Abstrak—Program konversi minyak tanah ke LPG (Liquedfied Petroleum  Gas)  sejak  tahun  2007  memberikan  dampak  besar terhadap  konsumsi  LPG  di  Indonesia.  Meningkatnya kebutuhan LPG mendorong untuk melakukan impor sehingga beban  anggaran  pemerintah  semakin  besar.  Berdasarkan permasalahan  tersebut  diperlukannya  pengembangan  bahan bakar alternatif yang dapat menggantikan peran LPG sebagai bahan  bakar.  Pendirian  industri  DME  (Dimethyl  Ether)  di Indonesia  menjawab  akan  masalah  atas  kebutuhan  LPG. Ketersediaan  bahan  baku  berupa  gas  alam  yang  melimpah, membuat  industri  DME  di  Indonesia  memiliki  prospek  yang menjanjikan.  Proses  pembuatan  DME  dari  gas  alam  secara direct process pada pabrik ini dibagi kedalam empat buah sektor utama  antara  lain  Sektor  Reforming,  Sektor  Heat  Recovery, Sektor  Sintesa  DME,  dan  Sektor  Purifikasi  DME.  Kondisi operasi  produksi  DME  yaitu  pada  temperatur  250-280 o C  dan tekanan  5-6  Mpa  dengan  menggunakan  tipe  slurry  reactor. Pabrik  DME  memiliki  feed  masuk  berupa  gas  alam  sebanyak 40040,573  kg/jam  menghasilkan  produk  utama  berupa  DME sebanyak  36.697,742  kg/jam.  Dari  hasil  perhitungan  pada neraca  ekonomi  didapatkan  IRR  sebesar  24,79  %  dan  BEP sebesar  33  %  dimana  POT  selama  3,77  tahun.  Dengan  bunga 8,5% per tahun. Pabrik diperkirakan bertahan selama 15 tahun dengan  lama  waktu  pembangunan  selama  2  tahun.  Operasi pabrik  330  hari/tahun  dan  24  jam/hari.  Modal  Investasi  Rp 2.709.985.035.056/tahun, Biaya Produksi: Rp1.804.737.785.743/tahun, Hasil Penjualan: Rp2.856.638.643.598/tahun.
Kata kunci—Dimetyl Ether, Direct Process, Gas Alam.

## I. PENDAHULUAN
EBUTUHAN  hidup  manusia  sangat  beraneka  ragam, salah  satunya  adalah  kebutuhan  akan  energi.  Energi merupakan sumber utama dalam melakukan aktivitas setiap hari.  Dari  waktu  ke  waktu  kebutuhan  manusia  akan  energi semakin  meningkat  namun  cadangan  energi  semakin menurun.  Pemanfaatan  energi  alternatif  sangat  dibutuhkan guna menggantikan batu bara, minyak bumi, dan juga energi tidak  terbarukan  yang  lain.  Upaya  penanganan  dan  inovasi energi  terbarukan  terus  dilakukan,  salah  satu  upaya  dan inovasi  dalam  mengatasi  permasalahan  energi  di  Indonesia adalah mengembangkan bahan bakar nabati seperti biodiesel dan  bioethanol.  Bahan  bakar  nabati  diharapkan  dapat menggantikan penggunaan bahan bakar minyak di Indonesia. Berdasarkan  data  Badan  Pusat  Statistik  (BPS)  tahun  2007, menyatakan adanya peningkatan angka penggunaan minyak tanah untuk rumah tangga pertahun. Hal tersebut dinilai dapat berdampak  pada  alokasi  dana  APBN  dalam  mensubsidi minyak  tanah.  Hal  tersebut  yang  melatar  belakangi pemerintah pada  tahun 2007  menerapkan program konversi minyak tanah ke Liquedfied Petroleum Gas (LPG) [1].
Program  konversi  minyak  tanah  ke  LPG  memberikan dampak berupa kenaikan konsumsi LPG yang sanagt drastis tanpa  adanya  upaya  produksi  LPG  yang  setara  dengan
kenaikan  nilai  konsumsinya.  Konsumsi  LPG  di  Indonesia diperikirakan  sebasar  237 kilobarrels  per  day (kbd)  pada tahun 2019, angka tersebut naik 3% dibandingkan tahun lalu sebanyak  230  kbd.  Angka  produksi  LPG  pada  tahun  2019 mengalami  penurunan  dibandingkan  dengan  tahun  2018. Angka  produksi  LPG  di  Indonesia  pada  tahun  2019 menunjukan  angka  1.961.994.  Angka  ini  menurun dibandingkan tahun 2018 yaitu 2.027.262. Penurunan angka produksi dikarenakan penurunan angka produksi dari seluruh sumber  yang  ada  yaitu  minyak,  pola  hulu,  dan  pola  hilir. Kondisi  ini  dapat  menunjukan  bahwa  kondisi  energi  di Indonesia  mengalam  penurunan  di  berbagai  aspek.  Oleh karenanya  dibutuhkan  tambahan  produksi  LPG  atau  bahan bakar  alternatif  untuk  memenuhi  kebutuhan  energi  di Indonesia [1].
Pembangunan  pabrik  DME  bertujuan  untuk  dapat membuat  energi  baru  yang  dapat  menggantikan  peran  dari LPG  di  Indonesia.  DME  diharapkan  dapat  menjadi  suatu energi  alternatif,  mengingat  kondisi  saat  ini  belum  adanya pabrik  yang  memproduksi  bahan  bakar  DME.  Selain  untuk menggantikan  LPG  sebagai  bahan  bakar  di  Indonesia, pembangunan  2  pabrik  DME  juga  bertujuan  menekan kebutuhan  ekspor  akan  bahan  bakar,  menekan  nilai  pajak impor  dan  ekspor,  serta  membuka  lapangan  kerja  baru  di Indonesia.  Kondisi  terkini  menunjukan  bahwa  dari  angka produksi LPG di Indonesia mengalami penurunan [1].
Dimetyl  ether (DME)  merupakan  senyawa  eter  dengan rumus molekul CH 3 OCH 3 . DME memiliki aplikasi yang luas seperti  pelarut,  propelan,  bahan  kimia intermediate , pengganti refrigerant ,  pengganti  LPG,  dan  bahan  bakar tranportasi. Sifat fisik dari DME adalah mudah terbakar pada kondisi  ambien  dan  akan  membentuk  fasa  Iliquid  ketika  di compress diatas  tekanan  0,5  MPa.  DME  memiliki  nilai caloric value sebesar 4,620kcal.L -1 sedangkan pada fasa gas sebesar  14.200kcal  [2]. Cetane  number dari  DME  berada pada  angka  55-60.  Berdasarkan  sifat  yang  dimiliki  oleh
K

