MAKALAH INDUSTRI PETROKIMIA “BUTADIENA”
Oleh: Rifky Parhana Putra (1512020)
Program Studi Teknologi Kimia Industri Sekolah Tinggi Manajemen Industri 2014 Butadiena
0
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat dan karunia-Nya saya dapat menyelesaikan makalah saya yang berjudul “Butadiena”. Dalam makalah ini saya menjelaskan mengenai pengertian secara umum. Adapun tujuan menulis makalah ini yang utama untuk memenuhi tugas dari dosen yang membimbing kami dalam mata kuliah SATUAN PROSES II. Di sisi lain,saya menulis makalah ini untuk mengetahui lebih rinci mengenai Butadiena. Saya menyadari makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh sebab itu, diharapkan kritik dan saran pembaca demi kesempurnaan makalah saya untuk ke depannya. Mudahmudahan makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi mahasiswamahasiswa yang mengikuti mata kuliah Satuan Proses II.
Jakarta, Juli 2014
Butadiena
1
BAB I PENDAHULUAN Bahan-bahan atau produk yang terbuat dari bahan dasarnya minyak dan gas bumi disebut petrokimia. Bahan-bahan petrokimia dapat digolongkan: plastik, serat sintetik, karet sintetik, pestisida, detergen, pelarut, pupuk, berbagai jenis obat dan vitamin. Sementara itu, yang dimaksud industri petrokimia adalah industri yang berhubungan dengan minyak bumi yang mengkaitkan suatu produk-produk industri minyak bumi yang tersedia, dengan kebutuhan masyarakat akan bahan kimia atau bahan konsumsi dalam kehidupan sehari-hari. Olefin merupakan bahan dasar petrokimia paling utama. Produksi olefin di seluruh dunia mencapai miliaran kg per tahun. Di antara olefin yang terpenting (paling banyak diproduksi) adalah etilena (etena), propilena (propena), butilena (butena), dan butadiena. Olefin pada umumnya dibuat dari etena, propana, nafta, atau minyak gas ( gasoil) melalui proses perengkahan (cracking). Etana dan propana dapat berasal dari gas bumi atau dari fraksi minyak bumi; nafta berasal dari fraksi minyak bumi dengan molekul C-6 hingga C-10 ; sedangkan gas oil berasal dari fraksi minyak bumi dengan molekul dari C- 10 hingga C – 30 atau C-40. Butadiena (bp1.013 = -4.413 oC, d420 = 0.6211 )(1) merupakan sebuah produk utama petrokimia. Proses awal dari industri butadiena dimulai dengan asetilen dan formaldehid atau diproduksi dari asetaldehid atau dengan cara dehidrogenasi dari etanol. Proses produksi saat ini menggunakan bahan mentah petroleum. Di Eropa dan Jepang, butadiena diperoleh hanya dari ekstraksi pemecahan panas C 4 cuts. Di US, butadiena diproduksi secara dehidrogenasi dari butana dan khususnya butana yang mengandung C4 cuts dari pemecahan katalis.
Butadiena
2
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Dehidrogenasi Katalitik dari Butena A. Kondisi Operasi Butena sering dijumpai dalam pencampuran (25-45 %) C4 cuts yang mengandung n-butena, isobutena, n-butana dan isobutana. Untuk mencapai sebuah pengembalian operasi dehidrogenasi, konsentrasi n-butena dari umpan fraksi C 4 harus lebih kecil dari 70% dan yang diinginkan adalah 80-95 %. Hal ini karena, konversi dari butena menjadi butadiena hanya sebagian dari masing- masing katalis, bagian yang tidak terkonversi harus didaur ulang lagi. Oleh karena itu hidrokarbon C 4 lainnya harus dikeluarkan sepenuhnya, untuk menghindari kekurangan jumlah dari butena yang tidak terkonversi pada tahap pembersihan. Praperlakuan terhadap umpan berhubungan dengan konsentrasi. Dehidrogenasi terjadi sesuai dengan reaksi berikut :
Konversi ini setimbang pada reaksi endoternik dan eksotermik. Pembentukan butadiena yang berkualitas tinggi yaitu pada tekanan dan temperatur yang rendah. Dalam prakteknya, operasi proses industri dalam katalis, dibawah 600 oC dengan produksi panas yang tidak terbatas, efek ini diubah menjadi tekanan parsial dari hidrokarbon dan juga memperlambat pembentukan kokas. Pembentukan kokas ini bergantung pada luas permukaan, proses tersebut harus di operasi ulang dimana frekuensinya seimbang dengan jumlah pemasukan kokas. Pada tabel 6.1 memberikan sebagian ciri khas dari kondisi operasi dan hasil yang diperoleh dari beberapa katalis.
Butadiena
3
Tabel 6.1. Penyelesaian yang dicapai dari katalis yang berbeda pada dehidrogenasi dari butena. Catalyst o
Temperature ( C) Pressure (106 Pa abs) Steam butenes (mol/mol) Space velocity (VHSV) %Conversion per pass %Butadiene selectivity Regeneretion and Freq. B.
Shell 105
Shell 205
Dow B Ni And
Phillips 1490
Fe2O3/Cr2O3 620 – 680 10 – 18/1 20 – 30 80 – 70 1h – 7 days
Fe2o3/Cr2O3 620 – 680 0.15 – 0.18 8/1 500 26 – 28 75 – 73 1 – 24h
Ca Phosphate 600 – 680 0.16 – 0.20 20/1 125 – 175 Up to 45 90 15 – 30 min
Fe2O3/Bauxite 620 – 680 0.15 – 0.18 10 – 12/1 300 - 400 27 – 33 76 – 69 None
Proses Hidrogenasi dari butena menunjukkan panas yang pada mulanya dihasilkan dari
Esso. Shell dan Phillips. Sesuai dengan prinsip tipe operasi ini, terlebih dahulu umpan dipanaskan dengan mencampurkannya dengan superheated steam dan kemudian mengirimnya ke reaktor adiabatik, pada bagian dasarnya mengandung katalis dengan ketebalan 80-90 cm. Temperatur awalnya 620oC, akan meningkat sejalan dengan berkurangnya aktivitas katalis. Akhirnya diperbaharui oleh pengolahan panas secara sederhana. Tekanan reaksi adalah 0,1-0,2 . 106 Pa abs dan sampai 0,5. 106 Pa abs sampai pembaharuan selesai. Aliran keluar reaktor didinginkan oleh pemasukan air dan kemudian dilanjutkan ke seluruh rangkaian dari heat exchangers untuk menghasilkan panas. Hasil ini kemudian didinginkan lagi oleh pemasukan air yang kedua atau oleh hidrokarbon berat. Larutan yang kental dipisahkan dan gas dikompres kemudian dikirim ke rangkaian sederhana yaitu tempat terjadinya distilasi untuk menghilangkan hidrokarbon ringan, hidrogen dan karbondioksida, untuk mengekstrak dan memurnikan butadiena dan untuk mendaur ulang butena yang tidak terkonversi.
