BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Propylene merupakan bahan baku indutstri petrokimia yang digunakan luas untuk memproduksi produk-produk petrokimia seperti polypropylene, acrylonitrile, cumene, oxo-alcohols, propylene oxide, acrylic acid, isopropyl alcohol, and polygas chemical. Hampir sebagian besar konsumsi propilena digunakan untuk memenuhi kebutuhan produksi polypropylene. Polypropylene ini merupakan bahan dasar pembuatan plastic jenis PP yang banyak digunakan dimasyakat.
Produksi global propylene saat ini sekitar 54 juta ton/tahun dengan nilai sekitar $17 milyar. Produksi dan konsumsi propylene dunia terbesar terpusat di Amerika utara, Eropa barat, dan Jepang. Ketergantungan propylene ini diperkirakan semakin meningkat hingga dua kali di pada 10 tahun kedepan (Encyclopedia of Chemical Processing, 2006).
Indonesia pada 2009 mampu memproduksi propylene hingga sebanyak 437 ribu ton, sementara konsumsi propylene sebanyak 706 ribu ton (Badan Koordinasi Penanaman Modal, 2011). Analisa produksi dan konsumsi industri propylen di Indonesia menunjukan terjadi defisit produksi yaitu total produksi lebih sedikit dibandingkan total konsumsi. Hal ini mendorong peningkatan peranan produk impor dalam rangka memenuhi kebutuhan konsumsi domestic (Kementerian Perindustrian, 2010).
Tabel 1.1. Profil Industri Propylen di Indonesia (000 ton)
Keterangan 2005 2006 2007 2008 2009
Produksi 490 440 470 461 437
Konsumsi 576 530 642 643 706
Ekspor 71
Impor 86 90 172 252 269
Badan Koordinasi Penanaman Modal, 2011
Defisit produksi Propylen ini menyebabkan tingginya ketergantungan terhadap aktivitas impor. Pada 2009, volume impor propylene tercatat sebanyak 269 ribu ton atau 38% terhadap konsumsi domestik. Kebutuhan propylene Indonesia mulai tahun 2005 hingga 2009 dapat digambarkan dalam suatu diagram garis dan dianalisa dengan menggunakan metode least square, sehingga kebutuhan di tahun-tahun yang akan datang dapat diprediksi. Berikut ini grafik perbandingan produksi, konsumsi dan impor propylene Indonesia,
Gambar 1.1. Gambar Perbandingan Produksi, Konsumsi Dan Impor Propylene Indonesia,
Berdasarkan grafik tersebut, dengan metode least square maka kebutuhan propylene Indonesia di tahun-tahun berikutnya dapat ditunjukkan seperti pada tabel 1.2.
Tabel 1.2. Tabel Prediksi Kebutuhan Propylen Indonesia
Tahun Produksi Konsumsi Impor (000 ton) 2010 434 731 297 2011 425.5 768.3 342.8 2012 417 805.6 388.6 2013 408.5 842.9 434.4 2014 400 880.2 480.2 2015 391.5 917.5 526 2016 383 954.8 571.8 2017 374.5 992.1 617.6 2018 366 1029.4 663.4 2019 357.5 1066.7 709.2 [2020 349 1104 755
Tabel tersebut menunjukkan bahwa terjadi peningkatan konsumsi Propylen, sementara produksi semakin turun, hal ini menyebakan volume impor semakin meningkat tajam. Pada tahun 2020 diperkirakan volume impor Propylen Indonesia mencapai 755 ribu ton, sehingga pendirian pabrik propylen baru harus segera realisasikan untuk mengurangi ketergantungan impor.
Permasalahan-permasalaha tersebut yang melatarbelakangi perancangan pendirian pabrik Propylen dengan kapasitas 110.000 ton/tahun dengan harapan dapat mengurangi ketergantungan volume impor yang sangat besar. y = -8.5x + 17519 y = 37.3x - 74242 y = 52.8x - 10579 0 200 400 600 800 2004 2006 2008 2010 ka p asi ta s p rop yl e n (0 0 0 t on ) Tahun Produksi Konsumsi Impor
B. Tujuan
Tujuan pendirian pabrik Propylen dengan kapasitas 110.000 ton/tahun adalah untuk mengurangi ketergantungan volume impor yang sangat besar ditahun 2020 sehingga kebutuhan propylene Indonesia sebagian terpenuhi dari dalam negeri.
C. Manfaat
Manfaat pendirian pabrik propylen dengan kapasitas 110.000 ton/tahun adalah,
1. Mengurangi ketergantungan volume impor yang sangat besar ditahun 2020 sehingga visi Indonesia menuju Negara mandiri mulai berkembang.
2. Kebutuhan propylene Indonesia dapat terpenuhi dari dalam negeri sehingga tercipta keamanan dan kesejahteraan masyarakat.
3. Terciptanya lapangan kerja baru sehingga dapat membantu pemerintah dalam usaha mengentaskan angka kemiskinan dan pengangguran di Indonesia.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. SPESIFIKASI BAHAN BAKU
Propana (C3H8)
Propana adalah senyawa alkana tiga karbon (C3H8) yang berwujud gas dalam
keadaan normal, tapi dapat dikompresi menjadi cairan yang mudah dipindahkan dalam kontainer yang tidak mahal. Senyawa ini diturunkan dari produk petroleum lain pada pemrosesan minyak bumi atau gas alam. Propana umumnya digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin, barbeque (pemanggang), dan di rumah-rumah. Dijual sebagai bahan bakar, propana dikenal juga sebagai LPG (liquified petroleum gas - gas petroleum cair) yang dapat berupa campuran dengan sejumlah kecil propena, butana, dan butena. Kadang ditambahkan juga etanetiol sebagai bahan pemberi bau agar dapat digunakan sebagai deteksi jika terjadi kebocoran.
