TEKNOLOGI PROSES PENGOLAHAN BATUBARA MENJADI OLEFIN

Coal To Olefin (CTO) / Methanol To Olefins (MTO)

Disusun Oleh Group : 6Anggota : 1. Andriano Suryawan Utama (3335131867)

2. Ahmad Deza (3335132144) 3. Brilliant Pratama P (3335132478)

4. Meliana R (3335132180)5. Nurlaila (333513)6. Sharfan Dwi C (3335131852)7. Very Noer F (3335131731)

Kelas : CMata Kuliah : Proses Industri Petrokimia (PIP)Dosen : Dena, S.T., M.T.

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASAFAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK KIMIACILEGON – BANTEN

2015

Gambaran Umum Pengolahan Batubara Mnejadi Olefins

INTRODUCTION

1. Synthetic Natural Gas (SynGas)Synthetic Natural Gas atau yang biasa disebut “SynGas” ini

merupakan hasil sintesis dari batu bara. Di dalam SynGas ini terdapat campuran Karbon Monoksida (63%wt) dan Hidrogen (27%wt dengan terdapat campuran Argon/Nitrogen sebesar 7%wt, Karbon Dioksida sebesar 1,5%wt dan Metana sebesar 0.03%wt). Unsur dan senyawa ini berfungsi sebagai bahan dasar dalam produksi olefin (etilena dan propilena). SynGas juga dapat digunakan untuk menghasilkan urea (pupuk) dan bahan bakar otomotif (diesel dan bensin), SynGas ini juga dapat di upgrade menjadi “gas alam sintesis” yang dapat digunakan sebagai gas alam (bahan bakar) pengganti untuk pembangkit listrik dan/atau untuk aplikasi industry lainnya.

SynGas dapat diaplikasikan sebagai bahan dasar dalam pembuatan SynGas to Methanol, SynGas to Urea/Amoniak, SynGas to Aseton dan Batubara Kalsium Karbida untuk PVC (semua proses ini dikenal dengan proses “Traditional Coal to Chemical”). Sedangkan SynGas to Etilena, Propilena, Bensin dan Diesel dikenal dengan proses “New Coal to Chemical”. Namun konversi Syngas menjadi Ethylene Glycol (MEG) dan Syngas menjadi Benzene masih dalam masa pertumbuhan.

2. Batubara (Coal)Batubara merupakan bahan yang mudah terbakar, sedimen, batuan

organic dan sebaigian besar terdiri dari karbon (C), hydrogen (H) dan oksigen (O2).Batubara terbentuk melalui vegetasi yang terjadi diantara baru dan dengan terjadinya perubahan tekanan dan suhu selama jutaan tahun. Batubara merupakan bahan bakar fosil dan jauh lebih banyak dibandingkan dengan minyak bumi ataupun gas.

Tingkat perubahan tekanan dan suhu yang dialami batubara sampai menjadi matang (gambut lembut menjadi keras antrasit) memiliki pengaruh yang penting terhadap sifat fisik dan kimia batubara tersebut (biasanya disebut dengan ‘tingkat mutu’ batubara). Batubara dibagi menjadi kedalam beberapa macam berdasarkan dengan banyaknya kandungan karbon yang ada di dalamnya, berikut ini merupakan jenis-jenis batubara dari yang mengandung paling banyak karbon:

2.1 Lignite (Brown Coal)2.2 Bituminous, dan2.3 Anthracite

Masing-masing batubara tersebut memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda-beda.

Gambar 1. Coal Types and Usage

Gambar 2. Coal Production

PROCESS

1. Syngas (Coal Gasification)Syngas merupakan senyawa atau elemen yang dapat dikatakan

sebagai “C3Hy” atau “HxM2”. Syngas merupakan campuran dari karbon monoksida (CO) dan hydrogen (H) tanpa struktur yang seragam dan/atau proporsi. Syngas atau gas alam sintesis diprosuksi oleh salah satu proses gasifikasi dari zat yang kaya akan karbon (seperti batubara) dan/atau melalui proses steam reforming metana (natural gas). Zat yang banyak mengandung karbon (misalkan:batubara, biomassa, kayu, industry limbah, petcoke) dapat di gasifikasi dan diubah menjadi syngas (gas alam sintesis).

