11 bab ii tinjauan pustaka pabrik pembuatan benzene

BAB II

DASAR-DASAR PRA-RANCANGAN

2.1. Bahan baku

Dalam pembuatan benzene terdapat bahan baku yakni coke oven light oil dan

Hidrogen. Berikut penjelasan kedua bahan tersebut.

2.1.1 Coke Oven Light Oil

Coke oven light oil adalah minyak yang diperoleh sebagai hasil samping proses

karbonisasi batubara yang mempunyai sifat sangat mudah terbakar. Light oil memiliki

kandungan senyawa aromatis sekitar 95 %, terutama berupa benzen, toluen dan xylen.

(Logwinuk et al, 1964). Coke oven light oil juga mengandung kandungan sulfur seperti

tiophene (0,3-0,6% berat), nitrogen seperti pyridine (0,25% berat) dan olefinic aromatik

seperti styrene (1,5-2,5% berat).

Sejak diketahui adanya kandungan benzene di dalam light oil pada tahun 1876,

usaha pengambilan benzen dari light oil secara komersial dimulai. Benzen sendiri

merupakan bahan kimia yang memiliki kegunaan yang luas, antara lain sebagai bahan

baku pembuatan fenol, stiren, sikloheksan dan produk-produk lain yang digunakan dalam

industri obat-obatan, zat warna, insektisida dan plastik. Setelah Perang Dunia ke-2

permintaan benzen dunia terus meningkat seiring dengan berkembangnya industri kimia

hingga melebihi total produksi benzen yang dapat dihasilkan oleh industri karbonisasi

batubara. Hal ini memicu peningkatan produksi benzen dari industri minyak bumi yang

hingga saat ini menjadi pemasok utama kebutuhan benzen dunia. (Kirk & Othmer, 1978)

Saat ini telah dikembangkan suatu proses pengambilan senyawa aromatis dari coke

oven light oil, yakni dengan proses Litol. Pada proses ini umpan light oil yang telah

diuapkan, dilewatkan ke dalam reaktor yang berisi tumpukan katalis bersamaan dengan

arus hidrogen. Tekanan operasi yang digunakan sekitar 35 atm, dengan suhu berkisar

antara 550-620°C. Spesifikasi dari coke oven light oil sebagai berikut :

Wujud : Cairan berwarna coklat muda

Bau : Organik

Titik lebur, (pada 101 kPa), [°C] : -18

Titik didih, (pada 1013 hPa), [°C] : 82-114

Densitas (pada 20°C), [g/cm3] : 0,85-1,05

Kelarutan dalam Air 20oC [mg/l] : 0.1 – 100

II-1

II-2BAB II Dasar-Dasar Pra-Rancangan

Viskositas (20°C), [cP] : 0,646

Flash point, [°C] : < 2 (EN ISO 2719)

Komposisi, [% berat]Benzena : 63Toluena : 20Xilena : 10Stirena : 7

(Sumber : Wilson, P.J and Wells, J.H., 1950, Coal, Cokeand Coal Chemistry, Mcgraw Hill Book Co.,

New York)

Indonesia masih mengimpor kebutuhan benzen dalam negerinya. Sebagai negara

penghasil batubara, Indonesia memiliki potensi untuk memproduksi benzen melalui

pengolahan coke oven light oil. Selain itu pengolahan coke oven light oil ini dapat

meningkatkan nilai hasil samping industri karbonisasi batubara.

Sifat Kimia :

Halogenas Produk substitusi atau adisi diperoleh dengan halogenasi benzene. Benzene

dapat direaksikan dengan Br2 dan Cl2 (katalis halida logam) akan diperoleh

chlorobenzene dan bromobenzene. Reaksi ditunjukkan sebagai berikut.

+ Br2 FeBr3 Br + HBr

(benzena) (bromobenzene)

Cl

+ Cl2 FeBr3 + HCl

(benzena) (chlorobenzene)

(Kirk and Othmer, 1991)(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)

Nitrasi Benzena dapat dinitrasi menjadi nitrobenzene. Proses nitrasi menggunakan

campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat pada suhu 50-55°C

menghasilkan nitrobenzene yang lebih banyak sekitar 95%. Reaksi sebagai

berikut :

NO2

+ HNO3 + H2SO4 50-55°C + H3O+ + HSO4-

(benzena) (nitrobenzene)

(Kirk and Othmer, 1991)


Sulfonasi Benzena dapat terkonversi menjadi benzene sulfonic acid dengan oleum atau

chlorosulfonic acid.

Alkilasi Hasil alkilasi benzene seperti ethylbenzene dan cumene diproduksi dengan

mereaksikannya antara etilen dan propilen.

Oksidasi Agen pengoksidasi kuat seperti permanganatatau dikromat dapat

mengoksidasi benzene menjadi air dan karbondioksida.

C6H6 MnO4/Cr2O3 CO2 + H2O


Reduksi Benzena dapat tereduksi menjadi cyclobenzene (dengan hidrogen dan katalis

nikel atau kobalt). Hidrogenasi katalitik benzene fase uap berlangsung pada

suhu 200°C(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)

2.1.2 Hidrogen

Hidrogen adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor

atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen berwujud gas tidak berwarna, tidak

berbau, bersifat logam bervalensi tunggal, merupakan gas diatomic yang sangat mudah

terbakar. Hidrogen merupakan unsur paling melimpah dari total massa unsnur alam

semesta. Senyawa hydrogen relative langka dan jarang dijumpai secara alami, biasanya

dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon.

Hidrogen ditemukan pada tahun 1766 oleh H Cavendish. Dikenal tiga isotop

hydrogen, yaitu normal, deutrum (hidrogen berat), dan tritium (hydrogen sangat berat).

Hydrogen banyak terdapat di alam, terdapat juga di angkasa dan benda-benda angkasa.

Hanya merupakan 0,001% dari atmosfer bumi, terpusat di bagian pinggir paling luar.

Hydrogen umumnya bersumber dalam kerak bumi. Diperoleh dengan berbagai cara,

terutama elektrolisis air atau senyawa yang mengandung hydrogen. Hydrogen dipakai

dalam penelitian nuklir, pengelasan, hidrogenasi lemak, pembuatan hidrokarbon dan

senyawa organic lainnya, pembuatan amoniak, pembersihan biji besi, metalurgi, industry

kimia, serta bahan bakar roket, membentuk lebih dari 10% tubuh manusia. Aktif secara

kimiawi, banyak membentuk persenyawaan air , asam, basa, alcohol, hidrokarbon,

karbonhidrat, dan zat makanan. Inti atom hydrogen di kelilingi oleh 1 elektron pada

kulitnya. (JOHN WILEY,1990)


Dalam keadaan normal di Bumi, unsur Hidrogen berada dalam keadaan gas

diatomik, H2. Namun, gas Hidrogen sangatlah langka di atmosfer Bumi (1 ppm

berdasarkan volume) oleh karena beratnya yang ringan yang menyebabkan gas Hidrogen

lepas dari gravitasi Bumi. Walaupun demikian, Hidrogen masih merupakan unsur paling

melimpah di permukaan Bumi. Kebanyakan Hidrogen Bumi berada dalam keadaan

bersenyawa dengan unsur lain seperti hidrokarbon dan air. Gas Hidrogen dihasilkan oleh

beberapa jenis bakteri dan ganggang.

Gas Hidrogen, H2, pertama kali dihasilkan secara artificial oleh T. Von Hohenheim

melalui pencampuran logam dengan asam kuat. Dia tidak menyadari bahwa gas mudah

terbakar yang dihasilkan oleh reaksi kimia ini adalah unsur kimia yang baru.

Saat ini sejumlah besar hidrogen diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia.

Penggunaan terbesar hidrogen adalah untuk memproses bahan bakar fosil. Konsumen

utama dari hidrogen di kilang petrokimia meliputi hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi, dan

hydrocracking.

Berikut beberapa kegunaan dari Hidrogen :

a. Di bidang kimia organik

Hidrogen berguna untuk reaksi hidrogenasi berbagai senyawa organik. Beberapa

senyawa organik yang menggunakan Hidrogen adalah reaksi kimia rosenmund

dan reaksi kimia asilasi Freidel Crafts.

b. Industri Pupuk

Di industri pupuk, pemanfaatan hidrogen dimanfaatkan dengan cara direaksikan

dengan Nitrogen. Dengan hasil reaksi adalah ammonia yang berguna sebagai

bahan dasar pupuk

c. Industri minyak goreng

Di industri minyak goreng, hidrogen juga menjadi sebagai bahan untuk

meningkatkan tingkat kejenuhan minyak, biasanya minyak goreng nabati.

d. Industri bahan bakar

Salah satu industri lain yang menggunakan hidrogen adalah dalam pembuatan

metanol yang digunakan sebagai bahan bakar. Metanol dihasilkan melalui proses

pembentukan kembali gas alam yang ada di Bumi.

e. Proses penghilangan sulfur


Untuk menghilangkan kadar sulfur atau zat belerang pada bahan bakar minyak

yang berasal dari fosil, digunakan hidrogen sebagai bahan hidrodesulfurisasi.

(Dr. Yuli, 2015)

Untuk spesifikasi hidrogen dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Wujud : Gas

Bau : Tidak berbau

Titik lebur, (pada 1 atm), [°C] : -259,14

Titik didih, (pada 1 atm), [°C] : -252,87

Densitas (pada 20°C), [g/cm3] : 0,07

Kelarutan dalam air 25°C, [g/100 g air] : 0,10

Temperatur kritis, [°C] : -240,18

Tekanan kritis, [atm] : 12,81

Flash point, [°C] : 16

Flammability limit udara, [%volume] : 4,0-75%

Panas peleburan, [kJ/mol] : 0,117

Tabel 2.2 Spesifikasi Hidrogen

Sifat Fisis Hidrogen

Wujud :Gas

Bau : Tidak berbau

Titik lebur, (pada 1 atm), [°C] : -259,14

Titik didih, (pada 1 atm), [°C] : -252,87

Densitas (pada 20°C), [g/cm3] : 0,07


Temperatur kritis, [°C] : -240,18


Flash point, [°C] : 16

Flammability limit udara, [%volume] : 4,0-75%

Panas peleburan, [kJ/mol] : 0,117

Panas penguapan (pada 80,1°C), [kJ/mol] : 0,904

Panas pembakaran (25°C), [kJ/mol] : -286

Kapasitas kalor, [J/mol.K] : 28,836

Kemurnian (% berat) : 99,99 %


Sifat Kimia Hidrogen

a. Hidrogen bereaksi dengan sejumlah oksida logam pada suhu tinggi untuk menghasilkan logam dan air, seperti yang ditunjukkan reaksi berikut. FeO + H2 Fe + H2O Cr2O3 + 3H2 2Cr + H2O (Sumber : Kirk and Othmer, 1991)

b. Bereaksi dengan oksigen menghasilkan H2O : 2H2 + O2 2H2O

c. Sangat mudah terbakar dan meledak pada temperature 560oC

d. Akan terbakar pada serendah 4% H2 di udara bebas

2.2. Bahan Penunjang

Bahan tambahan yang digunakan dalam pembuatan benzene yakni katalis Nikel-

Molibdenum. Berikut penjelasan dari Nikel-Molibdenum.

2.2.1 Nikel-Molibdenum

Katalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi

(mengarahkan atau mengendalikannya), tanpa terkonsumsi oleh reaksi, sehingga katalis

tidak muncul di dalam persamaan stoikiometri reaksi. Katalis bersifat mempengaruhi

kecepatan reaksi, tanpa mengalami perubahan secara kimiawi pada akhir reaksi. Proses

yang dilakukan oleh katalis ini disebut katalisis.

Katalis dapat dibedakan menjadi dua golongan utama berdasarkan fasenya di dalam

sistem reaksi, yakni katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen merupakan

katalis yang ada dalam fase yang sama dengan fase reaktan (fase katalis sama dengan fase

reaksi). Yang paling umum berupa fase cair, dengan katalis dan reaktan berada dalam

larutan. Sedangkan katalis heterogen merupakan katalis yang fasenya tidak sama dengan

fase reaktan (fase katalis tidak sama dengan fase reaksi). Umumnya fase katalis berupa

padatan dan fase reaksi berupa gas. Khusus untuk katalis heterogen, biasanya disangga

(supporting) oleh komponen-komponen yang dapat menunjang sifat katalis agar sesuai

dengan yang diharapkan seperti luas permukaan yang tinggi, aktivitas, selektivitas, dan

sebagainya. Jenis penyangga yang umumnya digunakan adalah oksida dengan titik leleh

yang tinggi, tanah liat, dan karbon.

Katalis yang digunakan dalam reaktor Litol adalah katalis golongan heterogen, yakni

Nikel-Molibdenum (Ni-Mo) yang disangga/support catalyst oleh gamma alumina (-

Al2O3). Molibdenum bertindak sebagai zat aktif dan menstabilkan aluminium oksida


sedangkan nikel bertindak sebagai promotor untuk meningkatkan aktivitas molibdenum.

Pemilihan tipe katalis bergantung pada aplikasi dan aktivitas/selektivitas yang diinginkan.

Katalis NiMo cocok untuk proses pre-treatment yaitu hidrogenasi senyawa tak jenuh

(diolefin, stirena) dan proses pengambilan senyawa aromatik yang berasal dari hasil

samping proses karbonisasi (coke oven). Spesifikasi katalis Ni-Mo dapat dilihat pada Tabel

2.3.

Gambar 2.1 Katalis Nikel-Molibdenum/Ni-Mo

Tabel 2.3 Spesifikasi Katalis Nikel-Molibdenum/Ni-Mo

Wujud : Ekstrusi

Warna : Hijau Muda

Diameter, [mm] : 3

Densitas bulk, [g/mL] : 0,750

Komposisi : NiO, [%wt] MoO3, [%wt]

: 1-5: 10-20

Umur pakai, [tahun] : 1(Sumber: Alibaba.com, 2013)

2.3. Benzene

Benzene juga dikenal dengan rumus kimia C6H6 adalah senyawa kimia organik

yang terdiri dari enam atom karbon yang membentuk cincin, dengan satu atom hidrogen

berikatan pada setiap satu atom karbon. Benzene merupakan cairan tak berwarna dan

sangat mudah terbakar serta mempunyai bau yang aromatis.

Benzene adalah salah satu komponen dalam minyak bumi, dan merupakan salah

satu bahan petrokimia yang paling dasar serta pelarut yang penting dalam dunia industri.

Karena memiliki bilangan oktan yang tinggi, maka benzene juga salah satu campuran

penting dalam bensin. Benzene menaikkan angka oktan bensin dan mengurangi ketukan

mesin. Maka, bensin sebelum tahun 1950-an mengandung beberapa persen benzene

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mudah_terbakar&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Warna

http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrogen

http://id.wikipedia.org/wiki/Karbon

http://id.wikipedia.org/wiki/Atom

http://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organik

http://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_kimia


didalamnya. Zat aditif itu kemudian digantikan oleh tetraetil timbal. Setelah tetraetil timbal

tidak digunakan lagi karena beracun bagi lingkungan, benzene kembali popular sebagai zat

aditif di beberapa Negara.

Benzene ditemukan pada tahun 1825 oleh seorang ilmuwan Inggris, Michael

Faraday,kemudian rumus molekulnya ditetapkan oleh Mitscherlich sebagai C6H6.

Menurut kekule (1866) rumus bangun benzene berupa segi enam datar dengan ikatan

rangkap selang-seling, dimana jarak antar atom C sama besar dengan sudut iakatan 120o.

Gambar struktur molekul benzene

Pada tahun 1833, kimiawan Jerman, Eilhard Mitscherlich menghasilkan benzene

melalui distilasi asam benzoate (dari benzoin karet) dan kapur. Saat ini telah

dikembangkan berbagai macam proses pembuatan benzene dan salah satunya dari coke

oven light oil melalui proses litol.

Banyak senyawa kimia penting yang berasal dari benzene. Senyawa-senyawa ini

dibuat dengan cara menggantikan satu atau lebih atom hidrogen pada benzene dengan

gugus fungsional lainnya.

Berikut tabel manfaat atau kegunaan dari beberapa senyawa turunan benzene :

Tabel 2.4 Tabel manfaat senyawa turunan benzene

No Turunan Benzene Manfaat

1. Toluena

(Metil Benzene)

- Bahan pembuat asam benzoate

- Bahan pembuat TNT (Trinitro

Toluena)

- Pelarut senyawa karbon

2. Asam Benzoat - Pengawet makanan


- Bahan baku pembuatan fenol

3. Fenol

(hidroksibenzena / fenil alkohol)

- Zat antiseptic

- Zat disinfektan

- Pembuatan pewarna

- Resin

4. Trinitro Toluen (TNT) - Bahan peledak

5. Trinitro Benzene (TNB) - Bahan peledak

6. Nitro Benzene - Pewangi pada sabun

- Pembuatan aniline

7. Anilin

(aminobenzena / fenil amina)

- Obat-obatan

- Bahan dasar zat warna diazo

8. Stirena - Bahan pembuatan plastic dan karet

sintesis

9. Asam salisilat - Bahan obat / zat analgesic (aspirin)

- Obat penyakit kulit

10. Asam tereftalat - Bahan serat sintetik polyester

11. Parasetamol (asetaminofen) - Obat penurun panas

12. Benzal dehida - Zat aditif penambah aroma makanan

13. Benzil alcohol - Bahan pelarut

14. Halogen Benzene - Digunakan pada pembuatan cat dan

pembuatan insektisida

15. Asam Benzene sulfonat - Pembuatan obat

- Pemanis buatan

(Sumber : kimiastudycenter)

Dalam dunia industri, benzene digunakan sebagai pelarut, juga bahan dasar dalam

produksi obat-obatan, plastik, bensin, karet buatan, dan pewarna. Karena bersifat

karsinogenik, maka pemakaiannya selain bidang non-industri menjadi sangat terbatas.

