11 BAB II Tinjauan Pustaka pabrik pembuatan benzene
-
Upload
ilman-inoel-hakim -
Category
Documents
-
view
109 -
download
26
description
Transcript of 11 BAB II Tinjauan Pustaka pabrik pembuatan benzene
BAB II
DASAR-DASAR PRA-RANCANGAN
2.1. Bahan baku
Dalam pembuatan benzene terdapat bahan baku yakni coke oven light oil dan
Hidrogen. Berikut penjelasan kedua bahan tersebut.
2.1.1 Coke Oven Light Oil
Coke oven light oil adalah minyak yang diperoleh sebagai hasil samping proses
karbonisasi batubara yang mempunyai sifat sangat mudah terbakar. Light oil memiliki
kandungan senyawa aromatis sekitar 95 %, terutama berupa benzen, toluen dan xylen.
(Logwinuk et al, 1964). Coke oven light oil juga mengandung kandungan sulfur seperti
tiophene (0,3-0,6% berat), nitrogen seperti pyridine (0,25% berat) dan olefinic aromatik
seperti styrene (1,5-2,5% berat).
Sejak diketahui adanya kandungan benzene di dalam light oil pada tahun 1876,
usaha pengambilan benzen dari light oil secara komersial dimulai. Benzen sendiri
merupakan bahan kimia yang memiliki kegunaan yang luas, antara lain sebagai bahan
baku pembuatan fenol, stiren, sikloheksan dan produk-produk lain yang digunakan dalam
industri obat-obatan, zat warna, insektisida dan plastik. Setelah Perang Dunia ke-2
permintaan benzen dunia terus meningkat seiring dengan berkembangnya industri kimia
hingga melebihi total produksi benzen yang dapat dihasilkan oleh industri karbonisasi
batubara. Hal ini memicu peningkatan produksi benzen dari industri minyak bumi yang
hingga saat ini menjadi pemasok utama kebutuhan benzen dunia. (Kirk & Othmer, 1978)
Saat ini telah dikembangkan suatu proses pengambilan senyawa aromatis dari coke
oven light oil, yakni dengan proses Litol. Pada proses ini umpan light oil yang telah
diuapkan, dilewatkan ke dalam reaktor yang berisi tumpukan katalis bersamaan dengan
arus hidrogen. Tekanan operasi yang digunakan sekitar 35 atm, dengan suhu berkisar
antara 550-620°C. Spesifikasi dari coke oven light oil sebagai berikut :
Wujud : Cairan berwarna coklat muda
Bau : Organik
Titik lebur, (pada 101 kPa), [°C] : -18
Titik didih, (pada 1013 hPa), [°C] : 82-114
Densitas (pada 20°C), [g/cm3] : 0,85-1,05
Kelarutan dalam Air 20oC [mg/l] : 0.1 – 100
II-1
II-2BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Viskositas (20°C), [cP] : 0,646
Flash point, [°C] : < 2 (EN ISO 2719)
Komposisi, [% berat]Benzena : 63Toluena : 20Xilena : 10Stirena : 7
(Sumber : Wilson, P.J and Wells, J.H., 1950, Coal, Cokeand Coal Chemistry, Mcgraw Hill Book Co.,
New York)
Indonesia masih mengimpor kebutuhan benzen dalam negerinya. Sebagai negara
penghasil batubara, Indonesia memiliki potensi untuk memproduksi benzen melalui
pengolahan coke oven light oil. Selain itu pengolahan coke oven light oil ini dapat
meningkatkan nilai hasil samping industri karbonisasi batubara.
Sifat Kimia :
Halogenas Produk substitusi atau adisi diperoleh dengan halogenasi benzene. Benzene
dapat direaksikan dengan Br2 dan Cl2 (katalis halida logam) akan diperoleh
chlorobenzene dan bromobenzene. Reaksi ditunjukkan sebagai berikut.
+ Br2 FeBr3 Br + HBr
(benzena) (bromobenzene)
Cl
+ Cl2 FeBr3 + HCl
(benzena) (chlorobenzene)
(Kirk and Othmer, 1991)(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)
Nitrasi Benzena dapat dinitrasi menjadi nitrobenzene. Proses nitrasi menggunakan
campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat pada suhu 50-55°C
menghasilkan nitrobenzene yang lebih banyak sekitar 95%. Reaksi sebagai
berikut :
NO2
+ HNO3 + H2SO4 50-55°C + H3O+ + HSO4-
(benzena) (nitrobenzene)
(Kirk and Othmer, 1991)
II-3BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Sulfonasi Benzena dapat terkonversi menjadi benzene sulfonic acid dengan oleum atau
chlorosulfonic acid.
