Tugas Prarancangan Pabrik Dimethyl Ether dari Methanol Kapasitas Ton/Tahun BAB I PENGANTAR

Transkripsi

1 A. Latar Belakang BAB I PENGANTAR Dimethyl ether (DME) adalah senyawa organik ester dengan rumus kimia CH3O CH3. Nama lain Dimethyl ether adalah methyl ether atau, methyl oxide. Pada keadaan normal, senyawa ini berupa gas yang tidak berwarna, tidak beracun, dan tidak berbau. Dimethyl ether digunakan sebagai propelan dalam industri consumer products (khususnya untuk hairspray, shaving creams, foams, dan antiperspirants), automotif, cat, produk makanan, kendali serangga, produk untuk hewan, dan lain sebagainya yang masih terkait dengan aplikasi diatas. Yang paling besar potensi kebutuhan DME adalah sebagai bahan bakar. Aplikasi bahan bakar diantaranya adalah : Campuran LPG Campuran Diesel Pembangkit Listrik Pengganti Acetylene B. Tinjauan Pustaka Dimethyl ether diproduksi secara garis besar melalui dua tahap. Pertama, hydrocarbon (misal dari natural gas) menjadi synthesis gas. Synthesis gas kombinasi dari carbon monoksida dan hydrogen. Dari synthesis gas tersebut baru diproses lebih lanjut menjadi DME (dimethyl ether), baik dengan pembuatan methanol dan memurnikannya terlebih dahulu (proses konvensional) bisaa disebut two step processes, atau secara langsung dalam satu tahap sekaligus bisaa disebut one step process. Bahan mentah utama secara keseluruhan dalam process pembuatan DME adalah natural gas, untuk lebih lengkapnya berikut adalah reaksi-reaksi yang terlibat : REAKSI PERSAMAAN REAKSI H(kJ/mol) Oksidasi Parsial CH4 +0.5O2 CO + 2H2-36,0 Steam Reforming CH4 + H2O CO + 3H2 206,0 Gas/water shift CO +H2O CO2 + H2-40,9 Methanol synthesis CO + 2H2 CH3OH -50,1 1

2 Methanol synthesis CO2 + 3H2 CH3OH + H2O -50,1 Dehidrasi Methanol 2 CH3OH CH3OCH3 +H2O -23,3 DME direct synthesis 4H2 + 2CO CH3OCH3 +H2O Tabel 1. Reaksi yang mungkin terlibat dalam proses manufaktur DME Teknologi sintesis gas komersial yang sekarang dipakai diantaranya adalah steam methane reforming, oksidasi parsial, autothermal reforming, dan combined reforming. Teknologi yang sedang dikembangkan adalah compact reformer dan membrane keramik. Dalam teknologi synthesis DME yang paling berperan adalah katalis. Katalis yang tersedia sekarang adalah katalis yang dirancang spesifik untuk bahan mentah atau feedstock, bukan katalis yang general. Katalis untuk feedstock syngas yang dikonversi langsung menjadi DME, atau katalis dari methanol untuk proses dehidrasi, semuanya berbeda karena disuplai dan dipatenkan oleh perusahaan licensor masing-masing teknologi proses sintesis DME. Dalam proses konvensional atau two step processes dan reaksi gas/water shift, katalis yang digunakan adalah copper based (menggunakan bahan dasar tembaga). Peningkatan temperature yang cepat akan menurunkan aktifitas katalis sehingga suhu dalam reaktor perlu untuk dijaga secara cermat. Tipe lain katalis yang bisaa digunakan untuk dehidrasi methanol adalah γ-alumina atau silica alumina. Teknologi reaktor yang sekarang dipakai untuk two step processes adalah menggunakan reaktor fixed bed catalytic dehydration. System yang dipakai dalam teknologi proses ini relatif sederhana dan sudah dipakai sangat luas. Alasan penggunaan sistem ini adalah menurut pengalaman dari kajian perusahaan konsultan Nexant Inc termasuk jenis low capital investment, serta kemudahan mendapatkan bahan baku utama yaitu methanol. Perusahaan Licensor teknologi ini diantaranya adalah Haldor Topsoe, Lurgi, Mitsubishi Gas Chemical-JGC, Toyo Engineering Corporation, dan Uhde, dimana licensor diatas sudah siap dan mapan memasarkan license tersebut bukan hanya taraf pilot plant saja, namun sudah dalam kapasitas industri. Untuk one step (direct process), sintesis DME memerlukan system dual katalis yang berperan sebagai katalis sintesis methanol dan katalis dehidrasi methanol dimana 2

