BAB I PENGANTAR
A. LATAR BELAKANG
Phthalic anhydride (rumus molekul C6H4(CO)2O) merupakan produk antara (intermediate chemical) yang banyak digunakan sebagai bahan baku berbagai industri kimia. Ftalat anhidrida 53% digunakan sebagai bahan baku pembuatan phthalate plasticizer, 17% digunakan sebagai bahan baku pembuatan resin poliester tak jenuh (unsaturated polyester resin), sisanya digunakan dalam memproduksi resin alkid (alkyd resin) serta aplikasi yang lainnya sehingga mempunyai jangkauan pasar yang luas.
Tabel 1.1. Industri Pemakai Phthalic Anhydride dan Produk Jadi yang Dihasilkannya Industri pemakai Produk jadi yang dihasilkan
Plasticizer PVC, calendering, kulit sintetis, bahan pelapis kawat dan kabel listrik, jok mobil, sandal, sol sepatu, selang air dan lain-lain.
Unsaturated Polyester Resin (UPR)
Genteng/atap, tangki (fibreglass reinforced plastic tank), plywood, produk saniter, suku cadang otomotif, kancing, panel bangunan, kolam renang, perlengkapan kamar mandi, perlengkapan olahraga, peralatan listrik, perlengkapan mebel
Alkyd resin Bahan pelapis (coating), alkyd lacquer, cat perlengkapan lalu lintas, cat semi gloss dan gloss, tinta.
Pewarna (dyes dan pigmen) Bahan pewarna produk tekstil, insektisida, produk farmasi/kosmetik, bumbu makanan
Tetrachloro Phthalic Anhydride dan Tetrabromo Phthalic Anhydride
Busa plastik
Sumber : PT. Citra Cendekia Indonesia (CCI)
Berikut ini beberapa perusahaan di Indonesia yang membutuhkan ftalat anhirida : 1. PT Eternal Buana Chemical Industries di Tangerang, Banten.
Membutuhkan phthalic anhydride 3.461 ton/tahun. 2. PT Justus Sakti Raya Corp di Cilincing, Jakarta Utara.
Membutuhkan phthalic anhydride 1.500 ton/tahun. 3. PT Monokem Surya di Karawang, Jawa Barat.
Membutuhkan phthalic anhydride 890 ton/tahun. 4. PT Pardic Jaya Chemicals di Tangerang, Banten.
Membutuhkan phthalic anhydride 1.462 ton/tahun. 5. PT Raung Nusa Chemicals di Surabaya, Jawa Timur.
Membutuhkan phthalic anhydride 1.250 ton/tahun. 6. PT Petronika di Gresik, Jawa Timur.
Membutuhkan phthalic anhydride 10.486 ton/tahun.
(sumber: Company Profile of Chemical Industries, 1993)
Potensi pasar phthalic anhydride sangat menjanjikan karena permintaan produk tersebut selalu meningkat seiring perkembangan industri phthalate plasticizer, unsaturated polyester resin, dan resin alkid di Indonesia.
Tabel 1.2. Tabel Impor Phthalic Anhydride 2009 sampai 2012* Tahun Berat/Weight (ton) Peningkatan (%)
2009 16.266
2010 20.286 24,721
2011 29.577 45,798
2012* 34.655 17,170
Sumber : BPS Indonesia, 2012. * perkiraan sampai akhir tahun 2012
Pabrik phthalic anhydride akan didirikan pada tahun 2017 dengan tujuan untuk menutupi kebutuhan phthalic anhydride dari impor. Untuk mendapatkan data kebutuhan impor pada tahun 2017 dapat dihitung dengan menggunakan data peningkatan kebutuhan impor phthalic anhydride tiap tahunnya. Dari tabel di atas terlihat bahwa peningkatan impor tiap tahun nilainya fluktuatif, dengan mengambil asumsi peningkatan tiap tahunnya diambil nilai yang terkecil yaitu 17,170%, maka kebutuhan impor ftalat anhidrid pada tahun tersebut 2017 adalah 76.532 ton. Maka kapasitas pabrik phthalic anhydride yang akan dibangun adalah 80.000 ton/tahun.
Saat ini, pabrik ftalat anhidrida (phthalic anhydride) di Indonesia yang telah berdiri adalah PT. Petrowidada yang berlokasi di Gresik. Pabrik ini merupakan pabrik satu-satunya di Indonesia yang memproduksi phthalic anhydride. Kapasitas pabrik terpasang
sebesar 70.000 ton/tahun ftalat anhidrida dan menjadi pabrik terbesar di ASEAN. Kapasitas tersebut belum mencukupi kebutuhan phthalic anhydride dalam negeri sehingga Indonesia masih harus mengimpor phthalic anhydride dari negara lain, hal tersebut terlihat dari data impor phthalic anhydride diatas.
Tabel 1.3. Kapasitas Pabrik Phthalic Anhydride Terpasang di Amerika Utara
Perusahaan Lokasi Kapasitas,
ribuan ton per tahun
BASF Pasadena, Texas, US 125
Exxon Mobil Baton Rouge, Louisiana, US 135 Grupo Primex Altamira, Tamaulipas, Mexico 35 Koppers Industries Cicero, Illinois, US 100 Sintesis Organicas Apizaco, Tiaxcala, Mexico 33 Stepan Elwood, Illinois, US 110
Total 538
(Sumber :www.icis.com)
Tabel 1.4. Data Kapasitas Pabrik Phthalic Anhydride Terpasang di Eropa
Perusahaan Lokasi Kapasitas ,
ribuan ton per tahun Angarsk Petrochemical Angarsk, Russia 15
Arkema Chauny, France 90
Atmosa Petrochemie Schwechat, Austria 48 Avdeevka By-product Coke Plant Avdeevka, Ukraine 25
BASF Ludwigshafen, Germany 110
CEPSA Algeciras, Spain 30
Destilacija Teslic Teslic, Boznia-Herzegovina 16
Deza Valasske Mezirici, Slovakia 35
ExxonMobil Botlek, Netherlands 75
JSC Ural Chemical Nizhniy Tagil, Russia 7
Kemiplas Fuzfogyartelep, Hungary 20
Koper, Slovenia 32
Krasitel Rubezhansk, Ukraine 25
Lakokraska Lida, Belarus 26
LANXESS Krefeld, Germany 85
Oltchim Rimnicu Vilcea, Romania 20
Orgachim Ruse, Bulgaria 20
Perstorp Oxo Nol, Sweden 35
Petrobrazi Brazi, Romania 35
Polynt San Giovanni Valdarno, Italy 30 Scanzorosciate, Italy 80
ProvironFtal Ostend, Belgium 100
Salavatnefteorgsintez Salavat, Russia 15
Slovnaft Bratislava, Slovakia 40
Uralkhimprom Perm, Russia 75
VFT Belgium Zelzate, Belgium 20
West-Siberian Steel Novokuznetsk, Russia 10
ZA Kedzierzyn Kedzierzyn, Poland 24
(Sumber :www.icis.com)
Di luar negeri pabrik yang memproduksi ftalat anhidrida adalah sebagai berikut : 1. Petkim di Turki dengan kapasitas produksi 34.000 ton/tahun. (www.petkim.com). 2. Thirumalai Chemicals Limited (TCL) di India dengan kapasitas produksi 140.000
ton/tahun (www.emt-india.net).
3. Shijiazhuang Bailong Chemical di China dengan kapasitas produksi 60.000 ton/tahun (www.bailongchem.com).
4. Petrom di Sao Paulo, Brazil dengan kapasitas produksi 80.000 ton/tahun
B. TINJAUAN PUSTAKA
Pada saat ini, terdapat dua proses yang dikenal untuk memproduksi phthalic anhydride. Proses tersebut yaitu oksidasi dari naphthalene dan oksidasi dari ortho xylene.
