36
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Latar belakang pembuatan makalah ini yaitu untuk mengetahui proses katalitik reforming, hidrocracking dan isomerisasi pada kilang minyak bumi. Serta untuk mempelajari tentang katalis yang digunakan dalam proses tersebut. Dalam proses pengolahan minyak bumi banyak proses yang melibatkan reaksi kimia. Minyak bumi adalah salah satu zat yang sangat dibutuhkan dalam kondisi sekarang ini, minyak bumi dibutuhkan oleh banyak kalangan diantaranya untuk industri digunakan sebagai energi dalam proses produksi, untuk rumah tangga digunakan sebagai bahan bakar, untuk kendaraan bermotor digunakan sebagai bahan bakar dan masih banyak kegunaan minyak bumi yang lainnya. Karena sangat banyaknya kegunaan minyak bumi ini maka kita harus mengetahui proses pengolahan minyak bumi tersebut dan banyak pelajaran yang bisa dipelajari dari proses pengolahan minyak bumi. 1.2 Tujuan Tujuan pembuatan makalah ini yaitu : a) Untuk memenuhi tugas yang diberikan oleh guru mata pelajaran katalitik. b) Untuk mengetahui katalitik yang digunakan pada proses kilang minyak bumi. c) Untuk mempelajari proses katalitik reforming, hidrocracking dan isomerisasi. 1

Makalah katalis

Embed Size (px)

DESCRIPTION

katalis pada proses pembuatan minyak bumi

Citation preview

Page 1: Makalah katalis

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakangLatar belakang pembuatan makalah ini yaitu untuk mengetahui proses katalitik reforming, hidrocracking dan isomerisasi pada kilang minyak bumi. Serta untuk mempelajari tentang katalis yang digunakan dalam proses tersebut. Dalam proses pengolahan minyak bumi banyak proses yang melibatkan reaksi kimia. Minyak bumi adalah salah satu zat yang sangat dibutuhkan dalam kondisi sekarang ini, minyak bumi dibutuhkan oleh banyak kalangan diantaranya untuk industri digunakan sebagai energi dalam proses produksi, untuk rumah tangga digunakan sebagai bahan bakar, untuk kendaraan bermotor digunakan sebagai bahan bakar dan masih banyak kegunaan minyak bumi yang lainnya. Karena sangat banyaknya kegunaan minyak bumi ini maka kita harus mengetahui proses pengolahan minyak bumi tersebut dan banyak pelajaran yang bisa dipelajari dari proses pengolahan minyak bumi.

1.2 TujuanTujuan pembuatan makalah ini yaitu :

a) Untuk memenuhi tugas yang diberikan oleh guru mata pelajaran katalitik.b) Untuk mengetahui katalitik yang digunakan pada proses kilang minyak bumi.c) Untuk mempelajari proses katalitik reforming, hidrocracking dan isomerisasi.

1

Page 2: Makalah katalis

BAB II

ISI

2.1 Deskripsi Katalis1. Pengertian Katalis

Katalis merupakan suatu zat yang mempercepat reaksi dengan menurunkan energy aktifasi. Katalis dapat mempercepat reaksi kimia  dan dapat dipercepat  dengan meningkatkan fraksi molekul yang memilioki energi melebihi energi aktifasi. Hal ini dapat dibuat dengan meningkatkan suhu/tenmperatur. Cara lain yang tidak memerlukan peningkatan suhu adalah dengan menetukan jalan reaksi melalui energi aktivasi yang lebih rendah.Fungsi katalis dalam suatu reaksi kimia adalah menyajikan reaksi alternatif . Dalam reaksi kimia,katalis sendiri tidak mengalami perubahan yang permanen. Katalis dapat menentukan suatu reaksi berhasil atau tidak dimana keberhasilan reaksi ersebut tergantung kepada penggunaan katalis yang cocok. Selang suhu dan tekanan yang dapat digunakan dalam proses industri tidak mungkin barlangsung dalam reaksi biokimia. Tersedianya katalis yang cocok untuk reaksi-reaksi ini mutlak bagi makluk hidup.

2. Jenis-jenis Katalisa) Katalis homogen adalah katalis yang dapat bercampur secara homogen dengan

zat pereaksinya karena mempunyai wujud yang sama. Contoh Katalis Homogen : Katalis dan pereaksi berwujud gas

NO(g)2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)

Katalis dan pereaksi berwujud cairH+(aq)

C12H22O11(aq) + H2O(l) → C6H12O6(aq) + C6H12O6(aq)glukosa fruktosa

b) Katalis Heterogen

Katalis heterogen adalah katalis yang tidak dapat bercampur secara homogen dengan pereaksinya karena wujudnya berbeda. Contoh Katalis Heterogen :Katalis berwujud padat, sedang pereaksi berwujud gas.

Ni(s)C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g)

2

Page 3: Makalah katalis

c) AutokatalisAutokatalis adalah zat hasil reaksi yang bertindak sebagai katalis. Contoh Autokatalis  :CH3COOH yang dihasilkan dari reaksi metil asetat dengan air merupakan autokatalis reaksi tersebut.CH3COOCH3(aq) + H2O(l) → CH3COOH(aq) + CH3OH(aq)Dengan terbentuknya CH3COOH, reaksi menjadi bertambah cepat.

d) BiokatalisBiokatalis adalah katalis yang bekerja pada proses metabolisme, yaitu enzim. Contoh Biokatalis :Enzim hidrolase mempercepat pemecahan bahan makanan melalui reaksi hidrolisis.

e) InhibitorInhibitor adalah zat atau senyawa yang kerjanya memperlambat reaksi atau menghentikan reaksi. Contoh Inhibitor :I2 atau CO bersifat inhibitor bagi reaksi:2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

f) Racun KatalisRacun katalis adalah inhibitor yang dalam jumlah sangat sedikit dapat mengurangi atau menghambat kerja katalis. Contoh Racun Katalis :CO2, CS2, atau H2S merupakan racun katalis pada reaksi:

Pt2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)

2.2 Deskripsi minyak bumi1. Pengertian minyak bumi

Minyak bumi atau Petroleum merupakan hasil dari pelapukan fosil-fosil tumbuhan dan hewan di zaman purba yang terpendam selama ribuan tahun yang lalu di dalam lapisan kulit bumi.Minyak bumi adalah campuran dari beberapa senyawa hidrokarbon baik yang jenuh atau yang tidak jenuh, baik yang alifatik maupun yang siklik. Komponen terbesar atau terbanyak dari minyak bumi adalah senyawa-senyawa alkana. Sebelum minyak bumi itu diolah, minyak bumi itu masih berupa cairan hitam atau kental dan belum dapat dimanfaatkan.

