BAB II deskripsi proses ammonia 1A PT pupuk kujang

Makalah Seminar Kerja Praktek PT Pupuk Kujang (PERSERO) Cikampek

BAB II UNIT AMMONIA

Unit produksi ini berungsi untuk mengolah gas alam menjadi ammonia dan karbondioksida (CO !) "ang digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan urea# II.1 Sejarah Pembuatan Ammonia

Pada Pada tahun tahun $%&' $%&' seseora seseorang ng "ang "ang bernam bernamaa C## C## arthel arthelot ot menemu menemukan kan sen"a*a ammonia "ang tersusun atas nitrogen dan h"drogen# +"drogen murni "ang digunakan diperoleh dengan elektrolisis air, sedangkan nitrogen diperoleh dengan distilasi udara -air, tetapi -ara ini dinilai kurang eekti dan membutuhkan ban"ak bia"a sehingga dilakukan per-obaan untuk memperoleh proses lain "ang lebih lebih ekonom ekonomis is sampai sampai akhirn" akhirn"aa .rit/ .rit/ +aber +aber ($'012 ($'012$'0 $'0') ') menemu menemukan kan -ara -ara sintesis ammonia dengan proses lain "ang lebih ekonomis "ang dilakukan pada tekanan tinggi dengan penggunaan katalis "ang sesuai# Kemudian pada tahun $'$3 '$3 Carl Carl osos-h h "ang ang memim emimpi pin n Badishe Anilud Soda Fabric Fabric (4S.) bekerjasama dengan .rit/ +aber berhasil mengembangkan proses komersial untuk memproduksi ammonia dengan mereaksikan gas nitrogen dan gas h"drogen "ang diperoleh dari batu bara "ang direaksikan dengan steam dan steam dan menggunakan katalis besi dengan penambahan 4l!O3, MgO, CaO, dan K !O sebagai romotor# Sehingga sintesis ammonia tersebut dikenal dengan proses Haber-Bosch proses Haber-Bosch,, dengan persamaan reaksin"a adalah5 6!(g) 7 3+!(g)

!6+3(g)

Proses "ang dipakai oleh PT Pupuk Kujang $4 untuk memproduksi ammonia adalah lisensi dari Kellog dari Kellog Brown & Root (KBR), Inc menggunakan Inc menggunakan proses hemat energi# II.2 Langkah-langkah Proe

Se-a Se-ara ra gari gariss besar besar pros proses es pemb pembuat uatan an ammon ammonia ia di PT Pupu Pupuk k Kujan Kujang g merupakan desain ellog di di bagi menjadi 8 tahap "aitu5 $# Unit Unit 9es 9esul ulu uri risa sasi si !# Unit Unit Reo Reorm rmin ing g

Novita Sari 12 110 00 0 4

7


3# 1# 8# ;#

Unit Sintesa Kasar Unit Pemurnian :as Sintesa Unit Sintesa 4mmonia Unit Pemurnian Produk dan P:RU

SECONDARY REFORMER PRIMARY REFORMER HIGH / LOW TEMPERATUR

CO#

METHANATOR N#$ to

1%&-'

1%(-'

1%)-'

N#$ to STO*A+,

11%-'

111-'

112-'

1%-

:ambar <<#$ 9iagram 4lir Proses Pembuatan 4mmonia

II.2.1 Unit !eul"uriai

:as alam merupakan bahan baku utama dalam produksi ammonia# :as alam "ang digunakan oleh PT Pupuk Kujang berasal dari Pertamina dan P

Novita Sari 121100004

8


O6=> sumber gas alam keduan"a ini di ambil dari lepas pantai Pulau >a*a# Komposisi gas alam "ang masuk pabrik sebagai berikut5 Tabel <<#$ Komposisi :as 4lam Untuk ahan aku /om0onen  mol CO! %#80& +! Tr4r 0#0$8 6! 3#%13 C+1 &0#1$0 C!+; 3#;01 C3+& !#'00 i2C1+$0 0#;;8 n2C1+$0 0#;1! i2C8+$! 0#!;% n2C8+$! 0#$'$ n2C;+$1 0#088 +!S ;#10; ppm :as alam "ang

