15 BAB II URAIAN PROSES 2.1 Bahan Baku 2.1.1 Bahan Baku PembuatanAmmonia 2.1.1.1 Bahan Baku Utama Bah an bak u uta ma yan g dip erlu kan pad a pro ses pembua tan Ammonia terdiri atas gas alam, air dan udara. a. Gas Alam Komponen utama yang terdapat pada gas alam adalah Metana (CH 4 ). as alam yang dibutuhkan dipenuhi oleh !". !ertamina dari sumur gas di !rabumulih. !roses pengi riman gas dilakukan melalui pipa ba#ah tanah ber$arak ±1%& km. as alam yang dik irim dari !ertamina ini memilik i spe si'i kas i seperti ya ng ditun$ukkan oleh "a bel 1. di ba#ah ini. "abel 1.Karakteristik dan Komposisi as lam Komposisi Kuantitas (Mol) as alam Metana (CH 4 ) *tana (C % H + ) !ropana (C H - ) so/Butana (i/C 4 H 1& ) 0omal/Butana (n/C 4 H 1& ) so/!entana (/C 5 H 1% ) 0omal/!entana (n/C 5 H 1% ) Heksana (C + H 14 ) Karbon ioksida (C2%) 0itrogen (0 % ) 34,5 +,33 5,+ &,-% 1,&- &,% &,%% &,1- 1&,& & umber6 7nit 2perasi !/, %&1& b. Air !ada pabr ik Ammonia, air digu nak an sebagai air umpan Boiler ( Boilerfeed water) da n air p endin gin (cooling water). Kebutuhan air umpan Boilerdan air pend ingin tersebut masing/masing adalah 4,3 m 8$am dan &,M"8M" 0H .
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 1/24
15
BAB II
URAIAN PROSES
2.1 Bahan Baku
2.1.1 Bahan Baku Pembuatan Ammonia
2.1.1.1 Bahan Baku Utama
Bahan baku utama yang diperlukan pada proses pembuatan Ammonia
terdiri atas gas alam, air dan udara.
a. Gas Alam
Komponen utama yang terdapat pada gas alam adalah Metana (CH4). as
alam yang dibutuhkan dipenuhi oleh !". !ertamina dari sumur gas di !rabumulih.
!roses pengiriman gas dilakukan melalui pipa ba#ah tanah ber$arak ± 1%& km.
as alam yang dikirim dari !ertamina ini memiliki spesi'ikasi seperti yang
ditun$ukkan oleh "abel 1. di ba#ah ini.
"abel 1. Karakteristik dan Komposisi as lam
Komposisi Kuantitas (Mol)as alam
Metana (CH4)
*tana (C%H+)
!ropana (CH-)
so/Butana (i/C4H1&)
0omal/Butana (n/C4H1&)
so/!entana (/C5H1%)
0omal/!entana (n/C5H1%)
Heksana (C+H14)
Karbon ioksida (C2%)
0itrogen (0%)
34,5
+,33
5,+
&,-%
1,&-
&,%
&,%%
&,1-
1&,&
&umber6 7nit 2perasi !/, %&1&
b. Air
!ada pabrik Ammonia, air digunakan sebagai air umpan Boiler ( Boiler
feed water ) dan air pendingin (cooling water ). Kebutuhan air umpan Boiler dan
air pendingin tersebut masing/masing adalah 4,3 m8$am dan &, M"8M" 0H.
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 2/24
1+
Kebutuhan kedua $enis air tersebut disediakan oleh unit utilitas. Bahan baku air ini
berasal dari sungai Musi. 9umlah air sungai Musi yang digunakan di unit utilitas
sebanyak 31% m8$am dengan pH sekitar +,5 : 3,5.
Karakteristik dan komposisi air sungai Musi yang diproses di unit utilitas
disa$ikan pada "abel %.
"abel %. Karakteristik dan Komposisi ir ungai Musi
Komponen Kuantitas
"urbiditas 4
! alkalinitas sebagai CaC2 &
M alkalinitas sebagai CaC2 1,4
Cl% sebagai Cl/ ,4
ul'at sebagai 24%/ 4,%
moniak sebagai 0H ,
Kesadahan Ca%; sebagai CaC2 5,5
Kesadahan Mg%; sebagai CaC2 +,4
Besi sebagai <e %,&+
ilika sebagai i2% 15 / +4
!adatan tersuspensi 4%
!adatan terlarut +4
Material organik 1-,3
umber6 7tilitas !/, %&1&
c. Udara
7dara pada pabrik !". !7= digunakan sebagai udara instrumen dan
udara proses. 7dara proses digunakan sebagai sumber gas nitrogen dalam
pembuatan amoniak. 7dara instrumen digunakan untuk keperluan seperti aerasi,
udara >ampuran dan lainnya. 7dara diperoleh dari lingkungan sekitar pabrik.
Komposisi udara yang diambil dari alam disa$ikan pada "abel .
"abel . Komposisi 7dara
Komponen Kuantitas (mol)
0itrogen (0%) 3-,&-4
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 3/24
13
2ksigen (2%) %&,43
rgon (r) &,4
umber6 7tilitas !/, %&11
9umlah udara instrumen yang digunakan untuk unit Ammonia sebanyak
5, 0m8$am. 7dara instrumen yang diambil dari udara bebas dengan Kompresor
memiliki spesi'ikasi seperti disa$ikan pada "abel 4.
"abel 4. pesi'ikasi 7dara nstrumen
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan 3 kg8>m
"emperatur %- °C
Kualitas Bebas minyak
umber6 7tilitas !/, %&1&
2.1.1.2 Bahan Baku Penunjan
Bahan baku penun$ang yang digunakan pada proses pembuatan Ammonia
terdiri atas Hidrogen, katalis, dan bahan/bahan kimia lainnya.a. !idr"en
Hidrogen digunakan untuk keperluan start-up pada !7=/B. as ini
disuplai dari !7= , , dan ?. "ekanan dan temperatur untuk masing/masing
gas tersebut adalah +3 kg8>m% dan 133oC. 9umlah gas Hidrogen yang digunakan
adalah sebanyak 1&1,44 0m8$am.
b. #atalis
Katalis digunakan pada pabrik Ammonia karena pada pabrik 7rea tidak memerlukan katalis dalam reaksinya. 9enis katalis yang digunakan pada pabrik
Ammonia dapat dilihat pada "abel 5.
"abel 5. 9enis/9enis Katalis !ada !abrik Ammonia
0ama Katalis @okasi !enggunaan
Co/Mo (Cobalt-Molybdenum) Hydrotreater
An2 Guard chamber
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 4/24
1-
0i2 Reformer , Methanator
<e24 8 Cr %2 H"C
Cu 8 An2 @"CBesi berpromotor Konerter amoniak
umber6 Ammonia !/, %&1%
2.1.2 Bahan Baku Pembuatan Urea
2.1.2.1 Bahan Baku Utama
a. Ammonia $air
pesi'ikasi Ammonia >air yang digunakan pada pabrik 7rea disa$ikan pada
"abel +. berikut ini.
"abel +. pesi'ikasi Ammonia Cair ebagai Bahan Baku !abrik 7rea
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan %& (min. 1-) kg8>m%
"emperatur %5 : & oC
9umlah 4&,3 M"8$am umber6 mmonia !/, %&&+
b. Gas $O2
pesi'ikasi gas Karbon ioksida (C2%) yang digunakan pada pabrik 7rea
disa$ikan pada "abel 3. berikut ini.
"abel 3. pesi'ikasi as C2% ebagai Bahan Baku !abrik 7rea
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan &,+ kg8>m%
"emperatur - oC
Komposisi
C2% (dry basis)
H%2
Belerang total
- (min)
$enuh
1 (maks)
berat
ppm ol umber6 7rea !/, %&&+
2.1.2.2 Bahan Baku Penunjan
a. #ukus % Steam&
pesi'ikasi kukus yang digunakan disa$ikan pada "abel -.
"abel -. pesi'ikasi Steam !abrik 7rea
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan (Steam tekanan sedang) 4% kg8>m%
"emperatur (Steam tekanan sedang) oC
ouling factor &,&&&1 m%
$amo
C8kkal
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 5/24
1
9umlah +3,-% M"8$am umber6 7tilitas !/, %&&+
b. Air 'emin
pesi'ikasi air demin yang digunakan disa$ikan pada "abel .
"abel . pesi'ikasi ir emin !abrik 7rea
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan 5, kg8>m%
"emperatur %- oC
9umlah 1& M"8$am
i2% &,&5 (maks) ppm
"otal padatan terlarut &,5 (maks) ppm
umber6 7rea !/, %&&5
c. Air Pendinin
pesi'ikasi cooling water yang digunakan disa$ikan pada "abel 1&.
pesi'ikasi udara instrumen yang digunakan disa$ikan pada "abel 11.
"abel 11. pesi'ikasi 7dara nstrumen !abrik 7rea
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan (di pipa header udara instrumen) 3 kg8>m%
"emperatur %- oC
9umlah %&& 0m
8$am
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 6/24
%&
#ew point :4& oC
Kualitas Bebas Minyak
umber6 7tilitas !/, %&&+
e. Air Um(an Boiler
pesi'ikasi air umpan Boiler untuk #esuperheater dilihat pada "abel 1%.
"abel 1%. pesi'ikasi ir 7mpan Boiler !abrik 7rea
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan 5-.1 kg8>m%
"emperatur 11 oC
"otal solid &.%5 ppm sebagai CaC2
Kadar i2% &.& (maks) ppm sebagai i2%
Konduktiitas elektrik 1 mi>ro ohm8>m umber6 7tilitas !/, %&&+
f. Nitr"en
pesi'ikasi 0itrogen sebagai bahan baku disa$ikan pada "abel 1.
"abel 1. pesi'ikasi 0itrogen yang igunakan !ada !abrik 7rea
pesi'ikasi Kuantitas atuan
"ekanan 4 Kg8>m%
"emperatur %- oC
Komposisi 02E
2%
1& (maks)
&& (maks)
ppm
ppm umber6 7rea !/, %&&3
g. )istrik
a) Motor
1) i atas 15&& k 6 ,- k?, 'asa dan 'rekuensi 5& HD.
%) i atas 11& k/15&& k 6 %, k?, 'asa dan 'rekuensi 5& HD.
) ntara &.5 k/11& k 6 44& k?, 'asa dan 'rekuensi 5& HD.4) i ba#ah &.5 k 6 115 atau %5&, 1 'asa dan 'rekuensi 5& HD.
tau 44& k, 'asa dan 'rekuensi 5& HD.
b) !enerangan
pesi'ikasinya %%& ?, 1 'asa dan 'rekuensi 5& HD
>) istem pengontrol
pesi'ikasinya 11& ?, tegangan C.
d) nstrumentasi
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 7/24
%1
pesi'ikasinya 11& ?, 1 'asa dan 'rekuensi 5& HD.
2.2 Pr"ses Pr"duksi
2.2.1 Pr"ses Pr"duksi Ammonia
dapun proses pembuatan amonia dapat dibagi dalam + area8seksi, yaitu
sebagai berikut 6
%& eed "reating
'& Reforming
& )urifi*asi
4. intesis
5. !emurnian !roduk !roses pembuatan amonia se>ara sederhana dapat dilihat pada ambar %.1
berikut.
ambar %.1. iagram Blok !abrik Ammonia !7=/
2.2.1.1 *aha( Pen+ia(an Gas Um(an %Feed Treating &
Berdasarkan battery limit , gas alam yang dipasok dari !ertamina 7!
!la$u memiliki spesi'ikasi temperatur pada %- oC dan tekanan 14,1 kg8>m%.
Bahan baku gas alam yang diterima dari !ertamina tersebut masih mengandung
beberapa Dat yang tidak diinginkan, seperti6
1) ul'ur (anorganik dan organik)
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 8/24
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 9/24
%
C2% ; H%2 H%C2
H%C2 ; K %C2
%KHC2
c. *aha( Penhilanan Sul,ur Oranik
ul'ur organik harus dipisahkan pada tahap feed treating karena dapat
men$adi ra>un katalis pada proses/proses berikutnya. =eaksi penghilangan ul'ur
organik dapat dituliskan sebagai berikut.
=H ; H% ↔ =H ; H% (Katalis CoMo)
H% ; An2 ↔ An ; H%2 (Katalis An2)
Kedua reaksi tersebut berlangsung di satu unit 0essel , yaitu 0essel Co/
Mo8An2 Guard Chamber yang berisi katalis 3,5 m Co/Mo dan 15 m An2.
isini ul'ur organik berubah men$adi Hidrogen ul'ida dan diserap dengan An2
membentuk eng ul'ida.
2.2.1.2 *aha( Pr"duksi Gas Sintesa % Syn-Gas Production&
as proses tersebut selan$utnya diproses di area reforming atau area
pembuatan gas sintesis untuk mendapatkan gas sintesis yang dibutuhkan dalam
pembuatan Ammonia, yaitu gas H% dan gas 0%. !roses pembuatan gas sintesis ini
berlangsung dalam dua unit yaitu unit primary reformer dan unit secondary
reformer&
a. Primary Reformer
as proses yang telah ber>ampur dengan steam selan$utnya akan
diumpankan ke unit primary reforming radiant section dengan steam to carbonratio sekitar ,% untuk dihasilkan gas sintesis. )rimary reformer ini terdiri atas 4
buah baris dengan masing/masing baris berisi 5+ tabung berkatalis 0ikel 2ksida&
=eaksi steam re'orming ini ter$adi pada temperatur 3-&/-%&oC dan se>ara
keseluruhan bersi'at endotermis, sehingga diperlukan pasokan panas dari luar.
dapun reaksi steam re'orming yang ter$adi pada primary reformer unit
tersebut adalah6
CH4 ; H%2↔
C2 ; H% / F
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 10/24
%4
C2 ; H%2 ↔ C2% ; H% ; F
b. Secondary Reformer
7ntuk menyempurnakan reaksi steam re'orming (peme>ahan gas metana
men$adi C2, C2% dan H%) diperlukan proses lan$utan di secondary reformer . as
yang telah mengalami reforming sebagian di primary reformer akan masuk ke
secondary reformer dengan mele#ati 1ac*et transfer line. "emperatur masuk ke
secondary reformer sekitar -%4oC. liran gas ini akan bertemu dengan >ampuran
steam dan udara di ruang bakar. ebelum masuk ke secondary reformer , tekanan
dan temperatur udara dinaikkan.
=eaksi di secondary reformer berlangsung pada temperatur yang lebih
tinggi daripada di primary reformer , yaitu sekitar &&/1%&&oC. e>ara keseluruhan
reaksi bersi'at endotermis, sehingga memerlukan panas dan kebutuhan panas
untuk berlangsungnya reaksi reforming tersebut dipasok sendiri dari panas hasil
reaksi Hidrogen (dari aliran gas) dengan 2ksigen (dari aliran udara). 2ksigen
untuk keperluan reaksi tersebut berasal dari udara yang diin$eksikan dari
#ischarge Compressor . =eaksi ini menggunakan katalis 0ikel untuk
memper>epat la$u reaksi dan meningkatkan perolehan produk. dapun reaksi
yang ter$adi adalah sebagai berikut 6
%H% ; 2% %H%2
2.2.1.3 *aha( Pemurnian Gas Sintesa % Syn-Gas Purification&
a. ig! Tem"eratur S!ift #on$erter %!*S$&
7nit H"C ber'ungsi sebagai =eaktor konersi C2 men$adi C2 % dengan
bantuan Katalis )romoted 2ron ,id e (<e248Cr %2) pada temperatur tinggi
(sekitar 5&/4%&oC) dengan reaksi yang ter$adi adalah sebagai berikut.
%H% ; 2% ↔ %H%2 ; F
CH4 ; H%2 ↔ H% ; C2 / F
C2 ; H%2 ↔ H% ; C2% ; F
C2 ; H%2 ↔ H% ; C2% ; F
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 11/24
%5
H"C merupakan reaktor unggun tetap berisi katalis Besi 2ksida dengan
olume katalis ++ m. "ipikal reaksi yang ter$adi pada unit H"C adalah la$u
reaksinya >epat tetapi konersinya rendah. as keluaran H"C masuk ke shell
side H" effluent HB untuk memberikan panas ke air umpan Boiler . etelah
meninggalkan HB gas mengalir ke @"C. liran antara dilengkapi dengan
pembuangan ($ent3 untuk membuang kelebihan gas proses.
b. %o& Tem"eratur S!ift #on$erter %)*S$&
7nit ini ber'ungsi mengubah C2 men$adi C2% yang belum terkonersi di
unit H"C dengan bantuan katalis "embaga .inc lumina (Cu8An28l%2). as
dari H"C masuk ke @"C melalui unggun katalis @" dengan temperatur masuk
%&+GC dan keluar melalui bagian ba#ah @". =eaksi ini berlangsung pada
temperatur rendah (1-&/%+&oC), bersi'at eksotermis, dan konersinya yang >ukup
tinggi.
c. Unit Pemisahan #arb"n 'i"ksida %$O2 Absorber dan Stri""er &
!ada prinsipnya, pemisahan C2% pada unit ini sama dengan pemisahan
C2% di bagian feed treating . 7ntuk memisahkan C2% digunakan larutan Benfield .
=eaksi yang ter$adi adalah sebagai berikut.
C2% ; H%2 H%C2
H%C2 ; K %C2 %KHC2
as sintesa keluaran dari @"C dialirkan ke Absorber C2% melalui
distributor internal di bagian ba#ah menara. as keluaran Absorber kemudian
dialirkan ke produk atas Absorber C2% lalu menu$u K2 #rum untuk
menghilangkan larutan Benfield yang terba#a oleh gas. as proses akan
meninggalkan bagian atas K2 #rum dan dile#atkan melalui shell side
methanator feed4effluent echanger sebelum dimasukkan ke Methanator . =eaksi
proses yang ter$adi di Stripping adalah sebagai berikut6
%KHC2 H%C2 ; C2% ; H%2
&
2.2.1.' -etanasi
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 12/24
%+
!roses puri'ikasi yang ter$adi pada tahap Shift Con$ersion dan C2%
Remo$al tidak berlangsung sempurna sehingga masih terdapat gas C2 maupun
C2% sisa dalam $umlah ke>il. alaupun demikian, kandungan C2 dan C2% dalam
$umlah ke>il ini dapat merusak katalis di Ammonia Con$erter . 7ntuk itu, C2 dan
C2% perlu diubah men$adi CH4 di Methanator sehingga total C2 dan C2% inlet
Ammonia Con$erter 1& ppm. =eaksi Metanasi ter$adi pada temperatur %-&/
+&oC dengan menggunakan katalis 0ikel lumina. =eaksi Metanasi berlangsung
menurut persamaan reaksi berikut.
2.2.1.( *aha( Sintesis Ammonia
a. *aha( #"m(resi Gas % Syn-Gas #om"ression&
as proses yang akan disintesis di Ammonia Con$erter terlebih dahulu
akan dimampatkan di dalam Kompresor gas sintesis. Syn-Gas Compressor terbagi
men$adi % segmen yaitu 5ow )ressure Case Compressor dan High )ressure Case
Compressor . Masing/masing segmen tersebut memiliki dua tingkatan kompresi.
Syn-Gas Compressor memiliki empat tingkat kompresi.
as dingin yang telah kering dimasukkan ke H) Case Compressor pada
tekanan -,-- kg8>m%. as tersebut kemudian dikompresi hingga tekanannya
men>apai 13, kg8>m% pada Kompresor tingkat ketiga. as tersebut kemudian
ber>ampur dengan gas daur ulang dan dikompresi hingga tekanannya men>apai
13,1 kg8>m%
pada Kompresor tingkat keempat.
b. *aha( Sintesis )""(
as sintesis bertekanan tinggi keluaran dari Kompresor akan diumpankan
menu$u Separator minyak. =eaksi yang berlangsung di dalam Ammonia
Con$erter ini hanya menghasilkan perolehan produk Ammonia sebesar 13 mol.
2leh karena itu, untuk mendapatkan hasil yang banyak, gas yang belum bereaksi
C2 ; H% ↔ CH4 ; H%2 ; F
C2% ; 4H% ↔ CH4 ; %H%2 ; F
7/25/2019 BAB II fx
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-fx 13/24
%3
di/recycle se>ara terus/menerus agar bisa bereaksi kembali. !roduk 0H yang
diperoleh ber#u$ud gas dengan temperatur relati' tinggi (sekitar 45&oC).
ehingga, panas yang terba#a produk diman'aatkan untuk mengolah B< dan
memanaskan gas proses yang akan masuk ke Ammonia Con$erter . =eaksi sintesis
Ammonia berlangsung menurut persamaan reaksi berikut.
0% ; H% % 0H ; F
etelah itu, produk Ammonia akan diolah di bagian refrigeration system
untuk diolah men$adi produk Ammonia >air yang $auh lebih murni. edangkan
gas/gas yang tidak bereaksi8inert (seperti CH4, r, dan gas lainnya) dibuang
se>ara terus/menerus supaya tidak ter$adi akumulasi yang dapat mengganggu
proses pada Ammonia Con$erter . as yang dibuang ini akan diolah di bagian
reco$ery unit untuk diambil gas/gas yang masih potensial untuk diman'aatkan.
2.2.1. *aha( Pendininan dan Pemurnian Pr"duk
Ammonia yang terbentuk dalam Ammonia Con$erter dipisahkan dari
komponen yang lain dengan >ara pendinginan bertahap karena temperatur titik
embun Ammonia lebih besar dari komponen yang lain, sehingga Ammonia akan
mengembun terlebih dahulu dan dapat dipisahkan dari komponen yang lain.
"ahap refrigeration system pada dasarnya adalah mendinginkan gas
keluaran Ammonia Con$erter yang diikuti proses pemurnian dengan Separator
dan flashing 8let down system sehingga diperoleh produk Ammonia yang murni dan
gas/gas yang terlarut dilepaskan men$adi inert refrigeration. !roduk Ammonia
(hot product ) dikirim ke pabrik 7rea sebagai bahan baku pembuatan 7rea dan