Teknologi LLDPE (Linear Low Density Polyethylene)

Industri petrokimia merupakan salah satu industri kimia yang penting di dunia, begitu pula di Indonesia. Perkembangan industri petrokimia terbagi dalam dua bagian besar, yaitu industri petrokimia hulu (upstream petrochemical) dan Industri petrokimia hilir (downstream petrochemical). Industri petrokimia hulu adalah industri yang mengolah crude oil menjadi bahan baku untuk industri hilir. Contoh produk industri hulu adalah ethylene, propylene, butadiena, xylene. Sedangkan industri hilir adalah industri yang menghasilkan produk-produk jadi yang siap pakai seperti polyethylene yang bila diolah lebih lanjut dapat dibuat menjadi berbagai produk plastik.

Polyethylene pertama kali ditemukan oleh tim peneliti dari Imperial Chemical Industries, Ltd (ICI) Inggris pada tahun 1933 dalam sebuah percobaan tak terduga dimana ethylene dan benzaldehyde merupakan sisa reaksi dari polimer lilin pada temperatur 170 oC dan tekanan 190 MPa, kemudian dipatenkan pada tahun 1936 [Ulman’s encyclopedia, 1992]. Pada tahun 1940 polimer ethylene mulai diperkenalkan secara komersial. Produksi komersial resin poliethylene dengan densitas yang rendah (0,925 dan 0,935 g/cm3) dimulai pada tahun 1968 di Amerika Serikat oleh Phillips Petroleum co.

Salah satu produk polietilen adalah LLDPE (Linear Low Density Polyethylene). Teknologi yang dapat dipakai dalam pembuatan LLDPE meliputi polimerisasi fase gas (gas-phase fluidized-bed polymerization), polimerisasi dalam larutan (polymerization in solution), dan polimerisasi suspensi (slury polymerization). Setiap proses memiliki spesifikasi katalis tertentu yang membantu jalannya reaksi.

  1. Polimerisasi Fase Gas

Proses polimerisasi fase gas pertama kali dibangun oleh Union Carbide pada tahun 1977, dan dipatenkan dengan nama Unipol process. Teknologi ini juga dikembangkan oleh British Petroleum Company. Teknologi ini hemat secara ekonomi, fleksibel, dan memiliki kisaran yang luas dalam penggunaan katalis padat [Kirk Othmer, et al. 1998].

Gambar 1.  polimerisasi fasa gas ( Union Carbide)

Proses Unipol menggunakan reaktor fluidized bed dengan bagian untuk berlangsungnya reaksi berbentuk silinder, dan bagian yang mengembang untuk menurunkan kecepatan gas sehingga memungkinkan entrained particles polymer jatuh kembali ke dalam unggun (bed). Tinggi reaktor dapat mencapai 25 meter, reaktor beroperasi pada tekanan 1,5-2,5 MPa (15-25 atm) dengan temperatur 70 sampai 95 oC.

Gas ethylene, comonomer (1-butene) dan hidrogen dimasukkan ke dalam reaktor melalui perforated distribution plate di bagian bawah reaktor yang sebelumnya telah melewati tahapan pemurnian. Katalis diumpankan ke dalam reaktor melalui catalyst feeder yang terletak disamping reaktor. Katalis padat yang digunakan adalah katalis TiCl4 digabungkan dengan Co-catalyst TEAL (Try Ethyl Alumunium) sehingga membentuk katalis Ziegler-Natta. Partikel katalis tinggal dalam reaktor selama 2.5 sampai 4 jam.

Aliran Gas dari bawah dan katalis dari samping akan membentuk fluidisasi, sehingga diharapkan akan terjadi reaksi polimerisasi yang akan membentuk resin polyethylene. Pada saat start up digunakan benih resin untuk membantu mempercepat proses polimerisasi, diharapkan dengan adanya benih resin tersebut proses fluidisasi dapat berlangsung sempurna.

Mekanisme reaksi pembentukan polyethylene dari ethylene adalah sebagai berikut :

ΔH = Kcal/kg produk

Panas yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi ditransfer ke dalam Cycle Gas Cooler dengan bantuan air pendingin untuk menjaga kestabilan temperatur di reaktor. Jika diperlukan, sebagian dari aliran Cycle Gas dibuang ke flare melalui Product Purge Bin untuk menjaga kestabilan tekanan reaktor dapat juga ditambahkan condensing agent untuk membantu transfer panas di Cooler. Kecepatan Superficial Cycle Gas yang masuk ke dalam reaktor berkisar antara 0.68-0.72 m/s, kecepatan ini dianggap dapat memfluidisasi resin dengan sempurna untuk membantu mempercepat proses polimerisasi.

Reaktor dilengkapi dengan dua sistem pengeluaran produk yang dapat bekerja secara bergantian (Cross tie mode) dalam keadaan normal. Cara kerjanya berdasarkan perbedaan ketinggian unggun di dalam reaktor pada Control Set Reactor. Karena setiap terbentuk resin polyethylene baru, akan memberikan variabel naiknya ketinggian unggun hingga ketinggian tertentu. Setelah Level Set mendeteksi ketinggian tertentu yang telah ditetapkan dan ketinggian tersebut telah mencapai delay time yang telah ditetapkan biasanya selama 5 detik, maka terjadi pengeluaran produk secara otomatis. Jika Level Set telah dicapai namun delay time belum terpenuhi maka pengeluaran produk tidak akan terjadi.

Resin polyethylene yang berupa powder (Ø= 500-900 μm, tergantung tipe katalis yang digunakan) dikeluarkan dari reaktor menuju Pruduct Chamber untuk selanjutnya ditranfer lagi ke Product Blow Tank (PBT), dari PBT di transfer ke Pruduct Purge Bin (PPB). Keseluruhan sistem pengeluaran sistem kemudian disebut Product Discharge System (PDS) [Kirk Othmer, et al. 1998].

Pada proses Unipol, reaktor polimerisasi fluidized bed dioperasikan tanpa zona pengurangan kecepatan atau cyclone untuk memisahkan partikel yang bagus dari gas, ternyata memiliki beberapa keuntungan. Keuntungan yang pertama adalah pembentukan lembaran yang curam di dinding atau kerak pada zona transisi dapat dihilangkan. Hasilnya akan mengurangi shutdown pada reaktor. Keuntungan yang kedua adalah kedalaman dari area bed polimerisasi dapat divariasikan sehingga output reaktor dapat ditingkatkan dengan kondisi operasi yang bagus pula [US. Patent 4,255,542].

Pada proses polimerisasi fase gas untuk teknologi BP (British Petroleum), katalis Ziegler-Natta dan metallocene dimasukan dalam reaktor fluidized-bed. Pengendalian terhadap sifat propertis produk, seperti titik lebur dan densitas dilakukan oleh komposisi gas proses dan kondisi operasi. Reaktor didesain agar terjadi mixing yang sempurna dan temperatur yang seragam.

Gambar 2.  polimerisasi fasa gas (BP process)

Kondisi operasi pada bed adalah, tekanan 20 bar g, dan temperatur antara 75 sampai 100 °C. Partikel polimer terbentuk di reaktor fluidized bed dimana campuran gas ethylene, comonomer, hydrogen dan nitrogen terfluidiskan. Partikel polimer yang bagu akan meninggalkan reaktor bersama gas yang tertangkap oleh cyclone, yang merupakan keunikan dari proses BP, yang akan direcycle kembali kedalam reaktor. Cyclone berfungsi juga untuk mencegah terkontaminasinya produk pada saat transisi. Gas yang tidak bereaksi didinginkan dan dipisahkan dari berbagai cairan, dikompes kemudian dikembalikan kedalam reaktor. [Petrochemical Procesess. 2005].

Produk yang dihasilkan memiliki spesifikasi yaitu densitasnya 0,919 g/cm3m, titik leleh 1,0 g/10 menit, dan ketebalan 0,038 mm [Elias, Hans-Georg. 1986]. Polimer berbentuk powder yang kemudian ditambahkan zat addiktif dan kemudian disimpan dalam storage [Petrochemical Procesess. 2005].

  1. Polimerisasi Larutan

Proses larutan telah dikembangkan oleh beberapa perusahaan meliputi Du Pont, Dow, dan Mitsui untuk membuat LLDPE. Keuntungannya adalah dapat dengan mudah menangani banyak jenis dari comonomer dan densitas produk tergantung katalis yang dipakai.

 

Gambar 3. polimerisasi larutan (Du Pont)

Penjelasan flowsheet proses Du Pont yaitu Ethylene dilarutkan dalam pelarut (diluent) seperti heksana atau sikloheksana, kemudian dipompakan ke dalam reaktor pada tekanan 10 MPa. Tahapan reaksi merupakan proses adiabatis dan temperatur reaksinya adalah sekitar 200-300 oC.

Umpan mengandung ethylene sebesar 25 wt% dimana 95% terkonversi menjadi polyethylene dalam reaktor. Waktu tinggal dalam reaktor selama 2 menit. Katalis yang dipakai yaitu campuran dari VOCl3 dan TiCl4 diaktifasi oleh kokatalis alkylaluminum, Larutan polyethylene yang meninggalkan reaktor diolah dengan zat deaktifasi dan kemudian campurannya melewati alumina dimana residu dari katalis yang sudah dideaktifasikan diadsorb. Pelarut dan comonomer yang tidak bereaksi diuapkan dalam tahap depressurization. Setelah ekstrusi menjadi pellet, penghilangan pelarut dilakukan dengan melewatkan aliran gas panas melewati tumpukan pellet [Ulman’s encyclopedia, 1992].

Kelemahan dari proses ini yaitu terdapatnya tahapan penghilangan katalis sehingga memperbesar biaya proses.

  1. Polimerisasi suspensi (slurry Polimeryzation)

Teknologi ini merupakan teknologi yang paling tua dalam pembuatan polyethylene. Philips Petroleum Company telah mengembangkan proses slurry yang efisien untuk memproduksi LLDPE. Reaktor dibangun menyerupai “large folder loop” yang mengandung serangkaian pipa dengan diameter 0.5 sampai 1 meter.

 

Gambar4.  polimerisasi suspensi (Phillips Petroleum)

Reaktor berbentuk double loop diisi dengan suatu pelarut ringan (biasanya isobutene), dan mengelilingi loop dengan kecepatan tinggi secara kontinyu [Kirk Othmer, et al. 1998] . Reaktor double loop bekerja pada tekanan 3,5 MN/m2, temperatur 85 sampai 100°C, dan waktu tinggal rata-rata adalah 1,5 jam. Katalis chromium/titanium dipakai dalam teknologi ini [Alagoke, Olabisi: 1997 ]. Katalis disuspensikan oleh pelarut dan diumpankan ke dalam reaktor [Ulman’s encyclopedia, 1992]. Aliran campuran mengandung ethylene dan comonomer (1-butene, 1-hexene, 1-oktene, atau 4-methyl-1-pentene), dikombinasikan dengan diluent hasil recycle dan suspensi katalis, diumpankan ke dalam reaktor. Dalam reaktor tersebut kopolimer etilen membentuk partikel-partikel yang tumbuh berlainan disekitar partikel katalis [Kirk Othmer, et al. 1998].

Temperatur merupakan variabel operasi yang paling kritis dan harus selalu dikontrol untuk menghindari terjadinya swelling (pengembangan) dari polimer. Setelah melewati waktu tinggal antara 1.5 sampai 3 jam, resin mengendap secara singkat dalam tahap pengendapan di tepi bawah loop dan dilepaskan menuju ke flash tank. Akhirnya pelarut dan monomer yang terpisah masuk ke dalam sistem recovery pelarut untuk pemurnian dan recycling [Kirk Othmer, et al. 1998].

    • kusuma
    • October 24th, 2011

    permisi
    kebetulan tugas akhir saya membuat pabrik polimer, dan saya masih bingung menentukan waktu tinggal bahan dalam reaktor

  1. Wow, this article is good, my younger sister is analyzing these kinds of things, so I am going to inform her.

    • firman setiadi
    • September 28th, 2013

    makasih bang😀 abang alumni T.Kimia UNTIRTA? sekedar info nih bang,kami panitia CHEMENG DAY 2013 mengadakan acara yang salah satunya adalah CHEMICAL DISCUSSION yang insya ALLAH diadakan pada akhir oktober.untuk info lebih lanjut silahkan follow account twitter kami yaitu: @ChemDisc2013 atau lewat facebook; CHEMICAL ENGINEERING DAY 2013. terima kasih bang

  1. No trackbacks yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: