BAB I
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Indonesia merupakan negara yang memiliki kekayaan Sumber Daya Alam (SDA) yang sangat melimpah. Sehingga pada era industrialisasi ini, diharapkan banyak didirikan industri pembuatan bahan mentah yang diolah menjadi produk tertentu dan dapat mengurangi ketergantungan impor dari luar negeri. Industri pengolahan bahan mentah ini diharapkan dapat membantu untuk menyerap tenaga kerja dan menambah devisa negara serta meningkatkan kesejahteraan masyarakat Indonesia. Seperti diketahui bahwa negara Indonesia merupakan salah satu penghasil gas alam. Sebagian besar gas alam yang telah diolah diekspor ke luar negeri. Karena itu perlu dipikirkan upaya peningkatan kegunaan gas alam untuk kepentingan dalam negeri. Salah satu industri kimia yang merupakan sektor industri yang mengolah gas alam yaitu n-butana menjadi maleic anhydride.
Seiring dengan semakin meningkatnya kebutuhan maleic anhydride, maka pendirian pabrik akan membawa dampak yang positif. Hal tersebut dikarenakan masih sedikitnya produsen maleic anhydride di kawasan negara-negara berkembang khususnya Asia. Dengan didirikan pabrik maleic anhydride diharapkan kebutuhan dalam negeri dapat terpenuhi, menutupi kebutuhan impor, memacu perkembangan industri yang menggunakan maleic anhydride sebagai bahan baku maupun bahan penolong dan dapat melakukan ekspor keluar negeri.
Maleic anhydride (C4H2O3) atau 2,5-furodione merupakan salah satu bahan kimia yang banyak digunakan dalam industri kimia. Penggunaan maleic anhydride antara lain untuk:
- Memproduksi unsaturated polyester resin - Memproduksi alkyl resin
- Memproduksi copolimer
- Memproduksi agriculture chemical - Memproduksi plastic
- dan lain-lain
1.2. Kapasitas Pabrik
Dalam menentukan kapasitas perancangan pabrik diperlukan beberapa faktor-faktor yang harus dipertimbangkan, antara lain:
- Kebutuhan pasar
- Kapasitas minimum pabrik - Ketersediaan bahan baku
Semakin besar kapasitas produksi maka kemungkinan keuntungan juga akan semakin besar. Kapasitas perancangan pabrik nantinya akan mempengaruhi perhitungan secara teknis maupun ekonomis
1.2.1. Prediksi Kebutuhan Maleic Anhydride di Indonesia
Berdasarkan data yang diambil dari Badan Pusat Statistik (BPS), kebutuhan maleic anhydride di Indonesia cukup banyak dan meningkat setiap tahunnya.
[image:2.595.125.502.449.703.2]Berikut data ekspor maupun impor maleic anhydride di Indonesia.
Tabel 1.1 Data ekspor dan impor maleic anhydride di Indonesia
No. Tahun Kebutuhan ekspor (kg) Kebutuhan impor (kg)
1. 2003 3.705.122 378.286
2. 2004 5.721.279 641.828
3. 2005 5.816.883 1.127.334
4. 2006 5.710.144 1.619.668
5. 2007 2.717.528 1.364.230
6. 2008 2.496.671 1.085.451
7. 2009 4.112.450 1.630.446
8. 2010 5.257.453 1.027.809
9. 2011 6.104.674 1.320.033
10. 2012 7.652.000 2.013.084
11. 2013 7.937.250 3.527.033
Gambar 1.1 Grafik kebutuhan ekspor dan impor maleic anhydride di Indonesia
Dari data kebutuhan ekspor dan impor maleic anhydride pada tahun 2020 akan terus meningkat. Dengan pendirian pabrik maleic anhydride kapasitas 25.000 ton/tahun maka diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri. Secara umum semakin besar kapasitas suatu pabrik maka akan memberikan keuntungan besar.
1.2.2. Ketersedian Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi maleic anhydride adalah n-butana. LPG butana dapat diperoleh dari PT. Badak NGL, PT. Arun Aceh, Unit Pengolahan (UP) IV Cilacap Pertamina. Sehingga ketersediaan bahan baku n-butana dapat diperoleh dalam negeri.
1.2.3. Kapasitas Minimum Pabrik
Kebutuhan maleic anhydride tidak hanya diperlukan di Indonesia tetapi juga di luar negeri. Adapun pabrik maleic anhydride yang sudah berdiri beserta kapasitasnya dengan bahan baku n-butana di luar negeri dapat dilihat pada tabel berikut:
y = 274.88x + 3553.6 R² = 0.2587
y = 189.9x + 291.05 R² = 0.5725 0
2000 4000 6000 8000 10000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
to
n
/tah
u
n
Tahun ke-
ekspor
[image:3.595.119.510.75.331.2]Tabel 1.2 Pabrik maleic anhydride dengan bahan baku n-butana
Proses Lokasi Kapasitas (ton/tahun)
Amoco Chemical Co. Joliet, Illinios 40.800
Aristech Neville Island 28.200
Ashland Chemical Co Neal, West Virginia 28.600
Miles Chemical Co Houston 29.500
Monstanto Co Pensacolla, Florida 100.000
Dalam penentuan kapasitas pabrik, salah satu persyaratan yang digunakan adalah kapasitas minimum pabrik yang sudah berdiri dan beroperasi di Indonesia. Pabrik maleic anhydride yang sudah berdiri di Indonesia adalah PT. Petrowidada di Gresik, Jawa Timur dengan kapasitas 3.100 ton/tahun, di Merak sebesar 14.500 ton/tahun dan di Jakarta 20.000 ton/tahun. Berdasarkan data tersebut menunjukkan kapasitas minimal yang masih bisa menguntungkan adalah 3.100 ton/tahun. Maka kapasitas perancangan 25.000 ton/tahun akan memberikan keuntungan.
1.3. Penentuan Lokasi Pabrik
Pemilihan lokasi suatu pabrik merupakan salah satu hal penting dalam perancangan pabrik, karena lokasi pabrik sangat mempengaruhi kedudukan pabrik dalam hal persaingan maupun penentuan keberlangsungan berdirinya suatu pabrik. Beberapa pertimbangan dalam pemilihan lokasi yang tepat, ekonomis dan strategis akan memberikan keuntungan yang cukup maksimal.
Lokasi yang dipilih untuk mendirikan pabrik maleic anhydride ini terletak di daerah Bontang, Kalimantan Timur. Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi pabrik, antara lain:
- Sumber Bahan Baku
Badak NGL, Kalimantan Timur. Dengan pemilihan lokasi pabrik yang dekat dengan sumber bahan baku dapat mengurangi biaya transportasi.
- Pemasaran
Produk maleic anhydride ini rencana akan dipasarkan ke industri-industri di Jawa dan industri playwood di Sumatra dan Kalimantan serta memenuhi kebutuhan maleic anhydride di Indonesia dan kebutuhan ekspor ke luar negeri. Dengan wujud produk yang berupa cairan, maka diharapkan produk cukup mudah dipasarkan dan dapat menjangkau daerah yang cukup jauh dari pabrik.
- Transportasi
Dengan tersedianya sarana transportasi yang memadai yang dapat menggunakan jalur darat maupun jalur laut, sehingga pemasaran produk sebagai komoditi ekspor tidak akan mengalami kesulitan. Terlebih di Kalimantan Timur juga terdapat pelabuhan yang digunakan untuk bongkar muat kapal-kapal besar untuk kebutuhan industri.
- Tenaga Kerja
Daerah Bontang, Kalimantan Timur merupakan daerah dengan tingkat perkembangan industri yang cukup pesat sehingga dapat menarik minat bagi para pencari kerja.
- Utilitas
Fasilitas utilitas meliputi penyediaan air, bahan bakar, listrik, udara bertekanan. Pengadaan air antara lain untuk umpan boiler, pendingin dan kebutuhan sanitasi lainnya. Sedangkan untuk penyediaan bahan bakar antara lain untuk penggunaan furnace dan pembangkit listrik. Untuk kegiatan operasi pabrik, listrik yang digunakan bersumber dari PLN. Seandainya pasokan listrik dari PLN terganggu maka kebutuhan listrik dapat dipenuhi dari pembangkit listrik.
- Karakteristik Lokasi
- Sarana Penunjang Lain
Daerah Bontang, Kalimantan Timur merupakan kawasan industri yang telah memiliki fasilitas yang terpadu seperti perumahan, sarana olahraga, sarana kesehatan, sarana hiburan dan lain-lain
1.4. Tinjauan Pustaka
Maleic anhydride tidak dapat ditemukan di alam. Pertama kali disintesis
oleh Pelouze pada tahun 1834 dengan cara memanaskan asam maleat (Hydroxy succicic acid) yaitu suatu senyawa yang ditemukan dalam buah apel dan beberapa
buah lainnya. Maleic anhydride mulai dikomesialisasikan pada tahun 1930 oleh National Aniline and Chemical dengan bahan baku benzena melalui proses
oksidasi katalitik menggunakan udara. Dan sejak tahun 1974 dikembangkan proses pembuatan maleic anhydride dengan bahan baku butana maupun butena.
1.4.1. Macam-macam Proses
Maleic anhydride dapat dibuat dengan proses oksidasi antara campuran
hidrokarbon dengan udara. Campuran hidrokarbon yang dapat digunakan antara lain benzena, n-butana ataupun butena.
1. Oksidasi benzena
Proses oksidasi benzena merupakan cara paling lama yang digunakan untuk membuat maleic anhydride. Reaksi pada proses ini bersifat sangat eksotermis sehingga menggunakan katalis padat yang diletakkan dalam multitube yang menggunakan pendingin dari suatu larutan yang disirkulasikan
melalui shell side dari reaktor.
Reaksi utama : C6H6 + 4 ½ O2 C4H2O3 + 2 CO2 + 2 H2O Reaksi samping : C6H6 + 7 ½ O2 6 CO2 + 3 H2O
C6H6 + 4 ½ O2 6 CO + 3 H2O 2. Oksidasi Butana
tekanan diatas tekanan atmosferis. Gas hasil dari reaktor didinginkan untuk selanjutnya dilakukan pemurnian guna mendapatkan hasil yang diinginkan. Reaksi utama : C4H10 + 3 ½ O2 C4H2O3 + 4 H2O
Reaksi samping : C4H10 + 4 ½ O2 4 CO + 5 H2O C4H10 + 6 ½ O2 4 CO2 + 5 H2O 3. Oksidasi Butena
Dari beberapa pabrik maleic anhydride yang ada, hanya sedikit pabrik yang menggunakan butena sebagai bahan baku. Hal tersebut dikarenakan reaksi yang terjadi analog dengan reaksi butana.
Pada perancangan pabrik maleic anhydride ini dipilih n-butana sebagai bahan baku melalui proses oksidasi dengan berdasarkan beberapa pertimbangan antara lain:
- Penggunaan bahan baku n-butana, dikarenakan harga n-butana relatif lebih murah dibandingkan dengan harga benzena maupun butena.
- Hasil yang diperoleh memiliki kemurnian yang tinggi. - Proses ini, lebih hemat energi.
- Proses operasi berlangsung secara kontinyu. - Modal investasi rendah.
1.4.2. Kegunaan produk
Penggunaan produk maleic anhydride antara lain digunakan untuk memproduksi:
- Unsaturated polyester resin, yang merupakan struktur kuat yang biasa digunakan sebagai fiber glass (banyak digunakan dalam berbagai peralatan seperti: boats, tangki bahan kimia atau pipa).
- Agricultural chemical, seperti insektisida, herbisida dan fungisida. - Alkyl resin.
- Copolimer. - Plastic.
- Bahan baku pembuatan fumaric acid yang banyak digunakan dalam industri pelapisan kertas.
1.4.3. Sifat Fisik dan Kimia
a. Bahan Baku 1. n-butana
a. Sifat fisik n-butana : -Rumus molekul : C4H10
-Berat molekul : 58,124 g/mol
-Fasa : cair
-Penampakan : tidak berwarna -Titik didih : - 0,5 oC
-Titik lebur : - 135 oC -Densitas : 2,5985 g/cm3 -Viskositas : 1,17 cp
-Panas pembentukan : - 29,812 Kkal/mol -Panas penguapan : 86,63 Kkal/mol -Suhu kritis : 153 oC
-Tekanan kritis : 36 atm b. Sifat kimia n-butana
Butana merupakan salah satu gugus alkana yang mempunyai kesamaan reaksi dengan anggota lain. Alkana dapat dihalogenasi, dinitrasi, oksidasi dan thermal cracking. Butana dapat berisomer menjadi isobutana. Pada suhu
rendah, isomer yang terbentuk adalah isobutana dengan menggunakan katalis aluminium klorida. Adapun sifat kimia n-butana antara lain:
-Halogenasi
dan 2-kloro butana. Prosentase isomer yang dihasilkan tergantung pada halogen yang digunakan.
-Cracking
Dengan proses cracking, butana diubah menjadi diena seperti 1-butena, 2-butena dan 1,3-butadiena.
-Thiopene
Dibuat secara sintesis pada skala industri dengan reaksi antara butana dan sulfur dengan temperatur 560 oC.
-Nitrasi
Butana akan menghasilkan nitrobutana dengan perbandingan reaktan butana berbanding dengan asam nitrat sebesar 15:1.
-Hidrolisa
CH3– CH2– CH2– CH3 + H2O CH3– CH2– CH2– CH2– OH + H2 -Dehidrogenasi
Reaksi dehidrogenasi akan mengubah ikatan dalam butana yaitu dari ikatan tunggal menjadi ikatan rangkap dua.
CH3– CH2– CH2– CH3 CH2 = CH – CH2– CH3 + H2
(Kirk dan Othmer 1978) 2. Udara
a. Sifat fisik udara
Tabel 1.3 Sifat fisis udara
Sifat N2 O2
Kenampakan Gas tak berbau Gas tak berbau
Berat molekul (kg/mol) 28,031 32,01
Specific gravity 12,5 1,71
Titik didih (oC) -195,9 -183,3
Temperatur kritis (K) 126,2 154,6
Tekanan kritis (bar) 33,4 50,5
Volume kritis (m3/mol) 0,089 0,73
Densitas (kg/m3) 809 1149
b. Sifat kimia udara
Beberapa sifat kimia dari udara antara lain:
-Oksigen bereaksi dengan semua elemen kecuali gas-gas seperti He, Ne, dan Ar.
-Oksigen akan melepaskan elektron negatif valensi dua dalam kombinasi dengan elemen kimia lainnya.
-Untuk elemen tertentu seperti logam alkali dan rubidium, energi aktivasi pada suhu kamar mencukupi sehingga reaksi berjalan secara spontan. -Jika direaksikan dengan bahan bakar seperti petroleoum oil, natural gas/
batu bara akan menghasilkan produk berupa panas CO2, H2O dan sisa udara (N2 dan O2).
-Pada suhu yang rendah dan dengan adanya katalis, oksigen bereaksi dengan bahan kimia organik menghasilkan oxigenated hydrocarbon.
(Perry, 1997) b. Produk
1. Maleic Anhydride
a. Sifat fisis maleic anhydride : -Rumus kimia : C4H2O3 -Berat molekul : 98 gram/mol -Titik lebur : 52,85 oC -Titik didih : 202 oC
-Kapasitas panas padat : 1,21 kJ/ kg K -Kapasitas panas cair : 1,67 kJ/ kg K
b. Sifat kimia maleic anhydride
Sifat kimia dari maleic anhydride antara lain: -Amidasi
Amidasi merupakan reaksi antara maleic anhydride dengan amino primer dan sekunder membentuk mono atau di amides. Amino primer dan anhidrid membentuk asam amino yang dapat terhidrasi membentuk imede, polimede atau isomede (tergantung pada kondisi operasinya).
Reaksinya:
-Esterifikasi
Mono dan dialkyl maleat serta fumarat dibuat dengan pemanasan alkohol dengan maleic anhydride. Esterifikasi biasanya dibantu dengan katalis asam, seperti asam sulfat.
Reaksinya:
-Halogenasi
Mono maleic anhydride dapat dibuat dengan klorinasi maleic anhydride. -Reaksi radikal bebas
Radikal nukleophilic yang berasal dari cyclohexane ditambahkan pada maleic anhydride membentuk alkyl succinic anhydride.
-Sulfonasi
Reaksinya:
(Kirk dan Othmer 1978)
1.4.4. Tinjauan Pustaka
Proses produksi maleic anhydride dengan proses oksidasi butana terdiri dari dua proses yaitu:
1. Tahap reaksi pembentukan
Pada tahap reaksi pembentukan, LPG butana dan udara direaksikan menjadi maleic anhydride dalam reaktor fixed bed multitube dengan katalis vanadium phosphorus oxide (VPO) dengan kondisi operasi 400oC dan tekanan 2 atm.
Reaksi yang terjadi:
C4H10 + 3 ½ O2 C4H2O3 + 4 H2O C4H10 + 6 ½ O2 4 CO + 5 H2O C4H10 + 6 ½ O2 4 CO2 + 5H2O 2. Tahap pemurnian
a. Absorber
Produk dari reaktor yang berupa maleic anhydride dan produk samping berupa campuran gas kemudian dijerap oleh dibuthyl pthalate. Hasil atas absorber berupa gas yang tidak terjerap dibuang melalui atas (n-C4H10, i-C4H10, C2H6, C3H8, N2, O2, CO, CO2, C4H2O3, C16H22O4 dan H2O). Namun tidak semua gas hasil atas absorber langsung dibuang kelingkungan. Butana yang tidak beraksi di-recycle kembali dengan separator. Sedangkan hasil bawah absorber diumpankan menuju stripper 1 untuk memisahkan dibuthyl pthalate dengan maleic anhydride.
b. Stripper 1
stripper 2. Sedangkan hasil bawah yang kaya akan dibuthyl pthalate
di-recycle ke absorber bersama make-up absorbent dibuthyl pthalate.
c. Stripper 2
Stripper 2 digunakan untuk memisahkan maleic anhydride dengan
dibuthyl pthalate dan air. Dimana produk bawah berupa maleic anhydride dengan kemurnian 99,5% dan sedikit air. Sedangkan produk atas berupa air dan sedikit dibuthyl pthalate.
