Prarancangan Pabrik Etilena dari Propana Kapasitas 600.000 ton/tahun
BAB I PENDAHULUAN
Etilena merupakan senyawa hidrokarbon dengan rumus kimia C2H4. Senyawa ini memiliki nama IUPAC ethene, dan dikenal juga dengan nama elayl, acetene, bicarburetted hydrogen, olefiant gas, refrigerant gas R1150. Senyawa ini memiliki titik beku -169,15 oC dan titik didih -103,77 oC. Pada suhu kamar dan kondisi atmosferis senyawa ini berbentuk gas yang berbahaya dan mudah terbakar, oleh karenanya etilen biasa disimpan pada tekanan tinggi atau suhu rendah dengan fasa cair. Sifat senyawa etilen yang reaktif menjadikan etilen sebagai senyawa yang penting dalam perindustrian. Reaksi-reaksi pada etilen diantaranya reaksi polimerisasi, oksidasi, halogenasi, dan oligomerasi. Reaksi polimerasi etilen akan menghasilkan low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), dan high density polyethylene (HDPE) sesuai dengan kondisi reaksinya. Saat ini produsen etilen terbesar di Indonesia adalah PT. Chandra Asri dengan kapasitas produksi mencapai 600.000 ton/tahun. Sebagian besar produk etilen pabrik tersebut dikonversi menjadi polietilen jenis HDPE dan LLDPE, dan styrene monomer, sedangkan sebagian kecil dijual kepada pelanggan industri domestik melalui pipa dan sebagian lainnya dijual di pasar spot. Penggunaan etilen lainnya adalah sebagai bahan dasar ethylene oxide, ethylene dichloride, ethyl benzene, alkohol, olefin, asetaldehid, dan vynilacetate yang kemudian dijadikan produk akhir berupa detergent, antifreeze, polyester, plastik, maupun pipa. Penggunaan etilen yang luas menjadikan senyawa ini sebagai senyawa yang penting bagi siklus perekonomian maupun energi. Keberadaan senyawa ini dijadikan barometer bagi keberlangsungan industri petrokimia. Oleh karenanya pendirian pabrik
1
Prarancangan Pabrik Etilena dari Propana Kapasitas 600.000 ton/tahun
penghasil senyawa etilen dengan efisiensi tinggi dan proses yang efektif baik secara ekonomi maupun teknis sangat diperlukan.
Gambar 1. Pohon Industri Petrokimia Berbasis Etilen Sumber: Edelweiss, 2010
1. Pemilihan Proses Senyawa etilen secara alami diproduksi oleh tumbuhan sebagai hormon yang menstimulasi pematangan buah. Namun dalam skala besar etilen diproduksi dengan proses-proses berikut: a. Dehidrogenasi Alkohol Proses
produksi
etilen
dengan
dehidrasi
alkohol
dapat
digambarkan dengan persamaan reaksi berikut: C2H5OH
C2H4 + H2O
(1)
Reaksi terjadi dengan bantuan katalisator alumina aktif dan asam fosfat. Pembentukan eter terjadi pada suhu 230 oC sedangkan pada suhu 300-400 oC diperoleh etilen dengan kandungan eter minimum. Hasil etilen dapat mencapai 94-99% dari nilai teoritis tergantung pada proses yang 2
Prarancangan Pabrik Etilena dari Propana Kapasitas 600.000 ton/tahun
dipakai. Proses ini berkembang dalam skala kecil di Eropa, Amerika, dan Australia pada tahun 60-an, sebelum akhirnya berkembang pabrik etilen yang lebih murah dengan bahan baku hidrokarbon. Produksi etilen dengan dehidrasi etanol kini juga dikembangkan di Brazil pada pabrik bioetanol dari tetes tebu. Yield etilen yang tinggi diperoleh dengan reaksi menggunakan katalis campuran magnesium oksida, alumina, dan silika dengan suhu reaksi 600-750 K. Etilen yang diproduksi digunakan untuk memproduksi polietilen. Berdasarkan bahan baku dan prosesnya cara ini diklasifikasikan sebagai proses yang ramah lingkungan. Akan tetapi produk etilen yang dihasilkan harganya lebih murah dibanding alkohol
sehingga digunakan proses lain yang
menghasilkan etilen yang menggunakan bahan baku lebih murah. b. Steam Cracking Pembuatan etilen dapat dilakukan dengan pemutusan rantai hidrokarbon dengan pembentukan radikal bebas yang reaktif. Reaksi pembentukan etilen dari hidrokarbon dengan proses steam cracking membutuhkan suhu diantara 750-900 oC dengan waktu tinggal 0,5 detik. reaktan dicampur dengan steam dan dipanaskan hingga 750-900 oC di dalam reaktor. (Karl, 1968) Produk dari reaktor harus segara didinginkan di qeunching tower untuk menghindari reaksi samping yang tidak diinginkan. Tekanan operasi menggunakan tekanan tinggi, akan tetapi steam merupakan inert walaupun tekanan operasi tinggi, ttekanan parsial kecil sehingga dapat meningkatkan yield produk yang dihasilkan. (Karl, 1968) Waktu tinggal yang kurang dari satu detik dan proses quenching menghindarkan terbentuknya karbon yang dapat mengganggu proses. Jika digunakan proses lain akan terbentuk karbon dengan jumlah besar. Steam cracking merupakan proses yang paling banyak digunakan untuk pemecahan rantai hidrokarbon pendek hingga menengah dan menghasilkan produk berupa senyawa alkena dan aromatic. Untuk bahan baku propan, reaksi yang terjadi akan mengikuti persamaan berikut: 3
Prarancangan Pabrik Etilena dari Propana Kapasitas 600.000 ton/tahun
2 C3H8
C2H4 + C2H6 + CH4 + C3H6 + C4H10
(2)
Komposisi produk hasil cracking yang umum berdasarkan data CIEC Promoting Science at University of York adalah sebagai berikut:
Daftar 1. Yield Produk (% massa) Hasil Steam Cracking Berbagai Jenis Bahan Baku
Yield Produk (%massa) Hidrogen Metana Etilen
Propilen Butilen Butadien RPG
Fuel Gas
Etana
5
9
78
3
2
3
Propana
2
27
42
19
3
7
Nafta
1
16
35-25
16
5
5
19-29
4
Gas oil
1
8
23-15
14
5
6
20
23-31
Hidrokarbon (Sumber: CIEC, 2014)
Untuk memaksimalkan laju reaksi cracking dapat dlakukan:
Suhu ditingkatkan sehingga gas dapat bergerak dengan cepat dan lebih banyak bertumbukan
Tekanan di naikkan sehingga partikel berdekatan dan lebih sering bertumbukan.
Katalis tidak diperlukan selama steam dapat memberikan cukup energi untuk bereaksi.
c. Catalytic Cracking Pada proses menggunakan katalis hidrokarbon dilewatkan pada katalis dan terjadi pemutusan ikatan dengan membentuk karbokation bukan radikal. Suhu operasi pada catalytic cracking lebih rendah dibandingkan dengan steam cracking. Suhu operasi sekitar 500-600 oC. Katalis yang biasa digunakan adalah zeolit. Katalis bergerak secara kontinyu seiring dengan terbentuknya produk hasil cracking. Katalis dipisahkan dari produk setelah proses cracking dan diregenerasi dengan melakukan 4
Prarancangan Pabrik Etilena dari Propana Kapasitas 600.000 ton/tahun
pemanasan dengan suhu sekitar 900 K. Katalis yang sudah diregenerasi dapat digunakan kembali. Proses ini biasa digunakan untuk pemutusan ikatan karbon panjang menjadi ikatan karbon menengah seperti gasolin dan jarang digunakan untuk produk petrokimia.
Gambar 2. Catalytic Cracker untuk Pembuatan Alkena (Sumber: CIEC, 2014)
Berdasarkan uraian proses-proses di atas, maka dipilih produksi etilen dengan proses steam cracking karena proses steam cracking merupakan proses yang paling banyak digunakan untuk memproduksi etilen. Dengan steam cracking dapat diperoleh yield etilen tinggi dengan pembentukan hasil samping coke minimum. Adapun bahan baku yang digunakan dalam proses ini adalah propan yang diperoleh dari PT. Badak LNG, Bontang, dan PT. Pertamina Persero.
5
