Laporan Umum Untuk Pkt

Laporan Umum Kerja Praktek PT Pupuk Kalimantan Timur

LEMBAR PENGESAHAN CATATAN / KOMENTAR :

Tempat Kerja Praktek : PT. Pupuk Kalimantan Timur Tanggal Mulai Kerja Praktek : 4 Juli 201 Tanggal Akhir Kerja Praktek : Telah diperiksa dan disetujui,

Dosen Pembimbing Pembimbing di Perusahaan Nama : Dr. Danu Ariono

Nama : Dinda Elefani, ST.

Tanda Tangan :

Tanda Tangan :

Tanggal

Tanggal

:

:

ii


LEMBAR PENGESAHAN PT PUPUK KALIMANTAN TIMUR

Laporan Kerja Praktek ini telah diperiksa dan disetujui oleh : PT. Pupuk Kalimantan Timur

Bontang, Agustus 2011

MENGETAHUI,

Pembimbing

Dinda Elefani, ST.

MENGESAHKAN

Kepala Departemen Pengendalian Proses

Manager Diklat & M. Pengetahuan

Ir. Rusli

Ir. Agus Subekti, M Si

iii


LEMBAR PENGESAHAN PT PUPUK KALIMANTAN TIMUR

Laporan Kerja Praktek ini telah diperiksa dan disetujui oleh : PT. Pupuk Kalimantan Timur


MENGETAHUI,

Pembimbing

Dinda Elefani, ST.

MENGESAHKAN

Kepala Departemen Pengendalian Proses

Manager Diklat & M. Pengetahuan

Ir. Rusli

Ir. Agus Subekti, M Si

iii


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Kerja Praktek di PT Pupuk Kalimantan Timut selama kurang lebih dua bulan pada periode Juli – Agustus 2011. Pelaksanaan Kerja Praktek ini merupakan salah satu tugas akhir pendidikan sarjana di Program Studi Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. Laporan ini tersusun atas laporan umum mengenai proses – proses pada PT Pupuk Kalimantan Timur dan laporan tugas khusus “ Evaluasi Energi Primary Reformer Sebelum dan Sesudah Turn Around (TA) Periode Juni – Juli 2011 ”. Laporan ini dibuat berdasarkan hasil pengamatan dan pembelajaran yang dilakukan penulis selama melaksanakan kerja praktek di PT Pupuk Kalimantan Timur. Data dan informasi yang terdapat dalam laporan ini diperoleh melalui pengamatan langsung, analisa, studi literatur, serta diskusi dengan dengan karyawan karyawan PT Pupuk Kalimantan Kalimantan Timur. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada PT Pupuk Kalimantan Timur atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melaksanakan kerja praktek. Selain itu, penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak – pihak berikut.

1. Dr. IGBN Makertihartha, Ketua Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Insitut Teknologi Bandung. 2. Dr. Irwan Noezar, Koordinator Kerja Praktek di Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung. 3. Dr. Danu Ariono, Dosen Pembimbing Kerja Praktek di Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung. 4. Dinda Elefani, ST., Pembimbing Kerja Praktek di Departemen Pengendalian Proses PT Pupuk Kalimantan Timur. 5. Ir. Rusly, Kepala Departemen Pengendalian Proses PT Pupuk Kalimantan Timur. 6. Ir. Sri Mukartiningsih, Wakil Kepala I Departemen Pengendalian Proses PT Pupuk Kalimantan Timur.

iv


7. Ir. I Ketut Kusnaya, MT., Kepala Departemen Operasi Kaltim-1 PT Pupuk Kalimantan Timur 8. Bapak Mochamad Muin, SH. (Wakabag Utilitas Kaltim-1), Bapak Endro Wijanarko (Wakabag Amonia Kaltim-1), serta Bapak Masimin (Foreman Urea Kaltim-1) yang telah meluangkan waktu di tengah-tengah kesibukannya untuk menjelaskan proses pabrik kepada penulis. 9. Karyawan Departemen Operasi Kaltim-1 dan Departemen Pengendalian Proses yang selalu membantu penulis selama melaksanakan kerja praktek ini. 10. Kakak-kakak On Job Training 2011 yang selalu membagikan ilmunya dan siap untuk berdiskusi selama penulis mempelajari proses-proses PT Pupuk Kalimantan Timur. 11. Orang tua yang selalu memberikan dukungan selama penulis menempuh pendidikan di Teknik Kimia ITB, serta selama kerja praktek ini. 12. Semua pihak yang telah membantu pelaksanaan kerja praktek ini yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.

Penulis menyadari bahwa laporan yang disusun ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun, membangun, supaya laporan ini dapat bermanfaat nantinya.


Penulis

v


DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................................. ii KATA PENGANTAR ..................................................................................................... iv DAFTAR ISI ....................................................................................................................vi DAFTAR GAMBAR .....................................................................................................viii DAFTAR TABEL............................................................................................................ix 1

2

3

BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................... 1 1.1

Sekilas tentang PT Pupuk Kalimantan Timur .................................................... 1

1.2

Kegiatan Kerja Praktek ...................................................................................... 2

1.2.1

Maksud dan Tujuan Kerja Praktek.............................................................. 2

1.2.2

Ruang Lingkup Kerja Praktek..................................................................... 3

1.2.3

Waktu dan Tempat Pelaksanaan ................................................................. 3

BAB II........................................................................................................................ 4 2.1

Unit Penyedia Udara Pabrik dan Udara Instrumen ............................................ 5

2.2

Unit Pompa Laut ................................................................................................ 7

2.3

Unit Klorinasi ..................................................................................................... 9

2.4

Unit Sweet Cooling Water (SCW) ................................................................... 11

2.5

Unit Desalinasi ................................................................................................. 13

2.5.1

Unit Desalinasi Lama ................................................................................ 13

2.5.2

Unit Desalinasi Baru ................................................................................. 15

2.6

Unit RO (Reverse-Osmosis) ............................................................................. 15

2.7

Unit Demineralisasi .......................................................................................... 17

2.7.1

Tangki RC (Raw Condensate) .................................................................. 17

2.7.2

Mixed Bed Filter (F-1303 ABC) ............................................................... 19

2.8

Unit Pembangkit Steam ( Boiler Denaeyer) ...................................................... 20

2.9

Unit Pembangkit Listrik (Power House) ..........................................................23

BAB III .................................................................................................................... 25 3.1

Unit Desulfurisasi ............................................................................................. 27

3.2

Unit Pembentukan Gas Sintesis ( Reforming Unit) ........................................... 29

3.2.1

Primary Reformer...................................................................................... 30

3.2.2

Secondary Reformer.................................................................................. 32

3.3

Unit CO Shift Conversion ................................................................................ 34

vi


4

3.3.1

High Temperature Shift Converter (D-1003)............................................ 35

3.3.2

Low Temperature Shift Conversion.......................................................... 36

3.4

Unit CO2 Removal ............................................................................................ 38

3.5

Unit Metanasi ................................................................................................... 44

3.6

Unit Sintesis Amonia........................................................................................ 45

3.7

Unit Refrigerasi Amonia .................................................................................. 50

BAB IV .................................................................................................................... 52 4.1

Penyiapan Bahan Baku..................................................................................... 52

4.1.1

Penyiapan Umpan Karbon Dioksida ......................................................... 53

4.2

Penyiapan Umpan Amonia ............................................................................... 54

4.3

Sintesis Amonia................................................................................................ 55

4.4

Resirkulasi ........................................................................................................ 59

4.4.1

Resirkulasi Tingkat Pertama ..................................................................... 60

4.4.2

Resirkulasi Tingkat Kedua ........................................................................ 62

4.5

Evaporasi .......................................................................................................... 64

4.5.1

Evaporasi Tingkat Pertama ....................................................................... 66

4.5.2

Evaporasi Tingkat Kedua .......................................................................... 67

4.6

Prilling & Fluidisasi ......................................................................................... 67

4.7

Waste Water Treatment .................................................................................... 69

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 73

vii


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Diagram Neraca Massa unit RO............................................................................. 1 7

Gambar 3. 1 Diagram Proses Pembuatan Amonia ...................................................................... 26 Gambar 3. 2 Penampang ammonia converter ............................................................................. 4 8

Gambar 4. 1 Diagram tiga fasa amonia-CO2-Urea.H2O ............................................................. 57 Gambar 4. 2 Diagram alir resirkulasi tingkat pertama ................................................................ 60 Gambar 4. 3 Diagram alir resirkulasi tingkat kedua ................................................................... 6 2 Gambar 4. 4 Diagram alir evaporasi tingkat pertama ................................................................. 6 6 Gambar 4. 5 Diagram alir evaporasi tingkat kedua..................................................................... 6 7 Gambar 4. 6 Diagram alir proses prilling dan fluidisasi ............................................................ 6 8 Gambar 4. 7 Diagram alir proses WWT ..................................................................................... 7 0

viii


DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Komposisi keluaran primary reformer ...................................................................... 31 Tabel 3. 2 Komposisi keluaran secondary reformer ................................................................... 3 3 Tabel 3. 3 Komposisi keluaran HTSC ........................................................................................ 3 6 Tabel 3. 4 Tabel Komposisi Keluaran LTSC .............................................................................. 3 7 Tabel 3. 5 Komposisi larutan Benfield desain ............................................................................ 3 9 Tabel 3. 6 Komposisi larutan Benfield aktual............................................................................. 3 9 Tabel 3. 7 Komposisi gas keluaran absorber .............................................................................. 4 1 Tabel 3. 8 Spesifikasi produk CO2 .............................................................................................. 4 1

Tabel 4. 1 Komposisi keluaran reaktor ....................................................................................... 5 8 Tabel 4. 2 komposisi keluaran resirkulasi tingkat pertama ......................................................... 6 1 Tabel 4. 3 Komposisi keluaran resirkulasi tingkat kedua ........................................................... 6 3 Tabel 4. 4 Komposisi keluaran resirkulasi tingkat kedua ........................................................... 6 4

ix


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Sekilas tentang PT Pupuk Kalimantan Timur

Penemuan-penemuan ladang minyak dan gas alam yang mewarnai pesisir Kalimantan Timur sekitar tahun 1970-an membuat pemerintah Indonesia berkeinginan untuk membangun pabrik pupuk kimia. Pembangunan pabrik pupuk kimia ini dicetuskan sebagai upaya untuk memenuhi kebutuhan pupuk dalam negeri secara swasembada, mengingat kebutuhan pupuk dalam negeri kian meningkat diiringi dengan impor pupuk yang meningkat pula akibat produksi pupuk dalam negeri tidak mampu mencukupinya. Tahun 1974, pemerintah melalui Pertamina mulai mendirikan pabrik pupuk buatan di Bontang. Ide awal pembuatan pabrik pupuk ini sangat menarik, yaitu direncanakan dibuat terapung di atas kapal. Dasar pertimbangan dari konsep pabrik terapung ini adalah kondisi cadangan gas alam yang sedikit-sedikit namun di banyak tempat dan kondisi tanah berawa yang dimiliki kota Bontang. Rencananya, pabrik terapung tersebut merupakan kesatuan unit pabrik dan per gudangan terapung yang terintegrasi sedemikian rupa sehingga unit-unit itu akan saling melengkapi satu dengan yang lain. Rencana pabrik terapung tersebut mengalami hambatan di kemudian hari, sehingga dibutuhkan peninjauan ulang karena beberapa keterbatasan yang akan dialami oleh pabrik terapung tersebut (di antaranya korosi air laut, ombak dan pasang, keterbatasan ruang). Peninjauan ulang terhadap konsep pabrik terapung tersebut menyimpulkan bahwa harus dilakukan perubahan konsep mendasar dari konsep terapung menjadi konsep permanen di darat. Selanjutnya dibentuklah PT Pupuk Kalimantan Timur (Persero) menurut Peraturan Pemerintah RI No. 29/Tahun 1977 dan diresmikan pada tanggal 7 Desember 1977 dengan disaksikan oleh Sekretaris Jenderal Departemen Perindustrian, Ir. Achmad Slamet, di hadapan Notaris H. Januar Hamid, SH, dan ditandatangani oleh Dirjen Industri Kimia Dasar, Ir. Agus Sujono. Pabrik Pupuk Kalimantan Timur yang pertama kali dibangun adalah pabrik Kaltim1, yang dimulai pada tanggal 16 November 1979. Pabrik Kaltim-1 terdiri atas pabrik urea yang menggunakan proses Stami Carbon total recycle dan pabrik amonia yang menggunakan proses Lurgi. Khusus untuk Ammonia Synthesis Loop proses yang digunakan adalah Grande Proisse. Pabrik amonia yang berkapasitas 1500 ton/hari tersebut mulai berproduksi pada tanggal 20 Desember 1983, sedangkan pabrik urea yang berkapasitas 1700 ton/hari mulai berproduksi pada tanggal 5 April 1984.

1


Pabrik kedua yang mulai dibangun pada 24 April 1982 (pabrik Kaltim-2) direncanakan akan berkapasitas 1500 ton amonia per hari dan 1725 ton urea per hari. Proses yang digunakan untuk pabrik amonia Kaltim-2 adalah proses Kellog “semi low energy process ” dan Stamicarbon stripping process untuk pabrik ureanya. Pabrik ini mulai memproduksi amonia pada 6 September 1984 dan mulai memproduksi urea pada 15 September 1984. Berdasarkan proyeksi penyediaan dan kebutuhan pupuk urea Nasional, mulai tahun 1987 Indonesia akan mengalami kekurangan pupuk, dan diperkirakan kekurangan pupuk nasional akan terus meningkat pada tahun-tahun berikutnya. Oleh karena itu perlu segera dicarikan jalan keluar agar kekurangan pupuk tidak bertambah parah, yang dapat mengurangi produktivitas pertanian di Indonesia. Dengan dasar pertimbangan tersebut, pemerintah memutuskan untuk membangun pabrik Kaltim3. Pabrik Kaltim-3 dirancang dengan kapasitas terpasang 1000 ton amonia per hari dan 1725 ton urea per hari yang akan memproduksi urea 570000 ton/tahun. Proses dalam pabrik amonia yang digunakan adalah proses Haldor Topsoe, sedangkan proses yang digunakan untuk pabrik ureanya adalah Stami Carbon stripping process . Sejalan dengan perkembangan waktu dan permintaan amonia dan urea yang terus meningkat, PT Pupuk Kalimantan Timur menambah pabrik baru, yaitu POPKA (Urea Granul) dan Kaltim-4. POPKA merupakan pabrik yang khusus menghasilkan urea granul untuk tujuan ekspor, sedang Kaltim-4 telah memproduksi amonia pada tahun 2002 dan urea pada tahun 2003. Dengan tambahan pabrik ini, maka saat ini total kapasitas produksi amonia secara keseluruhan adalah 1.850.000 ton dan 2.980.000 ton urea per tahun. Kapasitas tersebut akan bertambah 4-5 tahun ke depan karena PT Pupuk Kalimantan Timur sedang menyusun rancangan pabrik Kaltim-5. Selain pabrik amonia dan pabrik urea, area utilitas pabrik juga dibangun berbarengan dengan pendirian masing-masing pabrik, seperti boiler, pembangkit listrik, penyedia air (unit desalinasi, dll), unit pemurnian hidrogen, unit pemisah udara, dan sebagainya.

1.2

Kegiatan Kerja Praktek

1.2.1

Maksud dan Tujuan Kerja Praktek

Kerja praktek yang dilaksanakan dalam lingkup pendidikan S1 Teknik Kimia mempunyai maksud dan tujuan sebagai berikut : -

Dapat mengaplikasikan ilmu yang didapat dalam dunia perkuliahan ke dalam dunia kerja.

2


-

1.2.2

Memahami kondisi kerja dalam sebuah perusahaan proses kimia yang akan dihadapi kelak setelah lulus dari pendidikan S1 Teknik Kimia. Melihat secara langsung kondisi aktual di lapangan dalam upaya menambah pengalaman dan juga wawasan keilmuan.

Ruang Lingkup Kerja Praktek

Ruang lingkup kerja praktek di PT Pupuk Kalimantan Timur, meliputi kegiatan: 1. Orientasi lapangan pabrik Amonia, pabrik Urea, dan sistem utilitas di Departemen Operasi Kaltim-1. 2. Pelaksanaan tugas khusus dengan judul “Evaluasi Energi Primary Reformer Sebelum dan Sesudah Turn Around (TA) Periode Juni – Juli 2011” di Departemen Pengendalian Proses.

1.2.3

Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Kerja praktek ini berlangsung mulai tanggal 4 Juli 2011 dan berakhir pada tanggal 5 September 2011 bertempat di Departemen Pengendalian Proses PT Pupuk Kalimantan Timur, Bontang, Kalimantan Timur.

3


2

BAB II

DESKRIPSI PROSES UTILITAS

Pabrik utilitas Kaltim-1 beroperasi sebagai penunjang berjalannya pabrik Urea Kaltim-1 juga pabrik Amonia Kaltim-1. Pabrik utilitas ini menyediakan udara, steam, listrik, dan air sebagai bahan pendukung berlangsungnya proses pembuatan amonia dan urea. Namun, tidak semua utilitas/kebutuhan pabrik Urea dan Amonia Kaltim-1 dipenuhi oleh pabrik Utilitas Kaltim-1. Beberapa kebutuhan dipenuhi sendiri oleh masing-masing pabrik, seperti sebagian steam untuk pabrik Amonia, dan sebagainya. Pada sejarah berdirinya Kaltim-1 (konsep pabrik terapung), tidak ada konsep mengenai pembangunan pabrik utilitas. Kaltim-1 semula hanya terdiri atas dua pabrik (yang berada di atas dua kapal), yaitu pabrik amonia dan pabrik urea. Utilitas dipecah pada masing-masing kapal tersebut. Ketika konsep pabrik terapung diubah menjadi pabrik darat, utilitas yang ada di kedua pabrik tersebut diambil kemudian dijadikan satu pabrik tersendiri, yaitu pabrik utilitas. Dalam keberjalanannya, kebutuhan utilitas pabrik amonia dan urea sering tidak dapat dipenuhi oleh pabrik utilitas Kaltim-1, sehingga dilakukan proses tie-in . Tie-in dilakukan dengan mengambil steam, air, udara, atau listrik dari pabrik Kaltim 2-4, POPKA, atau bahkan dari pabrik selain Pupuk Kaltim, seperti KPA, KMI, dan sebagainya. Pabrik utilitas saat ini dibagi menjadi 8 unit, yaitu: 1. Unit Penyedia Udara Pabrik dan Udara Instrumen 2. Unit Pompa Laut 3. Unit Klorinasi 4. Unit Sweet Cooling Water 5. Unit Desalinasi 6. Unit Demineralisasi 7. Unit Pembangkit Steam ( Boiler Denaeyer) 8. Unit Pembangkit Listrik (Power House)

4


2.1

Unit Penyedia Udara Pabrik dan Udara Instrumen

Pada umumnya, udara yang dibutuhkan pabrik Kaltim-1 dibagi menjadi tiga macam: a. Udara proses (Process Air). Udara proses berguna sebagai bahan baku proses pembuatan amonia pada pabrik amonia. b. Udara pabrik (Plant Air ). Udara pabrik digunakan untuk pelayanan umum, seperti pembersihan filter, seeding system di pabrik urea, atau untuk utility station .

