BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Memasuki era perdagangan bebas, Indonesia dituntut untuk mampu bersaing dengan negara lain dalam bidang industri. Perkembangan industri di Indonesia sangat berpengaruh terhadap ketahanan ekonomi Indonesia. Sektor industri kimia banyak memegang peranan dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik yang baru yang berorientasi pada pengurangan ketergantungan kita pada produk luar negeri maupun untuk menambah devisa negara sangat diperlukan, salah satunya dengan penambahan pabrik carbon disulfide (karbon disulfida).
Penggunaan karbon disulfida dalam dunia industri cukup luas antara lain sebagai bahan baku industri pembuatan rayon, sebagai pelarut, dan sebagai bahan baku pembuatan fungisida.
Hingga saat ini Indonesia masih mengimpor karbon disulfida untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Dengan didirikannya pabrik karbon disulfida di Indonesia, kemungkinan impor dapat dikurangi. Bahkan apabila produksi sudah melebihi kebutuhan dalam negeri karbon disulfida dapat menjadi produk ekspor.
1. Menciptakan lapangan kerja baru, yang berarti dapat mengurangi jumlah pengangguran.
2. Memacu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan baku karbon disulfida.
3. Mengurangi ketergantungan impor dari negara asing.
4. Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta menghemat devisa negara.
5. Meningkatkan kualitas sumber daya manusia Indonesia lewat alih teknologi.
Dari berbagai pertimbangan di atas dapat disimpulkan bahwa sangat diperlukan pendirian pabrik karbon disulfida di Indonesia.
1.2.Penentuan Kapasitas Pabrik
Pemilihan kapasitas pabrik karbon disulfida ini didasarkan dari beberapa pertimbangan, yaitu:
1. Kebutuhan karbon disulfida di Indonesia
Berdasarkan UN data dari tahun 2009 - 2011, impor karbon disulfida ditunjukkan pada Tabel 1.1
Tabel 1.1 Perkembangan data impor karbon disulfida di Indonesia
(www.data.un.org , diakses pada tanggal 5 November 2012)
2. Kebutuhan negara lain (Australia, Malaysia, Korea, dan India) terhadap karbon disulfida
Kebutuhan karbon disulfida di negara lain juga mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Hal ini dapat dilihat dari Tabel 1.2
Tabel 1.2 Data impor karbon disulfida di Australia, Malaysia, Korea, dan India
Tahun
Kebutuhan Karbon Disulfida (ton/tahun)
Jumlah Australia Malaysia Korea India
2009 2.532,667 82,14 213,208 19.523,72 22351.736 2010 2.877,905 141,755 319,910 26.797,19 30136.761 2011 3.434,164 263,567 295,259 29.491,26 33484.246 (www.data.un.org , diakses pada tanggal 5 November 2012 )
Tahun Import (Ton/Tahun)
2009 6.580,971
2010 6.412,293
2011 390,759
Gambar 1.1 Grafik impor carbon disulfida di Australia, Malaysia, Korea,dan India
Untuk mengetahui kebutuhan pada tahun 2017, dilakukan regresi dari data yang ada pada Tabel 1.2, didapatkan persamaan seperti pada Gambar 1.1 :
y = 5566x + 17525
dengan : y = kebutuhan karbon disulfida (ton) x = tahun
Jadi untuk tahun 2017 diperkirakan impor karbon disulfida Australia, Malaysia, Korea, dan India ± sebesar 67.619 ton.
3. Ketersediaan bahan baku
Bahan baku untuk memproduksi karbon disulfida adalah metana dan sulfur (belerang). Kebutuhan metana untuk pabrik karbon disulfida kapasitas 40.000 ton/tahun ini adalah 10.940 ton/tahun dan kebutuhan belerang adalah 73.066 ton/tahun. Belerang diperoleh dari supplier
y = 5566.x + 17525 R² = 0.949
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
0 1 2 3
Kebutuhan (Ton/Tahun)
Tahun ke-
2009 2010 2011
Nimitta Trading PVT LTD, India yang dapat menyuplai belerang sebesar 600.000 ton/tahun dan metana diperoleh dari PGN (region 1) Medan, Sumatera Utara yang berkapasitas 52.583.221 MSCF.
4. Kapasitas produksi minimum
Data kapasitas pabrik penghasil karbon disulfida telah beroperasi di dunia dapat dilihat pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Pabrik penghasil karbon disulfida
Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton / tahun)
Shanghai Baijin China 220.000
Shanghai Baijin India 50.000
Indo Baijin Chemical Indonesia 35.000
Dari Tabel 1.3 diketahui bahwa kapasitas minimum pabrik karbon disulfida yang sudah berdiri dan dapat memberikan keuntungan yaitu 35.000 ton/tahun. Sedangkan kapasitas maksimum pabrik karbon disulfida yang telah berdiri adalah 220.000 ton/tahun yang berlokasi di China.
Dengan mempertimbangkan keempat hal tersebut, maka dapat ditentukan kapasitas produksi pabrik sebesar 40.000 ton/tahun dengan tujuan untuk memenuhi 60% kebutuhan ekspor ke Negara Australia, Malaysia, Korea, dan India sehingga dapat menambah devisa negara.
1.3. Penentuan Lokasi Pabrik
Letak geografis suatu pabrik berpengaruh terhadap kelangsungan pabrik tersebut. Pabrik karbon disulfida akan didirikan di Palembang, Sumatera Selatan. Dengan pertimbangan sebagai berikut :
a. Penyediaan Bahan Baku
Penyediaan bahan baku pendirian pabrik karbon disulfida yaitu metana dipasok dari PGN. Letak antara pabrik dan penyediaan bahan baku yang dekat diharapkan dapat menekan biaya transportasi bahan baku.
b. Pemasaran Produk
Produk ditargetkan untuk dipasarkan baik di dalam negeri maupun diekspor ke luar negeri. Untuk kebutuhan dalam negeri produk akan dipasarkan ke beberapa industri tekstil yang berada di Indonesia. Untuk ekspor ditujukan ke negara Australia, Malaysia, Korea dan India.
c. Sarana Transportasi
Sarana dan prasarana transportasi sangat diperlukan untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Pengangkutan bahan baku dan produk menggunakan jalur darat, dimana memberi kemudahan dalam pengoperasian melalui fasilitas jalan raya.
d. Utilitas
Kebutuhan air dapat diambil dari air sungai Musi. Sedangkan untuk kebutuhan listrik di pabrik karbon disulfida ini dipenuhi oleh generator AC dan PLN. Kebutuhan bahan bakar Industrial Diesel Oil berasal dari Pertamina dan batu bara berasal dari Kaltim Prima Coal.
e. Tenaga Kerja
Tersedianya tenaga kerja yang diperlukan baik untuk proses produksi, pemasaran, dan administrasi. Tenaga kerja didapatkan dengan cara memanfaatkan sumber daya manusia yang berada di daerah Sumatera Selatan dan sekitarnya.
Berikut adalah lokasi pendirian pabrik :
PT PUSRI
PERTAMINA Refinery Unit III, Plaju
PERTAMINA Refinery Unit III, Sungaigerong
LOKASI PABRIK
Sungai Musi
Gambar 1.2 Lokasi pabrik karbon disulfida
1.4. Tinjauan Pustaka
1.4.1. Macam – macam proses pembuatan karbon disulfida Proses pembuatan karbon disulfida adalah :
a. Charcoal-Sulfur Process
Uap sulfur bereaksi dengan charcoal pada suhu 750 – 900°C untuk membentuk karbon disulfida dengan reaksi :
C(g)+ S2(g) CS2(g)
Reaksi keseluruhan adalah endotermis dan secara teoritis membutuhkan panas 1950 kJ/kg CS2 jika reaktan masuk pada suhu 25°C dan produk keluar pada suhu 750°C. Persamaan reaksi di atas sedikit eksotermis ketika reaktan berada pada temperatur konstan
LOKASI PABRIK
Sungai Musi
750°C. Pada pabrik pembuatan CS2 charcoal dikalsinasi terlebih dahulu untuk mengurangi kadar air, hidrogen residual dan komponen oksigen. Langkah prekalsinasi ini bertujuan untuk meminimalisasi pembentukan hydrogen sulfide dan carbonyl sulfide yang tidak diinginkan. Meskipun wood charcoal lebih disukai, sumber karbon lain dapat digunakan termasuk coal, lignite chars dan coke.
Spesifikasi sulfur juga perlu diperhatikan dimana kandungan abu yang rendah dapat mengurangi terjadinya kerak/fouling pada peralatan proses (Kirk & Othmer, 1992).
b. Retort Process
Retort (tabung) untuk pembuatan karbon disulfida biasanya berupa tangki silinder atau oval dengan diameter sekitar 1 meter dan tinggi 3 meter terbuat dari baja paduan krom atau cast iron. Satu sampai empat tabung dipasang pada single furnace dengan bahan bakar coal, gas atau minyak. Charcoal yang telah diprekalsinasi diumpankan secara bertahap ke bagian atas retort melalui kran khusus. Sulfur ditambahkan secara kontinyu melalui bagian bawah retort. Mula-mula sulfur diuapkan dan dipanaskan sampai sekitar 700°C pada pipe-coil heat exchanger yang berada di dalam furnace. Karbon disulfida terbentuk ketika uap sulfur naik melalui charcoal panas pada suhu 850 – 900°C. Karbon disulfida, sisa sulfur dan uap yang lain keluar
periodik dibuang. Penggunaan bahan baku dan energi per kilogram karbon disulfida sekitar 0,92 – 0,95 kg sulfur, 0,22 – 0,25 kg charcoal dan 8,4 – 10 MJ (2000 – 2400 kcal) bahan bakar (Kirk &
Othmer, 1992).
c. Electric Furnace Process
Pada proses ini, charcoal dan sulfur bereaksi secara kontinyu di dalam electric furnace. Salah satu furnace yang digunakan adalah tangki refraktori silinder dengan diameter 5 meter dan tinggi 10 meter. Lamp charcoal diumpankan ke bagian atas tangki, sedangkan aliran listrik disuplai ke dua atau empat elektroda yang terdapat dibagian dasar furnace yang membangkitkan panas melalui bed charcoal diantara elektroda. Sulfur cair masuk ke furnace melalui berbagai lokasi di dinding dekat dengan dasar dimana sulfur akan menguap dengan cepat dan dipanaskan sampai 800 – 1000°C. Karbon disulfida terbentuk di bagian bawah furnace. Uap akan bergerak naik dan panas dari uap ini akan ditransfer ke charcoal yang berada di bagian atas. Electric furnace pertama kali digunakan pada tahun 1900 tetapi tidak diterima lagi secara luas pada tahun 1940 (Kirk & Othmer, 1992).
d. Hydrocarbon-Sulfur Process
Metana bereaksi dengan sulfur tanpa reaksi samping.
CH4(g)+ 2 S2(g) CS2(g)+ 2 H2S(g)
Reaksi berlangsung pada suhu 400 -700°C dengan kesetimbangan lebih dari 99,9%. Sekitar 5 – 10% sulfur berlebih biasanya dijaga pada
campuran reaksi untuk meningkatkan konversi metana dan meminimalisasi terbentuknya hasil samping. Karbon disulfida juga dibentuk melalui reaksi berikut dengan 80% kesetimbangan terjadi pada suhu 700°C.
Penelitian lebih luas telah dilakukan dengan menggunakan katalis yang dapat mempercepat reaksi metana dengan sulfur menjadi karbon disulfida. Katalis yang digunakan antara lain silica gel, alumina, magnesia, charcoal, berbagai macam komponen logam, garam logam, oksida atau sulfida. Reaksi pada suhu 500 – 700°C dengan tekanan 250 – 500 kPa pada adiabatic catalytic reactor menggunakan silica gel menghasilkan konversi sebesar 90%. Karena prosesnya katalitik, kecepatan reaksi dan konversinya sangat tinggi yaitu sekitar 90%.
