Transcript

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. Mudah-

mudahan makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi mahasiswa-

mahasiswa 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 ( gas-

oil) 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 C4 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 C4 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 C4 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 600oC 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.

CatalystShell 105

Fe2O3/Cr2O3

Shell 205

Fe2o3/Cr2O3

Dow B Ni And

Ca Phosphate

Phillips 1490

Fe2O3/BauxiteTemperature (oC) 620 – 680 620 – 680 600 – 680 620 – 680Pressure (106 Pa abs) - 0.15 – 0.18 0.16 – 0.20 0.15 – 0.18Steam butenes (mol/mol) 10 – 18/1 8/1 20/1 10 – 12/1Space velocity (VHSV) - 500 125 – 175 300 - 400%Conversion per pass 20 – 30 26 – 28 Up to 45 27 – 33%Butadiene selectivity 80 – 70 75 – 73 90 76 – 69Regeneretion and Freq. 1h – 7 days 1 – 24h 15 – 30 min None

B. 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 600oC 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 6000C

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 + 2

1O2 C4H6 + H2O H0

298 = -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 Dehidrogenasi katalitik dari butenaUmpan C4 cutsSuhu ( oC ) 600 - 680Tekanan ( Pa abs ) 0,16-0,20 x106 Katalis Ni And Ca PhosphateKonversi Up to 45 %Proses Dehidrogenasi C4 cuts yang mengandung n-butena, isobutena, n-

butana 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 UOP Process Phillips Process Houdry ProcessUmpan Butana n- butana n-C4

Suhu ( oC ) 570 565 - 590 600 - 675

Butadiena 11

Tekanan (Pa

abs)

0,8 x 106 0,1-0,2 x 106 15-70 x 103

Katalis Chromium Oxide /

aluminium

Furfural Chromium Oxide /

aluminiumKonversi 22.5 % 30 % 50 – 60 %Proses Menggunakan

reaktor multitube

yang dioperasikan

sesuai dengan

tekanan dan suhu

yang telah

ditentukan. Proses

ini telah

diperbaharui yang

dikenal dengan Star

Process.

Dehidrogenasi n-butana

menjadi butena.

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.

Dehidrogenasi dari

butena menjadi butadiena.

Separasi dan pemurnian

butadiena dengan distilasi

ekstraksi dengan furfural

dan kemudian mendaur

ulang butena.

Dehidrogenasi n-

C4 menghasilkan

butena dan

butadiena,

kemudian

butadiena di

separasi

sedangkan butena

dan butana didaur

ulang

Keterangan Petrotex Process (Oxo D)Umpan ButenaSuhu ( oC ) 400 dan 600Tekanan (Pa abs) 0,15 x 106 Katalis Bismut molibdate dan Phospate

Butadiena 12

Konversi > 60 %Proses 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


Top Related