Abstrak—Program  konversi  minyak  tanah  ke  LPG  yang dimulai  pada  tahun  2007  telah  memberikan  dampak  besar terhadap  konsumsi  LPG  di  Indonesia.  Permintaan  LPG  pada tahun 2007 sebesar 0,33 juta ton mengalami peningkatan yang signifikan  hingga  tahun  2017.  Kenaikan  permintaan  LPG  ini mendorong  negara  untuk  melakukan  impor  guna  memenuhi kebutuhan  LPG  di  Indonesia,  yang  pada  gilirannya meningkatkan  beban  anggaran  pemerintah.  Untuk  mengatasi permasalahan  ini,  diperlukan  pengembangan  bahan  bakar alternatif yang dapat menggantikan peran LPG sebagai bahan bakar  utama.  Salah  satu  solusinya  adalah  dengan  pendirian pabrik  Dimethyl  Ether  (DME)  di  Indonesia.  Industri  DME  di Indonesia  memiliki  prospek  yang  menjanjikan  karena  bahan baku industri ini adalah gas alam, yang mana ketersediaan gas alam  melimpah  di  Indonesia.  Dalam  pra  desain  pabrik  ini, pendirian pabrik DME direncanakan pada tahun 2027 dengan lokasi di Kawasan Industri Kariangau, Balikpapan, Kalimantan Timur. Proses produksi DME menggunakan direct process  yang  terdiri  dari  tahap  reforming,  pemisahan  CO 2 , sintesa  DME,  dan  purifikasi  DME.  Bahan  baku  utama  dalam pembuatan  DME  adalah  gas  alam,  dengan  bahan  baku penunjang  seperti  O 2 ,  recycle  CO 2 ,  dan  recycle  metanol. Kapasitas produksi pabrik DME direncanakan sebesar 625.577 ton DME per tahun, berdasarkan proyeksi produksi, konsumsi, ekspor,  dan  impor  LPG  hingga  tahun  2027.  Pabrik  akan beroperasi  24  jam  sehari  selama  330  hari  setahun  untuk memenuhi kapasitas produksi tersebut. Hasil analisis ekonomi menunjukkan  bahwa  pendirian  pabrik  DME  adalah  investasi yang layak dengan nilai Internal Rate of Return (IRR) sebesar 21,7%  dan  waktu  pengembalian  modal  selama  3,03  tahun. Modal  total yang  dibutuhkan  untuk mendirikan  pabrik  DME adalah  USD  390.782.700,  dengan  Break  Even  Point  (BEP) pabrik  sebesar  37,5%.  Dengan  demikian,  pendirian  pabrik DME di Indonesia diharapkan dapat mengurangi ketergantungan  terhadap  impor  LPG  dan  menjadi  alternatif bahan bakar yang berpotensi menguntungkan secara ekonomi.
Kata Kunci—DME, LPG, Gas Alam.

## I. PENDAHULUAN
ADA  tahun  2007,  Indonesia  menghadapi  peningkatan angka  konsumsi  minyak  tanah  untuk  keperluan  rumah tangga.  Sebagai  solusi,  pemerintah  menerapkan  program konversi  minyak  tanah  ke Liquified  Petroleum  Gas (LPG). Program ini berhasil mengurangi penggunaan minyak tanah dalam  skala  rumah  tangga,  serta  membawa  dampak  positif dalam mengurangi anggaran subsidi, penghematan BBM, dan pengurangan polusi lingkungan.
Meskipun  program  konversi  berhasil  mengurangi  alokasi anggaran  subsidi,  namun  dampak  negatifnya  adalah peningkatan penggunaan LPG yang berujung pada penurunan total  produksi  LPG  di  Indonesia  dari  tahun  ke  tahun.  Pada tahun  2020,  produksi  LPG  menurun  0,69%  dibandingkan dengan tahun 2019, dan menurun 13,68% dari produksi pada tahun  2016  (Tabel  1)  [1].  Penurunan  ini  terjadi  karena berkurangnya jumlah gas yang diperoleh dari sumur minyak
dan  gas,  serta  belum  ditemukannya  sumur  baru  untuk meningkatkan produksi minyak dan gas di Indonesia (Tabel 2).
Ketidakseimbangan  antara  meningkatnya  kebutuhan energi dan menurunnya cadangan energi memerlukan upaya serius  dalam  mencari  alternatif  sumber  energi  yang berkelanjutan  dan  ramah  lingkungan.  Solusi  ini  menjadi penting  untuk  mengatasi  permasalahan  energi  global  yang semakin  mendesak  dan  menghadapi  masa  depan  yang berkelanjutan.
Dimethyl  eter atau DME merupakan senyawa ether yang paling  sederhana  dengan  rumus  molekul  CH 3 OCH 3 , berbentuk  gas tidak berwarna, berbau ether dan larut  dalam air  maupun  minyak,  serta  tidak  bersifat  karsinogenik, teratogenik,  mutagenik  dan  tidak  beracun.  DME  dapat diproduksi dari berbagai sumber bahan baku seperti gas bumi, batu bara, serta biomasa. DME pada kondisi ruang 25℃ dan 1 atm berupa senyawa stabil  berbentuk  uap dengan tekanan uap  jenuh  sebesar  120  psig  (8,16  atm).  DME  mempunyai kesetaraan  energi  dengan  LPG  berkisar  1,56-1,76  dengan nilai kalor DME sebesar 30,5 dan LPG 50,56 MJ/kg (Tabel 3).  Pada  awalnya  DME  digunakan  sebagai  solvent,  aerosol propellant , refrigerant ,  agen  ekstraksi,  dan  media  reaksi kimia. Namun saat ini sudah digunakan untuk berbagai aspek seperti  substitusi  minyak  solar,  bahan  bakar  genset  dan sebagai sumber energi dari pembangkit listrik.
Dari perbandingan sifat dan karakteristik DME pada Tabel 4 dengan propana dan n–butana terdapat beberapa parameter yang mendukung DME sehingga dapat dicampurkan dengan

