PRARANCANGAN PABRIK DIMETIL ETER DARI GAS ALAM DENGAN PROSES GAS SINTESIS DENGAN
KAPASITAS PRODUKSI 50.000 TON/TAHUN
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun Oleh:
Sintika Tandi Payung (4518044024)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BOSOWA
MAKASSAR 2023
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Prarancangan Pabrik Dimetil Eter Dari Gas Alam Dengan Proses Gas Sintesis Kapasitas Produksi 50.000 Ton/Tahun”, Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi S1 pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Bosowa Makassar. Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih atas segala bantuan baik berupa bimbingan, dorongan, serta semangat dari banyak pihak.
Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof, Dr. Ir. Batara Surya, S.T., M.Si. selaku rektor Universitas Bosowa.
2. Bapak Dr. Ir. H. Nasrullah, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Bosowa.
3. Bapak Dr. Ir. A. Zulfikar Syaiful, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, Universitas Bosowa.
4. Ibu Dr. Hamsina, S.T.,M.Si, selaku dosen pembimbing I 5. Ibu Fitri Ariani, S.Si., M.Eng selaku dosen pembimbing II 6. Ibu Hermawati, S.Si., M.Eng selaku dosen penguji I 7. Bapak M. Tang, S.T., M.PKim Selaku dosen penguji II 8. Bapak/Ibu Dosen serta Staff Prodi Teknik Kimia
9. Teristimewa, Orang Tua dan keluarga besar yang tak pernah lelah memberikan semangat , motivasi dan Doa.
10. Teman-teman seperjuangan INFO dan HIMATEK Unversitas Bosowa Makassar.
Akhirnya dengan segala keterbatasan yang ada, penyusun berharap Tugas Pra Rancangan ini dapat bermanfaat dan digunakan sebagaimana mestinya.
Makassar, 10 Maret 2023
Sintika Tandi Payung
DAFTAR ISI
SAMPUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN DAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
ABSTRAK ... xi
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
I.1. Latar Belakang... 1
I.2. Penentuan kapasitas Pabrik ... 2
I.3. Pemilihan Lokasi Pabrik ... 6
I.4. Tinjauan Pustaka ... 9
BAB II. URAIAN PROSES ... 15
II.1. Deskripsi Proses ... 15
II.2. Diagram Alir ... 19
BAB III. SPESIFIKASI BAHAN ... 21
III.1. Spesifikasi Bahan Baku ... 21
III.2. Spesifikasi Produk ... 24
BAB IV. NERACA MASSA ... 26
BAB V. NERACA PANAS ... 33
BAB VI. SPESIFIKASI ALAT ... 44
BAB VII. UTILITAS ... 54
VII.1. Unit Penyediaan dan Pengolahan air ... 54
VII.2. Unit Pembangkit steam ... 62
VII.3. Unit Pembangkit Listrik ... 63
VII.4. Unit Penyediaan Bahan Bakar ... 63
VII.5 Unit Pengolahan Limbah ... 64
VII.6. Spesifikasi Peralatan Utilitas ... 71
VII.7 Diagram Alir Utilitas ... 116
BAB VIII. LAY OUT PABRIK DAN LOKASI PROSES ... 118
BAB IX. STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN ... 123
BAB X. EVALUASI EKONOMI ... 137
BAB XI. KESIMPULAN ... 142
DAFTAR PUSTAKA ... 143
LAMPIRAN A ... 146
LAMPIRAN B ... 175
LAMPIRAN C ... 224
LAMPIRAN D ... 302
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Rencana Lokasi Pendirian Pabrik ... .7
Gambar 1. 2 Proses Pembentukan DME Proses Langsung ... 12
Gambar 2. 1 Proses Pembuatan DME JFE Holdings Dari Gas Alam ... 15
Gambar 2. 2 Diagram Alir Kualitatif ... 19
Gambar 2. 3 Diagram Alir Kuantitatif ... 20
Gambar 8. 1 Rencana Tata Letak DME ... 120
Gambar 8. 2 Tata Letak Peralatan Pabrik ... 122
Gambar 10. 1 Struktur Organisasi Perusahaan ... 125
Gambar 10. 2 Grafik Break Event Point dan Shut Down Point ... 141
DAFTAR TABEL
Tabel 1. 1 Perkembangan Impor DME Di Indonesia ... 2
Tabel 1. 2 Data Ekspor DME Di Indonesia ... 2
Tabel 1. 3 Perkembangan Konsumsi DME ... 3
Tabel 1. 4 Perkembangan Produksi ... 3
Tabel 1. 5 Data Pabrik DME Di indonesia... 3
Tabel 1. 6 Pertumbuhan rata- rata DME ... 4
Tabel 1. 7 Sifat- sifat fisik DME ... 11
Tabel 3. 1 Komponen Gas Alam ... 21
Tabel 3. 2 Entalpi Pembentukan dan Pembakaran gas alam ... 21
Tabel 3. 3 Suhu kritis dan tekanan kritis gas alam ... 22
Tabel 3. 4 Suhu kritis dan tekanan kritis bahan baku pendukung ... 23
Tabel 3. 5 Entalpi pembentukan bahan baku ... 23
Tabel 3. 6 Suhu dan tekanan superheated ... 23
Tabel 3. 7 Entalpi Pembentukan Steam ... 24
Tabel 3. 8 Suhu Kritis dan tekanan kritis DME ... 24
Tabel 3. 9 Entalpi pembentukan DME... 24
Tabel 3. 10 Suhu kritis dan tekanan kritis CO2 ... 25
Tabel 3. 11 Entalpi Pembentukan CO2 ... 25
Tabel 4. 1 Neraca Massa Desulfuizer (D-01) ... 26
Tabel 4.2 Neraca Massa Mixing Point (MX-01) ... 27
Tabel 4.3 Neraca Massa Steam Reformer (SR-01) ... 28
Tabel 4.4 Neraca Massa Absorber (AS-01) ... 29
Tabel 4.5 Neraca Massa Reaktor DME (R-01) ... 30
Tabel 4. 6 Neraca Massa Separator (S-01) ... 31
Tabel 4.7 Neraca Massa Menara Distilasi (MD-01) ... 32
Tabel 5. 1 Neraca Panas Heater 01 (HE-01) ... 33
Tabel 5. 2 Neraca Panas Mixing Point (MX-01) ... 34
Tabel 5. 3 Neraca Panas Heater 02 (HE-02) ... 35
Tabel 5. 4 Neraca Panas Steam Reformer (SR-01) ... 36
Tabel 5. 5 Neraca Panas Cooler 01 (CL-01) ... 37
Tabel 5. 6 Necara Panas Absorber (AS-01) ... 38
Tabel 5. 7 Neraca Panas Heater 03 (HE-03) ... 39
Tabel 5. 8 Neraca Panas Reaktor (R-01) ... 40
Tabel 5.9 Neraca Panas Cooler 02 (CL-02) ... 41
Tabel 5.10 Neraca Panas Heater 04 (HE-04) ... 42
Tabel 5. 11 Neraca Panas Menara Distilasi (MD-01) ... 43
Tabel 7. 1 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan ... 56
Tabel 7. 2 Kebutuhan uap sebagai media panas pada berbagai alat ... 62
Tabel 7. 3 Perincian kebutuhan listrik ... 63
Tabel 8. 1 Perincian luas tanah ... 119
Tabel 9. 1 Pembagian jam istrahat ... 130
Tabel 9. 2 Daftar gaji karyawan ... 132
Tabel 10. 1 Biaya operasi kapasitas 60%, 80%, 100% ... 138
Tabel 10. 2 Data Perhitungan IRR (Internal Rate of Return) ... 139
ABSTRAK
Dimetil Eter ini terbuat dari gas alam yang mengalami pretreatment untuk menghilangkan sulfur, setelah itu masuk ke steam reformer dimana steam direaksikan dengan gas alam menghasilkan syngas dengan hidrogen dan karbon monoksida. Kemudian gas proses (syn gas) akan masuk ke alat selanjutnya yaitu Absorber CO2 yang bertugas mengabsorbsi gas CO2 dalam gas proses dengan menggunakan larutan MEA (Monoethanolamine). Syn gas keluaran dari absorber kemudian dipanaskan menggunakan heater dari suhu 70oC sampai suhunya 260
oC agar memenuhi kondisi operasi yang dimiliki Reactor Synthesis DME yaitu pada suhu 260oC. Produk keluaran dari reaktor sintesa DME ini menghasilkan produk yang mengandung methanol (CH3OH) dan DME (CH3OCH3). Selanjunya akan dilakukan pemurnian dengan menggunakan alat menara distilasi.