Butadiena
4
2.2 Dehidrogenasi Katalitik dari n-Butana A. Kondisi Operasi Proses tersebut terjadi sesuai dengan reaksi berikut :
Konversi endotermik dan eksotermik adalah seimbang. Pada suhu 600 oC dan tekanan atmosfer, konversi yang pertama mencapai 57,7 % dan yang kedua 15,9 %. Pada 10 kPa abs dan temperatur yang sama, konversi yang dicapai adalah 45,4 %. Katalis dehidrogenasi harus cukup aktif agar memberikan waktu yang relatif singkat dan pemakaian temperatur yang rendah, untuk mengurangi reaksi pemecahan panas. Karbon dihilangkan dengan pemanasan pada suatu tempat yang mengandung oksigen. Dalam arti bahwa katalis harus mempunyai panas yang stabil untuk menghindari penghentian proses selama terjadi oksidasi. Katalis yang baik digunakan adalah alumina
Butadiena
5
dan chromium oxide, tapi katalis ini tidak bisa dipakai dalam keadaan panas. Operasi diatur pada temperatur antara 550 sampai 700oC dan tekanan dibawah 0,1. 106 Pa abs. B. Proses 1. OUP process. Industri pertama untuk dehidrogenasi butana menjadi butena telah dibangun oleh OUP (Universal Oil Products) dari ICI ( Industrial Chemical Industries ) terdapat di billingham (United Kingkom) pada tahun 1939/1940. UOP proses menggunakan multitube reaktor yang dioperasikan dengan katalis Cromium Oxide / Aluminium, pada suhu 5700C dan tekanan 0,8 x 106 Pa abs pada saat pemasukan, dengan pressure drop 0,5x106 Pa abs di dalam pipa-pipa (panjang 5 m dan diameter 7,5 cm). Konversinya 22,5% dengan selektivitas molar 80-90 %. Versi modern dari teknologi ini, disebut Oleflex, yang mengkombinasikan unit olex untuk separasi olefin pada saringan molekular telah digunakan untuk pabrik-pabrik besar dari n-butena. 2. Philips process Variabel proses ini berisi beberapa langkah yaitu : a) Dehidrogenasi n-butana menjadi butena. b) Separasi butena, butana tidak dirubah dari produk-produk lain dari fraksi dan distilasi ekstraksi dengan menggunakan larutan berair dari furfural, dan kemudian mendaur ulang n-butana. c) Dehidrogenasi dari butena menjadi butadiena. d) Separasi dan pemurnian butadiena dengan distilasi ekstraksi dengan furfural dan kemudian mendaur ulang butena. Butana adalah dehidrogenasi isotermal dalam multitube reaktor, dengan panjang pipa 3,5 m dan diameter 5 cm. Kondisi operasinya adalah sebagai berikut: o Temperatur
: 565-5900C
o Tekanan
: 0,1-0,2x106Pa obsolut
o Space velocyity
: 700/jam
o Konversi
: 30%
o Selektivitas molar : 80% Butadiena
6
Pertama stok umpan yang terdiri dari 98% n-C4 dikeringkan. Proses berjalan dan reaktor-reaktor dioperasikan selama 1 jam untuk dehidrogenasi dan 1 jam untuk regenerasi. Regenerasi menggunakan 0,7 x 106 Pa abs dengan gas terdiri dari 2-3% oksigen. Pada saat ini butana dapat didehidrogenasi dengan cara baru yang disebut dengan Star proses. Telah disebutkan dalam dehidrogenasi propana dan juga dalam pabrik isobutena. 3. Houdry (Air Products) catadiene process (fig 6.2) Proses ini telah banyak digunakan untuk memproduksi butadiena dari dehidrogenasi menggunakan umpan n-C4 95% atau lebih , yang menghasilkan suatu campuran butena dan butadiena dalam single step. Butadiena di separasi, butena dan butana didaur ulang. Katalis aluminium aktif terdiri dari 18-20 % berat dari Cromium Oksida, yang dapat hidup lebih dari 6 bulan. Ini ditempatkan dalam reaktor jenis horizontal dengan refactory bricks. Inert aluminiun dicampur dengan katalis untuk mencapai distribusi yang seragam dari panas yang dikehendaki untuk reaksi dan berkapasitas panas tinggi dari katalis bed. Kondisi operasinya sebagai berikut: o Temperatur
: 600-6750C
o Tekanan
: 15-70 kPa absolut
o Sepace velocity
: 300/jam
o LHSV
: 1-3jam
o Konversi
: 50-60 %
