TEKNOLOGI PENGOLAHAN MINYAK BUMI DAN GAS Analisa Pemilihan
Proses, Deskripsi Proses dan Investasi Unit Polimerisasi
Oleh:Kelompok 2
14
M. RidhoRatih Kesuma W.Ikhsan Abdi K.Anugrah Intan Jn.Rangga
SeptianM. Nugra Prima
A.031010030040310100301303101003019031010030360310100303703101003040
Bobby RedianAgustria SuryaniDwi ApriansyahRizqi
Romadhon03101003041031010030420310100304403101003046
Christoforus SandersPrisca Deviyanti0310100304703101003056
Eka Nur Junianto03101003066
Achmad ZaidanM. Mezal Rd0310100306803101003074
Kurniahadi03101003076
Dea Dita Purilian03101003083
Feni Alfionita03101003089
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS
SRIWIJAYAINDERALAYA2013
I. Pemilihan Proses.1.1. Definisi Polimerisasi Minyak bumi
diolah dengan tahapan proses yang kompleks. Bertujuan menghasilkan
produk bernilai ekonomis . Tahapan yang dilakukan adalah: Thermal
& Catalytic Cracking Thermal & Catalytic Reforming
Polimerisasi Alkylasi IsomerisasiProses polimerisasi adalah proses
reaksi kimia dimana dua molekul atau lebih dengan susunan senyawa
yang sama atau berbeda akan bergabung membentuk satu molekul yang
lebih besar, berupa : Bimolekuler, Trimolekuler atau Polimolekuler,
dengan tetap mempertahankan bentuk dan susunan atom dari molekul
dasarnya.Polimerisasi yang lain adalah poliethylene, polipropylene,
polistyrene dan sebagainya. Monomer adalah molekul dasar,
selanjutnya untuk hasil polimerisasi biasanya disebut : di-mer,
tri-mer, tetra-mer atau polimer. Adapun co-polimer adalah bila
molekul dasarnya terdiri dari 2 macam, misalnya : GSR rubber adalah
suatu co-polimer antara butadiene dengan styrene, buty-rubber
adalah co-polimer antara isobuthylene dengan isoprene.1.2.
Jenis-Jenis Reaksi PolimerisasiPolimerisasi merupakan salah satu
jenis reaksi kimia di mana monomer yang memiliki rantai pendek
bereaksi untuk membentuk rantai yang besar. Dua jenis utama dari
reaksi polimerisasi adalah polimerisasi adisi dan polimerisasi
kondensasi. Aplikasi polimerisasi dalam industri dibedakan menjadi
dua yaitu Polimerisasi Termal dan Polimerisasi Katalitik.1.2.1.
Polimerisasi AdisiPolimer adisi memiliki atom yang sama seperti
monomer dalam unit ulangnya, polimer yang terbentuk dari reaksi
polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh
adisi dari monomer-monomernya yang membentuk ikatan tunggal. Dalam
reaksi ini tidak disertai terbentuknya molekul-molekul kecil
seperti H2O atau NH3, Dalam reaksi polimerisasi adisi, umumnya
melibatkan reaksi rantai. Mekanisme polimerisasi adisi dapat dibagi
menjadi tiga tahap yaitu:
Sebagai contoh mekanisme polimerisasi adisi dari pembentukan
poly-etilenaInisiasi, untuk tahap pertama ini dimulai dari
penguraian inisiator dan adisi molekul monomer pada salah satu
radikal bebas yang terbentuk. Bila kita nyatakan radikal bebas yang
terbentuk dari inisiator sebagai R, dan molekul monomer dinyatakan
dengan CH2 = CH2, maka tahap inisiasi dapat digambarkan sebagai
berikut:
Propagasi, dalam tahap ini terjadi reaksi adisi molekul monomer
pada radikal monomer yang terbentuk dalam tahap inisiasi
Bila proses dilanjutkan, akan terbentuk molekul polimer yang
besar, di mana ikatan rangkap C= C dalam monomer etilena akan
berubah menjadi ikatan tunggal C C pada polimer polietilen
Terminasi, dapat terjadi melalui reaksi antara radikal polimer
yang sedang tumbuh dengan radikal mula-mula yang terbentuk dari
inisiator (R) CH2 CH2 + R CH2 CH2- R atau antara radikal polimer
yang sedang tumbuh dengan radikal polimer lainnya, sehingga akan
membentuk polimer dengan berat molekul tinggi R-(CH2)n-CH2 +
CH2-(CH2)n-R R-(CH2)n-CH2CH2-(CH2)n-R.Beberapa contoh polimer yang
terbentuk dari polimerisasi adisi dan reaksinya antara lain.
olivinil kloridan CH2 = CHCl [ - CH2 - CHCl - CH2 - CHCl - ]n Vinil
klorida polivinil klorida Poliakrilonitriln CH2 = CHCN [ - CH2 -
CHCN - ]n Polistirena
1.2.2. Polimerisasi KondensasiPolimer kondensasi terjadi dari
reaksi antara gugus fungsi pada monomer yang sama atau monomer yang
berbeda. Dalam polimerisasi kondensasi kadang-kadang disertai
dengan terbentuknya molekul kecil seperti H2O, NH3, atau HCl.Di
dalam jenis reaksi polimerisasi yang kedua ini, monomer-monomer
bereaksi secara adisi untuk membentuk rantai. Namun demikian,
setiap ikatan baru yang dibentuk akan bersamaan dengan
dihasilkannya suatu molekul kecil biasanya air dari atom-atom
monomer. Pada reaksi semacam ini, tiap monomer harus mempunyai dua
gugus fungsional sehingga dapat menambahkan pada tiap ujung ke unit
lainnya dari rantai tersebut. Jenis reaksi polimerisasi ini disebut
reaksi kondensasi. Dalam polimerisasi kondensasi, suatu atom
hidrogen dari satu ujung monomer bergabung dengan gugus-OH dari
ujung monomer yang lainnya untuk membentuk air.
Polimer kondensasi mengandung atom-atom yang lebih sedikit
karena terbentuknya produk samping selama berlangsungnya proses
polimerisasi. Kondensasi terhadap dua monomer yang berbeda yaitu
1,6 diaminoheksana dan asam adipat yang umum digunakan untuk
membuat jenis nylon. Nylon diberi nama menurut jumlah atom karbon
pada setiap unit monomer. Dalam gambar ini, ada enam atom karbon di
setiap monomer, maka jenis nylon ini disebut nylon 66.Contoh lain
dari reaksi polimerisasi kondensasi adalah bakelit yang bersifat
keras, dan dracon, yang digunakan sebagai serat pakaian dan karpet,
pendukung pada tape audio dan tape video, dan kantong
plastik.Monomer yang dapat mengalami reaksi polimerisasi secara
kondensasi adalah monomer-monomer yang mempunyai gugus fungsi,
seperti gugus -OH; -COOH; dan NH3.Polipropilen dapat dibuat dari
monomer propilen melalui proses polimerisasi menggunakan katalis
Ziegler-Natta atau katalis metallocene.Katalis Ziegler-Nata
merupakan kombinasi antara senyawa logam transisi dengan senyawa
organologam dari logam golongan I-III. Contohnya adalah katalis
TiCl4 dengan kokatalis Al(C2H5)3. Kokatalis ini berfungsi sebagai
aktivator karena kokatalis bereaksi dengan katalis membentuk
senyawa antara yang aktif. Polimerisasi Ziegler-Natta terbukti
berhasil untuk membuat polimer dari hidrokarbon seperti etilen dan
propilen tetapi tidak dapat digunakan untuk monomer lain yang mirip
seperti polivinilklorida dan poliakrilat tidak dapat dibuat dengan
menggunakan polimerisasi Ziegler-Natta
Beberapa polimer penting yang sering dipergunakan dalam
kehidupan sehari-hari dapat dilihat pada tabel:
1.2.3. Polimerisasi TermalPolimerisasi termal adalah
polimerisasi yang dilakukan pada tekanan tinggi tanpa adanya
katalisator. Tekanan yang digunakan untuk proses ini berada pada
range 600 hingga 3000 psig, dan temperaturnya antara 510 sampai
590oC. Secara ekonomis, proses polimerisasi termal ini mahal dan
memerlukan instalasi dan operasi yang lebih rumit dibandingkan
polimerisasi katalitik.1.2.4. Polimerisasi KatalitikPolimerisasi
katalitik berlangsung dengan mekanisme adanya pembentukan ester
asam dari reaksi olefin dengan katalis asam. Dua molekul ester
kemudian terdekomposisi sehingga akan terjadi regenerasikatalis