Alkilasi Hasil alkilasi benzene seperti ethylbenzene dan cumene diproduksi dengan
mereaksikannya antara etilen dan propilen.
Oksidasi Agen pengoksidasi kuat seperti permanganatatau dikromat dapat
mengoksidasi benzene menjadi air dan karbondioksida.
C6H6 MnO4/Cr2O3 CO2 + H2O
(Kirk and Othmer, 1991)
Reduksi Benzena dapat tereduksi menjadi cyclobenzene (dengan hidrogen dan katalis
nikel atau kobalt). Hidrogenasi katalitik benzene fase uap berlangsung pada
suhu 200°C(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)
2.1.2 Hidrogen
Hidrogen adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor
atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen berwujud gas tidak berwarna, tidak
berbau, bersifat logam bervalensi tunggal, merupakan gas diatomic yang sangat mudah
terbakar. Hidrogen merupakan unsur paling melimpah dari total massa unsnur alam
semesta. Senyawa hydrogen relative langka dan jarang dijumpai secara alami, biasanya
dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon.
Hidrogen ditemukan pada tahun 1766 oleh H Cavendish. Dikenal tiga isotop
hydrogen, yaitu normal, deutrum (hidrogen berat), dan tritium (hydrogen sangat berat).
Hydrogen banyak terdapat di alam, terdapat juga di angkasa dan benda-benda angkasa.
Hanya merupakan 0,001% dari atmosfer bumi, terpusat di bagian pinggir paling luar.
Hydrogen umumnya bersumber dalam kerak bumi. Diperoleh dengan berbagai cara,
terutama elektrolisis air atau senyawa yang mengandung hydrogen. Hydrogen dipakai
dalam penelitian nuklir, pengelasan, hidrogenasi lemak, pembuatan hidrokarbon dan
senyawa organic lainnya, pembuatan amoniak, pembersihan biji besi, metalurgi, industry
kimia, serta bahan bakar roket, membentuk lebih dari 10% tubuh manusia. Aktif secara
kimiawi, banyak membentuk persenyawaan air , asam, basa, alcohol, hidrokarbon,
karbonhidrat, dan zat makanan. Inti atom hydrogen di kelilingi oleh 1 elektron pada
kulitnya. (JOHN WILEY,1990)
II-4BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Dalam keadaan normal di Bumi, unsur Hidrogen berada dalam keadaan gas
diatomik, H2. Namun, gas Hidrogen sangatlah langka di atmosfer Bumi (1 ppm
berdasarkan volume) oleh karena beratnya yang ringan yang menyebabkan gas Hidrogen
lepas dari gravitasi Bumi. Walaupun demikian, Hidrogen masih merupakan unsur paling
melimpah di permukaan Bumi. Kebanyakan Hidrogen Bumi berada dalam keadaan
bersenyawa dengan unsur lain seperti hidrokarbon dan air. Gas Hidrogen dihasilkan oleh
beberapa jenis bakteri dan ganggang.
Gas Hidrogen, H2, pertama kali dihasilkan secara artificial oleh T. Von Hohenheim
melalui pencampuran logam dengan asam kuat. Dia tidak menyadari bahwa gas mudah
terbakar yang dihasilkan oleh reaksi kimia ini adalah unsur kimia yang baru.
Saat ini sejumlah besar hidrogen diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia.
Penggunaan terbesar hidrogen adalah untuk memproses bahan bakar fosil. Konsumen
utama dari hidrogen di kilang petrokimia meliputi hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi, dan
hydrocracking.
Berikut beberapa kegunaan dari Hidrogen :
a. Di bidang kimia organik
Hidrogen berguna untuk reaksi hidrogenasi berbagai senyawa organik. Beberapa
senyawa organik yang menggunakan Hidrogen adalah reaksi kimia rosenmund
dan reaksi kimia asilasi Freidel Crafts.
b. Industri Pupuk
Di industri pupuk, pemanfaatan hidrogen dimanfaatkan dengan cara direaksikan
dengan Nitrogen. Dengan hasil reaksi adalah ammonia yang berguna sebagai
bahan dasar pupuk
c. Industri minyak goreng
Di industri minyak goreng, hidrogen juga menjadi sebagai bahan untuk
meningkatkan tingkat kejenuhan minyak, biasanya minyak goreng nabati.
d. Industri bahan bakar
Salah satu industri lain yang menggunakan hidrogen adalah dalam pembuatan
metanol yang digunakan sebagai bahan bakar. Metanol dihasilkan melalui proses
pembentukan kembali gas alam yang ada di Bumi.
e. Proses penghilangan sulfur
II-5BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Untuk menghilangkan kadar sulfur atau zat belerang pada bahan bakar minyak
yang berasal dari fosil, digunakan hidrogen sebagai bahan hidrodesulfurisasi.