Kapasitas produksi Dimetil Eter dirancang 50.000 ton/tahun, membutuhkan bahan gas alam sebesar 44.230.690,9440 kg/tahun. Utilitas listrik sebesar 531,821 kW, steam 81.253,911 kg/jam, bahan bakar berupa solar sebesar 46,568 Liter / jam. Pra Rancangan Pabrik Dimetil Eter ini direncanakan berkapasitas 50.000 ton/tahun akan didirikan di Kawasan Industri Cilegon, Banten. Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan sistem garis dan staf membutuhkan tenaga kerja sebanyak 122 orang.
Berdasarkan perhitungan evaluasi ekonomi untuk pendirian pabrik Dimetil Eter di atas dibutuhkan modal tetap sebesar Rp 222.347.742.121,02, modal kerja sebesar Rp 39.237.836.844,89 dan manufacturing cost sebesar Rp566.252.386.090,81 Harga jual produksi sebesar Rp 710.000.000.000,00 dengan keuntungan sebelum pajak dan sesudah pajak berturut-turut sebesar Rp 102.038.193.967,95 dan Rp 81.630.555.174,36. Profitabilitas meliputi Rate of Investement (ROI) sebelum dan sesudah pajak berturut-turut sebesar 39,01 % dan 31,21 % . Pay of Time (POT) sebelum dan sesudah pajak 2,56 tahun dan 3,20 tahun. Break event Point (BEP) sebesar 41,18 %. Dan Shut Down Point (SDP) sebesar 21,01 %.Berdasarkan pertimbangan teknik dan hasil perhitungan analisis ekonomi di atas, maka pabrik Dimetil Eter berkapasitas 50.000 ton/tahun layak didirikan.
1 BAB I. PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Beberapa tahun belakangan ini, bumi mengalami perubahan iklim dan cuaca yang tidak menentu. Salah satu faktor yang menyebabkan hal ini adalah pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan meningkat seiring dengan kenaikan jumlah penduduk, kualitas hidup manusia, guna memenuhi kebutuhan energi untuk aktivitas di sektor industri dan rumah tangga.
Salah satunya adalah pemanasan global yang sangat merugikan manusia.
Pemanasan global sebagai dampak dari rusaknya lapisan ozon yang melapisi bumi dari sinar matahari. Chlorofluorocarbons (CFCs) merupakan salah satu dari sekian banyak senyawa kimia yang dapat merusak lapisan ozon. Dimetil eter (DME) merupakan salah satu senyawa kimia yang dapat digunakan sebagai alternatif untuk menggantikan Chlorofluorocarbons (CFCs) yang kurang ramah lingkungan. Salah satu dari sifat DME adalah mudah larut dalam air sehingga dengan sifat ini, DME akan mudah terdegradasi (hancur) didalam lapisan troposfer sebelum mencapai lapisan ozon.
Kelebihan lain yang dimiliki dimetil eter adalah kemampuannya untuk dapat diperbaharui karena sintesis gas yaitu campuran antara gas CO, CO2, dan H2
yang dapat diproduksi dari senyawa biomasa selain dari gas alam (natural gas).
Dimetil eter tergolong bahan pengganti energi fosil yang dapat diperbaharui dan dapat digunakan untuk mesin diesel serta untuk kompor gas sebagai bahan bakar rumah tangga. Dimetil eter memiliki monostruktur kimia yang sederhana(CH3-O- CH3), berbentuk gas pada ambient temperature (suhu lingkungan) dan dapat dicairkan seperti halnya Liquefied Petroleum Gas (LPG) sehingga infrastruktur untuk LPG dapat juga digunakan untuk dimetil eter. Dimetil eter juga dapat digunakan sebagai aerosol propellant (gas pendorong) cairan semprot seperti hairspray, deodoran, cat semprot dan sebagainya(Moradi, 2006).
Kebutuhan dimetil eter di Indonesia sebagian besar masih di impor dari negara-negara penghasil dimetil eter seperti Jepang, China dan sebagian dari negara Eropa. Data dari Badan Pusat Statistik (BPS) impor dimetil eter di
2 Indonesia ditunjukkan pada tabel 1.1.
Dari data diatas dapat dilihat bahwa kebutuhan dimetil eter di Indonesia meningkat dari tahun ke tahun, sementara untuk memenuhi kebutuhan tersebut Indonesia masih mengimpor, maka diharapkan prarancangan pabrik dimetil eter ini dapat mengurangi kebutuhan impor dimetil eter dari Negara lain.
I.2. Penentuan Kapasitas Pabrik
Kapasitas adalah suatu hal yang harus diperhatikan dalam merancang suatu pabrik karena dapat mempengaruhi perhitungan teknis maupun ekonomis.
Pabrik dimetil eter akan dibangun dengan kapasitas 50.000 ton/tahun. Dalam menentukan kapasitas produksi pabrik hal-hal yang menjadi pertimbangan adalah sebagai berikut:
I.2.1. Perkembangan Impor
Meskipun dimetil eter sudah dapat diproduksi didalam negeri tetapi sebagian bahan bakar masih diimpor dari luar negeri.
Tabel 1.1 Perkembangan impor dimetil eter di Indonesia
Tahun Impor (kg/tahun)
2017 38.964.181
2018 32.298.014
2019 22.204.786
2020 45.365.445
2021 58.499.204
(Sumber : Badan Pusat Statistik, BPS 2022) I.2.2. Perkembangan Ekspor
Berikut merupakan data perkembangan ekspor:
Tabel 1.2 Perkembangan ekspor dimetil eter Tahun Ekspor (kg/tahun)
2017 4.967.993
2018 4.038.309
2019 4.822.066
2020 5.874.487
2021 7.362.839
(Sumber : Badan Pusat Statistik, BPS 2022)
3 I.2.3. Perkembangan Konsumsi
Berikut merupakan data perkembangan konsumsi dimetil eter:
Tabel 1.3 Perkembangan konsumsi dimetil eter Tahun Konsumsi (kg/tahun)
2017 52.373.738
2018 19.343.752
2019 23.234.353
2020 58.937.635
2021 61.783.293
(Sumber : Badan Pusat Statistik, BPS 2022) I.2.4. Perkembangan Produksi
Berikut merupakan data perkembangan produksi:
Tabel 1.4 Perkembangan produksi dimetil eter Tahun Produksi (kg/tahun)
2017 7.303.493
2018 8.374.292
2019 9.832.632
2020 14.938.374
2021 12.784.563
(Sumber : Badan Pusat Statistik, BPS 2022) Data produksi tiap tahun diatas dihasilkan karna adanya pabrik dimetil eter di Indonesia, berikut adalah data pabrik di Indonesia:
Tabel 1.5 Data pabrik dimetil eter di Indonesia
Nama Kapasitas (kg/tahun)
PT. Bumi Tanggerang Gas Industri
12.000.000
PT. Bukit Asam 20.000.000
(Sumber : www.onesearch.com )
Kebutuhan terhadap dimetil eter dimasa mendatang diperkirakan akan terus meningkat. Indikasi ini didasarkan atas perkembangan industri pemakainya yang akhir-akhir ini mengalami perkembangan cukup pesat.
