Bab 1 Dan 2 Rev 2

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Metanol adalah produk petrokimia, zat kimia cair pada suhu normal, juga dikenal sebagai Metil Alkohol (CH 3OH). Metanol dihasilkan dari proses reformasi uap dan sintesis metanol. Crude metanol dimurnikan menjadi produk kelas tinggi melalui distilasi (Kementrian Perindustrian RI, 2016). Metanol sangat dibutuhkan dalam dunia industri, karena banyak produk yang dihasilkan berbahan metanol. Metanol digunakan oleh berbagai industri seperti industri plywood , tekstil, plastik, resin sintetis, farmasi, insektisida dan lainnya. Metanol juga dipakai sebagai pelarut, bahan pendingin, dan bahan baku perekat. Pada industri migas, metanol digunakan sebagai antifreeze antifreeze dan sebagai gas hydrate inhibitor pada sumur gas alam dan pada pipa gas. Untuk Indonesia, 80% pembeli methanol adalah industri formaldehid yang menghasilkan adesif untuk plywood untuk plywood dan dan industri wood processing lainnya lainnya (BPS, 2013). Metanol (CH3OH) bertindak sebagai bahan baku dalam memproduksi senyawa hidrokarbon yang berguna sebagai bahan bakar atau senayawa organik yang biasa digunakan untuk menaikkan nilai oktan suatu bahan bakar (US Patent 5472986, 1995). Metanol dapat diperoleh dari proses penyulingan kayu, gasifikasi batu bara muda dan sintesis gas alam. Secara singkat gas alam dan uap air dibakar dalam tungku untuk membentuk gas hidrogen dan karbon monoksida, kemudian gas hidrogen dan karbon monoksida ini bereaksi dalam tekanan tinggi dengan bantuan katalis untuk menghasilkan metanol. Metanol disintesis dalam reaktor metanol. Pada pembentukan metanol didalam reaktor metanol juga terjadi konversi CO menjadi CO 2 dan pembentukan trimetilamina (TMA). TMA adalah senyawa organik dengan rumus N(CH 3)3. Senyawa ini tak berwarna, higroskopik, dan mudah terbakar dimana amina tersier memiliki bau kuat amis rendah konsentrasi dan amonia seperti bau pada konsentrasi yang lebih tinggi (Engler,2001).

Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

2

1.2

Prospek Perancangan Pabrik

Gas alam dipilih sebagai bahan baku pembuatan methanol, ini dikarenakan Indonesia memiliki cadangan gas alam yang cukup besar mengingat, yaitu sebesar 170 TSCF dan produksi per tahun mencapai 2,87 TSCF, dengan komposisi tersebut Indonesia memiliki reserve to production(R/P) mencapai 59 tahun. Gas alam juga memiliki harga yang stabil karena jauh dari muatan politis, tidak seperti minyak bumi (Syukur, 2014). Kebutuhan metanol dalam negeri cukup besar, tapi tidak diiringi dengan produksi industri methanol di Indonesia. Saat ini Indonesia baru memiliki satu pabrik methanol yakni PT Kaltim Metanol Indonesia. Perusahaan ini hanya mampu memenuhi kebutuhan methanol di Indonesia sebesar 660.000 ton/tahun dari total kebutuhan yakni 1.500.000 ton/tahun. Konsumsi methanol di Indonesian cukup besar, namun Indonesia masih mengimpor methanol untuk kebutuhan sendiri dari luar negeri, bedasarkan data Biro Pusat Statistik. 400000 350000 300000 r o p250000 m I h200000 a l m150000 u J 100000 50000 0 2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

Tahun

Gambar 1.1 Perkembangan Impor Metanol di Indonesia Tahun 2006-2013

Data

perkembangan

impor

methanol

di

Indonesia

menunjukkan

peningkatan setiap tahunnya yaitu dari tahun tahun 2006 sampai tahun 2013.


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

3

Ketergantungan impor methanol menyebabkan devisi negara berkurang, sehingga diperlukan suatu usaha penanggulangan. Salah satu upaynya adalah pendirian pabrik metanol untuk pemenuhan kebutuhan dalam negeri. Dengan pendirian pabrik tersebut diharapkan dapat membuka kesempatan untuk alih teknologi, membuka lapangan kerja baru, menghemat devisa negara dan membuka peluang berdirinya pabrik lain yang menguunakan bahan baku metanol dari pabrik tersebut. Dengan pertimbangan kegunaan dan konsumsi metanol maka dapat dikatakan bahwa industry ini mempunyai prospek bagus di masa depan. 1.3

Pentingnya Pendirian Pabrik

Beberapa faktor yang menjadi alasan didirikannya pabrik metanol di Indonesia antara lain sebagai berikut : 1.

Pabrik-pabrik industri di Indonesia semakin berkembang memungkinkan kebutuhan akan metanol semakin meningkat.

2.

Menghemat

sumber

devisa

negara

karena

dapat

mengurangi

ketergantungan impor. 3.

Membantu pabrik-pabrik di Indonesia yang menggunakan metanol sebagai bahan bakunya, karena lebih murah.

4.

1.4

Membuka lapangan kerja yang baru.

Rencana Kapasitas Pabrik

Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki sumber gas alam terbesar didunia. Gas alam merupakan bahan baku utama dalam pembuatan methanol. Menurut Kementrian Perindustrian (2018) saat ini Indonesia baru memiliki satu pabrik methanol yakni PT Kaltim Metanol Indonesia. Kebutuhan metanol dalam negeri juga cukup besar. Di mana PT KMI baru bisa memenuhi 660.000 ton dari total kebutuhan 1.500.000 juta ton.


