Submitted : 14 Maret 2020 Revised : 20 April 2020 Accepted : 15 Juni 2020

## KONVERSI HIDROKARBON MENJADI OLEFIN MELALUI PERENGKAHAN TERMAL DAN KATALITIK
Septian Arief Nur Rahman 1 , Anton Irawan 1,2 , Teguh Kurniawan *1,2
1 Program Studi Magister Teknik Kimia, Pascasarjana, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Raya Jakarta Km.4 Pakupatan, Serang, 42122, Indonesia
2 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jenderal Sudirman km.3, Cilegon, 42435, Indonesia *Email: teguh@untirta.ac.id

## Abstrak
Proses produksi olefin (C n H 2n ) dengan proses perengkahan hidrokarbon dapat dibagi menjadi empat bagian utama yaitu perengkahan, pendinginan, kompresi dan pemisahan. Dua jenis produk utama olefin yang sangat dikenal, yaitu etilena dan propilena. Pada bagian awal proses produksi yaitu perengkahan yang terjadi di dalam tungku pembakaran  yang  merupakan  tempat  terjadinya  pembakaran  untuk  mengkonversi  bahan  baku  hidrokarbon menjadi  olefin  dengan  bantuan  uap  air  panas.  Tungku  pembakaran  dibagi  lagi  menjadi  dua  bagian  yaitu  area radiasi dan area konveksi. Reaksi utama terjadi di area radiasi. Bahan baku yang utama, yaitu etana, propana dan nafta.  Masing-masing  bahan  baku  mempunyai  rendemen  produk  olefin  yang  berbeda-beda.  Di  sisi  lain  dari perengkahan hidrokarbon ini terbentuknya residu karbon. Beberapa cara untuk mengontrol pembentukan residu karbon  yaitu  dengan  pemilihan  material  pipa,  seperti  campuran  Cr-Si  dengan  komposisi  tinggi,  atau  dengan pelapisan Al, Cr, Si, kemudian dengan penambahan sulfur di umpan hidrokarbon, peningkatan rasio uap air panas terhadap hidrokarbon dan dengan penambahan additif. Perengkahan secara katalitik berpotensi dikembangkan lebih lanjut karena mempunyai konsumsi energi yang lebih rendah dan selektivitas olefin yang lebih fleksibel, meskipun  demikian  penelitian  lebih  jauh  perlu  dilakukan  untuk  memperoleh  katalis  yang  sesuai  dengan kebutuhan.
Kata kunci: Perengkahan Hidrokarbon, Tungku Api, Olefin, Residu Karbon, Termal dan Katalitik

## Abstract
Olefin  (C n H 2n )  production  with  steam  cracking  thermal  process  can  be  divided  into  four  main  processes  such  as cracking, cooling, compression and separation. The two main types of olefin product well known are ethylene and propylene. In the beginning process production, thermal steam cracking occurs in the furnace which is the place of combustion process to convert the raw material of hydrocarbons into olefins product. The furnace is divided into two areas, the radiation area and the convection area. The main reaction takes place in the radiation area. The main raw materials are ethane, propane and naphtha. Each raw material has a different olefin product yield. On the other side of  the  hydrocarbon  cracking  is  the  coke  formation.  Some  ways  to  control  the  coke  formation  by  choosing  pipe material,  such  as Cr-Si  mixtures with  high composition  pipe  or  by  coating Al,  Cr,  Si,  then  by  adding sulfur  in  the hydrocarbon feed, increasing the diluent steam to hydrocarbons ratio and by adding additives. Catalytic cracking has the potential to be further developed because it has lower energy consumption and more flexible for olefin selectivity although more effort is needed to obtain catalysts that were meet to the fuctional use.
Keywords: Hydrocarbon Cracking, Furnace, Olefin, Coke Formation, Thermal & Catalytic

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan industri kimia bisa dijadikan salah satu  indikator  kemajuan  suatu  negara.  Produk  yang dihasilkan  dari  industri  kimia  sangat  erat  kaitannya dengan kemanfaatannya untuk menopang pertumbuhan  ekonomi  suatu  negara.  Industri  kimia masih  terbagi  lagi  dalam  beberapa  sektor  seperti farmasi,  agrokimia,  oleokimia  dan  petrokimia.  Untuk mengembangkan  industri  kimia,  diperlukan  industri pionir untuk menghasilkan produk yang dipakai untuk industri  turunannya.  Industri  petrokimia  merupakan salah  satu  industri  yang  mempunyai  rantai  industri cukup  panjang  dari    hulu  sampai  hilir.  Industri  ini berbasis dari hidrokarbon hasil turunan minyak bumi kemudian diproses sedemikian rupa sehingga berhilir pada  produk  yang  langsung  dipakai  oleh  konsumen seperti  kimia  pembersih,  cat, serat  benang,  karet  dan plastik.
Bagian hulu industri petrokimia berperan sebagai indutri  pionir  untuk  menghasilkan  produk  berupa olefin.  Olefin  merupakan  produk  rantai  hidrokarbon alifatik  tak  jenuh  dengan  rumus  molekul  umumnya C n H 2n .  Olefin  merupakan  komponen  kunci  dalam industri  kimia,  dua  jenis  olefin  yang  umum  dikenal adalah  etilena  dan  propilena  dengan  total  produksi mencapai 150 juta ton dan 80 juta ton per tahun dan sebagian  besar  teknologi  yang  dipakai  adalah  dengan perengkahan  hidrokarbon  dengan  menggunakan  uap air panas (Amghizar et al., 2017).