(Dr. Yuli, 2015)
Untuk spesifikasi hidrogen dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Wujud : Gas
Bau : Tidak berbau
Titik lebur, (pada 1 atm), [°C] : -259,14
Titik didih, (pada 1 atm), [°C] : -252,87
Densitas (pada 20°C), [g/cm3] : 0,07
Kelarutan dalam air 25°C, [g/100 g air] : 0,10
Temperatur kritis, [°C] : -240,18
Tekanan kritis, [atm] : 12,81
Flash point, [°C] : 16
Flammability limit udara, [%volume] : 4,0-75%
Panas peleburan, [kJ/mol] : 0,117
Tabel 2.2 Spesifikasi Hidrogen
Sifat Fisis Hidrogen
Wujud :Gas
Bau : Tidak berbau
Titik lebur, (pada 1 atm), [°C] : -259,14
Titik didih, (pada 1 atm), [°C] : -252,87
Densitas (pada 20°C), [g/cm3] : 0,07
Kelarutan dalam air 25°C, [g/100 g air] : 0,10
Temperatur kritis, [°C] : -240,18
Tekanan kritis, [atm] : 12,81
Flash point, [°C] : 16
Flammability limit udara, [%volume] : 4,0-75%
Panas peleburan, [kJ/mol] : 0,117
Panas penguapan (pada 80,1°C), [kJ/mol] : 0,904
Panas pembakaran (25°C), [kJ/mol] : -286
Kapasitas kalor, [J/mol.K] : 28,836
Kemurnian (% berat) : 99,99 %
II-6BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Sifat Kimia Hidrogen
a. Hidrogen bereaksi dengan sejumlah oksida logam pada suhu tinggi untuk menghasilkan logam dan air, seperti yang ditunjukkan reaksi berikut. FeO + H2 Fe + H2O Cr2O3 + 3H2 2Cr + H2O (Sumber : Kirk and Othmer, 1991)
b. Bereaksi dengan oksigen menghasilkan H2O : 2H2 + O2 2H2O
c. Sangat mudah terbakar dan meledak pada temperature 560oC
d. Akan terbakar pada serendah 4% H2 di udara bebas
2.2. Bahan Penunjang
Bahan tambahan yang digunakan dalam pembuatan benzene yakni katalis Nikel-
Molibdenum. Berikut penjelasan dari Nikel-Molibdenum.
2.2.1 Nikel-Molibdenum
Katalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi
(mengarahkan atau mengendalikannya), tanpa terkonsumsi oleh reaksi, sehingga katalis
tidak muncul di dalam persamaan stoikiometri reaksi. Katalis bersifat mempengaruhi
kecepatan reaksi, tanpa mengalami perubahan secara kimiawi pada akhir reaksi. Proses
yang dilakukan oleh katalis ini disebut katalisis.
Katalis dapat dibedakan menjadi dua golongan utama berdasarkan fasenya di dalam
sistem reaksi, yakni katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen merupakan
katalis yang ada dalam fase yang sama dengan fase reaktan (fase katalis sama dengan fase
reaksi). Yang paling umum berupa fase cair, dengan katalis dan reaktan berada dalam
larutan. Sedangkan katalis heterogen merupakan katalis yang fasenya tidak sama dengan
fase reaktan (fase katalis tidak sama dengan fase reaksi). Umumnya fase katalis berupa
padatan dan fase reaksi berupa gas. Khusus untuk katalis heterogen, biasanya disangga
(supporting) oleh komponen-komponen yang dapat menunjang sifat katalis agar sesuai
dengan yang diharapkan seperti luas permukaan yang tinggi, aktivitas, selektivitas, dan
sebagainya. Jenis penyangga yang umumnya digunakan adalah oksida dengan titik leleh
yang tinggi, tanah liat, dan karbon.
Katalis yang digunakan dalam reaktor Litol adalah katalis golongan heterogen, yakni
Nikel-Molibdenum (Ni-Mo) yang disangga/support catalyst oleh gamma alumina (-
Al2O3). Molibdenum bertindak sebagai zat aktif dan menstabilkan aluminium oksida
II-7BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
sedangkan nikel bertindak sebagai promotor untuk meningkatkan aktivitas molibdenum.
Pemilihan tipe katalis bergantung pada aplikasi dan aktivitas/selektivitas yang diinginkan.
Katalis NiMo cocok untuk proses pre-treatment yaitu hidrogenasi senyawa tak jenuh
(diolefin, stirena) dan proses pengambilan senyawa aromatik yang berasal dari hasil
samping proses karbonisasi (coke oven). Spesifikasi katalis Ni-Mo dapat dilihat pada Tabel
2.3.
Gambar 2.1 Katalis Nikel-Molibdenum/Ni-Mo
Tabel 2.3 Spesifikasi Katalis Nikel-Molibdenum/Ni-Mo
Wujud : Ekstrusi
Warna : Hijau Muda
Diameter, [mm] : 3
Densitas bulk, [g/mL] : 0,750
Komposisi : NiO, [%wt] MoO3, [%wt]
: 1-5: 10-20
Umur pakai, [tahun] : 1(Sumber: Alibaba.com, 2013)
2.3. Benzene
Benzene juga dikenal dengan rumus kimia C6H6 adalah senyawa kimia organik
yang terdiri dari enam atom karbon yang membentuk cincin, dengan satu atom hidrogen
berikatan pada setiap satu atom karbon. Benzene merupakan cairan tak berwarna dan
sangat mudah terbakar serta mempunyai bau yang aromatis.
Benzene adalah salah satu komponen dalam minyak bumi, dan merupakan salah
satu bahan petrokimia yang paling dasar serta pelarut yang penting dalam dunia industri.
Karena memiliki bilangan oktan yang tinggi, maka benzene juga salah satu campuran
penting dalam bensin. Benzene menaikkan angka oktan bensin dan mengurangi ketukan
mesin. Maka, bensin sebelum tahun 1950-an mengandung beberapa persen benzene
II-8BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
didalamnya. Zat aditif itu kemudian digantikan oleh tetraetil timbal. Setelah tetraetil timbal
tidak digunakan lagi karena beracun bagi lingkungan, benzene kembali popular sebagai zat
aditif di beberapa Negara.
Benzene ditemukan pada tahun 1825 oleh seorang ilmuwan Inggris, Michael
Faraday,kemudian rumus molekulnya ditetapkan oleh Mitscherlich sebagai C6H6.
Menurut kekule (1866) rumus bangun benzene berupa segi enam datar dengan ikatan
rangkap selang-seling, dimana jarak antar atom C sama besar dengan sudut iakatan 120o.
Gambar struktur molekul benzene
Pada tahun 1833, kimiawan Jerman, Eilhard Mitscherlich menghasilkan benzene
melalui distilasi asam benzoate (dari benzoin karet) dan kapur. Saat ini telah
dikembangkan berbagai macam proses pembuatan benzene dan salah satunya dari coke
oven light oil melalui proses litol.
Banyak senyawa kimia penting yang berasal dari benzene. Senyawa-senyawa ini
dibuat dengan cara menggantikan satu atau lebih atom hidrogen pada benzene dengan
gugus fungsional lainnya.
Berikut tabel manfaat atau kegunaan dari beberapa senyawa turunan benzene :
Tabel 2.4 Tabel manfaat senyawa turunan benzene
No Turunan Benzene Manfaat
1. Toluena
(Metil Benzene)
- Bahan pembuat asam benzoate
- Bahan pembuat TNT (Trinitro
Toluena)
- Pelarut senyawa karbon
2. Asam Benzoat - Pengawet makanan
II-9BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
- Bahan baku pembuatan fenol
3. Fenol
(hidroksibenzena / fenil alkohol)
- Zat antiseptic
- Zat disinfektan
- Pembuatan pewarna
- Resin
4. Trinitro Toluen (TNT) - Bahan peledak
5. Trinitro Benzene (TNB) - Bahan peledak
6. Nitro Benzene - Pewangi pada sabun
- Pembuatan aniline
7. Anilin
(aminobenzena / fenil amina)
- Obat-obatan
- Bahan dasar zat warna diazo
8. Stirena - Bahan pembuatan plastic dan karet
sintesis
9. Asam salisilat - Bahan obat / zat analgesic (aspirin)
- Obat penyakit kulit
10. Asam tereftalat - Bahan serat sintetik polyester
11. Parasetamol (asetaminofen) - Obat penurun panas
12. Benzal dehida - Zat aditif penambah aroma makanan
13. Benzil alcohol - Bahan pelarut
14. Halogen Benzene - Digunakan pada pembuatan cat dan
pembuatan insektisida
15. Asam Benzene sulfonat - Pembuatan obat
- Pemanis buatan
(Sumber : kimiastudycenter)
Dalam dunia industri, benzene digunakan sebagai pelarut, juga bahan dasar dalam
produksi obat-obatan, plastik, bensin, karet buatan, dan pewarna. Karena bersifat
karsinogenik, maka pemakaiannya selain bidang non-industri menjadi sangat terbatas.
