BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Seiring dengan perkembangan kebutuhan masyarakat Indonesia, industri di Indonesia juga semakin berkembang ke arah yang lebih baik. Dewasa ini industri yang berkembang di Indonesia tidak hanya industri produk jadi, tetapi juga produk antara atau intermediate. Asam tereftalat merupakan salah satu produk antara yang banyak dibutuhkan oleh industri lain. Asam tereftalat merupakan bahan baku pembuatan polyethylene tereftalat (PET) yang digunakan pada industri serat kain, tekstil, film dan recording tapes. Selain itu, PET juga digunakan pada industri botol plastik dan kemasan makanan. Seperti yang diketahui, botol plastik dan kemasan makanan digunakan hampir di seluruh aspek kehidupan masyarakat, tidak terkecuali di Indonesia. Menurut Kirk dan Othmer, semula polyethylene tereftalat dibuat dari dimethyl tereftalat (DMT). Namun, yield yang diberikan tidak begitu besar. Saat ini, digunakan asam tereftalat (polymer grade) yang dapat memberikan yield polyester yang lebih besar. Selain itu, kegunaan umum dari asam tereftalat adalah sebagai berikut (Kirk and Othmer, 1991) : 1. Bahan baku dalam pembuatan minyak pelumas berkualitas tinggi. 2. Produksi herbisida. 3. Produksi bahan baku dalam industri cat. 4. Dalam
reaksi
polimerisasi
menggunakan
ethylene
glycol
akan
menghasilkan serat polyester sebagai bahan baku tekstil. 5. Bahan baku polymer filament yarn. Dari uraian di atas, asam tereftalat memiliki fungsi yang sangat luas. Oleh karena itu dibutuhkan industri asam tereftalat untuk memenuhi kebutuhan bahan baku industri PET dan industri lainnya.
1
B. Process Selection Terdapat beberapa cara pembuatan terephtalic acid yaitu: a. Proses Amoco (Mid Century Process) Proses Amoco ini merupakan proses yang paling populer dan digunakan oleh banyak pabrik asam tereftalat di dunia. Proses ini terdiri dari beberapa tahapan proses. Secara garis besar terdapat tiga tahap pada proses ini: 1. Unit reaktor Bahan baku berupa p-xylene, udara dan asam asetat dimasukkan secara kontinu ke dalam oksidator atau reaktor oksidasi. Suhu dalam reactor dijaga pada suhu 175-225oC dengan tekanan 1500-3000 kPa (sekitar 15-30 atm). Udara yang mengandung oksigen sebagai oksidator, dibuat berlebih untuk meminimalisasi hasil samping. Reaksi berlangsung secara eksotermis dan melepaskan 2x108 Joule/kg. Panas tersebut akan menguapkan asam asetat sebagai solvent. Uap asam asetat tersebut akan didinginkan dengan condenser dan dikembalikan lagi ke dalam reaktor. Waktu tinggal reaksi ini adalah 0,5-2 jam dan hasil dari proses reaksi ini menghasilkan yield terephthalic acid minimal 95% mol dengan konversi p-xylene lebih besar dari 98%. Campuran keluar reaktor berbentuk slurry asam tereftalat karena kelarutan asam tereftalat yang terbatas baik dalam air maupun asam asetat 2. Unit pemisahan dan pengeringan Unit ini terdiri dari surge vessel, centrifuge dan rotary drier. Surge vessel berfungsi untuk menurunkan suhu dan tekanan dari slurry keluar reaktor yang selanjutnya slurry akan dipisahkan oleh centrifuge. Kristal asam tereftalat kemudian dikeringkan dengan udara panas dalam rotary drier. 3. Unit recovery Setelah dari centrifuge, asam tereftalat terpisah dari beberapa hasil samping yakni, asam asetat, air dan sedikit p-xylene. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam menara distilasi untuk memisahkan
2
