BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Perkembangan ...

Prarancangan Pabrik Etilen Glikol dari Etilen Oksida dan Air Kapasitas 250.000 ton/tahun

BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Perkembangan industri di Indonesia khususnya industri kimia terus mengalami peningkatan. Meskipun sempat dilanda krisis ekonomi sampai saat ini, namun dengan usaha-usaha tertentu yang dilakukan pemerintah, sektor ini mulai bangkit lagi. Dengan bangkitnya sektor ini, maka peningkatan unsur-unsur penunjang industri juga makin meningkat, termasuk bahan-bahan pembantu dan penunjang. Kebutuhan berbagai bahan baku dan bahan penunjang di Indonesia masih banyak didatangkan dari luar negeri. Jika bahan baku dan bahan penunjang ini bisa dihasilkan di dalam negeri, hal ini tentunya akan menghemat pengeluaran devisa, meningkatkan ekspor, mengembangkan penguasaan teknologi dan membuka lapangan pekerjaan. Glikol atau disebut juga diol adalah senyawa yang memiliki dua gugus hidroksil yang terikat dan memisahkan atom karbon dalam rantai alifatis. Salah satu contoh senyawa glikol adalah etilen glikol yang merupakan senyawa glikol yang paling luas pemanfaatanya dalam industri kimia selain propilen glikol. Etilen glikol merupakan cairan bening berminyak dengan titik didih 197,60 oC pada 1 atm. Etilen glikol adalah salah satu bahan kimia yang jumlahnya belum mencukupi industri di Indonesia. Etilen glikol itu sendiri sebagian besar digunakan sebagai bahan baku industri poliester. Poliester yang merupakan senyawa polimer jenis termoplastik ini digunakan sebagai bahan baku industri tekstil dan plastik. Di samping dapat dibuat serat yang kemudian dipintal menjadi benang, juga bisa dibuat langsung menjadi benang filament untuk produk tekstil. Selain itu, poliester ini dapat juga dibentuk (dicetak) sebagai bahan molding seperti pada pembuatan botol plastik. Kegunaan lain dari etilen glikol ini adalah sebagai bahan baku tambahan pada pembuatan cat, cairan rem, solven, alkil resin,

Qum Fikri Gias Maheyssa Amarullah

(08/265633/TK/33763) (08/269100/TK/34265) 1


tinta cetak, tinta bolpoin, foam stabilizer, kosmetik, dan bahan anti beku (McKetta and Cunningham, 1984). Etilen glikol dimanfaatkan untuk berbagai macam keperluan di berbagai bidang. Sebagian besar penggunaan etilen glikol adalah sebagai non-volatile antifreeze pada cairan pendingin mesin kendaraan. Penggunaan terbesar kedua adalah untuk bahan pembuatan polyester fiber. Dan sebagian kecil lainnya digunakan sebagai bahan tambahan pada cat, heat-transfer fluid dalam pesawat terbang, dehydrating agent untuk gas alam, dan sebagai aditif pada tinta dan pestisida. Untuk etilen glikol dengan kemurnian tinggi dapat digunakan sebagai solven dan medium suspensi pada amonium perborat. Kebutuhan etilen glikol dalam pembuatan produk-produk diatas dari tahun ke tahun terus meningkat dan sebagian besar kebutuhan tersebut dipenuhi dari impor. Tabel I.1. Data Impor Etilen Glikol pada tahun 2007-2010 Tahun 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Kapasitas (ton) 300.386 324.871 350.750 327.160 340.124 367.103

(Badan Pusat Statistik , 2008)

Kapasitas (ton)

Kapasitas (Ton) vs Tahun 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 2000

y = 10164x - 2E+07

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Tahun

Gambar I.1. Grafik Impor Etilen Glikol di Indonesia Qum Fikri Gias Maheyssa Amarullah

(08/265633/TK/33763) (08/269100/TK/34265) 2


Dari tabel dan grafik diatas dapat diketahui bahwa impor etilen glikol di Indonesia dari tahun 2001 sampai 2006 mengalami kenaikan rata-rata sebesar 3,5477%. Dengan kenaikan rata-rata sebesar 3,5477%, maka kebutuhan impor etilen glikol di Indonesia pada tahun 2015 dapat diprediksikan sebesar 480.460 ton. Berdasarkan uraian diatas, dengan melihat kebutuhan, peluang pasar, dan kesempatan yang ada, maka perlu dipikirkan pendirian pabrik etilen glikol dalam rangka substitusi impor (penghematan devisa) dan membuka peluang kerja bagi putra-putri dalam negeri.

