How Green Can You Go ?

Memisahkan dan menyimpan gas asetilen menggunakan cecair ionik. Proses “super hijau”

Posted in teknologi hijau by mAthA inggin bixara on Juli 21, 2009

Latar belakang

Gas asetilen (C2H2) diperoleh terutama melalui proses pembakaran metan atau sebagai produk samping perengkahan nafta atau gas alam [1,2]. Dalam proses pemurniannya, hasil perengkahan tadi dialirkan ke dalam kolom untuk diekstrak menggunakan pelarut organik N,N-dimetilformamida (DMF) atau N-metilpirrolidone (NMP) demi mendapatkan asetilen yang terpisah dari fraksi gas lain (etilen) [3]. Tapi proses ini bukannya tanpa masalah karena pelarut organik yang digunakan termasuk beracun dan mudah lepas ke lingkungan karena kesetimbangan tekanan uapnya relatif tinggi (sifat khas pelarut organik yang mudah menguap).

Dalam industri polimerisasi poliolefin, bahan baku gas etilen seringkali terkontaminasi dengan gas asetilen dan pemisahannya cukup sulit karena memiliki titik didih serupa. Kontaminan ini dapat meracuni katalis (misalnya katalis ziegler-Natta) dan bahkan bisa bereaksi dengan material reaktor dari tembaga membentuk senyawa tembaga-asetilida yang dapat menyumbat reaktor dan mudah meledak [4]. Oleh karena itu asetilen perlu disingkirkan dari aliran gas etilen. Salah satu cara yang populer dan dikenal di industri adalah reaksi hidrogenasi selektif (selective hydrogenation) menggunakan katalis paladium-silver yang diemban oleh karbon atau alumina [5]. Proses ini lagi-lagi masih memiliki banyak masalah diantaranya adalah pemakaian katalis dari logam transisi yang mahal dan terjadi reaksi hidrogenasi samping yang mengubah etilen menjadi etana.

Dalam praktek, asetilen disimpan dalam tabung silinder logam dengan cara dilarutkan dalam aseton dan diberi tekanan kurang lebih 15 psi [6]. Aseton berfungsi semacam pelarut yang bisa menampung dan meredam kereaktifan asetilen karena molekul asetilen dan aseton saling berasosiasi. Tapi pelarut ini lagi-lagi adalah pelarut organik yang mudah menguap dan terbakar. Selain itu, tekanan yang diberikan hanya sebatas 15 psi karena asetilen pada tekanan lebih tinggi (yang artinya konsentrasi lebih tinggi) memiliki potensi ledakan dan terpolimerisasi (self polimerization).

Kimia asetilen dan proses ekstraksi

Mengapa menggunakan DMF atau NMP? Salah satu alasannya adalah (selain pelarut tersebut diproduksi massal dan umum digunakan), DMF dan NMP digolongkan sebagai senyawa amida dan memiliki sifat basa lemah. Sementara itu, asetilen walaupun berbentuk gas memiliki karakter asam. Asetilen memiliki dua buah atom hidrogen yang masing-masing terikat pada dua atom karbon berikatan rangkap 3. Ikatan antar karbon rangkap 3 ini meningkatkan kepolaran masing-masing atom, sehingga hidrogen memiliki sedikit muatan positif dan karbon memiliki muatan negatif. Kepolaran inilah yang memberikan derajat Keasaman atom hidrogen pada molekul asetilen (pKa = 25) [1]. Walaupun asam sangat-sangat lemah tapi sifat ini memiliki dampak besar dan bisa dieksploitasi, apalagi dalam konsentrasi yang besar (bulk quantity). Dengan DMF atau NMP yang mengemban sifat basa lemah, diharapkan ekstraksi asetilen berlangsung tuntas dan selektif, karena gas-gas hidrokarbon lain misalnya etilen, butana, metan dan lain-lain tidak memiliki karakteristik seperti asetilen.

Perspektif proses ekstraksi dan penyimpanan alternatif

Oleh karena beberapa masalah yang telah disebutkan di atas, maka diusulkan sebuah sistem pelarut baru yang memiliki kapasitas dan selektifitas ekstrasi besar, memiliki tekanan uap rendah (negligible vapor pressure), tidak mudah terurai oleh panas atau proses kimiawi (thermally and chemically stable), dan tidak mudah terbakar (nonflammable). Serta diharapkan ada sebuah proses pemurnian atau pemisahan asetilen yang bisa bekerja secara daur ulang pada suhu relatif rendah sehingga tidak membutuhkan energi tambahan.

Sebuah grup penelitian dari kampus Kyung Hee, Korea Selatan mencoba mengeksploitasi sebuah sistem pelarut baru yang dikenal sebagai cecair ionik (ionic liquids) [7]. Sekilas tentang aspek kimia dan praktis dari cecair ini dapat dilihat pada artikel di halaman ini. Cecair ionik adalah cairan garam yang berbentuk cair atau lelehan pada suhu kamar. Sifat ikatan kimia maupun fisika antar ion penyusun lelehan ini menyebabkan dia memiliki sifat istimewa disamping sifat cairnya, salah satu yang paling menonjol adalah tekanan uapnya yang nyaris nol. Selain itu cecair ionik bisa diatur sifat fisika-kimianya dengan memodifikasi struktur ion-ionnya. Prinsipnya, cecair ionik memenuhi hampir seluruh prasyarat yang dibutuhkan sebagai pelarut alternatif yang lebih “hijau” dalam proses pemisahan dan penyimpanan asetilen.

Penelitian awal [8] memberikan hasil mengejutkan karena dengan pemilihan cecair ionik yang tepat disesuaikan dengan karakteristik keasaman asetilen, maka dapat dicapai pemisahan selektif asetilen dari campuran asetilen/etilen jauh lebih baik dibanding pelarut konvensional DMF atau NMP. Disamping itu, proses regenerasi atau daur ulang cacair ionik relatif mudah karena cukup menggunakan vakum sambil diberi sedikit panas untuk menarik semua gas terlarut dari cairan (100% bersih, bebas gas). Hal ini tentu sangat sulit diterapkan pada pelarut organik karena mereka akan ikut tersedot oleh alat vakum dan menguap bersama gas. Cecair ionik tersebut juga memiliki kapasitas penglarutan yang jauh lebih tinggi dibanding DMF maupun NMP sehingga layak dijadikan medium alternatif penyimpan asetilen yang stabil. Dengan menggunakan cecair ionik, masalah ekonomi sekaligus masalah lingkungan dalam proses pemisahan asetilen bisa diatasi sekaligus.

Ilustrasi interaksi cecair ionik 1-etil-3-metil-imidazolium acetate dengan gas asetilen

Ilustrasi interaksi cecair ionik 1-etil-3-metil-imidazolium acetate dengan gas asetilen

Penelitian menunjukkan bahwa terjadi interaksi khusus antara asetilen dengan cecair ionik sehingga kelarutan asetilen relatif lebih tinggi dibanding kelarutan metan, etilen, butan, butadien, dan beberapa hidrokarbon lain serta CO2, CO, oksigen, nitrogen maupun hidrogen [9]. Kini tim peneliti sedang menunggu kerjasama aktif dari kalangan industri yang tertarik memanfaatkan proses ini yang bisa dikatakan sebagai “super green technology“.

Pustaka

[1] Asetilen dari Wikipedia

[2] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim (2007).

[3] App. Catal. A 253 (2003) 283-292.

[4] J. Catal. 246 (2007) 40-51.

[5] J. Catal. 181 (1999) 49-56.

[6] Praktek penyimpanan asetilen

[7] J. Ind. Eng. Chem. 13 (2007) 325-338.

[8] Chem. Eng.  Proc.: Process Intensification 49 (2010) 192-198.

[9] Ind. Eng. Chem. Res. 47 (2008) 900-909.

Pertanyaan maupun diskusi dapat disampaikan pada kolom komentar.

Salam hijau!

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: