Polimerisasi Katali1.docx

POLIMERISASI KATALIS

I.

LATAR BELAKANG Minyak bumi crude oil minyak mentah, merupakan salah satu sumber daya alam, merupakan hasil tambang yang sifatnya tidak dapat diperbaharui. Saat ini, minyak bumi dan produknya sangat berperan dalam peradaban manusia,hamper seluruh kehidupan manusia memerlukan adanya peran minyak bumi. Minyak mentah merupakan campuran yang kompleks dengan komponen utama alkana dan sebagian kecil alkena, alkuna, siklo-alkana, aromatic, dan senyawa anorganik. Meskipun kompleks untungnya terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen komponen, yakni berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya. Prosesini disebut distilasi bertingkat. Untuk mendapatkan produk akhir sesuai yang diingikan, maka sebagian hasil dari distilasi bertingkat perlu diolah lebih lanjut melalui proses konversi, pemisahan pengotaor dengan fraksi, dan pencampuran fraksi. Fraksi-fraksi pada minyak bumi dari proses destilasi bertingkat belum mempunyai kualitas yang sesuai dengan kebutuhan masyarakat, sehingga perlu pengolahan lebih lanjut yang meliputi proses cracking, reforming, polimerisasi, treating, dan blending. Akan tetapi makalah kali ini akan lebih dibahas lebih rinci mengenai reaksi polimerisasi, lebih tepatnya polimerisasi katalis.

II. PEMBAHASAN Polimerisasi adalah proses penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul besar. Reaksi umumnya adalah sebagai berikut: M CnH2n ―> Cm + nH2(m+n) Contoh polimerisasi yaitu penggabungan senyawa isobutene dengan senyawa isobutana menghasilkan bensin berkualitas tinggi Polimerisasi dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu: • Polimerisasi thermis • Polimerisasi katalis Polimerisasi katalis Polimmerisasi ini adalah proses kontinyu dimana gas-gas olefin dikonversi dengan katalis menjadi produk produk cair hasil kondensasi. Proses polimerisasi dapat dibagi menjadi: 1. Polimerisasi yang tidak selektif 2. Polimerisasi yang selektif Polimerisasi yang tidak selektif adalah polimerisasi campuran propilen-propilen dan butilen-butilen, sedangkan polimerisasi antara propilen-propilen saja atau antara butilen butilen saja disebut polimerisasi selektif. Gasolin yang dihasilkan sebagai hasil reaksi adalah 2,2,4 trimetil pentana atau kodimer yang mempunyai angka oktan tinggi. Kodimer bila dihidrogenasi dapat menjadi iso-oktan. Katalis yang digunakan pada polimerisasi katalis adalah asam sulfat dan asam fosfat dalam berbagai bentuk. Demikian juga silica alumina, aluminium khlorida, boron trifluorida, bauksit aktif telah banyak digunakan sebagai katalis polimerisasi. 1. Polimerisasi tidak selektif Polimerisasi tidak selektif adalah suatu proses polimerisasi yang terjadi pada suhu dan tekanan tinggi dengan umpan berupa campuran C3 dan C4 menggunakan katalis asam pospat. Ada 3 modifikasi penggunaan asam pospat sebagai katalis di pakai ialah:  Kuarsa yang dibasahi dengan larutan asam  Pellet yang diresapi asam (asam pospat padat) yang diisikan dalam chamber  Katalis padat berbentuk pellet yang dimuat dalam tube yang dikelilingi oleh air pendingin di dalam reactor Rector polimerisasi ini dijaga pada suhu 190-230 C, dan tekanan sekitar 500 psia.

Sebagai tambahan, tembaga piro pospat juga digunakan secara luas sebagai katalis menghasilkan produk yang hampir sama dengan asam pospat dengan suhu reaksi yang lebih rendah. a. Polimerisasi UOP Polimerisasi katalis proses UOP adalah proses polimerisasi tidak selektif menggunakan katalis asam pospat yang dijenuhkan di dalam kieselguhr dan berbentuk pellet. Katalis ditempatkan didalam tube sedangkan air pendingin berada di dalam shell. Proses polimerisasi UOP terdiri dari 3 seksi pengolahan yaitu: 1. Seksi pembersihan/ pemurnian umpan Pada seksi ini kotoran yang terdapat dalam umpan dipisahkan dengan larutan soda dan dengan air karena merupakan racun bagi katalis. Kotoran utama yang harus dipisahkan adalah senyawa senyawa nitrogen asam maupun basah, lalu senyawa-senyawa belerang dalam bentuk gas/larutan H,S maupun merkaptan. Senyawa nitrogen yang bersifat asam (HCN, HOCN, dsb) bila dibiarkan dalam system akan berubah menjadi amoniak dan kemudian menjadi amonium pospat yang akan merusak daya rangsang katalisator (menurunkan aktifitas katalis) menurut reaksi sebagai berikut: RCN + 2H2O ―> RCOOH + NH3 3 NH3 + H3PO4 ―> (NH4)3PO4 Senyawa nitrogen asam ini dapat dihilangkan dengan larutan soda sedangkan senyawa nitrogen basa (NH3 dan amina-amina) dapat dihilangkan dengan mencucinya menggunakan air. Senyawa-senyawa sulfur (H2S dan merkaptan-merkaptan) bila tidak dibuang akan berubah menjadi senyawa-senyawa yang sulit dihilangkan dari polimer gasoline dan akan menyebabkan turunnya angka oktan. Senyawa-senyawa sulfur ini bersifat asam dan dapat dihilangkan dengan larutan soda. 2. Seksi Reaktor Umpan hidrokarbon (campuran propilen/ butilen) yang sudah dibersihkan dan dipanaskan secukupnya direaksikan dalam reactor. Tipe reactor UOP ada 2 macam yaitu tipe shell & tube heat exchanger dan tipe chamber. Reaksi polimerisasi adalah reaksi exotermis sehingga diperlukan air untuk menyerap panas yang terjadi dan juga berfungsi sebagai pengatur suhu reactor yang dikontrol oleh tekanan steam dari steam drum.

Proses variable yang mempengaruhi reaksi didalam reactor adalah suhu sekitar 430 ᵒF, tekanan operasi 1000-1100 psig, kadar olefin didalam umpan 35-45 %, dan kecepatan aliran olefin pada permukaan katalisator (space velocity) dirancang 0,28 galon umpan per jam per lb katalis. 3. Seksi Pemisahan Hasil-hasil Reaksi Campuran hasil reaksi yang keluar dari dasar reactor didinginkan dan tekanannya diturunkan menjadi 300 psig sebelum masuk ke seksi pemisahan. Campuran hasil reaksi pertama kali dimasukkan kedalam menara depropanizer untuk memisahkan propan dan gas-gas lain yang lebih ringan. Senyawa yang lebih berat dari propan akan keluar dari dasar menara dan selanjutnya dikirim ke menara butanizer untuk memisahkan fraksi butan yang lebih ringan. Fraksi yang lebih berat dari butan adalah polimer gasoline dengan RVP 8 psi dan FBP 400-420 ᵒF. b. Polimerisasi California Proses ini dilsensi oleh chevron research Co dan Hydrocarbon Research Co untuk olefin-olefin C3, dan/atau C4 menjadi motor fuel beroktan tinggi, konversi propilen dan benzene menjadi kumen. Proses polimerisasi ini menggunakan katalis asam pospat yang berada dalam kepingan kuarsa yang ditempatkan di dalam reactor. Regenerasi katalis terdiri dari pencucian dan pengeringan dengan setam, kontak dengan asam di dalam reactor dan pembuangan kelebihan asam. Suhu reaksi dan tekanan operasi adalah 300-375 ᵒF dan 150-600 psig. c. Polimerisasi Chevron Proses polimerisasi ini dilisensi oleh chevron Research Co untuk memproduksi polimer gasoline yang mempunyai oktan tinggi dengan umpan olefin ringan. Konsentrasi olefin dapat mencapai 95%. Katalis yang dipakai adalah asam pospat cair. 2. Polemerisasi selektif Polimerisasi selektif adalah proses polimerisasi yang menggunakan umpan hanya fraksi C4 saja atau fraksi C3 saja yang berlangsung pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan polimerisasi tidak selektif.

III. BAHAN BAKU ISOBUTENA Isobutane, disebut juga dengan metil propanamethylpropane, adalah isomer dari butana. Senyawa ini merupakan alkana paling sederhana yang mempunyai karbon tersier. Kekhawatiran akan semakin menipisnya lapisan ozon yang disebabkan karena gas freon menyebabkan meningkatnya penggunaan isobutana sebagai penggantinya. Isobutana juga digunakan sebagai propelan pada obat semprot. Isobutana dalam industri dikenal juga dengan nama R-600a. Isobutana digunakan sebagai bahan baku pada industri petrokimia, misalnya dalam pembuatan isooktana. Isobutana merupakan gugus radikal untuk asam amino leusin. IV. SIFAT-SIFAT 1. Sifat fisik dan kimia bahan baku a. Isobutene • Gaya Tarik antar molekul lebih kecil • Mudah menguap • Mempunyai titik didih yang lebih rendah • Gas-gas ini tidak berwarna, tetapi memiliki bau yang berbeda, dan sangat mudah terbakar b. Isobutana • Rumus molekul : CH(CH3)3 • Merupakan isomer dari butane • Mudah menguap • Mudah terbakar 2. Sifat fisik dan kimia produk Gasoline • Titik didih : 40 ᵒC – 220 ᵒC • Daya melarutkan : Tinggi • Daya oksidasi/penguapan : Cepat • Masa penggunaan : 4 kali • Density : 0.68 gr/ml

V. REAKSI

CH3 | CH3 ― C = CH2 + CH2―CH―CH3 ―> |

|

CH3

CH3

Isobutene

VI. PROSES

isobutana

CH3 ― CH2―CH2―C―CH3 | CH3 isooktana

VII. URAIAN PROSES Uraian proses polimeriasasi tak selektif proses UOP Umpan (C3/C4) masuk menuju tmapat pencucian soda untuk dilakukan pemurnian umpan. Kotoran (senyawa Nitrogen asam seperti: HCN,HOCN,dll) bila dibiarkan dalam system akan erusak daya rangsang pada katalisator(menurunkan aktifitas katalis) dan dapat dihilangkan dengan larutan soda. Sedangkan basa, seperti: NH3 dan amina-amina dapat dihilangkan dengan mencucinyadengan menggunakan air. Belerang dalam bentuk gas/ larutan H2S maupun merkaptan yang terdapat dalam umpan dipisahkan dengan larutan soda dan air karena merupakan racun bagi katalis. Selanjutnya, umpan Hidrokarbon (campuran propylene/butilen) yang telah dibersikan dan dipanaskan secukupnya direaksikan dalam reactor. Pada reaksi polimerisasi itu digunakan reaksi isotermis sehingga dbutuhkan air untuk digunakan sebagai penyerap panas yang terjadi dan digunakan sebagai pengatur suhu reactor yang dikendalikan oleh tekanan steam drum. Suhu dalam Reaktor 430ᵒF, tekanan operasi 1000-1100 psig, kadar olefin didalam umpan 35-45 % dan kecepatan olefin pada permukaan katalis (space velocity) dirancang 0,28 galon umpan /jam per lb katalis. Dari hasil reaksi campuran keluar dari dasar reactor didinginkan dan tekanannya diturunkan menjadi 300 psig sebelum masuk ke tahap pemisahannya. Camapuran dari reaksi pertama dimasukkan ke dalam Menara depropanizer untuk memisahkan propane dan gas-gas lain yang lebih ringan. Sedangkan untuk senyawa yang lebih berat dari propane akan keluar dari dasar Menara dan selanjutnya dikirim menuju Menara botanizer untuk dilakukannya pemisahan fraksi butane yang lebih ringan. Fraksi yang lebih berat dari butane adalah polimer gasoline dengan RVP 8 psi dan FPB 400-420 ᵒF. VIII.

PRODUK

GASOLINE Bensin atau gasoline (Amerika) atau petrol (Inggris) adalah salah satu jenis bahan bakar minyak yang dimaksudkan untuk kendaraan bermotor roda dua, tiga, dan empat. Secara sederhana, bensin tersusun dari hidrokarbon rantai lurus, mulai dari C7 (heptana) sampai dengan C11. Dengan kata lain, bensin terbuat dari molekul yang hanya terdiri dari hidrogen dan karbon yang terikat antara satu dengan yang lainnya sehingga membentuk rantai.

Jika bensin dibakar pada kondisi ideal dengan oksigen berlimpah, maka akan dihasilkan CO2, H2O, dan energi panas. Setiap kg bensin mengandung 42.4 MJ. Bensin dibuat dari minyak mentah, cairan berwarna hitam yang dipompa dari perut bumi dan biasa disebut dengan petroleum. Cairan ini mengandung hidrokarbon; atom-atom karbon dalam minyak mentah ini berhubungan satu dengan yang lainnya dengan cara membentuk rantai yang panjangnya yang berbeda-beda. Molekul hidrokarbon dengan panjang yang berbeda akan memiliki sifat yang berbeda pula. CH4 (metana) merupakan molekul paling “ringan”; bertambahnya atom C dalam rantai tersebut akan membuatnya semakin “berat”. Empat molekul pertama hidrokarbon adalah metana, etana, propana, dan butana. Dalam temperatur dan tekanan kamar, keempatnya berwujud gas, dengan titik didih masing-masing -107, -67,-43 dan -18 derajat C. Berikutnya, dari C5 sampai dengan C18 berwujud cair, dan mulai dari C19 ke atas berwujud padat. Dengan bertambah panjangnya rantai hidrokarbon akan menaikkan titik didihnya, sehingga pemisahan hidrokarbon ini dilakukan dengan cara distilasi. Prinsip inilah yang diterapkan di pengilangan minyak untuk memisahkan berbagai fraksi hidrokarbon dari minyak mentah. IX. KEGUNAAN PRODUK Produk yang dihasilakn yaitu bensin berkualitas tinggi, yaitu isooktana yang mempunyai kegunaan sebagai berikut: • Bahan bakar motor Sebagai bahan bakar motor ada beberapa sifat yang diperhatikan untuk menentukan baik atau tidaknya bensin tersebut. • Bensin hasil penyulingan dapat digunakan sebagai bahan pengekstrak lemak karena tidak menunjukkan perbedaan yang mencolok baik pada titik didih, massa penggunaan, kapasitas ataupun densitinya. • Sebagai sumber energy. • Sebagai bahan bakar penerangan dan pemanasan

X. DAFTAR PUSTAKA