Proses ini dapat digunakan untuk kapasitas lebih besar (Kirk &
Othmer, 1992).
e. Potential Processes
Uap sulfur bereaksi dengan gas hidrokarbon lain seperti acetylene atau ethylene untuk membentuk karbon disulfida. Hidrokarbon tinggi dapat menghasilkan mercaptan, sulfide, dan sejumlah intermediet yang meningkat jika sulfur ditambahkan. Pada reaksi hidrokarbon atau karbon, pyrite dapat digunakan sebagai sumber sulfur. Dengan metana dan iron pryte, produk reaksi adalah CS2, H2S, dan besi atau besi
Reaksi H2S dan metana telah dihitung pada kesetimbangan 67% pada suhu 1100°C dan 86,5% pada 1288°C :
CH4(g)+ 2 H2S(g) CS2(g)+ 4 H2(g)
H2S dan karbon bereaksi pada 900°C menghasilkan yield CS2sebesar 70%. H2S membentuk CS2 dengan cara bereaksi dengan CO pada suhu 600 – 1125°C atau bereaksi dengan CO pada 350 – 450°C dengan adanya katalis. SO2 dan metana bereaksi membentuk CS2
dengan yield 84% pada 850°C dengan adanya katalis (Kirk & Othmer, 1992).
Tabel 1.4 Kelebihan dan kelemahan proses pembuatan karbon disulfida
Proses Kelebihan Kelemahan
Charcoal-Sulfur Process
Pembentukan produk samping berupa hydrogen sulfide (H2S) sedikit dan pembentukan carbonyl sulfide yang menyebabkan korosi dapat dihindari.
Suhu operasi tinggi antara 750 – 900°C
Retort Process
Tidak adanya produk samping karena produk samping di-recovery untuk diubah menjadi sulfur.
Suhu operasi tinggi antara 850 – 900°C, bahan baku berupa charcoal banyak mengandung abu yang dapat menimbulkan korosi.
Electric Dapat digunakan untuk Energi listrik yang
Proses Kelebihan Kelemahan Furnace
Process
kapasitas besar. dibutuhkan besar antara 1,1 – 1,3 kWh per kilogram karbon disulfida.
Hydrocarbon- Sulfur Process
Suhu operasi rendah antara 550 – 700°C, konversi tinggi sebesar 90%
Terbentuknya 1 mol H2S sebagai hasil samping untuk setiap 2 atom hydrogen dalam hidrokarbon.
Potential Processes
Bahan baku yang digunakan berupa pyrite yang dapat menghasilkan produk berupa besi sulfide yang dapat bereaksi membentuk karbon disulfida sehingga
dapat mengurangi
pembentukan produk samping.
Suhu operasi tinggi antara 1100 – 1288°C
Berdasarkan beberapa proses pembuatan karbon disulfida maka dipilih hydrocarbon – sulfur processes karena memiliki beberapa kelebihan diantaranya :
1. Suhu operasi rendah antara 550 – 700°C
2. Bahan baku karbon berasal dari metana atau gas alam yang mudah didapat
1.4.2. Kegunaan Produk
Kegunaan karbon disulfida yaitu : 1. Sebagai bahan baku dalam industri rayon
Karbon disulfida digunakan dalam industri rayon untuk meregenerasi serat selulosa. Cotton linters atau wood pulp direndam dengan larutan soda kaustik menghasilkan alkali cellulose kemudian direaksikan dengan CS2 membentuk xanthate dengan reaksi sebagai berikut :
CH2OH + NaOH -CH2ONa + H2O -CH2ONa + CS2 CH2OCSSNa
Xanthate
Xanthate kemudian dilarutkan dengan larutan NaOH untuk membentuk koloidal viscose kemudian disaring. Hasil saringan ini kemudian dimasukkan ke dalam acid bath (asam sulfat dan natrium sulfat) untuk membentuk regenerated cellulose sebagai filamen atau lembaran. (www.fibersource.com , diakses pada tanggal 5 November 2012)
2. Sebagai pelarut
Karbon disulfida digunakan sebagai pelarut fosfor, selenium, bromine, iodine,dan lemak. (www.inchem.org , diakses pada tanggal 7 November 2012)
3. Sebagai bahan baku pembuatan fungisida
Karbon disulfida digunakan sebagai bahan baku pembuatan fungisida organik. CS2 bereaksi dengan amine menghasilkan dithiocarbamic acid. Asam ini kemudian direaksikan dengan logam alkali hidroksida akan membentuk garam yang stabil dengan reaksi :
H2NCH2CH2NH2 + 2 CS2 HSCSNH(CH2)2NHCSSH
HSCSNH(CH2)2NHCSSH + 2NaOH NaSCSNH(CH2)2NHCSSNa + 2H2O
Jika garam tersebut ditambahkan dengan zinc sulfate dan lime akan terbentuk zinc salt yang dapat melawan hama sayuran khususnya kentang dan tomat. (www.inchem.org, diakses pada tanggal 7 November 2012) 1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Bahan
1. Metana( CH4 ) Sifat Fisik :
- Bentuk : gas
- Berat molekul : 16,04 g/mol
- Titik beku : -182,6°C
- Titik didih : -161,4°C
(Perry, 1997) Sifat Kimia :
- Merupakan senyawa kovalen nonpolar
2. Belerang (S) Sifat Fisik :
- Bentuk : padat
- Berat molekul : 32,066 gram/mol
- Titik beku : 388,36 K
- Titik didih : 717,82 K
(Perry, 1997) Sifat Kimia :
- Dengan udara membentuk sulfur dioksida S + O2 SO2
- Dengan asam klorida dan katalis Fe akan menghasilkan hidrogensulfida
(Perry, 1997) 3. Karbon disulfida (CS2)
Sifat Fisik :
- Bentuk : Cair
- Berat molekul : 76,14 kg/kmol
- Melting point : - 108,6°C
- Normal boiling point : 46,3°C
(Perry, 1997) Sifat Kimia :
- Oksidasi CS2menghasilkan sulfur oksida dan karbon dioksida CS2+ 3 O2 2 SO2+ CO2
- CS2tidak bereaksi dengan air pada suhu kamar tetapi diatas suhu 150°C pada fase gas beberapa reaksi terjadi membentuk carbonyl sulfide (carbon oxysulfide) dan hydrogen sulfide. Carbonyl sulfide adalah hasil tengah pada reaksi hidrolisis
CS2+ H2O COS + H2S COS + H2O CO2+ H2S
- CS2 sedikit bereaksi dengan alkali hidroksida untuk membentuk trithiocarbonat dan alkali karbonat
3 CS2+ 6 KOH 2 K2CS3+ K2CO3+ 3 H2O - Hasil industri yang penting seperti dithiocarbonat (xanthate)
dibentuk dari reaksi dengan berbagai alcoholic alkalies CS2+ NaOH + C2H5OH C2H5OC(S)SNa + H2O
(Perry, 1997) 4. Hydrogen sulfide (H2S)
Sifat Fisik :
- Bentuk : Gas (1 atm, 25°C)
- Berat molekul : 34 kg/kmol
- Titik leleh : -82,9°C
- Titik didih : -59,6°C
- Spesific gravity : 1,1895
(Perry, 1997)
H2S + 3/2 O2 SO2+ H2O SO2+ H2S 3 S + H2O
(Perry, 1997) 1.4.4. Konsep Proses
Karbon disulfida dapat dihasilkan dari reaksi antara metana dan sulfur menurut persamaan berikut :
CH4(g)+ 2 S2(g) CS2(g)+ 2 H2S(g) R°= -109,416 kJ/kmol
Pada kondisi operasi :
Tekanan : 2 – 5 atm
Temperatur : 500 – 700°C
Konversi : 90%
Katalis : silica gel
Reaktor : multibed catalytic interstage cooling
Fase reaksi : gas
(Nabor and Smith, 1953) Tahap pembuatan karbon disulfida secara garis besar adalah :
1. Penyiapan bahan baku
Merupakan tahap penyiapan bahan baku belerang yang berupa padatan untuk diubah menjadi bentuk cair dalam melter kemudian diubah ke bentuk uap menggunakan vaporizer. Metana yang sudah dipanaskan dalam furnace hingga 533°C kemudian dicapur dengan uap belerang untuk umpan reaktor.
2. Pembentukan CS2pada reaktor
Merupakan tahap reaksi antara CH4 dan S2 untuk membentuk CS2
dalam reaktor multibed catalytic interstage cooling dengan katalis silica gel.
3. Pemisahan dan pemurnian produk
Merupakan tahap pemisahan antara produk dengan sisa bahan baku dan hasil samping.
4. Penyimpanan produk
Merupakan tahap penyimpanan produk baik CS2 maupun H2S yang disesuaikan dengan kondisi produk dan fasenya.