Gambar 3. Purified Syngas from Coal Feedstock

Dalam analisis ini kita membandingkan Shell Coal Gasification Process (SGCP) dengan proses gasifikasi yang dikembangkan oleh GE Energy, Lurgi dan/atau Siemens (Gambar). Keempat system gasifikasi batubara ini memiliki bukti efektif, namun memiliki perbedaan sistem input/output dan persyaratan/produk. Dan dari berbagai teknologi yang tersedia untuk proses gasifikasi batubara, proses SGCP inilah yang paling banyakdigunakan secara global dan proses SGCP inilah yang difokuskan dalam laporan ini.

Proses Gasifikasi

Di dalam proses Shell SCGP, batubara kering dilumatkan atau dihaluskan di dalam unit penggilingan dan diumpankan menuju gasifier yang telah dipanaskan sampai 1,400-1,600 ° C dan ditempatkan pada

tekanan dibawah 5 MPa. Kemudian Oksigen yang telah terkompresi, nitrogen dan uap ditambahkan ke dalam gasifier. Oksigen terkompresi (dengan kemurnian sebesar 95% ) dan uap (H2O) yang ditambahkan tersebut bekerja sebagai reaktan di dalam ‘gasification’ proses ini (dengan mengkonversi bubuk batubara menjadi karbon monoksida dan hydrogen) dan nitrogen (N) tadi bertindak sebagai alat transportasi.

Dalam tahap sebelumnya, karbon dari batubara mengkonversi karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2) di dalam gasifier. Kemudian uap ditambahkan, dan karbon dalam bentuk (CO) & (CO2) bereaksi dengan uap (H2O) membentuk karbon monoksida (CO) dan hydrogen (H) yang biasa disebut dengan Raw Syngas (Gambar 3-4). Pada suhu 1,400-1,600 ° C abu batubara meleleh menjadi kerak dan keluar dari bagian bawah gasifier sebagai cairan cair kerak batubata yang dapat digubakan kembali sebagai bahan bangunan dalam pembangunan industry (Gambar 4-5).

Gambar 4. Coal Gasification Process Gambar 5. Economics of Coal-Gasified by Products

Raw Syngas panas yang keluar dari gasifier bias mencapai suhu 1500°C dan butuh didinginkan. Pendinginan dilakukan dengan menggunakan air pendingin (air yang biasanya digunakan adalah air tawar/payau (dengan garam yang cenderung menimbulkan korosi pada peralatan). Uap bertekanan tinggi akan dihasilkan oleh proses ini dan dihasilkan juga dari proses gasifikasi karbon, namun uap ini dapat digunakan kembali sebagai sumber tenaga untuk memutar turbin gas.

Teknologi CTO / MTO di ChinaDi belahan dunia terdapat empat teknologi pengolahan batubara menjadi

olefin (Coal To Olefin, CTO) dimana keempat teknologi tersebut digunakan saat ini di China, yaitu :1. D-MTO / D-MTO-II,2. S-MTO,3. MTO oleh UOP; dan4. MTP oleh Lurgi

Ada teknologi MTO 5 disebut "F-MTP" yang dikembangkan oleh Universitas Tsinghua yang bekerjasama dengan China National Chemical Engineering Group dimulai pada tahun 1999. Namun, menurut catatan penelitian saat ini, "FMTP" teknologi belum diuji secara komersial.

"D-MTO / D-MTO-II" dan "S-MTO" adalah teknologi yang dikembangkan di Cina oleh lembaga atau perusahaan Cina. Teknologi D-MTO / D-MTO-II memiliki pangsa pasar terbesar di Cina (64% dan 70% dalam hal jumlah unit dan kapasitas masing-masing). "Pangsa pasar" tertera di bawah ini termasuk projek pengolahan batubara menjadi olefin (Coal To Olefin, CTO) baik dalam tahap operasi dan dalam tahap perencanaan. Kami membahas karakteristik dan mekanisme reaksi yang terkait dengan masing-masing teknologi yang berbeda, yaitu ebagai berikut :.

