s1-2014-285467-chapter1.pdf

Prarancangan Pabrik Vinyl Chloride Monomer dari Ethylene Dichloride

dengan Kapasitas 100.000 Ton/ Tahun

M. Fadli Arsyada (09/285467/TK/35801)

Rizal Agung Prakosa (09/284263/TK/35209) 1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Vinyl chloride monomer (VCM) merupakan senyawa organik dengan

rumus molekul C2H3Cl. Dalam perkembangannya, VCM diproduksi sebagai

produk antara dan digunakan untuk bahan baku pembuatan polimer terutama

polivinyl chloride (PVC). PVC memiliki kegunaan yang sangat luas, antara lain

sebagai bahan pembentuk bermacam-macam plastik, lapisan pelindung, dan

lapisan perekat. Dari kegunaan yang beragam tersebut, tidak heran jika kebutuhan

PVC semakin bertambah. Sehingga kebutuhan VCM juga terus meningkat.

Menurut data ekpor-impor dari Badan Pusat Statistik Indonesia tahun

2006-2011, jumlah impor VCM selalu mengalami fluktuasi tetapi cenderung naik

dari tahun ke tahun. Pada tahun 2009 impor VCM mencapai 109.612 ton,

kemudian 105.952 ton pada tahun 2010, dan kembali meningkat menjadi 134.878

ton pada tahun 2011. Pabrik vinyl chloride monomer ini dirancang memiliki

kapasitas produksi sebesar 100.000 ton/tahun, karena bertujuan untuk menutup

kebutuhan impor VCM yang diperkirakan berkisar pada angka tersebut pada tahun

2016 nanti.

Kota Cilegon dipilih sebagai tempat pabrik vinyl chloride monomer ini

didirikan. Pertimbangan ini didasarkan pada letak beberapa industri yang

memproduksi bahan baku pabrik berupa ethylene dichloride (EDC) seperti PT

Asahimas Chemical dan PT Sulfindo Adiusaha juga berlokasi di kota tersebut.

Selain itu, industri pengolah VCM menjadi PVC seperti PT. Asahimas Chemical,

Eastern Polymer, Satomo Indovyl Monomer, Siam Maspion Polymers, Standard

Toyo Polymer dan TPC Indopolimer juga berlokasi di pulau jawa, sehingga

diharapkan akan memudahkan trasnportasi produk.

Melihat kebutuhan vinyl chloride monomer yang terus meningkat dari

tahun ke tahun dan masih mengandalkan impor dari negara lain, maka industri ini

diperkirakan akan menjadi industri yang strategis untuk dikembangkan.





B. Tinjauan Pustaka

Terdapat empat metode yang dapat ditempuh untuk memproduksi VCM,

yaitu: cracking etilen dikhlorida (EDC), reaksi antara acetylene (C2H2) dengan

hydrogen chloride (HCl), reaksi methyl chloride (CH3Cl) dengan metylene

chloride (CH2CHCl) serta hydrodechloronation 1-1-2 trichloroethane (C2H3Cl3).

Keempat metode tersebut akan dijelaskan secara singkat di bawah ini.

1. Reaksi Acetylene (C2H2) dengan Hydrogen Chloride (HCl)

Menurut Nexants ChemSystem Process Evaluation/ Research

Planning (2007), metode pembuatan VCM dengan mereaksikan acetylene

dengan HCl merupakan metode yang pertama kali digunakan dalam

memproduksi vinyl chloride monomer (VCM). Metode ini dilakukan dengan

mereaksikan acetylene yang berada pada fasa uapnya dengan HCl. Reaksi ini

berjalan dengan bantuan mercury chloride (HgCl2) dan karbon aktif sebagai

katalis. Karbon aktif yang digunakan sebagai carrier mercury chloride ini

dapat diperoleh dari batu bara atau coke petroleum.

Pada proses ini, HCl bebas air dihasilkan dari reaksi antara gas H2 dan

gas Cl2, sedangkan asetilen dikeringkan terlebih dahulu kemudian dilewatkan

tumpukan karbon dengan tujuan untuk menghilangkan zat-zat yang dapat

merusak katalis seperti sulfida. Acetylene dan HCl dicampur dengan

menggunakan mixer untuk kemudian dipanaskan terlebih dahulu sebelum

masuk ke dalam reaktor.

Reaksi yang terjadi pada proes ini cukup sederhana dan dinilai cukup

efektif karena menghasilkan konversi yang cukup tinggi. Adapun reaksi yang

terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut:

Reaksi di atas merupakan reaksi eksotermis dengan panas reaksi pada

25oC dan tekanan 1 atm adalah sebesar -22.451.77 Kkal/Kgmol, sehingga

panas yang timbul akibat reaksi harus diserap agar reaktor tetap bekerja secara

isothermal.

Reaksi ini berjalan pada temperature 90-140 0C dan tekanan 1,5 atm

sampai 1,6 atm. Pada kondisi operasi tersebut, konversi reaktan adalah sebesar





80-85%. Reaktor yang dipakai pada proses ini adalah fixed bed reactor dengan

katalis yang diletakkan di dalam pipa-pipanya.

2. Reaksi Metil Khlorid CH3Cl dengan Methylene Chloride CH2CHCl

Metode ini dilakukan dengan mereaksikan methyl chloride dan

methylene chloride yang berada pada fasa uap-nya untuk menghasilkan vinyl

chloride monomer dan asam klorida. Satu mol methyl chloride bereaksi dengan

satu mol methylene chloride untuk menghasilkan satu mol vinyl chloride

monomer dan 2 mol asam klorida. Mekanisme reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut:

CH3Cl + H2O CH3OH + HCl

CH3OH + CH2Cl2 CH3OCH2Cl + HCl

CH3OCH2Cl CH2CHCl + H2O

Reaksi di atas berjalan pada temperatur 300-5000C dan tekanan 1 atm

sampai 10 atm. Selektivitas pada reaksi di atas dapat ditingkatkan dengan

menggunakan beberapa katalis antara lain alumina gel, gamma-alumina, zinc

chloride, zeolite dan silicone alumunium phosporus (Goldfarb dkk, 1980)

3. Cracking Etilen Dikhlorid (EDC)

Vinyl chloride monomer (VCM) dapat diproduksi melalui proses

cracking etilen dikhlorida (EDC). EDC sendiri diperoleh melalui dua metode,

yakni direct chlorination (mereaksikan etilen dengan asam klorida) dan metode

oxychloronation (mereaksikan etilen, oksigen dan asam khlorida). Proses

cracking etilen ini beroperasi pada temperature 480-5500C dan tekanan 3-30

bar. Proses cracking ini dapat mendekomposisi etilen dikhlorida (EDC)

menjadi vinyl chloride monomer (VCM) dan asam klorida (HCl) sesuai dengan

reaksi berikut:

C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl - 71Kj/mol

Reaktor yang digunakan pada proses ini adalah long tubular coil yang

berada di dalam furnace. Reaktor ini terdiri dari dua bagian, yaitu pre-heat

zone dan reaction zone. Pada pre-heat zone dilakukan penyesuaian suhu hingga

mencapai 480 550 oC dimana reaksi pirolisis dapat berlangsung secara

optimum, kemudian pada reaction zone terjadi reaksi pemecahan EDC menjadi

VCM. Diameter koil reaktor dirancang sedemikian rupa sehingga kecepatan





gas yang mengalir didalamnya berkisar antara 10-20 m/s dan panjang koil

dirancang hingga memungkinkan waktu tinggal selama 5-30 sekon.

Pada proses ini ada banyak impurities yang terdeteksi dalam hasil

pirolisis, sehingga EDC harus dimurnikan terlebih dahulu sebelum masuk

reaktor. Pada proses ini pembentukan coke akan sangat menganggu reaksi.

Untuk mencegah terbentuknya coke, suhu reaksi harus dijaga berada di bawah

500 0C, namun pada temperatur di bawah 500

0C kecepatan reaksi akan rendah,

karena reaksi ini merupakan reaksi endotermis. Hal ini dapat diatasi dengan

penambahan aditif seperti nitromethane chloroform atau carbon tetrachloride

(Dimian and Bildea, 2008).

4. Hydrodechloronation 1-1-2 Trichloroethane (C2H2Cl3)

Menurut Choi dan Lee (2001), proses ini memanfaatkan limbah

organik dari proses pembuatan ethylene dichloride yaitu 1-1-2 trichloroethane

(TCEA) untuk membentuk vinyl chloride monomer (VCM). 1-1-2

Trichloroethane (TCEA) direaksikan dengan H2 selama 2 jam dalam sebuah

reaktor alir kontinu fixed bed yang beroperasi pada tekanan atmosferis dan

suhu 3000C. Kinetika reaksi dapat ditingkatkan dengan menjaga perbandingan

input H2 sebesar 10 kali lipat lebih besar dari 1-1-2 trichloroethane (TCEA).

Pada proses ini digunakan gas N2 sebagai pembawa gas H2. Selektivitas proses

dapat ditingkatkan dengan menggunakan Ni-Cu/SiO2 sebagai katalis, aktivasi

katalis dilakukan dengan mengalirkan gas H2 dengan gas N2 sebagai gas

pembawanya selama 2 jam pada temperature 4000C. Pada proses ini diperoleh

konversi sebesar 95%. Hydrodechloronation berjalan sesuai dengan reaksi

berikut ini:

Dengan mempertimbangkan aspek kesederhanaan proses, ketersediaan bahan

baku, dan kondisi operasi, maka dipilih proses cracking ethylene dichloride

sebagai main process pada pabrik ini. Uraian keempat proses diatas dirangkum

dalam Tabel 1.1 di bawah ini.

Prarancangan Vinyl Chloride Monomer dari Ethylene Dichloride dengan Kapasitas 100.000 Ton/ Tahun



Tabel 1.1. Perbandingan Proses Pembuatan Vinyl Chloride Monomer

Pembanding Proses 1 Proses 2 Proses 3 Proses 4

Bahan Baku Acetylene dan HCl: banyak

diproduksi di indonesia

Methyl Chloride dan

Metylene Chloride dapat

diperoleh dengan harga

yang cukup murah

EDC sebagai bahan baku

mudah diperoleh dan banyak

terdapat di Indonesia dan

merupakan salah satu

komoditi ekspor

1-1-2 Trichloroethane

(C2H2Cl3) merupakan

limbah organik dari

proses pembuatan etilen

dikhlorida

Katalis Merkuri Khlorida (HgCl2)

dengan Karbon aktif sebagai

pembawa

Gel Alumunia, zinc

Chloride, Zeolite, Zinc

Chloride

Digunakan aditif berupa

Nitromethane Chloroform dan

Carbon Tetrachloride

Ni-Cu/SiO2

Kondisi operasi Temperatur: 90-140 oC

Tekanan: 1,5 atm - 1,6 atm

Temperatur: 300-500 oC

Tekanan: 1 atm - 10 atm

Temperatur: 480-550 oC

tekanan: 3- 30 atm

Temperatur: 300 oC pada

tekanan atmosferis

Kelebihan Reaksi relatif mudah dan

menghasilkan yield yang cukup

besar, 80-85%

Bahan baku murah,

katalis yang dibutuhkan

aman dan mudah dicari

Ekonomis, scale up skala

industri sudah ada dan

terbukti menguntungkan

Trichloroethane

merupakan bahan kimia

buangan dari proses

Ethylene Dichloride

Kekurangan Pemakaian katalis (HgCl2) yang

membahayakan lingkungan dan

besarnya kebutuhan energi

proses ini.

Proses ini masih

tergolong baru dan belum

ada scale up di skala

industri

Banyaknya impurities yang

dihasilkan pada proses

cracking EDC, sehingga perlu

unit pemurnian VCM.

Proses ini masih

tergolong baru dan belum

ada scale up di skala

industri

s1-2014-285467-chapter1.pdf

Documents