s1-2013-252773-chapter1

Prarancangan Pabrik Metanol dari Batubara

Kapasitas 525.000 Ton Metanol/tahun

Christ Renaldi (07/250918/TK/32467) Rifky Adriansyah (07/252773/TK/33141)

1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG

Pertumbuhan industri-industri produk turunan metanol seperti asam asetat,

formaldehid, MTBE, polyvinyl, polyester, rubber, chloroform dan lain sebagainya, telah

membuat metanol menjadi salah satu bahan intermediate yang terus meningkat

permintaannya di pasaran, baik di Indonesia maupun di regional Asia. Dari data wikipedia

disebutkan bahwa di tahun 2007, sebanyak 37 juta ton per tahun metanol digunakan sebagai

raw material untuk industri-industri kimia lainnya, diperkirakan angka ini akan terus

meningkat. Disisi lain, dengan terbatasnya jumlah bahan bakar berbasis minyak, metanol

mulai banyak digunakan sebagai alternative fuel menggantikan diesel dan bensin. Tingginya

angka oktan yang bisa dihasilkan oleh metanol ketika digunakan sebagai bahan bakar,

memberikan perkembangan yang cukup signifikan pada penggunaan metanol sebagai bahan

bakar kendaraan/mobil berjenis hybrid, terutama di daerah Eropa dan negara-negara maju

lainnya. Metanol juga dapat ditransformasikan menjadi dimetil eter yang menyerupai bahan

bakar diesel, baik untuk keperluan industri maupun transportasi. Kebutuhan metanol sebagai

bahan intermediate dan alternative fuel yang memiliki kualitas setara dengan penurunan

fossil fuel lah yang membuat meningkatnya kebutuhan metanol di dunia, khususnya di Asia.

Gambar 1.1 menunjukkan porsi permintaan pasar metanol di dunia, pada gambar tersebut

terlihat bahwa Asia menjadi daerah yang memiliki kebutuhan metanol terbanyak (sebagai

bahan intermediate), disusul oleh Eropa yang banyak menggunakan metanol sebagai bahan

bakar kendaraan dan mesin.

Gambar 1.1 Porsi Permintaan Metanol di Dunia (Sumber: Methanol Market Services Asia)




2

Pada gambar 1.2, yaitu porsi supply metanol dari beberapa daerah di dunia, terlihat bahwa

Asia juga memiliki porsi yang paling besar dalam produksi metanol.

Gambar 1.2 Porsi Penjualan/Supply Metanol di Dunia

(Sumber : Methanol Market Services Asia)

Dengan membandingkan gambar 1.1 dan 1.2, dapat terlihat bahwa Asia menjadi

daerah yang memiliki peranan dan pengaruh besar terhadap perkembangan industri metanol,

di sisi lain terlihat juga bahwa nilai demand lebih besar dari supply, sehingga masih ada

potensi strategis untuk membuka pabrik baru dan menjual produknya di regional Asia. Di

Indonesia, pabrik metanol dalam skala besar hanya terdapat di Kalimantan Timur, yaitu PT

Kaltim Methanol Industri (PT KMI) yang memasok sekitar 4-5 % dari kebutuhan metanol di

Asia. Jika di Indonesia didirikan lagi pabrik metanol yang serupa, maka pasokan metanol dari

Indonesia untuk wilayah Asia bisa mencapai sekitar 7-10 % dari permintaan.

Permasalah terbesar yang dihadapi oleh perusahaan metanol berbasis gas alam adalah

mulai menipisnya pasokan gas alam dari industri eksplorasi minyak dan gas bumi. Potensi

gas bumi yang dimiliki Indonesia berdasarkan status tahun 2008 mencapai 170 TSCF dan

produksi per tahun mencapai 2,87 TSCF, dengan komposisi tersebut Indonesia memiliki

reserve to production mencapai 59 tahun (www.datacon.co.id, 2010). Untuk memperpanjang

waktu reserve to production dari gas alam, dapat dipastikan pemerintah akan memangkas

jumlah gas alam yang bisa diproduksi/dieksplorasi dari tahun ke tahun jika tidak ditemukan

lapangan-lapangan baru yang potensial. Pemangkasan nilai produksi gas alam inilah yang

akan menyebabkan fluktuatifnya pasokan gas alam sebagai bahan baku industri petrokimia,

http://www.datacon.co.id/




3

sehingga perlu dikembangkan teknologi proses yang memungkinkan substitusi bahan baku

industri petrokimia.

Pada umumnya gas sintesis, yang merupakan umpan reaksi pembentukan metanol,

didapatkan dari reaksi sintesa gas alam melalui serangkaian proses pemecahan CH4 menjadi

CO, CO2 dan H2, namun pada dasarnya gas sintesis juga dapat dibenuk dari bahan baku lain

yang memiliki basis karbon, hidrogen dan oksigen. Bahan baku yang paling memungkinkan

untuk menggantikan gas alam adalah batubara, baik melalui teknologi CBM (Coal Bed

Methane), maupun teknologi gasifikasi. Teknologi gasifikasi sudah berkembang pesat di

dunia, mengingat banyaknya pembangkit listrik yang berbasis batubara sehingga

penggunaannya di pabrik petrokimia juga sudah mulai dikembangkan. Pada proses gasifikasi,

untuk mendapatkan hasil H2 yang lebih banyak lebih baik digunakan batubara low-rank yang

banyak mengandung komponen hidrogen. Batubara jenis low-rank ini tersebar dalam jumlah

yang sangat banyak di daerah Sumatera serta kalimantan dan pemanfaatannya belum optimal

karena hanya dijual dengan harga yang rendah.

Produksi batubara nasional terus mengalami perkembangan yang sangat signifikan.

Pada tahun 1992 tercatat sebesar 22,951 juta ton, naik menjadi 151,594 juta ton pada tahun

2005, atau naik rata-rata 15,68 % per tahun. Jika diasumsikan proyeksi untuk tahun-tahun

mendatang mengikuti kecenderungan di atas, maka kondisi pada tahun 2025, produksi akan

meningkat menjadi sekitar 628 juta ton. Dari jumlah di atas, diperkirakan 20 – 35 % nya

adalah batubara jenis low-rank yang sebagian besar terdapat di daerah Sumatera Selatan dan

Kalimantan timur (Pusat Litbang Teknologi Mineral dan Batubara ESDM, 2006).




4

Gambar 1.3 Poyeksi Produksi, Penjualan Dalam dan Luar Negeri Batubara Indonesia Tahun 2006-2025

Mengingat ketersediaan batubara low-rank yang sangat memadai, maka bahan ini paling

memungkinkan menggantikan gas alam untuk menghasilkan gas sintesa sebagai bahan baku

proses produksi metanol secara komersial.

Dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan baku yang melimpah dan peluang

kebutuhan pasar, maka Indonesia menjadi lokasi yang sangat strategis untuk berdirinya

pabrik metanol baru dengan mengandalkan bahan baku berupa batubara low-rank. Pendirian

pabrik berskala besar ini akan menambah besar porsi Indonesia dalam bisnis metanol di dunia

dan akan menghasilkan pemasukan yang besar bagi pemerintah dan para pemegang saham

yang berinvestasi di dalamnya.

I.2 TINJAUAN PUSTAKA

I.2.1 Metanol dan Turunannya

Metanol atau methyl alkohol adalah produk industri hulu petrokimia dan biasa

digunakan oleh berbagai industri seperti industri plywood, tekstil, plastik, resin sintetis,

farmasi, insektisida dan lainnya. Metanol juga dipakai sebagai pelarut, bahan pendingin, dan

bahan baku perekat. Pada industri migas, metanol digunakan sebagai antifreeze dan gas

hydrate inhibitor pada sumur gas alam dan pada pipa gas. Methyl tertiary butyl eter (MTBE)

adalah komponen pencampur untuk mendapatkan oktan tinggi pada BBM. Bahan ini dibuat

dari reaksi antara isobuty-lene dengan metanol. Salah satu turunan methanol yang kini




5

dikembangkan untuk energi alternatif pengganti LPG (Liquified Petroleum Gas) adalah

Dimethyl Ether (DME). Bahan bakar ini diperoleh dari metanol yang berasal dari berbagai

sumber seperti gas alam atau batubara. Di Indonesia kini sedang dikembangkan metanol yang

diperoleh dari proses gasifikasi batubara muda (rendah kalori) untuk pembuatan DME. Di

Indonesia pemakaian terbanyak metanol adalah pada industri formaldehyde dan produk

turunannya seperti urea formaldehyde, phenol formaldehyde, dan melamine formaldehyde

(Indonesian Commercial Newsletter, 2009).

I.2.2 Batubara dan Jenis-Jenis nya di Indonesia

Baubara adalah jenis bahan bakar fosil berbentuk padat dan berwarna gelap yang

terbentuk dari endapan organik (sisa-sisa tumbuhan) melalui proses pembatubaraan

(coalification) dan mengandug unsur utama berupa karbon, hidrogen dan oksigen (wikipedia,

2010).

Secara umum, batubara digolongkan menjadi 5 tingkatan (berdasarkan urutan

kualitasnya), yaitu antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan peat (gambut).

Penggolongan tersebut menekankan pada kandungan relatif antara unsur C dan H2O yang

terdapat dalam batubara. Batubara antrasit memiliki kandungan C yang paling banyak

dibanding dengan jenis batubara lainnya, sedangkan batubara yang paling rendah, yaitu peat

memiliki kandungan H (baik dalam bentuk moisture maupun H2) terbanyak dibanding

lainnya. Antrasit menunjukkan ciri antara lain, memperlihatkan struktur kompak, berat jenis

tinggi, berwarna hitam metalik, serta kandungan volatille matter, abu dan air yang rendah.

Apabila batubara jenis ini dibakar, maka hampir seluruhnya akan terbakar tanpa timbul nyala

dan nilai kalornya berkisar antara 8300 kkal/kg. Batubara kelas bituminus berwarna hitam

agak kompak, kandungan abu dan air relatif rendah (5-10%), nilai kalor antara 7000-8000

kkal/kg. Sub-bituminus memiliki spesifikasi yang menyerupai bituminus dengan nilai kalor

yang lebih rendah, yaitu sekitar 6000 kkal/kg. Batubara jenis lignit apabila dibakar akan

menghasilkan nilai kalor yang rendah, yaitu 1500-4500 kkal/kg, begitu pula dengan peat

dengan nilai kalor sekitar 1700-3000 kkl/kg (Sukandarrumidi,2005). Karena batubara

digolongkan sebagai material penghasil energi, maka harga batubara akan bergantung pada

nilai kalor yang dapat dihasilkannya. Berdasarkan nilai kalornya, batubara dibagi menjadi :

1. Batubara High-Rank dengan nilai kalor yang sangat tinggi, meliputi batubara meta

antrasit, antrasit dan semi antrasit




6

2. Batubara Moderate-Rank dengan nilai kalor yang cukup tinggi, yaitu batubara

bituminus

3. Batubara Low-Rank dengan nilai kalor yang rendah, meliputi batubara sub-bituminus

dan lignit

I.2.3 Produksi Metanol secara Komersial

Secara garis besar, proses produksi metanol secara komersial dibagi menjadi 2 tahap,

yaitu tahap pembentukan gas sintesis dan tahap sintesa metanol di reaktor katalitis. Pada

pabrik metanol yang paling umum, tahap pertama merupakan tahap mengkonversikan umpan

yang berupa gas alam menjadi gas sintesis yang mengandung CO,CO2 dan H2O, proses ini

biasanya dilakukan pada reformer katalitis dan mengalami reaksi oksidasi parsial. Rangkaian

unit yang diperlukan dalam proses ini adalah desulfurisasi, reforming, autothermal reforming

dan steam reformer (Ludwig,2007). Pada dasarnya, umpan yang dibutuhkan oleh proses

sintesa metanol adalah gas sintesis yang bukan hanya bisa didapatkan dari gas alam,

melainkan juga dari batubara, baik melalui proses gasifikasi maupun dengan teknologi Coal

Bed Methane (MMSA, 2008). Perbedaan utama dari produksi metanol dengan berbagai

bahan baku adalah pada tahap membentuk gas sintesa (CO,CO2 dan H2O). Pada methane

based production (termasuk melalui teknologi CBM maupun dari gas alam hasil eksplorasi),

unit utama untuk menghasilkan gas sintesis adalah serangkaian reformer yang memecah

methane menjadi CO, CO2 dan H2. Sedangkan untuk coal based production, unit persiapan

gas sintesis dilakukan dengan mengkonversi batubara menjadi gas sintesis pada reaktor

gasifikasi batubara (gasifier). Setelah membentuk gas sintesis dan melewati tahapan

penyesuaian gas sintesis, proses produksi akan serupa, yaitu proses reaksi sintesa metanol di

reaktor katalitis dan proses pemurnian produk metanol melalui menara distilasi. Reaksi

sintesa metanol adalah reaksi katalitik yang eksotermis, reaksinya adalah sebagai berikut :

2H2 + CO CH3OH

3H2 + CO2 CH3OH + H2O

reaksi tersebut biasanya berjalan pada tekanan yang tinggi dan suhu sekitar 200oC. Berbagai

teknologi perancangan proses sintesa metanol dikembangkan oleh perusahaan-perusahaan

licensor di dunia. Dalam bukunya, Fundamentals of Industrial Catalytic Process,

Bartholomew membandingkan beberapa teknologi sintesa metanol sebagai berikut :




7

Tabel I.1 Operasi Sintesa Metanol pada Berbagai Teknologi Proses

Licensor ICI Linde, Lurgi,

Topsoe Mitsubishi Kellog, Topsoe

Kondisi Operasi

Tekanan (bar) 50 - 100 40 - 100 50 - 80 50 – 150

Suhu (oC) 220 - 280 220 240 - 260 200 – 300

Katalis Yield, kg/L.h rendah medium - tinggi tinggi tinggi

lifetime, tahun 3 5

Reaktor

Karakteristik Quench

Tubular Isothermal

Annular gas/liquid HE

Adiabatic Radial

Jumlah reaktor 1 1 1 3 – 4

Pendinginan cold quench Boiler Feed

Water Water & gas

Interstage Cooling

H x D (meter) 0,8 (bed) x 6 5 x 6 10 x 0,085 spheres, D = 3-5

Recycle : Feed 5 - 7 3 - 4 Katalis loading mudah sulit sulit mudah

Kelebihan sudah terbukti dan

sering digunakan

efisiensi termal

yang tinggi dan

selektivitas tinggi, suhu lebih stabil

profil suhunya

ideal, katalis yang

dibutuhkan lebih sedikit

kecepatan dan kapasitas produksi

nya tinggi

Kekurangan

efisiensi termal

rendah, adanya

bypass katalis

kapasitas produksi tidak terlalu besar

rumit dan mahal

operasi dan

reaktornya

tingginya kondisi

operasi dan arus

produknya

I.2.4 Proses Gasifikasi Batubara

Gasifikasi batubara pada dasarnya merupakan suatu proses perubahan batubara

menjadi gas yang lebih mudah terbakar dengan klasifikasi berdasarkan nilai panasnya.

Perubahan batubara menjadi gas yang mudah terbakar terjadi melalui beberapa proses kimia

dalam reaktor gasifikasi. Tahap awal adalah pemanasan sampai temperatur reaksi dan

mengalami pirolisa atau pembakaran. Semua batubara kecuali mineral pengotor dikonversi

menjadi hidrogen, karbon monoksida dan metana. Air dan karbon dioksida juga terbentuk

saat tahapan devolatilisasi (Sukandarrumidi, 2005).

Reaksi dasar pada gasifikasi batubara adalah seperti yang terlihat pada gambar 1.4

berikut ini :




8

Gambar 1.4 Reaksi Dasar pada Proses Gasifikasi Batubra (Holt, 2004)

Tipe gasifier yang tersedia untuk proses gasifikasi dibagi menjadi 3 jenis , yaitu

moving bed gasifier, fluidized bed gasifier dan entrained flow gasifier. Pada reaktor moving

bed, gravitasi menguasai sistem partikel-partikelnya hingga partikel tersebut tidak

berterbangan di dalam reaktor dan membentuk solid bed. Batubara berukuran 3-30 mm

diumpankan dari bagian atas gasifier sedangkan oksigen dan steam diumpankan dari bagian

bawah gasifier, waktu tinggal total batubara dalam reaktor ini sekitar 1-3 jam, kemudian

setelah membentuk abu dan char sisa, padatan inilah yang akan dibuang dari reaktor melalui

bagian bawah gasifier. Pada reaktor fluidized Bed, daya dorong di bagian bawah bed akan

berkesetimbangan dengan gravitasi sehingga batubara serbuk (0,1 – 5 mm) yang diumpankan

dari bagian atas gasifier akan melayang-layang dan mengakibatkan luas kontak untuk reaksi

semakin luas sehingga waktu tinggal juga lebih cepat, sekitar 15-50 detik. Reaktor entrained

flow paling berbeda denga kedua jenis lainnya, karena partikel batubara di dalam reaktor

tidak membentuk bed, melainkan terbawa oleh gas. Umpan batubara untuk jenis reaktor ini

harus sangat halus agar terbawa oleh gas, yaitu lebih kecil dari 0,5 mm. Waktu tinggalnya

menjadi paling kecil, yaitu 1-5 detik (Yuwono dan Pribadi, 1988). Ilustrasi perbedaan dari

ketiga tipe gasifier tersebut dapat dilihat pada gambar 1.5 berikut ini :




9

Moving Bed Gasifier Fluidized Bed Gasifier Entrained Flow Gasifier

Gambar 1.5 Tipe-Tipe Gasifier beserta Profil Suhu di Dalam Reaktor

Tipe-tipe gasifikasi tersebut dikembangkan oleh licensor khusus, seperti Lurgi yang

menggunakan tipe Moving Bed Gasifier, Winkler yang menggunakan tipe Fluidized Bed dan

Koppers Totzek dengan tipe Entrained Flow.

s1-2013-252773-chapter1

Documents