Abstrak — Indonesia  adalah  salah  satu  dari  sedikit Negara  dengan  keanekaragaman  sumber  daya  alam  yang melimpah sebagai bahan baku utama industri petrokimia berupa minyak  bumi,  gas  alam,  batu  bara  dan  biomassa.  Ketersediaan bahan  baku  tersebut  dapat  mendorong  perkembangan  industri petrokimia  yang  merupakan  penopang  industri  nasional  dalam upaya  pemenuhan  kebutuhan  manusia  terhadap  pangan, sandang,  papan  dan  energi.  Indonesia  merupakan  salah  satu negara yang kaya akan sumber daya alam gas, sehingga sumber daya  alam  tersebut  merupakan  penopang  utama  pembangunan di  Indonesia.  Berdasarkan  data  Departemen  ESDM  pada Januari  2012,  total  cadangan  gas  alam  Indonesia  tercatat mencapai  150,70  Trillion  Standard Cubic  Feet (TSCF).  Dari jumlah  tersebut,  sebanyak  103,35  TSCF  merupakan  gas  alam terbukti,  sementara  47,35  TSCF sisanya  belum  terbukti  atau potensial. Memasuki era perdagangan, Indonesia dituntut untuk mampu  bersaing  dengan  Negara  lain  dalam  bidang  industri. Inovasi  yang  berorientasi  pada  pengurangan  ketergantungan kita  pada  produk  luar  negeri  mampu  untuk  menambah  devisa negara  sangat  diperlukan.  Salah  satu  industri  manufaktur strategis yang memiliki peranan penting dalam struktur industri nasional  adalah  industri  petrokimia. Salah  satu  produk  yang dihasilkan  dari  industri  petrokimia  adalah  ethylene.  Etena (ethylene) adalah senyawa kimia yang memiliki rumus C 2 H 4 yang memiliki sifat-sifat :  olefin paling  ringan, tidak  berwarna, tidak berbau, dan  mudah terbakar. Adapun penggunaan etena dalam dunia  industri  cukup  luas  antara  lain  :  sebagai  bahan  baku industri  kimia  oksida  ethylene,  polyethylene,  ethylene  benzene, PVC,  dan  ethylene  glycol.  Ethylene dapat  diproduksi  dari beberapa sumber  yaitu naptha  dan gas alam. Dimana beberapa pabrik yang  memproduksi ethylene antara lain Siemens Oil dan Gas Industri yang memproduksi sekitar 800.000 ton/tahun, Toyo Engineering  Corporation  yang  mendirikan  pabrik  di  Jepang pada  tahun  1966  memproduksi  ethylene  sebesar  200.000 ton/tahun, PT Chandra Asri yang memproduksi ethylene sebesar 600.000  ton/tahun,  dengan  menggunakan  naptha  sebagai  bahan bakunya. Maka dari itu, pabrik ethylene dari gas alam ini akan didirikan  di  kawasan  industri  Teluk  Bintuni,  Papua  Barat. Rencananya pabrik ini akan didirikan pada tahun 2015 dan siap beroperasi pada tahun 2017.Proses pembuatan ethylene dari gas alam terdiri  dari  lima proses  utama,  yaitu absorbsi  CO 2 , dehydration  unit,  distillation,  thermal  cracking,  dan  oxidative coupling  of  methane.  Dari  analisa  perhitungan ekonomi  didapat Investasi    307.533.460 USD,  IRR  sebesar  26,85%,  POT  selama 2,84 tahun, dan  NPV positif 10 tahun sebesar 170.791,91 MUSD.
Kata Kunci —Ethylene,  Gas  alam, Oxidative  Coupling  of methane

## I. PENDAHULUAN
TENA  ( Ethylene ) adalah  senyawa  organik  dengan  rumus kimia  C 2 H 4 atau  H 2 C=CH 2 yang  memiliki  sifat  :  olefin paling  ringan,  tidak  berwarna,  tidak  berbau,  dan  merupakan
gas  yang  mudah  terbakar. Ethylene atau  olefin  (gas  yang berbentuk  minyak)  secara  luas  banyak  digunakan  di  dalam industri  kimia  dengan  produksi  di  seluruh  dunia  mencapai lebih  dari  109  juta  ton  pada  tahun  2006  melebihi  dari  setiap senyawa  organik  lainnya. Ethylene juga  merupakan  hormon tumbuhan  alami  penting  yang  digunakan  dalam  pertanian untuk memaksa proses pematangan buah-buahan. Penggunaan e thylene banyak  digunakan  dalam  industri  kimia  dengan produk  hasil  akhir  yang  sangat  beragam.  Hasil  akhir  produk dengan bahan baku ethylene ini meliputi: plastik dan berbagai macam  kemasan, isolasi  kabel,  kemasan  industri  dan pertanian,  kain  tenun  dan  berbagai  macam  penutup,  pipa, saluran  dan  berbagai  macam  bahan  bangunan,  drum,  guci, kontainer,  botol  dan  rak-rak  untuk  menahan  botol,  bahan antibeku, pelarut dan coating [1],[2] . Ethylene dapat diperoleh  dari  berbagai  macam  bahan  baku seperti naftha, ethanol, gas etana dan gas methana. Cadangan gas  Indonesia  relatif  lebih  besar  ketimbang  minyak  bumi, meski  sebagian  juga  sudah  dikonsesikan  kepada  pihak  asing. Gas  alam  seperti  juga  minyak  bumi  merupakan  hidrokarbon (C n H 2n+2 )  yang  terdiri  dari  campuran  beberapa  macam  gas hidrokarbon yang mudah terbakar dan non-hidrokarbon seperti nitrogen,  helium,  karbon  dioksida  (CO 2 ),  hydrogen  sulfide (H 2 S),  dan  air  serta  merkuri  dalam  jumlah  kecil.  Komponen utama dalam  gas alam adalah  metana (CH 4 )  yang merupakan molekul  hidrokarbon  dengan  rantai  terpendek  dan  teringan. Selain  itu,  gas  alam  juga  mengandung  molekul  – molekul hidrokarbon  yang  lebih  berat,  seperti  etana  (C 2 H 6 ),  propane (C 3 H 8 ) dan butane (C 4 H 10 ). Gas alam juga merupakan sumber utama  gas  helium.  Komposisi  gas  alam  bervariasi  sesuai dengan sumber ladang gasnya. Gas alam sebagian besar dibuat menjadi  LNG  agar  bisa  dikonsumsi  sehingga  komponen hidrokarbon  yang  lebih  berat,  seperti  etana  (C 2 H 6 ),  propane (C 3 H 8 ) dan butane (C 4 H 10 ) harus dipisahkan [3] . Kondisi sumber daya alam di Indonesia berupa minyak dan gas bumi merupakan modal dasar bagi pengembangan industri petrokimia  di  tanah  air.  Elemen-elemen  penting  yang dibutuhkan  untuk  mengembangkan  industri  petrokimia  di Indonesia  telah  tersedia  melimpah.  Dalam  praktiknya, pengalokasian  sumber daya  untuk diolah bagi pengembangan industri  petrokimia  belumlah  se-optimal  yang  diharapkan. Berbagai hambatan tetap menjadi kendala bagi pengembangan industri tersebut. Impor akan produksi petrokimia tetap cukup tinggi  sedangkan  pemanfaatan  sumber  daya  alam  yang menjadi  basis  industri  tersebut    masih  cukup  rendah. Salah satu  solusi  untuk  menanggulangi  masalah  ini  yaitu  dengan cara  membuat  pabrik  ethylene  yang  ada  di  dalam  negeri dengan bahan baku yang tersedia di Indonesia. Prospek bahan baku yang mendukung sekarang ini yaitu gas alam [4].

## Desain Pabrik Ethylene dari Gas Alam di Teluk Bintuni Papua Barat
Randhi Ramdhani, Risha Ratna, Gede Wibawa Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : gwibawa@chem-eng.its.ac.id
Industri ethylene adalah  industri  yang  sangat  strategis karena ethylene merupakan  bahan  dasar  untuk  berbagai produk  yang  sangat  penting  dalam  kehidupan  manusia  mulai dari  industri  plastik  seperti  botol,  pipa  air,  kantong  plastik, industri tekstil, peralatan rumah tangga, properti dan lain lain. Seakan  begitu  strategisnya  produk ethylene ,  sehingga  dalam kurun  waktu  tiga  tahun  yakni  2011-2013,  tambahan produksi ethylene Asia dan Amerika oleh delapan negara yaitu : China, Qatar,  Saudi  Arabia,  Taiwan,  Abu  Dhabi,  Venezuela  dan Singapura bisa mencapai 13 juta ton [5].
Pabrik  ini  berlokasi  di  Kawasan  industri  Teluk  Bintuni, papua  baratdengan  bahan  baku  yang  diperoleh  dari  sumur Ajek-1,  blok  kofiau,  Raja  Ampat  dengan  cadangan  gas  bumi sebesar  24,14  TSCF  ( Trillion  Square  Cubic  Feet ).  Kapasitas pabrik  ini  adalah  16500 MMSCF  per  tahun  atau  sebesar  50 MMSCFD.Dengan  pendirian  pabrik  ini  diharapkan  dapat menggantikan kebutuhan ethylene sebesar 1,7% di Indonesia
Tabel 1.
Spesifikasi Produk Formula C 2 H 4 Molecular weight 28.05 g/mol Specification purity 95.5 % Total Oxigen 20 ppmv Specific Volume 13.8 Ft 3 /Lb Total Carbon Dioxide 50 ppmv Total Carbon Monoxide 10 ppmv Total Ethane 1000 ppmv Total Methane 500 ppmv Total Nitrogen 80 ppmv Total Acetylene 5 ppmv Total Moisture 2 ppmv Ethylene is flammable over a wide range in air. It explodesspontaneously when mix with chlorine in sunlight.

## II.URAIAN PROSES
Secara garis besar proses di pabrik ethylene ini terdiri dari 3 unit.  Unit  yang  pertama  adalah  unit persiapan  bahan  baku yang  berfungsi  untuk  menghilangkan impiurities yang terkandung di dalam gas alam yang terbagi menjadi 2 sub-unit yaitu purification unit dan dehydration  unit . Purification  unit berfungsi untuk menghilangkan solid dan acid gas (CO 2 ) yang terkandung  di  dalam  gas  alam  tersebut. Feed  gas pada  suhu 30 o C  dan  tekanan  20.68  bar  masuk  ke scrubber untuk menghilangkan impiurities yang  terkandung  di  dalam  gas alam.  Gas  yang  keluar  dari  scrubber  kemudian  dialirkan  ke feed  gas  compressor absorber  column untuk  menaikan tekananya  sebelum  memasuki  pada  temperatur  32,22 o C  dan tekanan  55.1  bar.  Setelah  keluar  dari  kompressor,  suhu feed meningkat. Feed gas  masuk  dari  bagian  bawah  menara absorber sedangkan  larutan amine sebagai sovent untuk menghilangkan acid gas (CO 2 ) dengan konsentrasi 45% berat dalam  air  masuk  melalui  bagian  atas  menara  dengan  suhu 32 o C.  gas  umpan  yang  sudah  bersih  dari  CO 2 kemudian diproses  lebih  lanjut  di  unit  dehidrasi. Dehydration  unit ini berfungsi  untuk  menghilangkan  kandungan  air  yang  terdapat di  dalam feed  gas .  Hal  tersebut  dikarenakan  air  yang diperbolehkan  terkandung  dalam feed  gas yaitu  kurang  dari 0,5  ppm,  sedangkan  air  yang  terkandung  dalam bahan baku gas alam adalah 1.2297,4  ppm. Gas yang telah bebas acid gas dari plant 1 dialirkan ke dalam dehydration air cooler untuk
diturunkan  suhunya  dari  59,91  C menjadi  22  C. Kemudian feed  dialirkan  ke  dalam molecular  sieve  column dari  bagian atas  kolom.  Tujuan  mengalirkan  gas  dari  bagian  atas  kolom adalah  agar  memperbesar  waktu  kontak  antara feed  gas dengan molecular  sieve sehingga  proses  adsorpsi  akan berjalan  maksimal. Gas  umpan  tersebut  dikeringkan  hingga dicapai kadar air maksimum 0,5 ppm. Gas yang sudah kering ini  dialirkan  ke cold  box dengan  media  pendingin mixed component refrigerant sebagai proses pedinginan awal sampai temperatur  -17 0 C  dan  tekanan  54,82  bar  kemudian  diproses lebih lanjut pada unit fraksinasi.
Unit  yang  kedua  adalah  unit thermal  cracking. Gas  yang berasal  dari dehydration  unit selanjutnya  akan  dialirkan  ke dalam de-methanizer  column untuk  memisahkan  fraksi-fraksi gas alam, dimana  metana akan keluar sebagai  hasil atas pada suhu -122,9 o C sedangkan etana, propana dan butana dan fraksi berat  lainnya pada  suhu  -269 o C  akan  keluar  sebagai  hasil bawah.  Hasil  atas  kemudian  akan  dipanaskan  di dalam  h eat exchanger sampai  suhu  542°C  untuk  dimasukkan  ke  dalam reactor  OCM.  Sedangkan  untuk  hasil  bawah  berupa  etana, propana,  butane  dan  fraksi  yang  lebih  berat  kemudian dimasukkan ke dalam de-ethanizer column untuk memisahkan etana dengan fraksi yang lebih berat yaitu propane, butane dan fraksi  yang  lain.  Etana  yang  merupakan  hasil  atas  dari de- ethanizer kemudian  dipanaskan  sampai  suhu  100 o C  yang selanjutnya akan dilanjutkan ke dalam h eat exchanger sampai dengan  suhu  725°C  yang  akan selanjutkan  dimasukkan  ke dalam  reaktor  untuk  proses thermal  cracking yang berlangsung pada tekanan 1 bar dan suhu 1000 o C. Sedangkan hasil  bawah  akan  dimasukkan  ke  dalam de-butanizer  column untuk  memisahkan  propane  dengan  fraksi  yang  lebih  berat sehingga menghasilkan LPG sebagai hasil atas akan disimpan ke  dalam LPG  storage  tank dan condensate sebagai  bottom produk  akan  disimpan  ke  dalam condensate  storage  tank . Hasil  keluaran  dari  reaktor  kemudian  didinginkan  sampai dengan  suhu  689,4 o C.  Gas  tersebut  kemudian  didinginkan sampai  dengan  suhu  559,5°C  dan  tekanan  0,9 bar  dan didinginkan dengan menggunakan after cooler sampai dengan suhu  30 o C.  Selanjutnya  akan  dialirkan  ke  dalam  compressor sampai dengan tekanan 15,24 bar dan selanjutnya didinginkan di cool box 2 sampai dengan suhu -113,5°C. Campuran etana dari  reaktor  dan  hasil  bawah  dengan  suhu  -123,9°C  dengan tekanan  15  bar  masuk  ke  dalam de - methanizer untuk memisahkan methane dan etana, dimana metana hasil atas dari de-methanizer  column sebagian  akan  direcycle dan  sebagian lagi  akan  dialirkan  ke  dalam Methana  Storage  Tank dengan kondisi  operasi  -128 o C  dan  tekanan  14.66  bar.  Hasil  bawah dari d e-methanizer column akan dipisahkan kembali ke dalam ethylene  tower dimana  untuk  memisahkan ethylene sebagai produk  atas  dan  etana  akan  di recycle ke  dalam reaktor thermal  cracking .  Kondisi  operasi  dari ethylene yang  keluar dengan suhu -72,8°C dan tekanan 4.662 bar.
Unit  yang  ketiga  adalah oxidative  coupling  oc  methane . fresh  feed yang  berupa  CH 4 dari heat  exchanger tekanan  gas methana  10.36 bar,  selanjutnya  akan  digabungkan  dengan methana  recycle . Suhu  gas  metana  ditingkatkan  sebelum dilakukan  pencampuran  dengan  gas  oksigen  sampai  dengan 870 o C. Fresh  feed O 2 dinaikkan  sampai  dengan tekanan  7,35 bar,  dan  melewatkannya  ke dalam heat exchanger sampai dengan  suhu  700 o C.  Selanjutkan  metana  dan  oksigen
dicampur  sebelum  masuk  ke  dalam  reaktor  OCM.  Dimana gabungan  methana  dan  oksigen  mereaksikan  menggunakan katalis di dalam reaktor OCM. Hasil yang keluar dari reaktor dengan  temperatur  900 o C  dan  tekanan  7,2 bar.  Produk  yang dihasilkan dalam proses ini adalah methana, ethana, ethylene , asetilen,  hidrogen,  air,  karbon  dioksida,  karbon  monoksida, sedikit  propana  dan  juga  hidrokarbon  yang  lain.  Dimana kandungan  asetilen  didalam  hasil  produknya  hanya  sekitar 0,1-0,75  persen  mol,  sedangkan  untuk  hidrogen  sekitar  1-4 persen  mol,  dan  untuk  karbon  dioksida  sekitar  5-10  persen mol,  namun  yang  lebih    sering  sekitar  5  persen. Proses  pre- treatment  yang  dilakukan  untuk  hasil  produk  dari  reaktor OCM dengan melakukan proses absorber untuk menghilangkan  kandungan  CO 2 yang  berada  dalam  produk sekitar  5  ppm,  kemudian  unit  penghilangan  air  atau dehidrogenation  untuk  menghilangkan  kandungan  air  yang berada didalam  produk  sampai  dengan  0,0001  persen  mol. Proses  pemisahan CH 4 +  H 2 dengan  C 2 H 4 +  C 2 H 6 +  sedikit C 3 H 8 dan  hidrokarbon yg lebih tinggi + C 2 H 2 dengan kondisi operasi  temperatur  -162 o C  dan  tekanan  4,15  bar.  Selanjutnya dilakukan  pemisahan C 2 H 4 dengan  C 2 H 6 +  sedikit  C 3 H 8 dan hidrokarbon  yg  lebih  tinggi  +  C 2 H 2 pada nitrogen  distillation column . Hasil  Atas  berupa  nitrogen akan  dimasukkan  ke dalam cool box 2  dan  selanjutnya  akan  dilanjutkan  ke  unit utilitas.  Selanjutnya  hasil  bawah  berupa  Metana, ethylene , etana  akan  digabung  dengan  etana  dari reaktor  thermal cracking untuk dipisahkan didalam de-methanizer column . Berikut  ini  adalah  gambar  1 yang  menunjukkan flowsheet proses dari pabrik ini
Gambar 1. Process Flow Diagram

## III. MATERIAL BALANCE
Berikut merupakan hasil perhitungan dari material balance pabrik ethylene dari  gas  alam ini  dimana  kapasitas feed sebesar  19.965.000  MMBTU/tahun dan  produk  yang dihasilkan  adalah ethylene sebesar  75.327,26 ton/tahun  [6]- [10].

## IV. ANALISA EKONOMI
Dari  hasil  perhitungan  pada  neraca  ekonomi  didapatkan total  cost  investment pabrik  ini  sebesar  307.533,46 MUSD dengan  bunga  12%  per  tahun    dan  NPV  10  tahun  sebesar 170.791,91 MUSD. Selain itu, diperoleh IRR sebesar 26,85% dan  BEP  sebesar  31,90%  dimana  pengembalian  modalnya selama 2,84 tahun. Umur  dari pabrik  ini diperkirakan selama
10  tahun  dengan  masa  periode  pembangunannya  selama  1,5 tahun  di  mana  operasi  pabrik  ini  330  hari/tahun.  Berikut  ini adalah  gambar  1 tentang  parameter  sensitifitas  dari  pabrik ethylene ini [11].

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan  hasil  analisa  ekonomi  didapatkan  nilai  IRR sebesar 26,85% yang lebih tinggi dari suku bunga bank  yaitu 12%  per  tahun,  NPV  10  tahun  sebesar  170.791,91  MUSD dimana  pengembalian  modalnya  selama  2,84  tahun  maka pabrik ethylene ini layak didirikan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  teman-teman Laboratorium  Thermodinamika  Teknik  Kimia  atas  bantuan dan saran yang telah diberikan selama ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] www.antara.com/Pengertian ethylene.
[2] Simoeh.. Pra perancangan Pabrik Kimia (2014).
[3] Indoenergi. Jenis-jenis Energy Gas Alam (2014).
[4] www.esdm.go.id/cadangan Gas alam Indonesia (2014).
[5] Eramo, Mark. Global Ethylene Market (2014).
[6] Ludwig. E, “Design  for  Chemical  and  Petrochemical  Plants”, Gull Publishing Houston, Texas(1947).
[7] Vilbrandt. D, “Chemical Engineering Plant Design”,4 th edition McGraw Hill Book Company (1959)
[8] Himmelblau.  D, “Basic  Principles  and  Calculations  in  Chemical Engineering”, International Edition (2003).
[9] Van Ness. S, “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”,4 th International  Edition  McGraw  Hill  Book Company (1967).
[10] Klaus. D.Timmerhaus and Ronald. E.W, “Plant Design and Economics for Chemical Engineering”, 5 th International Edition McGraw Hill Book Company (2003).