Bahan  baku  untuk  produksi  olefin  berupa  gas seperti etana, propana dan butana atau minyak seperti nafta  dan  kondensat.  Proses  produksi  dapat  dibagi menjadi  empat  bagian  utama  yaitu  perengkahan, pendinginan, kompresi dan pemisahan.Seperti industri pada  umumnya,  produksi  olefin  memerlukan  energi yang  cukup  besar.  Dalam  praktiknya  hampir  sekitar 65%-70%  konsumsi  energi  berada  di  area perengkahan hidrokarbon dengan uap air panas (Ren et al., 2006). Alternatif lain untuk memproduksi olefin selain  dengan  perengkahan  termal/perengkahan  uap air  panas  yaitu  perengkahan  katalitik.  Dalam perkembangannya,  perengkahan  katalitik  dengan bahan baku nafta melalui katalis padat (ZSM-5 zeolit) dapat memperoleh rasio propilena/etilena lebih tinggi pada  temperatur  rendah  dengan  mekanisme carbenium  ion/β -scission  (Konno  et  al.,  2012). Perengkahan  katalitik  yang  beroperasi  pada  suhu rendah,  berimplikasi  pada  energi  yang  di  konsumsi juga  lebih  rendah,  selain  itu  potensi  gas  rumah  kaca yang dihasilkan juga lebih rendah.
Pada artikel ini membahas ulasan tentang tungku pembakaran beserta proses yang menyertainya. Jenis- jenis  bahan  baku  untuk  perengkahan  termal  seperti etana,  propana  dan  nafta  juga  dijelaskan  dengan disertai  model  kinetikanya.  Proses  samping  yang terjadi yaitu deposisi karbon yang mungkin terbentuk dijelaskan  melalui  beberapa  pendekatan  mekanisme. Ulasan  bagian  akhir  mengenai  potensi  perengkahan secara katalitik untuk memproduksi olefin.

## 2. TUNGKU PEMBAKARAN
Tungku pembakaran merupakan tempat terjadinya  pembakaran  untuk  mengonversi  bahan baku  hidrokarbon  menjadi  olefin.  Bahan  baku hidrokarbon ini umumnya berupa gas yaitu etana dan propana,  butana  atau  campurannya  dan  bahan  baku berupa cairan minyak bumi seperti nafta. Berikut jenis bahan baku dan karakteristiknya:
Tabel 1 . Karakteristik bahan baku
Sumber: Sadrameli et al., 2015; Froment et al., 1977 Bahan  baku  tersebut  kemudian  dikonversi  menjadi olefin  di  tungku  pembakaran.  Tungku  pembakaran dibagi  lagi  menjadi  dua  bagian  yaitu  area  radiasi  dan area konveksi. Berikut skema tungku pembakaran:
Sumber: Sadrameli et al., 2015 Gambar 1. Skema tungku pembakaran
Proses  perengkahan  terjadi  di  reaktor  pipa  alir yang mempunyai posisi bergantung secara vertikal di bagian radiasi yang dilengkapi dengan pembakar yang berada di lantai, atap dan  atau dinding samping pada tekanan  rendah  dan  kisaran  temperatur  600-850 o C tergantung  umpan  yang  dipakai.  Umpan  hidrokarbon dan uap air panas di panaskan terlebih dahulu di area konveksi dari tungku. Uap air panas digunakan untuk meningkatkan  temperatur  umpan,  mengencerkan nafta yang berat dan menurunkan penurunan tekanan karena  pembentukan  residu  karbon  di  dalam  reaktor pipa selama proses. Gas yang telah dipanaskan terlebih dahulu  kemudian  masuk  ke  area  radiasi  pada temperatur  500-650 o C,  selanjutnya  secara  cepat temperatur  naik  ke  750-900 o C  sesuai  temperatur perengkahan  gas  dengan  proses  radiasi  gas pembakaran dari pembakar. Produk perengkahan dari area radiasi berupa kombinasi olefin, aromatik, bahan bakar  minyak  pirolisis  dan  produk  berat  lainnya. Temperatur proses dikontrol dengan termokopel pada
Bahan Baku Etana Propana Nafta Massa Jenis (kg/m 3 ) - - 699 Alkana (%b) 99.9 99.7 66.0 Alkena (%b) 0.1 0.3 - Sikloalkana (%b) - - 28.0 Aromatis (%b) - - 6.0
keluaran reaktor pipa yang dikenal dengan istilah COT ( Coil Oulet Temperature ) (Sadrameli et al., 2015). Reaksi  perengkahan  hidrokarbon  merupakan reaksi  endotermis  yang  berlangsung  di  dalam  suatu reaktor pipa. Tujuan utama reaksi adalah pembentukan olefin.  Beberapa  pemodelan  dan  simulasi  telah dilakukan untuk reaksi perengkahan di dalam tungku. Reaktor  pipa  untuk  simulasi  model  1-D  mempunyai perbedaan  cukup  besar  dengan  data  referensi/aktual karena  perbedaan  pemakaian  konsentrasi  untuk prekursor residu karbon, sedangkan simulasi model 2- D  lebih  merepresentasikan  pembentukan  residu karbon pada proses perengkahan etana menggunakan uap  air  panas  (Geem  et  al.,  2004).  Pada  prosesnya, reaksi  pembentukan  olefin  diperlukan  riset  untuk memperoleh  kondisi  operasi  yang  optimal.  Optimasi dengan simulasi model dari program gPROMS dengan tujuan  memaksimalkan  keuntungan  diperoleh  pada kondisi  temperatur  keluaran  pipa  (COT)  pada  864 o C, rasio  uap/nafta  (S/N)  pada  0.682  kg/kg  dengan  nilai keuntungan mencapai 237585 USD/tahun (Jarullah et. al, 2014).
Optimasi  profil  temperatur  terhadap  uap  air panas/nafta  (S/N)  juga  telah  disimulasikan  dengan menggunakan  perangkat  lunak  HYSYS  untuk memaksimalkan  keuntungan  (Gao  et  al.,  2009). Kenaikan  rasio  uap/nafta  (S/N)  akan  meningkatkan rendemen  etilena  dan  menurunkan  pembentukan residu  karbon,  sedangkan  pada  konstan  temperatur keluaran pipa (COT), variasi rasio uap air panas/nafta (S/N)  dan  laju  umpan  tidak  menunjukkan  efek  yang signifikan terhadap profil temperatur gas (Shahrokhi et al.,  2003).  Optimum  profil  temperatur  untuk perengkahan  nafta  di  peroleh  dengan  COT  diantara 800-900 o C (Masoumi et al., 2006).
Mekanisme reaksi untuk beberapa umpan tunggal ketika  perengkahan  akan  melibatkan  lebih  dari  satu mekanisme reaksi radikal seperti etana melibatkan 49 reaksi,  propana  80  reaksi,  n-butana  86  reaksi  dan isobutana  86  reaksi.  Etana  sebagian  besar  akan menjadi  etilena.  Untuk  propana/n-butana/isobutana akan menjadi etilena, propilena, metana dan beberapa sebagian kecil jenis hidrokarbon yang lain (Sundaram et  al.,  1978).  Bahan  baku  berupa  jenis  minyak  yaitu nafta disederhanakan menjadi hanya 22 reaksi melalui mekanisme  reaksi  biasa  yang  kemudian  diobservasi pengaruh suhu, uap air panas/hidrokarbon (S/C) dan waktu  ruang  terhadap  rendemen  produk  utama melalui  mekanisme  reaksi  berorde-1  (Kumar  et  al., 1985).  Simulasi  model  lebih  detail  dengan menggunakan  perangkat  lunak  CRACKER – IBM  PC dikembangkan untuk membuat model di area radiasi, konveksi,  perengkahan  dan  penukar  panas  jalur transfer  untuk  3  jenis  nafta  ( light,  middle dan heavy naphth a)  yang  juga  bisa  digunakan  untuk  referensi desain and efisiensi operasi tungku pembakaran (Joo et al., 2000).

## 3. PERENGKAHAN ETANA
Etana  merupakan  salah  satu  jenis  umpan  untuk menghasilkan  olefin  melalui  reaksi  perengkahan termal di dalam tungku pembakaran. Reaksi terjadi di
area  radiasi  dalam  reaktor  pipa  yang  telah  melewati area konveksi sebagai pemanasan awal yang berfungsi untuk menaikan suhu sebelum masuk ke area radiasi. Berikut turunan rendemen dari beberapa jenis umpan:
Tabel 2. Rendemen olefin dengan berbagai jenis umpan
Sumber: Akah et al., 2015
Pemodelan  untuk  perengkahan  etana  dilakukan dengan  model  1-dimensi  (1-D)  di  reaktor  alir  pipa, menggunakan perangkat lunak Aspen Plus menghasilkan  beberapa  kesimpulan  (i)  Rendemen etilena  akan  maksimum  pada  coil  outlet  temperature (COT) 1173 K (ii) Maksimum konversi etana diperoleh pada  waktu  tinggal  sekitar  0.3-0.4  detik,  selebihnya tidak berpengaruh signifikan (iii) Etilena dan Hidrogen akan maksimum saat uap/etana (S/C) berada diantara 0.3-0.35 (Ranjan et al., 2012). Berikut reaksi molekuler yang  diusulkan  oleh  Sundaram  dan  Froment  dan disempurnakan oleh Ranjan:
Tabel 3. Reaksi molekuler untuk perengkahan etana
Sumber: Ranjan et al., 2012
Pendekatan  reaksi  lain  juga  diobservasi  melalui reaksi  radikal  dan  melalui  langkah  inisiasi,  propagasi dan  terminasi  melibatkan  49  reaksi  radikal  untuk perengkahan  etana  dan  80  reaksi  radikal  untuk perengkahan propana (Sundaram et. al, 1978). Reaksi molekuler  seperti  pada  skema  reaksi  di  atas  lebih dianjurkan  dalam  keperluan  untuk  simulasi  proses karena relatif lebih sederhana jika dibandingkan reaksi radikal.
Pemodelan  dan  simulasi  untuk  mengoptimalkan rendemen etilena telah diobservasi oleh van Goethem
Rendemen Etana (%b) Propana (%b) Nafta (%b) H 2 & CH 4 13 28 26 Etilena 80 45 30 Propilena 2 15 13 Butadiena 1 2 5 Campuran C4 2 1 8 C5+ 2 9 8 Benzena 0 0 5 Toluena 0 0 4 Minyak Bakar 0 0 2
Reaksi konstanta [s -1 ] atau b [cm 3 mol -1 s -1 ] E [J mol -1 ] Konstanta reaksi kebalikan [L mol -1 s -1 ]; E [kJ mol -1 ] C 2 H 6 ↔ C 2 H 4 + H 2 4.6 10 13
272838 8.49 10 8 ; 10 (-136.5/RT)
C 3 H 6 ↔ C 2 H 2 + CH 4 7.2 10 12 274178 3.81 10 8 ; 10 (-147.2/RT)
C 2 H 2 + C 2 H 4 → C 4 H 6 1.0 10 15 b
172632 C 2 H 4 + C 4 H 6 → C 6 H 6 + 2H 2 8.3 10 12 b
144599
C 3 H 8 ↔ C 3 H 6 + H 2 5.8 10 10 214597 9.03 10 5 ; 10 (-93.5/RT)
C 3 H 8 + C 2 H 4 → C 2 H 6 + C 3 H 6 2.5 10 16 b 247107 2C 3 H 6 → 3C 2 H 4 7.3 10 12 268487
2C 2 H 6 → C 3 H 8 + CH 4 3.8 10 11 273006
C 4 H 10 ↔ C 4 H 8 + H 2 1.6 10 12 260914 1.78 10 7 ; 10 (-135.1/RT)
C 2 H 4 + C 2 H 6 → C 3 H 6 + CH 4 7.0 10 16 b 252839 C 3 H 6 + C 2 H 6 → C 4 H 8 + CH 4 1.0 10 17 b
251082
et al., melalui flexible reactor synthesis model (d-Rmix) dan fundamental  kinetic  scheme (dari  SPYRO). menghasilkan  bahwa  maksimum  rendemen  etilena sekitar  67%-b  dengan  temperatur  mencapai  1200- 1300 K (van Goethem et al., 2013). Observasi hubungan radial temperatur dan rendemen olefin dilakukan oleh van Geem et al., melalui dua jenis pendekatan simulasi yaitu  model  1-D  dan  2-D.  Rendemen  etilena menunjukkan  penurunan  sepanjang  arah  radial menghasilkan  produk  olefin  yang  lebih  berat  seperti propilena dan butadiena (van Geem et al., 2004). Tetapi disini tidak dijelaskan secara spesifik perangkat lunak untuk  simulasi  yang  dipakai  dan  detail  reaksi  yang diasumsikan,  hanya  ada  keterangan  bahwa  reaksi melibatkan reaksi radikal.