1. D-MTO / D-MTO-II

D - MTO adalah generasi petama teknologi pengolahan methanol menjadi olefin (Coal To Olefin, CTO) yang ditemukan ( 1980 ) oleh Dalian Institute of Chemical Physics ( DICP ) dan kemudian dikembangkan , diuji dan dibiayai dengan bantuan dari Sinopec Group dan Shaanxi Coal dan Chemical Industry Group . Teknologi ini pertama kali diuji pada skala komersial ( Shenhua Baotou ) pada bulan Juni 2010. Teknologi generasi ke-2 ( D-MTO-II ) merupakan versi upgrade dari D - MTO dan memiliki kapasitas untuk mendaur ulang C4 dan rantai karbon yang lebih tinggi kembali melalui reaktor ( Gambar 82 ) . Proses D - MTO diperlukan 2,97 ton metanol untuk menghasilkan 1 ton olefin ; proses D - MTO - II membutuhkan 2.67 ton metanol untuk menghasilkan 1 ton olefin.

Proyek Shenhua Baotou CTO menggunakan batubara untuk menghasilkan metanol dan metanol untuk menghasilkan olefin melalui teknologi D-MTO. Butena / butilena, propana, etana, hidrokarbon berat (+ C4) dan belerang merupakan hasil dari proses D-MTO / MTO. Fitur utama dari teknologi D-MTO adalah kemampuan untuk memisahkan produk utama (etilena / propilena) dari campuran hidrokarbon yang mungkin termasuk beberapa hidrokarbon berat yang tidak diinginkan. Proyek The Shenhua Baotou menghaslkan 600.000 ton / tahun yang merupakan CTO pertama di dunia komersial dan proyek CTO pertama di dunia yang menggunakan teknologi D-MTO. Sesuai Ilmu Sosial Cina Net (CSSN.cn) pemanfaatan tingkat 2012 untuk Shenhua Baotau (CTO) adalah 90%. Pada Desember 2013, proyek Shenhua Baotou dipindahkan dari Shenhua Group (Induk) ke China Shenhua Energy Company Ltd (1088 HK, Buy). Pada tanggal 25 April, China Shenhua Energy Company melaporkan 1Q14 penjualan olefin (polyethylene dan polypropylene) dari 170K ton yang akan sama dengan tingkat utilisasi tahunan pada fasilitas Baotou CTO sekitar 113%.

Kami mencatat bahwa proyek Shenhua Ningxia MTO ( 0,5 juta tpa propylene / polypropylene ) masih di bawah perusahaan Shenhua Group ( Induk ) bukan di bawah China Shenhua Energy Company Ltd ( 1088 HK , Buy) . Kami juga menganggap China Shenhua Energy ( 1088 HK ) dalam Surat 1Q14 hasil pengumuman dilaporkan PE dan PP produksi ( 170K ton ) hanya untuk proyek Baotou CTO dan bukan untuk kedua proyek Baotou dan proyek MTO Ningxia Induk nya .

Gambar 81 menunjukkan penyedia teknologi untuk proyek Shenhua Baotou CTO dari awal sampai akhir : 1 ) teknologi GE ( GE AS ; Beli ) digunakan untuk batubara untuk konversi syngas ; 2 ) Johnson Matthey Davy ( JMAT LN ; Beli ) teknologi yang digunakan untuk mengkonversi syngas menjadi metanol ; 3 ) teknologi DICP / SYN / LPEC digunakan untuk mengkonversi metanol menjadi olefin ( LEPC adalah Luoyang Petrokimia Engineering Corporation anak perusahaan dari Sinopec Group - perusahaan

induk ) ; 4 ) Teknologi Lummus digunakan untuk memisahkan aliran etilena dan propilena; sedangkan 5 ) teknologi Univation digunakan untuk mengkonversi etilen ke polyethylene ; dan 6 ) Dow Chemical ( DOW PBB ; Tahan ) teknologi yang digunakan untuk mengkonversi propilena menjadi polypropylene .

