Emisi Udara di Kilang Minyak Bumi

Kilang minyak bumi sangat kompleks tetapi merupakan operasi proses unit terintegrasi yang menghasilkan bermacam-macam produk dari campuran umpan yang bervariasi. Dalam proses tersebut mereka menggunakan bahan kimia dalam jumlah besar yang dapat hadir dalam emisi udara, air limbah dan limbah padat. Emisi juga dihasilkan dari pembakaran bahan bakar dan produk samping reaksi kimia yang terjadi ketika fraksi minyak ditingkatkan (upgrading). Sumber terbesar emisi udara berasal dari heater dan boiler yang menghasilkan karbon monoksida, sulfur oksida dan nitrogen oksida menyebabkan polusi dan terbentuknya hujan asam.

CO2 + H2O –> H2CO3  (asam karbonat)

SO2 + H2O –> H2SO3 (asam sulfit)

2SO2 + O2 –> 2SO3

SO3 + H2O –> H2SO4 (asam sulfat)

NO + H2O –> HNO2  (asam nitrit)

2NO + O2 –> NO2

NO2 + H2O –> HNO3  (asam nitrat)

Selain itu , beberapa proses juga menghasilkan zat partikulat dalam jumlah besar dan emisi lain dari regenerasi katalis atau proses decoking. Bahan kimia volatil dan hidrokarbon juga dilepaskan dari peralatan yang bocor, tanki penyimpanan dan limbah cair.

Sumber :

James G. Speight. Environmental Analysis And Technology For The Refining Industry. 2005. John Wiley & Son, Inc

Iklan

Pengaruh Tekanan Reaktor pada Penghidrorengkahan Tar Batubara

Tulisan dengan judul Pengaruh Tekanan Reaktor pada Penghidrorengkahan Tar Batubara dan telah  dimuat di Jurnal Kimia Terapan Indonesia Vol 15 No. 2 Hal 65-73 Bandung Desember 2013 ISSN : 0853-2788. Untuk baca abstraknya bisa dibaca disini.

Reaksi Kimia pada Thermal Cracking

Tahapan berikut adalah gambaran sederhana reaksi kimia yang terjadi pada thermal cracking. Sebenarnya reaksinya lebih kompleks apalagi bila yang terlibat molekul yang lebih besar. Sebagai tambahan, temperatur dan tekanan yang berperan dalam reaksi ini dan tidak menggunakan katalis.

1. Initiation reaction
Pada tahap ini sebuah molekul pecah menjadi dua radikal bebas dan pecah pada ikatan karbon dan karbon bukan pada ikatan karbon dan hydrogen (lebih kuat secara thermodinamik)
CH3CH3–> 2CH3*
2. Hydrogen abstraction reaction
Pada tahap ini radikal bebas mengambil atom hydrogen dari molekul lain
CH3* + CH3CH3 –> CH4 + CH3CH2*
3. Radical decomposition reaction
Pada tahap ini radikal bebas terdecompose menjadi alkena
CH3CH2* –> CH2=CH2 + H*
4. Radical addition reaction
Pada tahap ini radikal bebas bereaksi dengan alkena membentuk radikal bebas tunggal yang lebih besar
CH3CH2* + CH2=CH2 –> CH3CH2CH2CH2*
5. Termination reaction
Pada tahap ini dua radikal bebas saling bereaksi untuk membentuk produk final. Ada dua bentuk termination yang umum yaitu recombination reaction (dua radikal bebas saling bereaksi membentuk molekul yang tidak mengandung radikal bebas) dan disproportion reaction (satu radikal bebas mentransfer atom hydrogen ke molekul lain untuk membentuk alkena dan alkana)
CH3* + CH3CH2* –> CH3CH2CH3
CH3CH2* + CH3CH2* –> CH2=CH2 + CH3CH3

Daftar Pustaka

James G. Speight. The Refinery of the Future. Elsevier Inc, UK, 2011, pp 83

Oxidative Desulfurization

Aku membuat tulisan ini karena penasaran dengan penelitian tim temanku di kantor. Penelitian tentang pembuatan katalis untuk oxidative desulfurization (ODS). Penasarannya bukan di katalisnya tapi proses di ODS. Proses apa ini ? Yang aku tahu dari mendengar presentasinya, proses ini dapat menurunkan kadar sulfur di bahan bakar minyak (bbm). Terus apa bedanya dengan hydrotreating yang prosesnya sudah dikenal dan digunakan secara komersil di kilang ? Sehingga ditanyakan ke mbah google dan inilah hasilnya berupa tulisan sederhana. Selamat membaca :-).
Pengurangan kadar sulfur pada bbm pastinya berhubungan dengan peraturan yang berlaku. Peraturan ini mengharuskan kadar maksimal sulfur semakin rendah. Sebagai contoh kita bisa lihat pada spesifikasi bbm minyak solar 48 (Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi No 978.K/10/DJM.S/2013). Kadar sulfur maksimal saat ini hingga tahun 2015 adalah 0,35 % m/m (3500 ppm). Mulai 1 Januari 2016, kadar sulfur maksimal lebih rendah dibanding tahun 2015 yaitu 0,30 % m/m. Mulai 1 Januari 2017, kadar sulfur maksimal 0,25 % m/m (2500 ppm). Mulai 1 Januari 2021, kadar sulfur maksimal 0,05 % m/m (500 ppm) dan mulai 1 Januari 2025, kadar sulfur maksimal 0,005 % m/m (50 ppm).
Persyaratan kadar sulfur yang semakin rendah tentu menjadi tantangan untuk di kilang. Kilang pada umumnya menggunakan hydrotreating. Proses ini membutuhkan gas hydrogen dan katalis. Semakin rendah kadar sulfur maka bahan untuk hydrotreating (gas hydrogen dan katalis) yang digunakan semakin banyak dan proses semakin keras (temperature dan tekanan lebih tinggi). Hal ini disebabkan umpan yang digunakan di kilang semakin lama merupakan minyak bumi dengan kadar sulfur semakin tinggi. Hal  ini akan menambah biaya operasional di kilang tersebut. Disisi lain karena persyaratan sulfur di peraturan menyebabkan kilang tetap menjalankan proses yang semakin mahal ini.

Pada umumnya hydrotreating dilakukan satu kali tetapi dengan semakin tingginya kadar sulfur, ada kemungkinan hydrotreating dilakukan dua kali. Cara ini tentu tidak ekonomis karena proses sama dilakukan dua kali menyebabkan biaya semakin mahal. Hal ini menimbulkan pemikiran untuk menggabungkan hydrotreating di tahap awal dan tahap keduanya berupa ODS. Proses kedua ini lebih murah dibandingkan hydrotreating dengan alasan tidak menggunakan gas hydrogen, proses operasional tidak membutuhkan temperature dan tekanan yang tinggi. Sehingga biaya operasional yang dikeluarkan lebih murah dibandingkan menggunakan dua kali hydrotreating. Selain itu keuntungan ODS adalah dapat mengurangi kadar sulfur pada senyawa hidrokarbon sulit yang sulit dilakukan oleh proses konvensional. Refractory-substituted dibenzothiophenes (DBT) dapat dengan mudah dioksidasi pada kondisi temperatur dan tekanan yang rendah untuk membentuk sulfone. Reaksi yang terjadi sebagai berikut

ODS

Proses ini melibatkan reaksi oksidasi sehingga dibutuhkan zat pengoksidasi seperti hydrogen peroxide atau organic peroxide. Pada awal sulfur yang terikat di hidrokarbon bersifat non polar dan setelah di oksidasi maka sulfur yang ada membentuk sulfone. Sulfon ini sifat kepolarannya tinggi sehingga mudah dipisahkan dari produk diesel dengan cara ekstraksi atau adsorpsi. Sulfone yang sudah dipisahkan ini dapat digunakan untuk bahan baku proses yang lain. Ternyata ODS suatu proses yang menarik untuk dipelajari dan menjanjikan untuk dikembangkan.

Daftar Pustaka
Ron Gatan, Paul Barger and Visnja Gembicki. Oxidative Desulfurization : A New Technologi for ULSD. UOP LLC Des Palines, Illinois, USA.

Hydrotreating

Peraturan yang berlaku mensyaratkan kadar sulfur pada bahan bahan bakar (bbm) memiliki kadar maksimal tertentu. Bensin 88, bensin 91 dan bensin 95 kandungan sulfur yang diperbolehkan maksimal 0,05 %m/m atau 500 ppm. Minyak Solar 48 maksimal 0,35 %m/m atau 3500 ppm berlaku tahun 2015 dan untuk 1 Januari 2025 maksimal 0,005 %m/m atau 50 ppm. Minyak solar 51 maksimal 0,05 %m/m atau 500 ppm. Kandungan sulfur yang terkandung di bbm ketika terjadi pembakaran akan menjadi gas SO2 yang dibuang ke udara dan akan mengakibatkan masalah lingkungan seperti hujan asam dan pemanasan global. Hal itu menjadi salah satu alasan mengapa kandungan sulfur di bbm dibatasi.

Proses yang umum digunakan di kilang minyak untuk menghasilkan bbm dengan kadar sulfur yang sesuai spesifikasi adalah hydrotreating. Berdasarkan kamus minyak dan gas bumi,  hydrotreating adalah proses yang mereaksikan hidrokarbon dengan hidrogen dengan bantuan katalis pada kondisi yang tidak menyebabkan molekul hidrokarbon rengkah menjadi hidrokarbon lebih ringan. Sehingga dalam proses ini menggunakan gas hydrogen dan katalis seperti NiMo-Al2O3, CoMo-Al2O3 dll dengan kondisi temperature dan tekanan tertentu. Proses yang terjadi seperti untuk pengurangan kadar sulfur adalah hidrodesulfurisasi. Proses untuk pengurangan kadar nitrogen adalah hidrodenitrogenasi. Dan beberapa proses lain yang terjadi dengan penghidromurnian.  Pada temperature dan tekanan yang tinggi ada kemungkinan terjadi pemecahan struktur hidrokarbon. Reaksi kimia yang terjadi pada penghidromurnian dapat di lihat di bawah
HDS dan HDN

Gambar 1. Reaksi Kimia Penghidromurnian[2]

HDS Thiophene

Gambar 2. Reaksi Kimia HDS pada Thiophene[3]
HDS DBT

Gambar 3. Reaksi Kimia HDS pada Dibenzothiophene[3]

 

Daftar Pustaka

1. Spesifikasi BBM http://migas.esdm.go.id/data-kemigasan/96/Spesifikasi-Mutu-BBM

2. http://www.columbia.edu/cu/chemistry/groups/parkin/hds.html

3. A. Infantes-Molina, A. Romero-Pérez, D. Eliche-Quesada, J. Mérida-Robles, A. Jiménez-López and E. Rodríguez- Castellón (2012). Transition Metal Sulfide Catalysts for Petroleum Upgrading – Hydrodesulfurization Reactions, Hydrogenation, Prof. Iyad Karamé (Ed.), ISBN: 978-953-51-0785-9, InTech, DOI: 10.5772/45629. Available from: http://www.intechopen.com/books/hydrogenation/transition-metal-sulfide-catalysts-for-petroleum-upgrading-hydrodesulfurization-reactions