3 katalis terletak pada single unit, dan bisaanya menggunakan Fluidized Bed Reactor. Untuk one step (direct process) bisaanya dilengkapi dengan unit gasifikasi dan reforming untuk mendapatkan syngas dari biomass atau batu bara. Proses ini termasuk baru, karena paten yang tersedia belum lama dipatenkan. Diantaranya adalah paten dari perusahaan Licensor Haldor Topsoe yang berbasis feedstock natural gas, Korea Gas Corporation (Kogas), serta konsorsium DME development Co. yang dipimpin JFE dengan basis feedstock syngas dari sumber yang bervariasi mulai dari gas alam, batu bara, hingga biomassa. Untuk proses ini sangat pesat perkembangannya, dan mayoritas yang sudah terbangun adalah Pilot Plant Scale. Pengembangan one step (direct process) teletak di bidang katalisnya ataupun sistem proses secara keseluruhan, karena system ini diprediksi akan lebih efisien di masa depan. Proyek pengembangan one step processes sangat masif dilakukan, namun di sisi lain system ini tetap bersaing dengan two step processes yang unggul karena proyek-proyek methanol yang terus berkembang sehingga berdampak penurunan harga methanol yang berarti cost methanol yang semakin murah. Untuk perbandingan one step dan two step process berikut disediakan diagram untuk memperoleh gambaran. Dengan referensi dari JFE Holdings dimana one step process atau direct process baru teraplikasi pada skala Pilot Plant. Gambar 1. Perbandingan Proses Pembuatan DME 3

4 Tabel 2. Perbandingan Process Direct dan Dehydration Teknologi yang ketiga adalah Liquid-Phase Processes. Liquid-Phase Processes adalah proses yang dikembangkan oleh Air Products and Chemicals, sebagai program riset dari Department of Energi s Clean Coal Technology and Alternatice Fuels milik Amerika Serikat. Lembaga ini telah mematenkan sintesis baik untuk methanol atau DME dengan nama LPMEOH TM untuk methanol dan LPDME TM untuk DME. Proses ini kurang menarik karena kurang luasnya aplikasi teknologi ini di dunia, dimana hanya dipakai oleh perusahaan Amerika saja yang beroperasi di USGC ( United States Gulf Coast ). Kami cenderung menggunakan dehidrasi methanol dari two step processes dimana synthesis methanol dan synthesis DME bukan terletak pada single unit. Karena one step (direct process) mayoritas masih dalam skala Pilot Plant, pengembangan, atau baru dipatenkan. Sedangkan two step processes sudah terbukti sukses diaplikasikan untuk skala industri besar. Berikut disajikan beberapa review license yang berhasil didapatkan untuk gambaran dan perbandingan. Diharapkan dari perbandingan berikut dapat membantu tahap perancangan selanjutnya. B.1 Teknologi Licensor a. License Haldor Topsoe DME synthesis (two step processes) 4

5 Gambar 2. PEFD DME synthesis dari Haldor Topsoe Fitur-fitur yang ditawarkan dari sistem ini diantaranya adalah; fleksibilitas dari feedstock dimana bisa menggunakan crude methanol atau purified/fine methanol, menggunakan Simple Adiabatic Reactor, menggunakan katalis dengan selektivitas tinggi dalam rentang suhu yang luas, serta kualitas produk yang dapat disesuaikan dari fuel grade hingga propellant grade. Purifikasi produk tergantung dari spesifikasi yang diiinginkan normalnya akan dibutuhkan dua kolom destillasi untuk memurnikan DME dan memisahkan methanol dan air dimana methanol akan di-recycle ke reaktor. b. Toyo Engineering Corporation-TEC ( Two Step Processes ) 5