masuk

ke

pabrik, mula2mula dimasukkan ke dalam !eed gas noc out drum ($$;2.)# Pada tekanan $12$; kg?-m ! dan temperatur 3$oC dengan maksud agar partikel halus dan tetesan -airan seperti air dan hidrokarbon raksi berat dapat dipisahkan berdasarkan perbedaan berat jenisn"a dengan gas alam# :as alam keluar melalui bagian atas noc out drum ($$;2.), sedangkan -airan keluar dari bagian ba*ah# 4liran gas dipun-ak Feed "as Knoc #rum ($$;2.) ini dibagi menjadi dua# Sebagian gas digunakan sebagai bahan bakar di Au$iliar% Boiler dan Start-' Heater rimar% Re!ormer , sedangkan sebagian lainn"a akan dimurnikan di ercur% "uard *hamber ($0'29) untuk dihilangkan kandungan mercur%n"a# ercur% "uard *hamber ($0'29) beroperasi pada tekanan $1#% kg?-m ! serta temperature 3!oC# *on+erter ini berisi katalis karbon akti "ang telah diimpregnasikan sul!ur di dalamn"a# ercur% (+g) dalam !eed gas dapat diikat oleh sulur sehingga terbentuk +gS "ang akan mengendap# Reaksin"a sebagai berikut5 +g 7 S

+gS

ercur% (+g) "ang terkandung dalam !eed gas meskipun sangat ke-il (sekitar @ 0,00$A$021 B mol) namun harus dipisahkan dan dihilangkan karena mercur% merupakan logam berat "ang dapat mera-uni katalis pada proses


9


selanjutn"a, seperti katalis pada 'rimar% re!ormer ($0$2) dan secondar% re!ormer ($0329)# 9ari ercur% "uard *hamber ($0'29) tekanan gas "ang keluar belum -ukup tinggi untuk mengalir ke proses berikutn"a sehingga gas ditekan dalam Feed "as *om'ressor ($0!2>) "ang menghasilkan tekanan gas men-apai 13 kg?-m! dan temperatur sekitar $1; oC# :as proses "ang keluar masih mengandung sen"a*a sul!ur # Sen"a*a sul!ur merupakan ra-un bagi katalis di 'rimar% re!ormer ($0$2) dan secondar% re!ormer ($0329) sehingga perlu dihilangkan# Penghilangan sen"a*a sul!ur dilakukan dalam dua tahap "aitu *obalt ol% Hidrotreater ($0$29) dan inc $ide "uard *hamber ($0&29)# *obalt ol% Hidrotreater ($0$29) terdiri dari dua buah pa-ked bed berisi katalis cobalt-molibdenium kondisi operasi dalam *obalt ol% Hidrotreater ($0$29) berada pada tekanan 1$ kg?-m ! dan temperature

3''oC#

*obalt

ol%

Hidrotreater , sen"a*a

organic sul!ur

terdekomposisi dan bereaksi dengan gas h"drogen membentuk gas h%drogen sul!ur (+!S)# Reaksi "ang terjadi adalah sebagai berikut 5 RSR 7 +!

+!S 7 !R

RS+ 7 +!

+!S 7 R+

:as ini selanjutn"a dimasukkan ke inc $%de *hamber ($0&29)# 4da dua buah inc $%de "uard *hamber "aitu5 $0&294 dan $0&29# Masing2masing inc $%de "uard *hamber terdiri dari sebuah 'acage bed "ang berisi katalis inc $%de ellet # Kondisi operasi dalam inc $%de "uard *hamber ($0&29) berada pada tekanan 3' kg?-m ! dan temperatur 3%$oC# Reaksi antara +!S dan DnO sebagai berikut5 +!S 7 DnO

DnS 7 + !O

DnO "uard *hamber dilengkapi sul!ur anal%.er untuk menga*asi sen"a*a belerang "ang mungkin lolos dari lapisan DnO# :as ini kemudian diumpankan ke i$ed Feed reheat *oil rimar% Re!ormer/ II.2.2 Unit Reforming

:as alam "ang telah bebas dari sen"a*a sul!ur diubah menjadi gas sintesa, "aitu gas +! dan 6! dengan perbandingan mol 3 5 $ dan selanjutn"a akan Novita Sari 121100004

10


dimanaatkan sebagai umpan dalam Ammonia *on+erter ($0829)# Mula2mula gas alam akan diubah menjadi gas CO, CO !, dan + ! kemudian gas CO "ang ada dikonersikan menjadi gas CO !# Tahap pembuatan gas sintesa ada dua proses, "aitu 5 proses re!orming "ang terjadi di 'rimar% re!ormer dan secondar% re!ormer/ Proses "ang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut 5 II.2.2.1 Primary Reformer Proses re!orming adalah suatu reaksi "ang bertujuan untuk mengubah gas

alam menjadi CO dan + ! dengan -ara mele*atkan"a dalam katalis 6ikel Oksida (6iO) di 'rimar% re!ormer ($0$2)# :as alam "ang keluar dari inc $%de "uard *hamber ($0&29) di-ampur dengan uap panas dan dipanaskan dalam i$ed reheat *oil di seksi koneksi 'rimar% re!ormer # Pada 'rimar% re!ormer terdapat 3%& buah katalis, "ang terbagi atas ' buah sub header dan masing2masing sub header terdiri dari 1! buah tube# Katalis "ang dipakai adalah 6ikel Oksida (6iO)# Kondisi operasi terjadi pada temperatur 1&3 oC dan tekanan 3% kg?-m !# Reaksi "ang terjadi adalah sebagai berikut5 C+1 7 +!O

CO 7 3+!

CO 7 +!O

CO! 7 +!

:as alam "ang telah mele*ati tumpukan katalis di tube akan keluar melalui bagian ba*ah tube "ang disebut dengan bottom header # Kumpulan tube akan disatukan dalam sebuah pipa besar tegak lurus keatas disebut riser # 4lat ini berungsi untuk mengembalikan gas proses menuju trans!er line, "ang menghubungkan aliran 'rimar% re!ormer ($0$2) ke inlet gas proses secondar% re!ormer ($0329)# Suhu gas keluar sekitar %&02&!0 oC dengan tekanan 3! kg?-m!# 0rans!er line dipasang jaket air pendingin sebagai pelindung# II.2.2.2 Secondary Reformer Secondar% re!ormer ($0329) berungsi untuk melanjutkan reaksi re!orming #

4lat ini terdiri dari dua bagian, "aitu bagian atas "ang disebut mi$ing .one atau combustion .one dan bagian ba*ah disebut reaction .one/ :as dari 'rimar% re!ormer dan udara masuk ke dalam secondar% re!ormer se-ara terpisah pada bagian atas# :as ber-ampur dengan udara proses pada


11


di!!usering "ang berada pada mi$ing .one# Reaksi pembakaran gas dengan udara "ang terjadi dalam mi$ing .one adalah sebagai berikut5 C+1 7 !O! !+! 7 O!

CO! 7 !+!O !+!O

Suhu gas "ang dihasilkan sekitar $0002$!00 oC dan tekanan 3! kg?-m !# Panas pembakaran reaksi ini digunakan untuk reaksi re!orming pada reaction .one# Selanjutn"a, gas panas dari mi$ing .one memasuki reaction .one "ang berupa 'acage bed "ang terdiri dari tiga buah bed katalis .erro Oksida# :as alam "ang belum bereaksi akan mengalami reaksi sebagai berikut5 C+1 7 +!O CO 7 +!O

CO 7 3+! CO! 7 +!

Kembali terjadi reaksi re!orming membuat kadar metana "ang keluar dari secondar% re!ormer menjadi 0,3 B mol (basis kering)# Temperatur gas "ang keluar dari se-ondar" reormer masih sangat tinggi "aitu '30 F '80 oC# Maka aliran gas keluar perlu dilakukan pendinginan agar sesuai dengan kondisi operasi inlet High 0em'erature shi!t *on+erter (+TS) "aitu sekitar 3%$ oC# II.2.$ Unit Sintea /aar

Unit ini berungsi untuk mengubah CO menjadi CO !, proses perubahan terjadi di shi!t con+erter ($0129)# Reaksi "ang terjadi pada shi!t con+erter adalah sebagai berikut5 CO 7 +!O

CO! 7 +!

Shi!t con+erter terdiri dari dua bagian "aitu5 bagian atas disebut High 0em'erature Shi!t *on+erter (+TS) dan bagian ba*ah disebut 1ow 0em'eratur Shi!t *on+erter (TS)# +TS berungsi untuk memper-epat reaksi dengan bantuan katalis .erro Oksid# :as "ang keluar pada +TS temperaturn"a 13$ oC dan tekanan 30 kg?-m!# TS berungsi untuk memperbesar konersi CO# Katalis "ang digunakan berupa katalis Cuprum (Cu)# :as panas "ang keluar dari TS mempun"ai temperatur !3!oC dan tekanan !& kg?-m !# :as ini selanjutn"a dikirim ke unit pen"erapan CO!#


12


II.2. Unit Pemurnian +a Sintea

Tahap pemurnian gas sintesa berungsi untuk mempersiapkan bahan baku "ang akan digunakan dalam ammonia con+erter agar sesuai dengan kondisi "ang dipers"aratkan# ahan baku ini berupa gas 6 ! dan + !# :as2gas lain "ang dapat mengganggu proses perlu dipisahkan terlebih dahulu# Salah satu gas "ang dapat terikut dalam proses adalah CO dan CO !# :as2gas ini selain dapat men"ebabkan rusakn"a katalis di ammonia con+erter/ II.2..1 Pen3era0an +a /arbon4ioki4a 56O 27

4bsorben "ang digunakan adalah larutan ben!iled # arutan ini terdiri atas5 $# Kalium karbonat (K !CO3) sebagai pen"erap atau absorbent dan desorbent CO!# !# 9ietanol 4mine (9E4) sebagai katalisator# 3# Ganadium Pentoksida (G!O8) untuk melapisi permukaan absorbs agar tidak korosi 1# 4ir sebagai pelarut Pada absorbsi CO !, mula2mula gas CO ! bereaksi dengan +!O membentuk asam karbonat# 4sam karbonat kemudian bereaksi lagi dengan ion karbonat# 4sam karbonat kemudian bereaksi lagi dengan ion karbonat dari K !CO3 membentuk ion bikarbonat# Reaksi absorbsi ini adalah reaksi eksotermis# Reaksi kimia "ang terjadi dapat ditulis sebagai berikut5

CO!(g)

7

+!O(l)

+!CO3(l) 7

CO3H (l)

!+CO32(l) 7

!K 7(l)

CO!(g) 7 +!O(l) 7 K !CO3(l)

+!CO3(l)

!+CO32(l) !K+CO3(l) !K+CO3(l)

arutan lean ben!iled ini di bagi menjadi dua aliran "aitu5 lean ben!iled (sama sekali tidak mengandung CO !) "ang masuk dari pun-ak menara dan larutan semi lean ben!iled (masih mengandung CO !) "ang masuk melalui bagian tengah menara# :as dari TS "ang masuk dari bagian ba*ah absorber akan kontak dengan larutan semi lean ben!iled "ang men"erap sebagian besar gas CO ! "ang ada# Kemudian sisa CO ! akan diserap oleh larutan lean ben!iled pada bagian pun-ak menara# Temperatur pada CO! Absorber adalah %02$30oC dengan tekanan !32!8 Novita Sari 121100004

13


kg?-m!# arutan "ang telah ban"ak mengandung CO ! (larutan rich ben!iled ) keluar dari dasar CO! Absorber pada temperatur $!3oC dan mengalir melalui turbin h%drolic ($$0%2>+T) menuju bagian atas stri''er ($$0!2E) kondisi operasi stri''er bertekanan 0,!1 kg?-m ! dan temperatur $!3 oC# arutan lean ben!iled "ang keluar dari dasar stri''er dialirkan kepun-ak absorber sedangkan gas CO ! keluar dari pun-ak menara stri''er # :as CO! ini masih mengandung uap air "ang -ukup tinggi sehingga perlu dikurangi kadar airn"a# Untuk mengurangi kadar airn"a tersebut gas dimasukkan ke CO ! o+erhead condenser ($$$02C) kemudian gas masuk ke stri''er re!lu$ drum ($$032.) untuk dipisahkan kondensat# II.2.4.2 Methanator 51%&-!7 :as "ang keluar dari absorber masih mengandung CO dan CO ! "ang

merupakan ra-un di ammonia con+erter ($0829) oleh karena itu harus diubah menjadi C+1 dalam methanator ($0;29) "ang berisi katalis nikel (6i)# Kondisi operasi di methanator adalah !%02300oC dan tekanan !12!% kg?-m !# Reaksi "ang terjadi dalam methanator merupakan kebalikan dari reaksi di 'rimar% re!ormer # Reaksin"a sebagai berikut5 CO 7 3+! C+1 7 +!O CO! 7 1+! C+1 7 +!O Reaksi pembentukan C+ 1 ini adalah reaksi eksotermis# Temperatur "ang tinggi tidak di inginkan dalam methanator # atas temperatur "ang di ijinkan adalah 3''oC agar katalis tidak mengalami kerusakan# :as "ang keluar dari methanator mempun"ai kadar CO dan CO ! maksimum $0 ppm# II.2. Unit Sintea Ammonia

:as keluaran dari methanator tekanann"a kurang tinggi untuk reaksi di ammonia -onerter membutuhkan tekanan $80 kg?-m ! dan temperatur 1302800 oC sehingga gas harus dinaikkan tekanann"a di dalam sintesis gas dan rec%cle com'ressor ($032>) "ang terdiri dari 1ow ressure *ase *om'ressor (PC) dan High ressure *ase *om'ressor (+PC)# Ammonia con+erter terdiri dari empat buah bed katalis 'romoted iron dan dindingn"a dibuat rangkap dengan ruang antara (annulus)# :as "ang masuk ammonia con+erter terbagi dua melalui atas dan ba*ah# :as umpan "ang melalui ba*ah mengalir dari bagian ba*ah annulus menuju kepun-ak con+erter dan masuk kedalam bed katalis melalui shell Novita Sari 121100004

