Perancangan Pabrik Etilen dari Nafta Kapasitas ton/tahun BAB I PENDAHULUAN

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Etilen merupakan salah satu senyawa penting dalam mata rantai industri petrokimia dan bahan kimia organik terbesar di dunia.etilen merupakan bahan dasar untuk berbagai produk intermediate maupun produk akhir seperti plastik, resin, fiber, elastomer, solven, surfaktan, coating, dan antifreeze. Secara garis besar, produk etilen dibagi menjadi dua kelompok, yaitu polymer grade dan chemical grade.polymer grade memiliki kemurnian hingga 99%, sedangkan untuk chemical grade kemurniannya berkisar antara 92-94%. Polymer grade merupakan konsumen terbesar bahan baku etilen, yaitu hingga 45% dari total produksi etilen. Selain polymer grade, etilen juga dikonsumsi oleh kelompok chemical grade. Yang termasuk dalam kelompok chemical grade antara lain etanol, etilen oksid, vinil asetat, solven etilen, dan sebagainya. Sampai tahun 2005, satu-satunya pabrik di Indonesia yang memproduksi etilen adalah PT. Chandra Asri Petrochemical Indonesia. Produk etilen dari PT. Chandra Asri hampir semuanya dikonsumsi kelompok polymer grade, yaitu sebagian besar dipakai sebagai bahan baku Low Linear Density Poliethyelene (LLPDE) Plant dan High Density Poliethylene (HDPE) Plant PT. Chandra Asri, sementara sebagian kecil dijual ke PT. PENI dan PT. Asahimas Subentra Chemical. Seiring dengan berkembangnya zaman, kebutuhan akan etilen juga mengalami peningkatan, hingga tahun 2009 sudah ada 4 pabrik di Indonesia yang memproduksi etilen. Berikut daftar pabrik yang memproduksi etilen di Indonesia hingga tahun 2009:

2 2 Tabel I.1 Produsen Etilen di Indonesia No Nama Pabrik Kapasitas (ton/tahun) 1 PT. Salim Group PT. PERTAMINA PT. Shell PT. Chandra Asri (ICIS, 2009) Sementara itu kebutuhan dalam negeri akan etilen semakin meningkat. Menurut Indonesian Petroleum Report, import propilen Indonesia pada tahun meningkat hingga mencapai US$ 55,8 juta.perkembangan import etilen dalam negeri menurut data statistik BPPN dapat dilihat pada gambar di bawah : Ribu Ton Impor 0 tahun1993 tahun 1994 tahun1995 tahun 1996 tahun 1997 tahun 1998 tahun 1999 tahun 2000 tahun 2001 tahun 2002 tahun 2003 tahun 2004 tahun 2005 tahun 2006 tahun 2007 tahun 2008 tahun 2009 tahun 2010 Gambar I.1. Perkembangan Impor Etilen Indonesia Menurut gambar I.1 di atas, impor etilen pada tahun 2010 mencapai ton. Kebutuhan etilen untuk polymer grade dalam negeri pada tahun

3 adalah 1,3 juta ton per tahun. Dengan pembangunan pabrik-pabrik berbahan baku etilen untuk produk chemical grade di Indonesia seperti pabrik etilen klorid, vinil klorid, etilen diklorid, dipastikan kebutuhan akan etilen di Indonesia akan lebih meningkat lagi. Tabel I.2. Karakteristik Reaksi dan Produk Turunan Etilen Reaksi Produk % Pemakaian Polimerisasi Polietilen 45,7 Etilen oksid, etilen glikol, etanolamin, Oksidasi asetaldehid, asam asetat, vinil asetat, asetat anhidrid, pentoeritrio 22,4 Halogenasi/ Etil diklorid, vinil klorid, etil klorid, Hidrohalogenasi etilen dibromid, etil bromid 15,9 Alkilasi Etil benzen, toluene, etil mercaptan, etil anilin, dietil sulfat 8,5 Oligomerasi Alfaolefin 4,3 Okso reaksi Propionaldehid 0,5 (Stevens, 2001) Permintaan etilen secara global pada tahun 2015 diperkirakan akan mencapai 160 juta ton. Permintaan etilen secara global akan mengalami kenaikkan sebesar 5,5% per tahun. Konsumsi etilen di Asia Pasifik meningkat 6,1% per tahun pada tahun 2001 hingga Mengingat kebutuhan akan etilen yang terus meningkat baik kelompok polymer grade maupun chemical grade, sementara produsen etilen sendiri bisa dikatakan masih terbatas, maka bisa dikatakan bahwa pangsa pasar untuk pabrik etilen masih sangat terbuka, baik pasar domestik maupun mancanegara.produk etilen yang dihasilkan dapat dijual untuk kepentingan polymer grade ataupun chemical grade. Bahan baku dari pabrik etilen ini adalah nafta. Pada tahun 2010, Indonesia memproduksi ton nafta. Spesifikasi umpan nafta harus memiliki kandungan isoparafin diatas 60%. Berikut adalah tabel kadar isoparafin yang terdapat pada nafta:

4 4 Tabel I.3 Kadar Isoparafin dari Berbagai Jenis Naphta Nomor Jenis Nafta Kadar Isoparafin (% volum) 1 Ardjuna, Indonesia 64,30 2 Dukhan, Qatar 74,15 3 Abu Dabhi, UAE 72,99 4 Bombay Hi, India 53,70 5 Basrah Hvy, Iraq 69,50 (Bhirud, 2005) Pada Tabel I.3, terlihat bahwa nafta yang berasal dari timur tengah memiliki kadar isoparafin yang lebih tinggi dibandingkan naphta domestik. Tetapi nafta domestik masih memenuhi kriteria untuk menjadi umpan nafta yang memiliki kadar minimal isoparafin sebesar 60%. Oleh karena itu bahan baku untuk pabrik ini diambil dari dalam negeri karena biaya yang dikeluarkan lebih murah. Pemilihan lokasi pabrik haruslah berdasarkan pada pertimbangan dari segi teknis maupun ekonomis sehingga dapat memberikan keuntungan yang maksimal. Adapun faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi pabrik antara lain : 1. Ketersediaan bahan baku dan pemasaran produk Lokasi pabrik sebaiknya dekat dengan tempat persediaan bahan baku dan pemasaran produk untuk menghemat biaya transportasi. Pabrik juga sebaiknya dekat dengan pelabuhan jika ada bahan baku dan produk yang dikirim dari atau ke luar negeri atau pulau lain. 2. Sarana dan prasarana transportasi Lokasi pabrik sebaiknya didirikan di wilayah yang memiliki sistem transportasi yang baik sehingga dapat mempermudah dalam pengiriman maupun pemasokan barang. 3. Ketersediaan air Air merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam suatu pabrik, baik untuk pendingin, proses, maupun untuk kebutuhan sehari-hari.sumber air biasanya berupa air sungai, danau, atau air laut.

5 5 4. Ketersediaan tenaga kerja Tenaga kerja merupakan pelaku dari proses produksi. Ketersediaan tenaga kerja yang terampil dan terdidik akan memperlancar proses produksi. 5. Kondisi geografis dan sosial Lokasi pabrik sebaiknya terletak di daerah yang memiliki kondisi topografi, struktur tanah, dan kondisi cuaca yang mendukung.keadaan sosial dan ekonomi penduduk sekitar lokasi pabrik juga perlu diperhatikan. Kebijaksanaan pemerintah setempat juga mempengaruhi lokasi pabrik yang akan dipilih. Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan di atas, pabrik direncanakan akan didirikan di Cilegon, Banten. Adapun alasan pemilihan lokasi ini antara lain : 1. Lokasi strategis karena dekat dengan target pasar, dimana mayoritas pabrik yang membutuhkan etilen sebagai bahan bakunya di Cilegon dan sekitarnya. Selain itu, dekat dengan pelabuhan, sehingga memudahkan distribusi bahan baku 2. Sarana dan prasarana transportasi sangat memadai, terutama adanya jalan tol yang cukup memudahkan dalam distribusi produk dan bahan baku. 3. Tersedianya sumber daya manusia (SDM) yang cukup memadai. 4. Tersedianya sumber air karena terdapat waduk yang cukup besar yaitu Waduk Krewang. 5. Bahan baku yang berupa nafta ini akan diimpor dari Timur Tengah sehingga factor lokasi pabrik yang dekat dengan sumber bahan baku tidak menjadi pertimbangan dalam pemilihan lokasi pabrik Kapasitas merupakan elemen yang penting dalam mendirikan suatu pabrik. Dalam penentuan kapasitas, banyak faktor-faktor yang harus dipertimbangkan seperti kebutuhan/permintaan akan produk yang dihasilkan, peraturan pemerintah, ataupun melakukan penyesuaian kapasitas produksi dengan pabrik sejenis yang sudah ada. Sesuai dengan peraturan Menteri Perindustrian RI Nomor 14/M-IND/PER/1/2010 tentang sasaran jangka menengah (tahun ) untuk klaster industri petrokimia, kapasitas

6 6 produksi sektor hulu olefin diharapkan berkisar antara ton/tahun hingga ton/tahun. Saat ini Indonesia juga masih impor etilen dikarenakan produksi dalam negeri ( ton/tahun) masih dibawah kebutuhan etilen yang mencapai lebih dari ton/tahun.untuk itu, pabrik ini dirancang dengan kapasitas produksi ton/tahun agar sesuai dengan peraturan pemerintah dan diharapkan mampu mengurangi import etilen. Kapasitas produksi ini juga disesuaikan dengan kapasitas produksi pabrik sejenis yang lebih dulu beroperasi yaitu PT. Chandra Asri yang saat ini memproduksi ± ton etilen/tahun. Kapasitas produksi tidak dibuat sebesar mungkin karena dikhawatirkan akan meningkatkan fixed cost secara signifikan. B. Tinjauan Pustaka 1. Nafta Nafta merupakan salah satu produk pengilangan minyak yaitu fraksi ringan dari crude oil yang berupa hidrokarbon C 5 -C 12.Nafta didapatkan dari produksi nafta domestik maupun import. Sebagian besar nafta merupakan import karena nafta domestik dari Pertamina lebih diprioritaskan untuk kebutuhan bahan bakar minyak dan gas domestik. Selain itu nafta domestik memiliki kandungan isoparafin yang lebih rendah daripada nafta import, sementara nafta dari luar negeri bisa didapatkan dari Timur Tengah, India, dan Jepang.Sumber nafta domestik didapatkan dari pertamina Cilacap, Balikpapan, dan Bontang. Berdasarkan densitasnya, nafta dibedakan sebagai light naptha (sg.<0,7) dan heavy naptha (sg.>0,7). Umpan nafta harus memenuhi spesifikasi tertentu yaitu memiliki kandungan isoparafin minimum sebesar 60%.Semakin tinggi kandungan isoparafin maka nafta semakin baik. Hal ini karena isoparafin merupakan rantai karbon jenuh sehingga memudahkan proses cracking umpan untuk menghasilkan rantai karbon tidak jenuh sebanyak-banyaknya. Apabila kandungan isoparafin dalam nafta kurang dari 60% maka sebelum diumpankan kedalam craking

7 7 heater/ pyrolysis heater nafta tersebut harus diblending dengan nafta lain yang memiliki kandungan isoparafin tinggi. (Kirk & Othmer, 1977) 2. Etilen Etilen merupakan hidrokarbon olefin (berantai ganda) paling ringan dengan berat molekul 16, tak berwarna, mudah terbakar, dan sedikit wangi. Sifat etilen ditentukan ikatan rangkapnya, yang reaksi utamanya adalah reaksi adisi menghasilkan hidrokarbon jenuh dan turunannya atau polimer. (Kirk & Othmer, 1977) Etilen merupakan senyawa antara yang menjadi bahan baku berbagai produk turunannya berdasarkan karakteristik reaksi. Spesifikasi produk etilen dapat dilihat pada tabel I.2. (Mc. Ketta, 1984) Sekarang hampir seluruh etilen dibuat dari gas alam, etana, propana, dan parafin lain yang berat serta fraksi minyak mentah, nafta, kerosin, dan gas oil. Sejumlah kecil etilen didapat dari gas keluaran kilang (catalytic cracking). Beberapa cara pembuatan etilen menurut Mc. Ketta (1984) adalah : a. Pirolisis hidrokarbon Teknik yang paling banyak dipakai dalam pembuatan etilen. Persamaan reaksi dalam pirolisis hidrokarbon: C 7 H 16 ½ C 5 H /3 C 4 H 8 + 1/3 C 3 H 8 + 1/3 C 4 H /3 C 3 H 6..(1) Produksi skala besar dilakukan dengan melakukan pirolisis bahan baku hidrokarbon dan ditambah dengan steam dengan rasio dalam suatu pyrolysis heater dan dilanjutkan dengan pemisahan campuran hasil gas melewati sistem operasi yang kompleks. Proses ini menghasilkan campuran produk hidrokarbon yang kompleks dan akan semakin kompleks lagi seiring dengan semakin beratnya molekul hidrokarbon yang dipirolisis.

8 8 Selektifitas hasil yang tinggi terhadap olefin dan diolefin yang diinginkan (etilen, propilen, butadiene) serta hasil metana dan coking yang minimum dapat dicapai dengan mengoperasikan pyrolysis heater pada suhu tinggi ( o C).waktu tinggal yang pendek serta tekanan parsial yang rendah. Penambahan steam berfungsi untuk mengurangi tekanan parsial hidrokarbon dan jumlah karbon yang terdeposit dalam dinding tube. Perbandingan berat steam dengan hidrokarbon bervariasi dari 0,3 untuk etan hingga 1,0 untuk gas oil. Perubahan rantai karbon parafinik dan naftenik menjadi olefin terjadi secara endotermis. Gas hasil pirolisis sebelum masuk dalam seksi distilasi (separation plant) akan mengalami serangkaian treatment terlebih dahulu, yaitu : i. Pemanfaatan panas yang dikandung oleh gas pirolisis ii. Kompresi iii. Pengambilan (penghilangan) komponen asam iv. Pengeringan kandungan air dalam gas hidrokarbon dengan menggunakan adsorben padat b. Dehidrasi etanol Pembuatan etilen dari dehidrasi etanol mengikuti persamaan reaksi berikut : C 2 H 5 OH C 2 H 4 + H 2 O.(2) Reaksi terjadi dengan bantuan katalisator alumina aktifdan asam fosfat.pembentukan eter terjadi pada suhu 230 o C sedangkan pada suhu o C diperoleh etilen dengan kandungan eter minimum. Hasil etilen dapat mencapai % dari nilai teoritis tergantung pada proses yang dipakai. Pemurnian yang lebih lanjut dipakai untuk memisahkan asetaldehid, asam, hidrokarbon lain, CO 2 dan air. Proses ini berkembang dalam skala kecil di Eropa, Amerika, dan Australia pada tahun 60-an, sebelum berkembangnya pabrik etilen yang menghasilkan etilen lebih murah, yaitu dari hidrokarbon.

9 9 c. Disproposionasi propilen Pada proses ini propilen yang relatif murah diubah menjadi etilen dan butilen yang lebih tinggi harganya dengan bantuan katalis tungsten oksid-silika. Reaksi yang terjadi adalah : 2C 2 H 6 C 2 H 4 + C 4 H 8.(2) d. Etilen dari batubara Merupakan cara tidak langsung dan proses alternatif mengingat minyak bumi dan gas alam semakin menipis sementara persediaan batubara masih lebih banyak. Cara ini melibatkan 3 proses, yaitu : i. Produksi gas sintesis dari batubara dalam proses gasifikasi (proses Lurgi, Koppers-Totzek, Winkler). ii. Gas sintesis diubah menjadi hidrokarbon dengan proses Fischer-Tropsch. iii. Etilen dibuat dengan pirolisis hidrokarbon / dehidrasi etanol yang diperoleh. Proses ini berjalan di Afrika Selatan yang tidak memiliki kandungan minyak bumi namun kaya akan batubara. Dari semua proses di atas, yang paling banyak dipakai adalah proses pirolisis hidrokarbon, yang terdiri dari 3 tahap, yaitu : i. Sintesis ii. Recovery iii. Pemurnian Proses tersebut dilakukan pada suhu yang tinggi, yaitu antara o F. Teknik yang dipakai dalam produksi etilen dengan cara pirolisis hidrokarbon secara umum menurut Kirk & Othmer (1977) antara lain : i. Fired heater tubular ii. Regenerative stove iii. Moving bed / refractory pebbles iv. Pembangkitan panas dengan pembakaran di dalam menggunakan udara atau oksigen.

10 10 v. Busur listrik vi. Kontak dengan timah Kedua proses yang disebutkan pertama, yaitu proses dengan menggunakan fired heater tubulardan regenerative stove telah dijalankan secara komersial. Dari keenam proses di atas, saat ini hampir semua pabrik etilen menggunakan fired heater tubular dalam produksinya. Recovery dan pemurnian etilen merupakan proses yang kompleks, mengingat hasil pirolisis juga sangat kompleks. Proses yang dijalankan secara komersial untuk keperluan ini adalah : i. Fraksinasi pada suhu rendah dan tekanan tinggi ii. Absobsi dan fraksinasi pada suhu rendah iii. Fraksinasi pada suhu rendah dan tekanan rendah iv. Ekstraksi solven (Kirk & Othmer, 1977) Sebagai catatan proses fraksinasi pada suhu rendah dan tekanan tinggi digunakan pada 75 % pabrik etilen yang beroperasi di Amerika Serikat. Dalam perancangan pabrik etilen ini ada 3 proses lisensi yang paling dominan dan banyak dipakai yaitu Kellog, Lammus, dan Linde. Di antara ketiga lisensor tersebut, proses Kellog dengan front end demethanizer scheme yang mulai dikembangkan sekitar tahun 1960 menguasai sekitar 40% dari seluruh pabrik yang ada di dunia, disebabkan oleh efisiensi termodinamikanya yang tinggi. 3. Propilen Propilen adalah bahan baku petrokimia tertua dan merupakan salah satu olefin ringan utama. Propilen dipakai secara luas dalam proses alkilasi dan sebagai bahan mentah polymer-gasoline untuk peningkatan oktan. Sebagai tambahan sebagian besar propilen dipakai dalam industri plastik sebagai polipropilen, misalnya sebagai bahan baku untuk accrylonitrile, propylene oxide, 2-propanol, dan cumen propilen utamanya dihasilkan

11 11 sebagai bi-produk dari petroleum refinery dan produk etilen dengan steam pirolisis. (Kirk & Othmer, 1977) Menurut Kirk & Othmer, (1977), secara umum propilen di produksi melalui 2 cara, yaitu: a. Steam cracking Dalam steam cracking, campuran hidrokarbon dan steam dipanaskan hingga 870 K dalam seksi konveksi furnace pirolisis. Setelah itu gas hidrokarbon dan steam dipanaskan dalam seksi radiasi mencapai 1170 K. steamakan mereduksi tekanan parsial hidrokarbon dalam reaktor. Propilen didapatkan dari bagian separation plant, yaitu dengan distilasi campuran C 3 (propilen, propan, serta sedikit komponen lain) di dalam C 3 splitter tower. Propilen didapatkan sebagai hasil atas, sementara hasil bawahnya adalah arus kaya propana.ukuran C 3 splitter tower tergantung kemurnian propilen yang diinginkan.propilen dalam pasar dibedakan berdasarkan kemurniannya menjadi dua, yaitu : i. Polymer Grade Propylene Kemurnian propilen jenis ini minimal 99 % berat. ii. Chemical Grade Propylene Kemurniannya % berat b. Produk refinery Pada produk refinery, propilen terbentuk sebagai bi-produk dari fluid catalytic cracking gas oil serta proses thermal seperti coking. Jumlah total propilen yang diproduksi tergantung campuran dari umpan proses tersebut dan juga refinery product state. Misalkan di Amerika refineryakan memaksimalkan produksi gasoline, sehingga produk propilen berjumlah kecil. Pada fluid catalytic cracking, gas oil yang teruapkan dikontakkan dengan katalis zeolit. Waktu kontak yang dibutuhkan sekitar 5 detik

12 12 hingga 2 menit dengan tekanan operasi kpa (2,5 4 atm) tergantung desain unit. Suhu reaksi berkisar antara K. Umpan akan terkonversi menjadi gasoline-boiling range hydrocarbon, C 4 dan gas yang lebih ringan serta coke. Yield propilen yang dihasilkan bervariasi tergantung pada kondisi reaktornya, namun pada umumnya sebesar 2 5 % dari umpan. Pada akhirnya propilen dalam kemurnian chemical grade atau polymer grade diperoleh dengan distilasi pada propylene concentration unit.