c. Udara instrumen ( Instrument Air ). Udara instrumen digunakan untuk penggerak sebagian instrumentasi di Kaltim-1 yang bekerja dengan prinsip pneumatik. Pabrik utilitas hanya menyediakan udara pabrik dan udara instrumen, sementara udara proses dipenuhi sendiri kebutuhannya oleh pabrik amonia. Baik udara instrumen maupun udara pabrik diharapkan memenuhi persyaratan tekanan 2

o

sebesar 8 kg/g.cm , suhu 37 C, dan bebas minyak/lemak ( oil free). Komposisi udara yang digunakan sebagai umpan adalah Nitrogen sebanyak 78%, Oksigen sebanyak 21%, dan sisanya inert (Karbon Dioksida, Argon, Helium, dll). Sedangkan kandungan uap air dipengaruhi oleh tekanan barometris, temperatur, dan kondisi lingkungan. Udara yang digunakan pada unit ini berasal dari kompresor G-1003 milik pabrik Amonia. Peralatan utama yang digunakan antara lain: •

Kompresor G-1003 pabrik Amonia

•

Kompresor darurat GB-1902 dan Atlas Copco K-2030

•

Tangki penyimpan udara FA-1902

•

6 buah Instrument air dryer KA-1902 ABCDEF

•

2 buah Prefilter FD-1901

•

2 buah After filter FD-1902

Sebelum digunakan, udara instrumen khususnya harus dikeringkan terlebih dahulu untuk mencegah korosi pada instrumen user . Kering atau tidaknya udara ditandai dengan Dew Point atau temperatur saat udara terkondensasi. Setelah keluar dari pengering, diharapkan udara instrumen telah memiliki Dew Point o

kurang dari -40 C atau memiliki konsentrasi H 2O kurang dari 128 ppm

5


Uraian Proses Udara dari lingkungan dihisap kemudian ditekan menggunakan kompresor G1003 milik pabrik Amonia. Udara keluaran kompresor dialirkan dan ditampung di tangki penyimpan udara FA-1902. Dalam tangki penyimpan, terjadi pemisahan antara udara dengan air. Karena tekanan yang tinggi, air yang terkandung dalam udara akan terkondensasi di dasar tangki FA-1902. Air tersebut kemudian dibuang melalui water trap yang berada di dasar tangki FA-1902. Untuk udara pabrik, tidak dibutuhkan pemrosesan lebih lanjut untuk udara dari tangki FA-1902. Udara pabrik langsung didistribusikan ke user dari tangki FA1902 melalui kerangan HCV-1905. Sedangkan untuk udara instrumen, beberapa syarat harus dipenuhi, yaitu udara harus bebas dari debu, minyak, juga air. Udara untuk keperluan instrumentasi dialirkan dari tangki FA-1902 menuju prefilter FD-1901 terlebih dahulu, kemudian masuk ke dryer KA-1902 yang berisi activated alumina . Di dalam dryer, uap air dalam udara diserap oleh activated alumina sehingga diharapkan

udara keluaran dryer hanya memiliki konsentrasi air maksimal 300 ppm atau o

memiliki dew point -32 C. Keluar dari dryer , udara disaring kembali dalam after filter FD-1902 untuk menyaring activated alumina yang terbawa udara. Setelah

melalui after filter, udara instrumen kemudian didistribusikan ke user . Tekanan pada tangki FA-1902 harus dijaga sebesar 8 bar, untuk memenuhi kualifikasi udara instrumen dan udara pabrik yang dibutuhkan. Bila t ekanan udara instrumen mencapai 5,5 bar, dengan otomatis kerangan HCV-1905 ditutup (suplai udara

pabrik

dihentikan).

Untuk

mengembalikan

tekanan

pada

tangki

penyimpanan, kompresor darurat GB-1902 dan/atau Atlas Copco K-2030 diaktifkan. Selain itu tekanan dalam tangki juga dapat dinaikkan dengan tie-in udara pabrik dari Kaltim-2. Bila tekanan udara instrumen tetap turun hingga mencapai 4,5 bar, back-up Nitrogen diinjeksikan ke dalam line udara instrumen, atau bisa juga dengan tie-in udara instrumen dari pabrik Kaltim-2.

Dryer KA-1902 secara otomatis beroperasi bergantian. Bila satu dryer beroperasi,

maka yang satu lagi beregenerasi . Activated alumina yang berfungsi menyerap air

6


di dalam dryer , suatu saat akan mengalami kejenuhan sehingga tidak dapat menyerap air lagi. Untuk itu dibutuhkan regenerasi activated alumina dengan cara menurunkan tekanan dryer hingga tekanan atmosfir. Penurunan tekanan secara tiba-tiba tersebut menyebabkan pergantian kesetimbangan tekanan tinggi ke kesetimbangan tekanan rendah. H 2O cair yang terserap dalam activated alumina akan menguap dan terbuang ke lingkungan. Regenerasi tersebut berlangsung setiap 3 menit.

2.2

Unit Pompa Laut

Unit pompa laut bertujuan untuk memompa air laut untuk kemudian didistribusikan ke berbagai utilitas yang memerlukan air laut sebagai umpan ataupun sebagai pendingin. Kegunaan air laut ( Sea Water) antara lain sebagai: •

Pendingin sweet cooling water dalam unit Marine Plate Heat exchanger dan kondensor turbin

•

Umpan unit desalinasi untuk menjadi distilat

•

Umpan unit klorinasi untuk menghasilkan NaOCl

•

Pemakai lainnya di pabrik amonia, urea, dan unit 3000 ( Air Separation Unit dan Ammonia Compressor )

Peralatan utama unit pompa laut terdiri dari 5 pompa GA-4101 ABCDF bertekanan head 4,1 bar (4 jalan dan 1 unit standby), 2 pompa firewater GA-4180 bertekanan head 9 bar, serta 3 macam screen.

Uraian Proses Air laut pada Sea Water Intake masuk ke dalam Coarse Bar Screen untuk menyaring sampah-sampah atau binatang besar seperti ubur-ubur. Pada sea water intake ini diinjeksikan Sodium Hipoklorit yang bertujuan untuk mematikan

pertumbuhan karang laut, rumput laut, ganggang, dan mikroorganisme dalam air laut. Injeksi sodium hipoklorit dilakukan secara terus-menerus ( continuous dozing) sebanyak 1 ppm, dan sesekali diinjeksikan 10 ppm ( shock dozing) untuk

memberikan efek kejut dan menghilangkan efek kebal pada mikroorganisme dalam air laut. Dengan injeksi sodium hipoklorit diharapkan semua sistem

7


perpipaan yang menggunakan air laut tetap bersih dan terhindar dari pertumbuhan karang laut, rumput laut, ganggang, dan mikroorganisme lainnya. Setelah melalui coarse bar screen , air laut masuk ke rake screen yang bertujuan untuk mengambil sampah dalam coarse bar screen . Rake screen berfungsi seperti penggaruk, yang akan menutup sambil membawa sampah-sampah bila bergerak ke atas. Kotoran yang tertahan dalam rake screen kemudian akan dibuang ke parit (sewer). Air laut kemudian masuk melewati rotary band screen yang akan menyaring kotoran-kotoran berukuran lebih kecil seperti udang kecil atau daun. Kotoran akan menempel di wire mesh segment rotary screen , kemudian dibawa ke atas rotary screen. Di atas, wire mesh disemprot dengan air laut untuk merontokkan kotoran-

kotoran yang menempel. Rotary screen memiliki dua macam kecepatan putar, yaitu high speed (16 rpm) dan low speed (8 rpm). Air laut yang telah disaring menggunakan rotary screen kemudian masuk ke dalam sea water basin, yaitu tempat penampungan air laut sekaligus sebagai suction pompa laut GA-4101 ABCDF. Level air di dalam basin harus selalu

dijaga minimal 45% untuk menghindari kavitasi dan kerusakan pada pompa air laut. Level air dalam basin dikontrol oleh Pressure Differential Transmitter. Air laut kemudian dipompa ke user menggunakan pompa laut GA-1401 ABCDF, 3

yaitu antara lain sebagai pendingin ke pabrik Urea (18561 m /jam), pabrik 3

3

Amonia (17322 m /jam), unit 3000 & ASP (1200 m /jam), dan unit utilitas (Power House, Cooling Water , Demineralisasi); atau sebagai umpan unit 3

desalinasi dan klorinasi (47 m /jam).

Selain pompa air laut utama GA-4101 ABCDF, terdapat pula 2 unit pompa firewater GA-4180. Fungsi dari pompa firewater adalah untuk: •

Pompa emergency fire hydrant

•

Mengisi pipa header air laut saat start up dan sumber tie-in dengan Kaltim-2

•

Menyuplai air laut sementara ke unit 3000

Bila pabrik atau unit pompa laut menjalani Turn Around (TA), pengosongan sea water basin dapat dilakukan dengan memasang stop plate pada sea water intake

agar air laut tidak masuk dan basin dapat dikosongkan.

8


2.3

Unit Klorinasi

Unit klorinasi adalah unit tempat terjadinya pembentukan sodium hipoklorit yang diambil dari air laut melalui reaksi elektrolisis. Sodium hipoklorit tersebut nantinya akan digunakan pada injeksi awal air laut pada sea water intake untuk membunuh dan menghambat pertumbuhan kerang laut, ganggang laut, rumput laut, dan mikroorganisme lain. Seperti yang dijelaskan pada unit pompa laut, injeksi ada dua macam sodium hipoklorit, yaitu 1 ppm ( continuous dozing) dan 10 ppm (shock dozing). Peralatan di dalam unit klorinasi antara lain: •

Pompa continuous dozing GA-4104 AS

•

Pompa shock dozing GA-4105 AB

•

Sel electrolyzer EL-3801 AB dan EL-3802 AB

•

Separator D-3801 ABC

•

Strainer R-01

•

Tangki HCl R-02

•

Tangki NaOCl R-03 AB

Reaksi elektrolisis terjadi di sel electrolyzer yang di dalamnya terdapat anoda dan katoda, terhubung dengan arus listrik searah dari rectifier. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: •

Di anoda terjadi reaksi oksidasi, yang menyebabkan pelepasan elektron

2 →  + 2 + 2 •

Di katoda terjadi reaksi dan penerimaan elektron

2 + 2 → 2 + •

Selanjutnya gas Cl 2 dan ion OH bereaksi membentuk ion hipoklorit, ion klorit, serta air, yaitu:

 + 2 →  +  + Sedangkan sodium dan gas hidrogen berada dalam larutan Secara keseluruhan, reaksi elektrolisis air laut adalah:

 +  →  + 

9


Uraian Proses 3

Air laut dari unit pompa laut sejumlah 47 m /jam masuk ke strainer R-01 untuk disaring lebih lanjut, kemudian masuk ke sel electrolyzer EL-3801 A. Reaksi elektrolisis terjadi di EL-3801 A karena ada arus searah dari rectifier sehingga menghasilkan sodium hipoklorit dan gas hidrogen. Selanjutnya sodium hipoklorit dan hidrogen masuk ke separator D-3801 A untuk memisahkan antara fasa liquid dan gas. Gas hidrogen langsung masuk ke tangki penampungan R-03 AB, sedangkan larutan masuk kembali ke EL-3801 B, dipisahkan di separator D-3801 B, dan begitu seterusnya hingga EL-3802 B dan konsentrasi sodium hipoklorit meningkat. Sodium hipoklorit dan gas hidrogen yang terbentuk masuk ke dalam tangki penampungan NaOCl R-03, sementara sisa air laut yang tidak digunakan dibuang melalui sea water out fall . Di dalam tangki R-03 AB terdapat blower GB-4101 AB yang digunakan untuk membuang gas hidrogen berlebih di dalam tangki ke lingkungan. Jumlah gas hidrogen di dalam tangki harus dijaga di bawah 4% LEL untuk mencegah terjadinya ledakan. Selanjutnya dari tangki R-03, sodium hipoklorit diinjeksikan ke sea water intake 3

menggunakan pompa GA-4104 AS untuk continuous dozing (35 m /jam) atau menggunakan pompa GA-4105 AB untuk shock dozing dengan laju alir 175 3

m /jam. Injeksi shock dozing tergantung dari level/waktu maksimum yang telah ditentukan sebelumnya.

Setelah terus-menerus digunakan, lama-kelamaan sel electrolyzer akan mengalami pengerakan akibat adanya Mg(OH) 2 dan CaCO3 yang dibawa oleh air laut dan mengendap pada batang katoda-anoda. Pengerakan tersebut dapat disinyalir dari kenaikan tegangan listrik, naiknya temperatur (maksimal 45

o

C), outlet cell

electrolyzer , atau analisa produk. Untuk membersihkan batang electrolyzer

tersebut dibutuhkan acid wash kira-kira seminggu sekali. Saat pencucian, HCl 25% disirkulasikan ke sel electrolyzer dengan menggunakan pompa GA-4106 laju 3

15 m /jam dari tangki HCl R-02 selama 30 menit. HCl tersebut akan bereaksi kerak-kerak pada batang electrolyzer dan membentuk garam terlarut.

10


Larutan sodium hipoklorit dan gas hidrogen hasil elektrolisis dipisahkan di separator agar reaksi di sel electrolyzer berikutnya lebih sempurna dan tidak terhambat oleh gas hidrogen. Namun, desain awal unit klorinasi tidak sesuai dengan kenyataannya sekarang sehingga gas hidrogen tersebut kemudian dicampurkan kembali dengan larutan sodium hipoklorit.

2.4

Unit Sweet Cooling Water (SCW) Sweet cooling water adalah air demin yang digunakan untuk mendinginkan cairan

atau gas proses yang ada dalam pabrik. Sweet cooling water digunakan oleh dua macam user , yaitu: • •

Big User . SCW digunakan untuk mendinginkan gas proses di pabrik amonia Small User . SCW digunakan untuk mendinginkan lube oil (oil cooler ) dan cooler generator di STG (Steam Turbine Generator).

Untuk mendinginkan SCW, dibutuhkan air laut yang disuplai langsung dari pompa air laut GA-4101. Prinsip dari air laut sebagai pendingin ini adalah sekali lewat, bila telah digunakan untuk mendinginkan SCW, maka air laut tersebut langsung dibuang melalui sea water out fall. Sedangkan untuk SCW, digunakan prinsip close-loop , sehingga SCW yang telah digunakan, didinginkan oleh air laut, kemudian disirkulasikan sebagai pendingin kembali.

Penyusutan

SCW

yang

terjadi

sepanjang

aliran

di- make

up

menggunakan air demin.

Big User SCW yang akan digunakan untuk mendinginkan gas proses dipompa dari tangki 3

F-1410 ABC berkapasitas @16,6 m oleh pompa G-1401 AR. Make up air demin dialirkan ke tangki untuk menjaga level air di tangki minimal 80%. Setelah o

mendinginkan gas proses, temperatur SCW naik menjadi 42 C. SCW didinginkan di Marine Plate Heat exchanger (MPE) E-1401 BCDEFGHJKL dengan air laut o

3

yang bersuhu 32 C. Setelah itu sejumlah SCW (18 m /jam) dari MPE dialirkan terlebih dahulu ke sand filter F-1414 yang berfungsi untuk menangkap padatan terlarut, kemudian dialirkan ke sand trap F-1415 untuk menangkap pasir kuarsa yang terbawa SCW. Setelah itu, semua SCW yang telah didinginkan dialirkan

11


kembali masuk ke tangki F-1410 ABC untuk kemudian disirkulasikan sebagai air pendingin. Bila beda tekanan di sand filter telah mencapai 0,6 bar, maka dapat diindikasikan bahwa pasir kuarsa telah kotor. Pembersihan sand filter dapay dilakukan dengan backwash menggunakan air demin dan bubbling dengan udara pabrik.

Small User SCW yang akan digunakan pada STG dipompa dari tangki F-1411 berkapasitas 3

16,6 m oleh pompa G-1404 ABR. Level air di tangki F-1411 dijaga 80% dengan adanya make-up air demin. Sirkulasi SCW dilakukan dengan mengalirkannya dari user ke MPE E-1401AR untuk dipindahkan panasnya ke air laut, kemudian SCW dikembalikan lagi ke tangki F-1411. Sedangkan untuk air laut dari pompa air laut o

masuk ke dalam MPE dengan suhu awal 32 C. Setelah mengambil panas dari SCW, air laut kemudian dibuang melalui sea water out fall .

Problem yang sering terjadi pada unit SCW antara lain: •

Korosi. Faktor-faktor yang dapat memengaruhi tingkat korosi antara lain pH air (laju korosi lambat pada pH 6,5-11,5), jumlah garam terlarut (semakin banyak garam terlarut, maka semakin mudah timbul korosi), jumlah gas terlarut, dan suhu (suhu yang tingi akan meningkatkan laju korosi).

•

Kerak, yang terdiri atas CaCO 3. Ca3(PO4)2, dan CaSO4. Pencegahan dapat dilakukan dengan cara mengatur pH, meningkatkan flow air, dan memakai air demin sebagai make up (bebas mineral).

•

Lendir/ Slime, dapat dicegah dengan menambahkan gas Cl 2, anti biocide, dan NaOCl

•

Bakteri Maka dari itu, dibutuhkan injeksi nitrit dan anti bakteri ke dalam aliran SCW. Nitrit berfungsi membuat lapisan film dalam pipa yang berperan sebagai penghambat korosi, sedangkan anti bakteri berfungsi untuk membunuh koloni bakteri dan mengontrol pertumbuhan bakteri tersebut.

12


2.5

Unit Desalinasi

Pabrik utilitas Kaltim-1 memiliki 5 unit desalinasi dengan prinsip flash evaporation , namun hingga saat ini hanya 3 unit yang beroperasi, unit Desal-1 dan

Desal-2 sudah tidak berfungsi lagi. Unit Desal-3 dan Desal-4 disebut sebagai unit desal lama, sedangkan unit Desal-5 disebut sebagai unit desal baru. Selain itu pabrik utilitas Kaltim-1 juga memiliki unit RO ( Reverse-Osmosis) yang baru saja dioperasikan pada tahun 2010 lalu.

2.5.1

Unit Desalinasi Lama 3

Unit desalinasi lama yang berkapasitas masing-masing 50 m /jam dirancang sebagai berikut: •

Single Effect. Panas penguapan yang dihasilkan tidak digunakan untuk

mengoperasikan unit lain, tetapi panas tersebut dikembalikan ke unit desalinasi itu sendiri. •

Once Through. Brine water tidak disirkulasikan, namun langsung dibuang ke sea water out fall.

•

Long Tube. Kondensor yang digunakan berbentuk tube panjang yang disusun

secara paralel dengan aliran brine di dalamnya. •

Multi Stage. Unit desalinasi ini dibagi ke dalam 24 stage agar didapat

perbedaan tekanan dan temperatur yang sangat kecil. •

Flash Evaporator. Brine akan ter- flash keluar yang disebabkan oleh

kelebihan panas dari brine yang masuk ke down stream.

