© Manufacture of Benzene from Gasoline Pyrolysis

Benzena merupakan suatu bahan baku dasar dalam industri kimia. Senyawa ini digunakan untuk mensintesis karet, pewarna, dan deterjen dan juga digunakan sebagai suatu pelarut dan sebagai suatu oktan yang meningkatkan aditif bensin. Benzene biasanya di produksi dari bahan material hidrokarbon dalam suatu campuran dengan toluene, xilenes, senyawa aromatic tinggi melalui reaksi pembentukan seperti siklisasi, dehidrogenasi, dan isomerasi. Sebuah tipe proses pembentukan menggunakan bahan baku nafta rantai lurus dan katalis yang mengandung platinum (Clifford M.Detz, 1982).

Benzena kali pertama ditemukan Ilmuwan, Michael Faraday pada 1825. Sesungguhnya masyarakat luas mengenal Faraday sebagai ‘Bapak Listrik’ berkat akselerasinya berusaha menggunakan magnit untuk menggerakan arus listrik, atau pengaruh elegtromagnetik atau terkenal dengan sebutan ‘Hukum Faraday’.

Pengembangan Benzena lalu berlanjut di tahun 1833, ketika Ilmuwan Jerman Eilhard Mitscherlich berhasil membuat Benzena melalui distilasi asam benzoat dan kapur. Seperti kelahiran bayi, penemuan struktur Kimia pun juga harus diberi nama. Mitscherlich kemudian memberi nama senyawa tersebut dengan sebutan benzin. Mitscherlich mulai keranjingan mempelajari fosfat dan arsenat ketika menempuh studi di Universitas Gottingen pada 1814. Dia kemudian tertarik meneliti Kimia organik, dan terus mencurahkan perhatiannya terhadap topik tersebut hingga sampai 1845. Penemuan Mitscherlich kemudian disempurnakan lagi oleh Ilmuwan Inggris Charles Mansfield dengan dibantu August Wilhelm von Hofman, dengan mengisolasi Benzena dari Tar batubara, pada tahun 1845.

Empat tahun kemudian Mansfield memulai produksi Benzena dari Tar batubara dalam skala industri. Berdasrkan hasil penelitian, Benzena memiliki rumus Kimia C6H6. Rumusan Kimia tersebut justru menjadi misteri, bukan mistis lho, cuma kejanggalan aja, mengenai ketepatan struktur Benzena. Sebab, rumus C6H6 tidak sesuai kesepakatan ilmuwan bahwa atom C dapat mengikat 4 atom dan atom H mengikat satu atom.

Pyrolisis gasoline atau dripolene atau drip oil merupakan hasil samping dari produksi etilen. Pyrolisis gasoline mengandung senyawa aromatik sekitar 65% dengan kandungan benzene di dalamnya sebesar 50%. Sekitar 30-35% benzene yang diproduksi di dunia berasal dari proses pyrolisis gasoline (Kirk-Othmar, 1992).

Benzene dan senyawa aromatis lainnya hanya dapat diperoleh setelah melewati proses hidrogenasi dan desulfurisasi. Proses tersebut dilakukan untuk menghilangkan senyawa tidak stabil seperti olefin dan senyawa sulfur yang merusak senyawa aromatik (Mc.Keta, 1977).

Bahan baku dari proses ini yaitu pyrolisis naphtha yang dihasilkan dari pembuatan ethylene.

Berikut blok diagram proses Pyrolisis gasoline :

      Pirolisis bensin (PyGas) adalah produk sampingan dari nafta cracking bersuhu tinggi selama produksi etilena dan propilena. Ini adalah campuran angka oktan tinggi yang mengandung aromatik, olefin dan parafin mulai dari C5 hingga C12. PyGas memiliki potensi tinggi untuk digunakan sebagai campuran pencampur bensin dan / atau sebagai sumber aromatik. Saat ini, PyGas umumnya digunakan sebagai campuran pencampur bensin karena angka oktan tinggi, tetapi produksi global PyGas sangat tinggi dan peningkatan lebih lanjut diantisipasi di masa depan karena permintaan yang lebih tinggi untuk etilena dan propilena. Namun, peraturan bahan bakar ketat saat ini untuk konten aromatik membuat pemanfaatan PyGas sebagai campuran campuran lebih sulit, oleh karena itu jalan yang berguna untuk konsumsi PyGas diinginkan.