2. Proses Pengolahan Minyak BumiMinyak bumi biasanya berada 3-4 km di bawah permukaan laut. Minyak bumi diperoleh dengan membuat sumur bor. Minyak mentah yang diperoleh ditampung dalam kapal tanker atau dialirkan melalui pipa ke stasiun tangki atau ke kilang minyak. Minyak mentah (cude oil) berbentuk cairan kental hitam dan berbau kurang sedap.

3

Page 4: Makalah katalis

Minyak mentah belum dapat digunakan sebagai bahan bakar maupun untuk keperluan lainnya, tetapi harus diolah terlebih dahulu. Minyak mentah mengandung sekitar 500 jenis hidrokarbon dengan jumlah atom C-1 sampai 50. Titik didih hidrokarbon meningkat seiring bertambahnya jumlah atom C yang berada di dalam molekulnya. Oleh karena itu, pengolahan minyak bumi dilakukan melalui destilasi bertingkat, dimana minyak mentah dipisahkan ke dalam kelompok-kelompok (fraksi) dengan titik didih yang mirip.Secara umum Proses Pengolahan Minyak Bumi digambarkan sebagai berikut:

4

Page 5: Makalah katalis

2.3 Catalytic Reforming Process/Platforming Process1. Pendahuluan

Fungsi utama proses catalytic reforming adalah menaikkan nilai naptha yang memiliki nilai oktan yang rendah menjadi komponen campuran mogas (motor gasoline/bensin motor) dengan bantuan katalis melalui serangkaian reaksi kimia. Naphtha yang dijadikan umpan catalytic reforming harus di treating terlebih dahulu di unit naphtha hydrotreater untuk menghilangkan pengotor seperti sulfur, nitrogen, oksigen, halida, dan metal yang merupakan racun berbahaya bagi katalis catalytic reformer yang tersusun dari platina.Selain itu, catalytic reforming juga memproduksi produk samping berupa hydrogen yang sangat bermanfaat bagi unit hydrotreater maupun hydrogen plant atau jika masih berlebih dapat juga digunakan sebagai fuel gas bahan bakar fired heater. Butane, produk samping lainnya, sering digunakan untuk mengatur tekanan uap gasoline pool.

2. Teori Catalytic ReformingFeed naphtha ke unit catalytic reforming biasanya mengandung C6 sampai C11, paraffin, naphthene, dan aromatic. Tujuan proses catalytic reforming adalah memproduksi aromatic dari naphthene dan paraffin.Kemudahan reaksi catalytic reforming sangat ditentukan oleh kandungan paraffin, naphthene, dan aromatic yang terkandung dalam naphtha umpan. Aromatic hydrocarbon yang terkandung dalam naphtha tidak berubah oleh proses catalytic reforming. Sebagian besar naphthene bereaksi sangat cepat dan efisien berubah menjadi senyawa aromatic (reaksi ini merupakan reaksi dasar catalytic reforming). Paraffin merupakan senyawa paling susah untuk diubah menjadi aromatic. Untuk aplikasi low severity, hanya sebagian kecil paraffin berubah menjadi aromatic. Sedangkan pada aplikasi high severity, konversi paraffin lebih tinggi, tetapi tetap saja berlangsung lambat dan tidak efisien.

3. Reaksi-reaksi yang Terjadi di Catalytic Reforminga) Dehidrogenasi Naphthene

Naphthene merupakan komponen umpan yang sangat diinginkan karena reaksi dehidrogenasi-nya sangat mudah untuk memproduksi aromatic dan produk samping hydrogen. Reaksi ini sangat endotermis (memerlukan panas). Reaksi dehidrogenasi naphthene sangat terbantu oleh metal catalyst function dan temperatur reaksi tinggi serta tekanan rendah.

5

Page 6: Makalah katalis

b) Isomerisasi Napthene dan Paraffin Isomerisasi cyclopentane menjadi cyclohexane harus terjadi terlebih dahulu sebelum kemudian diubah menjadi aromatic. Reaksi ini sangat tergantung dari kondisi operasi.

c) Dehydrocyclization Paraffin Dehydrocyclization paraffin merupakan reaksi catalytic reforming yang paling susah. Reaksi dehydrocyclization terjadi pada tekanan rendah dan temperature tinggi. Fungsi metal dan acid dalam katalis diperlukan untuk mendapatkan reaksi ini.

d) HydrocrackingKemungkinan terjadinya reaksi hydrocracking karena reaksi isomerisasi ring dan pembentukan ring yang terjadi pada alkylcyclopentane dan paraffin dank area kandungan acid dalam katalis yang diperlukan untuk reaksi catalytic reforming. Hydrocracking paraffin relative cepat dan terjadi pada tekanan dan temperature tinggi. Penghilangan paraffin melalui reaksi hydrocracking akan meningkatkan konsentrasi aromatic dalam produk sehingga akan meningkatkan octane number. Reaksi hydrocracking ini tentu mengkonsumsi hydrogen dan menghasilkan yield reformate yang lebih rendah.

e) DemetalisasiReaksi demetalisasi biasanya hanya dapat terjadi pada severity operasi catalytic reforming yang tinggi. Reaksi ini dapat terjadi selama startup unit catalytic reformate semi-regenerasi pasca regenerasi atau penggantian katalis.

f) Dealkylation Aromatic Dealkylation aromatic serupa dengan aromatic demethylation dengan perbedaan pada ukuran fragment yang dihilangkan dari ring. Jika alkyl side chain cukup besar, reaksi ini dapat dianggap sebagai reaksi cracking ion carbonium terhadap rantai samping. Reaksi ini memerlukan temperature dan tekanan tinggi. 