Uraian Proses Air laut dari pompa laut GA-4101 dialirkan kemudian dipompakan lagi oleh pompa GA-1201 ke stage 24, mengalir melalui over head condenser tube bundle . Air laut ini melalui stage sebagai pendingin brine yang masuk pada arah sebaliknya (counter-current) . Air laut keluar dari stage 1 kemudian masuk ke tube 2

side Brine heater E-1215. Di samping itu, steam bertekanan rendah (4 kg/cm g)

dari pabrik amonia masuk ke dalam brine heater shell side untuk memanaskan air o

o

laut dalam tube. Steam masuk pada suhu 150 C, kemudian turun menjadi 92 C o

o

setelah memanaskan air laut. Air laut dari suhu 32 C naik suhunya menjadi 92 C

13


kemudian masuk kembali ke evaporator E-1211 stage 1 mengalir hingga ke E1214 stage 24. Di dalam evaporator E-1211-4, sebagian brine (air laut yang telah dipanaskan) menguap karena tekanan dalam evaporator vakum. Uap tersebut kemudian terkondensasi dengan adanya air laut yang masuk sebagai pendingin. Hasil kondensasi tersebut disebut sebagai distilat, dikumpulkan dari setiap stage, kemudian dialirkan ke pompa distilat G-1215 A sambil dikontrol nilai konduktivitasnya (harus < 25 µs. Tekanan di setiap stage dijaga vakum dengan 2

ejector yang menggunakan steam 4 kg/cm g, sedangkan untuk stage terakhir,

yaitu stage 24, tekanannya dijaga tetap agar titik didih brine juga tetap. Ejector, yaitu unit yang membuat tekanan di dalam evaporator vakum, berfungsi

untuk menghisap gas-gas yang tidak terkondensasi dengan steam sebagai medianya. Ejector di unit desalinasi lama terdiri atas dua tingkat. Gas-gas yang tidak terkondensasi dari stage 24 dan beberapa stage yang lain terhisap ke dalam pre-condenser F-1211 yang terhubung dengan ejector tingkat pertama. Di dalam ejector tersebut mengalir steam yang kecepatannya naik karena melewati pipa nozzle. Peningkatan tersebut menyebabkan gas dari stage evaporator terhisap dan

menjadi vakum. Gas yang terhisap kemudian dikondensasikan di pre-condenser oleh air laut. Kondensatnya mengalir keluar bersama air laut ke barometric collecting pit (F-1203), sedangkan gas yang tidak terkondensasi ikut bersama

steam untuk masuk ke inter-condenser F-1214. Steam dari ejector tingkat pertama bisa mengalir masuk ke inter-condenser karena adanya ejector tingkat kedua. Gas-gas lainnya dari inter-condenser kemudian masuk lagi ke after-condenser. Sisa-sisa gas yang tidak bisa terkondensasi di after-condenser akhirnya dibuang ke atmosfir. Sedangkan untuk steam yang telah terkondensasi di Brine Heater E-1215 akan dikumpulkan kemudian dipompa oleh pompa G-1221 AR ke distillate side bila konduktivitasnya kurang dari 25µs. Bila nilai konduktivitasnya lebih dari 25µs, kondensat akan menuju brine side untuk dibuang ke sea water out fall .

Untuk mencegah terjadinya kerak pada tube condenser dan tube brine heater, di inlet pompa G-1201 diinjeksikan bahan kimia berupa anti scale dengan konsentrasi 1,5-2,5 ppm. Pada inlet pompa G-1201 diinjeksikan pula anti foam

14


dengan konsentrasi 0,2-0,5 ppm untuk mencegah terjadinya busa yang akan meningkatkan nilai konduktivitas air laut. Secara berkala dilakukan pembersihan secara mekanik maupun kimia pada unit desalinasi. Pembersihan mekanik dilakukan dengan menyikat bagian dalam unit evaporator, sedangkan untuk pembersihan secara kimia dilakukan dengan menginjeksikan HCl 2-2,5% dari tangki F-1217 dengan menggunakan pompa G1219 untuk menghilangkan kerak-kerak dalam evaporator.

2.5.2

Unit Desalinasi Baru

Uraian Proses Air laut dari pompa P-001 masuk ke dalam evaporator stage 20 sambil diinjeksikan bahan kimia anti scale dan anti foam. Air laut akan mengalir di dalam evaporator hingga keluar di stage 1 kemudian masuk ke brine heater E001. Air laut dalam brine heater dipanaskan dengan steam bertekanan 4 bar dan o

o

suhu 150 C, sehingga air laut akan keluar dari brine heater dengan suhu 103 C. Air laut kemudian masuk ke stage 1 hingga 20 sambil diuapkan (karena tekanan vakum). Uap yang terjadi akan melalui demister lalu dikondensasi dengan air laut dan dikumpulkan sebagai distilat. Air laut yang tidak teruapkan dibuang melalui sea water outfall . Sedangkan gas-gas yang tidak terkondensasi akan masuk ke

dalam ejector condenser tingkat pertama dan kedua, kemudian selanjutnya sisanya akan dibuang ke atmosfir. Produk distilat dikumpulkan dan dipompa oleh pompa P-002 sambil dikontrol nilai konduktivitasnya. Apabila nilai konduktivitasnya kurang dari 25µs, distilat akan dipompa ke RC tank F-1302. Namun apabila lebih dari 25 µs, distilat akan dibuang melalui sea water out fall . Begitu juga dengan kondensat steam dari brine heater (E-001).

2.6

Unit RO ( Reverse-Osmosis) Reverse-Osmosis adalah prinsip pemisahan air dan molekul-molekul lain yang

berkebalikan dengan peristiwa osmosis sebenarnya. Bila osmosis normal, pelarut akan berpindah dari daerah dengan konsentrasi zat terlarut rendah ke daerah dengan konsentrasi zat terlarut tinggi melewati membran. Namun, reverse-

15


osmosis berprinsip kebalikannya, yaitu memindahkan pelarut dengan konsentrasi

zat terlarut tinggi ke konsentrasi zat terlarut rendah dengan bantuan tekanan. Sehingga dalam proses desalinasi, air laut yang memiliki kandungan garam tinggi akan terpisah antara air dan garamnya.

Uraian Proses Air laut bertekanan 3,5 bar masuk ke dalam self cleaning filter SCF-101 AB untuk menyaring kotoran-kotoran besar hingga hanya berukuran 100 mikron saja. Kemudian umpan masuk ke dalam membran ultrafiltrasi UF-101 AB dan disimpan sementara di RO intermediate break tank TK-101. Tangki TK-101 juga berfungsi sebagai penyuplai air backwash bagi membran ultrafiltrasi bila beda tekanan dalam membran telah meningkat hingga batas tertentu. Dari tangki TK101 air dipompa oleh pompa P-101 AB hingga keluar dengan tekanan 3 bar dan masuk ke dalam cartridge filter . Sebelum masuk cartridge filter, air diinjeksikan bahan kimia berupa Anti Scalant (agar tidak terjadi scaling) , Sulfuric Acid (untuk menjaga pH), dan Sodium Metabisulfit (untuk menghilangkan klor). Air keluar dari cartridge filter hanya memiliki padatan terlarut sebesar 5 mikron. Keluar dari cartridge filter , air dipompa ke pompa bertekanan tinggi HP-101 AB melewati turbo charger TB-101 AB hingga keluar dengan tekanan 58 bar kemudian masuk ke modul RO yang pertama RO-101 AB. Air yang lolos membran RO kemudian ditampung ke tangki TK-102 sementara air laut yang tidak lolos dikembalikan ke turbo charger TB-101 AB (tekanan air reject yang masih tinggi digunakan untuk menggerakkan turbo charger) baru masuk ke reject drain tank TK-104 dan dibuang ke sea water out fall melalui reject disposal pump

P-104 AB. Sementara untuk air yang lolos membran RO pertama dan telah disimpan sementara di TK-102, dipompa ke modul RO yang kedua RO-102 AB dengan terlebih dahulu diinjeksikan NaOH (penjaga pH, karena semakin tinggi tekanan, pH cenderung turun) dan anti scale. Produk dari RO-102 AB akan dialirkan ke RC ( Raw Condensate) Tank F-1302, sementara air yang tidak lolos akan kembali ke tangki TK-101. Berikut adalah neraca massa dari unit RO.

16


Gambar 2. 1 Diagram Neraca Massa unit RO

2.7

Unit Demineralisasi

Unit demineralisasi bertujuan untuk menghilangkan mineral-mineral yang terkandung dalam air untuk selanjutnya dijadikan air umpan boiler atau air pendingin (sweet cooling water ). Unit-unit yang ada di dalam unit demineralisasi antara lain:

2.7.1

3

•

RC ( Raw Condensate) Tank F-1302 (kapasitas 2500 m )

•

3 buah Mixed Bed Filter F-1303 ABC (P = 2-3 bar, T = 60 C)

•

DW ( Demineralized Water) Tank F-1306 (kapasitas 1250 m )

•

2 buah pompa demin G-1306 ABR (untuk mengalirkan ke Boiler)

o

3

Tangki RC (Raw Condensate)

Sumber air tangki RC adalah air dari kondensat turbin, kondensat proses CO2 Removal dari pabrik amonia, distilat unit desalinasi, dan tie-in pabrik Kaltim-2.

17


2.7.1.1 Kondensat Turbin 3

Kondensat turbin dari pabrik amonia atau utilitas dengan laju alir 290 m /jam masuk ke dalam cartridge filter F-1301 untuk menyaring partikel berukuran lebih besar dari 50 mikron. Setelah disaring, kondensat turbin akan keluar dari bagian atas cartridge filter dan masuk ke dalam tangki RC F-1302. Cartridge untuk kondensat berisi 154 buah cotton filter yang harus dilakukan backwash bila telah jenuh. Backwash dilakukan dengan mengalirkan air dari

bagian atas cartridge filter kemudian dibuang ke sewer (parit).

2.7.1.2 Kondensat Proses CO2 Removal Unit yang digunakan untuk memproses kondensat dari CO2 removal terdiri atas stripper tower D-1301, cooler E-1301 AB, kation filter F-1311 AB, serta CO 2

degasifier D-1302. Kondensat dari pabrik amonia yang mengandung 500 ppm amonia dan 500 ppm CO2 masuk ke stripper tower D-1301 yang akan melucuti amonia dan CO 2 yang terkandung dalam air dengan menggunakan steam bertekanan 4 bar atau 0,5 bar (tergantung kebutuhan). Kondensat awalnya memiliki tekanan 29 bar dan suhu o

120-140 C, kemudian tekanan diturunkan hingga tekanan atmosfir di dalam stripper sehingga amonia dan CO 2 ter- flush dan masuk ke dalam steam, sehingga

kandungan amonia dan CO 2 hanya tinggal 50 ppm dan 100 ppm di dalam o

kondensat. Keluar dari bagian bawah stripper tower D-1301(T = 102 C), kondensat masuk ke dalam cooler E-1301 yang akan menurunkan suhu kondensat o

hingga 60 C dengan menggunakan air laut. Hal ini dilakukan agar resin dalam cation filter tidak terdegradasi akibat suhu umpan yang tinggi (resin anion sensitif

terhadap temperatur). Setelah dari cooler , kondensat akan masuk ke dalam kation filter. Amonia yang berupa ion akan berikatan dengan resin sementara CO 2 dan ion-ionnya dibersihkan di dalam CO 2 degasifier D-1302. Kondensat yang mengandung sekitar 100 ppm CO 2 masuk ke dalam CO 2 degasifier dan bertemu dengan udara secara counter-current sehingga CO2 akan pindah ke udara. Ion-ion CO2 seperti HCO3 akan terkonversi pula menjadi CO 2 akibat turunnya pH. Setelah berkurang konsentrasi CO 2 dalam kondensat, kondensat kemudian dialirkan ke dalam tangki RC F-1302.

18


Kation filter diregenerasi dengan menggunakan HCl konsentrasi 5-7% yang 3

dipompakan dari tangki HCl 30% F-1310 (0,8 m /jam) ditambah dengan air RC 3

(2,4 m /jam) ke bagian atas kation filter. Sisa regenerasi kemudian dibuang ke neutralizing pit (F-1390).

2.7.1.3 Distilat Unit Desalinasi & Tie-in Kaltim-2 Produk distilat dari unit desalinasi telah dijelaskan sebelumnya, sementara tie-in dilakukan dengan mengalirkan air RC hasil produksi utili tas pabrik Kaltim-2.

2.7.2

Mixed Bed Filter (F-1303 ABC)

Air dari tangki RC F-1302 dipompa oleh pompa G-1306 ABR menuju mixed bed filter F-1303 ABC. Di dalam filter F-1303 ABC reaksi terjadi antara ion-ion

dalam air dengan resin kation dan anion. Air yang telah bebas dari ion-ion kemudian masuk ke dalam resin trap F-1315 untuk menangkap resin yang lolos terbawa air demin. Setelah itu air masuk ke dalam tangki air demin F-1306, yang kemudian dipompakan ke user . Bila ada ion yang lolos terbawa air produk demin (bila nilai konduktivitas lebih dari 1,2µs, resin di dalam mixed bed filter mungkin telah jenuh sehingga perlu diregenerasi. Saat beroperasi resin kation dan anion bercampur, namun saat regenerasi, resin kation berada di bawah sedangkan resin anion berada di atas karena adanya perbedaan densitas. Untuk regenerasi resin anion dibutuhkan basa NaOH. Dari tangki NaOH 30% F1312, NaOH dicampur dengan air RC dari F-1302 sehingga menghasilkan larutan NaOH 4-6%, dan ditampung di F-1308. NaOH dari F-1308 dipompa ke F-1303 ABC bagian atas untuk meregenerasi resin anion. Agar resin kation yang berada di bawah resin anion tidak tercemar, dari bagian bawah filter F-1303 ABC dipompakan air RC ke resin kation. Sisa hasil regenerasi keluar dari tengah tangki filter F-1303 ABC kemudian dibuang ke neutralizing pit F-1390. NaOH 30% dalam tangki F-1312 berasal dari padatan NaOH berbentuk flake yang dicampur dengan air. Untuk regenerasi resin kation dibutuhkan HCl. Dari tangki HCl 30% F-1310, HCl dicampur dengan air RC dari F-1302 sehingga menghasilkan larutan HCl 5-7%.

19


Selanjutnya HCl dipompa ke F-1303 ABC bagian bawah untuk meregenerasi resin kation. Agar resin anion yang berada di atas resin kation tidak tercemar, dari bagian atas filter F-1303 ABC dipompakan air RC ke resin anion. Sisa hasil regenerasi keluar dari tengah tangki filter F-1303 ABC kemudian dibuang ke neutralizing pit F-1390.

2.8

Unit Pembangkit Steam ( Boiler Denaeyer)

Boiler memiliki dua buah pembangkit steam (E-2010 AB). Produksi dari boiler ini o

adalah 180 ton/jam dengan tekanan 40 bar dan temperatur 400 C. Peralatan yang ada dalam unit pembangkit steam ini antara lain: •

Deaerato r (V-2015) dan preheater (V-2990)

•

Economizer (E-2011 AB)

•

Steam drum

•

Tube down comer dan tube riser

•

Superheater coil

•

Furnace

• •

Burner Force draft (FD) Fan

Uraian Siklus Air dalam Boiler Air dari tangki V-2901 (pabrik urea) dipompa ke preheater V-2990 oleh pompa P-2901 AR. Bila air dari tangki V-2901 tidak cukup memenuhi kebutuhan, maka di-make up dengan air demin dari tangki air demin F-1306 oleh pompa G-1306 ABR. Bersamaan dengan air masuk ke dalam preheater, steam dari pabrik urea bertekanan 0,3 bar masuk dari bagian bawah preheater V-2990. Air dipanaskan o

hingga suhu 105 C menggunakan steam tersebut, sekaligus memisahkan air dari gas CO2 dan O2. Gas karbon dioksida dan oksigen harus dihilangkan dari air umpan boiler karena dapat menyebabkan korosi. Selain menggunakan steam 0,3 bar, pemanasan dan stripping juga dapat dilakukan oleh steam 12 bar dari ekstraksi turbin BBC. Keluar dari preheater V-2990, air masuk ke deaerator V2015. Dalam deaerator V-2015, air di-stripping kembali dengan steam 0,3 bar hingga terjadi bubbling. Gas karbon dioksida dan oksigen terlarut dalam air akan

20


berpindah ke steam yang memiliki tekanan parsial lebih rendah dari air. Seterusnya steam bersama dengan gas-gas tersebut dibuang ke atmosfir. Setelah keluar dari deaerator V-2015, air umpan masuk ke dalam economizer E2011 AB untuk dipanaskan menggunakan gas hasil pembakaran furnace (bersuhu o

o

370 C) hingga suhu air mencapai 155 C. Air kemudian masuk ke dalam steam drum lalu mengalir secara alami ke mud drum melalui tube down comer . Air

langsung mengalir ke mud drum karena adanya perbedaan densitas di mud drum dan steam drum. Dari mud drum, air kembali ke steam drum lewat tube riser setelah melalui pipa-pipa furnace dan convection bank . Dalam steam drum, steam o

jenuh bersuhu 255 C terbentuk terus-menerus. Steam jenuh tersebut kemudian masuk ke superheater coil kemudian membentuk superheated steam bersuhu 400 o

C dan tekanan 40 bar.

Uraian Sirkulasi Gas Pembakaran FD fan K-2012 AB menghisap udara dari lingkungan kemudian diteruskan ke separator S-2010/S-2011 untuk menyaring kotoran. Setelah itu udara masuk ke dalam steam heater E-2013 untuk dipanaskan menggunakan steam 0,3 bar. Langkah lain adalah udara masuk ke dalam electric heater E-2014 dan dipanaskan menggunakan listrik. Selesai dipanaskan, udara dialirkan menuju burner. Di dalam burner, udara bercampur dengan gas bumi, kemudian dibakar hingga suhu o

burner mencapai 1290 C. Gas produk pembakaran kemudian digunakan untuk memanaskan superheater coil, pipa riser, convection bank, dan economizer. Terakhir, gas hasil bakar dibuang ke atmosfir melalui stack X-2011 pada suhu 210 o

C.

Pembakaran gas bumi dapat berlangsung sempurna dengan mengatur bukaan blade damper FD Fan K-2012 AB, agar oksigen berlebih dalam gas buang berjumlah sekitar 2-4%.

Boiler Feed Water Treatment a. Pre Boiler Treatment . Treatment untuk air umpan boiler ini bertujuan untuk menghilangkan gas karbon dioksida dan oksigen dalam air. Selain menggunakan deaerator, pelucutan gas juga dilakukan dengan injeksi

21


Hidrazin dari tangki F-2016. Injeksi awal dilakukan pada inlet dan outlet deaerator V-2015. b. Boiler Treatment . Treatment ini dilakukan untuk menjaga kualitas air boiler. Spesifikasi yang diinginkan adalah air boiler memiliki rentang pH antara 9,8 – 10,2 dan konsentrasi fosfat sebesar 15 – 25 ppm. Untuk menjaga kualitas tersebut, maka diinjeksikan Natrium Fosfat dan Hidrazin pada keluaran economizer. Natrium Fosfat berfungsi untuk menaikkan pH dan menambah konsentrasi fosfat, sedangkan hidrazin digunakan untuk mengikat gas oksigen yang masih terbawa air. c. After Boiler Treatment . Bila kondensat boiler akan digunakan kembali sebagai umpan, maka pH kondensat tersebut harus dijaga bernilai 9 dengan cara menginjeksikan hidrazin. d. Blowdown. Blowdown harus dilakukan karena kemungkinan air sirkulasi mengandung: •

Suspended solid. Dapat menimbulkan busa, kemudian menyebabkan

carry over dan scaling, sehingga dapat terjadi overheating dalam pipa •

SiO2, Ca, Mg. Molekul tersebut dapat menyebabkan carry over dan scaling, kemudian berlanjut menjadi overheating

•

HCO3, CO3, Mg(OH)2, Al2O3. Bila mencapai sudu-sudu turbin, dapat menyebabkan unbalance pada rotor.

Untuk itu harus dilakukan blowdown pada air sirkulasi. Blowdown sendiri ada 2 macam, yaitu continuous blowdown (dilakukan terus menerus pada saat boiler beroperasi) dan intermitten blowdown (dilakukan dengan periode tertentu selama 5-10 detik).

Safety Deaerator Untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan, deaerator V-2015 dilengkapi dengan: •

2 buah vacuum breaker, digunakan untuk mencegah tekanan dalam deaerator vakum.

22


•

1 buah hidraulic garde, digunakan untuk mencegah kelebihan tekanan dalam deaerator. Bila tekanan dalam deaerator lebih 0,3 bar, maka air di hidraulic garde akan terbuang sebagai over flow.

