Abstrak — Konsumsi  bahan  bakar  minyak  yang  terus meningkat menyebabkan  polusi CO 2 .  Eksplorasi  dan pemanfaatan  gas  alam,  seperti  pada  Natuan Gas  field, akan menghasilkan  banyak  emisi  CO 2 .  Pada  penelitian  ini  telah dilakukan perancangan pabrik  Dietil Karbonat  dengan  bahan baku  CO 2 dimana  kapasitas  produk  DEC  sebesar  10.565.449 ton/tahun  dan sales  gas sebesar  45.299.932  MMBtu/tahun, dengan  umur  pabrik  20  tahun  yang  berjalan  kontinyu  selama 330  hari  /  tahun.  Tujuan  perancangan  pabrik  dietil  karbonat adalah  untuk  memanfaatkan  CO 2 dari  hasil  gas  alam  pada Natuna gas field. Pabrik dietil karbonat direncanakan didirkan pada Kepulauan Natuna, Provinsi Kepulauan Riau. Tempat ini dipilih  karena  tersedia  akses  terhadap  bahan  baku  utama berupa  gas  alam  pada  perairan  Natuna,  sarana  transportasi darat dan laut, ketersediaan listrik, air dan pemasaran produk dapat  dilakukan  pada  daerah  Balikpapan,  dan  luar  negeri melalui  Singapura.  Pada  pabrik  ini  digunakan  proses direct synthesis menggunakan  bahan  baku  CO 2 ,  etanol,  dan  etilen oksida  dimana  katalis  KI  dan  sodium  etoksida  digunakan dalam  proses  sintesa.  Produk  samping  dari  proses  ini  ialah etilen  karbonat  (4.319.760  ton/tahun),  etilen  gilkol  (5.501.320 ton / tahun) dan cellosolve (846.776,7 ton/tahun) yang memiliki nilai  jual  yang  baik.  Secara  analisis  ekonomi  didapatkan total investment  cost :  25.047,69  Juta  USD, net  pressent  value  : 148,121  juta  USD,  IRR  :  35,84%,  dan  POT  :  3,611  tahun sehingga  pabrik  pemanfaatan  gas  alam  pada  Natuna gas  field perlu dipertimbangkan
Kata Kunci — CO 2, Dietil Karbonat, Desain Pabrik, Etanol

## I. PENDAHULUAN
NERGI  merupakan  kebutuhan  pokok  pada  negara berkembang. Bahan bakar minyak (BBM) berbasis fosil adalah  salah  satu  sumber  energy  yang  banyak  digunakan pada  dunia  industri  dan  transportasi.  Data  menunjukan konsumsi bahan bakar minyak tercatat 70.744.977 KL pada tahun 2014 [1]. Konsumsi bahan bakar minyak yang secara terus  menerus  menghasilkan  CO 2 dimana  emisi  CO 2 meningkat  setiap  tahunnya.  CO 2 adalah  salah  satu  dari  gas rumah  kaca  yang  dapat  menyebabkan  pemanasan  global. Penggunaan  additive  dipercaya  dapat  mengurangi  emisi. Senyawa  yang  lazim  digunakan  adalah  tetra  ethyl  lead  dan tetra  methyl  lead,  akan  tetapi  penggunaan  kedua  senyawa dapat  bersifat  racun  dan  merusak  control  emisi.  Maka dikembangkan  suatu  bahan  aditif  lain  yaitu  senyawa oxygenate  seperti  methyl-tertiary-buthyl  ether  (MTBE), akan tetapi MTBE dan senyawa alcohol  memiliki kelarutan yang  tinggi  dalam  air  dan  alcohol  membuat  bahan  bakar
memiliki  tekanan  uap  yang  tinggi  [2].  Additif  lain  yang dikembangkan adalah dietil karbonat (DEC). DEC memiliki kandungan  oksigen  hingga  40,6%  dan  penggunaannya sebesar  5%  dapat  mengurangi  partikulat  sebesar  50%. Senyawa DEC juga ramah lingkungan[3] .
Pengembangan  energy  baru,  seperti  gas  alam,  menjadi salah satu pokok sumber energy. Natuna gas field memiliki potensi  untuk  menjadikan  sumber  energy  gas  alam.  Gas alam  natuna  memiliki  molar  rate  500  MMCFD  (21.665 Ton/hari)  dengan  tekanan  gas  56,86  bar  dan  temperature 37,78oC. Akan tetapi, tingkat  CO 2 yang  mencapai 71,22% menjadi  masalah  tersendiri.  Maka  diperlukan  suatu  cara untuk  memanfaatkan  CO 2 yaitu  dengan  menjadikan  CO 2 sebagai  bahan  baku  pembuatan  dietil  karbonat  dengan mensintesakannya dengan etanol dan etilen karbonat melalui direct synthesis. Kajian studi pra desain pabrik untuk sintesa DEC  dari  CO 2 sebelumnya  mencoba  menggunakan  indirect route dengan katalis CeO 2 , akan tetapi memiliki yield reaksi yang lebih kecil [4]. Studi terakhir menunjukan bahwa hasil terbaik  yang  tercapai  berupa  :  63,6%  dari  yield  DEC  dan 68,5%  dari  yield  glikol  (produk  samping)  dimana  97,5% konversi Ethylene oxide (EO) bisa tercapai pada 443 K dan 3 MPa CO2 tekanan awal dalam waktu operasi 3 jam[5].

## II. URAIAN PROSES
Proses produksi DEC dari etanol dan CO2 menggunakan gas alam natuna terbagi dalam dua tahapan yaitu pemurnian CO2 dan tahap sintesa CO2. Sintesa DEC dilakukan dengan mengunakan  CO2,  etilen  oksida,  dan  etanol,  menggunakan katalis KI dan sodium etoksida. Secara umum kedua tahapan proses terbadi menajadi empat bagian yaitu:
1. Unit Pemisahan CO2 2. Unit Sintesa
3. Unit Pemisahan Produk
4. Unit Purifikasi Produk
Proses  memiliki  tahapan  yang  berbeda  beda,  namun  secara garis besar dapat digambarkan sesuai flowchart pada gambar I
Gambar 1. Blok Diagram Proses Pembentukan DEC

## A. Unit Pemisahan CO2
Proses  purifikasi  diperlukan  karena  gas  alam  yang mengandung  CO 2 dan  sales  gas  harus  dipisahkan.  Pada tahap awal ini gas yang dihasilkan di Natuna diolah terlebih dahulu untuk mendapatkan gas CO 2 murni melalui teknologi membran.  Feed  berupa  keluaran  berupa  campuran  gas

## Pra Desain Pabrik Pemanfaatan Gas Alam Natuna Menjadi Dietil Karbonat Melalui Proses Direct Synthesis
Lukas Rudy Paembong, Yesaya Reuben Natanael, Annas Wiguno, dan Gede Wibawa Departemen 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
E
mengandung 71,22% CO 2 , 1,43% H 2 S, 27,18% CH 4 , 0,14% C 2 H 6 , 0,02% C 3 H 8 , dan 0,01% C 4 H 10 dialirkan ke membran untuk memurnikan CO 2 sebelum masuk ke proses DEC dan juga memurnikan gas alam untuk diolah menjadi Sales Gas. Dari membran ini, dihasilkan gas alam dalam aliran dengan komposisi  4,74%  CO 2 ,  89,95%  CH 4 dan  beberapa  senyawa kimia kandungan Sales Gas, sedangkan aliran CO 2 yang siap diolah menjadi DEC menghasilkan 99,81%  CO 2 dan 0,19% CH 4 .  Kemudian  aliran  ke  pengolahan  DEC  diturunkan tekanannya  menjadi  35  bar,  mendekati  kondisi  operasi  di reactor pengolahan DEC dan meningkatkan suhu fluida dari 13,67 o C  menjadi  169 o C  sama  dengan  suhu  operasi  pada reaktor  DEC.  Aliran  mengandung  sales  gas  dimurnikan kembali  dalam  absorber  dengan  menggunakan  MDEA sebagai  absorbent  dengan  tujuan  menurunkan  kadar  CO 2 . Hasil  produk  atas  masuk  ke  dalam  separator  menghasilkan produk  berupa  Sales  Gas    dengan  kandungan  98,47%  CH 4 , 0,88% CO 2 , 0,08% H 2 O, 0,48% C 2 H 6 , 0,06 C 3 H 8 , dan 0,02% C 4 H 10 .  Aliran  yang  kaya  akan  Amine  dengan  kandungan 49,47% MDEA, 49,02% H 2 O dan sedikit kandungan lainnya menuju kolom distilasi untuk diolah dan di-recycle ke dalam kolom absorber.

## B. Unit Sintesa
Pada  tahap  sintesa  DEC  yang  menggunakan  reaksi langsung  dimana  reaksi  terjadi  pada  suhu  169 o C  dan tekanan  30  bar.  Pengaruh  katalis  telah  diteliti  pada  kondisi operasi yang serupa sesuai pada Tabel I. [5]

## Tabel 1. Jenis Katalis dan Yield DEC
Maka  reaksi  menggunakan  dual  katalis  KI  dan  sodium etoksida.  Feed  dari  hasil  pemisahan  CO 2 dicampurkan dengan  aliran  yang  mengandung  Ethylene  oxide  dan  aliran hasil recycle yang mengandung 93,32% etanol, 6,48% H 2 O, dan 0,19% Ethylene oxide. Terjadi 3 reaksi dengan konversi yang berbeda. Reaksi digambarkan dalam Gambar II. [5]

## Gambar 2. Reaksi Pembentukan DEC
Pada  reaksi  pertama  dihasilkan  Ethylene  carbonate  (1) saat  CO 2 bereaksi  dengan  Ethylene  oxide  dengan  konversi sebesar 92,5% dan pada reaksi kedua (2) Ethylene carbonate akan ditransesterifikasi oleh etanol untuk menjadi DEC dan Ethylene  Glycol  dengan  konversi  12,72%  Ethylene carbonate.  Reaksi  ketiga  (3)  juga  terjadi  di  reaktor  ini dengan konversi yang kecil mengahasilkan Cellosolve. Hasil keluaran dari reaktor dalam fase liquida memiliki komposisi
78,24%  etanol,  6,27%  H 2 O,  5,75%  DEC,  5,74%  Ethylene Glycol,  3,12%  Ethylene  carbonate,  0,57%  Cellosolve, 0,28% Ethylene oxide.

## C. Unit Pemisahan Produk
Tujuan dari pemisahan produk adalah untuk memisahkan produk  dari  etanol  pada  kolom  distilasi.  Aliran  yang  telah keluar  dari  reaktor  akan  memasuki  tahap  separasi.  Aliran produk reaktor sebelumnya diturunkan suhunya hingga suhu 70oC  dan  tekanannya  diturunkan  hingga  9,7  bar  yang dimaksudkan  untuk  mengurangi  biaya  pada  kolom  separasi dan  menjaga  keamanan  pekerja.    Pada  kolom  distilasi  1, yang  memiliki  20  stage  dengan  aliran  feed  pada  stage  10, top  product ,  yang  kaya  akan  ethanol  dapat  langsung  di recycle  dan  akan  diproses  sembelum  diumpankan  kembali ke  dalam  reaktor.  Sedangkan bottom  product yang  kaya akan  DEC,  EC,  E-glycol,  serta  Cellosove  akan  dipisahkan lebih lanjut pada tahapan berikutnya. Aliran bottom product mengalami  penurunan  tekanan  hingga  berada  pada  tekanan 2,5 bar dan menuju three phase separator menghasilkan tiga aliran.  Aliran  vapor  dan  aliran    yang  kaya  akan  ethylene carbonate menuju kolom distilasi 2, yang memiliki 25 stage dan  aliran  feed  masuk  pada  stage  13,  dimana top  product distiliasi  akan  menuju  proses  purifikasi  Ethlene  Glycol. Sedangkan bottom  product merupakan  aliran  ethylene carbonate 99,99%. Aliran terakhir dari three phase separator akan  menuju  kolom  distilasi  3,  yang  memiliki  20  stage dimana  feed  masuk  apda  stage  9,  dimana top  product merupakan  aliran  yang  kaya  akan  DEC  dan  Cellosove  dan menuju  unit  purifikasi  DEC.  Sedangkan bottom  product yang  kaya  akan  Ethylene  Glycol  akan  memasuki  unit purifikasi ethylene glycol.

## D. Unit Purifikasi Produk
Proses purifikasi produk terbagi menjadi dua bagian yaitu purifikasi  DEC  dan  purifikasi  ethylene  glycol.  Pada purifikasi  ethylene  glycol,  aliran  yang  kaya  akan  etilen glikol akan memasuki kolom distilasi 4, dimana feed masuk pada  stage  13  dari  25  stage,  memiliki  bottom  produk  yaitu aliran  kaya  akan  etilen  glikol  dan  etilen  karbonat  namun tidak  saling  larut.  Aliran bottom  product distilasi  4  akan dipisahkan pada decanter sehingga  menjadi dua aliran  kaya akan  etilen  karbonat  dan  etilen  glikol.  Sedangkan top product distilasi 4 akan menuju kolom distilasi 5 bercampur dengan aliran kaya akan DEC dan cellosolve dari hasil unit separasi.  Distilasi  5  memiliki  57  stage  dengan  aliran  feed masuk  pada  stage  29. Top  product distilasi  5  adalah  aliran kaya  akan  DEC  99,57%,  dan bottom  product adalah  aliran kaya  akan  cellosolve  dengan  kemurnian  99,92%.  Semua aliran akan didinginkan hingga mencapai suhu kamar.

## III. NERACA MASSA
Berdasarkan hasil perhitungan neraca massa, dengan feed rate  gas  alam  natuna  sebesar  500  MMCFD  (21.665 ton/hari), etanol 31.285,69 ton/hari, dan etilen oksida 19.772 ton/hari  akan  menghasilkan  produk  berupa  DEC  32.016,51 ton/hari,  Cellosolve  2.565,99  ton/hari,  Etilen  Glikol 16.670,67  ton/hari,  dan  etilen  karbonat  13.090,18  ton/hari serta sales gas sebesar 45.299.932 MMBtu/ tahun.

## IV. ANALISIS EKONOMI
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dengan  neraca  ekonomi, didaptkan total investment cost sebesar 25.047,69 Juta USD
dengan  bunga  12  %  per  tahun  dimana  BEP  mencapai 30,688%, Net Pressent Value : 148,121 juta USD,  dan IRR sebesar 35,84%. Dengan estimasi umur pabrik mencapai 20 tahun,  pabrik  beroperasi  24  jam  untuk  330  hari/  tahun,  dan periode  pembangunan  selama  2  tahun,  maka  diperkirakan dibutuhkan 3,611 tahun untuk pengembalian modal.

## V. KESIMPULAN
Pabrik  yang  berlokasi  pada  kepulauan  Natuna,  Provinsi Kepulauan Riau memiliki IRR berada pada 35,84%, dimana nilai  ini  lebih  tinggi  dari  suku  bank  (12  %  /  tahun),  dan pengembalian modal selama 3,611 tahun. Maka pabrik dietil karbonat  dari  CO 2 melalui  proses  direct  synthesis  pada natuna gas field layak didirikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Statistik  Migas.  2015. Data  Statistik .  Direktorat  Jenderal  Minyak dan  Gas  Bumi,  Kementrian  Energi  dan  Sumber  Daya  Mineral  18
Oktober 2017
[2] Tanusha,  T.K.,  Ramesh,  R.,  Fazli,  A.S.N.A.,  Yunus,  M.Y.M.,  dan Ramesh, K. 2016. Measurement and Prediction of Fuel Oxygenates Mixtures  Excess  Thermophysical  Properties  -  a  Review . Engineering and Applied Sciences. 11, 2639-2646
[3] Roh, N-S., Dunn, B.C., Eyring, E.M., Pugmire, R.J., dan Meuzelaar H.L.C.  2003. Production  of  Diethyl  Carbonate  from  Ethanol  dan Carbon  Monoxide  over  a  Heterogenous  Catalytic  Flow  Reactor . Fuel Processing Tech. 83, 27-38 [4] Rachmawati,  D.,  Widi,  R.A.,  dan  Wibawa,  G.  2017. Pra  Desain Pabrik  Dietil  Karbonat  dari  CO 2 dan  Ethanol  Melalui  Proses Indirect  Route. Jurnal  Teknik  ITS  (6),  ISSN  :  2337-3539  (2301-
9271 print)
[5] Wang, L., Li, H., Xin, S., He, P., Cao, Y., Li, F., dan Hou, X. 2014. Highly Efficient Syhtesis of Diethyl Carbonate via one-pot Reaction from Carbon Dioxide, Epoxides and Ethanol over KI-based Binary Catalysts  System .  Elsevier,  Journal  Applied  Catalysis  A  :  General 471, 19-27