Lube Oil - Intoduction

Lube Oil atau Minyak Pelumas dapat didefinisikan sebagai suatu bahan atau zat kimia (hydrocarbon) yang umumnya berwujud cairan yang harus berada di antara dua permukaan atau benda yang bergerak untuk mengurangi gesekan antar permukaan tersebut. 

Sebagaimana diketahui bahwa pada berbagai jenis mesin dan peralatan yang sedang bergerak, akan terjadi peristiwa pergesekan antara logam yang berakibat akan terjadi peristiwa pelepasan partikel partikel dari pergesekan tersebut. Keadaan dimana logam melepaskan partikel disebut aus atau keausan. Peristiwa keausan sendiri akan sangat mempengaruhi kinerja mesin atau peralatan yang bergesek tersebut, serta memperpendek umur dari mesin atau peralatan. Disinilah pentingnya pelumasan dilakukan untuk melindungi bagian yang bergesek tersebut, dimana dengan pelumasan yang tepat dapat mengurangi keausan yang lebih parah, memperlancar kerja mesin dan memperpanjang usia dari mesin dan peralatan itu sendiri.

Klassifikasi Lube Oil
 

Lube Oil diklasifikasikan berdasarkan beberapa hal diantaranya :

1. Bahan baku untuk lube base
Lube oil berasal dari beberapa bahan baku yaitu :
Mineral
yaitu berasal dari fraksi tertentu dari minyak bumi yang diambil melalui proses penyulingan (atmospheric dan vacuum) untuk memisahkan fraksi-fraksi minyak tersebut. Minyak bumi yang paling baik digunakan untuk bahan baku lube base oil adalah yang bersifat parafinik atau yang memiliki rantai karbon lurus dan jenuh. Sedangkan jenis lainnya seperti Aromatic dan naphthenic memiliki kelemahan dalam hal ketahanan terhadap suhu dan juga fungsi pelumasannya relative rendah.
Perkembangan terakhir menunjukkan bahwa bahan baku untuk lube base oil yang terbaik saat ini adalah hasil dari perengkahan rantai karbon panjang dengan menambahkan hydrogen selama proses perengkahan (dikenal dengan proses hydrocracker). Lube base dari bahan ini mendapat peringkat terbaik untuk kemampuan pelumasan, ketahanan terhadap suhu rendah, ketahanan terhadap oksidasi dan yang paling rendah tingkat penguapannya. Sebagai informasi di Indonesia produksi lube base dengan bahan baku dari hydrocracker baru ada 1 pabrik yaitu di Dumai Riau. Pabrik tersebut dioperasikan oleh PT. Patra SK sebuah perusahaan patungan antara PT. Pertamina (persero) dengan SK Energy (Korea Selatan).
Hingga saat ini pelumas dengan bahan baku mineral yang paling banyak beredar di pasaran.
Bahan Baku Nabati
yaitu yang terbuat dari bahan lemak binatang atau tumbuh-tumbuhan. Sifat penting yang dipunyai pelumas nabati ini ialah bebas sulfur atau belerang, tetapi tidak tahan suhu tinggi, sehingga untuk mendapatkan sifat gabungan yang baik biasanya sering dicampur dengan bahan pelumas yang berasal dari bahan minyak mineral, biasa disebut juga compound oil.
Bahan Baku Sintetis
yaitu pelumas yang bukan berasal dari nabati ataupun mineral. Minyak pelumas ini berasal dari suatu bahan yang dihasilkan dari pengolahan tersendiri. Pada umumnya pelumas sintetik mempunyai sifat-sifat khusus, seperti daya tahan terhadap suhu tinggi yang lebih baik daripada pelumas mineral atau nabati, daya tahan terhadap asam, dll
2. Berdasarkan Wujudnya
Berdasarkan wujud atau bentuknya pelumas dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu pelumas padat dan cair. Pelumas cir di Indonesia juga dikenal dengan sebutan Oli.
Pelumas berbentuk padat contohnya adalah grease atau lebih dikenal dengan gemuk. Secara umum definisi grase adalah : pelumas yang dikentalkan dengan bahan sabun atau non sabun agar memenuhi consistency/hardness (pada pelumas cair dikenal sebagai kekentalan) tertentu.

Sebenarnya masih ada pembagian lain berdasarkan Kekentalan atau Viscosity, berdasarkan penggunaannya, namun pembagian ini lebih kepada aspek peruntukan dari pelumas itu sendiri. Hal itu akan dibahas tersendiri.

