UNIVERSITAS INDONESIA
Metanol dan Penggunaannya sebagai Produk Antara dan Produk Akhir
Disusun Oleh : Wahyu Riansyah (1006679945)
FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA DEPOK 2013
Metanol
Tugas Petrokimia
A. Metanol 1. Pengertian
Metanol merupakan senyawa hidrokarbon dengan gugus fungsi berupa hidroksil (OH) yang termasuk ke dalam golongan alkohol. Senyawa ini adalah bentuk alkohol yang paling sederhana dengan rumus molekul CH3OH. Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus. Metanol kadang juga disebut sebagai wood alcohol karena ia dahulu merupakan produk samping dari distilasi kayu. Saat ini metanol dihasilkan melului proses multi tahap. 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.
2. Sifat Fisika dan Sifat Kimia Metanol
Pada keadaan ruangan biasanya metanol berbentuk cairan yang tidak berwarna. Berikut ini merupakan beberapa sifat fisika dan kimia dari metanol.
Titik lebur -970C
Titik didih 64.7 0C
Massa molar 32.04 g/mol
Densitas 0.79 g/cm3 Viskositas 0.59 mPa.s pada 20 0C pKa 15.5
Mudah terbakar
Larut di dalam air dan juga pelarut organik
Sangat beracun
Dapat menyebabkan kebutaan ketika terpapar ke mata
Meskipun merupakan senyawa organik, metanol ternyata dapat larut di dalam air. Hal ini dikarenakan adanya gugus (OH) yang menyebabkan metanol menjadi sedikit polar sehingga dapat larut di dalam air. Selain larut di dalam air, metanol juga masih bersifat sebagaimana senyawa
Wahyu Riansyah
1
Metanol
Tugas Petrokimia
organik lainnya yaitu larut di dalam pelarut organik. Gugus hidroksil ini juga menyebabkan metanol dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air sehingga campuran antara metanol dengan air terkadang menjadi sulit untuk dipisahkan. Mengingat
sifatnya
yang
mudah
terbakar,
metanol
terkadang
dimanfaatkan sebagai bahan bakar kendaraan. Namun dengan nilai pKa yang sangat kecil, metanol menjadi salah satu asam lemah. Dengan sifat asam ini, metanol bersifat korosif terhadap logam. Korosifitas dari metanol ini nantinya akan menjadi masalah terkait dengan penggunaannya sebagai bahan bakar untuk kendaraan.
B. Proses Pembuatan Metanol
Secara garis besar metanol dibuat dari reaksi antara syn gas yaitu CO dan H2.
Dewasa ini metanol diproduksi dalam skala industri terutama berdasarkan perubahan katalitik dari gas sintesa (catalityc conversion of synthesis gas). Berdasarkan tekanan yang digunakan proses pembuatannya dibagi menjadi:
1. Proses tekanan tinggi
Pada proses ini pembuatan metanol dioperasikan pada tekanan 300 bar, menggunakan katalis krom oksida – seng oksida untuk perubahan katalitik dari CO dan CO2 dengan H2 menjadi metanol pada suhu 320 sampai 400 0C. Kekurangan proses ini adalah mahalnya komponen yang diperlukan untuk tekanan tinggi, biaya energi yang lebih tinggi, serta biaya peralatan yang relatif cukup tinggi.
2. Proses tekanan rendah
Pada proses ini tekanan yang digunakan ialah 50-150 bar dan suhu 200 – 5000C. Jenis katalis yang digunakan ialah dasar tembaga (copper based catalyst). Keunggulan dari proses ini adalah biaya investasi yang lebih
Wahyu Riansyah
2
Metanol
Tugas Petrokimia
rendah,biaya produksi yang lebih rendah, kemampuan operasi yang lebih baik dan lebih fleksibel dalam penentuan ukuran pabrik. Berdasarkan perbandingan dua proses di atas maka proses tekanan rendah dengan pertimbangan sebagai berikut:
Biaya investasi yang relatif rendah.
Biaya produksi yang lebih rendah.
Kemampuan operasi yang lebih baik.
Lebih fleksibel dalam penentuan ukuran pabrik.
Proses-proses yang menggunakan tekanan rendah antara lain adalah sebagai berikut:
1. Proses Lurgi
Proses ini patennya dimiliki oleh Lurgi Oel Gas Chemie GmbH. Gambaran prosesnya secara garis besar adalah sebagai berikut. Gas alam dilewatkan dalam proses desulfurisasi untuk menghilangkan kontaminan sulfur. Proses ini berlangsung kira-kira pada suhu 350-380 0C dalam reaktor desulfurisasi. Kemudian gas dikompresi dan dialirkan ke dalam unit reformer, dalam hal ini LURGI reformer dan autothermal reformer. Dalam unit reformer gas dicampur dengan uap panas dan diubah menjadi gas H 2, CO2, dan CO dengan tiga macam langkah pembentukan. Gas hasil kemudian didinginkan dengan serangkaian alat penukar panas. Panas yang dimiliki oleh gas hasil digunakan untuk membuat uap panas. Pemanas awal gas alam, pemanas air umpan masuk boiler dan alat re-boiler di kolom distilasi. Gas hasil tersebut kembali dikompresi hingga 80-90 bar tergantung pada optimasi proses yang ingin dicapai. Setelah dikompresi gas hasil kemudian dikirim ke dalam reaktor pembentukan metanol. Reaktor yang digunakan ialah LURGI tubular reaktor (proses isotermal) yang mengubah gas hasil menjadi crude methanol. Crude methanol
hasil kemudian dikirim ke dalam unit kolom distilasi untuk
menghasilkan kemurnian metanol yang dihasilkan.
Wahyu Riansyah
3
Metanol
Tugas Petrokimia
2. The ICI Low Pressure Methanol (LPM) Process
Proses ini merupakan proses yang paling umum digunakan dalam proses pembutan metanol. Paten dari proses ini dimiliki oleh Imperial Chemical Industry (ICI) dan sekarang lisensinya dipegang oleh anak perusahannya yaitu Synetik. Deskripsi prosesnya adalah sebagai berikut, umpan gas alam dipanaskan dan dikompresi lalu kemudian didesulfurisasi sebelum dimasukkan ke dalam saturator. Setelah didesulfurisasi gas alam kemudian di masukkan ke dalam saturator, di dalam saturator gas alam dikontakkan dengan air panas. Pada proses ini sekitar 90% kebutuhan steam untuk proses dapat dicapai. Selanjutnya gas alam kemudian dipanaskan ulang dan ditambahkan kekurangan steam yang dibutuhkan untuk proses. Campuran gas alam dengan uap panas ini kemudian dikirim kedalam methanol synthesys reformer (MSR). Di dalam MSR ini gas alam dirubah menjadi H2,CO2, CO. Gas hasil ini kemudian didinginkan dengan serangkaian alat penukar panas. Panas yang dihasilkan
digunakan
untuk
memanaskan
air
umpan
masuk
boiler,menghasilkan uap panas dan kebutuhan yang lain. Lalu gas hasil ini dikirim ke dalam methanol converter (ICI tube cooled reactor). Reaksi yang berlangsung dengan bantuan katalis dalam reaktor ini menghasilkan crude methanol dan bahan lain, hasil dari reaktor kemudian dipisahkan dengan separator, gas yang masih belum terkonversi dipakai sebagai bahan bakar MSR.Crude methanol yang sudah dipisahkan dari bahan lain kemudian dikirim ke unit distilasi fraksionasi untuk menghasilkan metanol yang lebih murni.
3. The ICI Leading Concept Methanol (LCM) Process
Proses ini merupakan perbaikan dari proses ICI LPM, terutama dalam hal unit reformer. Prosesnya adalah sebagai berikut. Umpan masuk gas alam pertama-tama di desulfurisasi sebelum memasuki saturator. Dalam saturator gas alam dikontakkan dengan air panas yang dipanaskan oleh gas hasil yang keluar dari Advanced Gas
Heated Reformer (AGHR). Pengaturan sirkuit
saturator ini memungkinkan untuk mendapatkan sebagian uap panas yang
Wahyu Riansyah
4
Metanol
Tugas Petrokimia
dibutuhkan untuk proses dan mengurangi sistem uap panas dari boiler.Tetapi berbagai macam modifikasi proses dapat dilakukan tergantung dari pemilihan sistem reformer dan converter. Campuran gas alam dan uap panas ini kemudian dipanaskan sebelum memasuki AGHR, dalam AGHR gas campuran memasuki tabung-tabung yang berisi katalis yang dipanaskan oleh gas hasil dari reformer kedua. Kirakira 25 % gas alam terkonversi dalam AGHR menjadi CO2. Setelah keluar dari AGHR gas alam memasuki reformer kedua kemudian ditambahkan semburan oksigen yang merubah gas alam dengan bantuan katalis menjadi gas hasil yaitu H2, CO2, dan CO. Gas hasil ini suhunya berkisar 1000 0 C dan hanya mengandung sangat sedikit metana yang tidak terkonversi. Aliran gas hasil lalu dilewatkan melalui
shell side dari AGHR dan serangkaian alat
penukar panas untuk memaksimalkan penggunaan panas. Lalu gas dikompresi sehingga 80 bar. Gas yang telah dikompresi kemudian dikirim ke methanol converter untuk mengubahnya menjadi metanol dan air. Metanol hasil kemudian dikirim ke unit distilasi fraksionasi untuk memurnikannya.
C. Pemanfaatan Metanol
Metanol dimanfaatkan baik sebagai produk antara maupun produk jadi. Sebagai produk antara, metanol digunakan antara lain sebagai bahan pembuat senyawa lainnya seperti formaldehid, asam asetat, dan juga metil amina. Hampir 40% dari metanol yang diproduksi biasanya dikonversi menjadi formaldehid dan dari formaldehid ini nantinya akan dihasilkan berbagai macam produk misalnya plastik, plywood , cat, peledak, dan tekstil. Sebagai produk jadi, metanol digunakan antara lain sebagai pelarut terutama pelarut senyawa organik, sebagai zat antibeku pada sistem perpipaan, dan juga sebagai bahan bakar kendaraan serta digunakan juga pada bidang pertanian.
1. Metanol sebagai bahan bakar Ada dua cara penggunaan metanol sebagai bahan bakar. Cara pertama
yaitu
dengan
menggunakan
senyawa
metanol
itu
sendiri
dan
mencampurkannya dengan bensin. Cara yang kedua yaitu dengan menjadikan Wahyu Riansyah
5
Metanol
Tugas Petrokimia
metanol sebagai bahan untuk membuat senyawa additif untuk menaikkan nilai oktan dari bahan bakar. Sebagai bahan bakar dalam bentuk senyawa itu sendiri, belum ada kendaraan yang mampu menggunakan seratus persen metanol sebagai bahan bakarnya. Pencampuran antara metanol dengan bensin biasanya tidak lebih dari 15%. Hal ini terkait dengan sifat dari bensin yang nonpolar sementara metanol bersifat polar sehingga kelarutan metanol dalam bensin tentunya akan terbatas. Campuran antara bensin dengan metanol ini biasa disebut dengan bioalkohol. Kelarutan metanol dengan bensin juga biasanya tergantung pada suhu. Semakin rendah suhu saat dilarutkan, maka metanol akan semakin tidak larut di dalam bensin sehingga dikhawatirkan akan berakibat buruk terhadap mesin. Kelarutan metanol dalam bensin ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan senyawa additif lainnya. Senyawa additif yang dapat digunakan antara lain adalah sabun dan juga deterjen. Kelebihan bensin yang dicampurkan dengan metanol adalah panas yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan tanpa metanol. Selain panas yang dihasilkan lebih banyak, dengan tambahan metanol nilai oktan dari bensin juga akan naik. Hal ini dikarenakan dengan tambahan metanol maka akan lebih menyempurnakan proses pembakaran. Proses pembakaran lebih sempurna karena metanol merupakan senyawa dengan rantai C yang paling sedikit dan juga bersifat sangat mudah terbakar. Perlu digarisbawahi bahwa pencampuran yang berlebih antara metanol dengan bensin tentunya akan menyebabkan mesin lebih mudah mengalami korosi sehingga berakibat knocking pada mesin justru akan semakin sering terjadi. Beberapa
kendaraan
yang
digunakan
untuk
balapan
biasanya
menggunakan metanol pada mesin yang sudah dimodifikasi. Metanol juga dapat dicampurkan dengan bensin yang sudah dicampur dengan nitrous oxide sebelumnya. Campuran antara metanol, gasoline dan nitrous oxide ternyata juga dapat menghasilkan tenaga yang lebih besar dibandingkan dengan campuran gasoline dan nitrous oxide saja. Selain sebagai bahan bakar mobil, ternyata selama perang dunia kedua metanol juga digunakan sebagai bahan bakar roket militer dengan nama M-Stoff.
