tugas khusus pertamina balongan unit rcc

7/25/2019 Tugas Khusus Pertamina Balongan Unit RCC

1/37

1PSD III Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Diponegoro

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Residue Catalytic Cracking(RCC) merupakan salah satu unit unggulan dari

Pertamina RU-VI Balongan,dimana RCC sendiri merupakan unit tingkat lanjut

(secondary processing) untuk mendapatkan nilai tambah dari pengolahan residue

dengan cara perengkahan menggunakan katalis. Feed residue yang digunakan yaitu

Treated Atmospheric Residue yang berasal dari unit AHU (35,5 % vol) dan

Untreated Atmospheric residue yang berasal dari unit CDU (64,5 % vol).Produk-

produk yang dihasilkan yaitu Flue Gas,Propylene,LPG,Polygasoline,Naptha,Light

Cycle Oil (LCO),Decant Oil (DCO),Coke.

Didalam unit RCC terdapat Reaktor,Regenerator,Catalyst Cooler,Main Air

Blower,Cyclone,Catalyst System,dan CO Boiler.Reaktor dan regenerator

merupakan jantung dari unit RCC.Untuk pengaturan unit RCC diperlukan

keseimbangan dari beberapa variabel secara tepat.Variabel proses ini sangat

berkaitan satu dengan yang lainnya,maka beberapa pengaruh kemungkinan tidakdapat terlihat dengan cepat.Berikut adalah beberapa contoh variabel proses,yaitu

konversi,C/O ratio,manajemen katalis,temperatur reaktor,jumlah feed,pembakaran

coke,jumlah udara pembakaran,carbon dalam residu,fraksinasi,properti katalis,dan

lain-lain.

1.2Perumusan Masalah

Reaktor dan regenerator dalam unit RCC di desain untuk melakukan

pemanasan dalam reaktor tanpa menggunakan dapur (furnace) dengan alasan

efisiensi energi.Inti dalam proses perhitungan neraca massa dan energi adalah pada

reaktor regenerator.Seperti yang diketahui ada banyak variabel proses yang

berpengaruh.Namun,pada tugas ini akan dibatasi pada variabel proses temperatur

reaktor.Oleh karena itu,perlu dilakukan analisa hubungan variabel terhadap yield

produk yang dihasilkan.


2/37



Kontrol terhadap temperatur reaktor dapat dilakukan jika kita telah terlebih

dahulu mengetahui yield produk yang dihasilkan .Dengan menganalisa variabel

yang mempengaruhi nilai yield maka temperatur operasi reaktor dapat dikontrol.

1.3Tujuan

1.3.1

Mempelajari proses pada unit Residue Catalytic Cracking (RCC)

1.3.2 Menghitung neraca massa dan neraca panas reaktor-regenerator dan

menganalisa pengaruh temperatur reactor,temperatur regenerator,udara

regenerator dan MCRT terhadap yield coke

1.4Manfaat

Dapat mempelajari proses pada unit 15-Residue Catalytic Cracking (RCC)

dan dapat mengetahui hubungan pengaruh temperatur reactor,temperatur

regenerator,udara regenerator dan MCRT terhadap yield coke.


3/37



BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Desain Basis

Unit RCC dirancang untuk mengolah residue yang berasal dari minyak berat

yang kurang menguntungkan menjadi produk yang lebih menguntungkan.Residue

yang diolah merupakan produk bawah unit CDU (A.R) yang mengolah campuran

Duri dan Minas crude serta produk bawah unit ARHDM (DMAR) yang memiliki

kandungan logam rendah dengan mempergunakan lisensi UOP.Design kapasitas

olah unit adalah 83.000 BPSD (505,5 mt/j) dengan ratio AR/DMAR 35,5 / 64,5 %.

A. Sifat karakteristik dari feed stock

1. Untreared Long Residue (ex CDU)

Unit ini dirancang untuk mampu mengolah treated dan untreated residue.

Unit ini juga dapat dioperasikan pada kapasitas rendah, bila salah satu dari dua train

AHU sedang dimatikan (shutdown)nuntuk penggantian katalis.

Tabel 2.1 Perbandingan Crude Oil Duri dan Minas

Sumber Crude Oil Duri MinasCut Range C 370 + 370 +

% Volume on crude 73,5 53,8

Specific Gravity 0,952 0,896

Nitrogen (Total) weight

ppm

4220 1820

Sulphur content % weight 0,24 0,12

Conradson carbon %

weight

9,8 4,9

Hydrocarbon content %

weight

12,06 13,3

Metal ppm weight 2


4/37



2. Treated Long Residue (ex AHU)

Tabel 2.2 Karakteristik Treated Long Residue Crude Oil Duri dan MinasSumber Crude (% Volume) Duri/Minas 80/20

Cut Range C TBP 370 +

API 24,9

Specific Gravity 0, 9047

Nitrogen (Total) weight (ppm) 1450

Basic Nitrogen weight (ppm) 365

Sulphur Content weight (ppm) 200

MCR ( % weight) 3,5

Hydrocarbon (% Weight) 13,2Metal weight (ppm) V

Ni

Na


5/37



Naptha

C4, % wt : 1 max

90%, Vol, C : 175 maxE.P, C : 205 max

Perf Gum, mg/100 ml : 4 max

RON : 91 min

RVP, psi : 8 max

Mixed C3/C4,

- C3 rec, vol % : 95 min

-

C4 rec, vol % : 97 min

Light cycle oil

IBP, C : 205

Dist 90% vol, C : 350 max

Flash Point : 85 min

Gap5%LCO-95%Naphta : 15 min

Decant Oil

Flash Point : 70 min

Catalyst cont : 30 max

Viscosity 50C : 150 max

CCR, % wt : 18 max

Ash cont, % wt : 0,10 max

Sediment : 0,15 max

Str Acid Nbr, mg KOH/gr : nil

Ttl Acid Nbr, mg KOH/gr : 3 max

Hot Filtration Test, % wt : 0,1 max

Sulphur Content, % wt : 4 max

Water by Dist, % vol : 1 max


6/37



2.2 Deskripsi Proses

A. Reaktor

Gambar 2.1 Reaktor Unit RCC

Dari surge drum umpan dipompa dengan 15 P-105 ABC malaui serangkaian

system pemanas hingga temperature mancapai 274C saat akan masuk riser. Laju

alir umpan dikendalikan dengan 15 FC-526 sedang temperature umpan

dikendalikan dengan 15 TC-530 yang mengatur aliran MCB sebagai pemanas.

