Produk Migas - Overview

Produk migas merupakan semua produk turunan dari minyak bumi yang telah mengalami serangkaian proses pengolahan. Secara garis besar, proses pengolahan minyak bumi dibagi dalam tiga kelompok proses, yakni separasi, konversi, dan treating. Proses separasi merupakan proses pemisahan secara fisika fraksi-fraksi penyusun minyak bumi menjadi produk sesuai karakteristik minyak bumi yang diolah. Proses konversi merupakan proses lanjutan dari proses separasi yang mengolah minyak umpan yang kurang bernilai menjadi produk-produk yang lebih bernilai ekonomis. Pada reaksi konversi terjadi pengubahan struktur hidrokarbon penyusun minyak bumi. Proses treating merupakan proses perbaikan mutu produk migas. Dengan proses ini, produk yang dihasilkan dari proses separasi maupun proses konversi yang masih belum memenuhi spesifikasi misalnya karena kandungan impurities yang melebihi batasan dapat diperbaiki kualitasnya sehingga memenuhi spesifikasi produk yang dipersyaratkan.

Unit separasi yang selalu ada di suatu kilang adalah unit distilasi. Pada unit ini, proses pemisahan fraksi minyak bumi terjadi. Minyak bumi yang awalnya dipanaskan hingga temperatur tertentu akan dialirkan dalam suatu kolom distilasi yang dilengkapi dengan tray dan sistem draw off. Prinsip pemisahan yang terjadi pada tray di dalam kolom distilasi adalah berdasarkan kesetimbangan uap dan kesetimbangan massa. Akan terjadi transfer masa dan transfer panas dari fase liquid dan uap umpan yang masuk kolom distilasi. Tiap-tiap komponen hidrokarbon memiliki tekanan uap dan komposisi yang berbeda-beda. Hal inilah yang akan menimbulkan terjadinya pemisahan fraksi. Kelompok hidrokarbon (fraksi) yang memiliki titik didih lebih rendah dari temperatur suatu tray, maka fraksi tersebut akan berada pada fase uap dan bergerak ke tray di atasnya. Fraksi yang titik embunnya sama dengan temperatur suatu tray akan berupa fase liquid pada tray tersebut dan akan keluar menjadi produk melalui draw off.

Untuk mempertajam pemisahan fraksi minyak bumi di dalam kolom fraksinasi, dibutuhkan pengaturan kondisi operasi yang tepat. Variabel proses yang paling menentukan antara lain temperatur tiap tray, flow cold reflux, hot reflux, maupun internal reflux, tekanan kolom, temperatur kondenser dan reboiler. Pengaturan temperatur tray ditentukan berdasarkan profil kurva distilasi EFV minyak umpan. Pengaturan temperatur tray sangat mempengaruhi cutting range produk yang dihasilkan. Berikut ini tipikal cutting range fraksi produk migas.

Untuk perancangan dan pengaturan kondisi operasi di dalam kolom distilasi akan dibahas pada kesempatan yang lain.

Di dalam suatu unit pengolahan minyak bumi, dikenal istilah raw materials, intermediate products, dan finished products. Raw materials merupakan bahan baku dalam hal ini minyak bumi/crude oil atau disebut juga sebagai feedstock. Intermediate products merupakan produk antara atau produk dari suatu proses yang akan diproses dengan suatu proses lanjutan sebelum menjadi produk jadi siap jual. Finished products merupakan produk akhir pengolahan minyak bumi yang siap untuk dijual. Masing-masing jenis produk dan bahan baku tersebut memiliki spesifikasi masing-masing yang mana satu sama lainnya saling berkaitan. Perubahan kualitas feedstock dapat mempengaruhi intermediate products dan finished products setidaknya dibutuhkan perubahan perlakuan/kondisi operasi supaya kualitas produk tetap memenuhi spesifikasi. Oleh karenanya, dibutuhkan inspeksi secara berkesinambungan terhadap kualitas masing-masing feedstock dan produk.

Pengujian sifat minyak bumi dan produknya bergantung kebutuhan feedstock dan produk itu sendiri. Untuk feedstock unit distilasi berikut ini adalah beberapa pengujian yang harus dilakukan.

• Carbon residue, asphaltene content
• Density (Specific Gravity)
• Distillation
• Light Hydrocarbons
• Metallic Constituents
• Salt Content
• Sulfur Content
• Viscosity & Pour Point
• Water & Sediment
• Wax Content
• Pengujian lainnya (RVP, Acid number, aniline point, dll.)

References:

James G. Speight, 2002, Handbook of Petroleum Product Analysis, John Willey & Sons, Inc. Publication

Catatan Kuliah Refinery I

Read more »

Steam Cracking - Part 3

       I.            FEED DAN PRODUK

a.       Feed Steam Cracking

Umpan utama steam cracking adalah LPG (C3H8+C4H10) dan NGL (C2H6, LPG, light naphta).

a.       Produk Steam Cracking

                                                              i.      Etilena

Etilena merupakan salah satu senyawa hidrokarbon yang juga sering disebut dengan “king of petrochemicals” karena sebagian besar senyawa kimia komersial dihasilkan dari etilena dibandingkan dari produk intermediet yang lain. Kedudukan etilena yang unik ini dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lainnya karena karakteristik molekulnya baik dari segi teknis maupun segi ekonomis. Karakteristik molekul tersebut antara lain:

1.      Struktur sederhana dengan reaktivitas yang tinggi

2.      Senyawa yang relatif murah

3.      Dapat diproduksi dengan mudah melalui proses steam cracking dengan hasil (yield) yang tinggi

Etilena dihasilkan dengan mereaksikan beberapa reagen yang murah seperti air, chlorin, hydrogen chlorine, dan oksigen untuk menghasilkan senyawa yang lebih bernilai. Reaksi pembuatan etilena ini dapat dimulai dari radikal bebas atau dengan katalis untuk menghasilkan polyethylene, polimer  termoplastis dengan volume terbesar. Etilena ini juga dapat berkopolimerisasi dengan olefin yang lain untuk menghasilkan polimer dengan properties yang lebih unggul. Sebagai contoh etilena berkopolimerisasi dengan propilena menghasilkan elastomer yang bersifat termoplastis. Berikut ini persenyawaan penting yang dapat terjadi dengan senyawa etilena.

 a.       Sifat-sifat Fisis

b.       Sifat Kimia

1. Reaksi Polimerisasi

Ethylene dengan kemurnian 99,9% dapat dipolimerisasi pada tekanan dan temperatur dengan

menggunakan katalis tertentu.

n(CH2=CH2)

Reaksi polimerisasi ethylene bersifat eksotermis, menggunakan dua jenis inisiator yaitu inisiator

homogen (radikal atau kation) dan inisiator. heterogen (katalis padat). Polimerisasi ini dapat dijalankan dengan dua sistem :

-          Polimerisasi pada tekanan tinggi (60-350 Mpa

dan 300°C) dengan inisiator radikal (oksigen, peroksida) menghasilkan LDPE (0,910-0,940

g/ml).

-          Polimerisasi pada tekanan rendah (0,1-20 Mpa

dan 50-300°C) dengan katalisator heterogen (oksida logam transisi pada pembawa

anorganik). Polimerisasi ini menghasilkan HDPE (0,941- 0,970 g/ml).

2. Reaksi Oksidasi

Oksidasi terhadap ethylene akan menghasilkan senyawa-senyawa ethylene oksida, ethylene glikol, asetaldehida atau senyawa vinyl asetat. Ethylene oksida/glikol dapat dihasilkan oksidasi ethylene fase uap secara langsung melalui katalis perak oksida pada 200-300°C dan tekanan 1,5-3,0 Mpa. Improvisasi proses pembuatan ethylene glikol untuk mencegah pembentukan ethylene oksida dapat dilakukan melalui oksidasi ethylene menjadi ethylene glikol mono dan di-asetat dengan katalis telurrium, kemudian dihidrolisa.

