BAB III DESKRIPSI PROSES DAN ALAT INSTRUMENT
3.4. Proses Produksi Polyethylene Jenis HDPE pada Train 2
3.4.4. Prepolimerization Unit (PPU)
Gambar 3.9 Unit Prepolimersasi
(Sumber: PT. Lotte Chemical Titan Nusantara, 2018)
Prepolimerisasi dengan katalis Ziegler-Natta digunakan untuk membentuk powder prepolimer aktif jenis High Density Polyethylene (HDPE) dengan katalis yang digunakan yaitu katalis M11. Tujuan dari prepolimerisasi ini adalah mengatur aktivitas partikel katalis agar tidak terlalu tinggi, serta mengatur ukuran partikel prepolimer agar dapat terdistribusi secara merata saat masuk ke fluidized bed reactor karena dapat mengakibatkan local hot spot di dalam reaktor, (sehingga memindahkan resiko dari pembangkitan panas), pembentukan gel dan untuk mengatur distribusi penyebaran katalis dalam reaktor fluidized bed menjadi lebih baik. Efek lain adalah untuk membatasi kecepatan akses monomer ke katalis selama polimerisasi di reaktor. Partikel prepolimer
rata-rata berukuran 250-300 µm dari 100 µm untuk katalis dengan 800- 1000 µm untuk partikel polimer. Pada train 2, proses prepolimerisasi dengan katalis Ziegler yang digunakan untuk membentuk powder prepolimer yang akan digunakan untuk membuat HDPE (High Density Polyethylene).
Reaksi prepolimerisasi ini dilakukan secara batch di dalam reaktor 2- R-200. Tahap pertama dalam proses prepolimerisasi menggunakan katalis Ziegler-Natta atau Chromium adalah memasukkan semua raw material ke dalam reaktor prepolimerisasi (2-R-200) yang dilengkapi pengaduk tipe angker berdiameter 1,2 m, tahap ini disebut dengan charging atau memasukkan raw material kedalam proses. Pada awal charging, agitator bergerak dengan speed rendah dengan kecepatan sekitar 20 rpm. Solvent terlebih dahulu dipanaskan di Heat Excharger (E- 200) dari suhu 40oC hingga suhunya 60oC kemudian diumpankan ke reaktor 2-R-200. Heksane (solvent) dimasukkan pertama kali pada reaktor prepolimerisasi (2-R-200) dengan volume awal 3,8 m3 yang diukur dengan menggunakan Solvent Pipette Tank. Kemudian dimasukkan katalis Ziegler-Natta atau Chromium dengan volume 3 m3 yang diukur dengan menggunakan Catalyst Pipette Tank. Sesudah katalis Ziegler-Natta atau Chromium dimasukkan, maka co-katalis berupa Tri n-Octyl Aluminium (TnOA) dimasukkan dengan volume yang diukur dari semua bahan yang masuk dan dikalkulasi berdasarkan banyaknya prepolimer yang akan dibuat dalam reaktor prepolimerisasi (2-R-200) dan tinggi rendahnya aktifitas (Al/Ti). Volume diukur dengan menggunakan TnOA 2nd Pipette
Tank. Co-katalis ini berfungsi mengaktifkan katalis, walaupun secara teori Titanium dari katalis telah aktif tapi Titanium ini perlu diaktifkan oleh Co- katalis Organoaluminium.
Co-katalis ini berfungsi mengaktifkan katalis, walaupun secara teori Titanium dari katalis telah aktif tapi Titanium ini perlu diaktifkan oleh Co- katalis Organoaluminium. Selama charging berlangsung, solvent tetap ditambahkan secara kontinyu ke dalam reaktor prepolimerisasi (2-R-200) sampai volume 7 m3 yang diukur dengan menggunakan Solvent Pipette Tank. Setelah volume solvent mencapai 10,8 m3, maka agitator akan bergerak dengan kecepatan tinggi sekitar 150 rpm. Perubahan kecepatan agitator bertujuan untuk menghomogenisasikan larutan dan mempercepat reaksi prepolimerisasi.
Reaktor 2-R-200 ini merupakan reaktor berpengaduk yang dilengkapi dengan jaket pendingin dan internal candle menggunakan air untuk memindahkan panas dari reaksi polimerisasi. Tahap pereaksian dimulai dengan pemanasan awal (heating up) reaktor dengan steam bertekanan sedang (steam medium) dengan tekanan 7 barg mengguna kan jet ejector (J 200). Pemanasan awal berlangsung sampai temperatur reaktor 70oC. Pemanasan awal ini bertujuan agar pada saat reaksi, laju reaksi dapat optimum sehingga hasil yang diperoleh maksimal. Kemudian ethylene diumpankan secara kontinyu dengan megatur alat kontrol kecepatan yang dikalibrasi selama ±7,5 jam. Selama ethylene dimasukkan, hidrogen (H2) juga dimasukkan dengan tujuan untuk menghentikan reaksi polimerisasi dengan pemutusan rantai polimer dengan mengatur alat kontrol
kecepatan yang dikalibrasi 1,5 m3/jam selama ±6 jam dan diharapkan reaksi sudah sempurna. Ethylene dan hidrogen masuk melalui submarge dip pipe. Tekanan awal reaksi 0,2 barg dan temperatur inisiasi 50oC. Ketika ethylene mulai dimasukkan, temperatur reaktor mulai naik. Untuk menjaga temperatur tetap stabil, disuplai cooling water yang dipompa ke dalam jaket reaktor menggunakan pompa (P-200). Reaksi berlangsung pada suhu 70oC dan tekanan kurang dari 5 barg untuk menghindari pembentukan polimer berlebih.
