TINJAUAN PUSTAKA DAN DESKRIPSI PROSES
2.2 Seleksi proses
2.2.1 Proses Pembuatan LAB
Pengembangan komersial LAB difokuskan pada pengambilan paraffin dengan kemurnian tinggi, yang dipisahkan dari kerosen yang telah dikenakan proses hydrotreating. Linear paraffin ini kemudian dikonversi melalui proses dehidrogenasi menjadi linear mono-olefin. Keluaran dari proses dehidrogenasi, campuran paraffin-olefin, digunakan untuk meng-alkilasi benzene dengan bantuan katalis. Proses konversi olefin menjadi alkylbenzene ini dilengkapi dengan unit separasi untuk memisahkan paraffin yang tidak bereaksi dan
kemudian dikembalikan ke proses dehidrogenasi. Linear alkylbenzene yang dihasilkan akan menjadi LAS (dengan sulfonasi), surfaktan sintesis bidegradable utama pada saat ini.
Secara komersial telah lama digunakan dua katalis utama, hydrogen
fuorida (HF) dan AlCl3, dalam proses alkilasi benzene dengan alpha atau internal
mono-olefin (range olefin C10-C16 untuk deterjen). Proses dengan basis HF lebih
banyak digunakan dari pada proses berbasis aluminium klorida. Namun pada tahun 1995, UOP memperkenalkan proses baru dengan nama Detal, yang mampu mengurangi permasalahan pembuangan katalis dan netralisasi katalis.
LAB diproduksi melalui cara-cara berikut ini:
Dehidrogenasi n-paraffin menjadi internal olefin diikuti oleh proses alkilasi benzene menggunakan katalis HF. Lisensi proses ini dimiliki oleh UOP dan saat ini merupakan 75% dari seluruh kapasitas instalasi LAB didunia.
Dehidrogenasi n-paraffin menjadi internal olefin diikuti oleh proses alkilasi benzene menggunakan fixed-bed asam, katalis padat non-korosif. Proses ini dikembangkan bersama CEPSA dan UOP, dengan lisensi UOP, disebut juga sebagai proses Detal dan merupakan yang paling baru diantara proses-proses komersial. Plant-plant baru disarankan untuk mengadopsi teknologi ini. Klorinasi n-paraffin untuk membentuk monokloroparaffin. Kemudian
monokloroparaffin di-alkilasi-kan dengan benzene, dengan katalis AlCl3.
Proses ini diterapkan oleh dua produsen – Sasol dan Wibarco (BASF) pada dua buah plant di seluruh didunia.
Klorinasi n-paraffin membentuk kloroparaffin. Kloroparaffin kemudian dikenakan proses dehidrokloronasi menjadi olefin (alpha dan internal).
Olefin ini lalu digunakan untuk alkilasi benzene dengan katalis AlCl3. Akan tetapi proses ini sudah tidak lagi diterapkan secara komersil.
Beberapa plant yang awalnya ditujukan untuk memproduksi branched alkylbenzene (BAB) dari bahan baku propylene tetramer, telah dikonversi untuk membuat LAB dengan mereaksikan olefin (yang didapat dengan membeli) tipe campuran alpha dan internal dengan benzene menggunakan katalis HF. Hanya ada 3 plant di seluruh dunia yang menggunakan proses ini, yaitu Quimica Venoco di Venezuela, Shell dan Karbochem di Afrika selatan.
Kebanyakan dari plant LAB dapat memakai alpha dan internal olefin sebagai bahan proses alkilasi namun umumnya hal ini tidak ekonomis. Pemasukan alpha olefin jarang dilakukan pada saat n-paraffin tidak tersedia maupun saat produsen LAB ingin melebihi kemampuan produksi plant-nya dan mendapatkan tambahan produksi untuk sementara.
Gambar 2.8 Kapasitas LAB dunia berdasrkan proses yang digunakan (sumber: Nexan Consultant, 2003)
Seperti yang terlihat diatas ada 3 proses yang paling banyak digunakan. Proses pembuatan LAB dengan katalis HF masih mendominasi plant-plant yang
ada di dunia. Sedangkan pemakaian metode AlCl3 semakin menurun sehubungan
dengan isu pencemaran limbah yang dihasilkan katalis tersebut. Proses dengan zeolite yang telah dikenal luas adalah proses Detal® milik UOP. Namun baru-baru ini terdapat alternatif proses zeolite lain yang menawarkan kualitas produk yang lebih baik dimana kandungan isomer 2-phenyl yang diinginkan dalam detergen bisa di tingkatkan. Katalis yang digunakan adalah mordenite yang diproses dengan HF.
Berikut ini adalah deskripsi dari proses-proses tersebut: 1. Proses Aluminium Chloride
- Bahan khusus yang digunakan: Katalis AlCl3
Gas Cl2
Campuran paraffin/olefin (C9 – C16) rasio 75:25 sd 25:75 persen berat - Alat khusus yang digunakan:
Chlorinator Menara paraffin
- Umpan mengandung C9 – C14 paraffin 18,8 lbs dan C9 – C14 olefin 43,9 lbs dikombinasikan dengan 98,7 lbs kloroparaffin dari klorinator. Paraffin yang masuk klorinator merupakan hasil recycle paraffin setelah melewati alkilasi dan separasi light alkylate.
- Paraffin direaksikan dengan Cl2 pada klorinator untuk membentuk
kloro-paraffin. Suhu operasi berada 200 – 400 ºF dengan kondisi 20 mol persen atau kurang terkloronasi untuk memaksimalkan fraksi mono-kloroparaffin sehingga memaksimalkan hasil alkilasi.
- Proses alkilasi berlangsung pada suhu antara 190 ºF sampai 300 ºF dengan suhu terbaik pada 200 ºC sampai 270 ºC. Tekanan operasi pada 5 sampai 50 psig dan lebih baik pada 15 sampai 25 psig. Perbandingan volume katalis dengan campuran kloroparaffin/olefin dikondisikan pada 1:10. Umpan benzene masuk sebanyak 29,3 lbs ditambah recycle dari benzene stripper sebanyak 328,7 lbs. HCl sekitar 4,9 lbs terbentuk dari proses alkilasi.
sisa katalis. Aliran keluar sebanyak 514,5 lbs menuju ke benzene stripper untuk me-recycle benzene.
- Hasil bawah benzene stripper sebanyak 185,8 lbs lalu ke menara paraffin untuk
me-recycle paraffin yang tersisa.
- Terakhir aliran masuk ke menara disitilasi alkylate dimana dpisahkan heavy alkylate 20,2 lbs sebagai produk bawah dan LAB 73,5 lbs sebagai produk atas.
- Pada proses ini olefin tidak bereaksi atau mempengaruhi hasil yield dan
kualitas produk akhir.
2. Proses Hydrogen Fluoride (R. Fenske) - Bahan khusus yang digunakan:
Katalis HF
n-paraffin kemurnian 98% (dari fraksinasi kerosen) dengan rantai C11 – C14 - Alat khusus yang digunakan:
Reaktor Alkilasi = 2
Reaktor dehidrogenasi katalitik
- Umpan n-paraffin masuk unit dehidrogenasi pada temperatur dan tekanan
sekitar 870 ºF dan 30 psig. Air yang digunakan bersama aliran berkisar 2000 ppm. Keluaran berupa mono-olefin 95%. Produk samping adalah hidrogen dengan kemurnian 96%.
- Pada proses ini alkilasi dilakukan dua tahap dengan katalis HF baru di tahapan
ke dua.
- Pada tahap satu menggunakan HF 93-94% yang berasal dari tahap dua.
70 ºF, didinginkan sd 50 º F kemudian dicampur 4100 ml HF (dipanaskan 100 ºF). Dengan kecepatan stirrer 1500 rpm, dimasukkan mono-olefin selama 30 menit dengan laju konstan. Setelah itu ditambah waktu 15 menit pengadukan (100º F) .
- Pada tahap dua, olefin C10 – C15 (berasal dari proses dehidrogenasi n-paraffin dengan 10% volume olefin) dialkilasikan dengan benzene, dengan rasio benzene/olefin 10:1, menggunakan HF 100% (dimasukkan selama 10 mnt dengan laju konstan). Suhu pada 110 ºF dan pengadukan 1500 rpm. Perbandingan HF dan total hidrokarbon adalah 2:1, pada tekanan 3 atm dan waktu kontak rata-rata 4,5 menit.
- Keluaran dari tahap diatas diseparasi untuk me-recovery HF yang didapat
dengan kemurnian 93% HF; 1,2% air dan 5,8% berat hidrokarbon.
- Hidrokarbon lapisan atas dicuci dengan air yang mengandung K2CO3 untuk menghilangkan HF yang tersisa.
- Distilasi dilakukan pada tekanan atmosfer untuk me-recover benzene dan
n-paraffin, lalu pada tekanan 2 mmHg untuk me-recover produk alkylbenzene dari residu yangterdiri dari alkyl dan dialkyl tetralin, naphthene dan material dengan titik didih tinggi lainnya. Fraksi produk pada titik didih 536 – 620 ºF dengan yield 91,3% berat.
3. Proses HF-mordenite
Proses alkilasi dengan katalis HF-mordenite: - Bahan yang digunakan:
0,1 – 10% berat. Normal paraffin
- Normal paraffin terlebih dahulu di dehidrogenasi pada fixed bed dengan katalis. Kondisi operasi pada keadaan moderat, contohnya pada suhu 875 ºF dan tekanan 30 psig. Linear hidrokarbon (C10 – C15) yang keluar terdiri dari 95% mon-olefin yang siap dialkilasikan dengan benzene.
- Katalis pada proses ini adalah mordenite dengan kandungan fluorida.
Mordenite salah satu adalah golongan dari zeolite. Katalis disiapkan hidrogen mordenite (biasnya mengandung sodium kurang dari 0,1%) mempunyai rasio silika/alumina sekitar 10:1 sd 100:1. H-mordenite direaksikan dengan cairan HF untuk membentuk katalis, diikuti dengan kalsinasi (400 – 600 ºC) hingga kandungan fluorin 0,1 – 4%.
- Umpan masuk adalah campuran benzene dan olefin (80 – 95% paraffin)
dengan rasio molar 1:1 sd 100:1, dipompa menuju packed bed katalis mordenite. Pada katalis bed, umpan masuk kontak dengan uap benzene yang naik akibat pemanasan untuk direfluks. Suhu alkilasi pada 70 – 78 ºC dan maksimal 200 ºC untuk laju reaksi yang tinggi. Lebih dari itu dapat terjadi degradasi reaktan atau produk dan deaktivasi katalis. Kondisi yang optimum pada 80 – 140 ºC dan tekanan atmosfer. Laju umpan masuk katalis bed adalah 0,05/jam sd 10/jam pada LHSV (Liquid Hourly Space Velocity)
- Keluaran katalis bed masuk ke unit destilasi. Proses ini mampu menghasilkan produk LAB dengan kandungan 2-phenyl isomer ± 70%, yang berperan penting untuk meningkatkan daya larut dan sifat-sifat deterjen.
Tabel 2.4 Perbandingan proses pembuatan LAB
Dari perbandingan data yang didapat diatas dipilih proses dengan katalis HF-mordenite karena menghasilkan kualitas LAB yang paling baik dan bisa dilakukan proses kontinyu untuk menghasilkan produk dalam jumlah tinggi.