EP 2 540 692 A2
Production of Propylene Glycol from Glycerol
Penemuan saat ini menggambarkan proses untuk produksi propilen glikol dari gliserol, transformasi gliserol murni menjadi propilen glikol yang dilakukan dengan cara reaksi hidrogenolisis, dalam fase cair, di mana dua tahap reaksi berlangsung secara bersamaan dan dalam satu dan reaktor yang sama dalam kondisi temperatur dan tekanan spesifik, efluen dari reaktor fixed-bed dialirkan menuju proses selanjutnya yaitu pemisahan dan pemurnian.
Backgroud of the invention
Penemuan ini didasari oleh supply gliserol di pasar yang meningkat secara pesat hasil dari ekspansi produksi biodiesel yang produk sampingnya gliserol dengan perbandingan 10:1.
Prior part
Summary of The Invention
[0021] penelitian ini memproduksi propilen glikol dari gliserol, yang mana reaksinya berlangsung pada fase cair (liquid) dan gliserol yang digunakan sebagai raw material merupakan produk samping dari proses produksi biodiesel.
[0022] gliserol diperoleh dari biodiesel, disebut crude gliserol, diproduksi dengan range 40-85%. Agar dapat digunakan sebagai bahan baku, crude gliserol dimurnikan terlebih dahulu melalui proses pemurnian yang biasa digunakan dengan tingkat kemurnian dengan range 90-99,9%.
[0023] gliserol yang telah murni direaksikan menjadi propilen glikol menggunakan reaksi hidrogenolisis, fasa cair, dengan dua tahap reaksi yang terjadi secara bersamaan dalam satu reaktor yang sama.
[0024] pada tahap awal gliserol, di bawah suhu dan katalis, diubah menjadi asetol dan air. Pada tahap ke dua, asetol direaksikan menggunakan katalis dan gas hidrogen, kemudian terbentuklah propilen glikol.
[0025] gas recycle dialirkan ke methanation reaktor, untuk mengubah gas pengotor CO dan CO2 yang terkandung dalam steam recycle hidrogen menjadi gas methan, untuk kemudian didaur ulang kembali ke reaktor, meminimalisir efek penonaktifan katalis dan mempertahankan konversi gliserol di atas 95% dan selektifitas propilen glikol di atas 90%.
[0026] efluen dari reaktor dialirkan ke bagian separasi dan pemurnian, setelah itu didapat produk final dengan kemurnian tinggi dan mengandung sedikit zat pengotor.
Brief Description of The Drawings
[0027] gambar 1 menunjukkan ilustrasi persamaan rekasi gliserol dari biodiesel menjadi propilen glikol.
gambar 2 menunjukkan flowsheet sederhana proses hidrogenolisis gliserol untuk menghasilkan propilen glikol.
Detail Description of The Invention
[0028] penemuan ini merupakan proses produksi propilen glikol dari gliserol umum, dimana reaksi terjadi dalam fase cair.
[0029] steam gliserol dapat berasal dari unit biodiesel, pembuatan sabun atau produksi asam-asam lemak.
[0030] gliserol yang digunakan berasal dari produk samping biodiesel.
[0031] gliserol yag dihasilkan sebagai produk samping rangenya 40-85%. Hal tersebut terjadi karena:
- garam mengandung sodium, klorin, sulfur, phospor, yang dapat menonaktifkan katalis secara permanen
- asam lemak, fosfolipid, gliserida, sabun dan residu biodiesel yang menonaktifkan katalis dengan menutup pori-pori.
[0032] pemurnian gliserol biasanya dengan pemurnian distilasi fraksional vakum menghasilkan konsentrasi berkisar antara 90-100% w/w.
[0033] pada tahap awal gliserol, di bawah suhu dan katalis, diubah menjadi asetol dan air. Pada tahap ke dua, asetol direaksikan menggunakan katalis dan gas hidrogen, kemudian terbentuklah propilen glikol.
