NITROGEN PLANT
Agustus 2012
Masnasit
Cryoge ryog enic proce proc ess
Nitrogen Plant
Slide: 2
Cryoge ryog enic proce proc ess
Nitrogen Plant
Slide: 2
Nitrogen Plant
Slide: 3
Cryoge ryog enic proce proc ess Warm end proce process ss • Udar Udara a atmo atmose serr difi difilt lter er dan dan dite diteka kan n deng dengan an meng menggu guna naka kan n komp kompre reso sor r sehingga akan didapatkan tekanan produk yang cukup untuk membawa nitrogen sampai ke customer • Air Receiver Receiver meng–co meng–collec llectt konden kondensat sate e dan meminim meminimalka alkan n pressu pressure re drop. drop. Selanjutnya udara akan didinginkan hingga suh usekitar 10°C. • Tahapa Tahapan n proses proses pember pembersih sihan an H 2O selanjutnya dilakukan dalam beberapa . dengan filter udara, yang bekerja sebagai filter gravitasi, dan yang terakhir adalah adsorber yang diisi dengan activated carbon untuk menghilangkan beberapa senyawa hidrokarbon . • Unit Unit pros proses es tera terakh khir ir pada pada warm warm end end cont contai aine nerr beru berupa pa ther therma mall swin swing g adsorb adsorber er (TSA). (TSA). Unit Unit purifi purifikas kasii udara udara member membersih sihkan kan udara udara proses proses yang yang berktekanan dengan menghilangkan residual water vapour, karbondioksida dan hidrokarbon. Biasanya terdiri dari dua vessels, valves and exhaust to untuk memisahkan allow the changeover of vessels. While one of the TSA beds is on stream the second one is regenerated by the oxygen rich waste flow, which is vented through a silencer s ilencer into the ambient environment.
Nitrogen Plant
Slide: 4
Cryogenic process Coldbox process
•
Setelah meninggalkan air purification unit, udar proses dimasukkan ke dalam main heat exchanger, dimana udara akan didinginkan dengan cepat sampai suhu -165°C. semua residu dan impurities (seperti CO2) akan membeku dan udara memasuki bagian dasar .
•
Kolom distilasi terdiri dari liquid distributor di bagian puncaknya, struktur packing dengan ketinggian tertentu dan dilengkapi dengan liquid distributor dan sebuah bejana untuk liquid mengalir ke bagian bawah kolom. Nitrogen murni akan dipisahkan di bagian atas kolom dan liquid yang kaya dengan oksigen tertinggal di bagian dasar kolom
Nitrogen Plant
Slide: 5
Cryogenic process •
•
•
Liquid yang kaya dengan oksigen dilewatkan ke kondensor dengan menggunakan Joule Thomson expansion valve, yang akan mem-flush sebagian liquid dalam bentuk uap dan mendinginkan liquid yang tersisa (subcooled liquid). Subcooled liquid ini sebagian berupa gas nitrogen yang berasal dari puncak kolom. Nitrogen yang terkondensasi akan dialirkan kembali menuju kolom distilasi untuk menjaga kemurniannya, liquid yang tersisa disimpan dalam local storage tank sebagai cadangan. Nitrogen yang tidak terkondensasi dialirkan melalui main heat exchanger dan menjadi pro u yang a an r m an e cos umer. Gas buang, yang dihasilkan dalam bentuk liquid yang kaya dengan oksigen diuapkan di dalam condenser, dikembalikan ke APU dimana oksigen tersebut akan digunakan untuk meregenerasi dessicant. Refrigeration untuk proses tersebut disediakan oleh air brake expansion turbine yang diletakkan di bagian dasar cold box. Aliran gas yang bertekanan tinggi yang berasal dari heat exchangers (-110°C) diekspansikan sehingga bertekanan rendah dan didinginkan di dalam turbine. Udara dingin (-160°C) dikembalikan ke dalam aliran yang menuju heat exchangers untuk keperluan refrigeration. Energi (dalam bentuk panas) dihilangkan dari turbine di turbine cooling system
Nitrogen Plant
Slide: 6
Cryogenic process Back up process
•
Nitrogen cair yang diproduksi dari cold box ditransfer menuju liquid storage tank. Vaporiser digunakan untuk menguapkan liquid yang tersimpan jika ada permintaan. Pressure control panel digunakan untuk mengatur aliran gas ke end-users pipeline dan untuk menjaga .
Nitrogen Plant
Slide: 7
Peralatan utama proses cryog enik Warm End (W/E) Container Kompresor Air receiver Chiller (Heat Exchanger) Pre-filter Air Purification Unit (APU) Coldbox Main heat exchanger Distilllation column Condensor Expansion brake turbine Storage and Back up Syst em Liquid nitrogen tank Vapouriser
Nitrogen Plant
Slide: 8
Compressor Udara
•
Mengkompresi udara yg akan diproses. Udara keluar kompresor harus bebas dari kontaminasi oil content. Kemudian udara dlm sistem kompresor didinginkan di Final Cooler.
Chiller
•
Udara yang sudah dikompressi, didinginkan lagi oleh Unit Chiller sampai dgn persyaratan suhu masuk dalam adsorber
Nitrogen Plant
Slide: 9
Ai r Separ ato r (Col d Box )
• Terdiri dari unit Exchanger & kolom Rectification / Distilasi, yang memisahkan udara menjadi Nitrogen murni dan gas sisa (waste gas). • Kolom Distilasi dilengkapi dengan susunan plat-plat, agar terjadi turun. Melewati plate bed, kandungan uap Nitrogen yang naik akan menjadi murni dan semakin murni, sedangkan cairan reflux yang turun di dalam kolom akan membilas uap (vapor) yang mengakibatkan Oxygen murni semakin banyak. Cairan reflux yang terkumpul divessel (kolom) kandungan oxygennya sekitar 40 %. Karena itu cairan reflux ini disebut “Rich Liquid”.
Nitrogen Plant
Slide: 10
Cold Box
•
Rich liquid dikeluarkan dari vessel & didinginkan di Exchanger, selanjutnya membebani Turbine Expander Pendinginan tersebut diperoleh dari "Expansion Turbine“
•
Selama proses pendinginan dan kondensasi, rich liquid akan " "
•
Turbine disupply dgn residual gas pada suhu sekitar -140°C dan tekanan 4 barg yang diperoleh dari Heat Exchanger
•
Gas yang keluar dari turbin pada suhu - 170°C dan 0,4 barg.
•
Produk dingin yang keluar ini mengimbangi "Cooling Losses“ dan menjaga cold box tetap dingin.
•
"Cooling Losses“ : Thermal Losses (Insulation), Produk N2 Cair, Beda Suhu di Heat Exchanger.
Nitrogen Plant
Slide: 11
PSA
Nitrogen Plant
Slide: 12
Prinsip kerja PSA What is PSA technology? • Udara terdiri dari 78% nitrogen dan 21% oksigen. PSA Nitrogen generation bekerja berdasarkan prinsip pemisahan udara dengan cara menyerap oksigen dan memisahkan nitrogen. • Teknologi yang digunakan untuk memproduksi nitrogen secara kontinyu dengan kemurnian yang tinggi • Proses ini terdiri dari 2 buah kolom yang diisi dengan Carbon Molecular Sieves (CMS). • co umn s e er a an ara ua mo e operas ya u pur as an regeneras untuk menjamin keberlangsungan produksi nitrogen. • Udara yang digunakan sebagai umpan terlebih dahulu dikompresi pada 7 – 8,5 bar g (102 – 123 psi g). • Udara yang terkompresi kemudian difiltrasi, dan selanjutnya dialirkan melalui sebuah bejana yang telah diisi CMS. • Oksigen diadsorb dengan CMS dan nitrogen keluar sebagai produk gas. Setelah CMS sudah jenuh dengan oksigen, maka aliran proses dipindahkan ke adsorban yang lain, sedangkan bed yang telah jenuh diregenerasi dengan cara menurunkan tekanannya hingga tekanan atmosfer. • Sebagian dari produk nitrogen digunakan untuk mem-purge oksigen yang berada dalam molecular sieve, hingga sieve bersih dari oksigen. Gas buang (oksigen, karbondioksida) dibuang ke atmosfer. • Proses adsorpsi berlangsung pada suhu 10 s.d 40 oC Nitrogen Plant
Slide: 13
Prinsip kerja PSA
Nitrogen Plant
Slide: 14
Proses PSA •
Pemisahan nitrogen dan oksigen dari udara berlangsung di dalam adsorber vessel yang telah diisi dengan carbon molecular sieve.
•
Proses ini didasarkan pada kecepatan berdifusi molekul-molekul oksigen ke dalam struktur pori CMS yang lebih cepat daripada nitrogen
Nitrogen Plant
Slide: 15
Nitrogen Plant
Slide: 16
Tipikal PFD N2 Plant
Nitrogen Plant
Slide: 17
Proses PSA PSA process cycle •
Siklus proses PSA terdiri dari 2 mekanisme utama : – Pressurisation/adsorption – Depressurisation/desorption
•
Udara yang terkompresi akan diproses di dua adsorber bed secara ergan an. a pa a a sor er e se ang er angsung proses adsorpsi, maka pada adsorber bed B akan berlangsung proses desorpsi.
