Mengusir Carryover Asam di Unit Alkylation: Settler Cerdas, Coalescer, dan Water Wash yang Mengantar Alkylate “Clear and Bright”

Di dunia alkylation berbasis asam kuat, satu angka menentukan nasib korosi: berapa ppm asam yang lolos dari reaktor. Di unit sulfuric-acid (H₂SO₄) alkylation, effluent reaktor keluar sebagai emulsi ~50/50 volume asam/hidrokarbon (campuran dua fase cair) yang harus “dipecah” sebersih mungkin sebelum fraksinasi (toc.123docz.net).

Data DuPont/STRATCO menunjukkan lompatan besar saat gravity settler sederhana ditingkatkan menjadi dua tahap koalesensi: recycle H₂SO₄ mencapai ~90 vol% dan acid carryover di alkylate hanya ~10–15 vol ppm—sekitar sepertiga dibanding 50–100 vol ppm pada pemisahan gravitasi biasa (toc.123docz.net). Praktisnya, hidrokarbon yang meninggalkan settler memuat hanya “a few parts‑per‑million” asam.

Desain acid settler dan koalesensi bertahap

Settler (bejana pemisah gravitasi dua cairan) memisahkan fase asam yang lebih berat ke dasar untuk dikembalikan ke reaktor, sementara hidrokarbon mengalir keluar sebagai overflow (toc.123docz.net). Desain modern menanamkan internal koalescing—tray berlubang dan bed kemas (packing) seperti Pall rings, saddles, dan structured packing—untuk mempercepat aglomerasi droplet asam agar cepat mengendap dan tidak terentrain (www.freepatentsonline.com).

Contoh paten UOP menempatkan multiple perforated trays dengan packed beds secara seri, memaksa emulsi melewati zona koalesensi berurutan guna mempertajam pemisahan (www.freepatentsonline.com). STRATCO mendokumentasikan bahwa meng-upgrade gravity settler menjadi two‑stage coalescer system menghasilkan recycle H₂SO₄ ~90 vol% dan carryover asam ~10–15 vol ppm (vs 50–100 vol ppm secara konvensional) (toc.123docz.net).

Hidraulik settler dijahit untuk menjaga rasio asam/hidrokarbon di effluent reaktor tetap optimal—sekitar 50:50 by volume untuk desain STRATCO (toc.123docz.net). Pada konfigurasi multi‑reaktor paralel, aliran asam diatur in series antar-tahap sehingga fresh acid dan intermediate acid memberi makan tiap reaktor, menstabilkan kekuatan asam di seluruh unit (toc.123docz.net).

Kontrol tekanan dan desain weir (ambang tumpah) turut menjaga pemisahan tajam. STRATCO menahan tekanan settler di sekitar 60 psig (4,2 kg/cm²; psig = satuan tekanan relatif terhadap atmosfer) dengan back‑pressure valve agar hidrokarbon tidak flashing di dalam settler; kemudian overflow hidrokarbon diturunkan tekanannya ke ~5 psig dan di‑flash untuk mendinginkan effluent sebelum fraksinasi (toc.123docz.net). Dengan geometri weir yang tepat dan media koalesensi, droplet asam cepat membesar (coalesce) dan turun, bukan ikut terangkut.

Pencucian air/kaustik dan coalescer hilir

Asam sisa yang lolos dari settler dihapus lewat washing. Di HF‑alkylation (HF = hydrofluoric acid), alkylate dicuci kaustik: larutan NaOH atau Na₂CO₃ (alkali) melarutkan HF dan menetralkannya menjadi fluoride salts; hasilnya fase organik keluar dengan pH mendekati netral dan fluoride <1–10 ppm, sedangkan air kaustik diarahkan ke pemulihan atau pembuangan (www.pall.com). Di unit sulfuric, plain water wash (pencucian air) mengekstrak asam larut‑air atau acid esters; tahapan ini diikuti pemisahan cair/cair dengan coalescer efisiensi tinggi atau electrostatic precipitator untuk mengeluarkan air cuci agar produk memenuhi spesifikasi “clear and bright” (www.pall.com).

Secara kuantitatif, dampak washing sangat nyata. Riset yang dipublikasikan oleh Digital Refining melaporkan tanpa washing, asam bertahan sebagai droplet ~3 µm yang stabil dalam alkylate; dengan single water wash, nyaris seluruh sulfates yang larut air berpindah ke fase akuatik (www.digitalrefining.com). Praktik industri kerap memakai two‑stage washes (acid wash lalu water wash) bersama coalescing filters (paperzz.com; www.pall.com). Meskipun washing menghasilkan limbah air yang harus diolah, pendekatan multistage ini lazimnya mencapai spesifikasi bahan bakar “clear and bright” (mis. residual acid <0,0015% volume; ppm = parts per million; wt% = persentase berat) (toc.123docz.net).

Akurasi injeksi kimia di tahap washing menjadi penentu konsistensi mutu; penggunaan pompa dosing industri seperti dosing pump membantu menjaga konsentrasi NaOH/Na₂CO₃ dan air cuci tetap presisi dari shift ke shift. Skid washing dan pemisahan cair/cair juga memerlukan peralatan pendukung water treatment; lini water-treatment ancillaries menyokong instrumentasi, valves, dan komponen layanan di sekitar coalescer dan separator.

Kondisi operasi kunci di settler

Kontrol proses yang ketat adalah esensial. Antarmuka (interface) level antara asam dan hidrokarbon wajib dimonitor dan diatur—umumnya dengan float atau guided‑wave radar—agar tidak ada fase yang salah jalur. Ametek (Orion) secara gamblang: “interface level control of the settler is required – product/acid cross‑contamination causes efficiency problems and hazards. Inaccurate level indication is a frequent cause of … acid carryover in the reactor effluent” (www.ametek-measurement.com).

Kekuatan asam (acid strength) dan sirkulasinya harus berada pada rentang yang tepat. Asam terlalu pekat memang menguntungkan reaksi, tetapi viskositas meningkat dan carryover memburuk; Caton dkk. (DuPont) mencatat tubing reaktor sering terfouling saat carryover asam terjadi dari asam berkekuatan tinggi karena film asam lebih kental mudah melekat di dinding (paperzz.com). Praktiknya, operator menjalankan asam di ~80–90 wt% dan menambah spent acid secara kontinu untuk menghindari stagnasi dan polimerisasi berlebih di settler (toc.123docz.net).

Temperatur dikendalikan agar kedua cairan tetap single‑phase; desain STRATCO menggunakan effluent refrigerated (pendinginan effluent) untuk menjaga hidrokarbon tetap cair dan mencegah emulsi (toc.123docz.net). Turbulensi di settler harus diminimalkan: aliran tenang (quiescent) plus internal koalesensi memungkinkan droplet bertumbukan dan menyatu dengan cepat.

Dirangkum, settler berkinerja tinggi memadukan waktu tinggal cukup (skala menit), internal rekayasa, dan kontrol otomatis. Kondisi yang tepat—tekanan stabil, level benar, dan feed asam/hidrokarbon seimbang—menghasilkan “clean break” antar fase, lazimnya menurunkan asam di alkylate ke single‑digit ppm volume (toc.123docz.net; www.pall.com). Desain berbasis data—misalnya two‑stage coalescing settler—berkorelasi langsung dengan hasil terukur: pengurangan carryover ~3× dan penghindaran korosi hilir (toc.123docz.net).

Sumber dan referensi teknis

Sumber: manual desain dan studi untuk sulphuric‑acid alkylation (toc.123docz.net; toc.123docz.net); paper engineering DuPont/STRATCO (paperzz.com; paperzz.com); materi industri (Pall) dan instrumentasi (www.pall.com; www.pall.com; www.ametek-measurement.com); serta riset terbaru tentang droplet asam (www.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com). Referensi: Rana dkk., “Removing acid droplets…” (Digital Refining, Nov 2019) (www.digitalrefining.com; www.digitalrefining.com); DuPont Stratco, “Corrosion and Fouling in Sulfuric Acid Alkylation Units” (Caton dkk., 2008) (paperzz.com; paperzz.com); STRATCO Effluent Refrigerated H₂SO₄ Alkylation Process (McGraw‑Hill, 2004) (toc.123docz.net; toc.123docz.net); UOP LLC, US Patent 7,935,320 (2011) (www.freepatentsonline.com); Pall Corp., Refinery Alkylation (web) (www.pall.com; www.pall.com); Ametek/Orion Instruments, Acid Settling Tanks (web) (www.ametek-measurement.com).