LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Metode perhitungan neraca massa dilakukan menggunakan sistem maju. Dari trial and error didapat jumlah bahan baku gas alam sebesar 52.211,2073 kg/jam untuk mencapai produksi 400.000 ton/tahun. Jumlah metanol yang dihasilkan setiap jam didapat melalui konversi berikut.
x
400,000
x
x
= 50505,0505 kg/jam
Seluruh perhitungan ini dilakukan dengan asumsi bahwa tidak ada akumulasi massa pada setiap peralatan. Dan kesetimbangan fasa dari masing-masing komponen dihitung dengan anggapan bahwa campuran bersifat ideal.
A.1 Komposisi Gas Alam Tabel A.1 Perkiraan komposisi gas alam keluaran K.O Drum Tangguh Komponen Persen Mol CH4
85
C2H6
1,8
C3H8
0,4
C4H10
0,16
C5H12
0,03
C6H14
0,1
N2
0,6
CO2
11,6
O2
0,003
H2S
8 ppm
Komposisi gas alam yang digunakan diketahui dalam persen mol, Untuk menentukan komposisi gas alam dalam persen berat, dilakukan perhitungan sebagai berikut. Misalkan dalam 1000 kmol gas, maka berat masing-masing komponen : CH4
: 0,85
x 1000 x 16 = 13.636,2440 kg
C2H6 : 0,018
x 1000 x 30 =
541,2427 kg
C3H8 : 0,004
x 1000 x 44 =
176,3825 kg
C4H10 : 0,0016
x 1000 x 58 =
92,9955 kg
C5H12 : 0,0003
x 1000 x 72 =
21,6446 kg
C6H14 : 0,001
x 1000 x 86 =
86,1754 kg
N2
: 0,006
x 1000 x 28 =
168,0806 kg
CO2
: 0,116
x 1000 x 44 = 5.105,1182 kg
O2
: 0,00003
x 1000 x 32 =
0,9600 kg
H2S
: 0,000008 x 1000 x 34 =
0,2726 kg 19.829,1162 kg
Komposisi dalam persen berat : CH4
: 13.636,2440 / 19.829,1162 x 100% = 68,7688 %
C2H6 :
541,2427 / 19.829,1162 x 100% = 2,7295 %
C3H8 :
176,3825 / 19.829,1162 x 100% = 0,8895 %
C4H10 :
92,9955 / 19.829,1162 x 100% = 0,4690 %
C5H12 :
21,6446 / 19.829,1162 x 100% = 0,1092 %
C6H14 :
86,1754 / 19.829,1162 x 100% = 0,4346 %
N2
:
168,0806 / 19.829,1162 x 100% = 0,8476 %
CO2
: 5.105,1182 / 19.829,1162 x 100% = 25,7456 %
O2
:
0,9600 / 19.829,1162 x 100% = 0,0048 %
H2S
:
0,2726 / 19.829,1162 x 100% = 0,0014 % 100 %
Dari trial and error didapat basis perhitungan gas alam per jam sebesar 52.211,2073 kg/jam, maka berat masing-masing komponen : CH4
: 68,7688 % x 52.211,2073
= 37.968,0811 kg
C2H6 : 2,7295 % x 52.211,2073
= 1.507,0094 kg
C3H8 : 0,8895 % x 52.211,2073
=
491,1106 kg
C4H10 : 0,4690 % x 52.211,2073
=
258,9321 kg
C5H12 : 0,1092 % x 52.211,2073
=
60,2662 kg
C6H14 : 0,4346 % x 52.211,2073
=
239,9428 kg
N2
: 0,8476 % x 52.211,2073
=
467,9954 kg
CO2
: 25,7456 % x 52.211,2073
= 14.214,4379 kg
O2
: 0,0048 % x 52.211,2073
=
2,6730 kg
H2S
: 0,0014 % x 52.211,2073
=
0,7581 kg 52.211,2073 kg
A,2 Desulfurizer Fungsi : Menjerap H2S pada gas alam
F1 Natural Gas kadar H2S tinggi
