Sejarah Dan Perkembangan Etilen Glikol [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Petrokimia adalah bahan-bahan atau produk yang dihasilkan dari minyak dan gas bumi. Bahan-bahan petrokimia tersebut dapat digolongkan ke dalam plastik, serat sintetis, karet sintetis, pestisida, detergen, pelarut, pupuk, berbagai jenis obat maupun vitamin. Industri yang menghasilkan produk-produk industri kimia organik yang merupakan bahan baku industri polimer, dengan bahan baku dasar bersumber dari hasil pengolahan minyak dan gas bumi (gas alam), produk pencairan batubara, bahkan sekarang sedang dikembangkan berbasis biomassa disebut Industri Petrokimia[1]. Salah satu produk industri petrokimia adalah etilen glikol. Glikol adalah diol yang merupakan senyawa yang mengandung dua gugus hidroksil yang menempel pada atom karbon yang terpisah pada rantai alifatik. Rumus umum dari etilen glikol adalah C2nH4nOn-1(OH)2. Etilen glikol merupakan senyawa perpaduan air dan etilen oksida. Dietilen, trietilen dan tetraetilen glikol merupakan oligomer dari etilen glikol. Etilen glikol larut dalam air dan higroskopis. Dalam kelompok produk etilen glikol, monoetilen glikol (MEG) sejauh ini merupakan produk dengan volume terbesar, terhitung lebih dari 90% dari keseluruhan pasar etilen glikol. MEG dikonsumsi terutama dalam produksi poliester (polyethylene terephthalate [PET]), yang selanjutnya digunakan untuk produksi serat, film, resin. Aplikasi poliester / PET menyumbang 87% dari konsumsi MEG global pada tahun 2017[2]. 1.2 Tujuan Penulisan Berdasarkan latar belakang, adapun tujuan dari penulisan makalah ini untuk mengetahui sejarah dan perkembangan dari etilen glikol, mengetahui data produksi, kegunaan, hingga proses produksi etilen glikol.



1



BAB II ISI



2.1 Sejarah dan Perkembangan Etilen Glikol Etilen glikol adalah senyawa yang pertama kali ditemukan oleh seorang ahli kimia Prancis bernama Charles Adolphe Wurtz pada tahun 1859. Charles Wurtz memperlakukan etilena iodida dengan asetat perak, dengan hasil dari percobaan berupa etilen diasetat. Etilen diasetat kemudian direaksikan dengan kalium hidroksida dan hasilnya bernama etilen glikol. Pada awal abad ke-20 senyawa itu ditemukan sebagai pendingin dan dapat digunakan dalam ledakan. Selama Perang Dunia I (1914-1918), senyawa ini disintesis dari etilen klorida dibuat dalam skala kecil. Di Jerman digunakan untuk menggantikan gliserol dalam ledakan tertentu. Sebelum periode ini, tidak ada aplikasi komersial untuk senyawa yang ditemukan [3]. Setelah Perang Dunia, senyawa memasuki dunia manufaktur komersial. Pada tahun 1925, pembuatan etilena glikol berskala besar pertama dimulai di South Charleston, Virginia, AS oleh Carbide dan Carbon Chemicals Company. Saat ini perusahaan tersebut dikenal sebagai Union Carbide Corporation. Sekitar tahun 1930, senyawa ini biasa digunakan untuk produsen dinamit karena murah dan mudah diakses. Pada tahun 1935, perusahaan membuka pabrik baru yang memproduksi etilena glikol menggunakan proses yang berbeda. Pada tahun 1937, Carbide memulai pabrik pertama berdasarkan proses Lefort untuk oksidasi fase-uap etilen menjadi etilena oksida. Pada tahun 1957, Carbide dan Carbon Chemicals Company proses etilen glikol ditawarkan untuk lisensi [3].



2



2.2 Produksi Etilen Glikol di Berbagai Negara Data tahun 2013 beberapa perusahaan di berbagai negara yang memproduksi mono etilen glikol dapat dilihat pada Tabel 1. Sementara kapasitas produksi mono etilen glikol pada berbagai region dapat dilihat pada Gambar 1 [4].



Tabel 1. Pabrik Penghasil Mono Etilen Glikol di Berbagai Negara [5] Perusahaan



Lokasi



Kapasitas (Ton/Tahun)



Nan Ya Plastics



Mailiao,Taiwan



1.800.000



Lotte Chemical



Daesan, South Korea



1.050.000



Henan Yongjin Chemical



Anyang, China



800.000



Shell Eastern



Jurong, Singapore



750.000



Petrochemicals Complex Zhenhai



Refining



and Ningbo, China



650.000



Shanghai Petrochemical



Jinshan, China



605.000



Ningbo Heyuan Chemical



Zhenhai, China



500.000



Shell Chemical



Geismar, Louisiana



400.000



Dow Chemical



Seadrift, Texas



285.000



Polychem Indonesia



Indonesia



216.000



Chemical



3



Gambar 1. Kapasitas Produksi Mono etilen glikol



Kapasitas produksi MEG dunia untuk tahun 2016 adalah 34,8 juta ton. Produksi global didominasi oleh negara-negara Asia yang menyumbang 15,1 juta ton dari total produksi. Asia memiliki andil besar dalam produksi pasar global MEG karena memiliki sejumlah besar produsen serat dan tekstil yang membutuhkan polyester dan Polyethylene terephthalate. China, India dan Taiwan adalah produsen etilen Glikol terkemuka di antara negara-negara Asia-Pasifik lainnya [4]. Afrika Timur Tengah memegang pangsa terbesar kedua dalam produksi MEG secara global dengan kapasitas 11,9 juta ton. Produksinya tinggi di Afrika Timur Tengah untuk memenuhi permintaan MEG yang meningkat di berbagai industri termasuk serat, anti beku, dan pengemasan. Amerika Utara menyumbang 5,7 juta ton dalam produksi global yang diikuti oleh Eropa dengan kontribusi 2,1 juta ton [4].



2.3 Produksi Etilen Glikol di Indonesia Pabrik yang memproduksi etilen glikol di Indonesia adalah PT Polychem Indonesia Tbk. Pabrik ini bergerak dalam industri tekstil dan produk tekstil (TPT). Pabrik etilena glikol Perseroan memiliki kapasitas produksi mono etilena glikol (MEG) per tahun sebesar 216.000 ton. Pabrik EG memproduksi satu produk utama, MEG, dan dua produk sampingan, di-etilena glikol (DEG) dan tri-etilena glikol (TEG). Pabrik Etilena 4



Glikol (EG) memproduksi satu dari dua bahan baku utama yang diperlukan untuk memproduksi polyester yang sangat dibutuhkan dalam pertumbuhan indutri tekstil Indonesia. PT Polychem Indonesia Tbk merupakan satu-satunya produsen MEG, DEG, TEG di Indonesia[6]. Konsumen utama MEG adalah produsen serat sintetis poliester dan produsen resin polyester terephtalate (PET). DEG digunakan dalam industri resin polimer tidak jenuh, industri minyak rem, sementara TEG digunakan untuk proses pengeringan gas alam dan pencucian bahan kimia[6]. Kedua unit pabrik Etilena Glikol (EG) Perseroan menerapkan teknologi dari Scientific Design Co. Inc., Amerika Serikat dan memiliki kapasitas produksi tahunan total sebesar 241.000 ton. Pada tahun 2018 Perseroan memproduksi 233,397 ton EG. Sekitar 17.46% produksi MEG yang dihasilkan dikonsumsi sendiri oleh divisi polyester, selebihnya yaitu sekitar 82.54%, dijual ke berbagai produsen benang dan serat poliester baik dalam negeri maupun luar negeri[6]. Indonesia masih merupakan negara pengimpor MEG, sehingga dengan memiliki kapasitas produksi sebesar 241.000 ton per tahun dan dengan lokasi yang strategis, Perseroan memiliki peluang pasar yang sangat besar di pasar dalam negeri Pada tahun 2018, permintaan MEG di Asia diprediksikan jauh melebihi kapasitas produksinya dan masa depan industri MEG, terutama di Asia, dalam jangka panjang masih sangat menjanjikan[6].