Pada saat proses berjalan, stok umpan dan C4 recycle awalnya dipanaskan sampai 600 oC dan dikirim ke katalis bed, pembentukan butadiena, butena, angka dari produk yang mengandung gas dan karbon. Setelah reaksi 5-10 menit, tergantung dari jenis reaktor yang digunakan, temperatur terendah 15–200C. Regenerasi kemudian diselesaikan selama 5–10 menit. Reaktor dari pemurnian awal dengan steam, dan udara pada 600 0C yang kemudian dipanaskan dalam bentuk penambahan karbon. Panas dicapai pada temperatur katalis bed. Berdasarkan regenerasi ini pada tekanan atmosferik dan penghentian dari pemasukan udara. Gas yang mudah terbakar dapat menaikan excess oksigen dan untuk membuat reduksi katalis. Waktu yang dibutuhkan untuk perubahan ini Butadiena
7
adalah selama kurang dari 3-5 menit. Keseluruhan operasi dengan total waktu 15-30 menit. Dengan mengatur lamanya waktu perubahan, kelanjutan operasi dapat dicapai dengan mengoperasikan sekurang-kurangnya 3 reaktor (reaksi, regenerasi dan pemurnian). Kapasitas dicapai dan lebih menguntungkan menggunakan 5 buah reaktor dengan hanya satu untuk pemurnian, menjadi 7 buah. Dengan angka ini tidak mungkin menggunakan single reaktor pemurnian, karena waktu perubahan (transisinya) menjadi sangat singkat. Aplikasi dari teknik ini untuk dehidrogenasi parafin mentah yang dikenal dengan catofin process.
2.3 Dehidrogenasi dengan Aksi dari Agen Pengoksida Metode ini terdiri dari 2 jenis : a.
Kombinasi dari hidrogen dan iodin, yang diregenerasikan dari oksigen. Larutan ini diselidiki oleh Shell dalam Idas proses, yang tidak dipakai dalam industri karena korosi dan banyak kehilangan iodin.
Butadiena
8
b.
Hidrogenasi oksigen dengan pembentukan air. Proses ini dapat dilihat dari reaksi berikut : C2H8 +
1 O2 2
C4H6 + H2O
H0298 = -115 sampai –130 kJ /mol (Ini tergantung dari isomernya)
Pada suhu 400 dan 600 0C, pada tekanan 0,15 x 106 Pa abs, dalam katalis yang terdiri dari Bismut Molibdate dan Phospate. Yang ditutup dengan berbagai logam transisi. Operasi dijalankan dengan oksigen ke ratio mole butena adalah 1 dan steam ke ratio butena adalah 30-50. Konversi lebih dari 60% dan selektivitas molar butadiena yang keluar mencapai 95%. Jika proses ini terdiri dari dehidrogenasi langsung, panambahan 10-20% volum oksigen ke stok umpan yang disiapkan untuk kapasitas produksi 25% dengan peningkatan yield. Penggunaan oksigen dapat menimbulkan akibat : a. Pergeseran kesetimbangan pembakaran penghasil hidrogen dalam reaksi. b. Reduksi dari gradient temperatur katalis bed, karena reaksi menjadi eksotermis. c. Mengurangi
penambahan
kokas,
meningkatkan
umur
katalis
dan
memungkinkan operasi eliminasi terjadi. Bermacam-macam proses telah dikembangkan, terutama oleh BP Chemical Polimer Corporation, Shell dan lain–lain, tetapi hasil utama indusrti di areal ini adalah Philips (OXO-process, pada awalnya digunakan di Borger, Texas) dan Petrotex (Oxo proses dijalankan di Tenneco Facilities di Houston, Texas dan di Firestone, Orange Texas dll) fig 6.3 memberikan flow sheet dari teknologi petrotex. .
Butadiena
9
Secara skematik proses di atas dapat digambarkan sebagai berikut :
Butadiena
10
2.4 Perbandingan Proses - proses yang digunakan untuk Memproduksi Butadiena. Keterangan Umpan Suhu ( oC ) Tekanan ( Pa abs ) Katalis Konversi Proses
Dehidrogenasi katalitik dari butena C4 cuts 600 - 680 0,16-0,20 x106 Ni And Ca Phosphate Up to 45 % Dehidrogenasi C4 cuts yang mengandung n-butena, isobutena, nbutana dan isobutana, kemudian dipanaskan, hasilnya dikirim ke reaktor adiabatic. Keluaran reactor ini didinginkan, larutan yang kental dipisahkan dan gasnya dikompres, kemudian didistilasi untuk menghilangkan hidrokarbon ringan, hydrogen dan karbondioksida, untuk mengekstrak dan memurnikan butadiene dan untuk mendaur ulang butena yang tidak terkonversi.