## 4. PERENGKAHAN PROPANA
Umpan yang lebih berat dari etana yaitu propana. Secara  rendemen,  etilena  hasil  perengkahan  propana mempunyai  %wt  lebih  rendah  dibandingkan  etilena hasil  perengkahan  etana.  Reaksi  yang  terjadi merupakan reaksi endotermis. Reaksi molekuler untuk perengkahan  propana  diajukan  oleh  Sundaram  dan Froment (1977) sebagai berikut :
Tabel 4. Reaksi molekuler untuk perengkahan propana
Sumber: Sundaram et al., 1977
Pemodelan untuk perengkahan propana diobservasi  melalui  perangkat  lunak  gPROMS  dengan simulasi model 1-D pseudo-dynamic untuk area radiasi. Hasil  dari  model  berupa  komposisi  %b,  konversi propana, tekanan dan temperatur dinding tabung pipa divalidasi  dengan  data  lapangan  menunjukan  hasil yang memuaskan (Berreni et al., 2011). Percobaan lain dilakukan  oleh  Buekens  dengan  laju  aparat  pada temperatur  625-850 o C,  menggunakan  teori  reaksi radikal  cukup  cocok  dengan  mengasumsikan  kinetika reaksi  bekerja  pada  orde-1  (Buekens  et  al.,  1968). Pemodelan  lebih  komprehensif  dengan menggunakan Computational  Fluids  Dynamics (CFD)  menggunakan pendekatan  reaksi  radikal  perengkahan  propana  dan konsep  aliran Eddy-Dissipation  Concept (EDC)  untuk memodelkan  interaksi  secara  turbulen  menghasilkan semakin tinggi laju umpan sekitar 10% dari rancangan lebih  baik  untuk  indeks  selektivitasnya,  selain  laju umpan,  temperatur  juga  sangat  mempengaruhi perolehan rendemen olefin (Zhang et al., 2013).

## 5. PERENGKAHAN NAFTA
Bahan baku untuk memproduksi olefin yang lebih umum  dan  banyak  digunakan  yaitu  nafta.  Nafta mengandung  banyak  komponen  hidrokarbon  yang ketika melalui proses perengkahan dengan temperatur tinggi  akan  menghasilkan  produk  utama  berupa etilena,  propilena  dan  butadiena  yang  merupakan bahan  baku  dasar  untuk  rantai  industri  petrokimia lainnya.  Nafta  secara  umum  mengandung  n-parafin (42%),  iso-parafin  (48%),  naphthene  (7%)  dan aromatis (3%) (Sadrameli et al., 2015). Indikator untuk rendemen olefin biasanya dari kandungan parafin yang terdapat  pada  nafta.  Reaksi  molekuler  dalam perengkahan  nafta  pernah  di  ajukan  oleh  Kumar  and Kunzru (1985) sebagai berikut:
Tabel 5. Reaksi molekuler untuk perengkahan nafta
Sumber: Kumar et al., 1985
Eksperimen  beberapa  variabel  seperti  pengaruh temperatur dilakukan antara 993-1073 K, rasio uap air panas/nafta  (S/N)  0.71-1.43  kg/kg  dan space  time 0.024-0.76  detik  terhadap  rendemen  produk  utama perengkahan nafta diperoleh bahwa pendekatan model kinetika  reaksi  molekuler  dengan  orde-1  mempunyai validitas  cukup  baik  jika  dibandingkan  data  kalkulasi dan  data  eksperimen  (Kumar  et  al.,  1985).  Dalam perkembangannya,  untuk  reaksi  utama  nafta dimodelkan  dengan  senyawa  normal  parafin, isoparafin  dan  sikloalkana  ( naphthenes )  sebagaimana berikut:
Reaksi konstanta [s -1 ] atau b [m 3 kmol -1 s -1 ] E [kJ mol -1 ] Konstanta reaksi kebalikan [m 3 kmol -1 s -1 ];
E [kJ mol -1 ] C 3 H 8 → C 2 H 4 + CH 4 4.692 10 10 211.7 9.04 10 5 ; 95.3 C 3 H 8 ↔ C 3 H 6 + H 2 5.888 10 10 214.6 C 3 H 8 + C 2 H 4 → C 2 H 6 + C 3 H 6 2.536 10 13 b 247.1 2C 3 H 6 → 3C 2 H 4 1.514 10 11 233.5 2C 2 H 6 → 0.5C 6 + 3CH 4 1.423 10 9 190.4 C 3 H 6 ↔ C 2 H 2 + CH 4 3.794 10 11
248.5 2.32 10 7 ; 123.7 C 3 H 6 + C 2 H 6 → C 4 H 8 + CH 4 5.553 10 14 b 251.1 C 2 H 6 ↔ C 2 H 4 + H 2 4.652 10 13 272.8 9.97 10 8 ; 138.0 C 3 H 4 + C 2 H 2 → C 4 H 6 1.026 10 12 b 172.6 Reaksi konstanta [s -1 ] atau b [cm 3 mol -1 s -1 ] E [kJ mol -1 ]
Nafta → 0.58H 2 + 0.68CH 4 + 0.88C 2 H 4 + 0.1C 2 H 6 + 0.6C 3 H 6 + 0.02C 3 H 8 + 0.035C 4 H 10 + 0.2C 4 H 8 + 0.07C 4 H 6 + 0.09C 4 's 6.565 10 11
220.1
C 2 H 6 ↔ C 2 H 4 + H 2 4.652 10 11 273.0 C 3 H 6 ↔ C 2 H 2 + CH 4 7.284 10 12 273.5 C 2 H 2 + C 2 H 4 → C 4 H 6 1.026 10 15 b 172.7 2C 2 H 6 → C 3 H 8 + CH 4 3.75 10 12 273.2 C 2 H 4 + C 2 H 6 → C 3 H 6 + CH 4 7.083 10 16 b 253.0 C 3 H 8 ↔ C 3 H 6 + H 2 5.888 10 10 214.7 C 3 H 8 → C 2 H 4 + CH 4 4.692 10 10 211.9 C 3 H 8 + C 2 H 4 → C 2 H 6 + C 3 H 6 2.536 10 16 b 247.3 2C 3 H 6 → 3C 2 H 4 7.386 10 12 268.7 2C 3 H 6 → 0.3C n H 2n-6 + 0.14C 6 + + 3CH 4 2.424 10 11 238.2 C 3 H 6 + C 2 H 6 → 1-C 4 H 8 + CH 4 1.0 10 17 b 251.3 n-C 4 H 10 → C 3 H 6 + CH 4 1.0 10 12 249.7 n-C 4 H 10 → 2C 2 H 4 + H 2 7.0 10 14 295.9 n-C 4 H 10 → C 2 H 4 + C 2 H 6 4.099 10 12 256.7 n-C 4 H 10 ↔ 1-C 4 H 8 + H 2 1.637 10 12 261.1 1-C 4 H 8 → 0.41C n H 2n-6 + 0.19C 6 + 2.075 10 11 212.4 1-C 4 H 8 ↔ C 4 H 6 + H 2 1.0 10 10 209.3 C 2 H 4 + C 4 H 6 → B + 2H 2 8.385 10 12 b 144.7 C 4 H 6 + C 3 H 6 → T + 2H 2 9.74 10 11 b 149.2 C 4 H 6 + 1-C 4 H 8 → EB + 2H 2 6.4 10 17 b 242.7 C 4 H 6 + C 4 H 6 → ST + 2H 2 1.51 10 12 b 124.6
Tabel 6. Reaksi molekuler untuk perengkahan nafta penambahan reaksi utama.
