BAB III DESKRIPSI PROSES DAN ALAT INSTRUMENT
3.4. Proses Produksi Polyethylene Jenis HDPE pada Train 2
3.4.6. Polymerization Unit (PU)
Gambar 3.10 Unit Polimerisasi
(Sumber: PT. Lotte Chemical Titan Nusantara, 2018)
Gambar 3.11 Unit Proses Penghilangan Gas Hidrokarbon (Sumber: PT. Lotte Chemical Titan Nusantara,2018)
Proses polimerisasi ini bertujuan untuk membentuk powder polyethylene. Proses polimerisasi terjadi di dalam fluidized bed reactor (R-400) pada suhu 90oC dan tekanan 20 barg. Fluidized bed reactor ini dibuat dari carbonsteel dan mempunyai 3 bagian yaitu :
a. Bagian bawah digunakan sebagai distributor gas untuk memastikan fluidisasi homogen.
b. Bagian silinder terdiri dari fluidized bed yang dilengkapi dengan fasilitas injeksi prepolimer dan withdrawal.
c. Bagian atas (conical bulb top) dimana terjadi penurunan kecepatan gas sehingga fines dapat kembali ke Fluidized Bed.
Gambar 3.12 Fluidized Bed Reactor
(Sumber: Data Departemen Technical PT. Lotte Chemical Titan Nusantara,2013)
A. Proses Pembuatan Powder Polyethylene
Pada proses polimerisasi ini terjadi reaksi antara ethylene, hidrogen, nitrogen, butene dan polyethylene powder yang dihasilkan pada unit prepolimerisasi. Proses pertama yang terjadi adalah proses penginjeksian gas yang dibutuhkan dalam proses prepolimerisasi ke dalam rekator 2-R- 400. Ethylene, hydrogen, nitrogen dan Butene diinjeksikan oleh compressor utama unit polimerisasi 2-C-400 dengan tekanan 20 barg. Feed gas masuk kedalam reaktor melalui bagian bawah reaktor. Butene sebelum masuk ke compressor 2-C-400 harus melewati cooler 2-E-400 terlebih dahulu karena butene saat disimpan masih berada dalam fase liquid sementara butene yang dipakai dalah proses polimerisasi adalah butene dalam fase gas, sehingga butene harus diuapkan terlebih dahulu. Penguapan butene dilakukan dengan bantuan gas hidrokarbon yang keluar dari reaktor 2-R-400 yang suhunya cukup tinggi sekitar 80-90oC karena suhu hidrokarbon atau gas buang yang tinggi tersebut, butene akan menguap dan berubah fasa menjadi gas. Namun, untuk masuk ke compressor 2-C-400 suhu Butene harus disesuaikan terlebih dahulu seperti suhu ethylene, nitrigen dan hydrogen sehingga Butene dalam fase gas harus melalui cooler 2-E-400 terlebih dahulu untuk diturunkan suhunya menjadi 62oC.
Setelah itu, baru ethylene, nitrogen, hydrogen, dan butene dapat masuk ke dalam kompresor C-400. Pada kompresor C-400, feed gas tersebut diinjeksikan masuk kedalam reaktor utama dengan tekanan 20
feed gas tersebut naik menjadi sekitar 70oC. Apabila feed gas ini langsung masuk ke dalam reaktor utama dapat mengganggu kesetimbangan temperature di dalam reaktor utama. Oleh karena itu, setelah keluar dari kompresor utama C-400, feed gas akan masuk ke dalam Heat Exchanger (2-E-401) untuk diturunkan suhunya dari 70oC menjadi sekitar 50o-60oC. Penurunan suhu feed gas juga bertujuan untuk meminimalkan resiko dari pembangkitan panas akibat local hot spot. Feed gas lalu akan masuk ke dalam reaktor utama R-400 melalui bagian bawah reaktor. Powder prepolimer akan memasuki reaktor utama R-400 melalui bagian samping reaktor. Prepolimer powder akan diinjeksikan secara perlahan dan bertahap dari Secondary Feed Hopper (D-350) dengan bantuan Nitrogen High Pressure (NHP) dengan tekanan 30 barg yang berfungsi sebagai gas carrier.
