Plant Solar

Click here to load reader

  • date post

    15-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    13
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Plant Solar

TUGAS TEKNOLOGI MINYAK BUMIPlant Solar

Oleh :KELOMPOK VI

Faishal Miftahul Huda21030113130184Joe Epridoena Sinulingga21030113130188Lasmaria P M Sinaga21030112130125Rahmatika Luthfiani Safitri21030113120078

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DIPONEGOROSEMARANG2015

BAB IPENDAHULUANSolar adalah hasil dari pemanasan minyak bumi antara 250-340C, dan merupakan bahan bakar mesin diesel. Solar tidak dapat menguap pada suhu tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah kembali. Umumnya, solar mengandung belerang dengan kadar yang cukup tinggi. Kualitas minyak solar dinyatakan dengan bilangan setana (Harryanto, 2013).Angka setana adalah tolak ukur kemudahan menyala atau terbakarnya suatu bahan bakar di dalam mesin diesel. Saat ini, Pertamina telah memproduksi bahan bakar solar ramah lingkungan dengan merek dagang Pertamina DEX (Diesel Environment Extra).Angka setana DEX dirancang memiliki angka setana minimal 53 sementara produk solar yang ada di pasaran adalah 48. Bahan bakar ramah lingkungan tersebut memiliki kandungan sulfur maksimum 300 ppm atau jauh lebih rendah dibandingkan solar di pasaran yang kandungan sulfur maksimumnya mencapai 5000 ppm (Harryanto, 2013).Mutu solar distilasi langsung dari minyak bumi dipengaruhi oleh sifat umpan minyak bumi tersebut, antara lain komposisi hidrokarbon dan kadar sulfur. Kadar sulfur dari solar distilasi langsung meningkat dengan naiknya kadar sulfur umpan. Minyak bumi parafinik menghasilkan produk solar yang massa jenisnya lebih rendah daripada solar yang berasal dari minyak bumi naftenik (Nasution dkk., 2010). Solar rengkahan, baik yang berasal dari rengkahan termal maupun rengkahan katalitik (kecuali hasil penghidrorengkahanhydrocracked gasoil) mengandung persentase aromatik dan olefin yang lebih besar daripada solar hasil distilasi langsung. Mutu komponen solar dipengaruhi oleh berbagai faktor, di antaranya massa jenis, kadar hidrokarbon tak-jenuh (aromatik dan olefin), kadar nonhidrokarbon (belerang, nitrogen dan oksigen), warna dan stabilitas. Untuk mencapai sasaran program langit biru, maka kadar komponen racun gas buang dari kendaraan bermotor harus diturunkan, antara lain hidrokarbon (HC), gas racun (NOx , CO dan SOc) dan partikulat (particulate). (Nasution dkk., 2010).