Umpan diijeksikan kedalam reactor riser melalui 8 buah distributor dan

mempergunakan MP steam sebagai atomizer yang diatur 15 FC-005.Regenerated

Catalyst panas dari lower regenerator dialirkan menuju riser dengan bantuan lift

steamdan lift gas. Catalyst panas naik dari wye piecedan bertemu dengan umpan

dalam riser dan terjadi pertukaran panas dari catalyst ke kabut minyak umpan,

penguapan, dan hydrocarbon yang terengkah. Campuran uap-catalyst naik melalui

riser dengan minimum back mixing. Aliran catalyst menuju riser diatur oleh 15

SLV-102 untuk mengendalikan temperature reactor 15 TC-022. Pada top riser


7/37



reaksi perengkahan akan sempurna dan uap hydrocarbon terpisah dari catalyst oleh

riser terminator dan katalis jatuh keseksi stripping, guna meminimize reaksi

perengkahan sekunder yang tidak dikehendaki. Uap hydrocakarbon yang masihbercampur katalis masuk kedalam 13 buah single stage cycloneuntuk pemisahan

akhir (99,999% katalis dapat terpisahkan). Catalyst yang terecover oleh cyclone

jatuh kebawah cyclone diplegs menuju keseksi stripping yang mempunyai 7 grid

dan dilakukan pelucutan sisa hydrocarbon dengan mempergunakan 2 buah

stripping steam 15 FC-010/011. Uap hydrocarbon naik ke plenum chamber

bergabung dengan uap hydrocarbon dari cyclone yang lain dan keluar melalui

puncak reaktor menuju ke Main Column.

B. Regenerator

Gambar 2.2 Regenerator Two Stage

Regenerator mempunyai 2 fungsi, yaitu: mengembalikan aktivitas katalis

yang telah berkurang setelah melakukan perengkahan dan mensuplai panasyang

diperlukan untuk reaksi perengkahan umpan. Spent catalyst mengalir dari reactor


8/37



stripper menuju ke upper regenerator melaluispent catalyst stand pipeyang diatur

oleh 15 SLV-101 untuk mengendalikan level 15 LC-003. Spent catalyst ini banyak

mengandung coke dengan komponen carbon dan hydrogen serta sebagian kecilSulfur dan Nitrogen yang terdeposit pada permukaan catalyst (8-10 % wt) selama

terjadi pereaksi perengkahan. Regenerasi katalis dilakukan dengan membakar

carbon mempergunakan oksigen yang diperoleh dari udara melalui Main Air

Blower. Pada upper regenerator dikehendaki pembakaran parsial coke guna

menghindari tingginya temperature regenerator akibat panas reaksi pembakaran

bila dilakukan pembakaran sempurna. Sekitar 80% coke dapat dihilangkan pada

upper regenerator melalui pembakaran parsial C menjadi CO.

Dari upper RG catalyst mengalir turun lower regenerator yang diatur 15

SLV-103 dengan mengendalikan level upper regenerator 15 LC-011. Catalyst

cooler dipergunakan untuk menyerap panas hasil reaksi pembakaran coke pada

katalis dengan menghasilkan steam. Pengendalian penyerapan panas pada catalyst

cooler dilakukan dengan mengatur jumlah udara fluidisasi (lance air) pada masing-

masing cat cooler. Sedangkan untuk mengendalikan panas catalyst yang mengalir

dari upper regenerator ke lower regenerator dipergunakan 15 SLV-104 untuk

mengendalikan 15 TC-072. Udara berlebih dipergunakan untuk membakar sisa

coke pada catalyst dengan pembakaran sempurnadari C menjadi CO2. Catalyst

panas pada temperature 700-735C akibat pembakaran tersebut selanjutnya

dialirkan dari lower regenerator menuju ke wye piece riser melalui regenerated

catalyst standpipeyang diatur oleh 15 SLV-102 untuk mengendalikan 15 TC-022.

Pada wye piece regenerated catalyst naik ke riser dengan bantuan lift gas dan lift

steamuntuk bertemu dengan umpan residu yang diinjeksikan kedalam riser.

Aliran katalis antara seksi reactor dan regenerator ini merupakan jantung

proses RCC. Aliran katalis tersebut jumlahnya sangat besar yaitu antara 40-70

ton/mnt katalis sirkulasi tiap menit. Flue gas yang mengandung CO pada upper

regenerator mengalir melalui 20 buah double stage cycloneguna merecover partikel

catalyst yang terikut. Sekitar 75-90% catalyst dipisahkan pada stage pertama dan

sisanya pada stage kedua. Tekanan flue gas keluar regenerator diturunkan dengan


9/37



mengalirkannya melalui orifice chamber. Flue gas pada tekanan rendah

dipergunakan untuk membangkitkan steam dalam CO boiler dengan cara

membakar CO menjadi CO2.

C. Main Column

Pemisahan produk dilakukan dalam main fractionating column menjadi

fraksi-fraksi Decant Oil, Light Cycle Oil, Naptha, Unstabilized Gasoline dan wet

gas. Uap hydrocarbon panas dari reactor masuk ke main column pada 510-535C

dan harus didinginkan ke 315-370C sebelum dilakukan pemisahan. Pendinginan

uap dari reactor tersebut dilakukan dengan mengkontakannya dengan sejumlah

besar stream sirkulasi Main Column Bottom dirancang untuk me-desuperheatuap

hydrocarbon dari reactor, mengkondensasi produk bottok dan menghilangkan

entrained catalyst partikel.

Laju sirkulasi slurry oil umumnya berkisar 130-180% laju umpan atau 14,5

M3/jam per meter persegi diameter kolom. Sebagian sirkulasi dari MCB dilakukan

pada disc and donut tray, dari sini uap naik keseksi HCO dimana fraksinasi awal

dilakukan. Dari seksi HCO uap minyak naik keseksi LCO, sebagian LCO dikirim

ke sponge gas lalu membawanya kembali. Sebagian LCO yang lain dimasukkan

kedalam stripper untuk mengendalikan flash pointnya. Reflux pada Main Column

dipergunakan untuk mengendalikan temp overhead system dan heat balance kolom

serta menentukan EP gasoline.