      Hidrogenasi katalitik PyGas adalah riset industri dan akademik yang penting untuk stabilisasi, peningkatan dan pemanfaatan PyGas. Pekerjaan terbatas telah dilakukan pada hidrogenasi PyGas dan gambaran yang tidak lengkap dari proses telah diperoleh. Komposisi PyGas sangat kompleks dan oleh karena itu sebagian besar penelitian telah dilakukan dengan senyawa tunggal atau campuran beberapa senyawa model untuk kesederhanaan dan generalisasi.

           Namun, senyawa model tunggal tidak dapat mewakili seluruh proses hidrogenasi PyGas. Lebih lanjut, perilaku senyawa-senyawa ini umumnya berbeda dalam campuran daripada sebagai senyawa individual. Oleh karena itu, hidrogenasi dari PyGas, yang mengandung styrene, toluene, 1-octene, cyclopentene, heptane, decane dan 1,3-pentadiene / 1-pentene, diselidiki melalui alumina yang didukung katalis nikel dan paladium. Ini adalah model komprehensif untuk kelompok hidrokarbon yang lebih luas yang ada di PyGas.

REAKSI KIMIA

Reaksi Hidrogenasi

Reaktor pertama yang digunakan adalah reactor hidrogenasi dimana terjadi reaksi hidrogenasi terhadap senyawa-senyawa yang terdapat dalam  pyrolysis gasoline dengan hydrogen  sehingga senyawa yang mempunyai ikatan rangkap menjadi ikatan jenuh dalam fasa gas dengan bantuan katalisator nickel atau palladium.

Reaksi hidrogenasi:

C₅H₁₀                       +     H₂          ===>     C₅H₁₂

C₅H₈                         +     H₂          ===>     C₅H₁₀

C₈H₁₆                       +     H₂          ===>     C₈H₁₈

C₆H₅CH₃                 +  3 H₂          ===>     C₆H₁₁CH₃

C₆H₅CH=CH₂     +      H₂         ===>     C₆H₅C₂H₅

Reaktor yang digunakan adalah reactor fixedbed multitubular. Di dalam Reaktor terjadi reaksi hidrogenasi dalam fasa gas dengan bantuan katalisator metal yang mengandung nickel atau palladium. Reaktor beroperasi pada tekanan 20 atm dan suhu antara 150-200°C.

Konversi reaksi hidrogenasi ini bervariasi untuk masing-masing reaksi yang terjadi. Reaksi bersifat eksotermis (mengeluarkan panas) sehingga memerlukan pendinginan agar suhu reaksi tidak melampaui yang diinginkan.

Reaksi Hidrocracking

Reaktor kedua yang digunakan adalah reactor hidrocracking dimana terjadi reaksi  hidrocracking terhadap senyawa yang berat menjadi senyawa yang lebih ringan dan reaksi disproporsionasi toluene membentuk senyawa benzene dan xylene dalam fasa gas dengan bantuan katalisator alumina silika.

Reaksi hidrocraking:

            2  C₆H₅CH₃                    ===>      C₆H₄(CH₃)₂    +    C₆H₆                          

            C₆H₅CH₃    +   H₂          ===>     C₆H₆    +    CH₄        

Reaktor yang digunakan adalah reactor fixedbed adiabatis. Di dalam Reaktor terjadi reaksi hidrocracking dalam fasa gas dengan bantuan katalisator silica alumina. Reaktor beroperasi pada tekanan 20 atm dan suhu antara 450-550°C.

Konversi reaksi hidrocracking ini berkisar 44%. Reaksi bersifat eksotermis (mengeluarkan panas) dan tidak memerlukan pendinginan karena kenaikan suhu reaksi yang terjadi masih dalam range yang diijinkan.

URAIAN PROSES

Gasoline hasil pirolisis diuapkan di vaporizer kemudian dicampur dengan umpan gas hidrogen dan dipanaskan terlebih dahulu sebelum diumpankan ke dalam Reaktor-01. Hasil reaksi dari Reaktor-01 kemudian dicampur dengan recycle toluene dari menara distilasi 02 dan gas hidrogen recycle dari hasil atas stripper. Campuran gas umpan ini dipanaskan sampai suhu 450°C selanjutnya diumpankan ke dalam Reaktor-02. 
Hasil reaksi dari Reaktor-02 kemudian menjalani serangkaian pendinginan dan pengembunan dan pemisahan sehingga akan diperoleh senyawa hidrokarbon cair benzene, toluene dan xylene yang terpisah dari gas-gas dari reaktor. Gas-gas kemudian dipisahkan di Stripper untuk memisahkan hidrocarbon ringan dari gas hidrogen dan methana. Hidrocarbon ringan akan diperoleh sebagai LPG.
Campuran benzene, toluene dan xyelene diumpankan ke dalam rangkaian menara distilasi untuk memisahkan senyawa-senyawa sesuai yang diinginkan. 