a.Sifat Fisis Propana
Parameter Nilai Berat Molekul Kemurnian 44,1 gr/mol 95% Densitas 1,83 kg/m3 Viskositas 8.34 µPa·s at 16.7 °C Melting point -187.7 °C Boiling point -42.1 °C
Latent heat of vaporization 425.31 kJ/kg
Vapor pressure (at 21 °C) 8.7 bar
Critical temperature 96.6 °C
Critical pressure 42.5 bar
Compressibility Factor (Z) at1.013 bar 0.9821 Thermal conductivity at 1.013 bar 15.198 mW/(m.K) Heat capacity at constant pressure 0.075 kJ/(mol.K)
Heat capacity at constant volume 0.066 kJ/(mol.K)
Sifat kimia
a. Reaksi monoklorinasi propana (pengantian satu atom H oleh satu atom Cl) Reaksi :
C3H8 + Cl2 C3H7Cl + HCl
b. Reaksi dibrominasi propana (penggantian dua atom H oleh dua atom Br) Reaksi :
C3H8 + 2Br2 C3H6Br2 + 2HBr
2. Kromium Oksida
Kromium (III) oksida adalah senyawa anorganik dari rumus Cr 2 O 3. Ini
adalah salah satu oksida utama kromium dan digunakan sebagai pigmen. Di alam, hal itu terjadi sebagai eskolaite mineral langka.
a. Sifat fisis kromium oksida
Parameter Nilai
Rumus molekul Cr2O3
Densitas 5.22 g/cm3
Melting point 2435 ° C
Boiling point 4000 ° C
Enthalpy of formation −1128 kJ·mol−1
Standard molar 81 J·mol−1·K−1
Heat of vaporization 339.5 kJ·mol−1
Molar heat capacity 23.35 J·mol−1·K−1 Thermal conductivity at 1.013 bar 93.9 W·m−1·K−1
Phase Solid
Sumber :en.wikipedia.org/wiki/Chromium
b. Sifat Kimia Kromium Oksida
a. Tidak larut dalam air, larut dalam asam untuk menghasilkan ion
kromium terhidrasi, [Cr (H 2 O) 6]3 + yang bereaksi dengan dasar untuk
memberikan garam [Cr (OH) 6]3 –
b. Ketika dipanaskan dengan karbon halus dibagi dapat direduksi menjadi krom logam dengan pelepasan karbon dioksida. Ketika dipanaskan
dengan aluminium halus dibagi direduksi menjadi krom logam dan aluminium oksida :
Cr 2 O 3 + 2 Al → 2 Cr + Al 2 O 3
B. SPESIFIKASI PRODUK PROPILEN
1. Propilen
a. Sifat Fisis Propilen
Parameter Nilai Rumus molekul CH3CH=CH2 Kemurnian 99,5% Densitas 0,612 g/cc Specific Gravity 0.609 at –47°C Viskositas 0,09 cp Melting point 185.2C Boiling point 47.6 C
Vapor pressure (at 21 °C) 8690 torr at 25C
Critical temperature 91,4oC
Critical pressure 670 psia
Latent Heat of Vaporization 4.35 X 105 J/kg Heat of Combustion –458.04 X 105 J/kg
Flash point –162°F
Heat capacity at constant pressure 1.5kJ/kg K Heat capacity at constant volume 1.31kJ/kg K
Phase Gaseous
http://cameochemicals.noaa.gov/chris/PPL.pdf
a. Sifat Kimia
Sifat-sifat kimia Propilen a. Alkilasi
Reaksi alkilasi terhadap benzene oleh propilen dengan adanya katalis AlCl3 akan menghasilkan suatu alkil benzene
C6H6 + C3H6 C6H6CH(CH3)2
b. Khlorinasi
Alkil klorida dapat dibuat dengan cara khlorinasi dan non katalitik terhadap propilen fase gas pada suhu 5000C dalam reaktor adiabatic. Prinsip reaksi ini terdiri dari substitusi sebuah atom khlorinasi terhadap atom hydrogen pada propilen.
Reaksi :
Cl2 + CH2CHCH3 CH2CHCH2Cl + HCl
2. Hidrogen
Hidrogen merupakan unsur yang paling banyak terdapat di alam semesta. Keberadaanhidrogen di alam semesta mencapai 75%. Hidrogen terdapat di alam semesta sebagai salahsatu unsur yang menyusun bintang. Hidrogen banyak ditemukan dalam bentuk atom, danjarang ditemukan dalam bentuk unsur. Di bumi, gas hidrogen jarang ditemukan, hal tersebutdisebabkan karena beratnya yang ringan sehingga lepas dari gravitasi bumi.
a. Sifat Fisis Hidrogen
Parameter Nilai
Wujud Gas,tidak berwarna dan tidak berbau
Viskositas 0.0000865 Poise
Densitas 0.08988 g/L
Melting point 14.01 K
Boiling point 20.28 K
Heat of vaporization 0.904 kJ·mol−1
Critical temperature 32.97 K
Critical pressure 1.293 MPa
Thermal conductivity at 1.013 bar 0.1805 W·m−1·K−1 Latent heat of vaporization 454.3 kJ/kg
Compressibility Factor (Z) 1.001
Specific gravity 0.0696
Heat capacity at constant volume (Cv) 0.021 kJ/(mol.K)
c. Sifat Kimia Hidrogen
a. Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah nadir dan logam transisi.
b. Dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun logam amorf c. Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada
konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas
d. H2 bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia
bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin, menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida.
C. JENIS PROSES
1. Steam cracking pada hidrokarbon
Cara yang sering dilakukan untuk memproduksi olefin ringan seperti ethylene dan propylene adalah dengan menggunakan steam cracking pada hidrokarbon yang secara komersial dilakukan sejak tahun 1950. Saat ini, produksi propylene di dunia menggunakan metode steam cracking mencapai 112 juta ton per tahun. Kapasitas dan penggunaan steam cracking pun terus tumbuh karena permintaan dunia yang terus meningkat akan untuk polimer dan turunan olefin lainnnya. Etana, LPG dan naphta adalah bahan baku utama untuk steam cracker. Untuk kondensat gas alam melimpah di daerah amerika utara dan timur tengah sedangkan naphta sering digunakan untuk daerah Asia dan Eropa.
Tabel 1 Sources of propylene and world production data
Propylene source World
production in 2002 (million tpy) Share (%) Annual growth for 2002 - 2015 (%) Steam crackers 35.9 68.0 4.3 Refinery FCC units 15.3 29.0 5.0 Metathesis/dehydrogenation 1.6 3.0 6.5 Total 52.8 100 4.7
Prinsip dari reaksi steam cracking adalah dengan memecah ikatan, Sehingga dibutuhkan banyak energy untuk melakukan produksi olefin. Sifat dari reaksi ini sangatlah endotherm sehingga beroperasi pada suhu yang tinggi dengan tekanan rendah. Uap superheated digunakan untuk mengurangi tekanan parsial pada reaksi hidrokarbon dan mengurangi deposit karbon yang terbentuk selama proses pirolisis. Hidrokarbon dengan rantai panjang akan lebih mudah di pecah daripada senyawa dengan rantai yang pendek. Selain itu suhu yang digunakan untuk pemecahan juga lebih rendah.
Steam cracker terdiri dari furnace yang digunakan untuk proses pirolisis dimana bahan baku dipecah menggunakan uap sebagai pengencernya. Gas hasil cracking didinginkan kemudian dikirim menuju demethanizer untuk memisahkan gas hydrogen dan methane. Sedangkan untuk effluent kemudian di olah untuk memisahkan asetylena dan untuk ethylene dipisahkan pada fraksionasi ethylene. Fraksi bawah dipisahkan pada de-ethanizer menjadi ethane dan C3+ yang ditreatment lebih lanjut untuk
menghasilkan propylene dan olefin lainnya. Kondisi untuk ethane steam cracker adalah 750-800 C, tekanan 1 – 1,2 atm dan rasio steam/ ethane 0,5. Untuk bahan baku cair biasanya dipecah dengan waktu tinggal yang singkat dan rasio pengenceran uap lebih tinggi dibanding cracking dengan bahan baku gas. Kondisi untuk cracking naphta terjadi pada suhu 800 C, tekanan 1 atm dan rasio steam/hydrocarbon 0,6 – 0,8 dengan waktu tinggal 0,35 detik. Produksi bahan baku cair mempunyai coproduct yang lebih luas. Sebagai contoh aromatic BTX yang dapat digunakan untuk produksi berbagai turunan dari bahan kimia.
Dalam tungku cracking, perbandingan propylene dangan ethylene terbatas sekitar 0,65. Apabila bahan baku yang digunakan lebih besar maka akan menyebabkan produk samping C5+ lebih banyak. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.
Table 2 Product yields from steam cracking of various hydrocarbons Product yield
(wt% on unit)
Gaseous feed Liquid feeds
Ethane Propane Butanes Naphtha Gas oil
H2 and methane 13 28 24 26 23 Ethylene 80 45 37 30 25 Propylene 1.11 14 16.4 14.1 14.4 Butadine 1.4 2 2 4.5 5 Mixed butanes 1.6 1 6.4 8 6 C5+ 1.6 9 12.6 18.5 32 Propylene/ethylene (wt/wt) 0.03 0.3 0.5 0.4 0.6 Propylene (wt% of C3) 86.7 58.3 99 98.3 96.7
2. Fluid Katalitik Cracking
Sekitar 97% produksi propylene pada kilang merupakan coproduct dari gasoline menggunakan unit fluid katalitik. Pada beberapa kilang fraksi propylene dan gas ringan biasanya dialihkan menjadi bahan bakar sweet gas. Sekitar 60 % FCC propylene digunakan pada produksi kimia dan sisanya digunakan untuk campuran bensin ber oktan tinggi. FCC adalah proses pengilangan terbesar untuk produksi bensin dengan kapasitas dunia 14,2 juta bbl/ d atau 715 juta ton per tahun. Sekitar 50 % dari kapasitas ini berada di amerika utara. FCC mengkonversi bahan baku minyak berat seperti vakum gas minyak, residu, minyak deasphalth. Untuk produk ringan sebagian besar menjadi olefinik sedangkan untuk fraksi berat menjadi senyawa aromatic.
Komponen utama FCC terdiri dari sistem injeksi bahan baku, reactor, stripper, fraksionator, dan regenerator. Sistem Fluidize katalis digunakan sebagai fasilitas katalis dan transfer panas antara reactor dan regenerator. Reaksi cracking yang terjadi bersifat endotherm. keseimbangan panas diperoleh oleh pembakaran katalis-kokas disimpan di regenerator. Secara umum, semua reaksi cracking dicirikan oleh produksi jumlah yang cukup banyak akan olefin. Hasil propylene dari unit FCC adalah fungsi dari parameter berikut: kapasitas proses unit FCC, jenis bahan baku, suhu keluar riser reactor, dan jenis katalis cair dan zat aditif.
Untuk mendapatkan hasil yang lebih tinggi pada olefin ringan, khususnya propylene. Hydrogen pada bahan baku harus ditingkatkan dan kandungan sulfur harus dikurangi. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan minyak mentah kandungan sulfur rendah atau dengan meningkatkan performa dari hydrotreater upstream bahan baku pada unit FCC. Untuk saat ini Ada beberapa proses FCC komersial yang bekerja dengan menggunakan katalis.