## Pra Desain Pabrik Dimethyl Ether dari Gas Alam dengan Proses Langsung
Muhammad Ihwan Nur Rifki, Rifki Azriel Fahrezi, Annas Wiguno, dan Gede Wibawa Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : annas.w@chem-eng.its.ac.id
P
Tabel 1. Penjualan, Impor dan Ekspor LPG di Indonesia Tahun 2016 - 2020 Tahun Penjualan (Ton) Impor (Ton) Ekspor (Ton) 2016 6.642.633 4.475.929 494 2017 7.200.853 5.461.934 372 2018 7.562.184 5.566.572 434 2019 7.777.990 5.714.695 457 2020 8.023.805 6.396.962 334 Tabel 2. Proyeksi Supply-Demand LPG di Indonesia Tahun 2026 Produksi Konsumsi Impor Ekspor 1.671.379,27 10.127.450,44 8.027.657,96 435,28 Tabel 3. Perbandingan Properties DME dan LPG Properti DME LPG Vapor Pressure (kPa) 530 520 Liquid Density (kg/m3) 667 540 Lower Heating Value (MJ/kg) 28,8 46 Bottle Fill 85% 80% Mass per unit volume of bottle (kg/m3) 567 432 Energy per unit volume of bottle (GJ/m3) 16,3 19,9
LPG yaitu:
1.  Titik didih DME berada diantara propana dan n – butana sehingga mudah untuk dicarikan seperti LPG.
2.  Densitas dalam fase cair DME tidak jauh berbeda dengan propana dan n – butana.
3.  Tekanan uap jenuh DME berada diantara propana dan n – butana.
Selain karakteristik yang tidak jauh berbeda dengan LPG,
DME  juga  memiliki  kelebihan  yaitu  bersifat  bersih  karena beberapa alasan antara lain [2]:
1.  Dapat  disimpan  dengan  aman  dan  tidak  menghasilkan peroksida peledak.
2.  Menghasilkan  emisi  pembakaran  yang  lebih  kecil jumlahnya dibandingkan dengan bahan bakar lainnya.
3.  Memungkinkan  tidak  menghasilkan  gas  beracun  saat pembakaran.
4.  Terdegradasi di atmosfer.
Dimethyl ether merupakan senyawa eter paling sederhana dengan rumus kimia CH 3 OCH 3 yang terbentuk oleh senyawa karbon,  hidrogen,  dan  oksigen.  DME  pada  suhu  ambien berfasa  gas  yang  tidak  berwarna  dan  merupakan  senyawa kimia  yang  stabil.  DME  memiliki  tekanan  uap  sekitar  0,6 Mpa pada suhu 25 ℃, memiliki viskositas 0,12 – 0,15 kg/ms dimana  sangat  mirip  dengan  yang  dimiliki  propana  dan butana  sehingga  dapat  dicairkan  seperti  halnya  LPG.  Jika dibakar DME menyala berwarna biru terang, serta kandungan racun dalam DME sangat  rendah sama halnya dengan LPG dan jauh dibwah kandungan racun  metanol. DME memiliki rasio  nilai  kalor  dengan  resistansi  aliran  bahan  bakar  gas ( Number of Wob Index ) sebesar 52 – 54 dimana setara dengan gas  alam,  sehingga  kompor  LPG  dapat  digunakan  untuk DME  dengan  konsentrasi  tertentu  tanpa  perlu  dimodifikasi. Untuk  dapat  melakukan  produksi  dan  memasarkan  DME sebagai  substitusi  LPG  tentunya  harus  memenuhi  standar mutu  yang  telah  ditentukan.  Dan  berikut  ini  adalah  standar
spesifikasi  DME fuel  grade sebagai  substitusi  LPG berdasarkan ISO/DIS 16861 ditunjukkan pada Tabel 4.
Berikut  adalah  beberapa  keuntungan  penggunaan  DME sebagai substitusi LPG:
1. Pemanfaatan DME akan menghasilkan dampak lingkungan  yang  rendah  karena  pembakarannya  tidak menghasilkan  asam  belerang  (SOx)  dan  asap,  serta menghasilkan NOx dan CO yang sangat rendah.
2. Dapat  memanfaatkan  infrastruktur  untuk  LPG  karena memiliki karakteristik yang hampir sama, sehingga dapat menghemat biaya.
3. Pemanfaatan DME dapat meningkatkan ketahanan energi nasional sekaligus dapat menekan angka impor LPG yang semakin melonjak tiap tahun.
Dalam hal rasio konsentrasi DME:LPG International DME Association memiliki rekomendasi sebagai berikut ditunjukkan pada Tabel 5.
Rasio DME:LPG sebesar 20:80 direkomendasikan karena merupakan  penggunaan  optimal  dari  campuran  DME  dan LPG,  dan  apabila  rasio  diatas  20:80  tidak  lagi  mampu memenuhi  baik  efisiensi  maupun  nilai  kalornya.  Sehingga untuk  menggunakan  campuran  DME  dan  LPG  diatas  rasio 20:80 perlu adanya modifikasi terhadap kompor dan regulator yang sudah ada.

## II. DATA DASAR PERANCANGAN

## A. Ketersediaan dan Kualitas Bahan Baku
Negara  Indonesia  merupakan  salah  satu  negara  yang memiliki  cadangan  gas  alam  yang  melimpah.  Menurut  data Direktorat Jendral Minyak dan Gas Bumi Kementrian Energi dan  Sumber  Daya  Mineral  (ESDM),  cadangan  gas  bumi Indonesia  mencapai  62,39  TSCF  pada  tahun  2020,  dimana sebanyak  43,57  TSCF  merupakan  cadangan  gas  bumi
Gambar 1. Lokasi kawasan industri kariangau.
Autothermal reforming process
DME synthesis process DME purification process Natural gas DME Metanol Syngas CO 2 O 2 Syngas CO 2 Flare CO 2 removal process H 2 O CO 2 Syngas Purge Methanol purification process H 2 O Metano l
Gambar 2. Diagram balok proses produksi dimethyl ether dari gas alam dengan proses langsung.
Tabel 4. Standar Spesifikasi Produk DME Berdasarkan ISO/DIS 16861 Uraian Spesifikasi Formula C 2 H 6 O Molecular Weight 46,07 Density (20 °C) 0,660 kg/dm 3 Boiling Point -25 °C Cetane Number 55 - 60 Dimethyl Ether 98,5 (min) Methanol 0,05 (max) Water 0,03 (max) Hydrocarbon up to C4 1 (max) CO 2 0,1 (max) CO 0,01 (max) Methyl Formate 0,05 (max) Methyl Ethyl Ether 0,2 (max) Residue 0,007 (max) Sulfur Content 3,00 (max) Tabel 5. Rekomendasi Pencampuran DME dalan LPG Karakteristik Unit Limit Spesifikasi Fraksi  massa  DME  dalam campuran %(w/w) max 20 Tekanan vapor di 40 ℃ KPa max 1380 Komponen C5+ %(w/w) max 1 Ethyl Mercaptan (odorant) ppm min 10 Residu evaporasi %(v/v) max 0,05 Total Sulfur ppm max 40 Korosi (strip tembaga) max 1 Air ppm max 60
terbukti  dan  sisanya  sebanyak  18,82  TSCF  termasuk  dalam cadangan potensial gas bumi [1]. Letak persebaran cadangan gas  bumi  Indonesia  tersebar  pada  beberapa  daerah,  Pulau Kalimantan mempunyai cadangan gas bumi tertinggi dimana jumlah cadangan terbukti sebesar 4.128,99 TSCF, cadangan potensial  sebanyak  1.679,66  TSCF  dan  cadangan  harapan sebanyak 1.327,71 TSCF [3].
Berdasarkan  data  persebaran  cadangan  gas  bumi  di Indonesia, dapat dilihat bahwa daerah dengan cadangan gas bumi  terbesar  adalah  Region  II  tepatnya  pada  daerah Suimatra  Selatan  dan  Tengah  sebanyak  726,39  MMSCFD pada 2022, Region V tepatnya di Pertamina Hulu Mahakam Kalimantan  Timur  sebanyak  1.218  MMSCFD  pada  tahun 2022  dan  Region  VI  di  BP.  Berau  Ltd.  Papua  sebanyak 894,41  MMSCFD  pada  tahun  2022.  Ketiga  daerah  ini merupakan  pilihan  yang  harus  dipertimbangkan  untuk menjadi lokasi pabrik Dimethyl ether dengan memperhatikan beberapa  aspek  seperti  ketersediaan  bahan  baku,  lokasi pemasaran  produk  (DME),  ketersediaan  utilitas  berupa  air dan listrik, sumber tenaga kerja, hukum dan peraturan, iklim dan topografi wilayah serta indeks bencana daerah.

## B. Penentuan Kapasitas
Pertumbuhan jumlah penduduk Indonesia disertai dengan pertumbuhan di  bidang ekonomi dan teknologi  yang sangat pesat  saat  ini  berdampak  pada  meningkatnya  kebutuhan energi  di  Indonesia  khususnya  dalam  bentuk Liquefied
Petroleum  Gas (LPG).  Menurut  statistik  dari  Dirjen  Migas Kementrian  ESDM,  konsumsi  LPG  dari  tahun  2016-2021 mengalami  rata-rata  kenaikan  sebesar  4,32%  per  tahun  [3]. Hal  tersebut  menyebabkan  ketimpangan  pada  neraca  LPG nasional karena menurut sumber yang sama, produksi LPG di Indonesia dengan rentang waktu yang sama mengalami rata- rata  penurunan  sebesar  2,79%  per  tahunnya.  Bahkan  pada tahun 2021, produksi LPG nasional yang mencapai 1.925.280 ton  LPG  hanya  mampu  untuk  memenuhi  sekitar  23,5% kebutuhan  LPG  nasional,  sementara  sisanya  dipenuhi  dari impor LPG. Proyeksi supply-demand LPG pada tahun 2026 telah  tersaji  pada  Tabel  2,  dan  berikut  adalah  proyeksi penekanan impor LPG dengan skenario pencampuran dengan DME 20% dan DME 80%.
Serta  ada  tahun  tersebut,  kerja  sama  antara  Bukit  Asam, Pertamina, dan Air Products juga berencana untuk hilirisasi batu bara menjadi DME dengan kapasitas sebesar 1,4 juta ton DME  per  tahun,  sehingga  kebutuhan  DME  pada  tahun tersebut  tersisa  625.577  ton.  Jika  pabrik  dibangun  untuk memenuhi  100%  dari  kebutuhan  DME  nasional,  maka kapasitas produksi pabrik adalah 625.588 ton/ tahun atau Jika setahun terdapat 365 hari dan satu hari terdapat 24 jam, maka pabrik harus memproduksi ±71.500 kg DME/jam.

## C. Lokasi dan Ketersediaan Utilitas
Keberhasilan  suatu  pabrik  dipengaruhi  oleh  beberapa faktor,  khususnya  letak  geografis  suatu  pabrik  yang  akan didirikan.  Oleh  sebab  itu,  sangat  penting  dilakukan  suatu perencanaan  dalam  menentukan  lokasi  pabrik.  Lokasi
Tabel 6.
Proyeksi Penekanan Impor LPG Jenis Kondisi Asli Penambahan Impor LPG Produksi DME Produksi LPG 1.671.379,27 1.671.379,27 1.671.379 Konsumsi LPG 10.127.450,44 10.127.450,44 10.127.450 Impor LPG 8.027.657,96 8.456.506,45 6.430.929 Ekspor LPG 435,28 435,28 435,28 Produksi DME 0 0 2.025.577
Tabel 7.
Neraca Massa Komponen Massa Masuk (kg/jam) Massa Keluar (kg/jam) Methane 44316,27 - Ethane 4085,11 - Propane 4136,46 - i-Butane 1128,05 - n-Butane 1316,06 - i-Pentane 700,14 - n-Pentane 466,76 - n-Hexane 836,25 - n-Heptane 12,96 - CO 2 7829,49 31,67 CO - - O 2 62186,33 - Nitrogen 38,09 - Hydrogen - - Water - 164,20 DME - 71303,31 Methanol - 0,82 H 2 S - - MDEA - - Total 127.05 127.05 Tabel 8. Neraca Energi Utilitas Kebutuhan (kg/jam) High Pressure Steam 507.509.642,60 Cooling Water 10.234.654,23 Propane Refrigeration Cycle 3.488,14
G-112 Fuel Air Natural Gas From Fuel Gas System From Outside Furnace R-110 Q-111 E-211 4 26 10,1 1 26 10,1 3 84,3 10,1 5 25 10,1 2 184 10,1 10 1175 10 9 860 10 7 860 10,1 11 1001 9,8 8 25 10,1 Oxygen From Air Separation Plant (PT. Surya Biru Murni Acetylene) 6 877,8 10,4 FL UE GAS E-211
Gambar  3.  Unit  proses  reforming  terdiri  dari  furnace  (Q-111), autothermal reformer (R-110), dan syngas heat exchanger (E-211).
R-410 30 250 50 31 250 50 32 260 50 33 230 50 E-416 CW CWR E-414 E-412 E-411
Gambar 4. Unit Proses Sintesa DME terdiri dari DME  Fluidized-Bed Reactor (R-410).
pendirian  pabrik  yang  tepat  dengan  bahan  baku  semurah mungkin dan fasilitas penunjang lainnya yang memadai dapat memperoleh  keuntungan  dalam  jangka  panjang  baik  untuk perusahaan  maupun  kesejahteraan  warga  sekitar.  Pada pemilihan  lokasi  pendirian  pabrik  DME,  telah  dilakukan pertimbangan diataranya:
1. Ketersediaan Bahan Baku
2. Lokasi Pemasaran Produk
3. Ketersediaan Lahan
4. Ketersediaan Listrik dan Air
5. Ketersediaan Tenaga Kerja
6. Iklim dan Topografi
Adapun  rencana  pendirian  pabrik  DME  memiliki  3  opsi yakni  di  Provinsi  Kalimantan  Timur  (Kawasan  Industri Kariangau),  Provinsi  Sumatra  Selatan  (KEK  Tanjung  Api- Api), dan  Provinsi Papua Barat  (KEK Sorong)  (Gambar 1). Ketiga opsi tersebut dipilih karena merupakan daerah dengan cadangan gas bumi yang melimpah di Indonesia.
Berdasarkan parameter yang telah ditentukan, maka dapat dilakukan  pembobotan  dan  seleksi  pemilihan  lokasi  pabrik menggunakan  metode Analytical  Hierarchy  Process menggunakan  bantuan software  “Expert  Choice” dan dipilihlah  Provinsi  Kalimantan  Timur  sebagai  lokasi pendirian pabrik tepatnya di Kawasan Industri Kariangau.
Adapun utilitas pada lokasi terpilih juga memadai dengan tersedianya  pembangkit  listrik  dengan  kapasitas  total 1.763,10 MW serta dengan ketersediaan air sebanyak 77,088 miliar m 3 per tahun.

