1 BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Indonesia adalah negara dengan perkembangan industri yang sangat pesat. Perkembangan industri ini meningkatkan kebutuhan bahan kimia sebagai pendukung proses produksi. Metil klorida merupakan salah satu bahan kimia yang masih impor dari tahun ke tahun.
Metil klorida dengan rumus molekul CH3Cl adalah senyawa kimia organik yang termasuk dalam kelompok haloalkana berbentuk gas tak berwarna yang mudah terbakar dengan bau sedikit manis (Kirk Othmer, 1993). Penggunaan metil klorida antara lain adalah sebagai bahan baku pembuatan silikon, bahan baku pembuatan kosmetik, produk rumah tangga, dan bahan baku pembuatan cationic polymer untuk flokulan dalam proses pengolahan air. Metil klorida juga merupakan bahan penting dalam pembuatan buthyl rubber.
Inggris adalah negara dengan kebutuhan metil klorida terbesar, sekitar 25.198 ton/tahun, diikuti oleh kawasan Asia Pasifik sekitar 6.408 ton/tahun, Brazil sekitar 2.815 ton/tahun, dan Israel sekitar 1.456 ton/tahun. Permintaan global pada tahun 2012 adalah 34.294 ton/tahun dan pertumbuhan permintaan global sebesar 3,1% sampai tahun 2020 (UN Data, 2017).
Pendirian pabrik metil klorida pada tahun 2020 dengan kapasitas 42.000 ton/tahun diharapkan dapat memenuhi kebutuhan metil klorida di Indonesia dan sebagian besar diekspor ke luar negeri. Pendirian pabrik metil klorida juga dapat membuka lapangan pekerjaan baru dan memacu berdirinya pabrik lain yang menggunakan bahan baku metil klorida.
I.2 Kapasitas Perancangan Pabrik
I.2.1 Prediksi Impor Metil Klorida di Indonesia
Pemenuhan kebutuhan metil klorida di Indonesia masih mengimpor dari negara lain. Data impor metil klorida dalam negeri ditunjukkan pada Tabel I.1.
2
Tabel I.1 Data Impor Metil Klorida di Indonesia
Tahun Data Impor (ton/tahun) Laju pertumbuhan impor per tahun (ton/tahun)
2012 647,94 230,99
2013 878,94 53,82
2014 932,76 -133,51
2015 799,25 188,31
2016 987,56
Total 339,62
(Sumber : Badan Pusat Statistik, 2017) Atas dasar data impor metil klorida (Tabel I.1) maka perhitungan perkiraan jumlah impor metil klorida di Indonesia pada tahun 2020 menggunakan persamaan differensial sebagai berikut:
dy dx = a
b ...(I.1)
dy
dx
=
y2 - y1Δx ...(I.2) dengan, dy/dx = rata-rata laju pertumbuhan impor
a = total laju pertumbuhan impor per tahun b = selisih tahun referensi
y1 = jumlah impor tahun referensi terakhir y2 = perkiraan jumlah impor pada tahun 2020 Δx = tahun pabrik berdiri−tahun referensi terakhir
Rata-rata laju pertumbuhan impor metil klorida di Indonesia sebesar 84,91 ton/tahun. Berdasarkan perhitungan maka perkiraan kebutuhan metil klorida di Indonesia pada tahun 2020 sebesar 1.327,20 ton/tahun.
I.2.2 Prediksi Kebutuhan Metil Klorida di Dunia
Pendirian pabrik metil klorida bertujuan memenuhi kebutuhan Indonesia dan luar negeri. Kebutuhan metil klorida di beberapa negara di dunia ditunjukkan pada Tabel I.2.
Tabel I.2 Data Impor Metil Klorida di Dunia
Negara Kebutuhan (ton/tahun)
2012 2013 2014 2015 2016
Inggris 23.338,92 25.380,01 23.644,20 25.137,57 28.487,58 Asia Pasifik 5.992,82 5.493,04 6.480,73 6.135,74 7.935,71 Brazil 2.729,19 2.788,18 2.788,18 3.160,60 2.609,01 Israel 2.233,68 1.863,48 1.236,30 614,12 1.330,15 (Sumber : UN Data, 2017)
3
Atas dasar data impor metil klorida di dunia (Tabel I.2) maka perhitungan perkiraan jumlah impor metil klorida di beberapa negara di dunia pada tahun 2020 dapat menggunakan persamaan I.1 dan persamaan I.2.
Berdasarkan perhitungan maka rata-rata laju pertumbuhan impor metil klorida di beberapa negara di dunia sebesar 1.516,96 ton/tahun dan perkiraan kebutuhan metil klorida di beberapa negara di dunia pada tahun 2020 sebesar 162.966,74 ton/tahun.