Wahyu Riansyah
6
Metanol
Tugas Petrokimia
Seperti dibahas sebelumnya, salah satu permasalahan dalam menggunakan metanol sebagai bahan bakar adalah sifatnya yang korosif. Salah satu logam yang mudah terkorosi oleh metanol adalah aluminium. Biasanya, pada logam aluminium terdapat pelapis oksida (Al2O3) yang dapat melindungi lapisan aluminium dari korosi. Akan tetapi, dengan adanya metanol, lapisan tersebut justru akan mengalami reaksi sehingga logam aluminium akan mudah terkorosi.
( ) Aluminium methoxide yang terbentuk pada reaksi di atas larut di dalam metanol sehingga tentunya lapisan pelindung akan menghilang. Hilangnya lapisan pelindung akan membuat lapisan aluminium menjadi terbuka dan mudah dioksidasi oleh oksigen yang terlarut di dalam bahan bakar. Selain karena oksigen, ternyata logam aluminium akan mengalami oksidasi oleh metanol.
( ) Oksidasi dari metanol ini akan memperparah proses pengkaratan logam aluminium sehingga akan menyebabkan logam dapat habis termakan. Permasalahan ini yang menyebabkan mengapa masih sulit dikembangkannya metanol sebagai bahan bakar murni untuk kendaraan. Dibutuhkan modifikasi total dari logam yang digunakan sebagai mesin jika ingin menggunakan metanol sebagai bahan bakarnya. Modifikasi total ini tentunya akan memakan biaya yang tidak sedikit. Cara kedua untuk memanfaatkan metanol sebagai bahan bakar adalah dengan membuat zat additif yang menggunakan metanol sebagai bahan bakunya. Dengan cara ini metanol berguna sebagai produk antara yang digunakan untuk menghasilkan produk lainnya. Salah satu produk additif yang dihasilkan dari metanol adalah MTBE (methyl tertier buthyl ether). MTBE merupakan salah satu jenis additif yang digunakan untuk meningkatkan bilangan oktan dari bahan bakar. Senyawa MTBE mulai diproduksi di Revenna, Italia pada 1973. Produk yang dihasilkan dari metanol ini lebih bagus dibandingkan additif sebelumnya yaitu TEL. TEL yang mengandung timbal ternyata menghasilkan gas buang yang mengandung timbal. Timbal ini
Wahyu Riansyah
7
Metanol
Tugas Petrokimia
termasuk logam yang beracun bila terhirup oleh manusia. Penggunaan MTBE ternyata tidak hanya menaikkan bilangan oktan tetapi juga mampu mengurangi kadar CO, NOx, SO 2, dan juga hidrokarbon pada gas buang. Salah
satu
metode
untuk
menghasilkan
MTBE
adalah
dengan
mencampurkan isobutilen dengan metanol. Metanol dan isobutilena ini dimasukkan ke dalam tangki reaksi, yang sebelumnya bahan bahan tersebut dilewatkan ke dalam katalis resin penukar ion dengan suhu 40-45 0C. Terjadinya reaksi selektif antara isobuthena dan metanol ini akan membentuk MTBE. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi eksoterm sehingga panas yang dihasilkan harus diambil dengan menggunakan fluida pendingin misalnya air agar suhu reaksi dapat dijaga. Hasil samping dari reaksi ini cukup kecil sehingga biasanya kemurnian dari MTBE yang dihasilkan dapat melebihi 99%.