Keterangan Umpan Suhu ( oC )
Butadiena
UOP Process Butana 570
Phillips Process n- butana 565 - 590
Houdry Process n-C4 600 - 675
11
Tekanan (Pa
0,8 x 106
0,1-0,2 x 106
15-70 x 103
abs) Katalis
Chromium Oxide /
Furfural
Chromium Oxide /
Konversi Proses
aluminium 22.5 % Menggunakan
30 % Dehidrogenasi n-butana
aluminium 50 – 60 % Dehidrogenasi n-
reaktor multitube yang dioperasikan sesuai dengan
menjadi butena. Separasi butena, butana
C4 menghasilkan butena dan
tekanan dan suhu
tidak dirubah dari produk- butadiena, kemudian produk lain dari fraksi
yang telah
dan distilasi ekstraksi
butadiena di
ditentukan. Proses
dengan menggunakan
separasi
ini telah
larutan berair dari
sedangkan butena
diperbaharui yang
furfural, dan kemudian
dan butana didaur
dikenal dengan Star
mendaur ulang n-butana.
ulang
Process.
Dehidrogenasi dari butena menjadi butadiena. Separasi dan pemurnian butadiena dengan distilasi ekstraksi dengan furfural dan kemudian mendaur ulang butena.
Keterangan Umpan Suhu ( oC ) Tekanan (Pa abs) Katalis
Butadiena
Petrotex Process (Oxo D) Butena 400 dan 600 0,15 x 106 Bismut molibdate dan Phospate
12
Konversi Proses
> 60 % Terdapat 2 metode yaitu : (a) Kombinasi hidrogen dan iodin, tidak dipakai lagi dalam industri karena menyebakan korosi dan banyak kehilangan iodin, (b) Hidrogenasi oksigen dengan pembentukan air.
Butadiena
13
BAB III KESIMPULAN 3.1 Kesimpulan 1. Pembetukan butadiena dengan dehidrogenasi katalitik dari butena menggunakan umpan C4 cuts yang mengandung n-butena, isobutena, n-butana dan isobutana dengan konsentrasi n-butena dalam C4 cuts kecil dari 70%, konversi butadiena dari butena hanya sebagian yang etrbentuk dari masing- masing katalis dan bagian yang tidak terkonversi harus didaur ulang lagi. Pembentukan produk yang berkualitas tinggi yaitu pada tekanan dan temperatur rendah. 2. Pembentukan butadiena dengan dehirogenasi katalitik dari n-butana, terdapat tiga proses yaitu OUP process, Phillips process, dan Houdry (Air Products) catadiene process. Proses yang banyak digunakan adalah Houdry (Air Products) catadiene process, karena konversinya tinggi, waktu proses relatif singkat dari proses yang lain, katalis yang digunakan dapat bertahan hidup sampai 6 bulan. 3. Pembentukan butadiena melalui dehidrogenasi dengan aksi dari agen pengoksida, terdapat 2 metode yaitu (a) Kombinasi hidrogen dan iodin, tidak dipakai lagi dalam industri karena menyebakan korosi dan banyak kehilangan iodin, (b) Hidrogenasi oksigen dengan pembentukan air. Konversi butadiena dari proses ini lebih dari 60%.
Butadiena
14
DAFTAR PUSTAKA
Chauvel, Alain and Gilles Lefebvre. 1989. Petrochemical Processes, jilid I. France. Institute Francais du Petrole Publications. Speight, James G. 2002. Chemical and Process Design Handbook. United States of America. McGraw-Hill.
Butadiena
15