6

Page 7: Makalah katalis

Reaksi-reaksi yang terjadi pada unit catalytic reforming dapat diringkas sebagai berikut :

4. Racun KatalisBeberapa racun katalis catalytic reforming adalah sebagai berikut :a) Sulfur

Konsentrasi sulfur maksimum yang diijinkan dalam umpan naphtha adalah 0,5 wt-ppm. Biasanya diusahakan kandungan sulfur dalam umpan naphtha sebesar 0,1-0,2 wt-ppm untuk menjamin stabilitas dan seletivitas katalis yang maksimum. Beberapa sumber yang membuat kandungan sulfur dalam umpan naphtha tinggi adalah : proses hydrotreating yang tidak baik (temperature reactor kurang tinggi atau katalis sudah harus diganti), recombination sulfur dari naphtha hydrotreater ( dan terbentuknya sedikit olefin) akibat temperatur hydrotreater yang tinggi dan tekanan hydrotreater yang rendah, hydrotreater stripper upset, memproses feed yang memiliki end point tinggi.

b) NitrogenKonsentrasi nitrogen maksimum yang diijinkan dalam umpan naphtha adalah 0,5 wt-ppm. Kandungan nitrogen dalam umpan naphtha akan menyebabkan terbentuknya deposit ammonium chloride pada permukaan katalis. Beberapa sumber yang membuat kandungan nitrogen dalam umpan naphtha tinggi adalah : proses hydrotreating yang tidak baik (temperatur reactor kurang tinggi atau katalis sudah harus diganti), penggunaan filming atau neutralizing amine sebagai corrosion inhibitor di seluruh area yang tidak tepat guna.

c) AirKandungan air dalam recycle gas sebesar 30 mol-ppm sudah menunjukkan excessive water, dissolved oxygen, atau combined oxygen di unit catalytic reforming. Tingkat moisture di atas level ini dapat menyebabkan reaksi hydrocracking yang excessive dan juga dapat menyebabkan coke ladydown. Lebih lanjut lagi, kondisi ini akan menyebabkan chloride ter-strip dari katalis, sehingga mengganggu kesetimbangan H2O/Cl dan menyebabkan reaksi menjadi terganggu. Beberapa sumber yang membuat kandungan air dalam system tinggi adalah : proses hydrotreating yang tidak sesuai, kebocoran heat exchanger yang

7

Page 8: Makalah katalis

menggunakan pemanas/pendingin steam/water di upstream unit, system injeksi water catalytic reforming, kebocoran naphtha hydrotreater stripper feed effluent heat exchanger, proses drying yang tidak cukup di drying zone di dalam regeneration tower, dan kebocoran steam jacket diregeneration section.

d) MetalKarena efek reaksi irreversible, maka kontaminasi metal ke dalam katalis catalytic reforming sama sekali tidak dibolehkan, sehingga umpan catalytic reforming tidak boleh mengandung metal sedikit pun. Beberapa sumber kandungan metal dalam umpan naphtha adalah : arsenic (ppb) dalam virgin naphtha, timbal mungkin timbul akibat memproses ulang off-spec leaded gasoline atau kontaminasi umpan dari tangki yang sebelumnya digunakan untuk leaded gasoline, produk korosi, senyawa water treating yang mengandung zinc, copper, phosphorous, kandungan silicon dalam cracked naphtha yang berasal dari silicon based antifoam agent yang diinjeksikan ke dalam coke chamber untuk mencegah foaming, dan injeksi corrosion inhibitor yang berlebihan ke stripper naphtha hydrotreater.

e) High feed end point Catalytic reforming didisain untuk memproduksi aromatic hydrocarbon. Produksi aromatic ini tidak dapat terjadi tanpa kondensasi single ring aromatic menjadi mulgi-ring polycyclic aromatic, yang merupakan petunjuk adanya coke. Endpoint naphtha maksimum yang diijinkan sebagai umpan catalytic reforming adalah 204 oC. Pada endpoint > 204 oC, konsentrasi polycyclic aromatic dalam umpan naphtha akan meningkat tajam. Jika umpan catalytic reforming merupakan hasil blending dari berbagai sumber (straight run naphtha, hydrocracker naphtha, cracked naphtha), maka tiap arus umpan harus dianalisa secara terpisah dan tiap stream tidak boleh memiliki endpoint > 204 oC. Hasil blending antara high end point stream dengan low end point stream akan ”mengaburkan” kandungan fraksi endpoint yang tinggi.

5. Feed dan Produk Catalytic Reforming UnitFeed unit catalytic reforming adalah heavy naphtha yang berasal dari unit naphtha hydrotreating yang telah mengalami treating untuk menghilangkan impurities seperti sulfur, nitrogen, oxygen, halida, dan metal yang merupakan racun bagi katalis catalytic reforming. Boiling range umpan heavy naphtha antara 70 s/d 150 oC. Produk unit catalytic reforming berupa high octane motor gasoline component (HOMC) yang digunakan sebagai komponen blending motor gasoline. Produk unit catalytic reforming ini mempunyai RONC > 95 dan bahkan dapat mencapai RONC 100. Produk lain adalah LPG dan byproduct hydrogen

8

Page 9: Makalah katalis

6. Variabel Proses Catalytic Reforming Unit Beberapa variabel proses yang berpengaruh pada operasi Catalytic Reforming adalah sebagai berikut :a) Catalyst Type

Tipe katalis berpengaruh terhadap operasi catalytic reforming terutama dalam hal basic catalyst formulation (metal-acid loading), chloride level, platinum level, dan activator level.

