BAB I PENDAHULUAN. Tabel 1.1 Data Impor Amonium Sulfat di Indonesia (

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Pendirian Pabrik Indonesia merupakan negara agraris sehingga sektor pertanian memegang peranan penting dalam perekonomian negara. Berkembangnya sektor pertanian menyebabkan meningkatnya kebutuhan pupuk. Kebutuhan pupuk dalam negeri sebagian dipenuhi dengan cara impor. Di sisi lain, negara Indonesia mempunyai sumber daya alam yang melimpah berupa bahan bahan yang dapat diolah menjadi pupuk. Salah satu pupuk impor adalah pupuk amonium sulfat yang biasa disebut pupuk ZA (Zwavelzure Ammoniak). Pupuk ZA merupakan salah satu jenis pupuk buatan yang mempunyai 2 jenis unsur hara sekaligus yaitu nitrogen dan sulfur. Dua unsur tersebut sangat dibutuhkan dalam perkembangan suatu tanaman, baik tanaman perkebunan ataupun pertanian. Berdasarkan data Biro Pusat Statistik, kebutuhan impor ZA Indonesia tersaji pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Data Impor Amonium Sulfat di Indonesia ( Tahun Impor (ton) Data di atas menunjukkan bahwa impor amonium sulfat dari tahun ke tahun mengalami peningkatan. Pendirian pabrik ammonium sulfat sangat diperlukan untuk mengurangi ketergantungan terhadap negara lain. 1

2 Impor (ton/tahun) Prarancangan Pabrik Amonium Sulfat 2 Pendirian pabrik amonium sulfat di Indonesia dipandang strategis dengan alasan sebagai berikut : a. Pendirian pabrik dapat memenuhi kebutuhan ammonium sulfat dalam negeri. b. Menghemat devisa negara dengan mengurangi impor. c. Mendukung berkembangnya pabrik lain yang menggunakan ammonium sulfat sebagai bahan baku. d. Membuka lapangan kerja baru, sehingga mampu menurunkan tingkat pengangguran Kapasitas Rancangan Perkiraan Kebutuhan Amonium Sulfat di Indonesia Berdasarkan data BPS (Biro Pusat Statistik) yang ditunjukkan pada Tabel 1.1, perkirakan kebutuhan amonium sulfat pada tahun 2020 dapat dihitung dengan cara melakukan linierisasi data impor. Hasil linierisasi ditunjukkan pada Gambar y = x Tahun Gambar 1.1 Data Impor Amonium Sulfat Berdasarkan Gambar 1.1, persamaan hasil linierisasi adalah y = x , dengan x adalah tahun dan y adalah jumlah kebutuhan impor amonium sulfat. Perkirakan jumlah kebutuhan amonium sulfat pada tahun 2020

3 3 yang belum mampu dipenuhi oleh produksi dalam negeri sebesar ton/tahun Kapasitas pabrik yang sudah berdiri Pabrik amonium sulfat yang masih beroperasi di beberapa negara dapat dilihat pada Tabel 1.2. Tabel 1.2. Pabrik Amonium Sulfat di Dunia ( No Perusahaan Kapasitas 1. BASF ( IG Farben Industrie A/G ) Ton/Tahun Leuna, Germany 4. Wengfu Jianfeng Chemical Industry Ton/Tahun Co., Ltd., China (Merseburg Process) 5. Laiwu Songfeng Fertilizer Co., Ltd, Ton/Bulan Shandong, China 6. Hunan Yueyang Sanxiang Chemical Ton/Tahun Co., Ltd, Hunan, China 7. FCI-Sindri and GSFC-Vadodara, India Ton/Bulan (Merseburg Process) 8. Anqing Yuancheng Trading Co., Ltd, Ton/Bulan China 9. Cameroon Chemical Complex Inc, Ton/Bulan Malaysia 11. Shijiazhaung Yingyi Agricultural 5000 Ton/Bulan Material Co., Ltd, China 12. PT Petrokimia Gresik, Indonesia ton/tahun

