## Studi Pendirian Pabrik Dimetil Karbonat di Blok Tangguh
Fajar Premana Putra, Rizky Renanda Nofa, Kuswandi, 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
Abstrak—Sejak  adanya  revolusi  industry  emisi  dari  gas CO 2 semakin meningkat dari tahun ke tahun. Dampak dari peningkatan  emisi  CO 2 adalah  global  warming  yang menyebabkan  suhu  bumi  yang  semakin  meningkat. Terjadinya  global  warming  juga  menyebabkan  berbagai bencana  dan  perubahan  iklim.  Bahan  bakar  cair  seperti gasoline  adalah  jenis  bahan  bakar  yang  paling  banyak digunakan  dalam  bidang  transportasi.  Salah  satu  upaya yang dapat dilakukan untuk meminimalisir emisi CO 2 dari kendaraan serta mengurangi penggunaan bahan bakar fosil ialah  dengan  penambahan  zat  aditif  yang  memiliki kandungan  oksingen  tinggi  (oxygenated  compound)  pada bahan  bakar  cair  seperti  gasoline.  DMC  (Dimethyl Carbonate) merupakan salah satu zat aditif yang dianggap mampu  untuk  menggantikan  zat  aditif  karena  DMC  lebih ramah  lingkungan  dibandingkan  dengan  zat  aditif  lainnya karena dapat mengurangi emisi hidrokarbon, CO, NOx dan partikel  lainya.  DMC  juga  memiliki  kadar  oksigen  yang relatif  tinggi  (53,3  wt.%),  tekanan  uap  rendah,  nilai  oktan campuran  yang  tinggi.Indonesia  sendiri  belum  memiliki plant untuk menghasilkan DMC. Sehingga untuk dijadikan zat  aditif  maka  produksi  DMC  dalam  negeri  harus ditingkatkan  terlebih  dahulu.  Secara  garis  besar  Pabrik DMC  terdiri  dari  Purifikasi  Gas  Bumi,  Sintesa  Metanol, Purifikasi  Metanol,  Sintesa  DMC,  Purifikasi  DMC.  Dari studi yang dilakukan untuk Pabrik DMC dengan kapasitas 132,2  MMSCFD  Gas  Bumi  masuk  dibutuhkan  investasi sebesar  MUSD  369,1.  Dari  analisa  ekonomi  diperoleh: Internal  Rate  of  Return  :  26,49%;  POT:  4,1  tahun;  BEP  : 67,8  %;  dan  NPV  10  year  :  MUSD  928,8.  Dari  keempat parameter sensitifitas yaitu fluktuasi biaya investasi, harga bahan baku, kapasitas, dan harga jual dari produk, terlihat bahwa  keempatnya  tidak  memberikan  pengaruh  cukup signifikan  terhadap  kenaikan  atau  penurunan  nilai  IRR kilang.  Sehingga  Pabrik  Dimetil  Karbonat  ini  layak  untuk didirikan.
Kata  Kunci—  Gas  Bumi,  Dimetil  Karbonat,  Desain Pabrik, Zat Aditif.