Produk benzene dari coke oven light oil dengan proses Litol menghasilkan benzene dengan

kemurnian antara 95% hingga 99,95%wt. Berikut adalah spesifikasi dari benzene dapat

dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.5 Spesifikasi Benzene

Sifat Fisis Benzene

http://id.wikipedia.org/wiki/Pewarna

http://id.wikipedia.org/wiki/Karet

http://id.wikipedia.org/wiki/Plastik

http://id.wikipedia.org/wiki/Obat


Rumus : C6H6

Massa molekul, [gr/mol] : 78,11

Titik lebur, (pada 1 atm), [°C] : 5,533

Titik didih, (pada 1 atm), [°C] : 80,1

Densitas (pada 25°C), [kg/m3] : 873,7

Viskositas (20°C), [cP] : 0,646

Temperatur kritis, [°C] : 289,45


Flash point, [°C] : -11,1

Fire point, [°C] : 30

Flammability limit udara, [%volume] : 1,5-80

Panas peleburan, [kJ/g.mol] : 9,874

Panas penguapan (pada 80,1°C), [kJ/g.mol] : 33,847

Panas pembakaran (25°C), [kJ/g.mol] : 41,836


Refraktif Index : 1,498

Kemurnian : 95-99,95%

Sifat Kimia Benzene

Halogenasi Produk substitusi atau adisi diperoleh dengan halogenasi benzene. Benzene

dapat direaksikan dengan Br2 dan Cl2 (katalis halida logam) akan diperoleh

chlorobenzene dan bromobenzene. Reaksi ditunjukkan sebagai berikut.

+ Br2 FeBr3 Br + HBr

(benzena) (bromobenzene)

Cl

+ Cl2 FeBr3 + HCl

(benzena) (chlorobenzene)

(Kirk and Othmer, 1991)(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)

Nitrasi Benzena dapat dinitrasi menjadi nitrobenzene. Proses nitrasi menggunakan

campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat pada suhu 50-55°C

menghasilkan nitrobenzene yang lebih banyak sekitar 95%. Reaksi sebagai


berikut :

NO2

+ HNO3 + H2SO4 50-55°C + H3O+ + HSO4-

(benzena) (nitrobenzene)


Sulfonasi Benzena dapat terkonversi menjadi benzene sulfonic acid dengan oleum atau

chlorosulfonic acid.

Alkilasi Hasil alkilasi benzene seperti ethylbenzene dan cumene diproduksi dengan

mereaksikannya antara etilen dan propilen.

Oksidasi Agen pengoksidasi kuat seperti permanganatatau dikromat dapat

mengoksidasi benzene menjadi air dan karbondioksida.

C6H6 MnO4/Cr2O3 CO2 + H2O


Reduksi Benzena dapat tereduksi menjadi cyclobenzene (dengan hidrogen dan katalis

nikel atau kobalt). Hidrogenasi katalitik benzene fase uap berlangsung pada

suhu 200°C(Sumber : Perry’s Chemical Engineering Handbook,1984)

2.4. Proses Pembuatan Benzene

Beberapa proses utama pembuatan benzene secara komersial antara lain:

2.4.1 Catalytic Reforming/Separation

Sekitar 30% dari produksi benzene di dunia dilakukan melalui proses catalytic

reforming. Catalytic reforming merupakan proses yang dilakukan untuk mengubah naphta

dan parafin yang terdapat dalam gasoline dengan angka oktan rendah menjadi angkza

oktan yang tinggi dan mengandung senyawa aromatis. Reforming katalis yang sering

digunakan adalah platinum-alumina. Reaksi yang terjadi meliputi:

Isomerisasi parafin

Hydrocracking

Dehidrogenasi cyclohexane

Isomerasasi /Dehidrogenasi cyclopentane

Dehidrosiklisasi parafin


Proses Catalytic reforming biasanya memiliki tiga reaktor yang masing masing

mengandung katalis. Katalis dalam reaktor tersebut akan diregenerasi secara rutin dan

ketika salah satu katalis diregenerasi maka reaktor yang lain akan tetap beroperasi.

Berikut gambar proses dari Catalytic reforming :

Gambar 2.2 CatalyticReforming Process

Umpan cair (di pojok kiri bawah) dipompa dan dinaikkan tekanannya (5-45 atm) lalu

bergabung di jalur aliran recycle gas kaya hidrogen. Hasil campuran cair-gas dipanaskan

melalui Heat Exchanger. Sebelum memasuki reaktor pertama, campuran cair-gas tersebut

dipanaskan di heater sampai suhu 495-520oC. Gas hasil heater dialirkan menuju reaktor

yang berisi katalis. Reaksi yang terjadi adalah dehydrogenation dari naphtenes menjadi

aromatik. Reaksi bersifat endotermik, sehingga terjadi penurunan suhu dari inlet ke outlet.

Keluaran reaktor satu perlu dipanaskan kembali sebelum masuk ke reaktor kedua, begitu

juga untuk reaktor ketiga.

Produk keluaran reaktor tiga dialirkan menuju heat exchanger yang bersimpangan

dengan campuran cairan umpan dan gas hidrogen. Setelah itu dialirkan menuju pressure

controller dan gas separator.

Gas kaya hidrogen akan dikembalikan menuju gas compressor dan bergabung dengan

cairan umpan menuju heat exchanger.


Cairan dari gas separator dialirkan ke fractioning column. Gas keluaran atas

mengandung metane, butane, propane dan etane yang dihasilkan reaksi hydrocracking, ada

kemungkinan juga mengandung kandungan sedikit hidrogen.

Produk bawah dari fractioning column mengandung cairan kandungan tinggi oktan

reformate yang akan menjadi komponen gasoline. Reformate akan dipisahkan di dua jalur

menjadi light dan heavy reformate. Light reformate mempunyai nilai oktan rendah dan bisa

digunakan untuk isomerasi. Heavy reformate mengandung nilai oktan tinggi dan

kandungan sedikit benzene, yang sempurna menjadi campuran gasoline.

Kondisi operasi reformer dan jenis bahan mentah yang akan diolah menetukan jumlah

benzene yang dihasilkan. Produk benzene dari proses catalytic reforming umumnya

direcovery dengan teknik ektraksi cair-cair. Beberapa proses catalytic reforming yang saat

ini digunakan adalah Platforming (UOP, Inc), Powerforming (Exxon), Ultraforming

(Standard Oil Co), Rheniforming (Chevron), dan Catalytic Reforming (Kirk-Othmer,

1992).

2.4.2 Pyrolisis Gasoline

Pyrolisis gasoline atau dripolene atau drip oil merupakan hasil samping dari produksi

etilen. Pyrolisis gasoline mengandung senyawa aromatik sekitar 65% dengan kandungan

benzene di dalamnya sebesar 50%. Sekitar 30-35% benzene yang diproduksi di dunia

berasal dari proses pyrolisis gasoline (Kirk-Othmar, 1992).

Benzene dan senyawa aromatis lainnya hanya dapat diperoleh setelah melewati proses

hidrogenasi dan desulfurisasi. Proses tersebut dilakukan untuk menghilangkan senyawa

tidak stabil seperti olefin dan senyawa sulfur yang merusak senyawa aromatik (Mc.Keta,

1977).

Bahan baku dari proses ini yaitu pyrolisis naphtha yang dihasilkan dari pembuatan

ethylene.

Berikut blok diagram proses Pyrolisis gasoline :


Gambar 2.3 Pyrolisis Gasoline Process

Pyrolisis gasoline mentah dialirkan kedalam tahap pertama yakni mentah dialirkan

kedalam tahap pertama yakni hydrotreating. Untuk menghasilkan benzene, toluene, xylene,

aliran C6+ ini dialirkan menuju fractionation untuk mendapatkan C6-C8, yang nantinya

akan mengalami hydrotreated untuk menjenuhkan mono-olefins di tahap kedua dari

hydrotreating.

Unit hydrotreating memiliki tiga tahap :

a. Tahap pertama untuk menjenuhkan di-olefin utama menjadi olefin

b. Tahap kedua untuk menjenuhkan olefin dan desulfurize pyrolisis gasoline.

c. Fractionation untuk menstabilkan aliran hydrotreated dan memulihkan C6-C8

untuk proses selanjutnya di ekstraksi aromatik dan pemotongan C9+.

2.4.3. Coke Oven Light Oil Distillation

Meskipun sebagian besar benzene diperoleh dari turunan minyak bumi, beberapa

benzene dapat diperoleh dari distilasi coke oven light oil. Light oil merupakan minyak

jernih berwarna kuning kecoklatan yang mengandung komponen gas coke dengan titik

didih antara 0-200oC. Light oil mengandung 65-85% benzene. Agar dapat bersaing dengan

benzene hasil turunan dari minyak bumi, benzene hasil pengolahan light oil harus

memenuhi spesifikasi sebagai berikut (EPA, 1998).

Kemurnian : > 99,9 %

Kandungan tiofen : < 1 ppm

Titik beku : > 5,4 oC


Ada beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mengambil benzene dari

coke oven light oil, diantaranya:

a. Hydrorefining

Metode lainnya dalam pemurnian benzene dari coke oven light oil adalah dengan

proses hydrorefining. Unit hydrotreating umumnya meliputi tahap perlakuan awal,

tahap hydrotreating reaction, dan tahap stabilisasi serta tahap MEA (gas

treatment).

Pada tahap hydrotreating coke oven light oil (COLO) umumnya berupa vakum

fraksinator sederhana yang didesain untuk menghilangkan komponen C9+

termasuk polimer-polimer yang bereaksi selama proses dengan diolefin

reaktifyang umumnya terkandung pada feed COLO. Material C9+ jika tidak

dihilangkan akan cenderung meningkatkan catalyst aging dan kebutuhan reaksi.

COLO hydrotreating melalui dua stage: stage pertama, pada temperature rendah

(~200oC) hydrotreater digunakan secara selektif, sangat reaktif terhadap styrene

untuk menghilangkan fouling selama rekasi polimerisasi. Olefin jenuh ini di

pantau dengan melihat pengurangan bromine number dan gas kromatografi (GC).

Pada tahap kedua, umumnya temperature berkisar antara 300-400oC,

hydrotreatment digunakan untuk menghilangkan kontaminan yang terkandung

sulfur, nitrogen dan olefin jenuh ketika meminimalisasi aromatic jenuh. Kedua

tahap ini dioperasikan pada tekanan jauh lebih rendah pada termal / cracking nafta

hydrotreating (<35 Kg/cm2g vs 50-70 Kg/cm2g) untuk mengurangi potensi

kejenuhan aromatic.

Untuk menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan dalam produk seperti H2S

dan NH3 dari proses hydrotreated COLO, efluen reactor di flushing dan

distripping pada atmospheric tower. MEA (recycle gas) dibuang menggunakan

proses kolom absorpsi ethanolamine untuk menghilangkan H2S dari aliran

hydrocarbon. Slipstream produk digunakan untuk mengabsorb H2S. Wash water

dialirkan (dengan steam kondensat) digunakan sebelum fina reactor efluen dingin

untuk menghindari presipitasi garam NH4SH di efluen exchanger.

Pada proses ini, umpan light oil cair dikontakkan dengan arus hidrogen melalui

tumpukan katalis tertentu sehingga tiofen dalam light oil akan terhidrogenasi

menjadi H2S. Benzene yang dihasilkan oleh proses hydrorefining memiliki


kandungan tiofen yang cukup rendah , yakni sekitar 1 hingga10 ppm. Namun,

suhu reaksi yang rendah yakni berkisar 399oC menyebabkan parafin yang

terkandung dalam light oil tidak dapat ter-hydrocracking. Parafin ini (biasanya

berupa isoheptan) sulit untuk dipisahkan dari benzene dengan proses distilasi

biasa karena titik didihnya yang sangat dekat dengan benzene. Biasanya proses

hydrorefining ini kemudian diikuti oleh proses untuk menghilangkan parafin yang

masih terikut. Proses-proses yang biasa digunakan antara lain kristalisasi,

superfraksinasi dan distilasi azeotropis. Adanya proses lanjutan untuk

penghilangan parafin ini menyebabkan proses hydrorefining memerlukan biaya

yang mahal.

b. Proses Litol

Saat ini telah dikembangkan suatu proses baru untuk mengambil benzene dari

coke oven light oil yang dikenal dengan proses Litol. Proses Litol merupakan

paten milik Houndry dan Hydeal (UOP). Proses houndry litol dikembangkan

untuk memurnikan fraksi aromatic ringan yang dihasilkan dari pembakaran batu

bara. Minyak ini dihasilkan oleh scrubbing coke oven gas. Light oil ini dihasilkan

setelah menghilangkan material yang lebih ringan dari benzene dan lebih berat

dari C8 aromatik, aromatic yang dihasilkan biasanya mengandung konsentrasi

sekitar 90-95%. Metode tradisional untuk memurnikan light oil yaitu dengan

mencuci light oil dengan asam sulfat, dilanjutkan dengan proses distilasi untuk

memisahkan benzene, toluene, xylene dan larutan naphta. Kandungan tiophene

benzene dihasilkan dari pencucian asam dengan kadar 100- 400 ppm.

Pada proses ini umpan light oil yang telah diuapkan dilewatkan tumpukan

katalisator bersama-sama dengan arus hidrogen. Tekanan operasi yang digunakan

sekitar 3-6 MPa, dengan suhu reaksi berkisar 565 – 621 oC.


Reaksi-reaksi yang terjadi di dalam reaktor Litol meliputi :

- Hidrodesulfurasi tiofen

+ H2 C4H10 + H2S

Tiofen

- Hidrodealkilasi alkylbenzene

+ H2 + RH

Alkylbenzene Benzen

- Hydrocracking parafin

CH3 CH3

CH3 -CH -CH2 –CH-CH3 + H2 C3H8 + C4H10

2,4 – Dimetilpentana

2.5. Hasil Samping

S

R


Dari pembuatan benzene dihasilkan hasil samping yang bisa digunakan dan masih

memiliki nilai ekonomi adalah toluene. Berikut penjelasan dari toluene.

2.5.1. Toluene

Toluene dikenal juga sebagai metilbenzena ataupun fenilmetana adalah cairan

bening tak berwarna yang tak larut dalam air dengan aroma seperti pengencer cat dan

berbau harum seperti benzene. Toluene adalah turunan benzene dimana atom hydrogen

tunggal dari sekelompok enam atom dari molekul benzene telah digantikan oleh CH3.

Toluene terjadi secara alami dalam minyak mentah. Juga diproduksi dalam proses

pembuatan bensin dan bahan bakar lainnya dari minyak mentah serta pembuatan kokas

dari batubara.

Toluene adalah hidrokarbon aromatic yang digunakan secara luas dalam stok

umpan industri dan juga sebagai pelarut. Seperti pelarut-pelarut lainnya, Toluene juga

digunakan sebagai bahan obat inhalan karena sifatnya yang memabukkan.

Penggunaan industri terbesar toluene adalah dalam produksi benzene, bahan kimia

yang digunakan untuk membuat plastik dan serat sintesis. Toluene juga digunakan untuk

meningkatkan oktan bensin.

Tabel 2.7 Spesifikasi Toluene

Sifat Fisis Toluene

Titik beku, (pada 1 atm), [°C] -94,965

Titik didih, (pada 1 atm), [°C] 110,629

Densitas (pada 25°C), [gr/cm3] 0,8667

Viskositas (20°C), [cP] 0,646

Temperatur kritis, [°C] 318,64

Tekanan kritis, [atm] 40,55

2.6. Pemilihan Proses


Pembuatan benzene dapat dilakukan dengan tiga cara yakni Catalytic

Reforming/Separation, pyrolisis gasoline dan coke oven light distillation. Berikut table

perbandingan dari ketiga proses tersebut :


Tabel 2.8 Perbandingan Proses

Proses Catalytic

Reforming /

Separation

Pyrolisis Gasoline Coke Oven

Light DistillationParameter

Bahan baku Naphta atau straight run

gasoline

Pyrolisis Gasoline Coke Oven Light

Oil

Bahan tambahan Platinum alumina Nikel-Molibdenum Nikel Molibdenum

Kondisi operasi Temperatur 850 –

950oF dan tekanan

200-700 psig

Temperature 700 –

850oF dan tekanan

150 – 500 psig

Temperatur 1049 –

1150oF dan

tekanan 435 – 870

psig

Konversi 70-85% per pass - 95%

Yield 95-98% 95% >99%

Kemurnian Produk - - >99,9%

Kandungan Tiofen

kurang dari 1 ppm

Hasil samping Hidrogen C1-C5 Parafin Toluene

Limbah - - Spent catalyst

Alat Utama Reaktor Bejana - Fixed Bed Multitube

Reactor (PBR) jenis

Shell and Tube

Exchanger

Dari Tabel diatas dapat dipilih pembuatan benzene dengan bahan baku Coke Oven Light

karena :

a. Menghasilkan yield yang lebih besar dibanding yang lain, yakni lebih besar dari 99%.

b. Memiliki kemurnian lebih besar dari yang lain (99,9%) dan kandungan tiofen kurang

dari 1 ppm.


c. Hasil samping pembuatan benzene dari coke oven light oil adalah toluene. Toluene

masih memiliki manfaat dan harga jual.

Pembuatan benzene dari Coke Oven Light Distillation memiliki tiga metoda yakni

pencucian asam, hydrorefining dan litol. Dari ketiga proses ini dipilih proses Litol karena meng

hasilkan benzene dengan kandungan tiofen yang sedikit (< 1 ppm) dan parafin sedikit (< 0,1%

volume). Karena kandungan yang harus dihilangkan dalam benzene yakni tiofen dan parafin.

Kandungan tiofen yang tinggi dapat mengakibatkan benzene yang dihasilkan tidak dapat

digunakan pada sejumlah reaksi kimia, terutama reaksi-reaksi yang menggunakan katalis yang

sensitif terhadap senyawa sulfur. Sedangkan kandungan parafin yang tinggi akan mempengaruhi

titik beku benzene sehingga tidak dapat memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan.

11 bab ii tinjauan pustaka pabrik pembuatan benzene

Documents