Abstrak — Konsumsi bahan bakar minyak pada tahun pada periode  2000-2013  meningkat  dari  764  juta  SBM  pada  tahun 2000  menjadi  1.151  juta  SBM  [1].  Dengan  meningkatnya konsumsi bahan bakar, maka emisi gas buang berupa CO 2 juga akan meningkat. Gas CO 2 tidak hanya dihasilkan dari adanya emisi gas buang pada bahan bakar, tetapi gas CO 2 juga banyak dihasilkan  dari  proses  industri  minyak  dan  gas.  ExxonMobil Cepu  Ltd.  yang  beroperasi  di  Bojonegoro  merupakan  salah satu industri pengeboran minyak yang menghasilkan emisi gas CO 2 sebesar  427  TPD.  Hal  ini  tentu  sangat  berpengaruh terhadap  meningkatnya  emisi  gas  CO 2 di  udara.  Salah  satu upaya untuk mengurangi emisi adalah dengan  memanfaatkan gas  buang  tersebut  menjadi  Diethyl  Carbonate  (DEC).  DEC merupakan  salah  satu  senyawa  oxygenate  yang  menjadi alternatif  zat  aditif  pada  bahan  bakar,  bersifat  nontoxic  dan juga dapat terurai (biodegradable). Sehingga DEC termasuk zat kimia  yang  ramah  lingkungan[2].  Mengingat  DEC  juga memiliki  potensi  untuk  meningkatkan  nilai  oktan  tanpa menimbulkan  masalah  emisi  gas  buang  yang  berarti,  maka perancangan  pabrik  DEC  perlu  untuk  dilakukan.  Dari kapasitas  bahan  baku  CO 2 sebesar  427  TPD  akan  dihasilkan produk  DEC  :  284  ribu  ton/tahun,  Butylene  Carbonate    :  93 ribu  ton/tahun  dan  1,2  Butanediol  :  223  ribu  ton/tahun.  Dari analisa  ekonomi  diperoleh  :  Total  Cost  Investment:  MUSD 568.44;  Internal  Rate  of  Return  :  36.88%;  POT:  3.26  tahun; BEP  :  41.3  %;  dan  NPV  10  year  :  MUSD  3331.9.  Sehingga pendirian pabrik ini perlu dipertimbangkan sebagai salah satu upaya untuk menurunkan CO 2.
Kata Kunci—Dietil Karbonat, CO 2 , Ethanol, Desain Pabrik

