Pabrik Dimetil Eter dari Metanol TK 4090 Perancangan Pabrik Kimia
Anindito Priyambudi Yudit Kristianto Wahyu Budiman Indraputra Sandi Bayu Perwira
Dimetil Eter & Kegunaannya •
Dimetil eter (DME) adalah senyawa organik dengan rumus kimia CH 3OCH3, dan merupakan eter yang paling sederhana. Hair Spray
4% 31%
48%
Cat Semprot Anti Nyamuk
5% 6%
6%
Bahan Perekat
Alokasi Penggunaan DME Dunia •
Kegunaan DME yang potensial saat ini : bahan bakar alternatif.
•
Beberapa kelebihan DME sebagai bahan bakar : 1.
mudah ditransportasikan dan disimpan,
2.
ramah lingkungan
3.
memiliki efisien dan performa yang bagus
4.
dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi
Permintaan LPG Dunia •
DME dapat diproyeksikan sebagai substituen LPG sebagai bahan bakar alternatif.
•
Produksi DME tidak membutuhkan investasi pengembangan pemasarannya relatif mudah.
biaya
Peningkatan Kebutuhan LPG Dunia
yang
terlalu
tinggi,
dan
Jalur Produksi DME •
Jalur produksi paling umum : Dehidrasi Metanol.
•
Bahan baku metanol : Syntesis Gas .
•
Beberapa pemilik paten teknologi produksi DME dari metanol dua tahap antara lain Haldor-Topsoe, Lurgi, Mitsubishi Chemical, Uhde, dan Toyo Engineering Corporation. Proses yang paling banyak digunakan adalah Haldor-Topsoe.
•
Jalur alternatif : Satu tahap, menggunakan reaktor dual catalyst .
•
Produksi DME dengan jalur dehidrasi metanol di Eropa Barat pada tahun 1985 diperkirakan mencapai 50.000 ton/tahun.
Produksi DME dari syngas
DME sebagai Bahan Bakar Diesel •
Keunggulan DME dibanding metanol sebagai bahan bakar mesin diesel adalah dari segi energi, yang didasarkan pada tiga faktor, yaitu temperatur pengapian, angka setan, dan net heating value .
Senyawa
Suhu pengapian (°Celsius)
Bilangan Setan
Nilai kalor bersih (106J per kg)
Dimetil eter
350
55-60
28.9
Propana
504
5
46.46
Metan
632
0
50.23
Metanol
470
5
21.1
Minyak diesel
-
40-55
41.86
Hasil uji beberapa jenis bahan bakar diesel
Analisis Pasar DME •
Saat ini, pasar paling menjanjikan untuk produk DME adalah Amerika Serikat dan Cina. Selain sebagai propelan, juga sebagai pengganti LPG. Sebanyak 20% kebutuhan LPG di dunia dapat berarti lebih dari 40 juta ton per tahun potensi pasar untuk pengembangan produk DME.
•
Diperkirakan, kebutuhan DME sebagai pengganti LPG di Cina dapat mencapai 200 kg / keluarga / tahun, dan kebutuhan total mencapai 2,4 hingga 3 juta ton/tahun. Unit Produksi
Kapasitas (Metrik Ton/Tahun)
Shell/RWE, Jerman
60000
Hamburg DME Co, Jerman
10000
Arkosue Co, Belanda
10000
DuPont, Virginia Barat
15000
Australia
10000
Taiwan
15000
Jepang
10000
Cina
13000
Total Produksi
143000
Produsen utama DME dan kapasitas produksi pada tahun 2000
Analisis Ekonomi DME •
• •
Analisis ekonomi dilakukan berdasarkan perhitungan GPM ( Gross Profit Margin ). Datadata dan asumsi yang digunakan adalah sebagai berikut : •
Harga metanol di pasaran tahun 2009 = 300 USD/MT
•
Harga DME di pasaran tahun 2001 = 0,83 USD/lb
•
Harga gas alam di pasaran tahun 2007 = 1,02 USD/kg
•
Nilai interest rate 10%
•
Kurs yang digunakan 1 USD = Rp 9.671,80 (berdasarkan surat keputusan menteri keuangan RI nomor 1184/KM.1/2009 tertanggal 5 Oktober 2009).
Proses yang digunakan adalah proses Haldor-Topsoe. Analisis ekonomi membandingkan proses berbahan baku syntesis gas terhadap proses berbahan baku metanol. Bahan Baku Proses
Gross Profit Margin (%)
Natural Gas
50 %
Metanol
92 %
Hasil analisis ekonomi Gross Profit Margin proses Haldor Topsoe dengan bahan baku berbeda.
Dasar Perancangan Pabrik •
Kapasitas yang diinginkan sebesar 1.000.000 ton/tahun.
•
Produksi Metanol Indonesia tahun 2006 sebanyak 10.392.160.61 ton per tahun, mencukupi untuk kebutuhan produksi DME.
•
Agar suplai bahan baku lebih murah dan mudah, pabrik didirikan di dekat produsen metanol terbesar di Indonesia, yaitu P.T Kaltim Metanol Industri, dengan kapasitas produksi hampir 7.000.000 ton/tahun. Parameter
Mutu (Grade) AA
Kemurnian, %-berat
99,85
Massa jenis (20oC)
0,7928
Rentang Distilasi (oC) Kotoran terkarbonisasi (Warna Pt-Co, maks) Wujud Bahan tak menguap (mg/100 ml, maks)
1,0 (termasuk 64,6) 30 Jernih tak berendapan 1
Aseton + Aldehid (%-berat, maks)
0,003
Etanol (%-berat, maks)
0,001
Air (%-berat, maks)
0,1
Spesifikasi metanol untuk bahan baku proses pembuatan dimetil eter dari P.T KMI
Dasar Perancangan Pabrik •
DME yang dihasilkan sesuai dengan baku mutu DME komersial. Parameter Kemurnian (%-berat) Karbon Dioksida (%wt)
Mutu (Grade ) AA 99.9 0.1
Metil Format (%wt)
< 0.01
Metanol (%wt)
< 0.01
Air (%wt)
< 0.002
Tekanan Uap (mmHg)
3800 (25 C)
Specific Gravity
0.67+ 0.01
Boiling Point
-24.9
Freezing Point
-141.5
Ignition Temperature Bau Warna Kestabilan
350 khas, lembut Tidak berwarna Stabil dibawah temperatur 400 C, larutan asam dan alkali.
Persyaratan Mutu Dimetir Eter Komersial
Proses Haldor-Topsoe •
Tiga tahap utama : Sintesis DME, Pemisahan DME, Pemisahan Metanol.
Skema proses pembuatan DME dari metanol paten Haldor-To
Proses Haldor-Topsoe •
Tahap Pemasukan Umpan
Metanol 95%, air 5%. P1
=
1 atm
T1
=
30°C
P2
=
1 atm
P3
=
16,8 atm
Proses Haldor-Topsoe •
Tahap Pemanasan Umpan T3
=
30°C;
Subcooled liquid T4
=
250°C;
Superheated vapour Utilitas yang digunakan : Boiler
Proses Haldor-Topsoe •
Tahap Sintesis Dimetil Eter
2CH3OH → CH3OCH3 + H2O ; ∆H298 = -23,3 kJ/mol •
Konversi sebesar 95 %.
•
Reaksi eksotermik.
•
Reaktor adiabatik, berarti tidak ada panas yang masuk dan keluar reaktor.
•
Temperatur masuk reaktor adalah 250 °C.
•
Tekanan di dalam reaktor adalah 17 atm.
•
Produk keluaran reaktor seluruhnya berfasa uap.
Katalis DMK-10
Proses Haldor-Topsoe •
Tahap pendinginan produk •
Target T6 = 150°C
•
Mempermudah pemisahan.
•
Berfasa setengah cair, setengah uap.
Proses Haldor-Topsoe •
Tahap Pemurnian Dimetil Eter •
Target kemurnian DME = Minimal 98%.
Asumsi : digunakan
adalah
tray
•
Kolom yang column .
•
Campuran DME, metanol, dan air masuk dalam fasa campuran gas dan cair pada temperatur 150°C dan tekanan 17 atm.
•
Jumlah tray sebanyak 20 buah.
•
Kondensor yang digunakan adalah total condensor .
•
Reflux Ratio sebesar 4.
•
Produk bawah berupa cairan.
Proses Haldor-Topsoe •
Tahap Pemisahan Metanol dan Air •
Metanol sisa masih dapat digunakan untuk didaur ulang dan dicampur dengan umpan.
•
Target metanol hasil pemisahan memiliki kemurnian yang sama dengan umpan.
Asumsi : •
Kolom yang digunakan adalah tray column .
•
Campuran metanol, dan air masuk dalam fasa cair pada temperatur 90 °C dan tekanan 1 atm.
•
Jumlah tray sebanyak 20 buah.
•
Kondensor condensor .
•
Reflux Ratio sebesar 3.
•
Produk bawah berupa cairan air murni.
yang
digunakan
adalah
total
Proses Haldor-Topsoe
Process and Instrumentation Diagram DME production Haldor-Topsoe Process
Neraca Massa dan Energi •
Hasil Perhitungan Neraca Massa dan Energi untuk Tiap Aliran Proses Stream Name
1
2
3
4
5
Vapour
0
0
0
1
1
24.32240301
29.26550317
30
250
384.4372298
101.3249966
101.3249966
1702.259943
1702.259943
1702.259943
5544.092453
5779
5779
5779
5779
173712.4496
181117.0999
181117.0999
181117.0999
181117.8808
217.0226467
226.2882587
226.2882587
226.2882587
242.5726532
-241808.7916
-241221.9953
-241136 .987
-191632.1733
-191631.213
45.78841899
49.65468011
72.50348288
180.2490348
192.1617641
-1340610297
-1394021911
-1393530648
-1107442329
-1107436780
Temperature ( C) °
Pressure (kPa) Molar Flow (kgmole/h) Mass Flow (kg/h) Std Ideal Liq Flow (m³/h) Molar Enthalpy (kJ/kgmole) Molar Entropy °
(kJ/kgmole· C) Heat Flow (kJ/Kg)
Neraca Massa dan Energi •
Hasil Perhitungan Neraca Massa dan Energi untuk Tiap Aliran Proses Stream Name Vapour Temperature ( C) °
Pressure (kPa) Molar Flow (kgmole/h) Mass Flow (kg/h) Std Ideal Liq Flow (m³/h)
6
7
8
9
10
0.624090141
0
0
1.92E-06
0
150
45.56165618
90.05627698
137.2499309
99.62225836
1702.259943
1000
101.3249966
1000
101.3249966
5779
2650.005259
3128.994741
234.9075472
2894.087194
181117.8808
121490.5073
59627.37351
7404.650219
52222.72329
242.5726532
180.9292117
61.64344149
9.265612003
52.37782948
-220804.4465
-201742.7272
-276380.3933
-227372.9175
-279141.1917
132.9942705
159.5214386
28.9496349
134.2330212
23.7760942
-1276028896
-534619288.1
-864792797
-53411614.36
-807858948.3
Molar Enthalpy (kJ/kgmole) Molar Entropy °
(kJ/kgmole· C) Heat Flow (kJ/h)