4CH2=CH2+6CH3COOH+2O2→2CH3COOCH2CH2OH+2CH2COOCH2CH2COOCH3

2CH3COOCH2CH2OH+2CH2COOCH2CH2COOCH3+6H2O→4HOCH2CH2OH+ CH3COOH

Oksidasi langsung terhadap ethylene dengan katalis paladium klorida akan dihasilkan asetaldehida.

CH2=CH2 + ½ O2 → CH3CHO

3. Reaksi Addisi

Beberapa reaksi addisi ethylene yang penting dapat ditunjukkan pada tabel berikut ini :

Tabel 1.3. Reaksi Addisi dari Ethylene 

4. Reaksi dengan Benzene

Jika ethylene dipanaskan dengan benzene pada temperatur 925°C akan terbentuk ethracen.

2C6H6 + C2H4 ↔C4H10 + 3H2

5. Reaksi - reaksi lain

Reaksi alkylasi ethylene dengan parafin akan memberikan parafin rantai cabang, seperti dimethyl butana dari alkylasi ethylene dengan isobutana pada suhu 60°C dan katalis AlCl3 dan promotor ethyl chlorida.

CH2=CH2 + RCOCl ↔RCOCH2CH2Cl

Reaksi ethylene dengan halogen pada temperature rendah akan menghasilkan dihaloethana, reaksi dengan chlorin lebih cepat daripada reaksi dengan bromida dan iodida.

CH2=CH2 + Cl2 ↔CH2ClCH2Cl

CH2=CH2 + Br2 ↔CH2BrCH2Br

CH2=CH2 + I2 ↔CH2ICH2I

                                                              i.      Propylene

a.       Sifat-sifat Fisis 

b.       Sifat Kimia

      1.      Reaksi Disproporsionasi dengan Olefin lain

Propylene dengan katalis disproporsionasi bisa juga bereaksi dengan olefin lain (hasil disproporsionasi antar molekul - molekul propylene sendiri) membentuk senyawa yamg lebih panjang rantai karbonnya.

C3H6 + C4H8-1 ↔ C5H10-2 + C2H4

C3H6 + C5H10-2 ↔ C6H12 + C2H4

(Kirk Othmer,1996)

      2.      Reaksi Oksidasi Katalitik

 Propylene 5% bisa dioksidasi selektif dengan udara atau steam menjadi akrolein dengan katalis Co Molybdat atau Telurrium oksida pada 385°C.

C3H6 + O2 CH2CHCHO + H2O

Dengan kondisi yang sama, tetapi tanpa adanya telurrium, oksidasi akan dilanjutkan menjadi asamn akrilat. Oksidasi propylene menjadi alyl acetat akan terjadi jika umpan berupa 50% propylene, 25%  oksigen dan 25% asam asetat dilewatkan pada katalis paladium alumina pada suhu 140°C.

3. Reaksi Polimerisasi

Propylene dengan adanya BF3 di bawah tekanan tinggi pada temperature kamar akan terpolimerisasi.

n C3H6 ↔ (C3H5) n

4. Reaksi dengan HCl

 Reaksi antara propylene dengan HCl akan naik dengan naiknya temperatur dalam fase liquid.

C3H6 + HCl ↔C3H7

Atau dapat terbentuk isopropil chloride, hexyl chloride, dan senyawa lain.

3C3H6 + HCl ↔C3H7Cl + C6H13Cl

5. Reaksi dengan HF

HF dibawah tekanan akan bereaksi dengan propylene membentuk propyl fluoride. Yield antara 60-62% pada perbandingan mol dari 1,08 – 3,20 HF : 1 C3H6 dan pada temperatur 0 - 45°C dengan waktu reaksi 2 – 5 jam.

C3H6 + HF ↔C3H7F

6. Reaksi dengan H2Cr2O7

Propylene dioksidasi oleh larutan asam bikromat menjadi asam propionat, aseton, dan asam asetat.

