s1-2014-300881-chapter1

Prarancangan Pabrik Phthalic Anhydride dari o-Xylene dan Udara

dengan Kapasitas 80.000 ton/tahun

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Pada tahun 2012, kapasitas produksi phthalic anhydride dari seluruh dunia

adalah 4,3 juta ton (Phthalic anhydride Market-Global Industry Analysis, Size,

Share, Growth, Trends and Forecast 2013 2019). Penggunaan phthalic

anhydride yang paling penting adalah untuk produksi plasticizers sebanyak 55%

(Ullmann, 2011). Selain itu, penggunaan phthalic anhydride lainnya adalah untuk

produksi unsaturated polyester resins sebanyak 14%, alkyd resins sebanyak 15%,

dan lain-lain sebanyak 16% (Ullmann, 2011). Plasticizer digunakan untuk

memproduksi lapisan fleksibel seperti wallpaper dan upholstery fabric dari

polimer yang cukup getas. Plasticizer dibagi dalam dua tipe: diester dari

monohydric alcohol sejenis seperti dibuthyl phthalate atau campuran dari dua

monohydric alcohol tidak sejenis. Plasticizers yang paling banyak diproduksi

adalah jenis dioctyl phthalate (DOP) (Kirk & Othmer, 2007). Selama ini produk

plasticizer selain dipasarkan di dalam negeri juga diekspor ke mancanegara.

Untuk memenuhi kebutuhan phthalic anhydride di Indonesia, produksi lokal

dan impor menjadi andalan. Namun, produksi phthalic anhydride lokal hanya

disokong oleh satu perusahaan, yaitu PT Petrowidada Gresik.

Perkembangan ekspor dan impor phthalic anhydride di Indonesia dapat

dilihat pada tabel berikut ini (Badan Pusat Statistik, 2013):

Daftar I.1. Data Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic anhydride di Indonesia,

Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)

Tahun Ekspor (ton) Impor (ton)

2009 19.442,5 16.265,5

2010 9.491,2 20.286,5

2011 5.328 29.577,2

2012 8.270,1 34.173,1



2

Gambar I.1. Grafik Perkembangan Ekspor dan Impor Phthalic Anhydride di

Indonesia, Periode 2009-2012 (Badan Pusat Statistik, 2013)

Berdasarkan hasil ekstrapolasi data pada Gambar 2, diperkirakan pada

tahun 2017, tahun dimana pabrik akan didirikan, jumlah phthalic anhydride yang

akan diimpor dan diekspor secara berurutan adalah sebanyak 66.034,18 ton dan

1.404,29 ton. Dapat dilihat terjadi peningkatan jumlah impor phthalic anhydride

dan penurunan pada jumlah ekspor secara signifikan.

Berikut kapasitas berbagai pabrik komersil phthalic anhydride yang telah

beroperasi di seluruh dunia :

Daftar I.2. Kapasitas Pabrik Produksi Phthalic Anhydride Komersil di Seluruh

Dunia

Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/th)

PT Petrowidada Gresik, Indonesia 70.000

Resinas Polyesters Spanyol 30.000

Chauny Aisne, Perancis 40.000

Petkim zmit Yarmca, Turki 34.000

Veba Chemie AG Bottrop, Jerman Barat 31.000

0,00

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

30.000,00

35.000,00

40.000,00

2008 2009 2010 2011 2012 2013

Imp

or/

Eksp

or,

to

n

Tahun

Ekspor (ton)

Impor (ton)



3

Stepan Chemical Northfield, Taiwan 23.000

Dapat disimpulkan bahwa pabrik yang memproduksi phthalic anhydride

secara komersil berkapasitas sekitar 23.000 75.000 ton/tahun. Melalui berbagai

pertimbangan tersebut, maka kapasitas pabrik optimum untuk rancangan adalah

sebesar 80.000 ton/tahun dengan tujuan :

Mengurangi kebutuhan impor phthalic anhydride;

Menambah suplai kebutuhan phthalic anhydride dalam negeri;

Sebagai stimulan pertumbuhan industri o-xylene dan industri berbahan

baku phthalic anhydride.

Phthalic anhydride akan diproduksi menggunakan bahan baku o-xylene.

Untuk memenuhi kebutuhan o-xylene di Indonesia, impor masih diperlukan

karena o-xylene tidak diproduksi di dalam negeri. O-xylene didatangkan dari

beberapa negara, seperti Singapura, Taiwan, Korea, Rusia, Australia dan

Amerika Serikat. Dari beberapa negara pemasok o-xylene tersebut, Singapura

tercatat sebagai pemasok terbesar.