I.2.3 Ketersediaan Bahan Baku
Metanol dan asam klorida merupakan bahan baku dalam pembuatan metil klorida. Bahan baku metanol berasal dari PT. Kaltim Metanol Industri yang berlokasi di Bontang, Kalimantan Timur. PT. Kaltim Metanol Industri beroperasi dengan kapasitas 660.000 ton/tahun (70% untuk pemasaran luar negeri dan 30% untuk wilayah Indonesia) yang menghasilkan metanol dengan kemurnian diatas 99,85% (www.kaltimmethanol.com). Bahan baku asam klorida berasal dari PT. Asahimas Subentra Chemical yang terletak di Cilegon, Banten dengan kapasitas terpasang (HCl 33%) 349.000 ton/tahun (Kementrian Lingkungan Hidup dan Kehutanan, 2017).
I.2.4 Kapasitas Minimal dan Maksimal di Dunia
Kapasitas pabrik yang akan didirikan harus berada di atas kapasitas minimal atau sama dengan kapasitas pabrik yang sedang berjalan. Data kapasitas beberapa pabrik di dunia ditunjukkan pada Tabel I.3.
Tabel I.3 Kapasitas Produksi Metil Klorida di Dunia Pabrik Kapasitas (ton/tahun)
Dow Chemical, Freeport 39.000
Dow Chemical, Plaquemine 118.000
Dow Corning, Carrolton 205.000
Dow Corning, Midland 91.000
GE Plastics, Waterford 75.000
Vulcan Chemical, Giesmar 77.000
Vulcan Chemical, Wichita 41.000
(Sumber : www.icis.com) Atas dasar kapasitas produksi metil klorida di dunia (Tabel I.3) maka kapasitas minimal pabrik metil klorida di dunia sebesar 39.000 ton/tahun dan
4
maksimal 205.000 ton/tahun. Berdasarkan pertimbangan ketersediaan bahan baku, pemenuhan kebutuhan metil klorida di Indonesia dan kebutuhan ekspor metil klorida ke beberapa negara di dunia serta kapasitas pabrik metil klorida di dunia yang masih beroperasi maka dalam perancangan pabrik ini diambil kapasitas produksi sebesar 42.000 ton/tahun. Pabrik metil klorida direncanakan mulai beroperasi pada tahun 2020.
I.2.5 Penentuan Lokasi Pabrik
Pemilihan lokasi pabrik sangat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan berdirinya. Studi kelayakan perlu dilakukan sebelum pendirian suatu pabrik sebagai pertimbangan faktor-faktor kelangsungan pabrik. Perancangan pabrik metil klorida yang berlokasi di Kawasan Industri Cilegon, Banten dipengaruhi faktor-faktor sebagai berikut:
I.2.5.1 Faktor Utama
a. Penyediaan Bahan Baku
Sumber bahan baku merupakan faktor yang paling penting dalam pemilihan lokasi pabrik terutama pada pabrik yang membutuhkan bahan baku dalam jumlah besar. Hal ini dapat mengurangi biaya transportasi dan penyimpanan sehingga perlu diperhatikan harga bahan baku, jarak dari sumber bahan baku, biaya transportasi, ketersediaan bahan baku yang berkesinambungan, dan penyimpanannya. Apabila bahan baku berasal dari negara lain maka yang harus diperhatikan adalah jarak pabrik ke pelabuhan.
Bahan baku pembuatan metil klorida yaitu metanol yang bearasal dari PT. Kaltim Metanol Industri, Kalimantan Timur, sedangkan asam klorida berasal dari PT. Asahimas Subentra Chemical yang berlokasi di Anyer, Banten. Kawasan Industri Cilegon cukup dekat dengan pelabuhan sehingga tidak memberatkan biaya operasional.
b. Utilitas
Sarana-sarana pendukung seperti tersedianya air, listrik dan sarana lainnya memerlukan perhatian agar proses produksi dapat berjalan dengan baik.
Kawasan Industri Cilegon merupakan kawasan industri yang terencana sehingga kebutuhan utilitas seperti tenaga listrik, air, dan bahan bakar dapat
5
teratasi. Kebutuhan air berasal dari PT. Krakatau Tirta Industri (KTI) yang memiliki kapasitas 63.072.000 m3/tahun (www.krakatautirta.co.id), sedangkan unit pengadaan listrik diambil dari PLN dan generator sebagai cadangan.
c. Pemasaran Hasil Produksi
Lokasi pendirian pabrik harus dekat dengan daerah yang banyak mengonsumsi produk metil klorida. Hasil produksi diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri, terutama untuk industri-industri di pulau Jawa terutama di Cilegon yang merupakan kawasan industri dan dapat memenuhi kebutuhan metil klorida di beberapa negara di dunia.
d. Tenaga Kerja
Tenaga kerja berasal dari daerah sekitar lokasi pabrik maupun dari luar lokasi pabrik, mengingat Pulau Jawa merupakan wilayah yang banyak terdapat lembaga pendidikan yang menghasilkan tenaga ahli maupun non ahli baik dari segi kualitas dan kuantitas. Pendirian pabrik metil klorida ini akan mengurangi jumlah pengangguran di Indonesia.
