FCC jadi biang 90% SOx kilang: inilah paket teknologi pengendalian yang benar-benar bekerja

Di banyak kilang, regenerator pada unit Fluid Catalytic Cracking (FCC, proses pemecahan katalitik fluida) adalah sumber mayoritas emisi SOₓ—bahkan hingga ~90% menurut www.digitalrefining.com. Akar persoalannya: sekitar 10–20% sulfur pada umpan berakhir sebagai kokas di katalis, lalu teroksidasi menjadi SO₂/SO₃ saat regenerasi (decarbonisationtechnology.com; www.digitalrefining.com), dengan komposisi pembakaran kokas kira‑kira 90% SO₂ dan 10% SO₃ (decarbonisationtechnology.com).

Pilihan teknologinya jelas: menurunkan sulfur umpan drastis, melakukan hydrotreating mahal, memasang wet gas scrubbing (WGS, pencucian gas basah), atau bermain cerdas dengan additive katalis (www.digitalrefining.com). Di NOₓ, pertarungannya antara low‑NOx burner dan selective catalytic reduction (SCR, reduksi selektif katalitik). Untuk partikulat, standar industri tetap: cyclone berjenjang dilanjutkan electrostatic precipitator (ESP).

SOₓ berbasis additive di regenerator

SOₓ reduction additives adalah partikel katalis oksida logam—sering berupa spinel Ca/Mg‑Al atau layered double hydroxides tipe hydrotalcite—yang diinjeksikan kontinu ke regenerator. Di sana, additive bereaksi dengan SOₓ (terutama SO₃) dan mengubahnya menjadi spesies yang kemudian terlepas sebagai H₂S di reaktor; H₂S ini didinginkan di dry‑gas unit dan dipulihkan sebagai sulfur (decarbonisationtechnology.com).

Secara kinerja, studi lapangan menunjukkan penurunan SOₓ 30–>95%, bergantung kadar sulfur umpan, mode pembakaran, dan laju additive (ptqmagazines.digitalrefining.com). Contoh: unit full‑combustion dengan umpan rendah sulfur (<0,3% S) rutin mencatat SOₓ stack <25 ppm (ppm = parts per million) hanya dengan additive (ptqmagazines.digitalrefining.com). Sebaliknya, partial‑burn atau umpan tinggi sulfur kerap hanya memperoleh 30–70% reduksi, walau additive ditambah (ptqmagazines.digitalrefining.com).

Catatan penting: efektivitas additive tidak linear. Saat target removal makin tinggi, “pickup factor” (lb SOₓ yang dihilangkan per lb additive) turun, sehingga kebutuhan dosis melonjak cepat (ptqmagazines.digitalrefining.com). Panduan industri menyebut di atas ~90% penangkapan, konsumsi additive meroket, dan WGS bisa lebih ekonomis (www.digitalrefining.com; ptqmagazines.digitalrefining.com). Bahkan, Tom Ventham mencatat bahwa untuk level ultra‑rendah (mis. <5 ppm SOₓ), operator sering memilih WGS alih‑alih additive (www.digitalrefining.com).

Tren formulasi terbaru: additive berbasis MgO tinggi (tipe hydrotalcite, material berlapis Mg‑Al) guna memaksimalkan penyerapan SOₓ. Basis hydrotalcite memungkinkan ~50% kandungan MgO lebih tinggi daripada spinel tradisional, sehingga kapasitas SOₓ meningkat signifikan (decarbonisationtechnology.com). Sekitar 80% additive SOₓ saat ini bertipe hydrotalcite (decarbonisationtechnology.com). Dalam uji kilang terbaru, additive generasi baru Johnson Matthey “SSG X2” memangkas konsumsi additive 11–25% untuk kontrol emisi yang sama dibandingkan additive sebelumnya (www.digitalrefining.com)—sejalan dengan pandangan bahwa additive yang dioptimasi dapat menurunkan biaya pemenuhan limit SOₓ (www.digitalrefining.com).

Dari sisi ekonomi, additive unggul berkat kebutuhan modal rendah (hanya sistem injeksi) dan OPEX marginal; sementara WGS atau desulfurisasi umpan dalam menuntut capex dan biaya besar. Keunggulan lain: additive memungkinkan FCC tetap mengolah umpan tinggi sulfur sembari patuh emisi, yang meningkatkan margin kilang (www.digitalrefining.com). Tak heran Johnson Matthey menyebut “SOₓ reduction additives are the preferred solution for many FCC units” (www.digitalrefining.com). Untuk injeksi kimia yang stabil, unit kilang lazim memasang pompa dosing presisi seperti dosing pump di skid additive.

Singkatnya, additive biasanya memberi penurunan puluhan hingga >90% (sering mengantar konversi S‑umpan ke SOₓ stack di bawah ~25 ppm) (ptqmagazines.digitalrefining.com). WGS disisihkan untuk target yang sangat rendah (www.digitalrefining.com; ptqmagazines.digitalrefining.com). Pengadaan formulasi kimia khusus untuk pengurangan emisi juga kerap dikelola melalui kanal chemical specialty untuk emission reductions.

NOₓ: low‑NOx burner versus SCR

Emisi NOₓ dari FCC terutama berasal dari nitrogen bahan bakar di kokas, bukan dari N₂ udara. Studi menunjukkan hanya beberapa persen nitrogen umpan (di kokas) yang berakhir sebagai NOₓ di cerobong, karena banyak N‑kokas tereduksi kembali menjadi N₂ di lingkungan regenerator yang reduktif (www.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com). Meski begitu, unit FCC konvensional tanpa kontrol umumnya memancarkan sekitar 100–200 mg/Nm³ NOₓ (puluhan ppm; mg/Nm³ = miligram per meter kubik normal, basis kondisi standar).

Low‑NOx regenerator memodifikasi pola pembakaran—misalnya staged air injection atau desain burner khusus—untuk menurunkan puncak temperatur dan memfasilitasi reduksi in‑situ NOₓ. Desain “low‑NOx regenerator” milik Shell memanfaatkan zona dense dan dilute ganda untuk mendorong reduksi CO dan HCN kembali ke N₂ (www.digitalrefining.com). Dalam praktik, sistem low‑NOx yang dirancang baik dapat mencapai NOₓ stack serendah ~40 ppm pada kondisi optimum (www.digitalrefining.com). Aplikasi low‑NOx burner di CO boiler hilir juga memangkas thermal NOₓ (www.digitalrefining.com).

Di operasi lapangan, desain low‑NOx regenerator lazimnya berkisar 100–200 mg/Nm³, dengan capaian spesifik tergantung nitrogen umpan dan mode pembakaran; dibanding regenerator “full‑burn” standar, staging kerap menurunkan NOₓ puluhan persen (www.digitalrefining.com). Dengan CO yang cukup reduktif dan pencampuran baik, Shell mencatat >95% N‑kokas tidak terlepas sebagai NOₓ (www.digitalrefining.com).

Selective Catalytic Reduction (SCR) adalah solusi end‑of‑pipe: gas buang didinginkan, dicampur amonia/urea, lalu dialirkan ke katalis V₂O₅ atau zeolit untuk mengubah >80–90% NOₓ menjadi N₂. Capaian outlet bisa satuan ppm. Trade‑off‑nya: capex besar (vessel dan modul katalis), O&M signifikan (konsumsi amonia/urea, penggantian katalis, risiko fouling oleh SOₓ), plus isu ammonia slip dan umur katalis. Sebagai contoh, satu kilang AS (Tulsa) menargetkan ~20–40 ppm NOₓ pada 0% O₂ lewat pemasangan SCR dua tahap (www.digitalrefining.com). Sistem injeksi amonia/urea untuk SCR memerlukan dosing presisi; skema seperti dosing pump umum dipasang untuk menjaga rasio reagent terkontrol.

Ringkasnya: low‑NOx burner (atau staged airflow) relatif sederhana dan murah serta minim konsumsi bahan, tetapi jarang cukup untuk limit paling ketat. Ketika izin mensyaratkan <~50 mg/Nm³, SCR biasanya diperlukan (www.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com). Banyak operator menggabungkan desain regenerator maju untuk mencapai ~50–100 mg/Nm³, lalu menambahkan SCR/SNCR (selective non‑catalytic reduction) jika regulasi menuntut lebih rendah lagi (www.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com).

Particulate matter: cyclone internal dan ESP

Tanpa kontrol memadai, regenerator FCC melepaskan catalyst fines (“cat dust”). Pertahanan pertama adalah cyclone in‑situ bertingkat di dalam regenerator. Desain yang baik akan menahan sebagian besar partikel >10 μm; praktik industri memakai dua tahap atau lebih, dengan gas buang keluar cyclone di kisaran ~200–400 mg/Nm³ partikulat (www.digitalrefining.com). Jika level lebih tinggi, indikasinya erosi cyclone atau gangguan proses (www.digitalrefining.com). Secara massa, cyclone menangani ~98–99% beban katalis—perlu, tapi belum cukup untuk standar ketat.

Untuk pemolesan akhir, kilang memasang electrostatic precipitator (ESP, pengendap elektrostatik). ESP mengaplikasikan medan ~10–20 kV/cm untuk memberi muatan dan menangkap partikel submikron; efisiensi >99% terhadap sisa debu pasca‑cyclone lazim dicapai, sehingga partikulat di cerobong turun ke level satuan mg/Nm³. Pakar industri menyebut penangkapan PM “paling efektif” via ESP tegangan tinggi (www.digitalrefining.com). Todd Foshee (Shell) menegaskan tipikal cyclone regenerator memang ~200–400 mg/Nm³—jika lebih tinggi, butuh troubleshooting (www.digitalrefining.com).

Sebagai rujukan, baku mutu Indonesia untuk emisi regenerator FCC menetapkan 50 mg/Nm³ untuk partikulat (123dok.com); banyak negara industri membidik 10–30 mg/Nm³ atau lebih rendah. Karena itu, konfigurasi kombinasi (cyclone multi‑stage + ESP) praktis menjadi standar universal untuk membawa PM dari beberapa ratus mg/Nm³ menuju pemenuhan regulasi (<50 mg/Nm³ di Indonesia, kerap <10 mg/Nm³ di pasar ketat) (www.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com).

Pertimbangan kinerja, biaya, dan pemilihan

Pilihan teknologi FCC umumnya jatuh pada kombinasi: additive SOₓ untuk fleksibilitas dan capex rendah, low‑NOx regenerator/CO boiler guna memangkas NOₓ di sumbernya, dan ESP untuk PM. Saat limit didorong ultra‑ketat (SOₓ <~5 ppm atau NOₓ <~50 mg/Nm³), solusi hardware seperti WGS atau SCR menjadi andalan—dengan konsekuensi biaya dan operasi yang lebih besar (www.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com). Di latar yang sama, capaian low‑NOx hingga ~40 ppm, additive SOₓ 30–>95%, atau PM satuan mg/Nm³ dengan ESP merupakan angka‑angka nyata dari pengalaman industri (www.digitalrefining.com; ptqmagazines.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com).

Sumber data dan studi teknis yang dirujuk meliputi decarbonisationtechnology.com, ptqmagazines.digitalrefining.com, serta berbagai artikel dan Q&A di www.digitalrefining.com (additive SOₓ, optimasi biaya, dan studi Johnson Matthey di sini dan di sini), kontrol NOₓ (artikel Shell; kasus Tulsa), dan PM (Q&A cyclone/ESP ini dan ini), serta acuan baku mutu Indonesia (123dok.com).