Disamping masih tingginya minat investasi dibidang industri pemakai,
4 para industri pemakai yang ada juga aktif melakukan perluasan pabrik.
Proyeksi perkembangan impor dimetil eter dperoleh berdasarkan metode interpolasi linier pada data import tabel 1.1
Metode interpolasi linear dapat digunakan apabila nilai R2 > 0,9, dari grafk diatas diperoleh nilai R2 yaitu 0,3641 sehingga dapat disimpulkan nilai R2 <
maka metode interpolasi linier tidak dapat digunakan. Berdasarkan dari data impor, eksport, konsumsi, dan produksi diatas, maka digunakan metode pertumbuhan rata-rata pertahun. Diperkirakan produksi dimetil eter pada tahun 2027 sebagai berikut:
Tabel 1.6 Pertumbuhan Rata-rata Dimetil Eter di Indonesia
Tahun
Jumlah (Kg/Tahun) %P
Ekspor (E)
Impor (I)
Komsumsi Produksi
E I K P
2017 4.967.993 38.964.181 52.373.738 7.303.493
2018 4.038.309 32.298.014 19.343.752 8.374.292 -0.19 -0.17 -0.63 0.15 2019 4.822.066 22.204.786 23.234.353 9.832.632 0.19 -0.31 0.20 0.17 2020 5.874.487 45.365.445 58.937.635 14.938.374 0.22 1.04 1.54 0.52 2021 7.362.839 58.499.204 61.783.293 12.784.563 0.25 0.29 0.05 -0.14
Total 0.48 0.85 1.16 0.70
Rata-rata (i) 0.12 0.21 0.29 0.17 (Sumber : Badan Pusat Statistik, 2022 )
Data Impor
70.000.000 60.000.000 50.000.000 40.000.000 30.000.000 20.000.000
y = 5E+06x - 1E+10 R² = 0,3641
2017 2018 2019 Tahun
2020 2021 2022
5 Berdasarkan data diatas maka dapat diperkirakan jumlah kebutuhan
dimetil eter di Indonesia pada tahun 2027 saat pabrik didirikan, yaitu dengan perhitungan discounted methode menggunakan persamaan (Ulrich, 1984).
Fn = P (1+i)n Keterangan :
F = Nilai kebutuhan pada tahun ke-n
P = Besarnya data pada tahun sekarang (ton/tahun) I = Kenaikan data rata-rata
n = Selisih tahun (tahun ke-n)
Perkiraan konsumsi dimetil eter dalam negeri pada tahun 2027 sebagai berikut : a. F Impor 2027 = P (1+i)n
= 58.499.204 (1 + 0,21)(2027-2021)
= 185.646.762 kg/tahun
b. F Konsumsi 2027 = P (1+i)n
= 61.783.293 (1+ 0,29) (2027-2021)
= 283.198.773 kg/tahun
c. F Ekspor 2027 = P (1+i)n
= 7.362.839 (1 + 0,12)(2027-2021)
= 14.504.845 kg/tahun
d. F Produksi 2027 = P (1+i)n
= 12.784.563 (1+ 0,17) (2027-2021)
= 33.466.350 kg/tahun e. F 2027
Karena pabrik dimetil eter telah berdiri di Indonesia maka hasil yang di peroleh di kali 60%, Hal tersebut juga diatur dalam peraturan perundang- undangan Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 1999 tentang praktek monopoli dan persaingan usaha tidak sehat pada Bab III Pasal 4 Ayat 1 yang menyatakan pelaku usaha tidak boleh menguasai 75% pasar. perhitungannya sebagai berikut:
6 F2027 = ((FKonsumsi2027 + Fekspor2027) – (FProduksi2027 + FImpor2027)) x 60%
= ((283.198.773 + 14.504.845) – (33.466.350 + 185.646.762)) x 60%
= 78.590.507 kg/tahun x 60%
= 47.154.304 Kg/Tahun
= 47.154 Ton/Tahun
Dapat diketahui bahwa kebutuhan demetil eter pada tahun 2027 yaitu 47.154 ton/tahun, sehingga di pilih kapasitas 50.000 Ton/Tahun.
I.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Aspek terpenting dalam merancang pabrik adalah menetapkan lokasi pabrik. Lokasi pabrik berdampak langsung terhadap kelangsungan pabrik, yang meliputi keberhasilan dan kelancaran output industri. Secara umum, pabrik harus ditempatkan didekat pemasok bahan baku, pasokan air, dan akses yang memadai.
Penentuan lokasi pabrik ini sangat diperlukan karena apabila tata letak yang direncanakan kurang baik maka dapat menimbulkan beberapa masalah, seperti jalannya alur bahan baku yang kurang baik menyebabkan adanya penambahan biaya untuk perpindahan bahan baku, produk, yang menyangkut informasi dan peralatan.
Pemilihan lokasi pabrik memang tidak mudah karena banyak aspek yang harus dipertimbangkan. Pemilihan lokasi pabrik dalam praktiknya memiliki beberapa kesamaan dari satu pabrik dan pabrik lain, tergantung pada jenis pabrik dan barang yang diproduksi. Lokasi pasar, pemasok bahan baku, tenaga kerja, listrik, air, ketersediaan transportasi, sikap masyarakat, dan undang-undang pemerintah daerah adalah semua faktor yang mempengaruhi lokasi suatu pabrik (Maulana, 2018).
Setelah melihat dan mempelajari faktor yang mempengaruhi lokasi pabrik, maka pabrik dimetil eter direncanakan akan didirikan di daerah Cilegon, Banten Provinsi Jawa Barat. Saat ini, di wilayah Provinsi Banten telah memiliki prasarana jalan raya yang memadai dalam kondisi baik yaitu 249,246 Km. Untuk mempermudah pengangkutan bahan baku, bahan pendukung dan produk yang dihasilkan maka lokasi pabrik harus berada di daerah yang mudah dijangkau oleh
7 kendaraan- kendaraan besar, misalnya dekat dengan badan utama jalan raya yang menghubungkan kota-kota besar, dan pelabuhan sehingga tidak perlu untuk membuat jalan khusus. Lokasi pabrik dapat dilihat pada gambar 1.1
Gambar 1.1 Rencana Lokasi Pendirian Pabrik (Sumber: map.google.com)
Lokasi perusahaan merupakan hal yang penting dalam menentukan kelancaran usaha. Kesalahan pemilihan lokasi pabrik dapat menyebabkan biaya produksi menjadi mahal sehingga tidak ekonomis. Hal-hal yang menjadi pertimbangan dalam menentukan lokasi suatu pabrik meliputi biaya operasional, ketersediaan bahan baku dan penunjang, sarana dan prasarana, dampak sosial, dan studi lingkungan. Lokasi yang dipilih untuk pendirian Pabrik Dimetil Eter ini adalah di daerah industri Cilegon, Banten, Jawa Barat
1. Lokasi dekat dengan bahan baku
Bahan baku yang digunakan dalam pabrik dimetil eter yang ingin dibangun adalah metanol yang diperoleh dari gas alam. Provinsi Jawa barat merupakan salah satu provinsi penghasil gas alam terbesar di indonesia. Bahan baku yang diperoleh berasal dari matering station gas alam di cilegon , banten, jawa barat.
