Prarancangan Pabrik Monoetilen Glikol dari Gas Alam dengan Kapasitas 400.000 ton/tahun

SANGGA HADI PRATAMA, Budhijanto, S.T., M.T., Ph.D.

2018 | Skripsi | S1 TEKNIK KIMIA

Indonesia merupakan negara dengan pangsa pasar industri petrokimia yang baik. Petrokimia menjadi penyumbang penting dalam perkembangan ekonomi di Indonesia. Perkembangan sektor petrokimia terbilang pesat, dengan kenaikkan yang relatif lebih tinggi dari industri lain yaitu sebesar 2% per tahun. Angka perkembangan ini akan berpotensi meningkatkan perminataan pasar dan meningkatkan produksi plastik, tekstil, lateks, dan produk turunan petrokimia yang lain. Di lain pihak, industri tekstil merupakan industri non-migas terbesar yang menyumbang persen besar dalam angkat produk domestik bruto (PDB) di Indonesia, sebesar 6,65%. Selain itu, jika dilihat dari angkat investasi domestik dan luar negeri, per tahun 2015 angka domestic direct investment meningkat hingga 87,7% untuk pasar domestik dan 2,58% untuk pasar asing (Kementrian Perindustrian, 2016). Dari berbagai produk turunan petrokimia yang beredar di pasaran, mono etilen glikol (MEG) merupakan salah satu material yang umum dalam produksi sebagai bahan baku resin, cat, pelarut, dan 60% dari penggunaan MEG di industri digunakan sebagai bahan baku poliester di industri tekstil. Dibandingkan dengan alternatif yang lain, seperti dimetil terephthalate, penggunaan MEG lebih luas dan variatif. Namun, saat ini kapasitas produksi MEG di Indonesia belum dapat memenuhi permintaan pasar lokal. Sehingga 59% dari kebutuhan total MEG diimpor dari luar negeri (EIC, 2016). Permintaan akan MEG di pasar Indonesia diprediksi akan meningkat sebesar 5% hingga tahun 2022 dengan perkiraan harga $950/ton di pasar Asia. Analisis pasar menunjukkan bahwa saat ini hanya terdapat satu produsen aktif MEG di Indonesia dengan kebutuhan impor akan MEG mencapai 779.000 ton per tahun 2014. Prarancangan pabrik mono etilen glikol didesain dengan bahan baku gas alam. Hal ini dilatar belakangi oleh ketersediaan cadangan gas alam di Indonesia yang mencapai 103,3 TSCF. Sedangkan, harga jual gas alam relatif rendah, pada kisaran $306,17/ton. Proses yang digunakan dalam pabrik MEG ini terdiri dari 3 unit utama, yaitu unit produksi gas sintesa (syngas), unit produksi dimetil oksalat (DMO), dan unit sintesis MEG. Unit produksi syngas terdiri dari 2 sub bagian yang memiliki dua reaktor utama, yaitu steam methane reforming dan water gas shift yang beroperasi pada suhu 790oC. Selanjutnya, unit produksi DMO memanfaatkan reaksi oxidative coupling CO untuk menghasilkan DMO yang beroperasi pada suhu 200oC dan tekanan 20 atm dengan menggunakan katalis Pd-α-Al2O3. Reaksi unit produksi DMO dapat mencapai konversi hingga 79% dengan selektivitas DMO mencapai 91%. Sedangkan, unit sintesis MEG memanfaatkan DMO dan gas hidrogen yang terbentuk dari unit sebelumnya dan mereaksikannya dengan proses hidrogenasi yang beroperasi pada suhu 190 – 220oC pada tekanan 15 – 20 atm menggunakan katalis Cu/SiO4. Reaksi ini mampu mencapai konversi MEG sebesar 88%. Proses yang digunakan oleh pabrik ini memanfaatkan teknologi yang paling mutakhir untuk menghasilkan MEG dari gas alam dan mampu menghasilkan MEG dengan kemurnian hingga 99,7%. Di lain pihak, meski proses produksi syngas dari gas alam merupakan teknologi mutakhir yang sudah lama digunakan, modifikasi dilakukan untuk meningkatkan efisiensi dan menghindari terbentuknya gas CO2 yang tidak diinginan. Terlebih lagi, untuk mendukung gerakan produksi bersih, teknologi Ube Process digunakan untuk meregenerasi bahan baku sekunder, yaitu metanol dan metil nitrit. Hal ini dilakukan untuk meminimasi limbah dengan tanpa menggunakan katalis. Untuk penentuan lokasi, pabrik MEG dari gas alam kami dirancang untuk dibangun di Balikpapan, Kaliamantan Timur dengan kapasitas 400.000 ton/tahun. Pabrik ini memerlukan luas tanah sebesar 50.000 m2 dengan total perkerja 476 orang. Dari segi operasi, pabrik ini didesain untuk beroperasi selama 24 jam per hari dengan 330 hari operasi setiap tahunnya. Untuk menghasilkan MEG dengan kapasitas terancang, dibutuhkan gas alam sebesar 40.188,32 kg/jam dan air sebesar 347.468,78 kg/jam. Gas alam diambil dari kilang gas di Kalimantan Timur, sedangkan air proses dan air utilitas diambil dari sungai Mahakam. Selain itu, diperlukan bahan baku tambahan seperti MDEA sebanyak 695,23 kg/jam, metanol sebanyak 6.530,43 kg/jam, dan metil nitrit sebesar 15.757,714 kg/jam. Dengan demikian, pabrik ini memerlukan total biaya bahan baku sebesar Rp2.695.041.008.826. Sedangkan biaya bahan baku utilitas yang diperlukan sebesar Rp111.235.191.510. Sebagai proses penunjang operasi, dibutuhkan fuel oil sebesar 28.244,85 ton/tahun, listrik sebanyak 9.309,125 kW, dan steam sebanyak 35.498,62 kg/jam. Selain memiliki selektivitas yang tinggi, pabrik ini memiliki produk samping, yaitu DMO yang memiliki nilai jual tinggi sebesar $1500/ton. Dari segi investasi, prarancangan pabrik MEG membutuhkan biaya modal tetap sebesar $249.493.039,12 + Rp882.852.904.444,75. Biaya modal kerja yang dibutuhkan sebesar $58.414.590,41 + Rp733.502.415.544,54. Dengan modal tersebut, pabrik ini akan memperoleh keuntungan sebelum pajak sebesar Rp2.617.877.274.287,83 dan keuntungan setelah pajak sebesar Rp1.308.938.637.143,94 setiap tahunnya. Berdasarkan proses yang digunakan, pabrik mono etilen glikol dari gas alam yang kami gunakan tergolong sebagai pabrik petrokimia yang beresiko tinggi dan memiliki nilai return on investment (ROI) sebesar 59,54%, nilai pay out time (POT) selama 1,44 tahun, break even point (BEP) pada angka 40,27% kapasitas, shut down point (SDP) pada angka 20,87% kapasitas pabrik, dan memiliki nilai discounted cash flow rate of return (DCFRR) sebesar 38,50%. Untuk pertimbangan lebih lanjut, analisis sensitivitas menunjukkan bahwa keuntungan dari pabrik ini paling dipengaruhi oleh harga jual dari MEG dan DMO dengan perubahan relatif sebesar 15,36%. Nilai ini cukup signifikan bila dibandingkan dengan perubahan DCFRR terhadap biaya tetap dan harga bahan baku. Sehingga, pada skenario terburuk, pabrik ini memiliki nilai DCFRR sebesar 23,16%. Dengan nilai tersebut, dapat dikatakan bahwa pabrik ini menarik atau layak secara ekonomi dan stabil. Dari segi penjualan, direncanakan untuk menjual produk di pasar domestik dan pasar Asia dengan rasio 5:3. Berdasarkan analisis kelayakan yang dilakukan, pabrik MEG inovatif ini layak untuk dipertimbangkan lebih lanjut dan juga berpotensi untuk memajukan industri tekstil di Indonesia.

Indonesia is a captive market for petrochemical industry. Indigenous petrochemical industry development is considered as important sector to improve the economic growth. Petrochemical sector underwent the highest growth among the other industry as many as 2% per year approximately. This growth was caused by the market progress and prospective need of plastics, textiles, latex, etc. Textile Industry (TI) is one of the biggest non-oil and gas sectors contributing to Indonesia’s economic sector, which account for 6.65% of Indonesia’s GDP. Domestic and Foreign Direct Investments show a good trend from 2015 until now which increased by 87.7% and 2.58%, respectively (Ministry of Industrial, 2016). Both realization of DDI and FDI showed a good prospect. Mono ethylene glycol (MEG) is a common raw material for paints, resins, solvent, and 60% of it is for polyester in TI. Compared to dimethyl terephthalate, MEG is more versatile. Meanwhile, Indonesia’s production capacity doesn’t meet MEG demand, therefore 59% of it is imported (EIC, 2016). MEG demand is projected to increase by 5% until 2022 at estimated price of US$ 950/ton in Asia market. Market analysis shows that with the existence of only one MEG producer in Indonesia, this country still imports MEG to meet the 779,000 ton MEG demand in 2014. Our MEG plant utilize domestic natural gas, which counts around 103.3 TSCF reserve in Indonesia with the price of US$ 306.17/ton. Although syngas synthesis is a matured technology, modification is done to improve process efficiency and avoid CO2 production. Furthermore, to support cleaner production issue, Ube Process is used to recover material needed (methyl nitrite and methanol) while minimizing waste output which can take place without catalyst. This MEG plant consist of three consecutive plants, namely syngas production plant, DMO production plant, and MEG synthesis plant. Syngas plant consist of natural gas steam reforming and water gas shift process operates in 790oC of temperature. DMO plant utilize CO oxidative coupling process to produce dimethyl oxalate and operates in 200oC and 20 atm condition by using Pd-α-Al2O3 catalyst. Supported by methyl nitrite regeneration process, DMO plant would achieve conversion for up to 79% with selectivity as much as 91%. Meanwhile, MEG synthesis plant will utilize DMO and hydrogen produced from the first two plants with hydrogenation reaction operating at 190 - 220oC with 15 – 20 bar of pressure by using Cu/SiO4 catalyst and able to achieve conversion of 88%. Our project adapts the most effective technology for MEG synthesis from natural gas and able to produce MEG with high purity exceeding 99.5%. MEG plant is designed to be built in Balikpapan, East Kalimantan with capacity of 400,000 ton/year. It will require land area of 50.000 m2 and 476 of total employees. The plant is designed to operate for 24 hours a day with 330 yearly operating days. To produce designed MEG capacity, natural gas and water as much as 40,188.32 kg/hour and 347,468.78 kg/hour are required. Meanwhile, additional raw material, which include 695.23 kg/hour of MDEA, 6,530.43 kg/hour of methanol, and 15,757.714 kg/hour of methyl nitrite are also required. From this value, annual process raw material would costs Rp2,695,041,008,826; while annual utility raw material would costs Rp111,235,191,510. Natural gas is obtained from local gas reservoir and water is obtained from Mahakam River. This plant uses closed building since operations require protection from weather. The plan layout is designed so that pipeline needs the shortest route to minimize production cost. Meanwhile, to be fully operated, fuel of 28,244.85 tons/year, electrical as much as 9,309.125 kW, and total steam as much as 35,498.62 kg/hour are needed. While offering safer process design and operating condition, this process gives higher selectivity of MEG, through hydrogenation of dimethyl oxalate (DMO), as the main product. In addition, DMO as the excess intermediate product is also sold at estimated price of US$ 1500/ton. In term of investment costs, fixed capital costs $ 249,493,039.12 + Rp882,852,904,444.75, whereas working capital costs $ 58,414,590.41 + Rp733,502,415,544.54. This plant would attain profit before tax of Rp2,617,877,274,287.83 and profit after tax of Rp1,308,938,637,143.91, by accounts that local income tax is 50%. Based on its processes, MEG plant from natural gas is considered as high risk chemical plant with return on investment (ROI) 59.54%, pay out time (POT) 1.44 years, breakeven point (BEP) 40.27% capacity, shut down point (SDP) 20.87% capacity, and discounted cash flow rate of return (DCFRR) 38.50%. This plant will sell its products to domestic and Asia market in 5:3 ratio. Sensitivity analysis suggest that this plant profitability is most affected by MEG and DMO selling price, with DCFRR reduction up to 15.36%, rather that its fixed capital investment and raw material cost. Therefore, at worst this plant DCFRR would be reduced to 23.16%, which indicate that this plant is economically stable and attractive. Based on the aforementioned value, preliminary design of this innovative MEG plant is worth for further consideration, while able to become a promising alternative for Indonesia’s textile industry.

Kata Kunci : monoetilen glikol, gas alam, dimetil oksalat, gas sintesis