Walaupun terdapat beragam pelumas berkualitas tinggi, namun pada intinya yang menentukan mutu dan penggunaan dapat didasarkan pada 3 faktor :
1. Bahan dasar ( based oil ).
2. Teknik dan pengolahan bahan dasar dalam pembuatan pelumas.
3. Bahan bahan additif yang digunakan atau dicampurkan kedalam bahan dasar untuk mengembangkan sifat tertentu guna tujuan tertentu.

Sebenarnya base oil mempunyai segala kemampuan dasar yang dibutuhkan dalam pelumasan. Tanpa aditifpun, sebenarnya minyak dasar sudah mampu menjalankan tugas-tugas pelumasan. Namun unjuk kerjanya belum begitu sempurna dan tidak dapat digunakan dalam waktu lama.

Adapun parameter-parameter utama yang harus diperhatikan dalam memilih pelumas adalah:

• Viscosity atau Kekentalan,
merupakan ukuran kecepatan bergerak atau daya tolak suatu pelumas untuk mengalir. Pada temperatur normal, pelumas dengan viscosity rendah akan cepat mengalir dibandingkan pelumas dengan viscosity tinggi. Biasanya untuk kondisi operasi yang ringan, pelumas dengan viscosity rendah yang diajurkan untuk digunakan, sedangkan pada kondisi operasi tinggi dianjurkan menggunakan pelumas dengan viscosity tinggi

• Viscosity Index (Indeks viskositas); merupakan kecepatan perubahan kekentalan suatu pelumas ddikarenakan adanay perubahan temperatur. Makin tinggi VI suatu pelumas, maka akan semakin kecil terjadinya perubahan kekentalan minyak pelumas meskinpun terjadi perubahan temperatur. Pelumas biasa dapat memiliki VI sekitar 100, sedang yang premium dapat mencapai 130, untuk sithetis dapat mencapai 250.
• Flash point; titik nyala suatu pelumas adalah menunjukkan temperatur kerja suatu pelumas dimana pada kondisi temperatur tsb akan dikeluarkan uap air yang cukup untuk membentuk campuran yang mudah terbakar dengan udara.
• Fire point; adalah menunjukkan pada titik temperatur dimana pelumas akan dan terus menyala sekurang-kurangnya selama 5 detik.
• Pour point; merupakan titik temperatur dimana suatu pelumas akan berhenti mengalir dengan leluasa.
• Cloud point; keadaan dimana pada temperatur tertentu maka lilin yang larut di dalam minyak pelumas akan mulai membeku.
• Aniline point; merupakan pentunjuk bahwa minyak pelumas tertentu sesuai sifat-sifatnya dengan sifat-sifat karet yang digunakan sebagai seal dan slang. Hal ini ditetapkan sebagai temperatur dimana volume yang sama atau seimbang dari minyak pelumas adan aniline dapat dicampur
• Neutralisation Number or Acidity; merupakan ukuran dari alkali yang diperlukan untuk menetralisir suatu minyak Makin tinggi angka netralissasi maka akan semakin banyak asam yang ada. Minyak yang masih baru tidak mengandung asam bebas dan acidity numbernya dapat kurang atau sama dengan 0,1. Sedangkan pelumas bekas, akan mengandung acidity number yang lebih tinggi.
• Ash; Apabila pelumas habis terbakar maka akan terbentuk abu (ash) atau abu sulfat. Hal ini berhubungan dengan pengukuran kemurnian suatu pelumas.

Platforming Process Variable - Dependent Variable

Catalyst Activity - Merupakan variable yang menunjukkan temperatur yang harus dioperasikan oleh katalis untuk menghasilkan kualitas produk tertentu.

Temperatur yang dibutuhkan didefinisikan dengan WAIT, sedangkan kualitas produk didefinisikan dengan Research Octane Number Clear (RONC)

Pada awal beroperasi menggunakan fresh catalyst, temperatur yang dibutuhkan hanya dipengaruhi oleh : feed stock properties, target RONC, dan tipe katalis. Namun setelah beroperasi selama waktu tertentu aktivitas menurun (ditandai dengan tingginya temperatur untuk mendapatkan ON yang sama) disebabkan adanya coke laydown di katalis. Perbedaan WAIT antara saat katalis masih fresh dengan saat katalis mengandung coke didefinisikan sebagai Delta WAIT.

Delta WAIT inilah yang dijadikan parameter dalam mengevaluasi aktifitas katalis.

Catalyst Selectivity - Menunjukkan kecenderungan catalyst dan kondisi operasi tertentu dalam menghasilkan produk yang diinginkan.

Catalyst Stability - Merupakan ukuran pembentukan coke pada katalis. Variable yang berpengaruh : RONC target, N+A feed, End point naphta, Tekanan reaktor dan rasio H2/HC.

Catalytic Reforming Process Variable

Independent Variable

1. Catalyst type
   
   Tipe katalis umumnya sudah dalam komposisi tailor dari vendor dengan mempertimbangkan aktifitas, selektifitas dan stabilitas yang sesuai dengan unit.


2. Temperatur Reaktor
   
   Merupakan parameter kontrol utama untuk mendapatkan kualitas produk yang diinginkan (Octane Number) dalam proses Platforming. Temperatur maksimum proses Platforming adalah 543oC yang dapat menyebabkan reaksi thermal yang dapat menurunkan yield dan stabilitas katalis.
   
   Kalkulasi yang biasanya digunakan adalah :
   
   • WAIT (Weight Average Inlet Temp.) = Σ (Fraksi berat katalis per reaktor x Temp. Inlet per reaktor)
   • WABT (Weight Average Bed Temp.) = Σ (Fraksi berat katalis per reaktor x Average Temp. Inlet dan outlet per reaktor)
     
   
   Semakin tinggi temperatur reaktor, makin tinggi ON yang didapat.


3. Space velocity
   
   Merupakan ukuran jumlah Naphta yang diproses di sejumlah katalis di reaktor. Jika dalam satuan volume, disebut Liquid Hourly Space Velocity (LHSV), Jam-1
   
   LHSV = Feed rate (m3/jam) / Volume katalis di rx (m3)
   
   
   Space velocity memiliki efek yang dominan terhadap kualitas produk (ON). Semakin tinggi space velocity (flow feed tinggi) pada WAIT yang tetap, akan menurunkan ON produk, sehingga agar ON tetap maka Temperatur harus dinaikkan.
   
   


4. Tekanan Reaktor
   
   Tekanan reaktor umumnya diukur dari inlet reaktor terakhir jika 50% dari jumlah katalis ada di reaktor terakhir.
   
   
   Tekanan reaktor mempunyai efek terhadap yield produk, temperatur reaktor yang dibutuhkan untuk mendapatkan kualitas tertentu dan stabilitas katalis.
   
   
   Penurunan tekanan reaktor akan menambah yield produk, menurunkan temperatur yang dibutuhkan dan menambah coking rate di katalis (umur katalis pendek).


5. H2/HC ratio
   
   Merupakan rasio mol antara gas Recycle Hydrogen dengan Naphta. Rasio ini mempengaruhi stabilitas (umur/cycle) katalis.
   Makin rendah rasio ini makin pendek cycle katalis.
   
   


6. Charge Stock Properties
   
   Properties feed yang dimonitor pada proses Platforming adalah :
   
   
   • Impurities : Sulfur dan Nitrogen <>
   • Range boiling point : 77oC – 204oC
     
   • Kandungan Parafin, Naphtene dan Aromatic (PONA)

Dependent Variable ... Next Post

Katalis Pada Proses Reforming

Sebagaimana yang sudah dibahas pada postingan sebelumnya, bahwa proses reforming pada pengolahan naphtha dibantu dengan menggunakan katalis. Katalis dalam ilmu kimia dikenal dengan suatu bahan yang terlibat dalam suatu reaksi kimia namun bahan tersebut tidak bereaksi. Fungsi Katalis itu sendiri berfungsi sebagai akselerator atau mempercepat reaksi kimia. Selain itu Fungsi katalis yang tak kalah pentingnya adalah selektifitas dimana dengan menggunakan katalis produk samping yang mungkin saja timbul pada suatu reaksi kimia dapat dieliminir. Komponen utama pada proses reforming adalah Platina (Pt).

Katalis untuk proses reforming mempunyai fungsi ganda (dual function) dimana reaksi yang terjadi dipengaruhi oleh sifat asam (Cl-) dan logam Pt dari katalis. Dalam katalis terdapat sebanyak 0.3 – 0.8 %-wt Pt (tergantung tipenya) dan mengandung Cl- sekitar 1 %wt – 1.3 %wt pada alumina base (tergantung tipenya) dan mempunyai luas permukaan(surface area) antara 150 – 200 m2/gram.