Sumber: Parmar et al., 2018
Observasi dilakukan dengan memodelkan perengkahan  nafta  sebagai  reaktor  alir  pipa  dengan mempertimbangkan  tiga  reaksi  molekuler  utama seperti  di  Tabel  6 diikuti dengan  21  reaksi  tambahan seperti Tabel 5 kecuali reaksi pertama, hasil hitungan diperoleh  data  temperatur,  konsentrasi,  tekanan  dan fluks  panas  sebagai  fungsi  panjang  reaktor.  Hasil perbandingan antara data hitungan dan data lapangan untuk  variabel  yang  di  observasi  mempunyai kesesuaian  yang  cukup  tinggi  (Parmar  et  al.,  2018). Pemodelan  untuk  memprediksi  umur  koil  dengan menggabungkan  antara  kinetika  pembentukan  residu karbon dan kinetika reaksi radikal perengkahan nafta menunjukkan bahwa data hasil hitungan berupa umur koil  mempunyai  akurasi  yang  tinggi  dengan pembanding data lapangan sehingga bisa dipakai untuk petunjuk operator di lapangan (Niaei et al., 2004).
Investigasi untuk meningkatkan umur koil/tabung pipa  dilakukan  dengan  menambahkan  CO 2 pada  saat injeksi  uap  air  panas,  penambahan  CO 2 ini menghasilkan pembentukan residu karbon yang turun secara  signifikan  dan  menambah  umur  koil/tabung tungku pembakaran sekitar 25% dibandingkan hanya dengan uap air panas tanpa CO 2 (Haghighi et al., 2013). Hidrokarbon  minyak  fase  berat  di  observasi  secara eksperimen skala lab dengan menggunakan reaktor alir pipa  dengan  metode Central  Composite  Design (CCD). Variabel yang digunakan yaitu COT, laju umpan, rasio uap  air  panas  menghasilkan  maksimum  rendemen etilena  30.37%  dengan  COT,  waktu  tinggal  dan  rasio uap air panas masing-masing 869 o C, 0.208 detik, 1.22 g/g,  dan  maksimum  rendemen  propilena  diperoleh 15.37%  dengan  COT,  waktu  tinggal  dan  rasio  uap  air panas masing-masing 825 o C, 0.147 detik dan 0.95 g/g (Mehdi et al., 2010).

## 6. PEMBENTUKAN RESIDU KARBON
Residu  karbon  merupakan  salah  satu  masalah utama  yang  ada  di  perengkahan  hidrokarbon  dengan suhu  tinggi.  Residu  karbon  ini  membentuk  lapisan  di permukaan dalam pipa sehingga menambah hambatan dan  mengurangi  distribusi  fluks  panas  ke  gas  proses. Karakteristik  bahan  baku  menjadi  salah  satu  faktor pembentukan  residu  karbon  yaitu  tergantung dengan berat
molekul, komposisi parafin/olefin/naphthene/aromatis (PONA) dan kandungan  sulfur,  kenaikan  berat  molekul  akan meningkatkan  laju  pembentukan  residu  karbon, kenaikan laju pembentukan residu karbon seiring dari komponen parafin-naphthalene-aromatis, penambahan  sulfur  juga  akan  mengurangi  laju pembentukan residu karbon (Towfighi et al., 2002).
Berbagai  cara  dilakukan  untuk  menghambat terbentuknya  residu  karbon  seperti  meningkatkan waktu  tinggal,  memperbanyak  umpan  uap  air  panas, penambahan penghambat pembentukan residu karbon dan  pelapisan  pipa  tetapi  masih  belum  bisa menghilangkan secara menyeluruh untuk pembentukan  residu  karbon  ini.  Proses  dekomposisi residu  karbon  diperlukan  secara  berkala  untuk menjaga  performa  transfer  panas  tetap  efisien,  disisi lain selama proses ini berlangsung kesempatan untuk menghasilkan produk menjadi berkurang.
Pembentukan residu karbon diajukan Towfighi et al.,  melalui  tiga  mekanisme  yaitu  (i)  Pembentukan residu karbon secara katalitik (ii) Pembentukan residu karbon  secara  radikal  dan  (iii)  Kondensasi poliaromatik.
Sumber: Towfighi et al., 2002 Gambar 2. Mekanisme Katalitik Residu Karbon
Pembentukan  residu  karbon  secara  katalitik terjadi  saat  di  pipa  reaktor  terdapat  perbedaan komposisi antara krom, nikel dan besi, selama startup campuran  gas  proses  mengalami  kontak  dengan dinding  koil/reaktor.  Mulanya  molekul  hidrokarbon mengalami absorbsi secara kimia pada lapisan logam di permukaan dan membentuk residu karbon.
