PENGERTIAN ALKILASI
Alkilasi merupakan penambahan jumlah atom dalam molekul menjadi molekul yang lebih panjang dan bercabang. Dalam proses ini menggunakan katalis asam kuat seperti H2SO4, HCl, AlCl3 (suatu asam kuat Lewis). Reaksi secara umum adalah sebagai berikut: RH + CH2=CR’R’’ panah R-CH2-CHR’R”.
REAKSI ALKILASI
Reaksi alkilasi dengan katalis asam dimulai dengan pembentukan ion karbonium (C+4H9 ) dengan mentransfer proton (H+) dari katalis asam ke molekul umpan olefin, dan kemudian ion karbonium tersebut berkombinasi dengan molekul jumpan isobutana untuk menghasilkan kation tertier butil (iso C+ 8H9). Reaksi antara kation tertier butil tersebut dengan umpan butilena-1 dan butilena-2 akan membentuk masing-masing ion karbonium oktil (iso C+8H17) dengan dua cabang (dimetil) dan tiga cabang (trimetil) yang selanjutnya akan bereaksi dengan molekul umpan isobutana untuk menghasilkan produk alkilat isooktana yaitu masing-masing bercabang dua dan tiga metal.
1. Mekanisme Reaksi Alkilasi
Dengan isomerisasi umpan butilena-1 menjadi butilena-2 yang kemudian berkombinasi dengan umpan isobutana, maka produk alkilasi akan menghasilkan isooktana bercabang tiga metil, berangka oktana lebih tinggi. Salah satu reaksi penting dalam proses alkilasi propilena adalah terbentuknya isobutilena dari hasil kombinasi kedua molekul umpan propilena dan isobutana, dan berkombinasinya molekul isobutilena tersebut dengan umpan isobutana akan menghasilkan produk isooktana bercabang tiga metil yang berangka oktana -RON -100. Isobutilena tersebut terbentuk dengan timbulnya transfer hidrogen dari isobutana ke propilena. Reaksi alkilasi adalah eksotermis dengan pelepasan panas reaksi sekitar 124.000–140.000 BTU per barel isobutana bereaksi.
2. Alkilasi Asam Sulfat
Pada proses alkilasi asam sulfat, komponen gasoline dengan angka oktan tinggi dibuat melalui reaksi isobutana dengan olefin. Butilena merupakan senyawa yang paling umum dipakai, karena produk yang dihasilkan mempunyai kualitas tinggi dan dapat diperoleh hanya dengan sedikit asam sulfat dibandingkan dengan olefin lainnya, jika diproses pada kondisi operasi yang sama.
Didalam industri minyak bumi, umpan isobutana dan butilena sebagian besar berasal dari hasil perengkahan berkatalis. Isobutana sebagian kecil juga terdapat dalam minyak mentah bersama-sama dengan normal butane. Reaksi yang terjadi pada alkilasi dengan asam sulfat sebagai katalis adalah :
Umpan Butana-butilena (BB) yangberasal dari berbagai operasi perengkahan adalah suatu campuran isobutilena, butilena-1, butilena-2, isobutana dan normal butane dengan sedikit butadiene. Semua olefin-olefin ini termasuk kedalam reaksi yang akan menghasilkan alkilat. Alkilat tersebut esensinya merupakan campuran 2,2,4 trimetil pentane : 2,2,3 trimetil pentane dan 2,3,4 trimetil pentane.
Secara garis besar unit alkilasi itu terdiri menjadi 3 bagian yaitu : 1. Bagian Reaktor dan Treating
2. Bagian Pendingin 3. Bagian Fraksionasi
Umpan masuk reactor adalah isobutana yang konsentrasinya tinggi dengan kemurnian 85-90 % (berat), stok olefin yang biasanya campuran BB dari berbagai hasil operasi perengkahan dan reforming. Kedua jenias umpan tersebut bila diperlukan dipanaskan dengan larutan soda untuk memisahkan H2S dan merkaptan yang terdapat didalam umpan. Kadar soda dalam larutan dicuci. Pencucian soda (soda setter) dijaga 5-6 oBe atau 2 % NaOH. Untuk menekan terjadinya reaksi samping \,
terutama polimerisasi, maka dipakai umpan isobutana dalam jumlah yang besar, sekitar 4-5 kali jumlah olefin. Didlam reactor terjadi daur-ulang antara isobutana dan asam sulfat jenuh dengan isobutana yang akan menaikkan nisbah isobutana/olefin didalam reactor menjadi 400-500.
Jika menggunakan asam sulfat sebagai katalis, maka reaksi harus terjadi pada suhu rendah untuk menekan terjadinya reaksi berkelanjutan atau polimerisasi. Suhu reactor biasanya dijaga sekitar 7Catau 45F, dimana suhu operasi beragam antara 0-20C atau 32-68F. Operasi pada suhu dibawah 0 derajat tidak menarik karena dapat menaikkan viskositas emulsi campuran asam/hidrokarbon dan memberi kemungkinan terjadinya pembekuan asam sehingga menyulitkan dalam operasinya. Sebaliknya suhu diatas 20C juga tidak menarik karena samngat cenderung mempercepat reaksi polimerisasi yang akan menyebabkan kenaikan konsumsi asam dan menurunkan yield alkilat. Tekanan operasi tidak begitu berpengaruh terhadap efisiensi alkilasi. Tekanan system harus tinggi untuk menjaga hidrokarbon berada dalam fasa cairan dan perbedaan hidraulik cukup untuk mengatur fluida mengalir dalam system reactor.
Katalis asam sulfat dengan konsentrasi 98% (berat) dimasukkan secara terus-menerus atau dengan secara injeksi asam dari belakang. Nisbah asam dan hidrokarbon didalam reactor adalah 1:1. Penambahan asaam segar didalam reactor dilakukan apabila konsentrasinya kurang dari 88% (berat). Kualitas alkilat. Yoeld alkilat dan umur katalis asam merupakan fungsi daripada komposisi umpan masuk dan kondisi operasi dalam reactor.
Alkilasi untuk Industri Minyak Bumi
_ Alkilat untuk bahan bakar motor dan pesawat terbang yang berkualitas tinggi _ Alkilat dibuat dengan reaksi olefin dengan parafin atau isoparafin secara komersiil.
cara:
a. alkilasi termal fase uap
b. alkilasi katalitik dengan HF, H 2SO4, AlCl3, hidrokarbon, semua fase cair
_ Yang perlu diingat, baik fase uap atau fase cair, olefin yang digunakan konsentrasinya rendah untuk mencegah polimerisasi dan parafin konsentrasi tinggi. Perbandingan isoparafin: olefin (3-8). Kelebihan isoparafin dipisahkan dan dikembalikan lagi.
Termal alkilasi
Produk utama termal alkilasi adalah neoheksana yang mempunyai bilangan oktana 104,8. Kondisi termal alkilasi adalah 5000 psi dan 950oF. (kondisi yang sangat mengkhawatirkan)
1.Proses Alkilasi
Proses alkilasi dari umpan campuran antara molekul olefin C3/C4/C5 dan isoparafin C4 dengan bantuan katalis asam, adalah untuk pembuatan produk alkilat berangka oktana tinggi yang merupakan salah satu komponen utama bensin. Umpan olefin yaitu propilena, butilena dan amilena diperoleh dari proses rengkahan baik termal (coking dan visbreaker) maupun katalitik (rengkahan katalitik). Sumber isoparafin sepertiisobutana dan isopentana dihasilkan dari proses perengkahan katalitik, reformasi katalitik, penghidrorengkahan dan proses isomerisasi butana dan pentana. Isobutana lebih banyak dipakai pada proses alkilasi daripada isopentana yang dapat langsung dipakai sebagai komponen bensin.
Umpan olefin dan iso-parafin harus kering dengan kandungan sulfur rendah untuk mengurangikebutuhan katalis asam dan menjaga mutu produknya. Rasio tinggi antara iso-butana dan olefinmenghasilkan produk alkilat berangka oktana tinggi dengan titik didih akhir rendah. Angkaoktana (RON) produk alkilat dari berbagai jenis umpan olefin propilena, butilena,
isobutilena,amilena dan propilena/ butilena adalah sekitar 88 – 97. Karakteristik produk alkilat dari berbagai jenis umpan olefin disajikan pada Tabel 3.25.