b) Temperatur Reaksi Catalytic reformer reactor catalyst bed temperature merupakan parameter utama yang digunakan untuk mengendalikan operasi agar produk dapat sesuai dengan spesifikasi. Katalis catalytic reformer dapat beroperasi hingga temperatur yang cukup tinggi, namun pada temperatur di atas 560 oC dapat menyebabkan reaksi thermal yang akan mengurangi reformate dan hydrogen yield serta meningkatkan kecepatan pembentukan coke pada permukaan katalis. Temperatur reactor dapat didefinisikan menjadi 2 macam, yaitu : Weighted Average Inlet Temperature (WAIT), yaitu total (fraksi berat

katalis dalam bed dikali temperature inlet bed). Weighted Average Bed Temperature (WABT), yaitu total (fraksi berat

katalis dalam bed dikali rata-rata temperatur inlet dan outlet). Dari kedua macam definisi tersebut di atas, WAIT paling sering digunakan dalam perhitungan karena kemudahan perhitungan, walaupun WABT sebenarnya adalah ukuran yang lebih baik dari kondisi reaksi dan temperatur katalis rata-rata.

c) Space Velocity Space velocity merupakan ukuran jumlah naphtha yang diproses untuk jumlah katalis yang tertentu selama waktu tertentu. Jika volume umpan naphtha per jam dan volume katalis yang digunakan, istilah yang digunakan adalah Liquid Hourly Space Velocity (LHSV). Sedangkan jika berat umpan naphtha per jam dan berat katalis yang digunakan, maka istilah yang digunakan adalah Weight Hourly Space Velocity (WHSV). Satuannya sama, yaitu 1/jam. Semakin tinggi space velocity atau semakin rendah residence time, maka semakin rendah octane number (RONC) produk atau semakin rendah jumlah reaksi yang terjadi pada WAIT yang tetap. Jika space velocity naik, untuk mempertahankan RONC produk, maka kompensasi yang dilakukan adalah dengan menaikkan temperatur reaktor.

d) Reactor Pressure Sebenarnya lebih tepat mengatakan hydrogen partial pressure sebagai variabel proses dibandingkan reactor pressure, namun untuk kemudahan penggunaan, maka reactor pressure dapat digunakan sebagai variabel proses (hydrogen partial pressure = purity hydrogen x tekanan reactor). Penyederhanaan ini dapat diterima karena hydrogen yang ada dalam sistem merupakan produk samping

9

Page 10: Makalah katalis

reaksi sehingga juga tergantung tekanan reaktor, berbeda dengan di unit hydrocracker yang menggunakan supply hydrogen dari hydrogen plant. Tekanan reaktor akan mempengaruhi struktur yield produk, kebutuhan temperatur reaktor, dan kecepatan pembentukan coke pada permukaan katalis. Menurunkan tekanan reaktor akan meningkatkan jumlah hydrogen dan yield reformate, mengurangi kebutuhan temperatur untuk membuat produk dengan octane number yang sama, dan meningkatkan kecepatan pembentukan coke pada permukaan katalis.

e) Hydrogen/Hydrocarbon Ratio Hydrogen/hydrocarbon ratio didefinisikan sebagai mol recycle hydrogen per mol naphtha umpan. Kenaikan H2/HC ratio akan menyebabkan naphtha melalui reaktor dengan lebih cepat (residence time lebih singkat), sehingga akan menurunkan kecepatan pembentukan coke pada permukaan katalis dengan pengaruh yang kecil terhadap kualitas dan yield produk.

2.4 HYDROCRACKING PROCESS1. Teori Hydrocracking

Hydrocracking merupakan proses mengubah umpan berupa minyak berat menjadi produk-produk minyak yang lebih ringan dengan kehadiran hydrogen dengan bantuan katalis dan menggunakan tekanan tinggi (hingga 100 s/d 200 kg/cm2; umumnya 175 kg/cm2) dan temperatur medium (290 s/d 454 oC). Catalyst yang digunakan berbasis silica alumina dengan kombinasi nikel, molybdenum, tungsten. Feed hydrocracking yang umum adalah heavy atmospheric gas oil, heavy vacuum gas oil, catalytically gas oil, atau thermally cracked gas oil. Feedstock ini diubah menjadi produk-produk dengan berat molekul yang lebih ringan dan biasanya dengan memaksimalkan produk naphtha atau distillates (kerosene atau diesel).

2. Reaksi Kimia HydrocrackingBersamaan dengan proses hydrocracking, impurities yang terkandung dalam feed, seperti senyawa sulfur, nitrogen, oksigen, halide, dan metal juga dihilangkan.Selain itu senyawa olefin juga dijenuhkan. Penghilangan sulfur dilakukan dengan cara mengubah senyawa sulfur organic menjadi hydrogen sulfide dan hydrocarbon.

Penghilangan nitrogen dilakukan dengan cara mengubah senyawa nitrogen organic menjadi ammonia dan hydrocarbon.

Penghilangan oksigen dilakukan dengan cara mengubah senyawa oksigen organic menjadi air dan hydrocarbon.

Penghilangan halida dilakukan dengan cara mengubah senyawa halide menjadi chloride acid dan hydrocarbon.

10

Page 11: Makalah katalis

Penjenuhan olefin dilakukan dengan cara meng-hydrogenasi senyawa olefin menjadi parafin. Tujuan penjenuhan olefin adalah untuk peningkatan stabilitas produk saat penyimpanan (warna dan sediment).

Penghilangan metal : senyawa organik metal akan terdekomposisi dan metal akan secara permanen diserap atau beraksi dengan katalis. Metal ini merupakan racun katalis yang permanen (tidak dapat dihilangkan).

Semua reaksi di atas bersifat eksotermis sehingga temperatur akan naik saat feed melewati unggun katalis (catalyst bed). Urutan kemudahan reaksi yang terjadi di hydrocracking adalah sebagai berikut (mulai dari yang paling mudah hingga yang paling susah) :

Penghilangan logam Penjenuhan olefin Penghilangan sulfur Penghilangan nitrogen Penghilangan oksigen Penjenuhan cincin (heteroaromatic → multiring aromatic → monoaromatic) Cracking naphthene (multiring naphthene → mono naphthene)

Cracking parafinReaksi hydrodesulfurization (HDS) yang umum terjadi di hydrocracker adalah sebagai berikut :

Sedangkan untuk reaksi hydrodenitrification (HDN), sebelum penghilangan

11

Page 12: Makalah katalis

nitrogen, terjadi postulated mechanism sebagai berikut :

Sedangkan reaksi penghilangan nitrogen yang umum terjadi di hydrocracker adalah sebagai berikut :

Reaksi penjenuhan olefin yang umum terjadi di hydrocracker adalah sebagai

12

Page 13: Makalah katalis

berikut :

Reaksi penjenuhan aromatik yang umum terjadi di hydrocracker adalah sebagai berikut :

Reaksi penghilangan metal terjadi dengan mekanisme sebagai berikut :

Gambar 4. Mekanisme Reaksi Penghilangan Metal oleh Katalis

Reaksi penghilangan oksigen yang umum terjadi di hydrocracker adalah sebagai berikut :

Organic halides seperti chloride dan bromide terdekomposisi di dalam reaktor

13

Page 14: Makalah katalis

hydrocracker seperti reaksi di bawah ini :

3. Katalis Hydrocrackinga) Catalyst Properties

Katalis yang digunakan dalam proses hydrocracking adalah bi-functional catalyst (mempunyai dua fungsi, yaitu metal function dan acid function). Metal function digunakan untuk sulfur removal, nitrogen removal, olefin saturation, dan aromatic saturation. Sedangkan acid function digunakan untuk hydrocracking. Berkaitan dengan katalis hydrocracking, dikenal istilah supports dan promoters. Supports – menyediakan acid function

Amorphous Zeolite

Promoters – menyediakan metal function Grup VI A (Mo/Molybdenum, W/Tungsten) Grup VIII A (Co/Cobalt, Ni/Nikel, Pd/Palladium, Pt/Platinum)

Biasanya promoter berupa Pd, Pt, NiW, NiMo, CoMo, dan CoW. Kekuatan hydrogenation-nya berturut-turut adalah Pt > Pd > NiW > NiMo > CoMo > CoW > PdS > PtS. Namun Pd dan Pt sangat tidak toleran terhadap sulfur dan harganya sangat mahal. Umumnya katalis hydrocracking dikelompokkan menjadi 2 tipe berdasarkan support-nya, yaitu amorphous dan zeolite. Tipe amorphous digunakan jika diinginkan maksimasi produk distilat (kerosene dan diesel), sedangkan tipe zeolite digunakan jika diinginkan maksimasi produk naphtha.

Perbandingan antara tipe amorphous dan zeolite adalah sebagai berikut :

14

Page 15: Makalah katalis

Berdasarkan tabel di atas, katalis tipe zeolite mempunyai banyak keunggulan dibandingkan tipe amorphous. Namun tipe zeolite mempunyai kelemahan utama, yaitu lebih sedikit memproduksi distilat (kerosene dan diesel). Oleh karena itu beberapa tahun belakangan ini diproduksi katalis tipe semi-zeolite, yaitu katalis yang mempunyai keunggulan seperti tipe zeolite dan mempunyai kemampuan produksi distilat (kerosene dan diesel) mendekati kemampuan tipe amorphous.

Aliran Proses Hydrocracking

4. Variabel Proses Hydrocracking

15

Page 16: Makalah katalis

a) Fresh Feed QualityKualitas feed hydrocracker akan mempengaruhi : Temperatur yang dibutuhkan untuk mencapai konversi penuh Jumlah hydrogen yang dikonsumsi Umur katalis Kualitas produk

Beberapa hal penting yang berkaitan dengan kualitas feed hydrocracker adalah sebagai berikut : Boiling range (Rentang Titik Didih)

Peningkatan boiling range umpan akan mengakibatkan umpan tersebut lebih susah untuk diproses, sehingga membutuhkan temperatur yang lebih tinggi yang kemudian akan menyebabkan umur katalis menjadi lebih pendek. Umpan dengan end point tinggi biasanya juga mengandung sulfur dan nitrogen lebih banyak. Initial boiling point umpan yang rendah (< 370oC) tidak berpengaruh buruk terhadap operasi, namun akan mengurangi efisiensi operasi karena fraksi < 370oC tidak mengalami konversi di katalis.

Kandungan Sulfur dan Nitrogen Kenaikan jumlah senyawa sulfur dan nitrogen organik akan meningkatkan severity operasi. Kandungan sulfur tinggi akan meningkatkan konsentrasi H2S dalam recycle gas sehingga akan menurunkan purity recycle gas dan kemudian menurunkan tekanan partial hydrogen. Namun hal ini tidak terlalu berpengaruh terhadap aktivitas katalis karena konsentrasi H2S hanya berkisar ratusan ppm (part per million). Namun kandungan senyawa nitrogen organik yang terkonversi menjadi ammonia dan terakumulasi dalam recycle gas akan menurunkan aktivitas katalis. Oleh karena itu, umpan dengan kandungan nitrogen organik tinggi akan lebih sulit diproses dan membutuhkan temperatur lebih tinggi.

Kandungan Senyawa Tak Jenuh Jumlah senyawa tak jenuh seperti olefin dan aromatik yang terkandung dalam umpan akan meningkatkan kebutuhan gas hidrogen dan meningkatkan panas reaksi yang dilepas. Secara umum untuk boiling range umpan tertentu, penurunan API gravity mengindikasikan peningkatan kandungan senyawa aromatik tak jenuh. Selain itu parameter lain yang mengindikasikan peningkatan senyawa tidak jenuh adalah tingginya angka insoluble normal Heptane (n-C7). Kandungan hidrokarbon tak jenuh yang berlebihan dapat menyebabkan permasalahan kesetimbangan energi bila suatu unit tidak dirancang khusus untuk jenis umpan tersebut.