8 2. Aksesibilitas
Lokasi pabrik tentunya harus mudah terjangkau dan dapat dilalui sarana transportasi. Pendistribusian produk tentunya menggunakan alat transportasi seperti truk. Hal ini tentunya menjadi salah satu faktor sebagai pertimbangan pemilihan lokasi pabrik. Lokasi pabrik tentunya harus memiliki akses keluar masuk yang mudah agar menunjang kelancaran produksi dan distribusi.
3. Ekspansi
Lokasi pabrik harus memiliki luas tanah yang cukup luas. Luas tanah yang cukup luas dapat menunjang dimasa mendatang mungkin akan dilakukan ekspansi ataupun pengembangan industri.
4. Lingkungan
Lokasi pabrik juga dipengaruhi oleh lingkungan. Apabila lingkungan sekitar tidak menunjang (seperti kekurangan air, tanah longsor dan sebagainya) akan menyebabkan terhambatnya jalannya proses produksi. Lokasi pabrik tentunya harus terdapat beberapa komponen penting seperti udara bersih, jauh dari pemukiman warga, air bersih, sumber listrik dan masih banyak lagi.
5. Utilitas
Dalam perencanaan pabrik ini, air diperlukan untuk memenuhi kebutuhan- kebutuhan selama berlangsungnya proses produksi. Air tersebut dipergunakan sebagai air proses, air sanitasi dan air umpan boiler. Bahan Baku air yang digunakan untuk pabrik ini berasal dari air sungai. Sebagian besar air bersih yang dihasilkan digunakan untuk kebutuhan industri dan sebagian lain untuk kebutuhan masyarakat kota Cilegon. Air baku yang diolah diambil dari sungai Cidanau yang bersumber dari danau alam "Rawa Dano" (PT.Krakatau Steel).
6. Tenaga Kerja
Tenaga kerja sebagian besar akan diambil dari penduduk sekitar. Karena lokasinya cukup dekat dengan pemukiman penduduk, selain dapat memenuhi kebutuhan tenaga kerja juga dapat membantu meningkatkan taraf hidup penduduk sekitarnya.
9 I.4. Tinjauan Pustaka
I.4.1. Gas Alam
Gas alam atau sering juga disebut gas bumi merupakan bahan bakar yang sangat sederhana. Sekitar 90% dari gas alam adalah metana (CH4), yang hanya satu atom karbon dengan empat atom hidrogen melekat, dengan sisanya terdiri dari etana (C2H6), propana (C3H8), butana (C4H10) dan komponen- komponen lain serta komponen pengotor seperti Air, H2S, CO2 dan lain-lain dengan jenis dan jumlahnya yang bervariasi sesuai dengan sumber gas alam (Chandra, 2006). Gas alam dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara. Ketika gas yang kaya dengan metana diproduksi melalui pembusukan oleh bakteri anaerobik dari bahan-bahan organik selain dari fosil, maka ia disebut biogas. Sumber biogas dapat ditemukan di rawa-rawa, tempat pembuangan akhir sampah, serta penampungan kotoran-kotoran manusia dan hewan. Atas dasar itulah terkadang gas alam sering juga disebut sebagai gas rawa (Lyons, 1996).
Komposisi gas alam selalu bervariasi antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain. Di beberapa lokasi tertentu gasa alam memerlukan alat operasi khusus untuk melakukan proses gas alam. Lokasi-lokasi seperti ini biasanya adalah lokasi gas alam yang mempunyai kadar komponen pengotor seperti Air, H2S, CO2 diluar batas spesifikasi yang telah ditentukan. Spesifikasi produk gas alam biasanya dinyatakan dalam komposisi dan kriteria performansi-nya.
Kriteria-kriteria tersebut antara lain : Heating Value, inert total, kandungan air, oksigen, dan sulfur. Heating Value merupakan kriteria dalam pembakaran gas alam, sedangkan kriteria lain terkait dengan perlindungan perpipaan dari korosi dan plugging (Chandra, 2006).
I.4.2. Metode Proses Sintesa Langsung
Proses Sintesa Langsung adalah proses sintesa dimetil eter dari syngas, sintesa metanol dari syngas dan dehidrasi metanol yang diproses dalam reaktor yang sama. Proses sintesa langsung adalah proses sintesa dimetil eter menggunakan metanol sebagai bahan baku untuk dilakukan proses dehidrasi yaitu membuat metanol melepaskan air sehingga terbentuk dimetil eter dan air sebagai
10 produknya. Pabrik di dunia yang sudah menggunakan proses sintesa langsung dalam pembuatan Dimetil Eter (DME) adalah Pabrik di Jepang yaitu Jeiefuī Hōrudingusu Kabushiki-gaisha (JFE Holdings). Dari proses pembuatan DME dengan metode Sintesa Langsung pabrik Jeiefuī Hōrudingusu Kabushiki-gaisha (JFE Holdings) adalah dalam tahap yang paling maju. Demonstrasi pertama kali pabrik yang digunakan Jeiefuī Hōrudingusu Kabushiki-gaisha (JFE Holdings) adalah pabrik di Kushiro, Jepang bagian utara dengan kapasitas 100 ton/hari (Ogawa, 2003).
I.4.3. Dimetil Eter (DME)
Dimetil eter (DME) adalah senyawa eter yang paling sederhana dengan rumus kimia CH3OCH3. Dikenal juga sebagai methyl ether atau wood ether. Jika DME dioksidasi yang terjadi adalah dekomposisi menjadi bentuk metanol dan formaldehid. DME termasuk bahan kimia tidak beracun, senyawa yang tidak mengandung unsur Sulfur (S) dan Nitrogen (N), sehingga memungkinkan emisi SOx, NOx, particulate matter yang jauh lebih rendah dari solar. DME tidak bersifat korosif terhadap logam (Mayers, 1982).
Tabel 1.7. Sifat- Sifat Fisik Dimetil Eter
Sifat Fisik Nilai
Rumus molekul CH3OCH3
Berat molekul 46 kg/kmol
Titik beku -138,5°C
Titik didih (pada 760 mmHg) -24,7°C
Densitas (pada 20°C) 677kg/mol
Indeks bias, pada (-42,5°C) 1,3441
Specific gravity cairan 0,661 (pada 20°C)
Flash point (pada wadah tertutup) -42°F
Panas pembakaran 347,6 kkal/mol
11 Panas spesifik (pada -27,68°C) 0,5351 kkal/molPanas
pembentukan (gas) -44,3 kal/g Panas laten (gas),
(pada -24,68°C) 111,64 kal/g Kelarutan dalam
air (pada 1atm) 34 %berat Kelarutan air
dalam DME (1 atm) 7 %berat Fase, 25°C, 1 atm
Gas
Temperatur kritis 400 K
Tekanan kritis 53,7 bar abs
(Dupont, 2019)
Sifat kimia dimetil eter :
1. Dimetil eter bereaksi dengan karbon monoksida dan air menjadi asam dengan katalisator
.CH3OCH3(g) + H2O(g) + CO(g) → 2CH3COOH(g)
2. Bereaksi dengan sulfur trioksida membentuk dimetil eter CH3OCH3(g) + SO3(g) → (CH3)2SO4(g)
3. Dengan hidrogen sulfit dengan bantuan katalisator sulfit membentuk dimetil sulfit.
CH3OCH3(g) + H2S(g) → (CH3–S–CH3)(g) + H2O(g)
4. Dengan reaksi oksidasi dimetil eter akan menghasilkan formaldehid.
CH3OCH3(g) + O2(g) → 2 CH 2O(g) + H2O (l)
Katalis
Katalis merupakan senyawa kimia selain reaktan dan produk yang digunakan pada sistem reaksi, dimana katalis berperan dalam menurunkan energi aktivasi reaksi tersebut, selain itu katalis juga berfungsi untuk menurunkan temperatur reaksi, mempertahankan konstanta kesetimbangan sehingga dapat mempercepat reaksi serta memperoleh produk antara dan bukan produk termodinamika yang diinginkan.
