proses ammonia dan urea PT. PIM da performance reaktor urea

3

BAB II URAIAN PROSES PRODUKSI

Unit produksi pada PT. Pupuk Iskandar Muda yang mengolah bahan baku gas alam dan air menjadi pupuk urea di PT. Pupuk Iskandar Muda dibagi menjadi tiga unit, yaitu Ammonia, Urea dan Utilitas.

2.1

Ammonia

Proses Proses pembua pembuatan tan ammoni ammoniaa di PT. Pupuk Pupuk Iskand Iskandar ar Muda Muda menggu menggunak nakan an teknologi Kellog Brown and Root  (KBR) dari Amerika Serikat dengan desain operasi 1200 MTPD. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi ammonia adalah gas alam, steam dan udara. Proses pembuatan ammonia terdiri dari beberapa unit, yaitu : a. Unit Unit pers persia iapa pan n gas ump umpan an bak baku. u.  b. Unit Unit pemb pembuat uatan an gas sintes sintesa. a. c. Unit Unit pem pemur urni nian an gas gas sin sintes tesa. a. d. Unit Unit sint sintes esaa amm ammon onia. ia. e. Unit Unit pen pendi ding ngin inan an amm ammon onia ia.. f. Unit Unit dau daurr ula ulang ng amm ammon onia ia.. g. Unit Unit dau daurr ulan ulang g hidr hidrog ogen en.. h. Unit Unit pemb pemban angk gkit it steam.

2.1. 2.1.1 1

Unit Unit Per Persi siap apan an Gas Gas Ump Umpan an Bak Baku u

Gas alam dari PT. Exon Mobil dialirkan ke dalam  Fuel and Feed Gas Knock  Gas  Knock 

Out Drum (61-200-F) untuk memisahkan senyawa hidrokarbon berat. Dari  KO Drum sebagian gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan sebagian lagi sebagai bahan  baku proses. Sistem persiapan gas umpan baku terdiri dari beberapa tahapan proses, yaitu  penghilangan sulfur, penghilangan mercury, dan penghilangan CO 2.

2.1.1.1 Desulfurizer  Gas alam sebagai bahan baku proses dialirkan ke dalam  Desulfurizer  (61201-DA/DB/ 201-DA/DB/DC) DC) yang berisikan berisikan   sponge iron yaitu potongan-potongan kayu yang

4

telah di impregnasi impregnasi dengan Fe 2O3. Sponge iron  berfungsi menyerap sulfur yang ada dalam gas alam. Masing-masing  Desulfurizer  mempunyai mempunyai volume 68,8 M 3. Umur  operasinya diperkirakan 90 hari untuk kandungan H 2S di dalam gas alam maksimum 80 ppm dan keluar dari  Desulfurizer  dengan kandungan H 2S dalam gas menjadi 5  ppm. Reaksi yang terjadi adalah : Fe2O3

+

3H2S

Fe2S3 + 3H2O

Operasi dilakukan dalam keadaan jenuh dan basa (pH antara 8,0 sampai 8,5). Keadaan jenuh dimaksud agar H 2S dapat teradsorbsi oleh air dan kemudian bereaksi dengan Fe2O3, sedangkan kondisi kondisi basa diperlukan diperlukan karena sponge iron bersifat basa. Untuk mencapai keadaan tersebut maka diinjeksikan Na 2CO3 sebanyak 4 sampai 10% wt secara berkala.

2.1.1.2 Mercury Guard Vessel  Gas dari  Desulfurizer  mengalir ke Mercury Guard Vessel  (61-202-D) yang  berisi 6,7 M 3 katalis Sulfur Impregnated Activated Carbon berfungsi untuk menyerap Hg yang yang terdap terdapat at dalam dalam gas alam. alam. Mercury Mercury diruba dirubah h menjad menjadii senyaw senyawaa Mercury

Sulfida dan kemudian diserap pada permukaan karbon aktif. Diharapkan kandungan Hg dalam dalam gas setelah setelah penyera penyerapan pan lebih lebih kecil dari 160 ppb. Reaksi Reaksi yang yang terjad terjadii adalah : Hg

+

H2S

HgS

+

H2

2.1.1.3 CO2 Pretreatment Unit  (CPU) CPU berfungsi untuk menurunkan kandungan CO 2 pada aliran gas umpan dari dari 23% 23% menj menjad adii 4%. 4%. Gas Gas CO2 dihilangka dihilangkan n dengan dengan cara penyerapan penyerapan memakai memakai larutan activated  MDEA (Methyl – Diethanol Amine ) dengan konsentrasi 50% Wt  pada temperatur 70 sampai 79oC didalam menara  Absorber (61-201-E). Reaksi yang terjadi adalah : CO2

+

H2CO3 +

H2O aMDEA

H2CO3 (aMDEA)+(HCO3)-

Gas masuk ke  Absorber  dari bagian bawah dan larutan aMDEA dari bagian atas sehingga terjadi kontak langsung antara keduanya. Larutan yang telah mengikat CO2 diregenerasi diregenerasi di Stripper  (61-20 (61-202-E 2-E)) selanj selanjutn utnya ya di vent vent ke udara. udara. Selain Selain mengikat CO2, larutan aMDEA juga mampu mengikat hidrogen sulfida sehingga

5

 produk CO2 hasil regenerasi di CPU tidak dapat digunakan sebagai produk samping dikarenakan pada proses berikutnya di pabrik urea memerlukan CO 2 murni yang tidak mengandung hidrogen sulfida dan impurities lainnya. Proses penyerapan CO 2 dilakukan pada tekanan tinggi dan temperatur rendah sedangkan pelepasan dilakukan  pada tekanan rendah dan temperatur tinggi karena karena pada kondisi kondisi inilah kedua reaksi diatas berlangsung optimum.

2.1. 2.1.1. 1.4 4

Fina Finall Desul Desulfu furi rize zer  r   Final Desulfurizer  (61-108-D) merupakan vessel  yang berisi dua unggun

katali katalis, s, bed bagian bagian atas atas berisi berisi katali kataliss   Nickel Molibdate yang berfun berfungsi gsi untuk  untuk  Molibdate yang meng mengub ubah ah sulf sulfur ur orga organi nik k yang yang terda terdapa patt di dala dalam m

gas gas umpa umpan n menj menjad adii sulf sulfur  ur 

anorga anorganik nik (H2S) dengan dengan mereak mereaksik sikann annya ya dengan dengan hidrog hidrogen, en, dan unggun unggun bagian bagian  bawah berisi katalis ZnO yang berfungsi untuk menyerap H 2S yang terbentuk dari unggun pertama. Reaksinya adalah : RSH

+

H2

H2S

+ Zn ZnO

RH + H2S ZnS + H2O

Sebelum masuk ke  Final Desulfurizer , tekanan gas dinaikan 39 sampai 44 kg/cm2G dengan  Feed Gas Commpressor  (61-102-J). Temperatur gas yang masuk ke

 Final Desulfurizer  371oC. Bila temperatur di bawah 371 oC yaitu pada temperatur  320oC akan terjadi reaksi metanasi yang menyebabkab kenaikan temperatur di  Final  sendiri, i, sedang sedangkan kan temper temperatu aturr di atas atas 371oC yaitu yaitu pada pada temper temperatu atur  r   Desulfurizer  sendir 400oC akan terbentuk karbamat karena ada kandungan NH 3 dalam gas H2 recycle dan CO2 dala dalam m gas gas umpa umpan. n. Kand Kandun unga gan n H 2S dida didala lam m gas gas outlet    Final Desulfurizer  Desulfurizer  diharapkan lebih kecil dari 0,1 ppm.

2.1. 2.1.2 2

Sist Sistem em Pem Pembu buat atan an Gas Gas Sin Sinte tesa sa

Sistem ini bertujuan untuk mengubah gas yang berasal dari sistem persiapan gas gas umpa umpan n baku baku menj menjad adii gas gas CO, CO, CO2 dan H2 melalui melalui tahapan tahapan proses proses sebagai sebagai  berikut: 2.1.2.1 Primary Reformer  Gas proses masuk ke Primary Primary Reformer Reformer bersama bersama dengan dengan  superheated  steam  superheated  steam dengan perbandingan  steam dengan karbon 3,2 : 1 untuk mengubah hidrokarbon menjadi CO, CO 2 dan H2. Bila rasio  steam dengan dengan karbo karbon n lebih lebih kecil kecil dari 3,2

6

menyebabkan terjadinya reaksi karbonasi (carbon formation atau carbon cracking ) yang mengakibatkan ketidakaktifan katalis karena pemanasan setempat. Ada dua jenis katalis yang di gunakan untuk kelangsungan reaksi reforming  pada Primary Reformer , yaitu katalis nikel (ICI–25–4 ) dibagian atas dan nikel (ICI–  57–4) pada bagian bawah. Reaksi yang terjadi di  Primary reformer  adalah sebagai  berikut : CH4

+

H2O

CO

+

3H2

CO

+

H 2O

CO2

+

H2

Reaksi pada   Primary Reformer  berlangsun berlangsung g secara endotermis endotermis (menyerap (menyerap  panas). Sumber panas dihasilkan dari 80 burner  dengan tipe pengapian ke bawah untuk untuk memana memanaska skan n 128 tube kata katali lis. s. Temp Tempera eratu turr gas gas inle inlett reformer  490oC. Temperatur reaksi dijaga 823oC pada tekanan 41 kg/cm 2G. Jika temperatur lebih rendah maka reaksi akan bergesar ke arah kiri (reaktan). terdir irii dari dari dua dua seks seksi, i, yait yaitu u seks seksii radia radiasi si dan dan seks seksii   Primary Primary Reformer  Reformer  terd konvek konveksi. si. Pada Pada seksi seksi radian radian merupa merupakan kan ruang ruang pembak pembakaran aran dimana dimana terdapa terdapatt tube tube kata katali liss dan dan burn burner er.. Teka Tekana nan n di Primary dijaga ga -7 mmH mmH2O supa supaya ya Primary Reformer  Reformer  dija  perpindahan panas lebih efektif dan api tidak keluar dan untuk menjaga kevakuman dipakai   Induct (61-101-BJ1T). J1T). Sedangkan Sedangkan udara pembakaran pembakaran untuk  Induct Draft Draft Fan (61-101-B  burner disuplai oleh  Force Draft Fant (61-101-BJ2T). Seksi konveksi merupakan ruang pemamfaatan panas dari gas buang hasil  pembakaran di radian oleh beberapa coil , yaitu : a. Mix Feed Coil  (61-101-BCX).  b.  Proses Air Preheat Coil  (61-101-BCA). c.  HP Steam Super Heat Coil  (61-101-BCS1). d.  HP steam Super Heat Coil  (61-101-BCS2). e.  Feed Gas Preheat Coil  (61-101-BCF). f.  BFW Preheat Coil  (61-101-BCB). g.  Burner Fuel Heater Coil  (61-101-BCP). h. Combution Air Preheat Coil  (61-101-BLI). 2.1.2.2 Secondary Reformer  Untuk Untuk menyempurn menyempurnakan akan reaksi reforming reforming yang terjadi di  Primary Reformer  (61-101-B), gas dialirkan ke Secondary Reformer  (61-103-D) yang juga berfungsi untuk membentuk gas H 2, CO dan CO 2. Aliran gas ini dicampurkan dengan aliran

7

udara dari  Air Compressor  (61-101-J) yang mengandung O 2 dan N2. Gas, steam dan udara mengalir ke bawah melalui suatu unggun yang berisi katalis nikel tipe C142RR dan C14-4GG Reaksinya adalah sebagai berikut : 2H2

+

O2

2H2O

CH4

+

H2O

CO +

3H2

CO

+

H2O

CO2 +

H2

Reaksi Reaksi utama di Secondary Secondary Reformer juga merupakan merupakan reaksi endotermis, endotermis, dengan memamfaatkan sumber panas yang dihasilkan dari pembakaran H 2 oleh O2. Secondary Reformer beroperasi pada temperatur 1287 oC dan tekanan 31 kg/cm 2G. Panas yang dihasilkan pembakaran H 2 oleh O2 juga dimanfaatkan oleh Secondary

 Reformer Waste Heat Boiler  (61-101-C) dan  High Pressure  High  Pressure Steam Superheater  Superheater  (61102-C) 102-C) sebaga sebagaii pemban pembangki gkitt steam steam (boile ) . Gas Gas yan yang kelua eluarr dari dari boilerr feed feed water  water ). setelah h diding didingink inkan an oleh oleh dua dua buah buah waste Secondary Reformer  setela waste heat exchang exchanger  er  tersebut temperaturnya menjadi 371oC.

2.1.2.3 Shift Converter  Gas CO dalam dalam gas proses proses yang keluar keluar dari dari Second Secondary ary Reform Reformer er diubah diubah menjadi CO2 pada shift converter yang terdiri atas dua bagian yaitu : a.

 High Temperature Shift Converter  (61-104 –D1).

 b.  Low Temperature Shift Converter  (61-104 –D2). (61-104-D1)) beroperasi beroperasi pada   High High Temper Temperat ature ure Shift Shift Conver Converter ter (H (HTS) TS) (61-104-D1 temperatur temperatur 350 sampai sampai 420oC dan terkanan 30 kg/cm 2G berisi katalis besi yang  berfungsi mengubah CO dalam proses menjadi CO 2 dengan kecepatan reaksi berjalan cepat sedangkan laju perubahannya (konversi) rendah. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : CO

+

H2O

CO2

+

H2

Gas proses yang keluar dari  High Temperature Shift Converter (HTS) (61104-D1), sebelum masuk ke LTS (61-104-D2) yang berisi katalis Cu diturunkan temperaturn temperaturnya ya di dalam alat penukar panas. Proses yang terjadi terjadi pada LTS (61-104D2) sama dengan proses yang ada di  High Temperature Shift Converter (HTS) . Kondisi operasi pada LTS yaitu pada tekanan 39 kg/cm 2G dan temperatur 246 oC dengan kecepatan reaksi berjalan lambat sedangkan laju perubahannya tinggi.

8

2.1. 2.1.3 3

Unit Unit Pem Pemur urni nian an Gas Gas Sin Sinte tesa sa

Pada unit ini CO dan CO 2 dipisahkan dari gas sintesa, karena CO dan CO 2 dapat meracuni katalis ammonia konverter (61-105-D). konverter (61-105-D). Proses pemurnian gas sintesa ini terdiri dari dua tahap proses, yaitu:

2.1.3.1 Main CO2 Removal  Tujuan dari CO 2 removal adalah untuk menyerap CO2 yang terdapat dalam gas sintesa. CO 2 merupakan produk samping ( side product ) dari pabrik ammonia dan digunakan sebagai bahan baku pabrik urea. Kemurnian produk CO 2 pada seksi ini adalah 99,9% vol. Unit ini merupakan unit penyerapan CO2 kedua setelah proses aMDEA pada PT. Pupuk Iskandar Muda.

Peralatan utama main CO2 Removal terdiri dari : a.

CO2 Absorber  (61-101-E).

 b.

CO2 Stripper  (61-102-E). Gas umpan dialirkan ke absorber dan dikontakkan langsung dengan larutan dengan kons konsent entras rasii 40% wt. wt. activated  MDEA (Methyl – Diethanol Amine ) dengan

CO2

dalam gas  stream di serap secara proses proses fisis dan kimia. Kemudian Kemudian larutan aMDEA diregenerasi pada tekanan rendah dan temperatur tinggi di  stripper . Gas dengan temperatur 70oC masuk ke absorber  melalui inlet sparger  dan mengalir ke atas melalui packed bed . Larutan lean dari atas tower mengalir ke bawah melalui packed bed  sehingga terjadi kontak kontak langsung antara gas sintesa dengan lean

 solution, sehingga CO 2 dapat terserap ke larutan. Gas sintesa yang telah bebas dari CO2 keluar dari top tower  menuju ke unit Synthesa Loop dengan temperatur 48 oC dengan komposisi CO 2 leak 0,1% vol. CO2 yang yang telah telah terluc terlucuti uti mengal mengalir ir ke atas melalu melaluii bagian bagian direct contact 

cooler  yang dilengkapi tray untuk didinginkan menggunakan air yang disirkulasikan dengan pompa, sehingga temperatur CO 2 di top stripper  menjadi 40oC. Fungsi tray di adalah untuk untuk memper memperlua luass area area kontak kontak antara antara dua fluida fluida direct direct contact contact cooler  cooler  adalah sehingga didapatkan hasil yang optimum. Selanjutnya CO 2 tersebut dialirkan ke unit Urea untuk diproses lebih lanjut.

9

Proses Proses penyer penyerapa apan n CO2 di Main juga dilaku dilakukan kan pada pada Main CO2 Rremoval   Rremoval  juga tekanan tinggi dan temperatur rendah sedangkan pelepasan dilakukan pada tekanan rendah dan temperatur tinngi. 2.1.3.2 Methanator  Fungsi dari Methanator  (61-106-D) adalah untuk merubah gas CO dan CO 2 yang masih lolos dari Main CO2 Removal  menjadi CH4. Methanator  merupakan suatu bejana yang diisi dengan katalis nikel terkalsinasi (penukaran logam kepada oksidanya dengan cara pembakaran). Reaksi yang terjadi adalah : CO

+

3H2

CH4

+

H2O

CO2

+

4H2

CH4

+

2H2O

Methanator  beroperasi pada tekanan 26,7 kg/cm 2G dan temperatur 330 oC. Karena Karena panas panas yang yang dihasi dihasilka lkan n dari dari reaksi reaksi ini, ini, maka maka temper temperatu aturr gas sintes sintesaa naik  naik  menjadi 366oC. Oleh karena itu, kandungan CO dan CO 2 dalam gas yang keluar dari CO2

Absorb Absorber er dibata dibatasi si maksim maksimal al 0,1% 0,1% vol agar tidak terjadi terjadi overheating . Gas

sintesa keluaran Methanator  mempunyai batasan kandungan CO dan CO 2 maksimum 10 ppm.

2.1. 2.1.4 4

Unit Unit Sin Sinte tesa sa Ammo Ammoni nia a

Gas sintesa murni dengan perbandingan volume H 2 dan N2 sebesar 3 : 1, sebelum dialirkan ke ammonia konverter (61-105-D) terlebih dahulu tekanannya dinaikkan dinaikkan dengan dengan Syn Gas Compressor  (61-103-J) sampai tekanan 150 kg/cm 2G. Kompressor ini bekerja dengan dua tingkatan kompresi dengan penggerak turbin uap ( steam  steam turbine ). Tingkatan pertama disebut  Low Pressure Case (LPC) dan tingkatan kedua disebut High Pressure Case (HPC). Gas Gas sint sintes esaa masu masuk k ke LPC LPC deng dengan an tempe tempera ratu turr 38oC dan dan teka tekana nan n 24,1 24,1 kg/cm2G, kemudian dikompresikan menjadi 63,4 kg/cm 2G dan temperatur 67,4 oC. Sedang Sedangkan kan pada pada bagian bagian HPC, gas sintes sintesaa

bercam bercampur pur dengan dengan gas recycle dari

ammoni ammoniaa konver konverter. ter. Gas sintes sintesaa umpan umpan memasu memasuki ki ammoni ammoniaa konver konverter ter dengan dengan temperatur 141oC dan tekanan 147 kg/cm 2G melalui bagian samping reaktor. Reaktor ini dibagi menjadi dua bagian berdasarkan fungsinya, yaitu ruang katalis atau ruang konversi dan ruang penukar panas ( heat exchanger ). ). Reaksi yang terjadi pada ammonia konverter adalah sebagai berikut :  N2

+

3H2

2NH3

10

Ammo Ammoni niaa

konv konver erte terr

meng menggu guna naka kan n

kata katali liss Fe (  Promo Promote ted d

Iron Iron) dan

dioperasikan pada temperatur 480oC dan tekanan 150 kg/cm 2G.

2.1. 2.1.5 5

Sist Sistem em Pend Pendin ingi gina nan n Amm Ammon onia ia

Untuk Untuk member memberika ikan n pendin pendingin ginan an pada pada ammoni ammoniaa diperlu diperlukan kan suatu suatu syste system m  pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas sintesa, gas   bua buang ng,, sert sertaa gas gas pada pada interstage kompre kompresso ssorr gas sintes sintesa. a. Sistem Sistem pendin pendingin ginan an dilakukan dalam tiga tahap yaitu : 1.

Memb Memberi eri pend pendin ingi gina nan n untu untuk k meng mengko kond nden ensa sasi sika kan n ammo ammoni niaa yang yang ada ada dala dalam m sintesa loop.

2.

Member Memberii pending pendingina inan n untuk untuk mengkon mengkonden densas sasika ikan n ammonia ammonia yang yang ada dalam dalam gas  buang.

3.

Mend Mendin ing gink inkan gas gas pad padaa interstage compressor gas sintesa. Uap Uap ammo ammoni niaa didi diding ngin inka kan n dan dan diko dikond nden ensa sasi sika kan n terle terlebi bih h dahu dahulu lu pada pada

61-120-C ). sebelum masuk ke refrigerant reservoir  (61ammonia unitized chiller  ( 61-120-C 109-F). Uap yang tidak terkondensasi dikembalikan ke sistem dan zat yang tidak    bereaksi bereaksi dari chiller  dikiri dikirim m ke unit unit daur daur ulang ulang ammoni ammonia. a. Uap ammoni ammoniaa yang yang terbentuk pada berbagai chiller, flush drum , dan   storage tank  dimasukkan dimasukkan dalam

Centrifugal Refrigerant  Compressor  (61-105-J). Kompressor ini bekerja berdasarkan sistem sistem pemam pemampata patan n

bertin bertingka gkatt untuk untuk memanf memanfaatk aatkan an ammoni ammoniaa sebagai sebagai media media

 pendingin  pendingin.. Kompressor Kompressor ini dioperasik dioperasikan an untuk memenuhi memenuhi kebutuhan kebutuhan tekanan pada

Stage Flush Drum (61-120-CF). Disamping itu juga dapat menaikkan tekanan dari aliran aliran ammoni ammoniaa yang yang mengal mengalami ami  flushing , sehing sehingga ga memung memungkin kinkan kan ammoni ammoniaa terkondensasi setelah terlebih dahulu didinginkan dalam  Refrigerant  Refrigerant Condenser  (61127-C). Produk ammonia yang dihasilkan terdiri dari dua jenis yaitu produk dingin dan produk panas. Produk dingin yang mempunyai temperatur -33 oC dikirim ke tangki penyimpanan ammonia. Sedangkan produk panas dengan temperatur 30 oC dikirim ke pabrik urea. 2.1. 2.1.6 6

Unit Unit Daur Daur Ulan Ulang g Ammo Ammoni nia a

Unit ini berfungsi untuk menyerap NH 3 yang terkandung didalam gas buang sehing sehingga ga dipero diperoleh leh effisie effisiensi nsi produk produk ammoni ammoniaa yang yang lebih lebih tinggi tinggi.. Penyer Penyerapa apan n

11

kandungan ammonia yang ada dalam campuran gas buang dilakukan dalam dua

 packed absorber  dengan sirkulasi yang berlawanan arah antara gas-gas dengan air.   HP Ammonia Scrubber  (61-104-E) menyerap ammonia yang terikut dalam  purge gas tekanan tinggi dari sintesa loop dengan temperatur 28,8oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim dikirim ke unit daur ulang ulang hidrogen (HRU).

 LP Ammonia Scrubber  (61-103-E) menyerap ammonia yang terikut di dalam  purge gas dari  Ammonia Letdown Drum (61-107-F) dan  Refrigerant  Refrigerant Receiver  (61109-F) yang bertemperatur -17 oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim ke primary reformer  sebagai bahan bakar. Larutan aquas aquas ammonia ammonia dari   HP ammonia ammonia scrubber  scrubber  dan   LP ammonia ammonia

 srubber  serta kondensat dari HRU dipanaskan sampai 165 oC di  Ammonia Stripper  (61-141-C)) lalu dialirkan dialirkan ke ke  Ammonia Stripper  (61-105 Feed/Effluent  Feed/Effluent Exchanger  (61-141-C E). Pada column ini terjadi pelepasan ammonia dari aquas ammonia, ammonia yang telah dipisahkan dikirim kembali ke refrigerant  system refrigerant  system . Untuk menjaga temperatur  ammonia keluar dari top column dispray dispray ammonia cair dari produk produk panas melalui

inlet sparger  di top column. Untuk memberi panas ke column digunakan  Ammonia Stripper Reboiler  (61-140-C) dengan menggunakan  steam .

2.1. 2.1.7 7

Unit Unit Daur Daur Ulan Ulang g Hid Hidro roge gen n

Unit Unit daur daur ulan ulang g hidr hidrog ogen en (  Hydrogen menggunak nakan an Hydrogen Recover Recoveryy Unit ) ini menggu teknologi membran separation yang diproduksi oleh Air Product USA. Tujuan daur  ulang hidrogen hidrogen adalah untuk memisahkan memisahkan gas hidrogen yang terdapat terdapat dalam  purge

 gas

dari   HP Ammonia (61-104-E 4-E)) sebelu sebelum m dikirim dikirim ke fuel fuel sistem sistem.. Ammonia Scrubber  Scrubber  (61-10

Sedangkan hidrogen yang diperoleh dikembalikan ke sintesa loop untuk diproses kembali menjadi ammonia.

 Prism separator  merupakan inti dari peralatan pada HRU.  Prism separator  menggunakan prinsip pemilihan  permeation (perembesan) gas melalui membran semi permeabel. permeabel. Molekul Molekul gas akan berpindah berpindah melalui batas membrane membrane jika tekanan   parsial dari gas lebih rendah dari tekanan di sebelahnya. Membran ini tediri dari

hollow fiber  yang terdiri dari sebuah bundle hollow fiber  yang mempunyai  seal pada setiap ujungnya dan melalui tube sheet .  Bundle ini dipasang dalam bentuk  pressure  pressure

vessel . Setiap separator mempunyai 3 buah nozzles , satu di inlet  dan dua buah di outlet.

12

Dalam operasi gas memasuki inlet nozzle dan melewati bagian luar  hollow

 fiber . Hidrogen  permeate melalui membran lebih cepat dari pada gas lain. Gas yang akan di daur ulang memasuki  HP prism separator  103-LL1A dan 103-LL1B secara  paralel melalui bottom nozzle dan didistribusikan ke bundle hollow fiber  di  shell 

 sidenya. Gas kaya hidrogen  permeate lewat melalui pori hollow fiber , melewati interna internall tube sheet  sheet , dan keluar melalui nozzle outlet . Hidrogen yang keluar dari kedua prism prism tersebut tersebut merupakan merupakan produk  produk  high pressure  permeate dan dialirkan ke

Syn Gas Compressor 1 st  Stage Cooler  (61-130-C) dengan tekanan 57 kg/cm 2g. Aliran tail gas yang meninggalkan   shell side dari HP   prism separator  di

letdown , kemudian mengalir ke LP  prism separator  separator  (61-103-LL2A, 2B, 2D, 2E, 2F) untuk untuk proses proses pemisa pemisahan han selanj selanjutn utnya. ya.

dari LP pris prism m sepe seperat rator or ini ini  Permeate dari

merupakan produk  low pressure  permeate dan dikirim ke up stream methanator  (61-11 1155-C) C) deng dengan an teka tekana nan n 31 kg/c kg/cm m 2g. Tail Tail gas gas kemu kemudi dian an   Effluen Effluentt Cooler  Cooler  (61meninggalkan shell side LP prism separator  dengan kondisi minim hidrogen dan gas non- permeate . Gas non- permeate terdiri dari dari inert gas gas methan dan dan argon argon yang di  buang dari ammonia  synthesis digunakan sebagai bahan bakar di  primary  synthesis loop , dan digunakan

reformer .

2.1. .1.8

Unit nit Pemb Pemba angk ngkit Steam it Steam

Energi panas yang dihasilkan oleh panas reaksi proses, dimamfaatkan pada  beberapa penukar panas untuk memanaskan air umpan boiler  yang akan dijadikan

 steam . Penukar panas yang dilalui air umpan boiler adalah : a.  Reformer Waste Heat Boiler (61-101-C).  b.  High Pressure Steam Superheater  (61-102-C). c.  HTS Effluent Steam Generator  (61-103-C1/C2). d.  Ammonia Converter Steam Generator (61-123-C1/C2). e.  BFW Preheat Coil  (61-1010BCB). Air umpan umpan boiler  dari dari util utilita itass masu masuk k ke  Deaerator  (61-101-U) (61-101-U) untuk  untuk  menghilangkan oksigen terlarut dengan cara mekanis ( steam bubbling  dan  stripping ) dan secara kimia (injeksi  Hydrazine) ke dalam  Deaerator , kemudian dikirim dengan

 BFW Pump (61-104-J) ke Steam Drum (61-101-F) melalui alat-alat penukar panas. Steam Steam yang yang keluar keluar dari dari   steam dipanaskan di   High steam drum dipanaskan High Pressure Pressure Stam (61-102-C 2-C)) hingga hingga temper temperatu aturr 327oC dan dan teka tekana nan n 105 105 kg/c kg/cm m 2G, Superheater  (61-10

13

kemudian dipanaskan lagi di  HP Steam Super Heat Coil  (101-BCS1/BCS2) untuk  menghasilkan  superheated  superheated steam ( steam   steam SX ) dengan temperatur 510oC dan tekanan 123 kg/cm 2G Produk    stea yang dihasi dihasilka lkan n sebesa sebesarr 211 ton/jam ton/jam diguna digunakan kan untuk  untuk  steam m SX  yang   penggerak turbin   Air Compressor  (61-101-JT) sebesar 80 ton/jam dan penggerak  turbin Syngas Compressor  (61-103-JT), selebihnya diturunkan tekanannya menjadi

  steam SH. Exhaust dari steam tersebut adalah  steam SH  bertekanan 42,2 kg/cm 2G dan temperatur 510oC, digunakan untuk menggerakkan turbin-turbin yang lain yaitu : a. Turbin  Refrigerant Compressor (61-105-JT) sebesar 21 ton/jam. b. Turbin Feed Gas Compressor (61-102-JT) sebesar 8,84 ton/jam. c. Turbin BFW pump (61-104-JT) sebesar 17,4 ton/jam. d. Turbin ID fan (61-101-BJ1T) sebesar 8,17 ton/jam. e. Turbin RC Lube Oil Pump (61-105-JLOT) sebesar 0,55 ton/jam. f. Turbin Air Compressor (61-101-JT) sebesar 2,3 ton/jam.. Pemakaian Pemakaian terbesar  terbesar    stea adalah untuk  untuk   steam pros proses es di  primary steam m SH  adalah

 Reformer yaitu sebesar 81 ton/jam dan sekitar 30 ton/jam di impor ke unit Urea. turbin-tu -turbi rbin n di atas atas mengha menghasil silkan kan  steam SL Steam SH  dari letdown turbin  bertekanan 3,5 kg/cm 2G dan temperatur 219 oC, digunakan sebagai media pemanas di sebagaii  steam ejektor. reboiler, sebagai   steam steam bubling/ bubling/stri striping ping Deaerato Deaerator  r  dan sebaga Konden Kondensat sat steam steam dari dari reboil reboiler er dikiri dikirim m kembal kembalii ke  Deaerator  sebagai air umpan

 Boiler. Sedangkan condensing steam SX  dari turbin dikirim ke Surface Condenser  (61-101-JC) untuk di kondensasikan dengan air pendingin, kemudian dikirim ke off  sebesar 54 ton/jam dan sebagian kecil digunakan digunakan sebagai make up jaket water,  site sebesar

make up aMDEA sistem dan sebagai pelarut bahan-bahan kimia.

2.2

Urea

Unit Unit Urea Urea PT. PT. Pupu Pupuk k Iska Iskand ndar ar Muda Muda meng mengun unak akan an

tekno teknolo logi gi ACES ACES,,

memproduksi pupuk pupuk urea granul dengan kapasitas terpasang terpasang 1.725 ton/hari. ton/hari. Proses ini dipilih karena mempunyai beberapa kelebihan, antara lain mutu produk yang tinggi, tidak ada  problem eksplosive eksplosive , lowest steam consumption  process , dan limbah yang kurang (tingkat polusi yang rendah).

Unit urea dapat dibagi dalam enam seksi, yaitu:

14

a.

Seksi si sintesa.

b.

Seksi pur purifikasi.

c.

Seksi kosentras rasi.

d.

Seksi gran ranulasi.

e.

Seksi recoveri.

f.

Seks Seksii pros proses es peng pengol olah ahan an kond konden ensa sat. t.

2.2. .2.1

Sek Seksi Sint Sinteesa

Urea Urea disint disintesi esiss dengan dengan mereak mereaksik sikan an NH3 cair cair deng dengan an gas gas CO2 dari dari unit unit ammonia, dan larutan recycle karbamat dari seksi recovery pabrik urea. Larutan sintesa urea dikirim ke seksi purifikasi untuk memisahkan ammonium karbamat dan ammonia ammonia berlebih, berlebih, setelah setelah di stripping   stripping  dengan gas CO 2. Ammonia cair dipompakan ke dalam Reaktor (62-DC-101) melalui  Ammonia Preheater  (62-EA-103) dengan  pompa Centrifugal Ammonia Feed Pump (62-GA-101 A,B). Gas CO2 dikompresik dikompresikan an ke tekanan tekanan synthesa synthesa bersama bersama dengan dengan udara anti korosi korosi 5.000 5.000 ppm sebagai sebagai O 2 dengan dengan CO2 kompresso kompressorr jenis sentrifugal sentrifugal dengan dengan  penggerak steam turbin (62-GB-101). Bagian terbanyak dari gas CO 2 dimasukkan ke (62-DA-101)) yang berguna untuk  CO2 stripping  dan sebagi sebagian an lainny lainnyaa Stripper  (62-DA-101 dikirim ke LP Decomposer  (62-DA-202) juga sebagai stripping . Reaktor dioperasikan pada tekanan 175 kg/cm 2G dan temperatur 190oC, dan dengan molar rasio NH3/CO2 4,0 dan molar rasio H 2O/CO2 adalah 0,64. Reaktor  adalah suatu bejana berupa vessel tegak lurus dengan sembilan baffle plate dibagian dalam untuk menghindari back mixing , dan dinding bagian dalamnya dilapisi dengan 316L  stainless steel urea grade . Tekanan operasi dari Stripper  Karbamat Kondenser  (62-EA-101 dan 62-EA-102) serta  scrubber  adalah sama seperti kondisi operasi di reaktor. reaktor. Larutan Larutan urea sintesa setelah mencapai konversi sekali lewat (once-through ) 67% di dalam reaktor, mengalir turun melalui pipa di dalam reaktor dan masuk  menuju stripper  secara gravitasi. Di dalam  stripper  sebelah atas, larutan urea sintesa dari reaktor turun dan kontak dengan gas yang telah dipisahkan di bagian bawah melalui  sieve tray , dimana komposisi larutan diatur secara adiabatis dan sesuai untuk efektifnya CO 2  stripping . Di bagi bagian an bawa bawah h  stripper , ammo ammoni nium um karb karbam amat at dan dan ammo ammoni niaa berl berleb ebih ih yang yang terkandung dalam larutan urea sintesa di urai dan dipisahkan dengan CO2 stripping 

15

dan pemana pemanasan san dengan dengan steam steam pemana pemanass   falling Kondis isii opera operasi si di falling film film heater  heater . Kond

 stripper  tekanannya adalah 175 kg/cm 2G dan temperatur 178 oC. Gas dari top Reactor , mengandung sejumlah kecil ammonia dan CO 2, dikirim ke  scrubber  untuk di daur ulang ammonia dan CO 2 memakai memakai larutan larutan karbamat karbamat

recycle , yang kemudian dikirim ke Reaktor (62-DC-101). Gas yang berasal dari top  scrubber  dikirim ke  HP Absorber  (62-EA-401) untuk selanjutnya ammonia dan CO 2 daur daur ulang ulang kembal kembali. i. Sebagi Sebagian an gas terseb tersebut, ut, yang yang masih masih mengan mengandu dung ng oksige oksigen n digunakan kembali sebagai udara anti korosi untuk karbamat kondenser sisi  shell . Reaksi sintesa urea yang terjadi adalah : 2NH3

+

CO2

 NH2COONH4

 NH2COONH4  NH2CONH2

+

H2O

Sela Selain in reaks reaksii di atas, atas, sela selama ma sint sintes esaa terja terjadi di juga juga reaks reaksii samp sampin ing g yait yaitu u terbentuknya biuret dari urea : 2NH2COONH4

 NH2CONHCONH2 +

N2

Reaksi antar CO2 dan NH3 menjadi urea berlangsung secara bolak-balik dan sang sangat at dipe dipeng ngar aruh uhii oleh oleh teka tekana nan, n, tempe tempera ratu tur, r, komp kompos osis isi, i, dan dan waktu waktu reaks reaksi. i. Perubahan ammonium karbamat menjadi urea dalam fase cair, sehingga dibutuhkan temperatur dan tekanan yang tinggi.

2.2. 2.2.2 2

Seks Seksii Puri Purifi fika kasi si

Setelah ammonia dan CO2 yang tidak terkonversi dipisahkan dari larutan urea sintesa di seksi purifikasi, larutan urea kemudian dipekatkan sampai konsentrasinya menjadi 98% wt di seksi konsentrasi, sebelum dikirim ke seksi granulasi. Sistem vakum konsentrasi diadopsi untuk memekatkan larutan urea agar dapat memenuhi aturan kontrol polusi lingkungan. Larutan urea dari seksi purifikasi dimasukkan ke Vakum Konsentrator (62FA-301), yang dioperasikan pada tekanan vakum 150 mmHgA dan temperatur 77 oC, untuk memekatkan urea menjadi sekitar 84% berat. Panas yang dibutuhkan untuk    pengu penguapa apan n H2O dida didapa patt dari dari pana panass reaks reaksii pemb pemben entu tuka kan n karb karbam amat at dan dan pana panass kondensas kondensasii gas-gas gas-gas ammonia ammonia dan CO2 di   HP absorber  absorber  (62-EA-401 B) di seksi

recovery.

16

Pada tahap terakhir dari seksi ini, larutan urea yang telah dipekatkan di kirim ke  Evaporator  (62-EA-301) dan dipanaskan sampai 135 oC dengan  steam tekanan rendah. Setelah larutan urea dipekatkan dipekatkan sampai 98.5% 98.5% berat dengan tekanan vakum dibawah 100 mmHgA di  Final Separator  (62-FA-302), kemudian dipompakan ke Granulator (62-MA-601) dengan Urea Feed Pump (62-GA-303 A,B). Uap air dari konsentrator selanjudnya akan diolah pada seksi pengolahan kondensat.

2.2. .2.3

Sek Seksi Gra Granu nula lasi si

Larutan urea yang telah dipekatkan sampai 98,5% berat dikirim dari seksi konsentrasi ke Granulator (62-MA-601) dengan Urea Feed Pump (62-GA-303 A/B). MMU (Mono Methyrol dari MMU MMU unit unit dica dicamp mpur ur ke dala dalam m laru laruta tan n urea urea Methyrol Urea ) dari sebagai additive pada   suctio pompa. a. MMU MMU adal adalah ah laru laruta tan n urea urea yang yang suction n feed  feed  pomp mengandun mengandung g formaldehid formaldehid dengan dengan perbanding perbandingan an urea/formald urea/formaldehid ehid molar  ratenya adalah 1,5. Larutan urea dispray ke atas permukaan recycle urea seed  (urea inti) dengan udara spouting  di dalam Granulator (62-MA-601) melalui  spray nozzle . Larutan urea yang dispray ke atas permukaan urea inti ( seeding ) didinginkan dengan cepat dan dike dikeras raska kan, n, uap uap air (moisture ) dala dalam m laru laruta tan n urea urea diua diuapk pkan an pada pada saat saat yang yang  bersamaan. Kandungan air dalam urea granule menjadi kurang dari 0,25% wt. Urea inti kemudian kemudian membesar membesar ke ukuran granul granul secara berangsur-an berangsur-angsur  gsur  oleh multi stage spouting beds dan  spray nozzle . Urea inti mengalir ke setiap stage unggun fluidisasi ( fluidized bed ). ). Udara  spouting  diperoleh dari   Forced Fan for Spouting Air  (62-GB-601) setelah melalui Air Heater for Spouting Air  (62-EA-601). Sedangkan udara fluidisasi diperoleh diperoleh dari   Force (62-GB-602)) setelah setelah melalui melalui  Air  Forced d Fan Fan for for Fluid Fluidizi izing ng Air  Air  (62-GB-602

 Heater for Fluidizing Air  (62-EA-602) dan  Heater for Fluidizing Air  (62-EA-603). Temperatur dari setiap udara dikontrol oleh masing-masing air heater  (temperatur  unggun 110 sampai 115 oC), untuk pengerasan dan pengeringan. Setelah pengerasan dan pengeringan, urea granul didinginkan sampai 90 oC oleh  fluidizing after cooler  didalam granulator.

17

Urea granul kemudian dikirim ke Urea Screen (62-FD-601 A/B) melalui (62-JF-603 A/B), Granulat Vibra Vibrati ting ng Feede Feederr for for Granul Granulato atorr Outle Outlet  t  (62-JF-603 Granulator or Outlet  Outlet 

Conveyor  (62-JD-603) dan  Bucket Elevator (62-JD-601). Urea granul diklasifikasikan dan dipisahkan ke dalam 4 ukuran urea oleh

urea screen , yaitu : -

 Lump size urea (gumpalan urea)

-

Over size urea (urea ukuran besar)

-

 Product size urea (urea yang diinginkan)

-

Under size urea (urea ukuran kecil) Gump Gumpala alan n urea urea diki dikiri rim m ke   Dissolv (62-FA-601)) melalui melalui chute, Dissolving ing Pit  (62-FA-601 dilarutkan ke dalam larutan urea dan dikirim kembali ke Urea Solution Ttank  (62FA-201) dengan   Dissolv (62-GA-605). ). Urea yang berukuran besar  Dissolving ing Pit Pump (62-GA-605 dikiri dikirim m ke Over Size Urea Cooler  (62-EC-602 (62-EC-602)) dan didingink didinginkan an dengan dengan udara. udara. Setela Setelah h pendin pendingin ginan, an, urea urea yang yang beruku berukuran ran besar besar tadi tadi dipecah dipecahkan kan dengan dengan Urea

Crusher  (62-FH-601 A/B). Urea produk yang diinginkan ( product size urea ) didinginkan sampai kurang dari 50oC dengan udara didalam Urea Product Cooler  (62-EC-601) dan dikirim ke (62-JD-604). ). Sebagian Sebagian kecil dari battery battery limit  limit  dengan Urea Product Product Conveyor  Conveyor  (62-JD-604 dipecahkan n sebagai sebagai urea inti untuk   product size urea dikirim ke Urea Crusher  dan dipecahka mengontrol jumlah urea inti. Urea ukuran kecil dimasukkan ke Urea Recycle Hopper  (62-FE-601) dan dikemb dikembali alikan kan ke granul granulato atorr sebaga sebagaii urea urea inti inti

untuk untuk pembuat pembuatan an urea granul granulee

selanjutnya. Urea inti terdiri dari urea ukuran besar yang telah dipecahkan, urea dipecahkan, dan urea ukuran kecil yang dikembalikan dikembalikan secara  product size yang telah dipecahkan,  bersamaan ke granulator oleh  Recycle Weigher  (62-JF-602) dengan rasio antara 0,5 sampai 1,0.

2.2.4

Seksi Recovery Seksi Recovery

Gas-ga Gas-gass ammoni ammoniaa dan CO2 yang yang telah telah dipisa dipisahk hkan an pada pada seksi seksi purifi purifikas kasii diserap dan didaur ulang didalam dua tingkat absorber, yakni  HP Absorber  (62-EA401 A,B) dan   LP Absorber  (62-EA-402 (62-EA-402), ), menggunaka menggunakan n proses kondensat kondensat sebagai sebagai  penyerap (absorbent ), ), sebelum dikembalikan ke seksi sintesa.

18

Gas dari dari bagi bagian an atas atas   LP Dekomposer  (62-DA-202) pada seksi purifikasi dikiri dikirim m ke   LP absorb yang diop dioper eras asik ikan an pada pada teka tekana nan n 2.3 2.3 kg/c kg/cm m 2G dan absorber  er , yang temperatur 45oC, untuk penyerapan ammonia dan CO 2 dengan sempurna. Sedangkan gas dari bagian atas  HP Decomposer  (62-DA-201) dikirim ke  HP Absorber , yang dioperasikan pada tekanan 16.8 kg/cm 2G dan temperatur 104oC, gas dikondensasikan dan diserap dengan sempurna oleh larutan dari  LP absorber. Panas yang dihasilkan dalam proses penyerapan pada  HP absorber  diserap oleh larutan di dalam vakum konsentrator konsentrator dengan dengan mensirkula mensirkulasikan sikan larutan urea dan digunakan sebagai sumber panas untuk memekatkan larutan urea. Larutan karbamat yang terbentuk terbentuk didalam didalam   HP absorber  didaur ulang ulang ke karbam karbamat at konden kondenser ser dan absorber  didaur

 scrubber .

