BAB I

Pendahuluan

Proses konversi bertujuan untuk memperoleh fraksi-fraksi dengan kuantitas dan

kualitas sesuai permintaan pasar. Sebagai contoh, untuk memenuhi kebutuhan fraksi

bensin yang tinggi, maka sebagian fraksi rantai panjang perlu diubah/dikonversi

menjadi fraksi rantai pendek.

Di samping itu, fraksi bensin harus mengandung lebih banyak hidrokarbon rantai

bercabang/alisiklik/aromatik dibandingkan rantai lurus. Jadi, diperlukan proses

konversi untuk penyusunan ulang struktur molekul hidrokarbon.

Salah satu jenis konversi adalah alkilasi. Alkilasi dalam proses industri minyak bumi

merupakan salah satu proses yang digunakan untuk meningkatkan angka oktan pada

produk minyak bumi. Senyawa-senyawa olefin tersebut akan membentuk gugus alkil

didalam molekul aromatik. Alkilasi akan mengkombinasikan olefin dengan berat

molekul rendah (umumnya terdiri dari campouran propilena dan butilena) dengan

isobutene. Reaksi ini sampai saat ini digunakan secara luas dalam alkilasi senyawa

aromatik dan olefin.

Produk reaksi ini adalah suatu campuran yang utamanya terdiri dari isomer oktan

yang disebut sebagai alkilat. Produk alkilat ini adalah komponen pencampuran

(blending) penting yang mempunyai angka oktan tinggi yang dipakai dalam

pembuatan bensin pesawat (avgas). Alkilat merupakan gasoline dengan sifat

antiknocking dan pembakaran bersih.

Secara kimia, reaksi alkilasi dapat dilakukan baik secara termis maupun dengan

bantuan katalis. Reaksi termis memerlukan tekanan yang sangat tinggi (sekitar 200-

300 kg/cm2) dan suhu relative tinggi untuk konversi kebutuhan komersil. Akan tetapi

proses alkilasi termis ini tidak diterima secara luas oleh industri minyak bumi karena

etilen adalah olefin yang paling sedikit tersedia dan prosesnya memerlukan tekan

yang lebih tinggi. Karena alasan tersebut proses alkilasi termis sudah ditinggalkan

dan jarang dilakukan di dalam industri minyak bumi modern.

Sebaliknya alkilasi katalis menawarkan kemungkinan-kemungkinan pelaksanaan

reaksi pada kondisi sedang dan dengan variasi olefin yang luas dibandingkan dengan

alkilasi termis. Suhu reaksi berkisar antara 30-105oF dan dengan tekanan 1 atm-150

psig. Katalis yang banyak digunakan secara komersil untuk proses alkilasi ini adalah

ammonium klorida (AlCl3), asam sulfat (H2SO4), dan asam fluoride (HF)

BAB II

Pembahasan

2.1. Alkilasi katalis asam sulfat

Alkilasi merupakan penambahan jumlah atom dalam molekul menjadi

molekul yang lebih panjang dan bercabang. Proses Alkilasi Katalis Asam Sulfat telah

di mulai di Amerika Serikat pada tahun 1938 oleh Shell Oil Company. Dalam proses

ini menggunakan katalis asam kuat seperti H2SO4, HCl, AlCl3 (suatu asam kuat

Lewis). Reaksi secara umum adalah sebagai berikut:

RH + CH2=CR’R’’ R-CH2-CHR’R”.

Berbagai senyawa-senayawa olefin yang berbeda dapat dipakai seperti propilen,

butilen. Amilen, oktilen, dan sebagainya. Akan tetapi, butilen adalah yang paling

umum dipakai karena produk yang dihasilkan mempunyai kualitas yang tinggi yang

dapat diperoleh hanya dengan sedikit asam sulfat dibandingkan dengan olefin lainnya

jika diproses pada kondisi operasi yang sama.

Umpan olefin dan iso butana harus kering dengan kadar sulfur rendah untuk

mengurangi kelebihan katalis asam dan menjaga mutu produk alkilat. Umpan kering

olefin dan isobutana bersama sirkulasi dimasukkan ke dalam reaktor melalui

beberapa pipa untuk menjaga temperatur sepanjang reaktor. Reaksi yang terjadi

adalah eksotermik dan panas reaksi tersebut dibuang dengan penukaran panas dengan

sejumlah besar air bertemperatur rendah untuk menjaga temperatur optimal reaksi

sekitar 35˚C. Keluaran dari reaktor masuk ke pengendapan (settler) , dimana endapan

asam (S.G = 1, alkilat S.G = 0,7) disirkulasi ke reaktor. Fase hidrokarbon berkadar

HF 1-2 % mengalir melalui penukar panas ke iso-stripper.

Butana jenuh (make up) juga dimasukkan ke isostripper. Produk alkilat dikeluarkan

dari bawah isostripper. Isobutana yang belum bereaksi ditampung dari samping

isostripper dan disirkulasi kembali ke reaktor. Semua produk dibebaskan dari HF

dengan pemurnian KOH sebelum meninggalkan unit. Pada bagian atas isostripper

keluar isobutana, propane dan ke dalam depropanizer. Keluaran dari atas

depropanizer dihilangkan HF, dan dihasilkan produk propane bermutu tinggi dari

bawah stripper. Bagian bawah depropanizer isobutana untuk disirkulasi kembali ke

reaktor.

Alkilat berangka oktana tinggi dengan distribusi angka oktana baik dansensitivitas

rendah memberikan keuntungan di negara- negara Eropa yang mensyaratkan angka

oktana motor (MON) dan Amerika Serikat dengan persyaratan knock performance =

(RON + MON)/2.

Pada proses alkilasi asam sulfat, komponen gasoline dengan angka oktan tinggi

dibuat melalui reaksi isobutana dengan olefin. Butilena merupakan senyawa yang

paling umum dipakai, karena produk yang dihasilkan mempunyai kualitas tinggi dan

dapat diperoleh hanya dengan sedikit asam sulfat dibandingkan dengan olefin

lainnya, jika diproses pada kondisi operasi yang sama.

Didalam industri minyak bumi, umpan isobutana dan butilena sebagian besar berasal

dari hasil perengkahan berkatalis. Isobutana sebagian kecil juga terdapat dalam

minyak mentah bersama-sama dengan normal butane.

Umpan Butana-butilena (BB) yangberasal dari berbagai operasi perengkahan adalah

suatu campuran isobutilena, butilena-1, butilena-2, isobutana dan normal butane

dengan sedikit butadiene. Semua olefin-olefin ini termasuk kedalam reaksi yang akan

menghasilkan alkilat. Alkilat tersebut esensinya merupakan campuran 2,2,4 trimetil

pentane : 2,2,3 trimetil pentane dan 2,3,4 trimetil pentane.

Diagram alir sederhana proses alkilasi asam sulfat dapat dilihat pada gambar dibawah

ini :

Gambar 2.1. Diagram Alir Proses Alkilasi Asam Sulfat

Secara garis besar unit alkilasi itu terdiri menjadi 3 bagian yaitu :

1 Bagian Reaktor dan Treating

2. Bagian Pendingin

3. Bagian Fraksionasi

Umpan masuk reactor adalah isobutana yang konsentrasinya tinggi dengan kemurnian

85-90 % (berat), stok olefin yang biasanya campuran BB dari berbagai hasil operasi

perengkahan dan reforming. Kedua jenias umpan tersebut bila diperlukan dipanaskan

dengan larutan soda untuk memisahkan H2S dan merkaptan yang terdapat didalam

umpan. Kadar soda dalam larutan dicuci. Pencucian soda (soda setter) dijaga 5-6 oBe

atau 2 % NaOH. Untuk menekan terjadinya reaksi samping \, terutama polimerisasi,

maka dipakai umpan isobutana dalam jumlah yang besar, sekitar 4-5 kali jumlah

olefin. Didlam reactor terjadi daur-ulang antara isobutana dan asam sulfat jenuh

dengan isobutana yang akan menaikkan nisbah isobutana/olefin didalam reactor

menjadi 400-500.

Jika menggunakan asam sulfat sebagai katalis, maka reaksi harus terjadi pada suhu

rendah untuk menekan terjadinya reaksi berkelanjutan atau polimerisasi. Suhu reactor

biasanya dijaga sekitar 7oC atau 45oF, dimana suhu operasi beragam antara 0-20 oC

atau 32-68 oF. Operasi pada suhu dibawah 0 o tidak menarik karena dapat menaikkan

viskositas emulsi campuran asam/hidrokarbon dan memberi kemungkinan terjadinya

pembekuan asam sehingga menyulitkan dalam operasinya. Sebaliknya suhu diatas

20oC juga tidak menarik karena samngat cenderung mempercepat reaksi polimerisasi

yang akan menyebabkan kenaikan konsumsi asam dan menurunkan yield alkilat.