Komponen Cracked Feed

16

Page 17: Makalah katalis

Catalytically cracked feed dan thermally cracked feed biasanya memiliki kandungan sulfur, nitrogen, dan particulate yang lebih besar. Selain itu juga mengandung aromatik dan senyawa pembentuk HPNA yang lebih banyak. Hal ini menyebabkan cracked feed lebih sulit diproses dan membutuhkan hidrogen lebih banyak. Pengolahan cracked feed akan meningkatkan laju deaktivasi katalis dan juga pressure drop reaktor.

Racun Katalis Permanen Pada proses penghilangan logam dari umpan, senyawa logam organic terdekomposisi dan menempel pada permukaan katalis. Jenis logam yang biasanya menjadi racun katalis hydrocracker adalah nikel, vanadium, ferro, natrium, kalsium, magnesium, silica, arsenic, timbal, dan phospor. Keracunan katalis oleh logam bersifat permanent dan tidak dapat hilang dengan cara regenerasi. Keracunan logam dapat dicegah dengan membatasi kandungan logam dalam umpan. Best practice batasan maksimum kandungan logam yang terkandung dalam umpan hydrocracker adalah 1,5 ppmwt untuk nikel dan vanadium, 2 ppmwt untuk ferro dan logam lain, serta 0,5 ppmwt untuk natrium.

Racun Katalis Tidak Permanen (Regenerable Catalyst Contaminant)

Racum katalis tidak permanen adalah pengotor yang dapat dilepaskan dari katalis dengan cara regenerasi katalis. Contoh racun katalis tidak permanen adalah coke. Kandungan asphaltene yang tinggi akan mengakibatkan pembentukan coke di permukaan katalis dan menurunkan aktivitas katalis. Kandungan asphaltene diukur dengan menggunakan parameter insoluble normal heptane (n-C7). Batasan maksimum insoluble n-C7 dalam umpan adalah 0,05 %wt. Selain insoluble n-C7, parameter lain untuk mengetahui jumlah kandungan asphalthene adalah Conradson Carbon Ratio (CCR). Batasan maksimum CCR dalam umpan adalah 1 %wt.

b) Fresh Feed Rate atau LHSV (Liquid Hourly Space Velocity)LHSV didefinisikan sebagai (fresh feed, m3/jam)/(volume katalis, m3), sehingga satuan LHSV adalah 1/jam. Kenaikan feed rate dengan volume katalis yang tetap akan menaikkan nilai LHSV. Untuk memperoleh tingkat konversi reaksi yang sama, maka sebagai kompensasinya maka temperatur reaksi (temperature inlet reactor) harus dinaikkan. Namun kenaikan temperatur catalyst akan menyebabkan peningkatan kecepatan pembentukan coke pada permukaan katalis sehingga akan mengurangi umur katalis.

c) Combined Feed Ratio (CFR)

17

Page 18: Makalah katalis

CFR didefinisikan sabagai (fresh feed + recycle feed)/(fresh feed). Bottom fraksionator yang tidak terkonversi dikembalikan ke reaktor dengan tujuan untuk: Menurunkan panas yang dilepaskan oleh reaksi, karena recycle feed tersebut

telah terdesulfurisasi dan telah jenuh serta hanya membutuhkan reaksi hidrocracking. Hal ini dapat menurunkan beban katalis.

Menurunkan severity reaksi. Efek langsung kenaikan CFR adalah pengurangan yield naphtha (dan

kenaikan yield produk 150 oC+) dan dari kenaikan yield produk 150 oC+ yang tertinggi adalah kenaikan jumlah produksi diesel.

CFR optimum untuk operasi Hydrocracker adalah antara 1,6 s/d 1,65. CFR > 1,65 berarti unit dijalankan dengan low severity, sedangkan jika CFR < 1,6 berarti unit dijalankan dengan high severity. CFR ini bisa juga untuk mensiasati umur katalis; jika peak temperature fresh feed reactor sudah tercapai, CFR dapat dinaikkan untuk menurunkan severity operasi fresh feed reactor.

d) Hydrogen Partial PressureSelain digunakan untuk reaksi, hydrogen juga berfungsi untuk menjaga tingkat kecepatan pembentukan coke pada permukaan katalis. Hydrogen partial pressure yang rendah akan meningkatkan kecepatan deaktivasi katalis. Hydrogen partial pressure dikendalikan dengan cara menjaga tekanan reaktor dan purity hydrogen dalam recycle gas. Purity hydrogen dapat ditingkatkan dengan cara : Meningkatkan kandungan hydrogen dari make up compressor. Venting recycle gas dari High Pressure Separator untuk membuang

impurities seperti NH3 dan H2S. Menurunkan temperatur High Pressure Separator.

e) Hydrogen to Hydrocarbon Ratio (H2/HC Ratio)

Peningkatan laju alir recycle gas akan meningkatkan rasio H2/HC. Pengaruh perubahan H2/HC sama dengan pengaruh tekanan parsial hidrogen terhadap severity reaksi. Variabel yang dikendalikan untuk menjaga H2/HC adalah laju recycle gas, hydrogen purity dalam recycle gas, dan laju umpan.

f) Kualitas Make up Hydrogen

18

Page 19: Makalah katalis

Seperti telah dijelaskan pada point d dan e di atas, kualitas make up hydrogen penting untuk menjaga tingkat kemurnian hydrogen dalam recycle gas.

g) Temperatur Kenaikan temperatur akan menaikkan konversi yang kemudian akan menyebabkan kenaikan laju deaktivasi katalis. Kenaikan temperature yang mendadak dan sangat tinggi disebut dengan istilah temperature runaway atau temperature excursion. Temperature runaway atau temperature excursion didefinisikan sebagai berikut : ΔT reaktor (peak – inlet temperature) > 28 oC (untuk 1st stage amorphous

catalyst) atau > 14 oC (untuk 2nd stage amorphous catalyst) atau > 42 oC (untuk 1st stage zeolite catalyst) atau > 21oC (untuk 2nd stage zeolite catalyst), dan

Peak temperature reaktor melebihi batasan disain (untuk amorphous catalyst > 454 oC).

h) Wash Water Injection Injeksi wash water pada unit hydrocracker diperlukan untuk : Menghilangkan ammonia dalam recycle gas

Adanya ammonia dalam recycle gas walaupun dalam jumlah sangat kecil (biasanya sekitar 200-400 ppm tergantung dari jenis umpannya) akan sangat mengganggu aktivitas katalis karena ammonia akan mengisi active site katalis.

NH3 + H2O NH4OH

Mencegah terjadinya fouling akibat pembentukan garam ammonia (terutama pada fin fan cooler effluent reactor, upstream high pressure separator karena pada temperatur rendah senyawa garam mudah mengendap).

NH3 + H2S NH4HS Pembentukan NH4HS adalah akibat dari reaksi senyawa ammonia anorganik (NH3) dengan senyawa sulfur anorganik (H2S). Fungsi wash water adalah melarutkan NH4HS agar tidak mengendap pada bagian dalam fin fan cooler yang akan menyebabkan plugging. Best practice jumlah injeksi wash water yang direkomendasikan biasanya antara 3 s/d 8% volume on feed hydrotreater. Atau untuk implementasi yang lebih akurat adalah dengan melihat kandungan NH4HS yang terlarut dalam sour water di high pressure separator. Kandungan NH4HS dalam sour water diusahakan sekitar 8%wt (di bawah 8%wt pelarutan oleh wash water dianggap kurang efektif sehingga injeksi wash water harus ditambah dan di atas 8%wt akan menyebabkan sour water yang dialirkan ke unit sour water stripper menjadi korosif sehingga injeksi wash water harus dikurangi. Injeksi wash water biasanya dilakukan pada inlet fin fan cooler upstream high pressure separator. Temperatur wash water tidak boleh terlalu tinggi.

19

Page 20: Makalah katalis

Best practice-nya, temperatur wash water harus cukup rendah sehingga minimal 20% dari injeksi wash water masih tetap berbentuk cair pada outlet fin fan cooler (inlet high pressure separator). Jika injeksi wash water terganggu dalam waktu lebih dari 30 menit maka efeknya akan langsung terasa, yaitu jumlah unconverted oil meningkat (karena konversi menurun akibat meningkatnya kandungan ammonia pada recycle gas yang berebut untuk menempati active site katalis). Oleh karena itu, jika dalam waktu 30 menit gangguan injeksi wash water tidak dapat diatasi, maka unit hydrocracker harus turun feed atau bahkan harus shutdown jika injeksi wash water sama sekali tidak ada karena ketidakadaan wash water akan menyebabkan plugging pada fin fan cooler upstream high pressure separator.

2.5 ISOMERISASIProses isomerisasi adalah proses dimana paraffin rantaia lurus dikonversi menjadi senyawa-senyawa rantai cabang yang sinambung dengan menggunakan katalis. Misalnya normal hexane menjadi iso hexane :

1. Proses Isomerisasi     Proses isomerisasi katalitik ditujukan untuk mengkonversi umpan nafta ringan (C5–C6) berangka oktana rendah (RON 65–70) menjadi produk isoparafin berangka oktana tinggi RON 87–92 dengan sensitivitas (RON–MON) rendah (baik) dengan bantuan katalis bifungsional. Umpan normal parafin dan isoparafin bercabang tunggal mengalami isomerisasi menjadi isoparafin bercabang banyak, berangka oktana tinggi. Angka oktana produk isomerat dengan proses isomerisasi langsung (satu tahap) hanya mencapai RON 82–84, tetapi dengan pemisahan normal parafin dari isoparafin bercabang satu dari produk campuran isomerat dan mensirkulasikannya kembali bersama umpan nafta ringan (proses isomerisasi dua tahap) akan diperoleh kenaikan angka oktana produk isomerat sekitar 6–8 angka, yaitu RON 92.(1,6,28) Proses isomerisasi dapat pula dipakai untuk pembuatan produk isobutana yang merupakan salah satu umpan proses alkilasi dengan penambahan satu kolom deisobutanizer pada unit proses tersebut. Katalis isomerisasi

20

Page 21: Makalah katalis

adalah identik dengankatalis reformasi bifungsional yang mengandung inti aktif logam platina dan inti aktif asam alumina klor dan/atau zeolit yang juga berfungsi sebagai penyangga katalis.

Proses isomerisasi pentana (C5) dengan sirkulasi umpan dapat menaikkan angka oktana dari umpan RON 70–75 menjadi produk isomerat RON 92. Peningkatan angka oktana dari proses isomerisasi heksana (C6) adalah lebih rendah daripada proses isomerisasi pertama tersebut, yaitu sekitar 10–15 saja. Kenaikan angka oktana dari proses isomerisasi C5/C6 dipengaruhi oleh komposisi C5 dan C6 dari umpan nafta ringan. Isomerisasi heptana hanya memberikan isoparafin rendah bercabang satu yang angka oktananya tidak begitu besar. Pada isomerisasi C6 dan C7 dapat terjadi reaksi samping hidrorengkah.

Dapat dicatat bahwa isomerat yang dihasilkan berkadar paraffin tinggi dengan angka oktan tinggi dan sensitivitas yang rendah (ROM = MON) (baik). Sehubungan dengan dua komponen utama bensin lainnya (bensin perengkahan katalitik dan reformat) berkadar aromatic tinggi mempunyai sensitivitas yang lebih tinggi (MON << RON) (kurang baik), maka hal ini membuat isomerat menjadi komponen bensin berharga didalam industri pembuatan bensin ramah lingkungan.

a) Reaksi Isomerisasi ParafinReaksi isomerisasi parafin dengan bantuan katalis biofungsional yang

terdiri dari inti aktif logam dan inti aktif asam mempunyai mekanisme reaksi sebagai berikut :

Senyawa antara molekul ion karbonium. Selanjutnya senyawa antara ion isokarbonium tersebut berisomerisasi menjadi isomer ion karbonium dan dengan melepas kembali proton (H+) ke inti asam katalis kemudian dihidrogenasi dengan bantuan inti aktif logam menjadi produk iso-parafin.

21

Page 22: Makalah katalis

Gambar 1. Isomerisasi menggunakan katalis AlCl3 dan HCl

b) Umpan Isomerisasi ParafinUmpan proses isomerisasi adalah nafta ringan 30–75°C yang mengandung

sebagian besar pentana (C5) dan heksana (C6) dengan sedikit campuran siklopentana dan metil siklopentana. Umumnya parafin adalah normal parafin dan sedikit isoparafin bercabang satu sehingga angka oktana umpan nafta ringan ini adalah rendah, yaitu sekitar RON 65–70.

c) Katalis isomerisasi paraffinKatalis isomerisasi adalah katalis bifungsional yang identik dengan katalis

proses reformasi katalitik, yaitu terdiri atas dua jenis inti aktif: inti aktif logam (platina) dan inti aktif asam (Al2O3-Cl dan Al2O3-SiO2), yaitu antara lain : Platina–klor alumina, Pt/Al2O3-Cl Platina–zeolit, Pt/Al2O3-SiO2

Sulfated metal oxide platina – alumina, Al2O3

d) Unit Proses IsomerisasiProses isomerisasi umpan nafta dengan menggunakan katalis

biofungsional terdiri dari dua jenis yaitu :Isomerisasi 1 tahap (Proses Isomerisasi TIP)

Umpan digabung dengan sirkulasi gas hydrogen dan dipanasi sampai temperature panas reaksi lalu dimasukkan kedalam reaktor . Produk keluar

22

Page 23: Makalah katalis

dari bagian bawah reactor, didinginkan dan dilewatkan pada satu separator dan dari atas separator keluar gas hidrogen yang disirkulasikan kembali ke unit. Isomerat cair yang keluar dari bawah separator dimasukkan ke kolom stabilizer untuk menghilangkan produk gas LPG dari produk isomerat tersebut. Benzena di dalam umpan nafta ringan dihidrogenasi menjadi siklo-heksana yang selanjutnya terkonversi sebagian menjadi parafin. Jika proses zeolit satu tahap ini digabung dengan sistem Iso Sieve Molecular diperoleh proses isomerisasi dua tahap Zeolitic Process/TIP. Pada proses ini normal parafin (yang tidak terkonversi) dari produk isomerat dipisahkan dalam kolom absorben berisi pengayak molekul (molecular sieve) berukuran pori tertentu, dan selanjutnya normal-parafin yang telah dipisahkan dari produk disirkulasikan kembali ke dalam reaktor. Proses isomerisasi dua tahap ini dapat menghasilkan produk isomerat berangka oktana tinggi RON 88 yaitu lebih tinggi sekitar 8 angka daripada proses zeolit satu tahap tersebut.

Tahap isomerisasi 2 tahap (Proses PENEX UOP)Proses Penex UOP memakai katalis yang lebih aktif yang

dioperasikan pada temperatur lebih rendah (120–180oC) dengan dua reaktor, dan temperatur reactor kedua lebih rendah daripada reaktor pertama yang akan meningkatkan derajat isomerisasi umpan parafin. Untuk temperatur operasi rendah ini tidak diperlukan suatu pemanasan khusus dan begitu juga dengan kebutuhan hidrogen yang rendah tidak diperlukan suatu sistem sirkulasi gas hidrogen. Proses Penex satu tahap ini dapat menghasilkan produk isomerat berangka oktana 82–85 dengan perolehan isomerat mencapai 100% volume.

23

Page 24: Makalah katalis

Gambar 2. Proses UOP PenexProses Penex dapat pula dioperasikan dengan sirkulasi umpan, yaitu : Proses Penex UOP dengan Sirkulasi Deisoheksaniser

Unit proses isomerisasi dengan sirkulasi umpan dapat menghasilkan isomerat berangka oktana RON 91 dan MON 90 yang mendekati angka oktana dari komponen utama bensin alkilat; kedua komponen bensin tersebut sama-sama bebas dari kandungan olefin dan aromatik. Peranan isomerat ini dalam pembuatan bensin ramah lingkungan cukup penting, yaitu sekitar 11% vol pada pembuatan bensin ramah lingkungan. Proses isomerisasi katalitik telah dioperasikan pada UP VI Pertamina Balongan. Unit pengolahan yang telah mengoperasikan proses refomasi katalitik mempunyai potensi untuk memenuhi kebutuhan gas hidrogen pada unit pemurnian umpan nafta ringan dan proses isomerisasinya sehingga memungkinkan untuk dibangun suatu unit proses isomerisasi nafta ringan pada unit pengolahan Pertamina lainnya yaitu pada UP II Dumai, UP IV Pertamina Cilacap, UP V Balikpapan dan UP VII Kasim, agar supaya dapat ditingkatkan potensi untuk pembuatan bensin ramah lingkungan.

24

Page 25: Makalah katalis

BAB III

PENUTUP

3.1 KesimpulanPada proses pengolahan minyak bumi terdapat katalis reforming, hydrocracking,

dan isomerisasi. Reforming merupakan proses pengubahan naphtha menjadi aromatic agar menaikkan nilai oktan. Katalis yang digunakan pada reforming adalah katalis Pt/Platina. Hydrocracking merupakan proses mengubah umpan dari minyak berat menjadi minyak lebih ringan dengan kehadiran hydrogen dan bantuan katalis pada tekanan tinggi. Katalis yang digunakan pada hydrocracking adalah metal function dan acid function. Isomerisasi merupakan proses dimana paraffin/senyawa rantai lurus di konfersi menjadi senyawa-senyawa rantai cabang dengan bantuan katalis. Katalis yang digunakan pada proses isomerisasi adalah platina.

25