## I. P ENDAHULUAN
misi  dari gas CO 2 semakin meningkat dari tahun ke tahun dan dampak dari revolusi industri itu semakin dirasakan  saat  ini.  Dampak  dari  peningkatan  emisi  CO 2 adalah  terjadinya  global  warming  yang  menyebabkan suhu  bumi  yang  semakin  meningkat.  Terjadinya  global warming  juga  menyebabkan  berbagai  bencana  dan perubahan  iklim  di  seluruh  belahan  bumi.  Sehingga global warming harus segera ditanggulangi.
Seiring  dengan  berkembangnya  dunia  industri  dan otomotif, peningkatan emisi CO 2 ini semakin tidak dapat terbendung.  Penggunaan  bahan  bakar  minyak  berbasis energi foseil secara terus menerus sebagai sumber energi utama dunia juga signifikan di atmosfer dan memberikan
efek  pemanasan  global.  Pembakaran  dari  bahan  bakar fosil  memberikan  kontribusi  sebesar  73%  terhadap produksi  CO 2 .  Sehingga  perhatian  dunia  terhadap permasalahan  pemanasan  global  difokuskan  sebagai tindakan dalam mencari solusi terhadap emisi greenhouse gas (GHS).
Bahan  bakar  cair  seperti  gasoline  adalah  jenis  bahan bakar  yang  paling  banyak  digunakan  dalam  bidang transportasi.  Salah  satu  upaya  yang  dapat  dilakukan untuk  meminimalisir  emisi  CO 2 dari  kendaraan  serta mengurangi  penggunaan  bahan  bakar  fosil  ialah  dengan penambahan  zat  aditif  yang  memiliki  kandungan oksingen  tinggi  ( oxygenated  compound )  pada  bahan bakar  cair  seperti  gasoline. Oxygenated  compound merupakan  salah  satu  senyawa  organik  yang  dapat digunakan  sebagai  zat  aditif.  Selain  dapat  digunakan untuk  mengurangi  emisi,  oxygenated  compound  juga dapat  digunakan  untuk  meningkatkan  nilai  oktan  bahan bakar. Oxygenated  compound meliputi  senyawa  alkohol dan eter.
DMC (Dimethyl Carbonate) merupakan  salah  satu  zat aditif alternatif yang dianggap mampu untuk menggantikan zat aditif konvensional, karena DMC lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan zat aditif lainnya dan dapat mengurangi emisi hidrokarbon, CO, NOx dan partikel  lainya.  DMC  juga  memiliki  kadar  oksigen  yang relatif tinggi (53,3 wt.%), tekanan uap rendah, nilai oktan campuran  yang  tinggi,.  Selain  berpotensi  untuk  menjadi zat  aditif  bagi  bahan  bakar,  DMC  memiliki  memiliki berbagai  macam  kegunaan  lain,  yaitu  :  pelarut  untuk berbagai  macam  aplikasi  mulai  dari  cat  hingga  zat adhesive,  produk  intermediate  untuk  berbagai  sintesa bahan  organik,  dan  juga  dapat  digunakan  sebagai  bahan baku  dari  pembuatan  biodiesel.  Indonesia  sendiri  belum memiliki  plant  untuk  menghasilkan  DMC.  Sehingga untuk  dijadikan  zat  aditif  maka  produksi  DMC  dalam negeri  harus  ditingkatkan  terlebih  dahulu  dengan  cara mendirikan  suatu  plant  penghasil  DMC  yang  bersifat ramah lingkungan untuk mengatasi berbagai permasalahan  yang  menyangkut  bahan  bakar  di Indonesia.

## II. U RAIAN P ROSES

## Unit Desulfurisasi
Studi pendirian pabrik Dimetil Karbonat ini mengambil  feed  dari  gas  alam  dari  Kabupaten  Teluk Bintuni, Papua Barat.
Bahan  baku  gas  alam  yang  digunakan  memiliki kandungan  H 2 S  sebanyak  2,3%.  sulfur  tersebut  harus dihilangkan  karena  dapat  meracuni  katalis  pada  reaktor. Kandungan H 2 S maksimal yang diperbolehkan masuk ke dalam  sistem  proses  hanyalah  0,2  ppm.  Proses  proses
E
desulfurizer menggunakan antuan adsorben ZnO dimana adsorben  tersebut  sangat  selektif  dalam  menghilangkan H 2 S.  Reaksi  Desulfurisasi  yang  terjadi  adalah  sebagai berikut:
ZnO + H 2 S ↔ ZnS + H 2 O Feed memasuki unit desulfurizer pada suhu 370 o C dan tekanan 30 bar.  Setelah  melalui desulfurizer,  diharapkan kandungan  sulfur  dalam  gas  alam  turun  hingga  kurang dari 0,2 ppm.

## Unit Reforming
Proses  selanjutnya  adalah  proses  reforming,  yaitu merupakan  proses  untuk  menghasilkan syngas (CO  dan H 2 )  dari  bahan  baku  gas  alam.  Terdapat  dua  macam proses  reforning  yang  digunakan  pada  pabrik  ini,  yaitu Steam Reforming dan Autothermal Reforming . Dalam  proses steam  reformer ,  gas  alam  akan dicampurkan  dengan  steam  yang  berasal  dari  proses utilitas  dengan  kondisi  masukan  pada  reaktor  steam reformer suhu 780 o C dan tekanan 29 bar. Pada proses ini akan terjadi proses pemecahan metana dan peruraian gas CO.  Reaksi  yang  terjadi  pada  proses steam  reformer adalah sebagai berikut:
CnHm + m H 2 O ↔ n CO + (m/2 + n) H 2 CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 Aliran  keluaran  dari steam  reformer kemudian  akan memasuki proses autothermal reformer untuk mengkonversi  gas  alam  yang  belum  bereaksi  agar dihasilkan syngas yang lebih banyak.
Autothermal reforming merupakan  proses  yang bertujuan  untuk  mengkonversi  gas  alam  dan  sisa  gas alam  dari steam reformer menjadi syngas . Autothermal reformer berupa  Jacketed  Vessel  dengan  menggunakan katalis berkada nikel tinggi dengan suhu operasi 1025 o C dan  tekanan  operasi  27,5  bar.  Reaktor  jenis  ini menggunakan pendingin berupa cooling water yang terus mengalir secara kontinu. Disini juga terjadi penambahan oksigen  yang  berasal  dari oxygen  storage pada temperatur  130 o C  dan  tekanan  27,5  bar.  Reaksi  kimia yang terjadi meliputi:
CnHm + n/2 O 2 ↔ n CO + (m/2) H 2 CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 CnHm + (n + m/4) H 2 O ↔ n CO + (m/2 + n) H 2

