2diktat Rcc Bkjt Teori Cracking

Diktat RCC untuk program BKJT VI

II. CRACKING

Merupakan satu teknologi proses yang digunakan di pengilangan yang berfungsi

untuk merengkah/memotong rantai hydrocarbon dengan molekul rantai panjang

menjadi light hydrocarbon pada kondisi temperatur dan tekanan tertentu.

Perengkahan yang dilakukan dapat dicapai dengan High pressure dan

temperature tinggi dalam bentuk reaksi konvensional akan tetapi dengan

keberadaan katalis maka perengkahan tersebut dapat dilaksanakan pada

temperature lebih rendah dan tekanan operasi moderat.

Sumber molekul hydrocarbon berantai panjang berasal dari fraksi hasil distilasi

crude oil yang di umpankan ke system setelah di re-vaporized.

Proses pemecahan rantai hydrocarbon rantai panjang menjadi hydrocarbon

berantai lebih pendek terjadi secara random dengan bentuk ikatan rantai yang

bermacam-macam . Sebagai contoh sederhana dapat dilihat seperti dibawah ini :

Teori Cracking 19


Dalam bentuk ikatan kimia (Bond) dapat dituliskan :

Hal yang perlu dicatat bahwa peristiwa perengkahan (cracking) secara global

memerlukan pasokan energi yang sangat besar karena energi tersebut

diperlukan untuk memotong rantai hydrocarbon panjang.

2.1 Thermal Cracking

Proses thermal cracking biasanya terjadi pada range temperature 450 – 750 C

dan tekanan yang bias mencapai 70 Atm dengan produk yang dihasilkan

biasanya memiliki bentuk double bond (alkene) dalam proporsi yang besar.

Peristiwa Thermal Cracking tidak terjadi dalam bentuk ionic intermediates seperti

halnya Catalytic Cracking, tetapi dalam bentuk ikatan Carbon – Carbon (Carbon

Teori Cracking 20


bond) yang pecah membentuk atom carbon dengan ujung rantai sebuah electron

tunggal (mekanisme homolitic), hal ini dikenal sebagai bentuk Free Radical

R1-CH 2-CH 2-R 2 R1-CH 2• + • CH 2-R 2

Karena reaktifitas radikal bebas tersebut maka mekanisme reaksi beerlangsung

dalam waktu yang sangat singkat

Energy aktivasi untuk reaksi thermal cracking diperkirakan empat kali energy

aktifasi reaksi catalytic cracking.

Tahap-tahapan utama proses thermal cracking adalah :

Initiation :

Molekul tunggal hydrocarbon pecah menjadi 2 buah radikal bebas, hanya

sebagian kecil dari molekul feed yang terlibat secara actual dalam proses ini

akan tetapi reaksi ini sangat berperanan dalam pembentukan radikal bebas

yang men drive reaksi cracking secara keseluruhan.

Teori Cracking 21


Proses pecahnya chemical bond antara 2 buah atom carbon dapat

dituliskan :

CH3CH3 → 2 CH3•

Hydrogen Abstraction

Mekanisme dimana radikal bebas mengambil sebuah atom hydrogen dari

molekul hydrocarbon lain dan menyebabkan molekul tersebut menjadi

radikal bebas.

CH3• + CH3CH3 → CH4 + CH3CH2•

Radical Decomposition

Free radical kemudian pecah menjadi dua molekul yakni alkene (olefin) dan

free radikal yang lain. Olefin atau alkene tersebut selanjutnya dapat menjadi

produk hasil cracking

CH3CH2• → CH2=CH2 + H•

Radical Addition

Reaksi kebalikan dari radical Decomposition dimana radical bereaksi

dengan alkene (olefin) membentuk satu free radical berukuran besar,

Teori Cracking 22


mekanisme ini merupakan langkah pembentukan produk aromatic bila feed

stock yang digunakan bersifat heavier.

CH3CH2• + CH2=CH2 → CH3CH2CH2CH2•

Termination

Merupakan tahap akhir dari mekanisme cracking dimana 2 buah radikal

bebas bereaksi membentuk produk yang tidak mengandung radikal bebas

lain.

CH3• + CH3CH2• → CH3CH2CH3

CH3CH2• + CH3CH2• → CH2=CH2 + CH3CH3

Dalam tahap terminasi ini dikenal dua macam istilah yakni :

- Recombination : merupakan kombinasi 2 macam radikal bebas

membentuk satu macam molekul berukuran besar

- Disproportionation : Mekanisme dimana satu radikal melepas satu atom

hydrogen membetuk hydrocarbon berantai tunggal (alkana) dan rantai

ganda (alkene)

Teori Cracking 23


2.2 Catalytic Cracking

Pada saat ini peristiwa perengkahan katalitik tidak bisa dilepaskan dari peran

Acid katalis atau Zeolite yang mempromote mekanisme heterolytic. Acid katalis

tersebut memiliki komposisi katalis yang kompleks secara umum mengandung

Aluminosilicates

Oil yang di evaporasi akan contact dengan zeoilte catalyst pada temperature 520

C dan tekanan operasi rendah (moderat)

Dalam catalytic cracking distribusi produk yang terbesar diberikan dalam bentuk

rantai atom yang memiliki jumlah atom carbon 5 – 10 atom, khususnya petrol

atau gasoline dan bentuk ikatan alkana serta aromatics tinggi.

