Teknologi Fischer-Tropsch (Tipikal Proses FT, Tipe Reaktor yg Digunakan, dan Licensor Teknologi FT)

Tipikal proses FT

Tipikal proses FT meliputi tiga bagian:

1. Produksi synthesis gas (syngas). Bahan baku utk produksi syngas adalah material apapun yg mengandung atom karbon dan hydrogen. Contohnya adalah batubara, gas alam, biomassa, dan limbah organik. Terlepas dr apapun bahan bakunya, produk syngas yg dihasilkan tidak bisa dibedakan lagi.

Klo diambil dari proyek2 Coal to Liquid (CTL), unit synthesis syngas adalah sekitar 60-70% dari total investasi [1].

Produk CO, H2, CO2, dan H2O mengalami kesetimbangan pada kondisi reaksi di unit gasifikasi (temperature tinggi; 900 – 1600oC). Komposisi produk syngas pada akhirnya ditentukan dari kesetimbangan reaksi water gas shift [2], yg biasanya dilaksanakan di bagian akhir unit gasifikasi ini. Oleh karena kondisi kesetimbangan yg tercipta ini, reaksi gasifikasi bisa didekati dgn menggunakan meminimalkan energy bebas Gibbs. Klo di Aspen Plus, reactor yg digunakan adalah reactor Gibbs.

Produksi syngas ini bisa berupa reaksi steam methane reforming (SMR), oksidasi parsial (POX), oksidasi parsial katalisis, dan autothermal reforming yg menggabungkan SMR dan POX.

2. FT synthesis. Faktor2 yg berpengaruh dan efeknya ke produk syncrude sudah dijabarkan di atas. Utk CTL, bagian FT synthesis memiliki investasi yg kurang lebih sebesar 22% dari total investasi [1].

3. Upgrade produk. Masing2 licensor (Sasol, Shell, ExxonMobil) memiliki teknologi hydroprocessing tersendiri. Utk CTL, unit ini kurang lebih sekitar 12% dari total investasi [1].

Tipe2 reaktor yg digunakan

Multitubular fixed bed reactor [3], spt gbr di bawah, memiliki tube2 yg berisikan katalis. Reactor jenis ini bisa digunakan utk reaksi gas-solid dan jg gas-liquid-solid. Reactor bekerja dgn hydrodinamika spt trickle bed. Keuntungan reactor jenis ini adalah robust, resiko scale-up yg rendah, dan memiliki perilaku yg plug flow. Kerugiannya adalah capital costnya yg relative lebih mahal dibanding reactor jenis lain.

Gbr2

Reactor tubular ini dioperasikan pada temperature rendah (LTFT). Sasol One plant tahun 1955 dan Shell menggunakan reactor jenis ini secara eksklusif utk middle distillatenya.

Slurry bubble column reactor [3], spt gbr di bawah, hanya utk reaksi gas-liquid-solid. Keberadaan katalis sebagai slurry membuat penambahan dan pengambilan katalis secara online menjadi mudah. Meskipun demikian, pemisahan katalis dari produk dalam industry menjadi permasalahan tersendiri. Keuntungan lainnya adalah kontrol temperature yg cukup stabil, perpindahan kalor yg tinggi, konversi yg tinggi, tidak ada hot spot katalis, dan selektivitas yg lbh baik.

Gbr3

Reactor slurry ini dioperasikan pada temperature rendah (LTFT). Sasol membangun reactor ini di Sasol One plant tahun 1993.

Fluidized bed reactor [3], spt 2 gbr di bawah, hanya utk gas-solid reaction. Akibatnya, reactor jenis ini hanya cocok utk temperature tinggi (HTFT). Kondisi HTFT ini selain mmg pasti mengarah ke nilai alpha yg rendah, jg secara inherent design akan membatasi nilai alpha. Jika nilai alpha cukup tinggi, dalam artian banyak produk wax yg terbentuk, maka bed katalis tidak akan terfluidisasi dgn baik.

Gbr4 Gbr5

Kedua reactor fluidisasi ini dioperasikan pada temperature tinggi (HTFT). Reactor circulating fluidized bed (CFB), oleh Sasol disebut sbg reactor Synthol, jg dibangun di Sasol One site. Variasi fluidized bed reactor berikutnya yaitu fixed fluidized bed, yg oleh Sasol disebut sbg Sasol Advanced Synthol (SAS). Reactor ini dibangun tahun 1995.

Perbandingan reaktor2 yg digunakan di FT proses ini adalah sbb [3]:

Karakteristik Multitubular fixed Microchannel fixed Slurry bed Circulating fluidized Fixed fluidized
Temperature Rendah Rendah Rendah Tinggi Tinggi
Fasa reaksi G+L G+L G+L G G
Jenis reactor PFR PFR CSTR CSTR CSTR
Heat transfer Low High High Medium to high Medium to high
Mass transfer low High Medium Medium to high Medium to high
Pressure drop pada kecepatan gas yg tinggi low Medium Medium to high Medium High
Skala ekonomi Low to medium Low High High Very high
Ukuran partikel katalis (mm) > 2 < 0.1 < 0.1 < 0.1 < 0.1
Catalyst mechanical stress Low Low Medium High High
Pemisahan katalis-produk Easy Easy Difficult Fairly easy Fairly easy
In-line catalyst replacement No No Possible Possible Possible

Pabrik FT skala komersil saat ini dibangun oleh Sasol dan Shell dgn menggunakan temperature rendah (LTFT). Jelas terlihat bahwa LTFT menghasilkan produk bernilai tinggi lebih banyak drpd HTFT.

Licensor teknologi utk FT

Sampai saat ini, cm Sasol dan Shell yg telah membangun pabrik2 GTL skala komersial. Sasol pun telah memiliki pengalaman puluhan tahun mengembangkan CTL.

Sasol Slurry Phase Distillate (SSPD)

Sasol SPD terdiri atas 3 proses yaitu:

  1. natural gas reforming,
  2. FT synthesis, dan
  3. product work-up.

Agar teknologi ini lebih ekonomis dan layak, Sasol bekerja sama dgn:

  1. Air Products and Chemicals utk supply teknologi pemisahan udara utk produksi oksigennya.
  2. Haldor Topsoe utk teknologi autothermal reforming (ATR) nya utk produksi syngas.
  3. Chevron utk teknologi isocracking (hydroprocessing technology), utk upgrade produknya dari syncrude ke diesel dan naphtha. Proses ini disebut sbg isocracking krn produk hasil crackingnya memiliki kandungan isoparaffin dgn jumlah yg cukup signifikan. Dan hal ini merupakan sesuatu yg tidak biasa.

Oryx GTL di Qatar dibangun tahun 2006 dgn teknologi komersial GTL pertama dari Sasol. Sebelumnya Sasol hanya membangun CTL. Kapasitas Oryx GTL sebesar 34000 barrel/hari liquid product. Escravos GTL di Nigeria yg sedang dibangun merupakan replica dari Oryx GTL. Kedua pabrik ini akan menghasilkan produk sbb:

–      Diesel 70%

–      Naphtha 25%

–      LPG 5%

Shell Middle Distillates Synthesis (SMDS)

Teknologi Shell MDS dibangun pertama kalinya di Bintulu, Malaysia pada tahun 1993. Teknologi ini secara umum kurang lbh sama spt miliknya Sasol:

  1. Produksi syngas dgn H2/CO (mol ratio) mendekati 2
  2. FT synthesis to high molecular weight hydrocarbon
  3. Product upgrade via hydroprocessing to maximize the yield of middle distillates (produk sekitar kerosene, jet fuel, dan diesel).

Kapasitas GTL Bintulu pada 1993 adalah sebesar 12500 barel/hari dan sekarang ini sekitar 14700 barel/hari. Pabrik GTL terbesar dari Shell adalah Pearl GTL. Investasi mencapai 19 milyar USD dgn kapasitas 140000 barel/hari liquid product. Pearl GTL adalah scale up dari Bintulu GTL dgn dua train yg identik.

Selain dari kedua licensor ini, ada bbrp perusahaan lain yg jg berusaha mengembangkan teknologi FT ini. Di antaranya adalah proses ExxonMobil AGC-21, proses berbasis acetylene dari Synfuel International, CompactGTL, dan Velocys. Akan tetapi, proses2 ini belum mencapai tahap komersialisasi.

Referensi:

  1. James, et. al., 2010, Increasing carbon utilization in Fischer-Tropsch synthesis using H2-deficient or CO2-rich syngas feeds, Fuel Processing Technology, 91, 136-144.
  2. -, 2013, Fischer-Tropsch process, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons.
  3. -, 2013, Gas to Liquids, PERP 2012S9, CHEMSYSTEMS PERP Program.

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: