Mercury Removal (2)

http://www.hgsolution.com.my/research/paper4.asp

Penyisihan Merkuri dari Hidrokarbon

Unsur merkuri (Hg^o) terlarut dan senyawa merkuri disisihkan dengan menggunakan adsorbent. Sedangkan merkuri berfasa solid atau merkuri yang terikat ke partikel solid disisihkan dengan pemisahan fisik (physical separation).

Adsorbent terdiri atas dua komponen, yaitu:
(1)    Penunjang (support), misalnya zeolit, karbon aktif, logam oksida, dan alumina.
(2)    Komponen reaktif, misalnya Ag, KI, CuS, logam sulfida, dan thiol.

Material yang berpotensi mengganggu adsorbent merkuri adalah:

-          H₂S
-          Air
-          Hidrokarbon olefin dan aromatik
-          Thiol
-          Logam lain: arsenik

Volatilitas merkuri membatasi temperatur operasi, tidak lebih dari 100^oC. Idealnya operasi dilangsungkan pada temperatur yang mendekati ambien.

 

Berdasarkan sifat regeneratifnya, adsorbent yang digunakan untuk menyisihkan merkuri dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu adsorbent non-regeneratif dan adsorbent regeneratif.

 

Non-regenerative mercury removal

Kelebihan metode non-regeneratif adalah:

-          Sederhana, “instal dan tinggalkan”.

Kekurangan metode non-regeneratif adalah:

-          Biaya instalasi tinggi.
-          Ada tambahan pressure drop pada saat adsorbent sudah jenuh.
-          Memerlukan biaya untuk membuang adsorbent yang sudah digunakan.

Jika merkuri terdeteksi di aliran effluent dan pressure drop aliran melalui bed berlebih, adsorbent perlu diganti dengan yang baru.

Material yang dibuang dari adsorbent adalah:
-          Merkuri
-          Lainnya (seperti benzena)

Metode non-regenerative mercury removal menggunakan alternatif sebagai berikut:

1.       Sulfur
2.       Logam sulfida
3.       Halida
4.       Resin pertukaran ion

1.       Sulfur

Sulfur terdispersi di dalam porous carrier, misalnya karbon aktif. Sulfur menempel (impregnate) pada karbon. Karbon berfungsi sebagai penunjang, sedangkan sulfur merupakan komponen reaktif. Sulfur bereaksi dengan merkuri membentuk HgS. Reaksi ini berlangsung cepat.

Hg + S à HgS

Kualitas produk bergantung pada:
-          Kualitas karbon aktif (sebagai penunjang).
-          Teknik yang digunakan untuk mendispersikan sulfur di dalam karbon.

Sulfur harus terdispersi secara baik tanpa menyebabkan adanya penyumbatan (blockage) di dalam pori-pori. Jika tidak, maka:
-          penyisihan merkuri tidak optimum
-          sulfur tidak terikat kuat sehingga sulfur dapat terbawa ke aliran gas pada temperatur tinggi

Sulfur terlarut dalam hidrokarbon cair. Dengan demikian, metode sulfur yang ter-impregnate pada karbon hanya dapat digunakan untuk gas. Pada kondisi upset, kontak hidrokarbon cair dengan adsorbent harus dicegah.

Kelemahan metode ini adalah:
-          Material yang sudah terpakai tidak dapat digunakan kembali.
-          Dari sisi lingkungan, pembuangan merkuri yang dapat diterima adalah dengan pembakaran.
-          Sulfur larut dalam hidrokarbon, terutama hidrokarbon aromatik, sehingga sulfur berpotensi terbawa ke dalam produk.
 

2.       Logam sulfida

Perkembangan selanjutnya adalah penyisihan merkuri menggunakan senyawa anorganik/logam. Logam sulfida terdispersi di dalam solid carrier (karbon aktif, alumina). Sulfur terikat pada logam. Reaktivitas merkuri dengan logam sulfida sangat tinggi.

Hg + M_xS_y à M_xS_y-1 + HgS

Kelebihan metode ini adalah:
-          Adsorbent yang sudah terpakai dapat digunakan kembali.
-          Risiko sulfur terbawa produk (melalui sublimasi atau disolusi) kecil.

Sedangkan kekurangannya adalah:
-          Tidak sesuai untuk fluida yang “kotor”.
Kekurangan metode ini dapat diselesaikan dengan memasang pre-filter di depan mercury guard bed.

Logam sulfida dan polisulfida efektif menyisihkan merkuri. Logam yang digunakan adalah Cu, Zn, dan proprietary metal. Jika diperlukan, logam oksida dapat ditambahkan untuk menyisihkan H₂S. Jika logamnya Cu, reaksinya adalah:
 

CuO + H₂S    à CuS + H₂O

2 CuS + Hg   à HgS + Cu₂S

Logam sulfida digunakan untuk servis hidrokarbon gas dan cair. Adsorbent ini tidak rusak jika kontak dengan air (liquid water).
 
Ukuran pellet adsorbent sekitar 0,9 – 4 mm. Ukuran pellet yang kecil umumnya meningkatkan efisiensi penyisihan merkuri, tetapi menyebabkan pressure drop yang lebih besar.
 

	Ukuran pellet
	Kecil	Besar
Efisiensi penyisihan merkuri	ok	kurang
Pressure drop	tinggi	ok

3.       Halida

Halida menempel (impregnate) pada karbon aktif. Adsorbent ini digunakan untuk servis hidrokarbon cair. 

Air (liquid water) akan membuat halida terlepas (wash off) dari karbon aktif, dan menyebabkan vessel terkorosi. 

4.       Resin pertukaran ion

Resin pertukaran ion digunakan untuk servis nafta cair.

 

Regenerative mercury removal

Adsorbent regeneratif bekerja seperti adsorbent non-regeneratif. Yang berbeda adalah pada proses mercury removal yang menggunakan adsorbent regeneratif terdapat proses regenerasi termal. Biasanya penyisihan merkuri secara regeneratif dilakukan simultan dengan proses dehidrasi atau proses penyisihan kontaminan lain.

Contohnya adalah perak (Ag) yang menempel pada molecular sieve. Merkuri (dari gas atau liquid) akan membentuk amalgam dengan perak. Atom merkuri tidak dapat berdifusi melalui struktur pori yang dapat menyebabkan laju penyisihan merkuri berjalan lambat.
Pada temperatur tinggi merkuri dilepaskan dari perak, menggunakan gas regenerasi.

Kelebihan metode regeneratif adalah:
-          Tidak ada tambahan pressure drop.
-          Merkuri dapat di-recovery sebagai aliran terpisah.

Kekurangan metode regeneratif adalah:

-          Gas yang sudah digunakan untuk regenerasi kemungkinan memerlukan treatment lagi untuk menyisihkan merkuri (secondary mercury removal treatment).

Sumber:

-          Interaction of Mercury with Metal Surfaces, Johnson Matthey Catalysts, 2009

-          Carnell and Willis, Mercury Removal from Liquid Hydrocarbons, Johnson Matthey Catalysts, 2005.

-          NUCON, MERSORB® Mercury Adsorbents, Design and Performance Characteristics, Bulletin 11B28 – 2010.

-          https://www.osha.gov/Publications/mercuryexposure_fluorescentbulbs_factsheet.pdf

-          Abu El Ela, I.S. Mahgoub, M.H. Nabawi, and Abdel Azim, Mercury Monitoring and Removal at Gas Processing Facilities: Case Study of Salam Gas Plant, Society of Petroleum Engineer (SPE), 2008.