Prarancangan Pabrik Sikloheksana dengan Proses Hidrogenasi Benzena Kapasitas Ton/Tahun BAB I PENDAHULUAN

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik Memasuki era perdagangan bebas Indonesia dituntut untuk mampu bersaing dengan negara lain dalam bidang industri. Perkembangan industri di Indonesia sangat berpengaruh pada ketahanan ekonomi Indonesia yang akan menghadapi banyak kendala di era pasar bebas nanti. Untuk mencapai kemajuan di bidang industri terfokus pada bidang industri kimia, maka kebutuhan bahan bahan kimia di dalam negeri perlu ditumbuhkan dan dikembangkan. Sektor industri kimia banyak memegang peranan dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik baru yang berorientasi pada pengurangan ketergantungan kita pada produk impor maupun untuk menambah devisa negara sangat diperlukan, salah satunya dengan pembangunan pabrik sikloheksana. Sikloheksana merupakan senyawa organik yang termasuk dalam senyawa turunan dari benzena. Sikloheksana yang mempunyai rumus molekul C6H12 berwujud cair pada temperatur kamar dan tekanan atmosferis. Konsumen utama sikloheksana adalah industri asam adipat untuk nylon-6,6, caprolactam untuk nylon-6, lain-lain meliputi bahan pelarut, bahan insektisida, dan plasticizers (www. scholar.google.co.id). Proyeksi kebutuhan sikloheksana global semakin meningkat dari tahun ke tahun. Pada benua Asia jumlah data impor terbesar untuk sikloheksana meliputi China, Thailand, Indonesia, Jepang, dan India (UNdata, 2015). Sehingga pendirian pabrik ini diorientasikan selain untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri juga untuk memenuhi sektor ekspor ke luar negeri. Selain pertimbangan di atas, pendirian pabrik sikloheksana di Indonesia dilakukan atas dasar hal-hal sebagai berikut: 1. Menciptakan lapangan kerja baru, yang berarti turut mengurangi jumlah pengangguran dan memacu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan baku sikloheksana. 1

2 2 2. Mengurangi ketergantungan pada negara asing. 3. Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta menghemat devisa negara. 4. Meningkatkan kualitas sumber daya manusia Indonesia lewat alih teknologi. 1.2 Kapasitas Perancangan Kapasitas produksi pabrik sikloheksana ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan antara lain : Prediksi Kebutuhan Sikloheksana di Indonesia Untuk memenuhi kebutuhan produk sikloheksana di dalam negeri, Indonesia masih mengimpor negara lain. Data impor sikloheksana dalam negeri ditunjukkan pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Data Impor Sikloheksana di Indonesia Tahun Jumlah (kg) Jumlah (ton) , , , , , ,300 (Sumber : Badan Pusat Statistik, 2015) Dari data impor Sikloheksana pada Tabel 1.1, kemudian dilakukan regresi linier untuk mendapatkan tren kenaikan impor Sikloheksana di Indonesia. Regresi linier untuk data impor ditunjukkan pada gambar 1.1.

3 y = x - 3E Series1 Indonesia Linear Linier(Series1) (Indonesia) Gambar 1.1 Data Impor Sikloheksana Dari hasil regresi linear (Gambar I.1) diperoleh perkiraan kebutuhan Sikloheksana pada tahun 2018 : Y = x = kg = 2.421,516 ton Dari hasil perhitungan dapat diperkirakan kebutuhan sikloheksana di Indonesia pada tahun 2018 adalah sebesar 2.421,516 ton/tahun Kebutuhan Sikloheksana di Luar Negeri Selain untuk memenuhi kebutuhan di Indonesia, pabrik Sikloheksana yang akan didirikan ini juga bertujuan untuk memenuhi kebutuhan luar negeri. Kebutuhan Sikloheksana di beberapa neegara di Asia terlihat pada Tabel 1.2. Tabel 1.2 Data impor Sikloheksana di Beberapa Negara di Asia Negara Kebutuhan (ton/tahun) China , , , , ,521 Thailand , , , , ,162 India 3.290, , , , ,809 Jepang , , , , ,518 (Sumber: UN Data, 2015)

4 4 25, , y = 2753x , , , y = x Thailand India Linear (Thailand) Linear (India) Gambar 1.2 Data Kebutuhan Sikloheksana di Luar Negeri Dari regresi linier terhadap data kebutuhan Sikloheksana di negara Thailand dan India diperoleh persamaan y = 2.753x ,3 dan y = 836,38x ,1. Kebutuhan impor pada tahun 2018 diperkirakan sebesar ,3 dan 9.834,52 dengan total sebesar ,82 ton/tahun Ketersediaan Bahan Baku dan Katalis Adanya industri yang mendukung pabrik Sikloheksana, terutama dalam hal penyediaan bahan baku merupakan salah satu faktor yang cukup penting. Bahan baku utama yaitu Benzene (C6H6), Hidrogen (H2), dan Katalis (Nickel, (Ni)). Kebutuhan bahan baku dan katalis dapat diperoleh dari produsen produsen dalam negeri.

5 5 Tabel 1.3 Sumber Bahan Baku dan Katalis No. Bahan Baku Produsen Kapasitas Sumber dan Katalis 1. Benzena PT Pertamina, (C6H6) Cilacap ton/tahun 2. Hidrogen (H2) PT Air Nm 3 / Liquide, Cilegon jam 3. Nickel, (Ni) Zibo Yinghe Chemical Co., Ltd ton/tahun Kapasitas Produksi Pabrik Sikloheksana Beberapa kapasitas pabrik Sikloheksana yang telah berdiri adalah sebagai berikut Tabel 1.4 Industri Sikloheksana di Berbagai Negara Perusahaan Lokasi Kapasitas Kapasitas (galon/tahun) (ton/tahun) Chevron Phillips Chemical Port Arthur, Texas CITGO Petroleum Corpus Christi, Texas Chevron Phillips Chemical Borger, Texas Chevron Phillips Chemical Sweeny, Texas ExxonMobil Chemical Beaumont, Texas Flint Hills Resources Corpus Christi, Texas Huntsman Port Arthur, Texas

6 6 Sunoco Marcus Hook, Pa BASF Ludwigshafen, Germany BP Refining and Gelsenkierchen, petrochemical Germany ExxonMobil Chemical Netherland Rivneazot Rivne, Ukraina Juyuan Chemical China (Sumber : Icis Chemical Business Americas, 2007) Secara komersial, kapasitas pabrik sikloheksana minimum yang memberikan keuntungan adalah 10 juta galon/tahun atau ton/tahun yang diproduksi oleh Rivneazot, Rivne, Ukraina. Kapasitas terbesar pabrik sikloheksana adalah 140 juta galon/tahun atau 412 ribu ton/tahun yang diproduksi oleh Chevron Phillips Chemical, Port Arthur, Texas. Berdasarkan pertimbangan dari kebutuhan sikloheksana dan kapasitas pabrik yang telah ada, maka dalam perancangan pabrik ini diambil kapasitas produksi sebesar ton/tahun. Kapasitas yang dipilih lebih besar daripada perkiraan kebutuhan impor Indonesia dengan selisih sekitar ton dengan mempertimbangkan : 1. Ketersediaan bahan baku. 2. Dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri yang meningkat dari tahun ke tahun 3. Dapat memenuhi kebutuhan ekspor ke beberapa Negara di Asia khususnya Thailand dan India 4. Dapat memberi kesempatan berdirinya industri berbahan baku sikloheksana

7 7 1.3 Penentuan Lokasi Pabrik Pemilihan lokasi pabrik merupakan salah satu masalah pokok yang menunjang keberhasilan operasi suatu pabrik. Banyak pertimbangan yang menjadi dasar dalam menentukan lokasi pabrik, antara lain : letak pabrik dekat dengan sumber bahan baku, pasar penjunjang, transportasi, tenaga kerja, kondisi sosial politik, dan kemungkinan perluasan area pabrik dimasa yang akan datang. Pabrik Sikloheksana akan direncanakan akan didirikan di Kawasan Industri Cilegon, Banten. Lokasi Pabrik Gambar 1.3 Lokasi Pendirian Pabrik Sikloheksana Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan lokasi pabrik ini, antara lain : 1. Faktor Utama Faktor primer ini secara langsung mempengaruhi tujuan utama dari pabrik yang meliputi produksi dan dan distribusi produk yang diatur menurut macam dan kualitas, waktu dan tempat yang dibutuhkan konsumen pada tingkat harga yang terjangkau sedangkan pabrik masih memperoleh keuntungan yang wajar. Faktor primer meliputi : a. Penyediaan Bahan Baku dan Katalis Bahan baku memegang peranan penting, dimana dalam proses produksi pabrik sangat bergantung pada ketersediaan bahan baku ini. Lokasi pabrik

8 8 yang dekat dengan bahan baku akan lebih menguntungkan. Untuk bahan baku tersebut tidak perlu didatangkan dari luar negeri, tetapi dapat dipenuhi dari dalam negeri, yaitu dari PT Air Liquide yang berlokasi di Cilegon untuk Hidrogen, PT Pertamina, Cilacap untuk Benzena dan PT Antam, Sulawesi untuk Nickel. b. Letak Pabrik dengan Daerah Pemasaran Produk Sikloheksana merupakan produk intermediate yang memiliki penggunaan cukup luas. Sikloheksana banyak digunakan untuk bahan baku pembuatan adipic acid yang nantinya diproses menjadi nylon 6.6, caprolactam yang diproses menjadi nylon 6. Selain itu sikloheksana dapat digunakan sebagai solvent, bahan insektisida, dan plasticizer. Produk ditargetkan untuk dipasarkan baik di dalam negeri maupun diekspor ke luar negeri. Untuk kebutuhan di Indonesia akan dipasarkan antara lain ke PT Elsoro Multi Pratama sebagai produsen caprolactam, PT Graha Jaya Pratama, Jakbar dan PT Asahimas Chemical, Cilegon sebagai produsen pasticizer, PT Ria Indo Agri, Cibubur dan PT Avisa Mandiri, Tanggerang sebagai produsen insektisida. Untuk ekspor ditujukan ke wilayah Asia terutama negara China dan Thailand. c. Sarana dan Transportasi Sarana transportasi untuk penyediaan bahan baku dan pemasaran produk dapat dilakukan lewat jalur darat maupun jalur laut. Untuk jalur laut, digunakan Pelabuhan Krakatau Steel Bandar Samudera Cigading, Banten yang jaraknya sekitar ± 10 km dari lokasi pabrik yang direncanakan. d. Tenaga Kerja Tenaga kerja dapat dipenuhi dengan mudah dari daerah sekitar lokasi pabrik maupun dari luar lokasi pabrik, mengingat Pulau Jawa merupakan wilayah yang banyak terdapat lembaga pendidikan yang menghasilkan tenaga ahli. Kepadatan penduduk yang tinggi akan memudahkan pencarian tenaga bukan ahli.

9 9 e. Utilitas Dalam hal penyediaan air sudah tersedia di dalam kawasan Industri Cilegon, Banten yang diproduksi oleh PT Krakatau Tirta Industri. Sedangkan untuk kebutuhan energi listrik akan dipenuhi oleh PLN. f. Kondisi Tanah dan Daerah Kondisi tanah yang relatif masih luas dan merupakan tanah datar dengan kondisi iklim yang relatif stabil sepanjang tahun sangat menguntungkan untuk pendirian pabrik ini. g. Kebijakan Pemerintah Pendirian pabrik perlu memperhatikan faktor kepentingan pemerintah yang trkait di dalamnya. Kebijakan pengembangan industri berhubungan dengan kesempatan kerja serta hasil hasilnya. 2. Faktor Penunjang Cilegon sebagai kawasan industri yang telah ditetapkan oleh pemerintah sehingga hal-hal yang sangat dibutuhkan dalam kelangsungan proses produksi suatu pabrik telah tersedia dengan baik seperti sarana transportasi, keamanan lingkungan, energi, faktor sosial, serta perluasan pabrik. 1.4 Tinjauan Pustaka Macam-Macam Proses Pembuatan Sikloheksana Ada beberapa macam proses dalam pembuatan sikloheksana, yaitu: 1. Proses Hidrogenasi Benzena Pada proses hidrogenasi bahan baku yang digunakan adalah benzena direaksikan dengan hidrogen untuk menghasilkan sikloheksana menggunakan jenis reaktor fixed bed multitube. Suhu reaksi antara 150 o C o C. Katalis yang digunakan adalah Ni dengan penyangga (support) berupa alumunium (US Patent ). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: C6H6 + 3H2 Ni C6H12...(1-1)

10 10 2. Proses Petrolium Fractionation Pada proses ini digunakan crude oil yang diolah terlebih dahulu dengan proses distilasi fraksinasi, crude oil pada proses distilasi fraksinasi dihasilkan parafin, olefin/etilen, naphthene, dan aromatic. Dalam aromatic terdapat benzena, toluena, dan napthalene, sedangkan yang akan digunakan adalah benzena sebagai bahan pembuatan sikloheksana. Produk benzena dipisahkan dari komponen lainnya dengan menggunakan kolom distilasi. Dengan penambahan gas hidrogen akan terbentuk produk sikloheksana. Kondisi operasi suhu 80 o C, tekanan 5 atm dengan konversi benzena mencapai 85% (Mc.Ketta, 1982). Tabel 1.5 Kelebihan dan Kelemahan Proses-proses Pembuatan Sikloheksana Proses Kelebihan Kelemahan 1. Proses Hidrogenasi Proses lebih sederhana Reaksinya memerlukan Benzena Konversi reaksi benzena katalis sehingga diperlukan mencapai 99,9% waktu regenerasi dan Efisiensi yang tinggi, investasi lebih tinggi 2. Proses Petrolium Fractionation adanya recovery H2 Kemurnian produk tinggi Reaksinya tidak memerlukan katalis sehingga tidak diperlukan waktu regenerasi dan investasi lebih rendah Konversi yang dihasilkan hanya sebesar 85 % Proses kompleks, dimana prosesnya digunakan crude oil yang diolah terlebih dahulu dengan proses distilasi fraksinasi Dengan melihat kelebihan dan kelemahan proses-proses di atas, maka dipilih proses hidrogenasi benzena dalam perancangan pabrik sikloheksana. Reaksi pembentukan sikloheksana yang terjadi di dalam reaktor adalah sebagai berikut : C6H6 + 3H2 C6H12

11 Kegunaan Produk Konsumen utama sikloheksana adalah industri asam adipat, selain itu sikloheksana juga digunakan untuk : a. Caprolactam b. Solvent c. Insektisida d. Plasticizer (www. scholar.google.co.id) Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk Bahan Baku 1. Benzena (Mc. Ketta, 1982) a. Sifat Fisis Rumus Molekul = C6H6 Berat molekul, (g/mol) = 78,114 Titik beku, (pada 1 atm), [ o C] = 5,531 Titik didih (pada 1 atm), [ o C] = 80,094 Densitas (pada 25 o C), [g/cm 3 ] = 0,8736 Tekanan kritis, (atm) = 48,33 Temperatur kritis, ( o C) = 289,01 b. Sifat Kimia (Kirk and Othmer, 1998) Ada tiga (3) tipe reaksi benzena yang terpenting yaitu : i. Reaksi subtitusi Reaksi substitusi benzena biasanya terjadi pada cincin aromatik benzena. Contoh reaksi substitusi yaitu pada konversi klorobenzena menjadi fenol dengan bantuan NaOH pada 400 o C. C6H5Cl C6H5OH...(1-2) 10% NaOH

12 12 ii. iii. Oksidasi Reaksi yang paling penting adalah oksidasi katalitik Benzena menjadi maleic anhidrid. Sedangkan oksidasi pada fase gas menjadi fenol pada suhu o C tanpa adanya katalis. Alkilasi Beberapa reaksi alkilasi benzena yang dijumpai dalam industri kimia diantaranya: 1) Reaksi alkilasi benzena dengan propilena membentuk cumene baik pada fase gas maupun cair dengan menggunakan katalis BF3 ataupun AlCl3. 2) Reaksi alkilasi benzena dengan etilena membentuk etilbenzena yang berlangsung pada suhu diatas 370 o C dengan adanya katalis zeolit. Zeolit C6H6 + (H2C=CH2) C6H5 C2H5 >370oC, atm Benzena(g) Etilen (g) Etilbenzena(g) 2. Hidrogen a. Sifat Fisis (Perry, 2008) Rumus Molekul = H2 Berat molekul, (g/mol) = 2,01 Titik lebur, (pada 1 atm), [ o C] = -259,1 Titik didih (pada 1 atm), [ o C] = -252,55 Spesific gravity (pada 20 o C) = 0,069 b. Sifat kimia (Kirk and Othmer, 1998) 1. Proses steam-iron Reaksi antara steam dengan besi pada suhu 1600 o F menghasilkan hidrogen dan oksida besi yang kemudian direaksikan dengan gas karbon monoksida untuk mendapatkan besi kembali.

13 13 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2...(1-3) Fe3O4 + 2H2 + 2CO 3Fe + 2H2O + 2CO2..(1-4) 2. Steam methane reforming Gas alam bebas sulfur direaksikan dengan uap air dengan bantuan katalis nikel pada suhu o F dan tekanan lb/in 2.gauge. CH4 + 2H2O CO + 3H2.(1-5) 3. Gas sintesis yang dihasilkan dalam pembakaran hidrokarbon, direaksikan dengan steam untuk mengkonversi karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan hidrogen. CO + H2O CO2 + H2..(1-6) Produk 1. Sikloheksana a. Sifat fisis (Mc.Ketta, 1982) Rumus Molekul = C6H12 Berat molekul, (g/mol) = 84,156 Titik beku, (pada 1 atm), [ o C] = 6,55 Titik didih (pada 1 atm), [ o C] = 80,74 Tekanan kritis, (atm) = 0,12 Temperatur kritis, ( o C) = 281 b. Sifat kimia (Ullman, 1988) Oxidation Oksidasi fase cair dengan udara menggunakan katalis cobalt atau asam borak menghasilkan cyclohexanol dan cyclohexanone. C6H12 +O2 C6H11OH...(1-7)

14 Tinjauan Proses secara Umum Dalam pembentukan sikloheksana dengan proses hidrogenasi, terjadi reaksi sebagai berikut: C6H6(g) + 3H2(g) Ni C6H12(g)...(1-8) Benzena bersama-sama dengan hidrogen diumpankan ke dalam Reaktor fixed bed multitube dalam fase gas. Proses ini terjadi pada suhu yang tinggi antara 170 o C sampai 187 o C. Suhu reaktor harus dipertahankan dalam batas yang telah ditetapkan hal ini untuk menghindari thermal cracking, reaksi samping yang lain dan tetapan kesetimbangan yang tidak diinginkan yang dapat membatasi konversi benzena. Pada proses ini digunakan katalis nickel (support alumunium) karena reaksi berlangsung di antara suhu 160 o C. Namun, katalis ini mudah teracuni oleh sulfur sehingga komponen sulfur di dalam umpan benzena dan hidrogen harus dijaga dibawah 1 ppm. Benzena dan hidrogen dalam fase gas direaksikan dengan perbandingan 1 : 3 mol untuk menghasilkan 1 mol sikloheksana dengan tekanan 26 atm. Reaksi yang terjadi eksotermis sehingga perlu adanya pendinginan untuk menjaga kondisi operasi. Pemisahan fasa gas dan cair dari produk reaktor dilakukan dengan condenser parsial (CP) terutama untuk pemisahan gas hidrogen yang tidak bereaksi untuk di-recycle ke reaktor. Konversi yang diperoleh dari reaktor sebesar 99,9% (US Patent ).