Nama Kelompok :
Kelas
:
1. Adhitya Dwiky Putra
(03031281419076)
2. Rizki Muthiah Rahayu
(03031381419120)
3. Annisa Dela Yuliani
(03031381419127)
4. Eko Safitri
(03031381419144)
A
PROSES PEMBUATAN METANOL A.
DESKRIPSI PROSES PEMBUATAN METANOL Penjelasan rinci tentang sintesis metanol dijelaskan dalam hal ini.Gas sintesis digunakan
untuk memproduksi metanol yang dapat dibuat dari gas alam. Gas alam pada (50ºC,70bar) pertama-tama diekspansi untuk mengurangi tekanan (30 bar). Air juga dibutuhkan untuk mereformasi gas alam.Air pada (30ºC, 1 bar) dipompa untuk meningkatkan tekanan sampai 30 bar.Larutan yang dihasilkan kemudian dipanaskan untuk mencapai fase uap sebelum memasuki pre-reformer. Proses pembuatan methanol adalah pre-reforming, proses pemisahan, reaksi autotermik, proses kompresi, proses sintesa methanol, dan proses purifikasi. 1. Pre-reforming Pre-reforming adalah istilah yang telah diterapkan pada suhu rendah steam-reforming hidrokarbon dalam reaktor adiabatik yang sederhana.Pre-reforming ini memanfaatkan kandungan panas dari aliran umpan untuk mendorong reaksi steam-reforming pada suhu rendah.Reaktor ini juga menggunakankatalis nikel untuk mendorong laju reaksi.Pre-reforming ini dapat mengkonversi hidrokarbon yang lebih tinggi menjadi metana dan karbon dioksida.Yang beroperasi pada suhu sekitar 497ºC. Reaksi pre-reforming ini menghasilkan campuran kesetimbangan gas yang mengandunghidrogen, karbon monoksida, karbon dioksida, metana dan uap sesuai dengan reaksi yang diberikandi bawah:
Dalam pre-reforming, reaksi endotermik diikuti oleh Methanation eksotermik dan pergeseran reaksi, untuk menyesuaikan kesetimbangan kimia antara karbon oksida, metana,hidrogen dan air menurut reaksi di atas. 2. Reaksi Autotermik ATR beroperasi pada uap rendah untuk rasio karbon dan pengembangan desain pembakaran baru untuk memastikan operasi yang aman dan faktor tinggi pada stream. Ukuran alternatif untuk mencapai rasio H2 lebih rendah / CO adalah dengan penambahan oksigen. Autothermic reforming adalah reforming hidrokarbon ringan dalam campuran uap dan oksigen dengan adanya katalis.Reaksi oksidasi itu digunakan untuk mengatur rasio sintetis. Dalam project ini, autothermal padaproses reforming digunakan untuk menghasilkan gas sintesis dengan rasio sintetissekitar 2. Reaksi yang terjadi dalam reaktor ATR ditunjukkan di bawah ini:
3. Proses Pemisahan Oleh karena semua reaksi yang terjadi di ATR adalah reaksi eksotermis, suhu produk ini sangat tinggi.Produk harus didinginkan sampai suhu yang lebih rendah sebelum pemisahan dapat berlangsung. Setelah pendinginan produk, itu kemudian dipisahkan menjadi sintesis bagian gas keluar pada bagian atas separator lalu air dalam campuran akan keluar pada bagianbawah.