D.Main Air Blower

Main Air Blower (MAB) merupakan peralatan vital di unit RCC dan

berperan sebagai satu-satunya penyuplai udara pembakaran ke regenerator.70%

dari MAB akan dialirkan menuju upper regenerator ,sedangkan sisanya dialirkan

menuju lower regenerator .MAB didesain dengan kapasitas desain 481,123

kNm3/jam,tekanan inlet 1 kg/cm2dan tekanan outlet 2,865 kg/cm2.Tipe kompresor

yang digunakan adalah kompresor aksial.Kompresor aksial menggunakan putaran

kipas untuk mendorong udara kedalam mesin .Aliran udara melalui mesin di dalam


10/37



straight line yang melalui stator vane bisa diubah-ubah sudutnya untuk menaikkan

atau mengurangi jumlah udara yang diperlukan.Penggerak MAB adalah steam

turbine dengan desain normal 3475 rpm.

E.Catalyst Cooler

Catalyst cooler berfungsi untuk mendinginkan katalis dari upper

regenerator ke lowerregenerator dengan tujuan untuk mengatur temperature lower

regenerator.Unit RCC beroperasi dengan 2 buah back mix dan 2buahflow through

catalyst cooler.Media pendingin yang dipakai Catalyst cooler adalahHot Boiling

Water (HBW) yang juga difungsikan sebagai boilerdansteamyang dihasilkan akan

dipanaskan kembali padasteam superheater.

2.3 Reaksi-reaksi yang terjadi di unit RCC

Semua komponen crude oil yang mempunyai rentang titik didih diatas

350C dapat diklasifikasikan sebagai residu, termasuk HGO, VGO, dan vacuum

bottom. Sebagian besar material ini mengandung mono/polynuclear naphtenes,

mono/polynuclear aromatic, resin dan asphaltenes. Residu mempunyai densitas dan

viskositas serta kandungan conradson carbon, sulfur, basic nitrogen dan metal yang

lebih besar disbanding pada gas oil.

Reaksi cracking merupakan reaksi pemecahan ikatan C-C, yang reaksinya

bersifat endhotermis dan secara thermodinamika reaksi tersebut dapat berlangsung

dengan baik pada temperature tinggi. Serangkaian reaksi yang kompleks akan

terjadi pada saat molekul umpan dikontakan dengan katalis pada temperature 650-

760C. Distribusi produk yang dihasilkan tergantung pada banyak factor termasuk

kondisi umpan dan kekuatan sisi asam katalis. Meskipun reaksi yang terjadi adalah

catalytic cracking, namun reaksi thermal cracking juga terjadi akibat kurang

idealnya kontak antara umpan dengan katalis dalam riser.

Reaksi-reaksi penting yang terjadi pada RCC adalah sebagai berikut:

1. Cracking

a. Paraffinterengkah menjadi olefindanparaffinyang lebih kecil.


11/37



CnH2N + 2 Cm H2m+ CpH2p + 2 dimana n= m + p

Paraffin Olefin Paraffin

b.

Olefinterengkah menjadi olefinyang lebih kecil.CnH2n CmH2m + CpH2P dimana n= m + p

Olefin Olefin Olefin

c. Naphthene (cycloparaffin) terengkah menjadi olefin

Cyclo-CnH2n +1 Cyclo CmH2m + CpH2p dimana n= m + p

Naphthene Olefin

Cyclo-CnH2n CmH2m + Cp H2p dimana n= m + p

Olefin Olefin

Cycloparaffin mengandung cincin cyclohexane

Cyclo-CnH2n C6H12 + CmH2m + CpH2p dimana n = m + p + 6

cyclohexane olefin olefin

d. Aromatik(rantai samping) terengkah menjadiAromatikdan Olefin

2. Isomerasi

a. n-Olefin menjadi iso-olefin

1-CnH2n trans-2-CnH2n

b. n-Paraffin menjadi iso-Paraffin

n-CnH2n iso-CnH2n

3. Hydrogen transfer

a. Naphthene + Olefin Aromatik + Paraffin

b. Cyclo aromatisasi

C6H12 + 3C5H10 C6H6 + 3C5H12

c. Olefin menjadi paraffin dan aromatic

4C6H12 3C6H14 + C6H6

4. Alkyl grup transfer/transalkylation

C6H4 (C6H4) C6H12 + CmH2m + CpH2p


12/37



5. Cyclisasi olefin menjadi naphthene

C7H14 CH3-cyclo-C6H11

6. Dealkylasi

Iso-C3H7-C6H5 C6H6 + C3H6

7. Dehydrogenasi

n-C8H18 C8H16 + H2

8. Reaksi Kondensasi

CH = CH2 + R1CH = CHR2 2H2

Klasifikasi Umpan

A. Paraffin

Merupakan ikatan rantai hydrocarbon jenuh dengan rumus umum CnH2n+ 2

yang mempunyai tingkat kestabilan tinggi. Paraffin terdapat dalam bentuk ikatan

paraffin hydrocarbon rantai lurus (n-Paraffin) maupun cabang (iso-Paraffin). Pada

umumnya umpan RCC didominasi oleh paraffin dengan kandungan paraffin antara

50-60% dari total feed. Paraffin stocks mudah dilakukan perengkahan dan

normalnya jumlah yield terbesar dengan total liquid produk paling banyak adalah

gasoline dan paling sedikit fuel gas namun octane number rendah.

B. Olefin

Merupakan ikatan rantai hydrocarbon tak jenuh dengan rumus umum CnH2n

yang bersifat kurang stabil sehinnga anggota-anggotanya dapat langsung bereaksi,

baik antar senyawa olefin itu sendiri maupun dengan senyawa lain seperti Chlorine,

Bromine, Hydrocarbon acid dan Sulfuric acid tanpa pertukaran atom hydrogen.