2.2.5 2.2.5

Seksi Seksi Proses Proses Pengo Pengolah lahan an Kond Kondens ensat at

Seksi ini berfungsi untuk mendaur ulang gas-gas sisa sebelum di buang ke atmosfir serta mendaur ulang kondensat sebelum dimamfaatkan lagi di utilitas. Seksi ini di bagi menjadi dua sistem yaitu :

2.2.5.1 Vacuum Generation System Air yang diuapkan pada tekanan vakum dibawah 100 mmHgA di  final 

 separator  dikirim ke  First Surface Vondenser  (62-EA-501) untuk kondensasi. Uap yang tidak terkondensa terkondensasi si didalam didalam  First Surface Condenser  dimasukkan ke Second  dan Third Surface Condenser  (62-EA-502 dan 503) oleh  Ejector  (62-EE-502/503). Air Air yang yang diua diuapk pkan an pada pada teka tekana nan n vaku vakum m diba dibawa wah h 150 150 mmHg mmHgA A di vaku vakum m konsentrato konsentratorr dikirim dikirim ke Second Surface Condenser  (62-EA-502). Sedangkan uap yang yang di flash flash dari dari   Flash Separator  (62-FA-302 (62-FA-302)) dimasukkan dimasukkan ke Third Third Surface Surface

Condenser (62-EA-503). Gas yang tidak terkondensasi dari Second Surface Condenser  dihisap oleh

Third Ejector  (62-EE-503) ke tekanan atmosfir untuk pencucian memakai proses kondensat dalam final absorber  untuk merecover gas-gas ammonia dan CO 2 sebelum gas-gas tersebut dilepaskan ke atmosfir. 2.2.5.2 Process Condensate Treatment System

19

Proses Proses konden kondensat sat dari dari   First (62-EA-50 -501), 1), yang yang di First Surface Surface Condenser  Condenser  (62-EA kumpulkan secara terpisah didalam  Process Condensate Tank  (62-FA-501), dikirim ke  LP Absorber  sebagai make-up penyerap melalui Washing Column (62-DA-401) untuk pencucian atau pembersihan vent gas dari   HP Absorber . Sedangkan proses kondensat kondensat dari Second  dan Third diumpanka nkan n ke  Process Third Surface Surface Condense Condenser  r , diumpa

Condensate Stripper  (62-DA-501). Kond Konden ensa satt dile dilepa pask skan an atau atau dipi dipisa sahk hkan an dari dari ammo ammoni niaa dan dan CO2 dengan memakai  steam stripping  dalam  process condensate stripper . Gas dari bagian atas dikirim ke  LP Decomposer  seksi purifikasi. purifikasi. Dari middle stage process condensate

 stripper , kondensat dipompakan ke Urea Hydrolyzer  (62-DA-502) yang dioperasikan   pada pada tekana tekanan n 23 Kg/cm Kg/cm2G dan dan tempe tempera ratu turr 210 210oC. Proses Proses konden kondensat sat dari dari urea

hydrolyzer  diumpankan lagi ke bagian bawah   process condensate stripper  untuk  mele melepa pass ammo ammoni niaa dan dan CO2. Proses Proses konden kondensat sat yang yang bersih bersih setelah setelah pengol pengolaha ahan n mengandung residual urea dan ammonia maksimal 5 ppm sebelum dikembalikan ke unit utilitas. 2.3

Utilitas

Unit Utilitas merupakan unit penunjang bagi unit-unit yang lain dalam suatu  pabrik atau sarana penunjang untuk menjalankan suatu pabrik dari tahap a wal sampai  produk akhir. Pada PT. Pupuk Iskandar Muda, pabrik Utilitas meliputi : a.

Unit water intake.

 b.  b.

Unit nit pen pengo gola lah han air. air.

c.

Unit pe pembangkit ua uap ( steam  steam ).

d.

Unit Unit pemb pemban angk gkit it list listri rik. k.

e.

Unit Unit udara udara inst instru rume men n dan dan udar udaraa pab pabrik rik..

f.

Unit nit pem pemis isah ahan an udara dara (ASP (ASP). ).

g.

Unit nit pen penguku gukura ran n gas ( gas metering station ).

h.

Unit Unit peng pengol olah ahan an air air buan buanga gan. n.

2.3.1

Unit Water Intake

Sumber air untuk pabrik, perkantoran dan perumahan PT. Pupuk Iskandar  Muda diambil dari sungai Peusangan (Kabupaten Bireuen) yang jaraknya sekitar 25 km dari lokasi lokasi pabrik. Luas Daerah Aliran Sungai Peusangan Peusangan adalah 2.260 km 2 dan

20

sebagian sebagian besar terletak terletak dikabupaten dikabupaten Aceh Tengah. Air ini dipompa dengan laju alir  normal sebesar 700 sampai 800 ton/jam pada tekanan minimum 2 kg/cm 2G. Pada fasilitas water intake terdapat tiga unit pompa, dimana setiap pompa memiliki kapasitas 1.250 ton/jam dan dilangkapi dengan : a. Water Intake Channel , merupakan suatu kolam yang disekat sehingga berbentuk  salura saluran n (channel ), ), serta serta dileng dilengkap kapii dengan dengan bar screen yang berfungsi berfungsi untuk  untuk  menyaring benda-benda kasar terapung yang mungkin ada di tempat penyadapan terutama di bangunan sadap sungai, agar tidak mengganggu proses pengolahan air berikutnya.  b.   Intake Pond , merupakan merupakan suatu kolam dengan ukuran 27.900 27.900 x 7.600 7.600 m 2 yang  berfungsi untuk menampung air yang telah disadap dari sumber dan digunakan sebagai bahan baku. Air tersebut dialirkan ke Settling Basin (bak pengendapan) dengan menggunakan pompa. c. Settling berfungsi gsi untuk untuk mengen mengendap dapkan kan partik partikel-p el-part artike ikell kasar kasar secara secara Settling Basin Basin , berfun gravitasi dan mengatur aliran yang akan ditransmisikan, basin dibagi menjadi lima channel  dan secara bergantian bergantian sebuah sebuah channel  dibersihka dibersihkan n dan diambil diambil lumpurnya. Air yang berasal dari fasilitas Water Intake kemudian dialirkan ke dalam instalasi pengolahan air di PT. Pupuk Iskandar Muda dan PT. Asean Aceh Fertilizer  dengan laju alir 1.650 ton/jam.

2.3. 2.3.2 2

Unit Unit Peng Pengol olah ahan an Air Air

Kebutuhan air di pabrik diperlukan untuk bahan baku dan pembantu proses yaitu dalam bentuk  Filter  Filter Water  dan  Demin Water  atau  Polish Water , disamping itu diproduksi pula  Potable Water sebagai air minum.

2.3.2.1 Clarifier  (63-FD-10 -1001) 01) berfun berfungsi gsi sebaga sebagaii tempat tempat pengol pengolaha ahan n air tahap tahap Clarifier  (63-FD  pertama yaitu proses penjernihan air untuk menghilangkan zat padat dalam bentuk  suspensi dengan jalan netralisasi, sedimentasi, koagulasi, dan filtrasi.

Clarifier  mempunyai kapasitas 1330 ton/jam sedangkan kebutuhan air baku masuk  clarifier  adal adalah ah 600 600 samp sampai ai 800 800 ton/ ton/jam jam (nor (norma mal) l).. Pada Pada inlet  clarifier 

21

diinjeksikan bahan-bahan kimia yaitu alum sulfat, klorin, soda kaustik, sedangkan

coagulant aid  ditambahkan ke dalam clarifier . Fungsi dari bahan-bahan kimia tersebut adalah : a.

Alum Sulfat (Al2(SO4)3)

Berfungsi untuk membentuk gumpalan dari partikel yang tersuspensi dalam air. Bila alum dikontakkan dengan air maka akan terjadi hidrolisa yang menghasilkan alumunium hidroksida (Al 2(SO4)3) dan asam sulfat. Reaksi Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Al2(SO4)3 . 18 H2O + 6 H2O

2 Al(OH)3 + 3H2SO4 + 18 H 2O

Gumpalan Al(OH)3 yang berupa koloid akan mengendap bersama kotoran lain yang terikut ke dalam air dan H 2SO4 akan mengakibatkan air bersifat asam. Penambahan alum tergantung pada turbiditi dan laju alir air umpan baku.  b.  b. Soda Soda Kaus Kausti tik k (NaO (NaOH) H) Berfung Berfungsi si untuk untuk menetr menetralka alkan n air akibat akibat penamb penambaha ahan n alum alum sehing sehingga ga PHnya PHnya  berkisar antara 6 sampai 8. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : H2SO4 + NaOH

Na2SO4 + 3 H2O

c. Klorin (Cl2) Tujuan utama penambahan zat klorin adalah untuk mematikan mikroorganisme dalam air, disamping itu juga untuk mencegah tumbuhnya lumut pada dinding clarifier dan akan mengganggu proses selanjutnya. d. Coa Coagula ulant Aid ( Polymer   Polymer ) Berfungsi untuk mempercepat proses pengendapan, karena dengan penambahan  bahan ini akan membentuk flok-flok yang lebih besar sehingga akan lebih mudah dan cepat mengendap. dilengkap kapii dengan dengan agitato agitatorr dan rake yang yang berfun berfungsi gsi sebaga sebagaii Clarifier  dileng  pengaduk, keduanya bekerja secara kontinyu. Agitator berfungsi untuk mempercepat terjadinya flok-flok dan bekerja dengan kecepatan 1,05 sampai 4,2 rpm. Sedangkan

rake berfungsi mencegah agar flok-flok (gumpalan lumpur) tidak pekat di dasar  clarifier  dan bekerja dengan kecepatan 0,033 rpm. Kotoran-kotoran yang mengendap   bersama bersama lumpur  lumpur  ( sludge dikeluark arkan an dari dari bawah bawah clarifier  sebagai blow down,  sludge) dikelu down, sedangkan air jernih dari clarifier  keluar lewat over flow .

22

2.3.2.2 2.3.2.2 Saringan Saringan Pasir Pasir (Gravity Sand Filter ) Air yang jernih dari Clarifier dialirkan dialirkan ke Gravity Sand Filter  (63-FD-1002) secara gravitasi. Gravity sand filter  terdiri atas 5 (lima) unit yaitu empat  service dan satu unit siaga ( stand by). Komponen utama dari saringan pasir adalah pasir yang ukurannya ukurannya berbeda-beda. berbeda-beda. Saringan Saringan pasir bekerja bekerja kontinyu, kontinyu, jika kotoran-ko kotoran-kotoran toran menggumpal atau lumpur yang sudah terlalu tebal di saringan, maka akan dilakukan

back wash secara berkala.

2.3.2.3 Filter Water Reservoir  Air dari saringan pasir ditampung di  Filter Water Reservoir  (63-FB-1006), kemudian dibagi ketiga tangki yaitu : a.  Potable Water Tank (63-FB-1002) Diguna Digunakan kan untuk untuk mendis mendistrib tribusi usikan kan air yang yang telah telah memenu memenuhi hi persya persyarata ratan n air  minum ke perumahan, kantor, kapal, dan emergency shower .  b.  Filter Water Tank (63-FB-1008) Digunakan sebagai fire water , make up Cooling Water  dan back wash.

c.  Recycle Water Tank (63-FB-1008) Digunakan sebagai air umpan demin. Air ini diproses lagi untuk menghasilkan air yang bebas mineral dan akan digunakan sebagai air umpan  Boiler . 2.3.2.4 2.3.2.4 Saringan Saringan Karbon Aktif Aktif ( Activated Carbon Filter ) Air dari   Recycl (63-FB-1008) 8) dialirkan dialirkan ke dalam  Activated  Recyclee Water Water Tank  (63-FB-100

Carbon Filter  (63-FB-1003) untuk menyerap CO 2 terlarut dalam air dan zat-zat organik yang ada dalam  filter water, serta residual klorin dari air sebelum masuk ke sistem Deionisasi ( Demineralizer ). 2.3.2.5 Demineralizer  Unit ini berfungsi untuk membebaskan air dari unsur-unsur silika, sulfat, klorida dan karbonat dengan menggunakan resin, unit ini terdiri dari : a. Cation Tower  (63-DA-1001) Proses Proses ini bertujuan bertujuan untuk menghilan menghilangkan gkan unsur-uns unsur-unsur ur logam yang berupa berupa ionion positif yang terdapat dalam  filter water  dengan menggunakan resin kation RSO3H (tip (tipee   Dow Proses es ini ini dila dilaku kuka kan n deng dengan an Dowex ex Upco Upcore re Mono Mono A-50 A-500 0). Pros melewatkan air melalui bagian bawah, dimana akan terjadi pengikatan logam-

23

logam logam terseb tersebut ut oleh oleh resin. resin. Resin Resin R-SO R-SO3H ini ini bers bersifa ifatt asam asam kuat kuat,, kare karena na itu itu disebut asam kuat cation exchanger resin. Reaksi yang terjadi adalah : CaCl2+ 2R – SO3H

(R – SO3)2Ca

+ 2 HCl

MgCl 2+ 2R – SO3H

(R – SO3)2Mg + 2 HCl

 NaCl2+ 2R – SO 3H

(R – SO3)2Na

+ 2 HCl

CaSO4+ 2R – SO 3H

(R – SO3)2Ca

+ 2 HSO4

MgSO4+ 2R – SO 3H

(R – SO3)2Mg + 2 HSO4

NaSO4+ 2R – SO3H

(R – SO3)2Na + 2 HSO 4

Na2SiO4+ 2R – SO 3H

(R – SO3)2Na + 2 HSiO 4

CaCO3+ 2R – SO 3H

(R – SO3)2Ca + 2 HCO3

 b.  Degasifier  (63-DA-1002)

 Degasifier  berfungsi untuk menghilangkan gas CO 2 yang terbentuk dari asam karbonat pada proses sebelumnya, dengan reaksi sebagai berikut : H2CO3

H2O + CO2

Proses Proses Degasi Degasifie fierr ini berlan berlangsu gsung ng pada pada tekana tekanan n vakum vakum 740 mmHg mmHg dengan dengan menggunakan  steam ejektor ejektor,, di dalam dalam tangki tangki ini terdapa terdapatt netting  ring  untuk  memper memperlua luass bidang bidang kontak kontak antara antara air yang yang masuk masuk dengan dengan steam steam bertek bertekana anan n rendah rendah yang yang diinje diinjeksi ksikan kan.. Sedang Sedangkan kan outlet outlet  steam ejektor ejektor dikondensa dikondensasikan sikan dengan injeksi air dari bagian atas dan selanjutnya ditampung dalam  seal pot  sebagai umpan Recovery Tank .

c.  Anion Tower  (63 -DA-1003) Berfungsi untuk menyerap atau mengikat ion-ion negatif yang terdapat dalam air  yang keluar dari  Degasifier . Resin pada anion exchanger  adalah R=NOH (Tipe

 Dowex Upcore Mono C-600 ). Reaksi yang terjadi adalah : H2SO4 + 2 R = N – OH

(R = N) 2SO4

+ 2 H2O

HCl HCl

+

R = N – Cl

+

H2SiO3

+ 2 R = N – OH

H2CO3 HNO3

+ +

R = N – OH

R = N – OH R = N – OH

H 2O

(R = N) 2SiO3 + 2 H2O R = N – CO3 + R = N – NO3 +

H2O H2O

24

Reaksi ini menghasilkan H 2O, oleh karena itu air demin selalu bersifat netral. Air  keluar tangki ini memiliki pH pH 7,5 sampai 8,5 konduktifitas kurang dari 3  µ  .

d. Mix Bed Polisher  (63-DA-1004) Berf Berfun ungs gsii untu untuk k meng menghi hila lang ngka kan n sisa sisa-s -sis isaa loga logam m atau atau asam asam dari dari pros proses es sebelumnya, sehingga diharapkan air yang keluar dari mix bed polisher  telah  bersih dari kation dan anion. Di dalam mix bed polisher  digunakan dua macam resin yaitu resin kation dan resin anion yang sekaligus keduanya berfungsi untuk  menghilangkan sisa kation dan anion, terutama natrium dan sisa asam sebagai senyawa silika dengan reaksi sebagai berikut : Reaksi Kation :  Na2SiO3 + 2 R – SO 3H

2 RSO3 Na

+ H2SiO3

Reaksi Anion :  Na2SiO3 + 2 R = N - OH

2 RSO3  Na

+H 2SiO3

Air yang telah bebas mineral tersebut dimasukkan ke  Polish Water Tank  (53-FB1004) dan digunakan untuk air umpan boiler .

2.3. 2.3.3 3

Unit Unit Pemb Pemban angk gkit it Uap Uap

Pada Unit Utilitas, sumber pembangkit uap yang digunakan untuk kebutuhan operasi adalah  Package Boiler  (63-BF-4001). Air dari  Polish Water  Tank  (63-FB1004) dimasukkan ke dalam  Deaerator  (63-EG-4001) untuk menghilangkan gas CO 2 dan O2 terlarut yang menyebabkan korosi. Di deaerator  juga diinjeksikan hydrazine (N2H4) untuk mengikat gas O 2 yang terdapat dalam air. Reaksinya adalah sebagai  berikut :  N2H4 + O2

2 H2O

+

N2

Pada outlet Deaerator juga diinjeksikan ammonia yang berfungsi untuk mengatur pH dari boiler feed water . dengan kapasi kapasitas tas 120 ton/ja ton/jam, m, tekana tekanan n 41 kg/jam kg/jam2G dan   Package boiler  dengan temperature temperature 385oC menggu menggunak nakan an panas panas yang yang berasa berasall dari dari pembak pembakaran aran  fuel  gas. Sistem operasinya adalah air yang dari  Deaerator  masuk ke  Economizer  (63-EC4001) lalu dialirkan ke  steam drum, dalam  steam drum diinjeksikan Na3PO4 untuk  mengikat komponen hardness serta untuk menaikkan menaikkan pH air  boiler . Sirkulasi antara

25

 steam drum dan coil-coil  pemanas berlangsung secara alami karena perbedaan berat  jenis air dalam pipa. Uap yang dihasilkan oleh   Package Boiler  digunakan pada pabrik utilitas,  pabrik urea, sedangkan pabrik ammonia hanya pada saat tertentu.

2.3. 2.3.4 4

Unit Unit Pemb Pemban angk gkit it List Listri rik  k 

Untu Untuk k meme memenu nuhi hi kebu kebutu tuha han n list listri rik, k, pabr pabrik ik PT. PT. Pupu Pupuk k Iska Iskand ndar ar Muda Muda mensupply listrik dan beberapa generator sebagai sumber tenaga pembangkit listrik  yang dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Main Generator  (63-EG-7001) Generator ini merupakan generator utama sumber tenaga listrik di utilitas pada  pabrik  pabrik Pupuk Pupuk Iskandar Iskandar Muda 2, yang digerakkan digerakkan dengan dengan turbin turbin berbahan berbahan bakar  gas alam, fungsinya adalah untuk menyalurkan listrik ke seluruh pabrik dan  perumahan. Daya

: 20 MW

Tega Tegang ngan an : 13,8 13,8 KV KV

 b. Main Generator  (53-GI-7001) Generator ini merupakan generator utama sumber tenaga listrik di utilitas pada  pabrik  pabrik Pupuk Pupuk Iskandar Iskandar Muda 1, yang digerakkan digerakkan dengan dengan turbin turbin berbahan berbahan bakar  gas alam, fungsinya sama dengan main generator  (63-EG-7001) dan hanya salah satu main generator saja yang beroperasi. Daya

: 15 MW

Tega Tegang ngan an : 13,8 13,8 KV KV

c. Standby Generator  (53-GI-7002) Merupakan generator pendamping, dioperasikan apabila terjadi gangguan pada main generator. Bahan bakarnya bisa solar atau gas alam. Daya

: 1,5 MW

Tega Tegang ngan an : 2,4 2,4 KV

26

d.  Emergency Generator (53-GH-7001) Merupakan generator cadangan, yang dipakai dalam keadaan mendadak apabila terjadinya gangguan pada main generator dan pada saat peralihan ke standby generator. Daya

: 350 KW

Tega Tegang ngan an : 480 480 V

2.3.5 2.3.5

Unit Unit Udar Udara a Instr Instrume umen n dan dan Udara Udara Pabrik  Pabrik 

Kebu Kebutu tuha han n udara udara pabr pabrik ik saat saat awal awal pabr pabrik ik diop diopera erasi sika kan n serta serta pada pada saat saat emergensi, yaitu dengan Kompresor Udara (63-GB-5001), setelah pabrik beroperasi udara udara diambi diambill dari dari Kompre Kompresor sor

Udara Udara Ammoni Ammoniaa (51-10 (51-101-J 1-J)) dengan dengan tekanan tekanan 35

kg/cm2G. Udara ini masih belum kering atau murni maka dikeringkan pada dryer  untuk untuk menghi menghilan langka gkan n kandun kandungan gan air dengan dengan mengg mengguna unakan kan Silika Silika Alumin Aluminaa Gel ( silicagel  ).  silicagel ). Fungsi dari udara instrument antara lain : - Meng Mengge gera rakk kkan an Pneumatic Control Valve. -  Purging  di Boiler. -  Flushing  di Turbin. Fungsi dari udara pabrik antara lain : -  Flushing  jaringan pipa. - Mixing  tangki kimia pengantongan urea. - Pem Pembaka bakara ran n di di Burning pit.

2.3. 2.3.6 6

Unit Unit Pem Pemis isah ahan an Uda Udara ra

Pada prinsipnya unit pemisahan udara (N 2 dan O2) ini bekerja berdasarkan titik titik cairnya cairnya.. Udara Udara baku baku disari disaring ng melalu melaluii filter filter kemudi kemudian an dimamp dimampatk atkan an dengan dengan kompresor udara sampai tekanan 41 oC untuk memisahkan moisture (kandungan air) dari udara, pendinginan dilanjutkan dalam  Precooler Unit  sampai temperatur 5oC. Udara yang telah mengembun dikeluarkan lewat drain separator  dan dialirkan ke MS Adsorben untuk menyerap CO 2 dan H2O, kemudian udara ini dialirkan ke dalam

cool box. Pada cool box N2 dan O2 dipisahkan dengan tiga macam metode, yaitu :

- Metode I adalah produksi N2 gas, maksimal 300 Nm 3/hr. - Metode II adalah produksi N 2 cair, maksimal 50 Nm 3/hr.

27

- Metode III adalah produksi O 2 gas, maksimal 75 Nm 3/hr. 2.3. 2.3.7 7

Unit Unit Peng Penguk ukur ur Gas Gas

Berfungsi untuk mengukur banyaknya gas alam yang dikonsumsi oleh pabrik, yaitu dipakai oleh pabrik utilitas (untuk menghasilkan  steam dan sebagai bahan bakar  generator), serta banyaknya gas alam yang dipakai oleh pabrik ammonia (untuk   proses dan bahan bakar). Indikasi pengukur laju alir gas alam terdapat di lapangan dan diruang kontrol yang mengukur laju alir, tekanan, temperatur, dan densitas.

2.3. 2.3.8 8

Unit Unit Pen Pengo gola laha han n Air Air Buan Buanga gan n

Untuk Untuk menghindar menghindarii pencemaran pencemaran terhadap terhadap lingkunga lingkungan, n, maka buangan buangan dari   proses proses produksi produksi diolah terlebih terlebih dahulu dahulu sebelum sebelum dibuang. dibuang. Unit penampung penampungan an air  limbah ini terdiri dari Waste Water Pond  (WWP) dan Kolam Penampungan dan Pendalian Limbah (KPPL).

2.3.8.1 2.3.8.1 Kolam Air Limbah Limbah (WWP) (WWP) Kolam Kolam air limbah limbah ini merupa merupakan kan unit unit penamp penampung ungan an limbah limbah yang yang berasa berasall dari : a. Tangki Tangki netra netralis lisasi asi pada pada unit unit demin demineral eralize izer. r. b. Tangki slurry pada unit pengolahan air. c. Pabr Pabrik ik ammo ammon nia. ia. d. Pabrik ur urea. Air limbah tersebut dinetralkan dengan menambah acid  atau caustic sampai mencapai pH 6 sampai 8, kemudian dikirim oleh pompa transfer. Setelah pH air   buangan netral, air limbah tersebut dibuang ke laut. 2.3.8.2 Kolam Penampungan Penampungan dan Pengendalian Limbah Limbah Kola Kolam m Pena Penamp mpun unga gan n dan dan Peng Pengen enda dali lian an Limb Limbah ah (KPP (KPPL) L) memp mempun unya yaii kapasitas 5.250 M 3. Fungsi dari KPPL adalah untuk mengatur komposisi air limbah dan kecepatan buangannya, untuk mengurangi jumlah padatan terlarut dengan cara   pen penge gend ndap apan an dan dan mena menamp mpun ung g limb limbah ah (air (air buan buanga gan) n) pada pada saat saat pabr pabrik ik seda sedang ng  beroperasi dan melepaskan ammonia yang terlarut dalam air limbah.

28

2.4

Unit Penunjang Produksi

Pabrik PT. Pupuk Iskandar dilengkapi dengan unit penunjang produksi, diantaranya : a. Unit Pelabuhan PT. Pupuk Iskandar Muda mampu disandari kapal-kapal curah

 berbobot mati sampai 25.000 DWT. Kedalaman rata-rata 10,5 meter pada saat air  surut dan dilengkapi dengan sarana untuk membuat pupuk curah ke dalam kapal (Ship Loader ), ), serta sarana air minum dan sarana navigasi. b. Gudang urea curah lengkap dengan portal scrapper dan ban berjalan.

c. Labo Labora rato tori rium um peng pengen enda dali lian an pros proses es prod produk uksi si yang yang bera berada da di unit unit util utilit iti, i, unit unit ammonia dan unit urea. d. Laboratoriu Laboratorium m utama yang yang selalu selalu memeriksa memeriksa mutu mutu hasil produ produksi ksi dan memonitor  memonitor  limbah. e. Perbengkela Perbengkelan n yang menunjang menunjang pemelih pemeliharaan araan pabrik pabrik dan bengkel bengkel perbaikan perbaikan alatalatalat berat dan kendaraan.

29

BAB III TUGAS KHUSUS PERFORMANCE REAKTOR SINTESIS UREA (52-DC-101)

3.1

Latar atar Bela elakang kang Per Permasa masala laha han n

Reakto Reaktorr urea urea (52-DC (52-DC-10 -101) 1) adalah adalah suatu suatu bejana bejana berupa berupa vessel vessel tegak tegak lurus lurus dengan 9 baffle  plate dibagian dalam untuk menghindari back missing  dan bagian dalam nya dilapisi dengan 316L Stainless Steel Urea Grade. Reaktor sintesis urea (52-DC-101) pada sintesis PT. Pupuk Iskandar Muda telah beroperasi selama 25 tahun, tahun, desain waktu operasi selama 20 tahun, sehingga sekarang beroperasi beroperasi lebih 5 tahun dari desain waktu operasi. Oleh Oleh karena karena itu di khawat khawatirk irkan an tidak tidak dapat dapat berope beroperas rasii maksim maksimum um sesuai sesuai desain. Disamping itu beberapa tahun terakhir pabrik sering tidak beroperasi secara maksimal maksimal dikarenakan dikarenakan kendala bahan baku yang kurang kurang memadai. memadai. Reaktor Reaktor sintesis sintesis urea (52-DC-101) pada seksi sintesa telah mengalami korosif pada bagian yang telah dilapisi dengan logam titanium akibat dari temperatur operasi yang sangat tinggi dan sifat kimia dari urea yang korosif.

3.2

Perumusan Masalah

Reaktor Reaktor urea suatu alat yang terpenting terpenting dalam sintesa sintesa urea. Berfungsi Berfungsi untuk  mereaksikan mereaksikan NH3 dan CO2 menjad menjadii urea. urea. Reakto Reaktorr urea urea sangat sangat rentan rentan mengal mengalami ami korosif terutama bagian dalam shell  akibat dari temperatur operasi yang sangat tinggi dan sifat kimia yang corosifable . Konversi kesetimbangan CO 2 merupakan suatu hal yag sangat penting untuk  menilai bagaimana kinerja (Performance) reaktor urea dalam mengubah CO 2 dan  NH3 menjad menjadii urea. urea. Kesemp Kesempurn urnaan aan reaksi reaksi pada pada reaktor reaktor untuk untuk mengko mengkover versi si CO2 menjadi urea sangat dipengaruhi oleh komposisi dari umpan yang masuk reaktor  ditentukan oleh kemurnian NH 3, CO2 dan komposisi recycle carbamat . NH 3 dan CO2 yang didapat dari pabrik  ammonia telah mengalami perubahan persentase kemurnian. Begitu juga halnya dengan komposisi recycle carbamat . Komposisi recycle sangat dipengaruhi oleh kondisi operasi di recovery urea.

30

3.3

Tujuan Tugas Khusus

Hasil yang diinginkan dari penyelesaian tugas khusus ini adalah diperolehnya gambaran maupun kemampuan kerja reaktor sintesis urea pada seksi sintesa PT.PIM, krueng geukuh - Aceh Utara. Seterusnya hasil perhitungan yang di dapat merupakan dasar untuk menentukan efisiensi kerja dari alat,masih akurat atau tidak.

3.4

Landasan Teori

3.4. .4.1

Pembua mbuattan Urea Urea

Reaksi pembentukan urea pada reaktor berlangsung berlangsung pada suhu dan tekanan yang tinggi. Reaksi berlangsung dua tahap, yaitu: 1. Tahap pertama merupakan reaksi eksotermis yang kuat, yaitu reaksi antara ammonia ammonia dan karbon dioksida membentuk membentuk larutan larutan karbamat. karbamat. Reaksi ini  berlangsung sangat cepat dan perlu dijaga tekanannya pada 250 kg/cm 2.G dengan temperature 200 oC. Reaksi : 2NH3 + CO2

NH2COONH4

2. Taha Tahap p kedu keduaa meru merupa paka kan n reak reaksi si endo endote term rmis is,, reaks reaksii ini ini adal adalah ah reaks reaksii dehidrasi

ammonium carbamat menjadi urea.

Reaksi : NH2COONH4

NH2CONH2 + H2O

Kedua reaksi diatas adalah reversibel dan secara keselusuhan adalah reaksi eksote eksotermi rmis. s. Oleh Oleh karena karena itu temper temperatur atur reakto reaktorr sangat sangat perlu perlu diperh diperhati atikan kan.. Oleh Oleh karena karena itu temper temperatu aturr reaktor reaktor sangat sangat perlu perlu diperh diperhati atikan kan.. Untuk Untuk menjag menjagaa kondis kondisii reaksi reaksi perlu perlu dilaku dilakukan kan pengon pengontro trolan lan dengan dengan cara mengko mengkombi mbinas nasii faktor faktor-fak -faktor  tor   berikut : a. Menginjeksi Menginjeksikan kan ammonia ammonia belebih belebih kedalam kedalam reakto reaktor, r, selain selain untuk untuk menjaga menjaga temp temper erat atur ur

reak reakto torr

inje injeks ksii

ammo ammoni niaa

berl berleb ebih ih

juga juga

kemungkinan terbentuknya biuret.  b. Pengembalia Pengembalian n larutan larutan recycle recycle karbama karbamatt ke ke reaktor reaktor.. c. Pemanasan Pemanasan pendahulua pendahuluan n ammonia ammonia cair yang yang masuk reaktor. reaktor.

3.4.2 3.4.2

Keseti Kesetimba mbanga ngan n dan dan Kece Kecepat patan an Reak Reaksi si

Umumnya reaksi kimia adalah reaksi reversibel K 1 A+B

C+D K 2

memp memper erke keci cill

31

Kecepatan reaksi kekanan : r c = K 1 . CA . CB Kecepatan reaksi kekiri Dimana :

: -r c = K 2 . CC . CD

K = konstanta kecepatan reaksi C = konsentrasi Bila kecepatan reaksi pembentukan sama dengan reaksi penguraian

maka reaksi tersebut berada dalam keadaan setimbang. r c = -r c K 1 . CA . CB = K 2 . CC . CD K 1 / K 2 = (CC . CD ) / (CA . CB ) = K  Dimana K = ketetapan kesetimbangan aA + bB

cC dD

(CC . CD ) / (CA . CB ) = K  Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi yaitu : a. Temperatur  Apabila Apabila temperatur temperatur dinaikkan dinaikkan maka kesetimbangan kesetimbangan akan bergeser  bergeser  kearah reaksi endotermis. Reaksi : 2NH3 + CO2

NH2COONH4

Kenaikan suhu akan mengakibatkan reaksi bergeser kekiri, akibatnya : 2NH3 dan dan CO2 bertam bertambah bah sedang sedangkan kan NH2COONH4 berkurang, berkurang, tetapan setimbangan menjadi kecil.  b.  b. Konse onsent ntra rasi si Apabila konsentrasi dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah lawan penambahan konsentrasi tersebut. Reaksi : 2NH2CONH2

 NH2CONHCONH2 + N2

Bila Bila NH3 dita ditamb mbah ahkan kan maka maka reak reaksi si akan akan berg berges eser er keara kearah h kiri kiri,, sehingga lebih banyak urea dan penambahan biuret lebih kecil. c. Volu Volume me dan dan Tek Tekan anan an Dengan bertambahnya tekanan maka volume akan mengecil. Reaksi akan bergeser kearah molekul yang kecil. 2A

B

Penamb Penambaha ahan n tekana tekanan n akan akan mengak mengakiba ibatka tkan n keseti kesetimba mbanga ngan n reaksi reaksi  bergeser kearah B.

32

d. Katali alisator  tor  Katalisator memberikan efek yang sama pada reaksi pembentukan dan reaksi penguraian. Jadi katalisator tidak mempengaruhi kesetimbangan reaksi.

3.4.3 Persamaan Kimia dan Stoikiometri

Dari Dari suatu suatu persam persamaan aan kita kita dapat dapat menget mengetahu ahuii data data kualit kualitas as dan kuanti kuantitati tatif  f  yang yang sangat sangat pentin penting g untuk untuk perhit perhitung ungan an proses proses kimia. kimia. Stoiki Stoikiome ometri tri menyan menyangku gkutt  perbandingan jumlah unsur dan senyawa yang bereaksi dengan jumlah yang tepat,  perbandingan identik dengan perbandingan koefisien yang diperoleh dari persamaan reaksi. reaksi. Reaksi-reaks Reaksi-reaksii dibidang dibidang industri jarang sekali sekali yang stoikiometri, stoikiometri, maka sering sering diguna digunakan kan reaktan reaktan berleb berlebih. ih. Kelebi Kelebihan han ini keluar keluar bersam bersamaan aan hasil hasil reaksi reaksi,, atau terpisah dapat digunakan kembali. Walaupun terjadi penambahan reaktan agar reaksi bisa stoikiometri, tetap saja reaksi reaksi berlan berlangsu gsung ng tidak tidak secara secara sempur sempurna na sehing sehingga ga ada zat yang yang tidak tidak bereak bereaksi. si. Besarnya zat yang bereaksi disebut konversi.

3.4.4 3.4.4

Deraja Derajatt Konver Konversi si Keset Kesetimb imbang angan an

Konver Konversi si merupa merupakan kan suatu suatu parame parameter ter yang yang menunj menunjukk ukkan an berapa berapa banyak  banyak  suatu suatu zat yang yang bereak bereaksi. si. Konver Konversi si adalah adalah bagian bagian dari dari reaktan reaktan atau zat terten tertentu tu didalam umpan yang berubah manjadi hasil. Contoh : A + B

AB

XA = ( NAO – NA ) / NA O Dimana : XA = Derajat Konversi Kesetimbangan NAO = mol A sebelum reaksi  NA = mol A setelah bereaksi

3.4.5 Kapasitas Panas Kapasiatas panas suatu zat adalah panas yang dibutuhkan oleh zat tersebut

untuk menaikkan panas sebesar satu derajat untuk tiap satuan massa zat tersebut.   panas panas spesif spesifik ik adalah adalah rasio rasio kapasi kapasitas tas panas panas suatu suatu zat dengan dengan kapasi kapasitas tas air yang yang memiliki massa yang sama. Pada tekanan yang tetap persamaan dapat berupa : dQ = m Cp dT dimana m = jumlah mol zat atau jumlah massa zat Cp = kapasitas panas

33

dQ = panas panas yang yang harus harus ditamb ditambahk ahkan an agar agar terjadi terjadi peruba perubahan han suhu suhu sebesar dT dT = perubahan suhu

3.4.6 Neraca Massa

  Neraca massa merupakan merupakan banyaknya banyaknya perincian bahan-bahan bahan-bahan yang masuk, masuk, keluar keluar dan terakum terakumula ulasi si pada pada suatu suatu sistem sistem.. Prinsi Prinsip p utama utama neraca neraca massa massa adalah adalah hukum hukum kekeka kekekalan lan massa massa (Hk. (Hk. Lavois Lavoiser) er),, yaitu yaitu dalam dalam suatu suatu reaksi reaksi kimia kimia jumlah jumlah massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Hal ini dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : Massa yang masuk masuk – massa yang yang keluar = massa yang terakumulasi Pada keadaan tunak (steady state) aliran laju massa dan kondisi adalah tetap, tidak tergantung pada waktu. Pada kondisi tunak massa yang terakumulasi sangat kecil kecil sehing sehingga ga dapat dapat diabai diabaikan kan (akumu (akumulas lasii = 0), maka maka akan akan didapa didapatt persam persamaan aan  berikut : Massa masuk reaktor = massa keluar reaktor  Dari perhitungan neraca massa dapat diketahui berapa banyak bahan baku yang dibutuhkan pada suatu pabrik untuk menghasilkan sejumlah produk tertentu. Langkah-langkah pembuatan neraca massa : 1. Menggambar Menggambarkan kan diagram diagram proses proses dengan dengan aliran-alira aliran-aliran n yang diperlukan diperlukan.. 2. Menentukan Menentukan batasan batasan-batas -batasan an dan data data yang diperlukan diperlukan pada pada diagram diagram tersebut. tersebut. 3. Membua Membuatt anggapan anggapan sebaga sebagaii basis basis parameter parameter atau dasar dasar pengukur pengukuran an dalam  perhitungan. 4. Meme Memeri riks ksaa apak apakah ah ada ada komp kompos osis isii atau atau mass massaa pada pada tiap tiap alira aliran n yang yang dapa dapatt langsung diketahui atau dihitung. 5. Bila Bila juml jumlah ah besa besara ran n yang yang tida tidak k dike diketa tahu huii akan akan dihi dihitu tung ng maka maka besa besara ran n tersebut harus disesuaikan dengan jumlah persamaan neraca yang ada. 6. Bila Bila jumlah besaran besaran neraca neraca massa massa yang yang diketahu diketahuii melebi melebihi, hi, maka diambil diambil  persamaan yang dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut. 7. Menuli Menuliss persam persamaan aan massa massa kompo komponen nen bila dijuml dijumlahk ahkan an sama dengan dengan neraca neraca massa total dari perhitungan.

34

Hal-hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan perhitungan melakukan  perhitungan neraca massa total antara lain: 1. Jika Jika tidak ada reaksi reaksi kimia, kimia, neraca neraca massa dapat dapat didasark didasarkan an pada senyaw senyawaa yang mempunyai komposisi tetap. 2. pada ada pers persam amaa aan n tan tanpa reak reakssi kim kimia pengg enggun unaa aan n satu atuan berat erat leb lebih memudahka memudahkan n dalam perhitungan. perhitungan. Sedangkan Sedangkan untuk untuk proses proses dengan dengan reaksi kimia lebih baik digunakan satuan mol.

3.5

Data Spesifikasi Alat

3.5.1 3.5.1

Reakto Reaktorr Ure Urea a Sint Sintesi esiss (52(52-DCDC-10 101) 1)

Fungsi

: untuk mengreaksikan NH . Dan CO2 menjadi urea

Tipe

: vertical

Kapasitas

: 2.170 ID x 29,700 H

Material

: SHW 50 + Ti Lining

Desi Desian an tem tempera peratu ture re

: 230 230oC

Desain Tekanan

: 263 kg/ cm2G

3.5.2 CO2 Booster Compressor (52-GB-101) Fungsi

: Menaikkan tekanan CO2 dari 0.7 kg/cm 2G menjadi 30 kg/cm2G

Tipe

: Centrifugal - VSSGOF

Kapasitas

: 28081 NM3/Hr 

CO2 Booster Compressor ter bagi atas 2 buah dapat dilihat pada tabel 3.1 dan 3.2 pada halaman 35. Kondisi desain operasi Kecepatan normal

: 8850 Rpm

Kecepat Kecepatan an kritis kritis pertam pertamaa : 4083 4083 Rpm Kece Kecepa pata tan n kri kriti tiss ked kedua ua

: 171 17120 20 Rpm Rpm

Tabel 3.1 Kondisi Operasi Suction CO2 Booster Compressor 

35

Suction Tingkat Pertama

Tekanan 0,5 kg/cm 2G

Temperatur   154 oC

Tingkat Kedua

3,45 kg/cm 2G

42 oC

Tingkat Ketiga 11,41 kg/cm 2G Sumber : Urea Handbook, 1958

42 oC

Tabel 3.2 Kondisi Operasi  Discharge CO2 Booster Compressor  Discharge Tingkat Pertama

Tekanan 4,01 kg/cm 2G

Temperatur   154 oC

Tingkat Kedua

11,01 kg/cm 2G

154 oC

Tingkat Ketiga 30,0 kg/cm 2G Sumber : Urea Handbook, 1958

3.5.3

142 oC

Turbin ua uap CO CO2 Booster Compressor (52-GB-101-T) (52-GB-101-T)

Fungsi

: untuk menggerakkan CO 2 Booster Compressor 

Tipe

: Condensing Turbine

Kapasitas

: 28081 Nm3/Jam

Material

Cassing

: ca c ast stell / cast iron

Internal

: carbon stell / 13% cr still 

Kondisi Uap Temperatur

: 380 oC

Tekanan

: 38 kg/cm2G

Asupan Desain Tekanan

: 21,13 ton/Jam : 263 kg/ cm2G

3.4.1 Pompa Ammonia Cair (52-GA-101)

Fungsi

: menaikkan tekanan NH3 dari 30 kg/cm 2G menjadi 250 kg/cm2G

Tipe

: Multistages Centrifugal 

Kapasitas

: 178 m3/jam

Total Head

: 4000 m

36

Material

Cassing 

: carbon stell / 13% Cr 

 Internal 

: 13% Cr stell 

Kodisi desain operasi Suction

: 24,5 21 kg/cm 2G and 37 oC

Discharge

: 26 260 kg/cm2G

Flow suction : 70 m3/Jam (minimum) Pump speed

: 6700 Rpm

3.4.2 Turbin Uap untuk untuk pompa ammonia ammonia cair (52-GA-101-T) (52-GA-101-T)

Fungsi

: Untuk menggerakkan pompa ammonia cair 

Tipe

: Condensing Turbine

Material

Cassing 

: cast stell / cast iron

 Internal 

: carbon stell / 13% cr still 

Kodisi Uap Temperatu atur ma masuk : 380 oC Tekanan masuk

: 38 kg/ cm 2G

Tekanan Keluar

: 0,3 kg/ cm2A

Asupan

: 12,52 ton/Jam

Kodisi Desain Operasi Kece Kecep patan atan Norm Normal al : 6700 6700 Rpm

3.4.3 Pompa Recycle Recycle Carbamat Carbamat (52-GA-102 (52-GA-102)

: menaikkan menaikkan tekanan tekanan recycle recycle carbamat carbamat dari 30 kg/cm2G

Fungsi Fungsi

menjadi 250 kg/cm 2G Tipe

: Multistages Centrifugal – 8 stages

Kapasitas

: 85 m3/Jam

Total Head

: 2053 m

Material

Cassing 

: carbon stell / 13% Cr 

 Internal 

: 13% Cr stell 

37

Kodisi desain operasi Suction

: 24,5 21 kg/cm 2G and 37 oC

Discharge

: 26 260 kg/cm2G

Flow suction : 70 m3/Jam (minimum) Pump speed

: 6700 Rpm

3.4.4 Turbin Uap untuk Pompa Pompa Recycle Carbamat (52-GA-101-T) (52-GA-101-T)

Fungsi

: Untuk menggerakkan pompa recycle carbamat

Tipe

: Condusing Turbine

Kapasitas

: 178 m3/Jam

Total Head

: 4000 m

Material

Cassing 

: CastSteel / Cast iron

 Internal 

: carbon stell/ 13% Cr stell 

Kodisi Uap Temperatu atur ma masuk : 380 oC Tekanan masuk

: 38 kg/ cm 2G

Tekanan Keluar

: 0,3 kg/ cm2A

Asupan

: 12,52 ton/Jam

BAB IV DATA DAN HASIL PENGOLAHAN DATA

38

4.1 Data Pengamatan

Dari data pengamatan untuk reaktor urea dan umpan masuk reaktor pada kondis operasi tanggal 14 Agustus 2007 maka, diperoleh hasil sebagai berikut.

Tabel 4.1 Data Reaktor Urea (52-DC-101) Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 item

52-DC-101 PRCA-101

TR-101

Waktu

Press (kg/cm2)

Opening (%)

Bottom (oC)

Top (oC)

Desain

235-240

70-90

180-190

00.00 08.00 16.00 22.00

238 238 238 238

78 78 76 77

181,1 182,1 181,1 184,1

199202 199,6 199,7 199,5 199,1

Ratarata

238

77.25

182,08

199,48

NH3 In (oC)

Linning (oC)

82,0 80,8 81,4 80,9

180190 183,3 183,8 179,5 182,5

81,28

182,28

65-90

Shell (oC)

CO2 In (oC)

184,4 184,7 184,4 183,6

130145 136,9 138,0 139,5 138,6

187,28

138,25

180-190

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.2 Data Sistem CO2 Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 Sistem CO2

item

Waktu Desain 00.00 08.00 16.00 22.00 Rata-rata

PIA – 102 (kg/cm2)

TI – 102 – 1 (oC)

PICA – 903 (kg/cm2

FRQ – 101 CO 2 to Urea (Nm3/hr)

0.6 min 0.74 0.73 0.72 0.74

32–42 39.0 39.2 39.6 39.5

240-260 250 250 250 250

2600 - 32000 28700 28400 29800 27600

FIC – 203 CO2 to LPD (Nm3/hr) 1200 – 1460 1237 1237 1237 1237

0.73

39.33

250

28625

1237

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.3 Data Sistem NH3 Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 item

Sistem NH3

39

Waktu Desain 02.00 08.00 16.00 22.00 Rata-rata

PIA – 106 (kg/cm2)

PI – 103 Disc (kg/cm2)

FRC – 102 NH3 in (T/H)

24 – 25 24 24 24 24

240 – 360 248 248 248 248

86 – 110 98 98 96 96

FRC – 105 NH3 in (oC) 95 – 90 80 80 80 80

24

248

97

80

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.4 Data Sistem Karbamat Karbamat Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus Agustus 2007 Sistem Carbamat

item

FICA - 106 (kg/cm2

PIA – 104 (kg/cm2) Waktu Desain 02.00 08.00 16.00 22.00

PIA – 107 Disc (kg/cm2)

24 – 25 24.2 24.2 24.2 24.2

240 – 260 245 245 245 245

Flow (M3 / Hr) 70 – 90 78 78 76 76

Rata-rata

24.23

245

77

TI – 102 (oC)

Opening 20 20 20 20

110 max 103.2 103.6 103.3 103.1

20

103.3

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel Tabel 4.5

Data Kemurnia Kemurnian n Umpan Analisa Analisa Laboratori Laboratorium um Kondisi Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 CO2  NH3 Parameter Analisa % Vol % Vol 00.00 98.00 99.87

08.00

98.40

99.87

16.00

98.30

99.87

22.00 98.30 Rata-rata 98.23 Sumber : Data analisa Laboratorium, PT. PIM

99.87 99.87

Tabel 4.6 Data Komposisi Larutan Recycle Carbamat Menurut Desain

Komponen Urea

Komposisi ( % Wt) 10.1

 NH3

36.7

CO2

33.6

40

H2O

19.2

Biuret Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

0.4

Tabel 4.7 Data Berat Molekul Komposisi Larutan Recycle Carbamat

Komponen Ammonia

Rumus Kimia  NH3

Berat Molekul 17

Karbon Dioksida

CO2

44

Urea

 NH2CONH2

60

Air 

H2O

18

Biuret

 NH2CONHCONH2

103

Karbamat  NH2COO NH4 Sumber : Data analisa Laboratorium, PT. PIM

78

Tabel Tabel 4.8 Data Laju Oper Operasi asi dan Laju Laju Produksi Produksi Kondisi Operasi Operasi Tanggal Tanggal 14 Agustus 2007 Rate Operasi (%) Rate Produksi (%) 100.05 100.08 Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM 4.2 Hasil Pengolahan

Dari pengolahan data hasil pengamatan yang ada di lapangan, maka diperoleh hasil data perhitungan neraca massa sebagai berikut.

Tabel 4.2.1 Data Hasil Perhitungan Perhitungan Neraca Massa (aktual) (aktual)

Komponen

Massa Masuk F2 (kg/hr) -

Urea

F1 (kg/hr) -

 NH3

-

96873.90

30836.53

81042.06

CO2

54934.44

-

28240.97

22790.24

H 2O

-

126.10

16137.70

4096692

54934.44 97000 Total 235984.80 Sumber : Data hasil perhitungan aktual

336.02 84050.36

232.78

Biuret

F3 (kg/hr) 8489.10

Massa Kaluar   F4 (kg/hr) 90952.80

235984.80

41

Tabel 4.2.2 Data Hasil Hasil Perhitungan Neraca Neraca Massa (Desain)

Urea

Massa Masuk F1 (kg/hr) F2 (kg/hr) -

F3 (kg/hr) 8239

Massa Kaluar   F4 (kg/hr) 87930

 NH3

-

95745

30058

80700

CO2

50463

-

27536

19655

H2O

-

-

15707

39575

364 81904

252

Komponen

Biuret

50463 95745 Total 228122 Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

228112

BAB V PEMBAHASAN

Reaktor Urea dioperasikan pada tekanan 283 kg/cm 2 dan pada temperatur  199,48 oC. Ditinjau dari hasil perhitungan neraca massa pada reaktor urea, larutan urea urea yang yang di hasilk hasilkan an menuru menurutt desain desain dan menuru menurutt aktual aktualnya nya sangat sangat berbed berbeda. a. Berdas Berdasark arkan an harga harga desain desain besarn besarnya ya massa massa laruta larutan n urea urea yang yang di hasilk hasilkan an adalah adalah 228112 Kg/jam. Sedangkan berdasarkan harga aktual yang ada dilapangan besarnya massa massa urea urea yang yang dihasi dihasilka lkan n adalah adalah 235984 235984.80 .80 Kg/jam. Kg/jam. Dari data data tersebu tersebutt dapat dapat diketa diketahui hui bahwa bahwa urea urea yang yang di hasilk hasilkan an pada pada kondis kondisii aktual aktual lebih lebih besar besar bila bila di  bandingkan dengan kondisi desain nya. Hal ini dikarenakan konversi kesetimbangan CO2 lebih kecil kecil pada kondisi kondisi aktualny aktualnyaa dibandingk dibandingkan an dengan dengan kondisi kondisi desainn desainnya, ya, yaitu pada kondisi kondisi aktual sebesar sebesar 72.60 72.60 % sedangkan sedangkan pada kondisi kondisi desain konversi konversi CO2 sebesar 74.80 %. Diharapkan konversi CO 2 sesuai dengan desain agar tidak  terjadi perubahan pada hasil produksi dan juga kerusakan – kerusakan pada alat

42

operasi. Dan juga juga dikarenakan oleh reaktor Urea yang tidak dilengkapi dengan tray sehingga dapat diasumsikan laju akumulasi adalah 0. Selain itu besarnya komponen yang yang masu masuk k ke reak reakto torr (52 (52 – DC 101) 101) lebi lebih h besa besarr pada pada kond kondis isii aktu aktual alny nyaa dibanding dibandingkan kan dengan desainnya. desainnya. Hal ini disebabkan disebabkan karena rate operasi operasi lebih besar  aktual daripada desain. Demiki Demikian an juga juga halnya halnya dengan dengan NH3 yang yang masuk masuk ke reaktor reaktor pada pada kondis kondisii aktual lebih besar daripada kondisi desain. Pada kondisi aktual dilihat jumlah NH 3 yang yang masuk masuk ke reakto reaktorr sebesa sebesarr 97000 97000 Kg/jam Kg/jam,, sedang sedangkan kan pada pada kondis kondisii desain desain sebesar sebesar 95745 95745 Kg/Jam. Kg/Jam. Hal tersebut tersebut disebabkan disebabkan oleh perubahan perubahan kemurnian NH 3 sebesar 99,87 % yang selebihnya adalah jumlah H 2O yang masuk ke reaktor bersama  NH3, yang mana jumlah H 2O yang ikut masuk bersama NH 3 adalah sebesar 126.10 Kg/Jam Kg/Jam.. Faktor Faktor lain lain adalah adalah penamb penambaha ahan n Ammoni Ammoniaa berleb berlebih ih ke dalam dalam reaktor  reaktor  seb sebany anyak 1 mol, ol, yan yang semu semula lany nyaa adal adalah ah 2 mol mol mak mak men menjadi jadi 3 mol mol guna una memperkecil terbentuknya biuret. Dari segi terbentuknya biuret pada kondisi aktual lebih kecil dan di harapkan lebih kecil dari 1 %. Biuret akan mudah terbentuk pada temperatur di atas 90 oC, maka perlu di perhatikan kelebihan konsentrasi ammonia dalam proses pembentukan urea, karena biuret merupakan racun bagi tanaman Dari perhitungan neraca massa dapat dilihat bahwa jumlah recycle carbamat 

 solution yang masuk ke reaktor adalah lebih tinggi yakni sebesar 84050.36 Kg/Jam  pada kondisi aktual. Sangat jauh berbeda dengan kondisi desainnya yaitu sebesar  81904 Kg/Jam. Hal ini dikarenakan oleh besarnya opening valve rata-rata yang ada  pada high pressure absorber cooler  adalah 10 % yang mempengaruhi massa recycle yang masuk ke rektor. Sehingga jumlah komponen recycle carbamat  yang masuk ke reaktor adalah sebesar 83570.5 Kg/Jam dan juga penambahan jumlah H 2O sebesar  480 Kg/Jam, selain itu juga pengaruh mol ratio N/C antar desain dan aktual, pada

43

kondisi desain didapat mol ratio N/C yaitu 4.00 mol sedangkan pada kondisi aktual sebesa sebesarr 3.76 3.76 mol, mol, diharap diharapkan kan sesuai sesuai kondis kondisii desain desain agar agar terjad terjadii kesemp kesempurn urnaan aan konversi CO 2 menjadi urea..

44

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1

Kesimpulan

Dari hasil perhitungan dan pembahasan dapat diambil kesimpulan antara lain : 1. Pada kondisi aktual lebih banyak dihasilkan urea dibandingkan dengan kondisi desainkarena rate operasi pada kondisi aktual lebih tinggi dibandingkan kondisi desain. 2. Dengan menurunnya mol N/C dari 4.00 mol menjadi 3.76 mol maka reaktor dapat  beroperasi di bawah tekanan desain sehingga laju outlet reaktor menurun , dan ini dapat mengurangi laju korosi pada outlet reaktor  3. Berdasarkan jumlah pembentukan urea pada kondisi aktual reaktor urea maka  performance reaktor urea layak dioperasikan.

6.2

Saran

Dalam pengoperasian agar dilakukan pengontrolan terhadap konversi CO 2 agar mempertinggi terbentuknya urea dan juga menjaga mol ratio N/C dan H/C yang tetap sesuai dengan desain.

45

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous, 1958, Toyo Engineering Coorporation, Technical for Ammonia Plant, Japan, PT. Pupuk Iskandar Muda, Lhokseumawe

Anonymou Anonymous, s, 1994, 1994, Prinsip-prin Prinsip-prinsip sip Dasar dan Operasi, PT. Pupuk Pupuk Iskandar Iskandar Muda, Lhokseumawe

Geankoplis Geankoplis,, C.J, 1083, Transport Transport Process Process and Unit Operations, Operations, Second Edition, Edition, Allyn and Bacon, Inc, Boston

Himm Himmel elbl blau au,, M. Davi David, d, 1982 1982,, Basi Basicc Prin Princi cipl ples es and and Calc Calcul ulat atio ion n in Chem Chemic ical al Engineering, Fifth Edition, Prentice – Hall International, Inc, New Jersey

Keenan, Keenan, Kleinfelter, Kleinfelter, Wood, 1986, Kimia Untuk Universitas, Universitas, Jilid 1, Edisi Edisi Keenam, Keenam, Erlangga, Jakarta

McCabe, M.L and Smith, J.E, 1986, Operasi Teknik Kimia, Jilid 1, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta

Strelzoff, Samuel, 1981, Technology and Manufacture of Ammonia, John Wiley and Sons, New York, USA

\

46

LAMPIRAN A PERHITUNGAN AKTUAL

A.1 Perhitungan Neraca Massa A.1.1 Neraca Massa Masuk Reaktor Urea (52-DC-101)

Ke DA-201 F4

52-DC101 Dari CO2 Plant

Dari NH3 plant

F1

F2

F3

Recycle Carbamat Solution Gambar A.1 Reaktor Sintesa Urea

Operasi reactor urea adalah steady state (akumulasi 0) 1. Neraca massa komponen CO2 masuk reactor urea Flow CO2 masuk reaktor (FRC-101)

= 28625 Nm 3/hr 

Kemurnian

= 98,23%

Tekanan rata-rata aktual (PIA-201)

= 0,73 kg/cm2

Temperatur rata-rata aktual (TI-102-1)

= 39,33oC

Tekanan desain

= 0,6 kg/cm2

Temperature desain

= 38oC

Berdasarkan temperatur dan tekanan rata-rata aktual, didapat faktor koreksi untuk CO 2 = 1,0386 dari tabel faktor koreksi. Laju alir gas CO2 = (28625 Nm3/hr) x 0,9823 x 1,0386 = 29203,71 Nm 3/hr  Diketahui laju alir gas CO2 ke LPD (FIC-203) = 1237 Nm 3/hr 

47

= (29203,71 – 1237) Nm 3/hr 

Laju alir gas CO2 masuk ke reaktor

= 27966,71 Nm 3/hr x (1 kmol/22,4 Nm/hr) = 1248,51 kmol/hr  2. Ammonia NH3 masuk reaktor Laju NH3 ke reaktor (FRC-102) = 97 ton/hr  = 97000 kg/hr  Kemurnian NH3

= 99,87 %

Laju alir NH3 ke reaktor = 97000 kg/hr x 0,9987 = 96873,90 kg/hr  = 5698,46 kmol/hr  H2O yang masuk bersama NH 3 = (0,0013 x 97000)kg/hr  = 126,10 kg/hr 

3. Aliran umpan recycle carbamat solution Laju (FICA-106) = 77m 3/H Spesifikasi gravity = 1,15 gr/cm3 (data analisa lab) Opening valve rata-rata = 10 % Berdasarkan Opening Valve rata-rata di dapat flow recycle to HPAC = 4,33 m3/hr dari gambar flow recycle to HPAC. Maka recycle carbamat solution masuk ke reaktor urea adalah = (77 – 4,33) m 3/hr x 1,15 gr/cm 3 x 106) m3/cm3 x 1 kg/1000gr  = 83570,5 kg/hr. Dari neraca massa desain H2O yang ditambahkan pada pompa Rc adalah 480 kg/hr. Total recycle carbamat = (83570,5 + 480) kg = 84050,5 kg/hr  Laju alir masing-masing komposisi recycle carbamat solution masuk ke reaktor  urea adalah : Urea Urea

= 10,1 10,1 % x 84050, 84050,5 5

= 8489,1 8489,10 0 kg/hr kg/hr

 NH3

= 36 36,7 % x 840 84050,5 50,5

= 30 30846, 846,53 53 kg/h kg/hrr = 18 1814,5 14,50 0 kmo kmol/ l/hr  hr 

CO2

= 33 33,6 % x 840 84050,5 50,5

= 28 28240, 240,97 97 kg/h kg/hrr = 64 641,8 1,84 ko koml/h ml/hr  r 

H2O

= 19,2 % x 84050,5

= 16137,70 kg/hr = 896,54 kmol/hr 

Biuret = 0,4 % x 84050,5

= 336,02 kg/hr

= 141,49 141,49 kmol/h kmol/hr  r 

= 3,26 kmol/hr 

48

Maka komponen masuk reaktor : Urea

= 141,49 kmol/hr

= 8494,40 kg/hr  

 NH3

= (1814,5 (1814,50 0 + 5698, 5698,46) 46) kmol/h kmol/hrr = 7512,9 7512,96 6 kmol/hr kmol/hr = 127720 127720,32 ,32

kg/hr  CO2

= (6 (641,8 41,84 4 + 1248) 248) kmol/ mol/hr hr = 189 1890, 0,3 35 km kmol/h ol/hrr

= 83 83175, 175,4 40

= (896,54 + 7,01) kmol/hr = 903,55 kmol/hr

= 16263,90

kg/hr  H2O kg/hr  Biuret = 3,26 kmol/hr

= 335,78 kg/hr  

Total

= 235984,80

kg/hr

A.1.2 Neraca Massa keluar Reaktor Urea (52-DC-101)

Untuk mengetahui konversi reaksi dalam reaktor, maka urea dan biuret yang ada dalam recycle carbamat dikonversikan kembali menjadi NH 3 dan CO2 1. Konv Konvers ersii urea urea men menja jadi di NH NH3 dan CO2  NH2CONH2 + H2O

2NH3 + CO2

Basis mol urea yang ada : 141,49 kmol/hr  H2O yang yang bere bereak aksi si

= 141, 141,49 49 kmol kmol/h /hrr x 1

= 2546 2546,8 ,82 2 kg/h kg/hr  r 

 NH3 yang terbentuk

= 141,49 kmol/hr x 2

= 4810,66 kg/hr  

CO2 yang yang terb terben entu tuk k

= 141, 141,49 49 kmol kmol/h /hrr x 1

= 6225 6225,5 ,56 6 kg/h kg/hr  r 

2. Konv Konvers ersii biure biurett menja menjadi di urea urea  NH2CONHCONH2 + NH3

2NH2CONH2

Basis : 3,26 kmol/hr biuret  NH3 yang bere ereaksi

= 1 x 3,26 kgmol/hr

= 2546,82 kg/hr 

Urea yang terbentuk

= 2 x 3,26 kgmol/hr

= 391,20 kg/hr  

3. Urea yang yang terbentuk terbentuk dari biuret, biuret, dikon dikonversik versikan an lagi menjadi menjadi CO2 dan NH3. Basis : 6,52 kmol/hr urea H2O yang bereaksi

= 1 x 6,52 kmol/hr

= 117,36 kg/hr  

 NH3 yang terbentuk

= 2 x 6,52 kmol/hr

= 13,04 kmol/hr =

= 1 x 6,52 kmol/hr

= 286,88 kg/hr  

221,68kg/hr  CO2 yang terbentuk

49

Total kandungan NH 3 masuk ke reaktor (52-DC-101)  NH3 = (NH3 yang masuk reaktor + NH3 R 1 – NH3 R 2 + NH3 R 3) kmol/hr  = (7512,96 + 141,49 – 3,26 + 13,04) kmol/hr  = 7644,23 kmol/hr  Total CO2 masuk ke reaktor  CO2 = (CO2 masuk reaktor + CO 2 R 1 + CO2 R 3) kmol/hr  = (1890,35 + 141,49 + 6,52) kmol/hr  = 2038,36 kmol/hr  Total H2O masuk ke reaktor  H2O = (H2O masuk reaktor – H 2O R 1 – H2O R 3) kmol/hr  = (903,55 – 141,49 – 6,25) kmol/hr  = 755,4 kmol/hr  Perbandingan N/C dalam reaktor :  N/C = (a) = mol NH 3 / mol CO2 = 3,76 Perbandingan H/C dalam reaktor : H/C = (b) = mol H 2O / mol CO 2 = 0,37 Dari grafik urea synthesis Equilibrium convertion pada N/C = 3,76 dan H/C = 0,37 diperoleh konversi reaksi pada temperatur top reaktor 199,5 oC adalah = 72,60 %. Persamaan reaksi di reaktor (DC-101) 2NH3 + CO2

 NH2COONH4

 NH2COONH4

NH2CONH2 + H2O

2NH3 + CO2

NH2CONH2 + H2O

Basis : 1890,35 kmol CO 2 masuk reaktor  1. CO2 masuk reaktor

= 1890,35 kmol/hr 

CO2 yang bereaksi

= 0,7260 x 1890,35 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr  

CO2 yang tidak bereaksi

= (1890,35 – 1372,39) kmol/hr = 517,96

kmol/hr  2. NH3 yang bereaksi  NH3 yang tidak bereaksi

= 2 x 1372,39 kmol/hr = 2744,78 kmol/hr  = (7512,96 – 2744,78) kmol/hr = 4768,18

kmol/hr  3. Urea yang terbentuk terbentuk

= 1 x 1372,39 1372,39 kmol/hr kmol/hr = 1372,39 1372,39 kmol/hr  kmol/hr 

4. H2O yang terbentuk

= 1 x 1372,39 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr  

50

Selain dari reaksi di atas pada reaktor urea juga terjadi reaksi : Biuret yang bereaksi dalam reaktor   NH2CONHCONH2 + NH3

2NH2CONH2

 Neraca massa design Biuret masuk reaktor

= 364 kg/hr 

Biuret keluar reaktor

= 252 kg/hr 

Biuret yang bereaksi

= 364 – 252 = 112 kg/hr 

% biuret yang menjadi urea

= 112 x 100 % 364 = 30,77 %

Basis : 3,26 kmol/hr biuret masuk reaktor  r eaktor  Biur Biuret et yang yang berea bereaks ksii

= (0,3 (0,307 077 7 x 3,26 3,26)) kmol kmol/h /hrr

= 1,00 1,00 kmol kmol/h /hr  r 

Biur Biuret et yang yang tida tidak k bere bereak aksi si

= (3,2 (3,26 6 – 1,00 1,00)) kmol kmol/h /hrr

= 2,26 2,26 kmol kmol/h /hr  r 

 NH3 yang dibutuhkan

= (1 x 1,00) kmol/hr

= 1,00 kmol/hr 

 NH3 yang tidak bereaksi

= (NH3 yang tidak habis bereaksi – NH 3 yang

dibutuhkan)

Urea yang terbentuk

= (476 (4768,1 8,18 8 – 1,00) 1,00) kmol/h kmol/hrr

= 4767 4767,18 ,18 kmol/h kmol/hr  r 

= (2 x 1,00) kmol/hr

= 2,00 kmol/hr 

Urea yang terbentuk dari kedua reaksi

= (1372,39 + 2,00) kmol/hr  = 1374,39 kmol/hr 

Total massa keluar reaktor urea adalah Urea

= (141,49 + 1374,39) kmol/hr = 1515,88 kmol/hr = 90952,80 kg/hr 

 NH3

= 4767,18 kmol/hr

= 81042,06 kg/hr  

CO2

= 517,96 kmol/hr

= 22790,24 kg/hr  

H2O

= (90 (903, 3,55 55 + 137 1372, 2,39 39)) kmo kmol/ l/hr hr = 227 2275, 5,94 94 kmol kmol/h /hrr = 409 40966 66,9 ,92 2 kg/ kg/hr  hr 

Biuret

= 2,26 kmol/hr

Total

= 232,78 kg/hr   = 235984,80 kg/hr

51

Urea = 90952,80 kg/ hr   NH3 = 81042,06 kg/ hr  CO2 = 22790,24 kg/ hr  H2O = 40966,92 kg/ hr  Biuret = 232,78 kg/ hr 

Reaktor  Urea

Urea = 90952,80 kg/ hr  CO2 = 549344,44 kg/hr 

 NH3 = 81042,06 kg/ hr  H2O = 40966,92 kg/ hr  Bieuret = 232,78 kg/ hr 

 NH3 = 96873,90 kg/ hr  H2O = 126, 10 kg/hr 

(Gambar A.2 Skema Neraca Massa Reaktor Sintesa Urea (aktual

52

LAMPIRAN B PERHITUNGAN DESAIN

B.1 Perhitungan Neraca Massa B.1.1 Neraca Massa Masuk Reaktor Urea (52-DC-101)

Ke DA-201 F4

52-DC101 Dari NH3 plant

Dari CO2 Plant

F2 F1

F3 Recycle Carbamat Solution Gambar B.1 Reaktor Sintesis Urea

Operasi reaktor urea adalah steady state (akumulasi 0) 1. Neraca massa komponen CO 2 masuk reaktor urea Flow CO2 masu masuk k rea reakt ktor or (FRC (FRC-1 -101 01))

= 114 1146, 6,88 88 Nm3/hr = 50463 kg/hr 

2. Ammonia (NH 3) masuk reaktor  Laju NH3 ke reactor (FRC-102)

= 5632,05 Nm3/hr = 95745 kg/hr 

3. Aliran umpan recycle carbamat solution Laju alir masing-masing komposisi recycle carbamat solution masuk reaktor  urea adalah : Urea Urea

= 8239 8239 kg/hr kg/hr = 137,32 137,32 kmol/h kmol/hr  r 

 NH3

= 30058 30058 kg/hr = 1768,12 1768,12 kmol/hr  kmol/hr 

CO2

= 27536 27536 kg/hr kg/hr = 625,82 625,82 kmol/hr  kmol/hr 

H2O

= 15070 15070 kg/hr = 872,61 872,61 kmol/hr  kmol/hr 

Biuret = 364 kg/hr

= 3,53 kmol/hr 

53

Maka komponen masuk reaktor : Urea

= 137,32 kmol/hr

= 8239 kg/hr  

 NH3

= (1768,12 (1768,12 + 5632,06) 5632,06) kmol/h kmol/hrr = 7400,18 7400,18 kmol/hr kmol/hr = 125803 125803 kg/hr  kg/hr 

CO2

= (625, (625,82 82 + 1146, 1146,89) 89) kmol/h kmol/hrr = 1772, 1772,71 71 kmol kmol.hr .hr

= 77999 77999 kg/hr  kg/hr 

H2O

= 872,61 kmol/hr

= 15707 kg/hr  

Biuret = 3,53 kmol/hr

= 364 kg/hr  

Total

= 228112 kg/hr

B.1.2 Neraca Massa keluar Reaktor Urea (52-DC-101)

Untuk mengetahui konversi reaksi dalam reaktor, maka urea dan biuret yang ada dalam recycle carbamat dikonversikan kembali menjadi NH 3 dan CO2 1. Konversi urea menjadi NH3 dan CO2  NH2CONH2 + H2O

2NH3 + CO2

Basis mol urea yang ada : 137,32 kmol/hr  H2O yang bereaksi

= 137,32 kmol/hr x 1

= 137,32 kmol/hr 

 NH3 yang terbentuk

= 137,32 kmol/hr x 2

= 274,64 kmol/hr  

CO2 yang terbentuk

= 137,32 kmol/hr x 1

= 137,32 kmol/hr  

2. Konv Konvers ersii biure biurett menja menjadi di urea urea  NH2CONHCONH2 + NH3

2NH2CONH2

Basis : 3,53 kmol/hr biuret  NH3 yang bereaksi

= 1 x 3,53 kmol/hr = 3,53 kmol/hr 

Urea Urea yang ang ter terb bentu entuk k

= 2 x 3,5 3,53 3 km kmol/h ol/hrr = 7,0 7,06 km kmol/h ol/hr  r 

3. Urea yang yang terbentuk terbentuk dari biuret, biuret, dikon dikonversik versikan an lagi menjadi menjadi CO2 dan NH3. Basis : 7,06 kmol/hr urea H2O yang yang bere bereak aksi si

= 1 x 7,06 7,06 kmol kmol/h /hrr

= 7,06 7,06 kmol kmol/h /hr  r 

 NH3 yang terbentuk

= 2 x 7,06 kmol/hr

= 14,12 kmol/hr  

CO2 yang terbentuk

= 1 x 7,06 kmol/hr

= 7,06 kmol/hr  

Total kandungan NH 3 masuk ke reactor   NH3 = (NH3 yang masuk reaktor + NH3 R 1 - NH3 R 2 + NH3 R 3) kmol/hr  = (7400,18 + 274,64 – 3,53 + 14,12) kmol/hr  = 7685,41 kmol/hr 

54

Total CO2 masuk ke reaktor  CO2 = (CO2 masuk reaktor + CO 2 R 1 + CO2 R 3) kmol/hr  = (1772,71 + 137,32 + 7,06) kmol/hr  = 1917,09 kmol/hr  Total H2O masuk ke reaktor  H2O = (H2O masuk reaktor – H 2O R 1 - H2O R 3) kmol/hr  = (872,61 - 137,32 – 7,06) kmol/hr  = 728,23 kmol/hr  Perbandingan N/C dalam reaktor :  N/C = (a) = mol NH 3 / mol CO2 = 4,00 Perbandingan H/C dalam reaktor : H/C = (b) = mol H 2O / mol CO 2 = 0,38 Dari grafik urea synthesis Equilibrium convertion pada N/C = 4,00 dan H/C = 0,38 diperoleh konversi reaksi pada temperature top reaktor 200 oC adalah = 74,8 %. Persamaan reaksi di reactor  2NH3 + CO2

 NH2COONH4

 NH2COONH4

NH2CONH2 + H2O

2NH3 + CO2

NH2CONH2 + H2O

Basis : 1772,71 kmol CO 2 masuk reaktor  1. CO2 masuk reaktor

= 1772,71 kmol/hr 

CO2 yang bereaksi

= 0,748 x 1772,71 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr  

CO2 yang tidak bereaksi

= (1890,35 – 1326,00) kmol/hr  = 446,71 kmol/hr 

2. NH3 yang bereaksi  NH3 yang tidak bereaksi

= 2 x 1326,00 kmol/hr = 2652 kmol/hr  = (7400,18 – 2652) kmol/hr = 4748,18 kmol/hr 

3. Urea yang terbentuk terbentuk

= 1 x 1326,00 1326,00 kmol/hr kmol/hr = 1326,00 1326,00 kmol/hr  kmol/hr 

4. H2O yang terbentuk

= 1 x 1326,00 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr  

Selain dari reaksi di atas pada reactor urea juga terjadi reaksi : Biuret yang bereaksi dalam reaktor   NH2CONHCONH2 + NH3

2NH2CONH2

55

 Neraca massa design Biuret masuk

= 364 kg

Biuret keluar

= 252 kg

Biuret yang bereaksi % biuret yang menjadi urea

= 364 – 252 = 112 kg = 112 x 100 % 364 = 30,77 %

Basis : 3,53 kmol/hr biuret masuk reaktor  r eaktor  Biur Biuret et yang yang berea bereaks ksii

= (0,3 (0,307 077 7 x 3,53 3,53)) kmol kmol/h /hrr

= 1,09 1,09 kmol kmol/h /hr  r 

Biur Biuret et yang yang tida tidak k bere bereak aksi si

= (3,5 (3,53 3 – 1,09 1,09)) kmol kmol/h /hrr

= 2,44 2,44 kmol kmol/h /hr  r 

 NH3 yang dibutuhkan

= (1 x 1,09) kmol/hr

= 1,09 kmol/hr 

 NH3 yang tidak bereaksi

= (NH3 yang tidak habis bereaksi – NH 3 yang

dibutuhkan)

Urea yang terbentuk

= (474 (4748,1 8,18 8 – 1,09) 1,09) kmol/h kmol/hrr

= 4747 4747,09 ,09 kmol/h kmol/hr  r 

= (2 x 1,09) kmol/hr

= 2,18 kmol/hr 

Urea yang terbentuk dari kedua reaksi

= (1326 + 2,18) kmol/hr  = 1328,18 kmol/hr 

Total massa keluar reaktor urea adalah Urea = (137,32 + 1328,18) kmol/hr

= 87930 kg/hr 

 NH3 = 4767,09 kmol/hr

= 80700 kg/hr  

CO2 = 446,72 kmol/hr

= 19655 kg/hr  

H2O = (872,61 + 1326) kmol/hr

= 39575 kg/hr  

Biuret = 2,44 kmol/hr

= 252 kg/hr  

Total

= 228112 kg/hr