12 I.4.4. Pemilihan Proses
Proses pembuatan DME ada dua macam yaitu proses sintesa tidak langsung dan proses sintesa langsung. Bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan DME adalah syngas. Perbedaan dari proses sintesa tidak langsung dan sintesa langsung adalah kondisi operasi. Proses pembuatan DME dengan sintesa langsung paling efektif digunakan karena memiliki tekanan dan suhu operasi paling optimal. Selain itu, proses sintesa langsung memiliki konversi DME lebih besar dari proses sintesa tidak langsung.
1. Proses Langsung
Proses langsung merupakan proses pembentukan Dimetil eter (DME) langsung dari gas alam tanpa melalui proses dehidrasi methanol. Gas alam diubah menjadi syn-gas bersama H2 dan produk samping CO didalam reaktor.
Kemudian syn-gas dikompresi sebelum diumpankan ke dalam reaktor DME.
Sintesis metanol dari syn-gas dan dehidrokasi metanol pada proses sintesis langsung, berlangsung di dalam reaktor yang sama.
Gambar 1.2. Proses Pembentukan Dimetil Eter Proses Langsung (Sumber:https://dspace.uii.ac.id/bitstream/handle.)
DME dan hasil produk samping kemudian dipisahkan dari gas-gas sisa yang tidak bereaksi. DME dan produk samping kemudian dipisahkan lebih lanjut melalui unit distilasi. CO hasil pemisahan kemudian direcycle ke dalam reaktor untuk selanjutnya diubah menjadi syn-gas. Proses sintesis langsung merupakan proses yang ekonomis dan pengembang proses ini adalah Jeiefuī Hōrudingusu Kabushiki-gaisha (JFE Direct DME Synthesis.)
13 2. Proses Tidak Langsung
Proses dehidrasi metanol merupakan proses pembuatan DME yang paling umum dan banyak dipakai oleh metanol saat ini. Pembuatan DME dengan proses dehidrasi metanol sendiri terbagi menjadi dua macam, yaitu dehidrasi metanol dengan katalis asam sulfat dan proses dehidrasi metanol dengan katalis silica alumina.
Dehidrasi metanol dengan katalis asam sulfat
Proses pembuatan DME dari metanol dengan katalisator asam sulfat H2SO4 yang berada dalam reaktor pada suhu 125-140 oC dan tekanan 2 atm.
Campuran produk keluar reaktor yang terdiri dari dimetil eter, air dan metanol dilewatkan ke scrubber, campuran produk keluar reaktor yang terdiri dari dimetil eter, asam sulfat, metanol dan air kemudian dimurnikan dengan proses distilasi.
Reaksi yang terjadi dalam proses ini adalah sebagai berikut : CH3OH → CH3HSO4+ H2O
CH3OH + → CH3HSO4→ CH3OH + H2SO4
Dehidrasi metanol dengan katalis silica alumina
Proses kontak langsung (direct contact) metanol dengan katalis silica alumina disebut juga dengan metode Sendereus. Reaksi dilakukan pada suhu 250- 400°C dalam fase vapour atau gas. Dengan demikian secara teoritis gas metanol dikontakkan secara langsung dengan katalis Al2O3.SiO2 (padat) dalam fixed bed reaktor pada suhu tinggi. Berikut adalah reaksi dalam dehidrasi metanol tproses kontak langsung menggunakan katalis padat:
Al2O3 + SiO2
2CH3 OH CH3OCH3 + H2O 250-400 ℃, 14-16 atm
14 PEMILIHAN PROSES
Pada prarancangan pabrik pembuatan Dimetil Eter, proses yang dipilih adalah proses Langsung. Proses ini dipilih dengan pertimbangan :
- Jumlah Dimetil eter yang dihasilkan lebih besar
- Kondisi Operasi DME dengan sintesa langsung Paling efektif karena memiliki tekanan dan suhu operasi paling optimal
- Jumlah peralatan yang digunakan lebih sedikit
- Secara komersial dan ekonomis dapat bersaing dengan proses lain.
Tabel 1.8. Kondisi Operasi Proses sintesa langsung DME Pengembang H2/CO
Rasio
Suhu Reaksi (℃)
Tekanan Reaksi
(Mpa)
Konversi (%)
DME/
(DME+Metanol) (%)
JFE (NKK) 1,0 250-280 5-6 55-60 90
Dari tabel 1.8. Operasi pabrik JFE dengan menggunakan proses sintesa Langsung.
15 BAB II. URAIAN PROSES
II.1. Deskripsi Proses
Proses sintesa langsung adalah proses sintesa dimetil eter dari syngas, sintesa metanol dari syngas dan dehidrasi methanol yang diproses dalam reaktor yang sama. Proses sintesa langsung adalah proses sintesa DME menggunakan metanol sebagai bahan baku untuk dilakukan proses dehidrasi yaitu membuat metanol melepaskan air sehingga terbentuk dimetil eter dan air sebagai produknya. Pabrik di dunia yang sudah menggunakan proses sintesa langsung dalam pembuatan dimetil eter (DME) adalah Jeiefuī Hōrudingusu Kabushiki- gaisha (JFE Holdings). Dari proses pembuatan DME dengan metode sintesa langsung pabrik Jeiefuī Hōrudingusu Kabushiki-gaisha (JFE Holdings) adalah dalam tahap yang paling maju. Demonstrasi pertama kali pabrik yang digunakan Jeiefuī Hōrudingusu Kabushiki-gaisha (JFE Holdings) adalah pabrik di Kushiro.
Gambar 2.1 Proses pembuatan DME JFE Holding Dari Gas Alam (Sumber: ogawa,2003)
Gas alam mengalami pretreatment untuk menghilangkan sulfur, steam reformer dimana steam direaksikan dengan gas alam menghasilkan syngas dengan hidrogen dan karbon monoksida. Setelah pendinginan, gas sintesis yang dikompresi masuk ke reaktor fixbed multitube dan memisahkan CO2 (Ogawa, 2003).
16 II.1.1. Proses Desulfurisasi
Gas alam yang digunakan sebagai bahan baku berasal dari Cilegon metering station dan ditampung pada storage tank dengan tekanan 10 atm dan suhu 30oC. Gas alam tersebut mengandung banyak hidrokarbon dan dalam proses ini harus bebas dari kandungan sulfur, oleh karena itu gas alam akan masuk alat desulfurizer untuk menghilangkan kandungan sulfur. Sebelum masuk ke alat tersebut gas alam dinaikkan suhunya dari 300C menjadi 2000C dengan alat heater.
Pada alat Desulfurizer (R-110) menggunakan adsorben ZnO (US Patent Robinson, 1978). Reaksinya sebagai berikut:
ZnO +H2S → ZnS + H2O
Selanjutnya gas alam keluaran dari alat desulfurizer dicampur dengan superheated steam yang disebut proses mixing point.