Sumber: Towfighi et al., 2002 Gambar 3. Mekanisme Radikal Residu Karbon
Pembentukan  residu  karbon  secara  radikal,  di dalam  lapisan  pipa  tidak  semua  poliaromatik terdehidrogenasi  sempurna,  dalam  permukaan  pipa, hidrogen  mengalami  reaksi  radikal.  Selain  hidrogen,
konstanta [s -1 ] E [kJ mol -1 ] 6.066 10 12 219.7 6.066 10 11 219.7 2.02 10 13 211.4 np → 0.462H 2 + 0.498CH 4 + 1.437C 2 H 4 + 0.332C 3 H 6 + 0.09C 3 H 8 + 0.245C 4 H 8 Reaksi ip → 0.336H 2 + 0.515CH 4 + 0.663C 2 H 4 + 0.498C 3 H 6 + 0.56C 3 H 8 naphthenes → 0.462H 2 + 1.323CH 4 + 0.837C 2 H 4 + 0.396C 3 H 6 + 0.331C 3 H 8
juga  terbentuk  metil  dan  etil  radikal  sebagai  spesies aktif. Semakin banyak spesies aktif berbentuk radikal, maka  akan  semakin  berpotensi  untuk  terbentuknya residu karbon.
Sumber: Towfighi et al., 2002
Gambar 4. Mekanisme Kondensasi Poliaromatik
Poliaromatik kondensasi dimulai dengan pembentukan  aromatik  poli  nukleat  melalui  reaksi radikal.  Kondensasi  dan  dehidrogenasi  terjadi  untuk membentuk tar dropplet yang bisa berupa padatan atau cairan. Cairan atau padatan inilah yang kemudian lebih lanjut bisa tumbuh menjadi lapisan residu karbon.
Banyak faktor yang mempengaruhi laju pembentukan residu karbon seperti jenis bahan baku, tekanan  operasi,  temperatur  operasi,  konversi  dan material alat. Dari observasi ini, beberapa hal yang bisa diusahakan  untuk  mengontrol  pembentukan  residu karbon  yaitu,  pembentukan  residu  karbon  secara katalitik  bisa  di  kontrol  dengan  pemilihan  material pipa, seperti campuran Cr-Si dengan komposisi tinggi, atau  dengan  pelapisan  Al,  Cr,  Si. Pembentukan  residu karbon  secara  radikal  dapat  dikontrol  dengan penambahan sulfur di umpan hidrokarbon, meningkatkan  rasio  uap  air  panas  terhadap hidrokarbon. Kondensasi poliaromatik bisa di kontrol dengan penambahan additif (Towfighi et al., 2002).

## 7. PERENGKAHAN KATALITIK HIDROKARBON
Alternatif  untuk  produksi  olefin  melalui perengkahan katalitik, beberapa keunggulan nya yaitu (Sadrameli et al., 2016):
▪ Beroperasi  pada  suhu  lebih  rendah  sehingga mempunyai konsumsi energi yang lebih rendah.
▪ Gas rumah kaca yang dihasilkan juga lebih rendah.
▪ Menghasilkan  rasio  propilena/etilena  lebih  tinggi dan relatif lebih fleksibel untuk selektivitas produk propilena/etilena.
Kelemahannya  tentu  saja  adanya  tambahan material, yaitu katalis, tidak mudah menemukan katalis yang  sesuai  spesifikasi  untuk  perengkahan  katalitik dalam  produksi  olefin  yang  tentunya  harapannya mempunyai  produktivitas  tinggi,  aktivitas  lama  serta biaya yang murah.
Observasi dilakukan untuk mengetahui efektifitas katalis.  Perengkahan  n-heksana  melalui  nano  katalis ZSM-5  zeolit  pada  suhu  823-923  K  dan  tekanan atmosfer  diperoleh  hitungan  pendekatan  energi aktifasi  123-128  kJ/mol  dan  efektif  untuk mendapatkan  olefin  dengan  rendemen  yang  tinggi
(Konno  et  al.,  2012).  Observasi  dilanjutkan  dengan kehadiran uap air dalam proses perengkahan katalitik dengan  katalis  ZSM-5  zeolit,  uap  air  berperan  dalam meningkatkan  dispersi  umpan  pada  perengkahan katalitik  konvensional,  uap  air  tidak  mempengaruhi selektivitas  olefin  tetapi  memberikan  efek  negatif terhadap stabilitas katalis (Corma et al., 2012).
Berikut  ringkasan  tambahan  untuk  perengkahan katalitik  dalam  produksi  olefin  dan  katalis  yang digunakan:
Tabel 7. Katalis yang dipakai untuk perengkahan katalitik hidrokarbon
Untuk aplikasi skala industri sangat dimungkinkan dengan  metode  perengkahan  katalitik.  Beberapa teknologireaktor  konvensional  yang  sudah  ada  yaitu Fluidized Catalytic Cracking (FCC) dengan zeolit, Deep Catalitic Cracking (DCC). Selain itu,  pengembanganrute dari  bahan  baku  metanol  untuk  menghasilkan  olefin juga dikembangkan untuk mengantisipasi terbatasnya bahan baku nafta.