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

4

Tabel 1.1 Pelaku Utama Industri Petrokimia Hulu di Indonesia Produsen Lokasi Produk Kapasitas Produksi (Ton)

PT. Chandra Asril Petrochemical

PT. Trans Pacific Petrochemical

Ethylen

600.000

Propylene

320.000

C4 (Butadiene)

220.000

Benzene

300.000

Tuban, Jawa

Toluene

300.000

Timur

Xylene

370.000 (p-xylene)

Cilegon, Banten

Indotama

100.000 (o-xylene)

PT. Kaltim

Bontang,

Methanol Industri

Kalimantan Timur

PT. Kaltim Pasifik

Bontang,

Amoniak

Kalimantan Timur

Metanol

660.000

Amoniak

692.000

(Kementrian Perindustrian,2018) Laju produksi pabrik ditentukan dengan melihat data impor methanol dari luar negeri ke Indonesia dalam beberapa tahun terakhir. Dari data impor methanol yang terdapat pada gambar 1.1 ditunjukkan nilai impor methanol dari tahun 2006 hingga tahun 2013 sehingga dapat diproyeksi nilai impor methanol sepuluh tahun kedepannya.

Tabel 1.2 Jumlah Impor Metanol di Indonesia

Tahun 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Sumber : BPS, 2018


Jumlah (Ton) 31026.783 63674.486 68431.118 76973.648 192223.851 275947.247 261865.693 341455.237

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

5

400 350

y = 46.449x - 93176 R² = 0.9167

300 n u h250 a T h200 a l m150 u J 100 50 0 2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Tahun

Gambar 1.2

Grafik Total Impor Metanol di Indonesia tahun 2006-2013

Dengan menggunakan persamaan linear yang terdapat pada grafik, maka dapat diproyeksikan pada tahun 2025 nilai impor di Indonesia mencapai 883.225 ton/tahun. Indonesia masih belum bisa memenuhi seluruh kebutuhan tersebut sehingga menyebabkan ketergantungan impor dari luar negeri. Hal ini dapat berdampak terhadap devisa negara Indonesia yang semakin berkurang. Oleh sebab itu, dengan pendirian pabrik methanol berkapasitas 420.000 ton/tahun di Indonesia akan mengurangi sebagian impor methanol di Indonesia dan menambah jumlah produksi dalam negeri.

1.5

Lokasi Perancangan

Pendirian pabrik methanol berbahan baku gas alam direncanakan di Bintan, Kepulauan Riau. Pemilihan lokasi ini berdasarkan berbagai pertimbangan yakni teknis maupun ekonomis. Selain itu lokasi ini berdekatan dengan industri pemasok gas alam di Natuna dan dekat dengan pelabuhan. Cadangan gas yang ada dalam ladang gas Natuna diperkirakan sebesar 222 TCF dan dari jumlah ini yang dapat diolah sebesar 46 TCF. Dengan potensi ini mampu menghasilkan 2.400 Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

6

MSCFD hidrokarbon selama 30 tahun. Berdasarkan analisis uji gas menunjukkan bahwa komposisi gas Natuna adalah 71% CO2, 28% metan dan hidrokarbon, 0,6% H2S dan 0,4% nitrogen (Sumartono, 2000). Gambar 1.3 merupakan peta lokasi pendirian pabrik.

Gambar 1.3 Rencana Lokasi Pendirian Pabrik 1.5.1

Lokasi Pemasaran Bintan Timur, Bintan

sangat

strategis

untuk

dijadikan

kawasan

pengembangan perdagangan internasional, karena Bintan berada di kawasan lintas perdagangan internasional Singapore-Malaysia. Dengan letak yang geografis yakni berbatasan degan Singapura dan Malaysia serta terletak di Selat Malaka yang merupakan jalur pelayaran sibuk di dunia. Hal ini akan membantu membuka peluang usaha yang menguntungkan.

1.5.2

Utilitas

Unit pendukung proses atau sering disebut unit utilitas merupakan bagian penting yang menunjang berlangsungnya suatu proses dalam suatu pabrik. Unit pendukung proses antara lain : unit penyediaan air (air proses, air pendingin, air sanitasi,air untuk perkantoran dan perumahan), steam, oksigen, listrik dan pengadaan bahan bakar. 1.5.3

Akses Jalan

Kecamatan Bintan Timur telah memiliki fasilitas jalan lintas yang cukup memadai untuk transportasi darat. Daerah yang dapat ditempuh dengan jalan darat Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

7

misalnya dari bintan timur ke kota tanjung pinang hanya berjarak 19 km. Daerah Bintan timur merupakan daerah kepulauan sehingga transportasi laut merupakan transportasi utama dalam mendistribusikan bahan dan produk. Tersedia juga pelabuhan Tanjung Berakit yang memberikan nilai tambah pada akses transportasi laut,sehingga produk nantinya dapat di transportasikan ke berbagai daerah di Indonesia-Malaysia-Singapura. 1.5.4

Tenaga Kerja

Tenaga kerja mudah didapatkan terutama tenaga harian dapat dipenuhi dengan relatif mudah karena Bintan merupakan daerah kawasan industri. Bintan Timur sangat dekat dengan Selat Malaka yang merupakan pusat perdaganan internasional di Asia Tenggara menjadikan bintan mempunyai tenaga kerja yang cukup dengan jumlah perusahaan industri yang cukup banyak.


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Gas Alam

Gas alam adalah campuran hidrokarbon ringan yang terbentuk secara alami yang bercampur dengan beberapa senyawa non-hidrokarbon. Pengertian gas alam menurut UU Migas No 22 tahun 2000, Pasal 1 angka 2 adalah hasil proses alami berupa hidrokarbon yang dalam kondisi tekanan dan temperatur atmosfer berupa fase gas yang diperoleh dari proses penambangan minyak dan gas alam. Gas alam atau yang sering juga disebut sebagai gas rawa, adalah bahan bakar fosil berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana CH4. Gas alam atau sering juga disebut gas bumi merupakan bahan bakar yang sangat sederhana. Sekitar 90% dari gas alam adalah metana (CH4), yang hanya satu atom karbon dengan empat atom hidrogen melekat, dengan sisanya terdiri dari etana (C 2H6), propana (C3H8), butana (C4H10) dan komponen-komponen lain serta komponen pengotor seperti air, H2S, CO2 dan lain-lain dengan jenis dan jumlahnya yang bervariasi sesuai dengan sumber gas alam (Chandra, 2006). Gas alam dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas alam. Gas alam dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara. Ketika gas yang kaya dengan metana diproduksi melalui pembusukan oleh bakteri anaerobik dari bahan-bahan organik selain dari fosil, maka ia disebut biogas. Sumber biogas dapat ditemukan di rawa-rawa, tempat pembuangan akhir sampah, serta penampungan kotoran-kotoran manusia dan hewan. Atas dasar itulah terkadang gas alam sering juga disebut sebagai gas rawa (Lyons, 1996). Produksi gas alam banyak ditemukan di Indonesia, dimana terdapat komposisi dari gas alam itu sendiri. Berikut adalah table komposisi gas alam dari beberapa daerah yang ditemukan.


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

9

2.1 Tabel Perbandingan Komposisi Gas Alam diberbagai daerah di Indonesia

Komposisi Gas Alam Daerah

CO2

CH4

N2

Etana

Propana

Butana

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

Natuna

71

28

0,4

0,4

Sumatra

5,64

84,68

0,3

3,79

1,63

0,38

00,0

89,71

0,50

5,43

2,97

1,39

Selatan Bontang

2.1.1

Komposisi Gas Alam

Menurut reservoir dari mana gas alam dieskstraksi, komposisi gas alam akan bervariasi. Gas alam mungkin mengandung unsur hidrokarbon dan unsur non-hidrokarbon yang berbeda, oleh karena itu komposisi gas alam tidak pernah konstan. Komposisi dalam gas alam dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.2 Komposisi Basah dan Kering dari Gas Alam Unsur Hidrokarbon

Komposisi (vol %) Basah

Kering

Metana

84.6

96

Etana

6.4

2

Propana

5.3

0.6

Isobutana

1.2

0.18

n-butana

1.4

0.12

Isopentana

0.4

0.14

n-pentana

0.2

0.06

Heksana

0.4

0.1

Heptana

0.1

0.8

Non-hidrokarbon Karbon dioksida


≤5

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

10

Helium

≤0.5

Hidrogen sulfida Nitrogen

≤10

Argon Radion,

≤5

≤0.05

Kripton,

Traces

Xenon (Sumber: Speight, 2015) 2.1.2

Kegunaan Gas Alam

Gas alam dapat berguna untuk dijadikan bahan bakar. Daripada gas alam dibakar sebagai bahan bakar, gas alam sangat potensial digunakan sebagai bahan baku industri. Meskipun ada pendekatan yang berbeda menggunakan gas alam sebagai bahan baku, yang paling dieksplorasi dan ekonomis adalah pembentukan ke syngas (CO dan H 2). Secara industry, metana telah ditingkatkan ke syngas di seluruh proses multistep yang menggunakan uap dan atau oksigen ( steam reforming, autothermic reforming, atau oksidasi parsial) (Sousa, 2005). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1, gas alam adalah bahan awal untuk bahan kimia yang bernilai (yaitu dimetil eter, formaldehida, asam asetat) atau bahan bakar cair (yaitu, melalui katalisis Fischer – Tropsch). Namun demikian, rute paling menarik adalah rute yang melibatkan satu langkah, seperti penggabungan oksidatif metana (yaitu, OCM), homologasi, aromatisasi, dan oksidasi parsial metana ke metanol (yaitu, DMTM) (Mokrani, 2009).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

11

Gambar 2.1 Rute Konversi Gas Alam Menjadi Bahan Kimia dan Bahan Bakar

(Mokrani, 2009) Sekitar 65% dari metanol yang diproduksi di seluruh dunia dikonsumsi untuk produksi asam asetat, metil dan vinil asetat, metil metakrilat, metil amina, metil terbutil eter (MTBE), aditif bahan bakar, dan bahan kimia lainnya. Bagian yang tersisa dikonversi menjadi formaldehida dan produk dihasilkan seperti gambar di bawah ini (Khadzhiev dkk, 2016; Ali dkk, 2015). Pada umumnya metanol dapat diproduksi dengan hidrogenasi karbon monoksida ataupun karbon dioksida dengan bantuan katalis. Gas CO dan H2 dapat dihasilkan dari proses reforming gas alam maupun dari gasifikasi batubara, sementara gas CO2 dapat dihasilkan dari reaksi water-gas shift . Proses produksi metanol dari syngas dilakukan dalam tiga tahap, yaitu persiapan syngas sebagai umpan, reaksi sintesis metanol, dan pemurnian metanol sebagai produk. Reaksi sintesis metanol merupakan reaksi katalitik.

2.2

Metanol

Metanol merupakan bahan kimia bawaan untuk hidrogen, disamping karena ketersediaannya yang dapat diperbaharui metanol juga memiliki energi dan densitas tinggi serta mudah disimpan dan dipindahkan. Metanol merupakan senyawa alkohol yang memiliki harga paling murah dibanding alkohol lainnya seperti etanol dan butanol (Lwin dkk., 2000). Metanol secara tradisional telah digunakan sebagai pelarut dan sebagai stok pakan untuk bahan kimia organik massal (terutama untuk formaldehida), dengan potensi pertumbuhan yang sederhana. Namun, setelah tahun 1990, permintaan metanol sebagai bahan baku untuk metil tert-butil eter (MTBE) dipercepat ketika yang terakhir menjadi oksigen yang signifikan dalam bahan bakar motor. sebagai hasilnya, metanol telah berevolusi menjadi komoditas yang diproduksi dan diperdagangkan secara global dengan pertumbuhan masa depan yang diharapkan dalam sektor bahan bakar bergantian dan teroksigenasi, didorong oleh pertimbangan Strategis dan lingkungan (Krik, 1992).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

12

Sifat fisika metanol adalah dapat dicampur dengan air, alkohol lain, ester, keton, eter, dan pelarut organik. metanol memiliki afinitas khusus untuk karbon dioksida dan hidrogen sulfida, yang merupakan dasar untuk penggunaannya sebagai pelarut dalam proses gas rektisol. Metanol sering menunjukkan perilaku nonideal dengan hidrokarbon serta membentuk azeotrop dengan banyak senyawa. Metanol menekan suhu pembentukan hidrat gas alam, yang menyebabkan penggunaannya menjadi antibeku dalam pipa (Krik, 1992). Sifat kimia metanol adalah berbentuk cairan, berbau seperti alkohol tajam pada saat mentah, tidak memiliki rasa, tidak berwarna, berat molekul 32.04 g/mol, titik didih sebesar 64.5 0C, titik leleh sebesar -97.8 0C, temperatur maksimal pada 240 0C. Metanol merupakan senyawa kimia yang mudah terbakar, beracun serta mudah menguap (MSDS).

2.3

Sintesis Gas

Sintesis gas (syngas) adalah istilah umum yang digunakan dalam menggambarkan campuran hidrogen dan karbon monoksida (CO) dalam rasio yang berbeda dan dapat dihasilkan dari setiap bahan baku hidrokarbon. Gas sintesis dapat dihasilkan dari berbagai macam bahan yang meliputi gas alam, nafta, minyak residu, kokas minyak bumi, biomassa dan batu bara. Bahan yang paling berlaku dalam produksi metanol adalah gas alam. Produksi syngas menempati biaya investasi utama tanaman GTL. Teknologi utama yang digunakan untuk produksi syngas dirangkum di bawah ini : 1. One-step reforming Gas sintesis diproduksi dengan menggunakan reformasi uap tubular saja (tanpa menggunakan oksigen). Konsep ini tergolong konsep yang cukup sederhana dan banyak digunakan. Gas sintesis yang dihasilkan dengan menggunakan one-step reforming akan mengandung hidrogen sekitar 40%, dimana hydrogen ini tidak bereaksi dengan gas sintesis (Petersen, 2005). Penambahan CO2 memungkinkan optimalisasi komposisi gas sintesis untuk produksi metanol. CO2 merupakan bahan baku yang lebih murah, dan emisi CO2 ke lingkungan berkurang. Penerapan hasil reformasi CO2 di pabrik yang Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

13

sangat hemat energi. Konsumsi energi 5 – 10% lebih sedikit daripada tanaman konvensional [5]. Sebuah pabrik metanol 3.030 MTPD berdasarkan reformasi CO2 dimulai di Iran pada tahun 2004 (Petersen, 2005). Sebagian besar pabrik metanol yang beroperasi saat ini didasarkan pada reformasi uap gas alam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Teknologi ini menarik pada kapasitas lebih besar dari 2500-3000 mtpd. Secondary Reformer

r o t a r e n e g o r d y H

i s a s i r u f l u s i D

i s a r u t a S

g n i m r o f e R a r P

Steam

Sintesis Metanol

Steam Reformer Gas Alam

Gambar 2.2

Produksi metanol berdasarkan one-step reforming gas alam

Teknologi ini telah menjadi yang paling banyak digunakan secara komersil di mana uap dan metana diubah secara katalitik dan endotermik menjadi hidrogen dan karbon monoksida. Setelah desulfurisasi umpan gas alam, produk dicampur dengan uap (opsional CO2) dan kemudian dipanaskan sampai sekitar 780K sebelum memasuki tabung reformer. Panas untuk reaksi reformasi endotermik dipasok oleh pembakaran bahan bakar di tungku reformator (operasi allothermic), Gas efluen panas yang keluar dari reformator digunakan untuk produksi uap. Pemisah digunakan untuk memisahkan air dari syngas dengan gravitasi dan syngas mentah dirawat lebih lanjut tergantung pada penggunaannya (Arthur, 2010).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

14

2. Two-step Reforming Two-step Reforming memiliki kombinasi proses dari proses dari fired turbular reforming (reformasi primer) diikuti oleh oxygen fired adiabatic reforming (reformasi sekunder). Diagram alir proses untuk pabrik berdasarkan reformasi dua langkah ditunjukkan pada Gambar 2.4 Dengan menggabungkan dua teknologi reformasi, dimungkinkan untuk menyesuaikan gas sintesis untuk mendapatkan komposisi yang paling sesuai. Secondary Reformer



i s a r u t a S


Steam

Sintesis Metanol Steam Reformer Gas Alam

Gambar 2.3

Produksi metanol berdasarkan two-step reforming gas alam

Reformator sekunder mensyaratkan bahwa pembaharu utama dioperasikan dengan kebocoran signifikan metana yang belum terkonversi (slip metana). Biasanya 35 hingga 45% dari reaksi pembenahan terjadi di pembaharu tubular, sisanya di reformator oksigen-dipecat. Sebagai akibatnya reformator tubular dioperasikan pada rasio S / C rendah, suhu rendah dan tekanan tinggi. Kondisi ini menyebabkan pengurangan tugas ditransfer sekitar 60% dan dalam berat tabung reformis sebesar 75 hingga 80% dibandingkan dengan satu langkah reformasi. Two-step Reforming pertama kali digunakan dalam pabrik metanol 2400 MTPD di Norwegia. Pabrik ini dimulai pada tahun 1997. Sebuah pabrik 5000 MTPD berdasarkan teknologi yang sama telah dimulai di Arab Saudi pada tahun 2008. (Petersen, 2005).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

15

3. Autothermal Reforming (ATR) Penambahan oksigen ke proses reformasi uap adalah langkah alternatif dalam memperoleh rasio H2 / CO yang lebih rendah. Autotermal reformasi adalah reformasi hidrokarbon ringan dalam campuran uap dan oksigen dengan adanya katalis. Reaktor ini dirancang dengan bejana yang tahan api, oleh karena itu suhu dan tekanan yang lebih tinggi dapat diterapkan daripada di steam reforming. ATR tidak dapat digunakan sendiri; oleh karena itu pra-reformer dipasang di hilir di mana biasanya 35 hingga 45% dari reaksi pembenahan terjadi. ATR mengkonversi metana yang tersisa dari pra-reformer. Udara digunakan untuk memasok oksigen yang dibutuhkan (Arthur, 2010)

Gambar 2.4 Autothermal Reformer (ATR)

Reaktivitas gas sintesis yang dihasilkan dari reformasi autothermal terjadi karena jumlah karbon monoksida yang ada. Gas sintesis ini menghasilkan modul 1,7 hingga 1,8, menyiratkan bahwa ia kekurangan hidrogen. Oleh karena itu gas ini tidak cocok untuk produksi metanol dan penyesuaian ke modul sekitar 2 diperlukan. Penyesuaian ini dilakukan dengan menghilangkan karbon dioksida dari gas sintesis atau memulihkan hidrogen dari gas sintesis loop purge dan mendaur ulang hidrogen yang diperoleh kembali ke gas sintesis (Arthur, 2010). Gas sintesis yang dihasilkan oleh reformasi autothermal kaya karbon monoksida, menghasilkan reaktivitas tinggi dari gas. Gas sintesis memiliki modul 1,7 hingga 1,8 dan dengan demikian kekurangan hidrogen. Modul harus disesuaikan dengan nilai sekitar 2 sebelum gas sintesis cocok untuk produksi Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

16

metanol. Penyesuaian dapat dilakukan dengan menghilangkan karbon dioksida dari gas sintesis atau dengan memulihkan hidrogen dari gas sintesis loop purge dan mendaur ulang hidrogen yang diperoleh kembali ke gas sintesis. Ketika penyesuaian dilakukan dengan penghapusan CO2, gas sintesis dengan rasio CO / CO2 yang sangat tinggi dihasilkan. Gas ini menyerupai gas sintesis dalam pabrik metanol berdasarkan gasifikasi batubara. Beberapa unit sintesis berdasarkan gas yang dihasilkan dari batubara beroperasi, ini membuktikan kelayakan sintesis metanol dari gas sintesis yang sangat agresif. Penyesuaian oleh pemulihan hidrogen dapat dilakukan baik oleh membran atau unit PSA. Kedua konsep terbukti dengan baik di industri. Gas sintesis yang dihasilkan oleh penyesuaian modul jenis ini kurang agresif dan mungkin lebih disukai untuk produksi metanol kemurnian tinggi (Petersen, 2005).

Oksigen Secondary Reformer

E-9



i s a r u t a S

ATR


Steam

Sintesis Metanol

Steam Reformer Gas Alam

Gambar 2.6 Sintesis Gas oleh ATR

ATR

pertama

yang

beroperasi

dalam

skala

komersial

dengan

perbandingan rasio H2O / C 0,6 merupakan demonstrasi industri di Afrika Selatan pada tahun 1999. Pabrik komersial pertama dimulai di Eropa pada tahun 2002. Unit yang sangat besar dimulai di Afrika Selatan pada tahun 2004 dan di Qatar pada tahun 2002. 2006 . Sebuah pabrik metanol dengan kapasitas satu jalur 10.000 MTPD sedang dalam tahap rekayasa untuk start-up di Nigeria pada 2012 (Peterson, 2015).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

17

2.4

Proses Sintesis Metanol

2.4.1

Sintesis Metanol dengan Hidrogenasi CO 2

Reaksi hidrogenasi berlangsung pada tekanan tinggi. Reaksi sintesametanol dari CO2 adalah: CO2 + 3H2 → CH3 OH + HO.................................................................... (2.1) Tetapi pada kenyataan di industri, reaksi sintesa metanol juga melibatkan campuran gas yang terdiri dari CO, CO2 dan H Sehingga dapat dikatakan, selain reaksi (1), reaksi-reaksi yang mungkin terjadi adalah: CO + 2H2 → CH3OH................................................................................ (2.2) CO2 + H2 → CO + H2 O .......................................................................... (2.3)

Melalui reaksi sintesa (1), CO dapat dikonversikan menjadi metanol. Konversi tersebut dapat ditingkatkan dengan penggunaan katalis yang berperan mempercepat jalannya reaksi dan mengarahkan reaksi untuk menghasilkan produk yang diinginkan. Pada tahun 1991, Fujita melakukan percobaan mengenai s intesa metanol dari CO2 dan Hdenganmenggunakan katalis Cu/ZnO pada tekanan atmosfir. Reaksi hidrogenasi juga kemungkinan menghasilkan CH2 sebagai reaksi samping.

2.4.2 Sintesis Metanol dengan Oksidasi Parsial

Proses oksidasi parsial metana menjadi metanol dan formaldehida telah lama

menjadi

objek

penelitian

para

peneliti.

Umumnya,

para

memfokuskan studi bagaimana cara memperoleh konversi dan

peneliti

selektifitas

metanol dan formaldehida yang tinggi diantaranya dengan cara memilih katalis yang aktif dan selektif. Berbagai katalis telah dicoba oleh beberapa peneliti untuk mendapatkan konversi dan selektifitas yang tinggi (Brown dan Parkyns, 1991).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

18

2.4.3 Sintesis Metanol dengan Hidrogenasi CO

Berikut ini pembagian proses pembuatan metanol dari gas alam dengan proses hidrogenasi CO berdasarkan tekanan yang digunakan: 1.

Proses ICI

2.

Proses Lurgi

3.

Proses MGC ( Mitshubisi gases chemical )

4.

Proses Kellog

5.

Proses Nisui Topsoe

Dalam konversi sintesis metanol gas sintesis menjadi metanol mentah terjadi. Metanol mentah adalah campuran metanol, sejumlah kecil air, gas terlarut, dan jejak produk sampingan. Katalis dan proses sintesis metanol sangat selektif. Selektivitas 99,9% tidak jarang terjadi. Ini luar biasa ketika dianggap bahwa produk sampingan termodinamika lebih disukai daripada metanol. Produk sampingan yang umum termasuk DME, alkohol yang lebih tinggi, oksigenat lainnya dan sejumlah kecil asam dan aldehida (Petersen, 2005) Berikut beberapa teknologi proses Sintesis Metanol yang digunakan oleh beberapa perusahaan :

1. Proses Sintesis Metanol Tekanan Rendah – ICI

Proses ini mulai dikembangkan pada tahun 1960 – an oleh perusahaan pengembangan proses Imperial Industries, Ltd. Proses sintesis ini menggunakan tekanan rendah dengan katalis berbasis Cu. Penggunaan katalis Cu sudah dikembangkan pada tahun 1920 – an, tetapi penggunaan katalis tersebut belum digunakan dalam proses sintesis metanol pada saat itu. Hal tersebut dikarenakan katalis berbasis Cu dapat teracuni jika terdapat senyawa sulfur pada umpan reactor sehingga proses sintesis metanol tekanan rendah dengan katalis berbasis Cu dapat dikembangkan saat tersedia teknologi pemisahan sulfur dari syngas. Proses ini menggunakan umpan syngas yang mengandung karbon monoksida, karbon dioksida, hidrogen, dan metana. Untuk mengatur rasio CO/H2 digunakan shift-converter. Umpan kemudian dinaikkan tekanannya hingga 50 atm Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

19

pada kompresor jenis sentrifugal, kemudian diumpankan ke dalam reaktor jenis quench pada suhu operasi 270oC. Quench converter berupa single bed yang mengandung katalis pendukung yang bersifat inert. Hasil reaksi berupa crude methanol yang mengandung air, dimetil eter, ester, besi karbonil, dan alkohol lain. Hasil reaksi tersebut kemudian didinginkan dan crude methanol dipurifikasi dengan cara distilasi. Dalam pengembangannya, karena dianggap kurang menguntungkan, ICI mengganti jenis reaktor yang digunakan dari quench reactor menjadi tube berpendingin yang pada prinsipnya sama dengan yang digunakan oleh Lurgi (Lee, 1990). Light ends

Recycle gas

Purge gas Pure methanol

Water

Synthesis gas

Wastewater

Gambar 2.7 Diagram Proses Sintesis Metanol Tekanan Rendah – ICI 2. Proses Sintesis Metanol Tekanan Rendah – Lurgi

Proses yang dikembangkan oleh Lurgi Corporation untuk sintesis metanol terdiri dari reaktor yang beroperasi pada suhu 250 - 260 ° C dan tekanan 50 60bar. Reaktor adalah tipe shell and tube dengan katalis yang diisi dalam tabung. Panas reaksi dihilangkan dengan sirkulasi air dingin di sisi shell dan ini menghasilkan uap tekanan tinggi untuk penggunaan lain. Bahan baku untuk produksi syngas termasuk hidrokarbon berbentuk gas seperti metana serta hidrokarbon cair seperti nafta. Syngas dapat diproduksi melalui dua rute yaitu reformasi uap dan oksidasi parsial. Steam reforming dilakukan pada temperatur 850 - 860 ° C. Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

20

Naphtha desulfurisasi dikontakkan dengan uap pada suhu ini untuk menghasilkan hidrogen dan karbon oksida. Syngas yang dihasilkan dikompresi hingga 50 - 80bar sebelum dimasukkan ke dalam reaktor metanol. Untuk rute kedua, residu berat dimasukkan ke dalam tungku bersama dengan oksigen dan uap pada 1400 - 1450 ° C dan tekanan operasi pada 55 - 60bar dan ini tidak memerlukan kompresi lebih lanjut. Di bawah ini adalah skema aliran untuk proses tersebut; (Petersen, 2005). GAS PURIFICATION AND CONDITIONING PARTIAL OXIDATION HP STEAM

BFµ

CONVERTER

µHB

58 ATM

BFµ

HEAVY RESIDU HP STEAM

RECYCLE GAS COMPRESSOR H.E.

STEAM SUPERHEATER SEPARATOR

V-1

COOLER CONDENSATE

LP

STEAM MeOH

LP STEAM

Gambar 2.8 Diagram Proses Sintesis Metanol Tekanan Rendah – Lurgi

3. Proses Sintesis Metanol Tekanan Rendah dan Sedang – Mitsubishi Gas Chemical (MGC)

Pada proses sintesis metanol dengan teknologi MGC, sintesis metanol masih menggunakan katalis berbasis tembaga (Cu) dengan kondisi operasi reaktor pada kisaran suhu 200 – 280 oC dan kisaran tekanan 50 – 150 atm. Pada awalnya perusahaan Jepang ini menggunakan tekanan 150 atm, namun kemudian dikembangkan untuk tekanan kurang dari 100 atm. Proses MGC menggunakan reaktor dengan double-walled tubes dimana pada bagian anulus diisi dengan katalis. Syngas mengalir melalui pipa bagian dalam sedangkan pipa bagian luar dialiri

oleh

air

pendingin

(Ullmann,2005).

Proses

MGC

menggunakan

hidrokarbon sebagai umpan. Umpan dihilangkan kandungan sulfurnya sebelum masuk ke steam reformer yang beroperasi pada 500 oC. Arus keluar dari steam reformer bersuhu 800 – 850 oC dan mengandung karbon monoksida, karbon Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

21

dioksida, dan hidrogen. Selanjutnya syngas yang dihasilkan dinaikkan tekanannya dengan kompresor sentrifugal dan dicampur dengan arus recycle sebelum diumpankan ke dalam reaktor (Lee,1990). Compression HP Steam

Reformer

Circulat or

Converter

Distillation Column

Feed Heat Recovery HP Steam

Gambar 2.9 Diagram Proses Sintesis Metanol Tekanan Rendah/Sedang – MGC 4. Proses Sintesis Metanol Tekanan Sedang – Kellog

M.W. Kellog Co. memperkenalkan reaksi sintesis yang sangat berbeda, tetapi pada dasarnya merupakan reaktor tipe adiabatik. Reaktor berbentuk bulat dan didalamnya berisi tumpukan katalis. Gas sintesis mengalir melalui beberapa bed reaktor yang tersusun aksial berseri. Kebalikan dari proses ICI, panas reaksi yang dihasilkan dikontrol dengan intermediate coolers. Proses ini menggunakan katalis tembaga dan beroperasi pada rentang suhu 200-280 oC serta tekanan 100150 atm (Ullmann,2005).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

22

To fuel Synthesis gas

Natural gas Heat recovery

Sulfur removal Makeup gas compressor Process condensate

Process steam Purge To fuel Purification

E-9 Sturtup heater

Let-down vessel

Recycle comp

Methanol Product

Heat recovery Storage tank

Heavy ends

Methanol reactors Catchpot

Crude Methanol

Water

Gambar 2.10 Diagram Proses Sintesis Metanol Tekanan Sedang – Kellog 5. Proses Sintesis Metanol Tekanan Sedang – Nissui Topsoe

Proses ini menggunakan beberapa reaktor adiabatik yang disusun secara seri dan panas reaksi dihilangkan oleh pendingin menengah. Gas sintesis mengalir secara radial melalui unggun katalis dan ini mengurangi penurunan tekanan dibandingkan dengan aliran aksial. Pemurniannya sama dengan proses lainnya. Skema aliran ditunjukkan di bawah ini; (Petersen, 2005). Produk pertama perlu didinginkan sebelum reaktor kedua,. Hasil pendinginan berupa uap (steam) bertekanan rendah. Katalis yang digunakan berupa Cu-Zn-Cr yang aktif pada 230280 oC dan 100-200 atm (Lee,1990).

Reaktor adiabatis

Purge

Separator

Crude Methanol

Synthesis Gas

Gambar

Nissui 2.11 Diagram Proses Sintesis Metanol Tekanan Sedang –


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

23

2.5

Pemurnian

Pemurnian dilakukan untuk mendapatkan zat murni dari suatu zat yang telah tercemar oleh zat lain. Zat atau materi dapat dipisah dari campurannya karena campuran tersebut memiliki perbedaan sifat, itulah yang mendasari pemisahan campuran atau dasar pemisahan. Dalam proses pembuatan metanol dari gas alam ini, pemisahan dan pemurniaan dilakukan pada unit destilasi yang memisahkan

metanol

CH3OH

dengan

gas

atau

senyawa-senyawa

yang

terakumulasi. Campuran air-metanol disuling untuk mendapatkan produki akhir. Sangat penting untuk metanol untuk dimurnikan, baik dengan distilasi ataupun dengan deep flashing untuk menghilangkan komponen yang mudah menguap seperti CO 2 dan memungkinkan untuk prosess pengiriman dan transportasi di bejana atmosfer. Ada tiga tingkat metanol yaitu: kelas kimia AAA (99,85% MeOH, 0,1% berat air, dan konsentrasi alkohol yang lebih tinggi pada tingkat suku cadang per juta), Kelas bahan bakar (97% MeOH, 1% berat air, 1,5% % alkohol dan 0,5%% minyak proses) dan kelas MTBE (97wt% MeOH, 1wt% air, 2% alkohol, 150ppm metil asetat, 0,3% berat medium cair inert) (Arthur, 2010).

2.6

Aplikasi Metanol

Metanol adalah produk petrokimia, cairan kimia pada suhu normal, juga dikenal sebagai Metil Alkohol (CH3OH). Metanol dihasilkan oleh proses reformasi uap dan sintesis metanol. Methanol mentah dimurnikan menjadi produk kelas tinggi melalui distilasi (PT.KMI, 2012). Hanya sedikit larut dalam lemak dan minyak dan merupakan salah satu bahan baku kimia yang paling penting. Penggunaan utama methanol adalah di industri kimia, baik sebagai bahan baku, pelarut, atau kosolven (Daelena dkk, 2018). Kebanyakan permintaan metanol adalah di pasar kimia, sekitar 35% dari itu dikonsumsi untuk produksi formaldehida. Volume yang tersisa dikonsumsi untuk produksi aditif bahan bakar, asam asetat, metil dan vinil asetat, dan bahan kimia lainnya. Baru-baru ini, sintesis metanol telah menjadi sumber kedua konsumsi hidrogen setelah produksi amonia (Daelena, 2018). Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

24

Metanol dapat di aplikasikan berbagai jenis bahan sebagai berikut (Daelena dkk,2018) 1.

DiMethylEther Dalam 10 tahun terakhir, salah satu teknologi yang paling menjanjikan

adalah penggunaan metanol sebagai blok bangunan C1 dalam industri petrokimia, dan sebagian besar produksinya dikonsumsi dalam pembuatan DME sebagai bahan bakar alternatif. DME memiliki angka oktan dan suhu pengapian yang mendekati solar. Ini mengarah ke emisi NOX yang lebih rendah, lebih sedikit asap, dan lebih sedikit kebisingan mesin daripada mesin diesel konvensional dan, selanjutnya, dapat dengan mudah diangkut. 2.

Produksi Hidrogen

Hidrogen dianggap sebagai sumber energi bersih yang memiliki peran penting dalam pemurnian, industri kimia, dan industri elektronik. Namun demikian, seperti yang terlihat dalam pendahuluan, hidrogen sulit untuk disimpan dan diangkut, yang secara serius membatasi aplikasinya. Produksinya dari bahan baku cair yang mudah diangkut dapat menjadi alternatif yang efisien. Metanol dianggap sebagai sumber H 2 cairan yang sangat baik dengan toksisitas rendah dan rendah rantai-alkohol. Untuk alasan ini, banyak kelompok penelitian sedang mengembangkan berbagai teknologi yang memanfaatkan metanol dalam produksi hidrogen. Teknologi-teknologi ini sedang mengembangkan beberapa metode termokimia: dekomposisi langsung, reaksi Steam Reforming , Partial dan juga oleh elektrolisis larutan metanol-air . 3. Methanol Fuel Cells Tidak seperti MD dan MSR, oksidasi parsial metanol (POM) adalah reaksi eksotermik, jadi tidak diperlukan panas tambahan. Namun, pengendalian suhu akan menjadi lebih sulit. Penambahan uap ke POM mengarah ke ATR dari metanol. Dengan kata lain, metanol ATR adalah reaksi gabungan dari MSR dan POM, dan hasil H 2 nya adalah antara dua reaksi. Penambahan

uap

dalam

ATR

meningkatkan

produksi

H 2 tetapi

menurunkan suhu reaksi dan dengan demikian laju reaksi. Dengan Dibuat oleh Dwinda Haidar Fajar Muhammad Rahman Fikri

Diperiksa oleh

Disetujui oleh

25

mempertimbangkan penambahan oksigen dan uap secara simultan dalam ATR metanol, perilaku termal dan kontrol operasi menjadi lebih rumit dan sulit dipecahkan. Berbeda dengan MSR dan ATR metanol, H 2 relatif sedikit dihasilkan dari proses POM. (Daelena dkk, 2018).


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

26

Sumartono. 2000. Pengolahan Gas Limbah Proyek Gas Natuna. Jurnal Teknologi Lingkungan, Vol.1, No. 1, Januari 2000 : 10-16. M.J. Brown and N.D Parkyna. 1991. Progress in The Partial Oxidation Of Methane To and Formaldehyde. Elsevier Sciene Publishers B.V., Amsterdam. Syamsuddin. Y dan Husni Husin. 2008. Hidrogenasi CO 2 menjadi methanol dengan menggunakan katalis zeolite alam, zeolite sintesa ZSM-5 dan katalis sintesa Cu/ZnO/AlO3. Jurnal Purifikasi. Vol 9. No 1.


Diperiksa oleh

Disetujui oleh

Bab 1 Dan 2 Rev 2

Recommend Documents