BAB IIPEMBAHASANII.1. SolarII.1.1. Pengertian solarSolar adalah hasil dari pemanasan minyak bumi antara 250-340C, dan merupakan bahan bakar mesin diesel. Solar tidak dapat menguap pada suhu tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah kembali. Umumnya, solar mengandung belerang dengan kadar yang cukup tinggi. Kualitas minyak solar dinyatakan dengan bilangan setana (Harryanto, 2013).II.1.2. Kegunaan Minyak Solar menurut (Harryanto, 2013) antara lain: Digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin diesel pada kendaraan bermotor seperti bus, truk, kereta api dan traktor . Memproduksi uap Mencairkan hasil peridustrian Membakar batu Mengerjakan panas dari logamII.1.3. Sifat Utama Dari Bahan Bakar SolarBahan bakar diesel biasa juga disebut light oil atau solar, adalah suatu campuran dari hydrocarbon yang telah di distilasi setelah bensindan minyak tanah dari minyak mentah pada temperatur 200 sampai 340 OC. Sebagian besar solar digunakan untuk menggerkkan mesin diesel (Harryanto, 2013). Bahan bakar diesel mempunyai sifat utama, yaitu : Tidak berwarna atau sedikit kekuning-kuningan dan berbau. Encer dan tidak menguap dibawah temperatur normal. Mempunyai titik nyala tinggi (40 C-100 C). Terbakar spontan pada 350, sedikit dibawah temperatur bensin yang terbakar sendiri sekitar . Mempunyai berat jenis 0,82-0,86. Menimbulkan panas yang besar (sekitar 10.500 kcal/kg). Mempunyai kandungan sulfur lebih besar dibanding bensin. Memiliki rantai Hidrokarbon C14 s/d C18.II.1.4. Syarat-syarat Kualitas solar yang diperlukan sebagai berikut. Mudah terbakar Solar harus dapat memungkinkan engine bekerja lembut dengan sedikit knocking. Tetap encer pada suhu dingin (tidak mudah membeku)Solar harus tetap cair pada temperatur rendah sehingga engine akan mudah dihidupkan dan berputar lembut. Daya Pelumasan Solar juga berfungsi sebagai pelumas untuk pompa injeksi dan nosel, Oleh karena itu harus mempunyai sifat daya pelumas yang baik. Kekentalan SolarKekentalan solar harus mempunyai kekentalan yang memadai sehingga dapat disemprotkan oleh injektor. Kandungan SulfurSulfur merusak pemakaian komponen engine, dan kandungan sulfur solar harus sekecil mungkin. StabilTidak berubah dalam kualitas, tidak mudah larut selama disimpan.(Harryanto, 2013)II.1.5. Nomor Cetane (Cetane Number)Nomor cetane atau tingkatan dari solar adalah satu cara untuk mengontrol bahan bakar solar dalam kemampuan untuk pencegah terjadinya knocking. Tingkatan yang lebih besar memiliki kemampuan yang lebih baik. Ada dua skala indek untuk mengontrol kemampuan solar untuk mencegah knocking dan mudah terbakar yaitu cetane index dan diesel index. Minimal tingkatan cetane yang dapat diterima untuk bahan bakar yang digunakan untuk engine diesel kecepatan tinggi umumnya 40-45. Oleh karena, itu engine diesel perbandingan kompresinya (15:1-22:1) lebih tinggi daripada engine bensin(6:1-12:1) dan juga engine diesel dibuat dengan kontruksi yang jauh lebih kuat dari pada engine bensin (Harryanto, 2013).II.2. PROSES PEMBUATAN KOMPONEN UTAMA SOLAR II.2.1. Proses Penghidrorengkahan Proses penghidrorengkahan adalah reaksi antara hidrogen dan distilat berat minyak bumi, yaitu distilat vakum (vacuum distillate), minyak awa-aspal, (deasphalted oil) dan distilat-termal berat (heavy thermal distillate), dengan bantuan katalis bifungsional. Proses ini menghasilkan berbagai jenis produk bernilai tinggi, antara lain bahan bakar minyak bermutu tinggi (kerosin, avtur, dan solar), bahan dasar pelumas, serta nafta ringan untuk umpan proses hidroisomerisasi dan nafta berat sebagai umpan proses reformasi katalitik untuk pembuatan komponen-komponen utama bensin (isomerat, dan reformat) bermutu tinggi: HOMC (high octane mogas component) (Bairley, 1973). Umpan hidrorengkah adalah campuran hidrokarbon (parafin, naftena, dan aromatik) dan sedikit pengotor non-hidrokarbon (sulfur, nitrogen, oksigen, dan logam: Ni dan V). Aromatik pertama-tama bereaksi menjadi naftena, dan kemudian naftena tersebut pecah menjadi molekul kecil. Parafin relatif stabil pada konversi umpan sekitar 65% vol. pada proses penghidrorengkahan satu tahap. Mutu produk kerosin, dan solar naik dengan dinaikkannya konversi umpan, yaitu titik asap kerosin 25 mm dan angka setana solar 54 (Nasution dkk., 2010). Pada proses penghidrorengkahan dua tahap, hidrogenasi aromatik bertambah dan juga hidroisomerisasi parafin sehingga mutu produk akan meningkat lagi, yaitu titik asap kerosin 40 mm dan angka setana solar 70, dengan kadar isoparafin tinggi yang dapat meningkatkan sifat alir produk solar (cold flow) (Dosher, 1994). Reaksi hidrorengkah dihambat oleh kotoran komponen non-hidrokarbon (nitrogen) dari umpan yang terkonversi menjadi amonia dan terbawa dalam sirkulasi gas hidrogen serta masuk ke dalam zona katalis. Umpan reaktor kedua dari proses penghidrorengkahan dua tahap telah bebas dari kotoran komponen nitrogen tersebut sehingga katalis dapat bekerja secara optimal. Karakteristik produk solar hidrorengkah dari umpan distilat vakum dan minyak awa-aspal disajikan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Produk Solar Hidrorengkahan

(Nasution dkk., 2010)Produk berat hidrorengkah dapat dikontrol atau diatur dengan mengubah trayek didih dari umpan yang disirkulasikan, sehingga proses penghidrorengkahan dapat diarahkan untuk memaksimalkan ketiga jenis produk yaitu: nafta, kerosin, dan solar dengan bantuan katalis zeolit. Katalis amorf hanya dapat memaksimalkan kedua jenis produk utama terakhir, yaitu kerosin dan solar saja. Pada operasi yang diarahkan untuk pembuatan produk kerosin dan solar, katalis zeolit memberikan suatu rasio antara produk ringan dan produk berat yang lebih besar daripada katalis amorf (Gambar 2.1). Katalis zeolit lebih aktif dan stabil terhadap racun amonia daripada katalis amorf. Katalis zeolit tersebut dipilih untuk operasi pembuatan maksimal produk nafta. Walaupun konversi umpan proses penghidrorengkahan tinggi, tetapi produk gas yang dihasilkan tidak begitu besar, yaitu maksimal 4% berat (Nasution dkk., 2010).

Gambar 2.1 Produk HidrorengkahanII.2.2. Reaksi HidrorengkahReaksi Hidrorengkah Reaksi utama dari proses penghidrorengkahan adalah reaksi pemutusan ikatan antar-atom karbon (CC) yaitu: reaksi hidrorengkah parafin, reaksi hidrodesiklisasi alkil aromatik, alkil naftena dan cincin naftena, serta reaksi penghidromurnian untuk menghilangkan atom sulfur, nitrogen dan oksigen dari non-hidrokarbon dan hidrogenasi hidrokarbon tak-jenuh (aromatik dan olefin) dari molekul umpan dan produk antaranya. Reaksi penghidrorengkahan tersebut adalah reaksi eksotermis (Tabel 2.2) (Rajagopalan dkk., 1992).Tabel 2.2 Proses Reaksi Hidrorengkah

Reaksi hidrorengkah dengan bantuan katalis bifungsional berinti aktif logam dan inti aktif asam terdiri atas empat tahap berikut (Gambar 2.2) (Rajagopalan dkk., 1992).1. Pembentukan olefin dengan reaksi dehidrogenasi oleh bantuan inti aktif logam katalis.2. Pembentukan senyawa-antara ion karbonium dari olefin tersebut dan proton dari inti aktif asam katalis.3. Perengkahan senyawa antara ion karbonium menjadi produk antara olefin dan ion karbonium rendah. 4. Hidrogenasi produk-antara olefin tersebut menjadi produk hidrokarbon jenuh.

Gambar 2.2 Mekanisme Reaksi HidrorengkahanII.2.3. Umpan Penghidrorengkahan Umpan proses hidrorengkah adalah berbagai jenis distilat berat yaitu distilat vakum, minyak awa-aspal dan distilat-termal berat yang terdiri atas molekul hidrokarbon (parafin, olefin, naftena dan aromatik) dan kotoran non-hidrokarbon yang mengandung atom sulfur, nitrogen, oksigen dan logam (Ni, V). Hidrogenasi aromatik menjadi naftena merupakan reaksi pertama, yang kemudian cincin naftena tersebut dipecah menjadi parafin dengan reaksi hidrodesiklisasi. Parafin relatif lebih stabil pada konversi umpan Ni-Mo > Co-Mo > Co-W Reaksi hidrodesulfurisasi: Co-Mo > Ni-Mo > Ni-W > Co-W Reaksi hidrodenitrogenasi: Ni-Mo = Ni-W > Co-Mo > Co-W.Inti Aktif Asam Inti aktif asam katalis penghidrorengkahan adalah gabungan oksida logam grup II dan grup III, yaitu Al2 O3 -SiO2 baik bentuk amorf maupun zeolit, yang berfungsi untuk membantu reaksi perengkahan dan isomerisasi melalui pembentukan senyawa antara ion karbonium. Ion karbonium terutama terbentuk dari hasil interaksi antara inti asam katalis (proton -H+) dan molekul olefin hasil reaksi dehidrogenasi parafin umpan. Pemakaian zeolit dapat meningkatkan keasaman dan stabilitas katalis, tetapi akan dihasilkan banyak produk ringan. Zeolit yang umum dipakai adalah tipe Y. Pengurangan atom Al dari kerangka zeolit dapat meningkatkan aktivitas, selektivitas, dan stabilitas dari inti aktif asam katalis tersebut (Bairley, 1973).

II.2.5. Unit Proses PenghidrorengkahanProses Penghidrorengkahan Satu-Tahap Konfigurasi proses penghidrorengkahan sederhana adalah satu tahap tanpa sirkulasi umpan (Single-Stage Once ThroughSSOT). Pada proses SSOT, umpan dicampur dengan sirkulasi gas hidrogen, dipanasi sampai pada temperatur operasi dan masuk dari atas reaktor hidrorengkah dan terjadi reaksi (reaksi eksotermis). Antara unggun (bed) katalis diberikan injeksi gas hidrogen untuk menjaga kenaikan temperatur katalis di atas 30 oC. Campuran hasil reaksi gas dan cair didinginkan dan dipisahkan di dalam suatu separator bertekanan tinggi, aliran gas dari separator disirkulasi kembali ke reaktor. Cairan dari separator dipisahkan di dalam kolom distilasi.Proses Penghidrorengkahan Satu-Tahap Bersikulasi Jika umpan akan dikonversi tinggi menjadi produk ringan, maka produk bawah kolom distilasi disirkulasi kembali ke reaktor dan diproses bersama umpan segar pada proses penghidrorengkahan dengan sirkulasi umpan (Single Stage Recycle SSREC).Proses Penghidrorengkahan Dua-Tahap Proses penghidrorengkahan dua tahap (Two-Stage RecycleTSREC) terdiri atas tahap pertama yang identik dengan proses penghidrorengkahan satu tahap tanpa sirkulasi umpan dengan konversi umpan, yang memberikan sekitar 40-50% volume. Produk berat (umpan yang belum terkonsensi) dari bawah kolom distilasi produk dimasukkan ke dalam reaktor tahap kedua di mana produk berat tersebut dikonversi lanjut dan produknya dikirim ke fraksionator. Pada reaktor tahap kedua ini umpan sudah bebas dari kotoran amonia dan asam sulfida, yang memungkinkan katalis beroperasi secara optimal. Proses penghidrorengkahan dua tahap dioperasikan pada kilang Pertamina, yaitu unit Pengolahan UP II Dumai/S. Pakning dan UP V Balikpapan untuk mengolah distilat vakum menjadi distilat sedang (kerosin, avtur dan solar) (Nasution dkk., 2010).

Gambar 2.4. Unit Proses Penghidrorengkahan Dua TahapII.2.6. Proses Penghidromurnian Komponen solar yang diproduksi di kilang-kilang minyak dewasa ini umumnya terdiri atas solar hasil distilasi langsung minyak bumi, selain beberapa komponen solar olahan seperti solar rengkahan termal dan solar rengkahan katalitik. Namun kualitas/mutu komponen-komponen solar tersebut masih perlu ditingkatkan dengan proses penghidromurnian (News, 1993). Solar rengkahan, baik yang berasal dari rengkahan termal maupun rengkahan katalitik mengandung persentase aromatik dan olefin yang lebih besar daripada solar distilasi langsung. Solar dari minyak bumi naftenik mempunyai massa jenis yang lebih tinggi dibanding dengan solar distilasi minyak bumi parafinik (Nasution dkk., 2010).Proses penghidromurnian komponen solar dengan memakai katalis monofungsional dapat meningkatkan angka setana, warna, stabilitas dan menurunkan kadar hidrokarbon tak jenuh (aromatik, olefin) serta kotoran nonhidrokarbon (belerang, nitrogen, oksigen). Katalis penghidromurnian terdiri atas inti aktif logam saja dengan penunjang alumina (Al2 O3 ).II.2.7. Reaksi Penghidromurnian Proses penghidropemurnian adalah reaksi eksotermis yang terdiri atas: reaksi hidrogenasi hidrokarbon tak jenuh (aromatik dan olefin), reaksi hidrodesulfurisasi, reaksi hidrodenitrifikasi dan hidrodeoksigenasi. Ketiga reaksi yang tersebut terakhir disajikan pada Tabel 2.3 (Le page, 1987). Laju reaksi hidrodesulfurisasi dari senyawa sulfur parafin berjalan lebih mudah daripada sulfur aromatik, yaitu dengan perbandingan merkaptan/benzotiofena/ dibenzotiofena = 28/7/1. Reaksi hidrodenitogenasi diamati lebih sulit daripada reaksi hidrodesulfurisasi.

Tabel 2.3. Reaksi Hidropemurnian

II.2.8. Umpan Penghidromurnian Komponen solar terdiri atas solar hasil distilasi minyak mentah (straight run gasoil), solar hasil rengkahan termal (visbroken gasoil dan coker gas oil), dan solar rengkahan katalitik (cycle gasoil dan hydrocracked gasoil). Massa jenis, belerang dan angka setana dari berbagai jenis komponen disajikan pada Tabel 2.4. Jumlah dan jenis aromatik dalam solar distilasi langsung jauh lebih rendah daripada yang dikandung oleh solar hasil rengkahan termal sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 2.5. Kadar sulfur produk solar dari berbagai jenis proses pembuatannya diamati sekitar 4550% berat dari kadar sulfur yang dikandung umpan prosesnya (Tabel 2.6) (Hendried dkk., 2000).

Tabel 2.5. Karakteriskik Produk Solar dari Berbagai Jenis Pembuatan

Tabel 2.6. Komposisi Aromatic dari Solar

Tabel 2.7. Kadar Sulfur Berbagai Jenis Solar

II.2.9. Katalis Penghidromurnian Katalis penghidromurnian adalah katalis mono-fungsional yang mengandung hanya inti aktif logam saja dengan penunjang alumina (Al2 O3). Inti aktif logam katalis penghidromurnian adalah sama seperti inti aktif logam katalis dari proses penghidrorengkahan yaitu: Ni-W, Ni-Mo dan Co-Mo, yang bentuk aktifnya dalam logam sulfida (Ni2S3 , MoS2 , Co8S9) dan pre-sulfiding katalis tersebut memakai senyawa sulfur antara lain dimetil disulfida (CH3 SCH3 ) yang dicampur bersama umpan.Aktivitas inti aktif logam katalis untuk berbagai jenis reaksi utama dari proses penghidropemurnian adalah sebagai berikut: Reaksi hidrogenasi hidrokarbon tak-jenuh (aromatik dan olefin): Ni-W / Ni-Mo > Co-Mo Reaksi hidrodesulfurisassi:Co-Mo > Ni-Mo > Ni-W Reaksi hidrodenitrogenasi: Ni-Mo = Ni-W > Co-Mo.II.2.10. Unit Proses PenghidromurnianProses penghidromurnian konvensional dengan tekanan operasi 35 bar dapat menurunkan masa jenis solar, tetapi kenaikan angka setana produk solar tersebut hanya sekitar 3 angka saja. Penurunan massa jenis solar tersebut disebabkan oleh reaksi hidrogenasi poliaromatik solar menjadi mono-, dan di-aromatik sedang kadar total aromatiknya menurun sedikit saja. Pada kondisi tersebut, tingkat hidrodenitrogenasi tidak cukup tinggi untuk umpan solar rengkahan (Tabel 2.8), maka kondisi operasi masih perlu ditingkatkan, yaitu antara lain dengan menaikkan tekanan parsial hidrogen.Tabel 2.8. Proses Penghidromurnian Konvensional

Pada kondisi baru tersebut, proses penghidromurnian ini dapat menaikkan lagi angka setana produk solar sekitar 5 sampai 7 angka. Untuk kenaikan lebih lanjut angka setana, diperlukan tekanan parsial hidrogen lebih besar lagi, agar dapat dinaikkan tingkat reaksi hidrogenasi aromatik.Umpan solar ringan dan solar sedang dan solar campuran antara 30% volume solar rengkahan katalitik dan 70% volume solar distilasi masih dapat diolah dengan proses penghidromurnian konvensional tersebut. Sedang umpan solar berat dan solar campuran dengan solar rengkahan katalitik >30% diperlukan kenaikan kondisi operasi.Apabila kondisi tekanan parsial hidrogen tinggi tersebut masih belum memenuhi untuk penghidromurnian solar rengkahan, maka proses pemurnian perlu dilakukan dalam dua tahap dengan pengoptimalan kondisi operasinya. Untuk pembuatan solar dengan persyaratan tinggi yaitu kadar aromatik