## III. URAIAN PROSES TERPILIH
Proses  produksi  dimethyl  ether  terdiri  dari  empat  unit proses  yang  digolongkan  berdasarkan  fungsi  utama  dari keseluruhan  proses  seperti  yang  ditunjukkan  digram  balok proses produksi dimethyl ether pada Gambar 2.
Unit pertama adalah reforming atau proses mengubah gas alam manjadi syngas yang merupakan bahan baku dari proses sintesa  DME  (Gambar  3).  Proses  selanjutnya  proses pemisahan  CO 2 dalam  aliran  menggunakan  pelarut  berupa senyawa  MDEA,  kemudian  adalah  sintesa  DME  dimana syngas hasil  dari  proses reforming akan  direaksikan  pada reaktor fluidized-bed untuk menghasilkan DME (Gambar 4).
Dan  proses  terakhir  adalah  proses  purifikasi  DME  yang menggunakan 3 unit distilasi.

## A. Reforming
Proses reforming gas alam menjadi syngas terbagi menjadi dua tahap, yaitu tahap pemanasan feed dan tahap reaksi feed menjadi syngas yang  merupakan  tahap  utama  pada  proses reforming . Pada tahap pemanasan feed , tiga aliran feed yang berupa  aliran  campuran  gas  alam  dan  steam,  aliran  oksigen dari air separation unit , dan karbon dioksida yang berasal dari recycle reaktor  DME  dipanaskan  mencapai  suhu  750  K menggunakan furnace dengan fuel yang berasal dari beberapa fraksi gas alam yang digunakan sebagai bahan baku.
Tahap  reaksi  gas  alam  menjadi syngas menggunakan autothermal  reforming  process menggabungkan  dua  reaksi dalam satu reaktor, yaitu partial oxidation reforming (POX) dan steam methane reforming (SMR). POX merupakan reaksi oksidasi  metana  dan  oksigen  sebagai  pereaksi  pembatas dengan residence  time yang  sangat  singkat  (3,6  –  72  ms) dimana  reaksi  yang  terjadi  sangat  eksotermis  dan  tidak memerlukan katalis [4].
𝐶𝐻4 + 2𝑂2 ↔ 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂∆𝐻° 298𝐾 = −802 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙
Komponen  gas  alam  dengan  rantai  karbon  yang  lebih panjang akan bereaksi dengan persamaan reaksi berikut ini.
𝐶𝑛𝐻𝑚 + ( 4𝑛 + 𝑚 4 ) 𝑂2 ↔ 𝑛𝐶𝑂2 + ( 𝑚 2 ) 𝐻2𝑂 𝐶𝑛𝐻𝑚 +    ( 𝑛 2 ) 𝑂2 ↔ 𝑛𝐶𝑂     +   ( 𝑚 2 ) 𝐻2
Kondisi feed menentukan kondisi operasi proses dan hasil yang akan diperoleh nantinya. Kondisi feed dengan suhu 750 K, tekanan 21 bar, rasio CO 2 /CH 4 = 0,12; H 2 O/CH 4 = 0,6; dan O 2 /CH 4 =  0,59  memberikan  konversi  metana  yang  tinggi sehingga yield syngas juga semakin tinggi. Suhu yang lebih rendah  dari  itu  memberikan  konversi  metana  yang  sangat rendah sedangkan suhu yang lebih rendah dari itu berpotensi untuk  merusak  struktur  katalis  serta  meningkatkan  biaya operasi.
Sedangkan  SMR  merupakan  reaksi  antara  hidrokarbon dengan superheated steam untuk membentuk syngas dengan bantuan catalyst  bed berbasis  nikel.  Reaksi  ini  berlangsung
D-310 E-324 E-321 H-322 L-315 E-316 K-311 H-312 E-313 L-323 D-320 H-314 E-210 CW H P S C W R H P S C PURGE C W R CW E-411 Make Up MDEA E-113 Gambar 5. Unit proses CO 2 removal. D-510 E-511 L-513 H-512 E-514 K-521 37 -37,3 25 43 88,3 24 44 93,9 24,3 38 -18,2 22 39 -20,6 21,6 40 -20,6 21,6 41 -20,6 21,6 42 -20,6 22 45 93,9 24,3 46 40,5 8 E-522 H-523 L-524 D-520 L-531 E-525 54 148,5 7,3 53 133,3 7 55 148,5 7,3 56 148,5 9 47 26,3 6 48 23,6 5,6 49 23,6 5,6 51 23,6 5,6 52 23,6 6 50 23,6 5,6 D-530 E-532 H-533 L-534 E-535 DME 57 123,4 7 58 122,7 6,8 60 122,7 6,8 61 122,7 7 62 170,4 8 59 122,7 6,8 63 172,2 8,3 64 172,2 8,3 F-540 75 23,6 9 WASTE WATER L-541 K-419 P R C H P S E-113 CW H P S CW H P S C W R H P S C C W R H P S C P R C H P S C G-413
Gambar 6. Unit proses purifikasi DME.
pada suhu tinggi (sekitar 800-1000 ℃). Sementara komponen gas  alam  yang  memiliki  rantai  karbon  yang  lebih  panjang akan bereaksi dengan persamaan reaksi sebagai berikut.
𝐶𝑛𝐻𝑚 + 𝑛𝐻2𝑂 ↔  𝑛𝐶𝑂 + (𝑛 + 𝑚 2 ) 𝐻2
Konversi  gas  alam  menjadi syngas menggunakan autothermal reformer menghasilkan rasio H 2 /CO mendekati 2, untuk menurunkan rasio tersebut mendekati 1, keberadaan steam bisa  digantikan  dengan  karbon  dioksida  yang dihasilkan,  yang  akan  memberikan  rasio  H 2 /CO  yang  lebih favorable untuk sintesa DME nantinya.
2𝐶𝑂 ↔ 𝐶 + 𝐶𝑂2∆𝐻° 298𝐾 = −172 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 ↔ 𝐶 + 2𝐻2∆𝐻° 298𝐾 = 75 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
𝐶𝑛𝐻𝑚 → 𝑛𝐶 + ( 𝑚 2 ) 𝐻2
Reaksi  pertama  disebut Boudouard  reaction )  dan  reaksi kedua  merupakan  reaksi reversible sedangkan  reaksi  ketiga merupakan  reaksi parallel pada  hidrokarbon  dengan  rantai karbon yang lebih panjang melalui reaksi thermal cracking . Pembentukan  karbon  terjadi  dalam  jumlah  yang  tidak signifikan sehingga dapat diabaikan. Kondisi dan komposisi feed pada  reaksi  SMR  bergantung  hasil  yang  diraih  pada reaksi POX (Gambar 5).
Kedua  reaksi  tersebut  terjadi  secara  simultan  dalam reformer yang terbagi dalam tiga zona yaitu: (1) The Burner , dua aliran feed yang terdiri dari aliran campuran gas alam dan oksigen serta aliran oksigen memasuki reaktor melalui burner yang  dipasang  di  bagian  atas  reaktor  dimana  kedua  aliran tersebut  tercampur  dalam turbulent  diffusion  flame . (2) The combustion  zone ,  zona  ini  adalah  zona  turbulent  diffusion flame dimana hidrokarbon dan oksigen telah bercampur dan bereaksi secara bertahap. Reaksi pembakaran dengan oksigen sangat  eksotermal  dan  terjadi  dengan  sangat  cepat.  Reaksi pembakaran  terjadi  sebagai  proses  substoikiometrik  dengan rasio  keseluruhan  oksigen  dengan  hidrokarbon  antara  0,55- 0,6  [5].  (3) The  catalytic  zone ,  zona  ini  merupakan  zona dimana  konversi  hidrokarbon  terakhir  terjadi  melalui heterogeneous  catalytic reactions .  Pada  keluaran catalytic zone ini, syngas (H 2 dan CO) akan berkesetimbangan berkat adanya reaksi SMR dan WGS [6].

## B. Pemisahan CO 2
Proses pemisahan CO2 dilakukan dengan metode absorbsi menggunakan  methyl  diethanol  amine  (MDEA)  sebagai pelarut.  Proses  absorbsi  dilakukan  pada  tekanan  operasi tinggi  5000  kPa  dan  suhu  rendah  37,7℃.  Kondisi  operasi tersebut  diaplikasikan  untuk  mengatur  kelarutan  CO 2 agar mudah  larut  ke  dalam  MDEA  sehingga  jumlah  CO 2 yang terlarut  ke  dalam  pelarut  menjadi  maksimal.  Pelarut  dan terlarut  pada  absorber  dikontakkan  dengan  konfigurasi counter-current dengan feed yang  berupa  gas  masuk  ke absorber  dari  bawah  dan  pelarut  yang  berupa liquid masuk dari  atas  untuk  memanfaatkan  gaya  gravitasi  sehingga mengurangi kebutuhan energi untuk menggerakkan fluida.

## C. Sintesa DME
Proses  sintesa  DME  dilakukan  dengan  metode direct process dimana produk dari proses reforming yang sebagian besar berupa CO, H 2 , dan sebagian CO 2 direaksikan dengan reaktor fluidized  bed melalui  satu  tahap  ( one-step  process )
reaksi. Kondisi operasi yang paling ideal pada reaktor sintesa DME adalah pada tekanan 50 bar dengan suhu 260 ℃, rasio H2/CO  yang  paling  ideal  adalah  1  untuk  mendapatkan konversi  DME  yang  optimal.  Katalis  yang  digunakan  pada proses  ini  adalah  katalis  bifungsi  Cu-ZnO-Al 2 O 3 /HZSM-5 untuk  mengakomodasi  reaksi  sintesa  metanol  dan  dehidrasi metanol menjadi DME pada satu reaktor yang sama [7].

## D. Purifikasi DME
Proses purifikasi DME dilakukan menggunakan beberapa tahap  yaitu  tahap  refrigerasi  dimana  DME  didinginkan mencapai  suhu  -35  °C  menggunakan propane  refrigeration cycle .  Kemudian  kandungan  gas  yang  masih  tersisa  dari proses  refrigerasi  dipisahkan  menggunakan flash  separator untuk  menghilangkan  sebagian  besar  kandungan syngas . Kemudian liquid DME  dipisahkan  menggunakan  kolom distilasi untuk menghilangkan seluruh kandungan syngas dari DME ke produk bawah kolom pertama (D-510) (Tabel 6). Liquid DME produk dari kolom distilasi  pertama kemudian dimurnikan  di  kolom  distilasi  kedua  (D-520)  untuk menghilangkan metanol dan air yang terbentuk selama reaksi. Kemurnian  DME  pada  distilat  mencapai  98%  berat  pada tekanan  7  bar  dan  suhu  ruang.  Dan  kolom  distilasi  yang terakhir  (D-530)  bertujuan  untuk  memurnikan  metanol  dan air agar metanol dapat digunakan kembali pada proses sintesa DME di reaktor (R-410).

## IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI

## A. Neraca Massa
Gas  alam  merupakan  bahan  baku  utama  dalam  pabrik DME dengan proses langsung ini, gas alam yang dibutuhkan adalah sebanyak  64.866 kg/jam dan bahan baku pendukung berupa oksigen dibutuhkan sebanyak 62.186 kg/jam. Dan dari kedua bahan baku tersebut akan menghasilkan produk berupa DME  sebanyak  71.500  kg/jam, purge  gas sebanyak  28.013 kg/jam, flare gas sebanyak 21.889 kg/jam, dan air sebanyak 5.650 kg/jam ditunjukkan pada Tabel 7.

## B. Neraca Energi
Dalam  pemrosesan  gas  alam  menjadi  DME,  pabrik  ini membutuhkan high pressure steam sebanyak 507.509.642,60 kg/jam, cooling  water sebanyak  10.234.654,23  kg/jam,  dan propana  untuk propane  refrigeration  cycle sebanyak 3.488,14  kg/jam.  Serta  listrik  yang  dibutuhkan  untuk menjalankan  mesin  seperti  kompresor  dan  pompa  adalah sebesar 612.755,59 kW seperti ditunjukkan pada Tabel 8.

## V. ANALISA EKONOMI
Analisis  ekonomi  merupakan  hal  yang  penting  dalam meninjau  kelayakan  pendirian  dan  perancangan  pra  desain pabrik.  Beberapa  faktor  yang  perlu  dianalisa  dalam menentukan kelayakan berdirinya pabrik dimethyl ether dari gas alam dengan proses langsung ini diantaranya adalah Net Present  Value (NPV),  laju  pengembalian  modal  ( Internal Rate  of Return /IRR),  waktu  pengembalian  modal  minimum ( Pay  Out  time /POT),  dan  juga  titik  impas  ( Break  Event Point /BEP).  Untuk  mengetahui  nilai  dari  faktor-faktor tersebut,  terlebih  dahulu  perlu  diketahui  nilai Capital Expenditure (CAPEX) dan Operatting Expense (OPEX).

## A. Capital Expenditure (CAPEX) dan Operatting Expense (OPEX)
CAPEX merupakan dana yang digunakan oleh perusahaan untuk  memperoleh,  meningkatkan,  dan  memelihara  asset fisik  seperti property ,  pabrik,  bangunan,  teknologi,  atau peralatan.  Pada  perhitungan,  nilai  dari  CAPEX  yaitu  sama dengan Fixed Capital Investment (FCI) dimana FCI meliputi asset-aset  utama  yang  dimiliki  perusahaan.  Berdasarkan perhitungan  yang  telah  dilakukan,  didapatkan  nilai  dari CAPEX yaitu sebesar USD 339.811.043,76.
Sementara Operatting  Expense atau  biaya  operasi  adalah pengeluaran  yang  biasa  digunakan  oleh  sebuah  perusahaan saat  memenuhi  kebutuhan  operasional.  Penentuan  OPEX atau Total Production Cost (TPC) terdiri dari biaya produksi langsung/ Direct  Production  Cost (DPC),  biaya  tetap/ Fixed Cost (FC), Plant  Overhead  Cost (POC),  pengeluaran umum/ General Expenses
(GE),
dan biaya pembangunan/ Manufacturing Cost (MC). Sehingga berdasarkan  perhitungan  nilai  dari  TPC  yaitu  sebesar  USD 339.540.644,92.

## B. Net Present Value (NPV)
Net Present Value merupakan selisih nilai modal atau kas masuk dengan pembelanjaan atau kas keluar. NPV digunakan untuk  perhitungan  modal  guna  menganalisa  kemungkinan keuntungan  suatu  proyek  maupun  investasi  yang  akan dilakukan. Jika bernilai positif maka kemungkinan pabrik di masa  yang  akan  datang  akan  mengalami  keuntungan. Sebaliknya, jika bernilai negatif, maka kemungkinan pabrik di  masa  yang  akan  datang  akan  mengalami  kerugian  jika proses produksi dilakukan. Berdasarkan perhitungan dengan discount  factor sebesar  10%,  NPV  pabrik  bernilai  USD 390.782.700.  NPV  yang  bernilai  positif menyatakan  bahwa pabrik ini layak untuk didirikan.

## C. Laju Pengembalian Modal (Internal Rate of Return/IRR)
Perhitungan  IRR  menggunakan  metode cash  flow merupakan  suatu  tingkat  bunga  tertentu  dimana  seluruh pendapatan akan tepat menutup seluruh jumlah pengeluaran pabrik/perusahaan.  Berdasarkan  perhitungan,  nilai  IRR adalah  sebesar  21,70%.  Nilai  IRR  yang  lebih  tinggi  dari Bunga  bank  (6%)  dan  menunjukkan  nilai  yang  tinggi melebihi minimum  acceptable  return dari  kebanyakan investor (15%), maka pabrik layak untuk didirikan.
D. Waktu Pengembalian Modal Minimum (Pay Out
Time/POT)
Minimum  pay  out  time adalah  waktu  yang  dibutuhkan untuk  mengembalikan  modal  suatu  pabrik  yang  dapat dihitung  dari  modal  dibagi  laba  dan  depresiasi.  Dari perhitungan  didapat  waktu  pengembalian  modal  minimum adalah 3,03 tahun yang menunjukkan pabrik layak didirikan
karena  POT  lebih  kecil  dibandingkan  asumsi  umur  pabrik yaitu 10 tahun.

## E. Titik Impas (Break Event Point/BEP)
Analisa titik impas digunakan untuk mengetahui besarnya kapasitas produksi dimana biaya produksi total sama dengan hasil penjualan. Biaya tetap (FC), biaya variabel (VC), biaya semi  variabel  (SVC)  dan  biaya  total  tidak  dipengaruhi  oleh kapasitas  produksi.  Dari  perhitungan  yang  dilakukan, didapatkan bahwa titik impas (BEP) = 37,50%. Grafik BEP dapat dilihat pada Gambar 6.

## VI. KESIMPULAN
Pabrik  dimethyl  ether  dari  gas  alam  dengan  proses langsung  direncanakan  untuk  didirikan  pada  tahun  2026 dengan  kapasitas  produksi  sebesar  71.500  kg/jam  dimethyl ether. Proses  produksi  dalam  pabrik  akan  dilakukan  selama 330  hari  kerja  dalam  1  tahun  dengan  menghasilkan  DME dengan  kemurnian  99,7%  yang  telah  memenuhi  spesifikasi ISO/DIS  16861.  Pabrik  DME  akan  berlokasi  di  Provinsi Kalimantan  Timur,  tepatnya  pada  Kawasan  Industri Kariangau.  Dari  segi  ekonomi  pabrik  ini  memiliki  IRR sebesar 21,70%, POT 3,03 tahun, dan BEP sebesar 37,50%. Ditunjau  dari  IRR  yang  dimiliki  pabrik  ini  lebih  besar  dari suku  bunga  bank  dan  memiliki  nilai  NPV  yang  positif sehingga cocok sebagai investasi jangka panjang. Maka dapat disimpulkan  bahwa  pabrik  dimethyl  ether  dari  gas  alam dengan proses langsung layak untuk didirikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Direktorat  Jenderal  Minyak  dan  Gas  Bumi, Laporan  Kinerja  2021 Badan PPSDM Migas , 1st ed. Jakarta: Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2021.
[2]  D.  Hakim,  I.  Masfuri,  and  I.  Febijanto,  “Karakteristik  Kompor  Gas LPG terhadap Variasi Campuran Bahan Bakar DME (Dimetil Eter),” in Conference: Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Universitas Katolik Parahyangan , 2012.
[3]  Direktorat  Jenderal  Minyak  dan  Gas  Bumi, Neraca  Gas  Bumi Indonesia ,  1st  ed.  Jakarta:  Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya Mineral Republik Indonesia, 2018.
[4]  H. R. Shahhosseini, S. Saeidi, S. Najari, and F. Gallucci, “Comparison of  conventional  and  spherical  reactor  for  the  industrial  auto-thermal reforming of methane to maximize synthesis gas and minimize CO2,” Int. J. Hydrogen Energy , vol. 42, no. 31, pp. 19798–19809, 2017, doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.06.192.
[5]  M. Zahedi nezhad, S. Rowshanzamir, and M. H. Eikani, “Autothermal reforming of methane to synthesis gas: Modeling and simulation,” Int. J.  Hydrogen  Energy ,  vol.  34,  no.  3,  pp.  1292–1300,  2009,  doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.11.091.
[6]  I. Dybkjaer, “Tubular reforming and autothermal reforming of natural gas  —  an  overview  of  available  processes,” Fuel  Process.  Technol. , vol. 42, no. 2, pp. 85–107, 1995, doi: 10.1016/0378-3820(94)00099-F.
[7]  T.  Ogawa,  N.  Inoue,  T.  Shikada,  O.  Inokoshi,  and  Y.  Ohno, “Direct Dimethyl  Ether  (DME)  synthesis  from  natural  gas,”  in Natural  Gas Conversion VII , 1st ed., vol. 147, Japan: Elsevier, 2004, pp. 379–384. doi: 10.1016/S0167-2991(04)80081-8.