Prarancangan Pabrik Tetrafluoroethylene dari Chlorodifluoromethane dengan Kapasitas 24.000 Ton/Tahun
BAB I PENGANTAR
1.1 Latar Belakang Tetrafluoroethylene (TFE) merupakan produk intermediate yang juga bahan baku (monomer) dalam pembuatan Polytetrafluoroethylene (PTFE) atau yang lebih dikenal dengan nama Teflon. Bahan tersebut memiliki sifat yang sangat reaktif dan hazardous. Karena TFE merupakan bahan baku dari PTFE maka jumlah kebutuhan TFE sangat langsung berkaitan dengan kapasitas produksi PTFE. Berdasarkan data yang diperoleh dari Grand View Research, penjualan PTFE secara global pada tahun 2012 mencapai 3.465 juta USD atau setara dengan 248.500 ton PTFE. Hampir 30% kebutuhan PTFE dunia dihasilkan oleh negaranegara di regional Asia-Pasifik seperti India, Tiongkok, dan Jepang sementara di Indonesia belum terdapat pabrik PTFE. Kapasitas produksi beberapa pabrik penghasil PTFE di dunia ditunjukkan pada tabel I berikut ini. Tabel I.1. Kapasitas Pabrik PTFE di Dunia Tahun 2004 No
Pabrik
Negara
Kapasitas (ton/tahun)
1
Asahi Glass Company
Inggris
3000
2
duPont
Belanda
5500
3
3M
Jerman
9800
4
SolveySolexis
Italia
6500
5
Daikin
Amerika Serikat
3000
6
Asahi Glass Company
Jepang
4000
7
Daikin
Jepang
3000
8
duPont Mitsui
Jepang
3800 6000
9
Gujarat Fluorochemical Industry
(pada tahun 2011 India
kapasitas produksi meningkat menjadi 16000 ton/tahun)
Sumber: The Gasket Fabricator Newsletter, December 2011 Unggul Adi Wibowo Wahyu Faizal Ardy
11/319209/TK/38339 11/319134/TK/38265
1
Prarancangan Pabrik Tetrafluoroethylene dari Chlorodifluoromethane dengan Kapasitas 24.000 Ton/Tahun
Perkembangan industri kimia, otomotif, elektronik, dan manufaktur yang begitu pesat membuat permintaan terhadap PTFE meningkat setiap tahunnya. Grand View Research memperkirakan pada tahun 2020 mendatang, penjualan PTFE dunia akan mencapai nilai 6.640 juta USD atau setara dengan 476.000 ton per tahun. Dengan demikian, masih diperlukan peningkatan produksi PTFE di dunia sekitar 227.500 ton/tahun. Berdasarkan data tersebut, pada tahun 2017 akan didirikan pabrik PTFE dengan kapasitas PTFE sebesar 20.000 ton per tahun. Pemilihan kapasitas tersebut berada di atas kapasitas pabrik PTFE yang sudah ada di dunia, dengan tujuan agar pabrik yang didirikan dapat bersaing secara ekonomi di pasar global. Diharapkan dengan pendirian pabrik PTFE tersebut dapat memenuhi kebutuhan PTFE di dunia dan pada akhirnya akan meningkatkan perekonomian negara. Untuk menunjang rencana pendirian pabrik PTFE tersebut tentunya juga diperlukan pabrik TFE sebagai penghasil bahan baku pembuatan PTFE. Proses polimerisasi TFE menjadi PTFE menghasilkan yield sebesar 86%, berbekal dasar tersebut maka untuk menghasilkan PTFE dengan kapasitas 20.000 ton per tahun diperlukan TFE sekitar 24.000 ton per tahun. Dengan demikian, pabrik TFE yang direncanakan akan didirikan pada tahun 2017 bersamaan dengan pabrik PTFE memiliki kapasitas 24.000 ton per tahun. Chlorodifluoromethane yang diperlukan sebagai bahan baku pembuatan TFE sebesar 72.191,14 ton per tahun (basis yield sebesar 93% dan konversi 65%) dan diperoleh dengan cara impor karena ketersediaannya di dunia yang masih cukup melimpah. Pada tabel II berikut ini disajikan data ketersediaan chlorodifluoromethane di dunia. Tabel I.2. Kapasitas Produksi Chlorodifluoromethane di Dunia No.
Tahun
Produksi Chlorodifluoromethane (ton/tahun)
1.
2004
189.545
2.
2005
176.373
3.
2006
165.478
4.
2007
165.862
Sumber: Alternative Fluorocarbons Environmental Acceptability Study (AFEAS) 2007 report Unggul Adi Wibowo Wahyu Faizal Ardy
11/319209/TK/38339 11/319134/TK/38265
2
Prarancangan Pabrik Tetrafluoroethylene dari Chlorodifluoromethane dengan Kapasitas 24.000 Ton/Tahun
Pemilihan lokasi pendirian pabrik merupakan salah satu hal yang penting dalam perancangan suatu pabrik kimia. Banyak faktor yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan lokasi suatu pabrik. Dalam perancangan pabrik TFE dari chlorodifluoromethane ini, Dumai, Riau merupakan tempat yang dipilih sebagai lokasi pendirian pabrik.
Gambar 1.1. Lokasi Pendirian Pabrik Tetrafluoroethylene Beberapa faktor yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan lokasi pabrik tersebut antara lain yaitu: 1. Sumber Bahan Baku Bahan baku chlorodifluoromethane diperoleh dengan cara impor dari Gujarat Fluorochemical Industry yang berada di India. Lokasi pabrik yang berada di Dumai berada pada posisi yang strategis dan mudah dijangkau dari sumber bahan baku. 2. Sarana Transportasi Salah satu alasan pemilihan Dumai sebagai lokasi pendirian pabrik TFE ini adalah karena letaknya yang berada di dekat garis pantai yang cukup luas. Kondisi ini memberikan kemudahan dalam hal transportasi bahan yang dapat dilakukan melalui jalur laut. Hal ini juga sejalan dengan
Unggul Adi Wibowo Wahyu Faizal Ardy
11/319209/TK/38339 11/319134/TK/38265
3
Prarancangan Pabrik Tetrafluoroethylene dari Chlorodifluoromethane dengan Kapasitas 24.000 Ton/Tahun
kebijakan pembangunan ekonomi nasional yang berorientasi pada kemaritimian. Kebijakan tersebut salah satunya adalah pembangunan tol laut yang akan menghubungkan pulau-pulau besar di Indonesia termasuk di pulau Sumatera. Hadirnya pelabuhan tersebut nantinya akan terintegrasi dengan pabrik TFE. 3. Sarana Utilitas Posisi Dumai yang berada di dekat laut juga akan memberikan keuntungan dalam hal kemudahan mendapatkan air untuk penyediaan air proses. 4. Kondisi Alam Letak Dumai berada pada sisi timur pulau sumatera yang berjauhan dengan jalur api (ring of fire) sehingga dapat dikatakan bahwa pabrik TFE berada pada lokasi yang relatif aman dari bencana erupsi, gempa bumi, dan tsunami. 5. Sosial Masyarakat Pabrik TFE tergolong pabrik yang berisiko tinggi karena menggunakan bahan yang berbahaya sehingga pabrik harus berada pada lokasi yang relatif jauh dengan pemukiman padat penduduk. Pemilihan lokasi pendirian pabrik di Dumai salah satunya disebabkan karena daerah tersebut merupakan daerah yang tidak padat penduduk.
1.2 Tinjauan Pustaka Proses pembuatan TFE telah banyak dikembangkan terutama dalam rangka meningkatan kemurnian hasil TFE ,sehingga akan mengurangi biaya untuk proses pemurnian dan diperoleh proses yang efisien. Berikut ini merupakan beberapa proses pembuatan TFE: 1. Thermal Plasma Pyrolisis of Tetrafluoromethane TFE dapat disintesis dari tetrafluoromethane (CF4) dengan high-intensity arc menggunakan elektrode berupa karbon. Reaksi kimia yang terjadi dalam pembuatan TFE dengan cara ini adalah sebagai berikut (Bronfine, 1970): 2 CF4 → C2F4 +2F2 Unggul Adi Wibowo Wahyu Faizal Ardy
11/319209/TK/38339 11/319134/TK/38265
(1.1) 4
Prarancangan Pabrik Tetrafluoroethylene dari Chlorodifluoromethane dengan Kapasitas 24.000 Ton/Tahun
Selain menghasilkan TFE sebagai produk utama, proses ini juga menghasilkan produk samping berupa hexafluoroethane (C2F6) dan octafluoropropane (C3F8). Semakin tinggi daya listrik yang digunakan dan semakin rendah tekanan operasi, akan meningkatkan yield TFE yang diperoleh. Yield TFE maksimum yang dapat diperoleh adalah 75% dengan menggunakan daya sebesar 20 kW pada tekanan operasi 0,1 atm dan suhu 2000-4000 K. Proses pemisahan TFE dari produk samping dilakukan dengan proses
brominasi
yang
diikuti
dengan
dehalogenasi