Olefin terdapat dalam bentuk ikatan Olefin rantai cabang (iso-Olefin, al : Ethylen,

Propylene, Butylene dst) maupun olefin rantai cabang (iso-Olefin, al : iso-Butylene,


13/37



iso-Pentene dst). Olefin tidak disukai terdapat dalam feedstock RCC karena

umumnya akan terengkah menjadi produk yang tidak diinginkan sepertislurry dan

coke. Olefin content dalam umpan dibatasi< 5% wt.

C. Naphthene

Merupakan ikatan rantai hydrocarbon jenuh dengan rumus umum CnH2n

yang sama dengan olefin tetapi memiliki sifat-sifat yang jauh berbeda. Naphthene

merupakan senyawa hydrocarbon melingkar / tertutup dengan ikatan tunggal,

sedangkan olefin dengan rantai hydrocarbon terbuka dan ikatan ganda

(Cyclopentane, Cyclohexane, Methil-cyclohexane). Naphthene lebih disukai

sebagai umpan RCC karena dapat menghasilkan gasoline hasil perengkahan

naphthene mempunyai sifat lebih aromatic dan lebih berat disbanding hasil dari

perengkahan paraffin.

D. Aromatic

Merupakan rantai hydrocarbon tak jenuh dengan rumus umum CnH2n+6atau

sering disebut dengan seri benzene yang memiliki sekurang-kurangnya satu cincin

ikatan rangkap Benzene (Benzene, Toluene, Aniline dll) dan bersifat sangat stabil

serta tidak dapat terengkah menjadi komponen yang lebih kecil. Aromatik kurang

disukai sebagian umpan RCC karena sebagian besar molekulnya tidak dapat

terengkah. Perengkahan aromatic pada dasarnya hanya akan memutuskan rantai

sampingnya saja sehingga akan menghasilkan fuel gas berlebihan. Beberapa

senyawa aromatic yang terdiri beberapa cincin (poly nuclear aromatic-PNA) dapat

secara terpadu membentuk chicken wire yang akan menempel pada catalyst

sebagai carbon residue (coke) dan sebagian akan menjadi produk slurry. Dibanding

dengan paraffin, perengkahan aromatic stock akan menghasilkan konversi yang

lebih rendah, yield gasoline lebih rendah dan sedikit liquid dengan Octane Number

lebih tinggi.


14/37



BAB III

METODOLOGI

Pada tugas khusus kali ini akan mengamati dan mengevaluasi pengaruh

temperatur reaktor ,temperatur regenerator,udara regenerator dan MCRT terhadap

yield coke pada unit RCC PT Pertamina RU VI Balongan.Berikut ini akan diuraikan

alur-alur dalam penyelesaian masalah yang ada.

3.1 Alur Penyelesaian Masalah

Permasalahan

Pengumpulan data

Perhitungan

Analisa data dengan excel

2007

Linierisasi persamaan hasil

analisa

Pembahasan

Kesimpulan dan saran

Referensi

Data Laboratorium

Data Operasi

Gambar 3.1 Alur Penyelesaian Masalah


15/37



3.2 Pengumpulan Data

Pengumpulan data dilakukan untuk dijadikan sebagai dasar analisa

pengaruh variabel proses yang dikehendaki terhadap yield produk.Data-data yangdibutuhkan diperoleh dari data operasi yang berasal dari bagian DCS.Data yang

diperoleh yaitu : temperatur di beberapa bagian unit,kapasitas feed dan

produk,analisa flue gas,dan data panas reaksi.Selain itu juga diperoleh dari

beberapa referensi data operasi desain yang umum digunakan pada proses fluid

catalytic cracking.

3.3 Pengolahan Data

Dari data yang diperoleh dilakukan pengolahan data melalui perhitungan

untuk mengetahui yield coke.Untuk yield produk yang lain sudah tersedia datanya

dari data analisa laboratorium.

PERHITUNGAN

Perhitungan udara pembakaran dengan basis udara kering (dry air )

A. Menentukan kandungan uap air dengan menggunakan grafik psychometric

Dengan memplotkan data temperatur dan humidity yang telah diketahui

maka akan didapat data kandungan uap air di dalam udara.

Gambar 3.2 Diagram psychometric


16/37



B. Menghitung udara basah

Flow (Nm3/jam) x1

22,4 3x 28,37

=......

C.

Menghitung udara kering

Udara Basah (kg/jam) x (1

1+ ) kg H2O / kg udara basah

D.

Menghitung jumlah mol udara kering

Udara kering (kg/jam) x1

kg mol/kg =.....

E. Menghitung H2O dalam udara kering (kg mol/jam)

Mol udara kering (

)x

1

2 (

) x kandungan uap air(

2

)

F. Menghitung O2dalam udara kering

Mol udara kering (

) x komposisi O2dalam udara = ......(

)

G. Menghitung kapasitas flue gas

Udara kering (

) x

2+

2+ = .....(

)

H.

Menghitung excess O2 di Flue Gas

Kadar O2di flue gas (% mol) x Kapasitas Flue Gas (

) =......(

)

Perhitungan jumlah karbon(C) dalam coke

Dihitung berdasarkan neraca O2yang bereaksi membentuk komponen

flue gas yaitu :

excess air(O2)b diflue gas

(O2)c yang membentuk CO

(O2)d yang membentuk CO2

(O2)e yang membentuk H2O

(O2)f yang membentuk SO2

(O2)g yang membentuk NO2+

(O2)a dalam udara pembakaran

Ket: Dikarenakan pada hasil analisa flue gas tidak ditemukan SO2dan NO2

maka persamaan menjadi :


17/37



excess air(O2)b diflue gas

(O2)c yang membentuk CO

(O2)d yang membentuk CO2

(O2)e yang membentuk H2O+

(O2)a dalam udara pembakaran

Tabel 3.1 Tabel Energi Pembakaran Coke pada Regenerator

K Cal/kg of

C,H2,atau S

BTU/lb of

C,H2,atau S

C + O2 CO 2,200 3,968 (1-1)

CO + O2 CO2 5,600 10,100 (1-2)

C + O2 CO2 7,820 14,100 (1-3)

H2+ O2 H2O 28,900 52,125 (1-4)

S + xO SOx 2,209 3,983 (1-5)

N + xO NOx (1-6)

Sumber: FCC Handbook,page 31

Dengan konsep kesetimbangan stoikiometri maka dapat dihitung :

O2membentuk CO

Kapasitas flue gas (

)x kadar CO2 di flue gas (%mol)xkoef reaksi

( 2

)=.......

O2membentuk CO2


) x kadar CO2 di flue gas (%mol)xkoef reaksi

( 2

2)=.......

O2membentuk H2O


)x kadar CO2 di flue gas (%mol)xkoef reaksi

( 2

2)=.......


18/37



Mol H2dalam coke = mol H2yang dibakar

Untuk setiap reaksi 1 mol O2 ,maka akan terbentuk 2mol H2O

H2yang dibakar di regenerator

O2 yang membentuk H2O x 2 2

2= .....

Perhitungan jumlah coke yang dibakar

Jumlah coke dihitung berdasarkan jumlah C dan H dalam reaksi

membentuk CO,CO2,H2O.

Jumlah coke dari jumlah C = mol CO + mol CO2 x 12 kg C

mol C kg mol C

Jumlah coke dari jumlah H = mol H2O x 2 kg H

mol H2 kg mol H2

Total coke yang dibakar = jumlah coke dari C + jumlah coke dari H

Yield coke (%wt) = Total coke yang dibakar (kg/kg coke) x 100%

Kapasitas feed (kg/jam)

Kandungan H2dalam coke(%wt)=Jumlah coke yg dibakar dari H x100%Total coke yang dibakar

Perhitungan Panas Regenerator

Panas pembakaran (Hc) ditentukan berdasarkan tabel .Untuk panas

pembakaran coke berdasarkan suhu flue gas.

Panas Pembakaran (Hc) untuk C menjadi CO (

)

2

x O2membentuk CO (

)x Hc (C CO)

Panas pembakaran (Hc) untuk C menjadi CO2 (

)

(O2membentuk CO2(

) x Hc (C CO2)


19/37



Panas pembakaran (Hc) untuk H2menjadi H2O (

)

(H2terbakar di regenerator (

) x Hc (H2 H2O)

Total panas pembakaran coke (

)

Hc (C CO) + Hc (C CO2) + Hc (H2 H2O)

Panas pembakaran (belum dikoreksi) (

)

Hc (C CO) + Hc (C CO2) + Hc (H2 H2O)

Total coke yang dibakar

Panas yang digunakan untuk memanaskan udara regenerasi (kkal/kg

coke)

Data/referensi : Cp.Udara = 0.25 kkal/kg oC

Udara kering (kg/jam) x Cp udara x (suhu regen-suhu keluar main air blower)


Panas yang dibutuhkan untuk memanaskan uap air regenerasi

(kkal/kg coke)

Data/referensi : Cp H2O vapor = 0,475 kkal/kgoC

H2O dalam udara kering x Cp H2O x (suhu regen-suhu keluar main air blower)


Panas yang dibutuhkan untuk memanaskan coke (kkal/kg coke)

Data/referensi : Cp spentcatalyst = 0,25 kkal/kg oC

Cp spentcatalyst x (suhu regen-suhu keluar main air blower)

Panas yang dibutuhkan untuk membangkitkan steam di Catalyst

coolers (Duty Catalyst Coolers) (kkal/kg coke)


20/37



Neraca Panas Regenerator

Flue gas (1)

Radiation loss (7) Spent catalyst (2)

Coke (3)

Pemanfaatan Regenerated catalyst(4)

panas (6)

Udara (5)

Gambar 3.3 Diagram Alir Neraca Panas di Regenerator

-H2-H3-H5-H8= H1+ H4 + H6 + H7

Temperatur referensi adalah temperatur regenerator,sehingga

H1-H4 = 0,maka persamaan

H2 = H8 -H3-H5-H6-H7

Neraca Panas Reaktor

Reaktor vapor (9)

Regenerated Catalyst (4) Feed (10)

Spent catalyst (2) Lift gas (11)

Coke (3) Steam (12)

Radiation loss (13)

Gambar 3.4 Diagram Alir Neraca Panas di Reaktor

-H10-H11-H12+H4= H3+ H9 + H13 + H14

Temperatur referensi adalah temperatur reaktor,sehingga H3- H9 = 0

dan H4 =H10 + H11+ H12+ H13+ H14

Hc Coke (8)

H reaksi (14)


21/37



Pada kondisi tunak :

H2 - H4 = 0

Maka dengan substitusi didapat Hpembakaran coke:H8 =H3 + H5 + H6 + H7 + H10 + H11+ H12+ H13+ H14

Neraca Panas Keseluruhan

H regenerator = H reaktor

Dimana :

H regenerator = H8 -H3 - H5 - H6 - H7

H reaktor = H10 + H11+ H12+ H13+ H14

Dengan substitusi persamaan maka neraca panas keseluruhan adalah :

H8 - H3 - H5 - H6 - H7 = H10 + H11+ H12+ H13+ H14

Perhitungan Sirkulasi Katalis

Data/referensi : Cp katalis = 0.22 kkal/kg oC

Menghitung kecepatan sirkulasi katalis (CCR)

Total coke yang dibakar x H regenerator =..... kg/menit

Cp katalis x (temperatur regen-temperatur reaktor) x 1000

Menghitung C/O ratio

CCR (kg/menit) x

Combined feed (kg/jam)

Menghitung Air to coke ratio

jumlah udara kering (kg/jam)

total coke (kg/jam)

Menghitung delta coke

Total coke (kg/jam) x 100% = ....%w

CCR kg/menit x 1000


22/37



BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Neraca Energi Unit RCC

Data per 11 Maret 2014

Perhitungan udara pembakaran dengan basis udara kering (dry air) :

Kandungan H2O dilihat dengan grafik psychrometric yang merupakan korelasi

temperatur dengan relative humidity.

Udara pembakaran :

Temperatur : 30o

C

Humidity : 80%

Dry air : 96,8 % vol

Komposisi flue gas dalam % mol : CO = 5,9

CO2 = 14,73

O2+ Ar = 1,1

N2 = 77,6

O2 = 0

Gambar 4.1 Grafik udara kering versus relatif humidity dan temperatur

Sumber : FCC Handbook,page 181


23/37



Dengan menggunakan grafik Vapor Pressure of Water and humidity didapat

kandungan uap air = 0.0241 kg H2O/kg udara kering

Gambar 4.2 Diagram Psychrometric

Sumber : Perrys Chemical Engineers Handbook,12-5

Sehingga jumlah mol udara kering dan H2O dalam udara pembakaran dapat

dihitung sebagai berikut :

A. Menghitung udara basah

Flow (Nm3/jam) x1

22,4 3x 28,37

=......

