Descripsi Proses - FCC / RCC / RFCC - Singkat
DESKRIPSI SINGKAT DAN TRAINING FCC, RCC & RFCC
FCCU , RCC and RFCC, merupakan Unit yang mengolah fraksi berat hasil destilasi CDU. Dipilih Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU), Residue Fluid Catalytic cracking (RFCCU) atau Residu Catalytic Cracking Unit (RCCU) karena produknya berupa fraksi hydrocarbon (HC) lebih ringan dan bernilai ekonomi tinggi.
Ketiga Unit proses ini “sejenis” merengkah hidrokarbon fraksi berat – (Note Feed FCC, RFCC & RFCC sedikit berbeda) – menjadi fraksi lebih ringan (rantai hidrokarbon lebih pendek) dengan bantuan butiran katalis halus yang dipanaskan yang digerakkan seperti fluida cair (fluidisasi), pada pengaturan tekanan, temperatur dan kondisi parameter proses tertentu selama waktu tertentu.
Proses FCC, RFCC atau RCC dipilih dalam rangkaian peralat unit pengolah minyak mentah di Kilang , diutamakan untuk mengolah minyak fraksi berat atau minyak sisa (rantai hidrokarbon masih panjang) menjadi hidrokarbon (minyak) rantai lebih pendek yang bernilai ekonomi rendah. Hasilnya berupa hidrokarbon fraksi lebih pendek dan nilai keekonomian lebih tinggi.
Penamaan Unit FCC (Fluid Catalytic Cracking Unit) menjadi RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking Unit) bila feed ada yang memakai bahan Vacum Gas Oil dan Long Residue dari Unit Crude Destilasi, atau menjadi RCC (Residue Catalytic Cracking Unit) bila feed berupa minyak Long Residue.
Akibat dari menggunaan ‘Feed minyak yang makin berat‘ yang ditandai dengan MCRT (CCR) makin tinggi (2.5 naik menjadi 6,3 dst) kemudian diperlukan upaya meng-aktifkan kembali katalis yang kembali – dari bekas reaksi dan terkotori karbon saat di Reaktor melalui cara membakar coke yang menempel di katalis pasca proses katalitik cracking di regenerator.
Upaya mengkatifkan katalis memerlukan pembakaran selama waktu tertentu, bertahap, karena coke lebih banyak, namun tidak boleh merusak katalis sehingga dibuatlah design Regenerator katalis – meregenerasi katalis – yang terdiri dari dua stage, atas (upper regenerator) dan Lower Regenerator, serta dilengkapi Catalyst Cooler untuk mendinginkan sebagian katalis sebelum dikembalikan kereaktor untuk membantu reaksi katalitik berikutnya.
Katalis FCC/RFCC/RCC berupa butiran halus (40 s/d 140 microns, rata-rata 70-80 microns) digerakkan dengan pengaturan kondisi operasi yang tertentu olen bantuan steam atau lift gas agar dapat bergerak bersirkulasi seperti cairan (fluida) dalam sistim reaktor-regenerator .
Proses cracking berlangsung secara katalitis dan thermis dengan perngaturan variable proses yang dipersyaratkan, menghasilkan produk hidrokarbon berbagai fraksi Off Gas (H2, CH4,C2H2, C2H6,), LPG mixed (Propane, Propylene, Butane,Butane), Naphtha (komponen gasoline), light cycle oil (LCO), heavy cycle oil HCO), dan slurry oil atau decant oil (DCO) sebagian sisa dan Coke.
Produk dipisahkan dengan fraksinator sebagai layaknya crude oil, yang dilengkapi unit proses pemurnian produk dan unit recovery produk berharga lainnya seperti pencucian dengan caustic, recovery ethylen, LPG, propylene, unit polimerisasi gasoline dan lain sebagainya.
Pada inlet dan Bottom Kolom, berlangsung pemisahan katalis dari fraksi hidrokarbon disertai upaya agar katalis tidak terbawa keatas bersama fraksi hodrokarbon yang tengah difraksinasi / dipisahkan fraksinya serta “penghentian reaksi lanjut cracking”, karena hidrokarbon dari Reactor masih bersuhu sangat tinggi (520-540C vs < 370C maksimum) dan ini suhu yang bisa merengkah hisrokarbon tanpa katalis – (thermal cracking_ – bahkan bisa membentuk gumpalan coke menyumbat pipa bottom kolom destilasi tersebut.
Sebagai unit proses sekunder, FCC, RFCC atau RCC cukup fleksible dalam persyaratan feed maupun produknya, dan variasi produknya, namun dalam pengoperasiannya perlu ketelitian dan kewaspadaan, termasuk untuk menjaga kehandalan peralatannya.
Aplikasi FCC, RFCC dan RCC
Perkembangan industri pengilangan crude dalam era crude oil yang semakin langka dan mahal, mendorong setiap refinery cenderung harus menekan produknya yang bernilai ekonomi lebih rendah menjadi sekecil mungkin. Jika mungkin, mengolahnya menjadi produk yang lebih bernilai ekonomi tinggi.
Dalam hal demikian, FCC, RFCC atau RCC yang karakter prosesnya dapat berfungsi sebagai unit proses pengkonversi minyak berat (murah) menjadi hidrokarbvon ringan dengan berbagai rupa produk, sering dipasang sebagai pelengkap unit proses kilang yang bertugas untuk mengubah minyak berat murah tersisa menjadi minyak lebih berharga. RFCC atau FCC pada beberapa kilang dunia ada yang diarahkan untuk menghasilkan fraksi yang lebih ringan seperti propylene butylene untuk keperluan Petrokimia. Tentu dengan design dan parameter operasi – contact time catalyst / Oil yang berbeda dari kebutuhan BBM.
Unit utama kilang biasanya adalah crude distilling & vacum detilation unit. Sedangkan FCC, RFCC atau RCC disiapkan untuk mengolah minyak sisa saja. Sebaliknya, karena kemampuan proses FCC, RFCC / RCC yang cukup fleksible serta dapat memproduksi gasoline beroktane tinggi, proses ini sering terpilih sebagi unit utama sumber perbaikkan oktane untuk blending produk.
Kemampuan proses FCC, RFCC / RCC yang dapat menghasilkan berbagai variasi produk seperti LPG, Propylene, butylene, Naphtha berangka oktane tinggi, LCO dan slurry menyebabkan sering terpilihnya sebagai sarana fleksibilitas penghasil gasoline, LPG dll.
Perkembangan FCC yang maju sejalan dengan makin berkembangnya teknologi katalis untuk FCC & RCC. Termasuk additif untuk katalisnya.
RFCC / RCCU
Secara ringkas, Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU), Residu Fluid Catalytic cracking (RFCCU) ataupun Residu Catalytic Cracking Unit (RCCU) adalah unit proses “sejenis” merengkah hidrokarbon fraksi berat menjadi fraksi lebih ringan dengan bantuan butiran katalis halus panas yang digerakkan secara fluidisasi, pada pengaturan tekanan, temperatur dan kondisi parameter proses tertentu.
Proses FCC, RFCC atau RCC dipilih / dipakai dalam rangkaian unit pengolah minyak di Kilang , diutamakan untuk mengolah minyak fraksi berat atau minyak sisa yang bernilai ekonomis rendah.
Katalis berupa butiran halus 40 s/d 140 microns, rata-rata 70-80 microns digerakkan dengan pengaturan kondisi operasi yang tertentu agar dapat bergerak bersirkulasi seperti cairan (fluida) dalam sistim reaktor-regenerator .
Proses cracking berlangsung secara katalitis dan panas dengan perngaturan variable proses yang dipersyaratkan, menghasilkan produk hidrokarbon berbagai fraksi (H2, C1,C2, LPG mixed, Naphtha (komponen gasoline), light cycle oil (LCO), heavy cycle oil HCO), dan slurry oil atau decant oil (DCO) sebagi sisa dan Coke.
Produk dipisahkan dengan fraksinator sebagai layaknya crude oil, yang dilengkapi unit proses pemurnian produk dan unit recovery produk berharga lainnya seperti pencucian dengan caustic, recovery ethylen, LPG, propylene, unit polimerisasi gasoline dan lain sebagainya.
