mandiri

1 Perancangan Pabrik Etilen dari Nafta Kapasitas 700.000 ton/tahun

Bab I Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Etilen merupakan salah satu senyawa penting dalam mata rantai

industri petrokimia dan bahan kimia organik terbesar di dunia.Etilen

merupakan bahan dasar untuk berbagai produk intermediate maupun produk

akhir seperti plastik, resin, fiber, elastomer, solven, surfaktan, coating, dan

antifreeze.

Secara garis besar, produk etilen dibagi menjadi dua kelompok, yaitu

polymer grade dan chemical grade.Polymer grade memiliki kemurnian hingga

99%, sedangkan untuk chemical grade kemurniannya berkisar antara 92-94%.

Polymer grade merupakan konsumen terbesar bahan baku etilen, yaitu hingga

45% dari total produksi etilen. Selain polymer grade, etilen juga dikonsumsi

oleh kelompok chemical grade. Yang termasuk dalam kelompok chemical

grade antara lain etanol, etilen oksid, vinil asetat, solven etilen, dan

sebagainya.

Sampai tahun 2005, satu-satunya pabrik di Indonesia yang

memproduksi etilen adalah PT. Chandra Asri Petrochemical Indonesia.

Produk etilen dari PT. Chandra Asri hampir semuanya dikonsumsi kelompok

polymer grade, yaitu sebagian besar dipakai sebagai bahan baku Low Linear

Density Poliethyelene (LLPDE) Plant dan High Density Poliethylene (HDPE)

Plant PT. Chandra Asri, sementara sebagian kecil dijual ke PT. PENI dan PT.

Asahimas Subentra Chemical. Seiring dengan berkembangnya zaman,

kebutuhan akan etilen juga mengalami peningkatan, hingga tahun 2009 sudah

ada 4 pabrik di Indonesia yang memproduksi etilen. Berikut daftar pabrik

yang memproduksi etilen di Indonesia hingga tahun 2009:


Bab I Pendahuluan

Tabel I.1 Produsen Etilen di Indonesia

No Nama Pabrik Kapasitas (ton/tahun)

1 PT. Salim Group 250.000

2 PT. PERTAMINA 500.000

3 PT. Shell 375.000

4 PT. Chandra Asri 550.000

(ICIS, 2009)

Sementara itu kebutuhan dalam negeri akan etilen semakin

meningkat. Menurut Indonesian Petroleum Report, import propilen Indonesia

pada tahun 1999-2001 meningkat hingga mencapai US$ 55,8

juta.Perkembangan import etilen dalam negeri menurut data statistik BPPN

dapat dilihat pada gambar di bawah :

Gambar I.1. Perkembangan Impor Etilen Indonesia

Menurut gambar I.1 di atas, impor etilen pada tahun 2010 mencapai

820.0000 ton. Kebutuhan etilen untuk polymer grade dalam negeri pada tahun

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

tah

un

19

93

tah

un

19

94

tah

un

19

95

tah

un

19

96

tah

un

19

97

tah

un

19

98

tah

un

19

99

tah

un

20

00

tah

un

20

01

tah

un

20

02

tah

un

20

03

tah

un

20

04

tah

un

20

05

tah

un

20

06

tah

un

20

07

tah

un

20

08

tah

un

20

09

tah

un

20

10

Rib

u T

on

Impor


Bab I Pendahuluan

2010 adalah 1,3 juta ton per tahun. Dengan pembangunan pabrik-pabrik

berbahan baku etilen untuk produk chemical grade di Indonesia seperti pabrik

etilen klorid, vinil klorid, etilen diklorid, dipastikan kebutuhan akan etilen di

Indonesia akan lebih meningkat lagi.

Tabel I.2. Karakteristik Reaksi dan Produk Turunan Etilen

Reaksi Produk %

Pemakaian

Polimerisasi Polietilen 45,7

Oksidasi

Etilen oksid, etilen glikol, etanolamin,

22,4 asetaldehid, asam asetat, vinil asetat,

asetat anhidrid, pentoeritrio

Halogenasi/ Etil diklorid, vinil klorid, etil klorid, 15,9

Hidrohalogenasi etilen dibromid, etil bromid

Alkilasi Etil benzen, toluene, etil mercaptan,

8,5 etil anilin, dietil sulfat

Oligomerasi Alfaolefin 4,3

Okso reaksi Propionaldehid 0,5 (Stevens, 2001)

Permintaan etilen secara global pada tahun 2015 diperkirakan akan

mencapai 160 juta ton. Permintaan etilen secara global akan mengalami

kenaikkan sebesar 5,5% per tahun. Konsumsi etilen di Asia Pasifik meningkat

6,1% per tahun pada tahun 2001 hingga 2010. Mengingat kebutuhan akan

etilen yang terus meningkat baik kelompok polymer grade maupun chemical

grade, sementara produsen etilen sendiri bisa dikatakan masih terbatas, maka

bisa dikatakan bahwa pangsa pasar untuk pabrik etilen masih sangat terbuka,

baik pasar domestik maupun mancanegara.Produk etilen yang dihasilkan dapat

dijual untuk kepentingan polymer grade ataupun chemical grade.

Bahan baku dari pabrik etilen ini adalah nafta. Pada tahun 2010,

Indonesia memproduksi 2.484.327 ton nafta. Spesifikasi umpan nafta harus

memiliki kandungan isoparafin diatas 60%. Berikut adalah tabel kadar

isoparafin yang terdapat pada nafta:


Bab I Pendahuluan

Tabel I.3 Kadar Isoparafin dari Berbagai Jenis Naphta

Nomor Jenis Nafta Kadar Isoparafin (% volum)

1 Ardjuna, Indonesia 64,30

2 Dukhan, Qatar 74,15

3 Abu Dabhi, UAE 72,99

4 Bombay Hi, India 53,70

5 Basrah Hvy, Iraq 69,50

(Bhirud, 2005)

Pada Tabel I.3, terlihat bahwa nafta yang berasal dari timur tengah

memiliki kadar isoparafin yang lebih tinggi dibandingkan naphta domestik.

Tetapi nafta domestik masih memenuhi kriteria untuk menjadi umpan nafta

yang memiliki kadar minimal isoparafin sebesar 60%. Oleh karena itu bahan

baku untuk pabrik ini diambil dari dalam negeri karena biaya yang

dikeluarkan lebih murah.

Pemilihan lokasi pabrik haruslah berdasarkan pada pertimbangan dari

segi teknis maupun ekonomis sehingga dapat memberikan keuntungan yang

maksimal. Adapun faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan

lokasi pabrik antara lain :

1. Ketersediaan bahan baku dan pemasaran produk

Lokasi pabrik sebaiknya dekat dengan tempat persediaan bahan baku dan

pemasaran produk untuk menghemat biaya transportasi. Pabrik juga

sebaiknya dekat dengan pelabuhan jika ada bahan baku dan produk yang

dikirim dari atau ke luar negeri atau pulau lain.

2. Sarana dan prasarana transportasi

Lokasi pabrik sebaiknya didirikan di wilayah yang memiliki sistem

transportasi yang baik sehingga dapat mempermudah dalam pengiriman

maupun pemasokan barang.

3. Ketersediaan air

Air merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam suatu pabrik, baik

untuk pendingin, proses, maupun untuk kebutuhan sehari-hari.Sumber air

biasanya berupa air sungai, danau, atau air laut.


Bab I Pendahuluan

4. Ketersediaan tenaga kerja

Tenaga kerja merupakan pelaku dari proses produksi. Ketersediaan tenaga

kerja yang terampil dan terdidik akan memperlancar proses produksi.

5. Kondisi geografis dan sosial

Lokasi pabrik sebaiknya terletak di daerah yang memiliki kondisi

topografi, struktur tanah, dan kondisi cuaca yang mendukung.Keadaan

sosial dan ekonomi penduduk sekitar lokasi pabrik juga perlu diperhatikan.

Kebijaksanaan pemerintah setempat juga mempengaruhi lokasi pabrik

yang akan dipilih.

Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan di atas, pabrik direncanakan

akan didirikan di Cilegon, Banten. Adapun alasan pemilihan lokasi ini antara

lain :

1. Lokasi strategis karena dekat dengan target pasar, dimana mayoritas pabrik

yang membutuhkan etilen sebagai bahan bakunya di Cilegon dan

sekitarnya. Selain itu, dekat dengan pelabuhan, sehingga memudahkan

distribusi bahan baku

2. Sarana dan prasarana transportasi sangat memadai, terutama adanya jalan

tol yang cukup memudahkan dalam distribusi produk dan bahan baku.

3. Tersedianya sumber daya manusia (SDM) yang cukup memadai.

4. Tersedianya sumber air karena terdapat waduk yang cukup besar yaitu

Waduk Krewang.

5. Bahan baku yang berupa nafta ini akan diimpor dari Timur Tengah

sehingga factor lokasi pabrik yang dekat dengan sumber bahan baku tidak

menjadi pertimbangan dalam pemilihan lokasi pabrik

Kapasitas merupakan elemen yang penting dalam mendirikan suatu

pabrik. Dalam penentuan kapasitas, banyak faktor-faktor yang harus

dipertimbangkan seperti kebutuhan/permintaan akan produk yang dihasilkan,

peraturan pemerintah, ataupun melakukan penyesuaian kapasitas produksi

dengan pabrik sejenis yang sudah ada. Sesuai dengan peraturan Menteri

Perindustrian RI Nomor 14/M-IND/PER/1/2010 tentang sasaran jangka

menengah (tahun 2010 - 2015) untuk klaster industri petrokimia, kapasitas


Bab I Pendahuluan

produksi sektor hulu olefin diharapkan berkisar antara 600.000 ton/tahun

hingga 750.000 ton/tahun. Saat ini Indonesia juga masih impor etilen

dikarenakan produksi dalam negeri (1.675.000 ton/tahun) masih dibawah

kebutuhan etilen yang mencapai lebih dari 2.200.000 ton/tahun.Untuk itu,

pabrik ini dirancang dengan kapasitas produksi 600.000 ton/tahun agar sesuai

dengan peraturan pemerintah dan diharapkan mampu mengurangi import etilen.

Kapasitas produksi ini juga disesuaikan dengan kapasitas produksi

pabrik sejenis yang lebih dulu beroperasi yaitu PT. Chandra Asri yang saat ini

memproduksi ± 650.000 ton etilen/tahun. Kapasitas produksi tidak dibuat

sebesar mungkin karena dikhawatirkan akan meningkatkan fixed cost secara

signifikan.

B. Tinjauan Pustaka

1. Nafta

Nafta merupakan salah satu produk pengilangan minyak yaitu

fraksi ringan dari crude oil yang berupa hidrokarbon C5-C12.Nafta

didapatkan dari produksi nafta domestik maupun import. Sebagian besar

nafta merupakan import karena nafta domestik dari Pertamina lebih

diprioritaskan untuk kebutuhan bahan bakar minyak dan gas domestik.

Selain itu nafta domestik memiliki kandungan isoparafin yang lebih

rendah daripada nafta import, sementara nafta dari luar negeri bisa

didapatkan dari Timur Tengah, India, dan Jepang.Sumber nafta domestik

didapatkan dari pertamina Cilacap, Balikpapan, dan Bontang.

Berdasarkan densitasnya, nafta dibedakan sebagai light naptha

(sg.<0,7) dan heavy naptha (sg.>0,7). Umpan nafta harus memenuhi

spesifikasi tertentu yaitu memiliki kandungan isoparafin minimum sebesar

60%.Semakin tinggi kandungan isoparafin maka nafta semakin baik. Hal

ini karena isoparafin merupakan rantai karbon jenuh sehingga

memudahkan proses cracking umpan untuk menghasilkan rantai karbon

tidak jenuh sebanyak-banyaknya. Apabila kandungan isoparafin dalam

nafta kurang dari 60% maka sebelum diumpankan kedalam craking


Bab I Pendahuluan

heater/ pyrolysis heater nafta tersebut harus diblending dengan nafta lain

yang memiliki kandungan isoparafin tinggi.

(Kirk & Othmer, 1977)

2. Etilen

Etilen merupakan hidrokarbon olefin (berantai ganda) paling

ringan dengan berat molekul 16, tak berwarna, mudah terbakar, dan sedikit

wangi. Sifat etilen ditentukan ikatan rangkapnya, yang reaksi utamanya

adalah reaksi adisi menghasilkan hidrokarbon jenuh dan turunannya atau

polimer.


Etilen merupakan senyawa antara yang menjadi bahan baku

berbagai produk turunannya berdasarkan karakteristik reaksi. Spesifikasi

produk etilen dapat dilihat pada tabel I.2.

(Mc. Ketta, 1984)

Sekarang hampir seluruh etilen dibuat dari gas alam, etana,

propana, dan parafin lain yang berat serta fraksi minyak mentah, nafta,

kerosin, dan gas oil. Sejumlah kecil etilen didapat dari gas keluaran kilang

(catalytic cracking). Beberapa cara pembuatan etilen menurut Mc. Ketta

(1984) adalah :

a. Pirolisis hidrokarbon

Teknik yang paling banyak dipakai dalam pembuatan etilen.

Persamaan reaksi dalam pirolisis hidrokarbon:

C7H16 ½ C5H12 + 1/3 C4H8 + 1/3 C3H8 + 1/3 C4H10 + 1/3 C3H6 ..(1)

Produksi skala besar dilakukan dengan melakukan pirolisis bahan baku

hidrokarbon dan ditambah dengan steam dengan rasio dalam suatu

pyrolysis heater dan dilanjutkan dengan pemisahan campuran hasil gas

melewati sistem operasi yang kompleks. Proses ini menghasilkan

campuran produk hidrokarbon yang kompleks dan akan semakin

kompleks lagi seiring dengan semakin beratnya molekul hidrokarbon

yang dipirolisis.


Bab I Pendahuluan

Selektifitas hasil yang tinggi terhadap olefin dan diolefin yang

diinginkan (etilen, propilen, butadiene) serta hasil metana dan coking

yang minimum dapat dicapai dengan mengoperasikan pyrolysis heater

pada suhu tinggi (750-900 oC).waktu tinggal yang pendek serta

tekanan parsial yang rendah. Penambahan steam berfungsi untuk

mengurangi tekanan parsial hidrokarbon dan jumlah karbon yang

terdeposit dalam dinding tube. Perbandingan berat steam dengan

hidrokarbon bervariasi dari 0,3 untuk etan hingga 1,0 untuk gas oil.

Perubahan rantai karbon parafinik dan naftenik menjadi olefin terjadi

secara endotermis. Gas hasil pirolisis sebelum masuk dalam seksi

distilasi (separation plant) akan mengalami serangkaian treatment

terlebih dahulu, yaitu :

i. Pemanfaatan panas yang dikandung oleh gas pirolisis

ii. Kompresi

iii. Pengambilan (penghilangan) komponen asam

iv. Pengeringan kandungan air dalam gas hidrokarbon dengan

menggunakan adsorben padat

b. Dehidrasi etanol

Pembuatan etilen dari dehidrasi etanol mengikuti persamaan reaksi

berikut :

C2H5OH C2H4 + H2O ….(2)

Reaksi terjadi dengan bantuan katalisator alumina aktifdan asam

fosfat.Pembentukan eter terjadi pada suhu 230 oC sedangkan pada suhu

300-400 oC diperoleh etilen dengan kandungan eter minimum. Hasil

etilen dapat mencapai 94 – 99 % dari nilai teoritis tergantung pada

proses yang dipakai. Pemurnian yang lebih lanjut dipakai untuk

memisahkan asetaldehid, asam, hidrokarbon lain, CO2 dan air. Proses

ini berkembang dalam skala kecil di Eropa, Amerika, dan Australia

pada tahun 60-an, sebelum berkembangnya pabrik etilen yang

menghasilkan etilen lebih murah, yaitu dari hidrokarbon.


Bab I Pendahuluan

c. Disproposionasi propilen

Pada proses ini propilen yang relatif murah diubah menjadi etilen

dan butilen yang lebih tinggi harganya dengan bantuan katalis tungsten

oksid-silika. Reaksi yang terjadi adalah :

2C2H6 C2H4 + C4H8 ….(2)

d. Etilen dari batubara

Merupakan cara tidak langsung dan proses alternatif mengingat

minyak bumi dan gas alam semakin menipis sementara persediaan

batubara masih lebih banyak. Cara ini melibatkan 3 proses, yaitu :

i. Produksi gas sintesis dari batubara dalam proses gasifikasi

(proses Lurgi, Koppers-Totzek, Winkler).

ii. Gas sintesis diubah menjadi hidrokarbon dengan proses

Fischer-Tropsch.

iii. Etilen dibuat dengan pirolisis hidrokarbon / dehidrasi etanol

yang diperoleh.

Proses ini berjalan di Afrika Selatan yang tidak memiliki kandungan

minyak bumi namun kaya akan batubara.

Dari semua proses di atas, yang paling banyak dipakai adalah

proses pirolisis hidrokarbon, yang terdiri dari 3 tahap, yaitu :

i. Sintesis

ii. Recovery

iii. Pemurnian

Proses tersebut dilakukan pada suhu yang tinggi, yaitu antara 1500 – 2000

oF.

Teknik yang dipakai dalam produksi etilen dengan cara pirolisis

hidrokarbon secara umum menurut Kirk & Othmer (1977) antara lain :

i. Fired heater tubular

ii. Regenerative stove

iii. Moving bed / refractory pebbles

iv. Pembangkitan panas dengan pembakaran di dalam menggunakan

udara atau oksigen.


Bab I Pendahuluan

v. Busur listrik

vi. Kontak dengan timah

Kedua proses yang disebutkan pertama, yaitu proses dengan

menggunakan fired heater tubulardan regenerative stove telah dijalankan

secara komersial. Dari keenam proses di atas, saat ini hampir semua pabrik

etilen menggunakan fired heater tubular dalam produksinya.

Recovery dan pemurnian etilen merupakan proses yang kompleks,

mengingat hasil pirolisis juga sangat kompleks. Proses yang dijalankan

secara komersial untuk keperluan ini adalah :

i. Fraksinasi pada suhu rendah dan tekanan tinggi

ii. Absobsi dan fraksinasi pada suhu rendah

iii. Fraksinasi pada suhu rendah dan tekanan rendah

iv. Ekstraksi solven


Sebagai catatan proses fraksinasi pada suhu rendah dan tekanan tinggi

digunakan pada 75 % pabrik etilen yang beroperasi di Amerika Serikat.

Dalam perancangan pabrik etilen ini ada 3 proses lisensi yang

paling dominan dan banyak dipakai yaitu Kellog, Lammus, dan Linde. Di

antara ketiga lisensor tersebut, proses Kellog dengan front end

demethanizer scheme yang mulai dikembangkan sekitar tahun 1960

menguasai sekitar 40% dari seluruh pabrik yang ada di dunia, disebabkan

oleh efisiensi termodinamikanya yang tinggi.

3. Propilen

Propilen adalah bahan baku petrokimia tertua dan merupakan salah

satu olefin ringan utama. Propilen dipakai secara luas dalam proses alkilasi

dan sebagai bahan mentah polymer-gasoline untuk peningkatan oktan.

Sebagai tambahan sebagian besar propilen dipakai dalam industri plastik

sebagai polipropilen, misalnya sebagai bahan baku untuk accrylonitrile,

propylene oxide, 2-propanol, dan cumen propilen utamanya dihasilkan


Bab I Pendahuluan

sebagai bi-produk dari petroleum refinery dan produk etilen dengan steam

pirolisis.


Menurut Kirk & Othmer, (1977), secara umum propilen di

produksi melalui 2 cara, yaitu:

a. Steam cracking

Dalam steam cracking, campuran hidrokarbon dan steam

dipanaskan hingga 870 K dalam seksi konveksi furnace pirolisis.

Setelah itu gas hidrokarbon dan steam dipanaskan dalam seksi radiasi

mencapai 1170 K. steamakan mereduksi tekanan parsial hidrokarbon

dalam reaktor.

Propilen didapatkan dari bagian separation plant, yaitu dengan

distilasi campuran C3 (propilen, propan, serta sedikit komponen lain)

di dalam C3 splitter tower. Propilen didapatkan sebagai hasil atas,

sementara hasil bawahnya adalah arus kaya propana.Ukuran C3 splitter

tower tergantung kemurnian propilen yang diinginkan.propilen dalam

pasar dibedakan berdasarkan kemurniannya menjadi dua, yaitu :

i. Polymer Grade Propylene

Kemurnian propilen jenis ini minimal 99 % berat.

ii. Chemical Grade Propylene

Kemurniannya 92 - 94 % berat

b. Produk refinery

Pada produk refinery, propilen terbentuk sebagai bi-produk dari

fluid catalytic cracking gas oil serta proses thermal seperti coking.

Jumlah total propilen yang diproduksi tergantung campuran dari

umpan proses tersebut dan juga refinery product state. Misalkan di

Amerika refineryakan memaksimalkan produksi gasoline, sehingga

produk propilen berjumlah kecil.

Pada fluid catalytic cracking, gas oil yang teruapkan dikontakkan

dengan katalis zeolit. Waktu kontak yang dibutuhkan sekitar 5 detik


Bab I Pendahuluan

hingga 2 menit dengan tekanan operasi 250-400 kPa (2,5 – 4 atm)

tergantung desain unit. Suhu reaksi berkisar antara 720 – 850 K.

Umpan akan terkonversi menjadi gasoline-boiling range

hydrocarbon, C4 dan gas yang lebih ringan serta coke. Yield propilen

yang dihasilkan bervariasi tergantung pada kondisi reaktornya, namun

pada umumnya sebesar 2 – 5 % dari umpan. Pada akhirnya propilen

dalam kemurnian chemical grade atau polymer grade diperoleh

dengan distilasi pada propylene concentration unit.

mandiri

Documents