Hasil atas menara distilasi 01 diperoleh senyawa benzene sebagai produk utama yang kemudian ditampung ke dalam tangki produk. Hasil bawah menara distilasi 01 yang sebgian besar adalah toluene dan xylene diumpankan ke dalam menara distilasi 02. 

Di dalam menara distilasi 02 akan diperoleh sebagai hasil atas adalah toluene dan sebagai hasil bawah adalah xylene. Sebagian toluene direcyle ke dalam Reaktor-02 dan sebagian lagi ditampung ke dalam tangki  seproduk samping. Xylene yang diperoleh sebagai hasil bawah  menara distilasi 02 kemudian ditampung ke dalam tangki produk samping.

DIAGRAM ALIR

DATA UNTUK REAKTOR

REAKTOR 01

Jenis : Reaktor Fixedbed Multitubular

☻Kondisi operasi
Suhu	: 150-220°C
Tekanan	: 20 atm
Sifat reaksi	: eksotermis
Kondisi proses	: non adiabatis–non isothermal
Pendingin	:  Dowterm E

☻Katalisator
Jenis	:  Nickel-Al2O3 Catalyst
Bentuk	:  silinder
Ukuran	:  ¼  in x ¼  in
Bulk density	:  53  lb/ft3
Particle density	:  92  lb/ft3

  ☻ Kinetika reaksi

      

Reaksi kimia:

Persamaan reaksi kimia:

C₅H₁₀                       +     H₂          ===>     C₅H₁₂

C₅H₈                         +     H₂          ===>     C₅H₁₀

C₈H₁₆                       +     H₂          ===>     C₈H₁₈

C₆H₅CH₃                 +  3 H₂          ===>     C₆H₁₁CH₃

C₆H₅CH=CH₂     +      H₂          ===>     C₆H₅C₂H₅

Persamaan kecepatan reaksi:

rA = k.C_A.C_B

Konstanta kecepatan reaksi: 

k = 13.771 exp (-1815.6 / T)

rA  = kecepatan reaksi hidroarbon	,  kmol/kg kat.j
CA = konsentrasi hidrokarbon	,  kmol/m3.
CB = konsentrasi hidrogen	,  kmol/m3.
k    = konstanta kecepatan reaksi	,  m6 /kmol.kg kat. j

Harga konstanta kecepatan reaksi di atas dihitung berdasarkan data yang ada di The Hydrogenation of Pyrolysis Gasoline (PyGas) Over Nickel and Palladium Catalysts

REAKTOR 02

Jenis : Reaktor Fixedbed Adiabatis

☻Kondisi operasi
Suhu	: 450-550°C
Tekanan	: 20 atm
Sifat reaksi	: eksotermis
Kondisi proses	: adiabatis–non isothermal
Pendingin-pemanas	: tidak ada pendinginan atau pemanasan

☻Katalisator
Jenis	:  Silika alumina (zeolit)
Bentuk	:  silinder
Ukuran	:  1/16  in x 3/16  in
Bulk density	:  780 kg/m3
Particle density	:  90  lb/ft3

  ☻ Kinetika reaksi

      

Reaksi kimia:

Persamaan reaksi kimia:

            2  C₆H₅CH₃                    ===>      C₆H₄(CH₃)₂    +    C₆H₆                          

            C₆H₅CH₃    +   H₂          ===>     C₆H₆    +    CH₄         

Persamaan kecepatan reaksi:

r1 = k1.C_A²
r2 = k2.C_A.C_B

rA  = kecepatan reaksi toluene	,  kmol/kg kat.j
CA = konsentrasi toluene	,  kmol/m3.
CB = konsentrasi hidrogen	,  kmol/m3.
k    = konstanta kecepatan reaksi	,  m6 /kmol.kg kat. j

Harga konstanta kecepatan reaksi di atas bisa dihitung berdasarkan data yang ada di US.Patent No. 3.126.422

Data patent untuk pembuatan benzene dari gasoline pirolisis salah satunya adalah US Patent No. 4.150.061,  17 April 1979 dengan label Process for converting pyrolysis gasoline to benzene and ethylbenzene-lean xylenes

Selasa, 2 Ramadhan 1440 H / 7 Mei 2019 M