Produk benzene dari coke oven light oil dengan proses Litol menghasilkan benzene dengan
kemurnian antara 95% hingga 99,95%wt. Berikut adalah spesifikasi dari benzene dapat
dilihat pada Tabel 2.4.
Tabel 2.5 Spesifikasi Benzene
Sifat Fisis Benzene
II-10BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Rumus : C6H6
Massa molekul, [gr/mol] : 78,11
Titik lebur, (pada 1 atm), [°C] : 5,533
Titik didih, (pada 1 atm), [°C] : 80,1
Densitas (pada 25°C), [kg/m3] : 873,7
Viskositas (20°C), [cP] : 0,646
Temperatur kritis, [°C] : 289,45
Tekanan kritis, [atm] : 48,6
Flash point, [°C] : -11,1
Fire point, [°C] : 30
Flammability limit udara, [%volume] : 1,5-80
Panas peleburan, [kJ/g.mol] : 9,874
Panas penguapan (pada 80,1°C), [kJ/g.mol] : 33,847
Panas pembakaran (25°C), [kJ/g.mol] : 41,836
Kelarutan dalam air 25°C, [g/100 g air] : 0,180
Refraktif Index : 1,498
Kemurnian : 95-99,95%
Sifat Kimia Benzene
Halogenasi Produk substitusi atau adisi diperoleh dengan halogenasi benzene. Benzene
dapat direaksikan dengan Br2 dan Cl2 (katalis halida logam) akan diperoleh
chlorobenzene dan bromobenzene. Reaksi ditunjukkan sebagai berikut.
+ Br2 FeBr3 Br + HBr
(benzena) (bromobenzene)
Cl
+ Cl2 FeBr3 + HCl
(benzena) (chlorobenzene)
(Kirk and Othmer, 1991)(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)
Nitrasi Benzena dapat dinitrasi menjadi nitrobenzene. Proses nitrasi menggunakan
campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat pada suhu 50-55°C
menghasilkan nitrobenzene yang lebih banyak sekitar 95%. Reaksi sebagai
II-11BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
berikut :
NO2
+ HNO3 + H2SO4 50-55°C + H3O+ + HSO4-
(benzena) (nitrobenzene)
(Kirk and Othmer, 1991)
Sulfonasi Benzena dapat terkonversi menjadi benzene sulfonic acid dengan oleum atau
chlorosulfonic acid.
Alkilasi Hasil alkilasi benzene seperti ethylbenzene dan cumene diproduksi dengan
mereaksikannya antara etilen dan propilen.
Oksidasi Agen pengoksidasi kuat seperti permanganatatau dikromat dapat
mengoksidasi benzene menjadi air dan karbondioksida.
C6H6 MnO4/Cr2O3 CO2 + H2O
(Kirk and Othmer, 1991)
Reduksi Benzena dapat tereduksi menjadi cyclobenzene (dengan hidrogen dan katalis
nikel atau kobalt). Hidrogenasi katalitik benzene fase uap berlangsung pada
suhu 200°C(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)
2.4. Proses Pembuatan Benzene
Beberapa proses utama pembuatan benzene secara komersial antara lain:
2.4.1 Catalytic Reforming/Separation
Sekitar 30% dari produksi benzene di dunia dilakukan melalui proses catalytic
reforming. Catalytic reforming merupakan proses yang dilakukan untuk mengubah naphta
dan parafin yang terdapat dalam gasoline dengan angka oktan rendah menjadi angkza
oktan yang tinggi dan mengandung senyawa aromatis. Reforming katalis yang sering
digunakan adalah platinum-alumina. Reaksi yang terjadi meliputi:
Isomerisasi parafin
Hydrocracking
Dehidrogenasi cyclohexane
Isomerasasi /Dehidrogenasi cyclopentane
Dehidrosiklisasi parafin
II-12BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Proses Catalytic reforming biasanya memiliki tiga reaktor yang masing masing
mengandung katalis. Katalis dalam reaktor tersebut akan diregenerasi secara rutin dan
ketika salah satu katalis diregenerasi maka reaktor yang lain akan tetap beroperasi.
Berikut gambar proses dari Catalytic reforming :
Gambar 2.2 CatalyticReforming Process
Umpan cair (di pojok kiri bawah) dipompa dan dinaikkan tekanannya (5-45 atm) lalu
bergabung di jalur aliran recycle gas kaya hidrogen. Hasil campuran cair-gas dipanaskan
melalui Heat Exchanger. Sebelum memasuki reaktor pertama, campuran cair-gas tersebut
dipanaskan di heater sampai suhu 495-520oC. Gas hasil heater dialirkan menuju reaktor
yang berisi katalis. Reaksi yang terjadi adalah dehydrogenation dari naphtenes menjadi
aromatik. Reaksi bersifat endotermik, sehingga terjadi penurunan suhu dari inlet ke outlet.
Keluaran reaktor satu perlu dipanaskan kembali sebelum masuk ke reaktor kedua, begitu
juga untuk reaktor ketiga.
Produk keluaran reaktor tiga dialirkan menuju heat exchanger yang bersimpangan
dengan campuran cairan umpan dan gas hidrogen. Setelah itu dialirkan menuju pressure
controller dan gas separator.
Gas kaya hidrogen akan dikembalikan menuju gas compressor dan bergabung dengan
cairan umpan menuju heat exchanger.
II-13BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Cairan dari gas separator dialirkan ke fractioning column. Gas keluaran atas
mengandung metane, butane, propane dan etane yang dihasilkan reaksi hydrocracking, ada
kemungkinan juga mengandung kandungan sedikit hidrogen.
Produk bawah dari fractioning column mengandung cairan kandungan tinggi oktan
reformate yang akan menjadi komponen gasoline. Reformate akan dipisahkan di dua jalur
menjadi light dan heavy reformate. Light reformate mempunyai nilai oktan rendah dan bisa
digunakan untuk isomerasi. Heavy reformate mengandung nilai oktan tinggi dan
kandungan sedikit benzene, yang sempurna menjadi campuran gasoline.
Kondisi operasi reformer dan jenis bahan mentah yang akan diolah menetukan jumlah
benzene yang dihasilkan. Produk benzene dari proses catalytic reforming umumnya
direcovery dengan teknik ektraksi cair-cair. Beberapa proses catalytic reforming yang saat
ini digunakan adalah Platforming (UOP, Inc), Powerforming (Exxon), Ultraforming
(Standard Oil Co), Rheniforming (Chevron), dan Catalytic Reforming (Kirk-Othmer,
1992).
2.4.2 Pyrolisis Gasoline
Pyrolisis gasoline atau dripolene atau drip oil merupakan hasil samping dari produksi
etilen. Pyrolisis gasoline mengandung senyawa aromatik sekitar 65% dengan kandungan
benzene di dalamnya sebesar 50%. Sekitar 30-35% benzene yang diproduksi di dunia
berasal dari proses pyrolisis gasoline (Kirk-Othmar, 1992).
Benzene dan senyawa aromatis lainnya hanya dapat diperoleh setelah melewati proses
hidrogenasi dan desulfurisasi. Proses tersebut dilakukan untuk menghilangkan senyawa
tidak stabil seperti olefin dan senyawa sulfur yang merusak senyawa aromatik (Mc.Keta,
1977).
Bahan baku dari proses ini yaitu pyrolisis naphtha yang dihasilkan dari pembuatan
ethylene.
Berikut blok diagram proses Pyrolisis gasoline :
II-14BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Gambar 2.3 Pyrolisis Gasoline Process
Pyrolisis gasoline mentah dialirkan kedalam tahap pertama yakni mentah dialirkan
kedalam tahap pertama yakni hydrotreating. Untuk menghasilkan benzene, toluene, xylene,
aliran C6+ ini dialirkan menuju fractionation untuk mendapatkan C6-C8, yang nantinya
akan mengalami hydrotreated untuk menjenuhkan mono-olefins di tahap kedua dari
hydrotreating.
Unit hydrotreating memiliki tiga tahap :
a. Tahap pertama untuk menjenuhkan di-olefin utama menjadi olefin
b. Tahap kedua untuk menjenuhkan olefin dan desulfurize pyrolisis gasoline.
c. Fractionation untuk menstabilkan aliran hydrotreated dan memulihkan C6-C8
untuk proses selanjutnya di ekstraksi aromatik dan pemotongan C9+.
2.4.3. Coke Oven Light Oil Distillation
Meskipun sebagian besar benzene diperoleh dari turunan minyak bumi, beberapa
benzene dapat diperoleh dari distilasi coke oven light oil. Light oil merupakan minyak
jernih berwarna kuning kecoklatan yang mengandung komponen gas coke dengan titik
didih antara 0-200oC. Light oil mengandung 65-85% benzene. Agar dapat bersaing dengan
benzene hasil turunan dari minyak bumi, benzene hasil pengolahan light oil harus
memenuhi spesifikasi sebagai berikut (EPA, 1998).
Kemurnian : > 99,9 %
Kandungan tiofen : < 1 ppm
Titik beku : > 5,4 oC
II-15BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Ada beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mengambil benzene dari
coke oven light oil, diantaranya:
a. Hydrorefining
Metode lainnya dalam pemurnian benzene dari coke oven light oil adalah dengan
proses hydrorefining. Unit hydrotreating umumnya meliputi tahap perlakuan awal,
tahap hydrotreating reaction, dan tahap stabilisasi serta tahap MEA (gas
treatment).
Pada tahap hydrotreating coke oven light oil (COLO) umumnya berupa vakum
fraksinator sederhana yang didesain untuk menghilangkan komponen C9+
termasuk polimer-polimer yang bereaksi selama proses dengan diolefin
reaktifyang umumnya terkandung pada feed COLO. Material C9+ jika tidak
dihilangkan akan cenderung meningkatkan catalyst aging dan kebutuhan reaksi.
COLO hydrotreating melalui dua stage: stage pertama, pada temperature rendah
(~200oC) hydrotreater digunakan secara selektif, sangat reaktif terhadap styrene
untuk menghilangkan fouling selama rekasi polimerisasi. Olefin jenuh ini di
pantau dengan melihat pengurangan bromine number dan gas kromatografi (GC).
Pada tahap kedua, umumnya temperature berkisar antara 300-400oC,
hydrotreatment digunakan untuk menghilangkan kontaminan yang terkandung
sulfur, nitrogen dan olefin jenuh ketika meminimalisasi aromatic jenuh. Kedua
tahap ini dioperasikan pada tekanan jauh lebih rendah pada termal / cracking nafta
hydrotreating (<35 Kg/cm2g vs 50-70 Kg/cm2g) untuk mengurangi potensi
kejenuhan aromatic.
Untuk menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan dalam produk seperti H2S
dan NH3 dari proses hydrotreated COLO, efluen reactor di flushing dan
distripping pada atmospheric tower. MEA (recycle gas) dibuang menggunakan
proses kolom absorpsi ethanolamine untuk menghilangkan H2S dari aliran
hydrocarbon. Slipstream produk digunakan untuk mengabsorb H2S. Wash water
dialirkan (dengan steam kondensat) digunakan sebelum fina reactor efluen dingin
untuk menghindari presipitasi garam NH4SH di efluen exchanger.
Pada proses ini, umpan light oil cair dikontakkan dengan arus hidrogen melalui
tumpukan katalis tertentu sehingga tiofen dalam light oil akan terhidrogenasi
menjadi H2S. Benzene yang dihasilkan oleh proses hydrorefining memiliki
II-16BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
kandungan tiofen yang cukup rendah , yakni sekitar 1 hingga10 ppm. Namun,
suhu reaksi yang rendah yakni berkisar 399oC menyebabkan parafin yang
terkandung dalam light oil tidak dapat ter-hydrocracking. Parafin ini (biasanya
berupa isoheptan) sulit untuk dipisahkan dari benzene dengan proses distilasi
biasa karena titik didihnya yang sangat dekat dengan benzene. Biasanya proses
hydrorefining ini kemudian diikuti oleh proses untuk menghilangkan parafin yang
masih terikut. Proses-proses yang biasa digunakan antara lain kristalisasi,
superfraksinasi dan distilasi azeotropis. Adanya proses lanjutan untuk
penghilangan parafin ini menyebabkan proses hydrorefining memerlukan biaya
yang mahal.
b. Proses Litol
Saat ini telah dikembangkan suatu proses baru untuk mengambil benzene dari
coke oven light oil yang dikenal dengan proses Litol. Proses Litol merupakan
paten milik Houndry dan Hydeal (UOP). Proses houndry litol dikembangkan
untuk memurnikan fraksi aromatic ringan yang dihasilkan dari pembakaran batu
bara. Minyak ini dihasilkan oleh scrubbing coke oven gas. Light oil ini dihasilkan
setelah menghilangkan material yang lebih ringan dari benzene dan lebih berat
dari C8 aromatik, aromatic yang dihasilkan biasanya mengandung konsentrasi
sekitar 90-95%. Metode tradisional untuk memurnikan light oil yaitu dengan
mencuci light oil dengan asam sulfat, dilanjutkan dengan proses distilasi untuk
memisahkan benzene, toluene, xylene dan larutan naphta. Kandungan tiophene
benzene dihasilkan dari pencucian asam dengan kadar 100- 400 ppm.
Pada proses ini umpan light oil yang telah diuapkan dilewatkan tumpukan
katalisator bersama-sama dengan arus hidrogen. Tekanan operasi yang digunakan
sekitar 3-6 MPa, dengan suhu reaksi berkisar 565 – 621 oC.
II-17BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Reaksi-reaksi yang terjadi di dalam reaktor Litol meliputi :
- Hidrodesulfurasi tiofen
+ H2 C4H10 + H2S
Tiofen
- Hidrodealkilasi alkylbenzene
+ H2 + RH
Alkylbenzene Benzen
- Hydrocracking parafin
CH3 CH3
CH3 -CH -CH2 –CH-CH3 + H2 C3H8 + C4H10
2,4 – Dimetilpentana
2.5. Hasil Samping
S
R
II-18BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Dari pembuatan benzene dihasilkan hasil samping yang bisa digunakan dan masih
memiliki nilai ekonomi adalah toluene. Berikut penjelasan dari toluene.
2.5.1. Toluene
Toluene dikenal juga sebagai metilbenzena ataupun fenilmetana adalah cairan
bening tak berwarna yang tak larut dalam air dengan aroma seperti pengencer cat dan
berbau harum seperti benzene. Toluene adalah turunan benzene dimana atom hydrogen
tunggal dari sekelompok enam atom dari molekul benzene telah digantikan oleh CH3.
Toluene terjadi secara alami dalam minyak mentah. Juga diproduksi dalam proses
pembuatan bensin dan bahan bakar lainnya dari minyak mentah serta pembuatan kokas
dari batubara.
Toluene adalah hidrokarbon aromatic yang digunakan secara luas dalam stok
umpan industri dan juga sebagai pelarut. Seperti pelarut-pelarut lainnya, Toluene juga
digunakan sebagai bahan obat inhalan karena sifatnya yang memabukkan.
Penggunaan industri terbesar toluene adalah dalam produksi benzene, bahan kimia
yang digunakan untuk membuat plastik dan serat sintesis. Toluene juga digunakan untuk
meningkatkan oktan bensin.
Tabel 2.7 Spesifikasi Toluene
Sifat Fisis Toluene
Titik beku, (pada 1 atm), [°C] -94,965
Titik didih, (pada 1 atm), [°C] 110,629
Densitas (pada 25°C), [gr/cm3] 0,8667
Viskositas (20°C), [cP] 0,646
Temperatur kritis, [°C] 318,64
Tekanan kritis, [atm] 40,55
2.6. Pemilihan Proses
II-19BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Pembuatan benzene dapat dilakukan dengan tiga cara yakni Catalytic
Reforming/Separation, pyrolisis gasoline dan coke oven light distillation. Berikut table
perbandingan dari ketiga proses tersebut :
II-20BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
Tabel 2.8 Perbandingan Proses
Proses Catalytic
Reforming /
Separation
Pyrolisis Gasoline Coke Oven
Light DistillationParameter
Bahan baku Naphta atau straight run
gasoline
Pyrolisis Gasoline Coke Oven Light
Oil
Bahan tambahan Platinum alumina Nikel-Molibdenum Nikel Molibdenum
Kondisi operasi Temperatur 850 –
950oF dan tekanan
200-700 psig
Temperature 700 –
850oF dan tekanan
150 – 500 psig
Temperatur 1049 –
1150oF dan
tekanan 435 – 870
psig
Konversi 70-85% per pass - 95%
Yield 95-98% 95% >99%
Kemurnian Produk - - >99,9%
Kandungan Tiofen
kurang dari 1 ppm
Hasil samping Hidrogen C1-C5 Parafin Toluene
Limbah - - Spent catalyst
Alat Utama Reaktor Bejana - Fixed Bed Multitube
Reactor (PBR) jenis
Shell and Tube
Exchanger
Dari Tabel diatas dapat dipilih pembuatan benzene dengan bahan baku Coke Oven Light
karena :
a. Menghasilkan yield yang lebih besar dibanding yang lain, yakni lebih besar dari 99%.
b. Memiliki kemurnian lebih besar dari yang lain (99,9%) dan kandungan tiofen kurang
dari 1 ppm.
II-21BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan
c. Hasil samping pembuatan benzene dari coke oven light oil adalah toluene. Toluene
masih memiliki manfaat dan harga jual.
Pembuatan benzene dari Coke Oven Light Distillation memiliki tiga metoda yakni
pencucian asam, hydrorefining dan litol. Dari ketiga proses ini dipilih proses Litol karena meng
hasilkan benzene dengan kandungan tiofen yang sedikit (< 1 ppm) dan parafin sedikit (< 0,1%
volume). Karena kandungan yang harus dihilangkan dalam benzene yakni tiofen dan parafin.
Kandungan tiofen yang tinggi dapat mengakibatkan benzene yang dihasilkan tidak dapat
digunakan pada sejumlah reaksi kimia, terutama reaksi-reaksi yang menggunakan katalis yang
sensitif terhadap senyawa sulfur. Sedangkan kandungan parafin yang tinggi akan mempengaruhi
titik beku benzene sehingga tidak dapat memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan.