1 BAB I
PENGANTAR
1. Latar Belakang
Dewasa ini perkembangan industri di Indonesia terus meningkat, termasuk
di dalamnya industri kimia. Perkembangan ini menuntut peningkatan unsur-unsur
penunjang industri kimia, seperti bahan baku dan bahan intermediate. Hingga saat
ini, sebagian besar bahan baku dan bahan intermediate diimpor dari luar negeri
sehingga perlu dicari solusi untuk mengurangi volume impor agar dapat menekan
pengeluaran negara, merangsang perkembangan teknologi, dan menciptakan
lapangan kerja.
Salah satu bahan intermediate yang masih belum dapat tercukupi
kebutuhannya di Indonesia adalah etilen oksid. Etilen oksid (C2H4O) atau yang
dikenal dengan nama oxirane adalah senyawa eter siklis paling sederhana dengan
berat molekul 44,05 dan bersifat toxic, flammable dan explosive. Pada suhu kamar
etilen oksid berbentuk gas, tidak berwarna, dan berbau manis khas eter. Etilen
oksid adalah senyawa yang sangat reaktif karena cincinnya yang sangat mudah
terbuka sehingga merupakan salah satu senyawa yang memiliki banyak kegunaan
di industri. Berdasarkan sifat yang telah diuraikan, dapat disimpulkan etilen oksid
adalah salah satu senyawa hazardous yang telah tercatat menyebabkan terjadinya
banyak kasus serius sehingga perlunya penanganan yang tepat.
Etilen oksid secara langsung banyak digunakan di berbagai sektor rumah
tangga dan kesehatan, di antaranya sebagai desinfektan dan sterilizing agent untuk
alat-alat kedokteran. Dalam industri kimia, senyawa turunan terpenting dari etilen
oksid adalah etilen glikol yang banyak digunakan sebagai antifreeze untuk
radiator mobil di musim dingin dan pembuatan poliester. Senyawa turunan lain
dari etilen oksid yaitu ethanolamime dan ethoxylation products yang banyak
digunakan sebagai bahan baku deterjen dan surfaktan non-ionik (Rebsdat dan
Mayer, 2012).
Kebutuhan etilen oksid saat ini terus meningkat setiap tahunnya dan
2
etilen oksid dapat diproyeksikan dari meningkatnya volume impor senyawa
turunannya yaitu etilen glikol dan alkohol etoksilat. Data volume impor alkohol
etoksilat diproyeksikan dari data Badan Pusat Statistik pada tahun 2002-2008
sedangkan data volume impor etilen glikol didapat dari data Badan Pusat Statistik.
Hal tersebut dapat diamati dari daftar I berikut.
Daftar I. Volume Impor Etilen Oksid pada Berbagai Tahun
Tahun
Dari data di atas, kebutuhan etilen oksid diproyeksikan hingga tahun 2020
dengan persamaan garis lurus sebagai berikut:
y = 232,46x (1)
dengan y merupakan volume impor dan x merupakan tahun.
Dari persamaan di atas, didapatkan data kebutuhan etilen oksid hingga tahun
2020.
Daftar II. Proyeksi Kebutuhan Etilen Oksid pada Berbagai Tahun
Tahun Kebutuhan etilen oksid (ton/tahun)
3
Dari daftar II terlihat bahwa volume impor etilen oksid setiap tahunnya
cenderung mengalami kenaikan. Hal ini dapat diminimalisir dengan pendirian
pabrik etilen oksid sebagai bahan baku untuk menunjang peningkatan produksi
etilen glikol dan alkohol etoksilat dalam negeri. Nantinya diharapkan peningkatan
produksi ini dapat mensubstitusi kebutuhan etilen oksid yang diimpor dari luar
negeri.
Bahan baku utama pembuatan etilen oksida yaitu etilen, di Indonesia telah
diproduksi oleh PT. Chandra Asri Petrochemical Tbk, Cilegon, Banten dengan
kapasitas mencapai 600.000 ton/tahun sehingga kebutuhan baku pabrik etilen
oksid dapat tercukupi. Untuk skala global, berikut disajikan data kapasitas
beberapa pabrik etilen oksid menggunakan oksidasi langsung dengan udara di
dunia.
Daftar III. Data Kapasitas Beberapa Pabrik Etilen Oksid di Dunia
Negara Perusahaan Lokasi Kapasitas, ton/tahun
Cina CNPC Liaoyang 60.000
prarancangan pabrik ini adalah 60.000 ton/tahun dengan alasan :
1. Pada proyeksi volume impor diasumsikan bahwa etilen glikol dan alkohol
etoksilat seluruhnya diproduksi dengan bahan baku etilen oksid. Padahal dalam
kenyataannya etilen glikol dan alkohol etoksilat bisa saja dibuat dari bahan
baku yang lain.
2. Kesiapan teknologi dan tenaga kerja Indonesia belum memadai apabila
menjalankan pabrik etilen oksid dengan kapasitas mencapai 400.000 ton/tahun.
Untuk itu, paling realistis saat ini adalah mendirikan pabrik dengan kapasitas
sama dengan pabrik di negara terdekat, yaitu Cina dengan kapasitas 60.000
4
Target dari prarancangan pabrik ini adalah mengurangi volume impor
etilen oksid dari luar negeri sehingga dapat mengurangi pengeluaran negara, serta
dapat membuka lapangan pekerjaan bagi putra putri Indonesia. Melihat potensi
pasar yang ada serta ketersediaan bahan baku yang cukup, maka pendirian pabrik
etilen oksid di Indonesia ini perlu dikaji lebih lanjut.
2. Tinjauan Pustaka
Produksi etilen oksid pertama kali dikenalkan melalui proses khlorohidrin
yang ditemukan oleh Wurtz pada tahun 1859 dan dikembangkan hingga skala
industri pada tahun 1914. Pada 1863, Wurtz mencoba memproduksi etilen oksid
dari etilen dan oksigen namun tidak berhasil hingga pada tahun 1931, Lefort
menemukan alternatif proses pembuatan etilen oksid dengan proses oksidasi
langsung etilen dengan menggunakan katalis. Hingga saat ini, etilen oksid
diproduksi dengan proses oksidasi langsung etilen menggunakan oksigen murni
atau udara.
1. Proses klorohidrin
Proses klorohidrin terdiri dari 2 tahap yaitu proses klorinasi yaitu reaksi
antara etilen dengan asam hipoklorat membentuk etilen klorohidrin dan
dilanjutkan reaksi antara etilen klorohidrin dengan kalsium hidroksida membentuk
etilen oksid, kalsium klorida, dan air. Reaksi yang terjadi:
C2H4 + HOCl HOCH2CH2Cl
HOCH2CH2Cl + 1/2 Ca(OH)2 C2H4O + 1/2 CaCl2 + 2 H2O
Reaksi pertama terjadi di chlorohydrin tower (dengan material yang tahan
asam) dengan bahan isian berbentuk raschig ring. Umpan yang tersisa setelah
keluar reaktor masuk ke scrubber untuk menghilangkan klorin dan asam klorida
kemudian direcycle. Produk dari reaksi pertama mengandung 4,5-5% klorohidrin
masuk ke hydrolizer. Reaksi kedua terjadi di vessel silinder horizontal dilengkapi
dengan reflux condenser dengan menambahkan kalium hidroksida pada
klorohidrin dan memanaskan campuran dengan direct stream. Suhu campuran
5
mengandung 70% air, 26% etilen oksid, 3% etilen diklorida, dan 1% komponen
lainnya sedangkan cairan keluar mengandung kalsium hidroksida (0,5%).
Arus keluar hydrolizer didinginkan dengan kondenser dan kemudian
masuk ke separator untuk memisahkan cairan dan gasnya. Gas keluar separator
masuk ke menara distilasi I pada bagian atas sedangkan cairan keluar separator
masuk ke menara distilasi I pada bagian bawah. Distilat mengandung etilen oksid
99% sedangkan produk bawah mengandung etilen oksid, etilen klorohidrin, etilen
diklorida, air, dan komponen lainnya dan masuk ke menara distilasi II untuk
pemurnian lebih lanjut. (McKetta dan Cunningham, 1984)
Kelebihan : selektivitas etilen oksid dapat mencapai 80%.
Kekurangan : klorin yang digunakan keluar sebagai CaCl2 dan menimbulkan
polusi.
2. Proses oksidasi langsung dengan oksigen
Hingga saat ini, mayoritas etilen oksid diproduksi dengan proses oksidasi
langsung dengan oksigen. Terdapat dua reaksi yang mungkin terjadi yaitu
oksidasi parsial dan oksidasi total. Proses pembentukan etilen oksid membutuhkan
bantuan katalis, dimana katalis yang digunakan dalam proses ini adalah perak.
Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis, seperti sebagai berikut:
C2H4 + 1/2 O2 H2C CH2 +106,7 kJ/mol
Reaktor yang digunakan dalam proses oksidasi langsung adalah multitube
fixed bed reactor dan dijalankan pada suhu 220-275°C dan tekanan 1-2,2 MPa
(Rebsdat dan Mayer, 2012). Tube dalam reaktor diisi dengan katalis dan pada
6
reaksi. Pendingin diatur agar suhu pada reaktor tidak melebihi 300°C karena
apabila melebihi suhu tersebut, katalis harus segera diganti. Gas keluar reaktor
didinginkan dan dimasukkan ke scrubber untuk mengeluarkan etilen oksid (1-2%)
dan CO2 (5-10%) dengan pelarut air. Sejumlah air bereaksi dengan etilen oksid
dan membentuk etilen glikol. Kemudian CO2 dipisahkan dari campuran tersebut
dengan menggunakan kalium karbonat. Etilen oksid dan sejumlah CO2, N2, CH4,
CH2CH2, etilen glikol, dan aldehid terlarut dalam air masuk ke desorber untuk
memisahkan etilen glikol dari campuran dengan pemanasan. Etilen oksid pada
hasil atas desorber masuk ke stripper untuk dipisahkan dengan
komponen-komponen lain tersebut dan selanjutnya campuran etilen oksid dan air dipisahkan
dari air dengan cara distilasi.
Pada proses ini dibutuhkan inhibitor untuk mencegah oksidasi total yaitu
1,2-dikloroetana, etil klorida, atau vinil klorida. Diluen (metana) digunakan untuk
mencegah eksplosivitas etilen oksid dalam oksigen. Secara ekonomi, proses ini
menguntungkan apabila digunakan kapasitas etilen oksid maksimum sebesar
50.000 ton/tahun. (Bartholomew dan Farrauto, 2006)
Kelebihan:
a. Selektivitas etilen oksid tinggi, sekitar 80-90%
b. Jumlah arus purge rendah
c. Fixed capital lebih rendah karena ukuran alat relatif lebih kecil
Kekurangan:
a. Konversi etilen hanya berkisar 7-15% untuk selektivitas 80-90%
b. Diperlukan cleaning step untuk mendapatkan metana dari gas alam (bebas dari
sulfur) agar katalis tidak cepat teracuni.
c. Oksigen yang digunakan harus murni (99%) sehingga diperlukan air
7
3. Proses oksidasi langsung dengan udara
Tahapan reaksi dan kondisi operasi dari proses oksidasi langsung
menggunakan udara sama dengan proses oksidasi langsung menggunakan
oksigen. Hanya saja terdapat sedikit perbedaan yaitu terdapat N2 yang dapat
mengurangi eksplosivitas etilen oksid dalam oksigen. Keberadaan N2
menyebabkan perlunya arus purging yang cukup besar agar tidak terjadi
akumulasi N2.
Selektivitas pembentukan etilen oksid berbanding terbalik dengan konversi
etilen, maka selektivitas maksimum dapat tercapai dengan konversi yang
minimum. Namun, jumlah produk etilen oksid yang dihasilkan terlalu rendah
untuk skala komersial sehingga pada proses ini digunakan dua buah reaktor fixed
bed multitube. Secara ekonomi, proses ini menguntungkan apabila digunakan
kapasitas etilen oksid minimum sebesar 50.000 ton/tahun (Bartholomew dan
Farrauto, 2006).
Kelebihan:
a. Konversi 20-65% untuk selektivitas 80%
b. Nitrogen sebagai inert dapat mengurangi eksplosivitas etilen oksid dalam
oksigen.
c. Tidak memerlukan unit pemisah oksigen dari udara
Kekurangan:
a. Dibutuhkan arus purge yang besar.
b. Sejumlah etilen yang tidak bereaksi hilang bersama N2.
c. Dibutuhkan kompresor dengan ukuran yang lebih besar.
d. Dibutuhkan jumlah reaktor yang lebih banyak.
Dari ketiga proses di atas, proses yang dipilih adalah proses oksidasi
langsung dengan udara dengan alasan udara mudah diperoleh, lebih aman dalam
pengoperasiannya, dan murah karena tidak perlu unit pemisah oksigen. Selain itu
8
eksplosivitas etilen oksid. Namun dengan digunakannya udara untuk proses
oksidasi langsung menyebabkan fixed capital menjadi lebih besar dan konversi
rendah sehingga diperlukan dua reaktor untuk mendapatkan kapasitas etilen oksid