[0034] proses produksi propilen glikol dari gliserol dapat dilihat pada gambar 2. Langkahnya yaitu:
a) Masukkan gliserol (G), dari produksi biodiesel yang mengandung pengotor, ke tahap purifikasi (P) untuk menghilangkan pengotor (I) dengan proses purifikasi apapun yang sudah umum, kemurnian gliserol yang dibutuhkan antara 90-99,9% wt.
b) Proses reaksi hidrogenolisis, dalam reaktor fixed-bed adiabatik (1) yang beroperasi dalam kondisi flow menurun, dalam fase cair (liquid), dimana dua tahap reaksi dilakukan secara simultan sebagai berikut:
Proses aktivasi katalis dengan cooper chromite dengan melewatkan hidrogen pada bahannya
Tekanan rekator fixed-bed (1) berkisar antara 5-50 kgf/cm2
Menaikan temperatur katalis ke temperatur kerja berkisar antara 160°C hingga 260°C
Gliserol murni masuk dengan kadar air tertentu melalui feed (12) dan hidrogen masuk melalui (13), dengan rasio molar gliserol dengan hidrogen berkisar antara 10-120 mol/mol dan kecepatan velocity range 0,1 sampai 10 h-1 dengan sehubungan dengan reaktan pembatas (gliserol).
c) Pendinginan dengan menggunakan pendingin ‘(‘R) dan reaktan keluar melalui bagian bawah reaktor kemudian disambung pada line (11)
d) Alirkan efluen dari reaktro fixed-bed (1) melalui jalur produk yang telah bereaksi (11) ke bagian vessel separating (2), untuk menghilangkan stream yang mengandung hidrogen dan komponen yang tidak dapat dikondensasi dengan stream atas (21), dan menghilangkan cairan eflien dengan stream pertama bawah (22)
e) Lalu stream 21 masuk dari bagian vessel separating (2) ke kompresor recycle (3), dengan mengkompresi komponen yang terkandung dalam stream, dimana (211) dikirim melalui jalur (32) dimaksudkan untuk dibakar dengan insenerasi.
f) Alirkan aliran kedua (212) dari stream atas pertama (21) yang diterima dari vessel fase pemisah (2) ke arah heater (213), lalu dialiarkan ke reaktor methanasi (214) untuk mengubah komponen pengganggu CO dan CO2 yang ada di stream atas pertama (21) menjadi metane, untuk kemudian dicampurkan dalam feed line (12) dan direcycle pada reaktor hidrogenolisis (1)
g) Kirim efluen cair dari stream bawah pertama (22) yang didapat dari vessel pemisah fasa (2) ke tower fraksinasi primer (4), yang dibuang, melalui stream atas kedua (41), air dan komponen polar ringan seperti metanol, etanol, n-propanol dan isopropanol, saat efluen bawah dialirkan melalui stream bawah kedua (42)
h) Alirkan efluen bawah dari stream bawah kedua (42) yang diterima dari tower fraksinasi primer (4) ke tower untul memisahkan fraksi yang besar (5), yang menghilangkan gliserol yang tidak bereaksi dan produk berat lainnya yang terbentuk selama reaksi hidrogenolisis, yang mana nantinya akan dialirkan ke stream bawah ketiga (52) selanjutnya dapat mengalir ke line pembakaran kedua (53) untuk insenerasi dan pembangkit listrik dan line recycle kedua (54) dimana gliserol kembali mengalir ke reaktor fixed-bed (1), saat propilen glikol mengandung impuritis dialirkan ke stream atas ketiga (51)
i) Alirkan eflues stream atas ketiga (51) yang diterima dari tower pemisahakn fraksi berat (5) ke tower purifikasi (6), yang mana menghilangkan impuriti seperti etilen glikol, 1-3 propilen glikol dan komponen berat lainnya yang memiliki konsentrasi kecil, akan dialirkan ke stream bawah keempat (62) bersama line pembakaran kedua (53) untuk insenerasi dan pembangkit listrik, dimana propilen glikol dengan kemurnian tinggi dihasilkan pada stream atas keempat (61)
[0035] reaktor metanasi (214) menggunakan katalis berbahan dasar nikel yang disupport di atas alumina, dioperasikan pada suhu 200oC dan tekanan dalam range 5 kgf/cm2 sampai 50 kgf/cm2, dan velocity space berkisar antara 5000 h-1 sampai 20.000 h-1
[0036] CO dan CO2 dikonversi menjadi metan dalam reaktor metanasi (214) berdasarkan reaksi di (1) dan (2):
CO + 3H2 => CH4 + H2O (1) CO2 + 4H2 => CH4 + 2H2O (2)
[0037] CO dan CO2 keduanya berperan menjadi katalis reversible, diabsorbsi pada permukaan metal dan menurunkan fungsi hidrogenasi secara temporari. Karena ini, konversi dan selektivitas katalis berkurang secara bertahap dan komponen berat menumpuk di permukaan katalis, melalui kondensasi gliserol yang tidak terkonversi
[0038] di waktu yang sama, berikut ini merupakan keuntungan lain yang didapatkan:
a) Konsumsi gliserol yang lebih rendah, tapi menghasilkan selektivitas dan produktifitas yang lebih baik
b) Konsumsi hidrogen yang lebih rendah: menurunkan pemurnian c) Beroperasi pada temperatur yang lebih rendah
d) Katalis yang lebih tahan lama e) Menurunkan ukuran alat proses f) Operasional costnya lebih rendah
g) Menurunkan jumlah efluen liquid dan gas
h) Menambah waktu operasi dari unit prosesnya (Awet)
[0039] karena reaksi eksotermis yang terjadi, reaktor fixed-bed (1) dapat mengandung lebih dari satu katalis dan memiliki sistem pendingin diantara bednya. Estimasi propilen glikol yang terbetuk dari proses ini memiliki kemurnian diatas 99% dengan mengandung impuritis yang rendah.
[0040] di bawah ini merupakan dua contoh aplikasi prosesnya:
EXAMPLE 1
[0041] Setelah aktifasi katalis secara in situ, dengan mengalirkan gas hidrogen,sistem diberi tekanan hingga kira-kira 20 kgf/cm2 dengan hidrogen dan suhu kerja diatur hingga 225 °C.
[0042] gliserol murni dan hidrogen dalam gliserol/hidrogen memiliki molar rasio 1/120 diterima pada suhu 225°C dengan space velocity 0.5 h-1 dengan memperhitungkan reaktan pembatas, gliseor, yang masuk ke dalam reaktor fixed-bed adiabatic (1) mengandung 557 mL katalis. Reaktor fixed-bed (1) beroperasi dengan gradien temperatur 10oC. Analisis menunjukkan bahwa efluen dari reaktor (1) memiliki konversi gliserol sekitar 99% dan selektivitas propilen glikol sebesar 89.9%/
EXAMPLE 2
[0043] reaktor dengan sistem yang sama dengan EXAMPLE 1 dimasukkan ke reaktor metanisasi (214) dengan maksud yang sama yaitu menghilangkan
CO dan CO2 yang terbentuk dalam prosesnya. Kondisi operasi dijaga, diawali dengan konstan dan sama dengan EXAMPLE 1.
[0044] saat konversi selesai gliserol diobservasi, temperaturnya menurun jadi 220oC, untuk menghasilkan 0.2% gliserol pada produk akhir.
[0045] Dengan sistem tersebut, pengotor dapat tereduksi, katalis menunjukkan aktivitas dan selektivitas yang lebih besar dibandingkan dengan hasil pada example 1
[0046] komposisi lengkap dari efluen yang keluar dari reaktor pada masing- masing example dapat dibandingkan pada tabel 1
[0047] klaim dalam penemuan tersebut adalah sebagai berikut:
Klaim:
1. Produksi propilen glikol dari gliserol, dimana gliserol dijadikan bahan baku berasal dari manapun, dan pada dasarnya prosesnya terdiri dari beberapa langkah berikut ini:
a) Memasukkan gliserol (G) yang diterima dari produksi biodisel dan dengan pengotornya ke tahap purifikasi (P) untuk menghilangkan zat pengotor atau impuritisnya (I) dengan proses purifikasi apapun yang telah diketahui, proses ini memerlukan gliserol dengan kemurnian sekitar 90-99.9%
b) Proses reaksi hidrogenolisis, dalam reaktor fixed-bed adiabatik (1) yang beroperasi dengan flow descending, dalam fase liquid, dimana reajsi dua tahap berlangsung secara simultan sebagai berikut:
Aktifasi katalis dilakukan dengan bahan dasar cooper chromite dengan melewatkan hidrogen pada katalisnya
Tekanan yang dibutuhkan reaktor fixed-bed (1) yaitu berkisar antara 5 kgf/cm2 sampai 50 kgf/cm2
Menaikkan temperatur bed katalis ke temperatur kerja yang berkisar antara 160-260 oC.
mulai masuknya gliserol murni dengan kadar air tertentu melalui saluran umpan (12) dan mulai masuknya hidrogen melalui saluran gas (13), dengan rasio molar gliserol terhadap hidrogen dalam kisaran dari 10 mol/mol sampai 120 mol/mol dan space velocity 0,1 h-1 sampai 10 h-1 dengan memperhatikan reaktan pembatas (gliserol)
c) pendinginan dengan alat pendingin (R) dan penarikan limbah lebih disukai dari bagian bawah reaktor ini dan kemudian dialirkan melalui saluran produk yang telah bereaksi (11)
d) alirkan efluen dari reaktor fixed-bed (1) melalui aliran produk yang bereaksi (11) menuju ke vessel pemisah fase (2), untuk menghilangkan stream yang mengandung hidrogen dan komponen ringan yang tidak dapat terkondensasi pada stream atas pertama
(21), dan pembuangan efluen cair melalui aliran bawah pertama (22)
e) alirkan stream atas oertama (21) dari vessel pemisah fase (2) ke kompresor recycle (3), yang memampatkan isi aliran ini di mana bagian pertama (211) disampaikan melalui jalur pembersihan pertama (32) dimaksudkan untuk dibakar dengan insinerasi;
f) alirkan efluen liquid dari stream pertama bawah (22) dari vessel pemisah fase (2) dari tower fraksinasi primer (4), yang dikeluarkan melalui stream atas kedua (41), air dan komponen polar ringan seperti metanol, etanol, n-propanol dan isopropanol, saat efluen bawah dialirkan melalui stream bawah kedua (42)
g) alirkan efluen bawah ke stream kedua bawah (42) dari tower fraksinasi promer (4) ke tower untuk menghilangkan fraksi berat (5), yang mana menghilangkan glisero yang tidak bereaksi dan produk berat yang terbentuk melalui proses reaksi hidrogenolisis, yang mana akan dialirkan ke stream ketiga bawah (52) ke tujuan yang dapat dipilih dari: jalur pembakaran kedua (53) untuk insinerasi dan pembangkit listrik dan yang kedua jalur daur ulang (54) di mana gliserol dikembalikan ke reaktor unggun tetap (1), sedangkan propilen glikol dengan pengotor disampaikan melalui aliran atas ketiga (51);
h) alirkan efluen dari stream ketiga atas (51) dari toer pemisah fraksi berat (5) ke tower purifikasi (6), diimana pengotor seperti etillen glikol, 1-3 propilen glikol dan komponen berat lainnya dibuang, buangan tersebut keluar pada stream keempat bawah (62) dan akan nasuk ke jalur proses pembakaran (53) untuk insenerasi dan pembangkit listrik, kemudia didapatlah propilen glikol dengan kemurnian tinggi keluar dari stream keempat atas (61)
dicirikan bahwa bagian kedua (212) dari aliran atas pertama (21) diterima dari bejana pemisah fase dikirim ke pemanas (213), dan kemudian masuk ke reaktor metanasi (214) untuk transformasi kontaminasi senyawa CO dan CO2 yang ada di aliran atas pertama (21) menjadi metana, kemudian dicampur di jalur umpan (12) dan didaur ulang ke reaktor hidrogenolisis (1).
2. Produksi propilen glikol dari gliserol, berdasarkan kalim 1, dapat disimpulkan bahwa dalam reaktor metanisasi diperlukan katalis berbasis nikel pada permukaan alumina, dioperasikan pada temperatur berkisar antara 200-450 oC, pada tekanan 5 – 50 kgf/cm2, dan space velocity berkisar antara 5000 – 20.000 h-1.
3. Produksi propilen glikol dari gliserol, berdasarkan klaim 1, dapat disimpulkan bahwa konversi gliserol di atas 95% dan selektivitas propilen glikol lebih besar dari 90%.