© Manufacture of Methyl Chloride from Methanol and HCl

Metil klorida, juga disebut Klorometana, Refrigerant-40, R-40 atau HCC 40, adalah senyawa organik dengan rumus kimia CH3Cl. Salah satu haloalkana, itu adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, mudah terbakar. Metil klorida adalah reagen penting dalam kimia industri, meskipun jarang ada dalam produk konsumen. Klorometana adalah organohalogen yang melimpah, antropogenik atau alami, di atmosfer.

Tebu dan emisi metil klorida

Dalam industri tebu, sampah organik biasanya dibakar dalam proses kogenerasi listrik. Ketika terkontaminasi oleh klorida, limbah ini terbakar, melepaskan metil klorida di atmosfer. 

Deteksi antarbintang

Klorometana telah terdeteksi dalam biner protostellar Kelas 0 bermassa rendah, IRAS 16293–2422, menggunakan Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Itu juga terdeteksi di komet 67P/Churyumov–Gerasimenko (67P/C-G) menggunakan instrumen Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) pada pesawat ruang angkasa Rosetta. Deteksi mengungkapkan bahwa klorometana dapat terbentuk di daerah pembentuk bintang sebelum planet atau kehidupan terbentuk. Klorometana telah terdeteksi di luar angkasa.

Produksi

Klorometana pertama kali disintesis oleh ahli kimia Prancis Jean-Baptiste Dumas dan Eugene Peligot pada tahun 1835 dengan merebus campuran metanol, asam sulfat, dan natrium klorida. Metode ini mirip dengan yang digunakan saat ini. Klorometana diproduksi secara komersial dengan mengolah metanol dengan asam klorida atau hidrogen klorida, menurut persamaan kimia:

CH₃OH + HCl   =====>    CH₃Cl + H₂O 

Sejumlah kecil klorometana dihasilkan dengan mengolah campuran metana dengan klorin pada suhu tinggi. Metode ini, bagaimanapun, juga menghasilkan lebih banyak senyawa terklorinasi seperti diklorometana, kloroform, dan karbon tetraklorida. Untuk alasan ini, klorinasi metana biasanya hanya dilakukan bila produk lain ini juga diinginkan. Metode klorinasi ini juga menghasilkan hidrogen klorida, yang menimbulkan masalah pembuangan.

Dispersi di lingkungan

Sebagian besar metil klorida yang ada di lingkungan akhirnya dilepaskan ke atmosfer. Setelah dilepaskan ke udara, masa hidup zat ini di atmosfer adalah sekitar 10 bulan dengan beberapa tenggelam alami, seperti laut, transportasi ke stratosfer, tanah, dll. 

Di sisi lain, ketika metil klorida yang dipancarkan dilepaskan ke air, metil klorida akan hilang dengan cepat melalui penguapan. [Waktu paruh] zat ini dalam hal penguapan di sungai, laguna dan danau masing-masing adalah 2,1 jam, 25 jam dan 18 hari. Jumlah metil klorida di stratosfer diperkirakan 2 x 106 ton per tahun, mewakili 20-25% Dari jumlah total klorin yang dipancarkan ke stratosfer setiap tahun.

Penggunaan

Penggunaan skala besar klorometana adalah untuk produksi dimetildiklorosilan dan senyawa organosilikon terkait. Senyawa ini muncul melalui proses langsung.

Reaksi yang relevan adalah (Me = CH₃): 

x MeCl + Si   ======>  Me₃SiCl, Me₂SiCl₂, MeSiCl₃, Me₄Si₂Cl₂, ... 

Dimethyldichlorosilane (Me₂SiCl₂) memiliki nilai khusus (pendahulu silikon, tetapi trimetilsilil klorida (Me₃SiCl) dan metiltriklorosilan (MeSiCl₃) juga berharga. Jumlah yang lebih kecil digunakan sebagai pelarut dalam pembuatan karet butil dan pemurnian minyak bumi.

Klorometana digunakan sebagai agen metilasi dan klorinasi, misal. produksi metilselulosa. Hal ini juga digunakan dalam berbagai bidang lain: sebagai ekstraktan untuk gemuk, minyak, dan resin, sebagai propelan dan zat peniup dalam produksi busa polistiren, sebagai anestesi lokal, sebagai perantara dalam pembuatan obat, sebagai pembawa katalis dalam polimerisasi suhu rendah, sebagai cairan untuk peralatan termometrik dan termostatik, dan sebagai herbisida.

Aplikasi usang

Klorometana adalah zat pendingin yang banyak digunakan, tetapi penggunaannya telah dihentikan. Klorometana juga pernah digunakan untuk memproduksi aditif bensin berbasis timbal (tetramethyllead). 

Keamanan

Menghirup gas klorometana menghasilkan efek sistem saraf pusat yang mirip dengan keracunan alkohol. TLV adalah 50 ppm dan MAC adalah sama. Paparan berkepanjangan mungkin memiliki efek mutagenik.

( https://en.wikipedia.org/wiki/Chloromethane )

REAKSI KIMIA

    Reaksi antara uap methanol dengan uap asam chlorida membentuk metal chloride terjadi dengan bantuan katalisator padat.. Jenis katalisatornya adalah  KZnCl₃ on Silica. . Suhu reaksi Reaksi antara uap methanol dengan uap asam chlorida membentuk metal chloride terjadi dalam fase gas dengan bantuan katalisator padat KZnCl₃ on Silica. Reactor yang digunakan adalah reactor ixedbed multitubular, dimana katalisator padat akan menempati di bagian tube. Reaksi terjadi pada suhu operasi 200-300°C dan tekanan sekitar 10 atm. Konversi yang dicapai sebesar  99% terhadap methanol .

