Scrubber dalam Produksi Baja: Peralatan, Fungsi & Signifikansi

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah scrubber dalam industri baja adalah perangkat kontrol polusi udara yang khusus dirancang untuk menghilangkan partikel, polutan gas, dan kontaminan lainnya dari gas buang yang dihasilkan selama proses pembuatan baja. Tujuan dasarnya adalah untuk memastikan emisi memenuhi standar lingkungan dengan menangkap polutan sebelum dilepaskan ke atmosfer.

Dalam rantai pembuatan baja, scrubber biasanya ditempatkan di hilir unit proses utama seperti tanur tiup, tanur oksigen dasar, tanur busur listrik, atau operasi pengecoran kontinu. Mereka berfungsi sebagai komponen kritis dalam sistem manajemen lingkungan, memastikan kepatuhan terhadap regulasi dan meminimalkan jejak lingkungan dari produksi baja.

Peran keseluruhan dari scrubber adalah untuk mengolah gas buang dengan memfasilitasi penghilangan polutan secara kimiawi atau fisik, sehingga mengurangi emisi udara dari debu, oksida sulfur (SOx), oksida nitrogen (NOx), senyawa organik volatil (VOCs), dan zat berbahaya lainnya. Proses ini tidak hanya melindungi kualitas lingkungan tetapi juga berkontribusi pada kesehatan dan keselamatan kerja di dalam pabrik baja.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti di balik scrubber melibatkan kontak antara gas terkontaminasi dan medium pencucian—baik cairan atau padat—untuk memfasilitasi penghilangan polutan melalui absorpsi, adsorpsi, atau pemisahan inersial.

Jenis scrubber yang umum termasuk scrubber basah, scrubber kering, dan sistem semi-kering. Scrubber basah adalah yang paling umum di pabrik baja, menggunakan air atau larutan kimia untuk menangkap polutan. Mereka beroperasi berdasarkan prinsip transfer massa, di mana polutan larut atau bereaksi dengan cairan pencuci.

Komponen teknologi kunci dari scrubber basah termasuk menara semprot, bed terisi, scrubber venturi, dan tangki scrubber. Menara semprot menggunakan nosel bertekanan tinggi untuk mengatomisasi air, menciptakan kabut halus yang menangkap partikel dan gas yang larut. Bed terisi mengandung material pengemas terstruktur untuk meningkatkan luas permukaan kontak, meningkatkan efisiensi absorpsi. Scrubber venturi mempercepat gas melalui tenggorokan yang menyempit, meningkatkan impaksi inersial partikel ke tetesan cairan.

Aliran material melibatkan gas buang terkontaminasi yang masuk ke scrubber, di mana mereka berinteraksi dengan cairan pencuci. Gas yang telah dibersihkan kemudian keluar melalui cerobong, sementara polutan dipindahkan ke fase cair untuk penghilangan atau pengolahan selanjutnya.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

• Kecepatan aliran gas: Biasanya berkisar antara 10.000 hingga 100.000 Nm³/jam, tergantung pada ukuran pabrik.
• Rasio cairan terhadap gas: Biasanya antara 0,5 hingga 2,0 m³ per 1.000 Nm³ gas, mempengaruhi efisiensi penghilangan.
• pH cairan pencuci: Dipertahankan antara 4 dan 8 untuk absorpsi optimal, terutama saat menghilangkan gas asam seperti SOx.
• Suhu: Umumnya dijaga antara 20°C dan 60°C untuk mengoptimalkan reaksi kimia dan mencegah pengendapan.
• Penurunan tekanan: Dipertahankan dalam batas desain (misalnya, 1-3 kPa) untuk menyeimbangkan konsumsi energi dan kinerja.

Sistem kontrol menggunakan sensor dan analisis untuk memantau parameter seperti komposisi gas, pH cairan, suhu, dan tekanan. Loop umpan balik otomatis menyesuaikan laju semprot, dosis kimia, dan kecepatan kipas untuk mempertahankan operasi optimal.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi scrubber yang khas adalah menara silindris vertikal yang berkisar antara 3 hingga 15 meter dalam tinggi dan 1 hingga 5 meter dalam diameter. Konfigurasi tergantung pada volume gas, jenis polutan, dan persyaratan efisiensi penghilangan.

Variasi desain meliputi:

• Scrubber bed terisi: Menggunakan material pengemas terstruktur atau acak seperti cincin Raschig atau pelana Berl.
• Scrubber venturi: Memiliki bagian menyempit-meluas untuk mempercepat gas.
• Menara semprot: Menggunakan beberapa tingkat semprot untuk absorpsi bertahap.

Sistem tambahan meliputi:

• Unit dosis kimia: Untuk menambahkan agen netralisasi atau reagen.
• Pompa sirkulasi: Untuk mempertahankan aliran cairan dan mencegah pengendapan.
• Sistem penanganan lumpur atau slurry: Untuk menghilangkan padatan yang terakumulasi atau produk sampingan reaksi.
• Kipas dan saluran: Untuk mengarahkan gas melalui scrubber dan ke cerobong.

Seiring waktu, perbaikan desain telah fokus pada peningkatan efisiensi, mengurangi konsumsi energi, dan meminimalkan penggunaan air. Desain modular memfasilitasi pemeliharaan dan skalabilitas.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Dalam scrubber basah, reaksi utama melibatkan absorpsi gas asam seperti SO₂ dan NO₂. Misalnya:

• Penghilangan sulfur dioksida:
  SO₂ + H₂O → H₂SO₃ (asam sulfit)
  H₂SO₃ + ½ O₂ → H₂SO₄ (asam sulfat)

• Penghilangan oksida nitrogen:
  NO + NO₂ + H₂O → 2 HNO₃ (asam nitrat)

Absorpsi kimia sering melibatkan penambahan reagen alkali seperti kapur (Ca(OH)₂) atau natrium hidroksida (NaOH) untuk menetralkan asam:

• Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O
• Ca(OH)₂ + NOₓ → Nitrates atau nitrites kalsium

Kinetika reaksi tergantung pada suhu, konsentrasi reagen, dan komposisi gas, dengan suhu yang lebih tinggi umumnya mendukung reaksi yang lebih cepat tetapi berisiko merusak reagen.

Transformasi Metalurgi

Sementara scrubber itu sendiri tidak menyebabkan transformasi metalurgi dalam baja, ia mempengaruhi keseluruhan proses dengan mengontrol emisi yang dapat menyebabkan korosi atau kontaminasi peralatan hilir.

Pembentukan produk sampingan reaksi seperti gipsum (CaSO₄·2H₂O) atau nitrates kalsium dapat mempengaruhi penanganan dan pembuangan limbah. Manajemen yang tepat memastikan produk sampingan ini distabilkan dan digunakan atau dibuang dengan aman.

Interaksi Material

Interaksi melibatkan transfer polutan dari gas ke cairan, dengan potensi korosi komponen internal akibat lingkungan yang asam atau reaktif secara kimia. Pelapisan refraktori dan material tahan korosi seperti stainless steel atau fiberglass digunakan untuk menahan kondisi yang agresif.

Interaksi yang tidak diinginkan termasuk pelarutan bata refraktori atau korosi bagian logam, yang dapat menyebabkan kegagalan peralatan. Langkah-langkah kontrol melibatkan pemeliharaan tingkat pH yang sesuai, penggunaan inhibitor korosi, dan pemilihan material konstruksi yang sesuai.

mekanisme kontaminasi termasuk carryover padatan atau reagen yang tidak bereaksi, yang diminimalkan melalui desain aliran cairan yang tepat dan sistem filtrasi.

Aliran Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Masukan meliputi:

• Gas buang terkontaminasi: Dari tanur pembuatan baja, biasanya mengandung debu, SOx, NOx, VOCs, dan polutan lainnya.
• Cairan pencuci: Air, terkadang diolah secara kimia dengan kapur, soda ash, atau reagen lainnya.
• Reagen: Untuk