2. Metanol sebagai zat antibeku
Di negara yang bermusim dingin, metanol digunakan sebagai zat antibeku pada radiator mobil. Pada musim dingin jika cairan yang digunakan pada radiator adalah air, maka air tersebut akan membeku dan berdampak pada kerusakan mesin. Untuk mengatasinya digunakan metanol. Metanol dapat menurunkan titik beku dari air karena titik beku dari alkohol sendiri jauh di bawah dari air jadi apabila metanol dicampurkan dengan air radiator tentunya akan terbentuk campuran dengan titik beku antara keduanya.
3. Penggunaan metanol dalam bidang pertanian
Terdapat riset dari seorang ilmuwan yang menjadi petani bahwa dalam kondisi jika dalam kondisi cuaca yang panas, menyemprotkan metanol pada tumbuhan dapat menjadikan tumbuhan tersebut dapat tumbuh dengan lebih cepat serta mengurangi kebutuhan air dari tumbuhan tersebut. Metanol yang digunakan untuk menyemprot tumbuhan tersebut tentunya dalam konsentrasi yang cukup kecil atau encer. Tidak semua tumbuhan dapat tumbuh dengan lebih cepat dengan adanya metanol. Tumbuhan yang mengalami dampak seperti itu hanya tumbuhan kapas, gandum, strawberry, melon dan mawar.
Wahyu Riansyah
8
Metanol
Tugas Petrokimia
4. Metanol sebagai bahan dasar formaldehid
Methanol merupakan alkohol primer karena gugus -OH terikat pada Carbon (C) primer. C Primer adalah C yang mengikat satu atom C lain. Alkohol primer jika dioksidasi akan menjadi formalin CH 2O. Formalin adalah zat yang digunakan untuk mengawetkan mayat yang digunakan oleh penduduk Mesir kuno untuk membuat mumi. Belakangan banyak yang menyalahgunakan formalin sebagai bahan pengawet makanan pengganti asam benzoat. Formaldehid pertama kali dikembangkan di Jerman. Proses yang biasa digunakan untuk memproduksi formaldehid adalah oksidasi dehidrogenasi metanol dengan menggunakan katalis tertentu. Katalis yang dapat digunakan adalah Ag, besi, molybdenum atau vanadium oksida. Reaksi yang menghasilkan formaldehid dari metanol adalah sebagai berikut
Kondisi operasi pembuatan formaldehid tersebut biasanya pada temperatur antara 4700C-7000C. Formaldehid yang dihasilkan dari metanol tersebut biasa digunakan juga sebagai penghambat korosi pada industri logam, desinfektan pada kosmetik, sabun dan sirup serta juga dapat digunakan untuk menghasilkan komponen deterjen seperti nitrilotriacetic (NTA).
5. Sebagai bahan dasar TNT
Salah satu peledak/bom yang terkenal dan paling mudah pembuatannya adalah TNT (Tri Nitro Toluena), yakni salah satu golongan benzena yang memiliki gugus -CH3 dan -NO2. Salah satu bahan utama TNT adalah methanol.
Wahyu Riansyah
9
Metanol
Tugas Petrokimia
Referensi
Firdaus, M. Yusuf. 2011. Pembuatan Metanol dari Gas Alam pada Skala Industri. Artikel
dari
halaman
http://muhammadyusuffirdaus.wordpress.com
(diakses pada 4 April 2013 10.35 WIB). Khairunnisa, Risa. 2012. Kegunaan dan Dampak Dari Penggunaan Senyawa Turunan Alkana.
Artikel
dari
halaman
http://ryessha.blogspot.com
(diakses pada 4 April 2013 10.42 WIB). Satyahadi, Benny. 2012. Proses Pembuatan Metanol . Artikel dari halaman http://haska.org (diakses pada 4 April 2013 10.37 WIB). Seno. 2009. Manfaat Senyawa Hidrokarbon Alkohol / Metanol . Artikel dari halaman http://seno008.blogspot.com (diakses pada 4 April 2013 10.39 WIB). Willy. 2009. Methyl Tertier Buthyl Ether (MTBE). Artikel dari halaman http://willycar.wordpress.com (diakses pada 4 April 2013 10.43 WIB).
Wahyu Riansyah
10