2.4 Sifat Fisis dan Kimia Etilen Glikol a. Sifat Fisis Monoetilen glikol merupakan cairan yang jernih, tidak berwarna, tidak berbau dengan rasa manis, dapat menyerap air, dan dapat dicampur dengan beberapa pelarut polar seperti air, alkohol, glikol eter, dan aseton. Kelarutan dalam larutan nonpolar rendah seperti benzena, toluen, dikloroetan, dan kloroform [7]. Sifat fisis dari monoetilen glikol (etilen glikol) adalah [8] :



5



Rumus molekul



: C2H6O2



Rumus Bangun



:



Bentuk



: cair



Berat molekul



: 62,07 gr/ mol



Titik didih ( 1 atm )



: 197,6 oC



Titik beku



: - 13 oC



Temperatur kritis



: 645,0 oC



Tekanan kritis



: 74,295 oC



Densitas



: 1,110 gr/ml



b. Sifat Kimia 1. Dapat menyerap air dan dapat dicampur dengan beberapa pelarut polar seperti air, alkohol glikol eter, dan aseton. 2. Kelarutan dalam larutan non polar rendah seperti benzena, toluena, dikloroetan, dankloroform.[7]



2.5 Kegunaan Etilen Glikol Etilen glikol digunakan untuk tambahan serat pada polyester dan wadah berbahan polietilen tereftalat (PET), antibeku dan pendingin mesin untuk semua kondisi cuara, menghilangkan lapisan-lapisan es pada pesawat terbang, pendingin pada proses transfer yang menggunakan kontak dengan gas pemanas. Etilen glikol juga dapat digunakan sebagai bahan baku tambahan pembuatan cat, cairan lem, solven (pelarut), tinta cetak, tinta pada pena, dan kosmetik. Etilen glikol di Indonesia sebagian besar digunakan untuk bahan baku industri polyester. Polyester merupakan senyawa polimer jenis termoplastik yang digunakan sebagai bahan baku industri tekstil dan plastik. Selain dapat dibuat serat yang kemudian dipintal menjadi benang, juga bisa dibuat langsung menjadi benang filament untuk produksi tekstil [3].



6



2.5



Deskripsi Proses



2.5.1 Berbagai jenis proses pembuatan Etilen Glikol Teknologi pembuatan etilen glikol diantaranya adalah proses formaldehid du pont, proses hidrasi etilen oksida [9]. 1. Proses Hidrasi Etilen Oksida a. Hidrasi Non Katalitik Fase Cair Pada reaksi ini pembentukan etilen glikol dilakukan dalam fase cair, sehingga suhu dan tekanan diatur untuk mempertahankan etilen oksida pada kondisi cair. Rentang harga tekanan dalam operasi ini adalah 14-22 atm dengan suhu antara 190-200°C dengan yield sebesar 99,5% dan konversi sebesar 99,8% [9]. Etilen glikol diproduksi dengan hidrolisis etilen oksida dan air tanpa menggunakan katalis pada media yang netral. Reaksi hidrolisis antara etilen oksida dengan air ini, selain menghasilkan etilen glikol yang sangat tinggi, juga menghasilkan produk samping berupa dietilen glikol, dan trietilen glikol. Selektivitas glikol secara tepat dapat dilakukan dengan pengontrolan variasi rasio antara etilen oksida dan sejumlah besar air yang berlebih [7] Bahan baku etilen oksida dan air dicampur bersama-sama dengan recycle dan dipompa ke reaktor hidrasi. Jika unit glikol dikombinasi dengan pabrik etilen oksida akan menjadi pertimbangan dalam segi ekonomi, karena umpan yang digunakan bersumber dari unit etilen oksida secara langsung. Dalam reaktor glikol, perlu untuk menetapkan waktu tinggal yang cukup untuk mereaksikan secara non katalitik terhadap semua etilen oksida. Tekanan dikontrol untuk menghindari penguapan etilen oksida. Kondisi operasi reaktor tergantung pada konsentrasi mula-mula etilen oksida. Campuran air dengan glikol dari reaktor diumpankan ke dalam evaporator, di mana dipanaskan dengan steam tinggi. Evaporator dapat beroperasi dengan tekanan vacuum. Air yang teruap akan terkondensasi sebagai kondensat dan air jadi recycle ke tangki pencampuran umpan glikol. Larutan crude glikol dari evaporator kemudian diumpankan ke stripping untuk memisahkan air dan fraksi ringan. Campuran glikol