4. Kompresi Tekanan pada sintesis gas yang berasal dari separator meningkat dari 30 bar menjadi 80 bar dengan menggunkan compressor. Campuran yang dikompres kemudian dicampur dengan aliran recycle dari flash drum seperti yang ditunjukkan pada flow sheet. Temperatur dari hasil campuran meningkatan menjadi 270°C sebelum masuk ke reactor methanol. 5. Sintesis Metanol Make-up gas sintesis dan daur ulang di [270ºC, 80 bar] mengandung sebagian besar senyawa hydrogen (H2), senyawa karbon monoksida (CO) dan senyawa karbon dioksida (CO 2). Reaksi utama yang terjadi untuk pembentukan metanol adalahreaksi hidrogenasi CO, reaksi hidrogenasi CO2 dan kemudian ditambah dengan gas air terbalik shift reaction. Methanol merupakan termodinamika yang kurang stabil dan karena itu katalis yang digunakan harus sangat selektif.Tiga reaksi utama yang terjadi adalah seperti berikut: 1 2 3
Reaksi CO + 2H2 CH3OH CO2 + 3H2CH3OH + H2O CO2 + H2 H2O + CO
ΔH (kJ/mol) -90,45
ΔG (kJ/mol) -25,15
ΔS (kJ/mol) -219,13
Tcarnot (K) 412,77
-49,43
3,46
-177,09
279,12
41,14
28,61
42,05
978,36
Dua reaksi independent yaitu reaksi antara hidrogenasi karbon monoksida dan gas air terbalik bergeser dianggap keluar dari tiga reaksi independent (1) - (3).Laju reaksi konstanta dikombinasikan dengan konstanta laju kesetimbangan yang memberikan informasi yang cukup tentang kinetika sintesa metanol. Konstanta laju reaksi, konstanta adsorpsi kesetimbangan dan konstanta kesetimbangan reaksi yang muncul dalam lambang kinetika yang ditabulasikan dalam tabel 3.3
Buangan reaktor didinginkan sampai 40°C sebelum dikirim ke separator.Pemisahan gas/cair dilakukan di vessel bervacuum.gas didaur ulang setelah membersihkan bagian kecil untuk menjaga tingkat senyawa inerts dalam lingkaran dalam batas. Metanol mentah kemudian dikirim ke bagian pemurnian. Pembuatan spesifikai dan informasi katalis untuk reactor methanol skala industry diberikan pada tabel 3.4
6. Purifikasi
Campuran air-metanol didestilasi agar memenuhi spesifikasi akhir. Hal ini pentingagar metanol stabil (dalam destilasi atau deep flashing) untuk menghilangkankomponen yang mudah menguap seperti CO2 dan dikirim dan ditransportasi kebejana bertekanan atmosfer.Ada tiga tingkatan penamaan methanol yaitu:chemical grade AAA (99.85wt% MeOH, air 0.1wt%, dan konsentrasi alkohol yang lebih tinggipart-per-million), bahan bakar grade (97wt%MeOH, 1wt% air, 1.5wt% alkohol dan 0.5wt% minyak proses) dan tingkatan MTBE (97wt%MeOH, 1wt% air, 2wt% alkohol, 150ppm metil asetat, 0.3wt% cairan inert).
B.
RINCIAN DARI MODEL PROSES METHANOL DI UNISIM ™ Skema flowsheet produksi metanol di unisim ™ ditunjukkan pada gambar 3.2 dankondisi
steam yang sesuai dengan apendix.Produksi metanol dari gas sintesis disimulasikan menggunakan Honeywell unisim Desain R380dengan Soave-Redlich-Kwong (SRK) fluid package.Kesetimbangan massa dan energidiperlukan untuk semua kasus. Persamaan SoaveRedlich-Kwong digunakan untuk menghitungsteam physical dan sifat dari transportasi. Tekanan drop di semua unit operasidiatur ke 0.kPa. Gambaran simulasi akan dibagi menjadi beberapa bagian yaitu persiapan bahan baku, pre-reforming, autothermal reforming (ATR), produksi metanol danpemurnian. Katalis yang digunakan adalah Cu / ZnO / Al2O3 yang memilikiselektivitas lebih dari 99%. Feed Conditioning (Pesiapan Bahan Baku) Tabel 3.5 menunjukkan komposisi gas alam yang digunakan dalam simulasi
