BAB I PENGANTAR A. LATAR BELAKANG

(1)

Aquilina Novin Astuti 12/330280/TK/39458

BAB I

PENGANTAR

A. LATAR BELAKANG

Salah satu topik utama Masyarakat Ekonomi ASEAN adalah integrasi ekonomi Asia Tenggara. Hal tersebut merupakan tantangan bagi Indonesia dalam menyambut MEA khususnya dalam hal pengembangan sumber daya. Pengembangan industri kimia memainkan peran utama dalam perekonomian negara Indonesia sendiri. Salah satu industri kimia yang saat ini masih sangat dibutuhkan adalah industri etilen. Etilen termasuk dalam senyawa kimia organik yang paling banyak digunakan di dunia dengan pertumbuhan permintaan dunia setiap tahunnya mencapai 3,8%. Di Indonesia, etilen masih sangat dibutuhkan dan belum dapat dipenuhi oleh industri dalam negeri sendiri. Hal ini dapat dilihat pada tahun 2015, Indonesia masih mengimpor etilen rata-rata 51.987 ton / bulan dari Singapura, Korea Selatan, dan Timur Tengah dengan harga 1.175 USD / ton (BPS, 2015). Di sisi lain, Indonesia memiliki cadangan batubara yang sangat melimpah. Pemanfaatan batubara peringkat rendah menjadi tantangan tersendiri untuk dikembangkan. Cara inovatif yang bisa dikembangkan adalah mengolah batubara tersebut menjadi etilen.

Etilen adalah bentuk paling sederhana dari olefin yang mengandung ikatan rangkap karbon-karbon. Rumus kimia etilen adalah C2H4. Etilen merupakan

senyawa yang tidak berwarna, tidak berbau, dan mudah terbakar (flammable gas). Etilen termasuk dalam salah satu senyawa terpenting pada mata rantai industri petrokimia. Secara umum, etilen merupakan bahan dasar untuk berbagai produk

intermediate maupun produk akhir seperti plastik, resin, fiber, elastomer, solven,

surfaktan, coating dan antifreeze.

Secara garis besar, produk turunan etilen dibagi menjadi dua kelompok, yaitu polymer grade dan chemical grade. Polymer grade merupakan konsumen terbesar bahan baku etilen, mencapai 45% dari total produksi etilen. Pada polimer grade, melalui proses polimerisasi etilen diubah menjadi polietilen (PE) yang digunakan sebagai tas plastik, pembungkus makanan, botol dan produk plastik

(2)

lainnya. Polymer grade memiliki kemurnian hingga 99%. Selain polymer grade, etilen juga dikonsumsi oleh kelompok chemical grade, yang termasuk dalam kelompok ini antara lain etanol, etilen oksid, vinil asetat, solven etilen, dan sebagainya. Chemical grade kemurniannya berkisar antara 92-94%.

Salah satu pabrik di Indonesia yang memproduksi etilen adalah PT. Chandra Asri Petrochemical, Tbk. Produk etilen dari PT Chandra Asri hampir semuanya dikonsumsi kelompok polymer grade, sebagian besar dipakai sebagai bahan baku Low Linear Density Poliethylene (LLDPE) dan High Density

Poliethylene (HDPE). PT Chandra Asri sebagai penghasil etilen di Indonesia

hingga tahun 2015 memiliki kapasitas 810.000 ton etilen per tahun. Sementara itu, kebutuhan etilen dalam negeri semakin meningkat. Jumlah impor etilen Indonesia ditunjukkan dalam Daftar I.1

Daftar I.1 Jumlah Impor Etilen di Indonesia (BPS, 2015)

Tahun Jumlah Impor Etilen Indonesia (kg) 2010 589528725 2011 674594543 2012 716584951 2013 628278390 2014 636892106

Berdasarkan data tersebut, jumlah impor etilen relatif meningkat setiap tahunnya. Jumlah impor ini diperkirakan akan konstan bahkan terus bertambah di tahun yang akan datang mengingat etilen sangat dibutuhkan tidak hanya untuk kebutuhan polymer grade. Dengan adanya peningkatan jumlah pabrik-pabrik berbahan baku etilen untuk produk chemical grade di Indonesia seperti pabrik etilen klorid, vinil klorid, etilen glikol dan pabrik-pabrik lainnya, dipastikan kebutuhan etilen di Indonesia akan lebih meningkat lagi.

Melihat kebutuhan etilen yang semakin meningkat maka diperlukan pabrik etilen di Indonesia yang mampu mencukupi kebutuhan impor etilen dalam

(3)

negeri menggunakan sumber daya alam yang ada di Indonesia yang kemungkinan tidak dapat dimanfaatkan. Dengan demikian dilakukan perancangan pabrik etilen dengan bahan baku batubara dan memiliki kapasitas 750.000 ton/tahun. Dengan adanya pabrik ini diharapkan dapat mencukupi kebutuhan impor etilen dengan memanfaatkan sumber daya alam yang tidak dapat dimanfaatkan.

B. TINJAUAN PUSTAKA

Sintesis etilen dari batubara merupakan gabungan dari 3 tahapan proses reaksi yaitu gasifikasi batubara secara insitu, sintesis metanol dari syngas dan sintesis etilen dari metanol.

1. BATUBARA

Batubara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Batubara bersifat mudah terbakar, batuan organik yang terdiri dari karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O2). Batubara terbentuk dari vegetasi yang terjebak oleh bebatuan, dengan pengaruh tekanan dan panas selama jutaan tahun maka terbentuk lapisan batubara. Ketersediaan batubara jauh lebih banyak daripada minyak atau gas. Selama proses pembentukannya, batubara berubah dari gambut menjadi batuan antrasit yang keras. Fase-fase perubahan tersebut disebut sebagai rank of coal. Jajaran batubara yaitu: lignit; sub-bituminous; bituminous; dan antrasit.

Lignit

Lignit atau "batubara coklat" adalah peringkat terendah batubara. Memiliki nilai panas rendah (3000-4500 kcal / kg) dan kadar air yang tinggi (hingga 65% dari massa). Karena tingginya kadar air dan rendahnya energi yang dihasilkan, lignit umumnya tidak ekonomis untuk transportasi. Sebagian besar lignit digunakan untuk menghasilkan listrik yang berlokasi di dekat mulut tambang.

(4)

Bituminous

Batubara bituminous berkualitas lebih tinggi dari lignit dan berkualitas lebih rendah dari antrasit. Bituminous biasanya mengandung air 3-16 % massa dengan nilai kalor 6000-7000 kcal/kg. Dalam hal penggunaan, batubara bituminous dapat dibagi menjadi dua sub-jenis: termal dan coking

coal (batubara metalurgi). Batubara termal digunakan untuk menghasilkan

listrik / pemanas. Batubara kokas terutama digunakan untuk membuat "kokas" yang penting untuk memproduksi baja dan besi.

Antrasit

Antrasit merupakan batubara dengan peringkat tertinggi di seluruh dunia. Memiliki nilai kalor tertinggi sebesar 7500-8000 kcal/kg dan tingkat kelembaban terendah kurang dari 15% massa. Dari semua jenis batubara, antrasit digunakan untuk pembangkit listrik, produksi semen, produksi urea/ammonia dan besi serta baja.

Daftar I.2 Klasifikasi dan Spesifikasi Batubara

Jenis Class Fixed Carbon, % Calorific Value Limits, kcal/kg Price, US$/tons Anthracite High-rank 91,8 >7000 130-160 Bituminous Moderate-rank 82,8 6000-7000 98-125 Sub-Bituminous Low-rank 46,6 ± 6000 78-90 Lignite Low-rank 29,3 3000-4500 55-78 2. METANOL

Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus. Metanol adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH yang merupakan

(5)

bentuk alkohol paling sederhana. Pada keadaan atmosfer metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol).