1. Pembuatan phthalic anhydride dengan oksidasi dari naphthalene
Pada proses ini, umpan berupa naphthalene cair dipompa dan diinjeksikan ke furnace untuk menguapkan dan menaikkan suhu sampai pada kondisi operasi. Kondisi operasi reaktor yang diinginkan yaitu pada kisaran suhu 340oC sampai 380oC dengan tekanan 2 atm. Umpan berupa udara dikompresi dan kemudian dinaikkan suhunya untuk memenuhi kondisi operasi. Rasio massa udara dengan naphthalene yang digunakan antara 10:1 sampai 12:1.
Gambar 1.1. Reaksi Oksidasi Naphthalene
Reaksi oksidasi naphthalene bersifat eksotermis sehingga dibutuhkan pendinginan untuk menjaga selalu pada kondisi operasi. Pendinginan menggunakan heat exchanger dengan molten salt sebagai fluida pendingin. Molten salt mengalir di tube, sedangkan boiling water mengalir di shell. Pada reaksi ini katalis yang digunakan adalah vanadium oksida (V2O5) dengan menggunakan fluidized bed reactor.
Naphthalene yang terkonversi mencapai 100% sehingga setiap kilogram naphthalene menghasilkan yield 0,97 kg phthalic anhydride. Karena udara yang berlebih, terjadi reaksi pembentukan maleic anhydride. Selain itu, oksidasi naphthalene yang kurang sempurna menghasilkan naphthoquinone.
Crude phthalic anhydride masuk ke kondenser dan keluar dalam fase cair. Pada kondenser juga terjadi pemisahan antara crude phthalic anhydride dari noncondensable gas ( N2, O2, CO2 dan CO). Kemudian arus cair tersebut masuk ke menara distilasi untuk memisahkan phthalic anhydride sebagai hasil bawah dan sebagai hasil atas yaitu maleic anhydride. Maleic anhydride merupakan hasil dari reaksi oksidasi phthalic anhydride sebagai akibat penggunaan udara berlebih.
Pembentukan maleic anhydride mengikuti reaksi dibawah ini :
Phthalic anhydride hasil bawah menara distilasi kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi untuk memisahkannya dari naphthoquinone, dengan phthalic anhydride sebagai hasil atas. Naphthoquinone merupakan hasil oksidasi naphthalene yang tidak sempurna. Pembentukan naphthoquinone (C10H6O2) terbentuk berdasarkan reaksi di bawah ini:
C H + O → C H O + H O (1.1.)
2. Pembuatan phthalic anhydride dengan oksidasi dari o-xylene
Pada proses ini, umpan cairan o-xylene 95% (sisanya m-xylene dan p-xylene) dipanaskan dan diuapkan dengan injeksi langsung dengan udara panas sehingga dapat menaikkan suhu pada kondisi operasi. Udara yang telah disaring, dikompresi hingga 48,2 sampai 55,2 kPa gauge lalu dipanaskan hingga suhu 149°C. Untuk memelihara aktivitas katalis, sulfur oksida sejumlah 0,5-2,5% berat ditambahkan pada umpan.
Perbandingan udara terhadap o-xylene pada umpan reaktor ialah 25:1. Udara berlebih ini mampu menekan campuran umpan berada di bawah low explosion limit (LEL 1,5% mol o-xylene). Umpan berupa uap o-xylene dan udara panas dimasukkan ke reaktor fixed bed pada suhu operasi reaktor yaitu 380°C.
Gambar 1.3. Reaksi Oksidasi O-xylene
Reaksi bersifat eksotermis sehingga diperlukan pendingin reaktor berupa molten salt (natrium-kalium nitrat-nitrit eutektik) yang disirkulasi di dalam shell. Panas yang diambil molten salt kemudian ditukar di heat exchanger sebagai pembangkit steam.
Xylene (o-xylene, m-xylene, dan p-xylene) yang terkonversi mencapai 100% sehingga setiap kilogram 95% o-xylene menghasilkan yield 1,03 kg phthalic anhydride. Karena udara yang berlebih, terjadi reaksi pembentukan maleic anhydride. Selain itu, oksidasi m-xylene dan p-xylene tidak dapat menghasilkan phthalic anhydride tetapi menghasilkan COxdan H2O.