Alumina sendiri berfungsi asam, dimana fungsi asam ini makin diperkuat dengan adanya chloride (Cl-). Dalam hal ini fungsi Pt adalah memberikan aktivitas dalam reaksi dehidrogenasi (electron donor) sedangkan asam bersama alumina akan memberikan aktivitas reaksi isomerisasi (elektron akseptor).

Reaksi dehidrosiklisasi dan hidrokraking dipengaruhi oleh fungsi metal dan asam. Selama reaksi berlangsung diperlukan injeksi chloride (PDC) secara kontinyu untuk menjaga keasaman katalis yang tetap karena tanpa adanya injeksi maka chloride yang terdapat dalam katalis akan terlarut oleh air (moisture) yang terdapat/terikut dalam feed stock.

Karena ukuran logam Pt pada katalis sangat halus (±10Å) maka bisanya logam Pt ini dapat mengalami agglomerisasi bila temperatur reaktor terlalu tinggi (>500oC) atau pada waktu regenerasi berlangsung, sehingga menyebabkan aktifitas katalis akan berkurang.

Dengan demikian pengaturan keseimbangan aktifitas logam dan asam harus dijaga agar unjuk kerja dari katalis bisa optimal.

Reaksi-Reaksi Pada Proses Catalytic Reforming

Reaksi Dehydrogenasi

Reaksi dehydrogenasi sangat endothermis atau memerlukan panas, dipromote oleh fungsi metal dari katalis dan mudah terjadi pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Reaksi ini bisa terlihat pada penurunan/beda temperatur reaktor terutama reaktor pertama.

Bila penurunan temperatur reaktor yang besar, produksi hidrogen tinggi per bbl feed dan kemurnian hidrogen tinggi menunjukkan reaksi dehidrogenasi yang baik. Reaksi dehidrogenasi merupakan reaksi yang paling cepat dalam reaksi reforming, maka diperlukan penggunaan interheater di antara catalyst bed untuk menjaga suhu yang tetap cukup tinggi agar reaksi berlangsung lebih cepat.

Contoh reaksi dehydrogenasi yang terjadi :
Alkyl cyclo hexane → aromatic

Reaksi Dehidrosiklisasi

Siklisasi dari paraffin ke naphthene adalah reaksi yang paling sulit. Reaksi ini lebih baik pada tekanan rendah, temperature tinggi dengan metal/acid function. Naphthene dengan ring lebih kecil dari 6 atom karbon (misal 5) akan diisomerisasi menjadi 6 terlebih dahulu sebelum didehirogenasi ke aromatic.

Contoh :
Reaksi : dehidrosiklisasi Heptane → metyl cyclohexane + H2

Reaksi Isomerisasi

Formula molekulnya sama tetapi berbeda dalam struktur internalnya, lebih mudah terjadi pada temperatur rendah. Isomerisasi paraffin dan cyclopentane biasanya menghasilkan produk dengan angka oktan yang lebih rendah selain terbentuknya aromatic.

Contoh :
Methyl cyclopentane (RON 91) → cyclohexane (RON 83) (isomerisasi dengan bantuan Cl-)

Cyclohexane (RON 83) → Benzene (RON >100>(dehidrogenasi dengan bantuan Pt)

Reaksi Hidrokraking

Reaksi hidrokraking adalah eksotermis yaitu reaksi memecah paraffin dengan molekul besar menjadi paraffin yang lebih ringan dan gas. Reaksinya memerlukan hidrogen sehingga menyebabkan penurunan kemurnian hidrogen, memperkecil penurunan delta temperatur pada reaktor terakhir serta menurunkan jumlah produk reformat.

Reaksi yang terjadi tergantung pada jenis paraffin yang terdapat dalam feed dan kondisi operasi.

Reaksi hidrokraking akan bertambah dengan :
- Kenaikan temperatur
- Kenaikan tekanan
- Low space velocity

Untuk mendapatkan jumlah aromatic yang lebih banyak, pengaturan kondisi operasi Catalytic Reforming akan berkontribusi untuk tujuan ini. Umumnya aromatic dapat diaakan bertambah dengan :

1. Kenaikan temperatur (menaikkan kecepatan reaksi tetapi sebaliknya akan mempengaruhi keseimbangan reaksi)
2. Tekanan rendah (menggeser keseimbangan reaksi ke kanan)
3. Low space velocity (mempercepat pencapaian keseimbangan)
4. Rasio H2/HC rendah (menggeser keseimbangan reaksi ke kanan, tetapi tekanan partial H2 harus dijaga untuk mencegah pembentukan coke yang berlebihan)

Catalytic Reforming Process

REAKSI-REAKSI YANG TERJADI

Komponen aromatic dalam feed stock biasanya cukup stabil melewati reaktor dan tidak berubah, sedangkan komponen Olefin biasanya terdapat dalam jumlah kecil (trace), sehingga sebagian besar reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah perubahan struktur molekul dari Paraffins dan Naphthenes yaitu melalui reaksi cyclization dan isomerization akan diubah menjadi komponen-komponen yang beroktan tinggi.

Reaksi akan mudah terjadi bila jumlah atom karbon dalam satu molekulnya banyak/rantai panjang, oleh karena itu dipilih Heavy Straight Run (HSR) sebagai feed stock reformer. Fraksi C5 – 80oC dalam feed stock akan terurai menjadi Butane, atau fraksi yang lebih ringan, sedangkan bila feed stock mempunyai EP > 204oC akan mudah terhidrokraking dan akan menyebabkan terbentuknya coke yang berlebihan di katalis.

Prinsip reaksi yang terjadi pada platforming adalah:
1. Dehydrogenasi, reaksinya adalah endothermic (membutuhkan panas)
2. Dehydrocyclisasi, reaksinya adalah endothermic (membutuhkan panas)
3. Isomerisasi, reaksinya adalah exothermic (mengeluarkan panas)
4. Hydrocracking, reaksinya adalah exothermic (mengeluarkan panas)

Proporsi reaksi yang terjadi tergantung pada kwalitas feed stock, type katalis yang digunakan dan severity dari operasi.

Reaksi yang diinginkan terjadi pada proses catalytic reforming adalah :

1. Paraffin diisomerisasi menjadi naphthene dan selanjutnya dihydrogenasi menjadi aromatic.
2. Olefin dijenuhkan menjadi paraffin dan selanjutnya akan mengalami reaksi isomeriasasi dan dehydrogenasi.
3. Naphthene diisomerisasi menjadi lingkaran 6 atom karbon dan dehydrogenasi menjadi aromatic.
4. Aromatic tidak terjadi perubahan.

Reaksi yang tidak diinginkan adalah:

1. Dealkilasi dari rantai cabang pada naphthene dan aromatic menjadi butane dan paraffin yang lebih ringan.
2. Cracking pada paraffin dan naphthene menjadi butane/paraffin ringan.

Bersambung ..

Catalytic Reforming

Catalytic Reforming adalah salah satu proses konversi yang digunakan untuk mengkonversikan low quality hydrotreated naphtha atau straight run gasoline menjadi komponen gasoline dengan angka oktan yang tinggi atau High Octane Mogas Component(HOMC).

Ada beberapa reforming proses yang telah dikembangkan dan dipakai yaitu antara lain:

• Platforming process --> lisensi UOP
• Powerforming --> lisensi Esso Reasech & Eng
• Ultraforming --> Lisensi Standard Oil, Ind
• Houdriforming & Isoplus Houdriforming --> Lisensi Houdry
• Catalytic Reforming --> Lisensi Chevron

Reforming process diklasifikasikan berdasarkan cara regenerasi katalis sebagai : Continuous, Cyclic, Semi regenerative.

Saat ini di Indonesia terdapat 2 type catalytic reforming atau lebih dikenal dengan platforming, yaitu :

• Fixed bed catalytic reforming
• Continuous Catalytic Regeneration (CCR) reforming.

Yang membedakan kedua type tersebut adalah dari segi cara regenerasi katalisnya. Pada type pertama, regenerasi dilakukan harus dengan menghentikan operasi, sedangkan pada type kedua, regenerasi dilakukan sementara unit masih tetap beroperasi.

Keuntungan CCR adalah unit tetap mampu beroperasi ada aktivitas katalis yang tinggi.
Cyclic process adalah merupakan penggabungan dari keduanya, dimana dalam cyclic process dipasang tambahan swing reactor untuk mempertahankan unit tetap beroperasi selama regenerasi berlangsung. Bila akitivitas katalis dari salah satu reactor menurun maka reactor ini kemudian diisolate dari system dan fungsinya digantikan oleh swing reactor.

Typical feed stock untuk catalytic reformer biasanya adalah Treated Naphtha atau Straight Run gasoline yang mempunyai cut boiling range 80 – 190 oC.
Di dalam umpan biasanya mengandung/terdiri dari campuran komponen-komponen yang diklasifikasikan seperti tabel berikut ini.