menggunakan zinc. Yield TFE yang diperoleh melalui proses ini cukup tinggi, akan tetapi proses ini menggunakan teknologi yang tergolong baru dan membutuhkan energi yang sangat besar. Selain itu, untuk memperoleh TFE dengan kemurnian yang tinggi harus melewati proses pemurnian yang panjang dan kompleks, dengan demikian biaya untuk proses pemurnian produk cukup besar. 2. Dechlorinated and Dimerized of Dichlorodifluoromethane TFE dapat disintesis melalui proses deklorinasi dan dimerisasi dichlorodifluoromethane (CF2Cl2) (Vecchio dkk,1972). Proses pembuatan TFE dengan cara ini dilakukan pada tangki berpengaduk yang berisi medium berupa solven organik dengan alkali amalgam pada suhu 20 oC. Proses ini mampu menghasilkan yield yang tinggi yaitu sebesar 98% dengan hasil samping yang sedikit atau dengan kata lain kemurnian TFE yang diperoleh cukup tinggi, sehingga akan menekan biaya untuk proses pemurnian TFE dari hasil samping lainnya. Selain itu, proses pembuatan TFE menggunakan cara ini memiliki kelebihan dari segi prosesnya yang cukup sederhana dengan kondisi operasi yang tidak ekstrim. Akan tetapi proses ini menggunakan salah satu bahan yang sangat berbahaya baik bagi kesehatan manusia maupun lingkungan yaitu alkali amalgam. Penggunaan bahan tersebut mulai dikurangi bahkan dilarang terkait dengan dampak negatif yang ditimbulkan. 3. Thermal Pyrolisis of Chlorodifluoromethane Pembuatan TFE dengan bahan baku berupa chlorodifluoromethane (CHClF2) melalui mekanisme reaksi sebagai berikut (Broyer dkk, 1987): Unggul Adi Wibowo Wahyu Faizal Ardy
11/319209/TK/38339 11/319134/TK/38265
5
Prarancangan Pabrik Tetrafluoroethylene dari Chlorodifluoromethane dengan Kapasitas 24.000 Ton/Tahun
CHClF2 ↔ CF2∙ + HCl
(1.2)
2CF2∙ ↔ C2F4
(1.3)
2C2F4 ↔ c-C4F8
(1.4)
C2F4 + CF2∙ ↔ C3F6
(1.5)
C2F4 + HCl → H(CF2)2Cl
(1.6)
Pembuatan TFE dilakukan melalui proses pirolisis pada plug-flow reactor yang tahan terhadap korosi seperti platinum pada tekanan subatmosferis hingga atmosferis dengan suhu 590-900 oC. Yield yang dihasilkan melalui proses ini cukup tinggi yaitu sebesar 95%. Untuk meningkatkan efisiensi proses biasanya digunakan superheated steam sebagai diluen. Setelah proses pirolisis berlangsung, gas keluar reaktor didinginkan dan dilakukan proses absorpsi dengan air untuk memisahkan asam yang terbentuk. Campuran gas keluar absorber selanjutnya dikeringkan menggunakan kalsium klorida atau asam sulfat, kemudian campuran gas dikompresi untuk selanjutnya masuk ke proses refrigerated distillation dimana terjadi proses pemisahan TFE dari sisa reaktan dan produk samping lainnya, sehingga diperoleh TFE dengan kemurnian 99,99%. Proses pembuatan TFE dengan cara ini merupakan proses yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. Kelebihan proses ini adalah dapat menghasilkan yield yang tinggi dengan menggunakan teknologi proses yang sederhana dibanding proses lainnya. Hasil samping berupa asam klorida juga merupakan bahan yang memiliki nilai jual cukup tinggi. Selain itu, ketersediaan bahan baku berupa chlorodifluoromethane yang merupakan salah satu jenis refrigerant sangat melimpah karena penggunaannya sebagai refrigerant mulai ditinggalkan terkait dengan isu pemanasan global, dimana senyawa tersebut dapat merusak lapisan ozon pada atmosfer. Kekurangan dari proses ini adalah banyaknya hasil samping yang dihasilkan, akibatnya untuk memperoleh TFE dengan kemurnian 99,99% diperlukan proses pemisahan yang cukup kompleks. Berdasarkan pertimbangan kelebihan dan kekurangan proses tersebut yang meliputi aspek teknologi proses, kondisi operasi, dan yield yang diperoleh, maka Unggul Adi Wibowo Wahyu Faizal Ardy
11/319209/TK/38339 11/319134/TK/38265
6
Prarancangan Pabrik Tetrafluoroethylene dari Chlorodifluoromethane dengan Kapasitas 24.000 Ton/Tahun
dalam tugas prarancangan pabrik kimia ini dipilih proses pembuatan TFE dari chlorodifluoromethane dengan proses thermal pyrolysis.
Unggul Adi Wibowo Wahyu Faizal Ardy
11/319209/TK/38339 11/319134/TK/38265
7