Kondisi Reaksi dan Konsumsi Bahan Baku : Reaksi bawah teknologi D - MTO / D - MTO - II adalah asam dikatalisis reaksi dengan tingkat konversi metanol 100 % . Reaksi ini terjadi pada suhu tinggi dan tekanan menengah ( 400-500oC dan 0.1-0.3MPa ) dan eksotermis ( mengeluarkan panas ) .

Peralatan (Equipment) : Sistem D - MTO / D - MTO - II ( s ) terdiri dari reaktor katalitik terfluidisasi , regenerator katalis , sebuah unit untuk memisahkan etilena ( C2 ) / propilena ( C3 ) dan hidrokarbon berat ( + C4 ) , dan perifer peralatan (misalnya utilitas , unit kompresi udara) . SYN Teknologi Energy Company Ltd , anak perusahaan dari Dalian Institut Kimia Fisika ( DICP ) dan pemegang D - MTO / DMTO- II hak kekayaan intelektual , menegaskan kepada kita bahwa semua peralatan D - MTO / D - MTO - II dapat sepenuhnya diproduksi di Cina dengan pengecualian peralatan metering tertentu .

Katalis : D - MTO / D - MTO - II menggunakan katalis khusus yang sama untuk reaksi . Selain itu, salah satu katalis dapat digunakan untuk dua terpisah katalis - reaksi : 1 ) mengkonversi metanol menjadi etilena dan propilena ; dan 2 ) mengubah olefin berat ( + C4 ) menjadi etilena dan propilena . Pengembang katalis ( DICP ) memperkirakan bahwa konsumsi katalis per ton metanol kurang dari 0,25 kg .

Menurut kepala ilmuwan dari proyek D - MTO , "D " di D - MTO singkatan dua hal 1 ) kota Dalian di provinsi Liaoning , di mana proyek ini dikembangkan oleh DICP , dan / atau 2 ) " D " sebagai singkatan untuk DME atau " Di - Methol Ether " ( CH3OCH3 ) . Pada dasarnya , baik metanol dan DME dapat digunakan sebagai bahan baku untuk memproduksi olefin di D - MTO dan / atau proses D - MTO - II .

Di Cina , DME digunakan sebagai 1 ) pengganti dan / atau pengisi untuk LPG ; 2 ) Pencampur ke dalam bensin dan / atau diesel; dan 3 ) suatu propelan aerosol. DME diproduksi dengan cara proses dehidrasi ( penghilangan air ) metanol .

Inti D - MTO teknologi proses adalah SAPO - 34 katalis ( Lihat bagian bawah " Catalyst untuk MTO - SAPO 34 " )

2. S-MTO

Sinopec juga telah mengembangkan proses pengolahan batubara menjadi olefin (Coal To Olefin, CTO), prosesnya sendiri disebut " SMTO " ( Gambar 83 ) atau " Sinopec - MTO " . Pada tahun 2007 , Sinopec membangun proyek percontohan di Yanshan Petrochemical Co untuk menguji teknologi S - MTO . Sinopec membangun S – MTO plant dalam skala besar ( 200k tpa ) pertaa kali di provinsi Henan ( China tengah ) yang dimasukkan ke dalam operasi komersial pada bulan Oktober 2011. Pabrik S - MTO ini berada di bawah Sinopec Zhongyuan Petrochemical Corp Ltd yang 93,5 % dimiliki oleh Sinopec Corp ( 386.HK ) dan 6.49 % oleh pemerintah Provinsi Henan.