## Pra-Desain Pabrik Dimethyl Ether dari Gas Alam Melalui Direct Process
Andreas Darmaja, Indah Rikha Kartikasari, Gede Wibawa, dan Rizky Tetrisyanda Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : indahrkartikasari@gmail.com
Gambar 1. Jumlah produksi LPG di Indonesia tahun 2015-2019. 2015 2016 2017
2018 2019 Minyak 675808 831398 865365 883305 821697 Pola Hulu 1247775 1043160 682572 631743 604951 Pola HIlir 383823 367008 480002 512213 535345 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 To n
senyawa DME, maka DME dapat masuk kedalam pasar gas dan bahan bakar cair. DME dapat digunakan sebagi pengganti propan  dalam  LPG  dan  bahan  bakar  dalam  pembangkit listrik.  Gambar  1  menunjukkan  jumlah  produksi  LPG  di Indonesia tahun 2015-2019.
DME  dapat  dibentuk  melalui  dua  macam  proses,  yaitu proses  sintesa  langsung  dan  proses  sintesa  tak  langsung . Proses  sintesa  langsung  adalah  proses  sintesa  DME  dari syngas ,  sintesa  metanol  dari syngas dan  dehidrasi  metanol yang  diproses  dalam  reaktor  yang  sama.  Sintesa  DME melalui direct process berlangsung  sebagaimana  reaksi berikut:
3CO + 3H 2 → CH 3 OCH 3 + CO 2 ∆H O 298 = -246 kJ/mol
Pada dasarnya reaksi sintesa DME merupakan gabungan dari  reaksi  sintesa  DME  secara  tidak  langsung.  Adanya senyawa  CO  dalam syngas dapat  beraksi  dengan  H 2 O sehingga  dihasilkan  karbon  dioksida  dan  air.  Pada  sintesis direct process terjadi  secara  langsung  maka  hanya dibutuhkan  1  reaktor  saja  yang  dapat  mengonversi syngas menjadi  DME.  Salah  satu  pabrik  yang  mendemonstrasikan sintesis  DME  adalah  eiefuī  Hōrudingusu  Kabushiki-gaisha (JFE Holdings) adalah pabrik di Kushiro, Jepang bagian utara dengan  kapasitas  100  ton/hari  [3].  Kondisi  operasi  proses sintesa langsung DME dan JFE tertera pada Tabel 1.
Pembuatan  DME  melalui indirect process berlangsung dalam 2 tahap. Tahap pertama produksi metanol dari syngas berdasarkan reaksi berikut :
2CO + 4H 2 ↔ 2CH 3 OH ∆H O 298 = -182 kJ/mol
Metanol  juga  dapat  diproduksi  dari  gas  karbon  dioksida dan gas hydrogen sebagaimana reaksi berikut:
CO 2 + 3H 2 ↔ CH 3 OH + H 2 O ∆H O 298 = -49,4 kJ/mol
Tahap selanjutnya adalah mendehidrasi metanol sehingga
menghasilkan produk DME, dengan reaski sebagai berikut:
2CH 3 OH ↔ CH 3 OCH 3 + H 2 O ∆H O 298 = -11.712 kJ/mol
Pada  sintesa  DME  menggunakan  proses  tidak  langsung membutuhkan  2  reaktor  karena  dibutuhkan  untuk  2  reaksi produksi metanol dan dehidrasi. Kondisi operasi unutk proses tidak langsung ditampilkan dalam Tabel 2 [3].
Produksi DME dapat dihasilkan melalui sintesis gas alam. Reaksi  sintesa  DME  dengan direct process berlangsung dalam fase gas dengan perbandingan H 2 :CO 1:1. Teknologi proses  yang  digunakan  pada  sintesa  DME direct process antara  lain reforming  section,  DME  synthesis  section, dan purification section [4] . Pada reforming  section ,  gas  alam  perlu  diubah  menjadi syngas (H 2 dan  CO).  Proses  pembentukan syngas disbeut proses reforming .  Proses reforming pada  gas  alam  dapat diklasifikasikan  menjadi  3  jenis  yaitu steam  reforming , autothermal  reforming ,  dan partial  oxidation . Steam reforming merupakan  proses  pembentukan syngas di  mana reaksi utama pembentukan adalah gas alam dengan uap cair yang bersifat endotermis. Autothermal reforming merupakan proses  pembentukan syngas dimana  gas  alam  direaksikan dengan  oksigen  dan  uap  air  dalam  satu  reaktor.  Pada autothermal  reforming reaksi  yang  terjadi  terbagi  menjadi dua  dimana  reaski  gas  alam  dengan  uap  air  bersifat endotermism  dan  reaksi  gas  alam  dengan  oksigen  bersifat eksotermis. Partial oxidation merupakan proses pembentukan syngas dimana reaksi antara gas alam dengan oksigen  dan  bersifat  eksotermis.  Teknologi reforming yang dipilih  adalah autothermal  reforming karena  sifat  yang dimiliki  adalah  endotermik  dan  eksotermik  sekaligus seihngga membuat penggunaan energi lebih hemat.
Sintesa DME telah banyak dilakukan oleh industri secara komersial.  Perusahaan  yang  menjamin  teknologi  yang digunakan oleh industry adalah lisensor . Lisensor merupakan pihak  yang  memiliki  hak  cipta  dan  memberikan  izinnya kepada penerima lisensi. Lisensor dapat memberikan lisensi
Tabel 1.

## Kondisi operasi proses sintesa langsung DME pada JFE
Developer JFE (NKK)
H 2 /CO Ratio 1,0 Reaction Temperatur ( o C) 250-280 Reaction Pressure (MPa) 5-6 One-Pass Conversion (%) 55-60 DME/ (DME+Metanol) 90 Tabel 2. Kondisi operasi sintesa tidak langsung DME Proses Metanol Dehidrasi Tekanan Reaksi (bar) 50-100 20 Temperatur Reaksi ( o C) 230-270 250-400 Konversi One-Pass (%) <25 70-90 Hasil Samping - Air Reaktor Fixed Fixed Tabel 3. Spesifikasi produk DME Karakteristik Limit Spesifikasi Specific Gravity 0,74 Vapour Pressure (Psig) 110 Komposisi (%wt) DME Min 98,5 Metanol Max 0,05 H 2 O Max 0,03 Hidrokarbon Max 1,00 CO 2 Max 0,10 CO Max 0,01 Residue Max 0,01 Sulfur Max 3,00
Tabel 4. Data supply demand LPG di Indonesia Tahun Produksi Konsumsi Ekspor Impor (ton) (ton) (ton) (ton) 2007 1.409.430 1.281.000 268.000 137.800 2008 1.690.766 1.843.817 10.051 415.000 2009 2.120.118 2.922.080 88.463 917.171 2010 2.478.371 4.347.465 279 1.621.959 2011 2.285.439 5.030.547 76.566 1.991.774 2012 2.201.539 5.607.430 205 2.573.670 2013 2.010.990 5.607.430 286 3.299.808 2014 2.379.128 6.093.138 483 3.604.009 2015 2.307.407 6.376.990 392 4.025.600 2016 2.241.567 6.642.633 580 4.475.929 2017 2.027.941 7.190.871 360 5.461.934 2018 2.008.990 7.200.876 434,1 5.566.572 2019 1.961.994 7.760.000 466 5.710.000
Gambar 2. Block flow diagram sintesa DME dengan direct process.
kepada suatu pihak dan dapat memberikan lisensinya kepada pihak  lain  tergantung  dari  perjanjian  yang  telah  dibuat bersama. Mengkutip dari sumber “Takeishi K and Akaike Y” dari salah satu universitas di Jepang, menyebutkan bahwa ada 5  perusahaan  yang  telah  mengembangkan  teknologi  sintesa DME  menggunakan  proses  langsung    diantaranya  JFE, Air Products , Holder Topsoe, dan KOGAS [3].
Pada  teknologi  proses  purifikasi,  produk  dari  reaktor sintesa  DME  dialirkan  menuju  unit  pemisahan  yang  terdiri dari separator dan kolom destilasi. Produk dari reaktor DME didinginkan  hingga  terkondensasi  sehingga  membentuk komponen  cair  campuran  DME  dan  CO 2 yang  terlarut, metanol,  air,  serta  komponen  uap  yang  tidak  bereaksi  dan DME  yang  tidak  terkondensasi.  Fluida  yang  telah terkondensasi dialirkan menuju separator dimana akan terjadi penurunan  tekanan  didalam  separator  sehingga  DME  yang menjadi vapour akan  semakin  banyak.  Produk  bawah  hasil separator yang mengandung campuran DME dan CO 2 yang terlarut  dalam  DME,  metanol,  dan  air  dialirkan  kedalam kolom  destilasi  untuk  melakukan  pemurnian  DME.  Hasil pemurnian  pertama  adalah  distilat  yang  berupa  DME  dan campuran methanol  water sebagai bottom  product.  Bottom product dialirkan kembali ke dalam kolom destilasi kembali untuk memisahkan metanol dan air yang bercampur.

## II. DATA DASAR PERANCANGAN

## A.   Ketersediaan dan Kualitas Bahan Baku
Indonesia merupakan salah satu negara dengan cadangan gas alam terbesar di dunia. Setiap tahun banyak sumber gas alam  baru  yang  ditemukan  di  Indonesia.  Menurut  data Direktorat  Jendral  Minyak  dan  Gas  Bumi  tahun  2018, cadangan gas alam Indonesia mencapai 135,5 TSCF dimana sebanyak  99,6  TSCF  merupakan  Reserve  to  production (cadangan terbukti) dan sisanya 39,49 TSCF adalah cadangan potensial (terdiri dari cadangan ((P2) sebesar 21,26 TSCF dan cadangan Harapan (P3) sebesar 18,23 TSCF). Mengingat gas bumi  masih  merupakan  energi  yang  mendominasi  dalam penggunaan  energi  nasional,  maka  beberapa  upaya peningkatan cadangan gas bumi senantiasa dilakukan untuk meningkatkan  kepastian  cadangan  dari  status  cadangan
potensial menjadi cadangan terbukti. Pada awal tahun 2019 jumlah cadangan gas alam di Indonesia mencapai 77,3 TSCF dari  total  target  yang  Harapan  sejumlah  142  TSCF.  Pada tahun 2023, Pemerintah juga akan menghentikan ekspor gas melalu  pipa  ke  Singapura.  Hal  ini  untuk  mengoptimalkan pemanfaatan gas untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri.
Dimethyl  ether adalah  senyawa  organik  yang  terdiri  dari karbon,  hidrogen  dan  oksigen  dengan  rumus  molekul CH 3 OCH 3 .  Pada  kondisi  tekanan  dan  temperatur  standar DME  berbentuk  seperti  gas.  DME  merupakan  bentuk  ether yang  paling  sederhana  yang  dapat  dijadikan  bahan  bakar dalam bentuk LPG ( Liquified Petroleum Gas) . Produk DME harus memenuhi kriteria tertentu agar bisa dijual di pasaran. Berikut merupakan spesifikasi DME dengan fuel grade untuk dicampur dengan LPG mengikuti standar ISO TC28/DC4/WG14. Tabel 3 menunjukkan spesifikasi produk DME.

## B. Penentuan Kapasitas Produksi
Penentuan  kapasitas  produksi  merupakan  proses  yang memiliki  peranan  penting  saat  membuat  desain  pabrik. Kapasitas pabrik umumnya dikalkulasi berdasarkan permintaan  di  masa  mendatang,  di  saat  pabrik  mulai beroperasi  untuk  memproduksi  komoditi.  Data  yang diperlukan  adalah  data  perdagangan  luar  negeri,  seperti ekspor dan impor, juga data supply dan demand dari produk yang  akan  dihasilkan,  pada  suatu  region  dalam  periode tertentu.  Tabel  4  merupakan  data  pertumbuhan  ekspor  dan impor metanol di Indonesia.
Dari  Tabel  4  dapat  dihitung  perkiraan  nilai  produksi, ekspor,  impor  dan  konsumsi  pada  tahun  2023  yang  mana pabrik  akan  didirikan,  menggunakan  persamaan discounted sebagai berikut:
𝐹  =  𝑃 (1  + 𝑖 ) 𝑛
Dimana:
F = jumlah produk pada tahun pembangunan pabrik (ton) P = jumlah produk pada tahun terakhir (ton) i = pertumbuhan rata-rata per tahun
Tabel 5. Data pertumbuhan LPG di Indonesia Tahun Produksi Konsumsi Ekspor Impor 2007-2008 16,64% 30,52% -96,25% 66,80% 2008-2009 20,44% 36,90% 88,64% 54,75% 2009-2010 14,25% 32,79% -99,68% 43,45% 2010-2011 -8,44% 13,58% 99,64% 18,57% 2011-2012 -3,81% 10,29% -99,73% 22,61% 2012-2013 -9,48% 0,00% 28,32% 22,01% 2013-2014 15,47% 7,97% 40,79% 8,44% 2014-2015 -3,11% 4,45% -23,21% 10,47% 2015-2016 -2,94% 4,00% 32,41% 10,06% 2016-2017 -10,53% 7,62% -61,11% 18,05% 2017-2018 -0,94% 0,14% 17,07% 1,88% 2018-2019 -2,40% 7,76% 7,35% 2,58% Rata-rata 2,09% 13,00% -5,48% 23,31% Tabel 6. Proyeksi LPG tahun 2023 Proyeksi LPG (ton) Produksi 2.131.717 Ekspor 371,947 Impor 13.199.007
Konsumsi 12.653.221 Gambar 3. Diagram sektor reforming. Gambar 4. Diagram sektor heat recovery. Q-112 Natural Gas R-110 6 254,5 23 3 35 1 5 255 23 4 1200 1 7 342 50 G-112 Q-111 from Fuel Gas System Fuel From Outside Furnace Air HPS Flue gas CO 2 22 -7,9 50 E- 113 G- 114 G-115 E- 211 From H-412 CO2 Recycle 8 35 25 9 123 50 From Air Separation Plant Oxygen 11 1533 49, 6 To E-212 Syngas from ATR 23 35 50 2 35 1 1 35 23 10 900 49, 7 12 1383 49,3 E-211 13 1225 49,2 E-212 15 30 49 E-210 E-213 14 170 49,2 BFW E-210 Syngas From ATR From R-110 Water Separator To H-311 11 1533 49, 6 HPS
n = Selisih tahun yang diperhitungkan (-)
Maka  dapat  dihitung  nilai  pertumbuhan  produksi, konsumsi,  ekspor  dan  impor  dari  tahun  2007-2019.  Data pertumbuhan LPG di Indonesia tertera pada Tabel 5.
Berdasarkan penghitungan melalui persamaan discounted , maka  didapatkan  proyeksi  jumlah  produksi,  ekspor,  impor dan konsumsi LPG pada tahun 2023 yang tertera pada Tabel 6.
Selanjutnya dapat dilakukan penghitungan kebutuhan LPG tahun 2023 berdasarkan persamaan:

## 𝑆  =   (𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 –  𝐾𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖)   +   (𝐼𝑚𝑝𝑜𝑟 –  𝐸𝑘𝑠𝑝𝑜𝑟)

## 𝑆  =  2.678.023 𝑡𝑜𝑛
Berdasarkan  perkiraan,  kebutuhan  LPG  di  tahun  2023 sejumlah  2.678.023  ton.  Hingga  saat  ini  di  Indonesia  telah ada  pabrik  DME  namun  dengan  kapasitas  produksi  yang sangat kecil yaitu 1200 ton/tahun oleh PT. Bumi Tangerang Gas  Industri.  Tentu  hal  ini  tidak  mampu  mencukupi permintaan atau kebutuhan DME di Indonesia, sehingga jalan terakhir  untuk  memenuhi  semua  kebutuhan  itu  adalah melakukan import. Untuk mengatasi tingginya jumlah import LPG, PT Pertamina (Persero), PT Bukit Asam Tbk (PTBA), dan Air Product and Chemicals Inc. bersepakat mendirikan perusahaan joint  venture yang  bergerak  di  bidang  bisnis pengolahan  batubara  dan  produk  turunan  batubara.  Usaha yang dimaksudkan tidak lain adalah produksi DME sebagai
pengganti  LPG.  usaha  gasifikasi  batubara  ini  memiliki kapasitas  produksi  1,4  Juta  ton  DME  per  tahun  dengan kebutuhan  batubara  sebesar  9,2  juta  ton  per  tahunnya. Sehingga  pada  tahun  2023  nanti,  PT  Bukit  Asam  akan menjadi  kompetitor  besar.  Dengan  demikian  masih  tersisa sekitar  1,2  juta  ton  kebutuhan  LPG  yang  belum  terpenuhi. Oleh  karena  itu  pabrik  DME  ini didirikan  untuk  memenuhi 20%  kebutuhan  blending  LPG  di  tahun  2023  dengan kapasitas produksinya sebesar 260.000 ton/tahun.

## C. Lokasi dan Ketersediaan Utilitas
Dalam  pendirian  suatu  pabrik,  penentuan  lokasi merupakan  hal  yang  sangat  fundamental.  Penentuan  lokasi memberikan  pengaruh  yang  besar  terhadap  kelangsungan beroperasinya pabrik. Tujuan penentuan lokasi suatu pabrik adalah  untuk membantu pabrik  beroperasi atau  berproduksi dengan  lancar,  efektif  dan  efisien  serta  memberikan keuntungan  sebesar-besarnya.  Hal  ini  berarti  dalam menentukan  lokasi  pabrik  perlu  diperhatikan  faktor-faktor yang  mempengaruhi  besarnya  biaya  produksi  dan  biaya distribusi dari produk yang akan di hasilkan.
Terdapat  beberapa  pilihan  lokasi  yang  memungkinkan untuk ditempatkan, yaitu Sumatera Selatan, Kepulauan Riau, dan  Kalimantan  Timur.  Pemilihan  lokasi  pendirian  pabrik didasarkan  oleh  beberapa  factor  ketersediaan  bahan  baku, ketersediaan  pasar,  legalitas,  jumlah  potensi  tenaga  kerja, upah  minimum  regional,  harga  lahan,  iklim,  transportasi, pasokan  air,  dan  listrik,  dibantu  dengan  metode  AHP
Gambar 5. Diagram sintesa DME.
Gambar 6. Diagram purifikasi DME.
Gambar 7. Grafik Break Even Point (BEP).
Tabel 7. Hasil perhitungan analisa ekonomi No.  Keterangan Jumlah 1.  Biaya Tetap (FC) Rp 428.177.635.539 2. Biaya Variabel (VC) - Bahan Baku Rp 851.057.979.631 - Utilitas Rp 180.473.778.574 - Royalty Rp 18.047.377.857 Total Biaya Variabel (VC)  Rp 1.049.579.136.063 3. Biaya Semivariabel (SVC) - Gaji Karyawan Rp 25.572.000.000 - Pengawasan Rp 2.045.760.000 - Pemeliharaan dan Perbaikan Rp 46.069.745.596 - Operating Supplies Rp 11.517.436.399 - Laboratorium Rp 2.045.760.000 - Pengeluaran Umum Rp 149.493.422.859 - Plant Overhead Cost Rp 90.236.889.287 Total Biaya Semivariabel (SVC) Rp 326.981.014.142 4.  Total Penjualan (S) Rp 2.856.638.643.598 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 0% 20% 40% 60% 80% 100% N il ai Mat a U an g (Rp Mi ly ar) Kapasitas Produksi Biaya Tetap Total Pengeluaran
didapatkan  lokasi  untuk  pendirian  pabrik  yaitu  di  Desa Handil  Terusan,  Kecamatan  Anggana,  Kabupaten  Kutai Kartanegara  Provinsi  Kalimantan  Timur.  Pemilihan  lokasi tersebut dengan mempertimbangkan kedekatan ketersediaan bahan  baku,  yaitu  dari  PT  Pertamina  Hulu  Mahakam  yang hanya  berjarak  sekitar  30km.  Lokasi  tersebut  juga  strategis karena berada di sepanjang Sungai Mahakam sehingga dapat memanfaatkan air secara langsung untuk sumber kelistrikan maupun utilitas. Selain itu sasaran utama pemasaran yaitu PT Badak NGL juga terletak di Kalimantan Timur, tepatnya di Kabupatan Bontang yang berjarak sekitar 100 km dan dapat ditempuh melalui akses jalan darat.

## III. URAIAN PROSES
Proses  pembuatan  DME  dari  gas  alam  secara direct process pada  pabrik  ini  dibagi  kedalam  empat  buah  sektor utama. Antara lain Sektor Reforming , Sektor Heat recovery , Sektor Sintesa DME, dan Sektor Purifikasi DME [3]. Block flow diagram sintesa DME dengan direct process tertera pada Gambar 2.

## A. Autothermal Reforming
Gas alam adalah bahan baku utama pada pembuatan DME. Biasanya gas alam dikonversi melalui reaksi katalitik dengan steam  dan/atau  oksigen,  yang  mana  proses  ini  dinamakan reforming gas  alam.  Proses reforming gas  alam  dilakukan menggunakan autothermal reforming (R-110) yang bertujuan untuk menghasilkan syngas (CO dan H 2 ).
Tahap Auto-thermal Reforming terdiri dari 2 bagian antara lain, feed preheat section dan reactor section . Proses utama dari  tahap  ini  terjadi  pada  bagian reactor  section untuk mengkonversikan  gas  alam  menjadi syngas .  Sebelum memasuki reaktor, aliran umpan berupa gas alam, dipanaskan terlebih  dahulu  melalui Fired  Heater ,  (Q-111).  Pemanasan ini  bertujuan  untuk  mengkondisikan  temperatur  umpan,
seperti  kondisi  yang  dibutuhkan  oleh  reaktor,  (R-110). Terdapat  tiga  aliran  umpan  kedalam  reaktor Autothermal Reforming antara  lain  umpan feed yang  telah  bercampur dengan steam pada  temperatur  campuran  sebesar  342 o C, aliran  umpan  oksigen  yang  diperoleh  dari Air  Separation Unit , dan Recycle CO 2 dari byproduct DME yang sebelumnya dipanaskan  terlebih  dahulu  menggunakan steam melalui heater (E-113).  Gambar  3  menunjukkan  diagram  sector reforming.  Gambar  4  menunjukkan  diagram  sector heat recovery.
Reaktor Autothermal Reforming ini mengombinasikan dua proses reforming , yaitu Partial Oxidation Reforming (POX) dan Steam  Methane Reforming (SMR). Partial  Oxidation Reforming atau  proses  oksidasi  parsial  merupakan  reaksi pembentukan syngas yang  berasal  dari methane dengan insufficient oxygen atau oksigen yang sangat sedikit dimana reaksi dapat terjadi tanpa adanya katalis dan bersifat sangat eksotermis[5].
CH 4 + ½ O 2 ⇌ CO + 2H 2 ΔH o 298 = -35,9824 kJ/mol
Hidrokarbon dengan rantai yang lebih tinggi akan bereaksi dengan reaksi:
C n H m + (n/2) O 2 ⇌ n CO + (m/2) H 2
Sedangkan Steam  Methane Reforming merupakan  reaksi antara methane dengan superheated steam untuk membentuk syngas .  Reaksi  ini  membutuhkan  katalis,  biasanya  berbasis nikel,  dan  beroperasi  pada  temperatur  tinggi  (800–1000 o C, 20–30 atm).
CH 4 + H 2 O ⇌ CO + 3H 2 ΔH o 298 = 205,4344 kJ/mol
CO + H 2 O ⇌ H 2 + CO 2 ΔH o 298 = -41,003 kJ/mol
Reaksi tersebut merupakan reaksi methane reforming dan Water-Gas  Shift  Reaction (WGS).  Reaksi  tersebut berlangsung  secara reversible .  Konsentrasi  dari  tiap
Gambar 8. Process flow diagram pra-desain pabrik dimethyl ether dari gas alam melalui direct process.
komponen  bergantung  pada  kondisi  reaksi:  temperatur, tekanan,  dan  H 2 O/CH 4 ratio .  Pembentukan syngas akan meningkat  ketika  temperatur  meningkat  dan  tekanan menurun.  Dengan  meningkatnya  temperatur,  reaksi  WGS akan semakin berkurang dan CO dan H 2 akan menjadi main product.
Pada bagian ATR pada umumnya dihasilkan rasio H 2 /CO sebesar  1,6  -  2,6,  sedangkan  untuk  menghasilkan  konversi DME  yang  lebih  tinggi  dibutuhkan  rasio  H 2 /CO  =  1,  maka dilakukan recycle CO 2 yang  berasal  dari byproduct direct synthesis DME kedalam ATR
B. Heat Recovery
Syngas yang telah diproduksi oleh Auto-thermal Reformer (ATR)  mengandung  sebagian  besar  hidrogen,  CO  dan  CO 2 (bahan pembentuk DME) serta sebagian air. Syngas tersebut mempunyai temperatur yang sangat tinggi, yaitu 1533 o C dan tekanan  15,2  atm.  Aliran syngas memiliki  temperatur  yang tinggi  sehingga  dapat  dimanfaatkan  pada  aliran  lain  yang membutuhkan panas atau energi. Pada tahap Heat Recovery terjadi pertukaran panas, yaitu memanfaatkan panas keluaran Autothermal  Reformer (R-110)  sebagai  pemanas  aliran  lain sehingga  dapat  menaikan  temperatur  aliran  yang  dituju. Konsep  yang  digunakan  pada Heat  Recovery adalah menukarkan  panas  antara  aliran  panas  dan  aliran  dingin dengan bantuan alat Heat Exchanger dan Water Heat Boiler . Sistem aliran pada HR diatur secara counter current . Aliran Syngas hasil produk  ATR  sebagai  aliran  panas  dialirkan  ke heat  exchanger dan  dikontakan  dengan  aliran  O 2 dengan temperatur 35 o C dan tekanan 49,7 atm sebagai aliran dingin. Pada kolom heat-exchanger terjadi pertukaran panas dimana hasil  keluaran  heat-exchanger  yaitu  aliran  O 2 dengan temperatur 900 o C dengan tekanan 49,7 atm dan aliran syngas menjadi 1383 o C dengan tekanan 49,3 atm. Selanjutnya panas akan  di- recovery dengan Water  Heat  Boiler ,  E-210,  untuk memproduksi steam . Effluent dari Water Heat Boiler adalah syngas yang  bersuhu  170 o C,  yang  kemudian  didinginkan lebih lanjut menggunakan cooler , E-213, untuk menurunkan suhu hingga temperatur dimana H 2 O berfasa liquid .

## C. Sintesa DME
Proses sintesa DME ini dilakukan melalui direct process , dimana syngas yang  terdiri  dari  CO,  H 2 ,  dan  sebagian  CO 2 akan  direaksikan  langsung  membentuk Dimethyl  Ether . Untuk  mendapatkan  rasio syngas yang  optimal,  dapat dilakukan  optimasi  pada  proses reforming gas  alam,  yaitu dengan  cara  me- recycle gas  CO 2 yang  terbentuk  sebagai produk samping sintesa DME menuju ke ATR.
3CO + 3H 2 → CH 3 OCH 3 + CO 2
2CO + 4H 2 → CH 3 OCH 3 + H 2 O
Reaksi  sintesa  DME  adalah  sangat  eksotermik.  Reaksi sintesa DME membutuhkan katalis Cu-Zn/Al 2 O 3 yang akan terdeaktivasi pada temperatur 300 o C, sehingga diperlukannya kontrol terhadap suhu reaksi. Semakin tinggi konversi sintesa DME  maka  akan  semakin  besar  pula  panas  reaksi  yang dihasilkan,  dan hot  spot pada  reaktor  dapat  menyebabkan kerusakan pada katalis.
Kontrol  terhadap  suhu  reaksi  dapat  dilakukan  dengan menggunakan pendingin pada  bagian shell reaktor.  Reaktor tersebut berisi solvent inert dan mengandung partikel-partikel
katalis  halus,  kemudian  gas  reaktan  akan  membentuk gelembung  dan  berdifusi  kedalam solvent ,  sehingga  akan terjadi reaksi sintesa DME. Panas yang dihasilkan dari reaksi akan  secara  cepat  diserap  oleh  solvent,  yang  berkapasitas panas  tinggi,  dan  konduktivitas  thermal  yang  efektif, sehingga distribusi suhu pada slurry akan menjadi homogen/ menyeluruh.  Panas  yang  terproduksi  dari  reaktor  kemudian diserap oleh air pendingin yang dialirkan melalui bagian shell reaktor.  Sintesan  DME  pada  multitube  tubular  reaktor  ini akan menghasilkan produk berfasa gas  sehingga pemisahan liquid  dan  katalis  tidak  diperlukan.  Diagram  sintesa  DME ditunjukkan pada Gambar 5.

## D. Purifikasi DME
Setelah terbentuknya DME dan beberapa byproduct seperti CO 2 dan  H 2 ,  proses  yang  dibutuhkan  selanjutnya  adalah purifikasi.  Proses  purifikasi  berfungsi  untuk  mendapatkan produk DME yang lebih murni sebagaimana spesifikasi sales DME.  Komponen  yang  harus  di  hilangkan  adalah  CO 2 , metanol, dan air. Produk dari reaktor DME dialirkan kedalam unit pemisahan berupa tiga buah kolom destilasi. Mula-mula produk dari reaktor DME dialirkan ke dalam kolom destilasi pertama  (D-410).  Kolom  distilasi  pertama  bertujuan memisahkan  CO 2 dari  campuran  DME  dan  metanol  water. Produk  atas  yang  didapatkan  pada  kolom  distilasi  pertama yaitu  99%  CO 2 dengan  kandungan  lainnya  DME  dan campuran methanol  water .  Temperatur  pada  produk  atas distilasi  sebesar  -30 o C  yang  merupakan  proses cryogenic dalam  memisahkan  CO 2 .  Produk  bawah  kolom  distilasi pertama adalah campuran DME, metanol dan air. CO 2 hasil kolom distilasi pertama selanjutnya di- recycle menuju ATR untuk  digunakan  kembali  dan  memaksimalkan  konversi syngas yang  didapatkan.  Produk  bawah  kolom  distilasi pertama dialirkan pada kolom distilasi kedua. Kolom distilasi kedua  bertujuan  memisahkan  DME  dengan  campuran metanol air. Produk atas kolom distilasi pertama berupa DME dengan  kemurnian  99,3%  mol  DME.  Produk  bawah  yang mengandung campuran metanol air didistilasi kembali pada kolom  distilasi  sehingga  terbentuk  distilat  berupa  metanol berfasa  gas  yang  kemudian  akan  di recycle menuju  reaktor DME.  Air  sebagai  produk  bawah  distliasi  dialirkan  menuju wastewater  treatment unit  utilitas.  Diagram  prufikasi  DME ditunjukkan pada Gambar 6.

## IV. MATERIAL BALANCE
Hasil  perhitungan material balance  pra-desain  pabrik Dimethyl Ether dari gas alam melalui direct process dengan kondisi pabrik 330 hari/tahun dan 24 jam/hari dengan basis waktu  1  jam  untuk feed masuk  berupa  gas  alam  sebanyak 40040,573kg/jam  menghasilkan  produk  utama  berupa Dimethyl Ether sebanyak 36.697,742 kg/jam [2].

## V. ANALISA EKONOMI
Salah satu parameter dalam pendirian suatu pabrik adalah analisa  ekonomi.  Dengan  analisa  ekonomi  dapat  diketahui apakah  pabrik  tersebut  layak  untuk  didirikan  atau  tidak. Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam penentuan untung rugi dalam mendirikan pabrik DME adalah [6]: 1. Laju pengembalian modal ( Rate of Return ).
2. Waktu pengembalian modal ( Pay Out Time ).
3. Titik impas ( Break Event Point ).
4. Interest Rate of Return (IRR).
Untuk  menentukan  faktor-faktor  di  atas  terlebih  dahulu perlu diketahui [6]:
1) Total Capital Investment (TCI)
Total  Capital  Investment adalah  jumlah  modal  yang diperlukan  untuk  mendirikan  suatu  pabrik Total  capital investment dibagi  atas  dua  bagian,  yaitu Fixed  Capital Investment (FCI) dan Working Capital Investment (WCI).
2) Total Production Cost (TPC)
Total  production  cost (total  biaya  produksi)  terdiri  dari Manufacturing Cost (Biaya Produksi) dan General Expenses (Biaya Umum).

## 3) Profitability
Beberapa asumsi yang digunakan dalam analisa ini adalah umur  pabrik  15  tahun  dengan  kapasitas  produksi  sebagai berikut:
1. Tahun pertama 80%,
2. Tahun kedua samapi kesepuluh100%,
3. Pajak pendapatan 30% dari laba kotor.
Gambar  7  menunjukkan  grafik  BEP.  Dari  hasil perhitungan pada neraca ekonomi yang tertera pada Tabel 7 didapatkan sebagai berikut:
1. Modal Investasi  : Rp 2.709.985.035.056/ tahun
2. Biaya Produksi : Rp 1.804.737.785.743/ tahun
3. Hasil Penjualan  : Rp 2.856.638.643.598/ tahun
4. IRR : 24,79 % 5. BEP : 32 % 6. POT : 3,77 tahun

## VI. KESMPULAN
Pabrik Dimethyl Ether dari gas alam melalui direct process ini  direncanakan  akan  didirikan  di  Provinsi  Kalimantan Timur, Kabupaten Kutai Kartanegara, Kecamatan Anggana, Desa Handil Terusan. Pabrik direncanakan beroperasi secara kontinyu 24 jam selama 330 hari per tahun dengan kapasitas 290.646  ton/tahun.  Pembuatan  dimethyl  ether  melalui  4 sektor yaitu Sektor Reforming , Sektor Heat Recovery , Sektor Sintesa DME, dan Sektor Purifikasi DME. Pabrik Dimethyl Ether memiliki  nilai  IRR  ( Internal  Rate  Return) sebesar 24,79% dengan POT ( Pay Out Time) selama 3.77 tahum dan memiliki  BEP (Break  Even  Point) sebesar  33%.  Dari  hasil uraian diatas, segi teknis dan ekonomis pabrik Dimethyl Ether dari  gas  alam  melalui direct  process layak  untuk  didirikan. Process flow diagram pra-desain pabrik dimethyl ether dari gas alam melalui direct process tertera pada Gambar 8.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Direktorat Jendral Minyak dan Gas Bumi, Laporan Tahunan Capaian Program dan Kegiatan 2019 . Jakarta: Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2020.
[2]  D. Q. Kern, Process Heat Transfer . New York: McGraw-Hill, 1950.
[3]  S. Karagoz, “Process Design, Simulation, and Integration of Dimethyl Ether  (DME)  Production  from  Shale  Gas  by  Direct  and  Indirect Methods,”  Chemical  Engineering  Department:  Texas  A&M University. 2014.
[4]  A. J. Kidnay, W. R. Parrish, and D. G. McCartney, Fundamentals of Natural Gas Processing . New York: Crc Press, 2019.
[5]  Direktorat Jendral Minyak dan Gas Bumi, Neraca Gas Bumi Indonesia 2018-2027 .  Jakarta:  Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya  Mineral, 2018.
[6]  M.  S.  Peters,  K.  D.  Timmerhaus,  and  R.  E.  West, Plant  Design  and Economics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill, 2003.