Bab III Pabrik Amoniak

Laporan Praktek Kerja Dept. Produksi I, Unit Utilitas PT Petrokimia Gresik, Jawa Timur Bab III Pabrik Amoniak

BAB III PABRIK PABRIK AMONIAK

3.1

Amoniak

Amonia Amoniak k merupa merupakan kan salah salah satu produk produk utama utama yang yang dihasil dihasilkan kan di Departemen Produksi I. Amoniak yang dihasilkan ini dijadikan sebagai bahan baku pembuatan pupuk pupuk urea, ZA, NPK, Phonska, Phonska, dan DAP. DAP.

3.1.1

Bahan Baku

Dalam Dalam pembua pembuatan tan amonia amoniak k dibutu dibutuhka hkan n bahan bahan baku baku utama utama berupa berupa nitrogen nitrogen dan gas H2. Nitrogen Nitrogen diperoleh dari udara dan H2 dari gas alam tetapi masih dalam bentuk hidrokarbon. 1. Gas Alam

aha ahan n baku baku gas gas alam alam P!. P!. Petr Petrok okimi imiaa "resi "resik k disu disupl plai ai dari dari Pula Pulau u Kangean #adura oleh Kangean $nergy Indonesia %!D &K$I%', yang kemudian ditransportasikan melalui sistem perpipaan. Tabel Tabel 3.1 3 .1 Komposisi "as Alam P! Petrokimia "resik

Komponen

% Mol

(H)

*+,)2

(2H-

,)/2

(/H+

,0)

i1()H0.

,//

n1()H0

,0/

i1(H02

,0)

n1(H02

,+

(-3

,02

(42 N2

,2 ,//

2


•

Kebutuhan ahan aku dan 5tilitas 6 5ntuk membuat tiap ton produk, dibutuhkan bahan baku dan utilitas dengan rin7ian sebagai berikut 6 a. b. 7. d.

3.1.2

Natural gas $le7tri7 po;er (ooling to;er oiler 8eed ;ater

6 8eed 9 .2-* "7al 6 -.* K
:uel 9 0.) "7al

Bahan Baku Penunjan

>elain bahan baku utama gas alam dan udara, dalam proses produksi amoniak juga digunakan bahan1bahan lain sebagai penunjang, antara lain6 a. Steam

team diguna digunakan kan sebaga sebagaii reaktan reaktan dalam dalam prim primar ar!! re"o re"orm rmer er yang ber8ungsi untuk peme7ahan rantai ( hidrokarbon dari gas alam sehingga dihasilkan gas H2 & steam re"ormin# '. '. team untuk team untuk proses ini disuplai dari boiler pada unit utilitas. >elain sebagai pereaktan, steam steam juga digunakan untuk untuk mengge menggerak rakkan kan turbin turbin,, pompa, pompa, kompre kompresor sor dalam dalam unit unit produk produksi si amonia. b. !a"u#an Benfield !a"u#an Benfield

%aru %aruta tan n ben"ield diguna digunakan kan sebaga sebagaii absorb absorben en untuk untuk menye menyerap rap gas (42 yang terdapat terdapat dalam aliran gas sintesa. Komposisi Komposisi larutan ben"ield adalah sebagai berikut 6 •

K2(4/ K2(4/ dengan dengan konsen konsentras trasii 21/? 21/?,, ber8un ber8ungsi gsi untuk untuk menaik menaikkan kan jumlah penyerapan (42.

•

D$A &dietanol amin' /1?, ber8ungsi sebagai akti@ator yang membantu penyerapan (42.

•

24 ,1,-? , ber8ungsi sebagai $orrosion in%ibitor dengan dengan 7ara

2-


memben membentuk tuk lapisan lapisan pelind pelindung ung pada pada dindin dinding g dalam dalam absorbe absorber. r. >erta >erta menurunkan korosi pada pipa, &essel , dan pompa. •

KN42, ber8ungsi untuk mengontrol keadaan oksidasi dari @anadium.

•

Air -),)10,? Dalam operasi, larutan ben8ield diklasi8ikasikan menjadi / jenis 6

0. 'i$% solution 'i$% solution s olution merupakan larutan ben"ield larutan ben"ield keluaran kolom absorber yang kaya akan gas (42 terlarut. 2. emi(lean solution emi emi(le (lean an solu soluti tion on merupa merupakan kan laruta larutan n yang yang sudah sudah tergen tergeneras erasii sebagian sehingga masih mengandung sedikit gas (42 terlarut. /. Lean olution Lean solution merupakan larutan ben8ield keluaran kolom stripper (42 dengan kemurnian K2(4/ tinggi.

c. An Anti tifo foam amin ing g Age Agent nt

>ela >elama ma pros proses es abso absorb rbsi si gas gas (42 (42 deng dengan an laru laruta tan n ben"ield terjadi pembentukan busa1busa dari gas. Anti"oamin# a#ent ber8un ber8ungsi gsi untuk untuk men7 men7eg egah ah pemb pemben entu tukan kan busa busa selam selamaa pros proses es abso absorb rbsi si terse tersebu but. t. Beni Beniss anti"oamin# a#ent yang digunakan di P!. Petrokimia "resik adalah 5(4N  H10 yang dibeli dari Union )arbide. )arbide .

$. Ka#alis

Kata Katali liss

digu igunak nakan

untu ntuk

memba embant ntu u

menga engara rah hkan kan

reak reaksi si

dan

memper7epat proses reaksi. Pada proses pembuatan amoniak, ada berbagai jenis katalis yang digunakan, diantaranya adalah 6 •

Ka#alis esul&u"i'e"

2


Desul"uri*er merupakan "i+ed bed yang terdiri dari 2 bed katalis. Katalis pada masing1masing bed itu memiliki spesi8ikasi yang berbeda. 5ntuk bed 0 menggunakan jenis katalis (o1#o, sedangkan untuk bed 2 menggunakan jenis katalis Zn4. •

Ka#alis Primary Reformer

Pada primar! re"ormer berisi katalis yang berbeda ukuran. Benis katalis yang digunakan adalah ni$kel re"ormin# .

•

Ka#alis Secondary Reformer

e$ondar! re"ormer terdiri atas dua bagian. Di bagian atas, proses berlangsung tanpa bantuan katalis, sedangkan bagian ba;ah terdapat katalis Nikel. •

Ka#alis High Temperature Shift Converter ()T*+

i#% Temperature %i"t )on&erter berisi katalis dengan jenis :e(r. •

Ka#alis Low Temperature Shift Converter (!T*+

Low Temperature %i"t )on&erter berisi katalis dengan jenis (u1Zn1 Al. •

Ka#alis Me#hana#o"

Pada methanator berisi katalis dengan jenis Ni4. •

Ka#alis Ammonia Converter

Kon@erter amoniak berisi katalis dengan jenis promoted iron s!nt%esis $atal!st .

3.1.3

P"o$uk

Plant amoniak menghasilkan 2 produk. Produk utama yaitu amoniak dan produk samping yaitu (4 2. Kedua produk ini utamanya digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan pupuk urea. 0. Amoniak

2+


NH/

6 min. **,?

#inyak

6 maks. 0 ppm

Air

6 maks. ,?

Klasi8ikasi 1

6

61

Amoniak untuk bahan baku urea &bentuk 6 7airC temperatur 6 / (C tekanan 6 2 kg=7m 2'

1

Amoniak untuk bahan baku ZA &bentuk 6 gasC temperatur 6 0 (C tekanan 6 ) kg=7m2'

1

Amoniak dingin, disimpan dalam tangki penyimpanan !K +0 &bentuk 6 7airC temperatur 6 1// (C tekanan 6 ), kg=7m 2'

2. (42 (42

6 min **,*?

Air

6 maks 0 ppm

H2>

6 maks ,0 ppm

entuk 6 7air

3.1.,

P"oses P"o$uksi

Amoniak P!. Petrokimia "resik memiliki kapasitas produksi 0/ #!PD atau sekitar )). ton=tahun. Proses yang digunakan adalah team -et%ane 'e"ormin# teknologi #< Kellogg, Amerika. ahan baku utama untuk reaksi pembentukan amoniak berupa gas nitrogen &N2' yang diperoleh dari udara dan gas hidrogen &H2' yang diperoleh dari gas alam. >e7ara umum, proses pembuatan amoniak dibagi menjadi  tahap yaitu 6 &0' Penyediaan gas sintesa &2' Pemurnian gas sintesa &/' >intesa amoniak, &)' e8rigerasi &' 'e$o&er! pur#e #as.

2*


erikut adalah gambar blok diagram proses pembuatan amoniak 6

Gamba" 3.1 blok diagram proses pembuatan amoniak

1. Pen-e$iaan Gas *in#esa

/


Penyediaan gas sintesa meliputi beberapa tahapan proses, yaitu 6 &0' Desul8urisasi bahan baku, &2' team 'e"ormin# & primar! re"ormer dan se$ondar! re"ormer ', &/' (4 %i"t )on&ersion &H!> dan %!>'. "as sintesa diperoleh dengan mereaksikan gas alam &kandungan (H) sebesar *+,)2?' dengan steam. "as ini masih mengandung sul8ur sekitar 2 ppm. >enya;a sul8ur apabila terikut ke dalam reaksi dapat mera7uni katalis, sehingga sebelum digunakan gas harus di1treatment terlebih dahulu untuk menurunkan kadar sul8urnya hingga batas yang diijinkan yaitu diba;ah ,0 ppm. >elanjutnya "as alam yang sudah bebas dari sul8ur &kandungan sul8ur kurang dari ,0 ppm' diubah menjadi (4 2 dan H2 melalui proses steam re"ormin# pada primar! re"ormer dan se$ondar! re"ormer . >elama steam re8orming, tidak semua (H) terkon@ersi menjadi (4 2 dan H2 tetapi ada gas (4 yang terbentuk akibat reaksi samping. "as (4 ini juga bersi8at ra7un bagi katalis di reaktor kon@erter amoniak. >ehingga, untuk mengkon@ersi semua (4 menjadi (4 2 dilakukan reaksi lanjutan pada H!> dan %!>. a. esul&u"isasi

Desul8urisasi merupakan langkah penghilangan senya;a sul8ur yang terkandung dalam gas alam. >enya;a sul8ur ini harus dihilangkan karena dapat mera7uni katalis pada down streamnya. Di dalam gas alam, terdapat dua jenis senya;a sul8ur yaitu sul8ur reakti8 dan sul8ur non reakti8. >enya;a sul8ur reakti8 adalah sul8ur yang mudah ditangkap oleh katalis Zn4 seperti H2>, merkaptan &1>H', sul8ida &1>1E', dan disul8ida &1>>1E'. >edangkan sul8ur non reakti8 tidak dapat langsung ditangkap oleh katalis Zn4 misalnya thiophen &1>', dimana  dan E masing1masing adalah radikal organik (H/,(2H,(2H2, ()H), ()H+ dll. 4leh karena itu, pada alat desul8uriFer digunakan 2 ma7am katalis yaitu Zn4 dan (o1#o. Proses desul8urisasi ini dilakukan dalam 2 unit desul"uri*er &essel &0+DA=D', masing1masing berisi ),2 m / katalis (o1#o dan /,) m / katalis Zn4. >ebelum masuk ke desul"uri*er , gas umpan terlebih dahulu dipanaskan /0


dalam #as pre%eater $oil hingga men7apai /** (. Kemampuan Zn4 dalam menyerap sul8ur sangat bergantung pada temperatur. Pada temperatur ) (, tetapan kesetimbangan K naik menjadi 2 kali lipat dibanding pada temperatur /+ (. Namun, kenaikan temperatur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan $ra$kin# komponen dalam gas umpan. >ehingga selama prosesnya, temperatur dijaga sekitar /1) (. Dalam desul"uri*er &essel , terbagi atas dua bagian. agian atas berisi katalis (o1#o dan bagian ba;ah berisi katalis Zn4. "as umpan dimasukkan melalui bagian atas &essel bersama dengan gas hydrogen &H2' yang berasal dari s!n #as $ompressor &0/ B' yaitu aliran re$!$le s!n #as. "as hidrogen ditambahkan untuk meghidrogenasi senya;a sul8ur sehingga terbentuk H2> yang mudah ditangkap oleh katalis Zn4. eaksi yang terjadi pada katalis (o1 #o adalah sebagai berikut6

(H/H> 3 H2 G (H) 3 H2> 3 panas

&0'

()H)> 3 H2 G n 1 (H )H24 3 H2> 3 panas

&2'

>elanjutnya gas umpan bereaksi lanjut ke &essel bagian ba;ah yang berisi katalis Zn4. Katalis Zn4 lebih mudah mengikat sul8ur dalam bentuk H2>. eaksi yang terjadi pada katalis Zn4 6 H2> 3 Zn4 G Zn> 3 H 24 3 panas

&/'

>etelah melalui katalis Zn4, diharapkan senya;a sul8ur yang terikat semakin banyak sehingga keluaran dari unit desul8urisasi ini kandungan sul8urnya dapat berkurang hingga diba;ah ,0 ppm.

b. Primary Reformer

/2


"as umpan yang telah bebas dari sul8ur selanjutnya dialirkan ke primar! re"ormer . Dalam unit ini, terjadi proses steam re"ormin# yaitu pembentukan s!n #as dari bahan baku gas alam dan steam.m Primar! re"ormer terbagi menjadi  kompartemen. Di dalamnya tersusun atas 22) tube berisi katalis nikel dan 00 burner. >ebelum masuk ke primar! re"ormer , gas alam di7ampur dengan #P> & -iddle Pressure team' yang disuplai dari unit utilitas dengan perbandingan mol antara gas dengan #P> sebesar 0 6 /,). asio >=" & steam=gas' ini dijaga sekitar /,)1/,. ila >=" melebihi /, artinya steam yang dimasukkan lebih banyak. Hal ini menyebabkan boros pada pemakaian steam. !etapi bila >=" ke7il, artinya gas yang dimasukkan lebih banyak. Hal ini dapat menyebabkan terjadinya $arbon deposit &karbon menutupi sisi akti8 katalis'. (ampuran ini kemudian dipanaskan di ( dengan meman8aatkan panas keluaran dari primar! re"ormer hingga temperaturnya menjadi -20 ( dan tekanan ),- kg=7m 2. >elanjutnya gas dan steam dimasukkan ke dalam primar! re"ormer . Katalis yang digunakan adalah Nikel1alumina berbentuk pa$kin# ras$%i# rin# dengan @olume 2/,0- m /. "as alam dan steam masuk melalui tube(tube berisi katalis dan bereaksi menghasilkan s!n #as dengan kandungan methana &(H)' sekitar 0102?. erikut reaksi di dalam primar! re"ormer 6

eaksi pada persamaan &)' bersi8at endotermis, sedangkan reaksi pada persamaan &' bersi8at eksotermis. >e7ara keseluruhan reaksinya bersi8at endotermis atau memerlukan panas. Panas dipasok dari pembakaran gas alam dalam tungku. Pembakaran gas alam menghasilkan temperatur radiasi sebesar *10



(. !emperatur tersebut digunakan

dalam primar! re"ormer hingga terbentuk s!n #as dengan temperatur keluaran + (. !n #as yang dihasilkan memiliki komposisi (H ) 9 02,0?, N 2 9 ,+?, H 2 9 -,-?, (4 2 9 00,2-?, (4 9 0,2/?, dan Argon 9 ?.

//


. Secondary Reformer

Keluar dari primar! re"ormer , s!n #as direaksikan lebih lanjut di se$ondar! re"ormer &0/D'. e$ondar! re"ormer berupa bejana tekan yang dilapisi dengan batu tahan api. e$ondar! re"ormer ini terdiri dari dua bagian, yaitu bagian atas dan ba;ah. Pada bagian atas, terjadi reaksi tanpa katalis. 5mpan berupa s!n #as dari primar! re"ormer bertemperatur /( direaksikan dengan udara dari kompresor 00B. >ebelumnya udara dipanaskan terlebih dahulu di (A hingga temperaturnya -0 (. asio antara udara dan gas &A="' dijaga sekitar 2,/. eaksi pembakaran gas dengan udara ini merupakan reaksi autotermal yang menghasilkan temperatur tinggi dan membentuk steam. erikut reaksi yang terjadi di dalam se$ondar! re"ormin# bagian atas &reaksi tanpa katalis' 6

2H2 3 42 G H24

H 9 1)+/,- kB=mol

&-'

team yang terbentuk pada persamaan &-' digunakan untuk proses steam re"ormin# lebih lanjut di bagian ba;ah se$ondar! re"ormer &reaksi dengan katalis' 6 (H) 3 H24 G (42 3 H2

H 9 32-, 0) kB=mol

&'

(4 3 H24 G (42 3 H2

H 9 1)0,22 kB=mol

&+'

Pada bagian ba;ah se$ondar! re8ormer, katalis yang digunakan adalah nikel dengan @olume /),+ m / yang disokong dengan unggun alumina berdiameter 2 mm. !emperatur reaksi pada se$ondar! re"ormer men7apai ** J 0 ( dan tekanan /),2 kg=7m2. Panas tinggi yang dihasilkan, diman8aatkan untuk membentuk steam pada waste %eat boiler . Komposisi gas keluaran se$ondar! re"ormer yaitu N2 2/,/0?, H 2 ),/0?, (H ) ,//?, Ar ,//?, (4 2 ,*/?, (4 0/,+/?. >elanjutnya, #as out se$ondar! re"ormer diturunkan temperaturnya hingga /0 ( untuk diproses lebih lanjut di s%i"t $on&ersion &H!> dan %!>'.

/)


Gamba" 3.2 Diagram Proses Primar! dan e$ondar! 'e"ormer

$.

/O Shift Conversion

Karbon yang dihasilkan pada tahap re"ormin# terdapat dalam / bentuk yaitu (4, (42, dan (H). Karbon monoksida merupakan bentuk karbon yang tidak diinginkan pada proses pembuatan amoniak karena si8atnya yang bera7un bagi katalis ammonia $on&erter . 4leh karena itu, hampir semua karbon monoksida dirubah menjadi (42 sambil menghasilkan H2. Proses merubah karbon dioksida menjadi karbon dioksida dilakukan dalam dua tahap. !ahap pertama adalah H!> & i#% Temperature %i"t ' dengan reaksi sebagai berikut6

/


0. H!> 6 mereaksikan sebagian besar (4 dan steam menjadi (42 pada suhu tinggi &)2  (' dengan menggunakan katalis besi oksida &:e24/' pada tekanan /),+ kg=7m 2g

(4 3 H24 G (42 3 H2 LH 9 1)0,22 kB=mol

&*'

2. %!> 6 untuk mereaksikan sisa (4 sehingga mengahasilkan kadar (4 yang rendah yang bisa diterima di Proses #ethanasi , eaksi pada suhu 22  ( menggunakan Katalis !embaga

(42 3 H2 LH 9 1)0,22 kB=mol

&0'

5nit (4 s%i"t $on&erter ini berupa sebuah &essel yang terbagi menjadi 2 bagian. agian atas yaitu H!> dan bagian ba;ah %!>. erikut adalah blok diagram pada H!> dan %!> 6

/-


Gamba" 3.3 Diagram alir (4 %i"t )on&erter

2. Pemu"nian Gas *in#esa

Produk gas yang keluar dari (4 s%i"t $on&erter masih mengandung (42, (4, H 24, (H), Ar, H 2 dan N2. >edangkan yang dibutuhkan untuk membuat NH/ hanya N2 dan H2. 4leh karena itu, gas1gas selain N 2 dan H2 sebisa mungkin dapat dihilangkan. !erutama gas (4 dan (4 2 yang merupakan ra7un bagi katalis :e 24 dalam ammonia $on&erter . dua 7ara pemurnian gas sintesa yaitu (42 remo&al dan met%anator . "as (H) dan Ar merupakan inert yang tidak bisa dihilangkan, tetapi dapat dihindari akumulasinya dengan melakukan pur#in# #as di loop. H24 dihilangkan atau dikurangi dengan 7ara kondensasi kemudian dipisahkan sebagai pro$ess $ondensate. >edangkan gas (4 dan (4 2 dipisahkan dengan dengan 2 7ara yaitu (4 2 remo&al dan methanasi.

a. /O2 removal

/


Penghilangan (42 se7ara 8isik dilakukan dengan menggunakan %arutan ben"ield sebagai absorben. %arutan ben"ield memiliki komponen1komponen yaitu 6 1 1

K2(4/ &21/? berat' ber8ungsi sebagai media penyerap (42.

D$A &/1? berat' sebagai akti@ator yang ber8ungsi menaikkan jumlah penyerapan.

1

24 &,1,-? berat' sebagai inhibitor korosi yang bekerja dengan 7ara membentuk lapisan pelindung pada dinding dalam absorber dan menurunkan korosi pada pipa, bejana dan pompa.

1

KN42 digunakan untuk mengontrol keadaan oksidasi dari @anadium. eaksinya yaitu 6 3) 3 KN42

3 3 N2 3 N

1 Anti"oam sebagai pengendali terbentuknya "oam.

(42 remo&al dilakukan dalam 2 tahapan. Pertama, absorbsi gas (42 dengan larutan ben"ield &absrorber ', kemudian pelepasan gas (42 untuk regenerasi larutan ben"ield & stripper '. Penyerapan (42 dilakukan dalam kolom absorber &00$' dengan tekanan operasi 2+ J /2 kg=7m 2, temperatur sekitar (, dan arah aliran $ounter "low. eaksi yang terjadi saat penyerapan yaitu 6 K 2(4/ 3 H24 3 (42

2KH(4/

Absorber yang digunakan berupa kolom dengan / bed yang berisi metali$ pa$kin#. Pa$kin# digunakan untuk menaikkan kontak antara raw s!nt%esis #as dengan larutan absorben. Penggunaan tekanan tinggi dan temperatur rendah dimaksudkan untuk meningkatkan tekanan parsial gas (4 2 sehingga kelarutannya akan meningkat serta dapat memperbesar laju perpindahan gas (42 ke 8ase 7air.

/+


Dalam pengoperasiannya, larutan ben"ield sebagai media absorben dikategorikan menjadi / jenis 6 1

Lean solution

Lean solution merupakan larutan yang kandungan K 2(4/ nya masih tinggi karena sudah teregenerasi sempurna di stripper . %arutan ini diumpankan di bagian paling atas kolom absorber dengan harapan dapat menangkap gas1gas (42 yang hampir terlepas ke bagian atas kolom. >ehingga penyerapan (42 menjadi lebih sempurna.

1

emi(lean solution

emi(lean solution adalah larutan yang sudah teregenerasi sebagian dan masih mengandung sedikit KH(4 /. %arutan ini merupakan side stream yang diperoleh dari (4 2 stripper yang kemudian diumpankan kembali ke bagian tengah absorber untuk penyerapan sebagian besar (4 2.

1

'i$% solution

'i$% solution merupakan keluaran absorber yang kaya akan kandungan (42. %arutan ini selanjutnya diumpankan ke stripper untuk diregenerasi.

Keluar dari bagian ba;ah absorber , larutan yang kayakandungan KH(4/ atau disebut ri$% solution dimasukkan ke stripper &02:'. tripper ber8ungsi untuk melu7uti gas (42 dari larutan ben"ield sehingga dapat meregenerasi larutan ben"ield . tripper yang digunakan terdiri dari ) bed dengan pa$kin# $arbon steil dan stainless slot rin# . %arutan umpan &ri$% solution' masuk dari bagian atas kolom dan steam dimasukkan dari bagian ba;ah kolom. !ekanan operasi pada stripper lebih rendah yaitu , J 0 kg=7m2g dan temperaturnya 0 J 0/ (.

/*


Penggunaan tekanan rendah dimaksudkan agar tekanan parsial (42 yang terlarut dalam larutan ben"ield menurun sehingga dapat terlepas dari 8ase 7airnya. erikut reaksi yang terjadi pada stripper 6 2KH(4/

K 2(4/ 3 H24 3 (42

&02'

Kemudian, larutan ben"ield yang sudah tidak mengandung (4 2 &lean solution' di1re$!$le kembali ke dalam absorber . Produk (4 2 dari stripper selanjutnya dikirim ke unit peroduksi (42 7air. >edangkan out #as dari absorber dengan komposisi (4 2 ,- J ,0?C (H) ,/-?C (4 ,/?C N2 2,/ ?C Ar ,/2?C /,*?, diproses lebih lanjut di tahap met hanasi.

b. Me#hanasi

>etelah mele;ati s%i"t $on&erter dan (42 remo&al , s!n #as masih mengandung sejumlah ke7il (4 dan (4 2. "as1gas tersebut harus dihilangkan sebelum masuk ke tahap sintesa amoniak karena dapat mengoksidasi katalis sehingga menjadi tidak akti8. 4leh karena itu, (4 dan (4 2 dikon@ersikan kembali menjadi (H) yang bersi8at inert bagi katalis dalam sintesis amoniak. #ethanasi dilakukan dengan mereaksikan (4 dan (42 bersama H2 dalam methanator &0- D'. erikut reaksi methanasi6

(4 3 /H2 G (H) 3 H24 H 9 12-,00 kB=mol

&0/'

(42 3 )H2 G (H) 3 2H24 H 9 10-),+* kB=mol

&0)'

eaksi tersebut bersi8at eksotermis. >e7ara teoritis, untuk setiap kenaikan persen mol (4 yang masuk, akan terjadi kenaikan temperature sebesar ) ( dan untuk (42 kenaikan temperatur sebesar - (. >ehingga

temperatur

operasi dijaga sekitar /0( dan tekanan / kg=7m 2. -et%anator menghasilkan gas sintesa dengan komposisi N 2 2-,-?C H 2 /,2/?C (H) ,+?C Ar ,/2?C

)


(42 ? dan (4 ?. Alur proses met%anasi dapat dilihat pada gambar diagram di ba;ah ini 6

Gamba" 3.0 Diagram Proses #ethanasi

utlet dari met%anator bertemperatur / (, diman8aatkan panasnya untuk memanaskan gas yang akan masuk ke mert%anator di 00)(. >ehingga outlet met%anator temperaturnya turun menjadi *+ (. >elanjutnya temperatur aliran outlet tersebut diturunkan kembali temperaturnya di met%anator e""luent &00(' hingga menjadi / (. !n #as yang sudah rendah temperaturnya dimasukkan ke s!n #as $ompressor su$tion drum &0):' untuk dipisahkan kondensatnya. Kondensat

)0


yang keluar dari bagian ba;ah kolom dialirkan ke unit P"5 sedangkan s!n #as dengan tekanan /0, kg=7m 2 dialirkan ke s!n #as $ompressor &0/B'.

3. *in#esa Amoniak

Pembuatan amoniak dari H2 dan N2 dengan katalis :e24 sudah digunakan se7ara komersial sejak lebih dari - tahun. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut 6 N2 3 / H2

2 NH/

LH 9 1*2,) kB=mol

eaksi berlangsung pada suhu  J 0 ( dan tekanan 0+2 kg=7m 2. >ebelum masuk s!n loop, gas sintesa didinginkan sampai dengan suhu / ( sambil mengembunkan sebagian ke7il uap air. "as dengan suhu / ( ditekan di s!n #as $ompressor tingkat I sampai tekanan , - kg=7m 2, kemudian dinaikkan menjadi 02 kg=7m 2. >elama pendinginan di tingkat I, sebagian besar H24 mengembun dan sisanya dile;atkan di -ole$ular ie&e Dr!er yang sekaligus bisa menyerap (42 sehingga keluar dari tingkat I, jumlah H24 dan (42 kurang dari 0 ppm @olume. Kemudian, gas ditekan di tingkat II sehingga men7apai tekanan 0* kg=7m2 dan ber7ampur dengan aliran re$!$le dan masuk ke dalam $on&erter /%ori*ontal t!pe0. "as keluar dari $on&erter pada suhu )* ( setelah mengalami pendinginan dengan :<, 8eed gas masuk ke dalaam $oolin# water dan akhirnya didinginkan dan diembunkan lebih lanjut di NH/ Uniti*ed )%iller . >ejumlah ke7il dari gas yang dire7y7le ditarik ke pur#e #as re$o&er! untuk men7egah akumulasi inert di loop dan mere7o@er sisa NH/ di pur#e #as. >e7ara ringkas, proses yang terjadi pada tahap sintesa amoniak adalah6

a. !nt%esis Gas )ompressor Pin 9 /2 kg=7m2 !in 9 / ( Pout 9 0+) kg=7m2

)2


!out

9 2/2,0 (

b. Amoniak !nt%esis )on&erter mereaksikan H2 dan N2 menjadi NH/ N2 3 /H2 M 2NH/

P

9 0+/ kg=7m2

!

9 0 (

LH 9 1*2,)kB=mol

Katalis 6 :e 9  m/ Li"etime 6  1 0 tahun ,. Re&"ie"asi

Pada tahap re8rigerasi terdapat empat tingkat sistem re8rigerasi NH/ yang menyediakan re8rigerasi untuk mengkondensasi NH/ di s!n loop, se$ondar! NH/ dari &ent #as dan pur#e #as akan mendinginkan #5" untuk menurunkan sejumlah H24 dari gas sintesa. >istem ini beroperasi pada ) ma7am le@el suhu yang berbeda, yaitu 0/ (, 1 0 (, 1 02 (, dan J // ( serta terdiri dari kompressor, re"ri#erant $ondenser , e&aporator dan "las% drum. !erdapat beberapa pengendalian proses yang mempengaruhi kerja sistem re8rigerasi, diantaranya adalah6 •

tekanan sistem terlalu tinggi yang disebabkan oleh beban kompressor yang rendah, dikendalikan dengan menaikkan bebannya.

•

tekanan sistem terlalu tinggi yang disebabkan oleh akumulasi gas inert, dikendalikan dengan menambah pembuangan gas inert pada 0*1:.

•

tekanan sistem terlalu tinggi yang disebabkan oleh kurangnya pendinginan di kondenser amoniak, dikendalikan dengan mengatur "low dan temperatur inlet pendingin.

•

Kondensasi amoniak kurang sempurna yang disebabkan oleh sistem pendingin yang kurang sempurna atau terjadinya akumulasi gas inert.

)/


!ekanan dan ke7epatan kompressor %untin# yang dapat dindikasikan terjadinya surging.

Gamba" 3. Diagram Alir Proses NH/ )on&erter  'e"ri#eration

. Purge !as Recovery

))


P"5 & pur#e #as re$o&er! unit ' bertujuan untuk me1re$o&er! atau menyerap kembali gas1gas yang masih terba;a oleh gas buang seperti NH/ dan H2. >elain itu, P"5 juga digunakan untuk menjaga gas inert &(H), He, Ar' agar tidak terakumulasi di s!n(loop. Pur#e #as yang telah di1re$o&er! kandungan NH/ dan H21nya, kemudian inert 1nya digunakan untuk "uel #as di primar! re"ormer . Pada unit ini terdapat ) alat utama yaitu low pressure ammonia s$rubber &0/$', %i#% pressure ammonia s$rubber &0)$', ammonia stripper &0$' dan %!dro#en re$o&er! unit &0/%'. Low pressure ammonia s$rubber &0/$' dan %i#% pressure ammonia s$rubber &0)$' berupa &essel yang masing1masing berisi empat buah pa$ked bed dan tiga buah pa$ked bed dengan distribution tra! pada bagian atas setiap bed dilengkapi demi+ter pad pada bagian outlet gas dan &orte+ breaker . 1las% #as dari pro$ess $ondensate "las% tank &0:', 0: dan 0*: diumpankan ke low pressure ammonia s$rubber &0/$' dari bagian ba;ah kolom. Pur#e #as dari 02(: diumpankan ke %i#% pressure ammonia s$rubber &0)$' melalui bagian ba;ah kolom. Di 0/$ dan 0)$, gas amoniak diserap dengan menggunakan air yang masuk dari bagian atas kolom. !emperatur dan tekanan operasi 0/$ yaitu /1/ ( dan +, kg=7m 2 sedangkan pada 0)$ yaitu ) ( dan 0-+ kg=7m 2. Hasil bottom 0/$ berupa NH/ sebesar 0210?. erikut adalah reaksi yang terjadi pada 0/$ dan 0)$ 6 NH/ &g' 3 H 24 &l'

NH)4H &aO' &a2ua ammonia'

%arutan a2ua ammonia yang keluar dari ba;ah kolom 0/$ dan 0)$ selanjutnya dimasukkan ke ammonia stripper &0$' melalui bagian atas kolom. -edium pressure steam &#P>' sebagai media strippin# diumpankan dari bagian ba;ah kolom. 5ap NH/ yang dihasilkan selanjutnya dikirim ke re"ri#erant $ondensor &02(' untuk diembunkan dan di1 re$o&er! sebagai produk. >edangkan

)


7airan yang keluar dari dasar kolom 0$ didinginkan di 0)0( untuk diumpankan kembali ke dalam s$rubber 0/$ dan 0)$. "as yang keluar dari pun7ak kolom 0/$ dikirim ke 00 untuk digunakan sebagai bahan bakar & "uel #as' primar! re"ormer . >edangkan gas yang keluar dari pun7ak kolom 0)$ dikirim ke %!dro#en re$o&er! unit &0/%' dimana sebagian besar H2 di1re$o&er! dan digunakan kembali sebagai make up #as ke s!n(loop. !dro#en re$o&er! unit &0/%' terdiri dari "eed #as %eater yang menggunakan %P> sebagai pemanas, empat buah prisma separator pada tingkat satu dan tujuh prisma separator pada tingkat dua. Prisma separator berbentuk seperti s%ell and tube %eat e+$%an#er dengan serat membran berjumlah kira1kira 0. buah. >erat ini berupa silinder berlubang yang terbuat dari polimer pol!sul"one. "as dengan permeabilitas tinggi &H2' akan mendi8usi ke dalam serat dan masuk ke sisi dalam & pore' lalu mengalir berla;anan arah dengan gas dari sisi luar &shell'. 5nit pemisah diletakkan @ertikal sehingga gas non permeabel akan mengalir ke atas sedangkan gas yang kaya H2 dengan tekanan rendah akan mengalir ke ba;ah. "as H2 ini selanjutnya dikirim ke s!n(loop sebagai make up #as dan o""#as H5 digabung bersama out #as 0/$ dikirim ke 00 untuk digunakan sebagai "uel #as di primar! re"ormer .

)-


Gamba" 3. Diagram Alir Pur#e Gas 'e$o&er! Unit dan !dro#en 'e$o&er!

Unit

3.1.0 Ala# P"oses $an Ins#"umen#asi ni# Amonia

Dalam proses produksi amonia terdapat beberapa unit alat utama dan alat penunjang yang bekerja se7ara kompleks.

A. Ala# #ama pa$a P"oses P"o$uksi Ammonia

Adapun alat utama yang digunakan pada proses produksi ammonia antara lain 6 1. Primary Reformer (1415B+

!ipe

6 o ;ith horiFontal 7on@e7tion tube

:ungsi

6 !empat pembentukan gas sintesis &H 2' yang terdiri atas tiga bagian utama, yaitu radiant

)


se7tion, 7on@e7tion and auiliary boiler, proses yang terjadi adalah mengubah (H ) menjadi H2 dan (42.

2.

!emperatur 4perasi

6 *+1+o(

!ekanan 4perasi

6 / kg=7m2

Katalis

6 0102 ? Ni4

Bulk densit!

6 0, g=7m /

Bumlah

6 0 buah

Secondary Refoemer (1435+ !ipe 6 ejana tekan yang api dilengkapi water ja$ket :ungsi 6 !empat 5ntuk menyempurnakan reaksi

dilengkapi dengan jaket pendingin untuk mendinginkan temperature sehingga terjadi proses mengubah (H) sisa menjadi H2 dan (4 2. Posisi

6 ertikal

5kuran

6

Panjang

6 0,0+ mm

Diameter

6 *0 mm %ell 0) mm 3ater ja$ket 2* mm

Diameter ba;ah

6 ) mm %ell )- mm 3ater ja$ket )* mm

!emperatur

6 Daerah pembakaran *- o(

!ekanan

6 Daerah Pembakaran / kg=7m2

"as outlet // kg=7m2 Katalis

6 -10? Ni4 &/),+ m/'

ulk density

6 0,2 g=7m/

Bumlah

6 0 buah )+


3. Shift converter (14,5+

!ipe

6 esssel

:ungsi

6 !empat untuk mengubah (4 menjadi (4 2. Alat ini terjadi dari dua bagian yaitu i#% Temperature

%i"t

)on&erter

dan

Low

Temperature %i"t )on&erter Posisi

6 ertikal

5kuran

6

High Temperature Shift Converter

Panjang

6 2- mm

Diameter

6 )+ mm

!ekanan 4perasi

6 /2 kg=7m2 "as outlet /,+ kg= 7m2

Katalis

6 *2? :e24/, +? (r 24/

6 Low Temperature Shift Converter

Panjang

6 // mm

Diameter

6 )+ mm

!emperatur 4perasi 6 22+ o( !ekanan 4perasi

6 /2 kg=7m2g

Katalis

6 )/ ? (u4, )/ ? Zn4,00 ? Al 24/

Bumlah

6 0 buah

,. /O2 A"sor"er (14157+

!ipe

6 !o;er berpa7king dengan tiga bed mettali$ pa7king

)*


:ungsi

6 #enyerap (42 dalam gas sintesis dengan menggunakan larutan ben"ield

Posisi

6 ertikal

5kuran

6

Panjang

6 /* mm

Diameter

6 20 mm

!emperatur 4perasi

6 00- o(

!ekanan 4perasi

6 / kg=7m2g

Bumlah

6 0 buah

0. /O2 Stripper (14257+

!ipe

6 !o;er berpa7king

:ungsi

6 !empat untuk memisahkan (4 2 dari larutan ben"ield dengan media uap. !erdiri atas empat bed dengan pa7king logam.

Posisi

6 ertikal

5kuran

6

Panjang

6 */ mm

Diameter

6 )- mm

!emperatur 4perasi

6 02+ o(

!ekanan 4perasi

6 ,+0 kg=7m2g

Bumlah

6 0 buah

. #ethanator (145+

!ipe

6 essel

:ungsi

6 !empat untuk mengubah (4 dan (4 2 menjadi (H)




Posisi

6 ertikal

5kuran

6

Panjang

6 /0 mm

Diameter

6 / mm

!emperatur 4perasi

6 /01))o(

!ekanan 4perasi

6 / kg=7m2g

Katalis

6 /1)0 ? Ni4 &2-, m /'

Bulk densit!

6 0,2 g=7m/

Bumlah

6 0 buah

. Ammonia Converter (1405+

!ipe

6 essel

:ungsi

6 !empat sintesis amoniak dengan mereaksikan N2 dan H2 menjadi NH/, yang merupakan rea$tor $ross("low $on&erter dengan tiga bed katalis dan

terdapat e7hanger untuk pendingin =

pemanasan se7ara tidak tidak langsung Posisi

6 ori*ontal )on&erter

5kuran

6

Panjang

6 2/2* m

Diameter

6 2+ mm

!emperatur 4perasi

6 1 o(

!ekanan 4perasi

6 0+2 kg=7m2g

Katalis

6 ,+10,2 ? K24, 2,)1/,+ ? Al 24/, 0,*1,+ ? (a4, less than , ? >i42, :e metal 2?, :e oides balan7e

Bulk densit!

6 2,2 g=7m /

Bumlah

6 0 buah

0


8. Ammonia *#o"ae (TK5841+

!ipe

6 essel

:ungsi

6 !empat untuk menyimpan amonia 7air dari 02 o(

Posisi

6 ertikal

5kuran

6

Panjang

6 /2 mm

Diameter

6 0* mm

!emperatur

6 1 // o(

!ekanan

6 , kg=7m2g

Bumlah

6 0 buah

B. *pesi&ikasi Ala# Pen$ukun 1. $noc% out &rum (1,,59+

!ipe

6 essel

:ungsi

6 !empat untuk memisahkan 8raksi ringan dengan kandungan kondensat dan 8raksi berat dari gas alam

umpan. Pada prinsipnya karena adanya

perbedaan densitas 7airan dengan uap. Posisi

6 ertikal

5kuran

6

Panjang

6 0-- mm

Diameter

6 /// mm

!emperatur

6 0- o(

!ekanan

6 0+,/ kg=7m2g

Bumlah

6 0 buah

2. Air Compressor (1415:+

2


!ipe

6 Kompresor sentri8ugal yang terdiri dari tiga >tage

:ungsi

6 #engambil udara dari atmos8er dan mengkompresi udara sampai /+ kg=7m 2

!emperatur

6 Inlet / o( 4utlet 0+/ o(

!ekanan

6 Inlet ,** kg=7m2 4utlet / kg=7m2

Ke7epatan turbin

6 ,)2 ppm

Penggerak

6 tipe HP> 02/ kg=7m2, *- k<

3. 'eed !as Compressor (1425:+

!ipe

6 Kompresor sentri8ugal

:ungsi

6 #enaikkan tekanan 8eed gas menjadi )0kg=7m2

!emperatur

6 Inlet 0- o( 4utlet 0/ o(

!ekanan

6 Inlet 0+,/ kg=7m2g 4utlet )0 kg=7m2

Ke7epatan turbin

6 02) rpm

Penggerak

6 tipe #P>, 0// k<

,. &esulfuri(er (1485+

!ipe

6 essel

:ungsi

6 !empat untuk menghilangkan kandungan sul8ur dalam gas alam umpan dan mengubah senya;a sul8ur organik menjadi H2>, terdiri dari dua bed katalis

Posisi

6 ertikal

5kuran

6

Panjang

6 + mm

Diameter

6 2- mm

/


!emperatur 4perasi

6 /** o(

!ekanan 4perasi

6 )0 kg=7m2g

Katalis

6

ed pertama

6 00? #o4/, /,? (o4 &),2 m /'

ed kedua

6 *? Zn4 &/,) m /'

Bumlah

6 0 buah

0. Steam &rum (14159+

!ipe

6 essel

:ungsi

6 !empat untuk menampung steam

Posisi

6 HoriFontal

5kuran

6

Panjang

6 0/-/ mm

Diameter

6 0-- mm

!emperatur 4perasi

6 /2,* o(

!ekanan 4perasi

6 02-, kg=7m2g

Bumlah

6 0 buah

). *aste Heat Boiler (1415/+

!ipe

6 51tube 4+$%an#er &bayonet' dalam s%ell dilapisi batu tahan bagian luarnya dilengkapi dengan water Ja$ket

Benis :luida

6 >hell side !ube side

Panjang

6 00 mm

Diameter dalam

6 0)2=0 mm

!emperatur

6 >hell side

!ube side

6 gas sintesis 6 oiler :eed
6 In

6 ++

o

(

4ut

6 /)

o

(

6 In

6 0/+,- o(

)


4ut Bumlah

6 /)

o

(

6 0 buah

. High Pressure Steam Superheater (1425/+ !ipe 6 51tube $7hanger &bayonet'

Benis :luida


6 gas sintesis 6 oiler :eed
Panjang

6 0 mm

Diameter dalam

6 022=0- mm

!emperatur

6 >hell side

6 in 4ut

!ube side

6 in

6 /)

o

6 /0

o

( (

6 /2),0 o(

4ut 6 )/,* o( Bumlah

6 0 buah

8. Syntesis !as Compressor (1435:+ !ipe 6 (asting split :ungsi 6 #enaikan tekanan gas sintesis dari /, kg=7m 2

!ekanan !emperatur Ke7epatan turbin Penggerak

menjadi 0+/ kg=7m 2 6 Inlet 6 /, kg=7m2g 4utlet 6 0+/ kg=7m2g 6 Inlet 6 / o( 4utlet 6 0/ o( 6 0)+ rpm 6 tipe HP>, 0**0 k<

;. Reffrigerant 'lash &rum (1245/+ !ipe 6 essel horiFontal yang digabung menjadi satu

shell yang berupa empat kompartemen. 1s# *#ae (1245/91+ Panjang Diameter dalam !ekanan !emperatur 2n$ *#ae (1245/92+

6 )/ mm 6 / mm 6 , kg=7m2 6 1 //o(




Panjang Diameter dalam !ekanan !emperatur

6 // mm 6 / mm 6 0.+ kg=7m2 6 1 00. o(

3"$ s#ae (1245/93+ Panjang Diameter dalam !ekanan !emperatur

6 ) mm 6 / mm 6 /./ kg=7m2 6 1 .- o(

,#h s#ae (1245/9,+ Panjang Diameter dalam !ekanan !emperatur

6  mm 6 / mm 6 ./ kg=7m2 6 0/./ o(

14. Ammonia *epa"a#o" (1459+

!ipe :ungsi Posisi 5kuran !emperatur 4perasi !ekanan 4perasi Bumlah

6 essel 6 !empat untuk memisahkan amoniak 7air dan gas sintesis 6 HoriFontal 6 Panjang 6 2 mm Diameter 6 20 mm 6 1 0,+ o( 6 02, kg=7m2g 6 0 buah

++. Ammonia !e#$o
Posisi 5kuran

non 7ondensable 6 HoriFontal 6 Panjang Diameter

!emperatur 4perasi

6 10,+ o(

!ekanan 4perasi

6 0-,* kg=7m2g

6 )2 mm 6 0) mm

-


Bumlah

6 0 buah

12. Ammonia Refrigerant Compressor (1405:+

!ipe

6 Kompressor sentri8ugal yang terdiri dari dua 7ase

:ungsi

6 #engambil menentukan

uap

amoniak

tekanan

dari

di 021(

021( dan

untuk

menaikan

tekanan uap amoniak menjadi 0),2 kg=7m 2. Penggerak

6 tipe #P> )2 kg=7m2, -2 k<

13. Reffrigerant Condensor (125/+

Benis :luida


6 "as sintesa 6 oiler :eed
Panjang

6 0/ mm

Diameter dalam

6 0*- mm

!ekanan

6 >hell side

6 0,- kg=7m2g

!ube side

6 02,/ kg=7m2g

6 >hell side

6 0 &102' o(

!emperatur

!ube side Bumlah

6 0 1 &102' o(

6 0 buah

1,. Refrigerant Receiver (14; = 9 +

:ungsi

6 !empat untuk menyimpan amoniak 7air yang telah di18lashkan

dan

dikompresi

di

01B

dan

didinginkan di 7ondenser 021(. Posisi

6 HoriFontal

5kuran

6 Panjang atas

6 0 mm



Bab III Pabrik Amoniak

Recommend Documents