Metode operasi reverse flow reactor dengan umpan fluktuatif dalam pengolahan emisi gas metana di stasiun kompresor

Abstract

Operation method of reverse flow reactor with fluctuating feed for methane gas emmision processing in compressor station.

The leak of CH4 from the compressor stations can not be avoided and it may cause the global warming. The impact of the global warming can be reduced by oxidizing CH4 into CO2. The CH4 capture strategy using the exhaust mounted on the top of the building causes (1) CH4 levels detected in the gas mixture is very small (±1% volume), (2) the feed gas temperature is near the ambient temperature (±30 oC), (3) the CH4 concentration fluctuates over time. The reverse flow reactor (RFR) is a fixed bed reactor, which has the ability to abate the leak of CH4 and has the ability to act as an autothermal reactor. The purpose of this research is to find a proper operation procedure of the fixed bed reactor for the oxidation of lean methane emission via modeling and simulation. The reactor model is based on the continuity equation and the heat balance, while the concentration of the feed gas behavior dynamic and modeled as a step function. The model was solved numerically using the software package FlexPDE version 6. At ST (switching time) 50 seconds, the RFR operates autothermally with heat accumulation in the inert section fluctuating between 12.4 to 14.2 kJ. At ST 100 seconds, the heat trap inside the reactor increases monotonically. The use of ST 100 seconds requires an additional operation procedure to keep the reactor safe.

Keywords: Global warming, concentration dynamic, autothermal operation, modeling and simulation, reverse flow reactor.

Abstrak

Kebocoran gas CH₄ dari stasiun kompresor tidak dapat dihindarkan dan ini merupakan salah satu sumber penyebab pemanasan global. Dampak pemanasan global ini dapat dikurangi dengan mengoksidasi gas CH₄ menjadi gas CO₂. Strategi penangkapan gas CH₄ menggunakan exhaust yang terpasang pada bagian atas gedung menyebabkan (1) kadar CH₄ yang terdeteksi dalam campuran gas cukup kecil (±1% volume), (2) temperatur gas umpan mendekati temperatur ruangan (± 30 ^oC), (3) konsentrasi gas CH₄ akan berperilaku dinamik. Reverse flow reactor (RFR) mempunyai kemampuan untuk mengatasi akibat yang ditimbulkan oleh proses penangkapan gas CH₄ di stasiun kompresor dan mempunyai kemampuan secara ototermal. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan metode operasi yang tepat untuk mengatasi gas umpan yang berperilaku dinamik. Model yang dikembangkan mengacu pada persamaan kontinuitas dan konsentrasi gas umpan yang berperilaku dinamik dimodelkan sebagai fungsi step. Model diselesaikan menggunakan software FlexPDE versi 6. Penggunaan switching time (ST) yang tepat dapat mengatasi permasalahan konsentrasi gas umpan yang berperilaku dinamik. Pada ST 50 detik, RFR mampu bekerja secara ototermal dengan nilai akumulasi panas di bagian inert yang berfluktuasi antara 12,4–14,2 kJ. Pada ST 100 detik, panas yang terjebak di dalam reaktor semakin lama semakin meningkat. Penggunaan ST 100 detik memerlukan prosedur operasi tambahan untuk menjaga reaktor agar tidak meleleh dan menjaga reaktor tetap beroperasi secara ototermal. 

Kata Kunci: Pemanasan global, dinamika konsentrasi, operasi ototermal, pemodelan dan simulasi, reaktor aliran bolak-balik.