## I. PENDAHULUAN
AHAN bakar minyak berbasis energi fosil merupakan salah satu energi yang kebutuhannya terus meningkat dari  tahun  ke  tahun.  Konsumsi  energi  final  menurut  jenis selama  tahun  2000-2013  masih  didominasi  oleh  BBM (bensin,  minyak,  solar,  IDO,  minyak  tanah,  avtur  dan avgas).
Selama  kurun  waktu  tersebut,  total  konsumsi  BBM meningkat dari 315 juta SBM pada tahun 2000 menjadi 399 juta SBM pada tahun 2013 atau meningkat 1,83% per tahun. Pada  tahun  2000,  konsumsi  solar  mempunyai  pangsa terbesar  (38,7%)  disusul  minyak  tanah  (23,4%),  bensin (23,0%), minyak bakar (9,6%), IDO (3%) dan avtur (2,2%). Selanjutnya  pada  tahun  2013  menjadi  minyak  solar (45,4%),  bensin  (44,5%),  avtur  (6,1%)  dan  minyak  tanah serta  minyak  bakar  masing-masing  sebesar  1,9%  [1].  Hal tersebut  memberikan  efek  yang  signifikan  terhadap munculnya  emisi  gas  buang  berupa  gas  CO 2 yang berpengaruh besar terhadap efek rumah kaca.
Salah  satu  upaya  untuk  mengurangi  emisi  yang dihasilkan  dari  konsumsi  bahan  bakar  tersebut  adalah
dengan  penambahan  zat  aditif  pada  bahan  bakar  minyak Terdapat beberapa senyawa yang sudah digunakan sebagai aditif, yaitu tetra ethyl lead (TEL) dan senyawa oxygenate methyl-tertiary-butyl  ether  (MTBE).  Pada  zat  aditif  TEL menurut  para  peneliti,  setelah  digunakan  beberapa  waktu, ditemukan  adanya  kelemahan  pada  TEL  yaitu  dapat menimbulkan emisi bahan bakar yang membahayakan bagi kesehatan  manusia.  Selain  TEL,  senyawa oxygenate juga dikenal  sebagi  zat  aditif  pada  bahan  bakar.  Senyawa oxygenate adalah  senyawa  organik  cair  yang  dapat dicampur  ke  dalam  bahan  bakar  untuk  menambah kandungan oksigennya. Salah satu senyawa oxygenate yang populer digunakan sebagai zat aditif adalah methyl-tertiary- butyl  ether  (MTBE).  Namun  setelah  dilakukan  penelitian, ditemukan  bahwa  MTBE  memiliki  beberapa  kekurangan. Senyawa ini memiliki kelarutan tinggi dalam air, sehingga dapat menimbulkan kerugian bagi manusia[3].
Diethyl carbonate (DEC) merupakan salah satu senyawa oxygenate yang  menjadi  alternatif  zat  aditif  pada  bahan bakar.  DEC  bersifat nontoxic dan  juga  dapat  terurai ( biodegradable )  sehingga  DEC  termasuk  zat  kimia  yang ramah lingkungan. Selain itu, DEC mempunyai kandungan oksigen yang lebih tinggi (40,6 wt%) dibandingkan dengan MTBE (18,2 wt%). Berdasarkan penelitian, DEC sebanyak 5  wt  %  dapat  mengurangi  materi  partikulat  pada  mesin diesel sebanyak 50% [2]. Selain dengan menambahkan zat aditif pada bahan bakar, sebagai upaya menekan emisi, juga dapat dilakukan upaya lain yaitu dengan cara memanfaatkan gas CO 2 hasil buang industri. Gas CO 2 juga dapat  disentesis  menjadi  senyawa  lain  yang  lebih menguntungkan. Tercatat bahwa gas CO 2 juga  merupakan satu  bahan  baku  terbaru  untuk  mensintesis  DEC  sebagai senyawa oxygenate .
ExxonMobil Cepu Ltd.  yang  beroperasi di Bojonegoro merupakan  salah  satu  industri  pengeboran  minyak  yang menghasilkan emisi gas CO 2 sebesar 427 TPD. Hal ini tentu sangat berpengaruh terhadap meningkatnya emisi gas CO 2 di  udara.  Berdasarkan  uraian  singkat  sintesis  DEC  diatas, maka  CO 2 keluaran  dari  stack  ExxonMobil  Ltd.  ini  dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku sintesa DEC. Mengingat DEC juga memiliki potensi untuk meningkatkan nilai oktan tanpa menimbulkan masalah emisi gas buang yang berarti, maka perancangan pabrik DEC perlu untuk dilakukan. Pada pra desain pabrik ini dikaji kelayakan pendirian pabrik DEC dari CO 2 limbah dari PT. ExxonMobil Ltd.

## II.URAIAN PROSES
Proses  produksi  DEC  dari  etanol  dan  CO 2 ini  terbagi dalam dua tahan sintesis, yaitu sintesis CO 2 dengan butylene oxide  menghasilkan  butylene  carbonate  kemudia  barulah

## Pra Desain Pabrik Dietil Karbonat dari CO 2 dan Ethanol Melalui Proses Indirect Route
Diana Rachmawati, Rianti Widi A, 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
B
proses  pembentukan  DEC  dilakukan  antara  butylene carbonate  dengan  ethanol.  Bahan  baku  berupa  CO 2 yang digunakan  berasal  dari  limbah  gas  industri,  sehingga  perlu adanya unit tambahan untuk proses pemurnian CO 2 .
Proses ini memiliki beberapa tahapan yang terbagi menjadi 4 bagian yaitu:
1. CO 2 Purification Unit
2. Synthesis Unit
3. Separation Unit
4. Purification Unit
Proses  tersebut  terdiri  dari  tahap-tahap  tersendiri dan  memiliki  unit  operasi  tersendiri  sesuai  dengan  fungsi dari  unit  tersebut.  Secara  garis  besar  proses  tersebut  dapat digambarkan dengan flowchart berikut:
Gambar I. Blok Diagram Skema Proses Pembentukan DEC