II.1.2. Proses Reforming
Tujuan dari proses reforming adalah untuk memperoleh syngas sebagai bahan baku yang digunakan dalam reaksi sintesa dimetil eter, yang didapat melalui suatu reaksi katalitik reforming antara hidrokarbon dan steam pada alat steam reformer. Mixing point, yaitu pencampuran gas alam dengan steam, feed untuk alat steam reformer dinaikkan suhunya menggunakan heater dari suhu 2000C sampai suhunya mencapai 4000C. Reformer adalah suatu ruang pembakaran secara langsung dengan menggunakan bahan bakar gas alam dan udara dimana terdapat tabung-tabung yang didalamnya mengandung katalis nikel (Liu, James A.2006). Bahan bakar untuk memanaskan furnace yang ada di dalam steam reformer yaitu gas alam dan udara yang menghasilkan flue gas dengan suhu 10600C (US Patent Randhava et al, 2014). Gas keluar hasil dari reaksi dalam steam reformer ini disebut gas produk (syn gas). Reaksi yang terjadi pada reformer secara garis besar adalah sebagai berikut :
Cm Hn+2+m H2O (m+(n+2/2)) H2 + m CO
17 Penjabaran reaksi pada steam reformer pada komponen gas alam adalah sebagai berikut :
C H4 + H2O → 3 H2 + CO C2H6 + 2 H2O → 5 H2 + 2 CO C3H8 + 3 H2O → 7 H2 + 3 CO C4H10 + 4 H2O → 9 H2 + 4 CO C5H12 + 5 H2O → 11 H2 + 5 CO C6H14 + 6 H2O → 13 H2 + 6 CO
Gas produk (syn gas) mengandung CH4 , H2 , CO, CO2 steam yang tak terurai bersama-sama dengan sejumlah inert (N2). CH4 memiliki konversi sekitar 94% dalam reformer (Xiang-dong Peng, 2002). Sebelum masuk ke dalam absorber, didinginkan di cooler dari suhu 800oC hingga suhu 38oC dengan pendingin cooling water, untuk selanjutnya masuk ke absorber.
II.1.3. Proses Absorpsi C𝐎𝟐
Gas proses (syn gas) akan masuk ke alat Absorber CO2 yang bertugas mengabsorbsi gas CO2 dalam gas proses dengan menggunakan larutan MEA (Monoethanolamine). Gas masuk absorber bersuhu 38oC. MEA (MonoEtanolAmine) yaitu absorben CO2 berupa liquid yang terbuat dari gugus alkanol dan amine (Othmer, 2005). Absorben MEA ini disuplai dari MEA. Gas keluaran (top product) dari alat absorber dengan suhu 70oC akan diteruskan pada proses selanjutnya. Syn gas keluaran dari absorber dipanaskan menggunakan heater dari suhu 70oC sampai suhunya 260 oC agar memenuhi kondisi operasi yang dimiliki reaktor sintesis DME yaitu pada suhu 260oC (Ogawa, 2003).
II.1.4. Proses Sintesis Dimetil Eter
Syn gas masuk ke reaktor sintesis DME dan pada reaktor sintesa DME terjadi reaksi konversi pembentukan DME sebagai berikut:
2CO + 4H2 → 2CH3OH
2CH3OH → CH3OCH3 + H2O CO +H2O → CO2 + H2
18 Produk keluaran dari reaktor sintesa DME ini menghasilkan produk yang mengandung metanol (CH3OH) dan DME (CH3OCH3) dengan suhu 260 oC.
Produk DME dan komponen lain yang keluar dari reaktor sintesa DME didinginkan dengan cooler dari suhu 260 oC menjadi suhu 38 oC yang kemudian masuk ke dalam alat separator (Ogawa, 2003).
II.1.5. Proses Pemisahan Fase
Separator berfungsi untuk memisahkan komponen keluaran dari reaktor DME berdasarkan fase liquid dan fase gas, fase gas akan keluar pada bagian atas sebagai by product dan fase liquid keluar pada bagian bawah yang masuk ke kolom distilasi. Keluar dari Separator, liquid produk separator dipanaskan menggunakan heater dari suhu 38oC sampai suhunya menjadi 110 oC sebelum masuk kolom distilasi.
II.1.6. Proses Pemurnian Dimetil Eter (DME)
Liquid produk separator masuk ke dalam kolom distilasi. Di dalam unit pemisahan ini dilakukan dengan proses pemisahan produk menggunakan kolom distilasi berdasarkan tingkat volatilitasnya yang bertujuan untuk memisahkan DME dari komponen-komponen lain keluaran dari Separator. Kolom distilasi beroperasi pada suhu feed 110 oC dan tekanannya 23 atm. DME yang terbentuk pada top product akan menuju DME Storage Tank untuk disimpan dan waste water keluar dari kolom distilasi sebagai bottom product.
19
Desulfurizer
Steam Reformer
Absorber
Reaktor
Separator
Menara Distilasi
CH4
C2H6
C3H8
i-C4H10
n-C4H10
i-C5H12
n-C5H12
C6H14
CO2
N2
H2S ZnO
CH4
C2H6
C3H8
i-C4H10
n-C4H10
i-C5H12
n-C5H12
C6H14
CO2
N2
H2O
CH4
CO2
N2
H2O H2
CO
MEA CO2
H2O
CH4
CO2
N2
H2O H2
CO
CH4
CO2
N2
H2O CO H2
CH3OH CH3OCH3
CH4
CO2
N2
H2O CO H2
CH3OH CH3OCH3
CH4
CO2
N2
H2O CO H2
CH3OH CH3OCH3
CH4
CO2
N2
H2O CO H2
CH3OH CH3OCH3
H2O CH3OH CH3OCH3
T: 2000C P: 10 atm
T: 4000C P: 10 atm
T: 380C P: 10 atm
T: 2600C P: 10 atm
T: 38 P: 10 atm
T: 1100C P: 10 atm
II.2. Diagram Alir
II.2.1 Diagram Alir Kualitatif
Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif
20
Desulfurizer
Steam Reformer
Absorber
Reaktor
Separator
Menara Distilasi
CH4 4.222,6368 C2H6 152,3785 C3H8 206,4981 i-C4H10 80,9715 n-C4H10 149,8834 i-C5H12 17,1092 n-C5H12 23,5251 C6H14 48,5354 CO2 471,8090 N2 211,2507 H2S 0,0112 ZnO 0,0745
CH4 4.222,6368 C2H6 152,3785 C3H8 206,4981 i-C4H10 80,9715 n-C4H10 149,8834 i-C5H12 17,1092 n-C5H12 23,5251 C6H14 48,5354 CO2 471,8090 N2 211,2507 H2O 20.223,3056
CH4 253,3582 CO2 471,8090 N2 211,2507 H2O 14.923,2607 H2 1.703,7104 CO 8.244,5142
MEA 19,2072 CO2 448,2185 H2O 11.938,6086
CH4 253,3582 CO2 23,5904 N2 211,2507 H2O 2.984,6521 H2 1.703,7104 CO 8.244,5142
CH4 253,3582 CO2 754,2900 N2 211,2507 H2O 5.151,8405
CO 29,6803
H2 629,8035 CH3OH 88,5696 CH3OCH3 6.302,2834
CH4 250,8246 CO2 746,7471 N2 209,1381 H2O 5,1518
CO 29,3834
H2 623,5055 CH3OH 0,0886 CH3OCH3 6,3023
CH4 2,5336
CO2 7,5429
N2 2,1125
H2O 5.146,6886
CO 0,2968
H2 6,2980
CH3OH 88,4811 CH3OCH3 6.295,9811
CH4 2,5336
CO2 7,5429
N2 2,1125
H2O 0,0000
CO 0,2968
H2 6,2980
CH3OH 0,8848 CH3OCH3 6.293,4627
H2O 5.146,6886 CH3OH 87,5963 CH3OCH3 2,5184
T: 2000C P: 10 atm
T: 4000C P: 10 atm
T: 380C P: 10 atm
T: 2600C P: 10 atm
T: 38 P: 10 atm
T: 1100C P: 10 atm
II.2.3. Diagram Alir Kuantitatif
Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif
21 BAB III. SPESIFIKASI BAHAN
III.1 Spesifikasi Bahan Baku
III.1.1 Gas Alam dari Metering Station di Cilegon a. Sifat Kimia Gas Alam
Tabel 3.1. Komponen Gas Alam Komponen % 𝐌𝐨𝐥𝟏) 𝐁𝐌𝟐)
CH4 88,85 16
C2H6 1,711 30
C3H8 1,578 44
i-C4H10 0,468 58
n-C4H10 0,866 58
i-C5H12 0,08 72
n-C5H12 0,11 72
C6H14 0,19 86
CO2 3,61 44
N2 2,537 28
H2S (ppm) 2 34
*Satuan dalam %mol Sumber :
1) Monomer Lab of Chandra Asri Petrochemical Center, 2003.
2) Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999).
Tabel 3.2. Entalpi Pembentukan dan Pembakaran Gas Alam Komponen Hf (kJ/mol) Hc (kJ/mol)
CH4 -74,85 802,3
C2H6 -84,68 1428,6
C3H8 -103,85 2043,1
i-C4H10 -126,15 2649
n-C4H10 -134,52 2657,5 i-C5H12 -154,47 3250,4
n-C5H12 -146,44 3245
22
C6H14 -167,19 3855,2
CO2 -393,51 -
N2 - -
H2S (ppm) -20,60 518,16
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999) b. Sifat Fisika Gas Alam
Tabel 3.3. Suhu Kritis dan Tekanan Kritis Gas Alam Komponen Tc (°K) Pc (bar)
CH4 190,58 46,04
C2H6 305,42 48,8
C3H8 369,82 42,49
i-C4H10 408,18 36,48
n-C4H10 425,18 37,97
i-C5H12 460,43 33,81
n-C5H12 469,65 33,69
C6H14 507,43 30,12
CO2 304,19 73,82
N2 126,10 33,94
H2S (ppm) 373,53 89,63
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999)
23 III.1.2. Bahan Baku Pendukung
a. Sifat Fisika Bahan Baku Pendukung
Tabel 3.4. Suhu Kritis dan Tekanan Kritis Bahan Baku Pendukung Komponen BM Tc
(°K) Pc (bar)
ZnO 81,389 - -
MEA 61,084 638 68,7
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999 b. Sifat Kimia Bahan Pendukung
Tabel 3.5. Entalpi Pembentukan Bahan Baku Pendukung
Komponen
Hf (kJ/kmol)
ZnO -350,5
MEA -210,19
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999) III.1.3. Steam (𝐇𝟐O)
a. Sifat Fisika Steam
Steam yang digunakan adalah steam superheated, dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 3.6. Suhu dan Tekanan Steam Superheated
Komponen BM
T (°C)
P (bar)
H2O 18,015 253,24 42
24 b. Sifat Kimia Steam
Tabel 3.7. Entalpi Pembentukan Steam Komponen
Hf (kJ/kmol)
H2O -241,8
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999) III.2. Spesifikasi Produk
III.2.1. Produk Utama Dimetil Eter
Komposisi Dimethyl Ether yang dihasilkan adalah 99% dan sisanya mengandung metanol dan impurities sebanyak 1%.
a. Sifat Fisika Dimetil Eter
Tabel 3.8. Suhu Kritis dan Tekanan Kritis Dimetil Eter
Komponen BM
Tc (°𝐊)
Pc (bar)
CH3OCH3 46,069 400,1 53,7
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999).
b. Sifat Kimia Dimetil Eter
Tabel 3.9. Entalpi Pembentukan Dimetil Eter
Komponen
Hf (kJ/kmol) CH3OCH3 -184,05
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999).
25 III.2.2. Produk Samping Dimetil Eter
a. Sifat Fisika CO2
Tabel 3.10. Suhu Kritis dan Tekanan Kritis CO2
Komponen BM
Tc (°K)
Pc (bar)
CO2 44 304,19 73,82
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999) b. Sifat Kimia CO2
Tabel 3.11. Entalpi Pembentukan CO2
Komponen
Hf (kJ/kmol)
CH3OCH3 -393,50
Sumber : Chemical Properties Handbook (Carl, L.Yaws,1999)
26 Aliran 1
BAB IV. NERACA MASSA
Kapasitas Produksi : 50.000 Ton/Tahun : 6.313,1313 kg/jam Hari Kerja : 330 hari
Basis Operasi : 1 jam
Basis hitungan : 100 kg/jam Gas Alam IV.1. Neraca Massa Desulfurizer
Fungsi : Memisahakan H2S yang terkandung dalam gas alam
Tabel 4.1 Neraca Massa Desulfurizer
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Akumulasi Aliran 1 Aliran 2 (kg/jam)
CH4 4.222,6368 4.222,6368
C2H6 152,3785 152,3785
C3H8 206,4981 206,4981
i-C4H10 80,9715 80,9715
n-C4H10 149,8834 149,8834
i-C5H12 17,1092 17,1092
n-C5H12 23,5251 23,5251
C6H14 48,5354 48,5354
CO2 471,8090 471,8090
N2 211,2507 211,2507
H2S 0,0112
ZnO 0,0745 0,0479
H2O 0,0059
ZnS 0,0319
Total 5.584,6832 5.584,6035 0,0797
5.584,6832 5.584,6832 Desulfurizer
Aliran 2
27 Aliran 2
IV.2. Neraca Massa Mixing Point
Fungsi : Mengontakkan gas alam dan steam dengan ratio (1:3,5)
Tabel 4.2 Neraca Massa Mixing Point
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Aliran 2 Aliran 3 Aliran 4
CH4 4.222,6368 4.222,6368
C2H6 152,3785 152,3785
C3H8 206,4981 206,4981
i-C4H10 80,9715 80,9715
n-C4H10 149,8834 149,8834
i-C5H12 17,1092 17,1092
n-C5H12 23,5251 23,5251
C6H14 48,5354 48,5354
CO2 471,8090 471,8090
N2 211,2507 211,2507
H2O 0,0059 20.223,2996 20.223,3056
Total 5.584,6035 20.223,2996 25.807,9032
25.807,9032 25.807,9032
Mixing Point
Aliran 4 Aliran 3
28 Aliran 4
IV.3. Neraca Massa Steam Reformer
Fungsi : Mengkonversikan gas alam menjadi syngas yaitu gas CO & H2
Tabel 4.3 Neraca Massa Steam Reformer
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Aliran 4 Aliran 5
CH4 4.222,6368 253,3582
C2H6 152,3785 0,0000
C3H8 206,4981 0,0000
i-C4H10 80,9715 0,0000
n-C4H10 149,8834 0,0000
i-C5H12 17,1092 0,0000
n-C5H12 23,5251 0,0000
C6H14 48,5354 0,0000
CO2 471,8090 471,8090
N2 211,2507 211,2507
H2O 20.223,3056 14.923,2607
H2 1.703,7104
CO 8.244,5142
Total 25.807,9032 25.807,9032
25.807,9032 25.807,9032 Steam
Reformer
Aliran 5
29 Aliran 5
IV.4. Neraca Massa Absorber
Fungsi : Menyerap gas CO2 yang ada dalam gas proses
Tabel 4.4 Neraca Massa Absorber
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Aliran 5 Aliran 7 Aliran 6 Aliran 8
CH4 253,3582 253,3582
CO2 471,8090 448,2185 23,5904
N2 211,2507 211,2507
H2O 14.923,2607 11.938,6086 2.984,6521
H2 1.703,7104 1.703,7104
CO 8.244,5142 8.244,5142
