Secara umum tahapan-tahapan proses pembuatan Amoniak dapat diuraikan sebagai berikut :

Transkripsi

1 PROSES PEMBUATAN AMONIAK ( NH3 ) Amoniak diproduksi dengan mereaksikan gas Hydrogen (H 2) dan Nitrogen (N 2) dengan rasio H 2/N 2 = 3 : 1. Disamping dua komponen tersebut campuran juga berisi inlet dan gas-gas yang dibatasi kandungannya, seperti Argon (Ar) dan Methan (CH4). Secara umum tahapan-tahapan proses pembuatan Amoniak dapat diuraikan sebagai berikut : 1. Feed Treating dan Desulfurisasi 2. Reforming Section 3. Gas Purification 4. Synthesa Loop dan Amoniak Refrigerant 1. Feed Treating dan Desulfurisasi Natural Gas sebagai bahan baku utama dalam pembuatan Amoniak haruslah di treatment terlebih dahulu untuk menghilangkan kotoran-kotoran dan senyawa kimiawi yang dapat mengganggu jalannya proses melalui beberapa tahapan berikut : 1.1. Desulfurization Sponge Iron Sejumlah H 2S dalam feed gas diserap di Desulfurization Sponge Iron dengan sponge iron sebagai media penyerap. Fe2O3.6H2O + H 2S Fe2S3 6 H 2O + 3 H 2O 1.2. CO 2 Removal Pretreatment Section Feed Gas dari Sponge Iron dialirkan ke unit CO 2 Removal Pretreatment Section Untuk memisahkan CO 2 dengan menggunakan larutan Benfield sebagai penyerap. Unit ini terdiri atas CO 2 absorber tower, stripper tower dan benfield system Co-Mo /ZnO Desulfurizer Seksi ini bertujuan untuk memisahkan sulfur organik yang terkandung dalam feed gas dengan cara mengubahnya terlebih dahulu mejadi Hydrogen Sulfida dan mereaksikannya dengan ZnO. RSH + H 2 H 2S + RH H 2S + ZnO ZnS + H 2O 2. Reforming Section 2.1. Primary Reformer

2 Seksi ini bertujuan untuk mengubah feed gas menjadi gas sintesa secara ekonomis melalui dapur reformer dengan tube-tube berisi katalis nikel sebagai media kontak feed gas dan steam pada temperature (824 o C)dan tekanan (45 46 kg/cm 2 ) tertentu. Adapun kondisi operasi acuan adalahperbandingan steam to carbon ratio 3,2 : 1. CH 4 + H 2O CO + 3 H 2 - Q CO + H 2O CO 2 + H 2 + Q Secara overall reaksi yang terjadi adalah reaksi endothermic sehingga membutuhkan burner dan gas alam sebagai fuel Secondary Reformer Gas yang keluar dari primary reformer masih mengandung kadar CH 4 yang cukup tinggi, yaitu %, sehingga akan diubah menjadi H 2 pada unit ini dengan perantaraan katalis nikel pada temperature 1002,5 o C. CH 4 + H 2O 3 H 2 + CO Kandungan CH 4 yang keluar dari Secondary reformer ini diharapkan sebesar 0.34 % mol dry basis. Karena diperlukan N 2 untuk reaksi pembentukan Amoniak maka melalui media compressor dimasukkan udara pada unit ini. Reaksi ; 2H 2 + O 2 2H 2O CO + O 2 2CO 2 3. Gas Purification 3.1. High Temperature Shift Converter (HTS) Setelah mengalami reaksi pembentukan H 2 di Primary dan Secondary Reformer maka gas proses didinginkan hingga temperature 371 o C untuk merubah CO menjadi CO 2 dengan reaksi sebagai berikut : CO + H 2O CO 2 + H 2 + heat Kadar CO yang keluar dari unit ini adalah 3,5 % mol dry basis dengan temperature gas outlet 432 o C 437 o C Low Temperature Shift Converter (LTS)

