FLUIDIZED CATALYTIC CRACKER WITH ACTIVE STRIPPER AND METHODS USING SAME

A. PENDAHULUAN

Bahan Bakar Minyak (BBM) adalah produk yang diperoleh dari pengolahan

minyak mentah (minyak bumi) menjadi bahan bakar minyak melalui unit proses

tertentu. Proses yang dilakukan adalah pemisahan seara fisis, memisahkan komponen

hydrokarbon fraksi ringan sampai berat berdasarkan komposisi dan titik didih pada

plat-plat pemisah fraksi dalam kolom distilasi bertingkat. Kemudian untuk fraksi

tertentu dilakukan treating secara kimiawi dengan bantuan katalis dan/atau bahan

chemical pada kondisi panas atau bertekanan tertentu, seperti pembersihan kandungan

sulfur (sulfur treating), pemisahan nitrogen content, hydrotreating dan perubahan

struktur ikatan kimia lain yang menggunakan panas dan katalis serta bantuan hydrogen

bertekanan tinggi. Perubahan tersebut pada intinya untuk memperbaiki sifat kimia,

fisika, memperbaiki oktan number bagi fraksi naptha, atau cetan number untuk fraksi

solar dan sebagainya.

http://refinerynusantara.com/process-unit-in-refinery/

Bila suatu zat cair atau gas dilewatkan melalui lapisan hamparan partikel pada

kecepatan rendah, partikel-partikel itu tidak bergerak. Jika kecepatan fluida berangsur-

angsur dinaikkan, partikel-partikel itu akhirnya akan mulai bergerak dan melayang di

dalam fluida. Istilah fluidisasi (fluidization) dan hamparan fluidisasi (fluidized bed)

biasa digunakan untuk memeriksa keadaan partikel yang seluruhnya dalam keadaan

melayang (suspensi), karena suspensi ini berprilaku seakan-akan fluida rapat.

Perengkahan Minyak Bumi (Cracking)

Cracking adalah pemecahan senyawa organik rantai panjang menjadi dua atau

lebih senyawa organik rantai lebih pendek, terjadi secara alami maupun dari

pemanasan langsung.

Reaksi perengkahan merupakan reaksi pemutusan ikatan C-C dari suatu

senyawa hidrokarbon yang mempunyai rantai karbon panjang dan berat (molekul

besar). Terjadinya pemutusan ikatan ini membuat senyawa hidrokarbon ini menjadi

senyawa hidrokarbon yang mempunyai rantai karbon pendek dan berberat molekul

kecil. Pemutusan ikatan C-C dapat melalui beberapa cara tergantung kondisi reaksi

perengkahan.

Sejak 1940 cracking adalah proses penting dalam industri minyak bumi. Proses

ini digunakan untuk memproduksi gasolin (fraksi bensin dan kerosin) dari minyak berat

atau crude oil. Proses dapat berlangsung melalui dua mekanisme yaitu mekanisme

radikal yang dilakukan secara termal (dengan temperatur tinggi) atau secara katalitik.

(a) Thermal Cracking

Bila reaksi perengkahan dilakukan hanya dengan perlakuan temperatur tinggi,

maka perengkahan ini disebut perengkahan termal. Perengkahan termal terjadi

disebabkan lepasnya ikatan sigma karbon-karbon sehingga molekul terpecah menjadi

fragmen-fragmen radikal bebas. Tahap fragmentasi ini disebut homolisis termal yang

merupakan tahap inisiasi bagi sederetan reaksi radikal bebas.

Fragmentasi hidrokarbon rantai panjang dengan metode katalitik disebut

perengkahan katalitik. Katalis yang umum digunakan adalah zeolit. Pada reaksi

perengkahan katalitik dengan katalis zeolit, zeolit berfungsi sebagai pembentuk

karbokation yang tak stabil.

Literatur pertama yang bercerita tentang proses Thermal Cracking, menyatakan

bahwa proses ini dijumpai pada awal tahun 1800-an, yakni untuk merengkah minyak

binatang (animal oils) menjadi komponen ringan. British patent juga mengumumkan

tentang pemanfaatan panas untuk meningkatkan produk (yield) minyak lampu dari

crude.

Pertumbuhan yang cepat terhadap kebutuhan gasoline untuk bahan bakar motor

di awal tahun 1900-an, mendorong tumbuhnya upaya membangun proses untuk

meningkatkan yield gasoline dari crude oil, termasuk dengan cara thermal cracking.

Proses thermal cracking pertama yang secara kommersial dianggap sukses,

yakni Burton process yang dipatentkan pada tahun 1910 di United States oleh Dr. W.M.

Burton dari Standard Oil Company, Indiana.

Proses Burton adalah batch proses yang berlangsung di pipa baja horizontal

pada 750 F, 75-95 psig. Kemudian Clark memodifikasinya agar menjadi proses

kontinues. Proses yang lebih efisien secara kontinus berikutnya dan lebih dikenal adalan

proses Cross and Dubbs ditahun 1920-1922 an. Proses ini agak sulit berkembang karena

sulit dioperasikan, namun cukup menarik karena nilai oktane gasolinnya cukup tinggi.

Setelah tahun 1927-an, proses ini dikembangkan menjadi proses cracking pada fasa cair

dan fasa uap dengan suhu operasi lebih tinggi, hingga berlangsung / terpakai sampai

diatas tahun 1940-an.

(b) Fixed-Bed Catalytic Cracking

Pada tahun 1920-an, Eugene J. Houndry, seorang warga Perancis menemukan

suatu perubahan besar dibidang refining. Pada penemuannya, katalis dapat diregenerasi

dengan pembakaran coke dari permukaan katalis. Penemuannya bermula dari

percobaan untuk menghilangkan sulfur dari uap minyak yang kemudian mengarah pada

pembangunan proses catalytic cracking pertama. Walau pada mulanya, penemuan

tersebut tidak mendapat tanggapan diaderahnya, ditahun 1930an ia datang ke USA ke

Vacuum Oil Company. Vacuum Oil Company dan Standard Oil of New York merger

ditahun 1931 membentuk Socony-Vacuum, yang sekarang dikenal sebagai Mobil Oil

Corporation.

Di tahun 1933, Sun Oil Company juga memulai berpartisipasi dalam upaya

membangun proses catalytic cracking unit. Walau banyak upaya berlangsung untuk

membangun proses catalytic cracking, namun hasil pertama yang terbukti sukses secara

komersial adalab fixed-bed catalytic cracking unit yang on stream pertama kali, di

Refinery Socony-VacuumS Paulsboro, New Jersey 6 April 1936. Proses ini mengalami

perkembangan dan perbaikkan, namun sulit untuk dikembangkan secara kapasitas

besar dalam memproduksi gasoline, khususnya dalam mengimbangi pertumbuhan

kebutuhan gasoline oleh industri kendaraan bermotor yang tumbuh cepat. Kesulitannya

karena proses fixed-bed selalu memerlukan 3 bed besar bergantian. Satu dioperasikan,

satu lagi dipurging dan lainnya sedang regenerasi. Kombinasi dari 3 bed katalis yang

besar disertai ukuran katalis yang agak besar, mengarah tidak efisien dan tidak

ekonomis.

(c) Moving-Bed Catalytic Cracking

Perbaikkan proses dilanjutkan oleh Socony-Vacuum (SV) and The Houdry

Process Corp. (HPC) terhadap fixed-bed process ini. Untuk perbaikkan, harus

diupayakan agar pergerakkan katalis bisa kontinus dan efisien diantara proses reaksi

dan regenerasi. Untuk ini didapat bahwa pemakaian Thermofor Kiln dengan lift bucket

bisa diterapkan.