Sebagai unit proses sekunder, FCC, RFCC atau RCC cukup fleksible dalam persyaratan feed maupun produknya, dan variasi produknya, namun dalam pengoperasiannya perlu ketelitian dan kewaspadaan, termasuk untuk menjaga kehandalan peralatannya. Pekerja harus memahami dan terlatih dalam prosedure emergency
KENDALI UTAMA FCC-RCC-RFCC
FCC-RCC-RFCC
- INTRODUKSI RINGKAS
RFCC atau Residue Catalytic Cracking Unit, merupakan sarana unit untuk pengolah minyak sisa fraksi berat dari CDU (Crude Destillation Unit minyak mentah) suatu Refinery, berupa long residu atau ditambah VGO, yang memiliki nilai ekonomi sisa yang rendah.
RFCC memiliki advantage untuk memperbaiki keekonomian kilang, karena kemampuan merengkah dan meng-upgrade nilai produk hidrokarbon minyak fraksi berat – (menjadi produk fraksi ringan, gasoline, LPG, Propylene, fuel gas dan LCO/DCO untuk komponen diesel dan marine fuel oil) – memiliki fleksibilitas operasi bila dikelola dengan cermat dan baik.
Namun manfaat RFCC dibatasi parameter design yang perlu dikenal dan dikelola dengan baik, sekaligus menjaga keseimbangan “beban alat operasi versus pola pemanfaatan” agar bisa operasi kontinyu > 36 bulan handal, ekonomis dan stabil (TA to TA) .
Design RFCC ditujukan mengolah fraksi long residu dan heavy vacuum gas oil dengan kualitas tertentu (dikendalikan) untuk menjadi produk bernilai ekonomi tinggi berupa Offgas (biasa produk ini diminimalkan), Propylene, LPG Propane, LPG Butane, Naphta oktan number tinggi (92-93.5), LCO dan DCO (komponen slurry diusahalan minimal) diminimalkan serta coke dikatalis (sebagai sumber enersi bagi RFCC di COB, cat.cooler dan enersi cracking di Riser Reaktor & pemanas bottom Fraksionator) dengan bantuan katalis silica alumina*1 (dengan kualitas dan kendali velocity tertentu) pada suhu xyz-yzz oC dengan Cat/Oil tertentu, dengan contact time catalyst/oil beberapa second di Riser Reactor.
Note *1 : via pemilihan katalis.
Riser Reactor, tempat konversi katalitik di design untuk: kondisi operasi tertentu, untuk feed kualitas tertentu, dengan bantuan katalis tertentu yang bisa diupgrade dengan vendor katalis (atau pengaturan jaga level aktifitas katalis dan metal content) dan variable operasi tertentu agar terkendali kearah produk sesuai design dan minimasi resiko dampak operasi tertentu.
- OPERATIONAL
Ditahap operasi awal untuk FCC/RCC/RFCC, diperlukan pemahaman proses start-up dan tahapannya untuk seluruh team terkait, diantaranya untuk, teknologi FCC/RCC/RFCC Philosophy Operasi. Detail peralatan perlu dipahami, dicek detail karena sarana akan dioperasikan pada suhu sangat tinggi (700-750C atau 1000C bila upset) – panas yang berisi katalis suhu tinggi bagai butiran bara pasir (katalis membara) disirkulasikan diantara Regenerator – Reactor. Berikut salah satu contoh, pemeriksaan awal sebelum – commissioning perdana sangat diperlukan.
Sangat penting: Dilakukan Inspeksi kesesuaian Design dan Chek kemungkinan operabilitas berdasarkan by Best Prastices (Experiences in similar equipment) – Inspection Internal Regen RFCC Cilacap Sebelum Initial Start-up.
- Mengenal dan Pembuktian Performace & Kehandalan design.
Operasi kontinyu dengan variable batasan design dengan konversi tertentu, katalis dan parameter operasi tertentu yang telah dipilih.
Kendali operasi antara lain kualitas
(1) feed RFCC, (batasan spesifikasi feed vs suplai yang tersedia)
(2) parameter operasi (Oleh operator & Team) internal dan
(3) kualitas & kondisi katalis (Manfaatkan Supporting ahli & lab vendor katalis periodik) 1,2,3 versus daya tahan alat yang dikendalikan secara cermat.
Namun ada bahagian yang perlu dipantau, apakah ada yang overload ada variable berubah (konversi rendah, dipastikan LCO + DCO naik, beban alat bottom system, HE & pompa naik), akan membatasi kapasitas unit. - Kondisi dan persiapan awal – Kilang baru.