351000 Nm3/jam x1

22,4 3x 28,37

= 444547,7

B.

Menghitung udara kering

Udara Basah (kg/jam) x ( 11+

) kg H2O / kg udara basah

444547,7

x (

1

1+0,0241) kg H2O / kg udara basah = 434086,2 kg/jam

C. Menghitung jumlah mol udara kering

Udara kering (kg/jam) x1

kg mol/kg =.....


24/37



434086,2 kg/jam x1

28,85kg mol/kg = 15046,3

D. Menghitung H2O dalam udara kering (kg mol/jam)

Mol udara kering (

)x 1 2

(

) x kandungan uap air(

2

)

15046,3

x

1

18(

)x 0,0241

2

= 20,14 kgmol/jam

E. Menghitung O2dalam udara kering

Mol udara kering (

) x komposisi O2dalam udara = ......(

)

15046,3

x 0,21 = 3159,7

F. Menghitung kapasitas flue gas

Udara kering (

) x

2+

2+ = .....(

)

15046,3

x

79%

78,53%= 15136,4

G. Menghitung excess O2 di Flue Gas

Kadar O2di flue gas (% mol) x Kapasitas Flue Gas (

) =......(

)

0 % mol x 15136,4

= 0

Tabel 4.1 Tabel Energi Pembakaran Coke pada Regenerator

K Cal/kg of

C,H2,atau S

BTU/lb of

C,H2,atau S

C + O2 CO 2,200 3,968 (1-1)

CO + O2 CO2 5,600 10,100 (1-2)

C + O2 CO2 7,820 14,100 (1-3)

H2+ O2 H2O 28,900 52,125 (1-4)

S + xO SOx 2,209 3,983 (1-5)

N + xO NOx (1-6)

Sumber: FCC Handbook,page 31


25/37



Dihitung berdasarkan neraca O2yang bereaksi membentuk komponen flue

gas yaitu :

Cdalam coke= 15136,4

x5,9+14,73

100 = 3122,6 kgmol/jam

O2masuk regenerator = 0,21 x 15046,3 = 3159,7 kg mol/jam

Excess O2dalam Flue gas = 0

Dengan konsep kesetimbangan stoikiometri maka dapat dihitung :

O2membentuk CO


)x kadar CO di flue gas (%mol)xkoef reaksi

( 2

)=.......

15136,4

x 5,9 % mol x 0,5

2

= 446,52

O2membentuk CO2


) x kadar CO2 di flue gas (%mol)xkoef reaksi

( 2

2)=.......

15136,4

x 14,73 % mol x 1

2

2= 2229,6

O2membentuk H2O

3159,7 kgmol/jam(0+446,52 kg mol/jam+2229,6 kgmol/jam)= 483,58 kmol/jam

H2yang dibakar di regenerator

O2 yang membentuk H2O x 2 2

2= .....

483,58 kmol/jam x 2 2

2= 967,16

Total coke yang dibakar = jumlah coke dari C + jumlah coke dari H

= (3122,6 x 12) + (967,16 x 2)

= 39405,5 kg/jam = 39,4055 Ton/jam

Yield coke (%wt) = Total coke yang dibakar (kg/kg coke) x 100%

Kapasitas feed (kg/jam)

= 39,405 kg/jam x 100% = 9,7 %

404,06


26/37



Kandungan H2dalam coke(%wt)=Jumlah coke yg dibakar dari H x100%

Total coke yang dibakar= 967,16 x 2 x 100 % = 4,9 %

39405,5

Air to coke ratio = 434086,2 = 11,02 Kgudara/Kgcoke

39405,5

Neraca Panas Regenerator

Flue gas (1)

Radiation loss (7) Spent catalyst (2)

Coke (3)

Pemanfaatan Regenerated catalyst (4)

panas (6)

Udara (5)

Gambar 4.3 Diagram Alir Neraca Panas di Regenerator

-H2-H3-H5-H8= H1+ H4 + H6 + H7

Temperatur referensi adalah temperatur regenerator,sehingga

H1-H4 = 0,maka persamaan

H2 = H8 -H3-H5-H6-H7

Perhitungan Panas Pembakaran

Temperatur reference yang digunakan adalah temperatur rata-rata upper

regenerator Treference = 719.91 oC

Hc Coke (8)


27/37



Panas pembakaran C untuk membentuk CO dapat dicari dari :

Gambar 4.4 Hubungan panas Pembakaran CO dengan temperature

Dari persamaan y = 6,15x + 107982 , dimana y adalah panas pembakaran

CO dan x adalah temperature,maka didapatkan :

HcCO= 2 x Molar O2membentuk CO x (6.15 x temperatur regenerator +

107982)

= 2x 446,52 x (6,15x 719,7+107982) = 100384983,2 kJ/jam

Panas pembakaran C untuk membentuk CO2dapat dicari dari :

Gambar 4.5 Hubungan panas Pembakaran CO2dengan temperature

Dari persamaan y = 2.09x + 393706,dimana y adalah panas pembakaran

CO2dan x adalah temperature,maka didapatkan :

HcCO2= Molar O2membentuk CO2x (2.09 x temperature regenerator +

393706

= 2229,6 x (2,09 x 719,7 + 393706) = 881160601,7kCal/jam


28/37



Panas pembakaran H untuk membentuk H2O dapat dicari dari :

Gambar 4.6 Hubungan panas Pembakaran H2O dengan temperature

Dari persamaan y = 6.64x + 243454,dimana y adalah panas pembakaran

H2O dan x adalah temperature,maka didapatkan :

HcH2O= Molar O2membentuk H2O x (6,64 x temp.regenerator + 243454)

= 483,58 x (6,64 x 719,7 + 243454) = 120040421,3 kCal/jam

Total panas pembakaran dari coke

Hc Total = Hcco+Hcco2+ HcH2O=100384983,2 + 881160601,7 + 120040421,3 = 1101586006 kCal/jam