B.

TINJAUAN PUSTAKA Etilen glikol pertama kali dikembangkan oleh Wurtz pada tahun 1859 dengan menghidrolisis etilen glikol diasetat. Namun proses tersebut tidak dikembangkan secara komersial sampai perang dunia I, ketika etilen glikol digunakan di Jerman sebagai bahan peledak pengganti gliserol ( Kirk-Othmer, 1980). Dalam perkembangannya etilen glikol dapat dibuat dengan 3 cara : 1.

Proses Du Pont Formaldehid Pada proses DuPont, formaldehid bereaksi dengan karbon monoksida dan

air, yang dijalankan pada suhu sekitar 200 °C dan tekanan 70 atm untuk memproduksi

glycolic acid (90-95%). Glycolic acid diesterifikasi dengan

methanol (atau n-propanol), dan alkyl glycolate dihidrogenasi pada fase uap pada suhu 200 °C dan tekanan 30 atm menggunakan katalis kromat untuk menghasilkan etilen glikol dan alkohol. Alkohol kemudian dikembalikan ke langkah esterifikasi. Reaksi hidrogenasi dapat juga dijalankan pada fase pada tekanan sampai dengan 40 atm menggunakan katalis magnesia-copper oxide. Produk yang diperoleh minimal sebanyak 75%. Langkah-langkah dalam DuPont Formaldehyde Process adalah (McKetta and Cunningham,1984) : CH2O + CO + H2O → HOCH2COOH

(1)

HOCH2COOH + CH3OH → HOCH2COOCH3 + H2O

(2)

HOCH2COOCH3 + 2H2 → HOCH2CH2OH + CH3OH

(3)


(08/265633/TK/33763) (08/269100/TK/34265) 3


2.

Hidrolisis etilen oksida menjadi etilen glikol. Dalam proses ini terlebih dahulu harus diproduksi etilen oksida. Etilen oksida dapat dibuat dengan 2 cara : 

Proses chlorohydrin Proses ini adalah yang pertama kali dikembangkan selama periode perang dunia I di Jerman oleh Badische Anilin-und Soda Fabrik (BASF). Proses ini melibatkan reaksi antara etilen dengan asam hypochlorus diikuti dengan dehidroklorinasi chlorohydrin dengan kapur untuk menghasilkan etilen oksida dan kalsium klorida. Persamaan reaksinya adalah : CH 2  CH 2  HClO  ClCH 2 CH 2 OH

(4)

ClCH 2 CH 2 OH  CaOH  CH 2 CH 2 O  CaCl  H 2 O

(5) (Perry, 1984)

Proses ini mulai ditinggalkan karena hasil samping dari klorinasi hidrokarbon tidak dapat dijual (Kirk-Othmer, 1980). 

Oksidasi etilen Oksidasi etilen dapat dilakukan dengan menggunakan udara ataupun oksigen teknis. Perbandingan dari keduanya disajikan dalam tabel I. 2 dibawah ini. Tabel I.1 Perbandingan Produksi Etilen Oksid Udara

Oksigen Teknis

 Langsung diambil dari alam

 Harga lebih mahal

 Banyak kandungan gas inert

 Kemurnian tinggi

 Memerlukan

 Dapat langsung digunakan

filter

udara

untuk memisahkan padatan

tanpa filter udara

yang terikut

Reaksi ini terjadi dengan bantuan katalis perak (Mc. Ketta,1984). Reaksi yang terjadi yaitu : 2O 2  4 Ag (adjacent)  2 O ads  4 Ag 


(6)

(08/265633/TK/33763) (08/269100/TK/34265) 4


Atau

O 2  4 Ag (nonadjace nt)  2 O 2ads-  4 Ag 

(7)

Atau O 2  Ag  O -2 ads  Ag 

(8)

2C 2 H 4  O -2 ads  C 2 H 4 O  O ads

(9)

C 2 H 4  6 O 22- ads  2 CO 2  2 H 2 O

(10)

Reaksi stoikiometri secara komplit adalah sebagai berikut : C 2 H 4  6 O 2  6 C 2 H 4 O  2 CO 2  2 H 2 O

(11) (Kirk-Othmer, 1980)

Reaksi katalitik ini dijalankan dalam reaktor fixed-bed multitube. Suhu operasi berkisar antara 200-300 oC dengan tekanan operasi 10-30 atm. Setelah produksi etilen oksid selanjutnya diikuti dengan proses hidrolisis. Hidrolisis ini dilakukan dalam reaktor alir tangki berpengaduk dengan bantuan katalis (asam/basa) maupun tanpa katalis (Kirk-Othmer, 1980). Reaksi yang terjadi yaitu : nC2 H4 O  H 2 Oexcess  CH2 OHCH2 OH  HO(CH2 CH O)2 H  HO(CH2 CH2 O)3 H

(12) Distribusi

hasil

(yield)

yang

diperoleh

tergantung

pada

perbandingan mol etilen oksida dan air yang masuk ke dalam reaktor. Reaksi ini dijalankan pada temperatur berkisar antara 90100

0

C dan tekanan berkisar antara 14-22 atm (Hydrocarbon

Processing Catalog, 1982). Proses dengan bahan baku udara dan etilen inilah yang akan dipakai dalam tugas prarancangan dengan pertimbangan ketersediaan bahan baku. 3.

Reaksi antara etilen, oksigen dan asam asetat. Reaksi ini sebenarnya juga reaksi oksidasi etilen secara langsung untuk menghasilkan etilen glikol, hanya saja diikuti dengan proses hidrolisis asetatnya. Reaksi yang terjadi yaitu : CH 2  CH 2  1 2 O 2  2 CH 3COOH  CH 3COOCH 2 CH 2 OCOCH 3


(13)

(08/265633/TK/33763) (08/269100/TK/34265) 5


CH 3 COOCH 2 CH 2 OCOCH 3  2 H 2 O  HOCH 2 CH 2 OH  2 CH 3 COOH (14) Reaksi ini hanya menghasilkan etilen glikol dan diacetat sehingga untuk kapasitas yang kecil (< 50.000 ton/tahun) proses ini lebih menguntungkan. Reaksi dijalankan dengan bantuan katalis telurium oksid-bromid (KirkOthmer, 1980). Dari ketiga proses diatas, proses yang paling efektif dan efisien adalah proses oksidasi etilen yang dilanjutkan dengan proses hidrolisis etilen oksida menjadi etilen glikol dengan katalis. Pada Proses Du Pont, membutuhkan biaya yang cukup tinggi dalam hal penyediaan bahan baku seperti, formaldehid, karbon monoksida, dan methanol (McKetta and Cunningham, 1984). Pada proses chlorohidirn, penggunaan asam hypochlorus yang banyak akan sangat menyulitkan dalam hal pemisahan dengan produk, harga alat yang mahal, dan limbah yang berbahaya bagi lingkungan (McKetta and Cunningham, 1984). Pada proses oksidasi etilen dengan hidrolisis etilen oksida menjadi etilen glikol, penggunaan katalis digunakan untuk menekan penggunaan air berlebih yang dilakukan untuk meminimalkan pembentukan senyawa glikol yang tinggi seperti dietilen glikol, dan trietilen glikol (McKetta and Cunningham, 1984).


(08/265633/TK/33763) (08/269100/TK/34265) 6