Pada bulan Desember 2013, Zhong Tian He Chuang Energy Corporation ( kepemilikan JV 38.75 % , 38,75 % , 12,5 % dan 10 % oleh Sinopec Corp ( 386 HK ) , China Coal Energy Company ( 1898 HK , Jual ) , Shanghai Shenergy ( 600642 CH ) dan Mongolia Manshi Coal Group ) , dikontrak Sinopec Engineering Group ( 2386 HK , Beli ) untuk membangun fasilitas CTO besar di Inner Mongolia menggunakan teknologi S - MTO . Kapasitas proyek ini telah berkisar 3,6 juta tpa olefin dengan tanggal serah terima sementara pada Oktober 2015 .

NDRC telah memberikan Sinopec Group " persetujuan awal " untuk membangun dua pabrik 600K tpa MTO menggunakan teknologi S - MTO . Kedua fasilitas akan dibangun di Guizhou dan Henan. Sinopec Group ( induk perusahaan ) belum memberikan jadwal kerja dan / atau tanggal penyelesaian untuk dua proyek . Sinopec Group tidak berkomentar apakah aset-aset ini akan diteruskan ke Sinopec Corp ( 386 HK ) setiap saat di masa depan .

Teknologi S - MTO menggunakan " SAPO - 34 " sebagai katalis yang mampu mengubah produk campuran (hasil) dari etilena dan propilena . Rasio etilena dan propilena dapat disesuaikan mulai dari 0,6 sampai 1,3 . Rasio produk etilena dan propilena dari 1,3 menunjukkan hasil produk dari etilena menjadi propilena adalah 57 % dan 43 % ( 57/43 = 1.3 ) untuk komposisi masing – masing. .

Jika Olefin Catalytic Cracking ( " OCC " ) digunakan bersamaan dengan S - MTO , hasil keseluruhan etilena dan propilena dapat meningkat dari 81 % menjadi 85-87 % ( Gambar 83 ) . OCC adalah proses untuk memecah olefin berat menjadi olefin ringan ( etilena dan propilena ) dengan menggunakan katalis . Produk samping dari OCC terdapat hidrogen , karbon monoksida dan karbon dioksida .

3. Methanol to Olefins (“MTO”) by UOP

Pengolahan methanol menjadi olefin (Methanol To Olefin, MTO) dengan proses UOP terjadi melalui jaringan kompleks reaksi kimia . " Selektivitas " adalah ukuran dari jumlah satu produk yang dihasilkan yang relatif terhadap produk lainnya ketika ada kemungkinan untuk membentuk beberapa produk, seperti ethylene dan propylene dalam bahasan ini. Selektivitas tergantung pada suhu .

Metanol dipanaskan terlebih dahulu sampai fase gas dan dimasukkan ke dalam reaktor MTO untuk sintesis olefin ( Gambar 84 ) . Reaktor beroperasi pada fase uap pada suhu 340 - 540oC dan tekanan dari 0.1- 0,3 MPa . Sintesis Olefin dapat dipercepat dengan katalis SAPO - 34 , yang berada di dalam reaktor .

Selama sintesis olefin, terdapat akumulasi kokas pada permukaan katalis dan membutuhkan penghilangan zat tersebut untuk mengembalikan kemampuan katalis sehingga berfungsi dengan baik . Hal ini dapat dicapai dengan memutar (routing) katalis kedalam system regenerasi katalis di mana kokas akan dihilangkan oleh pembakaran dengan udara . Setelah kokas telah dihilangkan , katalis akan dimasukkan kembali ke reaktor MTO.

Efluen atau keluaran dari reaktor ( yaitu - etilena , propilena , olefin berat dan air ) kemudian didinginkan . Air dipisahkan dari aliran gas produk . Keluaran dari reaktor tersebut kemudian diumpankan ke dalam sebuah unit pemulihan (recovery) olefin ringan yang memisahkan etilen ( C2 ) & propilena ( C3 ) sedangkan olefin berat C4 sampai C6 masuk ke proses cracking menjadi C3 ( propilena ) atau C4 ( butadiena ) olefin . Propylene yang didaur ulang digunakan untuk pemulihan (recovery) olefin ringan sedangkan C4 digunakan sebagai bahan bakar untuk proses MTO atau proses lainnya

4. Methanol-to-propylene (“MTP”) by Lurgi

MTP oleh Lurgi adalah teknologi yang mengkonversi metanol menjadi propilena dalam kondisi operasi yang relatif ringan ( 430-450oC dan 0.35MPa ).