7



yang bebas air kemudian difraksinasi dalam kolom distilasi untuk mendapatkan produk utama berupa monoetilen glikol dan produk samping berupa dietilen glikol dan trietilen glikol. Variabel yang penting dalam proses ini dietilen glikol dan trietilen glikol. Variabel yang penting dalam proses ini adalah perbandingan air dan etilen oksida. Pembentukan dietilen glikol dan trietilen glikol dapat diperkecil dengan menggunakan air berlebih dalam jumlah besar yaitu antara 2,5-30. b. Hidrasi Katalitik Fase Cair Proses pembuatan etilen glikol dengan hidrasi etilen glikol menggunakan katalis dapat berupa katalis asam atau basa, di mana apabila dengan katalis basa, hasil glikol dengan derajat tinggi akan meningkat atau lebih tinggi bila dibandingkan dengan katalis asam. Kecepatan reaksi hidrasi sangat dipengaruhi oleh suhu katalis asam. Efektifitas basa sekitar 1/100 dibandingkan dengan asam pada konsentrasi yang sama pada reaksi hidrasi. Pemakaian katalis asam dalam reaktor hidrasi memungkinkan untuk dioperasikan dalam suhu dan tekanan relatif lebih rendah dibandingkan reaksi non katalis. Akan tetapi membuat larutan sangat korosif dan membutuhkan peralatan anti korosif yang harganya mahal [9]. c. Hidrasi Katalitik Fase Uap Dalam pembuatan etilen glikol dapat dilakukan melalui fase uap dari etilen glikol. Proses ini diperlukan adanya katalis berupa silver oksida dan alumunium dengan kondisi operasi temperatur dan tekanan yang lebih rendah dari proses non katalitik. Akan tetapi yield yang dihasilkan hanya sebesar 80% dan dengan konversi sebesar 20%. Pada proses ini pemisahan etilen glikol dari homolog yang lebih tinggi sulit untuk dilakukan karena katalis yang ikut terbawa pada proses selanjutnya [9]. Berdasarkan ketiga proses hidrasi di atas reaktor plug flow lebih baik jika dibandingkan dengan CSTR dan kolom reaktor. Reaktor yang digambarkan adalah reactor adiabatik yang bekerja pada suhu 190°-200°C dan tekanan 14-22 bar. Setelah reaksi hasil dari reaktor kemudian dikurangi airnya dalam evaporator, air yang tidak bereaksi direcycle ke



8



reaktor, kemudian produk dimasukkan ke dalam menara distilasi berjajar untuk memisahkan monoetilen glikol, dietilen glikol, dan trietilen glikol [9] d. Hidrasi Etilen Oksida Melalui Etilen Karbonat Pada proses ini dibuat melalui hidrasi etilen oksida melalui etilen karbonat sebagai perantara. Pada tahap pertama etilen oksida direaksikan dengan karbon dioksida dalam keadaan bebas air untuk membentuk etilen karbonat lalu direaksikan dengan air membentuk etilen glikol. Reaksi ini berlangsung dalam fase cair dengan bantuan katalis. Keuntungan dari proses ini adalah jika proses dilakukan untuk membentuk dietilen glikol dalam jumlah besar, maka dibandingkan dengan proses du pont formaldehid lebih menguntungkan karena biaya operasi lebih murah. Sedangkan kerugiannya adalah biaya pemurnian mahal dan akan kehilangan produk karena biaya pemurnian lebih mahal dari pada proses hidrasi [9].



2. Formaldehid Du pont Dalam proses ini formaldehid direaksikan dengan karbon monoksida dan air pada suhu 200oC dan tekanan 700 atm untuk membentuk asam glikolat kemudian asam glikolat diesterifikasi dengan etanol atau n-propanol menghasilkan alkil glikolat. Alkil glikolat dihidrogenasi dalam fase uap pada suhu 200oC dan tekanan 30 atm menggunakan katalis kromat untuk membentuk monoetilen glikol dan alkohol. Kemudian alkohol di recycle untuk tahap esterifikasi lagi. Jika hidrogenasi dilakukan dalam fase cair maka tekanan yang digunakan adalah 400 atm dan menggunakan katalis magnesium kopper. Yield yang dihasikan 75%. Kerugian dari proses ini yaitu proses yang terjadi di reaktor memerlukan suhu dan tekanan tinggi sehingga proses menjadi tidak efisien dan mahal, dan yield yang dihasilkan rendah.



9



BAB III KESIMPULAN Etilen glikol adalah senyawa yang pertama kali ditemukan oleh seorang ahli kimia Prancis bernama Charles Adolphe Wurtz pada tahun 1859. Charles Wurtz memperlakukan etilena iodida dengan asetat perak, dengan hasil dari percobaan berupa etilen diasetat. Etilen diasetat kemudian direaksikan dengan kalium hidroksida dan hasilnya bernama etilen glikol. Kapasitas produksi MEG dunia untuk tahun 2016 adalah 34,8 juta ton. Produksi global didominasi oleh negara-negara Asia yang menyumbang 15,1 juta ton dari total produksi. Asia memiliki andil besar dalam produksi pasar global MEG karena memiliki sejumlah besar produsen serat dan tekstil yang membutuhkan polyester dan Polyethylene terephthalate. Etilen glikol dapat digunakan untuk tambahan serat pada polyester dan wadah berbahan polietilen tereftalat (PET), antibeku dan pendingin mesin untuk semua kondisi cuara, menghilangkan lapisan-lapisan es pada pesawat terbang, pendingin pada proses transfer yang menggunakan kontak dengan gas pemanas. Teknologi pembuatan etilen glikol diantaranya adalah proses formaldehid du pont dan proses hidrasi etilen oksida. Produksi etilen glikol di Indonesia,yaitu PT Polychem Indonesia menggunakan teknologi proses hidrasi etilen oksida non katalitik fase cair.



10



DAFTAR PUSTAKA [1]



F. Sulaiman, Mengenal industri petrokimia. Jakarta: Untirta Press, 2016.



[2]



CEH, Chemical Economics Handbook. Menlo Park, CA: Chemical Information Services, Economics Research Division, Stanford Research Institute, 2018.



[3]



“Ethylene Glycol.” [Online]. Available: https://antifreezescience.weebly.com/references.html.



[4]



Plastics Insight., “Mono-Ethylene Glycol (MEG): Production, Market, Price and its Properties,” 2016.



[5]



Jeffrey Ong, “Chemical profile: Asia MEG,” 2014.



[6]



PT Polychem Indonesia Tbk, “Produk PT Polychem Indonesia Tbk,” 2018. [Online]. Available: http://polychemindo.com/.



[7]



Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed. .



[8]



Carl L. Yaws, Chemical Properties Handbook. New York: McGraw Hill Company, 1999.



[9]



J. Mc. Ketta, Encyclopedia Chemical Process and Design. New York: Marchell Dekker Inc, 1983.



11