Karena udara berlebih di dalam reaktor, keluaran phthalic anhydride berada di bawah suhu leburnya (130,8°C) sehingga produk menyublim menjadi padat. Oleh karena itu, untuk mentransfer produk, digunakan switch condenser. Switch condenser ialah kondenser tabung parallel yang mana beberapa tabung mengalami proses pemanasan sedangkan yang lain mengalami proses pendinginan. Switch condenser tersebut dipanaskan dan didinginkan menggunakan arus minyak heat exchanger. Selama pendinginan, phthalic anhydride memadat. Sebaliknya, selama pemanasan, phthalic anhydride meleleh dan tertransfer ke tangki penyimpan produk. Gas residual bersuhu 66°C dan 26kPa gauge dikirim ke water scrubber atau ke incinerator.
Phthalic anhydride yang didapat berkadar 99-99,5% dan disimpan dalam bentuk asam ftalat pada suhu 149°C dan tekanan atmosferis. Karena produk disimpan dalam bentuk asam ftalat, dibutuhkan pemurnian produk yang terdiri dari dua tahap, yaitu pemanasan dilanjutkan distilasi vakum selama 8-12 jam sehingga terbentuk anhidrida sedangkan senyawa yang memiliki titik didih rendah akan menguap dan terpisah melalui vacuum jet ejector. Produk phthalic anhydride kemudian dimasukkan ke dalam evaporator, rectifier, dan terakhir di tangki phthalic anhydride.
Berikut ini perbandingan proses dari bahan naphthalene dan o-xylene Tabel 1.5. Perbandingan Proses dari Bahan Naphthalene dan o-xylene
Proses Oksidasi Naphthalene Proses Oksidasi o-xylene Bahan baku setiap kilogram naphthalene
menghasilkan yield 0,97 kg phthalic anhydride
setiap kilogram 95% o-xylene menghasilkan yield 1,03 kg phthalic anhydride. (yield teoritis 1,39 kg/ kg 100% o-xylene)
Rasio umpan reaktor
udara:naphthalene = (10-12):1 udara :o-xylene = 25:1
Kondisi operasi Suhu 360oC dan tekanan 2 atm Suhu 350oC dan tekanan 2,2 bar
Finishing produk Pemisahan produk dari maleic anhydride dilanjutkan
pemisahan naphthoquinone
Pemisahan produk dari maleic anhydride
Emisi Karbondioksida Tidak ada karbondiokasida
Harga bahan baku US $800 - 1200 /ton US $ 1488-1680/ton
Berdasarkan perbandingan proses dari bahan naphthalene dan o-xylene di atas, proses produksi menggunakan bahan baku xylene lebih dipilih. Namun harga o-xylene saat ini yang melambung tinggi sejak akhir bulan Juli 2012 diakibatkan harga minyak mentah dunia yang tinggi.
Gambar 1.4. Grafik Harga Phthalic Anhydride dan Harga O-Xylene di Asia sumber :www.icis.com
Pada akhir pekan, 24 Agustus 2012, harga phthalic anhydride terkoreksi US $1.395-1.420/ton CFR (cost and freight, harga penyerahan barang sampai di pelabuhan) CMP (China Main Port), sementara harga o-xylene berkisar pada US $1.390-1.410/ton CFR NE (northeast) Asia.
Antara tanggal 6 Juli sampai 24 Agustus, harga o-xylene melonjak rata- rata 15%, sementara harga phthalic anhydride hanya naik 4%, berdasarkan data ICIS (gambar 4). Kondisi ekstrem pernah terjadi pada bulan Mei sampai Desember 2011 saat harga o-xylene melebihi harga phthalic anhydride.
Selain faktor harga, dilihat dari ketersediaan bahan baku. Bahan baku o-xylene tergolong produk antara yang dapat dibuat dari naphthalene. Hasilnya, ketersediaan bahan naphthalene juga mempengaruhi ketersediaan o-xylene. Oleh karena itu, untuk meminimalkan pengaruh akibat proses yang berurutan ini, dipilihlah naphthalene sebagai bahan baku proses pada pembuatan phthalic anhydride.
