Bab 2 Reforming [PDF]

Citation preview

BAB II PEMBAHASAN



2.1.



Reforming Reforming adalah perubahan dari bentuk molekul bensin yang bermutu kurang baik ( rantai karbon lurus ) menjadi bensin yang bermutu baik (rantai karbon bercabang). Karena kedua jenis bensin ini memiliki molekul yang sama tetapi bentuk struktur berbeda, maka proses ini disebut juga isomerisasi. Reforming di lakukan dengan menggunakan katalitas dan pemanasan. Tujuan proses reforming adalah untuk



merubah



senyawa



hidrokarbon menjadi aromatik sehingga diperoleh bensin dengan bilangan oktan yang lebih tinggi. Dengan kata lain reforming bertujuan untuk meningkatkan bilangan oktan. Bilangan oktan merupakan angka yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara spontan.



2.2.



Jenis – Jenis Reforming



2.2.1. Reforming Termis Proses secara termis yang sinambung digunakan untuk mengubah molekul melalui penyusunan kembali nafta dan gasolin berkualitas anti ketuk yang rendah menjadi komponen gasolin yang mempunyai angka oktan tinggi. Produk sekunder dari proses ini meliputi gas-gas olefin untuk umpan polimerisasi dan tar yang digunakan untuk minyak bakar berat. Peralatan reforming termis mirip dengan peralatan perengkahan termis, dengan sedikit modifikasi para ahli kilang menggunakan peralatan yang sama untuk kedua proses tersebut. Diagram alir sederhana proses reforming termis dapart dilihat pada Gambar 10.1. Sama dengan umpan reforming katalis, tipe umpan reforming adalah nafta ringan (virgin nafta) yang mempunyai IBP 200 – 250 oF dan FBP 300 – 400 oF. Gasolin alam dan fraksi perengkahan dapat



3



4



digunakan sebagai umpan. Suhu keluar seksi pemanas adalah 950 – 1100 oF pada tekanan 400 – 1000 psig. Nafta dari aliran samping fraksionator ditambahkan ke effluent heater untuk menahan reaksi dekomposisi yang sangat ekstensif. Proses reforming



termis masuk ke dalam kilang secara komersil pada tahun 1930.



Proses ini dirancang oleh UOPCo.



Gambar 1. Diagram Alir Proses Reforming Termis



Proses polyforming Proses ini merupakan proses termis yang sinambung merubah nafta ringan (straight run) dan/atau gas oil bersama-sama dengan gas-gas hidrokarbon sangat ringan (dominan C3 dan C4) menjadi mogas yang mempunyai oktan tinggi dan fuel oil. Diagram alir proses ini dapat dilihat pada Gambar di bawah ini.



5



Gambar 2. Diagram Alir Proses Polyforming



Operasi dari proses ini meliputi pemasukan umpan nafta (virgin) ke dalam absorber untuk mengambil propana (recovery C380 – 90 %) dan gas-gas berat. Tekanan pada aliran campuran umpan adalah 1000 – 1500 psig. Aliran quench di bagian bawah evaporator adalah 1020 – 1120 oF turun menjadi 650 – 700 oF. Tekanan evaporator sekitar 400 psig. Bagian lain dari bawah evaporator di-flash untuk mendapatkan fuel oil dan gas, sedangkan overhead evaporator dikirim ke stabilizer dimana gas-gas yang dapat dikondensasi dipisahkan dari produk gasolin untuk dipakai kembali di absorber bersama dengan umpan gas cair. Proses polyforming ini dikembangkan oleh Gulf Oil Corp pada tahun 1940. Proses ini sudah tidak digunakan lagi dan diganti oleh reforming katalis.



6



2.2.2. Reforming Katalis Reforming katalis merupakan suatu proses untuk meningkatkan kualitas berbagai macam nafta (virgin, thermal dan catalytic cracking) yang mempunyai oktan rendah menjadi komponen-komponen yang mempunyai oktan tinggi untuk blending mogas atau avgas, atau digunakan untuk bahan baku petrokimia yaitu pengolahan aromatik untuk memproduksi BTX (benzene-toluene-xylene). Katalitikreforming dikembangkankhususnyauntuk memproduksi bensindengannilaioktan tinggidanhidrokarbonnon-aromatik C6-C8. Proses katalitikreforming



terdiri



darisejumlahreaksi



yang



mengkonversihidrokarbonyang mengandungfraksi nafta menjadiaromatik monosiklik Pada proses reforming ini volatility minyak dinaikkan dan kandungan sulfurnya dikurangi. Perbaikan bilangan oktan virgin naphta adalah dari 20 menjadi 50 RON tanpa menggunakan pengungkit timbal. Proses reforming katalis yang komersil dapat diklasifikasikan sebagai proses sinambung, semi regeneratif dan siklus tergantung pada metoda dan frekuensi regenerasi katalis, yang secara luas dikelompokkan menjadi : 1. Proses katalis unggun bergerak. 2. Proses katalis unggun diam. 3. Proses katalis unggun terfluidisasi. Proses unggun bergerak dan terfluidisasi menggunakan katalis tipe logam oksida yang tidak murni (katalis platina dan molibdenum),



dilengkapi



dengan



unit



regenerasi



terpisah,



sedangkan proses unggun diam menggunakan katalis tipe platina dalam unit yang dilengkapi untuk sirkulasi, tanpa regenerasi atau kadang-kadang dengan regenerasi. Pada kenyataannya hampir 95 % kilang minyak menggunakan unggun diam.



7



A.



Proses Reforming Unggun Bergerak Proses unggun bergerak ini menggunakan reaktor tunggal yang berisi katalis yang dapat diregenerasi secara sinambung. Katalis yang dipakai adalah campuran oksida logam berbentuk butir atau pelet yang dapat dipindahkan dari reaktor ke regenerator atau sebaliknya. Umpan yang dapat diolah tergantung pada jenis katalis yang digunakan, yaitu mempunyai jarak didih (IBP) sekitar 150 – 175 oF dan FBP 400 – 500 oF. Proses pendahuluan terhadap umpan biasanya tidak menjadi faktor yang dipertimbangkan kecuali kalau mengandung air yang akan menurunkan aktifitas katalis. Diagram alir sederhana proses ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini.



Gambar 3. Diagram Alir Proses Reforming Unggun Bergerak B.



Proses Reforming Unggun Terfluidisasi Proses reforming katalis menggunakan unggun terfluidisasi dari katalis padat, merupakan suatu proses regenerasi yang sinambung dengan reaktor terpisah ataupun terintegrasi untuk menjaga aktifitas katalis dengan cara memisahkan kokas dan sulfur. Sebagai umpan adalah nafta ringan hasil perengkahan atau nafta



8



ringan dicampur dengan gas daur ulang yang kaya hidrogen. Katalis yang digunakan adalah molibdat 10 % dalam alumina yang secara material tidak dipengaruhi oleh arsen, besi, nitrogen atau sulfur dalam jumlah yang normal. Kondisi operasi dalam reaktor sekitar 200 – 300 psig dan suhu 900 – 950 oF pada space velocity 0,3 – 0,8/jam. Kecepatan gas daur ulang adalah 4000 – 6000 scf/barel umpan dengan nisbah berat antara katalis dan minyak adalah 0,5 – 1,5. Kondisi regenerasi yang digunakan adalah 210 – 310 psig dan suhu 1000 – 1100 oF. Pengolahan pendahuluan terhadap umpan biasanya tidak dilakukan kecuali untuk menyesuaikan jarak didih dalam memproduksi aromatik. Keunggulan proses reforming ini, dapat menghasilkan yield reformat sekitar 70 – 80 % (v) dengan RON 93 – 98. Diagram alir proses ini dapat dilihat pada Gambar di bawah ini.



Gambar 4. Diagram Alir Proses Unggun Terfluidisasi



9



2.2.3. Mekanisme Reaksi yang terjadi dalam Reforming Katalis a. Dehydrogenation & Dehydrocyclization Bersifat : -



Endotermis



-



MenyebabkanpenurunanSuhu



-



Laju reaksipalingtinggi



Kondisi : -



Suhutinggi



-



Tekananrendah



-



Kecepatantinggalrendah



-



PerbandinganH2/HC rendah



1. Dehydrogenasidari naphtamenjadi aromatic Produk dengan nilai oktanyangpalingtinggi. Contoh : pada konversi methylcyclohexane (naphthene) menjadibenzena. Reaksi : C6H12 Sikloheksana



C6H6 + 3 H2 Benzena



2. Dehydrogenasidan



aromatisasiparaffins



menjadiaromatics(biasanyadisebut dehydrocyclization). Contohnyapadakonversi normalheksanamenjadibenzena. Reaksi : H3C - (CH2)4 - CH3 C6H6 + 4 H2 Heksana



Benzena



3. Dehidrosiklisasi parafin Reaksi : H3C - (CH2)4 - CH3 C6H6 + 4 H2 Heksana Benzena



10



b. Isomerisasi Bersifat : -



Isomer bercabang meningkatkan bilanganoktan



-



Pengaruhpanas rendah



-



Reaksicukup cepat



Kondisi : -



Suhutinggi



-



Tekananrendah



-



Waktu tinggalrendah



-



RatioH2/HC tidak terlalu signifikan



Isomerisasi Parafin n –parafinmenjadiisoparafin. Contoh:konversinormaloctanemenjadi 2,5-Dimethylhexane. Reaksi : H3C – (CH2)5 – CH3 H3C – CH – (CH2)3 – CH3 Heptana



│



CH3 2-Metil Heksana c. Hydrocracking Bersifat : -



Reaksieksotermal



-



Reaksilambat



-



Mengkonsumsi Hidrogen



-



Menghasilkangas ringan



-



Menghasilkankarbon



Kondisi : -



Suhudan tekanantinggi



-



Waktutinggalrendah



11



Hydrocrakingparaffinsmenjadimolekullebihkecil. Contohnyacrackingdarinormalheptanemenjadi isopentanedanethane. Reaksi :