Tekanan operasi tidak begitu berpengaruh terhadap efisiensi alkilasi. Tekanan system

harus tinggi untuk menjaga hidrokarbon berada dalam fasa cairan dan perbedaan

hidraulik cukup untuk mengatur fluida mengalir dalam system reactor. Untuk maksud

tersebut reactor biasanya beroperasi pada tekanan sekitar 7 kg/cm2.

Katalis asam sulfat dengan konsentrasi 98% (berat) dimasukkan secara terus-menerus

atau dengan secara injeksi asam dari belakang. Nisbah asam dan hidrokarbon didalam

reactor adalah 1:1. Penambahan asaam segar didalam reactor dilakukan apabila

konsentrasinya kurang dari 88% (berat). Kualitas alkilat. Yoeld alkilat dan umur

katalis asam merupakan fungsi daripada komposisi umpan masuk dan kondisi operasi

dalam reactor.

Tabel dibawah ini memperlihatkan beberapa data yield yang diperoleh apabila

alkilasi isobutana dilaksanakan dengan berbagai olefin yang berbeda. Yield tersebut

secara luas dipengaruhi oleh kondisi operasi, tetapi mudah melihat bahwa perbedaan

yang sangat besar dalam yield alkilat terjadi karena menggunakan umpan olefin yang

berbeda.

Tabel 2.1. Yield Alkilat Untuk Berbagai Umpan

Umpan Olefin Propile

n

Butilen Amilen Polimer

Butilen

selektif

Polimer

Butilen tak

selektif

Vol net crude

debalk

Vol.olefin

1,75 1,70 1,72 2,20 2,20

Vol.Avgas alkilat

Vol.Olefin

1,70 1,65 1,55 2,12 2,12

Vol.Avgas alkilat

Vol.net crude

alkylate

0,97 0,97 0,90 0,97 O,97

Vol.%pentana

dalam net crude

alkylate

3,00 7,00 12,50 15,00 15,00

Vol.konsumsi

isobutan

Vol.konsumsi

olefin

1,23 1,17 1,00 1,36 1,36

Vol.net crude

alkylate

Vol.isobutan

1,42 1,45 1,72 1,62 1,62

Umur katalis dipertimbangkan dipengaruhi oleh umpan olefin. Berbagai umur katalis

dapat diharapkan terlihat pada table dibawah. Pengaruh umpan olefin terhadap

kualitas alkilat dapat juga terlihat pada table diatas. Harga-harga yang diberikan

untuk propilena,butilena dan amilena saja, karenaproduk yang deperoleh langsung

dari butilena.

Tabel 2.2. Umur Katalis Untuk Berbagai Umpan Olefin

Olefin Umur Asam : bbl alkilat/bbl asam

Tinggi Rendah Rata-rata

Butilen 30 10 18

Amilen 16 5 9

Propilen 9 5 7

Polimer Butilen selektif 22 10 16

Polimer Butilen tak

selektif

15 1,5 6

Tabel 2.3. Kualitas Berbagai Alkilat

Umpan

Olefin

Performan Alkilat F-3 Performan Alkilat F-4

Rendah Tinggi Tipikal Rendah Tinggi Tipikal

Propilen 110,5 120,2 113,3 128,8 142,8 135,2

Butilen 115,8 128,8 122,2 136,3 158,4 146,6

Amilen 113,3 122,2 118,5 132,9 145,1 138,4

Proses lain yang juga merupakan modifikasi proses alkilasi asam sulfat adalah alkilasi

keluaran refrigerasi (Effluent Refrigeration Alkylation) dimana dijaga nisbah umpan

yang tinggi antara isobutana dan olefin-olefin seperti propilena, butilena dan amilena

untuk mendapatkan alkilat yang lebih banyak untuk digunakan sebagai komponen

avgas dan bahan bahan baker motor. Proses ini dikembangkan oleh Stratford

Engineering Corp. keluaran reactor dipakai sebagai refrigerant utnuk mengendalikan

suhu reactor (45-50o) dan pada waktu yang sama memisahkan isobutana sebagai daur

ulang.

2.2. Alkilasi Asam Fluorida

Alkilasi dengan menggunakan asam fluoride sebagai katalis telaah dijumpai

dalam 2 kelompok operasi pengilangan minyak. Pertama dalam pembuatan

komponen dasar utnuk deterjen sintesis, yang diperoleh dari alkilasi benzene dengan

rolefin yang sesuai, seperti propilena tetramer, olefin yang diturunkan dari

perengkahan lili, dan lain-lain. Alkilasi ini banyak dijumpai dalam bidang petrokimia.