2.9

Unit Pembangkit Listrik ( Power House )

Unit power house berfungsu untuk memenuhi kebutuhan listrik pabrik utility, amonia, dan urea kaltim I. Unit ini terdiri dari dua buah generator, Borsig dan BBC. Namun, saat ini, generato Borsig tidak dioperasikan. Generator BBC

Generator BBC mempunyai beberapa peralatan utama, yaitu: 1. Turbin (GT-1511) Turbin ini digerakkan oleh steam yang berasal dari steam generator yang mempunyai dua karakteristik, yaitu: 2

o

2

o

•

Tekanan 80 kg/cm , bersuhu 480 C, dan memiliki laju alir 50 ton/jam

•

Tekanan 40 kg/cm , bersuhu 400 C, dan memiliki laju alir 80 ton/jam.

Steam tekanan 80 bar mengalir masuk ke sisi turbin HP, sedangkan steam tekanan 40 bar masuk ke dalam sisi turbin MP. Sebagian steam diambil sebagai

steam

ekstraksi,

kemudian

sebagian

lagi

(50

ton/jam)

dikondensasikan di condenser E-10-1511 AB. Setelah steam terkondensasi di condenser, kemudian ditampung di hot well dan dipompa menuju ejektor kondensor untuk mengkondensasikan gas yang tidak dapat terkondensasi. Aliran kondensat seterusnya masuk menuju cartridge filter (F-1301) dan masuk ke tangki F-1302 atau aliran kondensat dapat dikirim ke tangki V2901 (pabrik urea Kaltim-1). Turbin BBC dapat dioperasikan dengan steam 80 bar saja atau dengan steam 40 bar saja. Turbin BBC memiliki critical speed I: 5400-5800 rpm dan critical speed II: 7400-7800 rpm. 2. Reducer Gear Box Alat ini berfungsi untuk menurunkan putaran turbin dari 9036 rpm menjadi 1500 rpm. Putaran gear box dibatasi dengan over speed trip gear box sebesar 1800 rpm. 3. Generator (G-1511)

23


Generator ini berfungsi mengubah energi kinetik menjadi energi listrik dengan spesifikasi 16 MW, tegangan 6,6 kV, dan tiga fasa. Energi listrik ini dialirkan ke reaktor, berfungsi sebagai stabilizer tegangan dan seterusnya ke busbar 6,6 kV HVSG lewat panel P-1501-2. 4. Air Cooler E-06-1511 Alat ini berfungsi untuk mendinginkan winding stator yang panas karena generator menghasilkan listrik. Sirkulasi udara pendingin terletak dalam generator itu sendiri, kemudian udara didinginkan oleh cooling w ater. 5. Lubricating Oil Berfungsi untuk pendingin bearing turbin, bearing gear box, dan bearing generator. Oli dari tangki F-04-1511 dipompa ke air cooler, didinginkan dengan cooling water, kemudian digunakan sebagai pendingin control oil. Sebagian aliran oli digunakan sebagai pendingin control oil dan sebagian lagi digunakan sebagai pendingin bearing-bearing turbin, gear box, dan generator. Setelah itu oli dikembalikan ke F-04-1511 untuk didinginkan kembali. 6. Control Oil Berfungsi sebagai penggerak sistem hydraulic MSV HP, MSV MP, CV HP cam shaft, CV MP cam shaft, dan CV LP cam shaft turning gear. Oli dipompa menuju control oil filter, lalu seterusnya ke accumulator (menjaga tekanan oli agar konstan), lalu digunakan sebagai penggerak. Setelah itu control oil didinginkan oleh lubricating oil, baru masuk ke tangki.

24


3

BAB III

DESKRIPSI PROSES AMONIA KALTIM-1

Amonia diproduksi dari campuran antara gas hidrogen dan gas nitrogen dengan perbandingan rasio 3:1. Selain komponen-komponen tersebut, campuran gas umpan diperbolehkan mengandung gas inert dalam kadar tertentu, seperti argon dan metan. Pabrik amonia Kaltim-1 menggunakan hidrogen yang berasal dari hidrokarbon (gas alam), sedangkan nitrogennya diambil dari udara atmosfir. Pabrik Amonia Kaltim-1 mulai dibangun pada tanggal 16 November 1979, kemudian mulai berproduksi pada tanggal 20 Desember 1983, dengan kapasitas produksi sebesar 1500 ton/hari. Saat ini kapasitas produksi amonia Kaltim-1 mencapai 1800 ton/hari dikarenakan adanya optimalisasi pabrik amonia pada tahun 1995. Pada awalnya lisensi proses yang digunakan oleh pabrik amonia Kaltim-1 adalah Proses Lurgi, namun setelah adanya optimalisasi, peralatan yang digunakan dalam proses tersebut tidak semuanya berlisensi Lurgi lagi. Amonia yang diproduksi oleh pabrik amonia Kaltim-1 nantinya akan didistribusikan ke beberapa tempat, yang paling utama adalah sebagai bahan baku pabrik urea Kaltim-1. Selain itu, produk amonia juga disimpan di dalam gudang (dalam bentuk cair), diintegrasikan dengan pabrik lain melalui tie-in , atau dikirim ke pabrik lain yang berada dalam satu kawasan Pupuk Kaltim. Komposisi amonia yang diproduksi oleh Kaltim-1 adalah sebagai berikut: •

Amonia

: 99,85%-berat

•

Uap air

: 0,15%-berat

•

Minyak

: 5 ppm

•

Gas tak larut : 500 ppm

Secara umum, proses pembuatan amonia adalah sebagai berikut:

25


Gambar 3. 1 Diagram Proses Pembuatan Amonia

Bila umpan gas alam mengandung sulfur, maka harus dihilangkan sepenuhnya di dalam unit desulfurisasi. Gas alam yang telah didesulfurisasi kemudian direaksikan dengan steam dan udara membentuk gas umpan sintesis ( synthetic gas ). Gas umpan sintesis ini mengandung hidrogen, nitrogen, dan gas-gas lainnya seperti karbon monoksida, karbon dioksida, metan, argon, dll. Kemudian gas sintesis dimasukkan ke dalam unit pemurnian gas, untuk mengubah karbon monoksida dan steam menjadi karbon dioksida dan hidrogen. Karbon dioksida dihilangkan dalam unit pelucutan karbon dioksida (CO 2 removal), kemudian karbon dioksida dan karbon monoksida yang masih tersisa diubah

seluruhnya menjadi metana. Gas sintesis kemudian direaksikan menggunakan reaksi berkatalis dalam unit sintesis amonia, kemudian didinginkan untuk disimpan atau didistribusikan ke user . Lisensi dari unit-unit dalam proses amonia K-1 antara lain: •

Desulfurisasi (Proses Lurgi)

•

Reforming (Foster Whealer)

•

Shift Conversion (Proses Lurgi)

•

CO2 Removal (Proses Benfield)

26


3.1

•

Metanasi (Proses ICI)

•

Sintesis & Refrigerasi Amonia (Proses Topsoe)

Unit Desulfurisasi

Unit desulfurisasi terdiri atas dua peralatan, yaitu hidrogenator, dan desulfurizer itu sendiri. Fungsi dari unit desulfurisasi adalah untuk menyerap sulfur organik (misalnya merkaptan atau COS) dan anorganik yang terdapat di dalam gas proses (gas alam untuk umpan primary reformer ). Sulfur harus dihilangkan dari gas umpan proses karena senyawa sulfur merupakan racun temporer untuk katalis unit primary reformer dan low temperature shift converter (LTSC). Diharapkan

konsentrasi sulfur dalam aliran keluaran desulfurizer tidak lebih dari 0,05 ppm. Gas alam umpan yang didapat dari SKG sendiri hanya mengandung sekitar 0,20,3 ppm sulfur, namun kapasitas desain dari unit desulfurisasi dapat meng- cover hingga 50 ppm.

Hidrogenator D-1001 A Pada operasi normal, gas umpan proses dimasukkan ke dalam unit hidrogenator D-1001 A terlebih dahulu. Dalam unit hidrogenator terjadi reaksi yang dapat mengubah sulfur organik menjadi sulfur anorganik (hidrogen sulfida), dengan bantuan katalis CoMo. Untuk mengubah sulfur organik menjadi sulfur anorganik, dibutuhkan hidrogen, maka hidrogen yang berasal dari HRU (Hidrogen Recovery Unit) ditambahkan pada gas umpan saat sebelum masuk hidrogenator. 3

Bed di dalam hidrogenator terdiri atas katalis CoMo di bagian atas (2 m ), kemudian di bagian bawahnya diisi

3

dengan absorben ZnO sebanyak 12 m .

Tujuan dari disediakannya absorben ZnO dalam unit hidrogenator adalah agar hidrogenator bisa beroperasi sendirian bila desulfurizer mengalami gangguan.

Desulfurizer D-1001 Setelah keluar dari hidrogenator, gas akan masuk ke dalam desulfurizer D-1001 untuk diserap senyawa-senyawa sulfurnya melalui reaksi dengan ZnO berikut: ZnO + H2S → ZnS + H2O ZnO + COS → ZnS + CO2

27


Temperatur optimum desulfurizer adalah 380

o

C, bila temperatur di dalam

o

desulfurizer meningkat hingga di atas 400

C akan mengakibatkan tetapan

kesetimbangan meningkat sehingga banyak sulfur yang lolos. Namun bila di o

bawah 300 C, kemampuan ZnO dalam menyerap sulfur akan menurun. Maka dari itu gas proses harus dipanaskan terlebih dahulu sebelum masuk ke unit desulfurizer. Absorben ZnO bila terus-menerus digunakan, maka akan mencapai titik kejenuhan. Kejenuhan ZnO terlihat bila kadar sulfur pada gas alam umpan tetap, tetapi ada kenaikan kandungan sulfur di outlet desulfurizer. Outlet dari desulfurizer diharapkan sebesar 0,05 ppm. Bila salah satu dari unit desulfurisasi mengalami gangguan sehingga perlu dimatikan, maka aliran pelucutan sulfur dari gas proses dapat dilakukan hanya dengan satu unit saja. Maka dari itu, baik di unit hidrogenator ataupun desulfurizer, isi di dalam reaktornya sama. Desulfurizer memiliki absorben ZnO 3

3

dan katalis CoMo masing-masing sebesar 15 m dan 2 m , dan lapisan bagian atas dan bawah bed tersebut dilindungi oleh alumina ball.

Uraian Proses Gas alam yang berasal dari stasiun kompresi gas (SKG) dengan laju alir 48 o

Nm3/jam, tekanan 45 bar dan temperatur 34 C diturunkan tekanannya menjadi 42,7 bar kemudian dicampur dengan hidrogen yang berasal dari keluaran kompresor gas sintesis stage-1 atau dari HRU sebanyak 1000-2000 m3/jam. Campuran antara gas alam dengan gas hidrogen kemudian masuk ke preheater Eo

1002/1 AB dan E-1002/2 ABCD untuk dipanaskan hingga 349 C menggunakan panas sisa pembakaran primary reformer . Campuran gas alam dan hidrogen panas kemudian masuk ke dalam hidrogenator D-1001 A, tempat terjadinya reaksi antara sulfur organik dan gas hidrogen membentuk hidrogen sulfida dan air dengan katalis CoMo. Kemudian hidrogen sulfida yang terbentuk diserap oleh adsorber ZnO di dalam desulfurizer D-1001. Gas yang keluar dari desulfurizer o

memiliki temperatur 346 C dan kandungan hidrogen sulfida 0,05 ppm.

28


3.2

Unit Pembentukan Gas Sintesis ( Reforming Unit)

Pada unit reforming, terjadi reaksi pembentukan gas sintesis yang nantinya akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan amonia. Reaksi terjadi antara steam dengan gas proses yang nantinya akan menghasilkan hidrogen, bahan baku utama pembuatan amonia. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut. (1) (2)

CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 ; ∆H = + 49,28 kcal / mol CO + H2O ↔ CO2 + H2 ; ∆H = – 8,5 kcal / mol (3) CxHy + 2xH2O ↔ xCO2 + (y/2 + 2x)H2

Reaksi yang pertama adalah reaksi steam reforming, sedangkan reaksi (2) adalah reaksi samping, yang sering disebut sebagai water-gas shift conversion . Reaksi (3) adalah reaksi steam reforming untuk hidrokarbon yang lebih berat dari metana. Reaksi antara CO dan H 2O adalah reaksi eksotermis, namun cenderung lemah, sehingga dalam primary reformer reaksi yang mendominasi adalah reaksi (1), reaksi endoterm yang membutuhkan panas. Tiga faktor terpenting dalam steam reforming, antara lain: 1. Temperatur. Reaksi yang mendominasi dalam primary reformer adalah reaksi endotermis, yang akan meningkat konversinya bila temperatur operasi dinaikkan. 2. Tekanan. Tekanan rendah akan mengakibatkan konversi meningkat, karena jumlah koefisien produk lebih besar dari jumlah koefisien reaktan secara teori. Namun, reformer tetap dirancang bertekanan tinggi karena volume bejana yang dibutuhkan akan lebih besar bila diselenggarakan dalam tekanan rendah. Selain itu, tekanan tinggi pada reformer akan mengurangi beban kompresor nantinya, karena untuk unit2 selanjutnya (sintesis amonia) dibutuhkan tekanan yang tinggi. 3. Rasio Steam/Carbon. Rasio steam dan karbon yang optimum adalah sekitar 3,2. Rasio steam-karbon yang berlebihan dapat mengakibatkan pemborosan dalam penggunaan steam, sedangkan bila rasio antara steam dan karbon kurang, akan mengakibatkan deposit karbon. Deposit karbon adalah reaksi pembentukan karbon akibat kurangnya steam di dalam aliran gas umpan reformer. Deposit karbon dapat mengakibatkan

29


pengerakan, sehingga mengurangi keaktifan katalis reformer. Reaksi yang terjadi dalam deposit karbon adalah: CO + H2 ↔ C + 2 H2O 2CO ↔ CO2 + C

3.2.1 Primary Reformer Unit pertama dari reformer adalah primary reformer . Pada unit ini sebagian besar metana dikonversikan menjadi hidrogen dan karbon dioksida. Katalis yang digunakan adalah katalis Ni, yang tersedia di pasaran dalam bentuk oksidanya. Untuk mengaktifkan katalis tersebut, dibutuhkan aliran gas hidrogen yang akan mengaktifkan katalis NiO menjadi Ni dan H 2O. Maka dari itu, gas proses sebelum dimasukkan ke dalam unit desulfurisasi, ditambahkan gas hidrogen dari HRU, selain untuk mengubah sulfur organik menjadi anorganik, hidrogen ini

juga

berfungsi untuk mengaktifkan katalis. Aktivitas katalis Ni di dalam primary reformer tergantung pada beberapa sifat dari katalis itu sendiri, antara lain: •

Bulk density. Seberapa besar keaktifan katalis dipengaruhi oleh seberapa

besar void fraction yang dimiliki. Semakin besar nilai void fraction, maka semakin besar pula keaktifannya, karena permukaan katalis yang digunakan untuk membantu terjadinya reaksi akan semakin besar. •

Crush strength, menggambarkan seberapa besar tingkat kekuatan dari katalis.

•

Pressure drop, menggambarkan besarnya energi yang hilang karena melewati

katalis. Semakin kecil ukuran katalis, maka akan semakin besar pressure drop yang dialami aliran umpan. •

Kandungan nikel akan mempengaruhi tingkat kereaktifan dan ketahanan terhadap korosi. Semakin tinggi kandungan nikel, maka tingkat kereaktifan dan ketahanan terhadap korosi juga akan semakin tinggi.

•

Komposisi penyangga yang optimum dapat memberikan ketahanan termal yang baik bagi katalis. Penyangga akan melindungi katalis dari kelebihan panas yang diberikan pada saat pembakaran.

•

Kelembaban katalis dijaga maksimal 3%, karena bila terlalu lembab katalis akan mudah pecah.

30


•

Racun katalis dapat mengganggu aktivitas katalis, sehingga tidak dapat berperan baik dalam membantu keberjalanan reaksi.

Katalis yang telah diaktifkan, terkadang dapat mengalami deaktivasi. Deaktivasi tersebut dapat disebabkan oleh komposisi umpan, atau karena kondisi operasi. Primary reformer terdiri atas empat buah sel, dengan tiap sel memiliki masing-

masing 96 tube katalis berdiameter 4 inci. Sesuai dengan proses lurgi, primary reformer kaltim-1 memiliki pembakar (burner) bertipe terrace firing , dengan 60 buah burner di tiap selnya. Primary reformer proses Lurgi juga memiliki dua seksi pemanasan, yaitu radiant section dan convection section. Radiant section adalah tempat pemanasan yang panasnya diambil langsung dari pembakaran main burner, sedangkan convection section adalah pemanas dengan panas yang dimanfaatkan dari flue gas primary reformer. Saat ini, aliran fuel gas dalam primary reformer dibagi menjadi dua, yaitu aliran main burner, pembakar yang digunakan untuk suplai panas di radiant section (total berjumlah 240 burner), dan aliran auxiliary burner, pembakar yang digunakan untuk menyuplai panas tambahan pada convection section (berjumlah 50 buah burner). o

Temperatur dalam tube katalis primary reformer dijaga sekitar 800-820 C. Katalis o

Ni dapat beroperasi maksimum hingga temperatur 920 C, bila melebihi suhu tersebut katalis, juga tube akan rusak. Selain itu, bila temperatur primary reformer cenderung terlalu tinggi, maka metana dalam gas proses akan habis bereaksi, dan secondary reformer tidak akan terpakai secara optimal. Komposisi keluaran primary reformer, adalah: Tabel 3. 1 Komposisi keluaran primary reformer

Komponen

Komposisi (%)

H2

68,47

N2

0,1

CO

10,46

CO2

10,69

CH4

10,28

Ar

0

31


Uraian Proses Fuel gas bertekanan 26 bar diturunkan tekanannya menjadi 6 bar menggunakan PV (Pressure Valve) kemudian dipanaskan di Heat exchanger E-1018 AB hingga o

bersuhu 60 C menggunakan steam bertekanan rendah. Fuel gas kemudian di-split, sebagian aliran menuju auxiliary boiler, sedangkan aliran lainnya bercampur dengan FOG (fuel-off gas dan flash gas) dari preheater unit refrigerasi menuju burner primary reformer. Dalam primary reformer aliran fuel gas dibagi menjadi dua, satu aliran menuju main burner, sedangkan aliran lainnya menuju auxiliary burner. Dalam main burner, terjadi pembakaran yang digunakan untuk memanaskan tube berisi gas alam (radiant section). Panas sisa pembakaran radiant section kemudian memasuki convection section untuk memanasi: •

Air umpan boiler bertekanan tinggi dari pompa BFW G-1005 di Heat exchanger E-1001 AB

•

Gas proses (gas alam yang dicampur dengan hidrogen sebelum masuk unit desulfurisasi) di E-1002/1 AB dan E-1002/2 ABCD

•

Udara proses dari kompresor udara G-1003 di E-1003 ABCD (sebelum masuk ke secondary reformer)

•

Gas umpan primary reformer di E-1004 ABCD

•

Membuat steam HP dari steam drum F-1001 di E-1005/1 AB dan E-1005/2 AB

•

Membuat superheated steam dari steam drum F-1001, F-1101, serta tambahan air umpan boiler dari pompa G-1005 di E-1006/1 AB dan E-1006/2 AB. Selanjutnya steam tersebut akan sebagai heater di E-1010 dan E-1101.

