ALKILASI KATALIS
Alkilasi merupakan penambahan jumlah atom dalam molekul menjadi molekul yang lebihpanjang
dan bercabang. Dalam proses ini menggunakan katalis asam kuat seperti H2SO4, HCl,AlCl3 (suatu asam
kuat Lewis). Reaksi secara umum adalah sebagai berikut:
RH + CH2=CR’R’’ → R -CH2-CHR’R”
Proses alkilasi adalah kombinasi antara molekul olefin dan isoparafin dengan bantuan katalisasam
untuk pembentukan katalis asam untuk pembuatan produk alkilat berangka oktan tinggiyang merupakan
salah satu komponen utama bensin.
1.Proses Alkilasi
Proses alkilasi dari umpan campuran antara molekul olefin C3/C4/C5 dan isoparafin C4 dengan
bantuan katalis asam, adalah untuk pembuatan produk alkilat berangka oktana tinggi yang merupakan salah
satu komponen utama bensin. Umpan olefin yaitu propilena, butilena dan amilena diperoleh dari proses
rengkahan baik termal (coking dan visbreaker) maupun katalitik (rengkahan katalitik). Sumber isoparafin
sepertiisobutana dan isopentana dihasilkan dari proses perengkahan katalitik, reformasi katalitik,
penghidrorengkahan dan proses isomerisasi butana dan pentana. Isobutana lebih banyak dipakai pada proses
alkilasi daripada isopentana yang dapat langsung dipakai sebagai komponen bensin.
Umpan olefin dan iso-parafin harus kering dengan kandungan sulfur rendah untuk
mengurangikebutuhan katalis asam dan menjaga mutu produknya. Rasio tinggi antara iso-butana dan
olefinmenghasilkan produk alkilat berangka oktana tinggi dengan titik didih akhir rendah. Angkaoktana
(RON) produk alkilat dari berbagai jenis umpan olefin propilena, butilena, isobutilena,amilena dan propilena/
butilena adalah sekitar 88 – 97. Karakteristik produk alkilat dari berbagai jenis umpan olefin disajikan
pada Tabel 3.25.
Pada temperatur tinggi, reaksi akan menghasilkan produk alkilat berangka oktana tinggidengan titik
didih akhir rendah, tetapi reaksi alkilasi tidak berjalan baik pada temperatur <35oC. Proses alkilasi dengan
katalis asam sulfat lebih sensitive terhadap temperatur reaktor daripadadengan katalis asam fluorida. Tekanan
operasi harus cukup untuk menjaga hidrokarbon umpandan katalis asam dalam keadaan cair. Pada kondisi
operasi yang sama, karakteristik produk alkilat tidak berbeda banyak bila menggunakan katalis asam baik
asam sulfat maupun asamfluorida. Tabel 3.25 Karakteristik Alkilat dari Berbagai Jenis Umpan OlefinSecara
kimia reaksi alkilasi dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :
A. Alkilasi Katalis
Suhu reaksi berkisar antara 30 – 1050F dan tekanan 1 atm – 150 psig.
Katalis yang banyak digunakan, yaitu :
Proses Alkilasi Asam Fluorida diperkenalkan oleh Phillips Petroleum Company pada tahun 1942.
Proses Alkilasi Aluminium Khlorida di operasikan oleh Phillip selama Perang Dunia.
Proses Alkilasi Katalis Asam Sulfat telah di mulai di Amerika Serikat pada tahun 1938 oleh Shell
Oil Company. Pada proses ini, komponen gasolin dengan angka oktan tinggidibuat melalui reaksi
isobutana dengan olefin. Butilen merupakan senyawa yang palingumum dipakai, karena produk
yang dihasilkan mempunyai kualitas tinggi dan dapat diperoleh hanya dengan sedikit Asam Sulfat
dibandingkan dengan olefin lainnya, jikadiproses pada kondisi operasi yang sama.
B. Alkilasi Termis
Alkilasi termis adalah alkilasi yang mengolah etilena yang diikuti oleh propilena, butena,dan
isobutilena dengan bantuan panas
2.Reaksi Alkilasi
Reaksi alkilasi dengan katalis asam dimulai dengan pembentukan ion karbonium (C+4H9) dengan
mentransfer proton (H+) dari katalis asam ke molekul umpan olefin, dankemudian ion karbonium tersebut
berkombinasi dengan molekul umpan isobutana untuk menghasilkan kation tertier butil (iso C+ 8H9). Reaksi
antara kation tertier butil tersebut denganumpan butilena-1 dan butilena-2 akan membentuk masing-masing
ion karbonium oktil (isoC+8H17) dengan dua cabang (dimetil) dan tiga cabang (trimetil) yang selanjutnya
akan bereaksidengan molekul umpan isobutana untuk menghasilkan produk alkilat isooktana yaitu masing-
masing bercabang dua dan tiga metal. Dengan isomerisasi umpan butilena-1 menjadi butilena-2 yang
kemudian berkombinasi dengan umpan isobutana, maka produk alkilasi akan menghasilkan isooktana
bercabang tiga metil, berangka oktana lebih tinggi. Salah satu reaksi penting dalam proses alkilasi
propilenaadalah terbentuknya isobutilena dari hasil kombinasi kedua molekul umpan propilena danisobutana,
dan berkombinasinya molekul isobutilena tersebut dengan umpan isobutana akan menghasilkan produk
isooktana bercabang tiga metil yang berangka oktana -RON -100. Isobutilena tersebut terbentuk dengan
timbulnya transfer hidrogen dari isobutana ke propilena.Reaksi alkilasi adalah eksotermis dengan pelepasan
panas reaksi sekitar 124.000 – 140.000 BTU per barel isobutana bereaksi.
3.Katalis Alkilasi
Katalis asam sulfat dan asam fluorida kuat digunakan pada proses alkilasi umpan olefindan
isoparafin. Kekuatan asam kedua katalis tersebut harus dijaga di atas 88% berat agar supayatidak terbentuk
reaksi polimerisasi. Asam sulfat mengandung SO3 bebas atau berkonsentrasi diatas 99,3% berat dapat
menimbulkan reaksi samping polimerisasi. Kekuatan optimal asamfluorida adalah sekitar 82 – 93% berat
dengan kadar air 1% volume. Untuk menjaga kekuatanasam sulfat >88% berat, maka sebagian katalis yang
telah dipakai diganti dengan katalis baruasam sulfat 99,3 % berat. Pemakaian katalis asam fluorida adalah
sekitar 18 – 30 lb per barel produk alkilat.Kelarutan isobutana di dalam fase asam hanya sekitar 0,1% berat di
dalam katalis asamsulfat, dan 3% berat di dalam katalis asam fluorida. Terlarutnya sebagian kecil polimer
bersamaolefin di dalam katalis asam akan dapat menaikkan kelarutan isobutana di dalam katalis asam
tersebut. Olefin lebih mudah larut daripada isobutana di dalam fase asam. Rasio antara katalisasam dan umpan
hidrokarbon dapat mengontrol derajat kontak antara katalis dan hidrokarbon.
Rasio rendah akan menghasilkan produk alkilat berangka oktana rendah dengan titik didih akhir
tinggi, sedang kelebihan katalis asam di dalam reaktor akan terjadi pada rasio tinggi.Berdasarkan hasil
penelitian, pada suatu kondisi proses alkilasi tertentu dapat diperoleh rasiooptimal antara katalis asam dan
hidrokarbon umpan. Karakteristik produk alkilat dengan katalisasam sulfat dan asam fluorida disajikan pada.
Alkilasi Asam Sulfat
Pada proses alkilasi asam sulfat, komponen gasoline dengan angka oktan tinggidibuat melalui reaksi
isobutana dengan olefin. Butilena merupakan senyawa yang palingumum dipakai, karena produk yang
dihasilkan mempunyai kualitas tinggi dan dapatdiperoleh hanya dengan sedikit asam sulfat dibandingkan
dengan olefin lainnya, jikadiproses pada kondisi operasi yang sama.
Didalam industri minyak bumi, umpan isobutana dan butilena sebagian besar berasaldari hasil
perengkahan berkatalis. Isobutana sebagian kecil juga terdapat dalam minyak mentah bersama-sama dengan
normal butane. Reaksi yang terjadi pada alkilasi denganasam sulfat sebagai katalis adalah :
Umpan Butana-butilena (BB) yangberasal dari berbagai operasi perengkahan adalahsuatu campuran
isobutilena, butilena-1, butilena-2, isobutana dan normal butane dengansedikit butadiene. Semua olefin-olefin
ini termasuk kedalam reaksi yang akanmenghasilkan alkilat. Alkilat tersebut esensinya merupakan campuran
2,2,4 trimetilpentane : 2,2,3 trimetil pentane dan 2,3,4 trimetil pentane.
Secara garis besar unit alkilasi itu terdiri menjadi 3 bagian yaitu :
Bagian Reaktor dan Treating
Bagian Pendingin
Bagian Fraksionasi
Umpan masuk reactor adalah isobutana yang konsentrasinya tinggi dengankemurnian 85-90 % (berat),
stok olefin yang biasanya campuran BB dari berbagai hasil. Operasi perengkahan dan reforming. Kedua
jenias umpan tersebut bila diperlukandipanaskan dengan larutan soda untuk memisahkan H2S dan merkaptan
yang terdapatdidalam umpan. Kadar soda dalam larutan dicuci. Pencucian soda (soda setter) dijaga 5-6oBe
atau 2 % NaOH. Untuk menekan terjadinya reaksi samping, terutama polimerisasi, maka dipakai umpan
isobutana dalam jumlah yang besar, sekitar 4-5 kali jumlah olefin. Didlam reactor terjadi daur-ulang
antara isobutana dan asam sulfat jenuhdengan isobutana yang akan menaikkan nisbah isobutana/ olefin
didalam reactor menjadi 400-500.
Jika menggunakan asam sulfat sebagai katalis, maka reaksi harus terjadi pada suhu rendah untuk
menekan terjadinya reaksi berkelanjutan atau polimerisasi. Suhu reactor biasanya dijaga sekitar 7oC atau
45oF, dimana suhu operasi beragam antara 0-20 oC atau 32-68 oF. Operasi pada suhu dibawah 0o tidak
menarik karena dapat menaikkan viskositas emulsi campuran asam/hidrokarbon dan memberi kemungkinan
terjadinya pembekuan asam sehingga menyulitkan dalam operasinya. Sebaliknya suhu diatas 20oC
juga tidak menarik karena samngat cenderung mempercepat reaksi polimerisasi yang akan
dapat menyebabkan kenaikan konsumsi asam dan menurunkan yield alkilat. Tekanan operasi tidak begitu
berpengaruh terhadap efisiensi alkilasi. Tekanan system harus tinggiuntuk menjaga hidrokarbon berada dalam
fasa cairan dan perbedaan hidraulik cukupuntuk mengatur fluida mengalir dalam system reactor. Untuk
maksud tersebut reactorbiasanya beroperasi pada tekanan sekitar 7 kg/cm.
Katalis asam sulfat dengan konsentrasi 98% (berat) dimasukkan secara terus-menerus
atau dengan secara injeksi asam dari belakang. Nisbah asam dan hidrokarbondidalam reactor
adalah 1:1. Penambahan asaam segar didalam reactor dilakukan apabila konsentrasinya
kurang dari 88% (berat). Kualitas alkilat. Yield alkilat dan umur katalis asam merupakan
fungsi daripada komposisi umpan masuk dan kondisi operasi dalamreactor.Umur katalis
dipertimbangkan dipengaruhi oleh umpan olefin. Berbagai umur katalisdapat diharapkan
terlihat pada table dibawah. Pengaruh umpan olefin terhadap kualitas alkilat dapat juga
terlihat pada table diatas. Harga-harga yang diberikan untuk propilena,butilena dan amilena
saja, karena produk yang diperoleh langsung dari butilena. Proses lain yang juga merupakan
modifikasi proses alkilasi asam sulfat adalah alkilasi keluaran refrigerasi (Effluent
Refrigeration Alkylation) dimana dijaga nisbah umpan yang tinggi antara isobutana dan
olefin-olefin seperti propilena, butilena danamilena untuk mendapatkan alkilat yang lebih
banyak untuk digunakan sebagai komponen avgas dan bahan bahan baker motor. Proses ini
dikembangkan oleh Stratford Engineering Corp. keluaran reactor dipakai sebagai refrigerant
utnuk mengendalikansuhu reactor (45-50o) dan pada waktu yang sama memisahkan isobutana
sebagai daur ulang.
Alkilasi Asam Fluorida
Alkilasi dengan menggunakan asam fluoride sebagai katalis telah dijumpai dalam 2
kelompok operasi pengilangan minyak. Pertama dalam pembuatan komponen dasar utnuk
deterjen sintesis, yang diperoleh dari alkilasi benzene dengan olefin yang sesuai, seperti
propilena tetramer, olefin yang diturunkan dari perengkahan lili, dan lain-lain. Alkilasi ini
banyak dijumpai dalam bidang petrokimia. Kedua dalam pembuatan komponenen
blending untuk avgas yang berkualitas tinggi melalui alkilasi isobutana dengan propilena,
butilena dan pentilena (amilena). Proses alkilasi asam fluoride utnuk pembuatan komponen
dasar avgas ini telah dikembangkan oleh Philips Petroleum Company dan oleh UOP
Company. Operasi proses ini sangan sama dengan operasi alkilasi asam sulfat. Perbedaannya
yang sangatpenting adalah terletak adalah pada pengolahan asam bekas yang siap dan terus-
menerus dapat diregenerasi sehingga konsumsi asam flourida sangat sedikit. Regenerasi asam
bekas ini dipengaruhi oleh cara destilasi yang sangat sederhana,dimana asam dapat
dipisahkan dari caampurab azeotrop H2O-HF dan polimer yang terbentuk dari proses alkilasi. Titik
didih HF pada tekana 1 atm adalah 19,4oC dan berat jenisnya 0.988. Tanpa proses regenerasi, baik air maupun
polimer akan terakumulasi didalam asam dan akan berpengaruh buruk terhadap yield dan kualitasproduk.
Asam yang sudah diregenerasi didaur ulang kedalam reactor.Pada alkilasi isobutana dengan butilena, proses
alkilasi HF memproduksi suatualkilat yang mengeandung 2,2,3 trimetil pentane yang persentasenya lebih
besardaripada proses alkilasi asam sulfat. Angka oktan alkilat yang dihasilkan sangattergantung pada jenis
olefin sebagai berikut :
i-C4H10+ i-C4H8 iso Oktana (ON = 92-94 ) → i-C4H10+ i-C5H10 iso Nonana (ON = 90-92 ) → i-C4H10+
i-C3H6iso Oktana (ON = 89-91 )
Alkilasi Asam Posfat
Alkilasi menggunakan asam posfat dimaksudkan untuk memprodukasi isopropylbenzene atau kumen dengan
mereaksikan propilena dengan benzene. Katalis asamposfat berbentuk padatan dapat mengendung campuran
kieselguhr, tepung, magnesia,seng khlorida, seng oksida dan lain-lain yang dikalsinasi pada suhu 180-250oC.
Nisbah benzene dan propilena dijaga pada 6/1 atau lebih besar, dan yield yangdiperoleh sekitar 96%(V)
kumen dan 4% (v) adalah alkilat aromatic berat.
Alkilasi didefinikan sebagai proses memasukkan gugusalkil atau aril ke dalam suatu
senyawa.
_ Gugus alkil : -CnH2n+1; misal : -CH3, -C2H5
_ Gugus Aril :
Penggunaan Proses Alkilasi di Industri :
1. Industri Minyak Bumi
Untuk membuat bahan bakar sintesis. Yaitu dalam CH3 pembuatan senyawa bercabang untuk
meningkatkan kualitas bahan bakar. Bahan bakar motor yang mempunyai angka oktan tinggi
adalah yang bercabang.
2. Industri Zat Warna misalnya membuatan anilin menjadi Dimetil anilin
3. Industri Obat-obatan
Alkil sulfat
_ Yang sering digunakan adalah dimetil sulfat, metil hidrogen sulfat dan dietilsulfat.
_ Alkil sulfat rantai panjang digunakan pada beberapa hal saja.
_ Dimetil sulfat sangat beracun dan harus ditangani secara hatihati.
_ Alkil sulfat digunakan untuk mendapatkan senyawa dialkil eter, alkil aril eter, etil selulosa
dan polivinil eter.
Alkilasi untuk Industri Minyak Bumi
_ Alkilat untuk bahan bakar motor dan pesawat terbang yang berkualitas tinggi
_ Alkilat dibuat dengan reaksi olefin dengan parafin atau isoparafin secara komersiil.
cara:
a. alkilasi termal fase uap
b. alkilasi katalitik dengan HF, H 2SO4, AlCl3, hidrokarbon, semua fase cair
_ Yang perlu diingat, baik fase uap atau fase cair, olefin yang digunakan konsentrasinya
rendah untuk mencegah polimerisasi dan parafin konsentrasi tinggi. Perbandingan isoparafin:
olefin (3-8). Kelebihan isoparafin dipisahkan dan dikembalikan lagi.
Termal alkilasi
Produk utama termal alkilasi adalah neoheksana yang mempunyai bilangan oktana
104,8. Kondisi termal alkilasi adalah 5000 psi dan 950oF. (kondisi yang sangat
mengkhawatirkan)
HF Alkilasi Asam Fluorida
Alkilasi dengan menggunakan asam fluoride sebagai katalis telah dijumpai dalam 2
kelompok operasi pengilangan minyak. Pertama dalam pembuatan komponen dasar utnuk
deterjen sintesis, yang diperoleh dari alkilasi benzene dengan olefin yang sesuai, seperti
propilena tetramer, olefin yang diturunkan dari perengkahan lili, dan lain-lain. Alkilasi ini
banyak dijumpai dalam bidang petrokimia. Kedua dalam pembuatan komponen
blending untuk avgas yang berkualitas tinggi melalui alkilasi isobutana dengan propilena,
butilena dan pentilena (amilena). Proses alkilasi asam fluoride utnuk pembuatan komponen
dasar avgas ini telah dikembangkan oleh Philips Petroleum Company dan oleh UOP
Company. Operasi proses ini sangan sama dengan operasi alkilasi asam sulfat. Perbedaannya
yang sangatpenting adalah terletak adalah pada pengolahan asam bekas yang siap dan terus-
menerus dapat diregenerasi sehingga konsumsi asam flourida sangat sedikit. Regenerasi asam
bekas ini dipengaruhi oleh cara destilasi yang sangat sederhana,dimana asam dapat
dipisahkan dari caampurab azeotrop H2O-HF dan polimer yang terbentuk dari proses alkilasi. Titik
didih HF pada tekana 1 atm adalah 19,4oC dan berat jenisnya 0.988. Tanpa proses regenerasi, baik air maupun
polimer akan terakumulasi didalam asam dan akan berpengaruh buruk terhadap yield dan kualitasproduk.
Asam yang sudah diregenerasi didaur ulang kedalam reactor.Pada alkilasi isobutana dengan butilena, proses
alkilasi HF memproduksi suatualkilat yang mengeandung 2,2,3 trimetil pentane yang persentasenya lebih
besardaripada proses alkilasi asam sulfat. Angka oktan alkilat yang dihasilkan sangattergantung pada jenis
olefin sebagai berikut :
i-C4H10+ i-C4H8 iso Oktana (ON = 92-94 ) → i-C4H10+ i-C5H10 iso Nonana (ON = 90-92 ) → i-C4H10+
i-C3H6iso Oktana (ON = 89-91 )
Unit Proses Alkilasi HF
Umpan olefin dan iso butana harus kering dengan kadar sulfur rendah untuk mengurangi kelebihan
katalis asam dan menjaga mutu produk alkilat. Umpan kering olefin dan isobutana bersama sirkulasi
isobutana dimasukkan ke dalam reactor melalui beberapa pipa untuk menjaga temperatur sepanjang reactor.
Reaksi adalah eksotermik dan panas reaksi tersebut dibuangdengan penukaran panas dengan sejumlah besar
air bertemperatur rendah untuk menjagatemperatur optimal reaksi sekitar 35 oC. keluaran dari reaktor masuk
ke pengendapan (settler) dari mana endapan asam (S.G = 1, alkilat S.G = 0,7) disirkulasi ke reaktor. Fase
hidrokarbonberkadar HF 1-2 % mengalir melalui penukar panas ke isostripper. Butane jenuh (make up)
juga dimasukkan ke isostripper. Produk alkilat dikeluarkan daribawah isostripper. Isobutana yang belum
bereaksi ditampung dari samping isostripper dan disirkulasi kembali ke reaktor. Semua produk dibebaskan
dari HF dengan pemurnian KOH sebeluk meninggalkan unit.Pada bagian atas isostripper keluar isobutana,
propane dan HF dikirim ke dalam depropanizer. Keluaran dari atas depropanizer dihilangkan HF, dan akan
dihasilkan produk propane bermutu tinggi dari bawah stripper. Bagian bawah depropanizer dihasilkan
isobutanauntuk disirkulasikan kembali ke reaktor.Sirkulasi HF diregenerasi secara kontinu pada suatu tingkat
yang diinginkan untuk mengontrol mutu alkilat dan menurunkan konsentrasi HF. Bagian kecil dari polimer
danazeotrop HF (constant boiling mixture-CBM) dikeluarkan dari regeberator HF untuk dinetralisasi.
Alkilat berangka oktana tinggi dengan distribusi angka oktana baik dan sensitivitasrendah memberikan
keuntungan di negara-negara Eropa yang mensyaratkan angka oktana motor (MON) dan Amerika Serikat
dengan persyaratan knock performance = (RON + MON)/2. Angkaalkilat dari berbagai jenis umpan olefin
disajikan pada Tabel.
Alkilat mengandung iso paraffin dan bebas dari hidrokarbon tak jenuh (olefin danaromatic). Pemakaian alkilat
pada pembuatan bensin ramah lingkungan di Amerika Serikat padatahun 2003 (3) sekitar 15 % volume.
Komposisi molekul isoparafin dari alkilat disajikan padaTabel.
Sehubungan dengan katalis asam bekas dapat mencemari lingkungan, maka beberapa industri katalis
sedang mengembangkan katalis baru yaitu suatu butir padat identik dengan katalis heterogen industri lainnya,
tetapi belum ada informasi lengkap yang dipublikasikan.Kondisi operasi identik dengan proses alkilasi dengan
memakai katalis HF yaitu temperaturreaktor 10 - 40oC, dan rasio isobutana/olefin sekitar 10/15:1.
Alkilasi dengan katalisator HF
Reaksi alkilasi olefin dengan isoparafin menggunakan katalisator HF cair anhidrid.
Alkilat berkualitas tinggi dihasilkan dari reaksi isobutilena dengan isobutana membentuk
isooktana (2,2,4-trimetilpentana). Untuk menyempurnakan reaksi perlu pengadukan karena
hidrokarbon hanya sedikit larut dalam HF cair. Suhu reaksi 27oC dan waktu kontak 5 menit.
Hidrokarbon yang terbentuk dalam alkilasi menggunakan katalisator HF
Alkilasi isobutana dengan propilena
Alkilasi isobutana dengan butilena
Kelebihan alkilasi katalis HF
1. Proses yang terjadi berlangsung secara cepat.
2. Kebutuhan tempratur di reaktor tidak terlalu tinggi.
3. Penggunaan katalis HF di reaktor sedikit karena dapat di regenerasi, sehingga biaya
yang digunakan lebih rendah.
4. Dapat menggunakan refrigeran berupa air.
Kekurangan alkilasi katalis HF
1. Reaksi berlangsung lebih cepat maka konversi yang di dapat lebih rendah.Maka nilai
oktan yang didapat di banding katalis H2SO4 lebih rendah.
2. Handling peralatan katalis HF lebih sulit karena lebih volatil dan berbahaya.
3. Katalis HF juga kurang baik pada lingkungan karena dapat menyebabkan hujan asam.
Perbandingan alkilasi katalis HF dan H2SO4
1. Kondisi operasi katalis HF tidak terlalu sensitif terhadap tempratur reaktor,
sedangkan H2SO4 lebih sensitif terhadap tempratur reaktor.
2. Pada katalis HF didapatkan produk Avgas dan sabun sintesis berupa lilin,
sedangkan H2SO4 produk berupa bensin dengan nilai oktan yang tinggi.
Top Related