Pada temperatur tinggi, reaksi akan menghasilkan produk alkilat berangka oktana tinggidengan titik didih akhir rendah, tetapi reaksi alkilasi tidak berjalan baik pada temperatur <35oC. Proses alkilasi dengan katalis asam sulfat lebih sensitive terhadap temperatur reaktor daripadadengan katalis asam fluorida. Tekanan operasi harus cukup untuk menjaga hidrokarbon umpandan katalis asam dalam keadaan cair. Pada kondisi operasi yang sama, karakteristik produk alkilat tidak berbeda banyak bila menggunakan katalis asam baik asam sulfat maupun asamfluorida. Tabel 3.25 Karakteristik Alkilat dari Berbagai Jenis Umpan OlefinSecara kimia reaksi alkilasi dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :
A. Alkilasi Katalis
Suhu reaksi berkisar antara 30 – 1050F dan tekanan 1 atm – 150 psig. Katalis yang banyak digunakan, yaitu :
Proses Alkilasi Asam Fluorida diperkenalkan oleh Phillips Petroleum Company pada tahun 1942.
Proses Alkilasi Aluminium Khlorida di operasikan oleh Phillip selama Perang Dunia. Proses Alkilasi Katalis Asam Sulfat telah di mulai di Amerika Serikat pada tahun 1938 oleh Shell Oil Company. Pada proses ini, komponen gasolin dengan angka oktan tinggidibuat melalui reaksi isobutana dengan olefin. Butilen merupakan senyawa yang palingumum dipakai, karena produk yang dihasilkan mempunyai kualitas tinggi dan dapat diperoleh hanya dengan sedikit Asam Sulfat dibandingkan dengan olefin lainnya, jikadiproses pada kondisi operasi yang sama.
B. Alkilasi Termis
Alkilasi termis adalah alkilasi yang mengolah etilena yang diikuti oleh propilena, butena,dan isobutilena dengan bantuan panas
Alkilat mengandung iso paraffin dan bebas dari hidrokarbon tak jenuh (olefin danaromatic). Pemakaian alkilat pada pembuatan bensin ramah lingkungan di Amerika Serikat padatahun 2003 (3) sekitar 15 % volume. Komposisi molekul isoparafin dari alkilat disajikan padaTabel.
Sehubungan dengan katalis asam bekas dapat mencemari lingkungan, maka beberapa industri katalis sedang mengembangkan katalis baru yaitu suatu butir padat identik dengan katalis heterogen industri lainnya, tetapi belum ada informasi lengkap yang dipublikasikan.Kondisi operasi identik dengan proses alkilasi dengan memakai katalis HF yaitu temperaturreaktor 10 - 40oC, dan rasio isobutana/olefin sekitar 10/15:1.
Alkilasi dengan katalisator HF
Reaksi alkilasi olefin dengan isoparafin menggunakan katalisator HF cair anhidrid. Alkilat berkualitas tinggi dihasilkan dari reaksi isobutilena dengan isobutana membentuk isooktana (2,2,4-trimetilpentana). Untuk menyempurnakan reaksi perlu pengadukan karena hidrokarbon hanya sedikit larut dalam HF cair. Suhu reaksi 27oC dan waktu kontak 5 menit.
Hidrokarbon yang terbentuk dalam alkilasi menggunakan katalisator HF
Alkilasi isobutana dengan propilena
Kelebihan alkilasi katalis HF
1. Proses yang terjadi berlangsung secara cepat. 2. Kebutuhan tempratur di reaktor tidak terlalu tinggi.
3. Penggunaan katalis HF di reaktor sedikit karena dapat di regenerasi, sehingga biaya yang digunakan lebih rendah.
4. Dapat menggunakan refrigeran berupa air.
Kekurangan alkilasi katalis HF
1. Reaksi berlangsung lebih cepat maka konversi yang di dapat lebih rendah.Maka nilai oktan yang didapat di banding katalis H2SO4 lebih rendah. 2. Handling peralatan katalis HF lebih sulit karena lebih volatil dan berbahaya. 3. Katalis HF juga kurang baik pada lingkungan karena dapat menyebabkan
Perbandingan alkilasi katalis HF dan H2SO4
1. Kondisi operasi katalis HF tidak terlalu sensitif terhadap tempratur reaktor, sedangkan H2SO4 lebih sensitif terhadap tempratur reaktor.
2. Pada katalis HF didapatkan produk Avgas dan sabun sintesis berupa lilin, sedangkan H2SO4 produk berupa bensin dengan nilai oktan yang tinggi.
