LAPORAN PROSES PEMBUATAN PUPUK PT PUPUK KALTIM (BONTANG) Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Kimia Industri (TI.2205), yang dibimbing oleh Dessy Agustina Sari, ST., MT.
Rifqi Shufrony
1510631140130
Yudi Susanto
1510631140144
Zanuar Gilang R
1510631140145
Zuhrofa Dian R
1510631140146
Hani Robi’ah Robi’ah
1510631140147
Fijay Bangkit W
1510631140148
Frasetio Rosevelt S
1510631140149
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SINGAPERBANGSA KARAWANG 2016
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .................................................................................Error! Bookmark not defined. DAFTAR GAMBAR............................................. ..................................................... .......................................................................... ..................... 3 BAB I PENDAHULUAN I PENDAHULUAN ................... ...................................................... ............................................................................................ ...................................... 5 1.1 Sejarah Lahirnya PT. Pupuk Kalimantan Timur ............................. ...................................... 5 1.2 Lokasi Pabrik P abrik ............................................................................................ ........................... 13 BAB II DESKRIPSI PROSES PABRIK KALTIM 4 .................................................................. . 15 2.1 PABRIK UTILITAS KALTIM-4 .................................................... ........................................................................................ .................................... 15 2.1.1 Unit Sea Water Intake .................................................................................. ................. 16 2.1.2 Unit Klorinasi .................................................. .................................................... .............................................................. .......... 19 2.1.3 Unit Sea Water Cooling dan Sweet S weet Cooling Water ...................................................... 21 2.1.4 Unit Desalinasi ................................................ .................................................... .............................................................. .......... 23 2.1.5 Unit Demineralisasi ................................................. ..................................................... ....................................................... 24 2.1.6 Unit Power Po wer Generation ..................................................... .................................................................................................. ............................................. 28 3.1.7 Unit Steam Generation .......................................................................................... ........ 29 2.1.8 Unit Instrument Air dan Plant Air ...................................................... ................................................................................. ........................... 32 2.1.9 Unit Nitrogen Generator................................................... ............................................. 36 2.1.11 Unit Nitrogen(N2 ) Generator .................................................. .................................... 41 2.2. PABRIK SINTESIS AMONIAK KALTIM-4 ........................................................... ... ................................................................ ........ 41 2.2.1 Seksi Desulfurisasi ............................................................................. ........................... 43 2.2.2 Seksi Reforming R eforming ....................................................... ........................................................................................................... ...................................................... 47 2.2.3 Seksi Shift S hift Converter ....................................................... ............................................. 50 2.2.4 Seksi CO2 Removal ................................................. ..................................................... ....................................................... 52 2.2.5 Seksi Metanasi.................................................................. Metanasi............ ................................................................................................... ............................................. 56 2.2.6 Seksi Ammonia Synthesis Loop ...................................... ............................................. 57 2.2.7 Seksi Referigerasi R eferigerasi Amoniak ...................................................... .......................................................................................... .................................... 60 2.2.9 Seksi BFW dan Steam Generation ................................................................................ 62 2.3 PABRIK SINTESIS UREA KALTIM-4 .................................................. ........................... 64 2.3.1 Penyiapan Umpan ......................................................................................................... 65 1
2.3.2 High Pressure Loop ................................................. ..................................................... ....................................................... 66 2.3.3 Medium Pressure P ressure Loop ...................................................................... ........................... 68 2.3.4 Low Pressure Loop.............. ...................................................... .......................................................................................... .................................... 69 2.3.5 Vacuum Concentration C oncentration Section S ection ................................................. .................................... 69 2.3.7 Process Condensate Treatment.................................................. .................................... 72 BAB III HASIL PRODUKSI ........................................................... ............................................. 73 3.1 Spesifikasi Produk PT. Pupuk Kalimantan Timur ....................................................... ............................................................... ........ 74 3.2 Merek Dagang PT. Pupuk Kalimantan Timur .................................................... ..................................................................... ................. 75 DAFTAR PUSTAKA ...................................................... .......................................................................................................... .............................................................. .......... 77
2
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Pabrik PT. P T. Pupuk Kalimantan Timur ....................................................................... ... 6 Gambar 1.2 Pabrik Kaltim 1 ..................................................... ......................................................................................................... ....................................................... ... 7 Gambar 1.3 Pabrik Kaltim 2 ..................................................... ......................................................................................................... ....................................................... ... 8 Gambar 1.4 Pabrik Kaltim 3 ..................................................... ......................................................................................................... ....................................................... ... 9 Gambar 1.5 Pabrik POPKA P OPKA ...................................................... .......................................................................................................... ...................................................... 10 Gambar 1.6 Pabrik Kaltim 4 ..................................................... ......................................................................................................... ...................................................... 11 Gambar 1.7 Pabrik Kaltim 1A ................................................. ..................................................... ....................................................... 11 Gambar 1.8 Pabrik Kaltim 5 ..................................................... ......................................................................................................... ...................................................... 12 Gambar 1.10 Bulk Blending Plant ................................................... ............................................. 13 Gambar 1.11 Produk P roduk Pupuk NPK Blending .............................................. .................................... 13 Gambar 1.12 Lokasi PT. Pupuk Kalimantan Timur ..................................................... ...................................................................... ................. 14 Gambar 2.1 Blok Diagram Unit Utilitas .................................................... ........................................................................................ .................................... 15 Gambar 2.2 Skema Proses Sea Water Intake ........................... Intake ........................... .................................................... ...................................................... 19 Gambar 2.3 Skema S kema Proses Klorinasi ................................................ ............................................. 21 Gambar 2.4 Skema Proses Fresh Cooling Water ................................................................ ............ .............................................................. .......... 22 Gambar 2.5 Gas G as Turbin Generator ................................................................................................ 29 Gambar 2.6 Skema S kema Proses Deaerator ........................................................................................... . 31 Gambar 2.7 Package Boiler ...................................................... .......................................................................................................... ...................................................... 32 Gambar 2.8 Waste Heat Boiler ................................................ ..................................................... ....................................................... 32 Gambar 2.11 Seksi S eksi Reforming ................................................ ..................................................... ....................................................... 47 Gambar 2.12 Seksi Shift Converter .................................................. ............................................. 50 Gambar 2.13 Seksi CO2 Removal ..................................................... .................................................................................................. ............................................. 52 Gambar 2.14 Seksi Metanasi ........................................................................................ ................. 56 Gambar 2.15 Seksi S eksi Ammonia Synthesis ............................................................................. .......... 58 Gambar 2.16 Diagram Alir Proses Referigerasi Amoniak ............................................................ 61 Gambar 2.17 Steam Generation Unit Amoniak .................................................................. .............. .............................................................. .......... 63 Gambar 2.18 blok Diagram Proses Produksi Urea ....................................................... ........................................................................ ................. 64 Gambar 2.19 Skema Proses HP Loop ................................................................ .......... ................................................................................. ........................... 67 Gambar 2.20 Skema Proses MP Loop MP Loop ........................................................................ ........................................................................ ................... 68 3
Gambar 2.21 Skema Proses Vacuum Concentrator .................................. .................................. .................................... 70 Gambar 2.22 Skema Proses Seksi Granulasi ...................................................... ................................................................................. ........................... 72 Gambar 2.23 Skema Proses Process Condensate Treatment ............................................... .......... 73 Gambar 1.14 Merek D Dagang agang Pupuk Urea Mandau ............................................ ........................... 75 Gambar 1.15 Merek D Dagang agang Pupuk NPK Pelangi ....................................................................... . 75 Gambar 1.16 Merek D Dagang agang Pupuk Daun Buah ........................................................................... 76
4
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Sejarah Lahirnya PT. Pupuk Kalimantan Timur Pupuk memegang peranan penting dalam peningkatan kualitas produksi hasil pertanian. Salah satu jenis pupuk yang banyak digunakan oleh petani adalah pupuk urea, yang berfungsi sebagai sumber nitrogen bagi tanaman. Dalam peternakan, urea merupakan nutrisi makanan ternak yang dapat meningkatkan produksi susu dan daging. Selain itu, pupuk urea memiliki prospek yang cukup besar dalam bidang industri, antara lain sebagai bahan dalam pembuatan resin, produk produk cetak, pelapis, perekat, bahan anti kusut dan pembantu pemb antu pada pencelupan di pabrik tekstil. Oleh karena itu, kebutuhan pupuk urea semakin bertambah seiring berjalannya waktu. Proyek PT. Pupuk Kalimantan Timur lahir untuk memenuhi kebutuhan pupuk yang semakin meningkat tersebut. Pada awal berdirinya, Pertamina berencana mendirikan pabrik pupuk diatas kapal terapung yang pertama kali di dunia. Proyek PT. Pupuk Kalimantan Timur dikelola oleh Pertamina sebagai unit- unit pabrik terapung yang terdiri dari 1 pabrik ammonia dan 1 unit pabrik urea dengan beberapa bangunan pendukun gnya di pantai. Pabrik pupuk ini didirikan dengan adanya pertimbangan sulitnya memperoleh pupuk dari dalam negeri. Sementara pada saat itu pemerintah sedang mengupayakan program swasembada pangan. Oleh karena itu pada tahun 1973 Pertamina mencetuskan ide untuk mendirikan pabrik terapung ini. Peralatan pabrik mulai dibangun di Eropa pada tahun 1974. Eropa ditentukan karena dana untuk pelaksanaan proyek ini didapat dari pinjaman negara-negara anggota Masyarakat Ekonomi Eropa (MEE). Berdasarkan KEPRES No. 43 Tahun 1975 dibentuk suatu tim yang bertugas meninjau dan meneliti program pembangunan pabrik terapung tersebut. Setelah meninjau dan menilai kembali konsep pabrik terapung ini, dengan memperhatikan aspek teknis dan bahan baku maka pembangunan pabrik dilanjutkan di darat. Berdasarkan Kepres No. 39 tahun 1976 dilakukan serah terima proyek ini dari Pertamina ke Departemen Perindustrian dalam hal ini Direktorat Jenderal 2 Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kaltim Tbk. Industri Kimia Dasar pada tahun 1976. Setelah penyelesaian proses hukum dalam rangka serah terima peralatan pabrik di Eropa, maka pada tanggal 7 Desember 1977 didirikan sebuah Persero Negara untuk mengelola usaha ini dengan nama PT. Pupuk Kalimantan Timur. Proses pemindahan lokasi pabrik ke darat memerlukan perubahan dan penyesuaian desain pabrik. Menurut jadwal, masa konstruksi yang dimulai pada bulan Maret 1979 diperkirakan akan berlangsung selama 36 bulan, namun pelaksanaannya mengalami banyak kesulitan sehingga start up baru dapat dilakukan pada bulan Juni 1982, produksi ammonia pertama dihasilkan pada tanggal 20 Desember 1983 dan produksi pupuk urea pertama dihasilkan pada tanggal 15 April 1984. Dalam tahun 1981 diadakan persiapan pembangunan pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur yang kedua yang kontrak pembangunannya ditandatangani pada tanggal 23 Maret 1982. Masa konstruksi Kaltim-2 dimulai pada bulan Maret 1983 dan start up dari utility dimulai pada bulan April 1984, 5
produksi ammonia pertama dihasilkan pada tanggal 6 September 1984 dan produksi urea pertama dihasilkan pada tanggal 15 September 1984. Saat ini PT. Pupuk Kalimantan Timur telah memiliki 4 pabrik ammonia dan 5 pabrik urea. Dari seluruh pabrik tersebut, maka kapasitas total adalah 1.850.000 ton ammonia dan 2.980.000 ton urea per tahun dan PT. Pupuk Kalimantan Timur menjadi produsen urea terbesar di dunia dalam satu lokasi.
Gambar 1.1 Pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur
Berikut ini adalah beberapa informasi dari setiap unit ammonia dan urea yang terdapat di PT. Pupuk Kalimantan Timur :
Kaltim 1 1 Keberhasilan yang dicapai dalam merekonstruksi ulang konsep desain pabrik terapung di atas kapal menjadi pabrik di darat, yang diberi nama 3 Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kaltim Tbk. Pabrik Kaltim-1, merupakan langkah awal dari terjadinya pertumbuhan dan perkembangan industri pupuk urea di wilayah Timur Indonesia. Pemancangan tiang yang pertama dilakukan oleh Menteri Perindustrian saat itu, Ir. A. R. Soehoed pada tanggal 16 November 1979. Sebagai kontraktor utama adalah The Lummus Company (Inggris) dan sub kontraktornya adalah The Lurgi Company (Jerman) dan Coppee Rust Company (Belgia). Pada pabrik Kaltim-1, pabrik amoniak menggunakan lisensi proses Lurgi sedangkan pabrik urea menggunakan lisensi proses Stamicarbon. Setelah melalui kesulitan pabrik yang berkepanjangan dan start-up yang berulangkali akhirnya pada tanggal 24 November 1983 produksi produksi perdana amoniak berhasil dilakukan, dimana pengapalan pertama amoniak ini dibawa ke PT Petrokimia Gresik pada 24 Januari 1984, dan ekspor perdana amoniak ke India tanggal 2 Februari 1984. Sedangakan untuk produksi perdana urea, baru berhasil dilakukan pada tanggal 15 April 1984 dan pengapalan perdana urea u rea prill ke Surabaya pada tanggal 24 Juli Ju li 1984. Desain awal terhadap kapasitas produksi pabrik Kaltim-1 adalah untuk produksi pabrik amoniak 1.500 ton per hari dan pabrik urea 1.700 ton per hari. –
6
Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari performance pabrik, maka pada tahun 1995 telah dilakukan beberapa perbaikan melalui Proyek Optimalisasi Kaltim-1 sehingga kapasitas desain produksi pabrik amoniak dapat dioptimalkan menjadi 1.800 ton per hari dan urea menjadi 2.125 ton per hari.
Gambar 1.2 Pabrik Kaltim 1
Kaltim 2 2 Pembangunan pabrik Kaltim-2 dilakukan karena kebutuhan akan pupuk nasional masih belum terpenuhi seluruhnya dan juga sekaligus untuk menyangga keberadaan pabrik Kaltim-1. Penandatanganan kontrak pembangunan pabrik dilakukan pada tanggal 23 Maret 1982 yang diwakili Ir. Nanang S. Soetadji dan Drs. Nurdin Nawas. Sebagai kontraktor utama adalah MW Kellogg dengan sub kontraktornya adalah Toyo Menka Keisha (Jepang). Pabrik amoniak memakai proses Kellogg sedangkan ureanya 4 Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kaltim Tbk. menggunakan proses Stamicarbon. Pemancangan tiang yang pertama dilakukan oleh Menteri Perindustrian, Ir. A. R. Soehoed, pada tanggal 24 April 1982. Produksi perdana amoniak dilakukan pada tanggal 6 September 1984 sedangkan produksi perdana urea prill tanggal 15 September 1984. Peresmian pabrik Kaltim-1 dan Kaltim-2 dilakukan oleh Presiden Soeharto pada tanggal 28 Oktober 1984. Saat ini, pabrik Kaltim-2 memiliki kapasitas produksi untuk pabrik amoniak sebesar 1500 ton per hari dan untuk pabrik urea sebesar 1.725 ton per hari. –
7
Gambar 1.3 Pabrik Kaltim 2
Kaltim 3 3 Pada tahun 1986 disetujui kembali perluasan areal industri PT. Pupuk Kaltim dengan menambah satu pabrik lagi dengan nama Kaltim-3. Konsep yang digunakan untuk pembangunan pabrik Kaltim-3 adalah konsep pabrik hemat energi. Interkoneksi antar alat penukar panas sudah terjalin rapi, sehingga lebih hemat dalam pemakaian sumber energi. Penandatanganan kontrak pembangunan pabrik Kaltim-3 dilaksanakan pada tanggal 28 November 1985 antara PT. Pupuk Kalimantan Timur Tbk. dengan konsorsium PT. Rekayasa Industri (Persero), Chiyoda Chemical Engineering & Construction Co. serta Mitsubishi Corp. Untuk pabrik amoniak, lisensi yang digunakan adalah Haldor Topsoe dan untuk urea menggunakan proses Stamicarbon. Selain itu, pabrik Kaltim-3 juga dilengkapi dengan sebuah unit Hydrogen Recovery Unit (HRU). Bila dioperasikan unit ini dapat memberi tambahan produksi amonia sebesar 180 ton/hari. Pemancangan tiang yang pertama dilakukan pada tanggal 26 Juli 1986 dan peresmian pabrik pabrik tanggal 4 April 1989 dilakukan oleh oleh Presiden Soeharto. Produksi pertama dari unit pabrik amoniak berhasil dilakukan pada tanggal 8 Desember 1988 dan unit pabrik urea berhasil melakukan produksi pertamanya tanggal 14 Desember 1988. Hingga saat ini, kapasitas produksi pabrik amoniak di pabrik Kaltim-3 ini mencapai 1.000 ton per hari dan produksi urea prill mencapai 1.725 ton per hari. Dan pada 5 Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kaltim Tbk. tahun 1994, pabrik Kaltim-3 berhasil mencapai produksi tertingginya dengan kapasitas produksi 385,2 ribu ton urea atau 119,02 %. –
8
Gambar 1.4 Pabrik Kaltim 3
POPKA Pembangunan pabrik urea unit-4 un it-4 ini bertujuan untuk mengintensifkan produktivitas PT. Pupuk Kalimantan Timur, sebagai produsen pupuk, dalam rangka menghadapi kondisi pasar urea granul untuk Asia Pasifik yang yang masih terbuka sehingga dapat meningkatkan daya saing sebagai produsen pupuk di wilayah ini, serta untuk memanfaatkan k elebihan (excess) amoniak yang berasal dari unit amoniak Kaltim-1 dan Kaltim-2. Proyek pembangunan pabrik urea unit-4 PT. Pupuk Kalimantan Timur Tbk. ini dikenal dengan nama POPKA (Proyek Optimasi Pupuk Kaltim), dengan kapasitas produksi urea granul 1.725 ton per hari. Teknologi yang diterapkan pada pabrik urea unit-4 POPKA ini adalah teknologi DCS (Distributed Control System) yang dioperasikan secara otomatis dan ramah lingkungan karena didukung unit dust scrubber, hydrolizer, dan neutralization yang dapat mengurangi zat polutan (zat penyebab polusi). Penandatanganan kontrak dengan konsorsium kontraktor dilaksanakan pada tanggal 9 Oktober 1996. Kontraktor utama adalah PT. Rekayasa Industri dan sub kontraktornya Chiyoda Chemical Engineering & Construction Co. dengan menggunakan lisensi dari Stamicarbon untuk proses urea sedangkan granul mengunakan lisensi dari Hydro Agri. Produksi pertama urea granul POPKA dilakukan pada tanggal 18 Februari 1999 dan peresmiannya dilakukan pada tanggal 6 Juli 2000 oleh Presiden KH. Abdurrahman Wahid. Wahid.
9
Gambar 1.5 Pabrik POPKA
Kaltim 4 4 Pembangunan pabrik Kaltim-4 dilakukan sebagai upaya untuk mengantisipasi kebutuhan pupuk urea nasional yang terus meningkat dan sekaligus bertujuan untuk replacement pabrik-pabrik yang sudah tua, sehingga pada tahun 1999 pemerintah telah menyetujui pembangunan baru pabrik pupuk urea di PT Pupuk Kalimantan Timur Tbk. Bontang, yaitu pabrik Kaltim-4. 6 Laporan Kerja Praktek PT. Pupuk Kaltim Tbk. Pabrik Kaltim-4 dibangun oleh kontraktor utama PT. Rekayasa Industri dengan Mitsubishi Heavy Industry (Jepang) sebagai sub kontraktornya yang ditandatang ani tanggal 23 Desember 1998 dan pemancangan tiang pertama dilaksanakan pada tan ggal 6 Juli 2000. Peresmian pabrik Kaltim-4 dilakukan oleh Presiden Megawati Soekarnoputri. Dan pada tanggal 1 Mei 2002, pabrik Kaltim-4 berhasil melakukan produksi pertama dari pabrik ureanya. Hingga saat ini, pabrik Kaltim-4 ini memiliki kapasitas desain produksi amoniak sebesar 1.000 ton per hari dan urea granul sebesar 1.725 ton per hari. Teknologi proses produksi yang digunakan untuk pabrik Kaltim-4 adalah proses Haldor Topsoe (dari Denmark) untuk pabrik amoniak, sedangkan untuk pabrik urea lisensi yang digunakan adalah Snamprogetti (untuk unit sintesa) Hydro Agri (untuk unit granulasi). Selain itu, pada pabrik Kaltim-4 ini dilengkapi pula dengam unit urea formaldehide yang juga menggunakan proses Haldor Topsoe (dari Denmark). –
10
Gambar 1.6 Pabrik Kaltim 4
Kaltim - 1A PT. Pupuk Kalimantan Timur (PKT) secara resmi mengambil alih pengoperasian PT. Kaltim Pasifik Amoniak (KPA) berupa pabrik ammonia berkapasitas 2000 ton perhari dan fasilitas pendukungnya. Pengambilalihan pengoperasian tersebut secara simbolis ditandai dengan penandatanganan dan penyerahan dokumen Pengalihan Pengoperasian PT. KPA kepada PKT pada hari Kamis 3 maret 2014. Pengoperasian pabrik Kaltim 1A merupakan gebungan anatara pabrik eks KPA yang menghasilkan ammonia dan eks POPKA yang menghasilkan ures granul. Kapasitas Produksi ammonia sebesar 850.000 ton/tahun dan urea 1.150.000 ton/tahun.
