 8500C reaksi sangat lambat Di atas 11000C reaksi yang dominan adalah : NH3 + O2  NO + 3/2 H2O

50. Penyusutan NOx dengan Reduksi Non Katalitik