Total panas pembakaran dari coke per kg coke

Hctotal/kgcoke=Hctotal: total coke yang dibakar

= 1101586006 : 39405,5 = 27955,13 kJ/kg Coke

Corrected Hc total = 27955,13 + (2636-314 x 4,9) = 29052,53 kJ/jam

Desorpsi panas oleh udara pembakaran

Data/referensi:

- Temperatur discharge MAB = 184,5 oC

- Temperatur lower regen = 719,7 oC

-

Cp udara = 0.25 kkal/kg oC

Udara kering (kg/jam)xCp udara x (suhu regen-suhu keluar main air blower)



29/37



= 434086,2 x0.25 kkal/kg oC x (719,7 oC - 184,5 oC ) = 1471,8 kkal/kg coke

39405,5

Panas desorpsi H2O dalam udara pembakaran

Data/referensi : Cp H2O vapor = 2.03 kJ/kgoC

Mol H2O dalam udara basahh = 581,19

Berat molekul air = 18 kg/kg mol

H2O dalam udara kering x BM H2O x Cp H2O x(suhu regen-suhu keluar MAB)


= 581,19 x 18x 2,03 x (719,7 oC - 184,5 oC) = 288,4 kJ/kg Coke

39405,5

Panas Desorpsi Coke

Data/referensi : Cp spentcatalyst = 0,25 kkal/kg oC

Reaktor over temperatur = 524,3 oC

Cp spentcatalyst x (suhu regen-suhu reaktor)

= 0,25 kkal/kg oC x (719,7524,3) = 48,85 Kj/kg coke

Perhitungan Panas Untuk menghasilkan Steam didalam Catalyst

Cooler

Data : Pressure = 46 kg/cm2

Water masuk catalyst cooler pada 145oC = 536.456 kJ/kg

Steam product catalyst cooler pada 260oC = 2799.43 kJ/kg

Blowdown catalyst cooler pada 260oC = 1102.92 kJ/kg

Duty Catalyst Cooler A/D

Qcooler A/D= (flowsteam (15V101) x (2799.43-536.456)+blowdown

(15V101)x(1102.92-536.456)) x 1000 = 225446123,3 kJ/jam

Qcooler A/D /kgCoke = 225446123,3 kJ/jam : 39405,5 kg/jam = 5721,2

kJ/kgCoke


30/37



Duty Catalyst cooler B/C

Qcooler B/C = (flowsteam (15V101B) x (2799.43-

536.456)+blowdown (15V101B)x(1102.92-536.456)) x 1000= 154446318,4 kJ/jam

Qcooler B/C /kgCoke = 154446318,4 kJ/jam : 39405,5 kg/jam =

3919,4 kJ/kgCoke

Regenerator Heat Balance

Hregenerator = 29052,53(1471,8+288,4+48,85+5721,2+3919,4) = 17602,88

Neraca Panas Reaktor

Reaktor vapor (9)

Regenerated Catalyst (4) Feed (10)

Spent catalyst (2) Lift gas (11)

Coke (3) Steam (12)

Radiation loss (13)

Gambar 4.7 Diagram Alir Neraca Panas di Reaktor

-H10-H11-H12+H4= H3+ H9 + H13 + H14

Temperatur referensi adalah temperatur reaktor,sehingga H3- H9 = 0

dan H4 =H10 + H11+ H12+ H13+ H14

Pada kondisi tunak :

H2 - H4 = 0

Maka dengan substitusi didapat Hpembakaran coke:

H8 =H3 + H5 + H6 + H7 + H10 + H11+ H12+ H13+ H14

H reaksi (14)


31/37



Neraca Panas Keseluruhan

H regenerator = H reaktor

Dimana :H regenerator = H8 -H3 - H5 - H6 - H7

H reaktor = H10 + H11+ H12+ H13+ H14

Dengan substitusi persamaan maka neraca panas keseluruhan adalah :

H8 - H3 - H5 - H6 - H7 = H10 + H11+ H12+ H13+ H14

Perhitungan Sirkulasi Katalis

Data/referensi : Cp katalis = 1.15 kkal/kg oC

1. Menghitung kecepatan sirkulasi katalis (CCR)

Total coke yang dibakar x H regenerator =..... kg/menit

Cp katalis x (temperatur regen-temperatur reaktor) x 1000

= 39405,5 kg/jam x 17602,88

1,15 kkal/kg oC x (719,7524,3)oC x 1000

= 3086,87 ton/jam

2. Menghitung C/O ratio

CCR (kg/menit)

Combined feed (kg/jam)

= 3086,87 : 404,06

= 7,64 %

3. Menghitung delta coke

Total coke (kg/jam) x 100% = ....%w

CCR kg/menit x 1000

= 39405,5 kg/jam x 100%

3086,87 X 1000

= 1,28 %


32/37



4.2 Yield Coke Unit RCC

A. Berdasarkan Perubahan MCRT

Gambar 4.8 Hubungan MCRT dengan Yield Coke

Dari gambar diatas menunjukan pengaruh kandungan MCRT terhadap yield

coke dimana untuk setiap kenaikan MCRT pada combine feed akan menghasilkan

kenaikan yield coke.Peningkatan yield coke ini dipengaruhi oleh perubahan kondisi

umpan yang semakin lama impuritasnya semakin tinggi. PT. PERTAMINA RU-VI

Balongan sendiri mengolah crude oil yang berasal dari Duri dan Minas. Komposisi

crude dari Duri yaitu> 60%.

Tabel 4.2 Tabel Crude Oil Duri dan Minas

Sumber Crude Oil Duri Minas

Cut Range C 370 + 370 +

% Volume on crude 73,5 53,8

Specific Gravity 0,952 0,896

Nitrogen (Total) weight ppm 4220 1820

Sulphur content % weight 0,24 0,12

Conradson carbon % weight 9,8 4,9

Hydrocarbon content %weight

12,06 13,3

Metal ppm weight 2


33/37



Berdasarkan table diatas, dapat dilihat bahwa kandungan senyawa-senyawa

pembentuk coke pada crude oil Duri jauh lebih tinggi dibandingkan dengan crude

oil dari Minas. Maka dengan komposisi crude oil dari Duri yang lebih besar dari60% dibandingkan dengan Minas mengakibatkan coke yang terbentuk cenderung

meningkat. Coke dari fraksi umpan yang sangat berat dan yield-nya dapat

diperkirakan dengan tiga cara, yaitu Canradson Carbon (CCR), Mikro Carbon

(MCR) atau Ramsbottom Residue test. Harga carbon residu yang tinggi akan

mengindikasikan tingginya coke yang dapat terbentuk.