Gambar A.1 Neraca massa pada desulfurizer (C-101)
F2 Natural Gas kadar H2S rendah
Reaksi : ZnO + H2S ↔ ZnS + H2O Konversi reaksi pengikatan H2S adalah 95% ( data dari PT Pupuk Kujang ), asumsi gas H2S terserap semua, sehingga didapat : Tabel A.2 Rangkuman neraca massa pada desulfurizer (C-101) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F1 F2 F3 CH4
37.968,0811
37.968,0811
C2H6
1.507,0094
1.507,0094
C3H8
491,1106
491,1106
C4H10
258,9321
258,9321
C5H12
60,2662
60,2662
C6H14 +
239,9424
239,9424
N2
467,9954
467,9954
CO2
14.214,4379
14.214,4379
O2
2,6730
2,6730
H2S Total
0,7591 52.211,2073
0,7591 52.211,2073
A.3 Autothermal Reforming Fungsi : Mengubah natural gas4 menjadi synthesis gas F3 Pure O2
F Steam
F2
F5
Natural Gas
CO H2
Gambar A.2 Neraca massa pada Autothermal Reforming (R-101) Proses ini terbagi dua, yaitu reaksi yang terbentuk pada combustion zone dan reaksi pada catalytic zone. A.3.1 Combustion Zone Reaksi – reaksi yang terlibat dalam proses pembakaran adalah : CH4
+ 1½ O2
CO + 2H2O
C2H6
+ 2½ O2
2CO + 3H2O
C3H8
+ 3½ O2
3CO + 4H2O
C4H10 + 4½ O2
4CO + 5H2O
C5H12 + 5½ O2
5CO + 6H2O
C6H14 + 6½ O2
6CO + 7H2O
Kebutuhan oksigen sebesar 80% dari jumlah karbon, karena pembakaran terjadi secara parsial. Maka jumlah oksigen sebagai berikut : Kebutuhan oksigen = 80% x 2442,4917 = 1953,9934 kmol/jam Total komponen O2 dalam system adalah = mol oksigen pada gas + mol oksigen pembakaran = 0,0835 kmol + 1953,9934 kmol = 1954,0769 kmol = 62.530,4612 kg Kebutuhan steam sebesar 60% dari total karbon, karena S/C rasio pada autothermal reforming 0,6 (Sarah Lögdberg, 2007). Maka jumlah steam sebagai berikut : Kebutuhan steam = 60 % x 2442,4917 = 1465,4960 kmol/jam = 26.378,9106 kg/jam
Tabel A.3 Tingkat reaksi pada tiap komponen Komponen Masukan (kmol) CH4
2373,0051
2373,0051 – ξ1
C2H6
50,2336
50,2336 – ξ2
C3H8
11,1616
11,1616 – ξ3
C4H10
4,4643
4,4643 – ξ4
C5H12
0,8370
0,8370 – ξ5
C6H14
2,7901
2,7901 – ξ6 1954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 - 4½
O2
1954,0769
ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ6
CO
ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6
H2O
2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6 4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 +
Total
Keluaran (kmol)
3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6
Reaksi pembakaran CH4 Nilai K diidapat dari persamaan berikut: K = exp (-∆Go/RT ) (J.m Smith, 2005)
(Pers. A.1)
Dari subtitusi nilai gibbs komponen pada temperature 12000C didapat nilai K = 1. Selanjutnya hubungan kesetimbangan dengan fraksi komponen pada reaksi : K = yCO + yH2O (J.m Smith, 2005) yCH4 + yO2 Dimana : y = fraksi komponen K = konstanta kesetimbangan yCO =
ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6 4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6
(Pers. A.2)
yH2O =
2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6
4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6 2.373,0051 – ξ1
yCH4 =
4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6 yO2 = 1954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 - 4½ ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ6 4.396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6 Subtitusikan ke persamaan A.2, maka diperoleh : K = 2ξ12 + 7ξ1ξ2 + 10ξ1ξ3 + 13ξ1ξ4 + 16ξ1ξ5 + 19ξ1ξ6 + 6 ξ12 + 17ξ2ξ3 + 22ξ2ξ4 + 27 ξ2ξ5 + 32ξ2ξ6 + 12ξ32 + 31ξ3ξ4 + 38ξ3ξ5 + 44ξ3ξ6 + 20ξ42 + 49ξ4ξ5 + 54ξ4ξ6 + 30ξ52 + 71ξ5ξ6 + 42ξ62 4.637.034,45 – 5.514,18ξ1 – 5.932,51ξ2 – 8.305,52ξ3 – 10.678,52ξ4 – 13.051,53ξ5 – 15.424,53ξ6 + 1½ξ12 +2½ξ1ξ2 + 3½ξ1ξ3 + 4½ξ1ξ4 + 5½ξ1ξ5 + 6½ξ1ξ6
Dengan perhitungan yang sama, didapat persamaan kesetimbangan untuk semua reaksi pembakaran karbon. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi Fsolve dalam program Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, ξ3, ξ4, ξ5, dan ξ6. Adapun nilai keenam xi tersebut sebagai berikut: Tabel A.4 Nilai xi dari setiap reaksi ξ1 1236,3356
ξ4
2,1227
ξ2
21,8516
ξ5
0,4197
ξ3
4,4478
ξ6
1,5442
Kemudian nilai xi dari setiap reaksi disubtitusi dalam persamaan kesetimbangan masing - masing, sehingga didapat mol keluaran combustion zone sebagai berikut.
Tabel A.5 Keluaran combustion zone Komponen Persamaan
Keluaran (kmol)
CH4
2373,0051 – ξ1
1.137,67
C2H6
50,2336 – ξ2
28,38
C3H8
11,1616 – ξ3
6,71
C4H10
4,4643 – ξ4
2,34
C5H12
0,8370 – ξ5
0,42
C6H14
2,7901 – ξ6
1,25
O2
1954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 4½ ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ6
7,48
CO
ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6
1.313,24
H2O
2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6
4.045,46
A.3.2 Catalytic Zone Reaksi – reaksi yang terlibat dalam proses katalitik adalah : CH4
+ H2O
CO + 3H2
C2H6
+ 2H2O
2CO + 5H2
C3H8
+ 3H2O
3CO + 7H2
C4H10 + 4H2O
4CO + 9H2
C5H12 + 5H2O
5CO + 11H2
C6H14 + 6H2O
6CO + 13H2
CO
CO2 + H2
+
H2O
Tabel A.6 Tingkat reaksi pada tiap komponen Komponen Masukan (kmol) CH4 1.137,67 C2H6 28,38 C3H8 6,71 C4H10 2,34 C5H12 0,42 C6H14 1,25
Keluaran (kmol) 1.137,67 – ξ1 28,38 – ξ2 6,71 – ξ3 2,34 – ξ4 0,42 – ξ5 1,25 – ξ6
CO
1.313,24
H2O
4.045,46
