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 Genteng/atap, tangki (fibreglass reinforced plastic
(UPR)
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 Busa plastik dan
Tetrabromo
Phthalic
Anhydride 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.
1
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 satusatunya di Indonesia yang memproduksi phthalic anhydride. Kapasitas pabrik terpasang
2
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
Kapasitas, ribuan ton per tahun
Lokasi
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
110
Elwood, Illinois, US
Total
538 (Sumber : www.icis.com)
Tabel 1.4. Data Kapasitas Pabrik Phthalic Anhydride Terpasang di Eropa
Angarsk Petrochemical
Angarsk, Russia
Kapasitas , ribuan ton per tahun 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
Omsk Chemical
Omsk, Russia
40
Perusahaan
Lokasi
3
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. Reaksi oksidasi naphthalene mengikuti reaksi dibawah ini :
4
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 :
Gambar 1.2. Oksidasi Phthalic Anhydride menjadi Maleic Anhydride
5
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 COx dan H2O.
6
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 Bahan baku
Proses Oksidasi o-xylene
setiap kilogram naphthalene
setiap kilogram 95% o-
menghasilkan yield 0,97 kg
xylene menghasilkan yield
phthalic anhydride
1,03 kg phthalic anhydride. (yield teoritis 1,39 kg/ kg 100% o-xylene)
Rasio umpan
udara:naphthalene = (10-12):1
udara :o-xylene = 25:1
Suhu 360oC dan tekanan 2 atm
Suhu 350oC dan tekanan 2,2
reaktor Kondisi operasi
bar Finishing produk
Pemisahan produk dari maleic
Pemisahan produk dari
anhydride dilanjutkan
maleic anhydride
pemisahan naphthoquinone Emisi
Karbondioksida
Tidak ada karbondiokasida
Produk akhir
Kemurnian produk : 85 %
Kemurnian produk : 99,8 %
7
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 o-xylene lebih dipilih. Namun harga oxylene 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.
8