MEA 19,2072 19,2072
Total 25.807,9032 19,2072 12.406,0343 13.421,0761
25.827,1103 25.827,1103
Absorber
Aliran 6 Aliran 7
Aliran 8
30 Aliran 8
IV.5. Neraca Massa Reaktor DME
Fungsi : Sintesa DME dari gas CO dan H2
Tabel 4.5 Neraca Massa Reaktor DME
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Aliran 8 Aliran 9
CH4 253,3582 253,3582
CO2 23,5904 754,2900
N2 211,2507 211,2507
H2O 2.984,6521 5.151,8405
CO 8.244,5142 29,6803
H2 1.703,7104 629,8035
CH3OH 88,5696
CH3OCH3 6.302,2834
Total 13.421,0761 13.421,0761
13.421,0761 13.421,0761 Reaktor DME
Aliran 9
31 Aliran 9
IV.6. Neraca Massa Separator
Fungsi : Memisahkan fase liquid dan fase gas
Tabel 4.6 Neraca Massa Separator Komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Aliran 9 Aliran 10 Aliran 11
CH4 253,3582 250,8246 2,5336
CO2 754,2900 746,7471 7,5429
N2 211,2507 209,1381 2,1125
H2O 5.151,8405 5,1518 5.146,6886
CO 29,6803 29,3834 0,2968
H2 629,8035 623,5055 6,2980
CH3OH 88,5696 0,0886 88,4811
CH3OCH3 6.302,2834 6,3023 6.295,9811
Total 13.421,0761 1.871,1415 11.549,9346
13.421,0761 13.421,0761 Separator
Aliran 10 Aliran 11
32 Aliran 11
IV.7. Neraca Massa Menara Distilasi
Fungsi : Memisahkan produk DME dengan komponen lainnya
Tabel 4.7 Neraca Menara Distilasi Komponen
Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Aliran 11 Aliran 12 Aliran 13
CH4 2,5336 2,5336
CO2 7,5429 7,5429
N2 2,1125 2,1125
H2O 5.146,6886 0,0000 5.146,6886
CO 0,2968 0,2968
H2 6,2980 6,2980
CH3OH 88,4811 0,8848 87,5963
CH3OCH3 6.295,9811 6.293,4627 2,5184
Total 11.549,9346 6.313,1313 5.236,8033 11.549,9346 11.549,9346
Faktor pengali : = produksi perjam
produksi berdasarkan basis perhitungan
= = 55,8460
6.313,1313
kg/jam 113,0454
Distilasi
Aliran 13 Aliran 12
33 2000C
300C
Steam
Kondensat BAB V. NERACA PANAS
V.1. Neraca Panas Heater 1
Fungsi : Sebagai pemanas awal feed gas alam
Tabel 5.1 Neraca Panas Heater 1
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
CH4 4,60E+04 1,53E+06
C2H6 7,18E+02 2,99E+04
C3H8 6,70E+02 3,30E+04
i-C4H10 1,45E+02 1,09E+04
n-C4H10 9,85E+01 1,61E+04
i-C5H12 3,62E-01 1,59E+03
n-C5H12 4,49E+01 3,16E+03
C6H14 7,61E+01 6,15E+03
CO2 1,48E+03 5,81E+04
N2 1,11E+03 3,85E+04
H2S 5,56E-02 2,20E+00
Qsistem 1,68E+06
Total 1,73E+06 1,73E+06
Heater 1
34 2000C
2000C
Steam V.2. Neraca Panas Mixing Point
Fungsi : Sebagai tempat pencampuran gas proses dan steam
Tabel 5.2 Neraca Panas Mixing Point
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
CH4 1,53E+06 1,53E+06
C2H6 2,99E+04 2,99E+04
C3H8 3,30E+04 3,30E+04
i-C4H10 1,09E+04 1,09E+04
n-C4H10 1,61E+04 1,61E+04
i-C5H12 1,59E+03 1,59E+03
n-C5H12 3,16E+03 3,16E+03
C6H14 6,15E+03 6,15E+03
CO2 5,81E+04 5,81E+04
N2 3,85E+04 3,85E+04
H2O 6,58E+06 6,58E+06
Total 8,31E+06 8,31E+06
Mixing Point
35 4000C
2000C
Steam
Kondensat V.3. Neraca Panas Heater 2
Fungsi : Sebagai pemanas awal gas proses dari mixing point
Tabel 5.3 Neraca Massa Heater 2
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
CH4 1,53E+06 3,42E+06
C2H6 2,99E+04 8,17E+04
C3H8 3,30E+04 9,93E+04
i-C4H10 1,09E+04 3,72E+04
n-C4H10 1,61E+04 6,36E+04
i-C5H12 1,59E+03 6,87E+03
n-C5H12 3,16E+03 1,09E+04
C6H14 6,15E+03 2,16E+04
CO2 5,81E+04 1,39E+05
N2 3,85E+04 8,23E+04
H2O 6,58E+06 1,41E+07
Qsistem 9,78E+06
Total 1,81E+07 1,81E+07
Heater 2
36
4000C 8000C
V.4. Neraca Panas Steam Reformer
Fungsi: Mengkonversi gas alam menjadi syngas yaitu gas CO dan H2
Tabel 5.4 Neraca Panas Steam Reformer
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
CH4 3,42E+06 5,26E+05
C2H6 8,17E+04
C3H8 9,93E+04
i-C4H10 3,72E+04
n-C4H10 6,36E+04
i-C5H12 6,87E+03
n-C5H12 1,09E+04
C6H14 2,16E+04
CO2 1,39E+05 3,35E+05
N2 8,23E+04 1,73E+05
H2O 1,41E+07 2,24E+07
H2 1,89E+07
CO 6,79E+06
Qsistem 6,21E+09
Qreaksi 6,18E+09
Total 6,23E+09 6,23E+09
Steam Reformer
37 380C
8000C
Cooling Water
Kondensat V.5. Neraca Panas Cooler 1
Fungsi : Sebagai pendingin gas proses sebelum masuk ke absorber
Tabel 5.5 Neraca Panas Cooler 1
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
CH4 5,26E+05 7,14E+03
CO2 3,35E+05 3,86E+03
N2 1,73E+05 2,88E+03
H2O 2,24E+07 3,65E+05
H2 1,89E+07 2,83E+05
CO 6,79E+06 1,13E+05
Qsistem -4,83E+07
Total 7,75E+05 7,75E+05
Cooler 1
38 700C
380C
Steam
Kondensat V.6. Neraca Panas Absorber
Fungsi : Menyerap gas CO2 yang ada dalam gas proses
Tabel 5.6 Neraca Panas Absorber
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
CH4 7,14E+03 2,43E+04
CO2 3,86E+03 1,37E+04
N2 2,88E+03 9,94E+03
H2O 3,65E+05 1,26E+06
H2 2,83E+05 9,90E+05
CO 1,13E+05 3,90E+05
MEA 3,69E+02 2,01E+03
Qsistem 1,91E+06
Total 2,69E+06 2,69E+06
Absorber
39 2600C
700C
Steam
Kondensat V.7. Neraca Panas Heater 3
Fungsi : Sebagai pemanas gas proses sebelum masuk ke reaktor DME
Tabel 5.7 Neraca Panas Heater 3
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
CH4 2,4E+04 1,2E+05
CO2 6,8E+02 4,0E+03