•
Deskripsi siklus proses PSA sebagai berikut : – Udara yang terkompresi masuk pada adsorber bed A, moisture, oksigen, dan karbondioksida diadsorb. – Setelah tekanan operasi tercapai, produk nitrogen mengalir dari adsorber bed A menuju nitrogen product receiver sebelum masuk ke pipa produk. Secara simultan, adsorber bed B dilakukan proses desorpsi sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfer.
Nitrogen Plant
Slide: 18
Proses PSA •
Deskripsi proses - lanjutan – Setelah produksi nitrogen dari adsober A selesai, dilakukan langkah ekualisasi. Adsorber bed B (yang berada pada tekanan atmosfer) ditekan sampai tekanan menengah (intermediate) sehingga gas yang tersisa di adsorber bed A (pada tekanan operasi) mengalir menuju adsorber bed B. selama tahapan ini tidak ada udara yang dikonsumsi serta tidak ada produk gas yang dihasilkan – Dengan demikian nitrogen receiver akan difungsikan untuk menjaga supaya , berlangsung – Adsorber bed A kemudian menjalani proses desorpsi dan gas buang yang kaya dengan oksigen diventing ke atmosfer. Proses desorpsi akan menyebabkan lepasnya oksigen , karbondioksida dan uap air yang sebelumnya telah diabsorb selama berlangsungnya proses produksi nitrogen dari adsorber bed A. Pada saat yang sama adsorber bed B dibawa menuju tekanan operasi dan mulai dilakukan produksi nitrogen untuk sebagian siklus – Dilanjutkan dengan proses produksi nitrogen, kemudian adsorber B mengalami ekualisasi dan berikutnya desorpsi. Siklus dilanjutkan hingga adsorber A adsorpsi dan adsorber B desorpsi.
Nitrogen Plant
Slide: 19
Nitrogen Plant
Slide: 20
Nitrogen Plant
Slide: 21
Plant contro l PSA biasanya dicontrol dengan menggunakan Programmable Logic Controller (PLC) Beberapa fitur kontrol yang utama •
Automatic operation di seluruh N2-PSA plant
•
Pengawasan parameter – parameter proses yang dilengkapi dengan safety shut down dan alarm jika terjadi kasus operasi yang abnormal
•
Control process values pada display
•
Sophisticated plant diagnostics
•
Kemurnian produk dicek secara kontinyu dengan automatic online O2-analyzer.
Nitrogen Plant
Slide: 22
Tipikal G series Nitrogen PSA Plant
Kapasitas 310 Nm 3 Nitrogen Plant
Slide: 23
Tipikal A series Nitrogen PSA Plant
Nitrogen Plant
Slide: 24
Liquid nitrogen plant • •
•
Liquid Nitrogen Plant (LNP) mengekstrak gas nitrogen dari udara atmosfer dan selanjutnya dicairkan. Nitrogen dapat dicairkan dengan dua metode : – Distillation udara cair. – Pressure Swing Adsorption system yang dilengkapi Cr o enerator Proses pencairan dengan menggunakan PSA system terdiri dari dua metode dasar yaitu nitrogen diekstraksi dan selanjutnya dicairkan. Nitrogen diekstraksi dari udara bebas, selanjutnya didinginkan sampai suhu 77 K (titik didih nitrogen). Pencairan nitrogen dilakukan dalam PSA system dan cryogenerator.
Nitrogen Plant
Slide: 25
Liquid nitrogen plant
Nitrogen Plant
Slide: 26
Liquid nitrogen plant Terdapat dua komponen utama dalam LNP 1. Pressure Swing Adsorption System (PSA) tujuan utama PSA system adalah untuk mengekstrak gas nitrogen dari udara yang terkompresi. 2. Cryogenerator nitrogen cair dikumpulkan dalam Dewar vessel (vacuum insulated vessel)
Nitrogen Plant
Slide: 27
Cara kerja liquid nitrogen plant • • • • •
•
Udara dari atmosfer ditarik masuk ke dalam kompresor dan dikompresi sampai suhu tinggi pada tekanan sekitar 7 bar g. Udara terkompresi dengan suhu yang tinggi ni selanjutnya didinginkan dalam external refrigeration system. Udara terkompresi yang telah didinginkan selanjutnya dialirankan melalui moisture separator untuk menangkap moisture dari udara. carbon molecular sieves dimana oxygen dan nitrogen dari udara akan terpisah, dan gas yang terjebak akan dipurge ke atmosfer. Nitrogen yang sudah terpisah sekarang memungkinkan untuk dialirkan menuju Cryogenerator yang bekerja berdasarkan Stirling cycle yang mendinginkan gas Nitrogen menjadi liquid pada 77 Kelvin yang merupakan boiling point nitrogen. Liquid Nitrogen selanjutnya dikumpulkan ke dalam Dewar vessel to disimpan dan digunakan untuk berbagai tujuan.
Nitrogen Plant
Slide: 28
Keuntungan PSA •
Konsumsi energi rendah
•
Biaya produksi nitrogen rendah
•
Reliabilitas tinggi
•
Mudah dioperasikan dan dikontrol
•
Desain kompak
•
Minimal start up time
•
Kebutuhan bahan bakar lebih rendah
•
Inspite of consuming the same amount of compressed air at 5-7% oxygen content by PSA plants, it is to be noted that at 0-1% Oxygen, the PSA nitrogen plants produces 6 times more Nitrogen pr m3 feed air.
Nitrogen Plant
Slide: 29
Cryogenic sto rage tank
Nitrogen Plant
Slide: 30
Cryogenic sto rage tank •
vacuum-insulated double wall tanks terdiri dari dua buah concentric vessels, inner tank dibuat dari austenitic steel dan bagian luar berupa jacket yang terbuat dari carbon steel yang dilengkapi dengan anti korosi. Ruang antara inner dan outer tank dikosongkan dan diisi dengan insulating powder (perlite). Adsorbent juga ditambahkan untuk men a a kevakuman di dalam ruan insulasi.
•
Standard tank memiliki kapasitas sebesar 3,160 liter s.d. to 61,620 liter. Mmaximum allowable working pressure untuk inner vessel sebesar 18, 22 atau 36 bar gauge untuk suhu desain berkisar dari 196°C hingga 20°C.
•
Seluruh tangki memiliki konfigurasi vertikal, sehingga hanya memerlukan area yang lebih kecil untuk instalasi.
Nitrogen Plant
Slide: 31
1. Tekanan operasi di set hingga 90 % maximum allowable working pressure dan secara otomatis dijaga konstan dengan regulator dan tekanan building coil fitted to the tank. 2. Setiap tangki dilengkapi dengan a tank mounted (clip-on) airheated vaporiser untuk mensuplai produk gas dalam bentuk gas . 3. Standard tank features are various fittings for transportation and installation. Vaporisers up to 1,000 Nm3/h are installed separately.
Nitrogen Plant
Slide: 32
Nitrogen Plant
Slide: 33
Masalah yang dij umpai • Kadar oksigen dalam produk N2 meningkat • Jumlah produksi nitrogen gas menurun • Kegagalan change over adsorber
Nitrogen Plant
Slide: 34
Masalah yang dij umpai Kenaikan kadar oksigen
• Disebabkan oleh : 1. Produksi maksimum dalam waktu yang lama 2. Kelebihan aliran refluks 3. Adanya fouling di tiap tray kolom distilasi
Nitrogen Plant
Slide: 35
Masalah yang dij umpai Produksi maksimum dalam waktu yang lama • Penyebab : – Produksi maksimum disebabkan penggunaan N2 Cukup banyak, sehingga tekanan outlet jatuh dan menyebabkan beda tekanan antara inlet dan outlet coldbox cukup besar – – Pemisahan tidak sempurna, produk atas langsung ditarik. – Refluks berkurang, sehingga oksigen ikut naik ke top produk
• Cara mengatasi : – Menurunkan produksi dengan mengurangi bukaan kerangan ke sistem, untuk mengurangi beda tekanan umpan masuk dan top kolom disitilasi – Menaikkan jumlah refluks
Nitrogen Plant
Slide: 36
Masalah yang dij umpai Kelebihan aliran r efluk s
• Penyebab : – Level produk bawah kolom naik turun dengan cepat dan level controller tidak berfungsi sebagaimana – Menyebabkan flooding pada kolom distilasi • Cara mengatasi : – Mengurangi aliran cairan waste gas ke kondensor/evaporator
Nitrogen Plant
Slide: 37
Masalah yang dij umpai Terjadiny a fouling pada kolom dis tilasi
• Penyebab – Terikutnya sebagian kecil CO2/H2O yang lolos dari adsorber dan terakumulasi dalam waktu yang lama, • Cara mengatasi : – Shut down unit
Nitrogen Plant
Slide: 38
Masalah yang dij umpai Masalah produk N2 menurun
• Penyebab : – Jumlah refluks terlalu berlebihan , sehingga N2 banyak yang turun ke bottom •
ara menga as : – Mengurangi aliran waste gas yang ke kondensor /evaporator – Jika tidak berhasil kemungkinan terjadi fouling pada tray
Nitrogen Plant
Slide: 39