Kegunaan metanol yang paling besar adalah untuk membuat senyawa kimia lainnya. Sekitar 40% dari produksi methanol dibuat menjadi formaldehid. Formaldehid kemudian dijadikan produk plastik, kayu lapis, cat, dan lain-lain. Turunan methanol lainnya adalah dimethyl ether (DME) sebagai pengganti klorofluorokarbon dalam aerosol dan asam asetat serta campuran dalam pembuatan liquefied petroleum gas (LPG). Selain itu metanol juga dapat bereaksi membentuk etilen. Etilen merupakan olefin paling sederhana dan merupakan bahan dasar untuk berbagai produk intermediate maupun produk akhir seperti plastik, resin, fiber, elastomer, solven, surfaktan, coating dan antifreeze.

3. ETILEN

Gambar 1.1 Rumus Molekul Etilen

Etilen merupakan hidrokarbon olefin (berantai ganda) paling ringan, tak berwarna, mudah terbakar, dan sedikit berbau. Sifat etilen ditentukan oleh ikatan rangkapnya, yang reaksi utamanya adalah reaksi adisi menghasilkan hidrokarbon jenuh dan turunannya atau polimer (Kirk & Othmer, 1977). Etilen merupakan senyawa intermediet yang menjadi bahan baku berbagai produk turunannya. Spesifikasi produk etilen dapat dilihat pada Daftar I.3 (Mc. Ketta, 1984).

(6)

Daftar I.3. Karakteristik Reaksi dan Produk Turunan Etilen

Reaksi Produk % Pemakaian

Polimerisasi Polietilen 45,7

Oksidasi Etilen oksid, etilen glikol, etanolamin, asetaldehid, asam asetat, vinil asetat, asetat anhidrid, pentoeritriol

22,4

Halogenasi / Hidrohalogenasi

Etil diklorid, vinil klorid, etil klorid, etilen dibromid, etil bromid

15,9

Alkilasi Etil benzen, toluen, etil mercaptan, etil anilin, dietil sulfat

8,5

Oligomerasi Alfaolefin 4,3

Okso reaksi Propionaldehid 0,5

4. PROSES GASIFIKASI BATUBARA

Teknologi dunia berkaitan dengan pengolahan batubara menghasilkan berbagai proses yang cukup efisien khususnya dalam proses gasifikasi batubara. Gasifikasi batubara secara konvensional (proses gasifikasi permukaan) merupakan proses gasifikasi yang saat ini masih digunakan oleh banyak industri, yaitu menambang batubara secara konvensional dan diolah di unit gasifikasi dengan alat gasifikasi seperti crusher, reaktor dan alat-alat lain. Teknologi yang lain dan berpotensi untuk dikembangkan adalah gasifikasi insitu (underground coal gasification). Gasifikasi insitu merupakan gasifikasi tanpa harus menambang batubara karena prosesnya berada di dalam tanah.

(7)

Dalam gasifikasi permukaan, terdapat beberapa unit yaitu unit penyiapan bahan baku dan unit proses.

Unit penyiapan bahan baku: a. Batubara

Batubara dikecilkan ukurannya menggunakan crusher dari ukuran besar ke ukuran intermediate, kemudian menggunakan hammer mill dari ukuran intermediate ke ukuran kecil, dan terakhir menggunakan raw mill dari ukuran kecil menjadi ukuran halus yang sesuai dengan ukuran spesifikasi batubara masuk reaktor.

b. Steam

Steam diperoleh dari unit utilitas yaitu pendidihan air umpan boiler. c. Oksigen (kemurnian 95%)

Oksigen dengan kemurnian 95% dipenuhi dari pabrik yang memproduksi oksigen murni.

d. Udara pengering

Udara luar dikompresi lalu dilewatkan pada heater dan dilewatkan pada gasifier untuk menghilangkan moisture content dari batubara (pengeringan).