Pembangunan FCC tidak bernilai ekonomis apabila tujuannya hanya untuk memproduksi propylene karena yield yang dihasilkan rendah. Akan lebih bernilai apabila menggunakan propylene untuk kebutuhan kimia. Catalitic cracking yang dirokemendasikan oleh Stone dan Webster/Shaw shaw and RIPP/Sinopec merupakan proses FCC dengan hasil olefin tinggi sehingga dapat digunakan untuk skala komersial. Perkembangan katalis membantu meningkatkan yield FCC konvensional dari 4,5 % menjadi 10 % atau lebih besar. Penggunaan katalis ZSM-5 dapat meningkatkan produksi propilen. Perkembangan proses FCC telah dilakukan oleh PetroFCC (UOP), High Severity-FCC (KFUPM, JCCP, Saudi Aramco), Maxofin (KBR,ExxonMobil), Selective Component Cracking (Lummus), dan IndMax (Indian Oil). Perbandingan proses tersebut dapat dilihat pada tabel 3 .
Table 3 product yields of conventional and emerging FCC process Parameter FCC DCC Petro FCC HS-FCC Reaction temperature (oC) Product yield (wt%) Ethylene Propylene Mixed butanes Gasoline
Heavy and light oils coke 500 1.5 4.8 6.9 51.5 21 4.5 530 5.4 14.3 14.7 39 15.6 4.3 590 6 22 14 28 14.5 5.5 600 2.3 15.9 17.4 37.8 9.9 6.5 3. Dehydrogenasi Propane
Reaksi dehidrogenasi propane bersifat sangat endhoterm sehingga kondisi operasi berlangsung pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Jumlah olefin pada reactor tergantung pada kondisi output reactor. Reaksi perengkahan thermal dibatasi kondisi maksimum temperatur dan tekanan yang menjadi variabel dominan.
C3H8 C3H6 +H2 ∆𝐻𝑟, 298 𝐾 = 129,4 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
Reaksi samping yang terjadi bersamaan dengan reaksi utama menyebabkan pembentukan hidrokarbon ringan dan hidrokarbon berat yang menghasilkan pengendapan dalam jumlah kecil yang terjadi di katalis. Hal yang berbeda dari sistem katalis pada kromium dan platinum digunakan dalam rentang suhu 500-650oC. Karena deaktivasi cepat dengan pembentukan coke, maka konsep yang berlawanan telah digunakan untuk mengaktifkan regenerasi katalis.
Beberapa proses komersial telah dikembangkan untuk dehidrogenasi katalitik dari propana menjadi propylene sebagai disajikan pada Tabel 4.
Table 4 Typical properties of commercial propane dehydrogenation processes
Process Licensor Reactor type Catalyst Reaction
condition
Catofin Lummus-Houdry
Fixed bed Cr2O3/Al2O3 560-620 oC, >0,5
atm
FBD-3 UOP Fluidized bed Cr2O3/Al2O3 540-590 oC, 1 atm
Oleflex Snamprogetti-Yarsintez
Moving bed Pt/Al2O3 550-650 oC, 1 atm
PDH Linde-BASF-Statoil
Fixed bed Cr2O3/Al2O3 590 oC, >1 atm
Pada gambar 2 menunjukkan diagram alir untuk propane dehydrogenation. Pada proses fixed bed reactor, dibutuhkan setidaknya 2 reaktor sehingga katalis dapat diregenerasi tanpa harus menghentikan proses. Keuntungan dengan menggunakan moving bed atau fluidized bed adalah penggunaan katalis yang dapat secara terus menerus dipisahkan dari reactor dan diregenerasi. Sedangkan kerugiannya adalah dibutuhkanya unit separasi tersebut.
Fig.2 Flow diagram of catalytic dehydrogenation of propane to propylene
4. Methatesis
Olefin methathesis adalah reaksi yang digunakan untuk memproduksi propylene dari ethylene dan butane menggunakan katalis senyawa logam transisi tertentu. Dua reaksi utama yang terjadi secara simultan adalah methathesis dan isomerasi. Methatesis mengubah ikatan ganda pada carbon-carbon yang tidak reaktif terhadap reagen lainnya menjadi gugus fungsional yang reaktif. Ikatan carbon-carbon yang baru terbentuk pada suhu kamar pada media cair untuk memulai bahan. Karena reaksi methatesis adalah reaksi bolak balik, maka propylene dapat diproduksi dari ethylene dan butane-2. Methatesis dapat ditambahkan steam cracking untuk meningkatkan produksi ethylene dari perubahan ethylene dan perengkahan butane. Secara skematik dijelaskan pada gambar 3
Dehydrogena tion Reactor Heat Recovery Gas compression/ separation Fractionation Fuel Gas Propylene product Steam Propane Guard Bed and Heater Matathesis Reactor Ethylene Column Propylane Column Ethylene C4 Recycle C4 Recycle Ethylene Propylene Product
D. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN PROSES PEMBUATAN PROPYLENE
Proses Kelebihan Kekurangan
Steam Cracking Sudah popular
digunakan
Bahan baku lebih variatif
Investasi sedang
Memerlukan uap Yield masih rendah
FCC Investasi sedang Yield sedang Menggunakan regenerator katalis Memerluksan uap Perlu mengurangi
hydrogen dan sulfur pada bahan baku
Dehydrogenasi propane Selektivitas tinggi Tidak memerlukan steam Pertumbuhan tinggi Biaya investasi tinggi Belum populer digunakan Produksi dunia masih sedikit
Methatesis Investasi sedang Membutuhkan uap
Belum populer digunakan
Dari kelebihan dan kekurangan proses-proses diatas maka akan digunakan proses dehidrogenasi propane. Adapun berbagai macam paten yang telah ada pada proses propane dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Table 4 Typical properties of commercial propane dehydrogenation processes
Process Licensor Reactor type Catalyst Reaction
condition
Catofin Lummus-Houdry
Fixed bed Cr2O3/Al2O3 560-620 oC, >0,5
atm
FBD-3 UOP Fluidized bed Cr2O3/Al2O3 540-590 oC, 1 atm
Oleflex Snamprogetti-Yarsintez
Moving bed Pt/Al2O3 550-650 oC, 1 atm
PDH Linde-BASF-Statoil
Fixed bed Cr2O3/Al2O3 590 oC, >1 atm
1. Catofin Dehidrogenasi
Dehidrogenasi catofin merupakan proses kontinyu dengan operasi reaktor bersiklus dimana reaktor mengalami proses pemanasan atau regenerasi. Ketika hidrokarbon diproses, umpan awal dan umpan dari recycle ( dari unit sintesis MTBE atau C3 splitter dasar ) dievaporasi oleh pertukaran berbagai arus proses dan suhu reaksinya meningkat sebagai pengganti pemanas. Hasil buangan disalurkan melalui generator dengan uap tekanan tinggi, penukar umpan buangan, dan dapat mengurangi
pendingin untuk ke kompresor.
Keluaran dari kompresor didinginkan, dikeringkan dan diteruskan ke bagian yang suhunya rendah untuk direcovery. Pada bagian suhu rendah yaitu offgas, yang merupakan gas kaya akan hidrogen, dapat juga dialirkan ke PSA ( Pressure Swing Adsorption), unit yang memurnikan hidrogen. Cairan yang direcovery dari bagian suhu rendah terserbut, bersama dengan hasil buangan dari flash drum, dimasukkan ke tahap destilasi atau MTBE sintesis untuk menghasilkan produk recovery. Suhu reaktor turun selama reaksi karena reaksi endotermik. Peralatan tambahan yang diperlukan untuk memanaskan / regenerasi, yang diperlukan untuk mempersiapkan off-line reaktor untuk tahap reaksi berikutnya. Selama langkah pemanasa, karbon yang terkandung pada katalis juga dibakar.
2. FBD
Tekhnologi FBD dioperasikan menggunakan reaktor fluidized bed dengan menggunakan katalis yang bersirkulasi secara kontinyu dari dasar reaktor ke atas pada plant regenerator. Panas yang dibutuhkan untuk proses reaksi disuplai oleh pembakaran bahan bakar fuel dalam generator yang dialirkan ke reaktor.
3. Oleflex
Proses oleflex adalah teknologi dehidrogenasi katalis untuk pembuatan olefin ringan dari parafin yang sesuai. Salah satu aplikasi yang sering digunakan adalah pembuatan propylene dari propane.
4. STAR
STAR merupakan singkatan Steam Active Reforming adalah teknologi komersial yang digunakan untuk dehidrogenasi parafin ringan, seperti propane dan butane. Bagian reaksi terdiri dari reaktor eksternal yang dipanaskan dan dihubungkan secara seri dengan reaktor adiabatis (oxyreactor).
5. PDH
Linde telah mengembangkan proses PDH dalam proses reformasi uap, tetapi menggunakan katalis yang berbasis kromium. Sementara itu, Statoil telah
mengembangkan katalis generasi kedua, menggunakan platinum dan timah. Linde menggabungkan "hidrotalsit" katalis dengan teknologi proses, dan mengubah 50% propana pada uji coba pertama (sebagai lawan 32% dengan katalis sebelumnya), dan batas pembentukan kokas sampai kurang dari 0,1% berat . Langkah-langkah proses nya adalah debutanization, dehidrogenasi katalis, pendinginan gas biaya, kompresi, maka penghapusan fraksi ringan dan daur ulang dari fraksi berat ke debutanizer. Proses dehidrogenasi berjalan dengan 50% cairan uap pada 600 ° C tekanan lebih besar dari atomospheric (yang mencegah infiltrasi udara yang akan mengguncang proses). Katalis diregenerasi tanpa menggunakan bahan kimia klorin.
Paten yang kami pilih adalah dehidrogenasi catofin dengan keuntungan dan keadaan operasi sebagai berikut:
Catofin Oleflex STAR FBD PDH
Reactor Adibatic fixed bed Adibatic moving bed DH reactor, adiabatic oxyreactor
Fluidized bed Isothermal fixed bed Operation Cyclical Continuous Cyclical Continuous Cyclical Feed C3 or C3 or C4 C3 or C4 C3 or C4 C3 or C4 Conversion(%) C3 : 48-65 C4: 60-65 C3 : 25 C4: 35 C3 : 40 C3 : 40 C4: 50 C3 : 30 Selectivity(%) C3 : 82-87 C4: 93 C3 : 89-91 C4: 91-93 C3 : 89 C3 : 89 C4: 91 C3 : 90
Berikut ada perbandingan antara paten catofin dan oleflex :
PROPANE DEHYDROGENATION
CATOFIN BY LUMMUS OLEFLEX
Reactor system 8 horizontal fixed bed reactors in parallel
4 vertical moving beds reactors in series
Catalyst; catalyst life; spent catalyst
Chromium oxide over 3 years spent catalysts dump-out and land filling
Pt catalysts;over 5 years spent catalyst dump out and Pt recovery
Catalyst regeneration; catalyst regeneration cycle;cycle time
In situ, cyclic regeneration ; 10-20 min Continous catalyst regeneration 7 days Operation conditions; temperature and pressure 600oC, 0.3-1 bar 630oC-650oC, 1.2-2 bar Conversion Selection 45-50% 80-90% 35-40% 80-90% Advantages No separate facility for
catalyst regeneration No H2 recycle gas
High conversion Lower C3 consumption
Lower catalyst cost
Safe and realiability in operation
Longer catalyst life High on-stream operation
Disadvantages Frequent changes of reactor operation conditions 12 min Use of chromium for catalyst
Complicated reactor design Separate facility for catalyst regeneration
BAB III METODOLOGI
A. TAHAPAN SINTESA PROSES
1. Distribute of Chemical
Feed yang komponen terbesar berupa propane terjadi reaksi dehidrogenasi sehingga terbentuk propene dan hydrogen. Berdasarkan hukum neraca bahan Total mass flow input sama dengan total mass flow output. Secara stoikiometri, perbandingan reaktan (propane) dan produk (propena) adalah 1 : 1, sehingga untuk memproduksi 110.000 ton propena dibutuhkan propane sebanyak 115.238 ton dan dihasilkan hiddrogen sebagai produk samping sebesar 5.238 ton.
