Pembuatan Lube Base Oil (2)

Seperti yang telah dijelaskan pada bagian pertama, bahwa dalam pembuatan lube base oil dapat dilakukan dengan dua metode proses, yakni dengan metode separasi dan konversi. Kali ini saya ingin review sedikit mengenai proses pembuatan lube base oil konvensional dengan metode separasi.

Pada pemrosesan lube base oil feedstock dengan menggunakan metode separasi, secara umum terdapat 3 tahap proses separasi pada unit penghasil lube base oil, yakni Solvent Refining, Solvent Dewaxing, dan Finishing.

Solvent Refining

Solvent refining merupakan suatu proses pengolahan lube base oil feedstock (bahan baku minyak pelumas) dengan tujuan untuk mengatur Viscosity Index (VI) dan meningkatkan ketahanan lube base oil terhadap oksidasi. Proses yang terjadi adalah solvent extraction yang akan memisahkan komponen minyak yang memiliki VI rendah dan mudah teroksidasi dari komponen minyak yang memiliki VI tinggi dan lebih tahan terhadap oksidasi.

Pada awal perkembangan teknologi di bidang refining, solvent refining ini merupakan salah satu proses yang berkembang sangat pesat khususnya dalam aplikasinya untuk menghasilkan lube base oil dengan VI dan ketahanan terhadap oksidasi yang tinggi. Namun dengan semakin berkembangnya teknologi katalis, solvent refining ini semakin banyak ditinggalkan karena dengan metode konversi yang melibatkan peran katalisator dapat menghasilkan kualitas produk yang lebih baik (API group II dan III) sementara dengan metode separasi hanya mampu menghasilkan produk lube base oil API group I saja.

Gambar di atas menunjukkan beberapa jenis solvent dan struktur molekulnya yang banyak digunakan dalam solvent refining lube base oil. Ada pula proses Duo-Sol yang menggunakan campuran propane-phenol-cresylic acid.

 Pemilihan Solvent

Dalam memilih solvent yang akan digunakan dalam proses solvent refining tentunya harus memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut.

• Memiliki kelarutan yang tinggi terhadap komponen dengan senyawa aromatics VI rendah dan polyaromatics yang akan diekstrak dari bahan baku lube base oil.
• Memiliki kelarutan yang rendah terhadap senyawa parafin dan naften yang memiliki VI yang tinggi dan harus terpisah dalam fase raffinate.
• Memiliki ketahanan terhadap panas dan oksidasi yang baik, sehingga meminimalisasi losses dan terjadinya kontaminasi pada saat digunakan. Pada kasus penggunaan furfural, memang senyawa furfural rentan mengalami oksidasi apabila terpapar pada udara karena kandungan gugus fungsional aldehida-nya, namun sifat senyawa furfural yang lain sangat menunjang proses ekstraksi senyawa aromat dan polyaromat yang dilakukan terhadap bahan baku lube base oil.
• Memiliki perbedaan densitas yang signifikan antara solvent dan rafinat untuk mengoptimalkan pemisahan antara kedua fase tersebut.
• Viskositas solvent yang rendah dapat membantu pemisahan fase.
• Titik lebur solvent yang rendah menjaga solvent agar tidak membeku pada musim dingin.
• Titik didih solvent yang rendah dapat mengurangi kebutuhan energi dan meningkatkan keberhasilan pemisahan solvent dari senyawa rafinat maupun ekstrak.
• Tidak beracun dan tidak korosif.
• Murah.

Mekanisme Solvent Extraction

Proses pemisahan yang terjadi dalam proses ekstraksi berlangsung berdasarkan kelarutan solvent. Senyawa komponen umpan unit ekstraksi yang memiliki kelarutan lebih tinggi terhadap solvent akan larut ke dalam solvent dalam fase ekstrak. Sedangkan komponen umpan yang kelarutannya lebih rendah akan terpisah dalam fase rafinat. Proses kontak antara minyak umpan dengan solvent terjadi pada suatu kolom ekstraktor atau disebut juga Rotating Disc Contactor Column (RDC). Hal ini karena pada beberapa unit ekstraksi digunakan ekstraktor yang memiliki struktur discs yang tersusun dalam sebuah rotor yang digerakkan oleh suatu motor dan struktur stator ring yang terkait pada dinding kolom. Keberadaan struktur RDC dalam kolom ekstraktor tersebut bertujuan untuk mengoptimalkan waktu kontak sehingga meningkatkan transfer massa yang terjadi selama proses berlangsung. Selain menggunakan RDC, ada pula kolom ekstraktor yang menggunakan sturktur packing maupun baffles.

Terjadinya pemisahan fase ekstrak dan rafinat pada proses ekstraksi terjadi karena adanya peningkatan berat molekul pada fase ekstrak. Hal ini disebabkan oleh larutnya senyawa aromatics dan polyaromatics ke dalam solvent. Viskositas rafinat yang telah terpisah dari komponen aromatics dan polyaromatics tidak mengalami perubahan viskositas yang signifikan sesuai yang diharapkan dalam spesifikasi lube base oil. Untuk perhitungan terkait proses ekstraksi ini insyaallah akan saya review pada kesempatan yang akan datang. Perubahan properties dari fase rafinat dan ekstrak dapat dilihat pada grafik berikut ini.

Typical Simplified Process Flow Diagram for Solvent Extraction Unit

Variabel Proses

Kualitas produk lube base oil yang dihasilkan dari suatu unit solvent extraction ditentukan oleh beberapa variabel proses utama sebagai berikut.

Temperatur Kontak

Temperatur memiliki korelasi positif terhadap kelarutan solvent. Semakin tinggi temperatur, maka kelarutan senyawa aromatics maupun polyaromatics terhadap solvent akan meningkat. Namun di sisi lain hal ini menyebabkan turunnya yield rafinat. Oleh karena itu, pada unit solvent extraction, temperatur operasi dicari pada kondisi optimal yang dibatasi oleh parameter VI dan RI produk serta persen yield. Semakin tinggi temperatur, semakin banyak kandungan senyawa aromatics maupun polyaromatics yang diekstrak sehingga VI meningkat, RI menurun, namun persen yield juga menurun. Begitu pula sebaliknya.

Solvent to Oil Ratio

Rasio antara solvent dan minyak umpan juga sangat mempengaruhi proses ekstraksi yang terjadi dalam kolom ekstraktor. Selain dengan pertimbangan biaya, meningkatkan rasio solvent terhadap minyak umpan dibatasi dengan kebutuhan yield yang diharapkan. Meskipun secara kualitas, meningkatkan rasio solvent terhadap minyak umpan dapat meningkatkan kelarutan senyawa aromatics dan polyaromatics terhadap solvent sehingga semakin banyak senyawa aromatics dan polyaromatics yang terekstrak dan VI rafinat akan semakin tinggi.

Charge Rate

Laju alir umpan solvent extraction ini juga menjadi penentu proses ekstraksi yang terjadi. Laju alir umpan ini berhubungan dengan waktu kontak antara minyak umpan dengan solvent yang sangat menentukan kualitas proses ekstraksi yang terjadi. Semakin rendah laju alir umpan maka semakin lama waktu kontak yang terjadi antara minyak umpan dengan solvent sehingga proses pemisahan dapat semakin optimal namun konsekuensinya yield produk juga rendah. Begitu pula sebaliknya.

Feed and Products

Berikut ini adalah contoh hasil ekstraksi dari suatu minyak umpan dengan dua solvent yang berbeda.

Umpan unit solvent extraction pada umumnya adalah long residue (bottom product CDU) ataupun hasil distilasi vakum dari long residue. Produk dari unit solvent extraction ini berupa rafinat yang akan diolah pada proses berikutnya, dan ekstrak yang terdiri atas senyawa aromatics dan polyaromatics, biasa digunakan sebagai solvent industri pengolahan karet.

Proses Solvent Dewaxing dan Finishing

Referensi:

Lynch, Thomas R., 2007, Process Chemistry of Lubricant Base Stocks, Boca Raton: CRC Press

KKW AKA I: RU IV's FEU Process Overview

Beberapa Catatan Kuliah AKAMIGAS-STEM

Posted in: Akamigas , Furfural Extraction Unit , Lube Base Oil , Process Tech , Products , Refining Tech , Rotating Disc Contactor (RDC) Column , Solvent Extraction