BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Propilen memiliki rumus kimia CH3CH=CH2 adalah senyawa kimia yang

pada suhu kamar dan tekanan atmosferis berupa gas tidak berwarna, larut dalam

alcohol dan eter, serta sedikit larut dalam air. Propilen dimanfaatkan sebagai bahan

baku industri polypropilen, acrylic acid, 2-Ethyl Hexanol, Propilene glicol,

acrylonitrile dan cumene.

Dalam beberapa tahun terakhir ini perkembangan industri hilir propilen

didalam negeri mengalami pertumbuhan yang cukup baik. Kondisi ini tercermin dari

utilisasi produksinya yang cenderung meningkat. Hal ini tentunya mendorong

permintaan propilen sebagai bahan baku hulunya mengalami peningkatan. Sebagai

dampaknya, kapasitas pabrik yang ada tidak mampu lagi untuk memenuhi seluruh

permintaan propilen dipasar dalam negeri. Akibatnya ketergantungan Indonesia

terhadap propilen impor masih terus berlanjut hingga sekarang. Bahkan dalam lima

tahun terakhir, impornya cenderung meningkat dengan laju yang cukup signifikan.

Seiring dengan terus meningkatnya utilisasi industri hilirnya, Indochemical

memprediksikan permintaan terhadap propilen di pasar domestik di masa lima tahun

mendatang akan terus meningkat. Apalagi saat ini ada sejumlah industri hilir propilen

yang berencana untuk melakukan ekspansi pabrik (CIC 478, 2011).

Tabel 1.1. Perbandingan Proyeksi Produksi dan Konsumsi Propilen di Indonesia, 2011-2015

Tahun Produksi (Ton) Konsumsi (Ton) Peluang Pasar (Ton)

2011 550.000 653.917 103.917

2012 550.000 693.951 143.951

2013 550.000 758.341 208.341

2014 753.000 810.123 57.123

2015 753.000 865.636 112.636

Sumber : CIC 478, 2011

1.2. Prospek Industri dan Penjualan

Produksi propilen Indonesia dalam tahun 2006 hingga 2010 secara keseluruhan

meningkat dengan laju sebesar 4,9% pertahun. Setelah meningkat dari 404.790 ton

menjadi 476.575 ton pada tahun 2007, produksi propilen Indonesian dalam dua tahun

berikutnya terus menurun dan menjadi hanya 408.920 ton dan tahun 2009. Pada tahun

2010 produksi kembali meningkat menjadi 475.887 ton.

Tabel 1.2. Produksi Propilen di Indonesia, 2006-2010

Tahun Produksi (Ton) Kenaikan (%)

2006 404.790

2007 476.575 17.7

2008 418.090 -12.3

2009 408.920 -2.2

2010 475.887 16.4

Rata - rata (%/tahun) 4.9

Sumber : CIC 478, 2011

Perkembangan industri hilir Propilene di dalam negeri mengalami

pertumbuhan yang cukup baik sehingga menyebabkan permintaan Propilene sebagai

bahan baku hulunya meningkat seperti yang terlihat pada Tabel 1.3.

Tabel 1.3. Konsumsi Propilen dipasar dalam Negeri, 2006 - 2010

Tahun

Industri Pemakai (Ton)

TOTAL(ton)PolyPropilene

Acrylic

acid

2-Ethyl

HexanolLainnya

2006 392.537 42.543 43.260 12.366 490.706

2007 544.881 38.605 41.911 17.572 642.969

2008 497.557 32.579 46.921 18.001 595.058

2009 565.149 34.595 47.605 25.089 672.438

2010 495.400 43.349 48.656 24.040 611.445

Sumber : CIC 478, 2011

Tabel 1.4. Perbandingan Produksi dan Konsumsi Propilen di Indonesia, 2011-2015

Tahun Produksi (ton) Konsumsi (ton)

2006 404.790 490.706

2007 476.575 642.969

2008 418.090 595.058

2009 408.920 672.438

2010 475.887 611.445

Sumber : CIC 478, 2011

Gambar 1.1. Perbandingan Produksi dan Konsumsi Propilen di Indonesia

Berdasarkan Gambar 1.1. Jumlah produksi dan konsumsi di Indonesia

memiliki perbedaan yang jauh karena tidak diimbangi dengan jumlah pabrik yang

memproduksi Propilene. Pembangunan pabrik Propilene dan dipasarkan didalam

negeri memiliki prospek yang sangat besar dan didukung dengan kebutuhan

Propilene yang semakin meningkat setiap tahun.

1.3. Tujuan Desain

Pabrik didirikan dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan propylene dalam

negeri yang setiap tahun meningkat namun tidak seimbang dengan jumlah produksi.

Propilen dapat digunakan kembali sebagai bahan baku seperti pada pembuatan

polypropylene dan propylene glikol

1.4. Lokasi Pabrik

Secara geografis, penentuan lokasi pabrik sangat menentukan kemajuan serta

kelangsungan dari suatu industri saat ini dan pada masa yang akan datang karena

berpengaruh terhadap faktor produksi dan distribusi dari pabrik yang didirikan.

Pemilihan lokasi pabrik harus tepat berdasarkan perhitungan biaya produksi dan

distribusi yang minimal serta pertimbangan sosiologi dan budaya masyarakat di

sekitar pabrik [Peters et. Al., 2004]. Pendirian pabrik propilen ini akan didirikan di

Cilacap, Jawa Tengah. Penentuan lokasi pabrik didasarkan atas tersedianya bahan

baku, utilitas, sarana transportasi, pajak, ketersedian listrik, dan keadaan lingkungan

[Kirk-Othmer, vol. 19]. Adapun pertimbangan pemilihan lokasi tersebut sebagai

berikut:

1. Bahan Baku

Cilacap merupakan kabupaten terluas di Jawa Tengah yaitu 6.6% dari total

wilayah Jawa Tengah dan juga salah satu kawasan industri. Bahan baku

pabrik yang akan dibangun berupa naphta diperoleh dari Kilang Minyak

Pertamina RU-IV Cilacap dengan total kapasitas 348.000 bpsd dimana

naphta yang dihasilkan 16.67 mbsd.

2. Pemasaran

Propilene yang dihasilkan dapat digunakan kembali sebagai bahan baku

untuk menghasilkan produk lain seperti polyPropilene, 2-ethyl hexanol,

acrylic acid. Di Indonesia telah terdapat 7 pabrik yang menggunakan

Propilene sebagai bahan baku yang sebagian besar berada di Pulau Jawa

seperti Pertamina UP III (Plaju), PT. Chandra Asri Petrochemical (Anyer),

dan PT. Polytama Propyndo (Indramayu). Letak pabrik tersebut yang dekat

akan semakin memudahkan pemasaran Propilene.

3. Utilitas

Kebutuhan air baik untuk proses maupun untuk rumah tangga diperoleh

dengan mengolah air sungai dan air laut yang berdekatan dengan lokasi

pabrik yang akan didirikan, kebutuhan akan listrik didapat dari generator

sendiri, sedangkan kebutuhan bahan bakar dan minyak pelumas dapat

diperoleh dari Pertamina

4. Transportasi

Daerah Cilacap memiliki sistem transportasi yang memadai karena

infrastruktur jalannya meliputi jalan darat (kereta api dan mobil/motor),

laut (kapal), dan udara (pesawat terbang) serta dilalui jalan negara lintas

selatan Pulau Jawa, yakni jalur Bandung-Yogyakarta-Surabaya. Jalur

kereta api juga melewati Cilacap yang tidak hanya melayani angkutan

umum tapi juga melayani sistem pengangkutan barang seperti BBM

5. Tenaga Kerja

Cilacap adalah satu dari tiga kawasan industri utama di Jawa Tengah

(selain Semarang dan Surakarta) yang merupakan daerah industri dengan

tingkat kepadatan penduduk tinggi, sehingga penyediaan tenaga kerja dapat

diperoleh dari daerah disekitarnya, baik tenaga kasar maupun tenaga

terdidik

Gambar 1.2. Peta Lokasi Pabrik Propilen

1.5. Kapasitas Produksi

Bila pada tahun ini kekurangan kapasitas produksi Propilene ini diperkirakan

mencapai 103.917 tonm maka pada tahun 2013 kekurangannya meningkat menjadi

208.341 ton. Pada tahun 2014 kekurangan kapasitas produksi ini menurun menjadi

57.123 ton. Namun pada tahun 2015 kekurangan kapasitas produksi Propilene ini

kembali meningkat menjadi 112.635 ton. Adanya kekurangan kapasitas produksi ini

mengindikasikan bahwa peluang inverstasi baru masih memungkinkan. (Sumber:

CIC 478, 2011)

Tabel 1.5. Perbandingan Proyeksi Produksi dan Konsumsi Propilen di Indonesia, 2011-2015

Tahun Kapasitas pabrik

yang ada (ton)

Proyeksi konsumsi

(ton)

Peluang pasar

(ton)

2011 550.000 653.917 (103.917)

2012 550.000 693.951 (143.951)

2013 550.000 758.341 (208.341)

2014 753.000 810.123 (57.123)

2015 753.000 865.636 (112.636)

Catatan = + : Peluang eskpor

( ) : Peluang investasi

(Sumber: CIC 478, 2011)

Berdasarkan hasil proyeksi konsumsi hingga tahun 2015 dan dibandingkan

dengan kapasitas pabrik yang ada pada Tabel 4, diperoleh peluang pasar 112.636 ton

sehingga kapasitas pabrik Propilene yang akan dibagun adalah 100.000 ton yang

diharapkan akan memenuhi 88% total kebutuhan Propilene di Indonesia.

1.6. Bahan Baku

Bahan Baku pembuatan propilen adalah naphtha. Naphtha dihasilkan dari

pengilangan minyak bumi. Proses FCC menggunakan katalis ZSM-5.

1.7. Gross Profit Margin

Salah satu factor pertimbangan dalam kelayakan pendirian suatu pabrik adalah

Gross Profit Margin. Gross Profit Margin (GPM) merupakan perkiraan secara global

mengenai keuntungan yang diperoleh dari penjualan produk utama dan produk

samping dikurangi dengan biaya bahan baku, tanpa melihat biaya peralatan dan biaya

operasi. Untuk menghitung GPM diperlukan harga nafta, propilen dan etilen.

Reaksi perengkahan berkatalis nafta menjadi propilen (Mandal, et al, 2011)

digambarkan pada diagram dibawah ini :

Nafta CH3-CH=CH2 + CH2=CH2 + dry gas + butane + C5+

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

a. Harga nafta = 1100 USD/MT (www.icispricing.com)

b. Harga propilen = 1450 USD/MT (www.icispricing.com)

c. Harga etilen = 1444 USD/MT (www.icispricing.com)

d. Harga butane = 874 USD/MT (www.icispricing.com)

1 2 3 4 5 6

mol 1 1 1 1 1 1

BM 121* 41 28 39* 58 100*

Kg 121 41 28 39 58 100

Kg/kg propilen 3.367003367 1 1.1 0.6 2 2

US$/kg 1.1 1.45 1.444 0 0.874 0

GPM = harga jual produk – harga pembelian bahan baku

=

= (1 x 1.45) + (1.1 x 1.444) + (0.6 x 0) + (2 x 0.874) + (2 x 0) – (3.367 x 1.1)

= U$D 0.73 /kg propilen

= Rp 6.600 / kg propilen

Dari perhitungan diperoleh GPM = 6.600/KgC2H5OH, pabrik propilen ini layak

didirikan.

BAB II

PROFIL PABRIK

Pabrik Propilene akan didirikan di daerah Cilacap dengan kapasitas 100.000

yang dapat memenuhi kebutuhan konsumen sebanyak 88% dari total kebutuhan.

Bahan baku diperoleh dari Kilang Minyak Pertamina RU-IV Cilacap yang dapat

dikonversi menjadi propilen, etilen, n-butane, dan n-butene. Berikut adalah

spesifikasi dari bahan baku maupun produk yang dihasilkan.

2.1. Bahan Baku

1. Naptha

A. Sifat Fisika

Property Value

Fasa pada 15oC dan 1 atm liquid

Titik Didih pada 1 atm (oC) 130-155

Specific Gravity pada 20 oC 0,85 – 0,87

Liquid Surface tension pada 20 oC (N/m) 0,019 – 0,023

Liquid Water Interfacial Tension pada 20 oC (N/m) 0,039 – 0,051

Panas laten penguapan (J/kg) 3,0 x 105 – 3,4 x 105

2.3.2. Produk

1. Propilen

A. Sifat Fisika

Property Value

Berat Molekul 42,08

Titik Leleh (oC) -185

Titik Didih pada 749 mmHg (oC) -48

Suhu Kritis (oC) 91,76

Tekanan Kritis 45,6

Volume Kritis (cm/mol) 181,0

Density Cair (gr/cc) pada -50 oC 0,612

Entalpi Pembentukan Standar (KJ/mol) 20,643

Kelarutan (ml gas/100ml solven) pada 20 oC, 1 atm

B. Sifat Kimia

Sifat kimia yang khas dari propilen adalah adanya satu ikatan

rangkap dan atom hidrogen pada rumus propilen. Atom karbon nompor 1

dan 2 mempunyai bentuk tringuler planar seperti yang terdapat ethylene.

Atom ini tidak bebas berotasi karena ikatan rangkap tadi. Atom karbon no

3 adalah tetrahedral, seperti pada methane. Atom-atom hidrogen yang

terikat pada aom ini adalah alisiklik. Beberapa reaksi Propilen

diantaranya adalah :

Alkilasi

Reaksi alkilasi terhadap benzene dengan propilen dengan katalis

AlCl3 akan menghasilkan suatu alkilbenzene.

Chlorinasi

Alkil Chlorida dapat dibuat dengan cara klorinasi non katalitik

terhadap propilen fase gas pada suhu 15 oC dalam reaktor adiabatis.

Prinsip reaksi ini terdiri dari subtitusi atom klorinasi terhadap atom

hidrogen pada propilen.

Oksidasi

Propilen dapat dioksidasi menjadi akrolein dengan adanya katalis

CuO. Umpan masuk reaktor dengan komposisi 20 % volume

propilen, 20 % volume udara, 60% volume steam dengan waktu

kontak 1 detik. Pengambilan produk dengan quench scrubbing

effluent reaktor menggunakan campuran air dan propilen.

2. Etilen

A. Sifat Fisika

Property Value

Berat Molekul 28

Titik Didih (oC) 103,53

Titik Beku (oC) -168,99

Densitas pada 25 oC (kg/cm3) 7,63

Tekanan Kritis (Bar) 50,32

Viskositas pada 25 oC (cp) 0,19

Density Cair (gr/cc) pada -50 oC 0,612

Fase gas

B. Sifat Kimia

Polimerisasi

Etilen dapat bergabung dengan etilen yang lain untuk membentuk

molekul yang lebih besar (polimer) dengan cara memutus ikatan

rangkap dua dan kemudian membentuk molekul yang lebih besar.

Hidrogenasi

Etilen dapat berubah menjadi etana melalui proses hidrogenasi

langsung pada katalis Ni dengan kondisi suhu 300 oC.

Oksidasi

Zat pengoksidasi kuat dapat mengoksidasi sempurna etilen menjadi

karbondiokasida dan air. Etilen dalam larutan basa atau berair

bereaksi dengan oksidator lemah menjadi glikol. Reaksi ini dikenal

dengan tes bayer yang digunakan untuk membuktikan adanya

ikatan rangkap dengan menggunakan KMnO4.

Adisi

Penambahan brom pada senyawa berikatan rangkap menghasilkan

dibromida sehingga senyawa baru menjadi jenuh. Reaksi ini juga

digunakan untuk mengidentifikasikan adanya ikatan rangkap yang

ditunjukkan dengan hilangnya warna coklat dari larutan brom.

3. n-butana

A. Sifat Fisika

Property Value

Berat Molekul (kg/mol) 58

Fasa cair

Warna Tidak berwarna

Titik Didih (oC) -0,5

Titik Lebur (oC) -135

Densitas (gr/cm3) 2,5985

Tekanan Kritis (atm) 36

Temperatur Kritis (oC) 153

Panas Pembentukan (kkal/mol) -29,812

Panas Penguapan (kkal/mol) 86,63

B. Sifat Kimia

Butana memiliki nomor cis dan trans bentuk trans relatif lebih stabil

dibanding bentuk cis dan prosentase isomer trans lebih kecil pada

suhu rendah. Jadi distribusi isomer tergantung pada suhu. Butana

merupakan alkana yang mempunyai keasaman reaksi dengan

anggota yang lain. Alkana dapat dihalogenasi, dinitrasi, oksidasi

dan thermal cracking. Butana dapat berisomer menjadi isobutana.

Pada suhu rendah isomer terbentuk adalah isobutana. Isomer ini

menggunakan katalis aluminium klorida.

Halogenasi

Klorida dan bromida mengkonversi butana menjadi klorida butana

(alkil klorida) atau bromo butana (alkil klorida). Reaksi berjalan

pada suhu 250-400 oC atau dengan bantuan sinar. Halogenasi

butana menghasilkan dua isomer yaitu :

a. Bromo butana dan 2-bromo butana atau i-kloro butana

b. Kloro butana prosentase isomer yang dihasilkan tergantung

pada halogen yang digunakan.

Cracking

Dengan prose cracking butana diubah menjadi diena seperti ; 2-

butana dan 1,3-butadiena

Thiopene

Dibuat secara sintesis pada skala industri dengan reaksi antara

butana dengan sulfur pada temperatur 560 oC.

Nitrasi

Butana akan menghasilkan nitrobutana dengan perbandingan

reaktan butana berbanding asam nitrat = 15 : 1

Dehidrogenasi

Reaksi ini akan mengubah ikatan butana yaitu ikatan tidak rangkap

menjadi ikatan rangkap dua.

4. n-butena

A. Sifat Fisika

Property Value

Berat Molekul (kg/mol) 56,108

Fasa pada 25 oC gas

Titik Beku (oC) -185,4

Titik Didih (oC) -6,3

Titik Lebur (oC) -135

Densitas (kg/m3) 595

Tekanan Kritis (atm) 37,2

Temperatur Kritis (oC) 146,6

Panas Pembentukan (kJ/mol) -0,13

Viskositas (cp) 0,1354

Panas Jenis J/mol.K 89,509

B. Sifat Kimia

Sifat khas dari alkena adalah terdapatnya ikatan rangkap dua

antara dua buah atom karbon. Ikatan rangkap dua ini merupakan

gugus fungsional dari alkena sehingga menentukan adanya reaksi-

reaksi yang khusus bagi alkena, yaitu : adisi, polimerisasi, dan

pembakaran

BAB III

Deskripsi Proses

3.1. Deskripsi Proses

Propilen yang akan diproduksi pada skala industri menggunakan konversi

katalitik dari naphta. Proses yang digunakan adalah adopsi dari KBR dengan

menggunakan zeolite . Proses pembuatan amonia dari gas sintesis secara umum

dibagi kedalam 3 tahapan utama, yaitu tahap pemurnian naphta, cracking naphta, dan

pemurnian propilen.

3.2. Teknologi Proses

Propilene dapat diproduksi melalui berbagai cara diantaranya adalah

Crude/Residual Oil Cracking, Ethanol Dehydration, Syngas-Based Processes, dan

Dehydrogenation of Parafin [CIC 478, 2011]. Di Indonesia produksi Propilene diolah

dari naphta dengan proses cracking menjadi Propilene, ethylene, dan pyrolysisi

gasoline [CIC 478, 2011].

Proses yang digunakan pada pra rancangan pabrik Propilene adalah Fluidized

Catalytic Cracking (FCC). FCC merupakan proses yang paling penting di industri

petroleum karena dapat mengkonversi bahan yang memiliki titik didih maupun berat

molekul yang tinggi seperti fraksi hidrokarbon menjadi molekul kecil.

Fluidized Catalytic Cracking (FCC) memproduksi gasoline dengan harga

oktan tinggi, C3/C4 olefin, dan isobutene menggunakan katalis menjadi dua atau

molekul yang lebih kecil. Unit FCC terdiri dari reaktor, stripper, dan generator

dengan kondisi operasi pada reaktor 550oC [Antonoci, Valentine et al. 2010].

3.3. Uraian Proses

Fluid Catalytic Cracking (FCC) merupakan proses utama dalam produksi

propilen. Permasalah deaktivasi katalis dan deaktivasi regenerasi katalis merupakan

masalah umum yang terjadi pada proses ini. Hal ini dapat diatasi dengan pretreatment

pada bahan baku, yaitu dengan memastikan bahwa bahan baku (hidrokarbon C1-C12)

yang digunakan mengandung lebih dari 20% berat olefin.

Pada proses FCC, katalis merupakan bagian yang sangat menentukan dalam

penentuan yield reaksi. Untuk konversi hidrokarbon (naphtha) menjadi propilen

dibutuhkan katalis dengan criteria (Tsunoda et, al) :

a. Katalis Zeolit dengan rentang pore size dari 5 – 6,5 Ǻ.

b. Zeolit tidak mengandung proton.

c. Zeolit mengandung paling sedikit gugus logam dari golongan IB pada

tabel periodic.

d. Zeolit mempunyai molar ratio SiO2/Al2O3 dengan rentang 200 – 5.000.

Secara keseluruhan, terdapat beberapa tahap proses untuk produksi kontinu

propilen yaitu reaksi perengkahan katalitik, pemisahan dan recycle. Diagram proses

dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.1. Diagram Alir Proses produksi Propilen dari nafta (Tsunoda et, al).

Bahan baku yang harus digunakan adalah hidrokarbon (nafta) dengan

konsentrasi olefin lebih dari 20% berat hidrokarbon. Hal ini akan berdampak pada

umur katalis yang lebih panjang dan menurunkan resiko terbentuknya coke pada

permukaan inti aktif katalis (Tsunoda et, al).

Hirokarbon akan di alirkan ke dalam reaktor fixed bed berkatalis Zeolit

dengan Kriteria diatas. Umpan akan dikontakan dengan katalis selama rentang

waktu1 – 5 detik. Reaksi akan terjadi dengan rentang temperature 500 – 650 oC

dengan tekanan rendah sebesar 0,2 – 8 atm. Umpan masuk akan dicampurkan dengan

gas pengencer seperti hidrogen, metana, steam atau gas inert nitrogen karena umpan

dengan tekanan parsial hidrokarbon yang rendah lebih diutamakan dengan rentang

0,2 – 8 atm(Tsunoda et, al).

Reaksi perengkahan olefin yang terjadi bersifat eksotermik dan endotermik

bergantung pada kondisi reaksi. Dengan kondisi diatas, dimana dianggap tidak terjadi

reaksi perengkahan parafin maka panas yang ditimbulkan dapat menyamai panas

yang dibutuhkan untuk reaksi sehingga tidak dibutuhkan suplai panas yang terlalu

besar. Oleh karena itu, reaktor adiabatic, fixed-bed single stage dapat

digunakan(Tsunoda et, al).

Setelah proses perengkahan berlansung, keluaran reaktor akan mengandung

hidrogen, etilen, propilen dan hidrokarbon C4-C12. Campuran ini akan masuk ke unit

pemisahan dan keluar dengan fraksi A dan B. Fraksi A mengandung hidrogen, etilen,

dan propilen sedangkan fraksi B mengandung hidrokarbon C4-12. Pemisahan fraksi A

dapat dilakukan dengan metode konvensianal seperti distilasi dan ekstraksi(Tsunoda

et, al).

Fraksi B akan akan masuk ke dalam separator seperti flash drum atau

distilator untuk pemisahan hidrokarbon C4 dengan C5+. Sebagian dari hidrokarbon C4

akan di recycle sebagai umpan. Untuk keluaran hidrokarbon C5+ , separator kembali

digunakan untuk memisahkan C5-C8 dan C9+ . Hidrokarbon C5-C8 akan direcycle

sehingga dapat meninggkatkan kandungan olefin dalam umpan. Hal ini akan

meningkatkan umur katalis(Tsunoda et, al).

Dalam proses produksi propilen dengan umpan nafta, dilakukan dua proses

utama yaitu proses perengkahan katalitik dan proses pemisahan. Proses pemisahan ini

dapat dilakukan dengan distolator, flash drum, kondensor dan alat pemisah lain yang

cocok dengan kondisi unit lainnya(Tsunoda et, al).

Gambar 3.2 Contoh sistem pemisahan dari Metso Coorporation dari unit

FCC