perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METANOL DARI GAS ALAM MELALUI PROSES LURGI DENGAN KATALIS CuO/ZnO/Al2O3 KAPASITAS 150.000 TON/TAHUN HALAMAN JUDUL
Oleh : 1. Amirza Rahmanu Prabowo
I 0510003
2. Risal Rismawan
I 0510032
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK METANOL DARI GAS ALAM MELALUI PROSES LURGI DENGAN KATALIS CuO/ZnO/Al2O3 KAPASITAS 150.000 TON/TAHUN HALAMAN JUDUL
Oleh : 1. Amirza Rahmanu Prabowo
I 0510003
2. Risal Rismawan
I 0510032
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 commit to user i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrohim. . . Rasa syukur penulis haturkan kepada Allah Azza wa Jalla yang telah melimpahkan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir berjudul “Prarancangan Pabrik Metanol dari Gas Alam Melalui Proses LURGI dengan Katalis CuO/ZnO/Al2O3 Kapasitas 150.000 Ton/Tahun” dengan sebaik-baiknya. Dalam penyusunan tugas akir ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Orang tua kami tercinta yang selalu mendoakan yang terbaik untuk kami. 2. Dr. Margono, S.T.,M.T. dan Ir. Paryanto, M.S. selaku dosen pembimbing atas bimbingan dan arahannya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 3. Dr. Sunu H. Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia UNS. 4. Para staf di Jurusan Teknik Kimia atas ilmu, arahan, bantuan dan motivasinya selama ini. 5. Jemy, Yogi, Kurniawan, Rio, Surya, Riska, Evi, Bayu, Yuli, Oki, Yoga, Godel, Rendra, Annisa, Fitri, Joshita, Windra, Yusuf, Yuspa, Tohadi, Bramantyo, Rahmad, Bowo, Khairul yang telah membantu dan memotivasi selama ini. Tak ada gading yang tak retak. Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, walaupun penulis sudah berusaha semaksimal mungkin untuk mendekati kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta,
commit to user iii
Januari 2015
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul………………………………………………………………..........i Lembar Pengesahan…………………………………………………………….…ii Kata Pengantar……………………………………………………………………iii Daftar Isi………………………………………………………………………….iv Daftar Tabel………………………………………………………………………ix Daftar Gambar…………………………………………………………………...xii Intisari…………………………………………………………………………...xiii BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik…………………………………….....1 I.2. Kapasitas Rancangan…………………………………………………...2 I.2.1. Prediksi Kebutuhan Metanol di Indonesia………………………2 I.2.2. Ketersediaan Bahan Baku……………………………………….4 I.2.3. Kapasitas Pabrik yang Sudah Berdiri……………………………4 I.3. Pemilihan Lokasi Pabrik………………………………………………..5 I.4. Tinjauan Pustaka………………………………………………………..7 I.4.1. Macam-Macam Proses Pembuatan Metanol…………………….7 I.4.1.1. Oksidasi Hidrokarbon…………………………………..7 I.4.1.2. Hidrogenasi Karbonmonoksida Menggunakan Variabel Tekanan……………………………………………...…8 I.4.2. Kegunaan Produk………………………………………………..9 I.4.3. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk………………...10 I.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum………………………………...11 commit to user iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB II DESKRIPSI PROSES II.1. Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung, dan Produk…………….12 II.1.1 Spesifikasi Bahan Baku………………………………………..12 II.1.2. Spesifikasi Produk…………………………………………….13 II.1.3. Spesifikasi Bahan Pendukung (Katalis)……………………....13 II.2. Konsep Reaksi………………………………………………………...14 II.2.1. Dasar Reaksi…………………………………………………..14 II.2.2. Kondisi Operasi……………………………………………….14 II.2.3. Mekanisme Reaksi…………………………………………....15 II.2.4. Tinjauan Termodinamika……………………………………..16 II.2.5. Tinjauan Kinetika……………………………………………..16 II.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses…………………………….18 II.3.1 Diagram Alir Proses…………………………………………...18 II.3.2. Tahapan Proses………………………………………………..22 II.4. Neraca Massa dan Neraca Panas……………………………………...25 II.4.1. Neraca Massa………..............................................................25 II.4.1.1. Neraca Massa Overall………………………………26 II.4.1.2. Neraca Massa Masing-Masing Alat………………..27 II.4.2. Neraca Panas………………………………………………….30 II.4.2.1. Neraca Panas Overall……………………………….30 II.4.2.2. Neraca Panas Masing-Masing Alat…………………31 II.5. Tata Letak Pabrik dan Peralatan Proses………………………………40
commit to user v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB III PERALATAN PROSES III.1. Spesifikasi Alat-Alat Proses………………………………………….43 III.2. Spesifikasi Tangki Penyimpanan Produk……………………………44 III.3. Spesifikasi Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)…………………...45 III.4. Spesifikasi Alat Penampung Kondensat (Accumulator)……………..49 III.5. Spesifikasi Alat Pengubah Tekanan………………………………….50 III.6. Spesifikasi Pompa Proses…………………………………………….51 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM DAN PENGOLAHAN LIMBAH IV.1. Unit Pendukung Proses………………………………………………52 IV.1.1 Unit Pengadaan Air………………………………………….53 IV.1.1.1 Air Pendingin……………………………………..54 IV.1.1.2. Air Umpan Boiler………………………………...54 IV.1.1.3. Air Konsumsi dan Sanitasi……………………….55 IV.1.1.4. Air Pemadam Kebakaran………………………...56 IV.1.1.5. Pengolahan Air…………………………………..56 IV.1.2. Unit Pengadaan Pendingin Reaktor…………………………61 IV.1.3. Unit Pengadaan Udara Tekan……………………………….61 IV.1.4. Unit Pengadaan Listrik……………………………………...64 IV.1.5. Unit Pengadaan Bahan Bakar……………………………….67 IV.1.6. Unit Pengadaan Steam………………………………………68 IV.2. Laboratorium………………………………………………………...72 IV.3. Unit Pengolahan Limbah…………………………………………….73 commit to user vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN V.1.