air yang tidak diinginkan. Hasil atas yakni air akan dibawa ke waste treatment sedangkan yang lain akan direcycle ke reaktor. b. Proses Labofina Proses ini adalah proses kontinu yang juga mereaksikan p-xylene dengan udara atau mengoksidasi p-xylene. Dalam proses Labofina, terdapat dua tahap oksidasi dengan air sebagai solvennya. Proses oksidasi pertama menggunakan 10% berat air dengan katalis cobalt/manganese hingga mencapai konversi 15%. Dilanjutkan dengan proses oksidasi kedua dengan menggunakan katalis yang sama menggunakan 20-70% berat air. Hasil akhir dari rangkaian oksidasi di atas dapat mencapai konversi 50%. Range suhu reaksi yang dipakai di reaktor 1 berkisar antara 130-170oC dan suhu reaksi di reaktor 2 dapat mencapai 200oC. Setelah keluar dari reaktor, campuran dimasukkan ke kolam sedimentasi untuk dilakukan pemisahan dengan gaya gravitasi. Pemisahan ini berguna untuk memisahkan asam tereftalat dengan soluble component. Hasil atas dari pemisahan tersebut dikembalikan ke reaktor kedua. Sedangkan slurry yang mengandung asam tereftalat dipanaskan kemudian dipisahkan dengan centrifuge untuk mendapatkan kristal asam tereftalat. Kelebihan dari proses ini adalah biaya operasinya lebih murah karena solvent yang digunakan adalah air. Limbah yang dihasilkan juga relatif lebih ramah lingkungan karena tidak digunakan asam asetat. Kekurangannya, konversi dan yield yang didapat lebih kecil dibandingkan proses lainnya. c. Eastman Kodak Company Process Proses ini juga menggunakan p-xylene dan udara sebagai bahan baku. Sebagai promotor oksidasi digunakan alkanoic acid, dapat digunakan asam asetat atau asetaldehid. Reaksi berlangsung dalam suhu 190-230oC dengan tekanan 1850-3600 kPa pada reaktor gelembung. Waktu tinggal untuk reaksi ini berkisar antara 1-2 jam dengan hasil yield sebesar 98,3%
3
dan konversi sebesar 95%. Sebagai katalis dalam reaksi ini dipakai cobalt, manganese juga menggunakan katalis tambahan yakni samarium. Setelah reaksi, kristal asam tereftalat akan dipisahkan dengan centrifuge untuk memisahkan kristal dengan cairan lain yang mengandung solven, air dan nitrogen. Setelah itu asam tereftalat dibawa ke crystallizer untuk dipisahkan kembali dan memperoleh asam tereftalat yang lebih murni. Kemudian proses pemisahan dilanjutkan dengan vacuum flash drum dan solven akan dikembalikan ke reaktor. Asam tereftalat akan didapatkan setelah tahap pemurnian dengan rotary drum vacuum filter dan drier. Secara garis besar, proses ini hampir sama dengan proses Amoco. Kelebihan dari proses ini adalah yield yang didapatkan lebih besar dari proses lainnya. Namun, proses ini memerlukan katalis tambahan, yaitu samarium yang merupakan golongan lantanida. Walaupun jumlah samarium yang diperlukan sedikit (0,005-500 ppm), samarium sulit dicari dan mahal. d.
UOP LLC Process Proses ini sebenarnya adalah pengembangan dan modifikasi dari proses Amoco. Bahan bakunya pun tidak jauh berbeda yakni udara dan pxylene. Namun dalam proses ini bahan baku diperkaya dengan p-toluic acid yang merupakan senyawa antara proses oksidasi p-xylene menjadi asam tereftalat dan ionic liquid. Katalis yang digunakan dalam reaksi ini sama dengan reaksi lainnya yakni cobalt, manganese dan juga bromine dengan solven asam asetat. Bahan baku tersebut direaksikan dengan suhu 125275oC untuk membentuk asam tereftalat yang lebih murni daripada proses konvensional. Ionic liquids sendiri dapat dibuat melalui sangat banyak kombinasi sederhana yang bisa dipakai. Namun secara umum, sintesis ionic liquid ini dibagi menjadi dua yakni anion exchange untuk membentuk produk yang diinginkan dan kation yang diinginkan. Proses UOP LLC ini adalah proses baru yang baru dipatenkan oleh UOP LLC Company pada tahun 2014 ini. Proses ini masih sangat baru dan
4
belum banyak digunakan oleh pabrik asam tereftalat di tempat lainnya walaupun dalam claim yang diajukan produk yang dihasilkan memiliki kemurnian yang lebih tinggi. UOP LLC memaparkan bahwa proses ini akan memberikan konversi dan yield asam tereftalat yang lebih besar daripada proses konvensional lainnya. Namun diperlukan bahan lain, yaitu p-toluic acid dan ionic liquids. Hal tersebut akan menaikkan biaya operasi proses ini. Secara garis besar, keempat proses dapat digambarkan pada tabel di bawah.