CH3CHCH2 + H2O ↔CH3CH2CH2OH

CH3CHCH2 + O2 ↔CH3CH2COOH + H2O

CH3CHCH2 + H2O ↔CH3CHOCH3

CH3CHCH2 + O2 ↔CH3COCH3 + H2O

7. Reaksi dengan H2SO4

Propylene sebagian diabsorbsi oleh H2SO4  sedangkan ethylene tidak.

C3H6 + H2SO4 ↔C3H7 H2SO4                                                                                   

  i. Butena

Salah satu senyawa butena adalah 2-butene yang merupakan bahan baku berbagai produk turunannya, diantaranya yaitu polybutene, Linier Low Density Polyethylene (LLDPE), High Density Polyethylene (HDPE), butadiene, MTBE, dan lain-lain.

Kegunaan polietilena antara lain untuk :

a. Isolasi atau bahan pelapis pada kawat/kabel.
b. Bahan pembuatan botol.
c. Membuat barang plastik atau kantung plastik.
d. Membuat shopping bag.
e. Bahan baku pembuatan container.
f. Bahan semikonduktor.
g. Bahan pembuatan pipa.
h. Bahan pembuatan film.
i. Lain-lain

Pembuatan polietilena merupakan proses penggabungan gugus molekul penyusunan yang disebut molekul raksasa yang disebut polimer. Proses ini lebih dikenal dengan polimerisasi atau proses pembentukan polimer. Pada saat terjadinya polimerisasi, lengan ikatan rangkap atau atom karbon lepas kemudian bergabung dengan karbon lainnya yang juga mengalami hal yang sama. Begitu seterusnya sehingga membentuk rangkaian panjang secara molekuler.

1.  Sifat–sifat Fisis

   2. Sifat–sifat Kimia Butene

a) Reaksi Adisi

Kecepatan reaksi adisi masing-masing isomer berbeda-beda. Urutan kecepatan reaksi adisi elektrophilik dengan HX (H2, ROH, HCl) adalah isobuthylene >> 1-butene > 2-butene. Sedang untuk polimerisasi adalah isobuthylene >> 1-butene, cis 2-butene > trans 2-butene.
Pada reaksi ini 1-butene dan 2-butene menghasilkan derivat sec-butyl dan iso-butylene menghasilkan derivat tert-buthyl. Pada reaksi dengan bromine (brominasi) dengan adanya methanol dan asam asetat akan menghasilkan derivate bromomethoxy dan bromoaethoxy.

b) Reaksi Polimerisasi

Polimerisasi butene akan menghasilkan beberapa polimer, seperti butylelastomer, polybuthylene,polyisobuthylene. Senyawa-senyawa asam (asam Lewis dan Bronstead) dapat digunakan sebagai inisiator. asam Bronstead (asam sulfat, asam fosfat, asam dihidrofluoroborat, asam moltndat) merupakan inisiator oligomerisasi butene yang menghasilkan polimer dengan BM rendah. Sedang asam Lewis (BF3, AlCl3, AlBr3, TiCl4, SnCl4) yang kebanyakan memerlukan koinisiator (air, methanol, asam asetat, asam klorida, asam bromida, alkil halogen) dapat menghasilkan polimer dengan BM tinggi. Di samping itu bisa juga digunakan katalis padat yang mempunyai permukaan aktif bersifat asam. Kecepatan reaksi polimerisasi ditentukan dengan mengukur kombinasi inisiator dan temperature reaksi (Kirk Othmer, 1996).   

 [dirangkum dari berbagai sumber]

See also:

Steam Cracking - Part 1

Steam Cracking - Part 2

Read more »

Steam Cracking - Part 2

Suatu Steam Cracker Plant dapat berdiri sendiri, bersama refinery unit tetapi terpisah, serta terintegrasi dengan refinery unit. Blok diagram Steam Cracker dapat dilihat pada gambar-gambar berikut ini.

  Selain NGL, Steam Cracking juga dapat mengolah naphta seperti halnya Catalytic Reforming, namun produk yang dihasilkan kedua proses ini sangat berbeda. Produk dari kedua proses tersebut dapat dilihat pada bagan di bawah ini. 

       I.            VARIABEL PROSES

Variabel proses dalam steam cracking adalah sebagai berikut.

a.       Temperatur

Temperatur proses mempengaruhi proses perengkahan yang terjadi. Pemutusan rantai hidrokarbon pada temperatur 400^o C, terjadi pada ikatan antar karbon pada posisi tengah molekul. Semakin tinggi temperatur proses, maka posisi pemutusan ikatan antar karbon akan cenderung mendekati salah satu ujung molekul.

b.      Residence Time (waktu tinggal)

Waktu tinggal (residence time) yang singkat menghasilkan pembentukan olefin yang lebih banyak. Sementara itu, jika waktu tinggalnya meningkat, maka akan meningkatkan kemungkinan terjadinya secondary reaction, seperti pembentukan coke dan oligomerization.

c.       Hydrocarbon Pressure (tekanan hidrokarbon)

Pembentukan olefin yang memiliki berat molekul yang rendah akan meningkatkan tekanan. Oleh karena itu, reaksi diharapkan berlangsung dalam tekanan yang rendah. Penambahan steam dilakukan selama proses berlangsung guna menurunkan tekanan parsial dari hidrokarbon dan juga untuk menurunkan pembentukan coke.

[dirangkum dari berbagai sumber]

See also:

Steam Cracking - Part 1

Steam Cracking - Part 3

Read more »

Steam Cracking - Part 1

Steam Cracking merupakan salah satu proses dalam industri petrokimia yang memecah rantai hidrokarbon jenuh menjadi rantai hidrokarbon tak jenuh dengan jumlah atom karbon (C) yang lebih sedikit. Proses ini merupakan metode dasar dalam industri untuk memproduksi alkena yang lebih ringan atau yang biasa disebut olefin termasuk di dalamnya etena atau yang sering disebut etilena dan juga propena atau propilena.

Etilena dan propilena merupakan senyawa kimia yang sangat penting, penyusun 50-60% dari semua senyawa kimia organik. Tetapi karena tingkat reaktivitasnya yang sangat tinggi, keberadaan olefin di dalam gas alam hanya dalam jumlah yang sangat sedikit. Oleh karena itulah, senyawa-senyawa tersebut harus dihasilkan melalui proses cracking. Sementara C₄ olefin banyak dihasilkan melalui proses catalytic cracking (kecuali butadiena).

Di dalam proses steam cracking ini hidrokarbon, baik dalam fase gas maupun cair sebagai umpan proses misalnya nafta, LPG, maupun etana dicampur dengan steam dan dipanaskan di dalam furnace tanpa adanya gas oksigen dalam campuran tersebut. Biasanya, temperatur reaksi ini sangat tinggi, yakni sekitar 850^o Celcius tetapi reaksi yang berlangsung harus benar-benar memperhatikan faktor safety. Dalam cracking furnace modern, waktu tinggal (residence time) dapat diminimalisasikan hingga hitungan milisekon menghasilkan kecepatan gas yang lebih cepat dibandingkan kecepatan suara guna meningkatkan yield proses. Setelah temperatur cracking tercapai, gas yang terbentuk akan mengalami quenching untuk menghentikan reaksi cracking yang berlangsung sebelum memasuki heat exchanger.

Produk yang dihasilkan dalam reaksi tersebut bergantung pada komposisi umpan, rasio antara hidrokarbon dan steam serta temperatur cracking, dan waktu tinggal (residence time) di dalam furnace.