Selama proses injeksi, perlu dijaga kecepatan alir dan tekanan parsial dari tiap bahan yang masuk dalam reaktor sehingga dapat menghasilkan kecepatan produk yang baik dan kualitas produk sesuai dengan grade yang diinginkan. Tekanan injeksi ke dalam rekator ini minimal lebih besar 5 barg dari tekanan reaktor, untuk mencegah terjadinya umpan balik dari reaktor. Prepolimer powder dengan yield 25- 49 gPE/mmol Ti akan diinjeksikan ke reaktor Fluidized Bed dimana campuran ethylene akan bercampur dengan prepolimer menghasilkan polimer dengan yield 3000 g/PE/mmol Ti. Prepolimer diinjeksikan dari samping reaktor dengan jumlah yang kecil untuk mendapatkan kontrol yang baik pada reaksi Fluidized Bed. Pada reaktor pertama akan terjadi
aliran cycle gas dari feed gas dan prepolimer powder yang masuk akan membentuk fluidisasi dengan bantuan kompresor C-400 dengan tekanan 30 barg. Gelembung gas yang terbentuk akan naik keatas dengan ukuran yang makin besar dan akan membawa partikel-partikel padat. Pada proses ini akan terjadi penghomogenisasian bed. Pada bagian atas reaktor, gas akan pecah dimana gas akan naik keatas sambil membawa partikel-partikel kecil, sedangkan partikel-partikel besar akan jatuhturun kebawah sehingga diharapkan terjadi reaksi polimerisasi menghasilkan resin polyethylene.
Reaksi yang terjadi pada reaktor utama R-400 merupakan reaksi eksotermik dimana reaksi yang terjadi akan menghasilkan panas. Sehingga diperlukan sebuah sistem penghilangan panas dari reaksi yang menjaga agar reaktor tetap berada pada suhu konstan 80oC. Sistem pendinginan yang ada pada unit polimerisasi adalah sistem pendingin oleh Primary Gas Cooler (E-400), Final Gas Cooler (E-401) dan memanfaatkan keluarnya gas hidrokarbon sisa dari reaktor utama sebagai pendingin reaksi. Hasil dari reaktor utama adalah gas hidrokarbon sisa yang akan dikembalikan ke dalam reaktor dan resin polyethylene yang akan diproses lebih lanjut. Gas hidrokarbon sisa yang keluar dari reaktor akan masuk ke dalam separator (S-400) dimana di dalam gas hidrokarbon tersebut juga terdapat fines particle hasil pembentukan resin polyethylene yang berukuran kecil sehingga terbuang keluar bersama gas hidrokarbon. Separator S-400 berfungsi untuk memisahkan fines particle tersebut dari gas hidrokarbon sisa. Fines particle yang telah dipisahkan akan masuk ke
dalam unit Recycle Ejector (J-400) dan akan diinjeksikan kembali masuk ke dalam reaktor utama untuk di reaksikan kembali. Sementara gas buang sisa akan digunakan untuk membantu menguapkan butena dan akan masuk kembali ke Primary Cooler (E-400) untuk digunakan lagi.
Dan untuk resin polyethylene yang merupakan produk utama dari reaksi polimerisasi akan masuk ke dalam unit Lateral Widrawal Lock Hopper (D-420). Resin polyethylene akan keluar dari bagian samping reaktor. Selain Lateral widrawal Lock Hopper, terdapat juga unit Bottom Lateral Widrawal, dimana unit ini berfungsi untuk mengambil agglomerat yang terbentuk akibat reaksi polimerisasi polyethylene. Agglomerat ini berbentuk karena adanya local hot spot yang membuat reaksi tidak merata, dapat juga terjadi karena aktivitas katalis yang terlalu tinggi yang menyebabkan banyak fines particle yang terbentuk dan berakumulasi membentuk agglomerat. Agglomerat ini diambil secara manual dari unit Bottom Lateral widrawal yang berada di bagian bawah reaktor. Untuk produk resin polyethylene yang siap diolah lebih lanjut, akan keluar melalui Lateral Widrawal Lock Hopper (D-240). Unit ini memanfaatkan level terbentuknya bed untuk mengeluarkan produk resin polyethylene. Apabila ketinggian bed powder polyethylene mencapai ketinggian level tertentu, akan otomatis keluar atau terbuang dari bagian samping.
B. Proses Penghilangan Gas Hidrokarbon
Setelah powder polyethylene terbentuk, proses selanjutnya dalam unit polimerisasi ini adalah menghilangkan kandungan gas hidrokarbon yang masih menempel pada produk powder polyethylene. Menempelnya gas hidrokarbon akan menyebabkan penurunan kualitas pada powder polyethylene karena dapat menyebabkan bau hidrokarbon ketika produk sudah jadi.
Powder polyethylene akan masuk ke dalam Primary Degasser (S- 425) setelah keluar dari Lateral Widrawal Lock Hopper. Ketika powder polyethylene keluar dari Lateral Widrawal Lock Hopper, tekanannya akan sekitar 20 barg sementara tekanan pada Primary Degasser (S-425) adalah sekitar 0,2-0,5 barg. Perbedaan tekanan yang sangat tinggi ini menyebabkan powder polyethylene mengalir dari Lateral Widrawal Lock Hopper ke Primary Degasser (S-425). Selain itu, perbedaan tekanan yang tinggi ini menyebabkan gas-gas hidrokarbon yang menempel pada powder polyethylene ini terlepas (karena massanya lebih rendah), sehingga dalam Primary Degasser (S-425) terjadi juga proses pelepasan atau pemisahan sisa gas hidrokarbon dari powder polyethylene. Powder polyethylene karena gaya gravitasi akan turun ke bawah dan mengalir ke dalam Secondary Degasser (D-430), sementara gas hidrokarbon yang terpisah di Primary Degasser (S-425) akan kembali masuk ke dalam separator S-400.
Di dalam Secondary Degassser (D-430), akan terjadi pembersihan gas hidrokarbon yang masih bersisa atau menempel di powder polyethylene. Proses pembersihannya dilakukan dengan cara flushing atau mengalirkan gas nitrogen tekanan rendah pada tekanan 3 barg melalui bagian bawah Secondary Degasser (D-430). Gas nitrogen yang telah melewati Secondary Degasser (D-430) tersebut akan keluar dari bagian atas degasser dan akan masuk ke dalam Polymer Cyclone Filter (S-430) untuk dipisahkan antara gas nitrogen dengan sisa-sisa polimer yang terbawa dari Secondary Degasser (D-430). Proses flushing tersebut tidak menggunakan O2 karena masih banyak mengandung gas hidrokarbon dalam Secondary Degasser (D-430) yang dikhawatirkan akan menyebabkan terjadinya percikan api.
Powder polyethylene yang sudah melewati Secondary Degasser (D- 340) akan dibawa oleh Blower (C-430) yang bertekanan 0,7 barg dengan media nitrogen sebagai media transport ke Gas Cyclone Filter (F-435) dimana pada unit tersebut akan dilakukan pemisahan antara gas yang masih bersisa dengan powder polyethylene. Powder polyethylene akan turun ke bawah dan akan masuk ke dalam vib Screen (S-440) yang berfungsi untuk memisahkan powder polyethylene yang berukuran besar (agglomerat). Pada Vib Screen (S-440) dilakukan pemisahan menjadi beberapa ukuran, yaitu 8, 12, dan 48 mesh. Hal ini bertujuan untuk mencegah adanya agglomerat yang lolos. Ukuran yang diambil untuk diproses ke tahap lebih lanjut adalah powder polyethylene ukuran 12 mesh. Powder polymer dalam ukuran normal (800-1000µm) di transfer ke
final degasser (D-440). Pada unit ini akan dilakukan penghilangan gas hidrokarbon terakhir dan deaktivasi sisa/residu katalis dengan menggunakan fluidisasi powder polimer dengan aliran udara yang disupply Fluidisasi Air Fan (C-440). Gas fluidisasi tersebut keluar dari bagian atas degasser dan masuk ke Cyclone Separator (S-445) sebelum ke atmosfer. Polimer yang telah diolah dari Final Degassing (D-440) mengalir ke Storage Bin (D-460) melalu Rotary Valve (V-441). Level di Final Degasser diatur oleh weir di keluaran final degasser drum.