Unit Proses:

Batubara diumpan dalam gasifier lalu udara pengering diumpankan dari bawah ke atas secara kontinyu untuk mengeringkan batubara. Setelah kadar batubara mencapai spesifikasi optimum reaksi gasifikasi maka aliran udara dihentikan. Kemudian batubara difluidisasi menggunakan oksigen dan

steam sekaligus terjadi reaksi oksidasi yang dilanjutkan dengan gasifikasi

hingga pada produk atas dihasilkan gas hasil reaksi dan pada produk bawah dihasikan bottom ash.

Gasifikasi Batubara Insitu (Underground Coal Gasification)

Underground Coal Gasification atau gasifikasi secara insitu

(8)

dalam pemanfaatan batubara yang sulit untuk ditambang dan berada jauh didalam bumi. Mengingat penerapan teknologi UCG ini belum berkembang di Indonesia dan sebagai upaya untuk mengoptimalkan penggunaan batubara peringkat rendah, maka dalam melakukan penerapan teknologi ini perlu terlebih dahulu mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi desain UCG. Menurut Bowen (2008), ada tujuh faktor yang mempengaruhi desain UCG, yaitu: kondisi lapisan batubara (tebal, kedalaman, kemiringan dan permeabelitas); sifat-sifat batubara (kadar abu, kandungan karbon, komposisi kimia); kondisi lapisan batuan pengapit (geologi, hidrologi, geomekanika, dan drilling properties); kondisi operasional (komposisi injeksi, laju alir, tekanan, layout sumur); produk gas; proses efisiensi dan interaksi UCG dengan lingkungan. UCG mengkonversi batubara secara insitu menjadi produk gas, umumnya dikenal sebagai gas sintesis (CO dan H2) atau syngas

melalui reaksi kimia yang sama dengan gasifiers permukaan. Gasifikasi mengubah hidrokarbon menjadi syngas pada suhu dan tekanan tinggi yang dapat digunakan sebagai bahan bakar pembangkit listrik, bahan baku kimia, bahan bakar cair. Gasifikasi memberikan banyak kesempatan untuk pengendalian pencemaran, terutama berkenaan dengan emisi sulfur, oksida nitrat, dan merkuri. UCG dapat meningkatkan sumber daya batubara yang tersedia untuk pemanfaatan yang lebih efisien dan sebagai bentuk pemanfaatan batubara yang tak mungkin ditambang karena kondisi geologi dan keekonomisan (Burton, dkk., 2004).

Proses UCG

Reaksi yang terjadi pada proses gasifikasi batubara melalui UCG ini secara umum sedikit berbeda dengan pembakaran batubara konvensional. Pada proses reaksi ini, hasil gasifikasi akan menghasilkan syn gas sebagai komponen mayor dan suhu yang dihasilkan pada proses ini akan lebih tinggi bila dibandingkan dengan pembakaran batubara secara konvensional. Selain itu perbedaan penting antara pembakaran batubara dan gasifikasi batubara adalah dalam pembentukan polutan dimana reaksi UCG tidak menghasilkan

(9)

gas beracun seperti NOx dan SOx. Reaksi UCG diawali oleh reaksi pirolisis.

Reaksi pirolisis ditulis dalam bentuk yang sangat umum karena pirolisis memiliki stoikiometri rumit yang tergantung pada komposisi gas, suhu, tekanan dan tingkat pemanasan. Ruang gasifikasi akan membesar dan separuhnya terisi dengan abu, akibatnya bagian kedua sisi ruang di mana batubara segar terkena atau ruang kosong di bagian atap ruangan akan terbakar, karena oksidan terus diinjeksikan secara berkelanjutan ke lapisan batubara dan harus terus mengalir.

Pada ruang kosong dari ruang bakar tersebut terjadi perbedaan konsentrasi dan gradien temperature . Gradien ini menurut Perkins and Sahajwalla, (2005) disebabkan oleh reaksi kimia dan konveksi alami dari difusi ganda (double diffusive natural convection). Aliran fluida pada lokasi timbunan abu ditentukan oleh distribusi permeabilitas, sedangkan di ruang kosong ditentukan oleh double diffusive natural convection, namun didominasi oleh gaya apung tunggal akibat adanya gradien temperatur akibat proses pembakaran oksigen dengan CO yang dihasilkan dari gasifikasi dari dinding lapisan batubara (Perkins, 2005).

Daftar I.4. Reaksi Utama pada Gasifikasi Insitu

PROSES REAKSI ENTALPHI, kJ/mol

Drying Coal  Dry Coal + H2O (1) +40 Pirolisis Dry Coal  Char + Volatiles (2) 0

Coal Combustion C (Char) + O2  CO2 (3) -393 CO2 Gasification C (Char) + CO2  2CO (4) +172

(10)

Steam Gasification C (Char) + H2O CO + H2 (5) +131 Metanisasi C + 2H2  CH4 (6) -75 Water Gas – Shift CO + H2O  H2 + CO2 (7) -41 CO + 0,5 O2  CO2 (8) -111 Gas phase oxidations H2 + 0,5O2  H2O (9) -242 CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O (10) -802 Proses UCG mempunyai beberapa keuntungan antara lain :

 Membutuhkan lahan yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan tambang konvensional

 Keselamatan dan kesehatan kerja lebih terjamin

 Tidak perlu memindahkan tanah atas (overburden)

 Batubara yang semula tidak bisa ditambang karena terlalu dalam dapat dikonversi menjadi gas

 Tidak membutuhkan unit pencucian batubara

 Tidak memerlukan rehabilitasi lahan yang signifikan

 Emisi CO2 lebih rendah karena berkurangnya unit proses

 Tidak perlu tempat penyimpanan batubara bersih

 Tidak terdapatnya abu terbang (fly ash)

 Tidak ada emisi gas metan dan tempat buangan (Disposal)

 Kandungan sulfur yang cukup rendah

 Pengurangan emisi gas rumah kaca sebesar 25 % (UCG syngas digunakan untuk pembangkit listrik).

 partikulat emisi rendah, kebisingan dan dampak visual pada permukaan;

(11)

 Menurunkan resiko pencemaran air permukaan;

 Sedikit menggunakan transportasi Metode UCG

UCG terdiri dari 2 metode secara umum yaitu “Shaft method” dan “Shaftless method”. Pemilihan metode didasarkan pada berbagai jenis faktor termasuk lokasi lapisan batubara dan ketersediaan infrastruktur bawah permukaan tanah. Shaftless method merupakan metode UCG dengan pengeboran dari permukaan tanah lalu menginjeksikan reaktan ke batubara yang terletak dekat dengan permukaan agar terjadi gasifikasi. Sedangkan

shaft method merupakan metode UCG dengan pembuatan infrastuktur bawah

permukaan tanah lalu menginjeksikan reaktan ke batubara yang terletak pada kedalaman tertentu yang jauh dari permukaan tanah agar terjadi gasifikasi. Pemilihan metode UCG yang tepat untuk diterapkan di Indonesia adalah shaft

method karena kemelimpahan batubara pada kedalaman yang jauh dari

permukaan di Indonesia.

UCG dilakukan dengan cara membuat dua buah sumur vertikal yang diberi nama sumur injeksi dan sumur produksi sedalam lapisan batubara yang akan digasifikasi (>150 m) dilanjutkan dengan proses peningkatan permeabilitas batubara. Proses ini dilakukan agar oksigen dari sumur injeksi dapat melewati lapisan batubara menuju sumur produksi. Ada dua cara yang paling umum untuk meningkatkan permeabilitas batubara yaitu dengan proses reverse combustion (air pressurization) dan dengan pemboran horizontal (Directional Drilling).

