Pengolahan Limbah Black Liquor dengan Recovery Boiler

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.