TUGAS KELOMPOK PROSES INDUSTRI KIMIA II. KELOMPOK VII dan KELOMPOK VIII INDUSTRI PUPUK UNIT AMONIA

Transkripsi

1 TUGAS KELOMPOK PROSES INDUSTRI KIMIA II KELOMPOK VII dan KELOMPOK VIII INDUSTRI PUPUK UNIT AMONIA Dosen Pengampu Ir. Wahyuningsih, M.Si Disusun Oleh Resti Dian Permatasari Elsa Paramita Danang Pinardi Putra Randy Pranata Ni matul Izzah Lifinski Piliang Sany Rahmah Puspita Sari Ningrum Aria Sundari PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA PROGRAM DIPLOMA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga tersusunnya tugas makalah ini. Pengembangan pembelajaran dari materi yang ada pada makalah ini,dapat senantiasa dipahami oleh mahasiswa dengan tetap dalam bimbingan dosen.upaya ini diharapkan dapat lebih mengoptimalkan penguasaan siswa tehadap kompetensi yang dipersyaratkan. Dalam penyusunan makalah ini,masih banyak kekurangannya.untuk itu,penyusun mengharapkan tegur,sapa,atau kritik demi perbaikan yang akan datang. Akhirnya penyusun mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu penyusunan makalah ini. Semarang, 28 Maret 2014 Penulis 2

3 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Pengertian Amonia Amonia adalah senyawa kimia yang mempunya rumus NH3.Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan PekerjaanAmerika Serikat memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm volum, atau 8 jam untuk 25 ppm volum. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun amonia di AS diatur sebagai gas tak mudah terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup, dan pengangkutan amonia berjumlah lebih besar dari galon (13,248 L) harus disertai surat izin. (sumbernunaahabsyi.2012.senyawaamonia.http//nunaahabsyi.blogspot.c om/2012/12/senyawa-amonia-nh3_9.html.diakses 27 Maret 2014.) 1.2 Sifat Amonia 1) 2) 3) 4) Sifat-sifat amonia antara lain sebagai berikut Amonia adalah gas yang tidak berwarna dan baunya sangat merangsang sehingga gas ini mudah dikenal melalui baunya. Sangat mudah larut dalam air, yaitu pada keadaan standar, 1 liter air terlarut 1180 liter amonia. Merupakan gas yang mudah mencair, amonia cair membeku pada suhu -780C dan mendidih pada suhu -330 C. Beberapa data penting tentang unsur penyusun senyawa amonia. a. Data penting tentang nitrogen Ditemukan oleh Daniel Rutherford pada tahun Mempunyai massa atom 14,0067 sma Mempunyai nomor atom 7. Mempunyai jari-jari atom 0,92 Å, Mempunyai konfigurasi elektron 2 5 3

4 Dalam senyawa mempunyai bilangan oksidasi -3,+5, +4 dan +2,Mempunyai volum atom 17,30 cm3/mol Mempunyai struktur Kristal heksagonal, Mempunyai titik didih 77,344 K Mempunyai titik lebur 63,15 K, Mempunyai massa jenis 1,251 gram/cm3 Mempunyai kapasitas panas 1,042 J/g K,Mempunyai potensial ionisasi 14,534 Volt Mempunyai elektronegativitas 3,04, Mempunyai konduktivitas kalor 0,02598 W/m K Mempunyai harga entalpi penguapan 2,7928 KJ/mol. (Sunardi 61-63). b. Data penting tentang hidrogen Di temukan oleh Henry Cavendish pada tahun 1766 Mempunyai massa atom 1,00794 sma, Mempunyai nomor atom 1,Mempunyai jari-jari atom 2,08 Å Mempunyai konfigurasi elektron 1,Dalam senyawa mempunyai bilangan oksidasi +1, tetapi pada senyawa hibrida bilangan oksidasi hidrogen -1 Mempunyai volum atom 14,10 cm3/mol, Mempunyai struktur Kristal heksagonal Mempunyai titik didih 20,28 K, Mempunyai titik lebur 13,81 K, Mempunyai massa jenis 0,0899 gram/cm3 Mempunyai kapasitas panas 14,304 J/g K,Mempunyai potensial ionisasi 13,598 volt, Mempunyai elektronegativitas 2,10 Mempunyai konduktivitas kalor 0,1815 W/m K,Mempunyai harga entalpi pembentukan 0,00585 KJ/mol,Mempunyai harga entalpi penguapan 0,4581 KJ/mol. (Sunardi, 15-16). 1.3 Proses Pembuatan Amonia Proses pembuatan amonia dari gas alam dan gas sintesis dapat dilakukan dengan 4 proses antara lain a. Proses Haber-Bosh 4

5 Proses pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen pertama kali ditemukan oleh Fritz Haber tahun 1908, seorang ahli kimia dari Jerman. Untuk skala industri pembuatan ammonia ditemukan oleh Carl Bosch, seorang ahli kimia juga dari Jerman. Persamaan reaksi sintesis amonia sebagai berikut N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) H = 46.1 KJ/mol Berdasarkan prinsip kesetimbangan maka konstanta kesetimbangan reaksi tidak hanya tergantung pada temperatur dan tekanan tetapi juga dipengaruhi oleh perbandingan komposisi nitrogen dan hidrogen. Kondisi yang menguntungkan untuk pembentukan amonia adalah reaksi ke kanan pada suhu rendah dan tekanan tinggi. Namun reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500 oc sekalipun. Di pihak lain karena reaksi ke kanan eksoterm maka penambahan suhu akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosh pertama dilangsungkan pada suhu 500 oc dan tekanan atm menggunakan katalis serbuk besi yang dicampur dengan Al 2O3, MgO, CaO dan K2O. b. Proses Kellog Proses ini merupakan proses sintesa amonia menggunkan bahan baku dari gas alam dengan reaksi utama antara gas hidrogen dan nitrogen menjadi amonia yang berlangsung pada seksi ammonia converter. Kondisi optimal yang digunakan pada proses ini adalah menjaga reaksi pada tekanan kg/cm2 dan temperatur oc. Ammonia converter yang digunakan terdiri dari dua jenis, yaitu Kellog horizontal ammonia converter dan Kellog vertical quench converter. Gas sintesis murni yang didapat dari proses ini terdiri dari campuran H 2 (74.2%), N2 (24.7%), CH4 (0.8%) dan Ar (0.3%). Semua komposisi gas tersebut kemudian dipisahkan dengan treatment tertentu sehingga gas sintesis yang dihasilkan hanya mengandung komponen H2 dan N2. Selanjutnya, proses inti terbentuknya amonia terjadi di dalam ammonia converter yang mereaksikan gas nitrogen dan hidrogen menghasilkan amonia. 5

6 c. Proces Lurgi Pada proses Lurgi reaksinya berlangsung dalam reactor fixed bed dengan menggunakan oksigen dan steam pada kisaran tekanan kpa (20 30 atm). Oksigen dan steam dimasukkan kedalam gasifier melalui celah ke dalam rotary grate. Temperatur gasifikasi sekitar oc dan tergantung dari karakteristik umpan. Kandungan metan dan karbondioksida masing-masing 10% dan 28% dalam gasifier. Crude gas dari Lurgi gasifier yang diproses dalam beberapa langkah yaitu pengolahan limbah panas, shift conversion, penghilangan tar, phenol dan produk lain. Nitrogen cair melalui proses scrubbing akan menghasilkan gas sintesis yang murni dilanjutkan proses kompresi dan terakhir proses pembuatan amonia. d. Proses Koppers Totzek Proses ini berawal dari gasification steam generation washing pada fase cair dengan tekanan yang rendah dan suhu yang tinggi. Campuran homogen dari batubara, oksigen dan steam memiliki suhu 1925oC. Steam dan karbon bereaksi endotermik sehingga terjadi penurunan suhu hingga 1480 oc. Gas sintesis yang dihasilkan memiliki sulfur, CO dan CO2 yang bersifat racun bagi katalis, sehingga perlu dilakukan proses penghilangan sulfur, CO dan CO 2. Gas sintesis yang telah murni kemudian diumpankan dalam ammonia converter dengan katalis Fe2O3 yang sangat reaktif pada suhu 300oC 500oC. Konversi amonia overall yang dihasilkan proses ini adalah 88,8%. (Kirk Othmer, 1998) Untuk dapat mengetahui proses yang akan dipilih dalam memproduksi amonia maka dapat dilihat kondisi operasi pada masing-masing proses seperti pada tabel 2.1. Berdasarkan tabel 2.1 maka Proses yang dipilih adalah Kellogg Process (USA) karena konversi sangat tinggi pada tekanan dan suhu rendah dapat menghasilkan amonia yang lebih banyak, hal lain juga didukung oleh aktivitas katalis Ruthenium 20 kali lebih besar dibandingkan katalis besi (Fe, Al2O3, Fe2O3). 6

7 Tabel 1.1 Perbandingan Data kondisi Proses Pembuatan Amonia Proses Suhu Haber Kellog Bosch g 500 oc 365 oc Lurgi Koppers Totzek oc o C Tekanan atm 123 atm atm atm Konversi 20-25% 99,82% 61% 88,8% Energi(G , J/t NH3) 1.4 Kegunaan Amonia Kegunaan amonia bagi manusia cukup beragam. Di antaranya adalah sebagai berikut a) Untuk pembuatan pupuk, terutama urea dan ZA (Zwavelzur amonium = amonium sulfat) 2 NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(aq) + panas 2 NH3(g) + H2SO4 (NH4)2SO4(aq) b) Untuk membuat senyawa nitrogen yang lain, seperti asam nitrat, amonium klorida, amonium nitrat. 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g) NH3(g) + HCl(aq) NH4Cl(aq) NH3(g) + HNO3(aq) NH4NO3(aq) c) Untuk membuat hidrazin. 2 NH3(g) + NaOCl(aq) N2H4(l) + NaCl(s) + H2O(l) Hidrazin merupakan salah satu senyawa nitrogen yang digunakan sebagai bahan bakar roket. d) Dalam pabrik es, amonia cair digunakan sebagai pendingin (refrigerant) karena amonia cair mudah menguap dan akan menyerap panas sehingga menimbulkan efek pembekuan (J. Goenawan ). 7

8 (sumbernunaahabsyi.2012.senyawaamonia.http//nunaahabsyi.blogspot. com/2012/12/senyawa-amonia-nh3_9.html.diakses 27 Maret 2014.) BAB II 8

9 ISI 2.1 Bahan Baku a. Gas Alam Gas alam terdiri dari alkana suku rendah, yaitu metana, etana, propana, butana dan pentana. Selain alkana juga terdapat berbagai gas lain seperti karbondioksida (CO2) dan hidrogen sulfida (H2S), beberapa sumur gas juga mengandung helium. Tabel 2.1 Komponen Gas Alam Kompone n CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 N2 Hg H2S Total Komposisi 70-90% 0-5% 0-5% 0-5% 0-5% 0-9% 0-5% 0,1 ppm 0-5% 100% (Agus Suwasono, 2012) Gas alam ini mengandung kotoran-kotoran yang dapat mengakibatkan gangguan selama operasi berlangsung. Kotoran-kotoran tersebut diantaranya zat-zat padat, air, Heavy Hidro Carbon (HHC), senyawa-senyawa phosfor dan karbondioksida. Tabel 2.2 Komponen Gas Alam 9

10 Disamping komponen-komponen di atas gas alam juga mengandung senyawa-senyawa sulfur. Kadar senyawa sulfur yang terdapat dalam gas alam dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut ini Tabel 2.3 Kandungan Sulfur pada Gas Alam b. Udara Udara pada unit ammonia selain sebagai bahan baku juga dibutuhkan untuk oksidasi di secondary reformer. Udara proses disuplai dari kompressor udara yang mengambil udara dari atmosfer dan disaring dengan saringan udara untuk menghilangkan debu-debu. Udara merupakan sumber N2 untuk proses pembuatan ammonia di PT. Pupuk Kujang. Komponen utama penyusun udara adalah gas Nitrogen dan Oksigen. Gas N2 ini dipisahkan dari O2 melalui reaksi pembakaran, dimana O2 akan habis bereaksi. Komposisi udara bebas dapat dilihat pada tabel berikut Tabel 2.4 Komposisi Udara No. Komponen Udara Kering % (Volume) 1. Nitrogen (N2) 78, Oksigen (O2) 20, Argon (Ar) 0, Hidrogen (H2) 0, Neon (Ne) 0, Helium (He) 0, Kripton (Kr) 0, Xenon (Xe) 0, Karbondioksida (CO2) 0, Debu dan kotoran 0, Jumlah 100, (Austin, 1996) c. Air 10

11 Air yang diperlukan adalah air dalam bentuk steam (uap air). Steam di unit ammonia berasal dari pemanfaatan panas pembakaran yang dihasilkan di reformer. Adapun sifat fisika dan kimia dari bahan baku pembuatan ammonia yang meliputi gas alam, udara dan air dapat dilihat pada Tabel 2.5 dan Tabel 2.6 berikut ini Tabel 2.5 Sifat Fisika Bahan Baku (SumberVerroez,2010, Larutan Benfield- Chapter II,Sumatera Utara) Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku 1. Gas Alam 11

12 Sifat fisika dan sifat kimia dari gas alam yang digunakan sebagai bahan baku adalah sebagai berikut Metana Sifat fisika Metana pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih - 161,4 ºC. Titik Leleh - 182,6 ºC. Berat molekul 16 gr/mol. Kerapatan 0,423 gr/cm3. Berupa gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Sifat kimia Mempunyai rumus molekul CH4. Reaksi pembakaran, reaksinya sebagai berikut CH4 (g) + 2O2 (g) CO2(g) + 3H2(g). (Perry, 1984) Etana Sifat fisika Etana pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih -88,6 ºC. Titik Leleh -172 ºC. Berat molekul 30 gr/mol. Kerapatan 0,545 gr/cm3. Berupa gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Sifat kimia Mempunyai rumus molekul C2H6. Reaksi pembakaran, reaksinya sebagai berikut 12

13 C2H6(g)+ O2 (g) 2CO2(g) + 3H2O(g). (Perry, 1984) Propana Sifat fisika Propana pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih - 42 ºC. Titik Leleh - 187,1 ºC. Berat molekul 44 gr/mol. Kerapatan 0,501 gr/cm3. Berupa gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Sifat kimia Mempunyai rumus molekul C3H8. Reaksi pembakaran, reaksinya sebagai berikut C3H8(g)+5O2 (g) 3CO2(g) + 4H2O(g). (Perry, 1984) Butana Sifat fisika Butana pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih - 0,6 ºC. Titik Leleh ºC. Berat molekul 58 gr/mol. Kerapatan 0,561 gr/cm3. Berupa gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Sifat kimia Mempunyai rumus molekul C4H10. Reaksi pembakaran, reaksinya sebagai berikut 13

14 C4H10(g)+ O2 (g) 4CO2(g) + 5H2O(g). (Perry, 1984) Pentana Sifat fisika Pentana pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih 36,3 ºC. Titik Leleh - 129,7 ºC. Berat molekul 72 gr/mol. Kerapatan 0,573 gr/cm3. Berupa gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Sifat kimia Mempunyai rumus molekul C5H12. Reaksi pembakaran, reaksinya sebagai berikut C5H12(g)+8O2 (g) 5CO2(g) + 6H2O(g). (Perry, 1984) Karbondioksida Sifat fisika Karbondioksida pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih - 78,5 ºC. Titik Leleh - 56,6 ºC. Berat molekul 14 gr/mol. Berupa gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Sifat kimia Mempunyai rumus molekul CO2. 14