Reaksi dalam reaktor ini berjalan selama 6-12 jam dan prepolimer yang terbentuk mengandung 10gr prepoli/gram katalis. Karena reaksinya eksotermis maka dibutuhkan aliran Cooling Water Supply berbentuk jaket dengan suhu masuk 26oC dan suhu keluar 52oC untuk menjaga temperatur reaksi agar tetap 68oC. Suhu reaksi ini dijaga karena jika suhu > 68oC akan menimbulkan flow ability yang buruk dan jika suhu < 68oC menyebabkan kecepatan reaksi lambat. Tekanan reaksi sekitar 1-1,5 barg. Reaktor ini dihasilkan prepolimer dalam bentuk slurry dan selanjutnya dikeringkan Prepolymer Dryer (2-R-300).
Prepolimer slurry kemudian dialirkan ke Prepolymer Dryer (2-R-300) dengan membuka blow down reaktor prepolimerisasi (2-R-200) sehingga prepolimer slurry akan mengalir secara gravitasi dengan perbedaan tekanan. Pengubahan prepolimer dari slurry menjadi powder akan membuat prepolimer menjadi efisien dalam pemasukan ke dalam sistem dan mudah dalam pengontrolan ratio prepolimer yang akan digunakan di reaktor utama untuk mengatur aktivitas katalis.
Prepolymer Dryer (2-R-300) ini merupakan reaktor dengan tipe fluid bed dryer yang berpengaduk tipe hellical dengan dilengkapi jaket. Prepolymer Dryer (2-R-300) berfungsi untuk menguapkan kandungan solvent yang relatif sedikit dengan cara dikontakkan langsung dengan gas panas (adiabatis). Jaket pada dinding prepolymer dryer (2-R-300) ini berfungsi sebagai pendingin jika proses pengeringan sedang berlangsung maupun ketika pengeringan sudah selesai. Proses pengeringan prepolimer di Prepolymer Dryer (2-R-300) dimulai dengan pemanasan prepolimer slurry, dengan cara memasukkan sirkulasi nitrogen panas dalam suatu sistem rangkaian yang tertutup (closed loop), sehingga solvent menguap dan terbawa keluar bersama nitrogen. Prepolimer sangat sensitif dengan air dan O2 sehingga digunakan nitrogen dalam sistem transportasinya.
Nitrogen panas masuk dari bagian bawah reaktor pada suhu 75oC dan tekanan 0,7 barg dengan flow rate 960 m3/jam. Lewatnya nitrogen panas pada slurry prepolymer menyebabkan solvent menguap dan akan terbawa keluar dengan nitrogen pada suhu 52oC dari bagian atas Prepolymer Dryer (2-R-300), kemudian akan dikompresi oleh Drying Loop Compressor (C-300) dengan tekanan 10 barg menuju Separator Drum (D- 301) dimana sebagian nitrogen panas akan menuju Solvent Condensor (E-304), yang akan didinginkan dengan suhu air masuk 32oC dan suhu air keluar 49oC. Dimana vapor solvent yang terbawa akan terkondensasi dan akan terpisah di Cyclone Separator (S-304). Nitrogen akan digunakan kembali sebagai nitrogen panas dalam dryer yang sebelumnya melewati
Nitrogen Heater (E-307) sebelum masuk ke dalam Prepolymer Dryer (R- 300), sedangkan solvent akan tertampung dalam Cyclone Separator (S- 304) dan mengalir secara gravitasi ke Cyclone Separator (S-210). Vapour solvent yang terpisah daari Separator Drum (D-301) akan dipompa dengan pompa (P-301) tipe sentrifugal menuju Cyclone Separator (S-201) bercampur dengan kondensat solvent, setelah itu dipompa dengan pompa (P-201) tipe sentrifugal menuju Solvent Recovery Unit.
Proses pengeringan ini dijaga suhunya di 80oC dengan kandungan solvent awal 10,5 m3dan berakhir dengan kandungan solvent 0,00013 m3. Proses pengeringan ini selesai ditandai dengan penurunan ampere dari agitator. Powder yang dihasilkan memiliki bulk density 0,28 gr/cm3. Untuk mengecek derajat kekeringannya maka dilakukan pengambilan sample yang dianalisa di laboratorium. Setelah ± 8 jam pengeringan selesai dan menghasilkan prepolimer powder yang kemudian ditransfer oleh Blower (C-310) dengan tekanan 0,5 bar menuju Prepolymer Silo Cyclone (S-310) untuk memisahkan nitrogen dari prepolimer powder. Selanjutnya prepolimer powder masuk ke Prepolimer Silo (D-310). Dari Prepolimer Silo (D-310) ditansfer oleh Blower (C-320) dengan tekanan 0,37 barg menuju Vibrating Screen (S-320) yang mempunyai multi screen dengan 3 buah screen dengan ukuran 32 mesh, 64 mesh, dan 100 mesh. Yang berfungsi untuk memisahkan powder dengan fines dan agglom. Fines dan aggloom akan dikirim ke waste hopper selanjutnya powder mengalami pemisahan dengan gas pada Cyclone Separator (S-330). Dari Cyclone Separator (S-330) powder ditransfer menuju Powder Receiver (D-330)
dan kemudian ditransfer menuju Intermediate Hopper (D-340) dan selanjutnya ke Powder Feeder Hopper (D-345) kemudian meuju line injeksi Secondary Feed Hopper (D-350) ke reaktor utama (R-400). Prepolimer diinjeksikan menuju reaktor utama dengan bantuan Nitrogen High Pressure (NHP) dan Booster Drum (D-360) dengan bertekanan 30 barg yang berfungsi sebagai gas carrier.