Kedua dalam pembuatan komponenen blending untuk avgas yang berkualitas tinggi

melalui alkilasi isobutana dengan propilena, butilena dan pentilena (amilena).

Proses alkilasi asam fluoride utnuk pembuatan komponen dasar avgas ini

telah dikembangkan oleh Philips Petroleum Company dan oleh UOP Company.

Operasi proses ini sangan sama dengan operasi alkilasi asam sulfat. Perbedaannya

yang sangat penting adalah terletak adalah pada pengolahan asam bekas yang siap

dan terus-menerus dapat diregenerasi sehingga konsumsi asam flourida sangat

sedikit. Regenerasi asam bekas ini dipengaruhi oleh cara destilasi yang sangat

sederhana, dimana asam dapat dipisahkan dari campuran azeotrop H2O-HF dan

polimer yang terbentuk dari proses alkilasi. Titik didih HF pada tekana 1 atm adalah

19,4 oC dan berat jenisnya 0.988. Tanpa proses regenerasi, baik air maupun polimer

akan terakumulasi didalam asam dan akan berpengaruh buruk terhadap yield dan

kualitas produk. Asam yang sudah diregenerasi didaur ulang kedalam reactor.

Pada alkilasi isobutana dengan butilena, proses alkilasi HF memproduksi

suatu alkilat yang mengeandung 2,2,3 trimetil pentane yang persentasenya lebih besar

daripada proses alkilasi asam sulfat. Angka oktan alkilat yang dihasilkan sangat

tergantung pada jenis olefin sebagai berikut :

i-C4H10 + i-C4H8 iso Oktana (ON = 92-94 )

i-C4H10 + i-C5H10 iso Nonana (ON = 90-92 )

i-C4H10 + i-C3H6 iso Oktana (ON = 89-91 )

2.3.` Alkilasi Alumunium Klorida

Alkilasi adalah proses fasa cair yagn mengubah etilen propilen dan

isobutilen menjadi bahan dasar campuran yang mempunyai angka oktan tinggi

dengan adanya katalis aluminium klorida (AlCl3). Sebagai promotor, katalis dipakai

asam klorida (HCl). Konsentrasi HCl dijaga dengan cara menginjeksikan air ke dalam

reactor. Alkilasi ini juga dikenal sebagai Alkilasi DIP (Diisopropil). Diagram alir

proses ini dapat dilihat pada gambar di bawah berikut:

Gambar 2.2. Proses Alkilasi Alumunium Klorida

Proses alkilasi aluminium klorida pertama kali di-instal oleh Philips dan

telah dioperasikan selama perang dunia kedua.

Proses alkilasi menggunakan katalis AlCl3, yang lain adalah alkilasi benzene

dengan etilen untuk memproduksi etil benzene yang sangat luas dipergunakan pada

pembuatan stirena. Reaksi dilaksanakan pada titik didih alkilat yaitu sekitar 105oC,

dan penguapan benzena dari reaktor akan melepaskan panas reaksinya. Katalis

berbentuk granular dimasukkan secara terus menerus ke dalam reaktor dengan

pengangkat berputar (screw conveyor). Diagram alir proses ini dapat dilihat pada

gambar berikut:

2.4. Alkilasi Asam Pospat

Alkilasi merupakan katalis asam pospat dimaksudkan untuk memproduksi

isopropyl benzene atau kumen dengan mereaksikannya propilen dengan benzena.

Katalis asam pospat berbentuk padatan dapat mengandung campuran kieselguhr,

tepung, magnesia, alumina, seng, klorida, seng oksida, dan lain-lain yang dikalsinasi

pada suhu 180 sampai 250oC. Rasio benzena dan propilen dijaga pada 6/1 atau lebih

besar dan yield yang diperoleh sekitar 96% vol kumen dan 4% vol adalah alkilat

aromatik berat.

MAKALAH TEKNOLOGI MINYAK DAN GAS BUMI

ALKILASI KATALIS

DISUSUN OLEH :

ADE PUSPITA SARI (03031181320063)

ANISSA NURUL B. (03111003075)

ARIFTA SURYANUGRAHA (03031181320009)

BAHIYAH (03111003027)

ELLYNDA PERMASITA NOVA (03111003037)

LILIANA COMERIORENSI (03111003061)

NOVA AMANDA (03111003065)

UWU HOLIFAH ANA F. (03111003103)

YOHANA OLGA (03031181320061)

DOSEN PEMBIMBING : LIA CUNDARI, S.T