Analisis Tekno-Ekonomi dan Performa Penangkapan CO2 Menggunakan Supersonic Separator dan Methyldiethanolamine-Based Natural Gas Sweetening

Wattimena, Jeremia Gedy Julio (2025) Analisis Tekno-Ekonomi dan Performa Penangkapan CO2 Menggunakan Supersonic Separator dan Methyldiethanolamine-Based Natural Gas Sweetening. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201147-Undergraduate_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Studi ini meneliti kinerja dan kelayakan ekonomi teknologi CCUS, dengan fokus pada model Chemical Absorption (CA) yang umum digunakan dalam proses natural gas sweetening untuk menangkap CO₂ di berbagai sektor industri. Mengingat bahwa biaya penangkapan CO₂ mencapai 70-80% dari total biaya CCUS, analisis tekno-ekonomi dilakukan untuk mengoptimalkan proses dan mengurangi pengeluaran. Proses CA yang menggunakan pelarut MDEA dibandingkan dengan model Supersonic Separator (SS) untuk menilai kinerja, efisiensi, dan kelayakan ekonominya. Validasi model menunjukkan kesesuaian yang baik, di mana CA memiliki total duty tertinggi yaitu 64,39 MW, menjadikannya lebih boros energi, sedangkan SS beroperasi dengan beban jauh lebih rendah yaitu 18,99 MW, menunjukkan efisiensi energi yang lebih baik. Dari segi efisiensi exergy, SS secara umum lebih unggul dibandingkan CA dalam gas alam yang kaya CO₂, dengan efisiensi maksimum 74,01%, karena tidak memerlukan proses regenerasi pelarut. Namun, pada gas alam yang memiliki karakteristik komposisi kaya metana, tekanan tinggi yaitu 51,34 bar, dan molar flow yang besar yaitu 50 MMSCFD, CA justru mencapai tingkat penghilangan CO₂ yang tinggi sebesar 85,13%, sehingga lebih efektif dalam kondisi spesifik ini. Konsentrasi CO₂ dalam gas alam sangat mempengaruhi kinerja SS. Pada kadar CO₂ yang lebih tinggi, temperatur titik embun meningkat, memungkinkan kondensasi pada kondisi yang lebih ringan, sehingga transisi fasa dan efisiensi pemisahan meningkat. Selain itu, konsentrasi CO₂ yang lebih tinggi mendorong pembentukan droplet yang lebih besar, yang lebih mudah dipisahkan melalui gaya sentrifugal. Sebaliknya, pada gas alam dengan kadar CO₂ rendah, jumlah inti kondensasi lebih sedikit, sehingga efisiensi pemisahan berkurang dan kinerja SS menjadi kurang optimal. Analisis ekonomi menunjukkan bahwa CA memberikan pengembalian investasi lebih cepat (payback period: 4 tahun, IRR: 25,66%, NPV: $51.996.220), sehingga lebih cocok untuk operasi jangka pendek yang sensitif terhadap biaya. Sementara itu, SS, meskipun memiliki periode pengembalian lebih lama yaitu 5 tahun, menawarkan profitabilitas lebih tinggi (NPV: $176.773.577, penjualan tahunan: $72.488.729), menjadikannya pilihan yang lebih ideal untuk proyek skala besar jangka panjang. Secara keseluruhan, SS lebih efektif dalam menangani gas alam dengan kadar CO₂ tinggi, sementara CA tetap menjadi pilihan unggul untuk gas kaya metana dengan tekanan dan molar flow tinggi.
===================================================================================================================================
This study investigates the performance and economic feasibility of CCUS technologies, focusing on the widely used Chemical Absorption (CA) model in natural gas sweetening for CO₂ capture across various industrial sectors. Given that CO₂ capture accounts for 70-80% of total CCUS costs, a techno-economic analysis is conducted to optimize processes and reduce expenses. The CA process, utilizing aqueous MDEA solvent, is compared to the Supersonic Separator (SS) model to assess performance, efficiency, and economic viability. Model validation shows good agreement, with CA exhibiting the highest total duty of 64.39 MW, making it highly energy-intensive, while SS operates with significantly lower duty of 18.99 MW, demonstrating superior energy efficiency. In terms of exergy efficiency, SS generally outperforms CA in CO₂-rich fields, achieving a maximum efficiency of 74.01%, due to the absence of a solvent regeneration step. However, in a natural gas characterized by a methane-rich composition, high pressure of 51.34 bar, and high molar flow of 50 MMSCFD, CA achieves a high CO₂ removal rate of 85.13%, making it more effective under these specific conditions. The CO₂ concentration in natural gas significantly influences SS performance. Higher CO₂ levels increase the dew point temperature, allowing condensation at milder conditions, enhancing phase transition and separation efficiency. Additionally, higher CO₂ concentrations promote larger droplet formation, facilitating effective separation via centrifugal forces. Conversely, in low-CO₂ streams, condensation nuclei are fewer, reducing separation efficiency and limiting SS effectiveness. The economic analysis shows that CA provides a faster return (payback period: 4 years, IRR: 25.66%, NPV: $51,996,220), making it suitable for cost-sensitive, short-term operations. In contrast, SS, despite a longer payback period of 5 years, offers higher profitability (NPV: $176,773,577, annual sales: $72,488,729), making it ideal for long-term, large-scale projects. Ultimately, SS is most effective in high-CO₂ natural gas streams, while CA remains advantageous in methane-rich fields with high pressure and molar flow.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Supersonic Separator, Chemical Absorption, Exergy, Techno-Economic, Absorpsi Kimia, Tekno-Ekonomi
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ164 Power plants--Design and construction T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage. T Technology > TP Chemical technology > TP155.5 Chemical plants--Design and construction T Technology > TP Chemical technology > TP155.7 Chemical processes. T Technology > TP Chemical technology > TP159.S4 Separators (Machine) T Technology > TP Chemical technology > TP692.5 Oil and gasoline handling and storage
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Wattimena Jeremia Gedy Julio
Date Deposited:	06 Feb 2025 06:36
Last Modified:	06 Feb 2025 06:36
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118406

Actions (login required)

View Item