6 Gambar 3. PEFD DME synthesis dari TEC Filosofi dari rancangan milik TOYO ini adalah mengintegerasikan pabrik methanol dan DME sehingga masih bisa kita anggap Two Step Processes. Kita dapat melihat teknologi ini masih memerlukan unit produksi dan pemurnian methanol yang terlihat pada kotak merah pada gambar 3. Teknologi ini mencakup pembuatan methanol dari syngas, namun apabila kita akan membuat DME dari dehydrasi methanol saja maka kita bisa mengambil rute pada gambar dimulai dari crude methanol(garis merah) hinga purifikasi DME. Nilai lebih dari teknologi milik Jepang ini adalah single train reactor-nya, serta non-oxygen generation yang diklaim mampu untuk kapasitas ton per hari. Untuk saat ini TEC (Toyo Engineering Corporation) termasuk perusahaan yang berpengalaman di industri DME. Untuk selektifitas katalis DME bisa mencapai 99% dan konversi berkisar 70% hingga 85%. c. Mitsubishi Gas Chemical (two step processes) 6

7 Gambar 4. PEFD DME synthesis dari Mitsubishi Gas Chemical Proses ini diberi nama MGC Methanol Dehydration DME Process proses ini mirip dengan proses milik Haldor Topsoe. Proses ini diklaim terbukti bagus untuk produk Fuel Grade DME dengan kemurnian 99% berdasarkan tes standar JIS TS. Dirancang untuk ton/tahun dan bisa diekspansikan hingga ton/tahun. Konstruksi yang telah dibangun menghabiskan dana sekitar 2,5 milyar Yen Jepang atau bisa digambarkan setara dengan 1035 buah mobil mini-van high class. Pabrik tersebut menggunakan methanol impor yang dikirim melalui pipa dengan jalur perusahaan MGC Niigata dari pelabuhan timur Niigata. Berikut adalah Plant Outline yang kami dapatkan dari perusahaan Fuel DME Production Co.,Ltd yang merupakan pengguna dari teknologi MGC Methanol Dehydration DME. Gambar 5. Plant Outline Fuel DME Production Co.,Ltd 7

8 8

9 d. JFE direct DME synthesis (one step process) Gambar 6. PEFD DME synthesis dari JFE Proses ini masih diaplikasikan untuk skala pilot plant dengan kapasitas 5 ton per hari. Desain ini menggunakan reaktor slurry dengan bahan feedstock adalah natural gas. Natural gas kemudian dikonversi menjadi syngas di dalam unit ATR (auto thermal reforming) bersama-sama dengan oksigen dan CBM (Coal Bed Methane). Reaksi yang terjadi di dalam ATR dan Reaktor adalah sebagai berikut di bawah ini Dalam desain pilot plant yang dibuat, katalis dalam reaktor slurry di masukkan di dalam minyak bertitik didih tinggi dengan dimensi reaktor 0,55 meter diameter dan 15 meter tinggi. Dalam proses ini terdapat perbedaan mencolok di bagian jalur purifikasi produk dibandingkan two step processes yaitu produk akhir dari teknologi ini ada dua yaitu methanol dan DME. Desain ini sangat cocok dipakai ke untuk kondisi apabila pabrik dekat dengan sumber gas alam atau batu bara yang 9

10 dapat dikonversi menjadi syngas, serta dekat dengan unit pabrik DME lain dengan teknologi two step processes sehingga hasil samping methanol bisa dijual ke pabrik DME lain yang kemudian dikonversikan menjadi DME. B.2 Penentuan Kapasitas Produksi Untuk menentukan kapasitas produksi pabrik ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan. Berikut adalah ulasannya : a. Bahan Baku Karena pabrik direncanakan didirikan di Indonesia maka diperlukan informasi mengenai ketersediaan bahan baku untuk produksi DME. Produksi methanol di Indonesia saat ini mencapai MTPY. Sebelumnya Indonesia memiliki kemampuan produksi methanol mencapai MTPY, diperoleh dari PT. Medco Methanol Bunyu dan PT Kaltim Methanol Industry. Namun PT Medco Methanol Bunyu dihentikan operasionalnya pada bulan Maret 2009, karena kelangkaan suplai gas alam yang mengakibatkan tidak tercapainya target ekonomis 30% kapasitas produksi. Sehingga Indonesia hanya memiliki produksi methanol tersisa sebesar MTPY oleh PT Kaltim Methanol Industry dengan produk methanol grade AA dimana kualitas kemurnian mencapai adalah 99,98% dan minimum kemurnian 99,85%. Pemasaran dari produk PT KMI sekitar 70% dialokasikan untuk ekspor ke luar negeri, seperti Jepang, Korea, Malaysia, Amerika, Cina, Bangkok, Singapura, Taiwan, Australia, Filipina dan India. b. Keadaan Pasar Produksi DME sekarang di seluruh dunia belum ada data yang betul-betul akurat karena terus berkembangnya proyek-proyek DME yang sudah dalam fase konstruksi. Data terakhir dari Air Product and Chemicals, Inc pada tahun 2001 adalah sebagai berikut, Name of Unit Capacity ( Metric Tons per Year ) Shell/RWE Germany Hamburg DME Co. Germany

11 Arkosue Co, Holland DuPont, West Virginia Australia (various) Japan (various) China (various) Total Production Tabel 3. Perusahaan Dunia dan Data Produksinya Data diatas belum termasuk keberadaan DME yang sangat besar dikembangkan di China hingga mencapai 5,6 juta ton/tahun, dimana DME dianggap solusi bahan bakar yang bersih di China. Kemudian belum termasuk proyek milik Fuel DME Production Co., Ltd dengan kapasitas ton/tahun. Untuk informasi dari Japan DME Forum, dari sumber DME Handbook 2006, potensi pasar DME disajikan sebagai berikut, Tabel 4. Data Prediksi Penggunaan DME di Asia Dimana proyeksi total pasar di Asia mencapai 78,3 MMTY (Million Metric Ton Per Year) pada tahun 2020 baik untuk sektor energi listrik, trasportasi, dan kebutuhan rumah tangga. Karena pabrik dirancang untuk dibangun di Indonesia maka selain mengkaji pasar dunia dan Asia diperlukan kajian untuk di Indonesia. Penggunaan di Indonesia kita tujukan untuk campuran LPG. Untuk penggunaan tersebut maka diperlukan analisis kebutuhan LPG di Indonesia. 11

12 Jika kita melihat kebutuhan LPG di Indonesia masih sangat besar mencapai lebih dari 10 juta ton hingga tahun 2030 menurut Indonesia Energi Outlook 2010 yang disajikan sebagai berikut, Gambar 7. Grafik Kebutuhan LPG di Indonesia Jika DME digunakan untuk mensubstitusi 20% kebutuhan LPG maka kebutuhan DME bisa mencapai ton/tahun untuk pasar LPG saja. Dan untuk LPG, berdasarkan data dari Ditjen Migas di bawah, peningkatan kebutuhan dari tahun 2005 hingga 2011 mencapai 309,78% angka yang sangat besar. Jika kita mengingat pada periode tersebut terdapat kebijakan pemerintah untuk mengkonversi minyak tanah menjadi LPG. Sehingga sekarang LPG merupakan kebutuhan primer masyarakat. Untuk lebih jelasnya berikut data-data yang disajikan dalam table dari Ditjen Migas untuk konsumsi BBM dan Non BBM berdasarkan jenis energi. Tabel 5. Data Konsumsi BBM dan Non BBM Berdasarkan Jenis Energi 12

13 Sedangkan untuk potensi pasar bahan bakar Diesel untuk transportasi dari DME dapat dianalogikan berdasarkan pada kebutuhan solar Indonesia yang mencapai lebih dari barel minyak selama 7 tahun terakhir. DME sebagai bahan bakar truk sudah sampai taraf uji coba aplikasi di Jepang, hingga telah dibuat beberapa stasiun pengisian bahan bakar DME di Jepang. Beberapa pabrikan Jepang sudah membuat truk-truk yang siap dengan bahan bakar DME. Seperti kita ketahui bahwa kendaraan pabrikan Jepang memegang pasar yang luas di Indonesia, termasuk kendaraan truk sehingga terdapat potensi dan peluang besar penyediaan truk-truk berbahan bakar DME di Indonesia di masa depan. Berdasarkan data dari BPPT, sudah ada pabrik DME di Indonesia, pabrik yang telah beroperasi di Tangerang dimiliki oleh PT. Bumi Tangerang Gas Industri yang berkapasitas ton/tahun. Selain itu, PT Pertamina setuju untuk melakukan blending DME dengan LPG guna mengurangi impor LPG dalam memenuhi kebutuhan LPG Nasional. Untuk itu PT Pertamina sendiri sudah melakukan Joint Venture dengan PT Arrgue Mega Energie untuk membangun pabrik DME dengan kapasitas ton/tahun dengan menggunakan Methanol sebagai feedstock. Untuk daerah Indonesia timur ada perusahaan Jerman bernama Ferrostaal AG yang berencana untuk menginvestasikan US$ ,00. Dan pada tahun 2016 di Papua Barat untuk membangun pabrik DME kapasitas ton/tahun dan pabrik Methanol ton/tahun dengan menggunakan LNG Tangguh sebagai feedstock. Untuk kesimpulan dari uraian di atas, yang perlu diperhatikan adalah ketersediaan bahan baku methanol di Indonesia dari PT KMI adalah sebesar ton/tahun dengan 70% sudah terikat kontrak penjualan ke luar negeri. Sisanya adalah 30 % untuk dalam negeri, yang berarti methanol sebesar ton/tahun. Dengan kebutuhan DME fuel grade dengan kualitas 99% kemurnian untuk LPG blending dengan jumlah ton/tahun (20% dari total kebuthan LPG) dikurangi pabrikpabrik yang ada dan sedang dibangun dengan total kapasitas ton per tahun maka masih ada peluang pasar mencapai ton per tahun untuk pasar lokal. dimana target penjualan adalah pasar lokal karena untuk meminimalkan ongkos 13

14 penjualan dan memaksimalkan keuntungan. Dengan perhitungan neraca massa sederhana berdasarkan reaksi dehidrasi methanol yaitu 2 CH3OH CH3OCH3 +H2O kondisi selektivitas katalis 99,99% dan konversi 90%. Dan diambil feedstock methanol sebesar 56,6% dari bagian penjualan lokal PT KMI. Maka didapatkan feedstock methanol ton/tahun yang menghasilkan kapasitas produksi DME ton/tahun atau dibulatkan ton/tahun. B.3 Penentuan Lokasi Pabrik Pemilihan lokasi pabrik didasarkan atas pertimbangan tujuan utama mencapai keuntungan baik dari sisi teknis maupun ekonomis. Sebuah pabrik harus dibangun pada lokasi yang strategis dan memberikan kondisi ekonomi dan operasional yang optimum. Adapun faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi pabrik tersebut adalah sebagai berikut : a. Bahan baku Jarak antara tempat produksi dengan sumber bahan baku sangat mempengaruhi keuntungan perusahaan, terutama adalah dari segi biaya. Maka pabrik sebaiknya didirikan dekat dengan sumber bahan baku supaya dapat menghemat biaya transportasi, mengurangi resiko terjadinya kerusakan bahan baku dan lebih terjangkau dalam mengendalikan keamannanya, sehingga proses produksi akan lancar. b. Tersedianya air dan energi Air merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam suatu pabrik, baik untuk proses, pendingin, atau kebutuhan lainnya. Air dapat diperoleh dari sungai, air laut dan danau. Ketersediaan bahan bakar dan energi untuk keperluan operasional pabrik, pembangkit steam, dan dimungkinkan listrik. Maka sebaiknya dipilih lokasi yang dekat dan akses mudah dengan sumber air dan bahan bakar sehingga operasi lebih ekonomis dan biaya produksi lebih murah karena rendahnya biaya transportasi. 14

15 c. Sarana transportasi dan infrastruktur Sarana transportasi dan infrastruktur yang baik dapat menunjang kegiatan bisnis suatu pabrik kimia. Sarana-sarana transportasi tersebut misalnya, jalan yang nyaman dan aman untuk karyawan pabrik, alat transportasi bahan dan peralatan yang efisien, serta pelabuhan pengiriman bahan dan peralatan yang cukup dan ekonomis, akses bandara sehingga mempermudah akses tenaga kerja ataupun investor keluar masuk daerah. d. Pemasaran Daerah pamasaran merupakan variable pertimbangan yang penting lokasi pabrik. Terlebih jika pabrik tersebut memiliki variable biaya besar untuk distribusi produk, misalnya pabrik semen. Suatu pabrik diusahakan dekat dengan daerah pemasaran produk, sehingga biaya distribusi akan lebih murah, dan transportasi produk akan lebih rendah resiko kerugian akibat hilang ataupun rusak di perjalanan. e. Sumber Daya Manusia Lokasi suatu pabrik kimia sangat tergantung pada tersedianya tenaga kerja yang ahli. Ditinjau dari segi ini, lokasi yang dipilih sebaiknya berada dekat dengan lingkungan pendidikan dan sekolah yang baik. Suatu pendidikan internal dan intensif (pelatihan, pendidikan kejujuran, dan pendidikan lanjutan) akan menghasilkan tenaga ahli yang diinginkan dan dibutuhkan oleh pabrik. f. Faktor Geografis Lokasi pabrik sebaiknya terletak di daerah yang stabil dari gangguan bencana alam (banjir, gempa bumi, dan lain-lain). Karena hal tersebut dapat mengganggu proses produksi pabrik sehingga pabrik akan mengalami banyak kerugian. Memiliki iklim yang tidak esktrim, atau secara natural relatif stabil karena akan berpengaruh terhadap keawetan material bangunan pabrik. g. Faktor ekonomi, sosial dan hukum Kondisi sosial masyarakat diharapkan memberi dukungan terhadap operasional pabrik sehinggga dipilih lokasi yang memiliki masyarakat yang dapat menerima keberadaan pabrik. Sehingga resiko gangguan terhadap pabrik, 15

16 sabotase, dan lain sebagainya menjadi minimal. Kondisi ekonomi dan hukum pada masyarakat yang stabil akan menguntungkan pabrik. Berdasarkan faktor-faktor diatas, maka dipilih untuk mendirikan pabrik di Bontang, Kalimantan Timur. Beberapa alasannya adalah sebagai berikut : a. Ketersediaan bahan baku yang dekat dan cukup feasible untuk pemasangan pipa langsung dari product storage milik PT KMI untuk feedstock, karena pabrik berada di dekat kawasan industri PT. Kaltim Methanol Industry. Sebagai bahan baku proses pembuatan Dimethl Ether adalah methanol yang dapat diperoleh dari PT. Kaltim Methanol industry dengan pemasangan pipa langsung dari Product Storage milik PT KMI. b. Kalimantan merupakan pulau penghasil batu bara yang melimpah, berdasarkan pertimbangan pengembangan usaha ada kemungkinan ekspansi pabrik DME dengan teknologi baru yang menggunakan bahan baku batu bara. c. Sarana transportasi darat yang memadai serta terletak didekat pantai, dan dapat dibangun suatu pelabuhan. Sehingga, pemenuhan bahan baku maupun pemasaran produk dapat berlangsung dengan mudah. d. Prospek pemasaran baik karena letaknya di kawasan Indonesia tengah yang bisa mensuplai LPG blending yang tersebar di seluruh Indonesia. e. Penyediaan air untuk proses, air pendingin dan untuk kebutuhan lainnya, tidak mengalami kesulitan, karena dekat dengan sungai dan laut. f. Dekat dengan sumber energy batu bara yang bisa dikembangkan baik untuk pengembangan teknologi synthesis DME dari batu bara atau penggunaan batu bara hanya untuk utilitas. g. Banyak tersedia tenaga ahli karena pendidikan dan ekonominya cukup stabil. Dan juga merupakan daerah yang menarik para tenaga kerja dari luar daerah. Upah minimum propinsi Kalimantan timur cukup tinggi, yaitu sebesar Rp ,00 pada tahun h. Daerah Kalimantan merupakan daerah yang tidak berpotensi gempa. Iklimnya tropis tidak banyak hujan, sehingga tidak banyak mengganggu proses yang ada di dalam pabrik. Dan daerah tersebut bukan daerah dengan tingkat kesuburan tinggi, sehingga tidak mengganggu lahan pertanian. 16

17 i. Kegiatan ekonomi, sosial kemasyarakatan dan hukum di Bontang cukup stabil. Selain itu terdapat banyak pabrik disana, sehingga perijinan dan perundangundangan tentang pendirian pabrik dan pelaksanaanya relatif mencerminkan iklim ramah investasi. j. Terletak dikawasan industri, sehingga dapat dibuat unit pengolahan limbah bersama, dan juga masyarakat sudah terbiasa dengan keberadaan pabrik dan menerima keberadaan pabrik. 17