BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Dengan kemajuan teknologi sekarang ini, industri kimia terus mengembangkan produknya guna memenuhi kebutuhan masyarakat. Indonesia mempunyai sumber daya alam yang cukup melimpah, sehingga dengan adanya peningkatan sektor industri kimia akan berpengaruh besar terhadap kemajuan perindustrian di Indonesia. Maka dari itu, industri produksi dimetil eter (DME) ini diharapkan mampu meningkatkan perekonomian di Indonesia. Produksi DME berkembang semakin pesat, terutama di kawasan Asia. DME digunakan sebagai aerosol propellant oleh industri kosmetik dan kesehatan, campuran dalam pembuatan Liquified Petroleum Gas (LPG) untuk keperluan rumah tangga, dan juga digunakan untuk tenaga pembangkit untuk gas turbin, bahan bakar mesin diesel. Di Indonesia DME baru digunakan sebagai aerosol propellant, sedangkan penggunaan untuk campuran dalam pembuatan Liquified Petroleum Gas (LPG) belum digunakan. Selama ini di Indonesia masih mengimpor kebutuhan dimetil eter (DME) dari negara lain. Karena belum adanya pabrik DME di Indonesia untuk memenuhi kebutuhan industri kosmetik dan kesehatan, maka perlu dipertimbangkan untuk mendirikan Pabrik DME di Indonesia. 1.2 Kapasitas Rancangan Dalam pemilihan kapasitas rancangan pabrik DME memerlukan beberapa pertimbangan yang harus dilakukan, antara lain: 1.2.1 Kebutuhan DME di Indonesia Di Indonesia kebutuhan DME terus meningkat tiap tahunnya. Dan selama ini Indonesia masih mengimpor DME untuk memenuhi kebutuhan dalam BAB I Pendahuluan 1
negeri. Kebutuhan DME di Indonesia sebagian besar diperoleh dari impor negara Jepang, Cina, Taiwan dan sebagian Eropa. Data kebutuhan impor DME di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.1 (BPS, 2014) Tabel I.1 Data Impor DME di Indonesia (2005-2013) Tahun Jumlah (Ton/tahun) 2005 4206,151 2006 4528,913 2007 5123,230 2008 7123,866 2009 6677,436 2010 7008,623 2011 8023,902 2012 8665,575 2013 9307,248 Dari data impor DME (Tabel 1.1), kemudian dilakukan regresi linier untuk mendapatkan tren kenaikan impor DME di Indonesia. Regresi linier untuk data impor ditunjukkan dalam Gambar 1.1. BAB I Pendahuluan 2
Jumlah (Ton/tahun) Prarancangan Pabrik Dimetil Eter dari Metanol 10000 9000 8000 7000 y = 642x - 1,282,384 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Tahun Gambar I.1. Grafik Impor DME di Indonesia Dari regresi linier terhadap data impor DME didapatkan persamaan y = 642x - 1.282.384, untuk x adalah tahun impor dan y adalah jumlah DME yang diiompor. Pabrik DME direncanakan dibangun pada tahun 2016. Jadi untuk tahun 2018 diperkirakan Indonesia membutuhkan dimethyl ether ± sebesar 12506,06 ton. 1.2.2 Kebutuhan Dimetil Eter di dunia Kebutuhan DME di beberapa negara dapat dilihat pada Tabel 1.2 (KOGAS RnD, IDA Conference) Tabel I.2 Data Kebutuhan DME Beberapa Negara Tahun 2010 Negara Kebutuhan (ton/tahun) Cina 8.000.000 Korea 10.000 Jepang 100.000 BAB I Pendahuluan 3
1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku pembuatan DME dapat diperoleh dalam negeri, yaitu metanol, dimana sampai saat ini di Indonesia terdapat dua perusahaan yang memproduksi metanol, yaitu PT. Kaltim Metanol Industri dan PT. Medco Metanol Bunyu dengan total kapasitas produksi 990.000 ton per tahun. Berikut ini merupakan Produsen Metanol dan Kapasitas Produksinya (Data Consult, 2010), yaitu: Tabel I.3 Produsen Metanol dan Kapasitas Produksinya No. Perusahaan Kapasitas Produksi (Ton per Tahun) 1 PT. Kaltim Metanol Industri 660.000 2 PT. Medco Metanol Bunyu 330.000 Total 990.000 1.2.4 Kapasitas Minimal Pabrik yang telah Berproduksi Pada pabrik DME yang akan didirikan harus berada diatas kapasitas minimal atau sama dengan pabrik yang sedang berjalan. Untuk pabrik yang sudah berdiri dan kapasitas produksinya per tahun dapat dilihat pada tabel 1.4 (Global Dimethyl Ether Emerging Market, 2007) Tabel I.4 Kapasitas Produksi Industri DME di Luar Negeri No. Perusahaan Kapasitas (Ton per Tahun) 1 Luthianhua Group, Luchang 10.000 2 Shandong Jiutai Science and Technology Co, Shandong 150.000 3 XinAo Group, Anhui 10.000 4 Luthianhua Group Szechuan 110.000 5 Shandong Jiutai Science and Technology Co, Guangzhou 200.000 6 Yigao Chemicals Co, Mongolia 20.000 7 Lantian Chemicals, Sichuan 20.000 8 Shanghai Coking & Chemical Corp, Shanghai 5.000 9 Hubei Cocause Industrial Group, Jingmen 100.000 BAB I Pendahuluan 4
Dengan mempertimbangkan perkiraan kebutuhan dalam negeri sekitar 12.506,06 ton/tahun, dan kapasitas minimal pabrik yang sudah berdiri adalah 5.000 ton/tahun serta mempertimbangkan kemungkinan ekspor ke negara lain, maka dipilih kapasitas 20.000 ton/tahun. Kapasitas yang direncanakan diharapkan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri. 1.3 Lokasi Pabrik Lokasi pabrik sangat berpengaruh pada keberadaan suatu pabrik. Pertimbangan utama yaitu direncanakan Pabrik DME berdiri di daerah Bontang, Kalimantan Timur mendekati ketersediaan bahan baku yaitu metanol dari PT. Kaltim Metanol Industri dengan kapasitas produksi sebesar 660.000 ton/tahun. Peta lokasi pabrik dapat dilihat pada Gambar 1.2 Lokasi Pabrik DME Gambar I.2 Peta Lokasi Pabrik Dimetil Eter BAB I Pendahuluan 5
Pemilihan lokasi tersebut juga berdasarkan pertimbangan lain sebagai berikut: 1.3.1 Sarana Transportasi Di daerah Bontang, Kalimantan Timur sarana transportasi baik di darat maupun laut sudah tidak menjadi masalah, karena di daerah tersebut fasilitas jalan raya dan pelabuhan laut sudah sangat memadai. 1.3.2 Pemasaran Produk Pemasaran produk diorientasikan untuk ekspor-impor sehingga dengan lokasi pabrik berada di dekat pelabuhan laut, dapat mengurangi biaya transportasi produk. Bontang merupakan daerah industri kimia yang besar dan terus berkembang dengan pesat, hal ini menjadikan Bontang sebagai tempat pemasaran yang baik bagi DME. 1.3.3 Tenaga Kerja Kebutuhan tenaga kerja dapat terpenuhi dari daerah sekitar lokasi pabrik, karena di Indonesia khususnya di daerah Bontang, Kalimantan Timur, memiliki tenaga kerja yang cukup banyak baik sebagai tenaga ahli maupun sebagai buruh. 1.3.4 Utilitas Dalam pengadaan air dapat diambil dari PT. Kaltim Industrial Estate, Bontang. Sedangkan bahan bakar dan listrik dapat dengan mudah terpenuhi karena Bontang merupakan kawasan industri. 1.4 Tinjauan Pustaka 1.4.1 Macam-macam Proses Sintesis senyawa eter dapat dilakukan dengan dehidrasi senyawa golongan alkohol dengan menggunakan reaksi dehidrasi. Terdapat dua macam metode sintesis DME yang dipakai di industri, antara lain: 1. Direct synthesis (Metode Sintesa Langsung) Pada reaksi ini terjadinya proses kontak langsung antara metanol dengan katalis alumina (Al2O3) yang mengandung 10,2% silika. Reaksi tersebut dilakukan BAB I Pendahuluan 6
pada suhu tinggi (250 C-400 C) dalam fase gas. Dengan demikian, secara teoritis gas metanol dikontakkan secara langsung dengan katalis Al2O3 padat dalam reaktor pada temperatur tinggi. Selanjutnya DME yang terbentuk dipurifikasi lagi dengan distilasi, untuk memisahkan antara DME dengan pengotor lain atau H2O dan metanol yang masih tersisa dalam produk (Bondiera dan Naccache, 1991). Reaksi yang terjadi : 2 CH4O(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) 2. Indirect synthesis (Sintesa Tidak Langsung) Pada reaksi ini terjadi proses dimana metanol murni diuapkan terlebih dahulu kemudian dilewatkan pada reaktor yang telah berisi katalis H2SO4 pada suhu (125 C-140 C) dan tekanan 2 atm. Campuran produk keluar dari reaktor yang terdiri dari DME, air, dan metanol dilewatkan ke scrubber kemudian dimurnikan dengan proses distilasi (Ogawa, 2003). Reaksi yang terjadi : CH4O(g) +H2SO4(aq) CH3H2SO4(g) + H2O(g) CH3H2SO4(g) + CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2SO4(g) Tabel I.5 Kelebihan dan Kekurangan Proses Pembuatan DME Kelebihan Direct Synthesis a. Prosesnya sangat sederhana, peralatan yang digunakan sedikit b. Biaya investasi untuk peralatan yang digunakan sedikit c. Konversi tinggi yaitu mencapai 80% Indirect Synthesis a. Suhu dan tekanan operasi reaktor relatif rendah BAB I Pendahuluan 7
Kekurangan a. Suhu operasi reaktor tinggi a. Peralatan yang digunakan lebih banyak b. Penggunaan asam sulfat yang bersifat korosif membutuhkan peralatan dengan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosif dan harganya lebih mahal c. Konversinya rendah, yaitu 45% Berdasarkan beberapa macam proses tersebut, maka dipilih proses Direct Synthesis berupa dehidrasi metanol dengan katalis alumina. Dengan alasan, bahwa dengan proses tersebut memiliki konversi yang tinggi yaitu mencapai 80% dan juga menggunakan peralatan yang sedikit dan proses yang sederhana. 1.5 Kegunaan Produk International DME Assotiation (2012) menyatakan bahwa DME dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, mesin otomotif, dan bahan bakar penggerak turbin gas. Kegunaan DME yang lain adalah sebagai berikut : 1. Bahan bakar dalam tabung aerosol, serta sebagai bahan bakar industri dan rumah tangga 2. Sebagai refrigerant 3. Sebagai bahan campuran LPG 4. Bahan bakar turbin pada pembangkit listrik 5. Bahan baku industri petrokimia BAB I Pendahuluan 8
1.6 Sifat-Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk Bahan Baku 1. Metanol a. Sifat Fisis Metanol (Mc.Ketta, 1984) - Berat molekul : 32,042 kg/kmol - Titik beku (pada 1 atm) : -97,8 C - Titik didih (pada 1 atm) : 64,6 C - Densitas (pada 1 atm) : 0,782 g/ml - Viskositas, pada 30 C : 0,5142 cp - Spesific gravity : 0,792 - Suhu kritis : 240 C - Tekanan kritis : 78,5 atm - Panas spesifik, liquid (pada suhu 25-30 C) : 0,605-0,609 kal/gmol - Panas spesifik, uap (pada suhu 100-200 C) : 12,2-14,04 kal/gmol - Panas penguapan (pada suhu 64,7 C) : 8430 kal/mol b. Sifat Kimia Metanol (Mc.Ketta, 1984) - Reaksi dehidrasi yaitu proses pemisahan air dari metanol membentuk dimetil eter (DME). 2 CH4O(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) - Reaksi esterifikasi yaitu pembentukan ester dengan jalan mereaksikan metanol dengan senyawa asam organik. Contohnya pembentukan senyawa metal asetat. CH4O(aq) + CH3COOH(aq) CH2CO OCH3(aq) + H2O(l) - Reaksi dehidrogenasi yaitu pelepasan unsur hidrogen. Reaksi ini dapat dilaksanakan dengan bantuan katalis Mo dan Ag. CH4O(g) Mo,Ag CH2O(g) + H2(g) BAB I Pendahuluan 9
Produk 1. Dimetil Eter a. Sifat fisis (Mc.Ketta, 1984): - Berat molekul : 46,069 kg/kmol - Titik beku (pada 1 atm) : -138,5 C - Titik didih (pada 1 atm) : -24,9 C - Densitas (pada 20 C) : 677 kg/m 3 - Spesific gravity cairan : 0,661 (pada 20 C) - Flash point (pada wadah tertutup) : -42 F - Panas pembakaran : 347,6 kkal/mol - Panas spesifik (pada -27,68 C) : 0,5351 kkal/mol - Panas pembentukan (gas) : -44,3 kal/g - Panas laten (gas), (pada -24,68 C) : 111,64 kal/g - Kelarutan dalam air (1 atm) : 34% berat - Kelarutan air dalam DME (1 atm) : 7% berat - Fase, 25 C, 1atm : gas - Suhu kritis : 400 K - Tekanan kritis : 53,7 bar abs b. Sifat kimia (Mc.Ketta, 1984) : - Dengan reaksi oksidasi DME akan menghasilkan formaldehid. CH3OCH3(g) + O2(g) 2CH2O(g) + H2O(g) - Bereaksi dengan sulfur trioksida membentuk dimetil sulfat CH3OCH3(g) + SO3(g) (CH3)2SO4(g) - DME bereaksi dengan karbon monoksida dan air menjadi asam dengan katalisator Col. CH3OCH3(g) + H2O(g) + CO(g) 2CH3COOH(aq) BAB I Pendahuluan 10
2. Air a. Sifat Fisis (Mc.Ketta, 1984) : - Berat Molekul : 18,0153 g/gmol - Rumus Kimia : H2O - Titik Beku (1 atm) : 0 C - Titik Didih (1 atm) : 100 C - Densitas (25 C) : 0,99823 kg/l - Suhu kritis : 374 C - Tekanan Kritis : 220,55 bar - Kapasitas panas (25 C) : 4185 J/kg.K - Tekanan uap (25 C) : 2,338 kpa - Viskositas (25 C) : 1,005 cp 1.7 Tinjauan Proses Secara Umum Reaksi pembentukan DME merupakan reaksi dehidrasi metanol. Reaksi berlangsung dalam fase gas. Metanol yang akan direaksikan diubah fasenya dari fase cair ke fase gas. Reaksi bersifat eksotermis dan beroperasi pada kondisi non adiabatis non isothermal. Reaktor yang digunakan adalah fixed bed multitube reactor. Produk yang keluar reaktor berupa DME, air serta metanol sisa. Metanol dialirkan ke reaktor dengan tekanan maksimal 14,5 atm dan temperatur 250 o C. Suhu operasi reaktor berkisar antara 250 400 o C. Jika suhu reaktor dibawah 250 o C maka reaksi akan berlangsung lambat, apabila reaktor beroperasi pada suhu diatas 400 o C akan terjadi kerusakan pada katalis. Produk yang dihasilkan keluar reaktor kemudian masuk ke distillation column DME. DME sebagai hasil atas DME distillation column selanjutnya dialirkan ke tangki penampung produk, hasil bawah terdiri dari metanol sisa, air dan sedikit DME dimasukan ke methanol distilation column. Hasil atas methanol distillation column berupa metanol dan sedikit DME yang kemudian direcycle ke reaktor. Hasil bawah methanol distillation column berupa air dan sedikit metanol. BAB I Pendahuluan 11