B. TINJAUAN PUSTAKA

Pada awalnya metode produksi phthalic anhydride yang dikembangkan

adalah dengan oksidasi naphthalene pada fase gas menggunakan katalis berupa

vanadium dan molybdenum oxide yang dikembangkan di USA. Setelah perang

dunia kedua, metode yang paling banyak digunakan adalah metode oksidasi

BASFs naphthalene dengan asam sulfat dalam fase cair. Proses ini dipatenkan

pada 1896. Proses ini sangat banyak dilakukan sampai akhirnya pada akhir 1950-

an terjadi kelangkaan naphthalene (Kirk & Othmer, 2007).

Setelah itu dipilihlah o-xylene sebagai bahan baku baru produksi phthalic

anhydride ditambah dengan persediaan o-xylene sebagai hasil dari industri

petrochemical sangat melimpah.. Keuntungan penggunaan o-xylene adalah secara

teoritis akan diperoleh yield sebesar 1.395 kg/kg. Lebih tinggi jika dibandingkan

penggunaan naphthalene yang hanya menghasilkan yield sebesar 1.157 kg/kg

(Kirk & Othmer,2007).



4

Beberapa jenis proses produksi phthalic anhydride dengan oksidasi o-

xylene yang berkembang antara lain:

1) Oksidasi o-xylene pada fase gas

Proses ini adalah proses yang paling banyak digunakan saat ini. Secara umum

proses ini dilakukan dengan cara mereaksikan oksigen dan o-xylene dalam

fase gas pada multitube reaktor dengan katalis umumnya Vanadium Oxide

(V2O5) dengan penyangga berupa Titanium Oxide (TiO2). Penggunaan TiO2

sebagai penyangga menyebabkan dispersi V2O5 yang baik sehingga aktivitas

katalis pun menjadi tinggi. Suhu operasi reaktor berkisar antara 296 s/d 400oC.

Reaksi yang terjadi sangat eksotermis sehingga produk keluar reaktor harus

didinginkan di kondenser. Produk samping yang dihasilkan dari proses ini

adalah benzoic acid, maleic acid, phthalic acid, dan phthalide.

Reaksi utama pembuatan phthalic anhydride dari o-xylene dan udara

adalah sebagai berikut:

Gambar I.2. Reaksi Utama Proses Oksidasi O-xylene Fase Gas

Beberapa jenis proses yang berkembang untuk jenis oksidasi o-xylene

pada fase gas antara lain :

a) The BASF Process

Proses ini menggunakan reaktor dengan dua layer bed katalis yang

berfungsi untuk mengurangi jumlah byproduct. Selain itu katalis yang

digunakan pun tidak perlu diaktivasi oleh Sulfur Dioxide (SO2). Namun

banyak terdapat titik-titik hotspot yang sering terjadi dalam bed. Hal ini

mengakibatkan yield berkurang dan umur katalis pendek.

b) The Nippon Shokubai VGR (Vent Gas Recycling) Process



5

Proses Vent Gas Recycling akan me-recycle kembali exhaust gas keluar

reaktor ke inlet untuk menurunkan konsentrasi oksigen dibawah 10% vol

(diluar batas flammability limit-nya). Proses VGR telah dikembangkan

secara komersial oleh Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd. di

Jepang..

c) The Alusuisse-Ftalital LAR Process

Katalis yang digunakan dalam proses ini berbentuk cincin atau setengah

cincin. Penggunaan katalis jenis ini akan memuat lebih banyak katalis

dalam reaktor. Sehingga untuk kapasitas yang sama biasanya ukuran

reaktor untuk proses LAR akan relatif lebih kecil.

d) Atofina Process

Proses jenis ini telah dioperasikan pada pabrik PT Petrowidada Gresik

Indonesia dengan kapasitas 70.000 ton/tahun.

e) Von Heyden Process

Proses ini dikembangkan secara komersial oleh Lurgi l Gas Chemie

GmbH di Frankfurt dengan kapasitas produksi 20.000 75.000

ton/tahun. Sedangkan kapasitas maksimal untuk proses ini adalah 140.000

ton/tahun.

(Ullman,2011)

Perbandingan kondisi operasi pada jenis-jenis proses oksidasi o-xylene

pada fase gas diatas dapat dilihat pada Daftar 1 berikut:



6

Daftar I.3. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Berbagai Jenis Proses pada

Oksidasi O-xylene Fase Gas

No Jenis

Proses

Suhu

operasi (oC)

Konsentrasi o-xylene

masuk (g/m3)

Yield

(gPA/g o-

xylene)

Energi Kapasitas

(ton/tahun)

1 BASF 340-400 80-120 1,113-

1,131

Rendah -

2 Wacker 370-410 90-100 1,02-1,06 Tinggi -

3 VGR 360-400 85 1,16 Tinggi 40.000

4 LAR - 135 - Rendah -

5 Atofina 300-400 - - Rendah 80.000

6 Von

Heyden

340-360 40-130 1,10-1,12 Rendah 140.000

(Ullman,2011 & Data Paten)

2) Oksidasi o-xylene pada fase cair

Pabrik komersil yang menggunakan oksidasi o-xylene dalam fase cair,

dengan menggunakan asam asetat sebagai solvent dan cobalt/mangan/brom

sebagai katalis, pernah dioperasikan di Perancis sejak 1965 namun ditutup

pada tahun 1970. Namun dalam pembangunan pabrik tersebut dibutuhkan

capital cost yang besar karena besarnya kebutuhan logam dalam jumlah yang

besar. (Kirk & Othmer, 2007)

Perbandingan kondisi operasi pada proses oksidasi o-xylene fase gas dan

cair dapat dilihat pada Daftar 2 berikut:



7

Daftar I.4. Tabel Perbandingan Kondisi Operasi Pada Oksidasi O-xylene Fase Gas

dan Cair

No Jenis

proses

oksidasi

Suhu

(oC)

Solvent Aspek

Safety

Manufacturing

cost

Yield

(gPA/g

o-xylene)

1 Fase gas 300-400 SO2

(untuk

aktivasi

katalis)

Suhu

operasi

tinggi,

solvent

toxic

Rendah 1,10-1,16

2 Fase cair 150-245 Asam

Asetat

Korosif Tinggi 1,125

Dari Tabel 2 dapat diambil kesimpulan proses yang dipilih adalah proses 1

(oksidasi o-xylene fase gas). Dari segi suhu operasi dapat dilihat bahwa suhu

operasi pada fase gas lebih tinggi, yang berarti energi yang harus disediakan untuk

proses lebih besar dan alat kontrol dan safety yang harus disiapkan juga harus

lebih baik. Namun hal itu tidaklah sebanding jika ditinjau dari segi cost

manufacturing. Cost maufacturing proses 2 lebih mahal jika dibandingkan dengan

proses 1 karena dibutuhkan proteksi lebih akibat sifat solvent yang dipakai.

Seperti yang kita ketahui bahwa asam asetat adalah senyawa yang cukup korosif

sehingga menyebabkan bahan konstruksi alat-alat proses menjadi lebih mahal.

Pertimbangan lain pemilihan proses 1 dari segi yield. Dapat dilihat bahwa

oksidasi fase gas memberikan nilai yield yang lebih besar dibandingkan oksidasi

pada fase cair. Dapat ditinjau pula dari kenyataan di lapangan bahwa pabrik

dengan proses 2 sudah tidak ada lagi yang beroperasi. Hal ini membuat pemilihan

proses 1 menjadi lebih beralasan. Penggunaan solvent SO2 yang bersifat toxic dan

sangat berbahaya bagi lingkungan pada proses 1 dapat diatasi dengan cara

menjerap gas SO2 pada arus keluar reaktor kemudian me-recycle kembali gas SO2



8

ke dalam arus masuk reaktor sehingga dapat dipastikan gas SO2 tidak akan

mencemari lingkungan.

Dari Tabel 1 dapat diambil kesimpulan pula bahwa proses oksidasi o-

xylene pada fase gas yang dipilih adalah proses ke-6 yaitu von Heyden Process.

Alasan pemilihan proses ini adalah karena batas atas suhu operasi proses ini

adalah yang terendah. Sehingga dari aspek safety, proses ini jelas lebih unggul

dibandingkan proses yang lain. Kemudian dari segi range konsentrasi o-xylene

masuk reactor, dapat dilihat bahwa range konsentrasi o-xylene pada proses 6

adalah yang terbesar diantara yang lain. Besarnya range ini akan membuat pabrik

lebih fleksibel dalam pengoperasiannya dikarenakan tidak terlalu terganggunya

proses jika spesifikasi bahan baku yang digunakan ternyata mengalami perubahan.

Dari segi yield dan energi pun terlihat bahwa yield dari proses 6 cukup tinggi

dengan energy yang diperlukan oleh pabrik yang terbilang cukup rendah. Dari

segi kapasitas pun proses 6 memiliki kapasitas maksimum yang sangat besar

dibandingkan dengan jenis proses lain yaitu sebesar 140.000 ton/tahun.

s1-2014-300881-chapter1

Documents