## 8. KESIMPULAN
Proses produksi Olefin dengan proses perengkahan hidrokarbon dapat dibagi menjadi empat bagian  utama  yaitu  perengkahan,  pendinginan, kompresi  dan  pemisahan.  Pada  bagian  awal  proses,
Bahan baku/ Katalis oleh Hasil Alumina yang dimodifikasi Mjukhopadhyay & Kunzru., 1993 Deposisi karbon berkurang, tetapi rendemen metana, etilena dan propilena juga turun Nafta dengan katalis KVO 3 - /α- Al 2 O 3
Jeong et. al., 2001 Deposisi karbon naik seiring suhu operasi yang turun n-Heksana dengan katalis MoO 2 Song et al., 2002 Selektivitas olefin naik dan selektivitas alkana turun
n-Heptana dengan katalis K 2 CO 3 Pant & Kunzru., 2002 Deposisi karbon turun, tetapi hanya sedikit berimplikasi ke distribusi produk olefin n-Heksana dengan nano/mikro ZSM-5 crystal Alipour et al., 2016 Ukuran nano ZSM-5 lebih stabil dalam konversi dan selektivitas olefin serta meningkatkan umur katalis dibandingan ukuran mikro ZSM-5 Nafta dengan Fe- Cr/ZSM-5 katalis Mohiuddin et al., 2018 Penambahan Fe berpengaruh secara dominan terhadap rasio propilena/etilena, sedang Cr mendorong selektivitas produk ke arah BTX (benzena,
toluena, xylene) Metanol/Nafta dengan modifikasi
Zn/HZSM-5 zeolit katalis Cheng et al., 2019 Penambahan Zn menambah situs aktif katalis baru dibandingan jenis campuran HZSM-5 lainnya, rendemen olefin ringan (etilena & propilena) bisa mencapai 51.7%b
yaitu  perengkahan  yang  terjadi  di  dalam  tungku pembakaran  yang  merupakan  tempat  terjadinya pembakaran  untuk  mengkonversi  bahan  baku hidrokarbon  menjadi  olefin  dengan  bantuan  uap  air panas.  Tungku  pembakaran  dibagi  lagi  menjadi  dua bagian  yaitu  area  radiasi  dan  area  konveksi.  Reaksi utama terjadi di area radiasi. Bahan baku yang utama yaitu etana, propana dan nafta. Masing-masing bahan baku  mempunyai  rendemen  produk  olefin  yang berbeda beda.
Pada  sisi  lain  dari  perengkahan  hidrokarbon  ini terbentuknya  residu  karbon.  Beberapa  cara  untuk mengontrol pembentukan residu karbon yaitu, dengan pemilihan  material  pipa,  seperti  campuran  Cr-Si dengan komposisi tinggi, atau dengan pelapisan Al, Cr, Si,  kemudian  dengan  penambahan  sulfur  di  umpan hidrokarbon,  meningkatkan  rasio  uap  air  panas terhadap  hidrokarbon  dan  dengan  penambahan additif.  Perengkahan  secara  katalitik  berpotensi dikembangkan  lebih  lanjut  karena  mempunyai konsumsi  energi  yang  lebih  rendah  dan  selektivitas olefin  yang  lebih  fleksibel  meskipun  demikian penelitian  lebih  jauh  perlu  dilakukan  untuk memperoleh katalis yang sesuai dengan kebutuhan.

## 9. DAFTAR SINGKATAN
1-D: 1-dimensi 2-D: 2-dimensi CCD: Central Composite Design CFD: Computational Fluid Dinamic COP: Coil Outlet Pressure COT: Coil Outlet Temperature DCC: Deep Catalitic Cracking EDC: Eddy-Dissipation Concept FCC: Fluidized Catalytic Cracking gPROMS: Modelling platform IBM: International Business Machines Corporation PC: Personal Computer S/C: Steam/Hydrocarbon S/N: Steam/Naphtha

## 10. DAFTAR PUSTAKA
Akah, A., & Al-Ghrami M. (2015). Maximizing Propylene Production  via  FCC  Technology.  Appl.  Petrochem Res. DOI 10.1007/s13203-015-0104-3.
Alipour,  S.  M.  (2016).  Recent  Advances  in  Naphtha Catalytic Cracking by Nano ZSM-5: Review. Chinese Journal of Catalysis 37, 671-680.
Amghizar, I., Vandewalle, L. A., Geem, M. V., Marin, G. B. (2017).  New  Trends  in  Olefin  Production. Engineering 3, 171-178.
Berreni, M., & Wang, M. (2011). Modelling and Dynamic Optimization  of  Thermal  Cracking  of  Propane  for Ethylene  Manufacturing:  Computers  and  Chemical Engineering 35, 2876-2885.
Buekens, A., & Froment, G.F. (1968). Thermal Cracking of Propane.  I&C Process  Design  and  Development, Vol 7 no 3, 435-446.
Chen,  Q.,  Shen,  B.,  Sun,  H.,  Zhao,  J.,  &  Liu,  J.  (2019). Methanol Promoted Naphtha Catalytic Pyrolysis to light  olefin  on  Zn-modified  high  silicon  HZSM-5
Zeolite Catalyst. The Royal Society of Chemistry 9, 20818-20828.
Corma,  A.,  Mengual,  J.,  &  Miguel,  P.  J.  (2012).  Steam Catalytic Cracking of Naphtha over ZSM-5 zeolite for Production  of  Propene  and  Ethene:  Micro  and Macroscopic Implications of the Presense of Steam. Applied Catalysis A; General 417-418, 220-235. Froment, G. F., Steene B.O., & Van Damme P.S. (1976). Thermal  Cracking  of  Ethane  and  Ethane-Propane Mixtures. Ind. End. Chem. Process Des. Dev. Vol 15 no 4.
Gao, G. Y., Wang, M., Ramshaw, C., Li, X.G., & Yeung, H.
(2009). Optimal Operation of Tubular Reactors for Naphtha  Cracking  by  Numerical  Simulation.  Asia- Pacific Journal of Chemical Engineering, Volume 4, Isuue 6, 885-892.
Geem,  M.  V.,  Heynderickx,  G.  J.,  &  Marin,  B.G.  (2004). Effect  of  Radial  Temperatur  Profiles  on  Yields  in Steam Cracking. AIChE Journal, Vol. 50, No. 1.
Goethem,  M.  W.  M.,  Barendregt,  S.,  Grievink,  J.,
Verheijen,  P.J.T.,  Dente,  M.,  &  Ranzi,  E.  (2013).  A Kinetic  Modelling  Study  of  Ethane  Cracking  for Optimal  Ethylene  Yield.  Chemical  Engineering Research and Design 91, 1106-1110.
Gujarathi, A. M., Patle, D.S., Agarwal, P., Karemore, A.L., &  Babu  B.V.  (2009).  Simulation  and  Analysis  of Ethane Cracking Process. Proceedings of International Symposium & 62nd Annual Session of
IIChE  in  association  with  International  Partners. Andhra University, Visakhapatnam.
Haghighi, S. S., Rahimpour, M. R., Raeissi, S., & Dehghani,
O.  (2013).  Investigation  of Ethylene  Production  in Naphtha Thermal Cracking in presence of steam and Carbon Dioxide. Chemical Engineering Journal 228, 1158-1167.