Kandungan sulfur yang terdapat dalam crude oil berada dalam bentuk

senyawa organic-sulfur (Mercaptan, Sulfide, Thiophene). Hal ini berkontribusi

dalam pembentukan coke. Kandungan sulfur pada crude oil Duri yang lebih tinggi

mengakibatkan pembentukan coke meningkat. Selain itu pada crude oil Duri

kandungan logam yang terdapat didalamnya lebih tinggi dibandingkan crude

Minas. Kandungan Ni pada crude Duri mengakibatkan reaksi transfer hydrogen

yang sangat besar. Reaksi transfer hydrogen ini memproduksi senyawa tak jenuh

dan multi-ring aromatic yang merupakan senyawa utama pembentukan coke.

B. Berdasarkan Perubahan Udara Regenerator

Gambar 4.9 Hubungan Udara Regenerator dengan Yield Coke

Dari grafik tersebut tampak bahwa hubungan produksi coke dengan

kebutuhan udara di regenerator adalah linear, kenaikan MCRT pada combine feed

8,8

9

9,2

9,4

9,6

9,8

10

10,2

349,53 351,82 354,39 357,85 373,74 385,44 393,51

YieldCoke

Udara Regenerator

YIELD COKE VS UDARA REGENERATOR


34/37



akan menghasilkan semakin banyak yield coke yang terbentuk, maka udara yang

dibutuhkan untuk pembakaran juga semakin banyak.

C. Berdasarkan Perubahan Temperature Lower Regenerator

Gambar 4.10 Hubungan Temp.Lower Regenerator dengan Yield Coke

Dari gambar diatas tersebut tampak bahwa suhu Lower regenerator berkisar

pada rentang 720-735oC. Menunjukan bahwa dengan kenaikan temperatur lower

regenerator akan semakin banyak yield coke yang terbentuk.

D. Berdasarkan Perubahan Temperature Reaktor

Gambar 4.11 Hubungan Temperatur Reaktor dengan Yield Coke

Menunjukan bahwa dengan kenaikan temperatur reaktor terjadi

kenaikan yield coke.Catalytic coke merupakan reaksi biomolecular.Catalytic coke

8,8

9

9,2

9,4

9,6

9,8

10

10,2

719,7 720,5 723,9 725,8 727,8 735,7 735,7

YieldCoke

Temperature lower regenerator

YIELD COKE VS TEMPERATUR LOWER REGENERATOR

8,89

9,2

9,4

9,6

9,8

10

10,2

524,3 524,5 524,9 525,1 528 536,5 536,5

YieldCoke

Temperatur Reaktor

YIELD COKE VS TEMPERATUR REAKTOR


35/37



ini terbentuk ion carbenium (R-CH2)+.Ion Carbenium dapat terbentuk dari

penambahan proton ke olefin ataupun dengan menghilangkan hydrogen dan dua

electron dari paraffin.Contoh reaksinya adalah sebagai berikut : Penambahan Proton @Bronsted Site

R-CH=CH-CH2- CH2- CH3+H+R-C+H- CH2- CH2- CH2- CH3

Penghilangan H- @Lewis Site

R- CH2- CH2- CH2- CH3R-C+H- CH2- CH2- CH3

Ketika terbentuk ,ion carbenium dapat mengalami beberapa reaksi.Terdapat tiga

reaksi yang dominan,salah satunya reaksi transfer hidrogen.Menurut

teori,kecepatan reaksi transfer hidrogen berbanding lurus dengan peningkatan yield

coke.Reaksi transfer hidrogen ini memproduksi senyawa tak jenuh dan multi ring

aromatic yang merupakan senyawa utama pembentuk coke.Senyawa tak jenuh ini

terdiri dari olefin,diolefin,dan multu ring polycyclic olefin yang sangat reaktif dan

dapat terpolimerisasi sehingga terbentuk coke.Oleh karena itu kenaikan temperatur

reaktor mengakibatkan reaksi transfer hidrogen meningkat.Peningkatan reaksi ini

berakibat pada bertambahnya produksi coke.

(Sadeghbeigi,1995)


36/37



BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Proses cracking merupakan teknologi proses yang berfungsi untuk merengkah

atau memotong rantai hidrokarbon yang panjang menjadi rantai hidrokarbon

yang lebih pendek.

2. Proses penting yang terjadi pada Residu Catalyst Cracking adalah : Cracking,

Isomerasi,Transfer hidrogen,Transfer alkil group, Cyclisasi olefin menjadi

napthene,Daelkylasi, Dehidrogenisasi, Reaksi kondensasi.

3. Energi unit RCC sebagian berasal dari panas pembakaran coke didalam

Regenerator dan panas produk yang keluar dimanfaatkan untuk memanaskan

feed dengan menggunakan Heat Exchanger.

4. Kenaikan yield coke dipengaruhi oleh kenaikan MCRT,Temperatur

Reaktor,Temperatur Lower Regenerator dan Udara ke Regenerator.

5.2 SaranUntuk perhitungan heat balance, diperlukan data data aktual untuk

menunjang hasil perhitungan yang komprehensif.


37/37

PSD III Teknik Kimia Fak ltas Teknik

DAFTAR PUSTAKA

Perry,R.H.,and Green,1997,Perry,s Chemical Engineers Hand Book,7th

edition,McGraw-Hill Book.,New York

Pertamina,1993, Pedoman Operasi Kilang di PERTAMINA UP-VI Balongan,

Balongan

Sadeghbeigi,Reza.1995.Fluid Catalytic Cracking handbook : desgin, operation,

and troubleshooting of FCC facilities. Gulf Publishing Company,

Houston, Texas

tugas khusus pertamina balongan unit rcc

Documents