BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Seiring perkembangan dan perubahan zaman, industri kendaraan bermotor ikut mengalami perkembangan. Perkembangan yang dilakukan dalam rangka meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar minyak menggunakan teknologi injeksi. Sedangkan dalam produksi dan kemampuan daya beli masyarakat Indonesia terhadap kendaraan bermotor yang ikut meningkat menyebabkan kebutuhan terhadap bahan bakar minyak menjadi semakin besar. Namun, hal tersebut belum diikuti dengan perkembangan dan peningkatan oktan bahan bakar minyak sebagai pendukung dalam perkembangan kendaraan bermotor tersebut. Untuk meningkatkan nilai oktan bahan bakar umumnya minyak sebagai bahan baku perlu ditambah dengan suatu zat aktif, zat aktif yang digunakan adalah metil tertbutil ether(mtbe) dan tetra etil lead(tel). Untuk beberapa negara berkembang penggunaan TEL telah sangat dibatasi, hal tersebut disebabkan karena TEL mengandung timbal yang dapat menimbulkan pencemaran udara dan dapat menimbulakan beberapa penyakit seperti jantung koroner dan hipertensi. Sehingga zat adiktif yang banyak digunakan adalah MTBE. Selain berfungsi sebagai zat adiktif dalam pembuatan bahan bakar minyak, MTBE juga berfungsi sebagai antiketuk dan zat aditif. Dengan penggunaan MTBE ini sebagai zat adiktif dalam pembuatan bahan bakar minyak dapat mengurangi polusi udara akibat reaksi pembakarannya terjadi lebih sempurna. Indonesia yang merupakan salah satu negara penghasil gas alam seharusnya telah mampu memenuhi kebutuhan terhadap zat adiktif tersebut. Namun, untuk memenuhi kebutuhan akan zat adiktif tersebut Indonesia masih harus impor dari beberapa negara seperti Amerika, Korea Utara, Jerman dan 1
China. Oleh karena itu, untuk mengurangi ketergantungan impor dan meningkatkan ekspor sebagai sarana meningkatkan pendapatan negara perlu didirikan pabrik MTBE ini. 1.2. Kapasitas Kapasitas produksi merupakan faktor yang penting dalam perencanaan pembangunan sebuah industri kimia. Hal ini karena penentuan kapasitas produksi ini dapat mempengaruhi kelayakan sebuah industri kimia dan jumlah produknya untuk memenuhi kebutuhan. Sehingga untuk penentuan kapasitas produksi pabrik MTBE ini ditinjau dari 2 hal yaitu kebutuhan akan produk di Indonesia dan kapasitas produksi pabrik yang telah berdiri. Dengan mengetahui kapasitas minimum pabrik yang telah berdiri maka akan diperoleh nilai kapasitas yang tepat agar diperoleh nilai analisa ekonomi dan spesifikasi peralatan proses yang tepat. Pada Tabel 1.1. berikut merupakan data kebutuhan indonesia terhadap MTBE yang diperoleh dari wabsite resmi badan pusat statistik Indonesia selama lima tahun terakhir. Tabel 1.1. Data Impor Metil Tert Butil Ether Tahun Impor(ton/tahun) 2011 1.518,898 2012 971,862 2013 1.849,562 2014 1.727,224 2015 1.035,001 Berdasarkan Tabeltersebut diperoleh kesimpulan bahwa kebutuhan produk terjadi tidak secara linier sehingga perkiraan untuk kebutukan produk tidak bisa ditentukan dengan perkiraan linieritas dari data impor produk. Maka penentuan kapasitas produksi ditentukan berdasakan kapasitas industri MTBE yang telah ada. Tabel 1.2. merupakan data kapasitas dari beberapa industri MTBE yang telah ada di dunia. 2
Tabel 1.2.Kapasitas Pabrik Metil Tert Butil Eter No Negara Nama Perusahaan Kapasitas(ton/tahun) 1 Arab Saudi Saudi Basic Industrial 700.000 2 China China Petrochemical Corporation 1.200.000 3 Amerika Enterprise Products Perteners 530.000 4 Jerman Lyondell Basell Industries 750.000 5 China Petro China Company Limited 675.000 Berdasarkan dari kapasitas industri MTBE yang telah ada dan kebutuhan Indonesia terhadap produk maka dipilih kapasitas produksi pabrik sebesar 550.000 ton tiap tahun. 1.3. Lokasi Pemilihan lokasi pendirian pabrik ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan seperti ketersediaan bahan baku, sarana transportasi dan lain-lain. Berdasarkan dari hal tersebut, dipilih lokasi pabrik di Kecamatan Bontang Utara, Kabupaten, Bontang Kalimantan Timur. Daaerah tersebut dipilih dengan 7 pertimbangan berikut. a. Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku merupakan faktor yang sangat penting untuk menjaga kelangsungan proses suatu industri. Selain itu pemilihan lokasi yang kurang tepat dapat meningkatkan jumlah modal karena memerlukan tangki tambahan sebagai sarana penyimpanan bahan baku. Dan pemilihan daerah ini telah tepat karenabahan baku berupa metanol dapat diperoleh dari PT KaltimMetanol Industri yang berlokasi di daerah industri Bontang Kecamatan Bontang Timur, Kabupaten Bontang, Kalimantan Timur. Sedangkan kebutuhan Isobutene diperoleh dari produk samping pembuatan Liquid Natural Gas(LNG) PT Badak NGL sebagai industri Liquid Natural Gas(LNG) terbesar di Indonesia yang berada di Kecamatan Bontang Utara, Bontang Selatan dan Bontang Barat, Kabupaten Bontang, Kalimantan Timur. 3
b. Sarana Transportasi Bontang yang merupakan kawasan industri memiliki sarana transportasi yang memadahi berupa dermaga dan bandara yang merupakan sarana pengiriman produk ke luar daerah Kalimantan. Dermaga yang bisa digunakan sebagai sarana pengiriman produk adalah dermaga Lok Tuan. c. Pemasaran Produk Dengan rencana pemerintah untuk membangun kembali beberapa kilang minyak yang sempat tidak beroperasi di Kalimantan menjadikan wilayah Kalimantan sebagai pasar yang sangat menguntungkan. Selain itu dengan adanya sarana transportasi yang memadahi memudahkan pengiriman prodak ekspor dan penjualan produk menuju pulau lain di Indonesia. d. Ketersediaan sarana Utilitas Kalimantan yang merupakan daerah rawa memiliki banyak mata air yang dapat memenuhi ketersediaan unit utilitas berupa air pendingin dan kebutuhan air lain. Bontang merupakan kawasan industri yang berdekatan dengan sungai Mahakam. Berdasarkan hal tersebut Bontang Utara memenuhi syarat untuk ketersediaan unit utilitas. e. Lahan Kalimantan yang merupakan pulau besar di Indonesia memiliki luas lahan kosong yang sangat besar. Hal ini menyebabkan pembangunan dan biaya pembebasan lahan menjadi kecil. Selain itu, Bontang yang merupakan kawasan industri memiliki banyak lahan kosong sebagai lokasi pendiriandan pengembangan suatu industri kimia. f. Tenaga Kerja Bontang yang merupakan daerah industri memiliki kelebihan dalam pencarian tenaga kerja, dimana daerah tersebut telah sangat terkenal sehingga banyak tenaga kerja dari daerah sekitar Bontang yang mencari pekerjaan disana. Selain itu, tenaga ahli dapat diperoleh dari kawasan disekitarnya dan dapat diambil dari daerah Jawa. 4
g. Kebijakan pemerintah Pendirian pabrik memerlukan pertimbangan ini karena untuk mengetahui kebijakan pemerintah tentang pendirian pabrik ini dan semua faktor yang terkait di dalamnya. Bontang yang merupakan daerah kawasan industri menjadi pilihan yang baik. Selain itu dengan peraturan pemerintah tentang pembangunan diseluruh Indonesia menjadikan Bontang lokasi yang sangat baik untuk pendirian sebuah industri kimia. 1.4. Tinjauan Pustaka Secara umum reaksi pembuatanmtbe dapat dilakukan menggunakan 2 cara yaitu. 1.4.1. Proses produksi MTBE a. Convesional MTBE production Pada umumnya, unit produksi MTBE menggunakan satu rangkaian reaktor sintentis MTBE dengan dua atau tiga menara distilasi sebagai unit pemurnian. Dimana produk diperoleh dari pemisahan produk utama dengan metanol reycle. Sejumlah fraksi hidrokarbon yang berasal dari aliran umpan setidaknya perlu dihilangkan,senghingga perlu adanya unit pemurnian pertama yang digunakan untuk menghilangkan oksigen dan hidrokarbon sisa dari umpan masuk yang tidak terkonversi menjadi produk(pecci dan Floris, 1977). Penggunaan Isobutene dengan konsentrasi kecil menyebabkan control temperatur menjadi mudah, namun jumlah umpan masuk menjadi besar serta biaya investasi dan operasi menjadi besar. Sedangkan untuk konsentrasi isobutene yang tinggi menyebabkan skala hidrokarbon yang dikeluarkan menjadi besar. Namun skala hidrokarbon yang besar ini dimanfaatkan sebagi bahan baku pembuatan bensin aksial karena kandungan yang terdapat pada hidrokarbon masih mengandung isobutene yang cukup tinggi (Gruse,1960). Terdapat 2 tipe variasi reaktor yang digunakan untuk pengolahan MTBE. Dimana variasi tersebut berdasarkan dari temperatur control, yield produk dan 5
peralatan penunjang serta katalis yang digunakan dalam proses (Pecci dan Floris, 1977). Satu reaktor Reaksi ini menggunakan satu reaktor Fixed bed dengan kelengkapan jaket pendingin. Pemakaian jaket ini digunakan untuk control suhu, dimana reaksi yang terjadi secara isotermal menyebabkan peningkatan suhu pada reaktor. Pada volume reaktor yang kecil, proses terjadi seperti pada heat exchanger hanya ada katalis dalam tube. Sedangkan untuk reaktor yang panjang menyebabkan regenerasi katalis menjadi jauh lebih sulit(halim Hamid and Mohammad Ashraf Ali,2010). Metode ini memiliki range temperatur operasi yang terjadi secara setabil mulai suhu 343 K sampai 373 K(C.P. Nicolaides, C.J. Stotijn, E.R.A. van der Veen and M.S. Visser, 1993). Namun pada kebanyakan industri MTBE menggunakan suhu operasi 343 K. Dua reaktor seri Reaksi ini menggunakan dua reaktor fixed bed yang disusun secara seri dengan bantuan katalis asam padatan. Pada reaktor pertama terjadi reaksi pembetukan eter pada suhu 90 C. Kemudian umpan masuk pada reaktor kedua untuk meningkatkan konversi. Pada reaktor kedua suhu reaksinya adalah 50 C. Kemudian produk dipisahkan dari metanol reycle menggunakan menara distilasi, lalu hasil berupa MTBE pada destilat dipisahkan dari pengotor hidrokarbon menggunakan ekstraktor(pecci dan Floris, 1977). Konversi menggunakan metode ini hanya 90% dari jumlah isobutene umpan. Selain itu peralatan pada proses ini jauh lebih kompleks dibandingkan dengan penggunaan satu reaktor(gruse, 1960). b. Raktive destilation MTBE Production Dewasa ini reaksi esterifikasi MTBE dapat dilakukan dalam reaktive destilation. Yaitu sebuah rangkaian alat berupa kombinasi antara reaktor dan menara distilasi. Reaktive destilation atau menara destilasi yang didalamnya berisi 6
katalis dapat dengan baik meningkatkan yield, selektivitas dan konversi pada proses produksi MTBE. Selain itu penggunaan reaktive destilation ini dapat mengurangi penggunaan satu menara distilasi sebagai alat pemurnian MTBE. Metode esterifikasi menggunaan reaktive destilation ini ditemukan pada tahun 1980. Penggunaan metode ini, tidak menggunakan reaktor fixed bed karena reaksi dan pemisahan komponen terjadi pada sebuah menara distilasi. Metode ini dapat meningkatkan konversi isobutene sangat tinggi lebih dari 99%, selain itu selektivitas dan yield menjadi sangat tinggi(halim Hamid and Mohammad Ashraf Ali,2010). Penggunaan metode ini sebagai desain proses produksi MTBE memiliki tiga kelebihan. Pertama, penggunaan metode ini dapat mengurangi biaya investasi total dan biaya operasional. Karena dapat mengurangi alat pemurnian untuk memisahkan MTBE dari produk samping. Kedua dapat mengurangi biaya steam dan air pendingin, karena hanya menggunakan pemanas dan pendingin untuk condensor dan reboiler. Terakhir, Penggunaan reaktive destilation ini dapat meningkatkan conversi isobutene hingga maksimal. 1.4.2. Pemilihan Proses Berdasarkan ketiga jenis proses yang dapat digunakan memiliki karakteristik dan kelebihan masing masing. Untuk perancangan pabrik MTBE ini menggunakan metode convensional MTBE production dengan satu reaktor dengan 6 pertimbangan berikut. Penggunaan metode ini telah banyak digunakan oleh pabrik MTBE yang telah ada sebelumnya. Metode ini memiliki konversi yang cukup tinggi dibandingkan penggunaan metode convensional menggunakan dua reaktor meski masih lebih kecil dibandingkan menggunakan metode reaktivedestilation. Penggunaan metode ini memiliki konversi 94% dan selektivitas 98%. 7
Control temperatur menggunakan metode ini jauh lebih mudah dibandingkan penggunaan reaktive destilation. Pada reaktive destilation perubahan suhu yang besar dapat menyebabkan pembentukan produk lain yang tidak diininginkan seperti Dimetil Eter,Diisobutene dan Triisobutene yang diharapkan tidak ada pada produk utama. Biaya investasi menjadi lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan metode convensional dengan dua reaktor karena hanya menggunakan satu reaktor. Terdapat reaksi pembentukan Tert Butil Alkohol sebagai produk samping dan tidak mengganggu produk utama karena dapat terpisah dari produk utama. Reaktive destilation tidak direkomendasikan untuk skala besar karena untuk kapasitas yang besar menyebabkan diameter dan tinggi Reaktive destilation menjadi sangat besar. 1.4.3. Kegunaan Produk Kegunaan utama produk MTBE ini adalah sebagai zat aditif dan peningkatkan nilai oktan pada proses pembuatan bahan bakar minyak. Untuk beberapa negara maju, penggunaan MTBE sebagai zat aditif pembuatan bahan bakar ini telah mencapai 70%. Selain dimanfaatkan sebagai zat aditif dan peningkat nilai oktan MTBE dapat digunakan sebagai antiketuk dan zat aditif untuk beberapa zat organik. Sedangkan produk samping berupa TBA dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan beberapa produk turunan Tert Butil seperti Tert Butil Asetat dan lain sebagainya. Sedangkan sisa isobutene dan hidrokarbon lain yang masih memiliki konsentrasi isobutene tinggi dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan bensin aksial. Produk MTBE hasil reaksi metanol dengan isobutene ini merupakan produk yang penting dalam industri pengolahan minyak khususnya sebagai peningkat nilai oktan dari minyak (Pecci dan Floris, 1977). 8
1.4.4. Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk a. Sifat Kimia dan Fisika Bahan Baku Metanol Rumus Kimia : CH₃OH Fase : Cair Kemurnian : 99,8% Berat Molekul : 32,042 gram/mol Suhu didih normal : 337,8 K Suhu kritis : 513 K Tekanan kritis : 79,546 atm Panas pembentukan : -48,08 kkl/mol Densitas : 0,793 Kg/liter pada 20 C Hazard : mudah terbakar. Sangat berbahaya jika terhirup oleh hidung atau terkena kulit. Dapat menyebabkan iritasi pada mata, kulit, dan saluran pernapasan dan menyebabkan sistem saraf terganggu. Sifat Kimia : Bereaksi dengan isobutene menghasilkan MTBE CH₃OH + CH₂=C(CH₃)₂ CH₃OC(CH₃)₃...(1) Metanol Isobutene MTBE (Halim Hamid and Mohammad Ashraf Ali,2010). Isobutene Rumus Kimia : CH₂=C(CH₃)₂ Fase : gas pada tekanan 1 atm Kemurnian : 99,95% Berat Molekul : 56,107 gram/mol Suhu didih normal : 266,2 K Suhu kritis : 417,9 K 9
Tekanan kritis : 39,5 atm Panas pembentukan : -4,04 kkl/mol Densitas : 0,594 Kg/liter pada 20 C Hazard : mudah terbakar serta menyebabkan iritasi. Pada konsentrasi tinggi fase gas dapat menyebabkan kekurangan oksigen. Menyebabkan sakitkepala jika terhirup.flammable Limit atau batasadanya diudara dalam % volumelower Explosin Limit(batas minimum): 1,8%, Upper(batas maksimum): 9,6% Sifat Kimia : Bereaksi dengan metanol menghasilkan MTBE CH₃OH + CH₂=C(CH₃)₂ CH₃OC(CH₃)₃...(2) Metanol Isobutene MTBE Bereaksi dengan etanol menghasilkan ETBE C₂H₅OH + CH₂=C(CH₃)₂ C₂H₅OC(CH₃)₃...(3) Etanol Isobutene ETBE Bereaksi dengan air menghasilkan TBA H₂O + CH₂=C(CH₃)₂ (CH₃)₃COH...(4) Air Isobutene TBA Reaksi diisomerisasi CH₂=C(CH₃)₂ + CH₂=C(CH₃)₂ 2CH₂=C(CH₃)₂...(5) Isobutene Isobutene Diisobutene (Norbert Adolph Lange, 1934) b. Sifat Kimia dan Fisika Produk MTBE Rumus Kimia : CH₃OC(CH₃)₃ Fase : Cair pada tekanan 1 atm Kemurnian : 99,5% 10
Berat Molekul : 88,149 gram/mol Suhu didih normal : 328 K Densitas : 0,594 Kg/liter pada 20 C Hazard : mudah terbakar serta menyebabkan iritasi. Pada konsentrasi tinggi pada fase uap menyebabkan sakitkepala dan mual. Menyebabkan iritasi pada saluran pencernaan ketika terminum (Halim Hamid and Mohammad Ashraf Ali,2010). TBA Rumus Kimia : (CH₃)₃COH Fase : Cair pada tekanan 1 atm Kemurnian : 85% Berat Molekul : 74,12 geam/mol Suhu didih normal : 356,15 K Densitas : 0,775 kg/liter pada 25 C Hazard : Mudah terbakar serta menyebabkan sesak nafas dan iritasi (Halim Hamid and Mohammad Ashraf Ali,2010). 1.4.5. Tinjauan Proses Secara Umum a. Tinjauan Proses Proses pembuatan MTBE dengan metode convensional satu reaktor ini terjadi pada suhu 70 C dan tekanan 10 atm. Tekanan tinggi dilakukan untuk merubah fase isobutene pada fase cair sehingga reaksi diisomeriasi umpan menjadi diisobutene dan reaksi pembentukan dimetil etrer yang tidak diharapkan dapat dihindari(raid, Robert C. 1988). Umpan masuk reaktor pada suhu 70 C dengan kemurnian isobutene 99,95% dan kemurnian metanol 98%, sehingga metanol perlu diencerkan terlebih dahulu menggunakan air. Penambahan air ini bertujuan untuk meningkatkan pembentukan produk samping TBA dan konversi total isobutene. 11
Setelah itu, Umpan masuk pada reaktor fixed bed, non adiabatis, isotermal dengan media pendingin berupa air. Terdapat dua jenis reaksi yang terjadi dalam reaktor yaitu reaksi pembentukan MTBE sebagai produk utama dan reaksi pembentukan TBA sebagai produk samping akibat dari reaksi isobutene dengan air sebagai pengotor metanol (Halim Hamid and Mohammad Ashraf Ali,2010). Reaksi Utama CH₃OH + CH₂=C(CH₃)₂ CH₃OC(CH₃)₃...(6) Reaksi Samping H₂O + CH₂=C(CH₃)₂ (CH₃)₃COH...(7) Setelah keluar dari reaktor kemudian campuran dimurnikan menggunakan tiga buah menara distilasi yang disusun secara seri. Menara distilasi pertama memisahkan campuran dari sisa isobutene dan hidrokarbon yang masih terkandung dalam campuran produk. Menara distilasi kedua memisahkan campuran dari produk samping berupa TBA dan air yang masih terkandung dalam produk utama. Dan menara destilasai tiga memisahkan antara produk utama dengan kemurnian yang diinginkan dari pengotor berupa metanol. (Taniguchi, 1979). 12