BAB PROSES PEMBUATAN UREA MENURUT LICENSI PROSES : ACES 1. PROSES PEMBUATAN UREA - ACES
Synthessis Peralatan Utama : Reaktor, Stripper, Scrubber & Carbamate Condenser. Tekanan : 165-171 kg/cm² Temperature : Reaktor : 175°C (bottom) Stripper : 175°C (bottom) N/C Reaktor : 3.7 – 4.0 Urea out reaktor : 32.93%w Urea out stripper : 48.99%w
Purifikasi & Recovery Peralatan Utama : HPD, LPD, HPA, & Washing column Tekanan : HPD : 17.5 kg/cm² LPD : 2.5 kg/cm² Temperature bottom : HPD : 158°C LPD : 175°C Kadar urea outlet HPD : 62.34 % LPD : 67.90%
Consentration Peralatan Utama : Vacuum Consentrator B Vacuum Consentrator A Final Sparator Tekanan : VCB & VCA: 150 mmHgA Final Sep : 25 mmHgA Temperature oulet : VCB : 63°C VCA : 132°C Final Sep. : 138 °C Kadar urea outlet VCB : 83.60 %w VCA : 96.89 %w Final Sep : 98.97%
Proces Condensate Treat. Peralatan Utama : Condensate Stripper Urea hydrolizer Vacuum generator for concentration section Tekanan : Cond. Stripper : 3.0 kg/cm² Urea hydr. : 18.0 kg/cm² Temperature : Cond Stripper : 138 °C Urea hydr. : 200°C
Prilling. Peralatan Utama : Distributor, Prilling Tower, Fluidizing Cooler, Dust Recovery
2. Seksi Sinthesis Urea diproduksi melalui reaksi eksothermis dari ammonia dan karbondioksida lalu membentuk ammonium karbamat kemudian diikuti dehidrasi endothermis dari ammonium karbamat yang membentuk urea. 2 NH3 + CO2
NH4 COONH2 + Q (38.060cal/mol) CBA
NH4 COONH2
NH2CONH2+H2O-Q( 5.220cal/mol) Urea
Reaksi ini reversible, variable utama yang mempengaruhi reaksi adalah suhu, tekanan komposisi, feed dan waktu reaksi. Konversi ammonium karbamat menjadi urea berlangsung hanya dalam fasa liquid, sehingga diperlukan tekanan tinggi. Suhu dan tekanan tinggi meningkatkan konversi menjadi urea. Konversi ke urea menurun dengan adanya air dan naik oleh adanya NH3 berlebih. Dari reaksi diatas terlihat bahwa import steam tidak diperlukan lagi atau dapat diperkecil asal panas yang terbentuk dapat dimanfaatkan secara ideal sesuai dengan proses ACES yang diusulkan. ACES adalah proses yang: menggabungkan keuntungan yang ada diproses recycle larutan dan dalam proses stripping, dengan kata lain efficiency untuk one through CO 2 conversion tinggi. NH3 cair dipompa oleh GA 101 NH3 feed pump melalui EA 103 Ammonia Preheater ke Reaktor DC 101. Pompa tersebut adalah type centrifugal dan digerakkan oleh steam turbine sedangkan satu pompa standby. CO 2 gas ditekan sampai kira-kira 175 kg/cm2g oleh CO2 compressor GB 101 type centrifugal, penggeraknya steam turbin dan hampir semua gas CO2 dimasukkan ke DA 101 stripper untuk tujuan stripping CO2. Udara anti korosi untuk synthesis loop juga diinjeksikan lewat interstage CO2 compressor. Larutan Recycle karbamat yang berasal dari recovery dimasukkan ke
DA 102
Scrubber dan EA 102 no. 2 carbarmate Condenser oleh GA 102 carbarmate Feed Pump yang juga type centrifugal, satu pompa standby dan dua-duanya digerakkan oleh steam turbine. DC 101 Reaktor dioperasikan pada tekanan 175 kg/cm 2g dan temperatur 190oC dengan mol ratio NH3/CO2 = 4,0(mol/mol). DC 101 adalah menara vertical dengan 9 internal baffle plates dan dinding dalamnya dilapisi dengan SS 316 L urea grade. Volumenya cukup untuk mengadakan reaksi sinthesa dengan cara sedekat-dekatnya mencapai kondisi kesetimbangan. Recidence time dalam reactor adalah 25 menit menurut kapasitas design. Karena sifat-sifat korosi dari zat-zat pereaksi dan produk didalam reactor maka pemasangan lapisan SS 316 L urea grade merupakan pelindung yang cocok pada, semua permukaan yang ada kontak dengan campuran reaksi. Reaktor di pabrik lain dilapisi titanium. Juga, biasa bahwa stainless steel atau titanium terkorosi oleh zat pereaksi. Bagaimanapun penambahan sedikit udara bertujuan
untuk melindungi pasivasi/stainless steel dan titanium sehingga daya tahan yang lama dapat diperoleh. Karena reaksi keseluruhan dari NH3 dan CO2 membentuk urea adalah eksothermis, maka haruslah dikontrol benar suhu, didalam reaktor. Suhu diatur dengan mengkombinasikan faktor-faktor berikut : 1. Ekses NH3 ke reactor 2. Banyaknya recycle solution ke reactor 3. Suhu preheating dari NH3 liq ke reactor Suhu yang rendah pada reaktor akan menurunkan konversi karbamat menjadi urea, mengakibatkan bertambahnya larutan recycle carbamat. Bertambahnya recycle solution akan membutuhkan lebih dikomposisi pada seksi purifikasi dan absorbsi pada seksi recovery yang selanjutnya akan menurunkan konversi urea keseluruhan. Sebaliknya bila suhu reactor melebihi 200oC poses korosi pada lining didalam reaktor akan naik dengan cepatnya. Demikian juga tekanan keseimbangan dari pada campuran reaksi mungkin akan melebihi tekanan didalam reaktor. Keadaan ini akan mengakibatkan rendahnya konversi karbarmat urea. Tekanan operasi dari DA 101 Stripper, no.1 dan no.2 Carbamate Condenser (masing-masing EA 101 dan EA 102) dan DA 102 Scrubber adalah sama dengan reaktor. Larutan urea sinthesis setelah mencapai konversi CO2 68 % dalam reaktor, keluar lewat down pipe dan masuk ke DA 101 Stripper secara gravity. Pada bagian atas stripper larutan urea sinthesis dari reactor akan bersinggungan dengan gas CO2 yang berasal dari bawah melewati sieve tray, dengan alat ini maka stripping CO2 menjadi lebih efektif. Pada bagian bawah
DA 101 stripper, ammonium
karbamat dan ekses NH3 yang terkandung dalam larutan urea sinthesis akan terurai dan dipisahkan oleh CO2 stripping dan steam pemanas dalam falling film type heater. Tekanan operasi DA 101 stripper adalah 175 kg/cm2g dan temp. 177oC . Gas dari bagian atas dikirim ke carbamate Condenser no.l dan no.2 ( EA 101/EA 102) sedang larutan urea dengan sisa kadar NH3 ±13 % wt dikirim ke seksi purifikasi. Didalam EA 101 dan EA 102 gas dari DA 101 dikondensasikan dan diabsorbsi oleh larutan karbamat recycle yang berasal dari seksi Recovery. Panas yang terjadi dimanfaatkan untuk membuat steam 5 kg/cm2g di EA 101 dan memanaskan larutan urea
di EA 102. Kedua kondenser dioperasikan pada. tekanan 175 kg/cm 2g dan temp 175oC. Gas dan larutan karbamat dari bawah kondensor masuk ke reactor. Gas dari top reaktor yang mengandung sedikit NH 3 dan CO2 discrub di DA 102 scrubber dengan larutan karbamat recycle, seterusnya dimasukkan ke
EA 101 sebagai
absorbent. Gas dari top scrubber dikirim ke DA 201 HP decomposer untuk direcovery lebih lanjut. 3. Seksi Purifikasi Larutan urea yang dihasilkan seksi sinthesis dikirim ke seksi Purifikasi, dimana ammonium karbamat, air dan ekses NH3 yang terkandung didalam larutan terurai dan dipisahkan dengan penurunan tekanan dan pemanasan. Larutan urea dimurnikan sampai kira-kira 70% berat dengan sisa NH3 dan CO2 masing-masing 0,5 dan 0,4% berat dikirim ke seksi Evaporasi (Concentration sect) NH4 COONH2
CO2 + 2 NH3
Ammonium karbamat Penguraian larutan urea biasanya dilakukan pada suhu 158oC di EA 102 dan tekanan 17,5 Kg/cm2g. Penurunan tekanan akan menambah baiknya dekomposisi demikian pula halnya dengan kenaikan suhu. Larutan urea di DA 201 HP Decomposer dipanaskan lebih lanjut dengan steam condensate didalam falling film type internal heat exchanger. Gas NH3 dan CO2 yang terjadi dari penguraian ammonium karbamat dikirim ke EA 401
HP Absorber
( Seksi Recovery ). Gas dari DA 102 Scrubber masuk ke bagian bawah DA 201 sebagai purge gas tujuan untuk mencegah korosi oleh karena purge gas tersebut mengandung oksigen (anti corrosian effect of oxygen). Larutan urea dari DA 201 yang mengandung sisa NH 3 dan CO2 masing-masing 7 dan 3% berat dikirim kebagian atas DA 202 LP Dicomposer yang dioperasikan pada tekanan 2,5 kg/cm2 g dan ternperatur 123oC. Panas yang diperlukan untuk memisahkan gas CO2 dan NH3 diperoleh dari gas yang berasal dari DA 501 (process condensate treatment section) maupun oleh steam pemanas di dalam internal failing film type heater LP Decomposer CO2.
Stripping pada bed bawah bermanfaat untuk mempercepat
pemisahan NH3. Konstruksi material untuk LP Decomposer adalah SS 316.
Gas yang terpisahkan di DA 202 dikirim ke EA 402 LP Absorber untuk direcover, sedang larutan ureanya dikirim ke FA 201 urea solution tank melewati FA 205 flash separator sebagai tingkat akhir pemurnian Urea dengan cara penurunan tekanan. Larutan Urea dari FA 201 dengan GA 201 urea solution pump dikirim ke seksi Evaporasi. Catatan: Selama dekomposisi, hidrolisa urea menjadi faktor penting. Hidrolisa berlangsung seperti yang ditunjukkan oleh reaksi berikut: NH2 CO NH2 + H2O
CO2 + 2 NH3
Karena hidrolisa, menyebabkan berkurangnya urea yang dikehendaki sebagai produk, maka kondisi harus diatur untuk memperkecil kehilangan produk. Hidrolisa mudah terjadi pada suhu tinggi, tekanan rendah dan residence time yang lama. Pembentukan biuret adalah faktor lain yang harus dipertimbangkan baik dalam proses dekomposisi maupun proses finishing. Pada tekanan parsial NH 3 yang rendah dan suhu diatas 90oC urea berubah membentuk NH3 dan biuret seperti dalam reaksi dibawah ini: 2NH2CONH2
NH2CONHCONH2 + NH3
Urea
Biuret
Reaksi ini bolak-balik dan variabel utama yang mempengaruhi reaksi adalah suhu, konsentrasi NH3 dan residence time. Lajunya biuret terbentuk didalam urea yang meleleh dan didalam larutan urea yang pekat dengan konsentrasi NH 3 yang rendah adalah tinggi. Tetapi dalam waktu sintesa ekses NH3 membantu menekan kadar biuret tetap rendah. Kadar biuret yang diizinkan untuk grade pupuk adalah < 1%. Kadar biuret yang tinggi menyebabkan rusaknya hasil panenan karena daun-daun menjadi kuning kekurangan butir hijau daun. 4. Seksi Evaporasi (Concentration Section) Setelah NH3 dan CO2 yang tidak terkonversi dipisahkan dari larutan urea diseksi Purifikasi, maka diseksi Evaporasi larutan Urea dipekatkan lagi sampai mencapai konsentrasi 99,7 % berat sebelum ke Prilling Tower. Vacuum system dipakai pada seksi ini agar tidak mengganggu lingkungan kerja dan polusi lingkungan dapat terkontrol.
Larutan Urea dari Seksi Purifikasi dikirim ke FA 202 vacuum concentrator yang beroperasi pada tekanan 150 mmHg dan temp 77oC untuk memekatkan urea. solution sampai 84% wt. Panas yang diperlukan untuk penguapan air diperoleh dari EA 401 HP Absorber (Seksi Recovery) dan seterusnya di EA 201 dipanaskan dengan LPS sampai 132oC sehingga diperoleh konsentrasi Urea 97,7%. Pada tingkat terakhir dari seksi ini larutan urea dipanaskan lagi sampai suhu 138 oC di EA 202 Final Concentrator dan diperoleh konsentrasi urea 99,7 % di FA 203 Final Separator yang beroperasi pada tekanan 25 mmHg vacuum, seterusnya dengan GA 204 Molten urea pump dikirim ke Prilling Tower. Uap air diolah di Seksi Pengolahan Proses Kondensat (Process Condensate treatment Section). 5. Seksi Pembutiran ( Prilling Tower) Urea cair (molten urea) dengan konsentrasi urea 99,7 wt% yang berasal dari Seksi Evaporasi, di Prilling Tower dispraykan, didinginkan dan dipadatkan hingga diperoleh produk urea prill. Prilling Tower di rancang mempunyai ketinggian jatuh bebas setinggi 52 m dan diameter dalamnya adalah 13,1 meter. Air pendingin dihembuskan lewat bawah menara oleh GB 301 blower for Fluidizing cooler dan naik kedalam menara seterusnya ditarik oleh 4 unit GB 301 Induced Fan yang dipasang dipuncak menara. Pada bagian atas Prilling Tower disediakan dedusting system untuk merecover debu urea yang terikut dalam udara pendingin. Dedusting system terdiri dari FD 304 packed bed untuk menangkap debu dan GB 301 Induce Fan untuk Prilling Tower. Debu urea yang terbawa oleh udara panas ditangkap oleh sprayer larutan urea kadar 20% wt. Debu urea yang terbang dari Tower kurang lebih 30 mgNm 3 atau kurang sudah memenuhi nilai dibawah ambang batas polusi. Larutan urea yang terecovery dikirim ke FA 201 urea solution tank. 6. Seksi Recovery (Recovery section) Gas NH3 dan CO2 yang lepas dari Seksi purifikasi diabsorbsi dan direcovery dalam dua tingkat absorber yaitu EA 401 HP Absorber dan EA 402 LP Absorber dengan menggunakan process condensate sebagai absorbent, dan akhirnya dikirim ke Seksi Synthesis.
Gas yang keluar dari DA 202 LP Decomposer dikirim ke EA 402 LP Absorber yang beroperasi pada tekanan 2,3 kg/cm2g dan temp 50oC untuk absorbsi NH3 dan CO2. Gas yang keluar dari DA 201 HP Decomposer dikirim ke EA 401 A/B HP Absorber yang beroperasi pada tekanan 17,3 kg/cm2g dan temp 108oC. Panas yang terbentuk dalam proses absorbsi di EA 401 direcover oleh larutan urea yang berasal dari FA 202 dan dimanfaatkan sebagai sumber panas untuk pemekatan larutan urea. Gas yang keluar dari EA 401 dicuci oleh larutan dari LP Absorber. Larutan karbamat yang terbentuk di HP Absorber dikirim ke EA 101 dan EA 102 dan sebagian lagi ke DA 102 Scrubber (Unit Sintesa). Sebagian gas yang tidak terabsorbsi di DA 401 bed bawah ditangkap oleh proses condensat dari FA 501 Process Condensate Tank di bed atas dan larutannya dipakai absorbent di EA 402. gas-gas yang tidak terabsorbsi/ terkondensasi selanjutnya divent. 7. Seksi Pengolahan Proses Kondensat (Process Condensate Treatment Section) Uap air yang terjadi di seksi Evaporasi terikut pula urea mist, gas NH 3 dan CO2 dikondensasikan oleh EA 501 sampai dengan EA 503 vacum generation system menjadi kondensat. Proses kondensat ini dikirim ke DA 501 PC Stripper dan DA 502 urea Hydrolyzer untuk diolah. Proses kondensat yang bersih (setelah pengolahan) dikirim ke fasilitas pengolahan air untuk dimanfaatkan sebagai BFW. Gas CO2 dan NH3 yang lepas dari proses kondensat dengan cara stripping dikirim ke LP Decomposer untuk direcovery. Jumlah proses kondensat bersih yang keluar dari DA 501 adalah 29,2 t/h masuk FA 305 water tank dan dengan GA 301 sejumlah 11,5 t/h cond dikirim ke FC 301 Dust Chamber di Prilling Tower sebagai make up dan sisanya 17,7 t/h dikirim ke Water Treatment Facility. • Vacuum Generation System: Uap air di FA 203 dengan tekanan 25 mmHg vacuum ditarik oleh EE 201 ejektor dan dikondensasikan di EA 503 Surface Condenser. Air yang menguap di FA 202 dengan tekanan 150 mmHg vacuum dikondensasikan di EA 501 First Surface Condenser. Uap air yang tidak terkondensasi di EA 501 dikirim ke EA 502 Second Surface condenser untuk dikondensasikan. Non kondesable gas dari EA 502 ditarik oleh EE 502 Second
ejector masuk ke DA 502 Final Absorber Cooler untuk merecover NH 3 dan CO2 sebelum gas dibuang ke atmosfer. Gas yang mengandung NH3 dan CO2 dari FA 205 Flash Separator dikirim ke EA 506 Flash gas condenser untuk dikondensasikan. Non Condensable gas dari EA 506 ditarik oleh vacuum generation system untuk recovery gas NH3 dan CO2 lebih lanjut. • Pengolahan Proses Kondensat Kondensat yang tersimpan di FA 501 Process Condensate Tank sebagian dikirim ke EA 402 LP Absorber untuk make up absorbent dan sisanya ke,
DA 501 yang
mempunyai internal sieve tray dan dioperasikan pada tekanan 2,8kg/cm 2g. Untuk memisahkan NH3 dan CO2 dari condensate maka pada bagian bawah DA 501 diinjeksikan LPS sebagai stripping, gas yang keluar dari puncak DA 501 dikirim ke DA 202 untuk stripping. Proses kondensate pada bagian atas DA 501 setelah kandungan NH3nya dilepaskan, dengan GA 502 lewat EA 505 dikirim ke DA 502 urea hydrolizer yang beroperasi pada tekanan 18 kg/cm2 dan temperatur 200oC untuk hydrolisa urea menjadi NH3 dan CO2. Proses kondensat dari bawah DA 502 lewat EA 505 masuk kebagian bawah DA 501 untuk melepaskan gas NH3 dan CO2 dengan stripping. Akhirnya proses kondensat setelah pengolahan mengandung 5 ppm sisa urea dan NH3 dikirim ke Dust Chamber Prilling Tower dan sebagian lagi ke Water Treatment Unit untuk dipolish menjadi BFW. 8. Unit Pengolahan Air (Water Treatment Unit) Steam kondensat dari proses heater dan EA 104 Turbine Condenser dibersihkan kesadahannya di unit ini bersama dengan proses kondensat dari
DA 501. Kondensat
pertama kali dilewatkan ke FD 801 condensate filter untuk menghilangkan scale/kerak dalam kondensat. Kondensat kemudian dikirim ke DA 801 Polisher, dimana kondensat dibersihkan ion-ionnya agar memenuhi kualitas BFW. Air yang sudah bersih dipompa dengan Polisher Water Pump dan dikirim ke Deaerator Utility Plant. DA 801 Polisher diregenerasi sekali seminggu dengan caustic soda dan asam sulfat. Air buangan di netralisir di AD 801 Neutralization Pond baru dibuang.
