Konfigurasi Kilang Minyak

Kilang minyak merupakan tempat pengolahan minyak mentah (crude oil) menjadi produk-produknya seperti LPG, naphtha, kerosene, diesel, dan lain sebagainya. Konfigurasi antara kilang yang satu dan lainnya tentunya bisa saja berbeda. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor sebagai berikut.

• Kualitas Minyak Mentah dan Crude Assay

Kualitas crude dunia kini semakin “berat”. Kilang yang ada harus memiliki fleksibilitas untuk mengolah crude dengan range titik didih yang lebih lebar dan fraksi yang lebih berat dengan dilengkapi unit upgrading (unit pengolahan produk fraksi berat, misalnya long residue) untuk menghasilkan produk fraksi ringan yang bernilai tinggi dari crude yang lebih murah. Selain dari segi keekonomian, fleksibilitas kilang juga akan menjamin kontinuitas ketersediaan bahan baku yang tentunya juga akan mempengaruhi produktivitas.

Kualitas crude yang akan diolah dapat dilihat dari crude assay-nya. Berdasarkan evaluasi crude assay itulah dapat diketahui kebutuhan unit proses serta konfigurasinya untuk dapat menghasilkan produk yang diharapkan.

Contoh Crude Assay Banyu Urip

• Jenis Produk yang Diharapkan

Pada umumnya proses yang dilakukan bertujuan untuk meningkatkan H/C ratio (rasio hidrogen terhadap carbon) melalui proses hidrogenasi misalnya hydrotreating, hydrocracking, atau juga melalui carbon rejection seperti thermal cracking dan FCC. Sebagai contoh untuk mendapatkan produk fraksi naphtha dengan ON yang tinggi dari minyak umpan fraksi berat misal long residue ataupun short residue dapat diperoleh melalui proses pada unit FCC. 

Beberapa produk dengan kualitas tertentu juga dapat diperoleh melalui proses catalytic reforming, isomerization dan alkylation. Oleh karena itu jenis dan kualitas produk yang diharapkan akan sangat mempengaruhi pemilihan unit proses dan konfigurasi kilang yang akan dibuat.

• Regulasi terkait Aspek Lingkungan

Spesifikasi yang membatasi kadar kontaminan pada produk misalnya sulfur saat ini semakin rendah. Hal ini tentunya membutuhkan perubahan severity atau desain dari unit hydroconversion untuk menghasilkan ultra low sulphur products. 

Selain produk, penanganan limbah pun juga semakin ketat dengan berkembangnya aturan aspek lingkungan terkait emisi dan limbah air.

Read more »

Specific Gravity (SG)

Pada awal jam kuliah Proses Pengolahan Migas 3 oleh Bapak Suparno waktu itu dibuka dengan sebuah pertanyaan menarik.

"Lebih menguntungkan mana, membeli bensin pada pagi hari atau siang hari?"

Kelas pun mulai ramai dengan berbagai jawaban dan alasan para mahasiswa Refinery II kala itu. Ada yang berpendapat pagi hari, ada yang berpendapat siang hari. Akhirnya Pak Parno, dosen matakuliah Proses Pengolahan 3 kami menjelaskan bahwa hal ini sangat berkaitan dengan karakteristik produk migas, terutama Specific Gravity (SG).

Specific Gravity (SG) merupakan perbandingan densitas suatu fluida terhadap fluida standar (reference). Di dalam proses pengolahan migas, istilah ini banyak dijumpai terutama berkaitan dengan analisis karakteristik atau spesifikasi feed dan produk. SG suatu fluida dinyatakan dalam angka dengan 4 digit di belakang koma dan tidak bersatuan.

Fluida standar untuk zat cair adalah air dengan densitas 1 g/cm3 atau 1000 kg/m3 (densitas terbesar pada suhu 3,98 degC). Sedangkan untuk gas, fluida standarnya adalah udara dengan berat molekul 28,964 g/mol. 

SG zat cair diukur dengan hydrometer. Pada pengukurannya, selain menggunakan hydrometer, digunakan juga termometer untuk mengetahui temperatur fluida saat diukur. Hal ini sangat penting karena SG berubah seiring perubahan temperatur. 

Sebagaimana yang tercantum dalam rumus SG di atas, bahwa SG merupakan perbandingan densitas zat terhadap densitas zat standar. Densitas merupakan perbandingan massa zat dengan volume zat. Volume zat sangat dipengaruhi oleh suhu. Kenaikan suhu akan mengakibatkan pemuaian zat sehingga volumenya bertambah. Dengan demikian densitas zat yang sama pada temperatur yang lebih tinggi akan lebih rendah. Oleh karenanya besarnya SG zat tersebut pun berubah.

Guna kepentingan transaksi jual beli, khususnya di bidang migas supaya pembeli dan penjual tidak ada yang dirugikan maka ditetapkan standar SG 60/60 sebagai dasar perhitungan transaksi jual beli. SG 60/60 berarti perbandingan densitas zat pada suhu 60 degF dengan densitas zat standar pada suhu yang sama. Namun kenyataannya, sangat sulit mengkondisikan suhu pengukuran tepat pada 60 degF. Oleh karena itu pengukuran dilakukan pada suhu ruangan (berapapun) yang nantinya hasil pengukuran tersebut dikonversi ke SG 60/60 dengan suatu koreksi suhu. Untuk memperoleh besaran faktor koreksi suhu dapat dihitung dengan formula sebagai berikut.

C =1.313454 - 0.132674*T + 2.057793e-3*T² - 2.627634e-6*T³

(Lyons, 1992, the Handbook of Chemistry and Physics (CRC))

dengan suhu pada derajat Fahrenheit.

kemudian diperoleh SG terkoreksi suhu dengan melakukan perhitungan sebagai berikut.

SG_Corrected = SG_observed + (0,001C)

Perhitungan SG terkoreksi juga dapat dilakukan dengan menggunakan tabel sebagai berikut.

Tabel di atas merupakan tabel koreksi SG tiap derajat Fahrenheit. Penggunaannya menggunakan rumus sebagai berikut. Untuk nilai koreksi pada rentang di luar yang terdapat di tabel dapat dilakukan ekstrapolasi.

Selain tabel tersebut ada pula vendor hydrometer yang mengeluarkan tabel koreksi sendiri dan penggunaannya pun praktis. Contohnya adalah sebagai berikut.

[dirangkum dari berbagai sumber]

Read more »

Catalytic Reforming

1.Gambaran Umum Catalytic Reforming.

Sejak tahun 1940 catalytic reforming telah digunakan untuk menggantikan thermal reforming. Proses ini memperbaiki kualitas gasoline yang dihasilkan dari cracking yang masih mempunyai angka oktan rendah.
Catalytic reforming jauh lebih efisien dari pada thermal reforming. Penggunaan katalis akan mempercepat reaksi dan lebih mudah pengendalian operasinya. Katalis yang digunakan dapat terbuat dari platinum-alumina atau platinum-rhenium-alumina. Katalis tersebut berperan sebagai pemacu reaksi siklohidrogenasi dan reaksi lain seperti pembentukan aromatik.
Hydroforming unit telah digunakan pada awal perang dunia kedua, catalytic reforming tersebut untuk menghasilkan aviation gasoline yang banyak digunakan untuk keperluan militer. Sekitar tahun 1955, Universal Oil Product (UOP) telah mendemonstrasikan bahwa katalis platiunum dapat mendorong reaksi dehidrogenasi, khususnya dalam pembentukan aromat dalam skala komersial.
Dengan demikian sejak tahun itu hampir seluruh thermal reforming digantikan dengan catalytic reforming.
Tujuan utama catalytic reforming adalah untuk mengkonversi hidrokarbon menjadi aromatik yang reaksi utamanya adalah dehidrogenasi naphthene. Senyawa aromat tidak hanya berfungsi sebagai komponen bahan bakar motor tetapi juga banyak digunakan sebagai bahan baku industri petrokimia.
Didalam straight-run naphtha pada umumnya masih banyak impurities yang dapat meracuni katalis. Agar tidak meracuni katalis, maka terlebih dahulu dilakukan hydrotreating terhadap naphtha tersebut. Hydrotreating adalah proses penghilangan impurities seperti senyawa sulfur, nitrogen dan arsenik melalui proses hidrogenasi. Hidrogen yang digunakan untuk keperluan treating ini berasal dari reforming unit itu sendiri.

Gambar 1 : Product from Thermal Reforming and from Catalytic Reforming 

Di dalam reaksi catalyitc reforming kemungkinan terjadinya olefin sangat kecil sekali, hal ini disebabkan oleh adanya reaksi hidrogenasi olefin, yang mana secara cepat begitu olefin terbentuk langsung dijenuhkan menjadi paraffin. Hal ini dapat dipahami lebih dalam lagi dengan melihat gambar 1 yang menunjukkan perbedaan hasil reforming secara thermal dan catalytic. Kelihatan dari sini bahwa senyawa aromat lebih banyak dihasilkan pada catalytic reforming dan olefin hanya ada pada hasil thermal reforming.
Di dalam catalyic reforming, hidrogen dihasilkan sebagai hasil samping. Sebagian dari hidrogen yang dihasilkan disirkulasikan kembali untuk menjaga tekanan didalam reactor dan mencegah terjadinya pembentukan coke. Disamping itu hidrogen ini banyak dimanfaatkan untuk proses yang lain seperti hydrotreating, hydrocracking dan isomerization plant, bahkan tidak sedikit yang digunakan untuk keperluan industri petrokimia. Meskipun reaksi isomerisasi juga kemungkinan terjadi, namun tidak banyak mempengaruhi kenaikan angka oktan karena jumlahnya relatif kecil.

2. Catalytic Reforming Process.

Berbagai unit yang digunakan dalam catalytic reforming process ada yang menggunakan tekanan tinggi dan ada juga yang menggunakan tekanan rendah.
Gambar 2 menunjukkan unit yang beroperasi pada tekanan tinggi, unit ini relatif murah tetapi kurang fleksibel dibandingkan dengan yang bertekanan rendah. Keterbatasan unit ini ialah angka oktan dan jumlah hasilnya rendah.
Proses yang menggunakan tekanan tinggi diantaranya termasuk platforming, catforming, houdriforming, salvaforming dan Sinclair-Baker Process. Katalis yang digunakan adalah platinum, catalyst deposit biasanya sedikit.
Proses lain yang meregenerasi katalis dan sementara operasi tetap berjalan diantaranya adalah ultraforming dan powerforming yang menggunakan katalis platinum (Pt), fluid hydroforming dan hydroforming menggunakan katalis molybdena on alumina (Mo dalam Al2O3), thermoforming menggunakan katalis chromia on alumina (Cr dalam Al2O3) dan hyperforming menggunakan katalis molybdate on alumina (Mo dalam Al2O3).
Berbagai macam proses yang dikembangkan oleh beberapa perusahaan diantaranya adalah seperti yang terlihat dalam table 1.
Gambar 3 menunjukkan proses catalytic reforming yang dikenal sebagai platforming. Feed memasuki prefractionator untuk menghilangkan light ends termasuk juga disolved oxygen dan H2O. Disamping itu prefractionator ini juga unuk mengatur boiling range. Boiling range yang dikehendaki adalah 100 - 360oF yang selanjutnya bercampur dengan recycle hydrogen gas dan bersama-sama memasuki heater pertama. Recycle gas rate sekitar 8.000 scf/bbl of feed. Dari heater pertama kemudian memasuki reactor pertama dan keluar dipanasi lagi pada heater kedua, begitu seterusnya sampai tiga tingkat.

Gambar 2 : Simplified Regeneration of Reactor

Reactor berupa bejana berbentuk silinder yang di dalamnya berisi katalis. Uap mengalir melalui setiap reactor dan kontak dengan katalis kemudian bereaksi sebagaimana yang diinginkan. Karena reaksinya menyerap panas, maka setiap akan memasuki reactor dipanasi terlebih dahulu di dalam reheater. Aliran meninggalkan dasar gas separator menuju ke fractionator untuk dipisahkan komponen-komponennya.
Reformat adalah produk yang digunakan sebagai komponen untuk pencampuran premium dan aviation gasoline. Gas meninggalkan separator menuju ke H2S absorber untuk dihilangkan H2S yang terkandung di dalam hidrogen. Sebagian dari hidrogen yang dihasilkan disirkulasikan kembali ke proses dengan maksud untuk menghindari terbentuknya coke dalam katalis. Suhu reaksi di dalam reactor sekitar 850 - 950oF dan tekanan sekitar 200 - 700 psig.

Tabel 1 : Beberapa proses dan perusahaan yang mengembangkannya

Regenerasi katalis yang dilakukan ketika keaktifan katalis turun hingga dibawah batas yang telah ditetapkan. Meskipun keaktifan katalis dapat dipulihkan dengan cara regenerasi, namun lama-kelamaan katalis akan mengalami degradasi, dan meskipun dapat diregenerasi tetapi hasilnya akan berada di bawah batas ekonomis. Oleh karena itu katalis yang demikian harus diganti dengan yang baru.
Proses dengan cara konvensional ini, untuk melakukan regenerasi harus menghentikan operasi. Dewasa ini banyak dilakukan inovasi terhadap proses yang dapat dioperasikan secara kontinyu dan tanpa menghentikan proses sewaktu regenerasi.

Gambar 3 : Catalytic Reforming (Conventional Platforming)

Gambar 4 menunjukkan continuous platforming yang dikembangkan oleh UOP. Proses tersebut menggunakan reactor, heater, separator, dan fractionator. Platforming adalah suatu proses catalytic reforming yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis yang lain. Katalis platinum untuk reforming tekanan rendah sama seperti untuk reforming tekanan tinggi, kecuali proses yang meliputi reactor tambahan seperti yang disebut swing reactor yang memungkinkan untuk regenerasi. Jika sebuah reactor harus ditempatkan pada siklus regenerasi, maka swing reactor menggantikannya. Proses tersebut dapat diulang-ulang sampai regenerasi katalis dilakukan sepenuhnya. Tekanan operasi reactor berkisar antara 125 - 300 psig dan recycle gas bervariasi antara 1.500 - 2.500 scf/bbl of feed. Ultra forming proses seperti yang terlihat dalam gambar 5 merupakan lisensi dari Standard Oil of California, dalam proses ini menggunakan beberapa reactor dan swing reactor dengan suatu fixed bed catalyst. Swing reactor adalah pusat untuk meregenerasikan katalis. Ultraforming dapat menhasilkan produk yang mempunyai angka oktan 95 - 103 (research octane number). Xylene dengan kemurnian tinggi juga dapat dihasilkan melalui fraksinasi ultraformate. Di dalam ultraforming, katalis yang digunakan dapat diregenerasi sampai 600 kali atau lebih tanpa kehilangan selektivitasnya yang signifikan dan tanpa diperlukan penggantian dalam jangka waktu pendek.

Gambar 4 : Continuous Platforming with Katalis Regeneration

Proses lain yang sangat populer disebut houdriforming berlisensi dari Houdry Division of Air Product and Chemicals seperti yang terlihat dalam gambar 6 menggunakan dua buah atau lebih fixed bed reactor yang masing-masing dilengkapi dengan heater. Dan naphtha yang diumpankan bercampur dengan recycle gas yang banyak mengandung hidrogen.

Gambar 5 : Ultraforming Fixed-Bed Process

Gambar 6 : Houdriforming

Jika kandungan sulfur di dalam naphtha tinggi, maka sebelumnya harus dilakukan hidrodesulfurisasi yang hidrogennya dapat diperoleh secara langsung dari houdriforming. Disamping dengan cara tersebut, sulfur juga dapat dihilangkan dengan cara absorpsi dengan menggunakan ethanolamine sebagai solvent-nya.
Houdriforming menggunakan katalis platinum dalam alumina atau bimetallic. Jika houdriforming digunakan untuk menghasilkan aromatik, konversi naphtha menjadi benzene, toluene dan xylene mendekati 100% dari harga teoritis benzene.
Kondisi operasi proses ini suhunya berkisar antara 900 - 1.0000F dan tekanan 100 - 400 psig.

3. Feed

Feedstock untuk catalytic reforming biasanya adalah naphtha atau straight-run gasoline yang mempunyai angka oktan rendah, konversi naphtha paling tidak adalah menjadi butane dan bahan-bahan yang lebih ringan. Lebih baik lagi jika naphtha banyak mengandung naphthene karena dapat menghasilkan aromat yang tinggi.

Butane yang dihasilkan dari catalytic reforming mengandung isobutane sekitar 40- 50%, dan pentane mengandung iso-pentane sekitar 50 - 65%. Pretreatment terhadap feedstock mutlak diperlukan untuk operasi yang menggunakan katalis platinum. Katalis tersebut sangat sensitif terhadap nitrogen, chloride, sulfur, air (water), lead dan arsenic. Proses yang digunakan untuk pretreatment adalah hydrotreating dengan menggunakan katalis cobalt-molybdenum. Hidrogen yang diperlukan untuk hydrotreating ini berasal dari catalytic reforming itu sendiri.

4. Katalis
Katalis mempunyai peranan yang sangat penting di dalam proses catalytic reforming. Mengapa demikian, karena beberapa kondisi yang dibutuhkan untuk mendapatkan aromatik dari hidrokarbon lain tanpa menggunakan katalis ternyata hasil-hasilnya relatif rendah, oleh karena itu katalis dehidrogenasi digunakan untuk memperbaiki hasil dan kondisi reaksi.

Beberapa macam katalis yang banyak digunakan untuk keperluan ini dintaranya adalah:

• Platinum on alumina

• Platinum on silica-alumina

• Chromia on alumina

• Molybdena on alumina

Dasar katalis adalah alumina, sedangkan elemen-elemen yang menghidrogenasi adalah platinum, dan persentase platinum berkisar antara 0,3 - 0,6%.
Elemen-elemen lain yang kemungkinan ada adalah halida kurang lebih antara 0 -1%. Dalam hal chromia on alumina, dasar katalisnya adalah alumina dan elemen yang menghidorgenasi adalah chromia yang persentasenya sekitar 10 - 15%.
Katalis yang paling disukai adalah katalis yang memacu produksi aromatik dan menekan terjadinya proses hidrocracking.
Jika katalis lain yang dikenal dengan nama bimetallic catalyst adalah katalis yang mengandung platinum dan metal promotor lain seperti misalnya rhenium. Katalis semacam ini umumnya untuk operasi pada tekanan rendah dan suhu tinggi dengan siklus regenerasi menengah.
Selectivity adalah merupakan bentuk persaingan kecepatan reaksi yaitu dehidrogenasi untuk menghasilkan aromatik dan hidrocracking untuk menghasilkan paraffin yang lebih ringan. Katalis platiunum umumnya yang paling aktif dan juga sangat mahal harganya. Katalis seperti ini mempunyai fungsi ganda, platinum beraksi sebagai dehydrogenating agent, dan zat asam seperti fluorine atau chlorine beraksi sebagai isomerization agent.
Olefin merupakan hasil reaksi intermediate, meskipun demikian pada kondisi reforming hanya sedikit sekali olefin yang ada. Variabel operasi yang sangat penting adalah tekanan, sedangkan variabel-variabel lain yang perlu diperhatikan adalah suhu, space velocity, recycle gas rate, dan ukuran partikel katalis. Space velocity dinyatakan sebagai perbandingan feed rate yang masuk terhadap jumlah katalis didalam reactor. Satuan space velocity dinyatakan sebagai wt/hr/wt atau vol/hr/vol.
Operasi catalytic reforming biasanya terjadi pada tekanan tinggi dan hydrogen yang dihasilkan disirkulasikan kembali ke dalam reactor. Kondisi operasi untuk katalis tertentu ditunjukkan dalam tabel 2.
Feedstock untuk catalytic reforming biasanya adalah naphtha atau straight-run gasoline yang mempunyai angka oktan rendah, konversi naphtha paling tidak adalah menjadi butane dan bahan-bahan yang lebih ringan. Lebih baik lagi jika naphtha banyak mengandung naphthene karena dapat menghasilkan aromat yang tinggi.
Butane yang dihasilkan dari catalytic reforming mengandung isobutane sekitar 40 - 50%, dan pentane mengandung iso-pentane sekitar 50 - 65%.
Pretreatment terhadap feedstock mutlak diperlukan untuk operasi yang menggunakan katalis platinum. Katalis tersebut sangat sensitif terhadap nitrogen, chloride, sulfur, air (water), lead dan arsenic. Proses yang digunakan untuk pretreatment adalah hydrotreating dengan menggunakan katalis cobalt-molybdenum. Hidrogen yang diperlukan untuk hydrotreating ini berasal dari catalytic reforming itu sendiri.

Tabel 2 : Kondisi operasi untuk katalis tertentu

5. Produk

Senyawa aromat lebih banyak dihasilkan pada catalytic reforming dan olefin hanya ada pada hasil thermal reforming. Di dalam catalyic reforming, hidrogen dihasilkan sebagai hasil samping. Sebagian dari hidrogen yang dihasilkan disirkulasikan kembali untuk menjaga tekanan didalam reactor dan mencegah terjadinya pembentukan coke. Disamping itu hidrogen ini banyak dimanfaatkan untuk proses yang lain seperti hydrotreating, hydrocracking dan isomerization plant, bahkan tidak sedikit yang digunakan untuk keperluan industri petrokimia. Meskipun reaksi isomerisasi juga kemungkinan terjadi, namun tidak banyak mempengaruhi kenaikan angka oktan karena jumlahnya relatif kecil.

6. Variabel Operasi

Variabel operasi yang sangat penting adalah tekanan, sedangkan variabel-variabel lain yang perlu diperhatikan adalah suhu, space velocity, recycle gas rate, dan ukuran partikel katalis. Space velocity dinyatakan sebagai perbandingan feed rate yang masuk terhadap jumlah katalis didalam reactor. Satuan space velocity dinyatakan sebagai wt/hr/wt atau vol/hr/vol.

a. Tekanan
Tekanan akan mempengaruhi kecepatan reaksi dan juga mempengaruhi yield dan stabilitas katalis. Naiknya tekanan pada reaktor akan berakibat meningkatnya reaksi hydrocracking dan menurunnya reaksi aromatisasi. Sebaliknya jika tekanan operasi menurun akan mengakibatkan naiknya produk cairan karena berkurangnya reaksi hydrocracking, selain itu produksi hidrogen dan kemurnian hidrogen akan meningkat tetapi disisi lain akan meningkatkan karbon yang menempel pada permukaan katalis.

b. Suhu

Suhu merupakan variabel untuk mengatur kualitas produk. Katalis mampu beroperasi pada suhu yang sesuai dengan kemampuan jenis katalis tersebut. Suhu yang terlalu tinggi dapat aktivitas katalis bertambah. Suhu reaktor biasanya sebagai weight average inlet temperatur (WAIT) yaitu fraksi katalis dalam setiap reaktor bed dikali dengan inlet temperatur.
Menaikkan suhu berarti menaikkan aromatisasi dan hydrocracking dimana suhu inlet reaktor akan memberikan sempurnanya aromatisasi, angka oktan produk dan yield yang diinginkan seperti menurunkan feed harus dilakukan penurunan temperatur terlebih dahulu sebab jika feed yang diturunkan terlebih dahulu akan berakibat overcracking dan naiknya pembentukan karbon di permukaan katalis.

c. Ukuran Partikel Katalis

Ukuran dan bentuk katalis bermacam-macam. Ukuran partikel katalis juga sangat berpengaruh terhadap kecepatan reaksi pada proses catalytic reforming.

d. Liquid Hour Space Velocity (LHSV)

Liquid hour space velocity adalah banyaknya naphta feed dalam kubik meter yang lewat pada sejumlah katalis yang juga dalam kubik meter per jam. LHSV digunakan untuk menentukan feed dengan basis volume dalam satuan waktunya. Space Velocity mempunyai akibat paling besar pada kualitas produk seperti angka oktan.
                              Charge rate , m3/jam

L H S V = --------------------------------------

                        Volume katalis di reaktor , m3

Menaikkan space velocity akan mengakibatkan kualitas produk menurun karena sejumlah reaksi yang dikehendaki juga berkurang. Untuk mengimbangi hal tersebut maka suhu reaktor harus dinaikkan sehingga sebanding dengan kenaikkan jumlah feed yang masuk. Mengubah feed rate mempunyai efek yang kecil terhadap aromatisasi tetapi berakibat besar terhadap reaksi hydrocracking sehingga menurunkan feed rate akan mengakibatkan bertambahnya reaksi hydrocracking dan bertambahnya jumlah karbon yang menempel di permukaan katalis.

e. H2/HC ratio

H2/HC ratio dapat diartikan sebagai perbandingan mole hidrogen recycle gas dengan mole feed yang diolah. Hidrogen recycle gas digunakan untuk mencegah pembentukan karbon di permukaan katalis. H2/HC ratio meningkat akan membuat naphta yang melewati reaktor lebih cepat dan panas akan lebih banyak untuk reaksi yang membutuhkan panas.

Untuk mencegah rusaknya katalis H2/HC ratio harus dipertahankan diatas minimum yang diizinkan. Menaikkan H2/HC ratio tergantung kemampuan peralatan sedangkan menurunkannya akan berakibat pembentukan karbon di katalis akan lebih cepat. Cara menaikkan H2/HC ratio :

o Menaikkan kapasitas kompresor
o Menurunkan feed pada recycle tetap
o Menaikkan tekanan separator

Menaikkan H2/HC ratio tanpa mengubah kondisi operasi dari unit akan mengakibatkan :
o Turunnya hidrogen di recycle gas
o Naiknya Pressure drop di reaktor
o Efisiensi kompresor turun.

[dirangkum dari berbagai sumber]

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 »