 Reverse Combustion (air pressurization)

Cara ini diawali dengan pembuatan dua buah sumur yaitu sumur produksi (P) dan sumur injeksi (I) sampai kedalaman lapisan batubara yang akan digasifikasi (Gambar a). Selanjutnya dilakukan penyalaan batubara yang diikuti injeksi udara tekanan tinggi sehingga gas panas hasil pembakaran dapat mencapai sumur produksi (Gambar b). Injeksi udara tekanan tinggi dialihkan dari sumur injeksi ke sumur produksi untuk lebih mempercepat

(12)

proses peningkatan permeabilitas (Gambar c). Dengan dialihkannya lokasi injeksi udara diharapkan panas pada sumur injeksi dapat cepat menjalar ke sumur produksi atau mengikuti arah datangnya udara. Aliran udara akan otomatis meningkat bila permeabilitas batubara sudah bertambah besar. Bila permeabilitas batubara dianggap sudah cukup maka injeksi udara dialihkan dari sumur produksi ke sumur injeksi, kompresor tekanan tinggi diganti ke

compressor tekanan lebih rendah dan proses gasifikasi batubara siap

dilakukan.

Gambar 1.2 Metode Reverse Combustion (Air Pressurization)

 Pengeboran Horizontal (Horizontal Drilling)

Peningkatan permeabilitas lapisan batubara dapat dilakukan dengan pengeboran horizontal. Pengalaman aplikasi teknologi ini di dunia migas akan sangat bermanfaat untuk pengembangan UCG terutama UCG pada lapisan batubara yang dalam (>400 m). Kemajuan teknologi pemboran di dunia migas seperti penggunaan sensor yang dipasang dekat dengan mata bor dan peralatan komunikasi yang menginformasikan data bawah tanah ke operator di permukaan menjadikan pemboran horizontal dapat dilakukan lebih presisi. Pemboran horizontal dapat dilakukan menggunakan alat

(13)

pemboran konvensional dan coiled tubing drilling (CTD). Penggunaan CTD diperkirakan akan lebih berkembang karena sifatnya yang multi fungsi.

Coiled tubing adalah suatu selang/pipa yang terbuat dari bahan khusus yang

elastis sehingga dapat digulung tetapi mampu untuk menahan suhu dan tekanan tinggi. Coiled tubing di samping dapat dipakai untuk pengeboran juga dapat dipakai untuk membawa burner menuju permukaaan batubara dalam rangka proses penyalaan batubara, mengalirkan oksigen ke lapisan batubara yang akan digasifikasi, memperbesar lobang bor (work over) dan lain-lain.

5. REAKSI SINTESIS METANOL

Metanol dapat dibuat dari sintesa syn gas. Syn gas tersebut dapat dihasilkan melalui beberapa cara antara lain :

 Reforming gas alam

Pada tekanan sedang 1 hingga 2 MPa (10–20 atm) dan temperatur tinggi (sekitar 850 °C), metana bereaksi dengan uap air (steam) dengan katalis nikel untuk menghasilkan gas sintesis menurut reaksi kimia berikut:

CH4 + H2O → CO + 3 H2 (11)

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2 (12)

Reaksi ini adalah eksotermik dan panas yang dihasilkan dapat digunakan secara insitu untuk menggerakkan reaksi steam-methane reforming. Ketika dua proses tersebut dikombinasikan, proses ini disebut sebagai

autothermal reforming. Rasio CO and H2 dapat diatur dengan

menggunakan reaksi perpindahan air-gas (the water-gas shift reaction) untuk menghasilkan stoikiometri yang sesuai dalam sintesis metanol. Reaksinya adalah sebagai berikut :

CO + H2O → CO2 + H2 (13)

Selanjutnya reaksi yang terjadi adalah reaksi antara CO dan H2 untuk

membentuk metanol. Dalam hal ini CO dan H2 disebut sebagai syngas

(14)

Karbon monoksida dan hidrogen (syngas) bereaksi dengan bantuan katalis untuk menghasilkan metanol. Saat ini, katalis yang umum digunakan adalah campuran tembaga, seng oksida, dan alumina, yang pertama kali digunakan oleh ICI pada tahun 1966. Pada tekanan 5–10 MPa (50–100 atm) dan 250 °C, katalis tersebut dapat mengkatalisis produksi metanol dari karbon monoksida dan hidrogen dengan selektifitas yang tinggi:

CO + 2 H2 → CH3OH (14)

Sangat perlu diperhatikan bahwa setiap produksi gas sintesis dari metana menghasilkan 3 mol hidrogen untuk setiap mol karbon monoksida, sedangkan sintesis metanol hanya memerlukan 2 mol hidrogen untuk setiap mol karbon monoksida. Salah satu cara mengatasi kelebihan hidrogen ini adalah dengan menginjeksikan karbon dioksida ke dalam reaktor sintesis metanol, dimana ia akan bereaksi membentuk metanol sesuai dengan reaksi kimia berikut:

CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O (15)

 Reaksi pembentukan metanol dari batubara

Dalam sintesis metanol dari batubara, batubara langsung diubah menjadi

syngas dan selanjutnya syngas akan bereaksi membentuk metanol.

Dengan demikian tidak terjadi tahap reforming gas alam untuk menghasilkan syngas. Pada reaksi sintesis metanol digunakan katalis Cu / Zn / Al2O3 pada tekanan konstan 5.0 MPa, dan suhu berkisar antara

230°C dan 260oC.

6. REAKSI SINTESIS ETILEN

Berikut ini terdapat beberapa cara pembuatan etilen menurut Mc. Ketta (1984) yaitu:

(15)

 Pirolisis hidrokarbon

Pirolisis hidrokarbon merupakan teknik yang paling banyak dipakai dalam pembuatan etilen. Produksi skala besar dilakukan dengan melakukan pirolisis bahan baku hidrokarbon dan ditambah dengan steam dengan rasio dalam suatu pyrolysis heater dan dilanjutkan dengan pemisahan campuran hasil gas melewati sistem operasi yang kompleks. Proses ini menghasilkan campuran produk hidrokarbon yang kompleks dan akan semakin kompleks lagi seiring dengan semakin beratnya molekul hidrokarbon yang dipirolisis.

Selektivitas hasil yang tinggi terhadap olefin dan diolefin yang diinginkan (etilen, propilen, butadiene) serta hasil metana dan coking yang minimum dapat dicapai dengan mengoperasikan pyrolysis heater pada suhu tinggi (750 – 900 oC), waktu tinggal yang pendek, serta tekanan parsial yang rendah. Penambahan steam berfungsi untuk mengurangi tekanan parsial hidorkarbon dan jumlah karbon yang terdeposit dalam dinding tube. Perbandingan berat steam dengan hidrokarbon bervariasi dari 0,3 untuk etan hingga 1 untuk gas oil. Perubahan rantai karbon parafinik dan naftenik menjadi olefin terjadi secara endotermis. Gas hasil pirolisis sebelum masuk dalam seksi destilasi (separation plant) akan mengalami serangkaian treatment terlebih dahulu, yaitu:

- Pemanfaatan panas yang dikandung gas hasil pirolisis - Kompresi

- Pengambilan (penghilangan) komponen asam

- Pengeringan kandungan air dalam gas hidrokarbon dengan menggunakan adsorben padat

 Dehidrasi etanol

Pembuatan etilen dari dehidrasi etanol mengikuti persamaan reaksi berikut:

(16)

Reaksi terjadi dengan bantuan katalisator alumina aktif dan asam fosfat. Pembentukan eter terjadi pada suhu 230 oC sedangkan pada suhu 300 – 400 o_{C diperoleh etilen dengan kandungan eter minimum. Hasil etilen}

dapat mencapai 94 – 99% dari nilai teoritis tergantung pada proses yang dipakai. Pemurnian yang lebih lanjut dipakai untuk memisah asetaldehid, asam, hidrokarbon lain, CO2, dan air. Proses ini berkembang dalam skala

kecil di Eropa, Amerika, dan Australia pada tahun 60 an, sebelum berkembangnya pabrik yang menghasilkan etilen yang lebih murah, yaitu dari hidorkarbon.