I.2.5.2 Faktor Penunjang
Penetapan Cilegon sebagai kawasan industri oleh pemerintah membuat pendirian suatu pabrik akan lebih mudah. Rincian peta lokasi pabrik metil klorida yang direncanakan ditunjukkan pada Gambar I.1.
Gambar I.1 Peta Lokasi Pabrik Metil Klorida di Cilegon, Banten
6 I.3 Tinjauan Pustaka
I.3.1 Macam-Macam Proses Pembuatan Metil Klorida I.3.1.1 Hidroklorinasi Metanol (Hydrochlorination of Metanol)
Metanol dan asam klorida bereaksi di reaktor dengan kondisi temperatur 568–613 K dan tekanan 101,33 kPa dengan menggunakan katalis gamma alumina (Kirk Othmer, 1993). Reaksi yang terjadi sebagai berikut:
CH3OH(g) + HCl(g) → CH3Cl(g) + H2O(g) ... (I.3) Langkah berikutnya adalah pemisahan metil klorida di separator. Metil klorida murni pada fase gas disimpan dalam tangki bertekanan tinggi sedangkan sisa metanol dan asam klorida kembali ke reaktor (Faith Keyes, 1957).
Keuntungan proses hydrochlorination of metanol:
a. Yield produk lebih tinggi b. Kondisi operasi lebih rendah
c. Proses dapat dilakukan dalam fase cair atau gas d. Metil klorida sebagai produk utama
Kelemahan proses hydrochlorination of metanol:
a. Bahan baku mahal
b. Bahan baku HCl cenderung memiliki impuritas air tinggi I.3.1.2 Klorinasi Metana (Methana Chlorination)
Metana bereaksi dengan klorin pada temperatur 623–643 K dan tekanan sedikit di atas tekanan atmosferis dengan menggunakan katalis zinc dioxyde (ZnO2). Reaksi yang terjadi sebagai berikut:
CH4(g) + Cl2(g) → CH3Cl(g) + HCl(l) ... (I.4) Selain reaksi utama juga terjadi reaksi samping yang menghasilkan beberapa produk samping yaitu metilen diklorida, kloroform, dan karbon tetraklorida. Komponen yang keluar dari reaktor adalah metil klorida 58,50%, metilen diklorida 29,30%, kloroform 9,70%, dan karbon tetraklorida 2,30% (Faith Keyes, 1957).
Keuntungan proses methana chlorination:
a. Produk samping memiliki nilai ekonomis b. Kemurnian bahan baku dipasaran tinggi
7 Kelemahan proses methana chlorination:
a. Kondisi operasi tinggi
b. Yield produk metil klorida rendah
c. Memerlukan proses pemisahan produk lebih panjang
Perbandingan macam-macam proses pembuatan metil klorida dapat dilihat pada Tabel I.4.
Tabel I.4 Perbandingan Proses
Komponen Klorinasi Metana Hidroklorinasi Metanol Bahan baku CH4 dan Cl2 HCl dan CH3OH Temperatur operasi 623–643 K 568–613 K Tekanan operasi 101,33 kPa 101,33 kPa
Yield 85%–90% 97,80%
Kemurnian 90% > 98%
Katalis ZnO2 Gamma alumina
Jadi, berdasarkan perbandingan proses (Tabel I.4) proses hidroklorinasi metanol dipilih dengan alasan sebagai berikut:
1. Raw material mudah didapat di dalam negeri sehingga kelangsungan akan penyediaan bahan baku terjamin
2. Konversi reaksi tinggi
3. Kondisi operasi proses relatif lebih rendah sehingga mudah dalam pengontrolan alat dan hemat energi
4. Produk yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang tinggi sehingga dapat dijual dengan harga tinggi pula
5. Pabrik metil klorida yang sudah berdiri terutama di Amerika banyak menggunakan proses hidroklorinasi metanol.
I.3.2 Kegunaan Produk
Metil klorida berguna sebagai bahan intermediate pembuatan silicon polymer, agricultural chemical, metil selulosa, buthyl rubber, serta sebagai methylating agent pada refrigerant (Kirk Othmer, 1993).
