© Manufacture of Methyl Chloride from Methane and Chlorine

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.

Reaksi yyang dihasilkan jika methane direaksikan dengan chlorine:

CH₄       +   Cl₂     ====>       CH₃Cl   +  HCl

CH₃Cl   +   Cl₂     ====>       CH₂Cl₂  +  HCl

CH₂Cl₂  +   Cl₂     ====>       CHCl₃   +  HCl

CHCl₃   +   Cl₂      ====>       CCl₄   +  HCl

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 methana dengan chlorine membentuk metal chloride terjadi dalam fase gas dengan bantuan katalisator padat Copper on pumic. Reactor yang digunakan adalah reactor ixedbed multitubular, dimana katalisator padat akan menempati di bagian tube. Reaksi terjadi pada suhu operasi 320-400°C dan tekanan sekitar 2 atm. Konversi yang dicapai sebesar  99% terhadap chlorine .Rasio mol umpan Clorine terhadap metana adalah 1 : 1,7.

Reaksi yyang dihasilkan jika methane direaksikan dengan chlorine:

CH₄       +   Cl₂     ====>       CH₃Cl   +  HCl

CH₃Cl   +   Cl₂     ====>       CH₂Cl₂  +  HCl

CH₂Cl₂  +   Cl₂     ====>       CHCl₃   +  HCl

CHCl₃   +   Cl₂      ====>       CCl₄   +  HCl

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.

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 Methana dan Cl₂ terjadi dalam fase gas, oleh karena itu maka Chlorine cair harus diuapkan dulu di Vaporizer-01 (V-01). Chlorine diuapkan pada tekanan 22 atm. Uap Chlorine yang terbentuk kemudiana diturunkan tekanannnya menjadi sekitar 2,2 atm.

    Pada saat yang sama gas methane umpan segar yang berasal dari tanki penyimpan dialirkan dan dicampur dengan methane recycle yang berasal dari hasil atas absorber.  Methane umpan ini dicampur dengan gas chlorine umpan untuk selanjutnya dipanaskan di serangkaian alat penukar panas sehingga suhu akhir menjadi 320°C dan tekanan operasi sekitar 2 atm. Sebagai pemanasnya menggunakan gas panas hasil reaksi yang keluar dari reactor.

    Reaksi kimia bersifat eksotermis (keluar panas) maka diperlukan pendingin Dowterm A untuk mengambil panas yang timbul. Meskipun demikian suhu keluar akan tetap lebih tinggi dari suhu umpan, yaitu sekitar 400°C, oleh karena itu dapat dipakai untuk memanaskan umpan reaktor. Hasil reaksi yang mengandung CH₄, Cl₂, HCl, CH₃Cl, CH₂Cl₂ , CHCl₃ dan CCl₄ kemudian didinginkan dalam serangkaian alat penukar panas, yang mana dipakai juga untuk memanaskan umpan reactor. Suhu produk reactor diturunkan sampai menjadi 40°C sebelum diumpankan ke dalam Absorber.

    Absorber digunakan untuk memisahkan sebagian besar senyawa clorometan yang keluar dari reactor, dengan menggunakan penyerap senyawa clorometan juga yang lebih berat (lebih besar) titik didihnya. Sebagai penyerap adalah cairan yang mengandung cloroform (CHCl₃) dan carbontetracloride (CCl₄). Methane dan hydrocarbon pengotor methane tidak terserap, sebagian besar chlorometana terserap, hanya sedikit Cl₂ dan CH₃Cl yang tidak terserap. Hasil atas absorber yang mengandung methane dan HC sebagian dipurging untuk menghindari akumulasi senyawa pengotor HC, dan sebagian direcycle ke dalam reactor untuk mereaksi sisa methane. Hasil bawah absorber yang berupa campuran senyawa chloromethane diumpankan ke dalam menara Stripper.

    Stripper digunakan untuk memisahkan sebagian besar senyawa clorometan dengan titik didih rendah dari chloromethane dengan titik didih tinggi. Hasil bawah stripper mengandung cloroform (CHCl₃) dan carbontetracloride (CCl₄), dengan jumlah CCl₄ yang lebih banyaK. Hasil bawah ini diumpankan kembali ke dalam Absorber sebagai penyerap chloromethane. Hasil atas stripper kemudian diumpankan ke dalam Scrubber (SC-01).

