TK-40Z2 PENELITIAN Semester I - 2006/2007 PEMBUATAN ESTER METIL SULFONAT DARI CPO UNTUK SURFACTANT FLOODING Kelompok Dwike Indriany (13003008) Jelita Alamanda (13003092) Pembimbing Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Juni 2007
LEMBAR PENGESAHAN TK-40Z2 PENELITIAN Semester I - 2006/2007 PEMBUATAN ESTER METIL SULFONAT DARI CPO UNTUK SURFACTANT FLOODING Kelompok Dwike Indriany (13003008) Jelita Alamanda (13003092) Catatan Bandung, Juni 2007 Pembimbing Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi i
TK-40Z2 PENELITIAN PEMBUATAN ESTER METIL SULFONAT DARI CPO UNTUK SURFACTANT FLOODING Kelompok Dwike Indriany (13003008) dan Jelita Alamanda (13003092) Pembimbing Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi ABSTRAK Produksi minyak bumi di Indonesia saat ini cenderung menurun sejalan dengan menurunnya kemampuan produksi sumur-sumur minyak yang umumnya telah beroperasi cukup lama. Kecenderungan makin meningkatnya kebutuhan minyak bumi dunia mendorong dibutuhkannya cara untuk meningkatkan perolehan minyak bumi. Salah satunya adalah dengan surfactant flooding yang merupakan salah satu metode dalam proses Enhanced Oil Recovery (EOR). Pada metode ini, surfaktan dialirkan ke dalam sumur minyak untuk membebaskan tetesan minyak yang terperangkap di dalam pori-pori batuan dalam formasi sumur minyak. Dalam hal ini, surfaktan berfungsi untuk menurunkan interfacial tension (IFT) antara minyak bumi dan air. Beberapa surfaktan yang telah banyak dimanfaatkan adalah surfactant yang berbasis petroleum product. Dengan makin tingginya harga minyak dunia dan perhatian dunia terhadap persoalanpersoalan lingkungan dewasa ini, diperlukan produk surfaktan yang berbasis renewable resources. Methyl Ester Sulfonat (MES) merupakan salah satu surfaktan yang dapat digunakan sebagai surfactant flooding dan dapat diproduksi dari bahan baku renewable, seperti minyak-minyak nabati. MES dibuat melalui proses sulfonasi ester metil yang terbuat dari minyak sawit mentah (CPO) yang merupakan salah satu minyak nabati yang banyak terdapat di Indonesia. Masalah utama dalam penelitian ini adalah menemukan kondisi operasi optimum untuk menghasilkan MES yang nantinya dapat digunakan untuk surfactant flooding. Penelitian yang dilakukan meliputi (i) proses sulfonasi ester metil dengan reaktan NaHSO 3 dan H 2 SO 4 sampai dengan pemurnian produk menggunakan metanol dan penetralan produk menggunakan NaOH, (ii) penentuan kondisi optimum proses sulfonasi, serta (iii) pengujian produk MES yang dihasilkan (ph dan FTIR). Variasi yang dilakukan pada penelitian ini antara lain bahan baku ester metil, temperatur, dan lama reaksi berlangsung. Proses sulfonasi ester metil dengan NaHSO 3 tidak berhasil membentuk MES. Hal ini ditunjukkan tidak teridentifikasinya spektrum gugus sulfonat pada pengujian dengan FTIR. Sementara pada proses sulfonasi dengan H 2 SO 4, spektrum gugus tersebut terdeteksi. Proses sulfonasi dengan H 2 SO 4 dapat menyebabkan terjadinya proses karbonisasi. Optimasi untuk mencegah terjadinya proses karbonisasi adalah menggunakan ester metil berangka iodin rendah, menggunakan ester metil berantai karbon 8 sampai 18, waktu reaksi sulfonasi di bawah dua jam, dan temperatur reaksi sulfonasi di bawah 70 o C. Kata kunci: surfactant flooding, MES, sulfonasi ii