    Reaksi yang terjadi mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut:

      CH₃OH     +    HCl          ====>      CH₃Cl    +    H₂O

    Reaksi bersifat eksotermis, sehingga untuk menjaga suhu operasi di kisaran yang telah diinginkan, maka perlu pendinginan. Pendingin yang digunakan adalah Dowterm A, yang dialirkan disisi shell dari Reaktor fixedbed multitubular.

URAIAN PROSES

       Reaksi antara CH₃OH dan HCl terjadi dalam fase gas, oleh karena itu maka larutan HCl 30% harus diuapkan dulu. Oleh karena titik didih antara HCl dan H₂O sangat berbeda jauh maka pada saat dipanaskan (diuapkan) sebagian besar HCl menguap dan sebagian kecil H₂O yang menguap sehingga keluar dari vaporizer (pemanas) harus dipisahkan di separator. Larutan HCl 30% dari tangki penyimpan kemudian masuk ke vaporizer-02 pada tekanan 10 atm dan suhu 30°C dan keluar dari Vap-02 pada suhu 185°C.

    Larutan methanol yang berasal dari tangki penyimpan dialirkan dan diumpankan ke dalam Vaporizer-01 pada suhu 30°C dan tekanan 10,2 atm. Uap keluar dar Vap-01 pada suhu 140°C tekanan 10 atm. Kemudian uap yang terbentuk dicampur dengan uap HCl-air yang berasal dari Vap-02. Campuran umpan ini dipanaskan di alat perpindahan panas dengan memanfaatkan gas panas hasil reaksi. Setelah kondisi suhu sesuai  dengan suhu reaksi maka campuran uap methanol dan HCl diumpankan ke dalam reaktor.

        Reaksi kimia bersifat eksotermis (keluar panas) maka suhu keluar akan lebih tinggi, oleh karena itu dapat dipakai untuk memanaskan umpan reaktor. Hasil reaksi yang mengandung HCl, CH₃Cl, CH₃OH dan H₂O kemudian diembunkan di Condensor total sampai seluruh senyawa mengembun. Kemudian larutan ini dipompa sampai tekanan naik menjadi 17,2 dan dipanaskan di alat perpindahan panas sebelum diumpankan ke dalam menara distilasi (MD-01).

        Menara distilasi digunakan untuk memisahkan sebagian besar methyl chloride dari campurannya dengan sisa methanol dan air yang keluar dari Reaktor. Hasil atas akan diperoleh methyl chloride dengan konsentrasi 92% dengan kandungan HCl sekitar 8%. Untuk mendapatkan konsentrasi methyl chloride sebesar 99,9%, maka HCl yang masih ada harus dihilangkan dahulu dengan cara penetralan menggunakan larutan sodium hidroksida NaOH 10% di dalam tangki neutralizer (TN-01).

        Hasil penetralan kemudian diumpankan ke dalam Decanter. Di dalam decanter akan terbentuk dua lapisan yaitu lapisan atas fase ringan akan mengandung sebagian besar methyl chloride dan fase berat (bawah) akan mengandung semua garam NaCl dan air. Kandungan methyl chloride dari decanter sebagai produk bisa mencapai 99,9%. Selanjutnya produk disimpan di tangki penyimpan produk.

DIAGRAM ALIR PROSES

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis: Reaktor FixedBed Multitubular

☺ Kondisi operasi

Suhu               : 210-267°C 

Tekanan          :  10 atm 

Sifat reaksi      : eksotermis 

Kondisi proses : non adiabatic-non isotermal 

☺ Katalisator

Jenis                         : KZnCl3 on Silica 

Bentuk                     : silinder 

Ukuran                    : ¼ in x 1/8 in 

Bulk density,B      : 90 lb/ft3 

Partical density,p  : 155 lb/ft3 

Void space                : 0.42

☺ Kinetika reaksi

Reaksi antara uap methanol dengan asam chlorida membentuk metal chloride terjadi dengan bantuan katalisator padat. Reaksi terjadi pada permukaan katalisator, untuk itu reaktan harus teradsorpsi pada permukaan katalisator. Setelah reaksi terjadi, maka zat-zat terdesorpsi dari permukaan katalisator. 

Reaksi yang terjadi mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut:       

CH₃OH     +    HCl          ====>      CH₃Cl    +    H₂O 

Kecepatan reaksi :

r₁ = k₁.C_A.C_B 

dengan :

r_i    = kecepatan reaksi             , kmol/m³.j

C_A = konsentrasi methanol    , kmol/m³

C_B = konsentrasi HCl             , kmol/m³

Harga konstanta kecepatan reaksi ini dihitung  berdasarkan data dari US.Patent No. 4935565

Data US Patent untuk proses pembuatan Metil klorid dari methanol dan HCl salah satunya adalah United States Patent 4935565, 19 Juni 1990 dengan label Process and catalyst for hydrochlorination of hydrocarbons

Rabu,4 Rabiul akhir 1443 H / 10 November 2021 M