Umpan hidrokarbon ringan seperti etana, LPG, maupun light naphta menghasilkan stream produk yang kaya alkena rantai pendek termasuk etilena, propilena, dan butadiena. Umpan hidrokarbon yang lebih berat (heavy naphta, kerosin, dll.) menghasilkan produk yang sama, tetapi dihasilkan juga produk yang berupa hidrokarbon aromatik dan juga rantai hidrokarbon yang umum terdapat di dalam produk gasolin dan juga fuel oil. Temperatur cracking yang lebih tinggi (atau yang biasa disebut severity) akan meningkatkan produksi etena dan benzena. Sebaliknya, severity yang lebih rendah akan menghasilkan produk propena, hidrokarbon C₄ dan produk liquid yang lebih banyak. Proses tersebut juga menghasilkan deposit berupa coke, yang juga merupakan senyawa karbon yang biasa menempel pada dinding reaktor.

Keberadaan coke tersebut dapat menurunkan efisiensi dari reaktor itu sendiri, sehingga kondisi reaktor didesain untuk meminimalisasi pembentukan coke tersebut. Di samping itu, suatu cracking furnace juga terkadang hanya mampu beroperasi dalam beberapa bulan saja sebelum akhirnya harus silakukan proses de-coking. Proses de-coking dilakukan dengan menghentikan operasi furnace, kemudian mengalirkan sejumlah campuran steam dan udara ke dalam coil di dalam furnace. Proses ini akan mengubah senyawa carbon padat yang membentuk lapisan kerak di dinding coil menjadi karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO₂). Setelah proses de-coking ini selesai, furnace siap beroperasi kembali.

       I.            PROSES

Umpan utama steam cracking adalah LPG (C3H8+C4H10) dan NGL (C2H6, LPG, light naphta).

Semua olefin dilihat dari termodinamikanya memiliki sifat yang tidak stabil karena mudah bereaksi dan membentuk coke. Oleh karena itu untuk mengatur jumlah produk dan macam produk yang dihasilkan dari proses ini, maka jalannya proses dikontrol dengan mengatur parameter kinetik proses. Pengaturan tersebut meliputi tiga variabel pokok yang sangat mempengaruhi proses steam cracking ini, yaitu:

a.      Temperatur

Pada suhu 400^o C, rantai hidrokarbon mengalami pemutusan rantai pada ikatan di tengah-tengah molekul. Dengan meningkatkan temperatur, pemutusan rantai terjadi semakin pada ikatan yang mendekati ujung molekul, menghasilkan produk yang memiliki berat molekul yang lebih kecil dan jumlah yang lebih banyak, serta memungkinkan efisiensi waktu untuk residence time yang lebih singkat.

b.      Residence Time (waktu tinggal)

Waktu tinggal (residence time) yang singkat menghasilkan pembentukan olefin yang lebih banyak. Sementara itu, jika waktu tinggalnya meningkat, maka akan meningkatkan kemungkinan terjadinya secondary reaction, seperti pembentukan coke dan oligomerization.

c.       Hydrocarbon Pressure (tekanan hidrokarbon)

Pembentukan olefin yang memiliki berat molekul yang rendah akan meningkatkan tekanan. Oleh karena itu, reaksi diharapkan berlangsung dalam tekanan yang rendah. Penambahan steam dilakukan selama proses berlangsung guna menurunkan tekanan parsial dari hidrokarbon dan juga untuk menurunkan pembentukan coke.

Aliran proses terjadi ketika umpan hidrokarbon dipanaskan dengan steam hingga 1050^o C dan mengalir ke dalam tube reaktor Cr-Ni. Produk yang telah mengalami perengkahan keluar dari reaktor secara cepat pada temperatur 850^o C. Produk dipisahkan dari H2S dan CO2 yang masih terkandung di dalamnya, kemudian dikeringkan. Komponen C2 dan C3 dipisahkan dalam temperatur yang rendah melalui distilasi bertekanan. Komponen C4 dipisahkan dengan reaksi kimia karena titik didihnya yang berdekatan. 

Mekanisme Steam Cracking meliputi reaksi-reaksi seperti yang contoh reaksi pada uraian berikut ini.

[Dirangkum dari berbagai sumber]

See also:

Steam Cracking - Part 2

Steam Cracking - Part 3

Read more »