Gambar 1.7 Pabrik Kaltim 1A
Kaltim 5 5 –
11
Pabrik Pupuk Kaltim 5 ini akan menjadi pabrik pupu k urea terbesar di kawasan Asia Tenggara dengan kapasitas mencapai 1,15 juta ton urea granul per tahun dan 825 ribu ton amoniak per tahun. Dengan berproduksinya pabrik Pupuk Kaltim 5 ini akan membuat membuat total kapasitas produksi pupuk urea secara nasional akan meningkat sekitar 450 ribu ton per tahun.
Gambar 1.8 Pabrik Kaltim 5
Pabrik NPK Fusion dan NPK Blending
PT. Pupuk Kalimantan Timur Bontang memiliki 2 pabrik untuk memproduksi pupuk NPK yaitu NPK Fusion Fusion dan NPK Blending. Blending. Pabrik NPK Fusion Fusion memproduksi pupuk NPK yang seluruh unsur natrium, fosfat, kalium serta unsur kimia lainnya tercampur dalam satu butiran pupuk, sehingga satu butir pupuk mengandung 3 unsur hara (N, P, K) yang dibutuhkan oleh tanaman. Bahan baku pupuknya, yaitu: N = urea prill P = Diamonium phosphate (DAP) phosphate (DAP) / Rock / Rock Phosphate (RP) Phosphate (RP) K = KCl dalam bentuk powde bentuk powderr (bubuk)
Gambar 1.9 Produk Pupuk NPK Fusion
12
Sedangkan Pabrik NPK Blending memproduksi pupuk NPK yang unsur natrium, fosfat, kalium serta unsur lainnya tidak tercampur dalam satu butiran pupuk. Proses Produksi Pupuk di NPK Blending sangat sederhana jika dibandingkan dengan NPK Fusion. Unsur-unsur bahan baku tersebut hanya dicampur menggunakan alat Bulk alat Bulk Blending Plant . Bahan baku pupuknya, yaitu: N
=
urea granule urea granule
P
=
Diamonium phosphate (DAP) phosphate (DAP)
K
=
KCl flake KCl flake
Gambar 1.10 Bulk B ulk Blending Plant
Gambar 1.11 Produk Pupuk NPK Blending
1.2 Lokasi Pabrik Pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur menempati areal seluas 493 Ha. Lokasi pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur terletak di wilayah pantai Kota Bontang, kira-kira 120 km sebelah utara Samarinda, ibukota propinsi Kalimantan Timur. Secara geografis terletak pad a 0°10’46,9” LU dan 117°29’30,6” 117°29’30,6” BT. Pabrik tersebut terletak pada areal seluas 493 Ha, di sebelah selatan lokasi pabrik (sekitar 10 km) terdapat lokasi pabrik pencairan gas alam PT. Badak NGL Co. Lokasi perumahan dinas terletak perumahan dinas karyawan sekitar 6 km sebelah barat pabrik seluas 765 Ha. Pada daerah tersebut juga terdapat perumahan BTN untuk karyawan. Untuk kebutuhan transportasi ke daerah Bontang dapat digunakan jalan darat, laut, maupun udara. Jalur udara menggunakan 13
pesawat PT. Pupuk Kalimantan Timur dari Balikpapan yang terbang dengan jadwal rutin sekali setiap hari. Transportasi udara tersebut memakan waktu 45 menit.
Gambar 1.12 Lokasi PT. Pupuk Kalimantan Timur
Dasar pertimbangan lokasi pabrik: a) Lokasi dekat dengan sumber bahan baku berupa gas alam. b) Lokasi dekat dengan pantai sehingga memudahkan pengangkutan. c) Lokasi berada di tengah daerah pemasaran pupuk untuk ekspor maupun pemasaran dalam negeri. d) Pemetaan Zone Industry e) Peluang untuk perluasan pabrik karena luasnya lahan yang dimiliki.
14
BAB II DESKRIPSI PROSES PABRIK KALTIM 4 Secara umum, Pabrik Kaltim 4 di PT. Pupuk Kalimantan Timur memiliki 3 unit pabrik, yaitu: Pabrik Utilitas untuk penyediaan air, steam dan listrik, Pabrik Sintesis Amoniak dengan proses lisensi Haldor Toepso dan Pabrik Sintesis Urea Urea dengan lisensi proses Snamprogetti. 2.1 PABRIK UTILITAS KALTIM-4 Unit utilitas adalah unit pendukung dan penunjang proses produksi amoniak serta urea di Pabrik Kaltim-4. Jadi, unit utilitas adalah suatu unit yang berfungsi untuk memproduksi bahan bahan yang dibutuhkan untuk memperlancar operasi suatu pabrik. Bahan – bahan bahan yang diproduksi pada unit utilitas ini adalah sebagai berikut:
Steam
Listrik
Natrium Hipoklorit
Air Proses ( Raw Condensate dan Demineralized dan Demineralized Water )
Sweet Cooling Water
Nitrogen
UF-85
Udara Pabrik dan Udara Instrumen
Produk – Produk – produk produk tersebut di atas diproduksi di beberapa unit yang terdapat di Pabrik Utilitas Kaltim-4. Unit – Unit – unit unit operasi yang terdapat pada pad a Pabrik Utilitas Kaltim-4 adalah sebagai berikut:
Unit Sea Water Intake
Unit Klorinasi/Unit Chlorination
Unit Sea Cooling Water
Unit Desalinasi
Unit Demineralisasi
Unit Steam Generation
Unit Power Unit Power Generation
Unit Nitrogen Unit Nitrogen Generator
Unit Produksi Urea Formaldehida
Unit Udara Pabrik dan Udara Instrumen
Secara umum, proses penyediaan air, listrik dan udara Pabrik Utilitas di PT. Pupuk Kalimantan Timur adalah sebagai berikut:
15
2.1.1 Unit Sea Water Intake Pada unit ini, air laut sebagai bahan baku utama penyedia air di Kaltim-4 disimpan disimpan dan diberikan beberpa perlakuan supaya air laut terbebas dari kotoran, zat pencemar, mikroorganisme dan binatang laut lain yang dapat menyebabkan penympitan di sepanjag pipa dan peralatan. Air laut yang telah diberikan perlakuan baik secara mekanik maupun kimiawi digunakan untuk memproduksi Natrium Hipoklorit (NaOCL), sebagai cooling agent di unit Sea Water Cooling dan diolah lebih lanjut untuk nantinya digunakan sebagai air umpan boiler. Perlakuan yang dilakukan agar air laut terbebas dari kotoran – kotoran kotoran adalah sebagai berikut: a) Perlakuan Fisik Dengan cara menyaring air laut melalui dua tahap penyaringan yaitu Bar yaitu Bar Screen dan Rotary Screen. Screen. b) Perlakuan Kimiawi Dengan injeksi bahan kimia yaitu Natrium Hipoklorit (NaOCL) dengan tujuan mengurangi atau mematikan prtumbuhan dan aktivitas mikroorganisme.
Unit Sea Water Intake ini memiliki beberapa peralatan yaitu: Sea Water Intake Basin (12-T-101) 16
Sebagai kolam penampungan air laut yang telaha diasaring da diinjeksikan dengan bahan kimia sebelun dipompakan menuju user . Kolam penampung air laut ini berukuran (W x L x H) 10600/8000 mm x 31500 mm x 9300 mm. Kolam Sea Water Outfall (12-T-102) Berfungsi sebagai penampung air laut yang telah digunakan sebelum dikebalikan ke laut. Pump (12-P-101A/B/C) Sea Water Pump (12-P-101A/B/C) Untuk menaikkan tekanan aliran air laut dan mengalirkannya ke user . Spesifikasi Pompa Air Laut: Kapasitas : 12.700 m3/jam Lisrik : 11 kV (207 watt) Suhu : 28-34 C Tekanan : 3,5-3,8 kg/cm2G Peralatan Penyaring Sebagai penyaring kotoran – kotoran – kotoran kotoran yang terdapat pada air laut. Peralatan penyaring pada unit sea unit sea water intake ini ada dua macam yaitu: Bar Screen (12-F-101A/B) Berfungsi untuk menahan kotoran denagan ukuran realtif besar seperti botol atau kayu dan sampah dengan ukuran beasar. Rotary Screen (12-F-102A/B) Untuk menyaring kotoran dengan ukuran dengan lebih kecil dan yang lolos dari Bar dari Bar Screen. Screen. Alat ini bekerja dengan cara berputar dan disemprotkan dengan air sehingga kotoran terleas dari saringan dan menuju trash basket . Stop Log Up Stream dan Stop Log Downstream (12-X-101A/B dan 12-X-103A/B) Berfungsi saat Pabrik akan melakukan turnaround atau shutdown. shutdown. Alat ini akan menahan aliran air laut ke Sea Water Intake Basin sehingga dapat dikosongkan. Rake(12-X-102) Travershing Trash Rake(12-X-102) Berfungsi untuk mengambil kotoran dari bar screen untuk selanjutnya dibuang ke trash basket . Alat ini berbentuk semacam penggaruk yang akana mengangkat kotoran atau sampah ke trash basket . Trash Basket Berfungsi untuk menampung sampah yang tertahan di dua tahap penyaringan Bar penyaringan Bar Screen dan Rotary dan Rotary Screen sebelum Screen sebelum dibuang ke tempat pembuangan sampah.
Uraian Proses Sebelum digunakan, air laut sebagai bahan baku utama pada utilitas ini harus ditreatment terlebih dahulu. Perlakuan secara fisik meliputi dua tahapan penyaringan yaitu Bar yaitu Bar 17
Screen (12-F-101) dan Rotary Screen (12-F-102). Kotoran yang telah tersaring akan menumpuk dan diambil dengan Travershing Trash Rake untuk kemudian ditampung di Trash Basket . Selain perlakuan secara fisik, air laut juga diberikan perlakuan kimia yaitu penambahan bahan kimia Natrium Hipoklorit (NaOCL) untuk menghambat dan d an mematikan m ematikan pertumbuhan mikroorganisme dan hewan laut lainnya. Air laut yang telah diberikan perlakuan kemudian akan dikirim ke user (Unit Desalinasi, Unit Klorinasi dan Unit Sea Cooling Water ) menggunakan tiga pompa air laut yang tersedia. Pada kondisi normal, pompa yang beroperasi sebanyak dua buah dan sisa satu pompa dalam keadaan stand keadaan stand by. by. Kualitas air laut yang akan dipompakan menuju user adalah sebagai berikut: pH
: 8,4
TDS
: 35.000 ppm
Suspended Solid
: 10 ppm
Total Hardness
: 5.000 ppm CaCO3
Calcium
: 800 ppm Ca
Chloride
: 16.000-21.000 Cl
Bicarbonate
: 130 ppm HCO3-
Sulphate
: 2.150 ppm SO4
Total Iron
: 0,4 ppm Fe
Silica
: 1,2 ppm SiO2
Ammonia
: Max 5 ppm NH3
Sulphide
:
Klorin bebas
: 0,2 ppm & 1 ppm
Spec. Resistance
: 21-24 ohm/cm
Max 5 ppm H2S
18
Sea Water I ntake Gambar 2.2 Skema Proses Sea
2.1.2 Unit Klorinasi Natrium Hipoklorit dibutuhkan dalam unit utiltas untuk perlakuan kimia di unit Sea Water Intake. Intake. Penggunaan NaOCL efektif untuk menghambat pertumbuhan rumput laut, lumut, ganggang pada perpipaan. NaOCL diproduksi dengan cara elektrolisis air laut laut menggunakan arus listrik DC dengan reaksi sebagai berikut: 2Na+ + 2ClDi air laut : 2 NaCl Cl2 + 2 eDi Anoda : 2 Cl H2 +2OHDi Katoda : 2 H2O+2eDi Larutan : 2 Na+ + 2 OH- + Cl2 NaOCl + NaCl + H2O Keseluruhan : NaCl + H2O +Listrik NaOCl + H2
Peralatan yang terdapauat pada unit klorinasi adalah: a
b
c
Cell Electrorizer (12-X-111A/B) Susunan sel elektrolisis yang disusun secara parallel. Tempat terjadinya reaksi elektrolisis air laut menjadi Natrium Hipoklorit. Untuk menghindari korosi, elektroda yang terdapat pada alat ini terbuat dari logam yang mendapat lapisan khusus. Tangki Hipoklorit ( 12-V-101A/B) Tangki tegak terbuka untuk menapung larutan NaOCL sebelum diinjeksikan ke Sea Water Intake. Intake. Blower Udara (12-K-101A/B) Untuk membuang kandungan gas hidrogen di dalam tangki hipoklorit. Gas hidrogen merupakan produk samping dari proses elektrolisis air laut yang dapat menimbulkan ledakan jika konsentrasinya mencapai 4%. 19
d e
f
Transformer/Rectifier (12-X-112A/B) (12-X-112A/B) Untuk meyuplai arus DC yang dibutuhkan dibutuh kan untuk proses elektrolisis air laut. Sea Water Strainer (12-F-111A/B) Berfungsi untukmenyaring kotoran atau partikel dalam air laut dengan ukuran >570 mikron sebelum masuk ke cell electrorizer . Pompa di Unit Klorinasi
Sea Water Supply Pump (12-P-105A/B)
Acid cleaning Pump (12-P-104)
Normal Dosing Hypochloride Pump (12-P-102A/B)
Shock Dosing Pump (12-P-103A/B)
Uraian Proses Air laut yang akan dielektrolisis di Cell Electrorizer dibersihkan dari kotoran dan pertikel di Strainer untuk kemudian dialirkan menuju Cell electrorizer menggunakan Sea Water Supply Pump dengan laju alir sebesar 30 m3/jam. Pada alat Cell Electrorizer , air laut dialirkan melalui anoda dan katoda dengan arus listrik DC sebesar 1100 A dan tegangan 160 V. Produk elektrolisis, yaitu Natrium Hipoklorit, dialirkan menuju Hypochlorite Storage Drum. Drum. Hasil samping proses elektrolisis yaitu gas hidrogen diencerkan dengan udara yang berasal dari Dillution dari Dillution Air Blower , kandungan gas hidrogen harus dijaga dan dokontrol agar tidak melebihi 4%. Jika kandungan gas hidrogen melebihi konsentrasi 4%, maka dikhawatirkan akan menimbulkan ledakan karena sifat gas hidrogen bersifat mudah meledak. Acid Cleaning Acid Cleaning adalah proses pembersihan sele elektrolisis menggunakan asam klorida 5% dengan pH 0,16. Proses pembersihan ini bertujuan untuk menghilangkan endapan garam dan kerak pada sel elektrolisis supaya produk NaOCL berkualitas baik. Parameter yang digunakan untuk acid cleaning adalah:
Waktu Acid Cleaning rutin dilakukan setiap satu bulan sekali. Proses pembersihan dilakukan dengan cara mensirkulasikan HCl selama empat jam
Pressure Drop Jika beda tekan antara masukan dan keluaran sel elektrolisis lebih dari 1,2 kg/cm2
Voltase sel elektrolisis Pada saat voltase pada sel elektrolisis kuran dari 32 V, maka dilakukan proses pembersihan ini. Asam klorida yang digunakan sebagai pembersih akan menjadi jenuh karena telah berkali-kali digunakan untuk membersihkan sel elektrolisis. Asam Asam klorida jenuh jenuh akan menjadi keruh dan kemampuan untuk membersihkan akan berkurang, oleh karena itu asam klorida dibuang setiap enam bulan sekali dengan cara dinetralkan terlebih dahulu dengan soda dengan soda caustic untuk selanjutnya dibuang ke outfall .
20
Gambar 2.3 Skema Proses Klorinasi
2.1.3 Unit Sea Water Cooling dan Sweet Cooling Water Salah satu kegunaan air laut adalah untuk mendinginkan Sweet Cooling Water atau air pendingin yang telah digunakan di Unit Amoniak dan Unit Urea Pabrik Kaltim-4. Sweet cooling water didinginkan dengan air laut dengan system once through, through, dimana air laut yang telah digunakan untuk mendinginkan langsung dibuang ke outfall . Untuk mendinginkan Sweet cooling water , digunakan lima buah Marine Plate Heat Exchanger yaitu yaitu sebuah alat penukar panas dengan kumpulan plate-plate kumpulan plate-plate tipis dimana satu sisi dilewati sweet dilewati sweet cooling water dan satu sisi lain dilewati oleh air laut sebaga pendingin. MPHE pada Unit Utilitas Pabrik Kaltim-4 terdapat lima buah, dimana dua buah untuk suplai ke Unit Urea (12-E-211A/B), dua buah untuk suplai ke Unit Amoniak (12-E-201A/B) dan satu unit dalam kondisi stand kondisi stand by (12-E-201C). MPHE yang dalam kondisi stand kondisi stand by dapat by dapat digunakan untuk mensuplai sweet mensuplai sweet cooling water ke Unit Amoniak dan Unit Urea. Spesifikasi MPHE adalah sebagai berikut
Tipe
: Plate
Material
: Titanium
Ukuran (mm) : 3490 H x 1570 W x 5780 L
Aliran sweet Aliran sweet cooling water dari Unit Amoniak dan Urea biasanya akan berkurang karena adanya penguapan di sepanjang pipeline sepanjang pipeline.. Oleh karena itu, aliran sweet aliran sweet cooling water akan di make up oleh raw condensate di condensate di Make Make Up Tank (12-V-211). Uraian Proses Sweet cooling water dengan suhu 44 ᵒC sampai 48 ᵒC yang telah digunakan sebagai pendingin di Unit Unit Ammonia dan Unit Urea didinginkan kembali dengan menggunakan air laut di Marine di Marine Plate Heat Exchanger (MPHE). (MPHE). Di dalam Marine dalam Marine Plate Heat Exchanger (MPHE), (MPHE), 21
sweet cooling water didinginkan dengan air laut yang dipompakan kembali untuk mendinginkan proses sistem di Unit Ammonia dan Unit Urea. Sebagian dari sweet dari sweet cooling water dipompakan dengan Emergency dengan Emergency Cooling Water Pump (12-P-202 A/B) untuk mendinginkan oli pada steam turbin turbin dan untuk Ammonia Cooling Water Pump (12-P-201 Pump (12-P-201 A/B), sedangkan sirkulasi pada Pabrik Urea dilakukan dengan Urea Cooling Water Pump (12-P-211 Pump (12-P-211 A/B). Pada sweet Pada sweet cooling water yang digunakan sebagai pendingin di Unit Ammonia dan Unit Urea, terjadi penurunan volume air yang terjadi karena adanya penguapan. Untuk mengatasi kekurangan air pada Unit Ammonia dan Unit Urea selama sirkulasi, dilakukan make-up dengan menggunakan air demin dari 12-V-201 dan 12-V-211 dengan sensor level drum.
Gambar 2.4 Skema Proses Fresh Cooling Water
22
2.1.4 Unit Desalinasi Unit ini berfungsi untuk memproduksi raw condensate dengan cara memanaskan hingga air laut hingga membentuk uap air dan mengkondensasikannya. Raw condensate yang diproduksi dari unit desalinasi ini akan digunakan sebagai air umpan ke unit demineralisasi. Unit utilitas di Pabrik Kaltim-4 memiliki dua buah Unit Desalinasi. Tiap unit menghasilkan 70-80 m3/jam destilat.
Perlatan yang terdapat pada unit desalinasi adalah: 1. Flash Evaporator Tempat terjadinya penguapan air laut dan uap yang terbentuk akan terkondensasi menjadi air tawar. 2. Sea Water Heater Berupa plate Berupa plate evaporator yang berfungsi sebagai tempat untuk memanaskan air laut. Unit desalinasi Pabrik 4 terdiri dari tiga effect dengan memanfaatkan uap panas sebagai pemanas. Uap yang dihasilkan pada effect pertama dipergunakan sebagai pemanas di effect kedua. Uap yang dihasilkan pada effect kedua dipergunakan sebagai pemanas di effect ke tiga. 3. Sistem Vakum Unit desalinasi beroperasi pada tekanan vakum atau di bawah 1 atm. Peralatan untuk system vakum adalah:
Steam Jet Ejector (14-J-1-01, 14-J-1-02, dan 14-J-1-03) Digunakan mengambil udara dan gas pada flash pada flash evaporator sehingga menjadi vakum. Media penarik yang digunakan adalah Steam SM.
Vent Condensor (14-E-1/2-02 A/B) Alat penukar panas untuk mengkondensasikan steam, udara, dan gas-gas yang tidak larut . 4. Sistem Injeksi Bahan Kimia Bahan kimia (ALTREAT 400 atau Belgard 250) diinjeksikan ke air laut yang masuk untuk mencegah terjadinya scale dan mencegah terjadinya busa. Peralatan yang digunakan pada sistem injeksi bahan kimia adalah sebagai berikut :
Pompa Injeksi/Chemical Pump digunakan untuk mengalirkan/ memompakan bahan kimia dalam tangki/drum tangki/drum ke sea ke sea water inlet .
Tangki bahan kimia adalah alat alat yang digunakan untuk menampung larutan bahan kimia yang akan diinjeksikan ke air laut. 5. Pompa-pompa
Desalinated Water Pump / Pompa Destilate ( 14-P-102 A/B) ) Digunakan untuk mengalirkan air tawar hasil desalinasi (destilat) ke Tangki Penampung 15-T-101.
Blow Down Pump ( 14-P-1/2-01 A/B ) Adalah pompa yang digunakan untuk membuang air laut sisa yang tidak teruapkan menjadi destilat ke out fall . 23
Uraian Proses Air laut yang akan masuk ke Unit Desalinasi dipanaskan terlebih dahulu di Final Condenser , panas yang diserap oleh air laut di final di final condenser akan mengkondensasi uap air dari effect ketiga evaporator menjadi raw condensate. condensate. Raw condensate kemudian dipompakan ke Raw ke Raw Condensate Tank (15-T-101) melalui pompa 14-P-102A/B. Sedangkan air laut yang telah dipanaskan akan diinjeksikan dengan bahan kimia anti scale untuk selanjutnya diumpankan ke masing-masing evaporator effect . Pertukaran panas terjadi di dalam plate, plate, dimana air laut akan menerima panas dari steam dari steam dair dair sisi lain plate lain plate.. Hal ini menyebabkan air laut mengalami penguapan sebagian sedangkan steam sedangkan steam akan akan terkondensasi. Uap air yang terbentuk keluar dari plate melalui demister menuju effect berikutnya. Fungsi demister adalah untuk memisahkan droplet air laut yang yang terikut dalam uap air. Uap air yang telah bebas dari droplet akan akan menuju effect berikutnya effect berikutnya sampai ke effect ketiga. Brine atau air laut yang tidak tidak teruapkan akan dialirkan menggunakan menggunakan Brine Brine Pump (14P-1/2-01A/B) untuk di-blowdown di-blowdown.. Sedangkan gas – gas yang tida terkondensasi di Final Condenser dibuang melalui Venting (14-E-1/2-02). (14-E-1/2-02). Kualitas destilat yang dihasilkan mempunyai spesifikasi : - pH : 6,5 – 6,5 – 7,5 7,5 - Conductivity : 11 μs/cm - Ammonia nor/max : 3/15 ppm - Chloride : 2.25 ppm - Total Fe : 0.005 ppm - Total Cu : 0.03 ppm - SiO2 : 0.02 ppm - Sodium : 1.2 ppm - Potasium : 0.05 ppm - Bicarbonat : 0.6 ppm - Sulphate : 0.4 ppm - TDS : 5 ppm 2.1.5 Unit Demineralisasi Pada unit ini, Raw ini, Raw Condensate yang Condensate yang dihasilkan dari Unit Desalinasi diolah dan diproses lebih lanjut menjadi air bebas mineral (demineralized (demineralized water ). ). Demineralized water ini nantinya akan digunakan sebagai air umpan boiler. Selain dari Unit Desalinasi,raw Desalinasi, raw condensate juga berasal dari process dari process condensate dari unit amoniak dan urea serta steam serta steam condensate. condensate. Air demineralisasi mengandung sedikit kandungan ion-ion mineral (Na,K, Cl, Fe, Cu,Ba, Ca, Mg, SO4, NO3 SiO2). Kandungan ion mineral tersebut harus dikurangi karena kondisi operasi Package Boiler dan Waste Heat Boiler bekerja pada suhu tinggi. Jika kandungan ion mineral tidak dikurangi hingga batas yang ditentukan (<0,01 ppm) maka akan membentuk kerak pada kedua boiler .
24
1. Cation Exchanger (15-F-101A/B) (15-F-101A/B) Berupa bejana yang berisi resin kation. Resin akan menangkap kation yang terbawa oleh proses kondensat dari Unit Ammonia. 2. Degasifier 2. Degasifier (15-C-102) (15-C-102) Adalah bejana yang akan dilalui atau dilewati oleh proses kondensat setelah melewati Cation Exchanger. Di Degasifer gas-gas yang terlarut di dalam air akan diusir oleh aliran udara yang berhembus dari arah berlawanan. 3. Mixed 3. Mixed Bed Polisher (15-F-201A/B) (15-F-201A/B) Adalah bejana yang berisi resin kation dan anion. Resin ini akan menangkap seluruh kation maupun anion, yang terdapat di dalam raw condensate sehingga menjadi air bebas mineral (air demin). 4. Pompa-pompa - Raw Condensate Pump (15-P-201A/B) Pump (15-P-201A/B) Digunakan untuk mengalirkan air dari Tangki Raw Condensate ke Mixed Bed Polisher . - Degasifier Water Pump (15-P-101A/B) Pump (15-P-101A/B) Digunakan untuk mengalirkan air dari Tangki Degasifier Tangki Degasifier ke ke Tangki Raw Tangki Raw Condensate. Condensate. - Demin Water Pump (17-P-101A/B) Pump (17-P-101A/B) Digunakan untuk mengalirkan air dari Tangki Demin ke Deaerator dan proses air pendingin. 5. Raw 5. Raw Condensate Tank (15-T-101) (15-T-101) dan Demin dan Demin Water Tank (15-T-201) (15-T-201) Untuk menampung raw condensate dan air demin sebelum dimanfaatkan selanjutnya. 6. Blower Udara (15-K-201) Digunakan untuk mengusir gas terlarut dalam pro ses kondensat. 7. Neutralization 7. Neutralization Pond (15-T-202) (15-T-202) Kolam penampungan sementara air bekas regenerasi untuk dinetralkan terlebih dahulu sebelum dibuang ke out fall . Uraian Proses Air umpan untuk unit demineralisasi ditampung di Raw Condensate Tank . Sebelum ditampung di tangki ini, process condensate yang berasal dari unit amoniak dihilangkan terlebih dahulu kandungan ion terlarutnya terlarutnya (Fe (Fe+ dan NH4+) di Cation Exchanger . Air umpan ( process process condensate) condensate ) masuk melalui bagian atas Cation Exchanger , mengalir sepanjang bed resin penukar ion, hingga keluar melalui bagian bawah Cation Exchanger . Reaksi penukaran ion yang terjadi di caiton exchanger adalah sebagair berikut
RH+ + NH4 + OH- NH4R + H2O Pada reaksi di atas dapat dilihat bahwa ion hidrogen akan terlepas dari resin dan resin akan mengikat kation yang terlarut dalam process dalam process condensate. condensate. Resin penukar ion akan berkurang kemampuannya seiring berjalannya waktu karena mengalami kejenuhan sehingga harus diregenerasi. Parameter yang menunj ukkan bahwa resin 25
penukar ion di Cation Exchanger harus diregenerasi adalah pH dan konduktivitas kondesat yang dihasilkan. Jika pH dan konduktivitas dari kond ensat mengalami peningkatan, maka resin harus diregenerasi menggunakan larutan H2SO4 2%. Reaksi regenerasi resin kation adalah sebagai berikut: 2 NH4R + H2SO4 (NH4)2SO4 +2 RH+ Tahap – Tahap – tahap tahap regenerasi kation secara automatik adalah sebagai berikut : 1. Pencucian Balik ( sub-surface sub-surface wash) wash) Bertujuan untuk melepaskan lapisan partikel yang tak diinginkan yang mungkin terkumpul selama siklus produksi di permukaan unggun resin penukar kation. 2. Drain Pada tahap ini, air yang tertampung di penampung regeneran (collector (collector ) dibuang melalui Rinse Outlet Valve. Valve. Proses ini dibantu dengan memasukkan udara melalui Blower Pencampur Udara. 3. Injeksi Asam Air yang sudah bebas kation dan gas dimasukkan ke dalam bagian dasar tanki penukar kation oleh injeksi asam. Air ini mengalir keatas melalui unggun r esin penukar kation dan akhirnya keluar dari penampung regenerant ke kolam netralisasi. 4. Pembuangan Asam/Pembilasan Bertujuan untuk membuang sisa asam dengan menutup valve tanki outlet asam dan dibantu oleh aliran udara. 5. Pengisan Kembali Penghentian kegiatan diatas, yaitu penutupan valve-valve aliran udara dan pemasukan air/raw air/raw water. 6. Pengisian Tanki Asam 7. Pembilasan. Process condensate yang telah dibersihkan dari kation terlarut dialirkan menuju Degasifier sebelum ditampung di Raw di Raw Condesate Tank . Process condensate dialirkan dari atas degasifier dan dikontakkan dengan udara yang dihembuskan dari bagian bawah menggunakan Fan Degasifier (15-K-101A/B). Degasifier (15-K-101A/B). Degasifier dilengkapi dengan plastic dengan plastic pall ring sipaya sipaya bidang kontak uadara dengan kondensat menjadi lebih besar. Kondensat yang telah bersih dari gas terlarut kemudian dikirim ke Raw ke Raw Condensate Co ndensate Tank Tan k dengan menggunakan Degasifier menggunakan Degasifier Water Pump. Pump. Air yang diatampung di Raw Condensate Tank berasal dari unit desalinasi, process condesate yang condesate yang telah diolah di Cation Exchanger dan steam dan steam condensate. condensate. Raw condensate ini nerupakan air umpan untuk alat Mixed alat Mixed Bed Exchanger yang yang berisi resin anion dan kation untuk mengurangi kadar mineral terlarut dalam raw condesate. condesate. Reaksi yang terjadi pada Mixed pada Mixed Bed Exchanger adalah:
Resin Kation R-H + M+ Dengan:
R-M + H+
26
R-H M+ R-M H+
: Resin Kation : Kation terlarut dalam raw condensate (Na+, K +, Fe2+, Al3+) : Resin kation yang telah jenuh : Ion hidrogen yang terlepas dari resin kation
Resin Anion R-OH + A R-A + OH R-OH : Resin Kation A: Anion terlarut dalam raw condensate (SO42-, Cl-, NO33-) R-A : Resin anion yang telah jenuh OH : Ion hidrogen yang terlepas dari resin kation
Seiring berjalannya waktu, unggun resin kation dan anion akan menjadi jenuh. Resin jenuh akan mencapai total break through capacity yaitu capacity yaitu suatu kondisi dimana resin tidak dapat lagi melakukan pertukaran ion, sehingga jika resin jenuh terus diumpankan dengan raw condensate, condensate, tidak akan menghasilkan demineralized water . Saat resin sudah jenuh, maka regenerasi resin harus dilakukan. Regenerasi merupakan suatu proses untuk mengambil ion yang telah terikat pada resin dengan menggunakan asam untuk resin kation dan basa untuk resin anion. Di PT. Pupuk Kalimantan Timur, resin penukar kation diregenerasi menggunakan H2SO4 3%, sedangkan untuk regenerasi resin anion menggunakan NaOH 3%. Kontak H2SO4 dengan resin kation jenuh akan melepas ion logam yang terikat di resin kation dan melepas melepas ion hidrogen hidrogen pada asam sulfat sehingga resin kembali mengikat ion hidrogen. Begitu pula dengan resin anion jenuh, ion hidorksida pada soda caustic akan caustic akan terlepas dan anion terikat di resin juga akan terlepas selama kontak resin anion dengan soda dengan soda caustic ca ustic.. Dengan begitu, ion hidroksida akan kembali terikat dengan resin anion. Selama proses regenerasi unggun penukar ion, asam sulfat diinjeksikan dari dasar dan keluar melalui bagian tengah. Sementara caustic sebagai regeneran penukar anion diinjeksikan dari atas dan mengalir keluar pada bagian tengah. Aliran regenerant kemudian ditampung dalam kolam netralisasi. Air yang dihasilkan pada unit desalinasi ini akan ditamping pada Demineralized pada Demineralized Water Tank (15-T-201) dan siap dikirim sebagai air umpan b oiler atau sebagai make-up SCW.
27
2.1.6 Unit Power Generation Unit ini berfungsi sebagai penyedia kebutuhan listrik di Pabrik Kaltim-4. Listrik yang dihasilkan berasal dari Gas turbin Generator (GTG) ALSTHOM dengan daya maksimum yang dihasilkan sebesar 20 MW. GTG ALSTHOM merupakan packed merupakan packed power yang terdiri dari ruang control, accessories compartment , ruang turbon, reduction gear dan dan ruang generator. Selain GTG, untuk keadaan darurat, suplai listrik disediakan oleh Emergency Diesel Generator . Bahan bakar yang digunakan untuk menggerakkan turbin GTG adalah gas alam yang berasal dari Muara Badak. Sebelum digunakan sebagai bahan bakar, gas alam dipisahkan dengan kondensatnya terlebih dahulu pada Knock pada Knock Out Drum (11-V-102), kondensat gas alam adalah hidrokarbon fraksi berat dan air. Setelah dipisahkan dengan kondensatnya, gas alam dipanaskan di Gas Fuel Heater (16-E-201) untuk selanjutnya disaring untuk memisahkan gas dengan partikel pengotor menggunakan Gas Fuel Filter (16-F-201) dan digunakan sebagai ba han bagark GTG. Tekanan dan laju alir gas alam yang masuk ke GTG diatur oleh Stop/Ratio Valve (SRV) dan Gas Control Valve (GCV). SRV berfungsi untuk mengatur tekanan gas alam dan menghentikan aliran gas alam saat GTG sedang shutdown sedang shutdown,, sedangkan GCV berfungsi untuk mengatur gas alam yang masuk turbin sesuai dengan beban GTG. P erbandingan gas alam dan udara diatur melalui bukaan Inlet Guide Vane (IGV). Putaran turbin dipertahankan pada kecepatan 5100 rpm untuk mendapatkan voltage dan frekuensi yang diinginkan pada generator. Pembakaran campuran gas alam dan udara dilakukan di dalam sepuluh bu ahcombustion ahcombustion chamber berbnetuk berbnetuk silinder. Suplai udara berasal dari kompresor udara dan mengalir sepanjan sisi luar liner pembakaran, liner pembakaran, sedangkan aliran gas alam disuplai ke ruang bakar melalui nozzle. nozzle. Pada saat start saat start up, up , pembakaran awal diinisiasi oleh busi atau spark atau spark plug yang yang terdapay pada ruang bakar 1 dan 2. Ruang bakar lain akan ikut menyala setelah ruag bakar 1 dan 2 menyala karena setiap ruang bakar dihubungkan dengan cross fire tube. tube. Gas yang dihasilkan dari pembakaran kan dimanfaatkan oleh o leh turbin, dimana energy panas p anas dalam d alam gas akan dikonversi ke energy mekanik oleh turbin untuk selanjutnya dikonversi lebih lanjut menjadi energy listrik. Tenaga listrik dibangkitkan pada bagian generator karena terjadinya induksi listrik. Karakter listrik yang dihasilkan: - Output : 20 MW (max) - Power factor : 0,8 - Frekuensi : 50 Hz - Eksitasi : Brushless Exciter
Karakteristik Emergency Power : - Output : 850 kW (max), max), 525 V, 3 phase 3 phase.. - Power factor : 0,8 - Frekuensi : 50 Hz
28
- Eksitasi
: Brushless Exciter
Gambar 2.5 Gas Turbin Generator
3.1.7 Unit Steam Generation Steam yang diproduksi digunakan untuk keperluan proses maupun keperluan peralatan. Steam diproduksi oleh dua macam boiler , yaitu Package Boiler dan Waste Heat Boiler . Terdapat tiga tigkatan tekanan steam tekanan steam yaitu sebagai berikut:
1. Steam SH dengan tekanan 82 kg/cm2G dan suhu 490 C. Steam dengan tekanan ini dihasilkan oleh Package oleh Package Boiler . Selain dari Package dari Package Boiler, steam SH juga disuplai dari steam integrasi (TP-58A). Pabrik Amoniak yang memproduksi steam SHH mensuplai steam mensuplai steam SH melalui system letdown valve. valve. 2. Steam SM dengan tekanan kg/cm2G dan suhu 390 C. Steam dengan tekanan sedang ini diproduksi melalui letdown valve 17-PV-9021. Steam SM dikonsumsi oleh Pabrik Urea dan Utilitas. 3. Steam SL denag tekanan kg/cm2G dan suhu 260 C. Merupakan steam dengan tekanan rendah yang diproduksi melalui dari steam dari steam SM melalui letdown valve 17-PV9022, selain dari system letdown, letdown, steam SL juga disuplai dari exhaust gas turbin. turbin. Demineralizied water yang ditampung di Demineralized Water Storage Tank (15-T201) dikirim ke Deaerator ke Deaerator Utility (17-V-201) dan Dearator dan Dearator Ammonia (1-V-601). Air demin yang beraslal dari Dearator dari Dearator utility digunakan sebagai air umpan boiler , sedangkan air demin setelah diproses di Dearator Ammonia Ammonia selain digunakan sebagai air umpan boiler juuga digunakan sebagai quench water . 29
Fungsi dearator adalah untuk menghilangkan gas-gas terlarut pada air demin. Gas terlarut seperti oksigen dapat menyebabkan korosi pada boiler. Air demin masuk melalui bagian atas deaerator dengan system spray dan dikontakkan dengan steam secara countercurrent . Setelah dikontakkan dengan steam dengan steam,, air demin kemudian ditampung dalam Storage Drum (17-V-101), Drum (17-V-101), dimana larutan hidrazin diinjeksikan ke dalam Storage Drum unuk Drum unuk mengikat sisa oksigen yang terlarut melalui reaksi berikut: N2H4 + O2
N2
+ 2H2O
Kandungan oksigen outlet Deaerator didesain <0,007 ppm. Sebelum dialirkan ke Package Boiler dan dan Waste Heat Boiler , air demin diinjeksikan dengan amoniak untuk mempertahankan pH air demin antara 8,5-9,5. Jika pH air demin terlalu tinggi maka akan menimbulkan busa. Perlakuan terakhir sebelum air demin dialirkan ke boiler adalah treatment phosphate. phosphate. Larutan fospat digunakan untuk mencegah terbentuknya kerak, larutan fospat akan berreaksi dengan komponen-komponen kerak dan melunakkan air demin. Reaksi larutan fospat dan kesadahan dalam air adalah sebagai berikut: 2Na3PO4
+ 3Ca(HCO3)2
Ca3(PO4)2
2Na3PO4
+ 3Mg(HCO3)2
Mg3(PO4)2
6NaHCO3
+ 6NaHCO3 + 6NaHCO3
3Na 2CO 3 + 3CO 2 + 3H 2O
Kualitas air demin sebagai umpan boiler adalah sebagai berikut: pH
: 8,5 s.d. 9,5
Oksigen Terlarut
: maks 0,007 ppm
Kondiktivitas
: maks 0,2 µs/cm
Silika sebagai SiO2
: maks 0,02 ppm
Total Cu
: maks 0,003 ppm
Total Fe
: maks 0,02 ppm
30
Gambar 2.6 Skema Proses Deaerator
Package Boiler didesain untuk produksi superheated produksi superheated steam dengan tekanan 82 kg/cm2G dan suhu 490 C berkapasitas 100 ton/jam untuk dipergunakan sebagai penggerak steam Awalnya, steam yang diproduksi oleh Package oleh Package Boiler adalah saturated adalah saturated steam dengan turbin. turbin. Awalnya, steam steam dengan tekanan 86,1 kg/cm2G dengan suhu 300 C, saturated C, saturated steam dihasilkan dari proses evaporasi dalam Steam Drum (17-H-401). Saturated steam kemudian dikirim ke Primary ke Primary Superheater dimana steam dipanaskan hingga suhu 401 C, setelah proses desuperheating steam, steam, kemudian dikirim ke secondary ke secondary Superheater dimana suhu steam suhu steam dianikkan lagi menjadi 490 C
Waste Heat Boiler (WHB) memanfaatkan panas buangan daru Gas Turbin Generator sebagai bahan bakar ditambah pemanasan system burner . Agar batasan komponen kerak dan alakalinitas pada air boiler dapat dipertahankan, sebagian air boiler dalam Steam Drum diDrum di-blowdown blowdown.. System blowdown dijalankan melalui dua jenis rate yaitu continuous blowdown dan intermittent blowdown sebesar blowdown sebesar 2% dan 3% dari rate maksimum produksi steam produksi steam.. Continous blowdown akan blowdown akan menuju Blowdown menuju Blowdown Drum (17-H-401Drum (17-H-401V1) dimana di dalam alat ini akan terbentuk steam terbentuk steam flash untuk dimanfaatkan sebagai steam sebagai steam SL, sedangkan sisa air yang di-blowdown di-blowdown dialirkan ke Blowdown ke Blowdown Tank (17-H-401-T1) setelah sebelumnya didinginkan di Blowdown Cooler (17-E-201). Sedangkan pada intermittent blowdown, blowdown, seue flash steam yang dihasilkan langsung dibuang ke atmosfer dengan perimbanhan sebagai berikut:
Fluktuasi rate steam flash
Jumlah sangat kecil
Kualitas rendah
31
Gambar 2.7 Package Boiler
Gambar 2.8 Waste Heat Boiler
2.1.8 Unit Instrument Air dan Plant Air Di dalam pabrik ada 3 jenis udara yang diistilahkan berdasarkan fungsinya yaitu udara proses ( process process air ), ), udara pabrik ( service service air ), ), dan udara instrumen (instrument (instrument air ). ). Unit ini berfungsi menyediakan udara pabrik dan u dara instrumen. Kegunaan dari udara pabrik adalah sebagian besar untuk pembersih, sedangkan se dangkan udara instrumen yang merupakan udara kering berfungsi untuk menggerakkan instrumen. 32
Kondisi operasi sistem udara pabrik adalah sebagai berikut : 1. Service Air Tekanan
: 8 kg/cm2G
Temperatur
: 50 C
Kualitas
: oil free
o
Kebutuhan : Unit utilitas
: 2277 Nm 3/jam (Instrument Air dan N 2 Generator)
Unit urea
: 325 Nm /jam (max 600 Nm /jam)
Unit ammonia
: 0 Nm /jam (max 600 Nm /jam)
3
3
3
3
2. Instrument Air Tekanan
: 7 kg/cm2G
Temperatur
: 50 C
Kualitas
: oil free
o
Kebutuhan : 3
Unit Utilitas
: 157 Nm /jam
Unit Urea
: 190 Nm /jam
Unit Ammonia
: 330 Nm /jam
3 3
3. Nitrogen Gas Tekanan
: 7 kg/cm2G
Temperatur
: ambient + 5 C
o
Kualitas : N2 (termasuk Ar)
: min 99,9 % vol
O2
: max 1000 ppm vol
Impurities oil
: max 0,001 ppm vol
Particulate Kebutuhan :
: max 10 microns
Unit Utilitas
: 15 Nm /jam
Unit Urea
: 30 Nm /jam
Unit Ammonia
: 200 Nm /jam
3 3
3
2.1.8.1 Sistem Service Air (Udara (Udara Pabrik) 33
Unit Udara Pabrik adalah unit yang mengontrol penyediaan udara pabrik dan udara instrumen untuk kebutuhan Pabrik Utility, Ammonia, dan Urea. Kegunaan udara pabrik diantaranya untuk : pembersihan penyaring udara pada gas turbin, untuk urea seeding di di Pabrik Urea, Utility Station, Station, dan untuk bahan baku udara instrument. Pada kondisi normal operasi, udara pabrik disuplai dari Process dari Process Air Compressor Compressor (1-K (1-K421) di Pabrik Amoniak, kemudian dialirkan ke Air ke Air Receiver (18-V-101). (18-V-101). Pada phase Pada phase 1, 1, udara pabrik disuplai dari Pabrik POPKA (TP -55) atau dari Pabrik II (TP-75), (TP-75), bila tidak mencukupi, udara pabrik dapat disuplai dari Emergency Air Compressor (18-K-101). Air Receiver dilengkapi dengan sebuah drain trap trap untuk membuang kondensat yang kemungkinan terkondensasi sepanjang line dari kompresor. Udara pabrik ditampung dalam Air dalam Air Receiver dan dan didistribusikan ke user – user – user user melalui header distribusi udara pabrik. Apabila tekanan udara pabrik turun sampai dibawah set dibawah set point , maka secara otomatis disuplai dari Emergency dari Emergency Air Compressor yang yang digerakkan oleh mesin diesel. Pada system Emergency system Emergency Air Compressor , udara melewati Air melewati Air Filter kemudian kemudian masuk ke suction ke suction kompresor kompresor dan dinaikkan tekanannya, kemudian didinginkan dalamintercooler dalam intercooler dan dan aftercooler . Udara yang telah didinginkan pada aftercooler dimasukkan dimasukkan ke Air ke Air Receiver (18 (18V-101). 2.1.8.2 Sistem Instrument Sistem Instrument Air Unit udara instrumen adalah unit yang memproses udara pabrik menjadi udara instrumen dan berfungsi sebagai penggerak valve pengontrol ), valve pengontrol tekanan ( pressure pressure control valve control valve), pengontrolan aliran ( flow flow control valve), valve), pengontrol oil untuk speed control turbin-turbin, pengontrol level (level (level control valve), valve), dan alat kontrol lainnya. Service air melalui prefilter melalui prefilter masuk masuk ke Alat Pengering Udara (18-D-201A/B) dimana moisture content diturunkan sampai dew point – 40 40 C pada tekanan 7 kg/cm2G. Alat pengering udara ini bertipe pressure bertipe pressure swing heatless yang heatless yang terdiri atas dua buah vessel berisi desiccant/pengering. Pada kondisi operasi normal, satu vessel beroperasi dan yang lain standby/regenerasi. standby/regenerasi. Udara bertekanan memasuki Air memasuki Air Dryer pada inlet yang bertekanan dan mengalir melalui sebuah kolom pengeringan udara. Aliran yang keluar dari Air Dryer ini dipisahkan dan sebagian besar digunakan sebagai udara instrument, sebagian sisanya diturunkan tekanannya ke tekanan atmosfer dan digunakan untuk backwash kolom backwash kolom pengering yang lain. Regenerasi desiccant dilakukan dengan menggunakan udara kering kering yang ada tanpa penambahan panas. Valve Air Dryer ini ini aktif secara bergantian kurang lebih 3 menit sehingga pengeringan dan regenerasi bergantian diantara kedua k edua kolom dan secara kontinyu k ontinyu selalu ada aliran udara kering yang bertekanan dari sistem. Setelah melewati after-filter , udara kering sebagai instrument air didistribusikan ke user user melalui melalui line header distribusi – user Udara yang digunakan sebagai udara instrumen dijaga agar uap air yang masih ada di dalam udara instrument instrument tidak tidak terkondensasi terkondensasi sepanjang tube dan tube dan alat instrumentasi. Hal ini untuk mencegah malfungsi dan menyebabkan korosi sepanjang peralatan yang dilaluinya. 34
2
Udara instrumen mempunyai tekanan 7 – 8 kg/cm dan dew point – – 40 40 C sehingga diharapkan tidak terjadi kondensasi uap air di dalam sistem. Untuk mengurangi kandungan uap air tersebut umumnya dipakai adsorbent/dessicant adsorbent/dessicant seperti Activated seperti Activated Alummina atau Alummina atau Silica Gel . Unit untuk penyerapan uap air di dalam udara ini disebut Instrument disebut Instrument Air Dryer Unit , dimana 1 unit beroperasi dan 1 unit lagi regenerasi atau stand-by atau stand-by.. Instrument Air Dryer Unit yang yang beroperasi dalam waktu tertentu akan mengalami kejenuhan di desiccant-nya, desiccant-nya, sehingga perlu dilakukan regenerasi untuk mengembalikan dari kondisi jenuh ke kondisi awal operasi. Peralatan utama pada unit pabrik dan udara instrumen adalah : 1. Air Receiver (18-V-101) (18-V-101) Berupa silinder yang berfungsi menampung udara yang disuplai dari Inter Stage Kompresor Udara Pabrik Ammonia ataupun dari Kompresor Emergensi Udara Pabrik Utility. 2. Air Dryer (18-Z-101 (18-Z-101 A/B) Terdiri dari 2 unit, berfungsi untuk menghilangkan uap air yang ada di dalam udara. Di dalam alat ini dilengkapi pre dilengkapi pre filter , after filter yang yang berfungsi untuk menyaring debudebu, minyak/oil dan kotoran (partikel) lainnya serta dilengkapi tabung berisi zat pengering (desiccant (desiccant ) yang berfungsi untuk menyerap uap air di dalam udara. Sebagian bahan penyerap dipakai Activated Alumina Alumina yang berbentuk granular putih dengan ukuran 2 - 4 mm, kapasitas penyerapan 250 gr H2O/kg desiccant 3. Emergensi Udara Kompresor Berfungsi mensuplai kebutuhan udara pabrik apabila sumber utamanya terhenti atau tekanan udara pabrik dibawah batas minimum. minimum. Alat ini terdiri dari kompresor udara, filter inlet udara, inter cooler , lube oil system, system, fuel oil system, dan dan diesel engine. engine. Emergensi udara kompresor bisa dijalankan secara manual ataupun secara otomatis.
35
2.1.9 Unit Nitrogen Generator Gas nitrogen diproduksi dari udara pabrik dengan menggunakan adsorbent, yang disebut
MSC ( Molecular Molecular Sieving Carbon). Carbon). Sebelum masuk ke Adsorber Tank, udara pabrik disaring di Pre-filter di Pre-filter (18-Z-301-F1 (18-Z-301-F1 A/B) dengan tujuan menghilangkan debu serta untuk drain air dari udara pabrik ini. Kemudian udara masuk ke Adsorber Tank (18-Z-301-T1 A/B) yang terdiri dari dua kolom adsorber. Pada bagian bawah berisi desiccant untuk menyerap kadar air di dalam udara pabrik sedangkan bagian atas berisi MSC yang berfungsi men yerap oksigen lebih cepat daripada nitrogen. Sebagai hasilnya oksigen dipisahkan dari udara dan nitrogen dengan konsentrasi tinggi keluar dari adsorber masuk ke Nitrogen Receiver Tank (18-Z-301-T2) yang selanjutnya didistribusikan ke user-user di Unit Utilitas, Ammonia, dan Urea. Adsorber diregenerasi dengan cara diturunkan tekanannya ke tekanan atmosfer dan melepaskan gas-gas yang telah diadsorb pada tahap sebelumnya. Header untuk Pabrik 4 dilengkapi fasilitas tie-in tie-in dengan Header Existing POPKA.
2.1.10 Unit Urea Formaldehyde Concentrate 2.1.10.1 Bahan Baku Unit UFC-85 berfungsi menghasilkan Urea Formaldehyde Concentrated 85 85 % untuk meningkatkan strength strength dan menghindari caking urea granul pada unit granulation.
Formaldehyde dihasilkan dari sintesa antara methanol (CH3OH) dengan oksigen (O2) yang berasal dari udara dengan bantuan katalis Ferry katalis Ferry Molbdate Molybdenum Oxide. Oxide. Sedangkan urea formaldehyde dihasilkan dari sintesa formaldehyde dengan urea. Bahan baku utama yang digunakan dalam proses produksi urea foraldehyde urea foraldehyde adalah:
Metanol
: 99,85% berat
O2
: 21% volume (dari udara)
Urea (NH2CONH2) : 65% berat Unit UFC-85 ini akan menghasilkan produk urea formaldehyde dengan spesifikasi sebagai berikut:
Formaldehyde
: 60% berat mineral
Urea
: 25% berat mineral
Metanol
: 0,2% maks
Asam Formiat : 0,05% maks. Peralatan-peralatan yang digunakan di Unit Urea Formaldehyde Urea Formaldehyde 1. Tangki Metanol (2-T-705) Sebagai tempat penampungan methanol sebeum dipompakan ke Reaktor Kapasitas: 20,5 m3 2. Pompa Feed Pompa Feed Metanol (2-P709A/B)
36
Untuk mengalirkan methanol dari Tangki 2-T-705 ke Methanol ke Methanol Evaporator (2-E701) Kapasitas : 7,88 m3/jam Head : 65 meter. 3. Methanol 3. Methanol Evaporator (2-E-701) (2-E-701) Penukar panas untuk menghasilkan methanol dalam fase uap. Sumber anas yang digunakan adalah saturated adalah saturated steam steam bertekanan 0,4 kg/cm2G dengan suhu 110 C. Tekanan da suhu normal di 2-E-701 adalah 1 kg/cm2G dan 84 C. 4. Circulation Blower (2-K-701) (2-K-701) Berfungsi untuk mensirkulasikan recycle gas dengan laju alir 3800 Nm3/jam, tekanan discharge 0,406 kg/cm2G. 5. Air 5. Air Filter (2-F-701) (2-F-701) Sebagai penyaring fresh air sebelum masuk ke Recirculation Blower . Dengan kapasitas 1370 Nm3/jam udara, efisiensi alat ini mencapai 96%. 6. Recycle 6. Recycle Gas Separator (2-V-701) (2-V-701) Berfungsi untuk memisahkan kondensat daru aliran gas ke inlet Blower inlet Blower 2-K-701. 3 Kapasitas : 0,72 m Tekanan : 2,5 kg/cm2G (desain) Suhu : 100 C (desain) 7. Process 7. Process Gas Heater (2-E-702) (2-E-702) Berfungsi untuk memansakan process memansakan process gas dari suhu 88 C menjadi 200 C sebelum masuk Formaldehyde masuk Formaldehyde Reactor . Pemanas yang digunakan adalah oil penukar penukar panas. 8. Reaktor Formaldehyde Reaktor Formaldehyde (2-R-701) (2-R-701) Reaktor ini berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi pembentukan formaldehyde pembentukan formaldehyde.. Dengan reaksi utama sebagai berikut: CH3OH + ½ O2 HCHO + H2O + Q Selain reaksi utama, pada reaktor juga terjadi reaksi samping pembentukan asam formiat: HCHO + ½ O2 HCOOH CO + H2O 9. Oil Separator ( 2-V-702) Untuk memisahkan uao air dan oli setelah keluar dari reaktor. Uap keluar separator keluar separator berkontak dengan oli yang terkondensasu di dalam tumpukan ring untuk menjenuhkan uap oli dengan sempurna. 10. Tail Gas Heater (2-E-710) (2-E-710) 11. Oil Vent Condensor (2-E-704) 12. Start-Up Oil Pump (2-P-702) 13. Oil Tank (2-T-702)
Uraian Proses 37
Cairan methanol dipompa dari Methanol Tank (2-T705) ke Methanol Evaporator (2-E701) menggunakan salah satu dari dua Methanol Feed Pump (2-P-709 A/B). Methanol Evaporator bertipe kettle heat exchanger , dimana panas penguapan methanol berasal dari steam yang mengkondensasi. Kemudian gas methanol dikirim ke proses dan dicampur dengan udara serta recycle gas yang gas yang disirkulasikan oleh blower 2-K-701. Flow recycle gas dan gas dan makeup aliran up aliran udara dihisap melalui Filter Udara 2-F-701 A/B. C ampuran reaksi udara, recycle gas, dan methanol mempunyai kandungan methanol 9 % mol dan kandungan oksigen 10 % mol. O
Campuran reaksi dipanaskan sebelumnya sampai 200 C dalam Process Gas Heater 2-E-702 menggunakan panas kondensasi oil penukar panas sebelum memasuki Reaktor Formaldehyde 2-R-701. Preheater gas masuk ke Reaktor Formaldehyde melalui 2153 tube berisi katalis logam oksida Topsoe tipe FK-2 dengan tinggi katalis 1040 mm. Reaksi methanol menjadi formaldehyde merupakan reaksi oksidasi katalitik dengan mekanisme sebagai berikut : CH3OH + ½O2
HCHO
+ H2O
Sebagian kecil formaldehyde yang terbentuk mengalami oksidasi lebih lanjut menjadi asam formiat sedangkan sebagian terpecah lagi menjadi karbon monoksida dan air, mengikuti reaksi samping berikut : HCHO + ½O2
HCOOH
CO + H2O
Selain itu terbentuk dimetil eter dalam jumlah kecil. Reaksi diatas adalah reaksi yang sangat eksotermis maka untuk menjaga kondisi suhu optimum dan membatasi pembentukan reaksi samping, panas reaksi harus diambil selama reaksi berlangsung dengan oil penukar panas yang mengalir secara gravitasi pada shell pada shell side menara. Oli penukar panas adalah oli dengan panas yang stabil berfungsi untuk menyerap panas reaksi melalui pendidihan. Tekanan didih oli penukar panas yang dipilih adalah moderat dalam keseluruhan kisaran suhu operasi antara 0,2 - 1,2 kg/cm2G Setelah keluar reaktor ada kecenderungan terjadi pembentukan asam formiat di seluruh permukaan logam yang dilalui gas hasil. Kemungkinan ini dapat diminimalkan dengan menggunakan stainless steel , meminimalkan area permukaan, dan meminimalkan suhu o
permukaan gas hasil reaktor, bila temperatur mencapai 285 C, maka harus didinginkan o
menjadi 130 C dalam Waste Heat Boiler 2-E-703. Formaldehyde yang terbentuk akan diserap oleh larutan urea dalam Formaldehyde Absorber (2-C-701). Bagian bawah Formaldehyde Absorber terdiri atas 2 tumpukan packing ( packed packed bed ) yang masing masing –masing dilengkapi dengan 2” packing slot ring stainless ring stainless steel . Bagian atas absorber dilengkapi dengan 12 valve 12 valve cap trays dan sebuah packed sebuah packed bed pada bed pada puncaknya. Absorber didesain untuk menyerap aliran gas dari bagian depan denganturn denganturn down capacity (kapasitas produksi kontinyu minimum) kira – kira kira 50% dari kapasitas desain. Sistem absorbsi seluruhnya dibuat dari stainless dari stainless steel untuk untuk mencegah korosi dan untuk memperoleh kemurnian maksimal dari produk. Dengan pertimbangan yang sama, semua bagian peralatan antara reaktor dan absorber yang berhubungan dengan aliran gas reaktor dan 38
cold recycle gas line dari absorber ke resirkulator juga terbuat dari stainless dari stainless steel . Peralatan selain yang disebutkan di atas terbuat dari d ari carbon steel . Sebagian besar dari formaldehyde yang terserap adalah formaldehyde yang disirkulasikan pada bed paling bawah. Formaldehyde yang lolos dari bed paling bawah akan diserap dalam packed dalam packed bed di di atasnya atau di tray section pada section pada absorber. Pada tray section, section, gas dicuci dengan larutan urea encer yang ditambahkan pada tray keempat dari puncak dan dengan air murni di 3 tray teratas. Panas sensibel dan laten pada aliran gas keluar reaktor diambil oleh pendingin – pendingin sirkulasi yang mendinginkan larutan dalam bed atas dan bawah. Produk yang terbentuk oleh absorbsi formaldehyde dengan larutan urea, tergantung pada parameter berikut : a. pH larutan Untuk mencegah presipitasi senyawa urea-formaldehyde dengan molekul besar maka pH larutan sebaikn ya mendekati mendek ati 7. Oleh karena k arena itu, hasil samping reaksi yang mengandung me ngandung asam formiat harus dinetralkan secara terus menerus dengan larutan NaOH. Larutan ini ditambahkan ke dalam kedua loop sirkulasi dengan Dosing Pump 2-P-706 A/B/C, yang dikontrol secara otomatis oleh pH Controller. Dibawah kondisi ini, absorbsi akan menghasilkan produk tambahan urea formaldehyde dengan berat molekul rendah. Reaksi pembentukan urea – formaldehyde formaldehyde adalah sebagai berikut : I.
2 NH2CONH2 + HCHO NH2CONHCONHCONH2 methyloldiurea
II.
NH2CONH2 + HCHO
HOCH2 NHCONH2 methylol urea
III
NH2CONH2 + 2 HCHO
HOCH2 NHCONHCH2OH
dimethylol urea Bila pada dasar absorber terjadi kelebihan formaldehyde maka reaksi No. III akan mendominasi, sedangkan pada bagian tray dari da ri kolom, dimana urea berlebih maka reaksi No.I akan mendominasi. Pada kondisi asam sejumlah reaksi yang tidak diinginkan akan terjadi. Salah satu reaksinya adalah sebagai berikut : NH2CONH2 + HCHO
NH2CON:CH2
+ H2O
methylene urea Dalam kondisi sedikit asam, kondensasi-kondensasi di atas akan menyebabkan pembentukan resin transparan yang kompleks, tetapi dengan adanya asam kuat, produk – produk yang terkondensasi terkondensasi yang tidak dapat melarut tersebut akan langsung terpisah ke bawah dari campuran urea. Karena parameter penting adalah pH, maka harus dimonitor bukan hanya dalam sirkulasi loop, tetapi juga pada beberapa tray teratas. Lebih jauh lagi mengingat resiko pembentukan asam formiat mengikuti reaksi Canizzaro : IV
2HCHO + H2O CH3OH + HCOOHs
b. Rasio urea / formaldehyde 39
Bila rasio molar urea formaldehyde lebih besar dari 1 : 4 maka larutan cenderung keruh, dan setelah beberapa jam / hari akan mengendap. Produk UFC-85 memiliki rasio 1 : 4,8 sehingga resiko terbentuknya kekeruhan dapat dikurangi. Pada sirkulasi absorber yang paling bawah, dimana komposisi cairan sudah mendekati produk dan dimana sebagian besar formaldehyde telah terserap, maka tidak ada resiko kekeruhan terbentuk. Pada bagian tray teratas dari absorber, dimana rasio molar urea dan formaldehyde lebih besar daripada 1 : 4, resiko terbentuknya kekeruhan tidak dapat dihindari. Untuk mengatasi hal ini maka waktu tinggal pada tray section harus dibatasi kurang daripada satu jam. Rasio urea formaldehyde 1 : 4,8 sehingga akan terbentuk sisa formaldehyde yang disebut free formaldehyde. free formaldehyde. Konsentrasi free Konsentrasi free formaldehyde formaldehyde ini bisa lebih ataupun kurang tergantung pada konsentrasi formaldehyde pada larutan encer. c. Konsentrasi produk Produk dengan konsentrasi tinggi mempunyai kandungan air yang rendah. Semakin tinggi konsentrasi produk maka semakin rendah pula tekanan u ap airnya. Sehingga suhu harus dinaikkan untuk memperoleh produk dengan konsentrasi yang lebih tinggi, dimana uap air akan diserap kembali dari gas. Hal ini dimungkinkan melalui pengaturan suhu larutan masuk bed teratas oleh Temperatur Controller TICA-7026 yang mengatur pendinginan yang dibutuhkan oleh Sirkulasi Pendingin 2-E-707. Suhu untuk menghasilkan larutan produk 85% adalah 60-65°C. Karena jumlah produk yang terakumulasi dalam absorber besar maka response time yang dibutuhkan untuk perubahan konsentrasi akan semakin besar. Sisa formaldehyde yang tidak terserap akan dihilangkan pada packed pada packed bed teratas, dimana gas didinginkan melalui kontak dengan kondensat yang disirkulasi oleh pompa 2-P-703 A/B dan pendingin 2-E-709. S isa kondensat dari gas (sisa air) dibuang dari absorber melalui overflow dan dikirim ke battery limit . Kandungan air dalam gas mempengaruhi suhu gas keluar tray section. section. Hal ini dapat diatur melalui neraca massa air sederhana. Neraca massa air ini menunjukkan bahwa selalu terjadi kelebihan air dalam absorber. Konsentrasi larutan urea yang masuk pada tray ke empat juga mempunyai pengaruh terhadap suhu dalam absorber. Temperatur akhir diatur sekitar sekitar 60° C, dimana pada suhu ini penyerapan masih berlangsung efektif karena urea dapat bereaksi dengan formaldehyde meskipun tekanan kesetimbangan formaldehyde sangat rendah. Produk urea formaldehyde mengandung asam formiat yang ternetralkan sekitar 0,05% berat. Produk didinginkan dalam d alam UF Product Cooler 2 -E-712 sebelum dipindahkan ke tangki harian 2-T-704 atau ke tangki penyimpanan. Pada kondisi normal sebagian besar gas yang keluar dari puncak absorber direcycle direcycle ke ke front end oleh Recirculation Blower 2-K-701. Gas sisa yang juga disebut tail disebut tail gas, gas, dibuang ke atmosfer. Untuk meminimalkan polusi, tail gas dilewatkan gas dilewatkan dalam suatu catalytic incenerator dimana semua gas yang dapat terbakar diubah menjadi karbondioksida dan air. Tail gas dipanaskan sampai 250
°
C dalam Tail Gas Heater dengan oli penukar panas yang
mengkondensasi, kemudian melewati katalis incinerasi Topsoe Monolitik CKM-22 di dalam 2-R-702. Di dalam 2-R-702 temperatur gas naik menjadi 420-480
°
C karena panas 40
pembakaran. Tail gas yang gas yang yang tidak terbakar kemudian dibuang ke atmosfer. 2.1.11 Unit Nitrogen(N 2 ) Generator Gas nitrogen diproduksi dari udara pabrik dengan menggunakan adsorbent, yang disebut MSC ( Molecular Molecular Sieving Carbon). Carbon). Sebelum masuk ke Adsorber Tank, udara pabrik disaring di Pre-filter (18-Z-301-F1 A/B) dengan tujuan menghilangkan debu serta untuk drain air dari udara pabrik ini. Kemudian udara masuk ke Adsorber Tank (18-Z-301-T1 A/B) yang terdiri dari dua kolom adsorber. Pada bagian bawah berisi desiccant untuk menyerap kadar air di dalam udara pabrik sedangkan bagian atas berisi MSC yang berfungsi men yerap oksigen lebih cepat daripada nitrogen. Sebagai hasilnya oksigen dipisahkan dari udara dan nitrogen dengan konsentrasi tinggi keluar dari adsorber masuk ke Nitrogen Receiver Tank (18-Z-301-T2) yang selanjutnya didistribusikan ke user-user di Unit Utilitas, Ammonia, dan Urea. Adsorber diregenerasi dengan cara diturunkan tekanannya ke tekanan atmosfer dan melepaskan gas-gas yang telah diadsorb pada tahap sebelumnya. Header untuk Pabrik 4 dilengkapi fasilitas tie-in tie-in dengan Header Existing POPKA. 2.2. PABRIK SINTESIS AMONIAK KALTIM-4 Produksi amoniak di Pabrik Amoniak Kaltim-4 dirancang untuk dapat memproduksi amoniak cair dalam dua kapsitas yaitu: 1. 1000 MTPD : Kapasitas produksi Pabrik tanpa Hidrogen tanpa Hidrogen Recovery Unit (HRU). Purge gas, letdown gas dan inert gas digunakan di gunakan sebagai bahan bakar b akar (fuel) untuk seksi reforming. 2. 1180 MTPD : Kapasitas produks Pabrik dengan ada recycle hidrogen dari HRU. Purge gas, letdown gas dan inert gas dikirim ke HRU yang berlokasi di Kaltim-2
Amoniak cair digunakan sebagai umpan di Pabrik Urea Kaltim-4 atau disimpan di Ammonia di Ammonia Storage, Storage, sedangkan CO2 sebagai hasil samping dari proses pemurnian gas alam di Pabrik Amoniak Kaltim-4 digunakan untuk bahan baku pembuatan Urea. Proses produksi amoniak yaitu dengan cara mereaksikan gas hidrogen dan nitrogen dengan perbandingan 3:1. Gas hidrogen disuplai dari hidrokarbon yang terdapat dalam gas alam, sedangkan gas nitrogen diambil dari udara bebas. Pabrik Amoniak Kaltim-4 menggunakan lisesnsi proses Haldor-Topsoe A/S dari Denmark. Lisesnsi proses ini dirancang berdasarkan prinsip sintesis amoniak dengan proses Haber-Bosch berlangsun dalam fase gas adalah sebagai berikut: N2(g) + H2(g) NH3(l) ↔
41
Secara sederhana, proses sintesis amoniak dapat dilihat pada blok diagram di bawah ini:
Produk utama yang diproduksi di Pabrik Amoniak Kaltim-4 adalah amoniak cair dengan spesifikasi sebagai berikut:
Komposisi o Ammonia o Moisture Kandungan minyak o Gas tak terlarut o
: min 99,9% : maks 0,1% : maks 5 ppm berat : maks 500 ppm
Sifat Fisik dan Kimia o
Titik beku (1 atm)
: -77,7 C
o
Titik didih (1 atm)
: -33 C
Titik nyala Bata ledakan dalam udara Berat molekul
: 850 C : 16-25% volume : 17,03 gr/grmol
o
Suhu kritis Tekanan kritis
: 133 C : 11,425 kPa
o
Triple point
: -77,7 C, pada 6,1 kPa abs
Massa jenis (0 C, 1 atm) Specific gravity
: 0,771 kg/ m3 : 0,597
o o o o
o o
Pada suhu kamar, amoniak berupa gas tidak berwarna, mempunyai bau tajam, dapat menyebabkan mata berair dan dalam konsentrasi tinggi dapat menyebabakan sesak nafas. Selain amoniak cair sebagai produk utama, Pabrik Pab rik Amoniak Kaltim-4 juga memproduksi gas CO2 sebagai produk samping dengan spesifikasi sebagai berikut:
Komposisi CO2 o Air o o Nitrogen Hidrogen o Sulfur o o CH4, CO, Ar
: min 99,0% volume : jenuh : maks 0,2% volume : maks 0,8% volume : pada dasarnya nol, maks 1ppm vol : maks 0,01% 42
Kondisi outlet CO2 separator Pabrik Amoniak Tekanan : min 0,8 kg/cm2G o o
Suhu
: maks 40 C
Sifat Fisik dan Kimia Berat Molekul o o o
Titik Kritis Kerapatan Gas
: 44,01 gr/grmol : 31 C dan 72,8 atm : 1,8 kg/m3
Pada suhu kamar, berupa gas tidak berwarna dan tidak b erbau, tidak beracun tetapi dapat menimbulkan sesak nafan akibat kekurangan oksigen. 2.2.1 Seksi Desulfurisasi Gas alam sebagai bahan baku pembuatan amoniak harus dihilangkan kandungan sulfurnya. Kandungan sulfur pada gas alam dapat meracuni katalis di Primary di Primary Reformer dan Low Temperature Shift Converter . Kandungan sulfur dalam gas alam sebanyak 50 pp m terdiri dari sulfur organik dan sulfur anorganik. Oleh karena itu, pada Seksi desulfurisasi gas alam dilakukan dalam dua tahap yaitu langkah pertama dilakukan di Hidrogenator (1-R-201) dan langkah kedua dilakukan di (1-R-202). Sulphur Adsorber (1-R-202). Bahan baku gas alam memiliki me miliki komposisi sebagai berikut: Tabel 3.1. Komposisi Umpan Gas Alam Komposisi CH4 C2H6 n-C4H10 n-C5H12 C6H14 CO2 N2 S (H2S) Moisture
Desain 83,72 % 5,40% 0,62% 0,14% 0,12% 6,13% 0,08% 5 ppm 20 lb/MMSCF
Minimum 80,23% 3,48% 0,34% 0,55% 0,12% 0,09% 2,64% 0,01%
Maximum 90,05% 6,58% 0,73% 0,87% 0,19% 0,29% 10% 0,11%
43
Berikut ini adalah skema proses desulfurisasi gas alam yang terdapat pada Pabrik Kaltim-4 PT. Pupuk Kalimantan Timur.
Hidrogenator Sebelum gas alam masuk ke Hidrogenator , gas alam dari sumber dipisahkan dulu dengan kondensatnya di Knock di Knock Out Drum¸ adanya Drum¸ adanya kondensat dalam aliran gas alam dapat merusak sudu kompresor gas alam 1-K-411. Setelah dipisahkan dengan kondensatnya, gas alam dikompresi hingga tekanan 43 Kg/cm²G untuk selanjutnya dipanaskan di Feed di Feed Gas Preheater 1-E-204B dengan media pemanas flue pemanas flue gas dari convection section di Primary di Primary
Reformer dampai dampai suhu 330 C. Pemanasan awal ini bertujuan supaya suhu input gas gas alam sudah sesuai dengan suhu optimal katalis di Hidrogenator di Hidrogenator . Gas hidrogen ditambahkan ke aliran gas alam sebelum pemanasan awal. Fungsi utama dari Hidrogenator dari Hidrogenator adalah untuk mereaksikan sulfur organik yang terdapat pada gas alam dengan gas hidrogen agar membentuk H2S. Katalis pada Hidrogenator berbasis Cobalt-Molybdenum dan Cobalt-Molybdenum dan aktif pada kondisi kondisi sulphided sulphided (TK-250). Katalis CoMo ini berisfat phyrophoric saat kondisi aktif sehingga tidak boleh kontak dengan udara bebas pada suhu di atas 70 C. Selain katalis CoMo, pada Hidrogenator pada Hidrogenator juga juga terdapat katalis C72 berbasis ZnO untuk menyerap sukfur anorganik. Katalis CoMo diletakkan di bagian atas Hidrogenator sedangkan katalis ZnO diletakkan di bawahnya. Data Katalis TK-250 : Size, mm : 5 Ring o Particle Size, o Catalist Initially Charged : 11,5 m3 o Catalist Delivered : 11,85 m3 : 2,5 year o Life Time o
Temperature
: 225 C – 450 450 C
44
Reaksi katalis TK – TK – 250 250 adalah sebagai berikut ( P=42 Kg/cm²G, T=330 C) RSH + H2 ↔ RH + H2S R 1SSR 2 + 3 H2 ↔ R 1H + R 2 H + 2H2S R 1SR 2 + 2 H2 ↔ R 1H + R 2H + 2H2S (CH)4S +4 H2 ↔ C4H10 + H2S COS + H2 ↔ CO + H2S Dimana: R : Hidrokarbon Radical RSH : CH4S Methyl Merchaptane R 1SSR 2 : C2H6S2 Metyl Desulfied R 1SR 2 : C2H6S Ethyl Merchaptane (CH)4S : Thiophene COS : Carbonyl Sulfide Aliran hidrogen sangat penting di Hidrogenator di Hidrogenator . Tanpa adanya gas hidrogen yang masuk ke Hidrogenator ke Hidrogenator , katalis akan kontak dengan gas alam tanpa kehadiran hidrogen. Hal ini dapat menyebabkan rendahnya konversi sulfur organik dan pembentukaan karbon karena cracking gas alam. Jika aliran hidrogen terputus, disarankan untuk menutup flow menutup flow hidrokarbon ke Hydrogenator ke Hydrogenator . Kandungan sulfur dalam gas alam sebanyak 5 ppm dan keluar dari Hidrogenator sekitar 2,5 ppm dan adanya CO, CO2, dan H2O akan menyebabkan terlepasnya sulfur terlepasnya sulfur di Sulfur Adsorber. Apabila natural gas mengandung CO, CO2, dan H2O, reaksi berikut akan terjadi: CO2(g) + H2(g) CO (g) + H2O(g) CO2(g) + H2S(g) COS (g) + H2O(g) ↔
↔
Sulfur Adsorber Setelah sulfur organik dikonversi menjadi sulfur anorganik (H2S) di Hidrogenatror di Hidrogenatror (1-R-201), aliran gas alam selanjutnya dikirim ke Suplhur Adsorber (1-R-202) untuk menyerap H2S. Katalis pada 1-R-202 terdiri dari dua unggun katalis yaitu: 1. Katalis HTZ-5 Bentuk : cylindrical extridates Ukuran : diameter 3 atau 4 mm panjang :4 – :4 – 8 8 mm Komposisi katalis : ZnO > 99% Al2O3 < 1% As < 5 ppm Bulk density : 1 kg/L 45
Umur katalis Penyerapan maksimum S
: 1.5 tahun : 39 kg S/100 kg HTZ
Temperatur operasi
: ambient to 840 F (450 C)
2. Katalis ST-101 Bentuk Basis katalis Temperatur operasi Ukuran katalis Umur katalis
: tablet : Cu : ambient to 300 C : 4 x 2.5 mm : 1.5 tahun
Katalis HTZ-50 beroperasi normal pada suhu ± 330 C dan dapat bereaksi dengan H2S serta carbonyl sulphide dengan reaksi kesetimbangan sebagai berikut: ZnO + H2S ZnS + H2O ZnO + COS ZnS + CO2
Sifat-sifat katalis HTZ-5, antara lain: - Tidak bereaksi dengan O2 dan tidak bersifat pyrophoric bersifat pyrophoric - Terhidrasi oleh H2O dengan reaksi sebagai berikut: ZnS(s) + H2O(g) ZnO(s) + H2S(g) Katalis ST-101 berfungsi untuk mengadsorp senyawa sulfur organik dan anorganik dari bed sebelumnya. Yang menyebabkan senyawa sulfur bisa lolos adalah adanya kandungan H2O yang menyebabkan terhidrasinya ZnS membentuk H2S, dan adanya kandungan CO2 yang bereaksi dengan ZnS membentuk COS, serta kurangn ya kadar gas H2 di inlet Hidrogenator (1-R-201) sehingga proses reaksi perubahan senyawa sulfur organik menjadi anorganik terhambat. Kandungan sulfur maksimum yang diijinkan keluar dari Sulphur Adsorber adalah 0.05 ppm.
Uraian Proses Desulfirisasi Gas Alam Gas alam dari sumber dipisahkan dengan kondensatnya di Knock di Knock Out Drum untuk Drum untuk selanjutnya dikompresi di Natural di Natural Gas Booster Compressor (1-K-411). Aliran gas alam yang telah terpisah dari kondensatnya dan telah dikompresi, dipanaskan hin gga suhu 330 C
di Natural di Natural Gas Prreheater (1-E-204B), pemanasan bertujauan agar aliran gas alam sesuai dengan suhu optimal kinerja katalis di Hidrogenator (1-R-201). Hidrogenator berfungsi untuk mengkonversi sulfur organik seperti merchaptane dan tiophene menjadi tiophene menjadi sulfur anorganik (H2S), setelah dikonversi menjadi sulfur anorganik, kandungan sulfur di aliran gas alam diadsorbsi di Sulphur Adsorber (1-R-202). Kandungan sulfur setelah melewati dua tahap desulfurisasi dapat mencapai kurang dari 50 ppb volume.
46
2.2.2 Seksi Reforming Setelah dikurangi kandungan sulfurnya, aliran gas alam kemudian dialirkan menuju seks reforming dimana dimana gas alam akan di reaksikan secara katalitik dengan steam dengan steam SM dan udara. Seksi reforming terdiri dari dua tahap yaitu Primary Reformer (1-H-201) dan Secondary Reformer (1-R-203). Skema proses Reforming sebagai berikut.
Gambar 2.11 Seksi Reforming
Primary Reformer (1-H-201) Primary Reformer berfungsi untuk mereaksikan gas alam dengan steam steam untuk menghasilkan gas sintesis (H2). Reaksi yang terjadi pada Primary Reformer adalah sebagai berikut CnH2n+2 + 2H2O Cn-1H2n + CO2 + 3H2 (1) CH4 + H2O CO + 3H2 (2) ΔH = +206 kj/mol ΔH = -41 kj/mol CO + H2O CO2 + H2 (3) Reaksi (1) menerangkan mekanisme reaksi reforming hidrokarbon fraksi berat diubah menjadi hidrokarbon fraksi ringan dan akhirnya menghasilkan metana di reaksi (2). Langkah pertama proses steam proses steam reforming berlangsung reforming berlangsung di Primary di Primary Reformer (1-H (1-H201). Campuran hidrokarbon dan steam dipanaskan terlebih dahulu di Feed Gas
Preheater (1-E-201) (1-E-201) samapi suhu mencapai 510 C – 535 535 C sebelum masuk ke Primary ke Primary (1-H-201). Gas Proses mengalir ke bawah melalui vertical tube yang berisi Reformer (1-H-201). katalis-katalis. Panas yang dibutuhkan diambil dari panas radiasi dari hasil pembakaran ( firing firing ) gas alam yang keluar dari burner dan mengalir sepanjang dinding reformer. Untuk meyakinkan fuel meyakinkan fuel gas terbakar dengan sempurna, burner dioperasikan dengan excess air 5% yang setara dengan oksigen 1% di flue di flue gas. gas.
47
Hidrokarbon yang terdapat di dalam gas umpan Primary Reformer diubah menjadi H2 dan CO. Selama operasi dengan kondisi ko ndisi purge purge gas, let down gas, gas, dan inert gas dikirim ke Reformer sebagai fuel , gas proses (reforming (reforming gas) gas) outlet Primary Reformer mengandung methane 11% pada suhu outlet Primary Reformer sekitar 825 C. kandungan metana pada keluaran Primary keluaran Primary Reformer bertujuan untuk control suhu di Secondary Reformer supaya tidak terjadi panas berlebih. Gas metana akan berreaksi dengan hidrogen secara endotermis sehngga dapat menyerap panas. Apabila kondisi purge gas, let down gas, gas, dan inert gas dikirim ke HRU (case 1180 MTPD) maka reforming gas outlet Primary Reformer mengandung methane 13.5% dengan temperature outlet Primary Reformer sekitar 800 C. Methane leak pada case 1180 MTPD lebih besar bertujauan untuk mengimbangi penambahan udara di Secondary Reformer . Primary Reformer terdiri dari 144 tube katalis di Radiant di Radiant Section yang Section yang berisi katalis. Pada bagian atas tube Reformer diisi dengan Katalis Prereduced Katalis Prereduced R-67-R-7H, R-67-R-7H, sedangkan pada bagian bawah tube Reformer diisi dengan Katalis K atalis R-67-7H. Tujuan adanya adan ya katalis prereduced adalah untuk menurunkan total waktu yang dibutuhkan untuk proses pengaktifan katalis (reduksi katalis) sejak initial start up. up . Katalis yang telah tereduksi akan tetap stabil walaupun terjadi kontak dengan udara sampai temperature 80 C. Katalis akan teroksidasi jika kontak dengan udara pada temperature yang lebih tinggi. Hal yang harus dihindari pada waktu pengoperasian Primary Reformer adalah terjadinya carbon formation didalam Primary Reformer. Perbandingan jumlah steam dengan total karbon (S/C) adalah 2.8, apabila rasio S/C terlalu rendah (< 1.9) maka bias menghasilkan karbon, dengan reaksi: 2 CO C + CO2 (Boudourd Reaction) CH4 C + 2H2 CmHm nC + m/2 H2 Faktor yang menyebabkan carbon formation : 1. Heat 1. Heat flux yang tinggi pada katalis bagian atas 2. Gas alam mengandung konsentrasi k onsentrasi hidrokarbon yang tinggi seperti orefine 3. Aktivitas katalis yang rendah Adanya carbon formation akan mengakibatkan: Kenaikan pressure Kenaikan pressure drop di bed katalis o Pembentukan carbon deposit pada bagian dalam katalis sehingga menurunkan o aktivitas dan kekuatan mekanis katalis spot pada tube katalis o Hot spot pada
48
Secondary Reformer (1-R-203) Secondary reformer digunakan untuk melanjutkan reaksi reforming CH4 dengan panas dari pembakaran pembak aran oleh udara dan untuk menyediakan N2. Katalis yang digunakan adalah RKS-2-7H yang tersusun oleh NiO 9% berat dan MgAl2O4 dengan life time 3 tahun. Katalis ini mengalami sintering pada suhu 1400-1500 °C. Reaksi pembakaran di atas rnerupakan reaksi eksotermis sehingga suhu gas outlet Secondar y Reformer menjadi sekitar 1000-1015 °C. Gas proses yang masuk kedalam Secondary Reformer rnasih rnasih dalam kisaran suhu 790 C, dimana H2 pada suhu tersebut dikontakkan dengan oksigen didalam combu stion chamber yang serta merta bereaksi dan menghasilkan panas pembakaran sesuai dengan reaksi: H2 + 1/2 O2 H2O Panas pembakaran yang dihasilkan dipakai oleh reaksi: CH4+ H2O CO + 3H2 (1) CO + H2O CO2 + H2 (2) Dimana pada kedua reaksi tersebut bersifat endotemis sehingga sisa metan yang ada dapat terkonversi kembali menjadi H2. Untuk itu metan harus tersedia agar reaksi tersebut dapat berlangsung karena panas yang dihasilkan dapat diserap maka suhu keluaran process gas tidak terlalu tinggi sekitar 1.000-1.012 C, hal ini mempunyai alasan ekonomis karena material yang ada tidak dapat menahan suhu yang lebih tinggi dan dapat berakibat kerusakan. Carbon formation masih formation masih dapat tejadi di outlet Secondary Reformer karena karena aliran outlet Secondary Reformer masih mengandung CO sebesar 7,5-8,5 % mol (dry basis). Temperatur minimum untuk reaksi carbon formation adalah 650°C. Oleh karena itu, temperatur diatas harus dilewati secepat mungkin dengan cara pendinginan gas outlet 1-R-203 di 1-E-208 dan 1-E-209, di mana panas yang ditransfer digunakan untuk menghasilkan steam tekanan tinggi.
Uraian Proses Seksi Reforming Campuran hydrocarbon dan steam dipanaskan terlebih dahulu di Feed di Feed Gas Preheater 1-E-201 sampai suhu 510-535°C sebelum masuk ke Primary ke Primary Reformer 1-H 1-H- 201. Process 201. Process gas mengalir gas mengalir ke bawah melalui vertical tube yang berisi katalis. Panas yang dibutuhkan diambil dari panas radiasi hasil pembakaran gas alam yang keluar dari burner dan mengalir sepanjang dinding reformer. Untuk meyakinkan fuel gas terbakar sempuma, burner dioperasikan dengan excess air 5 %. Keluaran Primary Keluaran Primary Reformer kemudian dialirkan memuju Secondary Reformer untuk menyempurnakan reaksi reforming metana. Berbeda dengan Primary Reformer, pada Secondary Reformer ini panas dihasilkan dari pembakaran langsung hydrogen dengan nitrogen yang terdapat di udara. Udara yang akan dipakai untuk pembakaran dipanaskan terlebih dahulu di air preheater coil 1-E-202A/B. Kemudian udara panas dicampur dengan gas outlet Primary outlet Primary Reformer sehingga sehingga terjadi reaksi pembakaran CH4 sisa dalam 1-R-203 49
Jumlah udara yang masuk ke Secondary Reformer diatur oleh FV-2009 supaya perbandingan H2/N2 dalam gas outlet terjaga pada kisaran 2,9-3. Gas keluar Second Reformer yang bersuhu 1100-1200°C kemudian didinginkan oleh 1-E-208 dan 1-E-209 sampai suhunya menjadi 350°C. 2.2.3 Seksi Shift Converter Gas CO yang masih terdapat pada gas outlet outlet Secondary Reformer harus dihilangkan karena merupakan racun katalis di Ammonia Converter, yaitu dengan mengubah CO menjadi CO2. Reaksi yang tejadi adalah sebagai berikut : CO + H2O CO2 +H2 + 9.800 kcal/kgmol ↔
Reaksi pada shift pada shift converter co nverter merupakan reaksi eksotermis sehingga tidak memerlukan suhu tunggi untuk mendapatkan konversi tinggi, reaksi harus berlangsung pada suhu rendah agar kesetimangan bergeser ke kanan dan membentuk CO2. Namun, jika suhu operasi rendah maka laju reaksi juga akan rendah. Oleh karena itu, berdasarkan pertimbangan kinetis dan ekonomis, seksi Converter dibagi menjadi dua tahap yaitu High yaitu High Temperature Shift Conversion (HTS) dan Low dan Low Temperature Shift Conversion (LTS). Berikut ini adalah gambar konfigurasi seksi Converter .
Gambar 2.12 Seksi Shift Converter
High Temperature Shift Converter HTS Converter CO (1-R-204) beroperasi pada temperatur tinggi dengan satu bed katalis SK-201-2 yaitu Chromium Oxide dengan promote Iron Oxide yang berbentuk butiran dengan diameter 6 mm dan panjang 6 mm. Katalis ini diisikan dalam kondisi teroksidasi. Reduksi katalis dilakukan secara automatis dengan gas proses yang mengandung H2 selama 50
start up Seksi Reforming. Keaktifan katalis ini dapat beroperasi secara terus menerus pada rentang suhu 320 – 500 500 C. Katalis baru sebaiknya dioperasikan pada temperature gas inlet 360 C. Seiring dengan bertambahnya umur pada katalis, temperature inlet bed katalis cenderung naik, tapi sepanjang temperature gas outlet tidak mencapai 460 C, maka keaktifan katalis akan menurun dengan lambat. Klorin dan inorganik salt merupakan racun katalis. Kandungan klorin pada gas proses sebaiknya kurang dari 1 ppm. Karena katalis pada seksi reforming dan Low dan Low Temperature Shift (LTS) lebih sensitif tercemari, maka kandungan klorin dan inorganik salt harus dibawah batas toleransi dari katalis SK-201-2. Proses pemanasan dengan kondensat steam tidak akan merusak k atalis SK-201-2. Tetapi katalis yang sudah panas sebaiknya tidak kontak dengan air, karena dapat menyebabkan kerusakan katalis (disintegrasi). Karena katalis yang sudah aktif (tereduksi) bersifat phyrophoric, phyrophoric, maka harus diperhatikan dengan benar saat unloading katalis. diperhatikan dengan benar saat unloading katalis.
Low Temperature Shift Converter LTS CO Converter beroperasi pada temperature rendah, terdiri dari 2 bed ka talis. Di bed pertama berisi b erisi katalis LK-821-2 dengan Layer dengan Layer Chromium Based (LSK) (LSK) pada bagian atas bed sebagai pengaman terhadap klorin. Di bed kedua berisi b erisi katalis LK-821-2, terdiri dari Cooper Oxides, Zinc, dan Chromium atau Aluminium (CuO, Zn, Cr, Al). Pengaktifan katalis pada temperature 150 – 200 200 C dengan sirkulasi N2 dengan konsentrasi H2 sekitar 0.2 – 2%. 2%. Selama proses reduksi katalis, Copper Oxide Oxide bereaksi dengan hidrogen membentuk free membentuk free copper . Katalis LK-821-2 dapat dioperasikan pada suhu 200 – 200 – 250 250 C. Karena katalis sangat sensitif terhadap sulfur yang kemungkinan bisa terlepas dari lapisan batu bata (brick (brick lining ) dan katalis Secondary Reformer , maka selama masa awal pengoperasian reaktor LTS dibypass dibypass sampai gas proses benar-benar tidak ada kandungan sulfur . Disamping kandungan sulfur kandungan sulfur dan klorin, silika juga beracun. Sebagai contoh peracunan katalis oleh senyawa ini, keaktifan katalis akan berkurang oleh adanya kandungan sulfur hanya sebesar 0.2 % wt atau kandungan klorin 0.1 % wt. Katalis LK-821-2 yang panas tidak boleh kontak dengan air, karena akan merusak katalis (disintegrasi). Oleh karena itu, suhu inlet LTS selalu dijaga pada 15-20 C di atas dew point gas. Steam dapat terkondensasi di BFW Preheater BFW Preheater , sehingga suhu inlet BFW dijaga pada kondisi normal yaitu 172 C. Katalis dalam kondisi reduksi bersifat phyroporic phyroporic,, oleh karena itu perlu perhatian khusus sewaktu unloading katalis.
Uraian Proses Seksi Shift Converter Gas proses masuk HTS Converter (1-R-204) pada suhu 350 C dan akan terkonversi menjadi CO2 dalam bed katalis. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi eksotermis sehingga suhu gas keluar HTS converter naik menjadi 433C. Gas tersebut kemudian dialirkan ke LTS Converter.
51
Gas keluar HTS didinginkan dengan SG WHB (1-E-210), Trim Heater (1-E-211), (1-E-211), dan BFW Preheater BFW Preheater (E-212 (E-212 A/B) sehingga diperoleh suhu yang sesuai dengan kondisi operasi LTS Converter, yaitu 195 C. Suhu inlet LTS dikontrol oleh TIC-2044, dengan mengatur by pass BFW Preheater (1-E-212 A/B). Di dalam LTS Converter 1-R-205, CO yang masih tersisa diubah menjadi CO2 sehingga konsentrasi CO dalam outlet gas LTS Converter sekitar 0.35 %. 2.2.4 Seksi CO2 Removal Seksi CO2 removal bertujuan removal bertujuan untuk menyerap kandungan CO2 dimana, CO2 merupakan hasil konversi CO dari seksi Converter . Sistem CO2 Removal didasarkan pada sistem proses BASF yang dirancang dengan dua stage. Larutan yang digunakan sebagai penyerap gas CO2 adalah MDEA 03. Proses utamanya terdiri sebuah CO2 Absorber 2 stage, stage, sebuah CO2 Stripper , dan dua buah Flash buah Flash Vessel .
Absorber CO2 Absorber CO2 merupakan tempat dimana gas sintesis dengan kandungan CO2 diserap menggunakan larutan MDEA. Komposisi larutan MDEA : 1. 2,2 Methyl Diethanol Amine : 72-97 % 2. Piperazine (R2NH) sebagai aktivator : 2-18 % 3. Air : 1-10%
Gambar 2.13 Seksi CO2 Removal
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : R 3 N + H2O + CO2 R 3 NH-+ HCO3- + 31.500 kcal/kgmol 2R 2 NH + CO2 R 2 NH2- + R 2 NCOO- + 124.500 kcalkgmol R 2 NCOO- + R 3 N + H2O HCO3- + R 2 NH + R 3 NH+ + Q kcal/kgmol ↔
↔
↔
(1) (2) (3) 52
Piperazine sebagai aktivator berfungsi sebagai katalis untuk melangsungkan reaksi (1). dengan cara menurunkan tekanan partial gas CO2. Mekanisme penurunan tekanan parsial gas CO2 melalui reaksi antara gas CO2 dengan piperazine sebagaimana ditunjukkan oleh reaksi (2) diatas dengan membentuk R 2 NCOOH. Hal ini mengakibatkan tekanan partial dari CO2 lebih rendah, yang berarti makin banyak CO2 yang terlarut. Reaksi (2) berlangsung dalam tempo cepat dan reaksi tiga (3) berlangsung lebih lambat dan menghasilkan asam karbonat. Sedangkan activator akan kembali sebagai senyawa R 2 NH. Kandungan Kandun gan gas CO2 pada outlet atas absorber 1-C-302 adalah < 500 ppm. Proses absorbsi di unit CO2 Removal ini menggunakan 2 stage yaitu aliran lean dan semi lean. Dimana pada larutan lean merupakan larutan yan g fresh atau sangat sedikit mengandung CO2 bila dibandingkan dengan larutan semi lean. Larutan semi lean dipakai untuk menyerap sebagian besar CO2 dan CO2 yang tersisa diabsorb oleh larutan lean. Data dan komposisi ko mposisi serta kondisi operasi masing-masing aliran ini adalah sebagai berikut : 1. Semi Lean Dialirkan ke absorber menggunakan pompa P-301 A/B Kapasitas Semi Lean : 1.432 ton/jam Suhu : 73 ºC Komposisi
CO
: Maks 6,1% wt
CO+H2+N2CH4+Ar
: 0%
MDEA
: 3,51 % wt
Piperazine
: 2,8 % wt
H2O
: 57 % wt
2. Lean Dialirkan ke bagian atas absorber 1-C-302 menggunakan pompa P-302 A/B Kapasitas Lean : 240 ton/jam Suhu Komposisi
: 50 C
CO
: Maks 0,3% wt
CO+H2+N2CH4+Ar
: 0%
MDEA
: 37 % wt
Piperazine
: 3 % wt
H2O : 59,5 % wt Guna menghindari hilangnya larutan MDEA dan piperazine, serta untuk menjaga kemurnian gas sintesa outlet atas absorber, dibagikan atas 1-C-302 diinjeksikan process condenste dari condenste dari unit PT 1-701 sebanyak 550-650 kg/jam
53
Selain itu juga sebagai penyedia H2O dikarenakan sebagian H2O pada MDEA lepas sehingga menjaga agar konsentrasi MDEA tetap pada konsentrasi optimumnya yaitu 37% berat. Setelah terjadi reaksi penyerapan CO2 oleh larutan MDEA, larutan yang keluar dari absorber akan mengandung kadar CO2 (rich solution) dengan komposisi sebagai berikut:
Tekanan
: 30 Kg/cm²G
Suhu
: 81 C
Komposisi CO2 o : min 8,8% wt CO : 1 ppm o H2 o : 17 ppm o N2 : 43 ppm o CH4 : 1 ppm Piperazine : <1 ppm o MDEA : 35% wt o o Ar :2,9% wt H2O : 54% wt o Untuk memperluas bidang kontak antara gas dan larutan MDEA, maka menara absorber didesain dengan tinggi tertentu dan berisi packing. Packing di bagian bulk absorber dipasang pall ring 2” IMTP CS. Karena di daerah ini merupakan daerah kontak yang besar antara gas dan liquid. Sedangkan packing lean solution dipasang pall ring 1” IMTP CS. Pada bagian bawah absorber 1-C-302, suhu tetap dijaga tinggi dengan alasan kecepatan reaksi akan tinggi. Sehingga sisa CO2 yang tidak terserap atau lolos ke bagian atas cukup kecil. Penyerapan kedua berlangsung di bagian atas absorber dengan suhu rendah agar diperoleh konversi yang tinggi. Faktor-faktor yang mempengaruhi tinggi rendahnya CO2 yang lolos dari absorber antara lain: Jumlah Sirkulasi Larutan Untuk amannya, larutan MDEA yang disirkulasi di jaga lebih besar 3 % dari rate gas proses. Apabila sirkulasi diturunkan lebih rendah atau sama dengan rate gas, maka CO2 yang lolos akan naik dan sebaliknya, bila rate sirkulasi dinaikkan maka harus diperhatikan kapasitas pompa dan flooding d i absorber. Karena jika melebihi batas flooding maka cairan akan terikut aliran gas ke atas. Suhu
Temperatur di bagian bawah lebih tinggi (± 70 C) dengan pertimbangan masalah kecepatan reaksi agar tinggi, sedangkan pada bagian atas temperatur lebih rendah (± 50 C), dengan penimbangan konversi pada kesetimbangan dapat dinaikkan dengan menurunkan temperatur karena reaksi yanng tejadi adalah reaksi eksotermis.
54
Jumlah Split Larutan Dipakai dua aliran, lean dan semi lean adalah untuk memaksimalkan penyerapan, agar CO2 yang lolos rendah. Konsentrasi Larutan MDEA Untuk memaksimalkan penyerapan CO2, maka konsentrasi MDEA dijaga pada rentang 26-29 % R 3 NH dengan konsentrasi aktivator 2-3 %. Rich solution yang keluar dari absorber dilewatkan untuk diturunkan tekanannya pada hydraulic turbine dimana menggerakkan pompa larutan semi lean sehingga dapat mengurangi energy yang dikonsumsi.
Stripper CO2 Bagian ini berfungsi untuk memisahkan/melepaskan CO 2 dari larutan penyerapnya (MDEA). Alat-alat pada bagian Stripping CO2 terdiri dari: HP Flash Drum 1-V-302 Fungsi : Memisahkan komponen inert dari rich solution Tekanan : 6,7 Kg/cm²G
Suhu : 81,5 C LP Flash Drum 1-V301 Fungsi : Memisahkan CO2 dari larutan MDEA Tekanan : 0,3 Kg/cm²G Suhu : 75 C Washing Section Berfungsi untuk meminimalkan carry over larutan amina dan piperazine dari LP Flash Drum. Larutan amine dan piperazine yang tertangkap akan dikembalikan ke proses flash 1-V-301. Selain fungsi tersebut di atas, fungsi washing section adalah untuk mendinginkan produk CO2 sehingga diharapkan gas CO2 yang keluar menuju unit kompresor urea 2-K101 pada suhu rendah.
Uraian Proses Seksi CO2 Removal Pada bagian pertama yaitu HP flash drum gas inert yang terlarut dilepaskan sebagai gas pada tekanan 6,7 Kg/cm²G ke mudian larutan dimasukkan kedalam LP flash drum untuk selanjutnya sebagian besar CO2 dilepaskan pada tekanan 0,3 Kg/cm²G. Didalam CO2 Stripper , CO2 distripping dengan panas secara tidak langsung. Panas yang dibutuhkan untuk stripping berasal dari CO2 Reboiler (1-E-302). CO2 yang meninggalkan CO2 Stripper jenuh dengan uap air pada suhu 90 C. Kondensasi dari uap air ini meningkatkan temperature didalam LP flash drum sehingga meningkatkan performa dari LP flash. Larutan lean yang berasal dari bottom stripper didinginkan menjadi 50 C se telah melewati solution heat exchanger (1-E-301 A/B), DFW p reheater (1-E-304), dan lean solution cooler (1-E-303) yang kemudian dipompa kembali ke atas absorber dengan pompa. 55
2.2.5 Seksi Metanasi Methanator berfungsi untuk merubah residual gas CO/CO2 yang tidak terserap oleh CO2 Removal menjadi methana. Proses ini perlu dilakukan karena senyawa yang mengandung oksigen seperti gas CO dan CO2 merupakan racun bagi katalis NH3 converter. Methan merupakan inert gas pada synthesis gas di unit Synthesa Loop.
Gambar 2.14 Seksi Metanasi
Reaksi pembentukan methana di 1-R-301 adalah sebagai berikut : CO + 3H2 CH4 + H2O + 49.300 kca/kgmol ↔
CO2 + 4H2
CH4 + 2H2O + 39.400 kcal/kg mol
↔
Katalis yang dipakai adalah PK-7R (prereduced) dengan life time 3 time 3 tahun dan surface area 250 m2/gr. Katalis ini sebagian kecil sudah dalam keadaan aktif pada saat loading saat loading . Hal ini dimaksudkan untuk mempercepat proses reaksi metanasi. Reaksi diatas merupakan kesetimbangan dimana agar reaksi berjalan kekanan maka fungsi suhu dan tekanan sangat berarti. Dalam hal ini suhu optimum berkisar antara 280 – 280 – 450 450 C.
Suhu tidak boleh terlalu tinggi hal ini dapat men yebabkan reaksi bergeser ke kiri sehingga metan yang sebelumnya ada terurai menjadi CO dan CO2 dan hal ini harus dihindari. Basis katalis adalah NiO. Nikel karbonil dapat terbentuk oleh reaksi antara katalis nikel dengan gas CO didalam gas proses selama shut down atau start up, batasan temperature terendah terjadinya reaksi ini adalah 150-200 °C pada tekanan atmosfer. Reaksi Pembentukan Nikel Karbonil : Ni(S) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) ↔
Untuk menghindari terjadinya reaksi diatas, maka kenaikan temperatur sebelum mencapai 200 °C harus dipercepat yaitu dengan kenaikan 70 -75 C/jam dan setelah diatas 204 C,
kenaikan temperatur bisa diturunkan lagi menjadi 34 °C/jam.
56
Katalis pada seksi metanasi sangat sensitive terhadap sulfur dan klor. Steam tanpa hidrogen akan mengoksidasi katalis, oleh karea itu, steam itu, steam tidak digunakan untuk heating up, up, cooling dan purging dan purging katalis. Katalis dapat terdeaktivasi karena alasan berikut: - Thermal Aging - Racun katalis - Malfungsi unit CO2 Removal .
Uraian Proses Seksi Metanasi Gas proses dari absorber CO2 keluar pada suhu 45 °C dan tekanan 31 kg/cm2G. Sebelum masuk methanator, gas tersebut dipanaskan terlebih dahulu di 1-E-31 1 dengan memanfaatkan gas panas outlet methanator dan 1-E-211 sampai suhunya menjadi 287 °C. Suhu inlet methanator dikontrol oleh TIC-3015 dengan sistem by pass arus gas pada exchanger. Di dalam methanator 1-R-301, CO dan CO2 diubah menjadi metana. Gas outlet methanator didinginkan dengan 1-E-311 dan 1-E-312 serta dipisahkan dari kondensatnya di 1-V-311.
2.2.6 Seksi Ammonia Synthesis Loop Seksi ini merupakan tahap utama di Pabrik Amoniak Kaltim-4, dimana pada seksi ini berlangsung reaksi sintesis amoniak antara gas hidrogen hasil hasil dari reforming gas alam dan gas nitrogen yang diambil dari udara bebas untuk menghasilkan produk amoniak. Reaksi antara H2 dan N2 adalah reaksi kesetimbangan sebagai berikut: 3 N2 + H2 2 NH3 ↔
Reaksi berlangsung di Ammonia di Ammonia Converter (1-R-501) pada kondisi operasi suhu 360390 C pada bed 1 dan 370-450 C pada bed 2 serta berlangsung pada tekanan tinggi sekitar 130 Kg/cm²G. Katalis yang digunakan adalah KM1R dan KMI dengan basis besi oksida (Fe3O4) dengan Ca, Al dan K sebagai promotor. Pada amoniak converter ini, hidrogen dan nitrogen terkonversi sekitar 25% menjadi amoniak. Gas hidrogen dan nitrogen yang tidak terkonversi disirkulasi kan kembali ke Ammonia ke Ammonia Converter setelah setelah dipisah dengan amoniak cair di Ammonia di Ammonia Separator (1-V-501).
57
Gambar 2.15 Seksi A mmonia Synthesis
Alat-alat yang digunakan di seksi sintesis amoniak : - Converter (1-R-501) Merupakan tempat berlangsungnya reaksi antara H2 dan N2 membentuk NH3 dengan bantuan katalis Fe (besi). - Kompresor Gas Sintesis (1-K-431) Untuk mengkompresikan gas sintesis sampai tekanan operasi (130 kg/cm2G) - Water Cooler (1-E-504) (1-E-504) Untuk menurunkan suhu gas proses keluar converter dengan menggunakan cooling water sebagai media pendinginnya. - Ammonia Chiller (1-E-506 (1-E-506 dan 1-E-508) Sebagai pendingin gas outlet converter dengan menggunakan amoniak sebagai media pendinginnya. Amoniak yang menerima panas akan menguap dan kemudian uap amoniak tersebut dikompresi oleh kompresor NH3 dan didinginkan kembali menjadi amoniak cair. - Waste Heat Boiler (1-E-501) (1-E-501) Dipakai untuk membuat steam tekanan tinggi dengan memanfaatkan panas gas proses outlet converter. - Boiler Feed Water preheater (1-E-502) Untuk memanaskan air umpan boiler (air demin) dengan memanfaatkan panas gas proses yang berasal dari outlet WHB.
Uraian Proses Ammonia Sythesis Loop 58
Gas sintesis yang dihasilkan oleh methanator 1-R-301 dikompresi oleh kompresor 1-K-431². Gas sintesis tersebut dimasukkan ke synthesis loop di antara cold heat exchanger 1-E-507 dan amoniak chiller 1-E-508, dimana gas tersebut bercampur dengan gas sintesis dan amoniak cair. Di amoniak chiller terjadi kondensasi amoniak lebih lanjut sehingga air dan CO2 yang terkandung dalam gas make-up akan terlarut dalam amoniak cair. Hal tersebut merupakan alasan mengapa make-up gas dari methanator diumpankan ke synthesa loop dimana telah tejadi kondensasi amoniak. Di amoniak chiller 1-E-508, campuran gas didinginkan sampai temperatur -5 C dan amoniak produk yang terkandung dalam gas dipisahkan di amoniak separator 1-V-501. Gas yang tidak terkondensasi di separator amoniak disirkulasikan kembali ke converter oleh circulator gas sintesis. Sebelum masuk ke suction circulator, gas tersebut bertukar panas dengan outlet converter di dua cold exchanger, hingga ternperaturya naik dari -50 °C menjadi 360 °C. Gas sintesis dengan tekanan 125 Kg/cm²G dan suhu 360 °C dikompresi oleh circulator hingga tekanannya naik sampai 134 Kg/cm²G dengan temperature 44 °C. Gas sintesis dengan tekanan 134 kg/cm2 diumpankan ke convener melalui exchanger 1-E-503 untuk menaikkan temperatur gas masuk converter. Pertukaran panas s yngas inlet converter dan outlet converter akan menaikkan temperatur gas umpan sampai 272 C, sedangkan outlet converter turun dari 298 °C menjadi 64 C. Gas umpan masuk converter akan akan dibagi menjadi dua aliran yaitu umpan utama (main inlet) dan umpan untuk kontrol temperatur (cold shot). Umpan utama masuk ke bed katalis melalui interbed heat exchanger yang berada di dalam converter, main inlet ini akan bertukar panas dengan gas outlet bed I, sehingga temperatur gas masuk bed naik sampai 381 C. Temperatur gas outlet bed I berkisar pada 479 °C sampai 483 °C masuk ke bed II. Sebelum masuk kc bed II, temperaturnya diturunkan melalui heat exchange r, dimana panas gas outlet bed I di ambil oleh gas dari main inlet di interbed exchanger. Gas outlet converter diturunkan suhunya melalui beberapa HE yaitu synloop WHB 1-E-501, dimana gas outlet dengan temperatur outlet converter 440 °C bertukar panas dengan air boiler di 1-E-501 untuk menghasilkan steam jenuh tekanan tinggi sehingga temperatur gas turun sampai 340 °C. Gas keluar dari syn-loop WHB dengan temperatur 340°C, kemudian diturunkan lagi temperaturnya di HP BFW Preheater. Air umpan boiler dengan temperatur 268 °C bertukar panas dengan gas sehingga temperaturnya naik menjadi ±323 C, sedangkan gas turun temperaturnya ke 300 °C. Setelah panas pembentukan amoniak dimanfaatkan untuk membangkitkan steam HP dan memanaskan air umpan boiler, gas didinginkan di hot exchanger secara berlawanan dengan gas inlet converter. Selanjutnya pendinginan dilakukan di water cooler 1-E-504, first cold exchanger 1-E-505, setelah second cold excanger gas make-up ditambahkan sehingga loop tertutup. Untuk menghindari akumulasi inert di loop synthesis maka sebagian gas di purge di outlet second cold exchanger. Selanjumya purge gas didinginkan di fuel
59
purge gas heater 1-E-514, dan amoniak liquid liquid yang terkandung terkandung dalam purge gas dipisahkan di purge gas separator 1-V-514. Amoniak cair yang terbentuk dikembalikan ke amoniak separator sedangkan non condensible gas di kirim ke HRU atau dipergunakan sebagai fuel di reformer. Amoniak yang terbentuk di separator 1-V-501 diturunkan tekanannya (flashing) sampai ± 25 Kg/cm²G di 1-V-502 (let down vessel) dan gas yang terlepas karena adanya penurunan tekanan dipisahkan di separator flash vessel, gas dari vessel ini akan bercampur dengan inert gas dari seksi refrigerasi dan kemudian didinginkan dan amoniak yang terkondensasi dikembalikan ke NH3 akumulator 1-V-504. Flash gas dikirim ke HRU atau dipergunakan sebagai fuel di reformer. 2.2.7 Seksi Referigerasi Amoniak Kegunaan dari seksi refrigerasi adalah sebagai media pendingin di ammonia synthesis loop, loop, terutama untuk mengkondensasikan ammonia yang diproduksi di Ammonia Converter. Sedangkan fungsi lainnya adalah mendinginkan purge mendinginkan purge gas dan gas dan inert gas. gas.
Sirkuit refrigerasi termasuk juga alat-alat utamanya adalah: 1. Refrigerant Compressor 1-K-441 Berfungsi untuk mejaga tekanan sistem refrigerasi dan mengkompresikan uap ammonia untuk kemudian didinginkan dan dikondensasikan. Penggeraknya adalah steam turbin SHH dengan tekanan 110 Kg/cm²G dengan outlet berupa steam SM dengan tekanan 40 Kg/cm²G. 2. Ammonia Condensor 1-E-510 Berfungsi untuk mendinginkan dan mengkondensasikan gas ammonia yang telah dikompresi oleh Kompresor Ammonia agar diperoleh ammonia cair. Sebagai media pendingin digunakan air laut / cooling water . 3. Ammonia Accumulator 1-V-504 Tempat untuk menampung ammonia cair hasil kondensasi. Dari akumulator ini selanjutnya ammonia cair siap dikirim ke Pabrik Urea. 4. Ammonia Chiller Terdiri dari 4 chiller yang beroperasi pada 2 tekanan yang berbeda. Chiller pertama (1-E-506) beroperasi pada kondisi yang paling tinggi yaitu yaitu deng an suhu -15,7 s/d 17,7°C dan tekanan 6,6 s/d 7,1 Kg/cm²G. Sedangkan chiller kedua (1-E-508), Inert Gas Chiller (1-E-511), dan Purge Gas Chiller (1-E-514) beroperasi pada kondisi yang lebih rendah yaitu pada suhu boiling out ammonia -9°C, dengan tekanan sekitar 2,1 Kg/cm²G.
60
5. Peralatan tambahan Berupa 2 buah KO Drum (1-V-442 & 1-V-443) untuk melindungi kompresor refrigerant dari ammonia cair dan 1 buah Flash Vessel (1-V-503) sebagai sumber make-up gas ammonia untuk Kompresor Refrigerant dan tempat kembalinya ammonia cair dari sirkuit refrigerasi.
Gambar 2.16 Diagram Alir Proses Referigerasi Referigerasi Amoniak
2.2.8 Seksi Process Condensate Stripping Bagian ini berfungsi untuk menghilangkan gas-gas seperti methanol, NH 3, CO2 dan sisa gas terlarut dalam kondensat sebelum dikembalikan ke Unit Utility. Alat utama seksi ini adalah Process Condensate Stripper 1-C-701. Sejumlah ammonia terbentuk di Secondary Reformer dan sejumlah kecil methanol terbentuk di LTS. Bersama dengan CO 2 di dalam raw synthesis gas, gas, komponen-komponen ini masuk ke dalam proses kondensat sesuai dengan reaksi kesetimbangan berikut: +
-
(1) NH3 + H2O
NH4 + OH
(2) CO2 + H2O
H + HCO3
(3) NH3 + HCO3
-
+
-
NH2COO - + H2O
61
Kondensat dipisahkan dari gas proses di dalam Process Gas Separator 1-V-304 dan Final Gas Separator 1-V-311. Flow kondensat keluar Final Gas Separator dikontrol oleh LIC-3011 untuk menjaga level di 1-V-311. Proses stripping dilakukan dengan menggunakan steam SM di Process Condensate Stripper 1-C-701. Kondensat setelah distripping didinginkan menjadi 90°C di dalam Process Condensate Exchanger 1-E701A/B/C, dimana kondensat ini dimanfaatkan sebagai pemanas kondensat yang akan masuk stripper. Selanjutnya kondensat didinginkan sampai 50°C dan dikirim ke Unit Demineralisasi melalui Fuel Natural Gas Preheater 1-E-101, Mix Gas Preheater 1-E-230, dan Stripper Condensate Cooler 1-E-703. 2.2.9 Seksi BFW dan Steam Generation Sistem pembangkit steam Unit Ammonia terdiri dari 3 Steam Boiler, yaitu 1-E-208, 1E-210, dan 1-E-501. Air boiler untuk ketiga boiler tersebut disuplai dari Steam Drum (1-V201) dengan cara sirkulasi alami. BFW make-up ke make-up ke 1-V-201 disuplai dari unit persiapan BWF. BFW disuplai dari Deaerator (1-V-601) dengan Pompa BFW (1-P-601 A/B) melalui beberapa BFW Preheater. Distribusi Distribusi BFW untuk 2 BFW Preheater (1-E-213 A/B dan 1-E-205) dapat dioperasikan secara parallel secara parallel dengan dengan mengatur HC-6012. Pengaturan untuk mendapatkan suhu gas proses inlet LTS yang tepat. Recycle BFW dari outlet SG BFW Preheater (1-E-502) dan BFW Preheater (1-E-205) ke deaerator (1-V-601) dapat diatur melalui HV-6001. Sistem recycle ini recycle ini digunakan sewaktu start-up atau sewaktu beban operasi pabrik rendah, dimana tugas preheater terlalu besar sehingga tidak sebanding dengan steam yang dihasilkan. Dalam kasus ini, recycle recycle harus dilakukan untuk menghindari terjadinya boiling / / penguapan di 1-E-502 dan 1-E-205. Ammonia dan hydrazine harus ditambahkan secara kontinu ke da;lam BFW pada
suction pompa BFW untuk mempertahankan pH dan kadar O2 sesuai dengan spesifikasi BFW.
62
Steam Generation Unit Amoniak Gambar 2.17 Steam
63
2.3 PABRIK SINTESIS UREA KALTIM-4 Amoniak dan karbon dioksida yang dihasilkan di pabrik Amoniak Kaltim-4 merupakan bahan baku untuk pembuatan urea granul di Kaltim-4. Kapasitas produksi urea granul di Kaltim-4 adalah 1.725 MTPD. Proses produksi urea granul mengguanakan Lisesnsi Proses Snamprogetti Stripping Low Energy up to date Technology. Technology. Secara sederhana, proses produksi urea granul du Kaltim-4 dapat ditunjukkan pada blok diagram di bawah ini:
Gambar 2.18 blok Diagram Proses Produksi Urea
Bahan baku amoniak dan karbon dioksida masuk ke seksi sintesis sintesis urea, dimana pada seksi seksi ini akan terbentuk larutan urea dengan kandungan sisa amoniak dan karbon dioksida yang tidak berreaksi serta karbamat. Setelah keluar seksi sintesis, campuran produk seksi sintesis akan memasuki seksi dekomposisi, dimana karbamat pada produk sintesis akan didekomposisi didek omposisi secara bertahap menjadi amoniak dan karbon dioksida. Karbamat yang telah terdekomposisi menjadi amoniak dan karbon dioksida selanjutnya dikondensasikan di seksi recovery untuk selanjutnya dialirkan kembali ke seksi sintesis. sintesis. Larutan urea yang telah bebas dari kandungan amoniak, karbon dioksida dan karbamat, selanjutnya akan dimurnikan kemblai hingga konsentrasi urea mencapai 96% dengan cara menguapkan kandungan airnya pada seksi pemekatan. Keluaran seksi pemekatan adalah yaitu air kondensat dan urea melt 96%. Air kondensat akan dialirkan menuju seksi Process seksi Process Condensate Treatment untuk memisahkan gas terlarut yaitu amoniak dan karbon dioksida dari air kondensat. Air kondensat yang telah bebas dari gas terlarut akan dialirkan menuju unit utilitas sedangkan gas hasil pengolahan PCT akan dikembalikan ke proses. Unit urea pada Kaltim-4, menggunakan lisensi proses Snamprogetti dengan ko ndisi tekanan operasi 158 kg/cm2G, rasio N/C dijaga pada 3,3 – 3,6. Dengan kondisi sebagai berikut, dimungkinkan untuk mencapai konsentrasi urea hingga 63% pada keluaran seksi sintesis. Seksi dekomposisi dibagi menjadi menjadi tiga bagian yaitu bagian bagian tekanan tinggi, bagian tekanan menegah dan bagian tekanan rendah. Tahapan proses produksi urea, untuk lebih detail, dapat dituliskan sebagai berikut: 64
Penyiapan Umpan
High Pressure Loop
Medium Pressure Loop
Loe Pressure Lopp
Vacuum Concentration Section
Unit Granulasi
Process Condensate Treatment
2.3.1 Penyiapan Umpan
Umpan CO2 Karbon dioksida merupakan bahan baku pada proses produksi urea granul. Karbon dioksida diperoleh dari unit CO2 Removal di Pabrik Amoniak Kaltim-4. Agar sesuai dengan tekanan operasi reaktor sintesis urea, aliran CO2 dari pabrik amoniak harus dikompresi terlebih dahulu. Sebelum masuk ke suction ke suction kompresor, aliran gas karbon dioksida dipisahkan terlebih dahulu dengan kondensatnya di Compressor Suction Separator 2-V-101. Proses kompresi gas karbon dioksida dilakukan dalam beberapa tahap (Compressor (Compressor Multi Stage 2-K-101), dimana, diantara setiap tahap terdapat intercooler dan separator yang berfungsi untuk mengkondensasi dan meisahkan air dari gas CO2 sebelum masuk ke stage berikutnya. Tekanan input dari multi stage compressor yaitu yaitu sebesar 0,27 Kg/cm²G, setelah dikompresi tekanan aliran gas karbon dioksida menjadi 160-170 Kg/cm²G. Turbin Kompresor 2-K-101 digerakkan menggunakan steam steam SH bertekanan 80 Kg/cm²G. Pada seksi kompresi gas ini, ditambahkan sedikit uda ra. Udara diinjeksikan pada bagian suction kompresor bertujuan untuk memberikan pasivasi pada permukaan alat yang terbuat dari stainless steel sehingga terhindar dari korosi. Udara pasivasi disuplai menggunakan Kompresor Udara Proses (1-K-421) d i Pabrik Amoniak Kaltim-4.
Umpan Amoniak Amoniak sebagai bahan baku lain dalam proses produksi urea granul, dialirkan dari pabrik amoniak menuju ammonia receiver di MP decomposistion untuk selanjutnya di bagi alirannya. Satu aliran menuju MP absorber (2-C-201) melalui Ammonia Booster Pump (2-P-204A/B) untuk menaikkan tekanan aliran menjadi 23 Kg/cm²G. Amoniak yang dialirkan menuju MP absorber bertujuan untuk menyerap CO2 dan air dalam off gas. Aliran lain, akan dialirkan menuju HP loop melalui HP Ammmonia Pump (2-P-201A/B) hingga tekanannya mencapai 226 kg/cm2G.
65
Setelah dinaikkan tekanannya, amoniak cari dipanaskan terlebih dahulu di Ammonia Preheater 2-E-208 di LP loop loop dan kemudian dialirkan menuju reaktor urea. Amoniak juga berfungsi sebagai fluida penggerak pada Carbamate Ejector 2J-201 untuk menarik karbamat dari Carbamate Separator 2-V 201 ke reaktor urea. 2.3.2 High Pressure Loop Pada seksi ini, terjadai reaksi sintesis urea dan recovery pada recovery pada tekanan tinggi tin ggi yaitu pada tekanan (158 Kg/cm²G) Peralatan yang digunakan pada seksi ini adalah sebagai berikut:
Reaktor 2-R-201 Tempat terjadinya reaksi sintesis urea dari bahan baku amoniak cair dan gas karbon dioksida. Reaksi sintesis urea terjadi dalam dua tahap, yaitu tahap pertama dimana amoniak dan karbon dioksida secara eksotermis bereaksi membentuk ammonium karbamat dilanjutkan reaksi tahap kedua secara endotermis yaitu hidrasi ammonium karbamat menjadi urea dan air. 2 NH3 + CO2 NH2COONH4 (1) NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O
(2)
Pada reaktor sisntesis urea, kondisi operasi dijaga pada tekanan dan suhu tinggi yaitu pada tekanan 158 kg/cm2G dan suhu 188C. Karena reaksi (1) bersifat eksotermis, panas yang dihasilkan oleh reaksi (1) akan digunakan untuk melangsungkan reaksi (2). Reaksi (2) sanagat dipengaruhi dan ditentukan oleh rasio reaktan, reaktan, suhu dan tekanan operasi serta waktu tinggal dalam Reaktor 2-R-201. Oleh karena itu, rasio molar amoniak dan karbon dioksida dijaga pada 3,3-3,6 dan rasio air terhadap karbon dioksida dijaga sekitar 0,4-1. Pada reaktor sintesis urea ini juga dialiri udara pasivasi. Seperti haln ya pada kompresor karbon dioksida, udara pasivasi juga bertujuan un tuk menghindari korosi reaktor.
Stripper 2-E-201 Tempat terjadinya dekomposis sisa karbamat yang tidak berreaksi sempurna di reaktor dengan reaksi kebalikan dari reaksi (1) sebagai berikut: NH2COONH4 2 NH3 + CO2 – Q Q kcal Panas untuk reaksi dekomposisi karbamat diperoleh dari saturated dari saturated steam dengan tekanan 22 Kg/cm²G. selain itu, reaksi dekomposisi dapat terjadi karena adanya stripping CO2 oleh penguapan NH3 berlebih. Karena amoniak untuk proses stripping berasal dari larutan itu sendiri, maka proses ini juga dapat dikatakan sebaga self stripping.
Carbamate Condenser 2-E-202 66
Tempat terkondensasinya gas outlet dari stripper dari stripper 2-E-201 2-E-201 untuk kemudian dialirkan kembali menuju Reaktor 2-R-201 melalui Carbamate Ejector 2-J-201. Gas keluaran stripper dapat terkondensasi dengan melarutkan gas tersebut dengan larutan karbamat yang dialirkan datri Medium datri Medium Pressure Loop. Loop.
Carbamate Separator 2-V-201 Berfungsi sebagai tempat pemisahan gas inert dari campuran larutan karbamat.
Gambar 2.19 Skema Proses HP Loop
Uraian Proses HP Loop
Amoniak, karbon dioksida dan recycle karbamat masuk ke Reaktor Urea 2-R-201. Larutan produk keluar reaktor dengan komposisi urea, dan sisa reaktan (amoniak, karbon dioksida dan karbamat) menuju stripper 2-E-201 dimana pada stripper kadar amoniak dan karbon dioksida akan menurun karena adanya self adanya self stripping oleh amoniak. Keluaran dari bagian bawah stripper adalah larutan urea dengan konsentrasi sekitar 43%. Sedangkan keluaran dari bagian atas stripper akan dikondensasikan di Carbamate Condenser 2-E-202. Pada Carbamate Condenser 2-E-202, larutan karbamat akan terbentuk dan diresirkulasikan menuju reaktor melalui Carbamate Ejector 2-J-201, tetapi sebelum dalirkan menuju reaktor, larutan karbamat akan dipisahkan terlebih dahulu dengan gas inert pada Carbamate Separator 2-V-201. Gas outlet Carbamate Separator 2-V-201dikirim ke MP Decomposer 2-E-201A/B.
67
Panas yang dihasilkan dari carbamat condenser akan digunakan untuk membangkitkan steam membangkitkan steam SLS dengan tekanan 3,5 kg/cm2G. 2.3.3 Medium Pressure Loop
Tahapan proses ini merupakan pemurnian larutan larutan urea yang terbentuk pada HP loop dengan tekanan operasi sedang (17,8 Kg/cm²G).
Gambar 2.20 Skema Proses MP Loop
Uraian Proses MP Loop Setelah keluar dari stripper di HP loop, larutan urea dengan konsentrasi 43% diekspansikan terlebih dahulu hingga mencapai tekanan 17,8 Kg/cm²G. proses ekspansi urea akan menghasilkan flash menghasilkan flash gas, gas, oleh karena itu aliran urea yang bercampur dengan gas hasil ekspansi harus dipisahkan pada MP Decomposer MP Decomposer Separator 2-V-206 sebelum masuk ke MP Decomposer . Karbamat yang masih tersisa kemudian didekomposisi di MP Decomposer sehingga konsentrasi urea menjadi sekitar 62% berat. Panas untuk proses dekomposisi
karbamat disuplai oleh steam SLU dengan suhu 162 C dan tekanan 5,3 Kg/cm²G. larutan keluar dari MP Decomposer ditampung dalam Urea Solution Header 2-V-203 untuk selanjutnya didekomposisi lebih lanjut di LP loop. loop. Flash gas hasil keluaran MP Decomposer MP Decomposer Separator mengandung banyak amoniak dan karbon dioksida sehingga harus di-recovery di-recovery supaya tidak terbuang percuma. Flash gas dikondensasikan terlebih dahulu di Vacuum Preconcentrator 2-E-206, kemudian 68
dikondensasikan lebih lanjut di MP Condenser 2-E-207. Setelah terkondensasi, campuran amoniak dan karbon dioksida dialirkan menuju MP Absorber MP Absorber 2-C-201 untuk menyerap karbon dioksida dan air pada campuran. MP Absorber dilengkapi dengan bubble cap tray. MP Absorber diinjeksi dengan amoniak cair yang berasal dari Ammonia dari Ammonia Receiver 2-V-209 sebagai refluks. Off gas dari MP Absorber MP Absorber dijaga kandungan karbon dioksidanya pada sekitar 20-100 ppm untuk mencegan terjadinya CO2 carry over ke Ammonia Receiver . Gas amoniak kemudian dikondensasikan di Ammonia di Ammonia Condenser Condens er 2-E-210 A/B dan selanjutnya ditampung di Ammonia di Ammonia Receiver . Amoniak dalam fase uap jenuh akan menuju Ammonia menuju Ammonia Recovery Tower 2-C-204. Off gas dari Ammonia dari Ammonia Recovery Tower dialirkan menuju MP Ammonia MP Ammonia Absorber 2E-211, absorbsi amoniak menggunakan process menggunakan process condensate yang dialirkan dari atas tower. Amoniak yang telah terabsorb akan mengalir menuji bagian bawah dan selanjutnya dialirkan menuju MP Absorber MP Absorber sebagai absorben melalui Ammonia melalui Ammonia Solution Pump 2-P-206A/B. Larutan keluar dari bagian bawah MP Absorber akan dialirkan menuju Carbamate Condenser 2-E-202 menggunakan Carbamate Booster Pump 2-P-207 A/B dan HP Carbamate Solution Pump 2-P-202A/B. 2.3.4 Low Pressure Loop Larutan urea dengan konsentrasi sekitar 63% keluaran dari MP Decomposer MP Decomposer 2-E-204 dikespansikan hingga tekanannya mencapai 3,9 kg/cm2G sebelum masuk ke LP Decomposer. LP Decomposer. Sama halnya di MP loop, proses loop, proses ekspansi larutan urea akan menghasilkan men ghasilkan flash flash gas sehingga setelah proses ekspansi campuran larutan urea dan flash dan flash gas harus dipisahkan terlebuh dahulu di LP Decomposer Separator 2-V-207. Inert gas keluaran LP Decomposer LP Decomposer Separator akan dicampur denga off gas dari Distillation dari Distillation Tower 2-C-301 dan Urea Hydrolizer 2-R-301 untuk selanjutnya dikondensasikan di Ammonia di Ammonia Preheater 2-E-208. Panas yang dilepas oleh larutan urea akan digunakan untuk memanaskan amoniak cair sebelum masuk ke Reaktor Urea 2-R201. Setelah dikondensasi, larutan didinginkan lebih lanjut di LP Condenser 2-E-209. Larutan karbonat yang telah terkondensasi ditampung di Carbonate Solution Accumulator 2-V-210 selanjutnya dialirkan menuju shell side Vacuum Preconcentrator dan terus menuju MP Condenser melalui MP Carbonate Solution Pump 2-P203A/B. Larutan karbonat berfungsi untuk membantu proses kondensasi gas. 2.3.5 Vacuum Concentration Section Seksi ini merupakan proses pemekatan larutan urea yang telah didekomposisi melalui tiga tahap tekanan. Larutan urea dengan konsentrasi 69-71% akan diuapk an kandungan airnya sehingga konsentrasi urea melt sebagai bahan baku urea granul mencapai 96% 9 6% berat. Seksi ini menggunakan proses vakum.
69
Concentr ator Gambar 2.21 Skema Proses Vacuum Concentr
Proses pemekatan urea terjadi dalam dua tahap yaitu tahap vacuum preconcentrator untuk memekatkan urea hingga konsentrasi 85% berat, dan tahap vacuum concentrator untuk menaikkan konsentrasi urea dari 85% menjadi 96% berat. Panas yang dipakai untuk menguapkan air pada alat vacuum preconcentrator berasal preconcentrator berasal dari off gas dari MP Decomposer MP Decomposer Separator 2-V-206. Larutan urea 85% keluaran dari Vacuum Preconcentrator ditampung di Vacuum Preconcentrator Holder 2-V-205. Tahap kedua pemekatan terjadi di Vacuum Concentrator 2-E-401 hingga konsentrasinya mencapai 96% berat. 2.3.6 Unit Granulasi Proses produksi urea granul dilakukan dengan cara menyemprotkan urea melt ke bibit yang terfluidisasi. Partikel granul dapat terbentuk karena preses akresi, yaitu suatu proses dimana pertumbuhan ukuran granul yang dicapai melalui proses penguapan dan solidifikasi kontinyu dari sebuah tetesan urea ke permukaan bibit. Proses akresi ini akan menghasilkan partikel urea granul yang seragam. Pada unit granulasi, ditambahkan Urea Formaldehyde Concentrate denga konsnetrasi 85% (UF-85) yang diproduksi di unit utilitas. UF-85 ini berfungsi untuk meningkatkan strength dan menghindari caking .
70
Uraian Proses Granulator 2-V-603 menerima umpan larutan Urea dari Urea melt pump 2-P-401A/B. pump 2-P-401A/B. Sedang larutan UF-85 yang berasal dari UF storage UF storage tank 2-T-610 2-T-610 dipompa menggunakan UF metering pump 2-P-601 pump 2-P-601 A/B dan diinjeksikan ke dalam larutan Urea di suction 2-P-401 A/B. Larutan Urea yang mengandung Formaldehyde ini selanjutnya dimasukkan ke Granulator dengan spray dengan spray nozzle nozzle dan dispray dengan udara atomisasi yang berasal dan Atomization dan Atomization Air Blower 2-K-601. 2-K-601. Udara atomisasi berasal dari udara luar yang dipanaskan hingga 132-135°C dalam Granulation Atomizing Air Heater 2-E-602 2-E-602 setelah dinaikkan tekanannya di 2-K-601. Udara fluidisasi juga berasal dari udara luar yang dihembuskan ke Granulator melalui Granulator Fluidization Air Fan 2-K-302 Fan 2-K-302 pada suhu 43°C. Urea granul yang keluar dari Granulator kemudian dipisahkan dari bongkahan/lump bongkahan/lump dan dan aglomerat yang berukuran lebih besar dari 10 mm dalam Granulator extractor 2-X-602 2-X-602 A/B. Selanjutnya disaring dengan safety screen screen 2-X-610 A/B. Lump Lump dan aglomerat yang terpisahkan dikirim ke Recycle ke Recycle Tank 2-T-603. 2-T-603. Urea granul yang sudah bersih dari lump dan aglomerat dikirim ke Fluid ke Fluid Bed Cooler 2 2E-606 untuk didinginkan. Pendinginan dilakukan dengan menggunakan udara ambient dengan suhu 37°C yang dikirim melalui 1st Cooler Fluidization Air Fan 2-K-604 Fan 2-K-604 setelah mengalami pemanasan di 1st Cooler Air Heater 2-E-603. Udara fluidisasi dari 2-E-606 yang masih mengandung debu Urea dilewatkan Cooler Scrubber 2-V-602 2-V-602 untuk mengambil (menscrub) debu Urea kemudian dibuang ke atmosfer melalui stack menggunakan Cooler Scrubber Exhaust Fan 2-K-606. Fan 2-K-606. Sedangkan Urea granul yang keluar dari 2-E-606 dikirim ke Screen 2-X-611 Screen 2-X-611 A/B dengan menggunakan Bucket menggunakan Bucket Elevator 2-X-607 2-X-607 setelah terlebih dahulu didistribusikan melalui Screen Feeder 2-X-604 A/B. Keluar dari Screen 2-X-611A/B Urea granul dipisahkan menjadi 3 ukuran, yaitu oversize, undersize dan undersize dan onsize. onsize. Fraksi granul undersize dikirim undersize dikirim ke Granulator 2-V-603 sebagai bibit. Sedangkan fraksi granul oversize dihancurkan oversize dihancurkan di Roll di Roll Crusher 2-X-608 2-X-608 A/B sebelum bergabung dengan fraksi undersize untuk dikirim kembali ke Granultor sebagai bibit. Granul yang onsize dikirim onsize dikirim ke 2nd Fluid Bed Cooler 2-E-607 2-E-607 untuk didinginkan sampai 45oC sebelum dikirim ke storage ke storage.. Udara fluidisasi dari 2-E-607 dikirim ke Cooler Scrubber 2-V-602 2-V-602 (untuk pengambilan debu urea) menggunakan Cooler Scrubber Exhaust Fan 2-K-606 Fan 2-K-606 selanjutnya dibuang ke atmosfer melalui stack. Udara pendingin sebelum masuk 2-E-607 terlebih dahulu didinginkan sampai 6oC untuk menurunkan humidity udara humidity udara di Final di Final Cooler Air Air Chiller 2-E-604 2-E-604 dengan amoniak cair bersuhu 1oC. Amoniak diperoleh dari pabrik Amoniak melalui 2-LV-6011. Uap Amoniak yang menguap di 2-E-604 setelah didinginkan alat tersebut, masuk kembali ke 2-V-604 kemudian dikirim ke refrigerasi pabrik Amoniak. Air yang terpisah ditampung di droplet di droplet separator 2-V 2-V605. Udara selanjutnya dipanaskan di Final di Final Cooler Air Preheater 1-E-605 1-E-605 hingga 9oC.
71
Gambar 2.22 Skema Proses Seksi Granulasi
2.3.7 Process Condensate Treatment Tahap ini bertujuan untuk membersihkan air kondensat yang masih mengandung amoniak, karbon dioksida dan urea u rea sebelum dikirim ke unit utilitas. Kondensat proses ditampung di Proses Condensate Tank 2-T-301 dengan kandungan Urea sekitar 0.5 – 0.5 – 1% 1% berat, kandungan amoniak sekitar 6.69% berat, serta kandungan CO2 sekitar 1.34% berat. Kondensat ini kemudian dikirim ke bagian atas Distillation Tower 2-C301 menggunakan Distillation Tower Feed Pump 2-P-301 A/B. Sebelum memasuki 2-C-301, kondensat dipanaskan terlebih dahulu di Distillation Tower Preheater 2-E-301 dengan memanfaatkan panas dari kondensat yang keluar dari bagian bawah 2 -C-301. Kolom 2-C-301 terdiri dari 55 tray yang dibagi dua dengan menggunakan chimney tray yang terletak antara tray 35 dan 36. Sebagaian larutan karbonat dari Carbonat Solution Accumulator 2-V-210 diinjeksikan di distillation tower bagian atas sebagai reflux. Kondensat proses yang ditampung di chimney tray di pompa menggunakan Hydrolyzer Feed Pump 2-P-303 A/B ke Urea hydrolyzer 2-R-301. Di Urea hydrolyzer, Urea masih terkandung di dalam kondensat dihidrolisa menjadi CO2 dan NH3. Sebelum memasuki 2-R301, kondensat proses dipanaskan di Hydrolyzer Preheater 2 -E-303 A/B memanfaatkan panas dari kondensat proses yang keluar dari 2-R-301. Proses hidrolisa Urea dl 2-R-301 berlangsung 72
pada tekanan 35 kg/cm2G dan suhu 235°C dengan pemanas steam SM. Uap yang keluar dari 2-R-301 dan 2-C-301 dicampur dengan uap dari LP decomposer 2-E-205 dikirim ke shell side Amoniak Preheater 2-E-208 untuk dikondensasi. Kondensat hasil olahan 2-R-301 didinginkan di 2-E-303 A/B oleh kondensat yang yan g masuk ke 2-R-301, kemudian dikirim ke top Distillation Tower 2-C-301 bagian bawah untuk menjalani proses stripping lebih lanjut menggunakan steam SLU. Kondensat yang sudah bersih dari NH3, CO2 dan Urea meninggalkan bagian bawah 2C-301 pada suhu 154°C kemudian didinginkan di carbamat preheater 2-E-203 sampai 113°C. Pendinginan dilanjutkan di distilation tower preheater 2-E-302 sampai suhu 77 OC dan Final Process Condensate Cooler 2-E-301 sampai 50°C. Proses kondensat yang keluar dari 2-E-301 merupakan kondensat hasil olahan PCT dengan kandungan NH3 sekitar 3 ppm, kandungan Urea sekitar 3 ppm, serta konduktivity sekitar 15 μS/cm, kemudian dikirim ke Raw Condensate Tank (Utility) (Utility) sebagai umpan boiler.
Gambar 2.23 Skema Proses Process Condensate Treatment
BAB III 73
HASIL PRODUKSI
3.1 Spesifikasi Produk PT. Pupuk Kalimantan Timur Urea Prill Spesifikasi produk urea dapat dinyatakan sebagai berikut:
Kandungan ammonia
: 46,3% (min weight )
Moisture
: 0,3% (max weight )
Biuret
: 1% (max weight )
Fe
: 0,1 ppm (max weight )
Ammonia free
: 150 ppm (max (max weight )
Ukuran Partikel
: 6-8 US mesh
Bentuk
: prill : prill (free floming)
Amoniak Spesifikasi produk amoniak dapat dinyatakan sebagai berikut:
Kandungan air
: 0,1% (max weight )
Kandungan NH3
: 99,9% (min weight )
Kandungan minyak
: 5 ppm (max weight) weight)
Insoluble gas
: 500 ppm (max weight )
Temperatur
: -33 oC (ke storage (ke storage)) 20-38 oC (ke urea)
Nitrogen
: 46% (min (min weight )
Biuret
: 1% (max weight )
Kandungan air
: 0,5% (max weight )
Besi
: 1 ppm (max weight )
Ammoniak bebas
: 150 ppm (max weight )
Debu
: 15 ppm (max weight )
Temperatur produk
: 50 oC (max (max))
Ukuran produk
: 90% (min weight ) untuk 2 mm – mm – 4 4 mm
Bentuk
: granul
Urea Granul
74
NPK
Pupuk NPK Fusion memiliki kandungan nutrisi total yang diperlukan tanaman sebesar 30-45% dan sisanya adalah clay sebagai bahan p engisi serta kandungan air. Penampilan pupuk akan terlihat mendekati warna bahan pengisi dalam granul, tergantung pada komposisi yang diinginkan. Pabrik NPK Fusion PT. Pupuk Kaltim adalah satu-satunya pabrik NPK steam granulation di Indonesia yang mampu memproduksi komposisi NPK dengan Hi-Nitrogen, contohnya NPK 20-10-10 dan NPK 20-8-11 + 2 S + 1 Trace Elements. Sifat fisik dan kimia utama dari pupuk NPK Fusion adalah sebagai berikut:
Bulk density
: 0,75
Kepadatan
: 0,88
Relative kelembaban kritis (30 ℃)
: 44,5%
Panas spesifik
: 0,30 kal / gram. ℃
pH
: 4,5 -6,5
Ukuran Granul (2 - 4 mm)
: ≥ 90% 90%
3.2 Merek Dagang PT. Pupuk Kalimantan Timur 1. Pupuk Urea Mandau
Gambar 1.14 Merek Dagang Pupuk Urea Mandau
2. Pupuk NPK Pelangi
Gambar 1.15 Merek Dagang Pupuk NPK Pelangi
75
3. Pupuk Daun Buah
Gambar 1.16 Merek Dagang Pupuk Daun Buah
76
DAFTAR PUSTAKA Fajargis, Alif R., 2014. Laporan 2014. Laporan Praktik Kerja Lapangan Departemen Proses dan Pengelolaan Energi PT. Pupuk Kaltim. Kaltim. Malang: Universitas Brawijaya.
77
AI N O M M A
78
UREA
79