## 1. CO 2 Purification Unit
Pada tahap awal ini limbah gas dari Exxon Mobiile Ltd. diolah  terlebih  dahulu  untuk  mendapatkan  gas  CO 2 murni. Feed  berupa  keluaran  stage  flare  gas  yang  panas  dan mengandung gas CO 2 , H 2 O, O 2 , N 2 , Ar, dan SO 2 didinginkan dahulu oleh cooler Kemudian dialirkan ke kompresor  untuk dinaikkan  tekanannya.  Karena  temperature  gas  keluaran kompresor temperaturnya meningkat, maka panas yang ada dimanfaatkan  untuk  memanaskan  feed  ethanol  yang  ada  di synthesis unit dengan menukarnya di heat exchanger. Setelah ditukarkan  panasnya,  gas  masih  butuh  didinginkan  lagi dengan cooler. Feed gas yang memiliki tekanan 40 bar dan temperature  80 o C  kemudian  masuk  melalui  bagian  bawah kolom  absorber    untuk  dilakukan  proses  pemurnian  CO 2. Sebagai  larutan  pengabsorb  digunakan  larutan  carbonate. Larutan ini akan menyerap gas CO 2 kemudian keluar melalui bagian  bawah  kolom  sebagai  larutan  bicarbonate.  Sebelum masuk ke dalam kolom stripper, larutan bicarbonate terlebih dahulu dinaikkan temperaturnya dengan jalan menukar pans dengan  larutan  carbonate  hasil  regenerasi.  Larutan bicarbonate  yang  telah  memiliki  temperature  115 o C  dan tekanan 1 bar barulah masuk ke dalam kolom stripper untuk dilakukan  regenerasi.  Gas  CO 2 akan  terlepas  dan  keluar, sedangkan larutan carbonate hasil regenerasi akan keluar dan panasnya  dipertukarkan  di  heat  exchanger.  Sebelum digunakan  kembali,  larutan  carbonate  ini  dialirkan  untuk diberi make  up carbonate,  untuk  menjaga  konsentrasinya tetap 30 wt%. Setelah itu barulah dipompa kembali menuju kolom absorber.

## 2. Synthesis Unit
Pada proses synthesis ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu synthesis CO 2 dengan butylene oxide menghasilkan butylene carbonate dan synthesis butylene carbonate dengan ethanol
enghasilkan  DEC  dan  1,2-butanediol.  Pada  tahap  synthesis pertama,  feed  berupa  CO 2 yang  berasal  dari  unit  absorber dalam fase gas bergabung dengan CO 2 recycle dari flash tank unit . Kemudian feed CO 2 dialirkan menuju kompresor untuk dinaikkan tekananya hingga 40 bar. Karena temperature gas keluaran  kompresor  temperaturnya  meningkat,  maka  panas yang  ada  dimanfaatkan  untuk  memanaskan  feed  butylene oxide.  Butylene  oxide  kemudian  dipompa  menuju  splitter untuk displit alirannya sebagai umpar reaktor 1 dan sebagai umpan reaktor 2 Butylene oxide dialirkan ke heat exchanger untuk  dinaikkan  temperaturnya  sebelum  masuk  ke  dalam reaktor 1
Proses synthesis butylene carbonate yang terjadi di dalam reaktor 1 memiliki konversi 100% dengan adanyanya ekses CO 2. Selain  akan  terbentuk  butylene  carbonate,  juga  akan terbentuk 1,2-butanediol sebagai hasil samping reaksi antara H 2 O yang terikut dalam feed gas CO 2 dengan butylene oxide. Berikut ini merupakan reaksi yang terjadi di dalam reaktor 1: 1. Synthesis butylene carbonate CO 2 + C 4 H 8 O  C 5 H 8 O 3 2. Synthesis 1,2-Butanideol H 2 O + C 4 H 8 O  C 4 H 10 O 2
Katalis yang digunakan pada reaktor 1 ini merupakan katalis yang  telah  umum  digunakan  pada  industri  sintesis  pelarut alkylene carbonate yaitu Quartenary Ammonium.
Hasil  synthesis  berupas  campuran  fasa  gas  dan  liquid akan keluar dan dialirkan menuju flash tank . Di dalam flash tank ini  fase  gas  dan  liquid  akan  terpisah.  Fase  gas  yang merupakan  CO 2 akan  keluar  dan  kemudian  akan  direcycle sebagai  feed  reaktor  1,  sedangkan  fase  liquid  berupa butylene carbonate akan keluar.
Setelah  melalui  tahap  synthesis  butylene  carbonate kemudian masuk ke dalam tahap synthesis berikutnya pada reaktor  2  untuk  menghasilkan  DEC.  Butylene  carbonate keluaran flash  tank umpan  reaktor  2  dipompa.  Kemudian butylene  carbonate  dipanaskan  dengan  heater  hingga memiliki  temperature  150 o C  dan  tekanan  40  bar.  Sebelum masuk ke dalam reaktor 2 terlebih dahulu ethanol dipanaskan melalui  heat  exchanger  dan  heater.  Disamping  itu  juga dialirkan  sedikit butylene oxide untuk  menghilangkan H 2 O yang  terikut  dengan  ethanol.  Berikut  ini  merupakan  reaksi yang terjadi di dalam reaktor 2:
1. Synthesis butylene carbonate
CO 2 + C 4 H 8 O  C 5 H 8 O 3

