Makalah Perancangan Produk dan Proses Kimia
Proses Pembuatan Gas Sintesis
DOSEN PENGAMPU: AJI PRASE!ANINGRUM" S##" M#Si#
DISUSUN O$E% : APRI$IA $AI$A &AJRIN
'()*+*))()+**,-.
/RAMAN!A /RIAN SU0IGNJO
'()*+*))(),*)1()*+*))(),*)1-..
DANUGRA MARAN!O
'()*+*))(),**2,.
%ARI 0ISNU MURI
'()*+*))()+*)*2.
NUGRA%ENI D0IANDINI
'()*+*))()+*))3.
&AKU$ &AKU$AS AS EKNIK JURUSAN EKNIK KIMIA KI MIA UNI4ERSIAS DIPONEGORO SEMARANG (*)2
i
PRAKAA Puji Puji syuk syukur ur keha kehadi dira ratt Tuha Tuhan n Yang Maha Maha Esa Esa karen karenaa atas atas berk berkat at dan dan rahm rahmat at-Ny -Nyaa penulisan makalah Perancangan Produk dan Proses Kimia berjudul “ Proses Pem5ua6an Gas Sin6esis” dapat diselesaikan dengan baik
!eiring dengan perkembangan teknologi" kebutuhan akan bahan-bahan kimia semakin besar sehingga pembangunan industri kimia perlu lebih diprioritaskan #ndustri kimia merupakan salah satu industri $ital dan strategis" untuk itu hampir setiap negara di dunia" tak terkecu terkecuali ali #ndone #ndonesia sia banya banyak k memberi memberikan kan perhat perhatian ian pada pada pengem pengemban bangan gan indust industri ri kimia" kimia" mengin mengingat gat indust industri ri ini banya banyak k mempun mempunya yaii keterk keterkait aitan an dengan dengan pengem pengemban bangan gan indust industri ri lainnya !alah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah gas sintesis %ahan kimia dasar ini merupakan bahan bakupembuatan produk kimia intermediet !ecara langsung gas sint sintes esaa
digu diguna naka kan n
seba sebaga gaii
baha bahan n
baku baku pemb pembua uata tan n
ammo ammoni nia" a" meth methan anol ol
dan dan
lain lain
sebagainya&leh karena itu" pemilihan perancangan proses pembuatan gas sintesis ini akan memba'a dampak positi( untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dankegiatan ekspor ke berbagai negara Pros Proses es penu penuli lisan san maka makalah lah ini ini tida tidak k terl terlep epas as dari dari bant bantua uan n pelb pelbag agai ai piha pihak k Pada Pada kesempatan kesempatan ini disampaikan disampaikan terima kasih kepada )ji Prasetyaningrum Prasetyaningrum"" !T" !T" M!iselaku dosen pengampu pengampu mata kuliah Perancangan Perancangan Produk dan Proses Kimiayang Kimiayang telah memberikan memberikan bimbingan mengenai dasar perancangan produk dan proses kimia di industri Penulisan makalah ini masih memiliki kekurangan &leh karena itu" kritik dan saran yang bersi(at membangun diharapkan demi kesempurnaan penulisan yang lebih baik !emoga makalah perancangan produk dan proses kimia ini dapat memberikan man(aat bagi perkembangan ilmu dan pengetahuan pengetahuan masyarakat
!emarang" )pril *+, Penulis
ii
PRAKAA Puji Puji syuk syukur ur keha kehadi dira ratt Tuha Tuhan n Yang Maha Maha Esa Esa karen karenaa atas atas berk berkat at dan dan rahm rahmat at-Ny -Nyaa penulisan makalah Perancangan Produk dan Proses Kimia berjudul “ Proses Pem5ua6an Gas Sin6esis” dapat diselesaikan dengan baik
!eiring dengan perkembangan teknologi" kebutuhan akan bahan-bahan kimia semakin besar sehingga pembangunan industri kimia perlu lebih diprioritaskan #ndustri kimia merupakan salah satu industri $ital dan strategis" untuk itu hampir setiap negara di dunia" tak terkecu terkecuali ali #ndone #ndonesia sia banya banyak k memberi memberikan kan perhat perhatian ian pada pada pengem pengemban bangan gan indust industri ri kimia" kimia" mengin mengingat gat indust industri ri ini banya banyak k mempun mempunya yaii keterk keterkait aitan an dengan dengan pengem pengemban bangan gan indust industri ri lainnya !alah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah gas sintesis %ahan kimia dasar ini merupakan bahan bakupembuatan produk kimia intermediet !ecara langsung gas sint sintes esaa
digu diguna naka kan n
seba sebaga gaii
baha bahan n
baku baku pemb pembua uata tan n
ammo ammoni nia" a" meth methan anol ol
dan dan
lain lain
sebagainya&leh karena itu" pemilihan perancangan proses pembuatan gas sintesis ini akan memba'a dampak positi( untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dankegiatan ekspor ke berbagai negara Pros Proses es penu penuli lisan san maka makalah lah ini ini tida tidak k terl terlep epas as dari dari bant bantua uan n pelb pelbag agai ai piha pihak k Pada Pada kesempatan kesempatan ini disampaikan disampaikan terima kasih kepada )ji Prasetyaningrum Prasetyaningrum"" !T" !T" M!iselaku dosen pengampu pengampu mata kuliah Perancangan Perancangan Produk dan Proses Kimiayang Kimiayang telah memberikan memberikan bimbingan mengenai dasar perancangan produk dan proses kimia di industri Penulisan makalah ini masih memiliki kekurangan &leh karena itu" kritik dan saran yang bersi(at membangun diharapkan demi kesempurnaan penulisan yang lebih baik !emoga makalah perancangan produk dan proses kimia ini dapat memberikan man(aat bagi perkembangan ilmu dan pengetahuan pengetahuan masyarakat
!emarang" )pril *+, Penulis
ii
DA&AR ISI .)/)M)N 0121/ 0121/ i i P3)K)T P3)K)T) ) ii ii 2)4T)3 2)4T)3 #!# #!# iii iii 2)4T)3 2)4T)3 5)M%)3 5)M%)3 i$ i$ 2)4T)3 2)4T)3 T)%E/ T)%E/ $ $ %)% # PEN2).1/1)N PEN2).1/1)N , ,, /atar %elakang Pendirian Pabrik Pabrik , ,* Prospek dan Pemasaran Pemasaran , , %)% ## # # T#N0)1)N P1!T)K P1!T)K) ) 6 6 *, 5as )lam )lam 6 6 ** 5as !intesis !intesis 7 7 *6 Pembuatan 5as !intesis !intesis 7 7 *7 Pemilihan Proses Proses 8 8 * !pesi(ikasi %ahan %ahan 8 8 %)% ### MET&2E PE39&%))N PE39&%))N ,6 ,6 6, Penetapan 0enis 3eaksi 3eaksi ,6 6* 2istribusi %ahan Kimia Kimia , , 66 Pemurnian 5as !intesis !intesis ,: ,: 67 Kondisi &perasi ;!uhu dan Tekanan< Tekanan< ,8 67, Proses Pendahuluan Pendahuluan ,8 ,8 67* Proses Steam Reforming ,= ,= 676 Proses Kon$ersi !hi(t 9& ;9& !hi(t 9on$ertion<,> 677 Proses Pengambilan 5as 9& *,> 67 Pembentukan Metana Me tana Kembali,> Kembali,> 6 #ntegrasi # ntegrasi Perancangan Perancangan *+ %)% #? PEN1T1P PEN1T1P *: *: 7, Kesimpulan Kesimpulan *: *: 7* !aran !aran *: 2)4T)3 2)4T)3 P1!T)K) P1!T)K) *8
DA&AR DA&AR GAM/AR GA M/AR iii
Gam5ar (#)# %lok 2iagram !team 3e(orming Gam5ar (#(# Proses 9&* Reforming (Dry Reforming): Gam5ar (#+# %lok diagram &ksidasi Parsial8 Gam5ar (#,# Proses Autothermal Reforming = Gam5ar +#)# Block Flow Diagram reaksi utama pembentukan gas sintesis dengan proses
steam reforming , Gam5ar +#(# Block Flow Diagram distribusi bahan kimia dari proses steam reforming..... .,: Gam5ar +#+# Block Flow Diagram tahap pemurnian sintesis gas,8 Gam5ar +#,# Block Flow Diagram Tahap Pembuatan 5as !intesis ;.*< dari 5as )lam
dengan Pengelolaan !uhu dan Tekanan*+ Gam5ar +#2# Mechanical flowsheet operasi pembuatan gas sintesis*+ Gam5ar +#1# Mechanical Flowsheet pembuatan gas sintesis*
DA&AR A/E$ a5el )#) 2ata Proyeksi Kebutuhan )monia di Pasar 2alam Negeri..................................... , i$
a5el (#) )nalisis 7 Proses Pembuatan 5as !intesis>
/A/ I PENDA%U$UAN $
)#) $a6ar /elakang Pendirian Pa5rik
!eiring dengan perkembangan teknologi" kebutuhan akan bahan-bahan kimia semakin besar sehingga pembangunan industri kimia perlu lebih diprioritaskan #ndustri kimia merupakan salah satu industri $ital dan strategis" untuk itu hampir setiap negara di dunia" tak terkecuali #ndonesia banyak memberikan perhatian pada pengembangan industri kimia" mengingat industri ini banyak mempunyai keterkaitan dengan pengembangan industri lainnya !alah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah gas sintesis %ahan kimia ini dapat diproduksi dari gas alam sebagai produk kimia dasar 5as sintesis secara langsung dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan methanol" ammonia" aldehid" dan lain sebagainya Proyeksi kebutuhan ammonia dalam negeri semakin meningkat seiring dengan peningkatan industri-industri yang menggunakannya &leh karena itu" maka pendirian pabrik gas sintesis sebagai bahan baku pembuatan ammonia akan memba'a dampak positi(" hal ini disebabkan karena untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri di samping itu juga dapat mensuplai kebutuhan pasar ekspor di berbagai negara
)#( Pros7ek dan Pemasaran
Prospek dari produksi gas sintesis cukup menarik dilihat dari peningkatan kebutuhan ammonia di dalam negeri setiap tahun yang secara langsung berdampak pada peningkatan kebutuhan produksi gas sintesis Kebutuhan ammonia di dalam negeri ditampilkan pada Tabel ,,
a5el )#)# 2ata Proyeksi Kebutuhan )monia di Pasar 2alam Negeri ahun
Jumlah 'on.
*++>
6>=+87: $i
*+,+
7*,>>,
*+,,
7>8>,,=
*+,*
+:>+7
*+,6
=>*6=8
Sumber : Diolah oleh inochemical 2ari Tabel ,, terlihat bah'a kebutuhan amonia di dalam negeri cenderung mengalami peningkatan rata-rata ,+7+ @ per tahun .al ini disebabkan oleh sudah berdirinya beberapa pabrik pupuk di #ndonesia serta untuk meningkatkan permintaan pasar luar negeri 2engan luasnya cakupan penggunaan amonia di #ndonesia" baik secara industri maupun secara langsung menunjukkan bah'a permintaan akan amonia cukup besar dengan kata lain prospek pemasarannya sangat menjanjikan Nilai !ross "rofit Margin ;5PM< yang didapat untuk pembuatan amonia adalah sebesar 3p,+,++AKg N. 6 ;2ata Perhitungan di /ampiran )< Nilai 5PM ini diperkirakan cukup menarik perhatian in$estor untuk mendirikan pabrik amonia" karena nilai tambah produk lima kali lipat dari harga bahan baku
/A/ II INJAUAN PUSAKA
(#) Gas Alam
$ii
5as alam sering juga disebut sebagai gas bumi atau gas ra'a" adalah bahan bakar (osil berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana ;9.7< #a dapat ditemukan di ladang minyak" ladang gas bumi dan juga tambang batu bara Metana adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global ketika terlepas ke atmos(er" dan umumnya dianggap sebagai polutan ketimbang sumber energi yang berguna Meskipun begitu" metana di atmos(er bereaksi dengan oBon" memproduksi karbon dioksida dan air" sehingga e(ek rumah kaca dari metana yang terlepas ke udara relati( hanya berlangsung sesaat !umber metana yang berasal dari makhluk hidup kebanyakan berasal dari rayap" ternak ;mamalia< dan pertanian ;diperkirakan kadar emisinya sekitar ," 8 dan ,++ juta ton Nitrogen" helium" karbon dioksida ;9& *<" hidrogen sul(ida ;. *!<" dan air dapat juga terkandung di dalam gas alam Merkuri dapat juga terkandung dalam jumlah kecil Komposisi gas alam ber$ariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya 9ampuran organosul(ur dan hidrogen sul(ida adalah kontaminan ;pengotor< utama dari gas yang harus dipisahkan 5as dengan jumlah pengotor sul(ur yang signi(ikan dinamakan sour gas dan sering disebut juga sebagai Caci gas ;gas asam
5as sintesis ; synthetic gas A syngas< merupakan gas yang diperoleh dari suatu proses" misalnya dari proses penyulingan minyak bumi atau dari proses gasi(ikasi batubara 5as sintesis yang diperoleh merupakan bahan antara atau intermeiate material pada pembuatan $iii
ammonia dan karbondioksida merupakan hasil sampingnya yang digunakan dalam proses pembutan pupuk 5as sintesis terdiri dari beberapa senya'a kimia" yakni .idrogen ;. *< :"7@" Nitrogen ;N *< 66",@" Metana ;9. 7< 8",@" 1ap air ;. *&< ,"8@" Karbon monoksida ;9&< ,"6@ dan Karbon dioksida ;9& *< +"7@ ;!ubekti" *++< dalam !irait dan Erika ;*++< Pembuatan gas sintesis dapat juga berasal dari gas alam (#+ Pem5ua6an Gas Sin6esis
Proses pembuatan gas sintesis terdiri dariD proses steam reforming " oksidasi parsial" 9&* reforming " dan autothermal reforming. , Steam reforming 5as alam sekarang menjadi bahan baku dominan dengan steam reforming sebagai metode dasar yang digunakan industri dalam pembuatan gas sintesis ;dan hidrogen< Steam reforming merupakan reaksi endotermis antara gas alam ;metana< dengan steam menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida" yang disebut juga gas sintesis ; syngas< -, 9.7 .*& 9& 6.* ∆.°*>= F *+: k0 ⋅mol ;*-,< !ecara tipikal" reaksi ini berlangsung pada suhu antara 8++ dan =+ °9" tekanan antara 6 dan * bar" dan menggunakan katalis berbasis Ni Karena steam reforming gas alam memiliki rasio .*A9& tinggi ;stoikhiometri . *A9& F 6<" maka reaksi ini bisa dikatakan ideal untuk mendapatkan aliran gas hidrogen dengan kemurnian tinggi dari produk syngas ;4idalgo G MenHndeB" *+,6< Steam reforming " yaitu reaksi antara gas alam ;metana< dengan steam yang bersi(at sangat endotermis ;*+: k0Amol<" menghasilkan karbon monoksida ;9&< dan hidrogen atau sebutan lain water gas ;.*< -, 9.7 .*& 9& 6.* ∆.°*>= F *+: k0 ⋅mol ;*-,< !elanjutnya" dalam meningkatkan konsentrasi . * dalam campuran produk" steam ditambahkan sehingga terjadi reaksi water gas shift AI5! ;*< ;en'ikipediaorg< 2alam industri" penyesuaian rasio .*A9& berdasarkan reaksi I5! -, 9& .*& 9&* .* ;*-*< ∆.°*>= F -7, k0 ⋅mol Kelemahan reaksi steam re(orming ini" ialah adanya penggabungan reaksi I5! sebagai penyesuaian rasio .*A9& akan menambah banyak biaya dan proses keseluruhan menjadi lebih mahal !elain itu" agar kon$ersi metana lebih besar membutuhkan lebih banyak panasAenergi PanasAenergi yang tersedia berasal dari pembakaran (eedstock gas alam yang baru masuk ; ≤ *@< atau dari pembakaran gas iJ
buang ; #urge gas< ;%arelli et al " *++= &gden" ,>>><;dalam 4idalgo G MenHndeB" *+,6< &leh karena itu" terdapat pengurangan jumlah 9& * yang besar" antara +"6 hingga +"7* m 6 9&* per m6 .* terproduksi" disebabkan oleh baik reaksi maupun kebutuhan panasAenergi ;Murado$" ,>>=<;dalam 4idalgo G MenHndeB" *+,6< !ecara umum" proses steam re(orming dapat digambarkan dalam blok diagram berikut D CO2
Gam5ar 2iagram 3e(orming
(#) %lok !team
;Iassersto(( /inde Engineeringhtml< 4eed yang berupa gas alam akan melalui fee #re$treatment yang berupa penghilangan debu dan partikel berat lainnya" penghilangan sul(ur" dan penghilangan merkuri /alu masuk ke tahap steam re(orming" dimana pada tahap ini dibagi menjadi * yaitu primary re(orming dan secondary re(orming !etelah mengalami proses re(orming" konsentrasi .* akan ditingkatkan dalam 9&-shi(t con$ersion namun hasil samping dari 9&-shi(t con$ersion ini adalah 9& * sehingga harus dihilangkan melalui adsorpsi
2. 9&* reforming ; Dry reforming< Dry reforming merupakan reaksi antara gas alam ;metana< dan 9&* dengan
bantuan katalis" rasio .*A9& pada produk syngas yang didapat sebesar , ;3ostrup Nielsen" ,>=7 /ercher et al " ,>>><;dalam Nei$a G 5ama" *+,+< 3asio ini disarankan untuk pembuatan hidrokarbon (raksi lebih tinggi le'at reaksi 4ischerTropsch" dan memungkinkan dalam produksi turunan hidrokarbon teroksidasi" yang mengeliminasi kebutuhan penyesuaian rasio .*A9& dalam reaksi Iater 5as !hi(t ;4idalgo G MenHndeB" *+,6< 9.7 9&* *9& *.*
∆.°*>= F
*78 k0 ⋅mol-,
;*-6<
J
3eaksi ini ideal apabila produk syngas digunakan sebagai bahan baku untuk menghasilkan bahan bakar cair penting yang membutuhkan . * dan 9&Namun" reaksi ini termasuk mahal karena si(at reaksinya endotermis" sehingga membutuhkan banyak energi !elain itu" kerugian utama ry reforming terletak pada pembentukan secara signi(ikan Bat padat karbon ;coke< yang terdeposisi pada permukaan katalis ;sisi akti(<" sehingga dapat mereduksi umur katalis" yang disebabkan adanya gas 9& * sebagai input ;3ostrup-Nielsen" ,>=7 9hen et al " *++= /ercher et al " ,>>>< ;dalam Nei$a G 5ama" *+,+< !ecara umum" proses 9&* re(orming dapat dilihat pada gambar **
Gam5ar
Proses
9&*
(#(
Reforming
(Dry
Reforming) ( htt#:%%www.htcenergy.com%hyrogen%tech"latform&DRM.htm ) 2ari gambar ** dapat dilihat bah'a (eed yang berupa gas alam akan masuk ke dalam reakror re(ormer bersamaan dengan 9&* .asilnya yaitu 9& dan . * !ama seperti steam reforming' untuk meningkatkan konsentrasi . *" hasil dari re(ormer akan masuk ke tahap 9&-shi(t con$ersion dan hasil sampingnya adalah 9& * 9&* yang dihasilkan ini akan dikembalikan ke reaktor re(ormer untuk meningkatkan e(isiensi
6 &ksidasi parsial Proses oksidasi parsial dari gas metana merupakan reaksi katalitik di mana metana bereaksi langsung dengan oksigen dengan adanya katalis" dan produk syngas yang dihasilkan memiliki rasio . *A9& baik" yaitu * 9.7 L&* 9& *.*
;*-7<
3eaksi ini bersi(at eksotermis" sehingga lebih ekonomis dibandingkan dengan steam reforming dan ry reforming " karena membutuhkan sedikit energi termal Namun" proses ini merupakan proses mahal karena harus bereaksi dengan oksigen Ji
murni !elain itu" proses reaksi ini bersi(at bahaya karena gas metana ;9. 7< bereaksi dengan oksigen ;& *< dapat menyebabkan ledakan apabila reaksi tidak diberi perhatian penting ;Pea et al " ,>>:< ;dalam Nei$a G 5ama" *+,+< !ecara umum" proses oksidasi parsial dapat dilihat pada gambar *6
CO2
Gam5ar (#+ %lok diagram &ksidasi Parsial
;httpDAA'''lindeengineeringcomAenAprocessplantsAhydrogenands ynthesisgasplantsAgasgenerationApartialoJidationAindeJhtml< %erdasarkan gambar *6 dapat dilihat bah'a proses oksidasi parsial hampir sama dengan steam reforming ataupun ry reforming Tahap oksidasi parsial dilakukan dengan mengontakkan (eed yang berupa gas alam yang telah mengalami fee #re$ treatment dengan oksigen /alu ketahap 9&-shi(t untuk meningkatkan konsentrasi . * !etelah itu akan masuk ke tahap aci gas remoal untuk mengurangi kandungan 9& * dan sisa sul(ur Tahap terakhir yaitu adsorpsi untuk menghilangkan kandungan 9& * yang tersisa 7 Autothermal Reforming 3eaksi autothermal reforming pada metana merupakan gabungan dari dua reaksiD steam reforming dan oksidasi parsial &leh karena itu" pada reaksi steam reforming " Bat-Bat juga dikontakkan dengan aliran gas oksigen" dengan adanya katalis ;)rmor" ,>>>< Maka" proses ini melibatkan tiga Bat ;9. 7" .*&" dan & *< Proses autothermal reforming dirancang untuk menghemat energi" karena sumber energi termal yang dibutuhkan berasal dari reaksi oksidasi parsial metana tersebut 0adi proses membutuhkan energi termal yang juga dihasilkan" yang disebut dengan autotermal ;)yabe et al " *++6 Iilhem et al " *++,< ;dalam Nei$a G 5ama" *+,+< 2alam pembuatan syngas" nilai rasio .*A9& syngas merupakan (ungsi dari (raksi reaktan gas yang dimasukkan ke input proses Maka" rasio . *A9& bisa bernilai , atau * ;Palm" *++*< ;dalam Nei$a G 5ama" *+,+< Jii
!ecara umum" proses autothermal reforming dapat dilihat pada gambar *7
Gam5ar (#, Proses Autothermal Reforming
;httpDAA'''jgccomAenA+*businessA>>sbrA+,techinno$ationA+,gasAaatghtml< %erdasarkan gambar *7 dapat terlihat bah'a autothermal reforming merupakan gabungan antara steam reforming dan oksidasi parsial .al ini dapat terlihat pada bagian reaktor dimana (eed berupa gas alam yang telah mengalami desul(uriBer dikontakkan dengan steam dan oksigen 2idalam reaktor tersebut terdapat katalis yang sama seperti dengan katalis steam reforming untuk mempercepat reaksi (#, Pemilihan Proses
2ari keempat proses pembuatan gas sintesis" pemilihan proses yang akan digunakan harus dianalisis terlebih dahulu )nalisis dari keempat proses tersebut dapat dilihat pada tabel *, a5el (#) )nalisis 7 Proses Pembuatan 5as !intesis 0enis Proses N&
)spek
!team 3e(orming
2ry 3e(orming
&ksidasi Parsial
)uthothermal 3e(orming
,
3asio .*A9&
6
,
,
*
*
!uhu
,
*
6
6
6
Tekanan
*
,
6
*
7
Konsumsi !team %ahan ;!a(ety dan har ga< 0umlah
6
,
,
*
6
*
,
,
,*
8
>
,+
Keterangan D , F rendah * F sedang 6 F tinggi
Jiii
%erdasarkan tabel *, dapat dilihat bah'a proses steam re(orming merupakan cara yang terbaik apabila dibandingkan dari aspek yaitu rasio . *A9&" suhu dan tekanan oerasi" konsumsi steam" keamanan dan harga bahan baku Steam reforming merupakan proses yang dapat menghasilkan gas hidrogen dengan kemurnian cukup tinggi dengan rasio .*A9& paling besar 1ntuk proses lain ini seperti oksidasi parsial dan autothermal re(orming cocok digunakan apabila rasio . *A9& seimbang dan pastinya untuk menghemat energi ;Nei$a G 5ama" *+,+< *7, Peran Katalis Ni dalam steam reforming %eberapa jenis katalis dapat digunakan untuk mengakti(kan reaksi steam gas reforming !i(at utama bagi katalis adalah akti$itas ke arah re(ormasi reaksi" dan ketahanan terhadap pembentukan karbon Katalis harus memiliki stabilitas termal yang tinggi untuk mempertahankan akti$itas re(ormasi di ba'ah kondisi proses ;Nei$a dan 5ama" *+,+< !elain itu" katalis juga harus memiliki ketahanan tinggi terhadap penonakti(an dari keracunan !ecara khusus" stabilitas termal sangat penting untuk kinerja yang baik dari sistem katalitik" karena proses harus terjadi pada suhu yang relati( tinggi" sehingga membutuhkan bah'a dukungan katalitik menjadi tahan api untuk mencegah logam transisi dari yang didirikan Proses pembentukan metana dari steam dan 9&* dapat menggunakan katalis yang terbuat dari logam Ni" 9o" 3u" 3h" Pd" Pt" dll . )kti$itas katalitik dari katalis logam yang mendukung katalis )l*&6-Mg& adalah 3u O 3h O #r O Ni O Pt /ogam Ni memiliki keakti(an yang cukup" stabilitas termal yang baik" dan semakin banyak penggunaan logam Ni untuk meningkatkan keakti(an per $olume katalis lebih menguntungkan Ialapun logam Ni lebih mudah mendengendapkan logam dan mengoksidasi katalis" namun kekurangan tersebut dapat dikurangi dengan memadukan logam Ni dan logam mulia lainnya ;Iu et al.' ,>=6< Mekanisme reaksi steam$methane reforming pada katalis NiAMg)l*&7 adalah sebagai berikut ;u dan 54 4roment" ,>=>
Ji$
* 5as .* terbentuk secara langsung dan keluar dalam (asa gas dengan keseimbangan terhadap . yang diadsorbsi dan . * 6 Metana di sdsorbsi pada permukaan atom nikel Metana yang telah diadsorbsi berekasi dengan oksigen teraadsorbsi membentuk chemisorbe raicals ;9. < dengan F +Q6 7 &ksigen yang telah diadsorbsi dan radikal karbon bereaksi membentuk chemisorbe 9.*&" 9.&" 9&" or 9& * 9& and 9&* dihasilkan dalam bentuk molekul 9.& and 9. *&
(#2 S7esi8ikasi /ahan
*,
%ahan %aku *,, 5as )lam • Iujud • Kenampakan • %au
D gas D tidak ber'arna D tidak berbau
a5el (#)# Komposisi 5as )lam
• • • • •
Kom7onen
9mol
9.7
>+",=
9*.:
,":
96.=
+">,
i-97.,+
+"7
9.,*
+",
N*
6":
)r
+",,
9&*
6
Total !ul(ur D : ppm .g D *" ppm 2ensity D +"=* grAcc 4lash Point D -,=8 o9 4ire Point D 68 o9 ;!umberD "rocess *ngineering "+. "u#uk ,u-ang " *++8<
*,* 1dara J$
• • • • • •
Iujud D gas Kenampakan D tidak ber'arna %au D tidak berbau Tekanan D , atm !uhu D 6+ o9 .umidity D =6@ a5el (#( Komposisi 1dara Kom7onen
9mol
N*
8="+7
N*
*+">>
)r
+">7
9&*
+"+6
;!umberD "rocess *ngineering "+. "u#uk ,u-ang " *++8< *,6 )ir ;. *&< • • •
Iujud Kenampakan %au
D cair D tidak ber'arna D tidak berbau
Komposisi air D -
p. F ="7 - Klorat F ,:+++-*,+++ ppm o T F 6," 9 - 9l F +"* ppm T2! F 6 ppm - 4e F +"7 ppm .ardness F ppm sebagai 9a9&6 !ul(at F *", ppm 9a F =++ ppm ;!umberD "rocess *ngineering "+. "u#uk ,u-ang " *++8<
**
%ahan Pembantu
**, Katalis a Mercury 5uard 9hamber , Karbon )kti( • %entuk D )mor( • !ur(ace )rea D 6++-*++ m*Ag Iarna D hitam • %au D tidak berbau • J$i
•
Terdiri dari
D Plat-plat datar" disusun oleh atom-atom 9 yang
terikat secara ko$alen dalam suatu kisi heksagon ;3ahma'ati dan /ina" *++8< b 2esul(uriBer , 9obalt Molybdenum • %entuk D Ekstrusion • 1kuran D ,A= in • %ulk 2ensity D :+ R 7= kgA m 6 • 9hemical 9omposition ;@'< D - 9o& F 6-7 - )l*&6 F =6-== - Mo& F >-,, - /ogam berat F S +", ;3ahma'ati dan /ina" *++8< * inc &Jide • %entuk D Pellet • 1kuran D 6A,: in • %ulk 2ensity D ,,*,"6 R =+ kgA m 6 • 9hemical 9omposition ;@'< D - n&F =+ R - )l*&6 F 7-: - 9 F S +"* - !i&* F -,+ - ! F S +", - /ogam %erat F S +", - 9l F S +"++6 ;3ahma'ati dan /ina" *++8< c 3e(ormer , Primary 3e(ormer %entuk D 3ings %ulk 2ensity D 8 lbA(t6 !ur(ace )rea D -, m*Agr Pore $olume D +"*-+"6 ccAgr 1kuran D A= J = J U in 9hemical 9omposition ;@'< D - Ni& F 6* - 9a& F ,7 - )l*&6 F 7 - !i&* F +", ;3ahma'ati dan /ina" *++8< * !econdary 3e(ormer • %entuk D 3ings • %ulk 2ensity D =+ lbA(t6 • !ur(ace )rea D -, m*Agr • Pore $olume D +"*-+"6 ccAgr • 1kuran D A= J = J U in 9hemical 9omposition ;@'< D - Ni& F ,= - 9a& F , - )l*&6 F :8 - !i&* F +"+, ;3ahma'ati dan /ina" *++8< d !hi(t 9on$ersion , .T! ;.igh Temperature !hi(t< • %entuk D Pellet J$ii
• • • •
%ulk 2ensity D 8+ lbA(t6 !ur(ace )rea D :: m*Agr 1kuran D U J U in 9hemical 9omposition ;@'< D - 4e F :" - 9r F :"+ ;3ahma'ati dan /ina" *++8<
*6
* /T! ;/o' Temperature !hi(t< • %entuk D Pellet • %ulk 2ensity D >, lbA(t6 • !ur(ace )rea D : m*Agr • 1kuran D U J ,A= in • 9hemical 9omposition ;@'< D - 9u& F ,"6 - )l*&6F 6:"* - n& F 6* - ! F +"+: ;3ahma'ati dan /ina" *++8< e Methanation • %entuk D 9ylindrical Pellet • 2iameter D 7 mm • .eight D 6": mm • 9hemical 9omposition ;@'< D - Ni& F *-6+ - )lumina F +" ;3ahma'ati dan /ina" *++8< Produk *6, .idrogen !i(at 4isis D - 4asa ;P" T ruang< D 5as - %erat molekul D *"+,: o - Titik 2idih pada , atm ; 9< D -**"8 - Temperatur kritis ;o9< D -*6>"> - Titik leleh ;o9< D -*>", - Tekanan kritis ;atm< D ,6"+6 6 - ?olume kritis ;cm Amol< D :7"* - 2ensitas ;grAml< D +"+6* - 2ensitas kritis ;grAml< D +"+6, - ?iskositas ;cp< D +"+,6 o - Panas !pesi(ik ;gAmol K< D ,>"8 - Kelarutan pada =+o9 ;ml< D +"= - Panas /aten Peleburan ;kalAmol< D *= ;Ya's" ,>>>< dalam 3ahma'ati dan /ina ;*++8< !i(at Kimia D -
3eaksi hidrogen dan halogen membentuk asamhidrohalogenida .* **. 3eaksi dengan oksigen membentuk air .* &*.*& 3eaksi dengan karbon membentuk metana *.* 9 9.7 3eaksi dengan nitrogen membentuk ammonia J$iii
-
6.* N**N.6 3eaksi dengan logam membentuk logam hibrida .* M M.* 3eaksi dengan oksida logam membentuk logam dan air .* M& M .*& 3eaksi hidrogenasi ikatan tak jenuh 39.F9.3 . *39.*9.*3 ;&thmer" ,>8=< dalam 3ahma'ati dan /ina ;*++8<
*6* Karbon Monoksida !i(at 4isis D -
4asa ;P" T ruang< D 5as - Tekanan kritis ;atm< D 67">> %erat Molekul ;KgAkmol< D *="+, - Titik leleh ;o9< D -*+8 Titik didih pada , atm ;o9< D -,>* - Temperatur kritis ;o9< D -,7+"+= 2ensitas kritis ;lbA(t< D ,="8> - ?olume kritis ;cm6Amol< D >6", Panas /aten Peleburan ;KalAmol< D *++ Entalpi pembentukan standar ;KjAmol< D -,,+"* Panas /aten Penguapan ;KalAmol< D ,777 Kelarutan pada *+o9" , atm ;ml< D *"6* ;Ya's" ,>>>< dalam 3ahma'ati dan /ina ;*++8< !i(at Kimia D -
-
-
-
3eaksi dengan hidrogen pada *6+-7++ o9 dan +-:++ atm membentuk methanol 9& .*9.6&. 3eaksi dengan metanol dan asetilen menghasilkan asamakrilik .9F9. 9.6&. 9& 9.*F9.9&&9.6 3eaksi dengan metanol menghasilkan asam asetat 9.6&. 9& 9.69&&. 3eaksi dengan (ormaldehid dan air pada *++ o9 dan 8++atm menghasilkan etilen glikol .9.& 9& .*& .&9.*9&&. 3eaksi dengan propilen dan Syn !as menghasilkan%utyraldehyde 96.: 9& . *97.=& 3eaksi dengan klorin dan katalis karbon akti(menghasilkan &arbonyl &hlorie ("hosgen). 9& 9l*9&9l* ;&thmer" ,>8=< dalam 3ahma'ati dan /ina ;*++8<
JiJ
/A/ III PROSES PEM/UAAN GAS SINESIS 2alam perancangan proses sintesis menurut !eider et al ;*++6< meliputi lima tahapan" yaituD , Eliminasi perbedaan tipe-tipe molekuler berdasarkan reaksi-reaksi kimia Tahapan a'al dalam mempertimbangkan produksi dengan berbagai macam reaksi ataupun dari berbagai macam bahan baku Tahapan ini dijelaskan lebih lanjut dalam Penetapan 0enis 3eaksi * 2istribusi bahan kimia dengan mencocokkan sumber ; sources< dan pemakai ; sinks< ;operasi pencampuranAmiing < Pada tahap kedua ini bertujuan untuk mempertimbangkan perkiraan neraca massa dan perlunya dalam aliran recycle ;ulangAbalik< bahan baku yang belum terkon$ersi sehingga terjadi operasi miing bahan baku baru ; fresh fee < dan bahan baku pada aliran recycle 6 Eliminasi perbedaan komposisi dengan adanya separasi ;pemisahan< Pada tahap ketiga ini bertujuan untuk memisahkan produk yang masih berada dalam campuran untuk meningkatkan kemurnian produk yang diinginkan 7 Eliminasi perbedaan suhu" tekanan" dan (ase
JJ
Tahap keempat ini bersi(at detail dalam perancangan karena telah melibatkan pengaturan suhu" tekanan" dan perubahan (ase sehingga didapatkan suhu" tekanan" dan (ase yang sesuai pada setiap alat saat proses dan produk yang dihasilkan #ntegrasi perancangan ;task integration<" dengan mengombinasikan operasi dengan unit proses serta menentukan proses secara batch atau kontinu Tahap terakhir ini merupakan per'ujudan operasi pembuatan produk dengan mempertimbangkan penggunaan alat-alat ;alat prosesAunit #rocesses< yang dipakai berdasarkan aturan-aturan atau ketentuan-ketentuan" yaitu adanya heuristik-heuristik sehingga perancangan bisa dijalankan dalam suatu industri
+#) Pene6a7an Jenis Reaksi
Tahapan pertama dalam perancangan sintesis proses" yaitu mengeliminasi perbedaan tipe-tipe molekuler" diketahui proses-proses pembuatan gas sintesis ; synthetic gasA syngas< dengan bahan metana dari gas alam" terdiri dari empat macam" yaituD Steam Reforming menggunakan .*& ;yang di dalamnya termasuk reaksi water shift gas atau 9& shift conersion<" Dry Reforming dengan menggunakan 9& *" "artial iation dengan &*" dan Autothermal Reforming ;kombinasi steam reforming dan #artial oiation< %erdasarkan keempat jenis reaksi pembuatan gas sintesis" penyusun memilih proses pembuatan syngas secara steam reforming )lasan pemilihan proses reaksi steam reforming karena dapat menghasilkan gas hidrogen ;.*< dalam produk syngas yang lebih banyak daripada gas karbon monoksida ;9&<" berdasarkan rasio stoikhiometri . *A9& F 6 5as hidrogen dalam syngas merupakan bahan baku utama dalam industri pembuatan ammonia 3eaksi steam reforming sebagai berikut -, 9.7;g< .*&;g< 9&;g< 6.*;g< ∆.°*>= F *+: k0 ⋅mol ;*-,< -, 9&;g< .*&;g< 9&*;g< .*;g< ;*-*< ∆.°*>= F -7, k0 ⋅mol -, 9.7;g< *.*&;g< 9&*;g< 7.*;g< ∆.°*>= F ,: k0 ⋅mol ;6-,< Karena reaksi ;*-,< dan reaksi keseluruhanAoerall ;6-,< bersi(at sangat endotermis"
maka reaksi membutuhkan suhu yang lebih tinggi agar produksi gas sintesis maksimal !ecara umum" kon$ersi dapat mencapai =+@ pada suhu ,,*6 K atau =+ °9 &leh karena itu" agar penggunaan energi lebih e(isien" penambahan tekanan juga diaplikasikan )gar dapat menurunkan suhu reaksi secara e(isien dan meningkatkan kon$ersi metana bersamaan"
JJi
keseimbangan pada reaksi steam reforming harus dipecah" karena apabila suhu rendah kon$ersi juga rendah ;9hen et al " *++=< Tahap reforming ini menggunakan katalis berbasis nikel" yaitu Nikel &ksida ;Ni&< 2iharapkan dengan adanya penambahan katalis dapat meningkatkan kon$ersi hingga menjadi >=@ ;9hen et al " *++= Mbodji et al " *+,*< Proses steam reforming dilakukan dalam dua reformer " yaituD "rimary Reformer dan Seconary Reformer 2i dalam "rimary Reformer " gas alam diubah menjadi gas sintesis yang dile'atkan tube-tube yang diisi katalis nikel ;Ni&< sesuai reaksi ;*-,< dan ;*-*<" sehingga secara keseluruhan ialah reaksi ;6-,< Pada 5ambar 6," proses di "rimary Reformer ditunjukkan pada bagian !team 3e(orming , 5as yang keluar dari "rimary Reformer masih terdapat kadar 9.7 cukup tinggi" sehingga akan diproses lebih lanjut di Seconary Reformer Seconary Reformer terdiri atas dua bagian" yaitu bagian atas ;miing /one< dan bagian ba'ah ;reaction /one< Pada 5ambar 6," operasi Seconary Reformer ditunjukkan pada bagian !team 3e(orming * 5as alam dan udara masuk Seconary Reformer secara terpisah pada bagian atas Panas yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam reaktor Pembakaran juga bertujuan untuk menambah kebutuhan steam yang akan direaksikan pada reaction /one 3eaksi pembakaran yang terjadi di miing /one ialahD 9.7;g< *&*;g< 9&*;g< *.*&;g<
∆.°*>= F
-=+*":, k0 ⋅mol-,
;6-*<
*.*;g< &*;g< *.*&;g<
∆.°*>= F
-*7,">>8 k0 ⋅mol-,
;6-6<
2ari miing /one gas panas masuk reaction /one dengan katalis Nikel &ksida Panas yang dihasilkan dari miing /one digunakan untuk reaksi re(orming di bed katalis Ni& 3eaksi yang terjadi adalahD -, 9.7;g< .*&;g< 9&;g< 6.*;g< ∆.°*>= F *+: k0 ⋅mol ;*-,< -, 9&;g< .*&;g< 9&*;g< .*;g< ;*-*< ∆.°*>= F -7, k0 ⋅mol -, 9.7;g< *.*&;g< 9&*;g< 7.*;g< ∆.°*>= F ,: k0 ⋅mol ;6-,< !elanjutnya" gas 9& yang masih terbentuk di Seconary Reformer dikon$ersi menjadi 9&* dalam 9& Shift &onerter 9& Shift &onerter terdiri dari dua bagian" yaituD 0igh +em#eratur Shift &onerter ;.T!< pada bagian atas" dan 1ow +em#erature Shift &onerter ;/T!< pada bagian ba'ah 3eaksi yang terjadi dalam 9& Shift &onerter ialahD -, 9&;g< .*&;g< 9&*;g< .*;g< ∆.°*>= F -7, k0 ⋅mol ;6-7< 0adi" proses steam re(orming meliputi tiga tahap" yaituD proses steam re(orming pada "rimary Reformer " Seconary Reformer " dan 9& Shift &onersion
JJii
&* .*
9.7
.* 9&
.* !team 3e(orming *
!team 3e(orming , 9.7 .*& 9& 6.* 9& .*& 9&* .*
9& 9.7 9&* .*&
9.7 *&* 9&* *.*& *.* &* *.*&
.* 9&*
9& !hi(t
9on$ersion 9&* .*& 9& .*& 9&* .* 9.7
9& .*& 9.7
9.7 .*& 9& 6.* 9& .*& 9&* .*
.*& .*&
9.7
Gam5ar +#)# Block Flow Diagram reaksi utama pembentukan gas sintesis dengan proses
steam reforming
+#( Dis6ri5usi /ahan Kimia
Karena kon$ersi mendekati sempurna ;>=@<" maka tidak diperlukan arus recycle bahan gas alam .al ini disebabkan pada arus keluar ;output<" kandungan metana dalam gas alam di Seconary Reformer sangat kecil dibandingkan dengan arus bahan metana masuk ;input (eed< ke "rimary Reformer !ehingga komponen produk yang banyak terbentuk ialahD .*" 9&" dan 9& * Kemudian" 9& direaksikan lagi dengan . *& pada 9& Shift &onerter menjadi 9& * dan .*" maka kandungan 9& berkurang" sedangkan 9& * dan .* semakin meningkat
JJiii
&*
.*
9.7
!econdary 3e(ormer
9.7 .*&
Primary 3e(ormer
.*
9.7 *&* 9&* *.*&
9.7 .*& 9& 6.* 9& .*& 9&* .*
9& 9&*
MiJing one 3eaction one *.* &* *.*&
.* 9&
.* 9&*
9& !hi(t
9on$ersion 9&* .*& 9& .*& 9&* .* 9.7
9& .*& 9.7
9.7 .*& 9& 6.* 9& .*& 9&* .*
.*& 9.7 .*&
Gam5ar +#(# Block Flow Diagram distribusi bahan kimia dari proses steam reforming
+#+ Pemurnian Gas Sin6esis
Pemurnian syngas dilakukan untuk mengambil gas 9& * dari low tem#erature shift conerter ;/T!< dan untuk membentuk metana kembali Tahap pertama pemurnian dilakukan dalam kolom absorber 5as masuk kolom absorber dari bagian ba'ah kolom dan mengalir ke atas le'at tiga buah bed )bsorbent yang digunakan adalah larutan ben(ield /arutan lean ben(ield masuk ke dalam kolom absorber 9& * dari puncak menara /arutan lean ben(ield dihasilkan dari proses proses stripping 9&* Pada proses absorbsi terjadi reaksi kimia antara 9&*" .*&" dan K *9&6 membentuk K.9& 6 /arutan rich ben(ield keluar dari dasar kolom absorber 9&* diturunkan tekanannya dalam li2ui e#aner kemudian masuk kolom stri##er 9&* 2i stripper" komponen 9& * dalam larutan rich ben(ield dipisahkan secara cepat ;iflashkan< Kemudian sisa 9&* dipisahkan menggunakan steam bertekanan rendah /arutan lean ben(ield hasil regenerasi memiliki kadar 9&* di ba'ah +",@$A$ Tahap kedua adalah pembentukan metana 2ari kolom absorber 9&*" gas proses dipanaskan sampai suhu 78 o9 dalam methanator fee heater 5as 9& dan 9& * sisa diubah menjadi metana dalam methanator berisi katalis nikel oksida Kadar maksimum 9& dan
JJi$
9&*sisa sebesar +":@ dan +",@ karena secara teoritis ,@ 9& mampu menaikkan suhu sekitar 8*o9 Kenaikan suhu gas sintesis di methanator terlalu tinggi dicegah dengan adanya interlock dalam methanator sehingga aliran masuk dapat dicegah jika suhunya naik Keluar methanator kadar maksimum 9& dan 9& * dalam gas sintesa sebesar +"6 ppm ;3ahmatika dan .asanah" *+,*<
&* 67"6 atm +"=8atm
:,+o9
9&*
68"> atm
6+"> atm
.*
87o9
.* 9.7 Primary 3e(ormer
.*&
68"> atm ++o9
9.7 .*&
9& 6.*
9& .*& 9&* .*
9& 9.7 9&*
!econdary 3e(ormer
9& 9&* .*& 9.7
9.7 *&* 9&* *.*& *.* &* *.*&
9.7 .*& 9& 6.* 9& .*& 9&* .*
.* 9&* 9& !hi(t 9on$ersion
9& .*& 9.7
9& .*& 9&* .*
6=o9 ) % ! & 3 % E 3
! T 3 # P P E 3
6,", atm
M E T . ) N ) T & 3
+o9
.* 9.7 .*&
=o9
Gam5ar +#+# Block Flow Diagram tahap pemurnian sintesis gas
+#, Kondisi O7erasi 'Suhu dan ekanan.
67, Proses Pendahuluan Fresh fee gas alam masih banyak mengandung impuritas" seperti debu" cairan hidrokarbon (raksi berat" merkuri" dan sul(ur" sehingga bahan-bahan impuritas ini harus dihilangkan sebelum operasi steam re(orming" karena akan berpengaruh selama operasi ;.al ini sesuai pada heuristik nomor 6 ;!eider et al " *++6<" tentang pemisahan reaktan inert namun dapat berpengaruh pada katalis< Tahap persiapan bahan baku gas alam berupa pemurnian gas alam ini meliputi tiga tahap ;5ambar 67
Pemisahan debu dan cairan hidrokarbon (raksi berat Pemisahan ini bertujuan untuk menjaga pori-pori katalis esulfuri/er tidak tersumbat 2ia'ali dari proses pemurnian yaitu dengan cara memisahkan antara JJ$
gas alam kotor menjadi gas alam bersih yang dile'atkan pada alat Knock &ut 2rum 5as alam kotor dalam kondisi atmos(erik dile'atkan pada kompresor sehingga berada pada tekanan ,+"8 atm Pemilihan kompresor berdasarkan heuristik 67 bah'a kompresor digunakan untuk menaikkan tekanan diatas *+: kPa kemudian dile'atkan pada heat eJchanger untuk menaikkan menjadi 6* o9 berdasarkan heuristik * dan *: ;!eider et al." *++6< bah'a selisih kenaikan suhu kurang dari *+ o4 menggunakan heat eJchanger Kemudian dile'atkan pada Knock &ut 2rum sehingga keluar hasil atas berupa gas 9. 7 dengan kemurnian tinggi dan debu serta (raksi berat kemudian dialirkan ke burning #it *
untuk dibakar Penghilangan merkuri ;.g< 5as alam hasil pemurnian gas alam pertama dimungkinkan masih mengandung merkuri" maka harus dihilangkan Penghilangan merkuri dilakukan dalam Mercury
!uar
&hamber dengan
menggunakan
karbon
akti(
yang
diimpregnasikan sul(ur di dalamnya Merkuri dapat diikat oleh sul(ur" dengan
6
reaksiD .g;l< !;s< .g!;l< Penghilangan sul(ur ;esulfuri/ation< Proses desul(urisasi merupakan proses penghilangan kadar belerang ;sul(ur< yang terkandung dalam gas alam dengan Desulfuri/er %ertujuan untuk meminimalkan kadar sul(ur dalam gas alam sesuai syarat umpan gas masuk "rimary Reformer Penghilangan senya'a sul(ur dilakukan dalam dua tahap yaituD &obalt$Molybenum 0yrotreater ;&o$Molybenum 0yrotreater < dan 3inc ye !uar &hamber ;n& !uar &hamber < 2alam 9o-Molybdenum .ydrotreater" gas hidrogen sul(ida ;. *!< terbentuk dari dekomposisi senya'a sul(ur dengan gas hidrogen" sebagai berikutD 3!. .*;g< 3. .*!;g< 3!3V *. *;g< 3. 3V. .*!;g< 5as .*! selanjutnya dimasukkan ke n& 5uard 9hamber" sehingga terjadi reaksi antara n& dan . *!D .*!;g< n& n! . *&
67* Proses !team 3e(orming !elanjutnya gas alam hasil pemurnian akan direaksikan dengan gas . *& pada sistem steam reforming untuk didapatkan gas . * Pada steam reforming gas 9.7 dimampatkan JJ$i
hingga 68"> atm Pemilihan kompresor berdasarkan heuristik 67 ;!eider et al *++6< bah'a kompresor digunakan untuk menaikkan tekanan diatas *+: kPa dengan konsekuensi suhu naik menjadi ,"876 o9 Kemudian dile'atkan pada 0eat *changer Shell$+ube ;Iikipediaorg< gas dalam beberapa 0eat *changer sehingga suhu gas menjadi ++ o9 berdasar heuristik *: dan *= ;!eider et al " *++6< untuk dapat memenuhi spesi(ikasi alat "rimary (Steam) Reformer !uhu turun setelah keluar dari alat "rimary Reformer karena reaksi berlangsung secara endotermis .asil keluaran dari "rimary Reformer selanjutnya dimasukkan ke dalam Seconary Reformer !pesi(ikasi alat Seconary Reformer dijalankan pada kondisi suhu input 87 o9 sehingga suhu dinaikkan dengan 0eat *changer " berdasarkan heuristik *: dan *= ;!eider et al " *++6<" dan tekanan 67"*: atm diturunkan dengan *#aner berdasarkan heuristik 7+ ;!eider et al " *++6< Metana keluaran #rimary steam reformer dile'atkan pada Ekspander untuk mengurangi tekanan Terjadi kenaikan suhu pada keluaran dari seconary steam reformer menjadi =76"o9 dengan tekanan tetap dikarenakan reaksi berlangsung secara eksotermis 676 Proses Kon$ersi !hi(t 9& ;9& !hi(t 9on$ertion< .asil yang keluar dari Seconary Reformer masih mengandung kadar 9&" sehingga perlu diubah menjadi 9& * !aat masuk ke conerter pertama" yaitu .T!" suhunya harus 6*+o9 &leh karena itu" agar terdapat penurunan suhu dari =76" o9 menjadi 6*+o9" perlu adanya heat echanger berdasarkan heuristik *> ;!eider et al" *++6< Keluaran .T! diperkirakan memiliki suhu 767 o9 dan tekanan 6*"* atm 2emikian pula" saat masuk ke /T!" suhunya harus *+>o9 dan tekanan 6* atm &leh karena itu" perlu juga dipasang heat echanger .al ini disebabkan tekanan tidak mengalami penurunan yang signi(ikan .asil keluaran /T! diperkirakan memiliki suhu *,: o9 dan tekanan 6,"8 atm 677 Proses Pengambilan 5as 9& * /angkah selanjutnya" gas dile'atkan ke 9&* Absorber untuk dimurnikan dari kandungan gas 9& * !ebelum masuk Absorber gas dikondisikan pada tekanan 6,", atm dengan mele'atkannya pada Ekspander berdasarkan heuristik 7+ ;!eider et al " *++6< dan didinginkan melalu 0eat *changer berdasarkan heuristik *: dan *> ;!eider et al " *++6<" sehingga berada pada suhu = o9 JJ$ii
/arutan kaya akan senya'a %en(ield yang keluar dari dasar 9&* )bsorber diturunkan tekanannya menggunakan 1i2ui *#aner kemudian masuk dari bagian samping atas 9&* Stri##er untuk mengalami flashing sebagian 9&* dapat terpisah !ebelum masuk stripper" gas dipanaskan hingga >> o9 menggunakan 0eat *changer !isa gas 9& * yang tidak terlepas" dilepaskan dengan steam bertekanan rendah 67 Pembentukan Metana Kembali 5as yang keluar dari atas 9&* Absorber kadar 9&nya diba'ah +", @ $olume dan dialirkan ke Methanator untuk diubah menjadi metana !ebelum masuk metanator tekanan diturunkan hingga 6+"> atm menggunakan Ekspander berdasarkan heuristik 7+ ;!eider et al " *++6< dan suhu diturunkan pada 78 o9 menggunakan 0eat *changer berdasarkan heuristik *> ;!eider et al" *++6< Produk keluar dari Methanator bersi(at suhu 6,: o9 dan tekanan 6+ atm
9.7 9*.:" 96.=" 97.,+"9., *" .g" !" 9.7" ! debu" 9J.y berat
.*& 7+"8atm
6=o9
67"6 atm
r t y - l a r o o b d y e r e 9 M . t o
68"> atm
:,+o9
6*+o9
.*
87 9
.* !econdary 3e(ormer 9& 9& 9&* 9.7 MiJing one .*
7+"atm
9
,+"8atm 6*o9
Primary 3e(ormer 68"> atm
m r ,+"8atm & r a e n u d a b T 5 h 9 o 6* 9
9&*
3eaction one
.T!
9&* 9&
/T!
.*& 9.7
9&*
9& !hi(t 9on$ersion
o
! " g . " 7 r c m r r y a e e . r a u d h & m b u 9 r M u 5
K 2
+"=8atm
&*
=76"o9
.*& 9.7
6,"8 atm
) % ! & 3 % E 3
! T 3 # P P E 3
6+"> atm M E T . ) N ) T & 3
78o9
6,", atm *,:o9 =o9
.* 9.7 .*&
6+ atm 6,:o9
9.7
Gam5ar +#,# Block Flow Diagram Tahap Pembuatan 5as !intesis ;.*< dari 5as )lam dengan
Pengelolaan !uhu dan Tekanan
+#2 In6egrasi Perancangan
JJ$iii
Pada tahap sebelumnya telah dibahas secara lengkap mengenai operasi pembuatan gas sintesis mulai dari pemilihan bahan baku" pemilihan jenis reaksi" dan kondisi operasi pembuatan gas sintesis &leh karena itu" pada tahap ini akan dibahas mengenai pemilihan alat utama untuk proses pembuatan gas sintesis beserta penjelasan kondisi operasi sehingga dapat digunakan sebagai dasar perancangan pembuatan gas sintesis , ,nock ut Drum 5as bumi pada umumnya mengandung im#urities terutama senya'a sul(ur yang dapat mengurangi keakti(an katalis dan senya'a hidrokarbon berat yang dapat menyebabkan kecenderungan terbentuknya deposit karbon Karena itu" preparasi bahan dilakukan melalui tiga alat pemroses" yaitu knock out rum' mercury guar chamber' dan esulfuri/er Pada a'al proses" gas alam bertemperatur 6* o9 dan tekanan ,+"8 atm mengalir ke Knock &ut 2rum Knock out drum merupakan alat yang mempunyai prinsip kerja sebagai separator ;pemisah< antara * (ase ;gas dan cair< Pada knock out drum gas alam kotor dipisahkan antara 9.7 dengan debu serta cairan hidrokarbon 2i dalam drum" cairan dipisah dari aliran gas" cairan dikeluarkan melalui local leel controller dan dikembalikan ke offsite area dan hidrokarbon berat serta kondensat dibakar di burn pit agar tidak menyumbat pipa dan mengganggu proses ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< Proses ini sesuai dengan heuristik nomor 6 ;!eider et al " *++6< * Mercury !uar &hamber 5as alam hasil pemurnian gas alam pertama dimungkinkan masih mengandung merkuri" maka harus dihilangkan Penghilangan merkuri dilakukan dalam mercury guar chamber dengan menggunakan karbon akti( yang diimpregnasikan sul(ur di dalamnya ;3ahmatika dan .asanah" *+,*<
6 Kompresor )liran keluar dari mercury guar chamber dinaikkan tekanannya menjadi 7,"= atm Kemudian gas proses dialirkan menuju #reheat coil pada conection section unit #rimary reformer untuk dipanaskan hingga temperatur 68* o9 dengan meman(aatkan panas
JJiJ
dari flue gas primary re(ormer ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< Proses ini sesuai dengan heuristik nomor 67 ;!eider et al " *++6< 7 Desulfuri/er 5as proses kemudian dialirkan ke desul(uriBer dengan kondisi operasi 68* o9 2esul(uriBer terdiri dari ruang berisi katalis 9o-Mo yang ber(ungsi untuk mengkatalis reaksi hidrogenasi sul(ur organik menjadi anorganik dan ruang adsorben n& yang ber(ungsi mengadsorpsi sul(ur anorganik 2iharapkan gas proses yang keluar dari desul(uriBer tidak mengandung sul(ur lebih dari +"+ ppm !enya'a sul(ur yang terkandung dalam gas alam terdiri dari dua jenis" yaitu sul(ur organik dan sul(ur anorganik )dsorben n& hanya mengadsorpsi sul(ur anorganik &leh karena itu seluruh sul(ur organik harus diubah menjadi sul(ur anorganik melalui proses hidrogenasi agar dapat dipisahkan dari aliran gas proses Kandungan sul(ur keluar dari esulfuri/er akan semakin tinggi jika katalis sebagian besar telah berubah menjadi n!" hal ini disebabkan si(at penghilangan sul(ur adalah penyerapan dengan n&" dan kenaikan kandungan sul(ur keluar dari esulfuri/er dapat juga disebabkan temperatur gas masuk terlalu rendah 2engan suhu gas masuk antara 68*o9 diharapkan kandungan sul(ur keluar esulfuri/er S +"+ ppm ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< "rimary Reformer 5as bumi yang telah bebas sul(ur dicampur dengan steam kemudian gas tersebut didistribusikan melalui #rimary gas reformer tube yang berisi katalis nikel "rimary reformer dioperasikan pada tekanan 68"> atm karena pada tekanan yang tinggi reaksi menuju penguraian produk ;ketentuan reaksi re$ersibel< 4ater gas shift reaction bersi(at eksotermis dan tidak terpengaruh oleh perubahan tekananserta dapat menurunkan kadar 9& dan menaikkan . * !uhu keluar primary re(ormer dijaga antara 87 +9 dengan metana lolos antara >-,,@ mol ry gas .al yang harus dihindari pada 'aktu pengoperasian #rimary reformer adalah terjadinya pembentukan karbon ;carbon formation< di dalam #rimary reformer Perbandinganjumlah steam dengan total karbon ;!A9< sebesar 6-7 dan apabila rasio !A9 terlalu rendah ;S,>< akan membentuk karbon )pabila rasio !A9 terlalu tinggi" reaksi akan
JJJ
meuju ke arah penguraian produk ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< .al ini sesuai dengan heuristik nomor *, ;!eider et al *++6< : Seconary Reformer !econdary re(ormer berisi katalis Nikel" yang ber(ungsi untuk mengubah sisa-sisa metana dari primary re(ormer menjadi 9& dan 9&* 3eaksi yang terjadi akibat pembakaran gas outlet re(ormer sangat eksotermis )liran kontinyu mengalir keba'ah melalui tile distributor dan bed katalis untuk secondary re(orming dan keluar dari bottom $essel pada temperature =76"o9 5as yang terbentuk didinginkan sampai 6*+ o9 dengan memindahkan panasnya ke waste heat boiler !econdary re(ormer dilengkapi dengan water -acket " refractory line " essel berisi katalis nikel yang diperlukan untuk reaksi secondary re(ormer Be su##ort berada di bottom essel ;ome sha##e A bentuk kubah< dan high alumina fire brick berbentuk heksagonal yang ada di puncak bed katalis untuk temperatur tinggi disusun khusus untuk distribusi (lo' 5nlet "lenum atau leher essel berisi internal tube untuk mencampur udaraAgas *terior tube meneruskan aliran dan insulating in #igment in -acket di area dari masuknya gas proses ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< .al ini sesuai dengan heuristik nomor ** ;!eider et al" *++6< 8 0igh +em#erature Shift Pada unit ini" katalis yang digunakan adalah iron oie ;4e*&6< )liran gas proses yang masuk ke inlet .T! bersuhu antara ++ o9" dimana sebagian besar 9& yang masih terdapat di gas proses akan diubah menjadi 9& * 3eaksi yang terjadi merupakan reaksi eksotermis" maka suhu gas proses outlet .T! menjadi 87 o9" dengan 9& yang masih lolos dari .T! sekitar *"Q6"@ mol ry gas !elanjutnya" gas proses outlet .T! akan didinginkan menggunakan alat penukar panas sehingga suhunya suhunya akan turun menjadi *+> o9 kemudian gas proses akan masuk ke 1ow +em#erature Shift ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< = 1ow +em#erature Shift Pada unit /T! ini" katalis yang digunakan adalah co##er oie ;9u&< !elain itu" karena katalis ini sangat sensiti( terhadap senya'a sul(ur maka katalis ini dilengkapi juga dengan n& 2i /T!" sisa 9& yang masih lolosdari unit .T! akan dikon$ersikan menjadi JJJi
9&* pada suhu reaksi yang lebihrendah hingga aliran keluar gas proses memiliki suhu *,:o9 5as yang keluar dari /T! akan megalami pendinginan secara bertahap menggunakan heat echanger sehingga suhu terakhir gas proses menjadi =o9 Raw gas akan dimasukkan sebagai umpan di 9& * absorber ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< > 9&* )bsorber 1nit 9&* remoal ini terdiri dari unit penyerapan 9& * yaitu di menara absorber dan unit pelepasan 9& * di menara stri##er !yarat terjadinya penyerapan 9& * di absorber adalah pada kondisi operasi tekanan tinggi dan suhu rendah" sedangkan syarat untuk pelepasan 9&* adalah pada kondisi operasi tekanan rendah dan suhu tinggi !ebagai penyerap 9&* digunakan larutan %en(ield Pemisahan secara absorbsi ini sesuai dengan heuristik nomor ,, ;!eider et al" *++6< Penghilangan 9& * ini penting untuk pengolahan gas sintesis lebih lanjut sebagai bahan baku pembuatan ammonia Raw gas masuk ke absorber melalui bagian ba'ah kolom #acking sedangkan larutan penyerap masuk melalui bagian atas kolom 5as mengalir ke atas melalui #acking - #acking sehingga terjadi kontak antara raw gas dengan larutan %en(ield /arutan %en(ield yang digunakan untuk menyerap 9& * terbagi menjadi dua jenis yaitu lean solution dan semi lean solution 1ean solution masuk pada stage pertama absorber " sedangkan semi lean solution masuk pada stage ke tiga !etelah terjadi kontak antara larutan %en(ield dengan 9&*" maka gas sintesis bebas gas 9&* akan keluar dari bagian atas absorber dengan suhu 6= o9 5as tersebut masuk ke K& drum untuk memisahkan gas dari kondensatnya /arutan %en(ield yang banyak mengandung 9& * ;rich solution< akan keluar dari bagian ba'ah absorber pada suhu 78o9 /arutan di ekspansi sehingga tekanan turun dan menyebabkan sebagian gas 9&* di larutan terlepas kembali Pada 9&* stri##er " rich solution masuk dari bagian atas stri##er yang kemudian di- stri##ing oleh steam sehingga 9&* keluar dari bagian atas stri##er ;3ahmatika dan .asanah" *+,*< .al ini sesuai dengan heuristik nomor 7 ; #urge stream< dan > ;!eider et al " *++6< !edangkan lean solution sebagai bottom #rouct dari 9&* Stri##er akan didinginkan menggunakan cooler .al ini sesuai dengan heuristik nomor ,,
JJJii
,+ 0eat *changer )lat penukar panas yang digunakan adalah jenis shell an tube heat echanger dengan aliran air pendingin di dalam tube ;pipa< dan aliran gas sintesis di dalam shell ;selongsong< berdasarkan heuristik *:" *8" *=" dan *> ;!eider et al " *++6< ,, Pompa ; "um#< Pompa digunakan untuk mengalirkan lean amine dari cooler ke absorber Pompa sentri(ugal. .al ini sesuai dengan heuristik nomor 68 ;!eider et al " *++6< ,* Methanator Pada tahap methanasi ini" unit methanator ber(ungsi untuk menghilangkan kandungan 9& dan 9& * sisa dengan mengon$ersi gas tersebut menjadi 9. 7 melalui proses methanasi 3eaksi terjadi secara eksotermis di mana setiap ,@ mol 9& akan menaikkan suhu sistem sebesar 8*o9 dan setiap ,@ mol 9& * akan menaikkan suhu sistem sebesar :,o9" sehingga temperatur gas proses yang berasal dari outlet methanator akan naik menjadi sekitar 6,:o9 dengan jumlah 9& dan 9&* yang masih lolos maksimum ,+ ppm &leh karena itu" untuk mencegah kenaikan suhu reaktor yang terlalu tinggi maka jumlah 9& dan 9& * yang masuk methanator dibatasi maksimal +":@ 9& dan +",@ 9&* 5as sintesis yang keluar dari methanator pada suhu 6,: o9 akan didinginkan di %4I heater menggunakan demin 'ater dan di cooler sehingga suhu menjadi 6= o9 ;3ahmatika dan .asanah" *+,*<
JJJiii
JJJi$
Gam5ar +#1# Mechanical Flowsheet pembuatan gas sintesis
/A/ I4 PENUUP ,#) Kesim7ulan
3eaksi steam reforming dipilih sebagai reaksi pembuatan gas sintesis ;synthesis gasA syngas< )lasan pemilihan proses reaksi steam reforming karena dapat menghasilkan gas hidrogen ;.*< dalam produk syngas yang lebih banyak daripada gas karbon monoksida ;9&<" berdasarkan rasio stoikhiometri .*A9& F 6 5as hidrogen dalam syngas merupakan bahan baku utama dalam industri pembuatan ammonia Karena kon$ersi mendekati sempurna ;>=@<" maka tidak diperlukan arus recycle bahan gas alam .al ini disebabkan pada arus keluar ;output<" kandungan metana dalam gas alam di Seconary Reformer sangat kecil dibandingkan dengan arus bahan metana masuk ;input (eed< ke "rimary Reformer !ehingga komponen produk yang banyak terbentuk ialahD . *" 9&" dan 9& * Perancangan proses pembuatan gas sintesa terdiri dari lima tahapan" yaitu penetapan jenis reaksi" distribusi produk"
pemurnian
gas
sintesis"
kondisi
operasi
;suhu
dan
tekanan<"
dan
/A/ I4 PENUUP ,#) Kesim7ulan
3eaksi steam reforming dipilih sebagai reaksi pembuatan gas sintesis ;synthesis gasA syngas< )lasan pemilihan proses reaksi steam reforming karena dapat menghasilkan gas hidrogen ;.*< dalam produk syngas yang lebih banyak daripada gas karbon monoksida ;9&<" berdasarkan rasio stoikhiometri .*A9& F 6 5as hidrogen dalam syngas merupakan bahan baku utama dalam industri pembuatan ammonia Karena kon$ersi mendekati sempurna ;>=@<" maka tidak diperlukan arus recycle bahan gas alam .al ini disebabkan pada arus keluar ;output<" kandungan metana dalam gas alam di Seconary Reformer sangat kecil dibandingkan dengan arus bahan metana masuk ;input (eed< ke "rimary Reformer !ehingga komponen produk yang banyak terbentuk ialahD . *" 9&" dan 9& * Perancangan proses pembuatan gas sintesa terdiri dari lima tahapan" yaitu penetapan jenis reaksi" distribusi produk"
pemurnian
gas
sintesis"
kondisi
operasi
;suhu
dan
tekanan<"
dan
integrasiApengembangan perancangan Kelima tahap ini dapat dijadikan dasar pertimbangan dalam pengembangan perancagan proses produksi gas sintesis ,#( Saran
2alam proses perancangan produk dan proses pembuatan gas sintesis diperlukan studi pustaka yang memadai sebagai dasar pertimbangan penentuan proses reaksi dan peralatan pemroses di setiap unit proses
DA&AR PUSAKA )nonim !yngas httpDAAen'ikipediaorgA'ikiA!yngas ;diakses pada Kamis" *: Maret *+, pukul *+++< )nonim *++8 Komposisi gas alam dan udara Process Engineering PT Pupuk Kujang" 9ikampek 9hen" Y" Iang" Y" u" ." G iong" 5 E((icient production o( hydrogen (rom natural gas steam re(orming in palladium membrane reactor A##lie &atalysis BD *nironmental =+ ;*++=< *=6Q*>7 4idalgo" % GMenHndeB" 0) !yngas Production by 9& * 3e(orming o( 9. 71nder Micro'a$e .eating Q 9hallenges and &pportunities Syngas: "rouction' A##lications an *nironmental 5m#act pp ,*,-,7> *+,6 No$a !cience Publishers" #nc #!%ND >8=-,:*,++-=8+- 4riend" 25" Ely" 4E" G #ngham" .epburn Thermophysical Properties o( Methane Thermophysics 2i$ision" National #nstitute o( !tandards and Technology 9olorado =+6+6 ;,>==< Mbodji" M et al !team methane re(orming reaction process intensi(ication by using amillistructured reactorD EJperimental setup and model $alidation (or globalkinetic reaction rate estimation &hemical *ngineering 6ournal JJJ ;*+,*< Nei$a" / ! G 5ama" / ) !T12Y &N T.E 9.)3)9TE3#!T#9! &4 T.E 3E4&3M#N5 &4 MET.)NED ) 3E?#EI Bra/ilian 6ournal of "etroleum an !as ? 7 n 6 p ,,>,*8 ;*+,+< #!!N ,>=*-+>6 3ahmatika" ) Mu(yda dan .asanah" 3 2ini'ati *+,* 1a#oran ,er-a "raktek ,altim$7 "+. "u#uk ,alimantan +imur Bontang #nstitut Teknologi !epuluh No$emberD !urabaya 3ahma'ati" Nurdiah dan /ina )gustina *++8 "rarancangan "abrik 7$*til 0eksanol "roses Ruhrchemie Ag. ari "ro#ilen an !as Sintesa ,a#asitas 899.999 +on%+ahun W!kripsiX 1ni$ersitas !ebelas Maret D !olo