Site zeolite katalis mengambil pasangan electron dari hydrocarbon sehingga oil

memiliki ujung carbon ber ion positif, ion ini dikenal sebagai Carbocation

Teori lain menyatakan bahwa Carbocation tersebut terbentuk dari olefin pada

feed atau terjadi akibat efek panas akibat kontak katalis dengan oil saat pertama,

kali

Carbocation selanjutnya dapat terbagi menjadi Carbenium dan Carbonium ion.

Teori Cracking 24


Carbenium Ion R-CH2+ berasal dari penambahan ion positif pada olefin

(Bronsted acid site) atau karena lepasnya hydrogen beserta pasangan electron

dari molekul hydrocarbon (Lewis acid site)

R-CH=CH-CH2-CH2 -CH3 + H+ R-C+H-CH 2-CH2-CH2-CH3

R-CH2-CH2 -CH2-CH3 R-C+H-CH 2-CH2 -CH3

Bronsted site memiliki proton yang bias disumbangkan ke molekul olefin

sedangkan Lewis site akan mengambil electron pada molekul hydrocarbon

paraffinic. Kedua site inilah (Bronsted & Lewis) pada katalis merupakan

pembangkit ion Carbenium dan merupakan bagian dengan proporsi terbesar

dalam catalytic cracking.

Sedangkan ion Carbonium CH5+ terbentuk karena adanya penambahan ion H+

pada molekul paraffin, bersifat kurang stabil dan terikat lemah pada sisi acid site

katalis.

Teori Cracking 25


2.3 Residue Catalytic Cracking

Reduced Crude merupakan campuran hydrocarbon yang sangat kompleks terdiri

atas unsure parafinic, olefinic, Naphthene dan aromatic digunakan sebagai feed

unit RCU dan merupakan bottom produk unit CDU (primary processing) yang

memiliki rentang titil didih diatas 350 C. Sebagaian besar materialnya

mengandung mono/polynuclear naphtenes, mono/polynuclear aromatic, resin

dan asphaltenes. Residu memiliki density, Viskositas serta kandungan

Conradson Carbon,sulphur, Nitrogen dan Metal yang tinggi.

Sebagai suatu reaksi Catalytic, mekanisme reaksi sangatlah kompleks dan di

drive oleh pembetukan Carbocation.. Reaksi terjadi dalam kondisi temperature

tinggi (520 – 5540 C) dan tekanan moderat dengan pencampuran hydrocarbon

dan katalis yang harus baik dan waktu kontak yang pendek, apabila kondisi

tersebut tidak terpenuhi maka proses thermal cracking bisa terjadi

Reaksi-reaksi penting yang terjadi pada RFCC adalah sebagai berikut :

1. Cracking.

a. Paraffin terengkah menjadi olefin dan paraffin yang lebih kecil.

Cn H 2 n + 2 Cm H 2 m + Cp H 2 p + 2 dimana n = m + P

paraffin olefin paraffin

b. Olefin terengkah menjadi olefin yang lebih kecil.

Cn H 2n CmH2m + CpH2p dimana n = m + P

olefin olefin olefin

Teori Cracking 26


c. Aromatik (rantai samping) terengkah menjadi Aromatik dan Olefin.

ArCnH2n + 1 Ar CmH 2 m-1 + Cm H 2m dimana n = 2 m

aromatic olefin

d.Naphthene (cycloparaffin) terengkah menjadi olefin.

Cyclo-CnH2n+1 Cyclo CmH2m + CpH2p dimana n = m + P

Naphthene olefin

Cyclo-CnH2n CmH2m + CpH2p dimana n = m + P

olefin olefin

cycloparaffin mengandung cincin cyclohexane,

Cyclo-Cn H 2 n C6 H 12 + Cm H 2 m + Cp H 2 p dimana n = m+p+6

cyclohexane olefin olefin

2. Isomerisasi.

a. n-Olefin menjadi iso-Olefin

1- CnH2n trans-2-CnH2n

b. n-Paraffin menjadi iso-Paraffin.

n-CnH2n iso-CnH2n

3. Hydrogen transfer.

a. Naphthene + Olefin Aromatik + Paraffin

b. Cyclo aromatisasi.

Teori Cracking 27


C6 H 12 + 3C5 H 10 C6 H 6 + 3C5 H 12

c. Olefin menjadi paraffin dan aromatik.

4C6 H 12 3C6 H 14 + C6 H 6

4. Alkyl grup transfer/transalkylation.

C6 H 4 (C6 H 4) C6 H 12 + Cm H 2 m + Cp H 2 p

5. Cyclisasi olefin menjadi naphthene.

C7 H 14 CH 3-cyclo-C6 H 11

6. Dealkylasi.

Iso-C3H 7-C6H 5 C6H 6 + C 3H 6

7. Dehydrogenasi.

n-C8H 18 C8H 16 + H 2

8. Reaksi kondensasi.

CH = CH 2 + R 1CH = CH R 2 + 2 H 2

R 2

R 1

Secara total, reaksi resids catalytic cracking memerlukan pasokan energi karena

bersifat Endothermik walaupun pada tahap tertentu dari sebagian reaksi

berlangsung secara Eksothermik (isomerisasi).

Teori Cracking 28


Resids Catalytic cracking memiliki selectivity yang tinggi untuk menghasilkan

produk utamanya gasoline serta low yields dalam menghasilkan off gas bila

dibandingkan dengan proses coking ataupun hydroconversion.

Teori Cracking 29

2diktat Rcc Bkjt Teori Cracking

Documents

Transcript of 2diktat Rcc Bkjt Teori Cracking