CH3 │ C10H22 + H2 H3C – (CH2)3 – CH3 + H3C – CH2 – CH – CH3 n-Dekana



Pentana



Isopentana



d. Dehidro-isomerisasi naftena Reaksi : H3C – C5H8 – CH3 H11C6 – CH3 H5C6 – CH3 + 3 H2 1,2-Dimetil Siklopentana Metil Sikloheksana



Toluena



e. Desulfurisasi Reaksi : H4C4S + 4 H2 C4H10 + H2S Tiofen



Butana



f. Penjenuhan olefin (hidrogenasi olefin) Reaksi : C5H10 Pentena



+ H2 C5H12 Pentana



Reaksi dehidrogenasi naftena terjadi sangat cepat dan reaksi isomerisasi parafin dan dehidro-isomerisasi naftena juga berlangsung cepat, dengan demikian reaksi-reaksi tersebut sangat menonjol, sedangkan reaksi-reaksi yang lambat seperti siklisasi dan hydrocracking menjadi penting terutama pada kondisi-kondisi yang keras seperti space velocity yang rendah, tekanan tinggi dan suhu tinggi. Reaksi hydrocracking sebagaimana juga reaksi-reaksi dehidrogenasi dan



12



isomerisasi biasanya tidak diinginkan karena akan menyebabkan deposit karbon (kokas), penurunan produk hidrogen dan yield produk cair rendah, dengan umpan yang kaya parafin dapat dilakukan hydrocracking secara besar-besaran. Tekanan yang rendah dapat mendorong reaksi-reaksi dehidrogenasi dan siklisasi, tetapi pada kondisi yang sedang dapat menekan terjadinya reaksi hydrocracking. Operasi pada 900 psi akan menyebabkan sekitar dua kali lebih banyak terjadi hydrocracking seperti terjadi pada tekanan 500 psi. Meskipun hidrogen lebih banyak dihasilkan pada tekanan rendah (200 psig), tekanan parsiel hidrogen relatif lebih rendah yang memberi kemungkinan kecenderungan terjadinya reaksi hydrocracking yang menghasilkan kokas. Ditinjau dari cara meregenerasi katalis maka reforming katalis diklasifikasikan menjadi proses sinambung, semi regeneratif dan siklus. Pertumbuhan yang cepat terhadap pemakaian reforming katalis dalam industri minyak bumi terjadi pada kurun waktu 1953 - 1959. Namun mulai tahun 1970-an seiring dengan perbaikan terhadap angka oktan bensin menjadi RON 98, maka katalispun mengalami perubahan tidak lagi hanya berbasis platina tetapi juga mengandung renium (katalis UOP R-16 dan



R-20). Pada saat ini



kenaikan yang pesat dari produksi reforming katalis disebabkan karena adanya pemakaian umpan baru selain daripada virgin naphta, yaitu light naphta dari Timur Tengah. 2.3. Isomerisasi Proses isomerisasi adalah proses dimana parafin rantai lurus dikonversi menjadi senyawa-senyawa rantai cabang secara sinambung dengan menggunakan katalis. Aluminium khlorida adalah katalis yang tidak dapat diregenerasi dipakai dengan berbagai atau logam lain adalah katalis padat yang dapat diregenerasi berada dalam unggun tetap. Kondisi operasi beragam tergantung pada prosesnya sendiri dan umpan masuk, yaitu 100 – 950 oF dan tekanan 150 – 1000 psig.



13



2.4. Jenis – Jenis Proses Isomerisasi 2.4.1. Isomerisasi dengan Katalis Aluminium Khlorida Proses yang biasa dilakukan adalah isomerisasi butana menjadi isobutana, pentana menjadi isopentana, nafta atau fraksi n-heksana menjadi isoheksana. Pada proses-proses tersebut aluminium khlorida digunakan dalam beberapa cara yaitu : a. Bersama dengan asam khlorida anhidrat membentuk slurry atau cairan kompleks. b. Berada dalam butiran alumina atau bauksit. c. Dilarutkan dalam PbCl3 cair. Katalis aluminium khlorida adalah katalis yang tidak dapat diregenerasi, tetapi dapat diperoleh kembali dalam sistem cairan. Salah satu proses isomerisasi dengan katalis aluminium khlorida dapat dilihat padaGambar 5.



Gambar 5.Diagram Alir Proses Isomerisasi Aluminium Khlorida



14



Kondisi operasi 240 – 250 oF, tekanan 200 – 300 psig dan space velocity adalah 1 – 2 /jam. Waktu tinggal di dalam reaktor adalah 10 – 40 menit, sehingga dicapai konversi 50 % untuk butana, 55 – 60 % untuk pentana.



2.4.2. Isomerisasi dengan Katalis Logam Mulia Katalis yang digunakan adalah platina atau logam-logam lain berada dalam unggun tetap dan dapat diregenerasi. Kondisi operasi bervariasi tergantung pada proses dan umpan yang dipakai, yaitu suhu 100 – 900 oF dan tekanan 150 – 1000 psig. Proses ini dikenal dengan nama Isomerisasi Penex. Diagram alir proses ini dapat dilihat pada Gambar 6.



Gambar 6. Diagram Alir Proses Isomerisasi Logam Mulia