 Disproposionasi propilen

Pada proses ini propilen yang relatif murah diubah menjadi etilen dan butilen yang lebih tinggi harganya dengan bantuan katalis tungsten oksid-silika. Reaksi yang terjadi adalah:

8 4 4 2 6 3 2C H C H C H (17)

 Reaksi metanol menjadi etilen

Pada proses ini, metanol disintesis menjadi etilen melalui kompleks jaringan reaksi kimia. Metanol dinaikkan suhunya hingga fase gas dan dimasukkan ke dalam reaktor etilen. Reaktor beroperasi pada fase uap dan suhu 340-540 o_{C serta tekanan 0,1 – 0,3 MPa. Sintesis etilen}

dipercepat dengan katalis Ni-SAPO-34 yang berada pada reaktor dalam bentuk padat.

7. PEMURNIAN SYNGAS

Menurut Puigjaner (2011), Pemurnian syngas yaitu proses pemurnian

syngas dari tar, metal, halogen, alkaline, asam, dan basa. Proses pemurnian syngas menggunakan metode absorpsi. Absorpsi bertujuan utama untuk

menghilangkan H2S, H2O dan COS (Carbonyl Sulfide) dari syngas. Ada

(17)

Daftar I.5 Pembagian Cara Absorpsi

Proses Amine Rectisol Selexol

Absorben MDEA Metanol DEPG

Teknanan (MPa) <7 5.8 1.6-7.0

Temperatur (oC) 25-60 -70 sampai -30 -5 sampai 25 Kandungan sulfur tersisa (ppm) <0.1 <0.1 <5 Kelebihan a. Regenerasi solven mudah b. Solven murah a. Efisiensi tinggi b. Penghilangan CO2 sempurna c. Murah a. Biaya sedang b. CO2 slip c. Solven stabil d. Tekanan uap rendah e. Regenerasi mudah Kekurangan a. Korosi b. Foaming c. Circulation rate tinggi d. Degradasi solven a. Operating cost tinggi b. Beracun c. Suhu rendah (thermal loss besar) a. Circulation rate tinggi

b. Sulfur keluar cukup tinggi

c. Mengabsorpsi hidrokarbon

(18)

e. Lebih reaktif terhadap CO2

dibanding H2S

f. COS tidak larut

(Liu, 2010) Dari uraian di atas, lebih dipilih absorpsi dengan cara Selexol karena:

a. Biaya yang tidak terlalu tinggi dibanding proses yang lain.

b. Kondisi proses tidak terlalu ekstrim seperti suhu dan tekanan sehingga tidak perlu energi yang besar untuk memenuhi kondisi operasi.

c. Solven yang stabil secara kimia dan suhu, sehingga regenerasi solven tidak perlu terlalu sering.

8. PEMILIHAN PROSES

Proses yang dipilih penulis dalam tugas prarancangan pabrik etilen dari gasifikasi batubara secara insitu adalah sebagai berikut :

D. Proses Gasifikasi

Proses gasifikasi yang digunakan adalah proses gasifikasi insitu (Underground Coal Gasification) karena dengan menggunakan UCG, batubara kualitas rendah yang berada jauh dibawah permukaan tanah dan tidak memungkinkan untuk ditambang dapat dimanfaatkan menjadi etilen.

E. Proses Reaksi Sintesis Metanol

Proses reaksi sintesis metanol dari syn gas dilakukan dengan reaktor

multibed dengan bantuan katalis Cu/Zn/Al2O3.

F. Proses Reaksi Sintesis Etilen

Proses reaksi sintesis etilen dari metanol dilakukan dengan katalis SAPO 34 dalam reaktor fluidisasi. Dengan digunakannya katalis Ni-SAPO 34, etilen yang dihasilkan lebih banyak dengan konversi metanol menjadi etilen sebesar 97%.