## 2. Synthesis DEC
C 5 H 8 O 3 + 2C 2 H 5 OH  C 5 H 10 O 3 + C 4 H 10 O 2
3. Synthesis 1,2-Butanideol
H 2 O + C 4 H 8 O  C 4 H 10 O 2
Di  dalam  proses  sintesis  DEC  ini,  pemilihan  katalis mempunyai peran yang sangat penting dalam meningkatkan yield  dan  konversi.  Berdasarkan  penelitian,  cerium  oxide (CeO 2 )  merupakan  katalis  yang  paling  efektif  di  dalam sistesis  DEC  ini.  Keefektifan  CeO 2 ini  dikarenakan  adanya sifat unik seperti karakteristik asam basa di permukaan dan
sifat  redoks  yang  membuat  zat  ini  berperan  sebagai  katalis yang kuat [4].
Tabel 1. Katalis pada Sintesis DEC Tabel 2.

## Karakteristik Cerium Oxide
Spesifikasi
- Bentuk     = padatan putih - Rumus Molekul  = CeO 2
- Berat Molekul (g/gmol) = 172,115
- Titik leleh  = 2400 ⁰ C (1 atm)
- Titik didih  = 3500 ⁰ C (1 atm)
- Densitas     = 7,215  gr/cm 3
Hasil  synthesis  pada  reaktor  2  berupa  fase  liquid menganduk banyak komponen, diantaranya ethanol dan CO 2 yang  merupakan  sisa  feed,  butylene  carbonate  sebagai  sisa feed  yang  dapat  dipisahkan  kembali  sehingga  menjadi prosuk, 1,2-butanediol sebagai byproduct , dan DEC sebagai produk utama.

## 3. Separation Unit
Tujuan  utama  pada  unit  separasi  ini  yaitu  untuk memisahkan  antara  campuran  butylene  carbonate  dan  1,2- butanideol  dengan  campuran  ethanol  dan  DEC.  Hal  ini dilakukan untuk mempermudah proses pemurnian selanjutnya.  Hal  ini  karena  ethanol-DEC  akan  membentuk larutan azeotrope dan juga kedua campuran terseut memiliki titik didih yang jauh. Produk reaktor  2 dipompa, kemudian tekanan  fluida  diturunkan  terlebih  dahulu  hingga  1  bar, sebelum  memasuki  kolom  distilasi  1  produk  reaktor dipanaskan  terlebih  dahulu  hingga  mencapai  temperatur 150 o C.  Feed  kolom  distilasi  1  masuk  melalui  tray  ke-7 dimana kolom distilasi memiliki 16 tray. Top product berupa campuran ethanol-DEC sedangakan bottom product berupa campuran butylene carbonate dan 1,2-butanediol.

## 4. Purification Unit
Pada unit purification ini terbagi menjadi 2 kolom utama, yaitu  Distilasi  2  untuk  memurnikan  DEC  dan  Distilasi  3 untuk  memurnikan byproduct 1,2-butanediol.  Pada  kolom distilasi  2  feed  berupa  produk  atas  dari  separation  unit (Distilasi 1) dipompa. Kemudian campuran.ethanol-DEC ini dipanaskan  terlebih  dahulu  sehingga  memiliki  temperature 100 o C  dan  tekanan  1  bar.  Feed  kolom  distilasi  2  masuk melalui  tray  ke-8  dimana  kolom  distilasi  memiliki  15  tray. Pada kolom ini, DEC sebagai heavy key dan etanol sebagai light  key akan  dipisahkan.  Top  product  berupa  campuran ethanol akan di recycle masuk menuju reaktor 2. Sedangakan bottom  product  berupa  DEC  keluar  memiliki  kemurnian 99.5%.
Pada  kolom  distilasi  3  feed  berupa  produk  bawah  dari distilasi  1  dipompa.  Kemudian  campuran.  butylene carbonate  dan  1,2-butanediol  yang  memiliki  temperature
keluaran  kolom  mencapai  190 o C  ini  didinginkan  terlebih dahulu  melewati  cooler  sehingga  temperaturnya  menjadi 150 o C dengan tekanan 1 bar. Feed kolom distilasi 3 masuk melalui  tray  ke-7  dimana  kolom  distilasi  memiliki  18  tray. Pada  kolom  ini,  butylene  carbonate  sebagai heavy  key dan 1,2-butanideol  sebagai light  key akan  dipisahkan.  Top product  berupa  1,2-butanideol  sedangakan  bottom  product berupa butylene carbonate.

## III. NERACA MASSA
Berdasarkan hasil perhitungan neraca massa, dengan feed CO 2 sebesar  141  ribu  ton/tahun,  ethanol  sebesar  221  ribu ton/tahun  dan  butylene  oxide  sebesar  236  ribu  ton/tahun akan  menghasilkan  produk  yaitu  DEC  sebesar  284  ribu ton/tahun, butylene carbonate sebesar 93 ribu ton/tahun dan 1,2 butanediol sebesar 223 ton/tahun [5].

## IV.ANALISA EKONOMI
Dari  hasil  perhitungan  pada  neraca  ekonomi  didapatkan Total  Cost  Investment pabrik  ini  sebesar  MUSD  568.44 dengan  bunga  10%  per  tahun    dan  NPV  10  tahun  sebesar MUSD 3331.9. Selain itu, diperoleh IRR sebesar 36.88% dan BEP sebesar 41.3% dimana pengembalian modalnya selama 3.26  tahun.  Umur  dari  pabrik  ini  diperkirakan  selama  10 tahun dengan masa periode pembangunannya selama 2 tahun di mana operasi pabrik ini 330 hari/tahun [6].

## IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan  hasil  analisa  ekonomi  didapatkan  nilai  IRR sebesar  36.88%  yang  lebih  tinggi  dari  suku  bunga  bank yaitu 10% per tahun, NPV 10 tahun sebesar MUSD 3331.9 dimana  pengembalian  modalnya  selama  3.26  tahun  maka Pabrik Dietil Karbonat dari CO 2 dan Ethanol Melalui Proses Indirect Route ini layak didirikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] ____. Outlook Energi Indonesia . ISBN 978-602-1328-04-0.(2015).
[2] Dunn, B. C.; Guenneau, C.; Hilton, S. A.; Pahnke, J.; Eyring, E. M. Production    of  Diethyl  Carbonate  from  Ethanol  and  Carbon Monoxide over a Heterogeneous Catalyst. Energy & Fuels 16 (2002) 177-181.
[3] Torre,  J.  D.;  Cháfer,  A.;  Berna,  A.;  Muñoz,  R. Liquid-Liquid Equilibria of the System Dimethyl Carbonate + Methanol + Water at Different Temperatures . J. Fluid 247 (2006) 40-46.
[4] Leino. Transformation of Carbon Dioxide to Diethyl Carbonate over
Ceria and Ceria-supported Catalysts. Abo Academy University.(2015)
[5]     Himmelblau,  David  M. Basic  Principles  and  Calculation  in Chemical Engineering . 5th edition. Prentice Hall International Inc. : Singapore.(1989).
[6] Peters,  Max  S.  and  Timmerhauss,  Klaus  D. Plant  Design  and Economics  For  Chemical  Engineerings .  4th  edition.  McGraw  Hill Book Co : Singapore.(1991)
Literatur Jenis Katalis Konversi Li et al. (MCR)
Li et al. (CCR)
Bian et al.
Chen et al. Honda et al.
Bansode et al.
Cu-KF/MgSio
Cu-KF/MgSio
Cu-Ni/TEG Cu-Ni CeO 2
CeO 2 8 – 9 % 2 – 5 % 5 % 7,2 %
94 % 95 %