15 Karbondioksida dapat dihasilkan dari reaksi pembakaran. Reaksinya sebagai berikut CH4 (g) +O2 (g) CO2(g) + 2H2(g). (Perry, 1984) Nitrogen Sifat fisika Nitrogen pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih - 195,8 ºC. Titik Leleh ºC. Berat molekul 28 gr/mol. Kerapatan 0,888 gr/cm3. Berupa gas yang tidak berwarna dan tidak berbau Sifat kimia Mempunyai rumus molekul N2. Nitrogen ditambah dengan hidrogen akan menghasilkan panas dalam pembuatan ammonia, reaksinya sebagai berikut N2(g) + 3H2 katalis 2NH3(g) + panas (Perry, 1984) Sulfur Sifat fisika sulfur pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih 444,6 ºC. Titik Leleh 120 ºC. Berat molekul 32 gr/mol. Kerapatan 2,07 gr/cm3. Wujud padat berwarna kuning. 15

16 Sifat kimia Mempunyai rumus molekul S. (Perry, 1984) 2. Udara a. Nitrogen Sifat fisika Tidak berwarna dan berbau. Berat molekul 28,0134 gr/mol. Specific Gravity (21,11 C ; 1 atm) 0,9669. Pada tekanan 1 atm Titik didih -195,003 C. Panas laten 47,459 kcal/kg. Densitas (ρ) cair 808,607 kg/m3. Densitas (ρ) gas 4,475 kg/m3. Sifat kimia Merupakan gas inert. Tidak mudah terbakar. (Austin, 1996) b. Oksigen Sifat fisika Tidak berwarna dan berbau. Tidak beracun. Berat molekul 31,9988 gr/mol. Specific Gravity (21,11 C ; 1 atm) 1,

17 Pada tekanan 1 atm Titik didih -182,97 C. Panas laten 50,879 kcal/kg. Densitas (ρ) cair 1141 kg/m3. Densitas (ρ) gas 4,475 kg/m3. Sifat kimia Bersifat oksidator. Mempercepat proses pembakaran. (Austin, 1996) c. Argon Sifat fisika Tidak berwarna dan berbau. Berat molekul 39,948 gr/mol. Specific Gravity (21,11 C ; 1 atm) 1,395. Pada tekanan 1 atm Titik didih -185,86 C.. Densitas (ρ) cair 1392,8 kg/m3. Densitas (ρ) gas 5,853 kg/m3. Sifat kimia Merupakan gas inert. Tidak mudah terbakar. (Austin, 1996) Bahan Pembantu Bahan pembantu yang digunakan dalam unit ammonia ada 2 macam yaitu absorbent dan katalis. 17

18 1. Absorbent Absorbent digunakan untuk menyerap gas CO 2. Absorbent yang digunakan adalah larutan benfield. Larutan benfield terdiri dari % K2CO3 sebagai penyerap CO % Diethanolamine (DEA) sebagai aktivator. 0,5 0,6 % V2O5 agar tidak korosif. 2. Katalis Katalis yang digunakan adalah Katalis Cobalt dan Molibdenum didalam Hydrotreater Katalis ZnO dan karbon aktif didalam Guard Chamber Katalis Nikel didalam Reformer Katalis Fe-Cr untuk HTS dan katalis Cu-ZnO-Alumina untuk LTS didalam Shift Converter Katalis promoted iron didalam Ammonia Converter 3. Steam Steam yang digunakan di unit ammonia dihasilkan oleh waste Heat Boiler (WHB) dan Package Boiler di unit Utiitas dengan kapasitas kg/jam. Steam yang dihasilkan berupa uap dengan tekanan tinggi (105 kg/cm2), uap bertekanan menengah (45 kg/cm2), dan uap bertekanan rendah (3,5 kg/cm2). 18

19 Steam yang diperoleh berasal dari air yang diambil dari Sungai Parungkadali yang berjarak 10 km, dan Sungai Cikao yang berjarak kurang lebih 20 km dari pabrik. Reaksi yang terjadi sebagai berikut 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (g) Sifat fisika dan sifat kimia dari air (steam) yang digunakan sebagai bahan baku adalah sebagai berikut Sifat fisika air pada tekanan 1 atm sebagai berikut Titik didih Titik beku 0ºC. Berat molekul 18 gr/mol. Densitas 0,998 g/cm3 Berupa gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa 100 ºC. Sifat kimia Mempunyai rumus molekul H2O. (Perry, 1984) 19

20 20

21 2.2 Flowsheet 21

22 2.3 Blok Diagram keseluruhan Steam Natural gas Feed Gas Treatment Refrigeration Air Primary Reformer Secondary Reformer Ammonia Converter Cold NH3 to Hot NH3 to Storage Urea Plant Methanator CO2 Absorber Rich Benfiel d CO Stripper 2 CO2 to Urea 2.4 Deskripsi Proses Shift Converter Plant Proses Pemurnian Gas Alam 1) Penghilangan debu dan tetes cairan Gas Alam P=11,7 kg/cm2 T= 300C FEED GAS KNOCK OUT DRUM Gas Umpan P=11,7 kg/cm2 T= 300 MERCURY GUARD CHAMBER C Fraksi Berat dan cairan debu Adanya debu beserta cairan hidrokarbon fraksi berat yang terkandung dalam gas alam dapat mengganggu jalannya proses.gas alam akan masuk ke dalam pabrik mula-mula dialirkan ke Feed Gas Knock Out Drum pada kondisi operasi tekanan 11,7 kg/cm2 dan temperatur 300C bertujuan agar partikel halus dan tetes cairan terpisah,seperti air dan hidrokarbon fraksi berat dapat dipisahkan berdasarkan perbedaan berat jenisnya dengan gas alam.pemisahan ini diatur secara otomatis dengan menggunakan level control LIC-32 di bagian bawah drum.apabila cairan dan partikel halus yang keluar dari KO drum jumlahnya banyak maka akan dialirkan ke 22

23 burning pit untuk dibakar di luar daerah pabrik,namun apabila sebaliknya maka partikel halus dan cairan yang keluar dari KO drum hanya dibiarkan menetes di lantai. Aliran gas di puncak Feed Gas Knock Out Drum ini dibagi menjadi dua,dimana salah satu bagian digunakan sebagai bahan bakar di Auxiliary Boiler dan Start Up Heater Primary Reformer,sedangkan sebagian lagi digunakan sebagai gas umpan setelah mengalami pemurnian lebih lanjut di Mercury Guard Chamber untuk dihilangkan mercurynya. 2) Penghilangan Mercury (Hg) Katalis Karbon Aktif+Sulfur Gas Umpan MERCURY GUARD CHAMBER Gas Umpan P=11,7 kg/cm2 P=11 kg/cm2 T= 300 C T= 300 FEED GAS COMPRESSOR C Mercury (Hg) yang terkandung dalam feed gas meskipun sangat kecil (sekitar < 0, % mol) namun harus dipisahkan dan dihilangkan karena mercury merupakan logam berat yang dapat meracuni katalisator pada proses selanjutnya,seperti pada Primary Reformer dan Secondary Reformer.Didalam Mercury Guard Chamber berisi katalis karbon aktif yang diimpregnasikan sulfur di dalamnya.mercury dalam feed gas dapat diikat oleh sulfur sehingga akan terjadi reaksi sebagai berikut Hg(l) + S(l) HgS(l) + 10,7 kkal/mol Dimana belerang yang ada di dalam karbon aktif akan mengikat Hg,sehingga HgS yang terbentuk akan mengendap. 3) Kompresi Gas Alam Gas Umpan FEED GAS COMPRESSOR Gas Umpan P= 11 kg/cm2 P= 38 kg/cm2 T= 300 C T= 1590 FEED GAS COMPRESSOR KICK BACK C 23

24 Tekanan gas alam yang keluar dari Mercury Guard Chamber masih belum cukup tinggi untuk dapat mengalir ke alat-alat selanjutnya.sehingga tekanan harus dinaikkan dengan cara kompresi atau ditekan dalam Feed Gas Compressor,sehingga tekanannya mencapai 38 kg/cm2 dan temperaturnya 1590 C.Kompresor yang diguakan ini digerakkan oleh Turbin Uap,sebagian gas alam yang keluar dari kompresor dialirkan ke feed gas compressor kick back untuk didinginkan dan direcycle kembali ke Feed Gas Compressor.Tujuannya untuk mencegah terjadinya kekurangan gas dalam Feed Gas Compressor sehingga tidak mengalami suurging (bergetar) yang dapat menyebabkan rusaknya kompresor karena kekurangan beban. 4) Penghilangan Senyawa Sulfur (S) FEED GAS COMPRESSOR Gas Umpan P= 38 kg/cm2 T= 1590 C FEED PREHEAT COIL (SEKSI KONVEKSI PRIMARY REFORMER) Gas Umpan P=40 kg/cm2 T= 3850 C (H2dari Synthesis Gas Compressor) MIXED FEED PREHEAT PRIMARY REFORMER Gas Umpan P= 30,3 kg/cm2 Gas Umpan ZINC OXYDE GUARD CHAMBER T= 3850 C P= 32 kg/cm2 COBALT MOLY HIDROTREATER T= 3870 C Dari Feed Gas Compressor gas umpan dialirkan menuju Feed Preheat Coil di seksi konveksi Primary Reformer untuk dipanaskan dengan kondisi operasi tekanan 38 kg/cm2 dan temperatur 1590C.Gas umpan yang masuk masih mengandung RSR1,RSH,CO2,S begitu pula saat keluar dari Feed Preheat Coil dengan kondisi operasi tekanan 40 kg/cm2 dan temperatur 3850C.Selanjutnya gas umpan dialirkan ke Cobalt Moly Hidrotreater untuk menghilangkan sulfurnya dengan cara mengikatnya dengan H2 yang berasal dari Synthesis Gas Compressor.Reaksi yang terjadi di dalam Coobalt Moly Hidritreater adalah sebagai berikut RSH + H2 RH + H2S RSR1 + 2H2 RH +R H + H2S 24

25 Gas alam perlu dipanaskan agar reaksi di atas berjalan dengan baik,karena reaksi diatas dapat berjalan dengan baik pada suhu sekitar C.Cobalt Moly Hidritreater terdiri dari dua buah package bed berisi katalis cobalt-molydenum sebanyak 28,3 m3.kadar CO2 dalam gas masuk tidak boleh melebihi 5 % karena dapat menyebabkan reaksi eksotermis.bila hal ini terjadi maka akan terjadi reaksi seperti berikut ini CO2 + H2 CO + H2O + 9,8 kkal/mol CO + 3H2 CH4 + H2O + 49,3 kkal/mol Panas yang timbul akan menaikkan temperatur di katalis dan menyebabkan katalis rusak. Gas umpan kemudian masuk ke Zinc Oxyde Guard Chamber yang terdiri dari dua buah package bed yang masing-masing berisi 28,3 m3 katalis Zinc Oxyde.Dalam Zinc Oxyde Guard Chamber terjadi reaksi antara ZnO dan H2S sebagai berikut H2S + Zn ZnS + H2O + 14,968 kkal/mol Kandungan sulfur dalam gas alam kecil sekitar 5 ppm.namun harus dihilangkan karena akan merusak katalis dalam Primary Reformer.Maka dari itu ZnO Gurad Chamber dilengkapi dengan Sulfur Analyzer.Gas ini kemudian diiumpankan ke Mixed Feed Preheat Primary Reformer Pembakaran Gas Sintesis (Steam Reforming) Gas Umpan P= 30,3 kg/cm2 T=385 0C MIXED FEED PREHEAT COIL PRIMARY REFORMER Gas Alam P= 38,5 kg/cm2 Gas Alam PRIMARY REFORMER P=38,5kg/cm2 T=385 0C Katalis NiO P=38 kg/cm2 Medium Steam Gas alam TUBE SIDE P=105 kg/cm2,t=3860c Katalis NiO WASTE HEAT BOILER Gas Alam 0,33 % SECONDARY REFORMER P=35,5 kg/cm2,t=10310c T=2380C P=31,4 kg/cm2 T=3480C Udara proses dari Air Compressor HIGH TEMPERATUR SHIFT CONVERTER HIGH TEMPERATUR SHIFT CONVERTER 25

26 Gas alam yang telah bebas dari sulfur diubah menjadi gas sintesa dan selanjutnya akan dimanfaatkan sebagai umpan dalam Ammonia Converter. Mula-mula gas alam akan diubah menjadi gas CO, CO 2 dan H2, kemudian gas CO yang ada dikonversikan menjadi gas CO2. Proses reforming adalah suatu reaksi yang bertujuan untuk mengubah gas alam menjadi CO dan H2 dengan cara mereaksikan gas alam dengan steam dibantu dengan katalis Nikel Oksida (NiO) di Primary Reformer. Gas alam yang keluar dari Zinc Oxyde Guard Chamber dicampur dengan Medium Steam (MS) dan dipanaskan dalam Mixed Preheat Coil di seksi Primary Reformer. Gas yang keluar dari Mixed 38,5 kg/cm 2 dan temperaturnya Preheat Coil mempunyai tekanan 4720C, untuk selanjutnya dimasukkan ke tube-tube katalis di seksi radiant. Pada Primary Reformer terdapat 378 buah tube katalis, yang terbagi atas 9 buah sub header dan masing-masing sub header terdiri dari 42 buah tube katalis. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut CH4(g) + H2O(g) CO + H2O CO + 3H2-49,3 kkal/mol 38,5 kg/cm2; 8010C 38,5 kg/cm2; 8010CCO2 + H2+9,8 kkal/mol (Kellog, 1978) Reaksi keseluruhan adalah endothermis. Panas yang dibutuhkan disuplai dari panas pembakaran gas alam diluar tube katalis. Ada 10 baris burner, masing-masing terdiri dari 20 burner. Gas alam dan steam yang akan masuk ke dalam Primary Reformer diatur supaya perbandingan antara steam dan karbonnya 3,5 1 yang diatur oleh alat yang disebut Ratio Relay, karena jika steam kurang akan terjadi reaksi samping sebagai berikut CH4 C + 2H2- Q 2CO C + CO+ Q (Kellog, 1978) 26

27 Karbon yang terbentuk dapat melapisi permukaan katalis sehingga keaktifan katalis berkurang, selain itu juga mengganggu perpindahan panas pada permukaan tube. Gas alam yang bereaksi di tube katalis akan keluar melalui bagian bawah tube dan disatukan dengan sebuah pipa besar tegak lurus keatas yang disebut riser, yang berfungsi untuk menghubungkan aliran Primary Reformer ke inlet gas Secondary Reformer.Tekanan gas keluar 38,5 kg/cm2 dan temperatur 8010C. Secondary Reformer berfungsi untuk melanjutkan reaksi reforming. Reaksi yang terjadi sama dengan reaksi di Primary Reformer. Tetapi panas yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara didalam reaktor. Secondary Reformer terdiri atas 2 bagian, yaitu bagian atas yang disebut Mixing Zone (Combustion Zone) dan bagian bawah disebut Reaction Zone. Gas dan udara masuk pada Secondary Reformer secara terpisah pada bagian atas. Gas bercampur dengan udara proses pada Mixing Zone. Udara proses disuplai dari Air Compressor, tetapi sebelumnya telah dilewatkan melalui filter udara untuk dihilangkan debu dan partikel padatnya. Panas yang diperlukan Secondary Reformer diperoleh dari pembakaran langsung gas alam dengan udara didalam Mixing Zone. Reaksi pembakaran yang terjadi adalah CH4(g) + 2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)+191,7kkal/mol 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)+57,8 kkal/mol (Kellog, 1978) Dari Mixing Zone, panas memasuki Reaction Zone yang berupa package bed yang terdiri dari 3 buah bed katalis Nikel Oksida (NiO). Dalam Reaction Zone ini, hampir semua gas alam bereaksi dan kadar metana yang keluar dari Secondary Reformer sekitar 0,33% mol. Temperatur gas di bed katalis I adalah 11030C, di bed II adalah 10270C dan di bed III temperaturnya 10250C. 27

28 Temperatur gas keluar dari Secondary Reformer masih sangat tinggi yaitu 10250C dan tekanan 35,5 kg/cm2. Sehingga panas ini dimanfaatkan untuk memproduksi steam bertekanan tinggi (105 kg/cm2) di WHB (Waste Heat Boiler). Keluar dari WHB temperaturnya menjadi 4820C. Aliran gas ini kemudian mengalami pendinginan lebih lanjut dengan dialirkan ke tube side, sehingga temperatur turun menjadi 3710C. Temperatur ini sudah sesuai untuk reaksi di High Temperature Shift Converter.Sebagian dari gas ini, sekitar 2-3% dikirim ke Unit Cosorb untuk dimurnikan Conya dan sisanya digunakan untuk proses pemurnian gas sintesa Proses Shift Conversion Gas umpan SECONDARY REFORMER WASTE HEAT BOILER C Gas umpan HE 3860C 348 0C,31.4 kg/cm2 35,5 kg/cm2 METHANATOR FEED HEATER 2040C LOW TEMPERATUR SHIFT CONVERTER T=2160C P=28,7kg/cm C SHIFT EFFLUENT WHB EFFLUENT DESUPERHEATER STATION 4380C,30,3 kg/cm2 1280C HIGH TEMPERATUR SHIFT CONVERTER RAW GAS SEPARATOR 1000C 27,5 kg/cm2 Untuk memproduksi urea, diperlukan bahan baku NH3 dan CO2. Karena itu gas CO yang ada di pabrik ammonia perlu dikonversi menjadi CO2. Tugas untuk mengkonversi CO menjadi CO2 dilakukan oleh alat yang disebut Shift Converter (104-D). Reaksi yang terjadi di Shift Converter adalah sebagai berikut CO + H2O (Kellog, 1978) CO2 + H2+ 9,8 kkal/mol 30,3 kg/cm2; 4380C Reaksi ini adalah reaksi eksotermis, dan pada temperatur tinggi kecepatan reaksi akan bertambah tetapi konversinya rendah. Supaya konversi menjadi tinggi maka temperatur harus diturunkan. Akan tetapi kecepatan molekul yang bertumbukan untuk bereaksi akan berkurang. Untuk mengatasi hal tersebut maka Shift Converter dibagi menjadi 2 28

29 bagian, yaitu bagian atas yang disebut High Temperature Shift Converter (HTS) dan bagian bawah disebut Low Temperature Shift Converter (LTS). Gas panas yang keluar dari WHB selanjutnya diumpankan ke HTS. Temperatur gas masuk sekitar 3480C dengan tekanan 31,4 kg/cm2. Gas keluar pada temperatur 4380C dan tekanan 30,3 kg/cm2. Temperatur gas keluar HTS masih cukup tinggi, oleh karena itu untuk menurunkan temperatur gas digunakan 2 buah alat heat exchanger yang dipasang diantara HTS dan LTS sehingga temperatur gas keluarnya menjadi 204 oc kemudian masuk kedalam LTS. Di dalam LTS katalis yang digunakan CuZnO-alumina sebanyak 45m3. Gas panas keluar dari LTS mempunyai suhu 2160C dan tekanan 28,7 kg/cm2 dilewatkan effluent desuperheater station, disini gas panas di quench (didinginkan tiba-tiba) melalui reboiler dan keluar pada suhu 128oC. Gas proses ini selanjutnya dikirim ke tahap pemurnian gas sintesa Proses CO2 Removal (Pengambilan CO2) Gas Sintesa LTS P=128 kg/cm2 Raw Gas Separator Absober 121 C 100 C P=27,5 kg/cm2 Stripper overheat condensor Gas CO2 Stripper (bag. Atas) P=22,7 kg/cm2 Stripper (bag samping bawah) 107 C Steam Rebolier Trap out pan I Trap out pan II 3,5 kg/cm2 50 C Stripper Reflux Drum Stripper (bag. Atas) 125 C Lean Benfield Absober (Bag. Atas) Tahap ini berfungsi untuk mempersiapkan bahan baku yang akan digunakan di dalam Ammonia Converter. Bahan baku ini berupa gas N2dan H2 sehingga gas-gas lain yang ada harus dipisahkan dulu. Yang 29

30 dimana Gas CO2 yang dihasilkan dari tahap ini diperlukan dalam pembuatan urea. Sehingga gas ini diambil dengan cara diserap dengan larutan penyerap kemudian dilanjutkan dengan proses stripping agar diperoleh gas CO2 yang siap untuk umpan reaktor sintesis urea. Gas sintesa yang keluar dari LTS (Low Temperature Steam) terlebih dahulu dilewatkan dalam Raw Gas Separator untuk dipisahkan kondesat airnya kemudian masuk ke absorber dari bagian samping bawah menara dan mengalir ke atas melalui empat buah bed berisi tumpukan slotted ring. Ring yang terbuat dari baja. Tujuannya untuk memperluas bidang kontak antara cairan penyerap dan gas. Larutan penyerap atau absorbent yang digunakan adalah larutan Benfield yang terdiri dari a. Kalium Karbonat (K2CO3) berfungsi sebagai penyerap atau absorben dan absorben CO2. Kadar K2CO3 adalah 24-30% b. Dietanol Amine (DEA) untuk membantu proses absorbs CO2 atau sebagai activator dan menurunkan tekanan uap CO2. Kadar DEA adalah 3-4% berat c. Vanadium Pentoksida (V2O5) untuk melapisi agar tidak korosif. Kadar V2O5 adalah 0,5-0,6 % berat. d. Air sebagai pelarut e. Ucon sebagai anti foaming sebanyak 1-2 ppm Larutan Benfield yang dipakai terdiri dari dua aliran yaitu aliran lean Benfield yang masuk ke dalam absorber dari puncak menara dan larutan semi lean Benfield yang masuk menara melalui bagian tengah. Larutan Benfield tersebut ditampung Carbonate Storage yang digunakan sebagai make-up jika larutan tersebut sudah jenuh. Sedangkan tempat untuk pemekatan Benfield dilakukan di Drip sum. Larutan lean Benfield adalah larutan yang sama sekali tidak mengandung CO2. Larutan ini berasal dari 30

31 stripper yang didinginkan terlebih dahulu dalam cooler hingga temperature 83 C sebelum dipompa dan sesudah dipompa didinginkan lagi lean solution cooler sampai suhu 50 C keluar dari cooler ini laruta disaring pada mechanical filter sebelum masuk ke puncak absorber. Mechanical filter berfungsi untuk menyaring partikel padat, grease dan sebagainya untuk mencegah terjadinya foaming di larutan Benfield. Larutan semi lean Benfield adalah larutan yang masih mengandung CO2. Larutan ini berasal dari bagian tengah stripper dan dipompa kebagian tengah absorber pada temperature 106 C. Gas sintesa dai LTS( Low Temperature Steam) yang masuk bagian samping bawah absorber akan mengalami kontak dengan alrutan semi lean Benfield yang akan menyerap sebagian besar dari gas CO 2 yang ada. Kemudian sisa CO2 dalam gas akan diserap oleh larutan lean Benfield. Temperature dalam absorber adalah 100 C dengan tekanan 27,5 kg/cm2. Pada proses absorbs CO2 mula-mula bereaksi dengan H2O membentuk asam karbonat dan kemudian bereaksi dengan K2CO3 membentuk ion biokarbonat. Reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (l) H2CO3 (l) + CO3 (l) 2 HCO3 (l) 2HCO3 (l) + 2K (l) 2 KHCO3 (l) CO2 (g) + H2O (l) + K2CO3 (l) 2 KHCO3 (l) Reaksi ini adalah reaksi eksotermis. Larutan yang telah banyak mengandung CO2 (larutan rich Benfield) keluar dari dasar absorber pada suhu 121 C dan tekanan 22,7 kg/cm2, mengalir melalui turbin hydraulic kemudian menuju ke bagian samping atas stripper. Gas yang keluar dari bagian atas absorber kadar COnya dibawah 0,1 % volume dan temperatu dari gas ini sebesar 70 C. 31

32 Stripper terdiri dari tiga buah bed tumpukan slotted ring. Kondisi operasi stripper dilakukan pada tekanan rendah yaitu 0,63 kg/cm 2 dan temperaturnya tinggi 121 C. Larutan rich Benfield yang keluar dari dasar absorber mempunyai tekanan sebesar 22,7 kg/cm2. Sehingga tekanan ini dimanfaatkan absorber menggerakan turbin hidrolik yang digunakan untuk memompa larutan semi lean Benfield yang kan menuju absorber. Larutan rich Benfield masuk ke bagian atas stripper dan mengalir menuju bawah melewati bed berisi slotted ring, setelah melewati bed kedua larutan tersebut ditampung dalam trap out pan I di bagian tengah stripper, dimana sebagian larutan dikeluarkan sebagai larutan semi lean Benfield I ketiga untuk ditampung dalam trap out pan II. Larutan ini kemudian dialirkan ke reboiler sehingga mengalami proses pemanasan oleh gas proses dan steam yang dihasilkan dimasukkan ke bagian samping bawah stripper. Sedangkan untuk steam pada boiler berasal dari trap out pan di atas bed pertama. Menstripping CO2 yang terkandung dalam larutan rich Benfield digunakan untuk steam bertekanan rendah yaitu sekitar 3,5 kg/cm 2 yang berasal dari boiler. Dengan dorongan steam ke atas dan suhu tinggi maka diharapkan gas CO2 dalam larutan rich Benfield akan terlepas. Reaksi yang terjadi sebagai berikut 2 KHCO3 (l) K2CO3 (l) + CO2 (g) + H2O (l) -Q P= 3,5 kg/cm2 Larutan lean Benfield yang keluar dari dasar stripper dikembalikan ke bagian atas absorber dengan pompa setelah sebelumnya mengalami pendinginan dari cooler sedangkan gas CO2 keluar dari puncak menara stripper. Uap air yang terkandung dalam gas ini cukup tinggi yaitu sekitar 45% sehingga sebelum masuk ke unti urea perlu dikurangi kadar airnya dalam gas CO2 maka gas dimasukan ke stripper overheat condenser untuk didinginkan kemudian dipisahkan kondesatnya dalam CO 2 stripper reflux drum. Kondesat yang diperoleh dimasukkan ke bagian atas stripper dengan 32

33 pompa. Sedangkan gas CO2 yang keluar siap dikirim ke Unit Urea. Kondesat yang masuk dalam stripper keluar pada bagian bawah stripper yang suhunya 125 C sebagai larutan lean Benfield akan dikirim ke absorber yang sebelumnya telah didinginkan sehingga suhu turun menjadi 83 C lalu dipompa ke bagian atas menara absorber dengan melewati mechanical filter Proses Methanasi NiO Absorbe r T=70 C,P=25 kg/cm2 Synthesis Gas Methanator Feed 295 C Methanator Feed Heater Methanator CO 0,1 % 40 C Methanator Effleunt Cooler CO2 0,3 % 150 C Methanator effeluent Gas proses yang keluar dari puncak absorber masih mengandung 0,1 % mol CO2 dan kira-kira 0,6 % mol CO pada kondisi temperatur 70 C dan tekanan 25 kg/cm2. Gas tersebut selanjutnya masuk ke methanator setelah sebelumnya dipanaskan dulu sehingga suhunya mencapai 120 C dan naik menjadi 295 C di methanator feed heater. Gas CO dan CO2 sisa yang terdapat dalam gas proses beracun bagi katalis di Ammonia Converter., sehingga perlu direaksikan dengan H2 kemudian membentuk CH4 dalam alat methanator. Di dalam methanator, oksida logam ini diubah menjadi metana yang bersifat sebagai gas inert dalam ammonia converter. Methanator berisi katalis nikel oksida (NiO) sebanyak 19,8 m 3, yang tersusun menjadi tiga bed. Gas yang masuk ke dalam methanator dibatasi kadar CO dan CO2 maksimum 0,1 % CO dan 0,3 % untuk CO 2 karena secara teoritis 0,1 % CO mampu menaikkan suhu sekitar 72 C sedangkan reaksi pembentukan metana adalah reaksi eksotermis sehingga temperature dalam methanator harus dijaga. Kondisi operasi di methanator pada suhu 33

34 295 C dan tekanan 26 kg/cm2. Reaksi yang terjadi merupakan kebalikan dari reaksi di primary reformer. Reaksi dalam methanator adalah sebagai berikut CO + 3H2 CH4 + H2O CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O +49,3 kkal/mol + 39,5 kkal/mol Reaksi yang terjadi sangat eksotermis sehingga methanator dielengkapi dengan system interlock yang akan menghentikan aliran gas bila terjadi kenaikan suhu sampai 399 C serta menghentikan aliran boiler feed water ke methanator shift effluent. Gas yang keluar dari methanator diharapkan mempunyai kadar CO dan CO2 maksimum 0,3 ppm. Gas sintesa sebelum masuk ke proses selanjutnya dimanfaatkan dahulu untuk membangkitkan BFW melalui methanator effluent keluar pada suhu 150 C dan dilanjutkan pada cooler menjadi 40 C Proses Sintesa Amonia METHANATOR SYNTESIS GAS and RECYCLE COMPRESSOR (bag.lpc ) T=3110C 23,6 kg/cm2 8C 0 8C SYNTESIS GAS and RECYCLE COMPRESSOR (bag.hpc ) 67 kg/cm2 1200C SINTESIS GAS COMPRESSOR FIRST STAGE SEPARATOR 0 INTERCOOLER GAS FEED METHANATOR T=1500C AMMONIA CHILLER 0 37 C CHILLER 0 65 C,151 kg/cm 0-17 C 2 COOLING WATER SECONDARY AMMONIA SEPARATOR -90C 2950C,103 kg/cm2 BOILER FEED WATER AMMONIA CONVERTER 1420C EFFLUENT EXCHANGER PURE GAS SEPARATOR HEAT EXCHANGER -280C PURE GAS CHILLER -280C PURE GAS SEPARATOR -100C PRIMARY AMMONIA SEPARATOR 34

35 -200C,13,9kg/cm2 Gas keluaran dari Methanator berada pada tekanan 26,2 kg/cm2 belum cukup tinggi untuk reaksi di Ammonia Converter (105-D) karena menurut desain operasi tekanan Ammonia Converter adalah 150 kg/cm oc. Syntetis Gas dan Recycle Compressor dan suhunya digunakan untuk menaikkan tekanan gas, yang terdiri dari Low Pressure Case Compressor (LPC) dan High Pressure Case Compressor (HPC). Keluar dari LPC, tekanan gas sintesis mencapai 67 kg/cm 2 dengan suhu 1500C. Gas sintesa didinginkan dalam Syntesis Gas Methanator Feed Exchanger suhu turun menjadi 1200C, Inter Cooler Gas Feed Methanator menjadi 370C dan Ammonia chiller menjadi 8oC. Sebelum masuk HPC, kondesat yang terbentuk dipisahkan dalam Syntesis Gas Compressor First Stage Separator.Gas kering dari separator dimasukkan ke HPC bersamasama dengan recycle gas dari Ammonia Converter, dan keluar dengan tekanan 151,2 kg/cm 2 dan suhu 65oC. Gas ini mengandung ammonia karena bercampur dengan recycle gas. Gas sintesa dari HPC didinginkan dalam chiller-chiller hingga temperatur menjadi -17oC. Pada temperatur -17oC, komponen ammonia akan mencair dalam Secondary Ammonia Separator. Disini campuran ammonia dipisahkan dari gas proses sehingga kadar ammonianya turun dari 9% menjadi 2% mol dan selanjutnya ammonia dialirkan ke seksi pemurnian ammonia. Sedangkan komponen gasnya yang sebagian besar terdiri dari gas H2 dan N2 dipanaskan dalam Heat Exchanger. Gas masuk Ammonia Converter pada 2 tempat, yaitu bagian atas dan bagian bawah. Dinding Ammonia Converter dibuat rangkap dengan ruang antara yang disebut annulus. Gas umpan yang masuk dari bagian bawah terus mengalir melalui annulus menuju puncak Ammonia Converter dan masuk dalam bed katalis melalui shell exchanger. Sedangkan gas umpan yang masuk dari bagian atas digunakan untuk keperluan quenching sebelum gas masuk ke bed di atasnya, gas ini dibagi menjadi 4 aliran. Gas 35

36 yang mengalir dalam annulus mengambil panas reaksi sehingga suhunya naik dan sewaktu sampai di shell exchanger suhu mencapai 422oC. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut N2 + 3H2 150 kg/cm2 ; 450ºC 2NH3 +Q (Kellog, 1978) Reaksi tersebut oksotermis dengan disertai kenaikan temperatur. Konversi yang dicapai sekitar 12%. Gas hasil reaksi keluar dari bed keempat melalui pipa tengah Converter dan naik ke puncak Converter. Temperatur gas yang keluar 295oC dengan tekanan 103 kg/cm2. Gas hasil reaksi ini memberikan panasnya pada Boiler Feed Water (BFW). Keluar dari Boiler Feed Water suhunya 142oC kemudian dimanfaatkan untuk membangkitkan steam di heat exchanger. Gas dari Ammonia Converter sebagian dimasukkan dalam HPC dengan gas dari LPC, dan sebagian didinginkan dalam chiller sampai suhu -28oC. Kemudian dari chiller ini gas dialirkan ke Purge Gas Separator (108-F) dengan tujuan untuk mengurangi kadar inert yang berupa CH4 dan Ar yang dapat meracuni katalis dan mempengaruhi kesetimbangan jika kadar inertnya tinggi Proses Pemurnian dan Refigerasi Amonia -330C PRIMARY AMMONIA SEPARATOR 0-20 C kg/cm FLASH DRUM III FLASH DRUM II FLASH DRUM I AMONIA REFRIGERANT COMPRESSOR Amonia Uap 0 16 C REFRIGERANT RECEIVER Amonia cair Amonia cair Amonia uap FLASH GAS CHILLE R COLD AMMONIA PRODUCT PUMP HE AMMONIA PRODUCT TO STORAGE 36

37 Ammonia cair selanjutnya masuk ke Primary Ammonia Separator. Dalam Primary Ammonia Separator ini juga ada penambahan sebagian kecil ammonia cair dari Purge Gas Separator Tekanan Primary Ammonia Separator yaitu 13,5 kg/cm2 sehingga gas inert yang masih ada dalam cairan ammonia akan menguap keluar dari bagian atas Separator dan dikirim ke Fuel System untuk digunakan sebagai bahan bakar di Primary Reformer. Ammonia cair keluar melalui bagian bawah Primary Ammonia Separator menuju Flash Drum. Aliran ammonia ini terbagi menjadi 2, yaitu mengalir ke Refrigerant Flash Drum II dan Refrigerant Flash Drum III. Pada Refrigerant Flash Drum II, cairan ammonia akan mengalami penguapan yang kuat sehingga sebagian cairan menguap dan uap tersebut diumpankan ke Ammonia Refrigerant Compressor.Pada kompressor inilah ketiga Flash Drum dapat dipertahankan tekanannya, sehingga proses pemisahan dan pengambilan panas dapat berjalan dengan baik. Kondisi operasi alat ini adalah 17,9 kg/cm2. Dari kompressor ini cairan dialirkan ke Refrigerant Receiver. Dalam receiver, pada tekanan 16 kg/cm2 gas inert akan mengalami penguapan dan dibuang. Pada alat ini juga dilengkapi dengan sistem pendinginan, yaitu Flash Gas Chiller agar ammonia yang masih dalam bentuk uap dapat dikondensasikan sehingga tidak ikut terbuang. Kemudian sebagian dari fase cairnya dipompa ke Unit Urea sebagai produk dari Unit Ammonia, dan sebagian lagi diumpankan ke Flash Drum I dengan tekanan operasi 6 kg/cm2. Pada Flash Drum I cairan akan mengalami penguapan yang kuat. Uap yang terbentuk kemudian diumpankan ke Compressor (105-J), sedangkan fase cairnya akan mengalami pendinginan dalam penukar panas dan kembali masuk ke Flash Drum I pada suhu 14,4oC. Cairan dari Flash Drum I ini kemudian dialirkan ke Flash Drum II dengan tekanan 2,4 kg/cm2.dalam Flash Drum II ini cairan akan dicampur dengan aliran dari Separator dan mengalami penguapan. Fase cairannya ini akan mengalami pendinginan dan kembali masuk ke dalam Flash 37

38 Drum II dengan temperatur sekitar -8oC,sedangkan fase gasnya dikembalikkan ke Compressor.Cairan yang ada di Flash Drum II diumpankan ke Flash Drum III yang bertekanan 1,073 kg/cm2. Pada Flash Drum III ini juga terjadi penguapan yang kuat sehingga akan terbentuk uap yang akan diumpankan kembali ke Compressor, sedangkan fase cairnya akan mengalami pendinginan pada penukar panas dan masuk ke Flash Drum III lagi. Ammonia yang diperoleh dari Flash Drum III dipompa ke Ammonia Storage pada temperatur -33oC. 2.5 Spesifikasi Alat Tahap Pemurnian Gas Alam 1. Feed Gas Knock Out Drum Fungsi Vessel Memisahkan hidrokarbon fraksi berat dari gas alam. Kondisi Operasi Temperatur 54,40C Tekanan 16,52 kg/cm2 2. Mercury Guard Chamber Vessel Kondisi operasi Temperatur 4550C Tekanan 44,3 kg/cm2 Kapasitas ,9 kg/cm2 3. Feed Gas Compressor (102-J) 38

39 Compressor centrifugal Fungsi Menaikkan tekanan gas alam yang keluar dari Mecury Guard Chamber sebelum masuk ke Cobalt Moly Hydroteater Kondisi operasi Temperatur 32,20C Tekanan - Tekanan hisap 15,6 kg/cm2 - Tekanan buang 43,9kg/cm2 Alat Pembantu - Motor penggerak Jenis turbin uap Tegangan volt Daya 1949 HP Kecepatan rpm - Cooler Kebutuhan air pendingin 700 gpm Kenaikan suhu air 11,10C Kapasitas 2.059m3/jam 4. Cobalt-Moly Hidrotreater (101-D) Vessel Fungsi Mengubah senyawa organik sulfur dengan hidrogen menjadi H2S. Kondisi operasi Temperatur 4540C 39

40 Tekanan 41 kg/cm2 5. ZnO Guard Chamber (108-D) Vessel Fungsi Menghilangkan H2S dari gas proses dengan menggunakan katalis ZnO sebelum memasuki primary reformer. Kondisi operasi Temperatur 4550C Tekanan 44,3 kg/cm2 Tahap Pembuatan Gas Sintesa 1. Primary Reformer (101-B) Kotak dengan horyzontal convection tube. Fungsi Mengubah gas alam menjadi hidrogen dan nitrogen. Katalisator Nikel Oksida. a. Bagian atas 7 holes cylinder, HGS BJ bubuk 62 lb/cuft. b. Bagian bawah ring BJ bubuk 80 lb/cuft - Fungsi mempercepat reaksi reforming CH4 untuk mempercepat pembentukan H2 dan CO 40

41 Kondisi Operasi Temperatur 1000ºC Tekanan 32,4 kg/cm2 Kapasitas 23578,9 m3/jam 2. Air Compressor (101-J) Multi stage centrifugal Fungsi Sebagai kompresor udara Kondisi operasi Temperatur - Temperatur hisap 32,2 0C - Temperatur buang 108,5 0C Tekanan - Tekanan hisap - Tekanan buang Alat Bantu 15,6 kg/cm2 43,9 kg/cm2 Filter (bag filter) - fungsi menyaring debu dan partikel padat yang terlarut dalam udara sebelum masuk kompresor 3. Secondary Reformer (103-D) Vessel dengan water cooled jacket Fungsi Menyempurnakan reaksi reforming gas sintesa dari Primary Reformer (101-B). Kondisi operasi Temperatur - Atas - Bawah 10000C 10000C 41

42 Tekanan - Atas - Bawah Alat Bantu 34,1 kg/cm2 35,0 kg/cm2 Katalis Nikel Oksida (NiO) berbentuk raching ring -Fungsi menyempurnakan pada Primary reaksi reforming Reformer untuk membentuk H2 dan CO 4. Shift Converter (104-D) Vessel Fungsi Mengubah CO menjadi CO2 a. High Temperatur Shift Converter / HTS (Top Compartment) Kondisi operasi Temperatur 4820C Tekanan 34,1 kg/cm2 b. Low Temperatur Shift Converter / LTS (Bottom Compartment) Temperatur 3020C Tekanan 34,1 kg/cm2 Tahap Pemurnian Gas Sintesa 1. Raw Gas Separator (102-F) Vessel Fungsi Memisahkan kondensat air yang terkandung dalam gas sintesa yang keluar dari LTS dan akan masuk absorber. Kondisi operasi Temperatur 1460C 42

43 Tekanan 29,25 kg/cm2 2. CO2 Absorber (1101-E) Vessel Fungsi Menyerap CO2 yang terkandung dalam gas sintesa Kondisi operasi Temperatur 1460C Tekanan 29,25 kg/cm2 Isolasi Tebal 1,5 inc 3. CO2 Stripper (1102-E) Vessel Fungsi Melepaskan gas CO2 dari larutan benfield - Tebal Shell 14,28 mm - Tebal Head - Atas 12,70 mm Kondisi operasi Temperatur 148,80C Tekanan 2,3 kg/cm2 Isolasi Tebal 38 inc 4. Methanator (106-D) Vessel Fungsi Mengubah CO dan CO2 menjadi CH4. Kondisi operasi Temperatur 4540C 43

44 29,83 kg/cm2 Tekanan Alat bantu Katalis Nikel Oksida (NiO) - Fungsi mempercepat reaksi pembentukan methana 5. Methanator Effluent BFW Heater (114-C) Vessel Fungsi Mendinginkan gas yang keluar dari methanator Kondisi operasi Shell side Jenis Fluida Tube side BFW Laju Alir (kg/jam) Methanator Eff Temperatur (0C) - Design Tekanan (kg/cm2) - Design 6. Methanator Effluent Cooler (115-C) Vessel Fungsi Mendinginkan gas yang keluar dari methanator Beban Panas Kcal/jam Kondisi operasi Jenis Fluida Laju Alir (kg/jam) Shell side Tube side Coller Water Methanator Eff

45 Temperatur (0C) - Design 32, ,6 39,93-19,05 Tekanan (kg/cm2) - Design Diameter luar (mm) Tahap Sintesa Ammonia 1. Synthesis Gas and recovery Compressor (103-J) Compressor centrifugal Fungsi Menaikkan tekanan gas syntesa yang keluar dari methanator Alat bantu Motor penggerak a. Low Pressure synthesa gas Compressor (LP 103-J) Kondisi operasi Temperatur - Temperatur hisap 380C - Temperatur buang 1730C Tekanan - Tekanan Hisap - Tekanan buang \ 63 kg/cm2 64,3 kg/cm2 b. High Pressure synthesa gas Compressor (HP 103-J) Kondisi operasi Temperatur - Temperatur hisap 7,80C - Temperatur buang 1090C Tekanan - Tekanan Hisap 63 kg/cm2 2. Syntesis Gas Compressor Inter Stage Cooler (116-C) 45

46 Vessel Fungsi Mendinginkan gas dengan menggunakan water cooler Beban Panas Kcal/jam Kondisi operasi Jenis Fluida Shell side Tube side Coller Water Syntesis gas , ,6 39,93 Laju Alir (kg/jam) Temperatur (0C) - Design Tekanan (kg/cm2) - Design 3. Syntesis Gas Compresor First Stage Separator (105-F) Vessel Fungsi Memisahkan air dan mengkompresikan gas yang hampir kering. Kondisi operasi Temperatur -29 0C Tekanan 158,8 kg/cm2 4. Syntesis Gas Compresor After Cooler (124-CA/CB) Vessel Fungsi Mendinginkan gas dan recycle gas bertekanan tinggi Kondisi operasi 46

47 Jenis Fluida Shell side Tube side Coller Water Feed recycle ,6 158,9 Temperatur (0C) - Design Tekanan (kg/cm2) - Design 5. Feed and Recycle Gas First Chiller (117-C) Vessel Fungsi Mendinginkan gas dengan ammonia cair Kondisi operasi Jenis Fluida Shell side Tube side Coller Water Feed recycle Temperatur (0C) - Design - Masuk Keluar ,4 158,9 Tekanan (kg/cm2) - Design 6. Feed and Recycle Gas Second Stage Chiller (118-C) Vessel Fungsi Mendinginkan gas dengan ammonia Kondisi operasi 47

48 Shell side Jenis Fluida Tube side Ammonia Feed recycle Temperatur (0C) - Design - Masuk Keluar Tekanan (kg/cm2) Design Corrosion Allow 7,4 158,9 1,6 1,6 7. Feed and Recycle Gas Third Stage Chiller (119-C) Vessel Fungsi Mendinginkan gas dengan ammonia Kondisi operasi Shell side Jenis Fluida Ammonia Tube side Feed recycle Temperatur (0C) - Design - Masuk Keluar ,4 159,9 Tekanan (kg/cm2) - Design Corrosion Allow 1,6 1,6 48

49 Effisiaensi (%) Kapasitas ,9 m3/jam 8. Ammonia Converter (105-D) Vessel Fungsi Mensintesa gas Ammonia Kondisi operasi Temperatur 315,60C Tekanan 153,6 kg/cm2 Alat Bantu Katalis Promoted Iron - fungsi mempercepat reaksi dan memperbesar konversi pembentukan ammonia 9. Purge Gas Chiller (125-C) Vessel Fungsi Mendinginkan purge gas yang menuju purge gas separator (108-F) Kondisi operasi Jenis Fluida Shell side Tube side Cooling Water Feed recycle Temperatur (0C) - Design Tekanan (kg/cm2) - Design Corrosion Allow 1,6 1,6 49

50 Effisiaensi (%) Tahap Pemurnian Produk 1. Purge Separator (108-F) Vessel Fungsi Membuang gas inert dari sintesa loop. Kondisi operasi Temperatur -230C Tekanan 153,6 kg/cm2 2. Secondary Ammonia Separator (106-F) Vessel Fungsi Pemisahan ammonia dari gas proses ammonia. Kondisi operasi Temperatur -330C Tekanan 19 kg/cm2 3. Primary Ammonia Separator (107-F) Vessel Fungsi Memurnikan ammonia. Kondisi operasi 4. Temperatur -330C Tekanan 19 kg/cm2 First Stage Refrigerant Flash Drum (110-F) Vessel Fungsi Mendinginkan dan memurnikan ammonia. 50