Jarullah, A. T., Hadi, A. J., & Hameed S.A. (2015). Optimal Design  of  Industrial  Reactor  for  Naphtha  Thermal Cracking  Process.  Diyala  Journal  of  Engineering Sciences, Vol.08, No. 03, 139-161.
Jeong, S. M., Byun, Y. C., Chae, J. H., & Lee, W. H. (2001). Coke  formation  on  the  surface  of  α -Al 2 O 3 in  the catalytic  pyrolisis  of  naphtha.  Korean  J  Chem  Eng 18(6), 842-7.
Joo, E., Lee, K., Lee, M., & Park S. (2000). CRACKER – a PC based simulator for Industrial Cracking Furnace. Computers  and  Chemical  Engineering  24,  1523- 1528.
Konno,  H.,  Okamura,  T.,  Kawahara,  T.,  Nakasaka,  Y., Tago, T., & Masuda, T. (2012). Kinetics of n-Hexane Cracking over ZSM-5 zeolittes – Effect of Crystal Size on  Effectiveness  Factor  and  Catalyst  Lifetime. Chemical Engineering Journal 207-208, 490-496. Kumar,  P.,  &  Kunzru,  D.  (1985).  Modeling  of Naphtha Pyrolysis.  Ind.  Eng.  Chem.  Process  Des.  Dev.,  24, 774-782.
Masoumi, M. E., Sadrameli, S. M., Towfighi, J., & Niaci A. (2006).  Simulation,  Optimization  and  Control  of Thermal Cracking Furnace. Energy 31, 516-527.
Mehdi,  S.,  Kamyar,  K.,  Towfighi,  D.,  &  Jafar.  (2010). Olefin  Production  from  Liquid  Hydrocarbon Thermal Cracking: Kinetics and Product
Distribution. Iran J. Chem. Eng. Vol 29 no 4, 135-147.
Mjukhopadhyay,  R.,  &  Kunzru,  D.  (1993).  Catalytic Pyrolisis of Naphtha on Calcium Aluminate Catalyst, Effect  of  Potassium  Carbonate  Impregnation.  Ind. Eng. Chem. Res 32(9), 1914-20.
Mohiuddin,  E.,  Mdleleni,  M.  M.,  &  Key,  D.  (2018). Catalytic cracking of naphtha: The effect of Fe and Cr impregnated  ZSM‑5  on olefin  selectivity.  Applied Petrochemical
Research, https://doi.org/10.1007/s13203-018-0200-2. Niaei, A., Towfighi, J., Sadrameli, S. M., & Karimzadeh, R. (2004). The Combined Simulation of Heat Transfer and  Pyrolysis  Reactions  in  Industrial  Cracking Furnace.  Applied  Thermal  Engineering  24,  2251- 2265.
Pant,  K.  K.,  &  Kunzru,  D.,  Catalytic  Pyrolisis  on  n- heptane  on  Unpromoted  and  Potassium  Promoted Calcium Aluminates. Chem Eng J 87, 219-25.
Parmar,  K.  K.,  Padmavathi,  G.,  &  Dash,  S.  K.  (2018). Modelling  and  Simulation  of  Naphtha  Cracker. Indian Chemical Engineer, 1-13.
Ren,  T.,  Patel,  M.,  &  Blok,  K.  (2006).  Olefins  from Conventional  and  heavy  feedstock:  Energy  use  in steam Cracking and alternative process. Energy 31, 425-451.
Rosli, M.,  &  Aziz,  N.  (2018).  Steady  state  Modelling  of Steam  Cracking  Furnace  Radiant  Section  using Aspen PLUS. Material Today: Proceedings 5, 21780- 21789.
Sadrameli, S. M. (2015). Thermal/catalytic Cracking of Hydrocarbons for the Production of Olefins: A state- of-the-art review I: Thermal Cracking review. Fuel 140, 102-115.
Sadrameli, S. M. (2016). Thermal/catalytic Cracking of Hydrocarbons for the Production of Olefins: A state-
of-the-art review II: Catalytic Cracking review. Fuel 173, 285-297.
Shahrokhi,  M.,  Masoumi,  Esmaeil,  M.,  Sadrameli, Mojtaba,  Towfighi,  &  Jafar.  (2003).  Simulation and Optimization  of  Naphtha  Thermal  Cracking  Pilot Plant. Iran J Chem & Chem Eng., Vol. 22 No. 1.
Song, J. H., Chen, P., Kim, S. H., Somorjai, G. A., Gartside,
R. J., & Dautzenberg, F. M. (2002). Catalytic cracking of  n-Hexane  over  MoO 2 .  J  Mol  Catal  A:  Chem  184, 197-202.
Sundaram, K. M., & Froment, G. F. (1977). Modeling of Thermal  Cracking  Kinetics-1.  Thermal  Cracking  of Ethane,  Propane  and  Their  Mixtures.  Chemical Engineering Science, Vol 32, 601-608.
Sundaram, K. M., & Froment, G. F. (1978). Modeling of Thermal  Cracking  Kinetics.  3.  Radical  Mechanisms for  The  Pyrolysis  of  Simple  Paraffins,  Olefins  and Their Mixtures. Ind. Eng. Chem. Fundam., Vol 17 No. 3.
Tarafder,  A.,  Lee,  B.  C.  S.,  Ray,  A.  K.,  &  Rangaiah,  G.P.
(2005). Multiobjective optimization of an Industrial Ethylene  Reactor  Using  a  nondominated  Sorting Genetic Algorithm. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 44, 124- 141.
Towfighi,  J.,  Sadrameli,  M.,  &  Niaei  A.  (2002).  Coke Formation Mechanism and Coke Inhibiting Methods in  Pyrolysis  Furnace.  Journal  of  Chemical Engineering of Japan Vol 35 No. 10, 923-937.
Zhang,  N.,  Qiu,  T.,  Chen,  B.  (2013).  CFD  Simulation  of Propane  Cracking  Tube  Using  Detailed  Radical Kinetic Mechanism. Fluid Dynamics and Transport Phenomena Chinese Journal of Chemical
Engineering 21(12), 1319-1331.