Bentuk Perusahaan…………………………………………………..75
V.2.
Struktur Organisasi…………………………………………………..76
V.3.
Tugas dan Wewenang……………………………………………….79 V.3.1. Pemegang Saham……………………………………………79 V.3.2. Dewan Komisaris……………………………………………79 V.3.3. Direktur Utama……………………………………………...80 V.3.4. Staf Ahli……………………………………………………..81 V.3.5. Health, Safety, Environment (HSE)………………………....82 V.3.6. Kepala Bagian……………………………………………….82
V.4.
Pembagian Jam Kerja Karyawan……………………………………86 V.4.1. Karyawan Non-Shift/ Harian………………………………..87 V.4.2. Karyawan Shift……………………………………………………87
V.5. Status Karyawan dan Sistem Upah………………………………….89 V.6.
Penggolongan, Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji……………….90
V.7.
Kesejahteraan Sosial Karyawan……………………………………..91
V.8.
Manajemen Produksi………………………………………………..92 V.8.1. Perencanaan Produksi………………………………………93 V.8.2. Pengendalian Produksi……………………………………...94
BAB VI ANALISIS EKONOMI VI.1. Penafsiran Harga Peralatan…………………………………………..97 VI.2. Dasar Perhitungan……………………………………………………99 VI.3. Hasil Perhitungan…………………………………………………...100 commit to user vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
VI.4. Analisa Kelayakan……………………………………………….....103 DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………….......110 LAMPIRAN
commit to user viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel I.1. Data Impor Metanol di Indonesia……………………………………...2 Tabel I.2. Daftar Produsen Metanol Dunia dan Kapasitas Produksinya………….4 Tabel I.3. Operasi Sintesis Metanol pada Berbagai Teknologi Proses…………...8 Tabel I.4. Sifat Fisika-Kimia Bahan Baku dan Produk………………………….10 Tabel II.1. Spesifikasi Gas Alam Typical………..……………………………....12 Tabel II.2. Spesifikasi Bahan Pendukung (Katalis)……………………………...13 Tabel II.3. Harga ∆Gº Reaksi Sintesis Metanol………………………………….16 Tabel II.4. Neraca Massa Overall………………………………………………...26 Tabel II.5. Neraca Massa di Sekitar Desulfurizer (D-01)………………………..26 Tabel II.6. Neraca Massa di Sekitar Mixing Point……………………………….27 Tabel II.7. Neraca Massa di Sekitar Steam Reformer (R-01)……………………27 Tabel II.8. Neraca Massa di Sekitar Kondensor Parsial 1 (CD-01)……………...28 Tabel II.9. Neraca Massa di Sekitar Reaktor Metanol (R-02)…………………...28 Tabel II.10. Neraca Massa di Sekitar Kondensor Parsial 2 (CD-02)………… ...29 Tabel II.11. Neraca Massa di Sekitar Pressure Relief Valve (PV-01)…………...29 Tabel II.12. Neraca Massa di Sekitar Menara Distilasi (MD-01)………………..30 Tabel II.13. Neraca Panas Overall……………………………………………….30 Tabel II.14. Neraca Panas di Sekitar Kompresor 1 (C-01)………………………31 Tabel II.15. Neraca Panas di Sekitar Furnace 1 (F-01)………………………….31 Tabel II.16. Neraca Panas di Sekitar Desulfurizer (D-01)……………………….32 Tabel II.17. Neraca Panas di Sekitar Mixing Point………………………………32 Tabel II.18. Neraca Panas di Sekitar Furnace 2 (F-02)…………………………..33 commit to user ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Tabel II.19. Neraca Panas di Sekitar Steam Reformer (R-01)…………………...33 Tabel II.20. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger 1 (HE-01)………………..34 Tabel II.21. Neraca Panas di Sekitar Waste Heat Boiler (WHB)………………..34 Tabel II.22. Neraca Panas di Sekitar Kondensor Parsial 1 (CD-01)……………..34 Tabel II.23. Neraca Panas di Sekitar Kompresor 2 (C-02)………………………35 Tabel II.24. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger 2 (HE-02)………………..35 Tabel II.25. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger 3 (HE-03)………………..35 Tabel II.26. Neraca Panas di Sekitar Reaktor Metanol (R-02)…………………..36 Tabel II.27. Neraca Panas di Sekitar Kondensor Parsial 2 (CD-02)……………..36 Tabel II.28. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger 4 (HE-04)………………..36 Tabel II.29. Neraca Panas di Sekitar Menara Distilasi (MD-01)………………...37 Tabel II.30. Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger 5 (HE-05)………………..37 Tabel III.1. Spesifikasi Alat-Alat Proses………………………………………...43 Tabel III.2. Spesifikasi Tangki Penyimpanan…………………………………...44 Tabel III.3. Spesifikasi Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)…………………45 Tabel III.4. Spesifikasi Alat Penampung Kondensat (Accumulator)……………49 Tabel III.5. Spesifikasi Alat Pengubah Tekanan………………………………...50 Tabel III.6. Spesifikasi Pompa Proses…………………………………………...51 Tabel IV.1. Kebutuhan Air Laut Pendingin……………………………………..60 Tabel IV.2. Kebutuhan Air Pendingin…………………………………………..60 Tabel IV.3. Kebutuhan Air Umpan Boiler………………………………………60 Tabel IV.4. Kebutuhan Air Konsumsi Umum dan Sanitasi……………………..60 Tabel IV.5. Kebutuhan Air Laut………………………………………………...61 commit to user x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Tabel IV.6. Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas…………...64 Tabel IV.7. Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan……………………….65 Tabel IV.8. Total Kebutuhan Listrik Pabrik…………………………………….66 Tabel IV.9. Total Kebutuhan Gas Alam………………………………………...68 Tabel IV.10. Total Kebutuhan Off Gas………………………………………………..68 Tabel IV.11. Gas Hasil Samping Bahan Bakar…………………………………..68 Tabel V.1.
Jadwal Pembagian Kelompok Shift………………………………….88
Tabel V.2.
Penggolongan Jabatan, Jumlahh Karyawan dan Gaji……………...90
Tabel VI.1. Indeks Harga Alat………………………………………………….98 Tabel VI.2. Fixed Capital Investment (FCI)…………………………………….101 Tabel VI.3. Working Capital Investment (WCI)………………………………...101 Tabel VI.4.
Direct Manufacturing Cost (DMC)……………………………...102
Tabel VI.5.
Indirect Manufacturing Cost (IMC)………………………………..102
Tabel VI.6.
Fixed Manufacturing Cost (FMC)…………………………………...102
Tabel VI.7.
General Expense (GE)…………………………………………...103
Tabel VI.8.