3.2.2

Secondary Reformer

Fungsi dari secondary reformer dalam persiapan bahan baku sintesis amonia adalah sebagai berikut: •

Menyiapkan nitrogen umpan sintesis amonia yang berasal dari udara. Udara dimasukkan ke dalam secondary reformer bersamaan dengan reformed gas dari primary reformer, kemudian dihilangkan senyawa-senyawa yang tidak dibutuhkan dalam udara, terutama oksigen.

32


•

Menyempurnakan reaksi dari primary reformer.

•

Mempersiapkan rasio antara hidrogen dengan nitrogen, sedemikian hingga perbandingan molnya 3:1 saat mencapai ammonia converter.

Reaksi yang dominan terjadi pada secondary reformer adalah reaksi pembentukan air. Reaksi pembentukan air dalam unit ini bertujuan untuk menghilangkan oksigen yang ada dalam udara proses. Oksigen akan bereaksi dengan hidrogen membentuk air, dengan persamaan seperti berikut: 2 H2 + O2

↔

2H2O ; H = – 115,6 kcal / mol

Selain reaksi pembentukan air, terjadi pula reaksi steam reforming lanjutan. CH4 + H2O ↔ CO + 3H2O ; ∆H = + 49,28 kcal / mol. CO + H2O ↔ CO2 + H2 ; ∆H = – 8,5 kcal / mol. Reaksi steam reforming lanjutan selain untuk mengkonversikan metana yang belum terkonversi, juga untuk mereduksi panas yang dihasilkan oleh pembakaran air agar panas dalam secondary reformer tidak berlebih. o

Temperatur maksimum secondary reformer adalah 1010 C untuk menghindari deaktivasi katalis, karena temperatur yang tinggi dapat menyebabkan sintering (katalis kehilangan permukaan aktifnya karena memadat atau karena munculnya kristal-kristal bulk material) dan peleburan penyangga. Penyangga yang digunakan dalam secondary reformer adalah alumina ball, yang diletakkan di bagian atas dan bawah katalis, untuk mencegah katalis terkena ledakan reaksi pembentukan air secara langsung. Keluaran secondary reformer diharapkan sebagai berikut: Tabel 3. 2 Komposisi keluaran secondary reformer

Komponen

Komposisi (%)

H2

55,57

N2

22,47

CO

13,25

CO2

7,96

CH4

0,49

Ar

0,27

33


Uraian Proses Udara proses dari kompresor udara G-1003 bertekanan 38,45 bar dan temperatur o

240 C dipanaskan di penukar panas E-1003 ABCD menggunakan panas sisa o

pembakaran primary reformer hingga bersuhu 478 C. Laju alir udara yang masuk ke secondary reformer diatur sehingga memenuhi kriteria 3:1 untuk umpan H 2:N2 di ammonia converter. Oksigen yang terkandung dalam udara proses kemudian o

bereaksi dengan hidrogen dalam gas proses (bersuhu 812 C) di dalam secondary reformer D-1002. Reaksi pembentukan air tersebut melepaskan panas hingga o

temperatur menjadi 1000-1100 C. Panas yang dihasilkan kemudian digunakan untuk menyempurnakan reaksi pembentukan steam (lanjutan dari primary reformer) dengan katalis Ni. Gas keluaran secondary reformer memiliki o

konsentrasi metana sebanyak 0,49% dan bersuhu 949 C. Katalis Ni cenderung akan mengalami degradasi bila terkena suhu yang terlampau tinggi. Untuk itu, katalis dilindungi oleh alumina ball pada bagian atas dan bawah unggun katalis agar ledakan yang terjadi akibat reaksi pembentukan air tidak langsung mengenai katalis. Agar tidak terjadi panas yang berlebihan pada reaktor, dinding bagian luar reaktor dialiri oleh cooling water secara terbuka dan terus-menerus. Cooling water dipompakan dari heat exchanger E-1007 ke dinding reaktor, kemudian kembali lagi ke E-1007 untuk ditukar panasnya dengan air laut.

3.3

Unit CO Shift Conversion

Unit CO shift conversion bertujuan untuk menghilangkan CO di dalam aliran gas umpan, karena CO merupakan racun katalis di ammonia converter, namun tidak bisa diserap langsung oleh unit CO 2 removal sehingga CO harus direaksikan dahulu membentuk CO 2 melalui persamaan reaksi: CO + H2O ↔ CO2 + H2 ; ∆H = – 9.775 kcal/mol Reaksi shift conversion adalah reaksi eksotermis yang secara teori akan mengalami penurunan kesetimbangan bila temperatur operasi ditingkatkan. Secara termodinamika,

konversi

reaksi

shift

conversion

akan

meningkat

bila

diselenggarakan dalam temperatur rendah. Namun secara kinetika, temperatur yang rendah akan mengakibatkan laju reaksi yang rendah pula. Maka dari itu, unit

34


CO shift conversion dibagi menjadi dua unit reaktor bertemperatur rendah dan tinggi, agar hasil optimum dari pelucutan CO dapat tercapai. Reaksi yang terjadi pada kedua unit ini sama, namun dalam kondisi operasi yang berbeda. Unit utama CO Shift Conversion terdiri atas High Temperature Shift Converter (HTSC) dan Low Temperature Shift Converter (LTSC). Desain awal dari pabrik Kaltim-1, yaitu konsep pabrik terapung, mengharuskan desain pabrik yang padat dan compact, sehingga unit HTSC dan LTSC dijadikan satu tower. Namun walau dijadikan satu tower, aliran dari HTSC tidak serta merta langsung masuk ke dalam LTSC. Aliran keluaran HTSC keluar melalui pipa bagian tengah tower, masuk ke Heat exchanger , baru kemudian masuk kembali ke tower CO shift conversion

untuk menjadi umpan LTSC.

3.3.1

High Temperature Shift Converter (D-1003)

Unit High Temperature Shift Converter (HTSC) D-1003 terdiri atas bed katalis Fe dengan kadar kemurnian 90-95%. Selain itu, terdapat pula CrO sebanyak 5-10% sebagai penyangga katalis untuk memperpanjang waktu pakai dari katalis tersebut. Reduksi katalis FeO (bentuk nonaktif dari Fe) dilakukan dengan cara mengalirkan gas proses (karbon monoksida dan hidrogen) ke dalam bed dengan o

o

suhu di atas 200 C. Suhu aliran gas harus di atas 200 C agar tidak terjadi kondensasi steam yang dapat membuat konversi tidak optimum. Reaksi reduksi katalis Fe adalah sebagai berikut. 3Fe2O3 + H2 ↔ 2Fe3O4 + H2O 3Fe2O3 + CO ↔ 2Fe3O4 + CO2 2CrO3 + 3H2 ↔ Cr2O3 + 3H2O 2CrO3 + 3CO ↔ Cr2O3 + 3CO2 Senyawa-senyawa yang dapat meracuni katalis antara lain: •

Halida

•

Arsenik

•

Fosfor

•

Silika

35


•

Deposit Karbon. Deposit karbon dapat dihilangkan sementara dengan regenerasi menggunakan steam yang mengandung 1-2% Oksigen pada o

temperatur 450 C. •

COS. Senyawa COS dapat membentuk H 2S bila bertemu dan bereaksi dengan air, maka dari itu dicegah terjadinya kondensasi steam.

•

H2S. H 2S dengan kandungan yang cukup tinggi dapat menyebabkan turunnya aktivitas katalis sementara, karena senyawa aktif Fe 3O4 akan bereaksi dengan H2S dan H 2 dengan reaksi sebagai berikut: Fe3O4 + 3H2S + H2 ↔ 3FeS + 4H 2O

Komposisi keluaran HTSC yang diharapkan adalah: Tabel 3. 3 Komposisi keluaran HTSC

Komponen

Komposisi (%)

H2

59,43

N2

20,51

CO

3,39

CO2

15,96

CH4

0,45

Ar

0,2

Uraian Proses Reformed gas keluaran secondary reformer masuk ke transfer line menuju waste heat boiler E-1007. Dalam heat exchanger , panas dari reformed gas digunakan o

untuk membuat steam, sehingga temperatur keluaran gas hanya berkisar 370 C. Reformed gas kemudian masuk ke HTS D-1003 dan terjadi reaksi konversi sebagian CO dalam reformed gas menjadi CO 2 di dalam reaktor, sehingga gas o

akan keluar dengan suhu 434 C.

3.3.2

Low Temperature Shift Conversion

Unit LTSC memiliki bed katalis Cu, yang dapat direduksi menggunakan hidrogen atau karbon monoksida. Pada prakteknya, reduksi katalis lebih sering menggunakan hidrogen karena:

36


•

Reaksi reduksi dengan karbon monoksida sangat eksotermis, sehingga sulit dikontrol.

•

Gas hidrogen lebih mudah diperoleh

•

Bila menggunakan karbon monoksida, dapat memungkinkan terjadinya reaksi metanasi atau sintesis metanol dalam unit LTSC. o

Temperatur operasi dalam LTSC dijaga maksimum 260 C, karena bila melebihi nilai tersebut, Cu akan mengalami sintering. Umur katalis unit LTSC tergantung pada ada tidaknya sintering, serta keberadaan senyawa sulfur, klorida, atau kondensat steam. Unit LTSC memiliki dua bed katalis Cu di dalam reaktornya. Bed yang atas (paling pertama) dijadikan korban bila ada senyawa sulfur atau klorida naik ke umpan LTSC, agar bed kedua tidak mengalami kerusakan pada katalisnya. Komposisi yang diharapkan keluar dari LTSC mengandung:

Tabel 3. 4 Tabel Komposisi Keluaran LTSC

Komponen

Komposisi (%)

H2

60,67

N2

19,89

CO

0,23

CO2

18,53

CH4

0,44

Ar

0.24

Uraian Proses Reformed gas keluaran HTS D-1003 di-split menjadi dua aliran, satu aliran digunakan untuk memanaskan clean gas yang akan masuk ke metanator di heat exchanger E-1008, aliran lainnya digunakan untuk membuat steam bertekanan

80 bar dengan air umpan boiler dari drum F-1001 di heat exchanger E-1009. o

Setelah menjadi pemanas, aliran reformed gas digabung kembali (suhu 341,5 C ) kemudian digunakan untuk memanaskan air umpan boiler di preheater E-1010 o

sebelum memasuki LTS D-1004 pada 197 C. Reaksi konversi CO dilanjutkan di o

reaktor LTS ini hingga temperatur gas keluaran 222 C.

37


3.4

Unit CO2 Removal

Setelah keluar dari unit CO Shift Conversion, aliran gas masuk ke dalam unit CO 2 removal sebelum masuk ke metanator. Sedapat mungkin CO 2 dalam aliran gas umpan dihilangkan hingga hanya tersisa maksimum 0,1%. CO 2 dalam aliran gas dihilangkan dengan cara mengontakkan aliran gas dengan absorben pada kondisi operasi tertentu. Absorben yang digunakan adalah larutan benfield/karbonat yang mengandung potassium karbonat, DEA (sebagai aktivator), V 2O5 (sebagai zat anti korosi), dan UCON (sebagai zat anti foaming). Tahapan dalam CO 2 removal terbagi atas dua, yaitu absorpsi dan regenerasi. Absorpsi dilakukan untuk menghilangkan CO 2 dari aliran gas umpan sintesis. o

Absorpsi berlangsung pada tekanan 27 bar dan temperatur 96 C . Sedangkan regenerasi dilakukan untuk mendaur ulang larutan karbonat agar dapat digunakan kembali. Proses regenerasi dilakukan menggunakan steam, pada tekanan operasi o

0,5 bar dan temperatur 116 C. Proses absorpsi dilangsungkan dengan mereaksikan karbonat dengan karbon dioksida dalam aliran gas, sebagai berikut: K2CO3 (l) + H2O (l) + CO2 (g)

→

2KHCO3 (l) + panas (Q)

Untuk memindahkan gas karbon dioksida dari aliran gas umpan ke larutan karbonat, reaktan gas harus terlarut dalam reaktan cair, agar reaksi dapat berlangsung dengan baik. Maka dari itu proses absorpsi harus diselenggarakan pada tekanan yang tinggi dan temperatur yang rendah, sehingga gas akan mudah terlarut dalam cairan. Absorben karbon dioksida, yaitu potassium karbonat, juga butuh diaktivasi agar dapat mengikat karbon dioksida, serta menurunkan tekanan parsial karbon dioksida. Aktivator yang digunakan adalah DEA (R 2NH) dengan reaksi deaktivasi seperti berikut: R2NH + CO2 → R2NCOOH R2NCOOH + K2CO3 + H2O → 2KHCO3 + R2NH –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– CO2 + K2CO3 + H2O → 2 KHCO3 Proses regenerasi adalah kebalikan dari absorpsi, bila dilakukan dalam kondisi operasi yang mendukung, yaitu pada tekanan rendah dan temperatur tinggi.

38


Temperatur tinggi dan tekanan yang rendah menyebabkan gas sulit terlarut dalam cairan sehingga karbon dioksida akan terlepas dari absorben, kemudian mengikuti aliran steam. Temperatur yang tinggi disuplai dari steam yang masuk melalui bagian bawah regenerator. Untuk memperluas bidang kontak, bed dalam kolom absorber dan regenerator diisi dengan pall ring, sehingga kemungkinan terjadinya kontak lebih besar. Tekanan vakum dalam regenerator dijaga dengan memasang ejektor guna menurunkan tekanan dalam regenerator menggunakan steam. Steam tersebut juga digunakan untuk menghisap karbon dioksida yang masih lolos dan masuk ke flash drum. Larutan Benfield

Larutan benfield, atau larutan pengikat karbon dioksida di absorber, mengandung sebagian besar senyawa potasium karbonat. Selain potasium karbonat, larutan absorben juga mengandung DEA, vanadium pentaoksida, UCON, dan sebagian kecil potasium bikarbonat. Komposisi rancangan dari larutan benfield adalah sebagai berikut: Tabel 3. 5 Komposisi larutan Benfield desain

Komponen

Komposisi

K2CO3

30%-w

DEA

3%-w

V2O5

0,8%-w

UCON

50 cc/shift

KHCO3

0

Absorben akan menyerap gas karbon dioksida dengan optimum bila konsentrasi potasium karbonat dalam absorben berjumlah dua kali lipat konsentrasi potasium bikarbonat. Pada pengoperasian normal, komposisi larutan benfield adalah sebagai berikut: Tabel 3. 6 Komposisi larutan Benfield aktual

Komponen

Komposisi

K2CO3

27,5%-w

DEA

2,5%-w

V2O5

0,5-0,8%-w

39


UCON

50 cc/shift

KHCO3

13%-w

Seberapa efektif larutan absorben dapat menyerap karbon dioksida dapat diukur menggunakan FC (Fraction Conversion) atau yang biasa disebut efektivitas penyerapan. Besarnya efektivitas penyerapan bergantung pada persamaan berikut:

  = 1 −  +0,691   FC menggambarkan berapa jumlah potasium karbonat yang terkonversi menjadi potasium bikarbonat usai menyerap gas karbon dioksida. Untuk larutan benfield yang telah jenuh usai menyerap karbon dioksida dari aliran gas umpan, yang biasa disebut rich solution, memiliki nilai FC sekitar 0,82-0,91, sedangkan larutan benfield yang siap dijadikan absorben memiliki nilai FC ekitar 0,25-0,4. Kemampuan larutan dalam menyerap CO 2 disebut sebagai carrying capacity.

 =  −  Pada dasarnya, larutan karbonat tidak akan menyebabkan korosi pada bahan logam. Namun, KHCO3 yang terkandung di dalam larutan karbonat bersifat korosif, sehingga dapat menyebabkan terjadinya korosi pada material logam yang dilaluinya. Korosi terjadi akibat tidak adanya lapisan pelindung (passive layer) yang melapisi permukaan bahan logam. Untuk itu, dalam larutan karbonat ditambahkan zat anti korosi, V 2O5, yang akan membantu terbentuknya passive layer pada permukaan logam yang dilalui larutan karbonat. V2O5 akan mengoksidasi besi pada permukaan bahan, sehingga membentuk Fe 3O4 -

yang merupakan lapisan pasif dan menghalangi Fe bereaksi dengan ion HCO 3 . Lapisan pasif dapat rusak bila mengalami hantaman keras atau terkikis oleh endapan bikarbonat di atasnya. Terjadinya korosi dapat terindikasi dari meningkatnya konsentrasi Fe dan menurunnya konsentrasi ion V pada larutan keluaran. Konsentrasi Fe dalam larutan dibatasi hanya sebesar 100 ppm. Ion bikarbonat mudah mengalami pengendapan dan solidifikasi pada temperatur rendah, yang dapat mengakibatkan pengerakan pada line karbonat. Untuk menjaga agar larutan tidak mengendap, maka temperatur larutan dijaga di atas titik jenuhnya. Untuk penyimpanan, larutan karbonat harus diturunkan terlebih dahulu nilai FC-nya yaitu dengan proses regenerasi.

40


Selain korosi dan pengendapan, larutan benfield juga dapat mengalami pembusaan atau foaming. Foaming dapat terjadi akibat impurities di dalam larutan, seperti suspended solid, hydrocarbon terlarut, hasil degradasi DEA, corrosion inhibitor, anti foam, dan oil/grease. Terjadinya foaming dapat diindikasi dari beberapa gejala berikut: -

Beda tekanan yang tinggi

-

Terdapat carry over pada produk CO 2

-

Meningkatnya CO2 leak

-

Hunting pada indikasi level

Foaming dapat dicegah dengan mengalirkan larutan karbonat ke dalam saringan mechanical filter secara terus-menerus. Carbon filter sesekali juga diperlukan untuk menyaring hidrokarbon, oli, dan grease yang terakumulasi di dalam larutan karbonat. Clean gas outlet absorber (setelah penyerapan CO 2 oleh absorben) diharapkan memiliki komposisi sebagai berikut. Tabel 3. 7 Komposisi gas keluaran absorber

Komponen

Komposisi (%)

H2

74,38

N2

24,41

CO

0,28

CO2

0,1

CH4

0,53

Ar

0.29

CO2 yang diserap oleh absorben kemudian dilepaskan lagi dari larutan karbonat pada unit regenerator. CO 2 yang telah dilepas dari regenerator fine regenerator D1053 akan masuk ke bagian bawah D-1052 kemudian akan bergabung dengan CO2 yang dilepas dari bulk absorber D-1052. CO 2 tersebut kemudian dikirim ke pabrik urea dengan spesifikasi: Tabel 3. 8 Spesifikasi produk CO 2

Komponen

Komposisi (%)

H2

0,95

N2

0,17

41


98,87

CO2

Uraian Proses Gas keluaran LTS D-1004 dengan kandungan CO 2 sebesar 18,8% dialirkan menuju heat exchanger E-1055 untuk membuat steam bertekanan rendah dengan kondensat yang didapat dari G-1059. Gas kemudian dipisahkan dari kondensatnya di separator F-1058, setelah itu dilewatkan ke heat exchanger E-1050 AB untuk memanaskan larutan benfield dari flash tank F-1063. Kondensat hasil penukaran panas tersebut dipisahkan dalam separator F-1051 sehingga menghasilkan gas o

bertekanan 27,4 bar dan suhu 125 C. Low Temperature (LT) gas dari F-1051 masuk ke dalam bulk absorber D-1050 melalui aliran bagian bawah absorber. Dalam bulk absorber, gas akan mengalami kontak dengan larutan benfield/karbonat dari arah yang berlawanan (countercurrent) dengan laju alir 1900 kg/jam, sehingga CO 2 dalam gas akan terserap masuk ke dalam larutan karbonat. Keluar dari bulk absorber D-1050, LT gas o

masuk ke bagian bawah fine absorber D-1051 pada temperatur 103 C, kemudian CO2 dalam gas diserap lagi menggunakan larutan lean carbonat dari D-1053 (laju o

alir 308 kg/jam). Clean gas keluaran fine absorber D-1051 dengan suhu 96 C, tekanan 27,1 bar, dan konsentrasi CO 2 kurang dari 0,1% masuk ke dalam separator F-1050 A. Kondensatnya masuk ke dalam drum F-1057, sedangkan gasnya dipisahkan lagi di separator F-1050. Clean gas dari F-1050 baru kemudian masuk ke unit metanasi.

Regenerasi Larutan Benfield

Larutan benfield yang telah digunakan untuk menyerap CO2 di absorber D-1050 o

(larutan rich solution) dengan temperatur 116 C dan tekanan 27,4 bar masuk ke bagian atas bulk regenerator D-1052. Sebelum masuk ke dalam bulk regenerator D-1052, rich solution diturunkan tekanannya dengan melewatkan ke hidraulic expansion turbine GE-1051 ABR, atau di-flash menggunakan control valve HV1051 IC. Energi hasil turbin digunakan untuk menggerakkan pompa larutan karbonat semi lean G-1051 ABR.

42


Di dalam bulk absorber D-1052, rich solution di-stripping menggunakan steam bertekanan rendah yang telah melalui ejektor semi lean flash tank F-1063. CO2 yang telah dilucuti dari rich solution keluar dari atas D-1052 menuju kondensor E1052 AB. Sebagian besar larutan keluaran D-1052 di-flash di semi lean flash tank F-1063, yang dilengkapi dengan 4 buah ejektor steam. Steam yang melalui ejektor akan membuat tekanan dalam tangki turun secara bertahap, karena aliran steam yang melalui ejektor menghisap gas CO2 dalam larutan dan membawanya ke bulk regenerator D-1052. Semi lean flash tank F-1063 menghasilkan larutan benfield dengan FC yang lebih rendah. Sisa rich solution dari D-1052 di-stripping kembali di fine regenerator D-1053 menggunakan steam keluaran reboiler E-1050 AB (umpan boiler didapat dari kondensat regenerator D-1053) dan pemanas tambahan dari steam bertekanan rendah di heat exchanger E-1054. Semi lean solution dari flash tank F-1063 kemudian dipompa oleh G-1050 ABR, lalu pompa G-1051 ABR ke bagian atas bulk absorber D-1050 untuk digunakan sebagai absorben reformed gas. Sedangkan untuk semi lean solution dari D-1053 dipompa oleh G-1055, lalu didinginkan di heat exchanger E-1051 menggunakan o

air laut hingga suhu 96 C. Selanjutnya larutan dipompa ke bagian atas fine absorber D-1051 oleh pompa G-1056 AR. Larutan benfield yang telah digunakan sebagai absorber di D-1051, lalu bergabung dengan aliran semi lean solution yang menuju D-1050 dibantu oleh pompa G-1057 AR.

CO2 Removal OVHD Section

CO2 dari bulk regenerator D-1052 bertekanan 0,4 bar dan suhu 104

o

C

didinginkan di kondensor E-1052 AB menggunakan cooling water, kemudian masuk ke dalam separator F-1052 untuk memisahkan kondensat dengan gas. Gas kemudian didinginkan kembali di E-1053 AB menggunakan air laut, lalu dipisahkan kembali antara gas dan kondensat pada separator F-1053. Kondensat hasil pendinginan di separator F-1052 dan F-1053 ditampung di tangki kondensasi F-1054 untuk kemudian didistribusikan sebagai refluks penjaga level di regenerator D-1053, seal water, dan air umpan boiler di E-1055. Sedangkan untuk gas CO2 keluaran separator F-1053, kembali masuk ke separator F-1059 untuk memisahkan kondensat yang masih terbawa aliran gas.

43


Kondensat dibuang ke sewer, sedangkan gas CO2 dicampur dengan udara dari blower??? K-101 lalu dikirim ke pabrik urea menggunakan kompresor G-1063. CO2 bersih juga digunakan sebagai tie-in dengan POPKA, dan sisanya dibuang ke atmosfir.

3.5

Unit Metanasi

Dalam unit metanasi, terjadi reaksi pembentukan metana, atau reaksi yang berkebalikan dengan reaksi steam reforming (dalam primary dan secondary reformer). Pembentukan metana dalam aliran umpan gas bertujuan untuk mengkonversi seluruh gas CO dan CO 2 yang masih tersisa, karena gas CO dan CO2 tersebut merupakan racun katalis ammonia converter. Metana yang dihasilkan akan bertindak sebagai gas inert dalam aliran umpan ammonia, hanya berpengaruh pada tekanan umpan tetapi tidak berpengaruh apapun pada reaksi. Reaksi yang terjadi pada unit metanator D-1005 adalah: (1) CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O ; ∆H = – 49,3 kcal/mol (2) CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O ; ∆H = – 39,5 kcal/mol Reaksi yang terjadi pertama kali adalah reaksi antara karbon monoksida dengan hidrogen. Setelah konsentrasi CO dalam aliran hanya bersisa sekitar 200-300 ppm, baru kemudian reaksi antara karbon dioksida dan hidrogen akan terjadi. Gas CO2 lebih sulit diubah dibanding CO, sehingga reaksinya pun akan terjadi belakangan. Katalis yang digunakan pada unit metanator adalah nikel, yang dapat terdeaktivasi o

bila temperatur operasi terlalu tinggi. Tekanan operasi dijaga sekitar 280-330 C dengan mengatur laju pertukaran panas di HE E-1011 dan E-1008. o

Umpan inlet metanator dijaga dengan temperatur 10-20 C lebih tinggi dari kondisi normal. Hal ini dimaksudkan agar laju reaksi akan meningkat dan dapat menurunkan konsentrasi oksida karbon keluaran unit metanator. Namun temperatur tersebut juga tidak boleh terlalu tinggi (dapat mengakibatkan deaktivasi katalis). Bila temperatur atau kandungan oksida karbon masukan terlalu tinggi, suplai gas harus distop, kemdian tekanan diturunkan hingga mencapai tekanan atmosfir. Bila konsentrasi keluaran oksida karbon masih tinggi, temperatur umpan harus dinaikkan.

44


Uraian Proses Clean gas dari CO2 removal (konsentrasi CO = 0,28%, konsentrasi CO2 = 0,1%, o

T = 96 C, P = 27,1 bar) dipanaskan di heat exchanger E-1011 AB hingga bersuhu o

250 C. Clean gas kemudian dipanaskan lagi oleh produk HTS D-1003 di heat o

o

exchanger E-1008 hingga suhunya mencapai 290 C. Dengan suhu 290 C, clean

gas masuk ke metanator D-1005 (katalis Ni), dan keluar dari metanator dengan suhu 315

o

C. Gas keluaran metanator (kemudian disebut syngas) didesain

mengandung CO dan CO2 maksimal 10 ppm, dan kandungan metan 1%. Syngas dari metanator D-1005 masuk ke dalam heat exchanger E-1011 AB untuk memanaskan clean gas umpan, sehingga suhu syngas turun mencapai 162

o

C.

Syngas digunakan kembali sebagai pemanas air demin di E-1012 hingga suhunya o

90 C. Selanjutnya syngas didinginkan di heat exchanger E-1013 oleh air laut o

hingga bersuhu 38 C. Syngas dari E-1013 kemudian masuk ke dalam separator F-1002 dan F-1003 secara seri untuk menghilangkan kondensat yang terbawa, kemudian dengan tekanan 25 bar, syngas masuk ke dalam suction syngas compressor G-1101 sebagai gas make-up umpan sintesis amonia.

3.6

Unit Sintesis Amonia

Unit sintesis amonia terdiri atas satu unit ammonia converter D-1101 yang memiliki 2 unggun katalis Fe beroperasi pada tekanan 243 bar dan suhu 192o

428 C. Reaksi yang terjadi dalam unit ammonia converter adalah sebagai berikut. N2 + 3H2 ↔ 2NH3 ; ∆H = –11 kal/mol Konversi dari reaksi tersebut hanya sekitar 17%, maka dari itu reaktan yang belum terkonversi di dalam reaktor, nantinya akan dipisahkan dengan produk, dicampur dengan reaktan baru, kemudian dikembalikan ke dalam ammonia converter. Kondisi yang mempengaruhi reaksi pembentukan amonia antara lain: 1. Temperatur. Temperatur optimum untuk reaksi sintesis amonia adalah sekitar o

400-500 C. Walau reaksi sintesis amonia adalah reaksi eksotermik yang konversinya tinggi pada temperatur rendah, namun laju reaksinya akan

45


menurun bila diselenggarakan pada temperatur rendah. Maka dari itu, temperatur optimum reaksi disesuaikan dengan rentang temperatur keaktifan katalis. 2. Tekanan. Tekanan operasi harus tinggi, karena jumlah total koefisien reaktan lebih tinggi dari jumlah koefisien produk. Tekanan dapat meningkat bila: a. Menambah make-up syngas b. Menaikkan jumlah inert c. Rasio antara hidrogen dan nitrogen dijaga lebih kecil dari 2,5 atau lebih besar dari 3,5. d. Konsentrasi amonia di ammonia converter meningkat e. Turunnya aktivitas katalis akibat teracuni atau faktor umur. 3. Rasio H2 /N2. Rasio harus kurang dari 3 (nitrogen harus berlebih) karena nitrogen lebih sulit berdifusi ke dalam permukaan aktif katalis sehinga diperlukan tekanan berlebih untuk penetrasi nitrogen ke katalis. 4. Keaktifan katalis. Keaktifan katalis dipengaruhi oleh senyawa-senyawa oksida (CO, CO2, H 2O) yang mungkin terkandung dalam aliran umpan, yang dapat meracuni katalis. Selain itu kandungan sulfur yang mungkin masuk ke aliran melalui kebocoran oli dapat menutupi permukaan aktif katalis. Senyawa lain yang dapat meracuni katalis adalah Cl, yang ada dalam pelumas. Temperatur yang terlalu tinggi juga dapat mengakibatkan katalis mengalami destrukturisasi. 5. Konsentrasi amonia di umpan konverter. Berdasarkan asas Le Chatelier, semakin tinggi konsentrasi produk, kesetimbangan akan bergeser ke kiri. Maka dari itu, semakin tinggi konsentrasi amonia yang masuk ke dalam konverter, reaksi yang terjadi malah sebaliknya dan amonia akan kembali menjadi gas hidrogen dan nitrogen. Konsentrasi yang disarankan adalah sebesar 3%. Bila konsentrasi amonia lebih dari 3%, maka sistem pendinginan harus diperbaiki, flow sirkulasi pun diturunkan dengan menambah laju alir purge gas. 6. Kandungan inert. Kandungan inert yang tinggi dapat menurunkan konversi reaksi karena menurunkan tekanan efektif reaksi (P parsial hidrogen dan nitrogen).

46


Katalis Fe di dalam konverter dibagi atas dua unggun, unggun pertama bervolume 3

3

15,5 m sedangkan yang kedua berkapasitas 41,9 m . Promotor katalis yang digunakan adalah Ca, Al, dan K. Reduksi katalis berlangsung pada suhu 370o

475 C dengan reaksi: Fe3O4 + H2 → Fe + 2 H2O Reaksi sintesis amonia berlangsung di dalam kedua bed tersebut. Temperatur o

o

umpan masuk bed pertama adalah 357 C kemudian keluar pada suhu 520 C. Sebelum masuk ke dalam bed kedua, aliran gas didinginkan dahulu di interbed o

cooler hingga 410 C untuk mencegah turunnya konstanta kesetimbangan. Aliran o

gas keluar bed kedua pada suhu 470 C.

Uraian Proses Make-up Syngas

Syngas dari unit metanasi dicampur dengan hidrogen dari HRU (Hidrogen Recovery Unit) lalu dikompresi dengan syngas compressor G-1101 hingga bertekanan 243 bar. Campuran syngas dan hidrogen tersebut masuk ke dalam synloop dan bercampur dengan recycle ammonia dingin keluaran heat exchanger E-1106. Campuran syngas tersebut masuk ke dalam chiller E-1107 untuk mengembunkan uap amonia, yang kemudian dipisahkan (antara gas dan kondensat) di ammonia secondary separator S-1102. Gas hasil separasi S-1102 digunakan untuk mendinginkan outlet ammonia converter di heat exchanger E1106 dan E-1104. Syngas lalu masuk ke circulator syngas compressor G-1101 dan dikompresi hingga bertekanan 256 bar. Syngas kemudian dipanaskan hingga 187 o

C di heat exchanger E-1102, baru masuk sebagai umpan ammonia converter.

Synthesis Loop

47


Gambar 3. 2 Penampang ammonia converter

Inlet syngas yang masuk ke dalam ammonia converter dibagi menjadi ti ga macam aliran, yaitu aliran main inlet, cold shot, dan quench. a. Aliran main inlet masuk ke dalam ammonia converter, kemudian melewati annulus di antara basket dan pressure vessel untuk mendinginkan dinding vessel, kemudian masuk ke dalam shell side lower heat exchanger , untuk mendinginkan gas produk sintesa amonia yang telah terbentuk. Setelah mendinginkan gas produk, aliran main inlet bergabung bersama aliran cold shot lalu mengalir ke bed pertama melalui line tengah reaktor. b. Aliran cold shot masuk dari bagian bawah ammonia converter melalui aliran tengah reaktor, bergabung dengan aliran main inlet kemudian naik terus ke atas sambil mendinginkan gas produk. Aliran cold shot keluar dari tube, kemudian masuk ke dalam bed pertama untuk bereaksi.

48


c. Aliran quench, masuk ke dalam tube interbed heat exchanger di bagian atas reaktor untuk mendinginkan gas produk hasil bed pertama, baru kemudian bersatu dengan aliran umpan main inlet dan cold shot menuju bed pertama. Syngas masuk ke dalam bed pertama, kemudian bereaksi membentuk amonia. Gas produk beserta syngas yang belum bereaksi kemudian mengalir melalui shell side interbed heat exchanger , didinginkan oleh aliran syngas dari quench. Aliran gas produk lalu masuk ke dalam bed kedua untuk mereaksikan reaktan-reaktan yang belum bereaksi, setelah itu melalui lower heat exchanger untuk didinginkan menggunakan aliran main inlet dan cold shot, baru keluar dari ammonia converter. o

Gas keluaran ammonia converter D-1101 bersuhu 416 C didinginkan berturutturut menggunakan heat exchanger E-1101 A, E-1101, E-1102, E-1103, E-1104, o

chiller E-1105 hingga mencapai suhu akhir 25,8 C. Keluar dari chiller E-1105, gas masuk ke dalam separator S-1101 untuk memisahkan antara gas dan kondensat. Gas yang tidak terkondensasi di-split menjadi dua aliran. Satu aliran didinginkan di heat exchanger E-1106 kemudian dicampur dengan make-up syngas dari syngas compressor G-1101. Campuran recycle gas dan make-up syngas didinginkan kembali di E-1107, kemudian dimasukkan kembali ke separator S-1102, untuk memisahkan antara gas dan kondensat. Gas yang tidak terkondensasi akan mengikuti sirkulasi make-up syngas, sedangkan gas yang terkondensasi dialirkan ke Low Pressure Ammonia Collector S-1104.

Pemisahan Amonia

Amonia cair hasil kondensasi dan separasi di separator S-1101, S-1102, S-1103, diekspansi kemudian ditampung ke dalam ammonia collector S-1104, untuk dipisahkan kembali gas dengan kondensatnya. Produk amonia cair dari S-1104 dan S-1105 dikirim ke pabrik urea oleh pompa G-1103 AB. Sebelum dikirim ke pabrik urea, amonia cair dijadikan pendingin terlebih dahulu di E-1115 hingga o

bersuhu 18 C dan tekanan 25,5 bar.

Pengurangan Gas Inert dan Pengambilan Kembali Amonia

49


Cabang aliran yang lain dari hasil kondensasi separator S-1101 dialirkan ke dalam chiller E-1108, kemudian dipisahkan gas dengan kondensatnya di separator S1103. Amonia yang terkondensasi dialirkan ke aliran amonia cair hasil separasi S1101. Flash gas dari separator S-1104 didinginkan di chiller E-1109 kemudian dipisahkan di S-1105. Kondensat tersebut kemudian dialirkan ke aliran S-1104. Sedangkan purge gas dari S-1103 dan flash gas dari S-1105 dikirim ke HRU, yang nantinya akan menjadi suction compressor G-1101 dan umpan hidrogenator.

3.7

Unit Refrigerasi Amonia

Terdapat tiga jenis pendingin yang dihasilkan pada unit refrigerasi amonia. •

o

Pendingin 11,2 C Amonia dari akumulator F-1104 bertekanan 16,4 bar dan suhu 42

o

C

didinginkan di HE E-1116 oleh residual gas dari S-1103, lalu didinginkan kembali di HE E-1115 oleh amonia cair dari G-1103 (akumulasi separator S1104 dan S-1105). Amonia yang telah didinginkan tersebut diekspansi hingga o

5,5 bar dan bertemperatur 11,2 C, kemudian diguakan sebagai pendingin di chiller E-1105. •

o

Pendingin -9,6 C Amonia cair yang telah menjadi pendingin di E-1105, sebagian diekspansikan o

lagi menjadi bertekanan 1,97 bar dan suhu -9,6 C. Amonia cair tersebut kemudian dijadikan pendingin di chiller E-1107. Uap yang terbentuk dari E1105 dikirim ke F-03-1102. •

o

Pendingin -30 C Sebagian amonia cair dari E-1107 diekspansi hingga 0,22 bar dan temperatur o

-30 C, lalu masuk ke LP Frigofiric ammonia drum F-1101. Di dalam F-1101, amonia cair dari E-1107 dicampur dengan amonia cair dari F-02-1102 dan F03-1102, kemudian dialirkan ke E-1108 dan E-1109 sebagai pendingin uap amonia. Uap amonia yang mengalir ke F-1101 dibawa ke LP Frigofiric Knock Out Drum F-01-1102, kemudian dihisap menuju LP stage compressor G-1102 A o

menghasilkan uap bertekanan 1,97 bar dan suhu 76 C. Uap dicampur uap amonia yang terevaporasi di E-1107 lalu masuk ke MP Frigofiric KO Drum F-02-1102

50


dan dikompresi dengan MP compressor G-1102 B hingga tekanan 5,4 bar dan o

suhu 82 C. Uap didinginkan di inter cooler E-1113 oleh cooling water hingga o

temperaturnya turun ke 43 C, dicampur uap dari E-1105 lalu masuk ke F-031102. Uap kemudian dikompresi di HP compressor G-1102 C hingga tekanan o

16,4 bar dan suhu 194 C, lalu didinginkan di E-1114-2 oleh air laut. Uap amonia kemudian mencair pada suhu 42 didistribusikan sebagai refrigeran.

o

C, dan ditampung di F-1104 untuk

51


4

BAB IV

DESKRIPSI PROSES UREA KALTIM-1

Proses pembuatan urea dimulai dengan umpan amonia dan karbon dioksida dicampur di dalam mixer, tempat larutan karbamat mulai terbentuk. Larutan karbamat kemudian dikonversikan menjadi urea di dalam reaktor. Keluaran dari reaktor mengandung urea sekitar 27,5%. Larutan tersebut kemudian dipekatkan dengan dua tahap resirkulasi, yaitu dengan mengembalikan larutan karbamat ke dalam reaktor, mengambil dan mendaur-ulang amonia yang tidak terkonversi, serta menghilangkan sejumlah air di dalam larutan. Dengan begitu sekitar 71% urea terkonsentrasi dalam larutan. Larutan kemudian dipekatkan lagi dengan menghilangkan amonia dan karbon dioksida yang tersisa dalam larutan menggunakan proses evaporasi. Setelah itu urea melt yang mengandung 99,7% urea di-prill di prilling tower. Sebanyak 1725 ton urea diproduksi per harinya, kemudian sebanyak 400 ton/hari dikirim ke OCI Melamine sebagai bahan baku produksi melamin. Amonia dan karbon dioksida dari OCI Melamine dikembalikan ke pabrik Urea Kaltim-1 dalam bentuk larutan karbamat. Kondensat proses dari unit evaporasi dibersihkan dalam unit desorpsi dan hidrolisis, untuk menghilangkan amonia dan karbon dioksida dalam kondensat. Selanjutnya kondensat proses dibuang dengan konsentrasi amonia dan urea kurang dari 1 ppm. Produk:

Bentuk Urea

: prill

Kandungan Nitrogen : minimal 46,3%-berat

4.1

Kandungan Biuret

: maksimum 0,95%-berat

Kandungan Air

: maksimum 0,3%-berat

Penyiapan Bahan Baku

Bahan baku utama pembuatan urea, yaitu amonia dan karbon dioksida, disuplai ke dalam reaktor melalui unit-unit tersendiri. Amonia diambil dari tangki ammonia storage hasil produksi pabrik amonia. Sedangkan karbon dioksida didapat dari

CO2 compressor yang ada di pabrik amonia Kaltim-1. Pada unit penyiapan umpan karbon dioksida, karbon dioksida dari kompresor amonia dicampur dengan udara, dipisahkan dari kondensat, dikompresi, kemudian dihilangkan hidrogen yang terkandung di dalamnya. Untuk unit penyiapan umpan amonia, proses yang

52


dilewati umpan antara lain pelucutan logam-logam yang terkandung, penambahan tekanan, dan pemanasan.

4.1.1

Penyiapan Umpan Karbon Dioksida

Karbon dioksida yang digunakan sebagai umpan reaksi sintesis urea membawa sejumlah kecil gas inert, yaitu hidrogen, nitrogen, metan, karbon monoksida, dan gas mulia. Sebagai tambahan udara ditambahkan ke dalam umpan gas karbon dioksida untuk melindungi peralatan dari korosi melalui oksigen yang terkandung di dalamnya. Gas-gas inert tersebut sulit untuk dikondensasikan, sehingga akan bercampur dengan gas-gas reaktan yang tidak terkondensasi. Gas-gas yang tidak terkondensasi kemudian akan melalui absorber sehingga amonia dan karbon dioksida akan terserap. Namun, hal ini akan menyebabkan konsentrasi gas-gas inert meningkat dalam campuran gas keluaran absorber. Konsentrasi gas inert yang meningkat, akan menyebabkan kontak antara hidrogen dan oksigen lebih mudah terjadi. Kontak tersebut dapat menyebabkan terjadinya nyala api dan kebakaran. Untuk meminimalisasi bahaya, hidrogen dihilangkan dari umpan karbon dioksida menggunakan oksidasi katalitik untuk menjadi air. Katalis yang digunakan adalah 0,3% platina di dalam alumina. Panas reaksi dari oksidasi hidrogen membuat temperatur karbon dioksida meningkat, sehingga siap untuk dimasukkan ke dalam reaktor sintesis (dibutuhkan reaktan bersuhu tinggi untuk melangsungkan reaksi sintesis urea). Sebelum masuk ke dalam reaktor penyingkiran hidrogen dari gas umpan, campuran gas terlebih dahulu dikompresikan (2 tahap kompresi) untuk mencapai tekanan yang diinginkan dalam sintesis urea. Kompresi bertahap tersebut diselingi dengan pendinginan campuran gas umpan, agar kompresi lebih efisien.

Uraian Proses 2

o

CO2 dari pabrik amonia bertekanan 13-14 kg/cm .g dan temperatur 35-40 C dicampur dengan udara dari blower K-101 AB kemudian masuk ke dalam suction compressor G-1063 dengan kandungan udara excess sebanyak 0,65%. Excess udara bertujuan untuk mempersiapkan oksigen sebagai passive layer di reaktor sintesis.

53


Campuran CO2 dan udara masuk ke dalam Knock Out Drum S-2101 untuk dipisahkan antara kondensat dan gasnya. Gas kemudian dikompresi di K-2102 2

o

stage pertama hingga bertekenan 60-64 kg/cm .g dan suhu 230-240 C. Setelah itu, campuran gas dan udara didinginkan terlebih dahulu di HE E-2108 dengan o

cooling water hingga suhu 40-45 C sebelum dimasukkan kembali ke kompresor stage kedua yang akan mengompresi campuran gas dan udara hingga bertekanan 2

188 kg/cm .g. Usai dikompresi, campuran udara dimasukkan ke dalam reaktor hydrogen converter R-101 untuk menghilangkan hidrogen melalui reaksi oksidasi katalitik berikut. H2 (g) + O2 (g) → H2O (g) + Q (panas) o

Gas CO2 keluar dari converter R-101 dengan suhu 222 C dan kandungan oksigen 0,6%. Gas CO2 kemudian diumpankan ke mixer M-2201 sebagai bahan baku pembuatan urea di reaktor R-2201.

4.2

Penyiapan Umpan Amonia

Amonia yang menjadi bahan baku sintesis urea adalah amonia cair yang berasal dari Heater E-2115, dan hasil kondensasi gas-gas amonia hasil daur ulang proses. Sama halnya seperti umpan gas karbon dioksida, amonia juga harus dipanaskan terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam reaktor sintesis. Pemanasan umpan amonia ini menggunakan steam bertekanan rendah serta kondensat steam. Sebelum dipanaskan, umpan amonia masuk ke dalam magnetic filter untuk menyaring logam-logam sehingga tidak terbawa ke aliran umpan.

Uraian Proses o

Amonia cair dengan tekanan 25 bar dan temperatur 28,3 C masuk ke dalam ammonia absorber C-102 untuk menyerap uap amonia dari HE E-2102 C. Dari C102, amonia liquid masuk ke ammonia suction tank V-2103, sedangkan uap amonia masuk ke dalam scrubber E-2105. Amonia cair dari V-2103 kemudian dipompa oleh booster reflux pump P-2101 AR menuju ammonia magnetic filter S-2106 AB. Magnetic filt er digunakan untuk menyaring kotoran logam yang terkandung di dalam amonia cair. Setelah dari magnetic filter S-2106 AB, aliran amonia cair dibagi menjadi dua, satu aliran

54


menuju washing column C-2302 sebagai larutan penyerapan resirkulasi tingkat pertama, satu aliran lagi menjadi suction pompa amonia P-2102 ABCR dan P2

102. Amonia cair akan dipompa hingga bertekanan 200 kg/cm .g, lalu dimasukan ke dalam ammonia heater E-106 untuk dipanaskan menggunakan kondensat steam. Keluar dari E-106, amonia cair dipanaskan kembali menggunakan steam bertekanan rendah hingga bersuhu 122

o

C di dalam preheater E-2104. Saat

temperaturnya telah mencapai temperatur umpan reaktor yang dikehendaki, amonia cair kemudian masuk ke dalam Mixer M-2201, bercampur dengan larutan recycle karbamat dan gas karbon dioksida.

4.3

Sintesis Amonia

Pembentukan urea dari amonia dan karbon dioksida didasarkan pada dua reaksi, yaitu: 1. Reaksi pembentukan amonium karbamat NH 2CO2NH4 yang berlangsung secara eksotermis (1) 2NH3 (l) + CO2 (g) ↔ NH2CO2NH4 (l) ; ∆H = –157 kj/mol 2. Reaksi dehidrasi amonium karbamat yang membentuk urea (NH 2CONH2) yang berlangsung secara endotermis (2) NH2CO2NH4 (l) ↔ NH2CONH2 (l) + H2O (aq) ; ∆H = 27,6 kj/mol Reaksi

pembentukan

karbamat

terjadi

secara

spontan

searah

dengan

kesetimbangan, sementara reaksi dehidrasi (2) berlangsung secara lambat. Normalnya, panas yang dibutuhkan untuk dehidrasi disuplai oleh panas yang terbentuk hasil pembentukan karbamat. Namun, pada reaktor yang digunakan di Kaltim-1 ini, panas untuk reaksi dehidrasi disuplai dari ammonia heater . Tekanan 2

operasi dijaga 180 kg/cm .g sedangkan temperatur operasi berkisar antara 190o

195 C. Hubungan kesetimbangan kimia untuk reaksi di atas adalah:

K=

 NH 2CONH 2H 2O  NH3CO2   

Nilai K merupakan konstanta kesetimbangan reaksi dengan satuan kg/mol, sedangkan konsentrasi dari senyawa-senyawa yang digunakan adalah konsentrasi terbesar, dengan satuan mol/kg.

55


Laju reaksi pembentukan urea dapat digambarkan dengan persamaan berikut: 2

Laju Reaksi = k’ x [NH3] x [CO2] Konsentrasi yang digunakan adalah konsentrasi tiap waktu saat laju reaksi hendak ditentukan. Dari hubungan tersebut terlihat bahwa laju reaksi akan tinggi pada awalnya, yaitu saat konsentrasi amonia dan karbon dioksida tinggi. Ketika urea terbentuk, reaksi sebaliknya (hidrolisis urea) mulai terjadi. Laju reaksi hidrolisis urea tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan: Laju Reaksi Hidrolisis Urea = k’ x [NH3] x [CO2] Untuk mencapai kesetimbangan secepatnya, desain reaktor yang sebaiknya digunakan adalah reaktor aliran sumbat. Pabrik dengan kapasitas kecil menggunakan reaktor pipa sebagai tempat sintesis urea, namun desain reaktor tersebut tidak cocok dengan pabrik berkapasitas besar, sehingga dibutuhkan reaktor autoklaf dengan sieve tray untuk mencegah back mixing. Derajat konversi karbamat ke urea dipengaruhi oleh beberapa faktor berikut: 1. Temperatur

Berdasarkan hukum Van’t Hoff – Le Chatelier, kenaikan temperatur akan menggeser kesetimbangan reaksi endotermis ke kanan. Kenaikan temperatur o

o

dari 170 C ke 190 C akan menaikkan nilai K sekitar 40%. Sedangkan untuk reaksi eksotermis, kesetimbangan akan bergeser ke kiri apabila temperatur o

meningkat. Untuk itu, digunakan temperatur optimum yaitu sekitar 190 C. 2. Rasio NH3 /CO2

Pada reaksi

kesetimbangan, konsentrasi amonia yang tinggi akan

mengakibatkan kesetimbangan bergeser ke arah produk (urea). Laju reaksi juga akan meningkat sesuai dengan persamaan laju reaksi. Namun, tekanan uap sistem juga akan meningkat dengan cepat seiring dengan kenaikan rasio amonia dan karbon dioksida. Rasio molar optimum yang digunakan adalah 4. 3. Rasio H2O/Urea

Konsentrasi air yang tinggi akan menggeser kesetimbangan ke arah reaktan. Peningkatan rasio air dan urea dari 1 menjadi 4 akan mengakibatkan penurunan nilai K hingga 20%. Untuk meminimalisir efek tersebut, kandungan air dalam reaktor harus serendah mungkin. Amonia dan karbon

56


dioksida yang tidak terkonversi harus dikembalikan ke reaktor dengan air sesedikit mungkin. 4. Volume Reaktor

Setiap reaksi membutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Reaksi sintesis urea adalah reaksi yang relatif lambat dan membutuhkan waktu cukup lama untuk mencapai nilai kesetimbangan teoritis, sehingga tidak ada desain reaktor yang dapat mengakomodir reaksi sintesis urea hingga tercapai kesetimbangan teoritisnya. Selain itu, kesetimbangan reaksi akan lebih cepat tercapai bila dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi. Reaktor pabrik didesain untuk mencapai 95% nilai kesetimbangan. Gambar diagram 3 fasa di bawah ini menunjukkan sifat sistem campuran NH 32

CO2-Urea.H2O, pada tekanan tetap 200 kgs/cm abs. Dalam gambar ini topridge line menggambarkan komposisi pada tekanan tersebut yang dapat memiliki

temperatur maksimum.

Gambar 4. 1 Diagram tiga fasa amonia-CO2-Urea.H2O

Maka dari itu, sebaiknya, komposisi akhir dari larutan yang keluar dari reaktor berada pada topridge line. Kesetimbangan isobar menggambarkan titik dimana kesetimbangan teoritis sempurna dapat dicapai. Hal-hal yang dapat mempengaruhi konversi urea antara lain:

57


o

o

Temperatur. Temperatur yang tinggi (antara 170-190 C) dapat

menghasilkan konversi sebesar 52,1%. Namun, bila temperaturnya o

terlalu tinggi (200 C), konversinya hanya akan mencapai 50,8%. o

2

Tekanan. Tekanan yang tinggi (180-200 kgs/cm g) akan menyebabkan

tingginya laju reaksi pembentukan karbamat. Bila tekanannya rendah, karbamat akan terurai menjadi amonia dan karbon dioksida. o

Rasio NH3 /CO2. Perbandingan optimum antara amonia dan karbon

dioksida adalah 4. Bila rasio tersebut Uraian Proses Dalam sintesis urea Kaltim-1, material yang digunakan untuk reaktor adalah bahan stainless steel 16 L Mod. Stainless merupakan material yang cukup tahan terhadap korosi, untuk penambahan ketahanan terhadap korosi, dibutuhkan oksigen yang akan berperan sebagai lapisan pasif di sekeliling permukaan reaktor bagian dalam. Oksigen yang masuk ke dalam reaktor disuplai dari campuran karbon dioksida dan udara yang mengandung oksigen berlebih sekitar 0,67%. o

o

Amonia dengan suhu 122 C dicampur dengan karbon dioksida bersuhu 222 C o

dan larutan recycle karbamat bersuhu 92 C di dalam mixer M-2201. Di dalam mixer terdapat baffle yang dibutuhkan agar larutan dapat bercampur dengan sempurna (luas kontak lebih banyak). Di dalam mixer mulai terjadi reaksi pembentukan karbamat, sehingga temperatur campuran meningkat hingga 175o

178 C. Dari mixer M-2201, campuran umpan masuk ke dalam reaktor R-2201 yang 3

berkapasitas 170 m . Di dalam reaktor, karbamat terdehidrasi menjadi larutan o

urea. Temperatur top reaktor dijaga sebesar 190-195 C, sedangkan tekanan dijaga 2

180-192 kg/cm abs. Karbon dioksida yang terkonversi sekitar 60%, dan terjadi juga reaksi sampingan yang menghasilkan biuret. Komposisi keluaran reaktor adalah sebagai berikut. Tabel 4. 1 Komposisi keluaran reaktor

Komponen

%-berat

Urea

27,5

CO2

37,5

Biuret

0,12

58


4.4

NH3

37,5

H2O

20,4

Inert

0,68

Resirkulasi

Amonia dan karbon dioksida yang tidak terkonversi dipisahkan dari larutan urea dengan 2 tahap dekomposisi. Tahap pertama dioperasikan pada tekanan 17 2

2

kgs/cm g, sedangkan yang kedua 3 kgs/cm g. Larutan urea keluar dari tahap o

pertama dengan suhu 160 C. Amonia dan karbon dioksida yang tersisa masingmasing adalah 7,5%-berat dan 2,5%-berat. Tekanan pada tahap resirkulasi pertama dipilih agar amonia sisa yang meninggalkan washing column dapat dikondensaskan pada suhu cooling water normal. Pada tekanan ini, larutan karbamat juga dapat dibentuk dengan kandungan air yang rendah. Hubungan antara temperatur dan konsentrasi larutan karbamat dapat dilihat pada gambar berikut. Tekanan pada resirkulasi tahap kedua adalah 3 kgs/cm

2

g. Tekanan yang lebih

tinggi dapat mempermudah kondensasi amonia dan karbon dioksida yang terpisah dari larutan urea saat ekspansi dari tahap pertama. Namun, saat tekanan meningkat, jumlah amonia dan karbon dioksida yang tertinggal dalam larutan urea juga akan meningkat. Jumlah kandungan amonia dan karbon dioksida akan dilepas dari larutan urea pada flash tank, yang beroperasi pada tekanan vakum (dijaga oleh sistem kondesor-ejektor). Gas dari flash tank dikondensasikan kemudian dimasukkan ke dalam kolom desorpsi, bersamaan dengan kondensat proses dari unit eveporation. Jika jumlah amonia dalam kondensat proses meningkat, steam yang dibutuhkan dalam desorber akan bertambah, dan lebih banyak air yang akan menuju bagian atas kolom.

59


4.4.1

Resirkulasi Tingkat Pertama

Uraian Proses

Gambar 4. 2 Diagram alir resirkulasi tingkat pertama

Dari reaktor sintesis urea R-2201, campuran produk dan reaktan yang belum terkonversi mengalir melalui let down valve PV-147 yang kemudian diekspansi dari tekanan 200 kg/cm

2

abs menjadi 17 kg/cm

2

abs. Akibat dari ekspansi

tersebut, karbamat akan terdekomposisi dan temperatur campuran turun dari 190 o

o

C menjadi 125 C. Campuran antara gas dan liquid tersebut kemudian masuk ke

dalam separator V-303, lalu liquidnya masuk ke dalam HE E-2301 atau HE E-301 o

(E-301 dioperasikan bila rate tinggi), hingga keluar pada suhu 160 C. Karena suhu meningkat, karbamat kembali akan terdekomposisi kemudian campuran tersebut masuk ke dalam kolom separator resirkulasi tingkat pertama S-2302. Di dalam S-2302, gas akan keluar melalui bagian atas kolom lalu masuk ke HE E401 A sebagai pemanas larutan urea, sebagian terkondensasi di sana kemudian dicampur dengan gas dari V-303 lalu masuk ke dalam Medium Pressure Carbamate Condenser E-2304. Liquid dari kolom separator S-2302 kemudian mengalir ke resirkulasi tingkat kedua dengan komposisi:

60


Tabel 4. 2 komposisi keluaran resirkulasi tingkat pertama

Komponen

%-berat

Urea

54,7

CO2

3,8

Biuret

0,29

NH3

9,5

H2O

31,71

Inert

0

MPCC E-2304 Gas dari V-303 dan E-401 masuk ke dalam bagian bawah MPCC E-2304, kemudian dicampur dengan karbamat dari OCI MELAMINE dan karbamat dari washing column C-2302. Campuran tersebut akan terkondensasi menjadi larutan karbamat setelah didinginkan menggunakan cooling water. Larutan dan gas kemudian masuk ke dalam V-2304. Cairan akan kembali ke mixer M-2201 melalui pompa P-2301, sedangkan gas masuk ke bagian bawah washing column C-2302.

Washing Column C-2302 Gas dari V-2304 akan terendam larutan karbamat yang ada di bagian bottom washing column C-2302 yang berasal dari LPCC. Karena gas terendam, hampir semua gas CO 2 dan uap air akan terkondensasi. Gas yang tidak terkondensasi akan naik ke atas kolom, melewati bed yang berisi pall ring. CO 2 yang belum terkondensasi akan diserap oleh amonia cair (murni) dari C-2103. Untuk menghindari kebuntuan di kolom pall ring, air amonia dari V-2102 dimasukkan dari bagian atas bed. Karbamat yang terbentuk akan overflow kemudian masuk ke bottom MPCC E-2304. o

Gas amonia yang keluar dari C-2302 bersuhu 50 C akan masuk ke dalam HE E102 A dan E-2102 BC untuk didinginkan menggunakan cooling water. Gas yang terkondensasi kemudian ditampung di V-2103. Gas yang tidak terkondensasi di E2102 C akan masuk ke bagian bawah absorber C-102, diserap oleh amonia cair, lalu masuk ke dalam V-2103.

61


Ammonia Absorber System Gas yang tidak terserap di C-102 akan masuk ke bagian bawah scrubber E-2105 lalu dicampur dengan air amonia dari V-2104. Campuran kemudian didinginkan oleh cooling water, lalu akan overflow ke tangki V-2102. Cairan dari V-2102 yang telah terpisah dengan gas akan dipompa menuju C-2302. Gas dari V-2102 yang tidak terkondensasi akan masuk ke bagian atas E-2105 lalu dicampir kembali dengan air amonia dari V-2703. Campuran kembali didinginkan dengan cooling water,lalu overflow ke V-2104. Setelah terjadi pemisahan gas dan liquid di E-2105, liquid kaan masuk ke E-2105, dan gas masuk ke bagian bawah C-103. Absorber System Gas outlet PV-147 (dari V-2104) masuk ke bagian bawah ammonia absorber C103, kemudian mengalir ke bagian atas absorber sambil melewati 2 bed pall ring. Bed bagian bawah dikucuri oleh air amonia dari V-2703, sedangkan bed bagian atas dikucuri oleh kondensat dari WWT (P-804). Hasul penyerapan gas amonia masuk ke dalam ammonia water tank V-2703, sedangkan gas inert dibuang ke atmosfir melalui PV-2151 (valve ini juga mengontrol tekanan absorber sekitar 4 2

kg/cm abs. 4.4.2

Resirkulasi Tingkat Kedua

Uraian Proses

Gambar 4. 3 Diagram alir resirkulasi tingkat kedua

62


Campuran urea-karbamat dari S-2302 diekspansikan di PV-2306, kemudian masuk ke dalam rectifying column second stage C-2303. Di dalam kolom, aliran disemprot di atas bed pall ring, kemudian turun menuju heater second stage Eo

2302. Di dalam heater, campuran dipanaskan hingga suhu 150 C menggunakan steam bertekanan menengah. Setelah dipanaskan, larutan karbamat akan terdekomposisi, lalu masuk ke separator S-2303. Setelah dipisahkan antara gas dan cairannya, larutan masuk ke flash tank R-2501 A dengan komposisi sebagai berikut: Tabel 4. 3 Komposisi keluaran resirkulasi tingkat kedua

Komponen

%-berat

Urea

64,3

CO2

0,93

Biuret

0,37

NH3

2,26

Sedangkan gas akan naik kembali menuju bed pall ring C-2303, bertemu dengan larutan yang lebih dingin. Gas kemudian masuk ke dalam LPCC E-2303 AB pada o

suhu 122 C. Di dalam LPCC, gas dikondensasikan dengan cooling water, kemudian dicampur dengan karbamat dari reflux condenser (P-802 AB) dan air amonia yang telah melalui C-2304 dan P-2305. Gas yang belum terkondensasi di LPCC akan overflow ke V-2301 untuk dipisahkan antara fasa gas dan cairnya. Larutan karbamat yang terbentuk dikirim ke bottom C-2302 dengan komposisi CO 2 sebanyak 22,1% dan NH 3 sebanyak 41,7%. Gas dari V-2301 akan mengalir ke absorber C-2304 melalui PV-2306 (valve yang 2

mengatur tekanan di resirkulasi tingkat kedua sebesar 4 kg/cm abs. Gas akan bertemu dengan air amonia dari V-2703 (setelah air amonia melewati cooler Eo

2305) yang bersuhu 35 C, sehingga semua gas akan terserap. Pada bagian atas C2304 terdapat line gas ke stack yang mengatur tekanan C-2304 sebesar 3,5-4 2

kg/cm abs. Valve ini tidak dibuka pada keadaan normal, atau tidak terjadi akumulasi gas inert.

63


Flash Tank R-2501 2

o

Larutan urea dari S-2303 dengan tekanan 4 kg/cm abs dan suhu 150 C masuk ke dalam flash tank yang bertekanan 320-340 mmHg abs. Penurunan tekanan menyebabkan sejumlah gas terlarut dan air akan menguap. Larutan urea yang o

sudah dipekatkan lagi (suhu 86 C) masuk ke dalam small compartement urea solution tank V-2501 dengan komposisi: Tabel 4. 4 Komposisi keluaran resirkulasi tingkat kedua

4.5

Komponen

%-berat

Urea

71

CO2

0,37

Biuret

0,43

NH3

0,56

H2O

27,6

Evaporasi

Pada unit evaporasi campuran air-urea dari unit resirkulasi dipekatkan kembali. Untuk mengurangi hidrolisis dan pembentukan biuret, unit evaporasi dioperasikan pada temperatur rendah, yaitu dengan cara mengurangi tekanan. Tekanan operasi dijaga dengan menggunakan sistem ejektor-kondensor ejektor-kondensor steam. hal yang penting pada penanganan lelehan di unit evaporasi bahwa jangan sampai terjadi kristalisasi yang akan menyebabkan menyebabkan kebuntuan aliran. Temperature lelehan o

urea tidak boleh kurang dari 138-140 C. Untuk lelehan yang hanya mengandung 0,3%-berat air dan 0,8-0,9% biuret, tekanan kesetimbangan yang cocok adalah sekitar 25 mmHg. Karena urea sangat sulit berubah menjadi fasa gas, tekanan uap sistem urea-air hanya dihitung berdasarkan fraksi air. Saat temperatur urea-air meningkat, konsentrasi konsentrasi komponen yang lebih ringan rin gan (air) akan menurun. Tekanan uap air akan meningkat seiring dengan temperatur. Untuk kesetimbangan tiga fasa air dan urea, berarti tekanan uap pada awalnya akan naik seiring dengan kenaikan temperatur. Di atas temperatur tertentu, fraksi air akan menjadi sangat kecil sehingga tekanan uap turun secara signifikan. Campuran urea-air dengan o

temperatur 86 C dan tekanan uap 330 mmHg keluar dari flash tank untuk kemudian menjadi umpan unit evaporasi.

64


Penurunan tekanan yang tiba-tiba akan mengakibatkan banyak air ter-flash, karena temperatur menurun tiba-tiba dan urea mengkristal. Walaupun panas tetap dapat disuplai sebagai kompensasi dari efek flashing, tetap ada pembentukan padatan urea. Untuk mencegahnya, mencegahnya, digunakan dua evaporator yang bekerja secara seri. Pada evaporator pertama temperatur dinaikkan pada tekanan konstan. Pada evaporator kedua tekanan akhir yang diinginkan tercapai, sambil memanaskan o

lelehan hingga 140 C.

Pembentukan Biuret

Selama pembentukan urea, biuret akan terbentuk sebagai produk samping dengan persamaan reaksi: 2(NH2CONH2) (l) ↔ NH2CONHCONH2 (l) + NH3 (aq) – panas Reaksi ini adalah reaksi kesetimbangan endotermis yang lambat. Persamaan menggambarkan pembentukan biuret akan terjadi bila terdapat konsentrasi urea yang tinggi, konsentrasi amonia yang rendah, dan temperatur yang tinggi. Karena biuret adalah racun bagi tanaman, maka kandungan biuret dalam urea kualitas pupuk harus dijaga serendah mungkin. Kombinasi dari faktorfaktor di atas harus dicegah, apalagi di tempat penampungan yang akan memberikan waktu cukup untuk membentuk biuret. Unit-unit yang memiliki kemungkinan terjadi pembentukan biuretnya besar adalah reaktor, resirkulasi, dan evaporasi. Cairan keluar dari reaktor mengandung 0,12-0,2% biuret. Karena waktu tinggal yang cukup kecil di recirculation heater , pembentukan biuret pada reaktor dan unit resirkulasi hanya sebatas 0,25%-berat. Evaporator didesain sebagai evaporator sekali-lewat, untuk mengurangi waktu tinggal. Agar temperatur tetap rendah, tekanan operasi pun diturunkan. Hal ini akan menurunkan laju pembentukan biuret hingga hanya mencapai 0,35-0,45%berat saja, sehingga total biuret yang terbentuk adalah sekitar 0,8-0,9%-berat.

65


4.5.1

Evaporasi Tingkat Pertama

Uraian Proses

Gambar 4. 4 Diagram alir evaporasi tingkat pertama

Larutan urea dari small tank V-2501 dipompa oleh P-250 R menuju evaporator tingkat pertama E-401 AB. Di evaporator, larutan dipanaskan dengan gas panas dari C-2301 (di E-401 A) atau menggunakan steam bertekanan rendah (di E-401 o

B) hingga suhunya mencapai 128 C. Larutan urea kemudian masuk ke separator S-401 dengan tekanan 230 mmHg abs. Dari separator, cairan akan mengalir menuju slurry tank V-2610 (urea = 95%; biuret = 0,66%; air = 4,34%), sementara uap akan menuju kondensor evaporator tingkat pertama E-702. Cairan dari slurry tank V-2610 dibagi menjadi dua aliran, aliran pertama dikirim ke OCI MELAMINE, sedangkan aliran lainnya masuk ke separator S-2609 melalui pompa P-613.

66


4.5.2

Evaporasi Tingkat Kedua

Uraian Proses

Gambar 4. 5 Diagram alir evaporasi tingkat kedua

Larutan urea dari V-2610 masuk ke evaporator tingkat kedua E-2607, lalu 2

dipanaskan oleh steam yang bertekanan 12 kg/cm g, keluarannya berupa lelehan o

urea dengan suhu 140 C. Lelehan tersebut masuk ke dalam separator S-2609 yang bertekanan 25 mmHg abs. Air dalam larutan akan teruapkan kemudian dihisap oleh steam yang melewati ejektor J-2709. Lelehan urea keluaran S-2609 mengandung 98,8% urea, sedangkan sisanya adalah biuret dan sejumlah kecil air. Lelehan urea dipompa ke dalam prill bucket G-2602 I/II untuk di-prill setelah diinjeksikan UFC (zat yang berfungsi menjaga crushing strength dan mencegah caking). Selain menggunakan UFC, dapat juga diinjeksikan Urea Soft (apabila UFC tidak cukup) di urea prill outlet conveyor B-2609.

4.6 Prilling & Fluidisasi Impact strength dari prill menggambarkan persentase prill yang akan hancur

selama dikenakan gaya, misalkan dalam pengangkutan. Prill yang hancur akan

67


menyebabkan dust problem dan meningkatkan potensi caking dari produk urea. Maka dari itu, prill harus memiliki impact strength yang tinggi. Selama jatuhnya prill melalui prilling tower, butir urea mungkin mengalami pendinginan. Saat butir tersebut memadat, kristal-kristal kecil akan dengan cepat terbentuk dan terorientasi pada satu arah. Butir dengan struktur tersebut hanya memiliki kekuatan sedang. Untuk mencegah terjadinya pendinginan, maka diaplikasikan teknik seeding. Sejumlah kristal urea dihembuskan ke dalam prilli ng tower. Kristal-kristal ini kan bertubrukan dengan butir urea, dan menjadi bibit untuk kristalisasi. Dalam proses seeding tetesan urea akan bertubrukan dengan beberapa kristal bibit, prill akan terbentuk dengan kristal yang tidak beraturan, sehingga membentuk prill yang kuat. Untuk mencegah caking dalam jalur pengangkutan debu seeding, sejumlah kalsium stearat di tambahkan pada urea.

Uraian Proses Prilling dan Fluidisasi

Gambar 4. 6 Diagram alir proses prilling dan fluidisasi o

Lelehan urea bertemperatur 140 C masuk ke dalam prilling bucket G-2602 I/II dengan kecepatan 300-320 rpm. Kecepatan putar prilling bucket bergantung pada laju alir finishing dan size prill yang diinginkan, semakin tinggi kecepatan putarnya, size prill akan semakin kecil. Tetesan lelehan urea akan jatuh ke dasar

68


prilling tower akan terkena udara kering dari bawah prilling tower yang masuk

karena dihisap oleh ID Fan dari atas. Tetesan lelehan urea tersebut kemudian akan tersolidifikasi karena suhunya menurun akibat hembusan udara. o

Urea prill dengan suhu 85 C akan dikumpulkan oleh scrapper B-2604, lalu didorong ke prilling hopper . Urea yang telah masuk ke dalam prilling hopper kemudian pindah ke belt conveyor B-2605, lalu ke bucket elevator B-2607, lalu masuk ke fluid bed cooler B-2606 AB untuk pendinginan lebih lanjut. Urea prill dari B-2607 masuk ke bagian atas perforated plate yang ada dalam fluid bed cooler. Dari bagian bawah fluid bed cooler dihembuskan udara dari blower K2604 dan K-2606. Debunya ditangkap lalu masuk ke Dust cyclone S-2610 AB, diteruskan ke dissolving tank V-2601. Urea yang berada di atas plate B-2606 A kemudian mengalir ke B-2606 B (kemudian dihembus oleh udara dari K-2607). Temperatur urea kemudian turun o

menjadi 50 C, lalu masuk ke conveyor B-2609. Urea kemudian ditimbang di weight scale WT UFC, lalu diteruskan ke conveyor C-301 untuk diteruskan ke unit pengantongan.

4.7 Waste Water Treatment Pada waste water treatment, hampir semua amonia, karbon dioksida, dan urea dihilangkan dari kondensat proses. Proses ini berfungsi untuk menjaga lingkungan dari bahaya kimia dan mengambil kembali reaktan yang terbawa aliran kondensat. Waste water treatment terdiri atas empat tahap. Setelah amonia dan karbon dioksida didesorpsi pada tahap pertama, urea diurai kembali menjadi reaktanreaktannya di dalam hydrolyzer pada tahap kedua, lalu kemudian didesorpsi lagi pada tahap ketiga. Tahap terakhir adalah mengkondensasikan gas-gas keluaran desorber pada kondensor refluks sebelum kembali ke proses sintesa. Seperti reaktor, di dalam hydrolyzer urea akan mengalami kesetimbangan reaksi. Bila jumlah air berlebihan, maka konsentrasi kesetimbangan urea akan rendah. Dengan konsentrasi air yang tinggi, tekanan sistem yang dipengaruhi oleh air, amonia, karbon dioksida, dan urea akan lebih rendah dibanding tekanan di reaktor meskipun hydrolyzer dijalankan pada temperatur yang lebih tinggi dari reaktor.

69


Untuk mencapai kesetimbangan urea, karbamat yang terbentuk dipisahkan dengan cara men-stripping cairan dengan steam. Untuk mencegah back mixing, hydrolyzer didesain seperti bubble washer dengan tray berlubang. Cairan mengalir melalui downcomer khusus dalam tray. Maka, konsentrasi amonia dan karbon dioksida dapat menentukan seberapa banyak konsentrasi urea dalam kondensat yang dapat direduksi. Agar konsentrasi urea akhir dalam kondensat rendah, amonia dan karbon dioksida yang ada dalam kondensat didesorpsi terlebih dahulu dengan desorber pertama, yaitu dengan menstripping menggunakan gas keluaran desorber kedua. Pada desorber kedua, cairan yang meninggalkan hydrolyzer di-stripping juga menggunakan steam, untuk menghilangkan reaktan yang muncul saat hidrolisis urea dan belum terdesorpsi di hydrolyzer.

Uraian Proses Waste Water Treatment 2,6 K 116 C ke resi rkulasi

ke condenser 16 K 190 C

CW

55 C Reflux Condenser steam 4K

steam 20 K

ur 40 % 137 C

194 C 148 C

nh3 7% , ur 2% nh3 < 5ppm ur < 1ppm NH3 Water Tank

Desorber 1 & 2

Hydrolizer

Gambar 4. 7 Diagram alir proses WWT

Kondensat di dalam tangki V-2703 mengandung amonia sebesar 6,59%, karbon dioksida sebesar 3,13%, dan urea sebesar 1,12%. Tangki V-2703 dibagi menjadi dua, yaitu: •

Big compartment, berisi kondensat dari buangan: o

Karbamat MPCC dan LPCC

o

Amonia dari ammonia system (V-2103 dan pompa)

70


•

o

Sirkulasi WWT system

o

Overflow line stack X-2701

o

Sealing HP Carbamate Pump yang tercemar

o

Flushing line karbamat dari OCI

Small compartment, berisi kondensat dari buangan: o

o

Proses kondensat evaporasi dan sistem absorber Draine shell side evaporator E-401 A

First Desorber C-801 Kondensat proses dari big compartment tangki V-2703 dialirkan ke dalam desorber HE E-802, lalu masuk ke dalam kolom bagian atas downcomer sieve tray first desorber C-801. Kondensat proses akan mengalir turun ke bagian bawh desorber, lalu bertemu dengan uap dari second desorber C-802 dan uap dari hydrolizer C-803. Karena berkontakan dengan uap, temperatur kondensat proses akan meningkat, sehingga amonia dan karbon dioksida akan terurai. Uap amonia dan karbon dioksida kemudian mengalir ke reflux condenser E-804 dari bagian atas C-801. Temperatur di bagian top C-801 adalah sekitar 120-125 o

2

C, sedangkan tekanannya sekitar 2,6-3,5 kg/cm g. Tekanan top desorber dijaga

oleh aliran cooling water yang menuju E-804 melalui PIC-2801, sedangkan temperaturnya dikontrol oleh setting aliran reflux ke C-801 melalui FIC-2804. Hasil kondensasi larutan karbamat di E-804 akan overflow ke tangki V-801. o

Pemisahan antara fasa gas dan liquid terjadi di V-801, cairan bersuhu 60 C akan dikirim ke LPCC E-2303 dan dikembalikan ke top C-801, sedangkan uapnya dialirkan ke E-2711. Proses kondensat dari bottom desorber C-801 kemudian dipompa ke HE E-803 o

AB untuk dipanaskan hingga beruhu 190 C.

Hydrolizer C-803 o

Di dalam HE E-803 AB, temperatur kondensat dipanaskan dari 140 C hingga o

menjadi 190 C, lalu masuk ke bagian atas hydrolizer C-803. Di dalam hydrolizer, semua urea akan terhidrolisis menjadi amonia dan karbon dioksida dengan waktu o

tinggal 1 jam dan suhu 200 C. Dari bagian bawah hydrolizer diinjeksikan steam

71


bertekanan tinggi untuk menjaga suhu C-803, kondensat proses kemudian akan keluar dari bagian bawah C-803 lalu menuju HE E-803 AB untuk memanaskan umpan hydrolizer, baru kemudian masuk ke second desorber C-802. 2

Tekanan di C-803 dijaga sekitar 16-17 kg/cm g dengan mengatur laju alir gas yang keluar dari top C-803 melalui PIC-2804. Gas tersebut nantinya akan mengalir ke antara tray 4 dan 5 first desorber C-801.

Second Desorber C-802 Umpan kondensat dari C-803 akan masuk ke tray teratas second desorber C-802. Steam bertekanan 4,3 bar akan masuk ke bottom C-802 dengan perbandungan antara kondensat proses dan steam sekitar 4-5,5. Uap dari bottom C-802 kemudian mengalir ke atas, menaikkan temperatur cairan yang berkontakkan dengannya, sekaligus melucuti amonia dan karbon dioksida. Uap kemudian naik ke first desorber C-801. Kondensat proses dari bottom C-802 akan masuk ke dalam E-802 sebagai pemanas umpan first desorber C-801. Kondensat tersebut kemudian didinginkan oleh cooling water di waste water cooler E-2102 A, hingga temperatur kondensat menjadi 40-45

o

C. Aliran kondensat tersebut kemudian diperiksa nilai

konduktivitasnya. Bila konduktivitasnya kurang dari 8µs, kondensat akan dipompa oleh P-001 menuju battery limit, sedangkan bila konduktivitasnya lebih dari 8µs, maka kondensat akan langsung dibuang ke sewer.

72

Laporan Umum Untuk Pkt

Recommend Documents