## Unit Sintesa Metanol
Proses  selanjutnya  adalah  proses  sintesa  dan pemurnian  metanol.  Feed  dari  proses autothermal reformer akan  mengalami  treatment  terlebih  dahulu untuk  menyesuaikan  kondisi  operasi  reaktor  metanol, yaitu  suhu  operasi  230-270 o C  dengan  tekanan  operasi 50-100  bar.  Setelah  terbentuk  metanol,  maka  akan dilakukan  proses  pemurnian  metanol  yang  terbentuk dengan menggunakan flash separator dan kolom distilasi metanol.
Pada  flash  separator  akan  dipisahkan  kandungan metanol  yang  terbentuk  dengan syngas yang  belum terkonversi.  Kondisi  operasi  pada  flash  separator  adalah suhu 50 o C dan tekanan 2 bar. Bottom product dari proses ini  adalah  larutan  kaya  akan  metanol  dan  air,  dan upper product adalah  gas  yang  kaya  akan syngas yang  akan direcycle kembali.
Raw methanol yang dialirkan ke kolom distilasi masih mengandung  air  dan  gas  terlarut  yang  tidak  diinginkan dengan  titik  didih  di  bawah  titik  didih  methanol meskipun telah dipisahkan sebelumnya di flash separator,
sehingga  perlu  dimurnikan  pada  kolom  distilasi.  Pada kolom  distilasi  ini  digunakan  total  condenser,  dimana gas-gas  dengan  titik  didih  di  bawah  titik  didih  air,  yang salah  satunya  merupakan  metanol,    menuju  ke  atas  dan akan  melalui  proses  pengolahan  selanjutnya.  Sedangkan produk  bawah  berupa  air  dan  metanol,  dengan kandungan  metanol  0,25%  berat.  Pada  kolom  ini digunakan  total  reboiler,  dengan  produk  bawah  diambil dari  bawah  kolom  untuk  kemudian  menuju  ke waste water treatment process .
T ABEL 1. P RODUK U NIT S INTESA M ETANOL Komponen Fraksi Mol Methanol 0,98221 H 2 O 0,017 CO <0,0005 Methane <0,0002 Hydrogen <0,0006 Nitrogen <0,0002

## Unit Sintesa DMC
Upper  product  dari  kolom  distilasi  yang  kaya  akan metanol  akan  menjadi  feed  untuk  proses  sintesa  DMC. Reaktor  yang  dipakai  untuk  proses  sintesa  DMC  ini adalah trickle  bed reaktor,  karena pada proses  ini  terdiri dari  2  fase  yang  berbeda  yaitu  fase  liquid  (metanol  dan Butylene  Oxide)  dan  fase  gas  (CO 2 ).  Katalis  yang digunakan  pada  reaksi  ini  adalah  Cerium  Oxide  (CeO 2 ). Reaksi  kesetimbangan pada  proses direct synthesis pada awalnya  hanya  menghasilkan  konversi  yang  rendah. Karena itu, untuk menambah laju konversi, kesetimbangan  harus  digeser  ke  arah  produk,  yaitu dengan  penambahan dehydrating  agent Butylene  Oxide untuk  mengikat  H 2 O  yang  terbentuk  sehingga  reaksi kesetimbangan  bergeser  ke  arah  produk.  Reaksi  yang terjadi pada reaktor DMC ini adalah sebagai berikut:
2 CH 3 OH + CO 2 ↔ C 3 H 6 O 3 + H 2 O
C 4 H 8 O + H 2 O ↔ C 4 H 10 O 2
Kondisi  operasi  pada  reaktor  dijaga  pada  suhu  tidak lebih  dari  130 o C  dan  tekanan  30  bar.  Hal  ini  untuk mencegah  terjadinya  side  product  dari  reaksi  sintesa DMC  dan  konversi  yang  tercapai  tetap  tinggi. Berdasarkan hasil percobaan, didapatkan bahwa konversi dari  methanol  ke  DMC  mencapai  92,4%.  Produk  yang keluar dari reaktor terdiri dari senyawa DMC, methanol, CO2, dan Butylene Glycol (tanpa kandungan H 2 O akibat bereaksi  dengan  Butylene  Glycol).  Aliran  produk kemudian masuk ke unit purifikasi DMC.
Dari  reaktor  DMC,  product  akan  mengalami pemurnian  untuk  mencapai  tingkat  kemurnian  sesuai dengan  standard  yang  ditetapkan  di  pasaran.  Produk DMC yang akan dipasarkan memiliki kemurnian 99,8%. Tahapan proses  pemurnian DMC yang dilakukan  adalah tahapan pemisahan CO 2, pemisahan Butylene Glycol , dan pemisahan  DMC  dengan  methanol,  pemurnian  distilate stream untuk recycle, penurnian solvent dan dehydrating agent .
T ABEL 2. P RODUK U NIT S INTESA DMC
Komponen Fraksi Mol Dimethyl Carbonate 0,9964 Butylene Oxide 0,003 Butylene Glicol 0,0004

## III. A NALISA E KONOMI
Dari  hasil  perhitungan  pada  neraca  ekonomi didapatkan Total  Cost  Investment pabrik  ini  sebesar MUSD 369,1 dengan  bunga 10,5% per  tahun   dan NPV 10 tahun sebesar MUSD 928,8. Selain itu, diperoleh IRR sebesar  26,49%  dan  BEP  sebesar  67,8%  dimana pengembalian  modalnya  selama  3.5  tahun.  Umur  dari pabrik  ini  diperkirakan  selama  10  tahun  dengan  masa periode  pembangunannya  selama  2  tahun  di  mana operasi pabrik ini 330 hari/tahun [21].

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisa  ekonomi  didapatkan  nilai IRR  sebesar  26,49%  yang  lebih  tinggi  dari  suku  bunga bank  yaitu  10,5%  per  tahun,  NPV  10  tahun  sebesar MUSD  928,8  dimana  pengembalian  modalnya  selama 4,1 tahun maka Pabrik Dimetil Karbonat ini layak untuk didirikan.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Aspen  Technology,  Inc.  “ Aspen  Physical  Property  System”, Burlington USA.2010.
[2] Brownell,  Lloyd  E.  dan  Edwin  H.  Young,  ” Process  Equipment Design ”, John  Wiley & Sons, New York, 1959.
[3] Geankoplis,  Christie  J.,” Transport Processes and Unit Operations ”, 3 rd edition,         Prentice-Hall of India, New Delhi, 1997.
[4] Kern,  Donald  Q.,” Process  Heat  Transfer ”,  International  Edition, McGraw-HillBook Company, Tokyo, 1965.
[5] Ludwig.  E.  Ernest  “ Design  For  Chemical  and  Petrochemichal Plants ”.,Gull Publishing Houston-Texas,1947.
[6] Moss, Dennis,“ Pressure Vessel Design Manual” , Elsevier: Great
Britain, 2013.
[7] Peters,  Max  S.,  Klaus  D.  Timmerhaus,  dan  Ronald  E.  West, “ Plant Design and        Economics for Chemical Engineers ”, 5 th edition, McGraw-Hill Book Company, Boston, 2003.
[8] Silla,H., “ Chemical Process Engineering Design and Economics” ,  Stevens  Institute  of  Technology,  New  Jersey  USA,
2003.
[9] Smith,  Robin.,” Chemical Process Design ”,McGraw  Hill International Book Company, Singapore, 1955.
[10] Ulrich,  Gael  D.,” A  Guide  to  Chemical  Engineering  Process Design and Economic” , John Wiley & Sons, Canada, 1984.
[11] Van  Ness,  Smith,  “ Introduction  to  Chemical  Engineering Thermodynamics ”, 4 th edition, International edition, McGraw Hill Inc, Singapore, 1967.
[12] Van  Winkle,  Matthew.,” Distillation ”,  McGraw  Hill  Book Company, New York, 1967.
[13] SK Ditjen Migas No. 26525.K/10/DJM.T/2009
[14] UU No.36 Tahun 2008
[15] Chemical Engineering Magazine
[16] http://tubankab.bps.go.id
[17] http:// www.matche.com
[18] http:// www.esdm.go.id
[19] http://www.bi.go.id
[20] http:// www.wikipedia.org
[21] Himmelblau, David M. 1989. Basic Principles and Calculation in Chemical  Engineering .  5th  edition.  Prentice  Hall  International Inc. : Singapore.
[22] Peters, Max S. and Timmerhauss, Klaus D. 1991. Plant Design and Economics For Chemical Engineerings . 4th edition. McGraw Hill Book Co : Singapore .