Dehdrogenasi propane dengan prosess catofine memiliki konversi sekitar 53% dan selectivity 86 % dengan kondisi operasi 900 K dan tekanan 40 Kpa. Katalis yang digunakan pada porses catofin adalah Cr2O3 (18-20%)dan alkali metal (1-2%) dengan support
alumina.
Umpan tunggal propane mengalami proses dehidrogenasi menghasillan propene, hydrogen dan propane sisa. Propene dan hydrogen diambil sebagai produk, sedangkan propane sisa di recycle untuk didehidrogenasi lagi. Propane sisa di mix dengan fresh propane sebelum masuk unit dehidrogensi dengan tujuan homogenisasi komposisi, tekanan dan suhu serta fase.
Gambar 1. Flowsheet distribution of chemical pada reaksi dehidrogenasi proses catofin
115.238 ton/th DEHYDROGENATION (Catofin prosess) 900 K, 40 Kpa C3H6 H2 C3H8 C3H6 + H2 C3H8 C3H6 C3H6 110.000 ton/th H2 5.238 ton/th
2. Eliminate Difference in Composition
Hasil proses dehidrogenasi terdiri dari propylene, hydrogen dan propane sisa. Produk utama yang diinginkan dari proses dehidrogenasi adalah propylene, sehingga perlu dilakukan separasi untuk memisahkan propylene dengan produk amping tersebut.
Hasil reaksi unit dehidrogenasi yang terdiri campuran gas-liquid dalam keseimbagan dipisahkan menggunakan flash drum yang dioperasikan dengan menurunkan tekanan hingga 1 atm sehingga terjadi flashing. Hydrogen dengan boiling point sangat rendah berupa gas akan keluar pada low temperature section bagian atas (puncak kolom) sedangkan liquid dengan boling point lebih tinggi (ethane, propane, propylene) keluar lewat dasar kolom.
Liquid keluaran dari flash drum dan recovery liquid dari low temperature section dimier kemudian dipisahkan diunit destilasi brdasarkan titik didih. Ethane dan propane+ dipisahkan pada unit deetanizer yang di operasikan pada tekanan 1 atm dan suhu kolom -600C. Ethane dengan titik didih lebih rendah keluar lewat puncak kolom sedangkan propane+ dengan titik didih lebih tinggi keluar lewat dasar kolom. Propane dan propylene masuk ke unit C3 spliter untuk
memisahkan propylene produk dengan propane sebagai umpan recycle, kolom ini di operasikan pada tekanan 1 atm dan suhu -450C.
Tabel 1. boiling point dan critical constan, 1 atm ( Properties of Aspen HYISIS 7.3 reference)
Komponen Boiling point (0C) T critis (0C) P critis (psia)
Propane -42.10 96.75 617.4 Propylene -47.75 91.85 670.1 Hidrogen -252.6 -239.7 190.8 Ethena -88.6 32.28 708.3 Dehydrogenation (Catofin prosess) 900 K, 40 Kpa C3H6 H2 C3H6 C3H6 + C3H8 H2
Gambar 2. Flowsheet Eliminate Difference in Composition pada reaksi dehidrogenasi proses catofin
C3H8
Flash drumHigh temp section
Low temperature section
Deetanizer kolom Propylen propane Ethane C3 Spliter Propane Propylen
3. Eliminate Different Temperature, Pressure Dan Phase
Untuk mendapatkan produk yang diinginkan dengan kemurnian dan selektivitas tinggi, maka reactor harus dioperasikan pada kondisi suhu dan tekanan yang optimal. Untuk mencapai suhu dan tekanan operasi terdapat rangkaian sistem proses yang harus dilalui.
Unit dehidrogenasi dioperasikan pada temperature 626.850C dan tekanan 40 kpa (0.39 atm). Feed propane pada kondisi 30 0C, 12atm di kontakkan dengan stream dari reactor yag bersuhu 626.850C, 40 kpa dalam unit heat echanger sehingga terjadi kenaikan temperature feed menjadi 40 0C tekanan 1 atm. Temperature feed tersebut belum mencukupi kondisi operasi spesifikasi reactor sehingga feed propane harus dipanaskan lagi hingga suhu mencapai 626.850C dengan menggunakan furnace. Peningkatan suhu yang sangat tinggi menyebabkan peningkatan tekanan feed propane sehinga diperlukan ekpander untuk menurunkan pressure hingga 40 Kpa agar sesuai dengan unit dehidrogenasi.