Methanol pertama-tama dipanaskan terlebih dahulu sampai 260oC sebelum dimasukkan ke dalam reaktor DME ( Gambar 85 ) . Di reaksi katalis , 75 % dari umpan metanol diubah menjadi DME dan air . Sisanya 25 % dari keluaran reaktor adalah methanol yang tidak bereaksi. Campuran reaksi kemudian dipanaskan sampai 470oC dan dimasukkan ke dalam reaktor MTP pertama

dengan uap ( 0,3-0,8 kg uap per kg campuran reaksi ) . Reaktor MTP pertama mengkonversi lebih dari 99 % dari metanol / DME campuran menjadi propilen . Campuran reaksi kemudian dimasukkan ke dalam reaktor MTP kedua dan ketiga untuk lebih meningkatkan hasil propylene .

Campuran reaksi gas ( kaya propylene ) meninggalkan reaktor MTP ketiga dan didinginkan untuk memisahkan propilena ( produk ) , cairan organik dan air . Propylene lebih lanjut dikompresi untuk menghilangkan sejumlah zat pengotor atau impurities ( karbon dioksida , air dan DME ) . Cairan organik akan diolah menjadi olefin , bensin dan bahan bakar gas. Beberapa olefin yang lebih berat daripada propilena akan didaur ulang (recycled) ke MTP reaktor untuk meningkatkan hasil propylene.

The Catalyst for Methanol-To-Olefins (SAPO-34)Katalis SAPO - 34 dikembangkan oleh Union Carbide Corporation

( diakuisisi oleh Dow Chemical 2001) pada tahun 1982 dan terdiri dari silikon , aluminium , fosfat dan oksigen. SAPO - 34 digunakan untuk mensintesis olefin dari metanol .

Physical outlook and basic working principleSAPO - 34 adalah delapan cincin kristal zat dengan berbagai lubang

yang sangat kecil / pori-pori 0.38nm ( Gambar 86 ). 1 nm sama dengan 1 / 1,000,000,000 dari 1 meter. Katalis SAPO - 34 bekerja dengan menggunakan saringan molekuler berpori kecil untuk mengubah struktur bahan baku metanol dan mengubahnya menjadi molekul olefin

Preparation methodSAPO - 34 disintesis dengan bantuan Tri - etilamin. Tri - etilamina

umumnya digunakan dalam proses sintesis organik ( yaitu untuk membantu produksi molekul yang mengandung karbon ). Katalis SAPO - 34 dibuat dengan konversi gel kering yang mengandung Aluminium Oxide , Fosfat Oxide , Tri - etilamina dan air dengan perbandingan 1,0 : 1,0 : 0,6 : 3,0 : 50. Gel tersebut kemudian ditransfer ke autoclave stainless steel untuk diproses lebih lanjut. "Autoclave " adalah alat yang digunakan untuk mensterilkan peralatan / bahan (untuk membunuh bakteri, virus , jamur dan spora) . Katalis SAPO - 34 diperoleh setelah kristalisasi pada suhu 200oC dan kalsinasi gel pada suhu 550oC selama 4 jam . Kalsinasi merupakan proses perlakuan panas atau termal yang dilakukan dengan adanya udara / oksigen untuk penghilangan zat-zat volatile yang atau dekomposisi.

Modification on “SAPO-34” to improve its catalytic performanceUntuk meningkatkan selektivitas produk dan menghindari reaksi

samping. Logam seperti Nikel , Magnesium , Kalsium dan Strontium ditambahkan ke pori-pori / saringan molekuler untuk menyesuaikan ukuran pori-pori dan meningkatkan kekuatan mekanik katalis .