PROSES PRODUKSI ASETILEN

Asetilen adalah hidrokarbon sederhana yang memiliki sebuah ikatan rangkap tiga .

Sebelum minyak ditemukan dan di pergunakan secara meluas sebagai bahan baku

untuk industri kimia , asetilen merupakan blok bangunan utama untuk industri

kimia organik. Pada tahun 1800 –an , asetilen mulai diproduksi dalam jumlah

banyak dengan proses kalsium karbida , yakni dengan mereaksikan kalsium

karbida dengan air . Metode ini terus dipergunakan hingga tahun 1940 , proses

thermal cracking menggunakan methane dan hidrokarbon lainnya mulai

diperkenalkan . Awalnya , proses thermal cracking menggunakan pancaran bunga

api listrik ,kemudian pada tahun 1950-an mulai dikembangkan proses dengan

metode oksidasi parsial dan regenerasi . Saat ini , Amerika Serikat dan Negara –

negara Eropa barat adalah produsen asetilen dari hidrokarbon terbesar , yakni

lebih dari 80 % . Negara lainnya , khususnya Eropa timur dan Jepang masih

memproduksi asetilen dari kalsium karbida . Kegunaan asetilen sendiri sangat

luas. Asetilen dapat digunakan dalam proses pembuatan logam dan sebagai bahan

baku untuk berbagai macam produksi bahan kimia.

Sampai saat ini asetilen memerankan peranan penting dalam industri

kimia. Oleh sebab itu , berbagai macam penemuan proses produksi asetilen telah

banyak dilakukan dan dikembangkan dari tahun ketahun . Secara umum metode

produksi asetilen dapat digolong kan kedalam chemical reaction process ( bekerja

pada temperature normal ) dan thermal cracking process (berkerja pada

temperature tinggi) . Proses produksi asetilen yang akan dibahas ada empat

proses, yakni produksi dari reaksi kalsium karbida-air , proses BASF (partial

combustion) , produksi asetilen sebagai produk samping steam cracking , dan

produksi asetilen dari batu bara.

1. Asetilen dari Reaksi Kalsium Karbida - Air

Water acetilene

calcium carbide

Aueous Calcium

Chloride

HCL

Gambar 1. Diagram Blok Proses Produksi Asetilen dari Kalsium Karbida

Deskripsi proses :

Dua buah reactor disusun dimana air dan kalsium karbida dicampur dan

dialirkan . Reaksi berlangsung dalam fasa liquid dengan residen cetime dan reaksi

berjalan 60 % - 90 % saat direaktor pertama . Aliran produk reaksi dan material

umpan yang tak bereaksi yang terdiri dari fasa padat menuju reactor kedua dengan

tipe laminar plug – flow . Kalsium hidroksida yang dihasilkan diendapkan dan

dipisahkan dari bagian bawah reactor . Air yang tak bereaksi dipisahkan dari

kalsium hidroksida dan kemudian di – recycled menuju reactor pertama . Namun

ada beberapa masalah yang timbul dalam operasi ini , yakni :

1. Kontak antara karbida dengan air tidak terkendali . Jika tekanan

asetilen lebih tinggi dari 27 lb / inch2 absolut , akan terjadi reaksi

detonasi atau deflagarasi dalam asetilen yang menyebabkan

peningkatan tekanan yang semakin besar , pecahnya bejana , dan isi

yang bias saja tumpah . Kondisi ini bias menimbulkan api yang besar

Reactor 1

Neutralizer Dryer

Reactor 2

dan membahayakan . Karena itu proses hanya bias dilakukan dengan

tekanan rendah .

2. Bejana didesain berpengaduk , baik CSTR ataupun plug – flow reactor,

yang bersifat kurang mendukung karena bejana yang digunakan besar,

menghasilkan rate control yang lemah dan unsteady operation . Oleh

karena itu dibutuhkan desain bejana yang sangat tepat untuk proses.

3. Produk samping berupa kalsium hidroksida berkualitas rendah dan

tidak memiliki nilai jual. Masalah ini bias diatasi dengan menambah

unit neutralizer dimana kalsium hidroksida akan bereaksi dengan

hydrogen klorida membentuk kalsium klorida yang memiliki nilai jual.

2. Proses BASF 8

11 16 19

9 18

14 12 15 14

17

2

3 7

1 3 6

Deskripsi proses:

Pertama-tama umpan berupa natural gas ( 1 ) dan oksigen (2) dipanaskan terlebih

dahulu di fire preheaters secara terpisah (3). Kemudian keluaran dari fire

preheaters (3), masuk dan dicampur ke dalam zona pencampuran (4) kemudian

reaksi pembakaran terjadi di dalam ruang pembakaran (5). Kemudian pembakaran

dipadamkan dari bawah ruang pembakaran dengan menyemprotkan air proses (6).

Gas yang dihasilkan (7) yakni asetilen dan pengotor masuk ke kolom pendingin

(8) kira –kira pada temperature kolom pendingin yang terbatas dan uap jernih.

Gas yang masuk (7) di dinginkan dengan tambahan air dingin proses (9) dan

sebagian besar dari steam di kondensasikan. (10) api dibutuhkan untuk proses

start up dan run down . Gas keluaran kolom bagian atas (11) kemudian di

dinginkan pada suhu sekitar 40 oC. (45000m3(S.T.P)/h dry), yang kemudian di

kompresikan dengan two – stage screw compressor (12). Pertama –tama dari 1.1

ke 4.2 dan kemudian ke11 bar (abs), pengotor kemudian diendapkan. 7.5 m3/hair

proses (13) disemprotkan ke tiap stage kompresor. Untuk mengunci dari

atmosfer ,air di mineralisasi (14) yang disebut dengan sealing liquid, ditambah

nitrogen, dengan hasil 4m3/h masuk ke sirkulasi air proses.

Keluaran dari stage pertama (15), bersuhu 85 oC dan pengotor yang terkandung

dalam air sebesar 0.22 % berat. Setelah dikompres ditiap stage kompresi, gas

keluaran di dinginkan ke suhu 40 oC oleh air dingin proses (16) dari kolom

pendingin (17). Setelah dikompresi, gas keluaran dipisahkan menja diunsur -

unsurnya. Air yang di kondensasikan selama kompresi dan pendinginan

berikutnya dan air dari proses demineralisasi di sirkulasi kan dan kemudian

dikeluarkan (19).

Jelaga yang dihasilkan merupakan suatu masalah utama dalam proses ini

karena dapat mengurangi efektifitas proses, oleh karena itu harus dipisahkan

terlebih dari gas keluaran kolom. Selain itu, jelaga juga bias merusak kinerja

kompresor, oleh karena itu gas yang masuk kompresor harus setidaknya bebas

dari jelaga.

Normalnya, burner proses dapat menghasilkan 25 ton asetilen perhari dari

natural gas

3. Produksi asetilen sebagai produk samping steam cracking

Deskripsi Proses:

Berdasarkan Gambar 3. Didalam steam cracking hidrokarbon jenuh dikonversi

menjadi produk olefin seperti ethylene dan propylene. Selain itu masih banyak

produk yang dihasilkan seperti asetilena sebagai produk samping. Konsentrasi

asetilena tergantung pada jenis umpan, waktu tinggal, dan temperature.

Konsentrasi acetylene dalam gas keluaran dari furnace antara 0,25 dan 1,2 % wt.

Pabrik etilen yang memproduksi 400000 t / a etilena menghasilkan 4500 - 11000

t / a asetilena. Pada produksi etilen, asetilen yang dihasilkan dipisahkan dengan

hidrogenasi katalitik yang selektif atau dengan ekstraksi.

Hidrogenasi asetilena.

Kebanyakan produksi etilen dilengkapi dengan unit hidrogenasi dengan bantuan

katalis Pd. Kondisi operasi meliputi suhu sekitar 40 oC -120 oC, tekanan 15 bar –

40 bar, dan kecepatan 1000 -120000 kg / L. h. kondisi ini bergantung pada jenis

umpan yang digunakan.

Acetylene recovery

Asetilen di ekstrak dari fraksi C2 steam cracker dengan bantuan solven. Solven

yang paling sesuai untuk proses yaitu DMF

Deskripsi proses:

Campuran gas C2 yang terdiri dari etilena, etana, dan asetilen, diumpankan ke

absorber acetylene, aliran gas dihubungkan dengan counter flowing DMF pada

tekanan 0,8 -3, 0 MPa. Seluruh asetilen dan beberapa etilena dan etana terlarut

oleh pelarut. Fraksi C2 yang telah dimurnikan, mengandung <1 ppm asetilen,

diumpankan ke C2 splitter. Aliran yang kaya akan pelarut dikirim ke stripper

ethylene, yang beroperasi sedikit di atas tekanan atmosfer. Etilena dan etana yang

terpisah di daur ulang menuju kompresor tahap pertama untuk cracked gas.

Asetilen keluaran kemudian dicuci dengan pelarut dingin dibagian atas splitter.

Dalam stripper asetilen, asetilena murni terisolasi dari bagian atas kolom. Setelah

pendinginan dan heat recovery, asetilena bebas pelarut didaur ulang ke absorber

dan etilen stripper. Produk asetilena memiliki kemurnian > 99,8 % dan kandungan

DMF kurang dari 50 ppm dan tersedia pada tekanan 10 kPa dan suhu ambien.

Evaluasi ekonomi menunjukkan bahwa asetilena petrokimia tetap menarik bahkan

meskipun harga etilena dua kali lipat. Hal ini ekonomis untuk retrofit penyerapan

asetilena di pabrik olefin yang ada dilengkapi dengan hidrogenasi katalitik.

4. Produksi Asetilen dari Batubara (arccoalprocess). Banyak tes

laboratorium konversi batubara menjadi asetilen menggunakan proses arc atau

plasma telah dilakukan sejak awal 1960 -an. Secara ringkas proses yang didapat

yaitu:

1. Acetylene yang dihasilkan mencapai 30 %.

2. Karena pemanasan batu bara yang cepat di jet plasma, total yield gas

yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan yang ditunjukkan oleh

pengukuran volatile batu bara dalam kondisi standar.

4. Hidrogen (bukan argon) gas plasma dapat meningkatkan hasil

asetilena.

Baru – baru ini, Corp AVCO di Amerika Serikat dan Chemische Werke

Hüls di Jerman membangun pabrik percontohan dipinggir sungai untuk

pengembangan teknis dari proses. AVCO arc furnace terdiri dari air – cooled

tungsten – tip katoda dan air –cooled anoda. katoda. Batu bara kering dan halus

disuntikkan melalui aliran gas hydrogen disekitar katoda. Gas tambahan tanpa

batu bara dimasukkan sekitar katoda dan anoda sebagai selubung. Saat melewati

zona pembakaran, partikel batu bara dipanaskan dengan cepat. Volatile dilepaskan

dan terpecah-pecah memnjadi asetilena dan produk berbagai sampingan,

meninggalkan residuco kehalus yang tertutup jelaga. Setelah waktu tinggal

bebebrapa mili detik campuran gas – coke dipadamkan dengan cepat dengan air

atau gas. Tekanan system dapat bervariasi antara 0,2 dan 1,0 bar (20 dan 100

kPa). Pilot plant Hüls menggunakan tungku plasma yang sama untuk perengkahan

minyak mentah, tetapi dengan 500 kW. Batu bara kering disuntikkan ke dalam jet

plasma, dan batu bara yang terengkah menjadi asetilen dan produk sampingan

dalam reaktor. Limbah reactor dapat di – prequenched dengan hidrokarbon untuk

produksi ethylene atau langsung dipadamkan dengan air atau minyak. Char dan

komponen didih lebih tinggi masing – masing dipisahkan oleh cyclones dan

scrubber. Masalah utama dalam desain reactor adalah pencapaian menyeluruh dan

cepat pencampuran batubara dengan jet plasma dan menghindari pembentukan

deposit karbon didinding reactor. Sejumlah kecil deposit dapat diatasi dengan

pencucian dengan air secara periodic.

Percobaan yang dilakukan oleh Hüls dan AVCO menunjukkan bahwa

waktu tinggal optimal, energy density jet plasma, daya spesifik, dan tekanan

sangat mempengaruhi hasil asetilen. Parameter lain yang mempengaruhi hasil

adalah jumlah volatile di batu bara dan ukuran partikel.

Keuntungan dari proses ini adalah, dengan cara pirolisis batu bara,

produksi asetilen jauh lebih mudah sehingga membutuhkan biaiya investasi yang

lebih rendah di bandingkan untuk produksi utama etilen. Yield gas yang

dihasilkan berkisar 33 % sampai 50 %. Artinya, 50 % dari batu bara tetap sebagai

char. Namun, char yang terbentuk bias pula bernilai ekonomis. Char yang

dihasilkan bias diaplikasikan keindustri karet, untuk gasifikasi, atau sebagai bahan

bakar. Diagram blok proses pembuatan asetilen dari batu bara bias dilihat di

Gambar 4.

Dari empat proses produksi asetilen diatas, semua proses memiliki

keunggulan dan kekurangan tersendiri. Untuk bahan baku, proses BASF lebih

bagus karena menggunakan gas alam yang banyak tersedia bebas dialam dan

penggunaanya saat ini masih kurang meluas. Untuk proses, proses produksi

asetilen dari batu bara memperlihatkan singkatnya dan mudahnya proses sehingga

meminimalkan modal. Untuk kualitas produk, proses produksi asetilen sebagai

produk samping sangat bagus, karena menghasilkan kemurnian mencapai 99,8 %.

Untuk kemudahan kondisi operasi, proses produksi dari kalsium karbida memiliki

keunggulan karena operasi berjalan pada temperature normal.

REFERENSI

Bungeretal, 1992, Apparatusand Process For the Production of Acetylene, United

States Patent 5, 062, 644.

Bachtles et al, 2009, Method For Producing Acetylene, US Patent 0023970 A1.

Wiley Interscience, 2002, Ullman’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 3rd

edition,

Anonim, Acetylene Plant, from http://industrialgasplants.com, 12 Maret 2011