1.313,24 + ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6 - 7ξ7 4.045,46 - ξ1 - 2ξ2 - 3ξ3 - 4ξ4 - 5ξ5 - 6ξ6 - ξ7 3ξ1 + 5ξ2 + 7ξ3 + 9ξ4 + 11ξ5 + 13ξ6 + ξ7 323,06 + ξ7 6857.52 + 2ξ1 + 5ξ2 + 6ξ3 + 8ξ4 + 10ξ5 + 12ξ6 - 6ξ7
H2 CO2
323,06 Total
Subtitusi ke pers. A.2, maka diperoleh persamaan kesetimbangan untuk ketujuh reaksi. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-solve dalam program Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, ξ3, ξ4, ξ5, ξ6, dan ξ7. Adapun nilai ketujuh xi tersebut sebagai berikut: Tabel A.7 Nilai xi dari setiap reaksi ξ1 556,52
ξ5
0,34
ξ2
24,05
ξ6
1,10
ξ3
5,81
ξ7
667,97
ξ4
1,95
Subtitusi dalam reaksi kesetimbangan masing - masing, sehingga didapat mol keluaran catalytic zone sebagai berikut. Tabel A.8 Keluaran catalytic zone Komponen Persamaan
Keluaran (kmol)
CH4
1.137,67 – ξ1
140.15
C2H6
28,38 – ξ2
4.33
C3H8
6,71 – ξ3
0.91
C4H10
2,34 – ξ4
0.39
C5H12
0,42 – ξ5
0.08
C6H14
1,25 – ξ6
0.14
CO H2O H2
1.313,24 + ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6 - 7ξ7 4.045,46 - ξ1 - 2ξ2 - 3ξ3 - 4ξ4 - 5ξ5 - 6ξ6 - ξ7 3ξ1 + 5ξ2 + 7ξ3 + 9ξ4 + 11ξ5 + 13ξ6 + ξ7
CO2
323,06 + ξ7
Tabel A.9 Komposisi massa pada keluaran catalytic zone Komponen BM Keluaran (kmol)
1,713.46 2,289.30 3864.123148 1,001.02
Keluaran (kg)
CH4
16
140,15
2.242,42
C2H6
30
4,33
129,85
C3H8
44
0,91
39,82
C4H10
58
0,39
22,75
C5H12
72
0,08
5,45
C6H14 CO
86
0,14
12,08
28
H2O
18
1.713,46 2.289,30
47.976,80 41.207,35
H2
2
3.864,1232
7.728,25
CO2
44
1.001,02
44.045,10
Tabel A.10 Rangkuman neraca massa pada autothermal reforming (R-101) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F2 F4 F5 F6 CH4
37.968,0811
2.242,4214
C2H6
1.507,0094
129,8477
C3H8
491,1106
39,8203
C4H10
258,9321
22,7482
C5H12
60,2662
5,4467
C6H14 +
239,9424
12,0847
N2
467,9954
467,9954
CO2
14.214,4379
44.045,0958
O2
2,6730
62.527,7882
H2O
239,2820 26.378,9106
CO
41.207,3538 47.976,8045
H2 Total
7.728,2463 144.117,1469
144.117,1469
A.4 Reaktor Metanol Fungsi : Mengubah syngas menjadi methanol
F6
F7
CO H2
CH3OH H2O CO2 H2
Gambar A.3 Neraca massa pada reaktor metanol (R-102) Reaksi pada pembentukan metanol : CO + 2H2 CH3OH
ΔHR,298K = -90.8 kJ/mol
CO2 + 3H2 CH3OH + H2O
ΔHR,298K = -49.6 kJ/mol
CO + H2O CO2 + H2
ΔHR,298K = -41 kJ/mol
Tabel A.11 Tingkat reaksi pada tiap komponen Komponen Masukan (kmol)
Keluaran (kmol)
CO
1.713,4573
1.713,4573 - ξ1 – ξ3
H2
3.864,1231
3.864,1231 - 2ξ1 -3ξ2 + ξ3
CO2
1.001,0249
1.001,0249 – ξ2 + ξ3
H2O
2.289,2974
2.289,2974 + ξ2 – ξ3 ξ1 + ξ2
CH3OH Total
8.867,9028 - 2ξ1 - 2ξ2
Subtitusikan ke pers. A.2, maka diperoleh persamaan kesetimbangan untuk ketiga reaksi. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-solve dalam program Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, dan ξ3. Adapun nilai ketiga xi tersebut sebagai berikut: Tabel A.12 Nilai xi dari setiap reaksi 944,9717 ξ1 ξ2
634,1493
ξ3
514,0372
Subtitusi dalam reaksi kesetimbangan masing - masing, sehingga didapat mol keluaran reaktor metanol sebagai berikut. Tabel A.13 Keluaran reaktor metanol Komponen Persamaan
Keluaran (kmol)
CO
1.713,4573 - ξ1 – ξ3
254,4484
H2
3.864,1231 - 2ξ1 -3ξ2 + ξ3
585,7691
CO2
1.001,0249 – ξ2 + ξ3
880,9128
H2O
2.289,2974 + ξ2 – ξ3
2.409,4095
CH3OH
ξ1 + ξ2
1.579,1210
Tabel A.14 Komposisi massa pada keluaran reaktor metanol Komponen BM Keluaran (kmol)
Keluaran (kg)
CO
28
254,4484
7.124,5555
H2
2
585,7691
1.171,5382
CO2 H2O CH3OH
44 18 32
880,9128 2.409,4095 1.579,1210
38.760,1640 43.369,3713 50.531,8714
Tabel A.15 Rangkuman neraca massa pada reaktor metanol (R-102) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F6 F7 CH4
2.242,4214
2.242,4214
C2H6
129,8477
129,8477
C3H8
39,8203
39,8203
C4H10
22,7482
22,7482
C5H12
5,4467
5,4467
C6H14 +
12,0847
12,0847
N2
467,9954
467,9954
CO2
44.045,0958
38.760,1640
O2
239,2820
239,2820
H2O
41.207,3538
43.369,3713
CO
47.976,8045
7.124,5555
7.728,2463
1.171,5382
H2 CH3OH Total
50.531,8714 144.117,1469
144.117,1469
A.5 High Presssure Separator Fungsi : Memisahkan gas dengan kondensat metanol dan air
F8
CxHy CO2 H2 N2 O2 CO
F7
F9
CH3OH H2O CO2 H2
CH3OH H2O
Gambar A.4 Neraca massa pada high pressure separator (V-101) Gas keluaran reaktor didinginkan dengan sebuah cooler sehingga terjadi pengembunan parsial. Pendinginan dilakukan hingga pada temperatur 60
0
C,
sehingga hanya H2O dan CH3OH yang mengalami kondensasi. Asumsi dua komponen tersebut terkondensasi sempurna, sehingga keluaran separator sebagai berikut: Tabel A.16 Rangkuman neraca massa pada high pressure separator (V-101) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F7 F8 F9 CH4
2.242,4214
2.242,4214
C2H6
129,8477
129,8477
C3H8
39,8203
39,8203
C4H10
22,7482
22,7482
C5H12
5,4467
5,4467
C6H14 +
12,0847
12,0847
N2
467,9954
467,9954
CO2
38.760,1640
38.760,1640
O2
239,2820
239,2820
H2O
43.369,3713
CO
7.124,5555
7.124,5555
H2
1.171,5382
1.171,5382
CH3OH
50.531,8714
Total
144.117,1469
43.369,3713
50.531,8714 144.117,1469
Gas yang terpisah ditangani dengan proses shift gas converter dan CO2 absorber agar limbah gas lebih ramah lingkungan dan dapat digunakan sebagai bahan bakar. Sedangkan cairan metanol yang telah terkondensat dipisahkan dengan kolom distilasi untuk mendapatkan metanol dengan grade AAA (99,85 wt%).
A.5 Kolom Distilasi Metanol Fungsi: Memisahkan metanol dengan air hingga didapat metanol murni
F9
F10
CH3OH H2O
CH3OH 99,85 % H2O 0,15 %
F11
CH3OH 0,3 % H2O 99,7 %
Gambar A.5 Neraca massa pada kolom distilasi metanol (C-102)
Diharapkan pada hasil puncak akan diperoleh metanol dengan kemurnian 99,85 wt %. Komponen masuk kolom: CH3OH
= 50.531,8714 kg/jam
H2O
= 43.369,3713 kg/jam 93.901,2427 kg/jam
Fraksi massa komponen: CH3OH
= 54 %
H2O
= 46 %
Neraca bahan total: F=D+W 93.201,2427 = 50.505,0505 + W W = 43.396,1922 Neraca bahan komponen metanol: F XF = D XD + W XW (93.201,2427) (0.54) = (50.505,0505) (0.9985) + (43.396,1922) (XW) 50.531,8714 = 50.429,2929 + 43.396,1922 XW XW = 0,0024 Hasil Puncak: CH3OH
= 0,9985 (50.505,0505) = 50.429,2929
H2O
= 0.0015 (50.505,0505) = 75,7576
Hasil Dasar CH3OH
= 0,0024 (43.396,1922) = 102,5785
H2O
= 0,9976 (43.396,1922) = 43.293,6138
Tabel A.17 Rangkuman neraca massa pada kolom distilasi metanol (C-102) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F9 F10 F11 CH3OH
50.531,8714
50.429,2929
102,5785
H2O
43.369,3713
75,7576
43.293,6138
Total
93.901,2427
93.901,2427
A.6 High Temperature Shift Reactor Fungsi: Mengubah CO menjadi CO2 dan H2 pada temperature 450 0C dan tekanan 50 cm2/kg dengan keluaran CO sebesar 4% (Byron Smith, 2010)
F12
H2O
F8
F13
CxHy CO2 H2 N2 O2 CO
CxHy CO2 H2 N2 O2 CO H2O
Gambar A.6 Neraca massa pada high temperature shift reactor (R-201) Reaksi yang terjadi: CO + H2O
CO2 + H2
Dengan mengetahui keluaran CO sebesar 4%, tingkat reaksi dapat ditentukan menggunakan persamaan:
r = Nin – Nout
( Octave Levenspiel, 2002)
(Pers. A.3)
±v
Dimana : v
= Koefisien reaksi. Jika reaktan bertanda negatif (-), dan jika produk bertanda positif (+)
r
= Laju reaksi
Fin CO = 7.124,5555 kg/jam
Fout CO = 4% x Fin CO
= 254,4484 kmol/jam
= 4% x 245,4484 kmol/jam = 10,1779 kmol/jam = 284,9822 kg/jam
Sehingga nilai ξ sebesar : r
= 254,4484 kmol/jam - 10,1779 kmol/jam 1
r
= 244,2705 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam HTS ini adalah CO, H2O, CO2, dan H2. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :
Komponen H2O
Kebutuhan steam ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga kebutuhan steam sebesar 254,4484 kmol/jam Fin H2O
= 254,4484 kmol/jam = 4.580,0714 kg/jam
Fout H2O
= Nin - r ξ = 254,4484 kmol/jam - 244,2705 kmol/jam = 10,1779 kmol/jam = 183,2029 kg/jam
Komponen CO2
Fin CO2
= 38.760,1640 kg/jam = 880,9128 kmol/jam = Nin + r ξ
Fout CO2
= 880,9128 kmol/jam + 244,2705 kmol/jam = 1.125,1823 kmol/jam = 49.508,0649 kg/jam
Komponen H2
Fin H2
= 1.171,5382 kg/jam = 585,7691 kmol/jam = Nin + r ξ
Fout H2
= 585,7691 kmol/jam + 244,2705 kmol/jam = 830,0396 kmol/jam = 1.660,0791 kg/jam Tabel A.18 Rangkuman neraca massa pada high temperature shift reactor (C-201) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F8 F12 F13 CH4
2.242,4214
2.242,4214
C2H6
129,8477
129,8477
C3H8
39,8203
39,8203
C4H10
22,7482
22,7482
C5H12
5,4467
5,4467
C6H14 +
12,0847
12,0847
N2
467,9954
467,9954
CO2
38.760,1640
49.508,0649
O2
239,2820
239,2820
CO
7.124,5555
284,9822
H2
1.171,5382
1.660,0791
H2O
4.580,0714
Total
54.795,9756
183,2029 54.795,9756
A.7 Low Temperature Shift Reactor Fungsi: Mengubah CO menjadi CO2 dan H2 pada temperature 200 0C dan tekanan 50 cm2/kg dengan keluaran CO sebesar 0,3% (Byron Smith, 2010)
F13
F14
CxHy CO2 H2 N2 O2 CO H2O
CxHy CO2 H2 N2 O2 CO H2O
Gambar A.7 Neraca massa pada low temperature shift reactor (R-202) Reaksi yang terjadi: CO + H2O
CO2 + H2
Dengan mengetahui keluaran CO sebesar 0,3%, tingkat reaksi dapat ditentukan menggunakan persamaan A.3, sehingga didapat :
Fin CO = 284,9822 kg/jam
Fout CO = 0,3% x Fin CO
= 10,1779 kmol/jam
= 0,3% x 10,1779 kmol/jam = 0,0305 kmol/jam = 0,8549 kg/jam
Sehingga nilai ξ sebesar : r
= 10,1779 kmol/jam - 0,0305 kmol/jam 1
r
= 10,1474 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam LTS ini adalah CO, H2O, CO2, dan H2. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :
Komponen H2O
Kebutuhan steam ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga kebutuhan steam sebesar 10,1779 kmol/jam Fin H2O
= 10,1779 kmol/jam = 183,2029 kg/jam
Fout H2O
= Nin - r ξ = 10,1779 kmol/jam - 10,1474 kmol/jam = 0,0305 kmol/jam = 0,5496 kg/jam
Komponen CO2
Fin CO2
= 49.508,0649 kg/jam = 1.125,1833 kmol/jam
Fout CO2
= Nin + r ξ = 1.125,1833 kmol/jam + 10,1474 kmol/jam
= 1.135,3307 kmol/jam = 49.954,5506 kg/jam
Komponen H2
Fin H2
= 1.660,0791 kg/jam = 830,0396 kmol/jam = Nin + r ξ
Fout H2
= 830,0396 kmol/jam + 10,1474 kmol/jam = 840,1870 kmol/jam = 1.680,3740 kg/jam Tabel A.19 Rangkuman neraca massa pada high temperature shift reactor (C-201) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F13 F14 CH4
2.242,4214
2.242,4214
C2H6
129,8477
129,8477
C3H8
39,8203
39,8203
C4H10
22,7482
22,7482
C5H12
5,4467
5,4467
C6H14 +
12,0847
12,0847
N2
467,9954
467,9954
CO2
49.508,0649
49.954,5506
O2
239,2820
239,2820
CO
284,9822
0,8549
H2
1.660,0791
1.680,3740
H2O
183,2029
0,5496
Total
54.795,9756
54.795,9756
A.8 Absorber Column Fungsi : Memisahkan CO2 dari gas yang akan dibakar menggunakan larutan K2CO3 dengan konversi 98% (operating manual PT Arun NGL).
F17
CO2 98%
F14
F16
CxHy CO2 H2 N2 O2 CO H2O
CxHy CO2 H2 N2 O2 CO H2O
Gambar A.8 Neraca massa pada kolom absorber column (C-203) Reaksi yang terjadi : K2CO3 + CO2 + H2O
2KHCO3
Dengan mengetahui konversi CO2 sebesar 98%, maka tingkat reaksi dapat ditentukan dengan pers. A.3. Sehingga didapat : Fin CO2 = 49.954,5506 kg/jam = 1.135,3307 kmol/jam
Fout CO2 = (100 – 98)% x Fin CO2 = (100 - 98)% x 1.135,3307 kmol/jam = 20,7066 kmol/jam = 999,0910 kg/jam
Sehingga nilai ξ sebesar : r
= 1.135,3307 kmol/jam - 20,7066 kmol/jam 1
r
= 1.112,6241 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam kolom ini adalah K2CO3, H2O, CO2, dan 2KHCO3. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah : Komponen K2CO3 Kebutuhan K2CO3 ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga kebutuhan K2CO3 sebesar 1.135,3307 kmol/jam Fin K2CO3
= 1.135,3307 kmol/jam = 156.675,6359 kg/jam
Fout K2CO3
= Nin - r ξ = 1.135,3307 kmol/jam - 1.112,6241 kmol/jam = 22,7066 kmol/jam = 3.133,5127 kg/jam
Komponen H2O Kebutuhan H2O ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga kebutuhan H2O sebesar 1.135,3307 kmol/jam. H2O yang ditambahkan merupakan air yang terdapat pada absorben, sehingga asumsi tidak mempengaruhi kadar air (moisture) yang terdapat pada gas. Fin H2O
= 1.135,3307 kmol/jam = 20.435,9525 kg/jam
Fout H2O
= Nin - r ξ = 1.135,3307 kmol/jam - 1.112,6241 kmol/jam
= 22,7066 kmol/jam = 408,7191 kg/jam Komponen KHCO3 Fin KHCO3
= 0 kmol/jam
Fout KHCO3
= Fin KHCO3 + 2 ξ = 2 x 1.112,6241 kmol/jam = 2.225,2482 kmol/jam = 222.524,8162 kg/jam
Tabel A.20 Rangkuman neraca massa pada Absober Column (C-203) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F14 F16 F17 CH4
2.242,4214
2.242,4214
C2H6
129,8477
129,8477
C3H8
39,8203
39,8203
C4H10
22,7482
22,7482
C5H12
5,4467
5,4467
C6H14 +
12,0847
12,0847
N2
467,9954
467,9954
CO2
49.954,5506
999,0910
O2
239,2820
239,2820
CO
0,8549
0,8549
H2
1.680,3740
1.680,3740
H2O
0,5496
0,5496
Total
54.795,9756
48.955,4596
54.795,9756
A.9 Stripping Column Fungsi : Memisahkan CO2 dari larutan absorben K2CO3.
F19
CO2
F17
F18
KHCO3 H2O K2CO3
H2O K2CO3
Gambar A.9 Neraca massa pada kolom stripping column (C-204) Reaksi yang terjadi : 2KHCO3
K2CO3 + CO2 + H2O
Pada temperature 150 0C dan tekanan 30 kg/cm2, KHCO3 akan terdesorpsi sempurna menjadi K2CO3, CO2, dan H2O (operating manual PT Arun NGL). Maka tingkat reaksi dapat ditentukan dengan pers. A.3. Sehingga didapat :
Fin KHCO3 = 222.524,8162 kg/jam = 2.225,2482 kmol/jam
Fout KHCO3 = 0 kmol/jam
Maka nilai ξ sebesar : r
= 2.225,2482 kmol/jam - 0 kmol/jam 2
r
= 1.112,6241 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam kolom ini adalah K2CO3, H2O, CO2, dan 2KHCO3. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :
Komponen H2O:
Fin H2O = 22,7066 kmol/jam = 408,7191 kg/jam Fout H2O = 22,7066 kmol/jam + 1.112,6241 kmol/jam = 1.135,3307 kmol/jam = 20.435,9525 kg/jam Komponen CO2 Fin CO2 = 0 kmol/jam Fout CO2 = 0 + 1.112,6241 kmol/jam = 1.112,6241 kmol/jam = 48.955,4596 kg/jam
Komponen K2CO3
Fin K2CO3 = 22,7066 kmol/jam = 3.133,5127 kg/jam Fout K2CO3 = 22,7066 kmol/jam + 1.112,6241 kmol/jam = 1.135,3307 kmol/jam
= 48.955,4596 kg/jam = 156.675,6359 kg/jam Tabel A.21 Rangkuman neraca massa pada Stripping Column (C-203) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen F17 F18 F19 KHCO3
222.524,8162
H2O
408,7191
20.435,9525
K2CO3
3.133,5127
156.675,6359
CO2 Total
48.955,4596 226.067,0480
226.067,0480