8 I.3.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku I.3.3.1 Metanol
1. Sifat-sifat Fisis (Yaws, 1999)
a. Rumus molekul : CH3OH
b. Berat molekul : 32,04 g/mol
c. Temperatur kritis, Tc : 512,58 K d. Titik didih (101,33 kPa) : 337,85 K e. Titik beku (101,33 kPa) : 175,47 K
f. Tekanan kritis, Pc : 8096 kPa
g. Density pada 298 K : 0,79 g/ml h. Hf (liquid) pada 298 K, (J/mol) : -201,17 i. Gf (liquid) pada 298 K, (J/mol) : -162,51 j. Kapasitas panas cair (J/mol K)
Cp = 40,125 + 3,1046E – 01 T + ( -1,0291E – 03 )T2 + 1,4598E – 06 T3 k. Kapasitas panas gas ( J/mol K )
Cp = 40,046 + ( -3,8287E - 02 ) T + 2,4529E – 04 T2 + ( -2,1679E – 07 ) T3 + 5,9909E – 11 T4
2. Sifat-sifat Kimia (Kirk Othmer, 1993)
a. Dimetil eter dan air terbentuk dengan dehidrasi metanol dengan katalis bersifat asam
2CH3OH(g) ↔ CH3OCH3(g) + H2O(l) ... (I.5) b. Reaksi pembentukan metanol
CO(g) + H2(g) ↔ CH3OH(g) ... (I.6) c. Pembuatan asam asetat dengan karbonilasi langsung metanol dengan
menggunakan katalis cobalt atau homogeneous rhodium
CH3OH(l) + CO(g) ↔ CH3COOH(l) ... (I.7) I.3.3.2 Asam Klorida
1. Sifat-sifat Fisis (Yaws, 1999)
a. Rumus molekul : HCl
b. Berat molekul : 36,46 g/mol
c. Wujud (298 K, 101,33 kPa) : Gas
9
d. Warna : Tak berwarna
e. Temperatur kritis, Tc : 324,65 K f. Titik didih (101,33 kPa) : 188,15 K g. Titik beku (101,33 kPa) : 158,97 K
h. Tekanan kritis, Pc : 8309 kPa
i. Volume kritis, Vc : 81 cm3/mol j. Korosif
2. Sifat-sifat Kimia (Kirk Othmer, 1993) a. Reaksi dengan oksida logam
Fe2O3 bereaksi pada temperatur 573 K menghasilkan FeCl2 dan H2O b. Reaksi dengan zat pengoksidasi HCl dan O2 bereaksi dalam fase gas
menghasilkan klorin
4HCl(g) + O2(g) → 2Cl2(g) + 2H2O(g) ... (I.8) c. Reaksi substitusi dan hidroksil alifatik klorida
ROH(g) + HCl(g) → RCl(g) + H2O(g) ... (I.9) d. Alkohol rendah seperti metanol bereaksi dengan HCl melalui reaksi
hidroklorinasi menggunakan katalis padat atau cair. Alkohol yang lebih tinggi menggunakan katalis ZnCl pada kontak reaksi dalam fase cair.
I.3.4 Sifat Fisis dan Kimia Produk I.3.4.1 Metil Klorida
1. Sifat-sifat Fisis (Yaws, 1999)
a. Rumus molekul : CH3Cl
b. Berat molekul : 50,49 g/mol
c. Wujud (298 K, 101,33 kPa) : Gas
d. Warna : Tak berwarna
e. Temperatur kritis, Tc : 416,25 K f. Titik didih (101,33 kPa) : 248,93 K g. Titik beku (101,33 kPa) : 175,45 K
h. Tekanan kritis, Pc : 6679 kPa
i. Volume kritis, Vc : 139 cm3/mol
10
j. Tekanan uap, Pv : 506 kPa (pada 294 K) k. Mudah Terbakar
2. Sifat-sifat Kimia (Kirk Othmer, 1993)
a. Metil klorida akan bereaksi dengan alkali, alkali tanah, Mg, Zn, Al b. Metil klorida bereaksi dengan natrium membentuk etana (Wurtz
synthesis)
2CH3Cl + 2Na → CH3CH3 + 2NaCl ... (I.10) c. Reaksi Friedel-Crafts menggunakan metil klorida
CH3Cl + C6H6 → C6H5CH3 + HCl ... (I.11) I.3.4.2 Air
1. Sifat-sifat Fisis (Yaws, 1999)
a. Rumus molekul : H2O
b. Berat molekul : 18,01 g/mol
c. Wujud (298 K, 101,33 kPa) : Cair
d. Warna : Tak berwarna
e. Temperatur kritis, Tc : 647,13 K f. Titik didih (101,33 kPa) : 373,15 K g. Titik beku (101,33 kPa) : 273,15 K h. Tekanan kritis, Pc : 22055 kPa i. Volume kritis, Vc : 56 cm3/mol