Semi-komersial Thermofor Catalytic Cracking Unit (TCC) pertama dioperasikan

di SVs Paulsboro refinery tahun 1941. Kapasitas hanya 500 bpsd. Tahun 1943, Magnolia

Oil Company (SVs Affiliate), mulai mengoperasikan bucket elevator TCC yang

berkapasitas 10.000 bpsd di Beamount refinery. Sampai tahun 1956, berkembang

sampai 56 TCC proses, yang dibangun oleh SV, setelah SV berpisah dengan Hundry-

Process Co.

Disaat TCC mulai dikembangkan, FCCU juga mulai berkembang. Di akhir tahun

1952-an, SV menyadari bahwa TCC akan ketinggalan dibanding FCCU, karena FCCU

lebih yang lebih besar mampu mengolah feed lebih banyak dengan lebih ekonomis.

Disamping itu, TCC memiliki problema mekanikal yang lebih rumit.

(d) Fluid Catalytic Cracking

Oktober 1938, Standard Oil New Jersey, Standard Oil Indiana, M.W.Kellogg and

I.G. Farben membentuk organisasi riset, the Catalytic Research Assosiation (CRA) untuk

membangun proses cracking yang diluar ketentuan patent the Houndry fixed-bed

catalytic cracking process.

Tahun 1940, I. G. Farben keluar group dan Anglo-Iranian Oil Co.,LTD., Royal

Ducth-Shell Co., The Texas Co., dan Universal Oil Product Co. (UOP) bergabung dengan

group riset tersebut.

Sebuah pilot plan berkapasitas 100 BPD PECLA (Powdered Experimenttal

Catalyst, Lousiana) dicoba dioperasikan, yakni dengan sebuah Snake Reactor ( berupa

pipa 450 ft, 4) dengan screw pump sebagai penggerak katalis yang bertahan 53 hari

operasi.

Pada pertengahan tahun 1940an, CRA memutuskan menggunakan powdered

katalis untuk percobaan berikutnya.. Pilot plant pertama dioperasikan berkapasitas 100

BPD dengan menggunakan stand pipe, katalis berupa butiran halus yang digerakkan

oleh udara yang dioperasikan pertama kali dan dapat bertahan mulai dari 13 Agustus

1940 s/d 7 Juni 1941 (hampir 10 bulan) secara kontinu. Data pilot test tersebut tercatat

sebagai dasar perkembangan engineering selanjutnya dari FCC.

Pada 16 September 1940, dibangun FCC pertama, atau dinamakan PCLA

(Powdered Catalyst, Loouisiana No.1 di New Jersey USA). Selesai 1 May 1943 atau 19

bulan kemudian, tanggal 25 May 1942, unit pertama tersebut mulai oil in. Ini

merupakan sejarah dari suksesnya FCC.

Perkembangan pesat dunia industri yang menggunakan crude oil sebagai bahan

bakar dan sumber bahan baku petrokimia, menyebabkan makin lama harga crude oil

makin mahal. Akhirnya mulai terfikir untuk memanfaatkan minyak residu sebagai

bahan umpan FCC. Maka mulai dikembangkan FCC yang mampu mengolah bahan baku

hidrokarbon lebih berat seperti RFCC atau RCC yang lebih mampu meregenerasi katalis

yang berkarbon lebih banyak, sehingga harus dapat mengendalikan kelebihan panas

regenerasi katalis lebih efektif.

Fungsi utama dari unit Fluid Catalytic Cracking (FCC) adalah untuk "merengkah"

fraksi minyak gas dari minyak mentah untuk menghasilkan lebih banyak bensin dan

bahan bakar distilat. FCC dikembangkan sebagai jumlah nafta yang tersedia dalam

minyak mentah tidak cukup untuk memenuhi permintaan untuk bensin per barel

minyak mentah. FCC seringkali paling menguntungkan dalam operasi pengilangan.

Proses perengkahan menghasilkan karbon (kokas) yang masih tersisa pada

partikel katalis dan menurunkan dengan cepat aktivitasnya. Untuk mempertahankan

aktivitas katalis pada tingkat yang berguna, perlu untuk meregenerasi katalis dengan

membakar kokas ini dengan udara. Akibatnya, katalis terus pindah dari reaktor ke

regenerator dan kembali ke reaktor. Reaksi pemecahan adalah endotermik dan reaksi

regenerasi eksotermis.

Proses FCC menggunakan katalis dalam bentuk partikel yang sangat halus yang

berperilaku seperti fluida ketika diaerasi dengan uap. Katalis fluidized disirkulasikan

secara terus menerus antara zona reaksi dan zona regenerasi dan bertindak sebagai

kendaraan untuk mentransfer panas dari regenerator ke umpan minyak dan reaktor.

Unit FCC memiliki banyak fleksibilitas dalam jenis bahan baku yang dapat

diproses. Tipe bahan baku FCC meliputi minyak gas atmosferik, produk bawah menara

vakum, dan coker minyak gas. Umpan minyak panas dikontakkan dengan katalis baik

dalam feed riser line atau reaktor. Pada saat reaksi pemecahan berlangsung, katalis

semakin dinonaktifkan dengan pembentukan kokas pada permukaan katalis. Katalis dan

uap hidrokarbon dipisahkan secara mekanis dan sisa minyak pada katalis dilucuti

dengan steam stripping sebelum katalis memasuki regenerator. Uap minyak yang

diambil di bagian atas menara fraksionasi untuk pemisahan ke aliran yang memiliki

rentang mendidih yang diinginkan. Produk utama termasuk bahan baku unit alkilasi

(propylene, isobutana dan butylenes), bensin, dan bahan bakar diesel atau minyak

pemanas.

Katalis yang dipakai mengalir ke regenerator dan diaktifkan kembali dengan

membakar deposit kokas dengan udara. Suhu regenerator dikendalikan dengan hati-hati

untuk mencegah deaktivasi katalis oleh overheating dan untuk menyediakan jumlah

pembakaran karbon yang diinginkan. Hal ini dilakukan dengan mengontrol aliran udara

untuk memberikan rasio CO2/CO yang diinginkan dalam gas buang keluar atau suhu

yang diinginkan dalam regenerator. Gas buang dan katalis dipisahkan oleh pemisah

siklon dan debu elektrostatis.

Lisensor FCC

Berikut akan diuraikan salah satu lisensor FCC dengan judul invensi Fluidized

Catalytic Cracker with Active Stripper and Methods Using Same dan data paten sebagai

berikut :

United States Patent

Patent No. : 8,435,401

Date of Patent : May 7, 2013

Inventor : A. Lamont Tyler, Vincent J. Memmot, John A. Paraskos,

James R. Vemich

Assignee : Process Innovators, Inc., Salt Lake City, UT (US)

Appl. No. : 12/349.408

Filed : Jan, 6, 2009

Penemuan ini diarahkan pada fluidized catalytic cracker (unit FCC) bertahap dan

metode perengkahan bahan hydrocarbon. Unit FCC dari penemuan ini meliputi sejumlah

reaktor bertahap yang memiliki partikel katalis yang mengalir secara seri dari satu

reaktor ke umpan hidrokarbon berikutnya yang disampaikan secara paralel ke reaktor.

Antara reaktor, katalis distripping menggunakan stripper aktif.

B. TUJUAN

Secara umum, invensi ini berhubungan dengan FCC dan metode baru untuk

meningkatkan mutu hidrokarbon. Secara khusus memaparkan FCC bertahap yang

terdiri dari sejumlah reaktor yang diumpankan fluidized catalyst secara seri dan

ditempatkan sebuah stripper aktif diantaranya. Stripping aktif dari katalis antara

reaktor telah ditemukan memiliki dampak besar pada aktivitas katalis dalam reaktor

kedua dan setiap reaktor berikutnya.

C. PROSES

Gambar 1. Schematic Representation of a Staged Fluidized Catalytic Cracking Unit

Unit FCC terdiri dari reaktor pertama, kedua dan secara opsional beberapa

reaktor tambahan. Setiap reaktor mempunyai satu atau lebih inlet untuk memasukkan

umpan hidrokarbon dan cracking catalyst. Setiap reaktor juga mempunyai satu atau

lebih outlet untuk mengeluarkan cracking catalyst dan cracked hydrocarbons.

Unit FCC juga terdiri dari sebuah hydrocarbon stripping vessel yang

menghubungkan aliran fluida dengan outlet dari reaktor pertama untuk menerima

katalis setelah sebagian digunakan. Dalam stripping vessel, gas stripping diinjeksi

melalui catalyst bed. Peristiwa gas stripping bergerak melalui catalyst bed melepaskan

cracked hydrocarbons, yang dikeluarkan dari unit FCC bersama gas stripping. Tindakan

stripping ini meremajakan katalis sampai batas tertentu dan secara signifikan

meningkatkan kinerja katalitik dibandingkan dengan unit FCC sebelumnya.

Sebuah stripper aktif ditempatkan di dalam stripping vessel. Stripper aktif

diletakkan pada suatu bagian dari stripping vessel dimana terjadi kontak gas stripping

dengan sebagian katalis yang telah digunakan. Stripper aktif mempunyai berbagai

bentuk struktur dengan kemampuan meningkatkan stripping pada katalis. Peningkatan

stripping secara khusus disebabkan oleh turbulensi dan/atau kontak antara partikel

katalis, gas stripping, dan sifat struktur dari stripper aktif. Stripping aktif mengaktifasi

kembali sebagian katalis dengan melepaskan bagian penting deposit hidrokarbon yang

tidak stabil pada katalis.

Stripping vessel juga terhubung dengan inlet reaktor kedua untuk

mengumpankan katalis yang telah digunakan ke reaktor kedua setelah distripping

dalam stripper aktif. Setelah melalui reaktor kedua, katalis dapat diumpankan ke

beberapa stripping vessel berikut dan/atau reaktor sampai katalis semua atau hampir

semua terpakai. Katalis yang telah digunakan pada reaktor terakhir dialirkan ke

regenerator untuk diperbarui untuk digunakan kembali pada reaktor pertama. Satu atau

lebih stripper (aktif dan/atau non-aktif) dapat ditempatkan langsung sebelum

regenerator.

Dalam invensi ini juga termasuk metode untuk meningkatkan materi

hidrokarbon. Metode tersebut termasuk langkah-langkah berikut : (a) Melewatkan

partikel panas katalis yang telah diregenerasi ke bagian bawah reaktor pertama dan

menginjeksikan bagian pertama bahan baku hidrokarbon ke dalam reaktor bersama

partikel katalis; (b) melewatkan partikel katalis dan bagian umpan pertama melalui

reaktor pertama dan ke dalam stripping vessel, dimana bagian pertama umpan

direngkahkan dan partikel katalis secara parsial terpakai dalam reaktor pertama; (c)

memisahkan rengkahan bagian awal umpan dari katalis dan mengeluarkan rengkahan

umpan, dimana pemisahan ini setidaknya sebagian dilakukan dengan melewatkan

partikel katalis melalui stripper aktif; (d) melewatkan partikel katalis dari reaktor

pertama ke bagian bawah reaktor kedua dan menginjeksikan bagian kedua bahan baku

hidrokarbon ke reaktor kedua; (e) melewatkan katalis dan umpan kedua melalui

reaktor kedua dan ke stripping vessel kedua dimana umpan kedua direngkahkan katalis

selanjutnya terpakai; (f) memisahkan rengkahan umpan kedua dari katalis dan

mengeluarkan rengkahan tersebut; dan (g) mengembalikan katalis regenerator dan

meregenerasinya. Secara opsional, ketiga, keempat, atau bahkan lebih reaktor dapat

ditambahkan dan mempunyai stripper aktif di antaranya.

D. RANGKUMAN

E. BIBLIOGRAFI