Pengertian CrackingPerkembangan Catalytic CrackingReaksi PerengkahanKatalis untuk CrackingVariabel Prosesestimasi

Pengertian Cracking Cracking merupakan proses perengkahan atau dekomposisi,

penyusunan kembali hidrokarbon menjadi molekul hidrokarbon yang lebih ringan.

Cracking terdiri dari dua tipe: Thermal Cracking dan Catalytic Cracking

Perkembangan Catalytic Cracking Thermal Cracking Proses refinery sederhana menggunakan kolom

distilasi tidak mecukupi permintaan pasar. Tahun 1913 ditemukan proses cracking akibat suhu

yang tinggi. Kualitas gasoline yang dihasilkan lebih tinggi (dari

angka oktannya). Catalytic Cracking Ditemukan oleh McAfee tahun 1915 Aluminium klorida dapat memutuskan rantai

hidrokarbon panjang Katalis menjadi ter-deaktivasi akibat deposit coke Belum ditemukan cara untuk regenerasi katalis,

sehingga kembali ke thermal cracking.

Fixed-bed Catalytic cracking Ditemukan cara regenerasi katalis untuk

catalytic cracking oleh Eugene Houndry padatahun 1936. Coke yang terdeposit dapat dibakar dengan

udara. Reaktor diisi katalis membentuk bed statis. Katalis berbentuk pellet. Umpan diuapkan masuk ke salah satu

konverter berisi katalis. Setelah katalis jenuh dialirkan ke konverter

lain, Katalis yang jenuh diregenerasi.

Proses Fixed-Bed Cataytic Cracking

Moved-bed Catalytic Cracking Fixed-bed tidak cukup efisien. Katalis perlu dialirkan antara komponen reaksi

dan regenerasi. Mengurangi pembetukan coke dan de-aktivasi

katalis. Meningkatkan 15% hasil gasoline dari fixed-bed

system.

Fluidized-Bed Catalytic cracking Permintaan minyak yang besar saat

terjadinya perang dunia ke-2 Dari penelitian ditemukan bahwa

pengukuran ukuran katalis hingga menjadiseperti bubuk memperbesar luaspermukaan. Reaksi lebih cepat. Mengalirkan katalis ini ke dalam aliran

udara akan membuat katalis bertindakseperti fluida,

Fluidized-Bed Catalytic Cracking Menggunakan katalis dalam bentuk partikel-partikel

kecil (sekitar 70 micrometer) Katalis yang terfluidisasi disirkulasikan secara kontinu

antara daerah reaksi dan daerah regenerasi. Dua tipe dasar dari unit FCC yang digunakan pada

masa ini: Tipe "side-by-side: reaktor dan generator katalis berada di

dalam dua vessel yang berbeda (berdampingan) Tipe "orthoflow" atau "stacked reaktor dan regenerator

katalis dimuat dalam vessel single dengan reaktor berada diatas generator katalis (atau sebaliknya)

Umpan masuk FCC pada umumnya memiliki titik didihawal > 340 oC pada tekanan atmosfer dan rata-rata berat molekul yang berkisar dari 200 - 600.

Contoh tipe side-by-side FCC

Spesifikasi FCC: FCC Input Atmosferik dan vakum gas oil (640-1050 F) Residual Gas Oil (1050 F) Slop Stream

FCC Output Gasolin (mid-oktan) 50-60% Cracked distilat 15-20% Definic LPG 20%

FCC process conditions Suhu reaktor 920-1020 F Suhu regenerator 1200-1400 F Waktu Kontak 1,2-6,0 s Rasio Katalis terhadap minyak 4-10 %wt Tekanan reaktor: 10-35 psig Preheat Feed: 300-700 F

Contoh tipe orthoflow FCC

Proses FCC tipe side-by-side

Contoh FCC lain Shell Two Stage Fluid-Bed Catalytic

Cracking

Reaksi Perengkahan Produk yang dibentuk didalam catalytic

cracking adalah hasil dari reaksi utama dan samping. Reaksi utama dapat ditunjukan sebagai

berikut : Parrafin Paraffin + Olefin Alkyl naphthene Naphthene + Olefin Alkyl aromatic Aromatic + Olefin

Contoh: reaksi cracking n-parafin untuk n-oktana Langkah 1 : Reaksi inisiasi thermal

cracking (mild thermal cracking initiation reaction)

n-C8H18 CH4 + R-CH=CH2

Langkah 2 : Perpindahan Proton (Proton Shift)

Contd

Langkah 3: Beta Scission

Langkah 4: Mengurutkan struktur yang lebih stabil. Urutan kestabilan ion carbonium adalah tertiary > secondary > primary.

Contd

Langkah 5: Transfer ion hydrogen

Pembentukan carbonium dengan jumlah besar lainnya berulang seterusnya. Pada variasi jenis hidrokarbon,

mekanisme sama tetapi cara dan tingkatrespon berbeda

Cracking untuk parafin Catalytic cracking dari parafin

dikategorikan berdasarkan: 1. besar produksi C3 dan C4 pada gas

rengkahan, 2. laju reaksi dan produk berdasar ukuran

dan struktur parafin, 3. isomerisasi pada struktur bercabang dan

formasi aromatik hidrokarbon yang berasal dari reaksi sekunder yang menyertakan olefin.

Contd

Berdasarkan laju reaksiefek dari katalisterlihat saat jumlah atom karbon meningkat, tapi efeknya tidak terlalu terlihat saat jumlahatom karbon minimal 6. Laju perengkahan juga dipengaruhi struktur

molekul, , molekul dengan atom karbonketiga (tersier) laju perengkahannya paling cepat, dan , atom karbon keempat (quarter) laju perengkahannya paling lambat. Senyawa yang mempunyai kedua tipe atom

karbon tersebut cenderung salingmenetralkan.

Cracking untuk Olefin Laju catalytic craking pada olefin lebih

tinggi daripada parafin Reaksi-reaksi utamanya adalah:1. Pemutusan ikatan karbon-karbon2. Isomerisasi3. Polimerisasi4. Penjenuhan, aromatisasi, dan

pembentukan karbon.

Contd

Isomerisasi olegin diikuti denganpenjenuhan dan aromatisasitingginyaangka oktanlemahnya perengkahankatalitik gasoline

Makin tinggi kecepatan laju transfer hidrogen pada olegin bercabangrasioantara iso dan normal parafin lebih tinggidari rasio kesetimbangan dari olefin murni

Cracking untuk naftenik Langkah yang paling penting adalah

dehidrogenasi menjadi aromatik Dehidrogenasi terjadi sangat luas pada

C9 dan nafta yang lebih besar danmenghasilkan gasoline dengan angkaoktan lebih tinggi Terdapat juga pemutusan ikatan karbon,

tapi pada suhu dibawah 1000 F (540 C),

Cracking untuk aromatik Reaksi cenderung dominan untuk

senyawa aromatic dengan rantai alkyl yang panjang lebih mudah memutuskanikatan tanpa merusak cincin

Katalis untuk Cracking

Katalis untuk cracking dapat dibagimenjadi tiga kelas:

1. Acid-treated natural aluminosilicates, 2. Amorphous synthetic silics-alumina

cobinatins dan3. Crystalline synthetic silica-alumina

catalysts yang disebut zeolites ataumolecular sieves.

Contd

Kelebihan dari katalis zeolit dibanding katalissintetik amorphus alami adalah:

1. Aktivitas lebih tinggi2. Hasil gasoline lebih tinggi pada besar

konversi yang ditentukan.3. Produksi gasoline akan mengandung parafin

dan senyawa aromatik yang lebih besar4. Hasil karbon yang lebih sedikit5. Produksi isobutana meningkat6. Kemampuan untuk meningkatakan

konverasi tanpa overcracking

Contd

Katalis untuk proses residu dalam FCC yang didisain secara khusus harus beradadalam distribusi ukuran pori tertentu : untuk menangani molekul-molekul berukuran

besar dapat meningkatakn aktivitas katalis.

Variabel Proses Beberapa variabel operasi yang penting mempengaruhi

konversi dan distribusi produk:

1. Aktivitas: Kemampuan untuk merengkah minyak dangas menjadi fraksi yang titik didihnya lebih rendah.

2. Rasio katalis/minyak: C/O = lb katalis/lb feed3. Konversi: 100 (volum feed volum cycle stock )/volum

feed4. Cycle stock: Fraksi dari hasil samping katalis

perengkah yang tidak terkonversi menjadi nafta danproduk lain yang lebih ringan (umumnya zat yang mendidih pada 430 F)

5. Efisiensi: (% gasoline) X konversi

Contd

6. Rasio recycle: volum recycle/volum umpan7. Selektivitas: Rasio dari hasil produk yang

diinginkan terhadap hasil produk samping.8. Space velocity: dapat didefinisikan sebagai

basis volum (LHSV) atau basis berat(WHSV).

9. LHSV: liquid hour space velocity pada volumfeed.

10.WHSV: weight hour space velocity dalam lb feed/lb katalis (jam). Bila waktu tinggal katalisdalam jam, maka WHSV = l/(t)(C/O)

Contd

Dalam batasan kondisi operasi normal, peningkatan:

1. Suhu reaksi2. Rasio katalis/minyak3. Aktivitas katalis4. Waktu kontakakan menghasilkan kenaikan dalam

konversi dan penurunan dalam naiknyakonversi space velocity.

Heat Recovery

biaya langsung utama pada prosespenyulingan minyak bumi adalah biayabahan bakar dan energi

Utilisasi energi offgas dari regenerator catalytic cracker

Skenario Pembakaran(tingkat konversi sama)

Cara-cara UtilisasiEnergi waste heat boiler Power recovery turbin CO-burning waste heat boiler Kombinasi

Contoh Heat Recovery

flue gas keluaran memiliki tekanan 20 psig (138 kPa) dan 1000 0F (538 0C)

Hasil FCC

C4+ lighterx: mengandung banyak olefin seperti propilen, butilen, C5 dan jugaterdapat kerosene atau jet fuel (distillat) Gasolin Gas Oil terdiri dari Light Gas Oil dan

Heavy Gas Oil Slurry

Perlu estimasi ??? menghitung yield untuk desain awal dan

studi biaya menentukan tren dari yield, sehingga dapat

ditentukan dengan mudah jika dilakukanperubahan level konversi.

Estimasi Hasil

Struktur dari yield sangat bergantungpada tipe katalis, karakteristik umpan, dankondisi reaktor Massa liquid yang dihasilkan biasanya 90-

93%. Sisanya gas dan coke

Pengaruh Komposisi Feed Pada KonversiDalam Kondisi Operasi Konstan

Estimasi Hasil

Estimasi Hasil KatalisZeolit Menentukan yield dan berat dari seluruh

produk (% wt Coke, % wt Fuel gas)

Gambar 2. Catalytic Cracking Yields. Zeolite Catalyst (coke)

Gambar 3. Catalytic Cracking Yields. Zeolite Catalyst (fuel gas)

Contd

Mencari komponen LPG (C3 dan C4) dalam % volume dan mengubahnya ketotal LPG

Gambar 4. Propane and propene yields on zeolite catalyst.

Gambar 5. Butane, i-butane and butenes yields on zeolite catalyst.

Gambar 6. Total LPG yield on zeolite catalyst

Contd

Menentukan C5+ gasolin yield dalam % volume

Contd

Pada gambar 8 dan 9 memberikanrepartisi produk pada % volume danmemberikan yield light dan heavy gas oil

Gambar 8. Products distribution on zeolite catalyst. Feed KUOP = 11,8.

Gambar 9. Products distribution on zeolite catalyst. Feed KUOP =12,35.

Distribusi Sulfur PadaProduk FCC

Grafik Densitas