TK-40Z1 REPORT WRITING AND SEMINAR PRODUCTION OF METHYL ESTER SULFONATE FROM CPO FOR SURFACTANT FLOODING Group Dwike Indriany (13003008) and Jelita Alamanda (13003092) Advisor Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi ABSTRACT Oil production in Indonesia tends to decrease at the moment in line with the declining of oil field production capacity due to its age. Since the world oil demand are increasing significantly, this has promoted the need for methodology to increase the production capacity of some oil field in Indonesia through enhanced oil recovery (EOR) methods. Surfactant flooding is one of the EOR methodology. In this approach, surfactant is used as an agent to release oil products that are trapped in some pores of oil formation by reducing interfacial tension (IFT) between oil and water. Some surfactant that has been used for surfactant flooding is petroleum sulfonate. The increasing crude oil price and awareness to the environmental problems raise the requirement of surfactant product based on renewable resources. Methyl ester sulfonates (MES) is a surfactant that can be applicated on surfactant flooding and be produced from renewable resources, such as natural oil. MES is made through sulfonation of methyl ester from the crude palm oil (CPO), which is one of the natural oil that could be found in Indonesia. The main problem in this process is determining optimum operation condition on obtaining MES product that could be used for surfactant flooding. The research includes (i) sulfonation of methyl ester with two fixed reactants until product purification with methanol and netralization with NaOH, (ii) determining the optimum sulfonation process condition, and (iii) characterization of the MES obtained.the modification made in this research is the kinds of raw material used, sulfonation temperature, and the period of sulfonation reaction. The sulfonation of methyl ester with NaHSO 3 didn t succeed on creating MES. This is verified by the absent of the spectrum of sulfonate group on the product analyzed with FTIR. While the sulfonation of methyl ester with H 2 SO 4 gives a more contented result; the spectrum of the sulfonate group was identified. Meanwhile, the sulfonation of methyl ester with H 2 SO 4 could also triggered a carbonization process. Optimization to prevent this carbonization problem is using methyl ester with low iodine number, using methyl ester with 8 to 18 carbon atoms, sulfonating on a period under two hours, and using a temperature under 70 o C for sulfonating. Key words: surfactant flooding, methyl ester sulfonate, sulfonation iii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat dan nikmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan rancangan penelitian tentang pembuatan MES berbasis CPO untuk Surfactant Flooding. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan surfaktan yang dapat digunakan pada proses Enhanced Oil Recovery (EOR). Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Ir. Retno Gumilang Dewi, Prof Dr. Ir. Pudji Permadi, dan Dr. Ir. Ucok Siagian atas bimbingan dan arahannya sehingga penulis dapat menyiapkan proposal penelitian in dengan sebaik-baiknya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, baik secara langsung maupun tidak langsung, kepada penulis di dalam penyusunan laporan ini. Penulis menyadari bahwa proposal penelitian ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menyempurnakan rancangan penelitian ini dan untuk mendukung keberhasilan pelaksanaan penelitian nantinya. Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Bandung, Juni 2007 Penulis iv
DAFTAR ISI I II Lembar Pengesahan Abstrak Abstract Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1.2 Rumusan Masalah 1.3 Tujuan 1.4 Ruang Lingkup Tinjauan Pustaka 2.1 Surfaktan 2.1.1 Surfaktan secara umum 2.1.2 Jenis-jenis Surfaktan 2.1.2.1 Surfaktan Anionik 2.1.2.2 Surfaktan Kationik 2.1.2.3 Surfaktan Nonionik 2.1.2.4 Surfaktan Amfoterik 2.2 Bahan Baku 2.2.1 Crude Palm Oil (CPO) 2.2.2 Ester metil berbasis CPO 2.3 Oil Recovery Process 2.3.1 Enhanced Oil Recovery (EOR) 2.3.2 Surfactant Flooding Halaman i ii iii iv v viii ix 1 1 3 4 4 5 5 5 7 8 9 9 9 10 10 11 16 16 17 v
2.4 Pembuatan Methyl Ester Sulfonat (MES) 2.4.1 Proses Sulfonasi 2.4.2 Pemurnian dengan Metanol 2.4.3 Penetralan dengan NaOH 2.5 Analisis Bahan Baku ME dan Produk MES 2.5.1 Uji Viskositas 2.5.2 Uji FTIR III Rancangan Penelitian 3.1 Metodologi Penelitian 3.2 Percobaan 3.2.1 Alat dan Bahan 3.2.1.1 Peralatan 3.2.1.2 Bahan Baku 3.2.1.3 Skema Alat Percobaan 3.2.2 Prosedur Percobaan 3.2.2.1 Prosedur Tahap Pembuatan MES 3.2.2.1.1 Prosedur Sulfonasi dengan Reaktan H 2 SO 4 3.2.2.1.2 Prosedur Sulfonasi dengan Reaktan NaHSO 3 3.2.2.2 Prosedur Analisis 3.2.2.2.1 Uji Viskositas 3.2.2.2.2 Uji FTIR 3.2.3 Variasi Percobaan 3.3 Interpretasi Data 3.4 Jadwal Kegiatan IV Hasil dan Pembahasan 4.1 Identifikasi Bahan Baku 4.2 Percobaan dengan NaHSO 3 4.2.1 Hasil Pengamatan Visual 4.2.2 Hasil Pengujian FTIR 4.2.3 Hasil Pengujian ph dan Viskositas 4.2.4 Mekanisme Reaksi Sulfonasi dengan NaHSO 3 18 19 22 23 24 24 24 26 26 26 26 27 27 29 29 29 30 32 34 34 34 34 36 37 39 39 39 40 43 47 47 vi
V 4.3 Percobaan dengan H 2 SO 4 4.3.1 Hasil Pengamatan Visual 4.3.2 Hasil Pengujian FTIR 4.3.3 Hasil Pengujian ph dan Viskositas 4.3.4 Mekanisme Reaksi Sulfonasi dengan H 2 SO 4 Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran dan Rekomendasi 5.3 Manfaat dan Khasanah Penelitian Daftar Pustaka Lampiran A PENGUJIAN VISKOMETER DENGAN VISKOMETER OSTWALD Lampiran B MSDS BAHAN BAKU 47 48 52 55 56 57 57 58 58 vii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Klasifikasi Surfaktan 7 Tabel 2.2 Produktivitas berbagai sumber minyak-lemak nabati 10 Tabel 2.3 Komposisi asam-asam lemak (%-b) beberapa minyak-lemak nabati 11 Tabel 2.4 Sifat-sifat penting ester metil asam-asam lemak yang relatif umum 15 Tabel 3.1 Peralatan reaksi sulfonasi ester metil dari CPO 27 Tabel 3.2 Bahan reaksi sulfonasi ester metil dari minyak nabati 27 Tabel 3.3 Spesifikasi Methyl Ester C6C10 (ME60) 28 Tabel 3.4 Spesifikasi Methyl Ester C12C18 (ME28) 28 Tabel 3.5 Spesifikasi Methyl Ester 18U (ME18) 28 Tabel 3.6 Berbagai variasi yang dilakukan dalam percobaan 35 Tabel 3.7 Jadwal kegiatan penelitian 37 Tabel 3.8 Matriks jadwal kegiatan penelitian 38 Tabel 4.1 Kode Sampel dengan Reaktan NaHSO 3 40 Tabel 4.2 Hasil Pengamatan Visual Sampel dengan Reaktan NaHSO 3 40 Tabel 4.3 Kode Sampel dengan Reaktan H 2 SO 4 47 Tabel 4.4 Hasil Pengamatan Visual dengan Reaktan H 2 SO 4 48 Tabel 4.5 Nilai ph dan viskositas Sampel dengan Reaktan H 2 SO 4 55 viii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur micelle pada lingkungan air terdapat dalam beberapa 6 kemungkinan Gambar 2.2 Reaksi transesterifikasi antara minyak atau lemak dengan metanol 12 Gambar 2.3 Reaksi metanolisis dalam tiga tahap 13 Gambar 2.4 Pembentukan ion metilat 13 Gambar 2.5 Mekanisme reaksi pembentukan produk ester metil asam lemak 14 pada tiap siklus katalitiknya Gambar 2.6 Reaksi esterifikasi 15 Gambar 2.7 Sebuah contoh reaksi sulfonasi 19 Gambar 2.8 Reaktan pensulfonasi 20 Gambar 2.9 Contoh reaksi sulfonasi menggunakan reaktan H 2 SO 4 /oleum 21 Gambar 2.10 Reaksi sulfonasi oleh Na-bisulfit 21 Gambar 2.11 Kemungkinan masuknya gugus sulfonat dalam suatu ester metil 21 Gambar 2.12 Sumber terbentuknya di-salt dalam sintesis MES 23 Gambar 3.1 Peralatan reaksi sulfonasi 29 Gambar 3.2 Diagram alir sulfonasi dengan reaktan H2SO4 32 Gambar 3.3 Diagram alir sulfonasi dengan reaktan NaHSO 3 33 Gambar 3.6 Sketsa Grafik Hasil Uji dengan FTIR 36 Gambar 4.1 Keadaan sampel sebelum proses: ME 60, ME 28, dan ME 18 39 Gambar 4.2 Hasil Spektrum Sampel B-1 fasa atas 44 Gambar 4.3 Hasil Spektrum Sampel B-1 fasa bawah 44 Gambar 4.4 Hasil Spektrum Sampel B-4 fasa atas 45 Gambar 4.5 Hasil Spektrum Sampel B-4 fasa bawah 45 Gambar 4.6 Hasil Spektrum Sampel B-6 fasa atas 46 Gambar 4.7 Hasil Spektrum Sampel B-6 fasa bawah 46 Gambar 4.8 Hasil Spektrum Sampel A-3 54 Gambar 4.9 Hasil Spektrum Sampel A-7 54 ix
Gambar 4.10 Hasil Spektrum Sampel A-11 55 Gambar 4.11 Mekanisme Reaksi Sulfonasi dengan H 2 SO 4 sebagai Reaktan 56 Sulfonasi Gambar A.1 Viskometer Oswald 53 x