INDUSTRI SULFUR & ASAM SULFAT

1. Industri Sulfur1. Industri Sulfur

Sebagian besar sulfur (Sebagian besar sulfur (90%) digunakan 90%) digunakan sebagai bahan baku pembuatan asam sulfatsebagai bahan baku pembuatan asam sulfat

Pemanfaatan lainnya adalah di industri: pulp Pemanfaatan lainnya adalah di industri: pulp kayu, karbon disulfida, insektisida, fungisida, kayu, karbon disulfida, insektisida, fungisida, bleaching agent, vulkanisir karet, deterjen, bleaching agent, vulkanisir karet, deterjen, farmasi, dsb.farmasi, dsb.

Sifat fisis sulfur:Sifat fisis sulfur:- BM: 32,07- BM: 32,07 - Titik didih: 444,6- Titik didih: 444,6ooCC- Titik leleh: 115- Titik leleh: 115ooCC

Sumber-sumber sulfur: Sumber-sumber sulfur:

1. Industri Sulfur (1. Industri Sulfur (lanjutanlanjutan))

Sumber-sumber sulfur:Sumber-sumber sulfur:a.a. Sulfur dari sulfur alam, berupa: deposit Sulfur dari sulfur alam, berupa: deposit

(batuan) di dalam perut bumi dan (batuan) di dalam perut bumi dan deposit deposit (batuan atau lumpur) di gunung-(batuan atau lumpur) di gunung-gunung gunung berapiberapib.b. Sulfur berupa senyawa-senyawa sulfur, Sulfur berupa senyawa-senyawa sulfur,

seperti: pyrite (FeSseperti: pyrite (FeS22), chalcopyrite ), chalcopyrite (CuFeS(CuFeS22), covelite (CuS), galena (PbS), ), covelite (CuS), galena (PbS), zinc zinc blende (ZnS), gips (CaSOblende (ZnS), gips (CaSO44), barite ), barite (BaSO(BaSO44), ), anglesite (PbSOanglesite (PbSO44), dsb.), dsb.c.c. Sulfur dari gas buang hasil pembakaran Sulfur dari gas buang hasil pembakaran

((flue gasflue gas) batu bara, gas alam, atau ) batu bara, gas alam, atau pengilangan minyak bumi.pengilangan minyak bumi.

Pyrite (FeSPyrite (FeS22))

1. Industri Sulfur (1. Industri Sulfur (lanjutanlanjutan))

Proses pengambilan/penambangan sulfurProses pengambilan/penambangan sulfura.a. Penambangan sulfur dari deposit di Penambangan sulfur dari deposit di dalam dalam perut bumiperut bumi

- Proses yang dipakai: proses Frasch- Proses yang dipakai: proses Frasch- Prinsip dasar proses:- Prinsip dasar proses:

Pencairan batuan sulfur di dalam perut Pencairan batuan sulfur di dalam perut bumi dengan air lewat panas bumi dengan air lewat panas

(superheat- (superheat- ed water), kemudian ed water), kemudian memompa bubur memompa bubur sulfur ke sulfur ke permukaan bumi dengan bantu- permukaan bumi dengan bantu- an an udara bertekanan.udara bertekanan.

-- Konstruksi alat: berupa 3 pipa yang Konstruksi alat: berupa 3 pipa yang dipa- dipa- sang konsentris, dengan ukuran sang konsentris, dengan ukuran diameter diameter pipa masing-masing 6”, 3”, pipa masing-masing 6”, 3”, dan 1”dan 1”

Proses Frasch untuk Penambangan deposit batuan sulfur di dalam perut bumi

Proses pengambilan/penambangan sulfurProses pengambilan/penambangan sulfurb.b. Pengambilan sulfur dari deposit di gunung Pengambilan sulfur dari deposit di gunung

berapiberapi- Bentuk sulfur: batuan atau lumpurBentuk sulfur: batuan atau lumpur- Kadar sulfur biasanya sekitar 30 – 60%Kadar sulfur biasanya sekitar 30 – 60%-- Lokasi: gunung Telagabodas, Tangkuban Prahu Lokasi: gunung Telagabodas, Tangkuban Prahu

Dieng, dan kawah Ijen. Dieng, dan kawah Ijen. - Perlu peningkatan kadar sulfur sebelum Perlu peningkatan kadar sulfur sebelum

dimanfaatkan, antara lain dengan teknik flotasi dimanfaatkan, antara lain dengan teknik flotasi dan proses dan proses beneficationbenefication dengan pemanasan. dengan pemanasan.c.c. Pengambilan sulfur dari gas buangPengambilan sulfur dari gas buang

- Berupa gas H- Berupa gas H22SS-- Sumber:Sumber: dari proses pemurnian gas alam dari proses pemurnian gas alam

asam, pembakaran karbon/batu bara, dan asam, pembakaran karbon/batu bara, dan pemurnian minyak bumi.pemurnian minyak bumi.

Proses pengambilan/penambangan sulfurProses pengambilan/penambangan sulfurc.c. Pengambilan sulfur dari gas buang Pengambilan sulfur dari gas buang ((lanjutanlanjutan))

-- Prinsip proses: Prinsip proses:

Absorpsi gas HAbsorpsi gas H22S dengan pelarut S dengan pelarut potasium karbonat atau ethanolaminpotasium karbonat atau ethanolamin

Pemisahan gas HPemisahan gas H22S dari pelarut dengan S dari pelarut dengan pemanasanpemanasan

Pengolahan lanjut terhadap HPengolahan lanjut terhadap H22S S recoveredrecovered. Salah satu proses pengolahan . Salah satu proses pengolahan

tersebut adalah proses Claus.tersebut adalah proses Claus.Reaksi kimia utama pada proses Claus:Reaksi kimia utama pada proses Claus:

HH22SS(g)(g) + 1,5O + 1,5O2(g)2(g) SO SO2(g)2(g) + H + H22OO(g)(g) H=-518,8 kJH=-518,8 kJ

SOSO2(g)2(g) + H + H22SS(g) (g) 3S 3S(l)(l) + H + H22OO(g)(g) H=-518,8 kJH=-518,8 kJ

Katalis pada reaksi ke-2: FeKatalis pada reaksi ke-2: Fe22OO33

Process Flowsheet (Disederhanakan) Pemungutan H2S dengan Proses Claus

Process Flowsheet Pemungutan H2S dengan Proses Claus

Proses pengambilan/penambangan sulfurProses pengambilan/penambangan sulfur

d.d. Pengambilan sulfur dari batuan Pengambilan sulfur dari batuan sulfida/sulfatsulfida/sulfat

Contoh pada pengolahan pyrite (FeSContoh pada pengolahan pyrite (FeS22) ) Reaksi kimia utama:Reaksi kimia utama:

2FeS2FeS22 S S22 + FeS + FeS H=+15,98 kalH=+15,98 kal

FeS + 3,5OFeS + 3,5O22 Fe Fe22OO33 + 2SO + 2SO22 H=-295,02 kalH=-295,02 kal

Kondisi reaksi 1: 1 atm, 1300Kondisi reaksi 1: 1 atm, 1300ooCCKondisi reaksi 2: 1 atm, 1000Kondisi reaksi 2: 1 atm, 1000ooCC

2. Industri Asam Sulfat2. Industri Asam Sulfat

Bahan baku: belerang (sulfur), udara, H2SO4 dan air

Proses produksi: Produksi secara komersial umumnya dilakukan dengan proses kontak (contact process) atau proses kamar timbal (lead chamber process)

Sifat fisis produk (H2SO4):- BM: 98,08- Titik didih: 340oC- Larut sempurna di dalam air dengan melepaskan panas pelarutan yang tinggi- Kemurnian min. 93%

Uses of Sulfuric Acid (H2SO4):

a. Sulfuric acid is the electrolyte used in lead-acid batteries (accumulators) b. Sulfuric acid is important in the production of fertilizers such as ammonium sulfate (sulfate of ammonia), (NH4)2SO4, and superphosphate, Ca(H2PO4)2, which is formed when rock phosphate is treated with sulfuric acid c. Sulfuric acid is used to remove oxides from iron and steel before galvanising or electroplating d. Concentrated sulfuric acid (18 M) is used as a dehydrating agent, that is, to remove water, since it has a tendency to form hydrates such as H2SO4.H2O, H2SO4.2H2O, etc.e. Sulfuric acid is often used to dry neutral and acidic gases such as N2, O2, CO2 and SO2

Uses of Sulfuric Acid (H2SO4):

f. Sulfuric acid will "suck" water out of carbohydrates and some other organic compounds which contain oxygen and hydrogen. For example, sulfuric acid will "suck" water out of sucrose, C12H22O11(s), (cane sugar) to produce a spongy mass of carbon:

C12H22O11(s) + 11H2SO4 12C(s) + 11H2SO4.H2O

g. Sulfuric acid is used in the production of nitroglycerine, an inorganic ester & organic nitrate, which is used as an explosive but can also be used as a vasodilator, a substance that dilates blood vessels and can be used in the treatment of certain types of heart disease.

H2SO4 selain dijual berupa larutan (H2SO4 dalam air), juga berupa oleum (gas SO3 dalam H2SO4)

Oleum 20%: di dalam 100 kg oleum tersusun dari 20 kg gas SO3 dan 80% H2SO4, yang jika dilarutkan di dalam air untuk membuat H2SO4 murni, secara lengkap

akan diperoleh 104,5 kg H2SO4 murni (104,5% H2SO4 = oleum 20%)

Proses Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak

Proses terdiri dari 3 tahap (reaksi kimia) utama:

I. Oksidasi belerang menjadi belerang oksida, melalui pembakaran bijih belerang dengan udara

S(S) + O2(g) SO2(g) HRo=-298,3 kJ

II. Oksidasi katalitik gas SO2 menjadi gas SO3

SO2(g) + 0,5O2(g) SO3(g) HRo=-98,3 kJ

III.Absorpsi gas SO3 untuk dihasilkan larutan H2SO4 melalui 2 tahap kegiatan:

III. Absorpsi gas SO3 untuk dihasilkan larutan H2SO4 melalui 2 tahap kegiatan:

(i) Absorpsi gas SO3 dengan larutan H2SO4 pekat 98% (18M) untuk dihasilkan oleum, H2S2O7

SO3(g) + H2SO4(l) H2S2O7(l)

(ii) Pelarutan oleum di dalam air untuk dihasilkan asam sulfat

H2S2O7(l) + H2O(l) 2 H2SO4(l)

Penjumlahan reaksi (i) dan (ii):

SO3(g) + H2O(l) H2SO4(l) HRo=-130,4 kJ

Tahap (reaksi) utama ke-2 dari proses kontak merupakan reaksi kesetimbangan katalitik dan eksotermis.

Kondisi reaksi: T = 450oC, P = 1 – 2 atm, katalis = V2O5

Harus diperhatikan prinsip-prinsip Le- Chatelier untuk mengoptimalkan perolehan produk.

Penerapan prinsip-prinsip LeChatelier untuk mengoptimalkan perolehan gas SO3

Reaksi: SO2(g) + 0,5O2(g) SO3(g) HRo=-98,3 kJ

Penerapan prinsip-prinsip LeChatelier untuk mengoptimalkan perolehan gas SO3 (lanjutan)

• Temperatur reaksi yang lebih tinggi akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah kiri (ke arah reaksi endotermik), ke arah peningkatan produksi gas SO2

• Sebaliknya, temperatur reaksi yang lebih rendah akan meningkatkan perolehan gas SO3

• Dampak negatif T rendah: Laju reaksi pembentukan gas SO3 pada temperatur yang lebih rendah akan turun secara ekstrim

• Harus dipilih temperatur untuk mengkompromi- kan antara masalah kesetimbangan dan laju reaksi (=450oC). Selain itu, penggunaan katalis V2O5 juga merupakan upaya untuk meningkat-kan laju reaksi

Penerapan prinsip-prinsip LeChatelier untuk mengoptimalkan perolehan gas SO3 (lanjutan)

• Pada tekanan yang lebih tinggi, posisi kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi yang jumlah molekul gasnya lebih sedikit. Sesuai dengan persamaan reaksi, tekanan yang lebih tinggi akan meningkatkan perolehan gas SO3

• Kesetimbangan memiliki hubungan berbanding lurus terhadap rasio O2/SO2

• Pengusiran SO3 yang terbentuk akan meningkat- kan SO2 yang terkonversi

5,0

22

3

OSO

SOP PP

PK

Hubungan-hubungan kesetimbangan pada reaksi konversi SO2 menjadi SO3, secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

• Untuk reaksi SO2 + ½O2 SO3:

• Untuk reaksi SO2 + ½O2 SO3, dinyatakan dalam mol dan tekanan total:

atau:

Pnn

nNK

OSO

SOP

22

3

2

2

N

PKnnn POSOSO

22

3

22

Equilibrium-temperatur relation for SO2 conversion to SO3 (Mosanto Enviro-Chem)

Dari segi pemilihan reaktor, usaha untuk mem- peroleh konversi SO2 menjadi SO3 yang optimal, digunakan sejumlah konventer (reaktor) adiaba-

tik yang dipasang seri, dan dilengkapi sistem

pendingin di antara masing-masing konventer.

Conventer multipass pada pengkorsian SO2 menjadi SO3

Diagram Proses Sederhana pada Produksi Asam Sulfat (Proses Kontak)

Process Block Diagram Produksi Asam Sulfat (Proses Kontak)

Process Flowsheet Produksi Asam Sulfat (Proses Kontak)

Kondisi Operasi pada Proses Produksi Asam Sulfat (Proses Kontak)