4 Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku pembuatan amonium sulfat proses Merseburg adalah gipsum, NH3, CO2 dan H2O. Gipsum yang digunakan didapat dari PT. Petrokimia Gresik yang menghasilkan ton/tahun. Amonia yang digunakan berupa amonia cair yang diperoleh dari PT. Pupuk Kujang yang menghasilkan produk sebesar ton/tahun. Gas CO2 didapat dari PT. Resources Jaya Teknik Management Indonesia (RMI) Krakatau Karbonindo dengan kapasitas produk ton/tahun Rancangan kapasitas Berdasarkan prediksi kebutuhan amonium sulfat dalam negeri yang belum dapat terpenuhi, kapasitas pabrik yang telah beroperasi, dan ketersediaan bahan baku, maka ditetapkan kapasitas prarancangan pabrik amonium sulfat yang akan didirikan tahun 2020 sebesar ton/tahun. Pemilihan kapasitas tersebut dititikberatkan pada : 1. Kebutuhan amonium sulfat nasional pada tahun 2020 sebesar ton menyebabkan Indonesia harus meningkatkan jumlah impor amonium sulfat. Pabrik dengan kapasitas ton/tahun dapat berperan dalam pemenuhan kebutuhan amonium sulfat nasional sebesar 13,98 %. 2. Kapasitas pabrik dengan proses Merseburg yang telah beroperasi sebesar ton/tahun (Wengfu Jianfeng Chemical Industry Co., Ltd., China) dan to/tahun (FCI-Sindri and GSFC-Vadodara, India). 3. Pertimbangan ketersediaan bahan baku, pabrik dengan kapasitas ton/tahun membutuhkan bahan baku NH ton/tahun, CO ton/tahun, dan gypsum ton/tahun Lokasi Pabrik Pemilihan lokasi pabrik merupakan salah satu langkah penting dalam perancangan suatu pabrik. Lokasi suatu pabrik mempengaruhi kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan berdirinya. Pemilihan lokasi yang tepat, ekonomis dan menguntungkan dipengaruhi oleh banyak faktor, antara

5 5 lain penyediaan bahan baku, pemasaran produk, fasilitas transportasi, penyediaan bahan bakar dan energi, penyediaan air, dan penyediaan tenaga kerja. Lokasi pendirian pabrik amonium sulfat direncanakan di Gresik, Jawa timur dengan pertimbangan sebagai berikut : a. Penyediaan bahan baku Bahan baku merupakan kebutuhan utama bagi kelangsungan suatu pabrik sehingga pengadaan bahan baku sangat diprioritaskan. Lokasi pabrik di Gresik ini sangat tepat mengingat sumber bahan baku gipsum yang digunakan diperoleh dari PT. Petrokimia Gresik. Lokasi pabrik yang dekat bahan baku ini, selain dapat mengurangi biaya transportasi, sekaligus mengurangi investasi yang relatif besar. b. Pemasaran produk ZA merupakan pupuk anorganik yang banyak digunakan dalam sektor pertanian maupun perkebunan. Kebutuhan pupuk di daerah Jawa Timur pada khususnya dan daerah-daerah di Indonesia lainnya dapat dipenuhi dengan didirikannya pabrik di daerah Gresik. c. Fasilitas transportasi Dekatnya Gresik dengan kota lainnya, diharapkan pemasokan bahan baku dan pemasaran hasil produksi tidak mengalami kesulitan. d. Penyediaan bahan bakar dan energi Daerah Gresik merupakan daerah kawasan industri sehingga penyediaan bahan bakar dan energi dapat dipenuhi. Tenaga listrik dapat disediakan PLN dan oleh pabrik sendiri untuk keadaan darurat. e. Penyediaan air Air dibutuhkan dalam jumlah besar dalam industri. Air digunakan dalam proses untuk pendingin, pembangkit steam, hidrasi dan sanitasi. Penyediaan air dipenuhi dengan pendirian unit pengolah air dimana airnya mengambil dari Sungai Brantas. f. Penyediaan Tenaga kerja Tenaga kerja yang digunakan dalam industri berasal dari daerah sekitar, yang meliputi tenaga kerja tingkat bawah, menengah dan atas. Pendirian pabrik ini

6 6 maka akan mengurangi tingkat pengangguran baik dari penduduk sekitar ataupun penduduk urban. Rincian peta lokasi pabrik amonium sulfat yang direncanakan ditunjukkan pada Gambar 1.2. lokasi Gambar 1.2. Peta Lokasi Pabrik Amonium Sulfat di Gresik, Jawa Timur

7 Tinjauan Pustaka Macam macam proses a. Proses Netralisasi H2SO4 (l) + 2NH3(g) (NH4)2SO4(s) (1) Reaksi tersebut terjadi menurut mekanisme reaksi berikut : H2SO4 2H + + SO4 2- (2) 2NH3 + 2H + 2NH4 + (3) 2NH4 + + SO4 2- (NH4)2SO4 (4) H2SO4+ 2NH3 (NH4)2SO4 (5) Reaksi pembentukan amonium sulfat dari asam sulfat dan amonia merupakan reaksi gas cair yang dioperasikan pada suhu o C, tekanan atmosfer,level larutan 3,6-4,5 meter, dan perbandingan mol reaktan H2SO4 dan NH3 sebesar 1 : 2. Kandungan nitrogen dalam amonium sulfat minimal sebesar 20,8 % berat, asam sulfat bebas maksimal 0,1 % berat, dan H2O maksimal 0,1 % berat. Pembentukan kristal amonium sulfat di dalam reaktor melalui beberapa tahapan berikut : 1. Pembentukan larutan amonium sulfat jenuh Mula-mula mother liquor / kondensat yang diinginkan dimasukkan ke dalam reaktor sampai mencapai level yang diinginkan, kemudian asam sulfat dan uap amonia dimasukkan secara kontinyu ke dalam reaktor dalam bentuk gelembung melalui sparger sehingga terjadi reaksi dan membentuk amonium sulfat. Gas amonia dan asam sulfat cair dimasukkan secara terus-menerus sehingga tercapai kondisi larutan jenuhnya. 2. Pembentukan larutan lewat jenuh Larutan amonium sulfat saat tercapai kondisi jenuh, gas amonia dan asam sulfat terus dimasukkan sehingga akan diperoleh kondisi lewat jenuh (supersaturasi) dari larutan amonium sulfat, dan akhirnya membentuk kristal amonium sulfat. (Sumarni, 2009, Laporan kerja Praktek Pabrik Amonium Sulfat (ZA III), PT Petrokimia Gresik, Jawa Timur)

8 8 b. Proses Karbonasi Batubara Amonium sulfat dapat diproduksi dari batubara dengan 3 cara yaitu direct, indirect dan semi direct method. b.1.direct Method Semua gas yang terbentuk pertama kali didinginkan untuk menghilangkan sejumlah tar sebelum melewati saturator bubble atau type spray, dimana reaksi dengan asam sulfat terjadi. Kristal amonium sulfat yang terbentuk turun kemudian dipisahkan dan dicuci dalam centrifuge lalu dikeringkan. Kristal kering dikirim lewat conveyor untuk disimpan. b.2. Indirect Method Pada proses ini, gas panas didinginkan dengan resirkulasi cairan pencuci dan air scrubbing. Campuran cairan kemudian dipanaskan dengan steam dalam kolom stripper tipe bubble untuk melepaskan amonia bebas dalam senyawa garam seperti amonium karbonat dan amonium sulfit. Sebagian cairan dalam kolom stripper kemudian ditambahkan dengan larutan kapur untuk menguraikan komponen garam seperti amonium klorida. Gas keluar yang masih banyak mengandung amonia dimasukkan ke dalam saturator yang sudah mengandung asam sulfat sehingga terbentuk amonium sulfat. b.3. Semi Direct Method Dalam proses ini gas mula mula didinginkan dan dicuci untuk menghilangkan sejumlah tar dan untuk memproduksi larutan amonia. Kemudian amonia cair dipanaskan sampai suhu 70 o C dan diabsorbsi dengan asam sulfat encer (5 % 6 %), menghasilkan larutan amonium sulfat jenuh dengan suhu 60 o C 70 o C. Spray absorber atau saturator yang digunakan dalam operasi ini bervariasi dan modifikasi dari sistem ini telah dirancang oleh para insinyur seperti Koopers, Otto, Wilpitte, Simon Carves Woodal-Duckham dan lainnya. Spray tipe scrubbersaturator yang dikembangkan oleh perusahaan Otto telah dipakai secara luas sebagai unit pemisah kristaliser untuk memberikan kontrol yang lebih baik dalam pembentukan kristal.

9 9 c. Reaksi antara Amonium Karbonat dengan Gipsum (Proses Merseburg) Proses ini masih digunakan di berbagai negara dimana asam sulfat sangat mahal dan suplai gipsum tersedia dalam jumlah besar seperti Inggris, Prancis, Jerman dan Indonesia. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 2NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3 (6) (NH4)2CO3 + CaSO4.2H2O (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H2O (7) Larutan amonium karbonat jenuh dibuat dengan cara melarutkan karbon dioksida dalam larutan amonium hidroksida. Karbon dioksida tersedia sebagai hasil samping pembakaran hidrokarbon. Konversi pada akhir reaksi kira-kira 95 % sesudah 2 jam, jika gipsum bereaksi sempurna dan suhu reaksi pada 50 o C - 60 o C. Keluaran reaktor difilter untuk memisahkan kalsium karbonat dan kalsium sulfat yang tidak bereaksi dari larutan amonium sulfat (Faith & Keyes, 1957) Kegunaan Produk Amonium sulfat dapat digunakan dalam bidang sebagai berikut : a. Pertanian Amonium sulfat merupakan pupuk yang sangat cocok digunakan pada lahan pertanian dimana kandungan sulfur dalam tanah tersebut kurang. Amonium sulfat lebih baik dibandingkan dengan urea karena mengandung 2 jenis unsur yaitu nitrogen dan sulfur. b. Biokimia Senyawa amonium sulfat dapat digunakan sebagai nutrisi penambah kadar nitrogen dalam proses fermentasi. Unsur nitrogen sangat diperlukan bagi mikroorganisme disamping unsur unsur yang lain. c. Bidang lain Amonium sulfat dapat juga digunakan sebagai pengolahan air, bahan tahan api dan penyamakan.

10 Sifat Fisik dan Kimia Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku a. Ammonia (NH3) Sifat Fisik: Berat Molekul : 17,03 Titik leleh : - 77,7 o C Titik didih : - 33,35 o C Temperatur kritis : 133 o C Tekanan kritis : 11,425 kpa Specific heat Pada 0 o C : 2097,2 J/(kg.K) Pada 100 o C : 2226,2 J/(kg.K) Pada 200 o C : 2105,6 J/(kg.K) H 0 pembentukan (25 o C) : -46,222 Kj/mol Kelarutan dalam air (% berat) Pada 0 o C : 42,8 Pada 20 o C : 33,1 Pada 40 o C : 23,4 Pada 60 o C : 14,1 Specific grafity Pada -40 o C : 0,690 Pada 0 o C : 0,639 Pada 40 o C : 0,580 Massa jenis (15 o C) : 0,618 gram/liter (Kirk and Othmer, 1978) Sifat Kimia Pada temperatur tinggi terdekomposisi menjadi hidrogen dan nitrogen Bereaksi dengan Potassium Permanganat : 2NH3 + 2KMnO4 Bereaksi dengan chlorine 8NH3 + 3Cl2 2KOH +2MnO2 + 2H2O + N2 N2 + 6NH4Cl

11 11 Mengalami reaksi oksidasi pada pembuatan asam nitrat dengan sangat cepat pada suhu 650 o C (katalis : platinum-rhodium) 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NO + O2 2NO2 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO Bereaksi dengan air dan bersifat reversible NH3 + H2O NH4 + + OH - (Kirk and Othmer, 1978) b. Karbon dioksida (CO2) Sifat fisis : Berat Molekul : 44,01 Titik leleh : -56,6 o C (5,2 atm) Titik didih : tersublimasi pada 78,5 o C Temperatur kritis : 304,2 K Tekanan kritis : kpa Volume kritis : 0,095 m 3 /kmol H 0 pembentukan (25 o C) : -393,51 Kj/mol G 0 pembentukan (25 o C) : -394,37 Kj/mol Specific grafity Liquid : 1,101 (-87 o C) : 1,53 (dengan acuan udara) Solid : 1,56 (pada 79 o C) Kelarutan dalam 100 bagian air Pada 100 bagian air dingin (0 o C) : 179,7 Pada 100 bagian air panas (20 o C) : 90,1 (Perry, 1984) Massa jenis (pada 273 K) : 928 gram/liter Sifat kimia : Membentuk asam karbonat jika bereaksi dengan air (H2CO3)

12 12 Membentuk garam dan ester jika bereaksi dengan asam lemah Membentuk CO jika dipanaskan di atas suhu 1700 o C 2CO2 2CO + O2 Mengalami reaksi reduksi jika bereaksi dengan hidrogen CO2 + H2 CO + H2O Karbondioksida bereaksi dengan ammonia akan membentuk ammonium karbamat pada tahap pertama pembuatan urea CO2 + 2NH3 NH2COONH4 (Kirk and Othmer, 1978) c. Air (H2O) Sifat fisis : Berat Molekul : 18,01 Titik didih : 100 o C (1 atm) Titik Leleh : 0 o C (1atm) Temperatur kritis : 647,1 o K Tekanan kritis : 217,6 atm Volume kritis : 56 cc/gmol H 0 pembentukan (25 o C) liquid : -68,317 kjoule/mol gas : -57,798 kjoule/mol ph : 5,4 7,5 Specific grafity Liquid : 1,004 tiap 100 bagian ( ice) : 0,195 tiap 100 bagian Kelarutan : larut pada etil eter Larut pada 95 % etanol Massa jenis : 1 gr/cc (Perry, 1984) Sifat kimia: Air dapat terhidrolisa menghasilkan H2 dan O2 dengan reaksi 2H2O H2 + O2

13 13 Dapat bereaksi dengan ammonia membentuk ammonium hidroksida NH3 + H2O NH4OH d. Gipsum (CaSO4.2H2O) Sifat Fisis: Berat Molekul : 172,17 Titik leleh : - 1 H2O, 128 (kehilangan 1 mol air tiap berat pada 128 o C) tekanan 1 atm Titik didih : - 2 H2O, 163 ( kehilangan 2 mol air tiap berat pada 163 o C) tekanan 1 atm Specific gravity : 2,32 H 0 pembentukan (25 o C) : -338,73 kcal/mol G 0 pembentukan (25 o C) : -311,9 kcal/mol Kelarutan Pada 100 bagian air dingin (0 o C) : 0,223 Pada 100 bagian air panas (50 o C) : 0,257 Larut pada asam, gliserol, gliserin, Na2S2O3 dan garam garam NH4 (Perry, 1984) Sifat kimia: Reaksi hidrasi kalsium aluminate dengan gipsum akan menghasilkan kalsium sulfat aluminate hidrat dengan reaksi : H2O 3 CaO.Al2O3 + CaSO4 3 CaO. Al2O3. 3 CaSO4 32 H2O Gipsum apabila dipanaskan akan melepaskan senyawa H2O CaSO4.2H2O + panas CaSO4.1/2H2O + 11/2 H2O e. Amonium Karbonat ((NH4)2CO3) Sifat fisis : Berat molekul Titik leleh : 96,09 g/mol : 43 o C (Kirk and Orthmer, 1978)

14 14 Kelarutan : Pada 100 bagian air dingin ( 15 o C) : 100 Pada 100 bagian air panas (49 o C) : 50 Tidak larut dalam CS2, etanol 95 %, dan NH3 (Perry, 1984) Sifat kimia : Pada suhu tinggi dapat terdekomposisi menjadi amonia, karbon dioksida dan air dengan reaksi : (NH4)2CO3 NH3 + CO2 + 2H2O (Kirk and Orthmer, 1978) Sifat Fisis dan Kimia Produk a. Amonium Sulfat ((NH4)2SO4) Sifat fisis : Berat molekul : 132,14 Massa jenis : 1,769 g/cm 3 (20 o C) Titik leleh : terdekomposisi pada suhu o C Kelarutan dalam air : 163,8 g/ml (100 o C) Critical relative : 79,2% (30 o C) ( Sifat kimia : Pada suhu 280 o C dapat terdekomposisi menjadi amonium bisulfat dengan reaksi : (NH4)2SO4 (NH4)2SO4 + 2NaCl b. Kalsium Karbonat (CaCO3) Sifat fisik : Berat molekul Bau NH4HSO4 2NH4Cl + Na2SO4 (Kirk and Othmer, 1978) : 100,0869 g/mol : tidak berbau

15 15 Massa jenis : 2,83 g/cm 3 Titik leleh : 825 o C Kelarutan dalam air : 0,15 g/100 ml (25 o C) Flash point : 825 o C ( Sifat Kimia Jika bereaksi dengan asam kuat akan melepaskan CO2 CaCO3 + 2HCl CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) Jika dipanaskan pada suhu di atas 840 o C akan melepaskan CO2 untuk membentuk CaO, reaksi ini disebut quicklime dengan ΔHr = 178 kj/mol CaCO3 CaO + CO2 ( Tinjauan Proses Secara Umum Pertimbangan pemilihan proses Merseburg yaitu bahan baku mudah diperoleh dari pasokan dalam negeri dan efisien. Kondisi operasi yang digunakan adalah tekanan atmosferik dan suhu rendah sehingga dapat mengurangi biaya produksi dalam penyediaan energi proses. Pada proses pembuatan amonium sulfat dari gipsum dan amonium karbonat terdiri dari beberapa langkah proses. Langkah yang pertama adalah penyiapan bahan baku. Bahan baku ammonium karbonat diperoleh dengan proses absorbsi gas NH3 dan CO2 oleh air, dengan reaksi 2NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3 (8) Amonia cair disimpan dalam fase cair pada temperature 40 C dan tekanan 15,5 atm. Amonia diturunkan tekanannya menjadi 6,5 atm sebelum masuk ke absorber. CO2 disimpan dalam fase cair pada temperature 40 C dan tekanan 9 atm. CO2 diturunkan tekanannya menjadi 6,5 atm sebelum masuk ke absorber. Kondisi operasi absorber pada suhu 40 C dengan tekanan 6,5 atm. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis dan irreversible.

16 16 Langkah kedua adalah proses reaksi. Dalam proses ini, terjadi reaksi antara amonium karbonat dengan gipsum. Reaksi bersifat eksotermis dan irreversibel. Reaksi terjadi di dalam 2 reaktor RATB yang disusun seri dengan suhu antara 50 C - 60 C dan tekanan 1 atm. Konversi pada akhir reaksi adalah 98 %. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: (NH4)2CO3 + CaSO4.2H2O (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H2O (9) Langkah ketiga adalah proses pemurnian. Larutan amonium sulfat keluar reaktor difiltrasi untuk memisahkan padatan dari cairan. Cairan dialirkan menuju evaporator untuk pemekatan larutan ammonium sulfat. Cairan lewat jenuh dari ammonium sulfat dialirkan menuju crystallizer untuk pembentukan kristal. Hasil kristaliser dialirkan menuju centrifuge untuk pemisahan mother liquor dan kristal ammonium sulfat. Kristal amonium sulfat dari centrifuge dikeringkan di rotary dryer. Lalu dibawa ke tangki penyimpanan.

17