Gas alam pada [50ºC, 70bar], diekspansi dengan K-101 ke [30bar] sebelumitu dipanaskan (preheated) menjadi (497 ºC). Air tawar pada [30ºC, 1bar] dipompa (30bar) dan kemudiandipanaskan (preheated) sampai (252 ºC) dengan bertukar panas dari limbah reaktor autothermal pada gambar 3.2. Uap jenuh yang dihasilkan dibagi menjadi dua dimana sebagian digunakan untuk steam reforming gas alam dan lainnya untuk unit air separation (ASU). Gas alam yang dipanaskan dan air kemudian memasuki pre-reformer. Pre-reforming Terdiri dari dua reaktor; yang pertama dimodelkan sebagai reaktor konversi di mana terdapat hidrokarbon tinggi yaitu etana, propana dan n- butana yang akandikonversi menjadi hidrogen dankarbon monoksida melalui reaksi konversi. Itu adalah reaktor adiabatik dan semua reaksi terkonversi 100%. Reaksi yang terjadi dalam reaktor ini telah dijelaskan. Komponen utama yang harus ada untuk proses selanjutnya adalah gas alam yang telah di preheated dan uap. Gas alam yang belum terkonversi (terutama metana) dan hasil produk dari tiga reaksi (stream 4 pada 291ºC) akan dimasukkan ke dalam pre-reformer berikutnya di reaktor keseimbangan dan juga dimodelkan sebagai reaktor adiabatik. Reaksi yang berlangsungdalam reaktor kesetimbangan adalah steam reforming dari metana dan water gas shift reaction.Kedua reaksi berlangsung secara eksotermis. Produk (stream 5) dari pe-reformed keduayaitu metana,air, hidrogen, karbon monoksida dan karbon dioksida. Karbonmonoksida dalam (stream 5) akan memperkecil akibat dari reaksi pergeseran gas air (water gas shift reaction). Autothermal reforming (ATR) Untuk mengoperasikan autothermal reformer, metana yang belum terkonversi, air, hidrogen, CO, CO2dan nitrogen dari pre-reformer dan udara akan diumpankan pertama ke dalam reformer untuk dibakar serta memanaskan katalis di reformer. Teknologi ini menggunakan gabunganreforming, uap carbon dengan rasio 0.6, hal ini karena rasio yang lebih rendah menimbulkan jelagadan pembentukan kokas yang tidak diinginkan dalam proses reformasi autothermal. Oksigen ke rasio karbon didapat 0,5667. Secara singkat, model ini memperhitungkantiga reaksi utama seperti yang ditunjukkan di bagian deskripsi proses dan enam jenis gastermasuk metana (CH4), oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), air (H2O), karbonmonoksida (CO) dan hidrogen (H2) dalam kinetika kimia. Nitrogen (N2) yang terdapat di udara masukdianggap sebagai diluent, yang hanya sebagai
properti gas.Stoikiometri dari semua reaksi diketahui, reformer dimodelkan sebagaireaktor kesetimbangan.Komposisi aliran outletdan sifatnya dihitung olehUnisim. Suhu gas buangan dari ATR sekitar 1095ºC, penukar panasdiinstal tepat setelah reaktor untuk menghasilkan tekanan uap menengah yang akan digunakan untuk menggerakkan kompresor yang digunakan di air separation unit (ASU). Energi yang dibutuhkan oleh ASUadalah 300 kWh / ton oksigen. Sifat uap yang dihasilkan adalah 252.4 ºC dan 40bar. Produksi uap berkurang dengan suhu gas 200 ºC, tetapi masih bisa digunakan untuk mendinginkan campuran 20 º C sebelum menuju ke tempat pemisahan. Pemisahan yang utama dilakukan adalah untuk menghilangkan air dalam campuran gas. Gas sintesisdihasilkan memiliki module (M) dari 1,867. Syngas yang kekurangan hidrogen akan menyesuaikan M sebelum produksi metanol. Sintesa Metanol Gas sintesis meninggalkan separator dikompresi ke 76.98bar, make-up gas seperti yang ditunjukkan pada diagram kemudian dicampur dengan aliran recycle yang sangat kaya hidrogen tapi jumlah hidrogen ini masih belum cukup untuk penyesuaian, karena ayunan tekanan daya serap (PSA) unit ini dipasang untuk menghasilkan beberapa hidrogen murni, dan ini menyesuaikan M untuk 2.03. Rasio recycle untuk proses 4.71. Campuran yang dihasilkan dipanaskan lagi ke suhu yang sesuai (270ºC) untuk reaksi selanjutnya. Reaktor metanol disimulasikan sebagai reaktor aliran terpasang (PFR) yang terdiri 5500 tabung. Seperti dijelaskan dengan kinetika hanya ada dua reaksi bebas yang terjadi di reaktor. Rincian reaksi dan bagaimana itu diterapkan disini ditampilkan di dalam appendiks. Aliran yang keluar dari reaktor metanol melintas untuk membuang beberapa gas yang tidak diinginkan di produk akhir. Hal ini dilakukan pada suhu 40°C dengan flash seperti yang ditunjukkan pada bagan alir. Metanol mentah yang dihasilkan kemudian dikirim ke kolom distilasi untuk pemurnian. Mungkin 96,5% dari gas sintesis yang tidak bereaksi didaur ulang ke reaktor metanol dan bagian lainnya dibersihkan dari proses untuk mengurangi jumlah inerts dalam lingkaran. Berbagai jenis teknologi yang digunakan dalam proses yang dikenal sebagai unit adsorpsi tekanan ayunan, peralatan ini digunakan untuk menghasilkan hidrogen murni dari gas pembersih. Hidrogen yang diproduksi sekitar 17% dari hidrogen yang ditemukan dalam gas pembersih.
Beberapa gas mudah terbakar yang ditemukan di off-gas dibakar untuk memberikan energi untuk pemanas sintesis bagian produksi gas. Bahan yang mudah terbakar termasuk hidrogen, karbon monoksida dan metana. Hal ini membawa total gas yang dilepaskan ke lingkungan sekitar 300 ton /hari. Hanya ada dua kolom distilasi yang dipasang di simulasi ini, biasanya tiga dalam praktiknya. Hal ini karena kita tidak menganggap pembentukan alkohol yang lebih tinggi pada model kita seperti etanol dan glikol. Kolom distilasi pertama menghilangkan sebagian besar karbon dioksida di metanol mentah yang diproduksi. Jumlah yang dihilangkan dalam proses ini tepatnya 91wt%. Itu hanya terdiri dari 10 trays dan umpan diasumsikan untuk masuk di tengahtengah kolom pada tray nomor 5. Kondensor dan reboiler pada tekanan masing-masing 1050kPa dan 1100kPa. Produk meninggalkan kolom kemudian dimasukkan ke kolom distilasi kedua. Unit distilasi kedua itu untuk menghilangkan produk yang berharga yaitu metanol dari bagian atas, bagian bawah yaitu terdiri dari air dan jejak kecil gas lainnya kolom terdiri dari24 trays dan perbedaan tekanan sekitar 15 kPa. Metanol yang berasal pada suhu 138,6°C dan air pada 178,6 ° C. Metanol yang dihasilkan sekitar 99,96% berat dari bagian atas. Tabel di bawah ini menunjukkan sifat-sifat gas yang dihasilkan setelah simulasi
C.
Faktor Ergonomi Industri dan Keselamatan dalam Tata Letak Pabrik
1. Penempatan Tangki untuk Bahan Baku dan Hasil Produksi Tempat penyimpanan dibuat jauh dari reaktor, karena bahan yang disimpan ialah Gas metana dan Oksigen yang bersifat mudah terbakar sehingga harus dijauhkan dari sumber api ataupun sumber panas. Selain itu juga produk berupa methanol juga di simpan jauh dari sumber sumber panas yang tinggi karena sifat nya tergolong Flammable Liquid. 2. Penempatan Posisi Alat a) Expander ditempatkan di unit feed condition sebelum pre-heater karena berfungsi untuk mengekspansi tekanan gas alam sebelum masuk ke pre-heater. b) Reaktor converter (Reformer 1) ditempatkan di unit pre-reforming dimana diletakkan setelah pre-heater karena gas alam dengan hidrokarbon tinggi yang masuk ke reactor akan dikonversikan. c) Reaktor converter (Reformer 2) ditempatkan di unit pre-reforming dengan posisi diletakkan setelah Reaktor converter (reformer 1) dimana gas alam yang belum terkonversi (terutama metana) akan di masukkan ke reaktor converter (reformer 2) selanjutnya. d) Heat exchanger ditempatkan di tengah-tengah area pabrik karena heat exchanger digunakan untuk menukar panas dari bahan baku metanol dan hasil reaksi dari reaktor, oleh karena itu penempatan posisi heat exchanger sebaiknya diantara reaktor (ART) dan vessel selain itu juga berfungsi untuk menghasilkan tekanan uap medium yang akan digunakan untuk menggerakkan kompresor. e) Methanol Reaktor ditempatkan di unit sintesa methanol dengan posisi jauh dari penyimpanan tanki methanol dan diletakan sebelum kolom destilasi. f) Kolom Distilasi ditempatkan tidak jauh (bersebelahan) dari reaktor methanol dikarenakan hasil dari reaktor akan langsung dimurnikan pada kolom distilasi. 3. Penempatan Posisi Ruang Kendali (Control Room) Pusat ruang kendali (Control Room) ditempatkan di tepi pabrik dengan pertimbangan kemudahan akses yang diberikan, sehingga memudahkan akses untuk karyawan dan juga staff yang akan mengatur proses jalan nya produksi dari Control
Room. Control Room juga ditempatkan berjauhan dengan storage natural gas dan Metanol, hal ini untuk menghindari terjadinya accident terutama yang berasal dari unit penyimpanan dimana dalam produksi ini unit penyimpanan lah yang sangat berpotensi menjadi sumber bahaya. Selain itu Control Room juga ditempatkan berdasarkan dengan Assembly point, dan diberikan akses langsung untuk Emergency Exit, hal ini bertujuan apabila pada pabrik terjadi incident yang mengharuskan diadakannya evakuasi maka proses evakuasi dapat berjalan dengan lancer serta lebih cepat, dan diharapkan tidak ada korban jiwa saat incident terjadi. 4. Pemilihan Lokasi Assembly Point Lokasi Assembly Point dipilih atas dasar pertimbangan kemudahan akses pada saat situasi emergency terjadi, oleh karena itu Assembly point bertempat dekat dengan Control Room, agar apabila evakuasi harus terjadi, pelarian menuju titik kumpul yang aman dapat diakses dengan mudah. Selain itu lokasi Assembly Point diletakkan agak berjauhan dengan storage dimana storage dapat menjadi sumber bahaya yang potensial, termasuk dengan pertimbangan keamanan uap zat yang terbawa oleh arus angin, lokasi Assembly point harus berlawanan dengan arah angin yang datang dari lokasi unit penyimpanan, untuk menghindari zat yang terbawa oleh angin apabila terjadi kebocoran pada unit penyimpanan. 5. Pemilihan Lokasi Green Area Green Area dalam pabrik tersebut memakai konsep area hijau yang mengeli lingi main equipment dari pabrik, karena apabila terjadi kebocoran zat-zat berbahaya seperti gas yang bersifat toxic, maka tidak akan langsung lepas ke luar dari area pabrik, akan tetapi dapat di netralisir atau di kurangi potensi berbahaya nya oleh tumbuh tumbuhan di sekitar area pabrik (grean area). Selain itu penggunaan konsep ruang terbuka hijau dengan concentric circle memudahkan untuk ekspansi pabrik masa mendatang berupa perluasan pabrik, dimana posisi area pabrik yang ditengah menjadi pusat semua kegiatan dapat di perluas dengan mengurangi area tepi dalam dari ruang terbuka hijau.
6. Faktor Keamanan Layout Pabrik Faktor-faktor yang mempengaruhi keamanan dari desain sebuah industri tergantung pada zat-zat yang digunakan di dalam pabrik tersebut, mulai dari bahan baku yang digunakan sampai dengan produk yang telah jadi. Semakin sensitif zat tersebut dan semakin berpotensi untuk menjadi sumber bahaya, maka tingkat safety dari pabrik tersebut harus semakin tinggi untuk menjaga tingkat keamanannya. Maka sebab itu perlu ditinjau dari sifat fisik dan kimia dari zat-zat yang digunakan di industri tersebut. Pada pabrik ini bahan baku yang digunakan adalah gas alam yang menghasilkan metanol, maka perlu diketahui sifat-sifat dan potensi bahaya dari masing-masing zat tersebut:
Metanol 1. Dapat mempengaruhi saat terhirup ataupun masuk melalui kulit 2. Metanol berkemungkinan bersifat Teratogen 3. Kontak
terhadap
Metanol
dapat
mengakibatkan
iritasi
kulit.
Kontak
berkepanjangan dan berulang dapat mengakibatkan rusaknya kulit, kekeringan dan memar 4. Metanol dapat mengiritasi mata dan menyebabkan kabur serta kebutaan 5. Menghirup Metanol dapat menyebabkan iritasi pada hidung, tenggorokan dan paru-paru, menyebabkan batuk, sesak nafas dan pendeknya nafas 6. Pemaparan terhadap konsentrasi tinggi dari Metanol dapat menyebabkan sakit kepala, pusing, kelelahan dan hilang kesadaran bahkan kematian 7. Metanol dapat merusak hati, ginjal dan sistem syaraf 8. Metanol merupakan Flammable Liquid dan termasuk ke dalam kategori Dangerous Fire Hazard Oleh sebab itu, penempatan tanki Metanol di jauhkan dari keberadaan Occupied Building, untuk menghidari kebocoran yang mungkin saja terjadi pada tempat penyimpanan produk metanol dan juga diperlukan monitor konsentrasi campuran gas dalam udara, untuk memastikan tidak ada gas-gas berbahaya yang lepas ke udara melalui
kebocoran. Sedangkan untuk safety pada karyawan pabrik, perlu digunakan perlindugan pada alat pernafasan, disarankan alat pelindung pernafasan sebaiknya dipakai bila sudah ada kandungan Metanol sebesar 200 ppm di udara, sedangkan apabila telah mencapai 6000 ppm maka diperlukan alat bantu pernafasan yang lebih khusus lagi. Oxygen 1. Sifat dasar Gas Oksigen tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. 2. Sulit untuk dideteksi ketika terjadi kelebihan oksigen tanpa peralatan pendeteksi khusus. 3. Sifat oksigen yang dapat menimbulkan api karena merupakan salah satu dari 3 unsur segitiga api. Sehingga harus perhati-hati jika mematik api di tempat yang mengandung oksigen berlebih. 4. Gas Oksigen dapat menimbulkan reaksi isothermis dan menimbulkan api maupun ledakan bila tercampur dengan bahan bakar, minyak atau pelumas maupun gemuk. Oleh sebab itu, penyimpanan tanki gas oxygen dijauhkan dari peralatan-peralatan yang beroperasi pada suhu yang tinggi untuk memperkecil kemungkinan ledakan atau kebakaran ketika terjadi kebocoran tangki tersebut sebelum kebocoran terdeteksi oleh alat control.
D.
FLOWSHEET PROSES PEMBUATAN METHANOL
Unit Sintesa Metanol
Feed Condition
Pre-Reforming
