Pengolahan Limbah Black Liquor Dengan Recovery Boiler PDF [PDF]

Citation preview

1



SCIENTIFIC ARTICLE Vol. 1, No. 1, (2013)



Pengolahan Limbah Black Liquor dengan Recovery Boiler Denny Gunawan Jurusan Teknik Kimia, Universitas Surabaya (UBAYA) Jalan Raya Kalirungkut, Surabaya 60293 Indonesia Abstrak—Industri pulp dan kertas termasuk industri kimia terbesar di dunia. Salah satu produk samping yang dihasilkan adalah black liquor. Black liquor ini termasuk limbah cair B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun) yang jika dibuang langsung di sungai dapat menyebabkan ketidakseimbangan ekosistem perairan. Metode recovery boiler adalah salah satu metode pengolahan limbah black liquor yang paling banyak digunakan oleh industri pulp dan kertas. Keunggulan metode ini adalah mampu mengubah kembali black liquor menjadi larutan pemasak yang digunakan pada proses pulping. Selain itu, uap yang dihasilkan pada proses boiling dapat digunakan untuk menggerakan turbin pembangkit listrik tenaga uap sehingga dihasilkan energi listrik. Bagaimanapun, metode ini memiliki kelemahan yaitu hanya dapat diterapkan pada black liquor yang dihasilkan melalui proses kraft saja. Dengan demikian, black liquor yang dihasilkan melalui proses soda maupun proses sulfit tidak bisa diolah menggunakan metode ini. I. PENDAHULUAN Pulp dan kertas dibuat dari serat tumbuhan yang mengandung selulosa, lignin, pektin, tanin, xylan, mannan, gum, dan zat karbohidrat lainnya. Zat yang diperlukan dalam proses pembuatan pulp dan kertas hanyalah selulosa, karena selulosa mampu membentuk ikatan hidrogen yang kuat bersama air. Oleh karena itu, selulosa harus dipisahkan dari zat lainnya supaya kertas memiliki kualitas dan daya tahan yang baik. Proses pemisahan ini memerlukan suatu larutan pemasak. Berdasarkan larutan pemasaknya, ada 3 jenis proses yaitu proses kraft, proses soda, dan proses sulfit. Larutan pemasak yang paling umum digunakan adalah NaOH. Dari proses ini dihasilkan produk samping yang berupa cairan bewarna hitam. Cairan ini adalah limbah black liquor. Black liquor ini banyak mengandung lignin dan sangat berbahaya bagi ekosistem perairan jika langsung dibuang ke perairan. Black liquor yang dihasilkan biasanya memiliki kisaran konsentrasi 15-20% [1]. Sebelum diolah pada recovery boiler, black liquor harus dipekatkan terlebih dahulu hingga mencapai konsentrasi 65-85% [1]. Proses pemekatan ini dikenal sebagai proses evaporasi. Tempat terjadinya proses evaporasi ini disebut evaporator. Ada 2 jenis evaporator yaitu single effect evaporator dan multi effect evaporator. Evaporasi black liquor biasanya menggunakan multi effect evaporator. Sesudah proses evaporasi, barulah black liquor pekat dimasukkan dalam recovery boiler. Recovery boiler pada proses pengolahan limbah black liquor, memiliki dua fungsi yaitu sebagai penghasil uap (steam) dan sebagai reaktor kimia [2]. Uap (steam) yang dihasilkan pada recovery boiler akan digunakan untuk menggerakan turbin pada pembangkit listrik tenaga uap [2]. Sebagai reaktor kimia, recovery boiler berfungsi untuk mengubah kembali black liquor menjadi larutan pemasak yang digunakan pada proses pulping sebelumnya [2]. Perlu diingat bahwa metode recovery boiler ini hanya bisa diterapkan pada black liquor yang dihasilkan melalui proses kraft (menggunakan larutan pemasak sodium atau sulfat) [2]. II.



SIFAT DAN KOMPOSISI BLACK LIQUOR



Sebelum masuk ke bab metode recovery boiler, harus dipahami terlebih dahulu sifat dan komposisi limbah black liquor. Komposisi kimia black liquor adalah sebagai berikut. [1] Tabel 2.1 Komposisi Lignin Polisakarida Garam anorganik Asam lemak Methanol



Persentase 30-45% 30-45% 30-45% 3-5% ~1%



[1] Grafik 2.1



Air Organik Anorganik



Dari tabel 2.1 dan grafik 2.1 dapat disimpulkan bahwa komposisi kimia black liquor sebagian besar terdiri atas senyawa organik (lignin dan polisakarida) dan senyawa anorganik (garam anorganik seperti Na2S, Na2SO3, Na2CO3, dan Na2SO4) [2]. Selain itu, black liquor juga mengandung air sekitar 20%. Pada tabel 1.1, lignin merupakan komposisi kimia terbesar dalam black liquor [1]. Lignin ini yang menyebabkan warna kehitaman pada black liquor. Selain komposisi senyawa kimia, penting untuk diketahui juga mengenai komposisi elemen dari black liquor secara empiris. Berikut tabel komposisi elemen black liquor. Perlu diingat kembali bahwa komposisi elemental di bawah ini merupakan komposisi elemen untuk black liquor, hasil proses kraft. [2] Tabel 2.2 Persentase Elemen massa (%) C 38.2% H 3.4% O 31.1% N 0.1% S 5.2% Na 19.8% K 1.9% Cl 0.10% Lainnya (Ca, Si, 0.2% Al, Mg, Fe, Mn) S/Na2=0.38 Pada tabel 2.2, rasio antara S dan Na2 bisa sangat bervariasi tergantung pada kondisi proses [2]. Namun secara umum rasio tersebut masih dalam kisaran 0.35 sampai 0.5 [2]. Dalam recovery boiler, idealnya S dan Na2 ini akan diubah sepenuhnya menjadi Na2S dan Na2CO3 dan akan mengendap di bawah recovery boiler [2]. Namun dalam kenyataannya hal tersebut tidak terjadi. Proses pada recovery boiler akan dibahas pada bab



2



SCIENTIFIC ARTICLE Vol. 1, No. 1, (2013) 3. Selain itu, penting untuk diketahui viskositas dari black liquor guna mendesain evaporatornya. Berikut tabel viskositas black liquor pada berbagai temperatur [1].



BL Dry Solids 18% 21% 26% 34% 42% 51% 70%



[1] Tabel 2.3 Temperatur (oC) 66 82 93 110 116 121 127



Viskositas (cP) 1.0 0.9 1.0 1.3 2.3 4.9 8.8



Informasi mengenai viskositas black liquor ini perlu diketahui untuk mendesain evaporator [1]. Hal ini disebabkan besar viskositas ini akan memengaruhi koefisien transfer kalor (U) [1]. Jika desain evaporator tidak disesuaikan dengan informasi viskositas ini, energi yang diperlukan untuk evaporasi akan meningkat drastis dan hal ini sangat merugikan industri. Selain viskositas, BPR (Boiling Point Rise) juga memengaruhi kinerja evaporator. Titik didih black liquor selalu lebih tinggi dari titik didih air. Titik didih black liquor dengan konsentrasi 15% sekitar 107oC [1]. Titik didih akan semakin meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi. Dengan peningkatan BPR maka selisih suhu pada evaporator akan menurun. Penurunan suhu ini mengakibatkan kecepatan evaporasi (evaporation rate) juga menurun [1]. III. PROSES RECOVERY BOILER Proses pengolahan limbah black liquor dengan recovery boiler menempuh beberapa tahapan. Pertama, black liquor yang telah dievaporasi akan disemprotkan masuk ke recovery unit. Di dalam recovery unit, black liquor akan terpapar oleh gas panas sehingga mengalami beberapa kejadian. Kejadian itu antara lain, pengeringan (drying), pirolisis (pyrolysis), dan char conversion [3]. [3] Gambar 3.1



Jadi, mula-mula partikel black liquor mengalami pengeringan yang cepat hingga melepas uap air. Uap air (steam) ini bisa digunakan untuk menggerakan turbin pembangkit listrik tenaga uap. Kemudian partikel black liquor masuk ke tahapan pirolisis dimana terjadi degradasi senyawa organik volatil hingga melepas gas-gas tertentu [3]. Biasanya gas yang dihasilkan berupa H2, CO, CH4, CO2, H2O, dan gas TRS (Total Reduced Sulphur) [3]. Hasil dari proses pirolisis ini berupa partikel char yang mengandung 25% senyawa organic non-volatil dan 75% garam anorganik [3]. Tahapan yang terakhir adalah char conversion yang bertujuan untuk mengubah seluruh senyawa organik yang tersisa menjadi gas karbon dioksida ataupun karbon monoksida [3]. Setelah tahapan ini, partikel yang tersisa hanya tersusun atas Na2S dan Na2CO3 [3]. Seluruh proses di atas terjadi dalam waktu yang cepat dalam recovery boiler. Sisa garam anorganik (smelt) yang mengendap di bagian bawah recovery boiler akan diubah kembali menjadi larutan pemasak yang digunakan pada proses pulping. Caranya adalah dengan mencampur smelt dalam air, kemudian dikaustisasikan hingga menjadi larutan pemasak kembali (white liquor). Jadi, secara keseluruhan diagram proses recovery boiler adalah sebagai berikut.



[3] Gambar 3.2



Dari gambar 3.2 di atas ditunjukkan mulai dari proses pulping dengan menggunakan larutan pemasak white liquor hingga menghasilkan pulp dan limbah black liquor konsentrasi lemah. Sebelum memasuki recovery boiler, black liquor lemah dievaporasi sehingga konsentrasinya meningkat. Selanjutnya, black liquor konsentrasi tinggi disemprotkan ke recovery boiler hingga tersisa smelt di dasar recovery boiler. Smelt ini dicampur air menjadi green liquor lalu dikaustisasikan menjadi white liquor yang dapat digunakan kembali pada proses pulping. IV. KESIMPULAN Dari paparan di atas dapat disimpulkan bahwa proses pengolahan black liquor dengan recovery boiler melalui beberapa tahapan proses. Pertama, black liquor lemah dievaporasi sehingga menjadi black liquor dengan konsentrasi kuat. Kedua, black liquor kuat ini disemprotkan ke recovery unit. Di dalam recovery unit, partikel black liquor mengalami pengeringan, pirolisis (degradasi senyawa organik volatil), dan char conversion (konversi senyawa organik non-volatil menjadi gas). Hasil proses tersebut akan mengendap di bawah recovery boiler, berupa smelt yang tersusun atas garam anorganik. Smelt selanjutnya dicampur air dan dikaustisasikan hingga menjadi white liquor (larutan pemasak pada proses pulping) kembali. DAFTAR PUSTAKA [1] Clay, David T. “Evaporation Principles and Black Liquor Properties”. Jacobs Engineering. [2] Hupa, Mikko. “Recovery Boiler Chemical Principles”. Chemical Engineering Abo Akademi University. [3] Marklund, Magnus. “Black Liquor Recovery: How does it work”. ETCPitea.