3 Karena tidak semua CO dapat dikonversikan menjadi CO 2 di HTS, maka reaksi tersebut disempurnakan di LTS setelah sebelumnya gas proses didinginkan hingga temperature 210 o C. Diharapkan kadar CO dalam gas proses adalah sebesar 0,3 % mol dry basis CO 2 Removal Karena CO 2 dapat mengakibatkan degradasi di Amoniak Converter dan merupakan racun maka senyawa ini harus dipisahkan dari gas synthesa melalui unit CO 2 removal yang terdiri atas unit absorber, striper serta benfield system sebagai media penyerap. System penyerapan di dalam CO 2 absorber ini berlangsung secara counter current, yaitu gas synthesa dari bagian bawah absorber dan larutan benfield dari bagian atasnya. Gas synthesa yang telah dipisahkan CO 2-nya akan keluar dari puncak absorber, sedangkan larutan benfield yang kaya CO 2 akan diregenerasi di unit CO 2 stripper dan dikembalikan ke CO 2 absorber. Sedangkan CO 2 yang dipisahkan digunakan sebagai bahan baku di pabrik urea. Adapun reaksi penyerapan yang terjadi : K 2CO 3 + H 2O + CO 2 2KHCO Methanasi Gas synthesa yang keluar dari puncak absorber masih mengandung CO 2 dan CO relative kecil, yakni sekitar 0,3 % mol dry basis yang selanjutnya akan diubah menjadi methane di methanator pada temperature sekitar 316 o C. CO + 3H 2 CH 4 + H 2O + heat CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2O + heat 4. Synthesa Loop dan Amoniak Refrigerant 4.1. Synthesis Loop Gas synthesa yang akan masuk ke daerah ini harus memenuhi persyaratan perbandingan H 2/N 2 = 2,5 3 : 1. gas synthesa pertama-tama akan dinaikkan tekanannya menjadi sekitar kg/cm 2 oleh syn gas compressor dan dipisahkan kandungan airnya melalui sejumlah K.O. Drum dan diumpankan ke Amoniak Converter dengan katalis promoted iron. 3H2 + N 2 2NH 3 + heat Kandungan Amoniak yang keluar dari Amoniak Converter adalah sebesar 12,05-17,2 % mol Amoniak Refrigerant Amoniak cair yang dipisahkan dari gas synthesa masih mengandung sejumlah tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di seksi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk : Mem-flash amoniak cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut.

4 5. Produk Amoniak Sebagai bagian yang integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari gas synthesa untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop Synthesa dengan memanfaatkan tekanan dan temperature yang berbeda di setiap tingkat refrigeration. Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua, yakni : Warm Ammonia Product (30 o C) yang digunakan sebagai bahan baku untuk pabrik urea. Cold Ammonia Product (-33 o C) yang disimpan dalam Ammonia Storage Tank. Sumber : Pabrik Amoniak ialah pabrik yang menghasilkan amoniak sebagai hasil utama dan carbon dioxide sebagai hasil samping yang keduanya merupakan bahan baku pabrik urea. Proses Pembuatan Amoniak Bahan baku pembuatan amoniak adalah gas bumi yang diperoleh dari Pertamina dengan komposisi utama methane (CH4) sekitar 70% dan Carbon Dioxide (CO2) sekitar 10% Steam atau uap air diperoleh dari air Sungai Musi setelah mengalami suatu proses pengolahan tertentu di Pabrik Utilitas. Sedangkan udara diperoleh dari lingkungan, dan sebelum udara ini digunakan sebagai udara proses, ditekan terlebih dahulu oleh kompressor udara. Secara garis besar proses dibagi menjadi 4 unit, dengan urutan sebagai berikut : 1. Feed Treating Unit 2. Reforming Unit 3. Purification & Methanasi 4. Compression Synloop & Refrigeration Unit (1) Feed Treating Unit Gas Alam yang masih mengandung kotoran (impurities), terutama senyawa belerang sebelum masuk ke Reforming Unit harus dibersihkan dahulu di unit ini, agar tidak menimbulkan keracunan pada Katalisator di Reforming Unit. Untuk menghilangkan senyawa belerang yang terkandung dalam gas alam, maka gas alam tersebut dilewatkan dalam suatu bejana yang disebut Desulfurizer. Gas alam yang bebas sulfur ini selanjutnya dikirim ke Reforming Unit. (2) Reforming Unit Di reforming unit gas alam yang sudah bersih dicampur dengan uap air, dipanaskan, kemudian direaksikan di Primary Reformer, hasil rekasi yang berupa gas-gas hydrogen dan carbon dioxide dikirm ke Secondary Reformer dan direaksikan dengan udara sehingga dihasilkan gas-gas sebagai berikut : Hidrogen Nitrogen Karbon Dioksida

5 Gas gas hasil reaksi ini dikirim ke Unit purifikasi dan Methanasi untuk dipisahkan gas karbon dioksidanya. (3) Purification & Methanasi Karbon dioksida yang ada dalam gas hasil reaksi Reforming Unit dipisahkan dahulu di Unit Purification, Karbon Dioksida yang telah dipisahkan dikirim sebagai bahan baku Pabrik Urea. Sisa karbon dioksida yang terbawa dalam gas proses, akan menimbulkan racun pada katalisator ammonia converter, oleh karena itu sebelum gas proses ini dikirim ke Unit Synloop & Refrigeration terlebih dahulu masuk ke Methanator (4) Compression Synloop & Refrigeration Unit Gas Proses yang keluar dari Methanator dengan perbandingan gas hidrogen : nitrogen = 3 : 1, ditekan atau dimampatkan untuk mencapai tekanan yang diinginkan oleh Ammonia Converter agar terjadi reaksi pembentukan, uap ini kemudian masuk ke Unit Refrigerasi sehingga didapatkan amoniak dalam fasa cair yang selanjutnya digunakan sebagai bahan baku pembuatan Urea. Hasil / produk pada proses di atas adalah gas ammonia cair serta karbon dioksida yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan Urea. Sumber : Pembuatan Amonia dengan Proses Haber Bosch Tabel : Kondisi Optimum Pembuatan NH 3 No Faktor N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) H= -924 kj 1. Suhu 1. Reaksi bersifat eksoterm 2. Suhu rendah akan menggeser kesetimbangan kekanan. 3. Kendala:Reaksi berjalan lambat 2. Tekanan 1. Jumlah mol pereaksi lebih besar dibanding dengan jumlah mol produk. 2. Memperbesar tekanan akan menggeser kesetimbangan kekanan. 3. Kendala Tekanan sistem dibatasi oleh kemampuan alat dan faktor keselamatan. 3. Konsentrasi Pengambilan NH 3 secara terus menerus akan menggeser kesetimbangan kearah kanan Kondisi Optimum o C atm _ 4. Katalis Katalis tidak menggeser kesetimbangan Fe dengan campuran kekanan, tetapi mempercepat laju reaksi secara Al 2O 3 KOH dan garam keseluruhan lainnya Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hydrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah : N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) H = -92,4Kj Pada 25 o C : Kp = 6,2 105 Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukannh 3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500 o C sekalipun. Dipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar

6 500 o C dan tekanan sekitar atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al 2O 3, MgO, CaO, dan K 2O. Reaksi kekanan pada pembuatan amonia adalah reaksi eksoterm. Reaksi eksoterm lebih baik jika suhu diturunkan, tetapi jika suhu diturunkan maka reaksi berjalan sangat lambat. Amonia punya berat molekul 17,03. Amonia ditekanan atmosfer fasanya gas. Titik didih Amonia -33,35 o C, titik bekunya -77,7 o C, temperatur & tekanan kritiknya 133 o C & 1657 psi. Entalpi pembentukan ( H), kkal/mol NH 3(g) pada 0 o C, -9,368; 25 o C, -11,04. Pada proses sintesis pd suhu o F, akan dilepaskan panas sebesar 13 kkal/mol. Kondisi optimum untuk dapat bereaksi dengan suhu o C, dengan tekanan atm. Kondisi optimum pembuatan amonia (NH 3) dapat digambarkan pada tabel berikut : Pengaruh katalis pada sistem kesetimbangan adalah dapat mempercepat terjadinya reaksi kekanan atau kekiri, keadaan kesetimbangan akan tercapai lebih cepat tetapi katalis tidak mengubah jumlah kesetimbangan dari spesies-spesies yang bereaksi atau dengan kata lain katalis tidak mengubah nilai numeris dalam tetapan kesetimbangan. Peranan katalis adalah mengubah mekanisme reaksi kimia agar cepat tercapai suatu produk. Katalis yang dipergunakan untuk mempercepat reaksi memberikan mekanisme suatu reaksi yang lebih rendah dibandingkan reaksi yang tanpa katalis. Dengan energi aktivasi lebih rendah menyebabkan maka lebih banyak partikel yang memiliki energi kinetik yang cukup untuk mengatasi halangan energi aktivasi sehingga jumlah tumbukan efektif akan bertambah sehingga laju meningkat. Perbandingan reaksi dengan katalis dan tanpa katalis dapat dilihat pada gambar dihalaman berikut: Dengan kemajuan teknologi sekarang digunakan tekanan yang jauh lebih besar, bahkan mencapai 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera dipisahkan. Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi (dimampatkan) hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian campuran gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk ammonia. Sumber :