Analisa Kelayakan……………………………………………….109
commit to user xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1. Grafik Impor Metanol di Indonesia………………………………....3 Gambar I.2. Peta Lokasi Pendirian Pabrik………………………………………..7 Gambar I.3. Kegunaan Metanol pada Tahun 2013……………………………….9 Gambar II.1. Mekanisme Pembentukan Metanol………………………………..15 Gambar II.2. Diagram Alir Kualitatif Pabrik Metanol…………………………...19 Gambar II.3. Diagram Alir Kuantitatif Pabrik Metanol………………………….20 Gambar II.4. Diagram Alir Proses Pabrik Metanol………………………………21 Gambar II.5. Neraca Massa Overal………………………………………………26 Gambar II.6. Neraca Panas Overal……………………………………………….30 Gambar II.7. Tata Letak Pabrik Metanol………………………………………...40 Gambar II.8. Tata Letak Peralatan Proses Pabrik Metanol………………………41 Gambar VI.1. Skema Pengolahan Air Laut Sebelum Masuk Pabrik…………….59 Gambar VI.2. Skema Pengolahan Air Masuk Pabrik……………………………59 Gambar V.1. Struktur Organisasi Perusahaan………………………………….78 Gambar VI.1. Chemical Engineering Cost Index……………………………….99 Gambar VI.2. Grafik Hasil Analisa Kelayakan Pabrik………………………..108
commit to user xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI Amirza Rahmanu Prabowo dan Risal Rismawan, 2015, Prarancangan Pabrik Metanol dari Gas Alam Melalui Proses LURGI dengan Katalis CuO/ZnO/Al 2O3 Kapasitas 150.000 ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Metanol merupakan senyawa alkohol paling sederhana yang banyak dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan formaldehid, dimetil eter (DME), metil tersier butil eter (MTBE), asam asetat, kloro metan, metil metaakrilat, metil amin, asam dimetil terephtalat dalam industri tekstil, kegunaan lain termasuk bahan bakar, zat anti beku dan pelarut. Pabrik Metanol dirancang dengan kapasitas produksi 150.000 ton/tahun. Kebutuhan bahan baku dan unit utilitas per kg produk adalah: gas alam 0,62 kg, steam 1,61 kg, air 149,99 kg, bahan bakar gas alam 0,006 kg, listrik 0,053 kWh dan udara tekan 0,003 Nm3. Proses yang terjadi adalah hidrogenasi karbonmonoksida (CO) dan karbondioksida (CO2) menjadi metanol berlangsung secara eksotermis pada kisaran 220-300ºC dan tekanan 50-100 bar dalam reaktor fixed bed multitube. Kondisi reaktor adalah non isotermal dan non adiabatis serta menggunakan media pendingin dowtherm A sebagai pengendali panas. Konversi di reaktor sebesar 96% untuk CO dan 29% untuk CO2. Produk keluaran reaktor metanol kemudian masuk kondensor parsial untuk memisahkan produk metanol dan gas sisa hasil reaksi dengan cara mengkondensasikan produk metanol dan kemudian dialirkan menuju menara distilasi untuk dimurnikan hingga sesuai standar grade AA. Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff dan karyawan berjumlah 184 karyawan yang terdiri dari karyawan shift dan non shift yang akan didirikan di Kota Bontang, Kalimantan Timur. Hasil analisis ekonomi prarancangan pabrik yaitu, modal tetap Rp 1.763.471.223.421 dan modal kerja sebesar Rp 241.010.805.218. Biaya produksi per tahun sebesar Rp 975.567.770. Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum dan setelah pajak adalah 45,80 % dan 34,35 % dan POT sebelum dan setelah pajak adalah 1 tahun dan 1,13 tahun. BEP sebesar 52,33 %, SDP sebesar 21,04 % dan DCF sebesar 45,36 %. Berdasarkan analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pabrik metanol dengan kapasitas 150.000 ton/tahun layak untuk dipertimbangkan dan direalisasikan berdiri.
commit to user xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT Amirza Rahmanu Prabowo and Risal Rismawan, 2015, Pre Design of Methanol Plant from Natural Gas Through Lurgi Process with CuO/ZnO/Al2O3 Catalyst Capacity of 150,000 Ton/year, Chemical Engineering major, Engineering Faculty, Sebelas Maret University of Surakarta. Methanol is the simplest alcohol compounds are widely used as raw material for making formaldehyde, dimethyl ether (DME), methyl tertiary butyl ether (MTBE), acetic acid, chloromethane, methyl methacrylate, methylamine, dimethyl terephthalate in the textile industry, other uses include fuel, antifreeze and solvent. Methanol plant is designed with production of 150,000 Ton/year. The raw material requirements and utility units per kg product is: natural gas of 0.62 kg, steam of 1.61 kg, water of 149.99 kg, natural gas fuel of 0.006 kg, electricity 0.053 kWh dan compressed air 0.003 Nm3. Process that occur is hydrogenation of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2) to methanol take place on the exothermic conditions at temperature range of 220300ºC and pressure of 50-100 bar inside the fixed bed multitube reactor. Reactor condition is non-isothermal and non-adiabatic and use a cooling medium of dowtherm A for controlling heat. Conversion in the reactor is 96% for CO and 29% for CO2. Methanol reactor product then enter a partial condenser to separate the products methanol and residual gas reaction proceeds by way of condensing the product methanol and then it flowed into the distillation tower to purified up to standardized grade AA. The methanol company has a limited liability company with the organizational structure of line and staff and employees amount to 184 employees consist of shift and non-shift employees who will be established in Bontang, East Kalimantan. The result of economic analysis of plant design is fixed capital of Rp 1,763,471,223,421 and working capital of Rp 241,010,805,218. Cost of production per year is Rp 975,567,770. The result of feasibility analysis shows ROI before and after taxes is 45.80 % and 34.35 % then POT before and after taxes is 1 year and 1.13 year. BEP amount 52.33 %, SDP amount 21.04 % dan DCF amount 45.36 %. Based on the economic analysis can be concluded that the methanol plant with capacity 150,000 Ton/year worth to be considered and realized establishment.
commit to user xiv