    Di dalam Scrubber, senyawa HCl akan dipisahkan dari campuran chlorometane lainnya dengan cara diserap denan menggunakan air, sehingga akan diperoleh sebagai hasil bawah Scrubber dengan kemurnian 30%, dan disimpan sebagai hasil samping. Hasil atas Scrubber yang masih terdiri atas CH₃Cl, CH₂Cl₂ , CHCl₃ dan CCl₄ kemudian diumpankan ke dalam menara penetral (MP-01).

    Di dalam menara penetral (MP-01) akan diumpankan larutan NaOH 40% dari sisi atas untuk menetralkan sisa HCl yang masih ada, sehinga terbentuk garam NaCl. Di dalam menara penetral terjadi proses pemisahan dimana senyawa organik chloromethane akan keluar dari sisi atas menara dan senyawa inorganik (garam) akan keluar dari sisi bawah karena densitas inorganik lebih besar dari organik dan kedua senyawa ini tidak saling larut. Hasil bawah MP-01 dialirkan ke unit pengolah limbah, sedangkan hasil atas akan diumpankan ke dalam menara pengering (MPg-01).

    Di dalam menara pengering (MPg-01) akan diumpankan larutan H₂SO₄ 98% dari sisi atas untuk mengikat dan mengambil air yang ada dalam system. Di dalam menara pengering terjadi proses pemisahan dimana senyawa organik chloromethane akan keluar dari sisi atas menara dan senyawa inorganik larutan H₂SO₄ akan keluar dari sisi bawah karena densitas inorganik lebih besar dari organik dan kedua senyawa ini tidak saling larut. Hasil bawah MPg-01 dialirkan ke unit pengolah limbah, sedangkan hasil atas akan diumpankan ke dalam menara distilasi 01 (MD-01).

    Menara distilasi 01 digunakan untuk memisahkan methyl chloride CH₃Cl dari campurannya dengan senyawa lain yang lebih tinggi titik didihnya sehingga akan diperoleh sebagai hasil atas dengan kemurnian 99,9%, kemudian ditampung di tangki  sebagai produk utama. Hasil bawah yang berupa senyawa CH₂Cl₂ , CHCl₃ dan CCl₄ kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi 02 (MD-02).

Menara distilasi 01 digunakan untuk memisahkan methylene dichloride CH₂Cl₂ dari campurannya dengan senyawa lain yang lebih tinggi titik didihnya sehingga akan diperoleh sebagai hasil atas dengan kemurnian 95%, kemudian ditampung di tangki  sebagai produk samping. Hasil bawah yang berupa campuran senyawa CHCl₃ dan CCl₄ kemudian ditampung di tangki sebagai produk samping..

DIAGRAM ALIR PROSES

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis: Reaktor FixedBed Multitubular

☺ Kondisi operasi

Suhu               : 320-400°C 

Tekanan          :  2 atm 

Sifat reaksi      : eksotermis 

Kondisi proses : non adiabatic-non isotermal 

☺ Katalisator

Jenis                         : Copper on pumic 

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 methane dengan chlorine 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:     

CH₄       +   Cl₂     ====>       CH₃Cl   +  HCl

Kecepatan reaksi :

r₁ = k₁.C_A.C_B 

k = 11048222 exp (-3758.6 / T)

dengan :

r_i    = kecepatan reaksi            , kmol/m³.j

C_A = konsentrasi chlorine     , kmol/m³

C_B = konsentrasi methane     , kmol/m³

^{T   = kelvin}

Harga konstanta kecepatan reaksi ini dihitung  berdasarkan data dari US.Patent No. 2334033.

Data US Patent untuk proses pembuatan Metil klorid dari methane dan Chlorine salah satunya adalah United States Patent 2334033 dengan label Productionof alkyl halides

Sabtu,7 Rabiul akhir 1443 H / 13 November 2021 M