14


e$changer "ang selanjutn"a gas ini mengalir dalam tiap2tiap bed , sedangkan bagian atas -onerter digunakan untuk keperluan 2uenching sebelum gas masuk ke bed ba*ahn"a# :as ini dibagi menjadi tiga aliran "aitu, untuk 2uench bed kedua, ketiga dan keempat# :as umpan "ang mengalir dalam annulus juga mengambil panas reaksi sehingga suhun"a naik dan se*aktu sampai di shell e$changer suhu tersebut sudah sesuai untuk reaksi, "aitu sekitar 338 oC# Reaksi "ang terjadi adalah sebagai berikut5 6! 7 3+! !6+3 :as hasil reaksi keluar dari bed keempat melalui pipa ditengah con+erter dan naik ke pun-ak con+erter # Suhu gas ini sekitar 1&$ oC, dan digunakan untuk membangkitkan steam di $!$2C# Untuk mengurangi kadar inert "ang berupa C+ 1 dan 4r, sebagian gas umpan di purge sebelum di rec%cle melalui +P case com'ressor #
se'arator ($0;2.) dan 'urge gas se'arator ($0&2.) "ang masih mengandung sejumlah gas tertentu "ang terlarut didalamn"a, antara lain 6 !, +!, 4r, dan C+ 1, sehingga perlu dilakukan pemurnian pada seksi pemurnian ammonia# 4mmonia -air dari secondar% ammonia se'arator ($0;2.) dan 'urge gas se'arator ($0&2.) selanjutn"a masuk ke 'rimar% ammonia se'arator ($0%2.)# 4mmonia -air keluar melalui bagian ba*ah ($0%2.) menuju dua arah re!rigerant sistem, "aitu mengalir ke re!rigerant !lash drum ($$$2.) dan re!rigerant !lash drum ($$!2.)# Pada re!rigerant !lash drum ($$$2.) tekanan !,3 kg?-m !, umpan dari 'rimar% ammonia se'arator ($0%2.) akan ber-ampur dengan -airan ammonia "ang telah didinginkan dari -airan ammonia re!rigerant !lash drum ($$02.) tekanan ; kg?-m!# Umpan akan mengalami penguapan "ang kuat sehingga sebagian -airan menguap dan uap tersebut diumpankan ke ammonia re!rigerant com'resore ($082>)# Uap ammonian"a di kondensasikan di re!rigerant rec%cle ($0'2.)# 4mmonia "ang masih dalam bentuk -air dari re!rigerant !lash drum ($$$2 .) didinginkan lalu sebagian menuju re!rigerant !lash drum ($$!2.) dan sebagian lainn"a menuju kembali ke ($$$2.)# Setelah melalui pendinginan ammonia condenser $!%2C4?C dengan media pendingin cooling water dan selanjutn"a ammonia -air dari $0'2. dikirim Novita Sari 121100004

15


sebagai hot produk dengan temperatur 30 oC ke pabrik urea melalui pompa $!82 >?>4, dan sebagian lagi dikirim ke $$02.# Produk ammonia dingin dengan temperatur 233oC diambil dari $$!2. melalui pompa $!12>?>4 untuk disimpan di ammonia storage (!$0$2.?.4)# II.2.) Unit P+*U 5 Purge Gas Recovery unit 7 Purge gas merupakan gas buang "ang dikeluarkan dari daur sintesa ammonia

"ang sebagian besar mengandung gas hidrogen# Oleh karena itu diusahakan agar gas ini dapat dipungut dan dimanaatkan kembali# P:RU bertugas untuk memisahkan gas hidrogen dari gas2gas lain untuk dimanaatkan kembali didaur sintesis ammonia# Keuntungan "ang diperoleh dengan menggunakan unit ini adalah5 $# 6aikn"a produksi ammonia dengan tambahan sekitar 802;0 ton?hari# !# Penurunan tingkat penggunaan energi per ton produksi ammonia sebesar 0,3 Mmk-al# 3# 9iperoleh hidrogen murni sebagai bahan pembuatan hidrogen peroksida# 1# 9apat memproduksi larutan ammonia dengan konsentrasi !0230B#


16

BAB II deskripsi proses ammonia 1A PT pupuk kujang

Recommend Documents