Pada periode tahun awal operasi, tengah berproses terbangunnya supporting untuk terhadap RFCC, antara lain:
- Di sektor Upstream Kilang:
Dipersiapkan supporting perencanaan arus minyak (Kantor Pusat s/d Unit), vendor katalis diminta support data, vendor alat dan membangun supporting teknis eksternal luar kilang, chemicals, dll.),
- Internal Kilang: Persiapkan pengelolaan operasi – semua variable dan trend terkaitnya oleh pekerjadan operasi dan Persiapan kehandalan dan potesial perlu dirawat saat operasi ataupun plant stop plus maintenance kepada jajaran perencana dan suppprting pemeliharaan dan perkenalkan karakter kilang kepada semua team supporting tentang hal hal umu perlu supporting seperti kondisi saat start-up, saat upset dan saat plant stop ataupun pengaruh terhadap fungsi terkait lainnya yang perlu supporting .
- Dowstream kilang: Persiapkan mata rantai marketing, distribusi via pipa dan pengapalan serta truck distribusi.
Bila ada gangguan pada salah satu item diatas, potensi terjadi gangguan keseimbangan, bisa bergejolak, khusucnya bila kapasitas RFCC besar terkendala produksinya.
- Optimasi dalam batas design.
Bagi Kilang dengan multi jenis crude, akan cenderung berubah / merubah kondisi operasi hampir disetiap waktu ganti tanki (per 3 hari, dst), maka mengenal operasi via trend akan sangat membantu para pihak terlibat operasi, termasuk untuk feedback bagi pemasok Feed (Jakarta & unit Upstream RFCC).
Trend monitoring (operasi DCS) biasanya dibangun diantaranya untuk upaya mengenal perubahan kondisi operasi karena perubahan salah satu variable versus upaya perbaikkan / fine tunning, keterkaitan sebab-akibat kondisi operasi.
Untuk persiapan feed dan upaya aplikasi RFCC terhadap pemanfaatat dalam pengolahan berbagai jenis residue crude oil, biasanya dibuat upaya memantau via data data jangka tertentu / trendding sebaba akibat. Contohnya,
- Jenis dan spesifikasi Feed, (mendekati ~ batasan design) vs konversi pada variable operasi utama severity proses di Reaktor. Feed quality sesuai batas min-max.
- Mengenal Jenis dan kesesuaian katalis, menvariasikan injeksi vs hasil konversi pada variable operasi yang sama.
- Kualitas catalyst: Trend potensi konversi (performa katalist dijaga stabil pakai data feed lab vendor), aman alat (ada syarat teknis katalis vs hardness /psd/ attritian index), arah konversi (maks gasoline or propylene, minimasi off gas dan LCO+DCO), keekonomian (qtt ijeksi lbs catalyst/bbl feed), pantau stabilitas qualitas (katalis activities, particle size, surface area dan reporting) vs feed & konversi bulanan, tahunan.
- Memantau variable equilibrium catalyst vs kontaminas dan activities catalys vs feed yang diolah (konversi nyata di Rx).
- Memanfaatkan Supporting vendor katalis untuk meneliti trend performa katalis, perbahan katalis dan daya konversi dan improvement next supplai shipment (no charge) atau analisa karekter feed vs katalis.
- Mengenal keterbatasan kapasitas alat dan daya tahan alat selama perubahan, untuk optimasi kedepan.
- Membangun kapabilitas internal team.
- Familiarisasi Operating parameter, (daily dan trend) antara (mcrt, uop k, jenis feed) vs konversi (dan Temp Rx, C/O), dan activity catalyst.
- Mengenal dan menjaga kehandalan operasi, sambil membangun relasi supporting katalis vendor terkait, via presentasi periodik perbaikkan conversi (manfaat feed back timbal balik vendor – refiner)
- Short report monitoring Kontrol operasi via for management via laporan.
Khusus Variable Unit RFCC:
- Feed Quality : UOP K, mcrt, cut point feed,
- Rx-RG(Temp Rg, Temp Rx, Conversi, Cat Injection rate/day, Cat Circulation Rate),
- Kolom Frationator– temperature bottom kolom C, ratio sirkulasi bottom berapa x feed design guna mencegah adanya gangguan potensi saat potong feed intake atau Shut-Down, serta mencegah scaling / fouling, tergannggu velocity di pipa bottom dan HE bottom harus dijaga diatas minimum velocity via ratio sirkulasi yang ditetapkan),
- Boiler: Sirkulasi boiler water di tube Cat cooler dijaga(Y x Rate produksi steam), guna melindungi cat cooler dan COB Steam production rate.
Semua perlu dikelola dengan baik, guna meminimasi resiko.
Manfaat monitoring Trend / data kecendrungan jangka panjang, untuk mengenal sebelum perubahan besar dilakukan. 1-3 tahun pertama membangun trend variable dan pembuktian sesuai design terhadap cycle TA to TA RFCC sebagai learning periode, mencegah gagal operasi via akurasi monitoring data.
Catatan: Selain faktor Feed & Kualitas katalis, ada Process Variable operasi yang berpengaruh.
- PROSES VARIABLE RFCC
Pengoperasian unit RCC, perlu diatur hati-hati keseimbangan berbagai variabel prosesnya, agar didapat kondisi yang optimum. Optimum dari segi pengendalian tekanan agar konstan , sirkulasi katalisnya lancar dan stabil termasuk pengendalian panas dan kondisi peralatan yang mantap sehingga operasi dan konversi stabil serta berjalan aman.
Dalam pengaturannya, sangat penting dipantau trend arah perubahan indikasi operasi dari waktu ke waktu dengan ketat & teliti, agar dapat diambil keputusan yang tepat. Proses variabel RCC saling berpengaruh, sehingga banyak akibat / dampak terkait (efek dari suatu perubahan) yang tidak tampak dengan segera, namun akan tampak beberapa saat kemudian (tidak langsung).
Proses variabel RCC yang paling berpengaruh atau terpengaruh antara lain :
- Cat/Oil ratio (5 s/d 10 banding 1)
- Temperatur Reactor 515-535 oC (di pengaruh dari Temp.Regen & Feed)
- Conversi , ( rendah 50-60 %, tinggi bila 80-90 %).
- Flow rate Umpan. ( > 65 %, atau diatas minimum turn down ratio)
- Temperatur Combine Feed. (240-275 oC )
- Sirkulasi katalis. (45 – 70 ton/menit)
- Lift Gas. (2 %wt dari feed rate).
- Lift Steam. (2 % x feed rate)
- Stripping Steam. (1 – 2 kg/ton katalis disirkulasi)
- Tekanan Reactor. (diatur dari main column ovhd press).
- Pressure balance Regen-Reactor & Main Colomn. (via delta press Rx/Rg & Level Cat. dan Tekanan Overhead Factionator)
- Distribusi udara ke Regenerator. untuk regenerasi.
- Pembakaran coke. (Upper Rg partial + 80 %, lower complete.)
- Combustion air rate (upper Rg 70 %, Lower 30 %).
- Temperatur upper regen. (dipengaruhi kwalitas feed, dan Reactor dan Pengaturan rate udara).
- Temperatur lower regen.(700-735 oC , berpengaruh pada T.Rx)
- Level regen. (dikontrol via Flow through stand pipe).
- Temperatur lower regen ( diatur sebagian via Flow Through Cat Cooler).
- Tekanan Regenerator.(berpengaruh pada delta Press SLV)
- Kwalitas dan kondisi feed. (MCRT, UOP K, Boiling Point)
- Kondisi dan tipe katalis. (metal, MAT, size, SA)
Dari Process Variabel tersebut, variabel yang dominan terhadap process dapat dikelompokkan sebagai berikut:
*) Reactor Severity :
Faktor yang dominan dalam hal ini : Temperatur, Concentrasi reactance & Catalyst, resident time, permukaan catalyst, resident time.Tekanan dan luas permukaan katalyst.
Pada perhitungan design, konversi 75.15 %.
*) Regenerator Severity
Faktor yang dominan a.l.: Carbon level dikatalis, Air Rate & distribution, Temperatur, Tekanan, design regen, Mode regenerasi, Resident time.
*) Kualitas dan kondisi feed stock
Feed rate & Recycle Rate, aspek fisis feed, dan suhu.
*) Type dan Kondisi katalis
Activity (MAT >65), Metal content (8000-16500ppm), Suface area (>130 M2/mg), particle size distribution (5-10 % < 40 micron & kurang dari 5 % yang > 100 micron), Re2 O3, wt % sekitar 2 %.
- REAKSI CRACKING
Semua komponen crude oil yang mempunyai rentang titik didih diatas 350 °C dapat diklasifikasikan sebagai residu, termasuk HGO, VGO dan vacuum bottom. Sebagian besar material ini mengandung mono, polynuclear naphtenes dan aromatik, resin dan asphaltenes. Residu mempunyai densitas dan viskositas serta kandungan conradson carbon, sulfur, basic nitrogen dan metal yang lebih besar dibanding pada gasoil.
Reaksi cracking merupakan reaksi pemecahan ikatan C-C, yang reaksinya bersifat endothermis dan secara thermodinamika reaksi tersebut dapat berlangsung dengan baik pada temperatur tinggi. Serangkaian reaksi yang kompleks akan terjadi pada saat molekul umpan dikontakkan dengan katalis pada temperatur 650 – 760 °C. Distribusi produk yang dihasilkan tergantung pada banyak faktor termasuk kondisi umpan dan kekuatan sisi asam katalis. Meskipun reaksi yang terjadi adalah catalytic cracking, namun reaksi thermal cracking juga terjadi akibat kurang idealnya kontak antara umpan dengan katalis dalam riser.
Reaksi-reaksi penting yang terjadi pada RFCC / RCC adalah sebagai berikut :
- Cracking.
- Paraffin terengkah menjadi olefin dan paraffin yang lebih kecil.
- Olefin terengkah menjadi olefin yang lebih kecil.
- Perengkahan rantai samping aromatik.
- Naphthene (cycloparaffin) terengkah menjadi olefin,
- Isomerisasi.
n-Olefin menjadi iso-Olefin
n-Paraffin menjadi iso-Paraffin.
- Hydrogen transfer.
- Naphthene + Olefin Aromatik + Paraffin
- Cyclo aromatisasi.
- olefin menjadi paraffin dan aromatik.
- Alkyl grup transfer / transalkylation.
- Cyclisasi olefin menjadi naphthene.
- Dealkylasi.
- Dehydrogenasi.
- Reaksi kondensasi.
Reaksi perengkahan berlangsung secara endothermis, reaksi isomerisasi menghasilkan panas reaksi yang kecil dan reaksi perpidahan hidrogen bersifat eksothermis. Pada proses perengkahan reaksi endothermis selalu menonjol, besarnya pengaruh panas tergantung pada umpan, katalis dan kondisi reaksi.
- THERMAL CRACKING.
Apabila hidrokarbon tanpa adanya katalis dikenakan temperatur tinggi (425 – 650 °C), maka akan terjadi thermal cracking melalui mekanisme pembentukan radikal bebas. Thermal cracking merupakan fungsi temperatur dan waktu. Langkah awal thermal cracking adalah dengan terjadinya homolysis ikatan carbon – carbon membentuk radikal bebas. Radikal bebas adalah “uncharge molecule” yang kehilangan pasangan elektronnya. Radikal bebas ini bersifat sangat reaktif dan berumur pendek, terbentuk akibat pemutusan ikatan C-C yang menghasilkan “uncharge species” dengan membagi pasangan elektronnya.
Radikal bebas ini amat sangat reaktif, dapat menjadi alpha dan betascission dan/atau berpolimerisasi. Beta scission menghasilkan olefin dan satu radikal bebas yang mempunyai dua atau lebih atom carbon. Radikal bebas baru dapat menjadi beta scission untuk menghasilkan ethylene. Beta scission berlanjut sampai terbentuk methyl radikal. Sequence reaksi tersebut akan menghasilkan bentuk produk akhir yang kaya C1 dan C2 sesuai dengan jumlah alpha olefin.
Thermal cracking juga dapat terjadi karena tingginya temperatur pada riser feed injection zone, makin tinggi temperatur maka thermal cracking rate makin lebih cepat dibanding catalytic cracking rate. Temperatur pada riser feed injection zone sangat dipengaruhi oleh temperatur regenerated catalyst dari regenerator yang umumnya antara 700 – 730 °C. Thermal cracking rate juga akan meningkat dengan kenaikkan berat molekul hydrokarbon, dan thermal cracking rate olefin lebih besar dibanding pada paraffin dengan jumlah carbon yang sama. Energy aktifasi reaksi thermal cracking adalah empat kali energy aktifasi reaksi catalytic cracking.
Ukuran oil droplet juga mempengaruhi reaksi thermal cracking, makin kecil ukuran oil droplet maka akan makin banyak jumlah oil droplet yang dapat kontak dengan catalyst grain sehingga meningkatkan thermal transfer efficiency yang mengakibatkan pendinginan catalyst grain secara cepat dan menurunkan thermal cracking rate.
Mekanisme Raksi Thermal cracking
Menurut teori free radical dari thermal cracking, “intermediate free radical” akan terbentuk disaat terjadinya perengkahan termis pada ikatan Carbon-Carbon atau Carbon-Hidrogen dari feedstock.
Free radical atau group hidrokarbon dengan elektron tidak-berpasangan, kemudian akan bereaksi menyusup pada ikatan beta dan mentransfer “hydride” nya. Selanjutnya terjadi reaksi berantai yang menyebabkan pengurangan / memotongan molekul dari reaktannya.
Enersi untuk memecah ikatan C-H lebih besar dari pada C-C, sehingga kecenderungan perengkahan ikatan karbon akan dominan. Enersi pemecahan ikatan pimer, secunder atau tertier dari Carbon-Carbon nyaris hampir sama (berbeda sedikit), sehingga mungkin akan ada sedikit variasi perbedaan reaksi. Akan tetapi lain pada ikatan rangkap Carbon-Carbon dan ikatan tunggal carbon yang berdekatan dengan ikatan rangkap carbon-carbon, akan lebih stabil (lebih kuat ikatannya) dibanding ikatan tunggal carbon-carbon yang jauh dari ikatan rangkap carbon-carbon.
Contoh, pada 1-butene, ikatan beta pada ikatan C-C (dua ikatan lebih jauh dari ikatan rangkap) lebih mudah direngkah dibanding ikatan alpha C-C (ikatan terdekat terhadap ikatan rangkap).
C=C–C–C
Contoh reaksi a.l:
CH3 + R-CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2– CH2– CH4 + R-CH2–CH2–CH2—CH2—CH2—
CH2—CH2
menjadi
R-CH2–CH2–CH2 + CH2-CH2–CH2—CH2 dst. akan cracking lanjut
Ethylene + dan free radical primer lainnya.
(Demikian seterusnya.)
Komponen lain seperti Cycloparafins lebih sulit direngkah. Aromatic mempunyai ketahanan terhadap pyrolisa, namun rantai cabangnya bisa direngkah.
- CATALYTIC CRACKING.
Apabila hydrokarbon dikontakkan dengan regenerated catalyst panas, langkah awal yang terjadi adalah penguapan hydrokarbon tersebut oleh katalis,lalu dikuti dengan pembentukan “positive charge” atom carbon yang disebut carbocation. Carbocation selanjutnya dapat terbagi menjadi carbenium dan carbonium ion.
Carbenium ion, R-CH2+, berasal dari penambahan positive charge pada olefin (Bronsted acid site) dan/atau dari lepasnya hydrogen dan dua elektron dari molekul paraffin (Lewis acid site).
Sisi Bronsted menyumbangkan proton pada molekul olefin dan sisi Lewis menghilangkan elektron dari molekul paraffin. Sisi asam Bronsted dan Lewis pada katalis merupakan pembangkit carbenium ion.
Carbonium ion, CH5+, terbentuk dengan penambahan ion hydrogen (H+) pada molekul paraffin. Carbonium ion charge kurang stabil dan sisi asam katalis kurang kuat untuk membentuk sejumlah carbonium ion. Konsekuensinya hampir semua cat cracking chemistry adalah carbenium ion chemistry.
Tiga reaksi dominan carbenium ion adalah :
Cracking of C-C bond.
Beta scission merupakan kunci ionic cracking yang memisahkan ikatan C-C pada kedua ikatan dari positive-charge atom carbon. Produk awal beta scission adalah olefin dan carbenium baru yang selanjutnya merupakan reaksi berantai. Hydrocarbon rantai panjang lebih reaktif dari pada hydrocarbon rantai pendek, sehingga rate reaksi cracking makin menurun dengan berkurangnya panjang rantai sampai pada titik tidak mungkin membentuk carbenium ion yang stabil.
Reaksi Isomerisasi.
Reaksi isomerisasi lebih sering terjadi pada catalytic cracking dibanding pada thermal cracking. Mekanisme pemecahan ikatan pada thermal dan catalytic cracking adalahmelalui beta scission. Pada catalytic cracking sejumlah carboca tion cenderung untuk bergabung membentuk tertiary ion yang lebih stabil diban ding secondary maupun primary ion. Keuntungan reaksi isomerisasi adalah : tingginya ON dan rendahnya cloud point untuk diesel fuel. Iso-paraffin dalam range titik didih gasoline mempunyai ON lebih tinggi dibanding n-paraffin.
Reaksi Hydrogen Transfer.
Hydrogen transfer atau lebih tepat disebut hydride transfer merupakan reaksi bimolekuler yang salah satu reaktannya adalah olefin. Contoh hydrogen transfer adalah reaksi dua olefin yang keduanya teradsorb pada sisi aktif dan salah satu olefin tersebut menjadi paraffin dan yang lain menjadi cyclo-olefin, dengan demikian terjadi perpindahan hydrogen dari olefin yang satu ke olefin yang lain. Cyclo-olefin selanjutnya ditransfer hydrogen oleh olefin yang lain menjadi cyclo di-olefin. Cyclodi-olefin akan rearange membentuk aromatik yang sangat stabil. Dengan demikian hydrogen transfer pada olefin dan mengkonversi olefin tersebut menjadi paraffin dan aromatik. Reaksi hydrogen transfer biasanya menaikkan yield gasoline dan stabilitasnya. Hal ini terjadi dengan menurunkan reaktifitas gasoline yang dihasilkan.
Reaksi Katalitik Cracking
Reaksi katalitis dikatakan berlangsung dengan membentuk gugus antara bermuatan positif berupa ion karbenium CR3+ atau ion karbonium CR4H+.
R merupakan group alkil.
Catatan.
- Olefin lebih mudah direngkah menjadi carbocation.
- Kecepatan perengkahan normal parafin akan naik bila panjang rantainya bertambah, s/d maksimum C16 , kemudian berkurang.
- Kecepatan reaksi perengkahan Isoparafin dan Naphthenes lebih cepat direngkah dibanding n-parafin. Dan Iso-parafin lebih cepat dari pada perengkahan Aromatic.
- Ring aromatis tidak mudah direngkah.
- Catalyst FCC bisa terdeaktifkan oleh polynucler aromatics, karena acid site catalystnya tertutupi.
Ada banyak reaksi dapat terjadi oleh bantuan zeolit dari katalis FCC, dipercepat dan berantai melalui pembentukkan reaksi karbokation (Membentuk ion karbenium atau karbonium). Produk terbentuk dapat berupa memotong rantai panjang, membentuk isomerisasi, disertai reaksi samping pemotongan gugus alkil dari aromatic.
- ASPEK THERMODINAMIKA.
Catalytic cracking meliputi rangkaian reaksi secara simultan. Beberapa reaksi bersifat endothermis dan beberapa lainnya bersifat eksothermis. Setiap reaksi mempunyai panas reaksi yang menyertainya. Secara keseluruhan panas reaksi mengacu pada net atau panas reaksi gabungan keseluruhan reaksi. Meskipun sejumlah reaksi bersifat eksothermis namun secara keseluruhan reaksi masih bersifat endothermis.
Regenerated catalyst mensuplai cukup energy untuk memanaskan feed sampai outlet riser temperatur, memanaskan udara pembakaran sampai temperatur flue gas, menyediakan panas reaksi endothermis dan mengkompensasi kehilangan panas ke atmosphir. Sumber energynya adalah pembakaran coke hasil reaksi. Hal ini menunjukan bahwa type dan besarnya reaksi mempunyai dampak pada heat balance unit. Sebagai contoh, catalyst dengan karakteristik hydrogen transfer yang rendah akan mengakibatkan panas reaksi net menjadi lebih endothermis. Konsekuensinya, memerlukan sirkulasi katalis lebih besar dan memungkinkan coke yield yg lebih tinggi untuk menjaga heat balance.
Salam,
Syo
Darurat Sistem Interlock
(3) Kegagalan Listrik:
(4) Steam Failure
(5) MCB Pump Failure:
(7) KEGAGALAN OPERASI SLIDE VALVE
(10) Minyak Membalik (Oil Reversal)