Panas produk hasil reaksi dehidrogenasi dengan suhu tinggi tersebut kemudian dipakai untuk memanaskan feed dengan heat exchanger sehingga terjadi penurunan suhu hingga 525,85 0C kemudian diturunkan suhunya menggunakan cooler menggunakan refigeran hingga mencapai suhu 20 0C denga tekanan 40 Kpa. Untuk keperluan pemisahan pada unit flashing drum maka propylene dinaikkan tekanan terlebih dahulu hingga 4 atm menggunakan compressor dan diflasing pada unit flashing drum 1 atm. Hydrogen dengan boiling point sangat rendah berupa gas akan keluar pada low temperature section bagian atas (puncak kolom flash) sedangkan liquid dengan boling point lebih tinggi (ethane, propane, propylene) keluar lewat dasar kolom.
Hasil flashing kemudian dipisahkan menggunakan destilasi kolom untuk mencapai produk yang diinginkan
C3H8 C3H6 Temp Change Dehydrogenation (Catofin prosess) 900 K, 40 Kpa C3H6 H2 C3H8 C3H6 + H2 Temp Change Temp Change Pressure Change Temp Change
Gambar 2. Flowsheet Eliminate Difference Temperature, Pressure Dan Phase Pada Reaksi Dehidrogenasi Proses Catofin
Flash drum High temp section
Low temperature section
Deetanizer kolom Propylen propane Ethane C3 Spliter Propane Propene E-4 P-14 E-5 P-15 E-6 P-22 E-12 P-23 E-13 P-24
4. Task Integration
Raw material yang mengandung komponen utama propane dilakukan pengolahan pada sistem proses untuk mendapatkan produk yang diinginkan yakni propylene. Pada sisitem proses dehidrogenasi propane menjadi propylene dengan proses catofin diperlukan unit-unit operasi yang tersusun secara terintegrasi dan kontinyu.
Alat-alat proses yang diperlukan dalam produksi propylene meliputi heat exchanger, reactor fixbed, furnace, cooler, flash tank, kompresor, dan kolom destilasi. Alat-alat tersebut disusun secera terintegrasi dengan harapan mendapatkan produk propylene dengan kemurnian tinggi serta konversi dan selektivitas reaksi tinggi sehingga dapat menurunkan cost.
Reactor merupakan tempat reaksi dehidrogenasi untuk memproduksi propylene denga hasil samping hydrogen. Reaktor fixbed yang dipilih dioperasikan pada temperature 626.850C dan tekanan 40 kpa (0,38 atm). Sedangkan cooler dan heat exchanger merupakan alat perpindahan panas yang diperlukan untuk menaikkan dan menurukan suhu bahan. Heat echanger yang digunakan untuk menaikkan suhu dioperasikan untuk menghasilkan beda temperature +10 0C terhadap suhu umpan, sedangkan cooler digunakan untuk menurukan suhu produk dari reakatr hingga temperature normal dan menurunkan suhu akibat compressi pada kompresor.
Flash drum digunakan untuk memisahkan antara hydrogen dan propane, propen, dan ethane dengan prinsip flashing yaitu penurunan tekanan. Flash drum dioperasikan untuk menurunkan tekanan umpan 10 atm hingga 1 atm. Produk dari flash drum yang bertekanan 1 atm kemudian dipisahkan menggunakan 2 unit kolom destilasi dengan produk ethane pada kolom 1 dan propylene pada kolom 2, sedangkan propane sisa dikembalikan sebagai propane recycle. Kedua unit kolom dioperasikan pada tekanan 1 atm dan temperature kolom 1dan 2 masing-masing -600C dan -450C.
Gambar 2. Flowsheet Task Integration Pada Reaksi Dehidrogenasi Proses Catofin 30 0C, 12 atm E 40 C, 12 atm -628 C, 40 kpa P-4 P -528 C, 40 kpa - 4 atm 18 -fuel I P-22 furnace Heat exchanger cooler cooler reaktor udara kompresor ekspander Pemanas udara cooler Propane Propane Recycle Flash tank 1 mat Deethanizer 1 atm, -60 C P-ethane 1 atm, -45 C -propylen P E-19 -E-18 -P-27 P-28 20 C, 40 kpa
B. FLOWSHEET LENGKAP
Berikut ini flowsheet lengkap pembuatan propylene dengan proses catofin,
30 0C, 12 atm E 40 C, 12 atm -628 C, 40 kpa P-4 P -528 C, 40 kpa - 4 atm 18 -fuel I P-22 furnace Heat exchanger cooler cooler reaktor udara kompresor ekspander Pemanas udara cooler Propane Propane Recycle Flash tank 1 mat Deethanizer 1 atm, -60 C P-ethane 1 atm, -45 C -propylen P E-19 -E-18 -P-27 P-28 20 C, 40 kpa
Gambar 3. Flowsheet Lengkap Pada Reaksi Dehidrogenasi Propan Menjadi Propyelen Proses Catofin
BAB IV PEMBAHASAN
Deskripsi Proses Dehydrogenation Catofin
Pembuatan propylene dapat dilakukan dengan metode steam cracking, Fluid Katalitik Cracking, Methatesis dan Dehydrogenasi. Pada proses steam cracking bahan baku yang digunakan adalah LPG, Etana dan nafta. Untuk Fluid katalitik cracking bahan baku yang digunakan adalah heavy crude oil sedangkan proses methatesis bahan baku yang digunakan berupa Ethylene dan 2-butane. Ketiga metode ini bersifat sangat endotermis sehingga dilakukan dalam keadaan suhu yang tinggi dan tekanan yang rendah. Kerugian proses-proses tersebut adalah penggunaan steam sehingga dalam operasinya memerlukan banyak biaya dan adanya sulfur pada bahan baku menyebabkan alat mudah mengalami korosi. Oleh karena itu, kami memilih proses dehydrogenasi karena bahan baku hanya berupa propane sehingga mudah untuk dikendalikan dan dalam prosesnya dilakukan dalam suhu sedang serta tidak memerlukan uap. ( Heuristik 1 )
Tahapan proses pembuatan Propylene dari Propana dengan proses dehydrogenasi Catofin dibagi menjadi 3 tahap:
1. Tahap penyiapan bahan baku
2. Tahap reaksi dehidrogenasi pembentukan propylene. 3. Tahap pemurnian produk.
1. Tahap penyiapan bahan baku
Umpan berupa propane dengan kemurnian minimal 95 % diberikan preparasi sebelum bahan tersebut dimasukkan ke dalam reactor. Propane disimpan pada keadaan cair jenuh dalam tangki berbentuk tabung pada suhu lingkungan (30 C) dan tekanan 12 atm. Dari tangki penyimpanan terdapat valve untuk mengalirkan propane. Setelah melewati valve di atur pada tekanan 1 atm sehingga propane cair jenuh akan terkondensasi menjadi gas dan dapat mengalir dengan sendirinya. Gas propane kemudian dilewatkan menuju Heat Excanger dengan aliran counter current sehingga suhunya naik menjadi 40 C. ( Heuristic 26) setelah itu kemudian propane dimasukkan ke dalam furnace untuk mendapatkan suhu 626.850C. (Heuristik 25). Peningkatan suhu yang sangat tinggi menyebabkan peningkatan tekanan feed propane sehinga diperlukan ekpander untuk
menurunkan pressure hingga 40 Kpa agar sesuai dengan unit dehidrogenasi. (Heuristic 40).
2. Tahap Reaksi dehydrogenasi propane
Reaktor dehydrogenasi yang digunakan adalah reactor fixed bed mutitube dengan katalis kromium oksida. Reactor ini beroperasi pada suhu 626,85 C dan tekanan 40 Kpa. Reaktan masuk melalui bagian atas reaktor yang kemudian masuk ke dalam pipa-pipa yang ada dalam reaktor dan kontak dengan katalis. Reaksi bersifat endoterm sehingga diperlukan panas untuk menjaga agar temperatur reactor agar tetap stabil. Panas tersebut diambil dari pembakaran udara yang bermanfaat selain sebagai suplay panas juga untuk meregenerasi katalis karena mampu membakar kerak yang ada pada katalis sehingga umur katalis dapat lebih panjang. Produk keluar berupa propylene , gas hydrogen, propane dan beberapa gas ringan dengan suhu yang masih tinggi sehingga produk tersebut dilewatkan Heat exchanger untuk dikontakkan dengan bahan baku propane yang baru secara counter current (lawan arah) untuk memanaskan bahan baku. (Heuristic 25). Suhu produk keluar heat exchanger adalah 525,85 C (Heuristic 26).
3. Tahap Pemurnian Produk
Setelah melalui Heat Exchanger, produk di dinginkan menggunakan cooler hingga mencapai suhu 30 C (suhu normal). Hal ini dilakukan untuk menghemat energy yang digunakan untuk proses kompresi. Setelah melewati cooler produk di kompresi mencapai tekanan 4 atm menggunakan kompresor 2 stage agar gas dapat dialirkan dan dikendalikan. (Heuristic 36). Setelah melewati kompresor, suhu produk akan kembali mengalami kenaikan sehingga produk tersebut dilewatkan kembali menuju cooler mencapai suhu 20 C menggunakan refrigasi. Setelah itu, produk masuk menuju Flash Tank dengan tekanan 1 atm untuk memisahkan gas dari cairannya. Produk atas dari Flash Tank menuju PSA untuk menghasilkan gas-gas ringan seperti hydrogen sedangkan produk cair masuk menuju kolom deethanizer untuk memisahkan ethane. Pada kolom destilasi tersebut digunakan kondisi operasi suhu -60 C tekanan 1 atm. Produk atas dari kolom tersebut akan
menghasilkan ethane sedangkan produk bawah menghasilkan campuran propane dan propylene. Campuran tersebut dilewatkan kolom destilasi ke 2 yang dioperasikan pada suhu -45 C pada tekanan 1 atm untuk mendapatkan propylene. Sedangkan hasil bawahnya di recycle kembali untuk dilakukan reaksi kembali.(Heuristic 11)
BAB V PENUTUP
V.1 Kesimpulan
Proses pembuatan propylene menggunakan metode dehidrogenasi catofin melalui beberapa tahapan yaitu, penyapan bahan baku, reaksi dehidrogenasi pembentukan propylene dan pemurnian produk. Dengan temperatur di reaktor sebesar 626,85oC dan tekanan 40 Kpa yang menghasilkan konversi sebesar 53%.
V.2 Saran
1. Sebaiknya mahasiswa teknik kimia mempelajari lebih lanjut tentang proses pembuatan propylene sampai dengan menghasilkan produk yang memiliki nilai jual tinggi.
2. Pemilihan metode proses sebaiknya disesuaikan dengan produk yang diinginkan.
DAFTAR PUSTAKA
Badan Koordinasi Penanaman Modal 2011. Perencanaan Pengembangan Investasi Industri Petrokimia Terintegrasi.
Chicago Bridge & Iron Company. 2012. CATOFIN® Dehydrogenation. www.CBI.com/lummus-technology.
en.wikipedia.org/wiki/Chromium
http://cameochemicals.noaa.gov/chris/PPL.pdf
Lee, Sungyu. 2006. Encyclopedia of Chemical Processing. Vol 1. Department of Chemical Engineering University of Missouri – Columbia Columbia, Missouri U.S.A.
Sanfilippo, Domenico Dan Ivano Marco. Dehydrogenation Processes. VOLUME II / REFINING AND PETROCHEMICALS Dipartimento Di Chimica Industriale E Dei Materiali Università Degli Studi Di Bologna, Italy.