Tabel 1.1. Tabel Perbandingan Proses Pembuatan Asam Tereftalat Amoco
Labofina
Eastman Kodak
UOP LLC
Konversi
98%
50%
95%
>Amoco
Yield
95%
N/A
98,3%
>Amoco
Suhu operasi (oC)
175-225
130-200
190-230
125-275
Tekanan operasi
1500-3000
N/A
1850-3600
N/A
p-xylene
p-xylene
p-xylene
p-xylene enriched
(kPa) Bahan
with p-toluic acid Solven
HAc
water
HAc
HAc dan ionics liquid
Katalis
Co & Mn & Br
Co / Mn
Co & Mn & Sm
Co & Mn & Br
Limbah
4-CBA & HAc
4-CBA
4-CBA & HAc
4-CBA & HAc
Dengan perimbangan dan uraian di atas, pabrik ini akan menggunakan proses Amoco. Proses ini akan mendapatkan yield dan konversi reaktan yang relatif lebih tinggi daripada proses lainnya. Katalis yang digunakan juga tidak semahal proses Eastman Kodak. Bahan baku yang digunakan hanya p-xylene dan udara dengan asam asetat sebagai solven. Selain itu, metode ini sudah dipakai secara luas di seluruh dunia dalam produksi asam tereftalat.
5
Kelebihan dari proses ini antara lain: 1. Bahan baku yang digunakan pada proses ini mudah didapatkan dan bahan baku yang digunakan merupakan produk samping dari industri petroleum. 2. Produksi asam tereftalat pada proses ini memiliki yield hampir 100% dengan pengotor 4-carboxybenzaldehyde yang sangat sedikit. 3. Efisiensi dari proses ini sangat tinggi jika dibandingkan dengan metode yang lain dengan konversi sebesar 95% berat. 4. Kemurnian produk yang diperoleh sangat tinggi yaitu 99%. 5. Polusi yang ditimbulkan dari proses ini sangat sedikit. 6. Pelarut dan katalis yang digunakan dapat diambil dan digunakan kembali. Percent recovery dari pelarut dapat mencapai 90%. Bahan baku yang digunakan adalah p-xylene dengan kemurnian 99%, hal ini bertujuan meminimalkan hasil samping yang terbentuk karena senyawa organik yang terdapat sebagai impurities pada p-xylene juga akan ikut teroksidasi. sedangkan sebagai katalisator digunakan Co-asetat yang larut di dalam asam asetat 70% berat.
6
Reaksi oksidasi yang terjadi bisa digambarkan sebagai berikut : CH3
COOH 1500C-2700C 2H2O +
+ 3O2
1500 kPa-3000 kPa CH3
COOH
Namun sebenarnya reaksi yang terjadi sangatlah kompleks dengan kehadiran beberapa hasil samping dan hasil antara seperti yang terlihat pada mekanisme reaksi di bawah ini: p-xylene + O2 terephtalic acid + water
(1)
p-xylene + O2 p-toluic acid + water
(2)
p-xylene + O2 4-carboxybenzaldehyde (4-CBA) + water (3) Pemilihan kondisi operasi : Reaksi pembentukan asam tereftalat dari p-xylene dan udara merupakan reaksi gas-cair. P-xylene berada pada fase cair dan udara berada pada fase gas. Kondisi operasi yang dipilih pada proses ini yaitu tekanan operasi sebesar 15-30 atm dan suhu operasi berkisar antara 150-2700C. Reaksi pembuatan asam tereftalat merupakan reaksi eksothermis sehingga akan terjadi kenaikan suhu sampai 2700C. Titik didih dari p-xylene sebesar 1380C, agar fase p-xylene berada pada fase cair maka tekanan operasi dibuat tinggi yaitu antara 15-30 atm. Tekanan operasi tidak boleh melebihi 30 atm untuk alasan safety dan perancangan alat. Suhu operasi juga tidak boleh melewati 270 0C karena jika suhu operasi di atas 2700C akan terjadi reaksi samping dan akan menurunkan yield asam tereftalat. Suhu operasi 150-2700C dan tekanan operasi 15-30 atm dipilih karena pada kondisi operasi yang demikian diperoleh konversi maksimum sebesar 98% dan yield sebesar 95%.
7
C. Market Analysis 1. Proyeksi kebutuhan asam tereftalat di Indonesia Menurut Badan Pusat Statistik, kebutuhan impor dari asam tereftalat kian meningkat. Hal ini dapat diamati dari data impor asam tereftalat yang ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel 1.2. Jumlah Impor Asam Tereftalat di Indonesia Tahun 2009-2013 Tahun
Jumlah Impor (Ton)
2009
1.146,54
2010
32.963,58
2011
40.101,94
2012
72.856,19
2013
83.978,12
Kebutuhan impor asam tereftalat meningkat secara tajam pada tahun 2009-2010. Berdasarkan data di atas, diperkirakan kebutuhan impor asam tereftalat akan meningkat setelah tahun 2013. Kebutuhan impor harus diimbangi dengan ekspor agar kebutuhan asam tereftalat di Indonesia dapat terpenuhi. Kebutuhan ekspor asam tereftalat ditunjukkan pada tabel di bawah.
8
Tabel 1.3. Jumlah Ekspor Asam Tereftalat di Indonesia Tahun 2009-2013 Tahun
Jumlah Ekspor (Ton)
2009
17.730,96
2010
36.632,2
2011
37.525,75
2012
59.785,34
2013
70.358,785
Jika membandingkan data pada tabel 1 dengan tabel 2, terlihat bahwa kebutuhan ekspor belum bisa mengimbangi kebutuhan impor. Idealnya, kebutuhan ekspor harus lebih besar daripada kebutuhan impor agar suatu negara mendapatkan keuntungan. Oleh karena itu pabrik asam tereftalat ini perlu dibangun untuk menunjang jumlah ekspor asam tereftalat Indonesia. Dari data ekspor dan impor dapat diketahui kebutuhan asam tereftalat setiap tahunnya, dengan persamaan : Kebutuhan = (Jumlah Impor Asam Tereftalat) – (Jumlah Ekspor Asam Tereftalat) Tabel 1.4. Kebutuhan Asam Tereftalat di Indonesia Tahun 2009-2013 Tahun
Kebutuhan Asam Tereftalat (Ton)
2009
-4.243,423
2010
1.643,63
2011
4.601,19
2012
15.095,853
2013
13.619.335
Kebutuhan asam tereftalat meningkat sejak tahun 2009 hingga tahun 2013. Dapat diperkirakan di tahun-tahun berikutnya kebutuhan akan semakin meningkat. Dengan pendekatan persamaan linear, didapat grafik seperti di bawah.
9
20000
KEBUTUHAN (TON)
15000
Kebutuhan per tahun
10000 Linear (Kebutuhan per tahun) 5000 0 2009
2010
2011
2012
2013
-5000 -10000
TAHUN
Gambar 1.2. Grafik Kebutuhan Asam Tereftalat dan Pendekatan Linear Hasil plot dari kebutuhan asam tereftalat didekati dengan persamaan linear. Didapat persamaan y = 4917,7x – 8609,9. Dengan x adalah tahun. Dari persamaan tersebut, bisa diperkirakan kebutuhan asam tereftalat pada tahun 2014-2017 seperti pada tabel berikut. Tabel 1.5. Perkiraan Kebutuhan Asam Tereftalat di Indonesia Tahun
Kebutuhan Asam Tereftalat (Ton)
2014
20.892
2015
25.809
2016
30.726
2017
35.643
Pada tahun 2017, Indonesia harus memenuhi kebutuhan kebutuhan asam tereftalat yaitu sebesar 35.643 ton.
10
2. Kapasitas Pabrik Terpasang di Indonesia dan Internasional Di Indonesia, saat ini terdapat beberapa pabrik asam tereftalat antara lain: a. PT. Pertamina Berlokasi di Plaju (Palembang) dengan kapasitas sebanyak 225.000 ton/tahun. b. PT. Mitsubishi Chemical Indonesia Berlokasi di Serang (Banten) dengan kapasitas sebanyak 650.000 ton/tahun. c. PT. Polysindo Eka Perkasa Berlokasi di Karawang (Banten) dengan kapasitas sebanyak 350.000 ton/tahun. d.
PT. Amoco Mitsui Berlokasi di Merak (Banten) dengan kapasitas sebanyak 400.000 ton/tahun.
e.
PT. Polyprima Karyareksa Berlokasi di Serang (Banten) dengan kapasitas sebanyak 400.000 ton/tahun. Di pasar internasional, asam tereftalat diproduksi oleh beberapa
pabrik antara lain : a.
Hitachi Plant Technologies, Ltd Berlokasi di China dengan kapasitas sebanyak 900.000 ton/tahun.
b.
Eastman Chemical Company Berlokasi di Amerika dengan kapasitas sebanyak 600.000 ton/tahun.
c.
Petkim Berlokasi di Turki dengan kapasitas sebanyak 70.000 ton/tahun.
d.
British Petroleum Berlokasi di Zhuhai (China) dengan kapasitas sebanyak 1.250.000 ton/tahun. Kapasitas minimal pabrik asam tereftalat saat ini adalah 250.000
ton/tahun. Hal tersebut terkait dengan harga bahan baku dibanding dengan
11
harga produk. Diperlukan jumlah produk yang cukup besar untuk menjadikan sebuah pabrik asam tereftalat ekonomis. Jumlah storage dan container yang besar harus disediakan untuk menunjang kebutuhan dunia akan asam tereftalat saat ini (Kirk and Othmer, 1991). Maka dengan pertimbangan-pertimbangan tersebut, pabrik ini direncanakan memiliki kapasitas sebesar 250.000 ton/tahun. Asam tereftalat yang akan diproduksi adalah polymer-grade terephthalic Acid (PTA).
12