asam, sedangkan residu hidrokarbon dapat bergabung membentuk
molekul yang lebih besar/polimer.1.3. Katalis Pada Proses
PolimerisasiSecara umum katalis digunakan untuk menurunkan energi
aktifasi. Begitu juga dalam proses polimerisasi. Reaksi
polimerisasi merupakan reaksi eksoteris dan akan terjadi kondisi
tekanan dan temperatur tertentu. Kondisi operasi pada proses
polimerisasi katalitik harus dijaga agar katalis dapat bertahan
lama.1.3.1. Katalis P2O5Katalis yang digunakan pada proses
Polimerisasi butana-butena ialah P2O5. Katalis ini berbentuk padat
dan dipasang dalam reaktor fix-bed. Penyebab pengurang umur katalis
dan penurunan aktifitas katalis asam phosphat sebagai P2O5 adalah
sebagai berikut : Senyawa nitrogen yang bereaksi dengan katalis,
sehingga membentuk ammonium phosphat, hal ini merusak katalis.
Senyawa Sulphur yang bereaksi dengan feed membentuk merkaptan yang
titik didihnya tinggi, sehingga akan mengurangi konversi katalis.
Kontaminan diolefin dan oksigen yang bereaksi membentuk polymer
tinggi/tar, sehingga akan menutup pori katalis yang memperpendek
umur dan mengurangi aktifitasnya. Adanya kadar air yang tinggi
menyebabkan over hydrated, yang merusak katalis.Katalis asam
phosphat berbentuk pill (pellets), diameternya 3/16 panjang 3/18
dan berwarna putih yang masih fresh.Typical komposisinya : Katalis
aktif, P2O5 bebas 16 % wt Katalis non aktif46 Kieselguhr SiO231 Air
hydrasi7Aktifitas katalis ditentukan dengan banyaknya kadar P2O5
bebas yang terkandung, yaitu banyaknya P2O5 yang dalam keadaan
terhidrasi sempurna sehingga terlepas dari kieseguhr (sebagai
carier-nya), membentuk asam ortho phosphat terpisah yang aktif.P2O5
+ 3 H2O ---- 2 H3PO4Selama pembentukan katalis reaksi kesetimbangan
yang terjadi adalah :2 H3PO4 + SiO2 ---------- SiO2P2O5 (H2O)x + y
H2OReaksi akan bergeser kekiri, bila terdapat banyak air, sehingga
semakin banyak terjadi asam ortho phosphat bebas dan aktif. Tetapi
ada harga limitas tertentu akan aktifitas katalis seoptimal
mungkin, yakni pada kadar 14 18 %.Keadaan katalis yang terlalu
aktif dapat menyebabkan terjadi pembentukan slurry yang korosif di
reaktor, hal ini bila overhydrate lebih 18 %, sebaliknya bila
underhydrated kurang 14 % berarti katalis sudah kurang aktif
lagi.Suatu kondisi katalis yang baik bila : Kadar H2O5, 3-6, 85 %
wt Kadar P2O514 18 Atau P2O5 3H2O19, 4-24, 851.3.2. Kesetimbangan
Hidrasi Katalis P2O5Temperatur reaksi polimerisasi di bagian tengah
bed katalis memiliki nilai yang tinggi. Banyak air yang menguap di
bagian tengah akan mengembun pada bagian ujung yang lebih dingin,
karenya bila terlalu banyak air diberikan ke HC menyebabkan
overhydrating yang melemahkan katalis pada bagian ujung.Pada bagian
inlet sampai tengah, tekanan uap air pada katalis lebih besar dari
pada tekanan uap pada HC, karenanya penguapan air akan terjadi
untuk mendapatkan kesetimbangan tekanan uap tersebut, jadi ada
penambahan kadar air pada HC dan ini akan bertambah lagi karena
penyusutan volume HC 13 % karena terpolymerisasi, sehingga
kejenuhan segera tercapai.Untuk mendapatkan 14 18 % kadar P2O5
bebas pada spent catalyst, maka perlu diperhatikan kadar air yang
terlarut dalam HC, sesuai dengan temperaturnya, operasi settling
drumnya dan kalau perlu diberikan injeksi ke HC tersebut.
II. Deskripsi Proses2.1. Reaksi Polimerisasi
Butana-ButenaPolimerisasi senyawa isobutena dengan senyawa
isobutana menghasilkan bensin berkualitas tinggi, yaitu isooktana.
Proses polimerisasi dalam pembuatan polimer gasoline dengan katalis
asam phosphat.
2.2. Reaktor Polimerisasi Butana-Butena Berikut contoh reaktor
yang digunakan dalam proses polimerisasi. Jenis reaktor yang
digunakan adalah reaktor jenis tubular.
Gambar 1. Reaktor PolimerisasiSpesifikasi reaktor polimerisasi
:- Jumlah: 3 set, 3 reaktor / set- Type: Tubular reaktor-
Kapasitas: 30 T/D per reaktor- Katalis: P2O5 - P & T: 25-30
Kg/cm2 dan 150-160 oC- P max: 10 kg/cm2- Reaksi : eksotermisKolom
stabilizer digunakan untuk memisahkan komponen C3 & lighter
dari produk Polimer. Hot oil sistem berfungsi untuk mensuplai panas
di reaktor dan -reboiler
2.3. Gambar aliran proses reaksi polimerisasi
Gambar 2. Aliran proses polimerisasi buana-butena2.4. Uraian
prosesSebelum FBB (Fresh Butane-Buthylene) masuk ke unit alkilasi,
FBB akan diolah terlebih dahulu di Unit Polimerisasi. Pada unit ini
selain menghasilkan polimer sebagai HOMC (High Octane Mogas
Component) juga dihasilkan gas yang menjadi umpan unit alkilasi.
Umpan unit alkilasi diinginkan mempunyai perbandingan i-C4/C4=
sebesar 0,97. Untuk mendapatkan perbandingan sebesar itu, cara yang
terbaik adalah dengan cara polimerisasi. Umpan unit ini adalah
alkilat dari Stabilizer 3 pada unit FCCU dengan kandungan C4= yang
tinggi. Umpan terdiri dari C3=, C3, i-C4, n-C4, dan C4=.Pada unit
ini terjadi reaksi polimerisasi dengan katalis P2O5. Reaksi
berlangsung sekitar temperatur 300 - 450 oF dan tekanan antara 200
psi sampai 1.200 psi. Pada unit ini akan dihasilkan polimer yang
merupakan HOMC dan produk gas yang dihasilkan akan menjadi umpan
unit alkilasi.Unit ini terdiri dari 3 set konverter (reaktor), yang
masing-masing set memiliki 3 buah konverter. Pada kondisi normal
yang berjalan adalah 2 set sedangkan 1 set lain dalam kondisi
penggantian katalis sampai siap digunakan. Katalis yang digunakan
adalah P2O5. Umur katalis sekitar 3 bulan dengan penggantian
katalis membutuhkan waktu sekitar 2-3 minggu.Umpan butan-butilen
dipanaskan melalui pemanas dan kemudian masuk ke dalam konverter.
Reaktor yang digunakan berjenis shell and tube, dimana pada bagian
tube terdapat katalis dan tempat dimana reaksi terjadi. Pada bagian
shell dialirkan oil (minyak) sebagai pengatur kestabilan temperatur
reaksi. Produk polimerisasi yang keluar konverter dimasukkan ke
dalam kolom stabilizer (1-1). Produk atas kolom 1-1 dikondensasi
dan ditampung pada tangki penampung (8-1) sebagai produk
butana-butilen, sebagian produk dikembalikan ke kolom 1-1 dan
sebagian dikirim ke tangki LPG. Produk bawah kolom dikirim ke
re-run column. Produk atas re-run column dikondensasi dan ditampung
pada tangki penampung untuk kemudian dikirim ke tangki high octane
gasoline, sedangkan produk bawahnya ditampung sebagai produk
mogas.2.5. Pengaruh Kondisi OperasiDalam pelaksanaan plant praktis
semua teori yang dikemukakan, tidak begitu saja bisa dikehendaki
mencapai hasilnya : Konversi reaksi yang tinggi. Umur katalis yang
panjang, awet. Biaya operasi yang murah.Pengaruh kondisi operasi
umum adalah :Kenaikan VariabelPengaruh Konversi OlefinPengaruh ke
umur Katalis
TemperaturNaikNaik
TekananNaikNaik
Space velocityTurunNaik
Kadar OlefinNaikTurun
Umur KatalisTurun-
Dengan menentukan tekanan, feed rate, kadar olefin dalam feed
yang dianggap konstan, maka kenaikan temperatur reaktor outlet akan
mengakibatkan kenaikan pada konversi pula.Tetapi bila terlalu
tinggi, konversi mengarah kepembentukan cokes yang mengendap pada
katalis, sehingga konversi menjadi menurun pula, yang berarti juga
umur katalis menjadi pendek.Dengan menentukan temperatur, feed rate
dan kadar olefin dalam feed yang konstant, maka pada kenaikan
tekanan akan mengakibatkan kenaikan pada konversi pula.Maka
dianjurkan operasi dengan tekanan yang tinggi, tetapi harus
diperhatikan bahwa semakin beroperasi dengan tekanan tinggi harga
material pabrik mahal.Dengan mementukan tekanan, temperatur dan
feed rate yang konstant, maka pada kenaikan kadar olefin dalam
total feed rate akan mengakibatkan kenaikan konversi. Tetapi
semakin tinggi konversi berarti semakin banyak panas terjadi yang
harus diserap untuk menahan kenaikan temperatur.Dengan menentukan
tekanan, temperatur dan kadar olefin dalam feed yang konstant pada
space velocity yang tinggi berarti pengurangan waktu kontak feed
dalam katalis, mengakibatkan penurunan konversi. Ada penentuan
tersendiri untuk menentukan space velocity optimum untuk biaya
operasi yang murah per-produk polymer.Dengan menentukan tekanan,
kadar olefin dalam feed dan konversi dijaga konstant, maka pada
kenaikan space velocity akan mengakibatkan kenaikan pada
temperatur. Tetapi kenaikan temperatur akan menurunkan umur
katalis.Untuk mendapatkan konversi yang tetap pada pertambahan jam
pemakaian (umur) katalis akan mengakibatkan kenaikan pada kebutuhan
temperatur, hal ini berarti pada pertambahan umur katalis maka
konversi akan menurun.Dengan menentukan feed rate, kadar olefin dan
konversi dijaga konstant, maka pada kenaikan tekanan akan
mengakibatkan penurunan temperatur yang berarti pada tekanan naik
umur katalis lebih panjang.
III. Investasi ProsesEstimasi investasi proses:A. Harga Alat :1.
Pipa (100m): $ 1,0002. Catalyst Chamber (Reaktor Konverter): $
50,0003. Kolom Stablizer: $ 110,0004. Kondensor: $20,0005. Storage
Tank (2 buah): $ 50,0006. Cooler: $ 4,0007. Heat Exchanger Shell
and Tube: $ 6,0008. Furnace: $12,0009. Pompa (2 buah): $ 2,00010.
Kompresor (2 buah): $ 3,44811. Vavle (10 buah): $ 700Total: $
29,378B. Harga KatalisP2O5 (1 ton) : $ 900C. AnalisaKapasitas
produksi unit ini kurang lebih 150 ton/day BM iso-oktana: 0.69
kg/LVolume produksi: 150.000 kg/day : 0,69 kg/L = 217.391,3 Liter /
dayHarga 1 Liter HOMC = Rp 12.000
Maka total penjualan produksi adalah: 217.391,3 Liter/day x Rp
12.000 / Liter = Rp 2.608.695.600,- / dayKonversi dalam Dollar
adalah: Rp 2.608.695.600,- / day: Rp 11.000 / Dollar = $ 237.154,4
/ day
Estimasi biaya yang diperlukan untuk pembangunan unit
polimerisasi ini berkisar: $ 30,278.