PROSES PEMBUATAN AMMONIA
Ammonia dapat disintesa dari nitrogen dan oksigen, melalui reaksi katalisis sederhana, dimana 3 mol hidrogen bergabung dengan 1 mol nitrogen membentuk 2 mol ammonia dengan proses seperti pada gambar di bawah ini:
Flowsheet Proses Pembuatan Ammonia
Gas umpan, yaitu hidrogen dan oksigen dengan perbandingan 3 : 1 diumpankan melalui bagian bawah reaktor 1 melalui pipa saluran 2. Pembagi arus (distributor )
3
ditempatkan dekat dengan reaktor 1 untuk memfasilitasi penyebaran gas umpan secara merata di dalam reaktor 1. Aliran gas umpan yang mengandung suspensi liquid katalis dialirkan melalui bagian atas reaktor 1. Gas produk yang dihasilkan meninggalkan reaktor melalui pipa saluran melalui pipa saluran
5,
didinginkan dalam heat exchange r 6, dan mengalir
ke separ ator gas-cair dimana ammina cair dipisahkan dari gas
7
pencucinya ( pur ge ga s ). Gas produk dari separ ator 8 dialirkan melalui saluran melalui katup kontrol tekanan
10
13
dan
menuju aliran umpan keluar 11 dimana gas pencuci
mengalir ke bahan bakar. Ammina cair yang dipisahkan pada bejana pipa saluran 12 ke pompa
9
dan melalui pipa saluran
8
mengalir melalui
menuju kembali ke reaktor 1.
14
Ammina cair dari reaktor 1 dipindahkan melalui pipa saluran
15
menuju pompa
16
dan
pompa umpan keluar 17. Sebagian dari ammina cair diresirkulasi kembali melalui pipa saluran 18 ke reaktor 1, melalui heat exchange r 19, dan melalui pipa saluran
20
dan
21.
Sebagian ammina cair yang lain melalui pipa umpan keluar 17 dialihkan ke pipa saluran 22
untuk mendapatkan ammonia. Cairan ini mengalir melalui katup pengontrol tekanan
23
ke pipa saluran
24
melewati suatu turbin hidrolik 25 menuju pipa saluran
dipanaskan di tungku ( f ur nace) melalui pipa saluran
28
27.
Gas buangan (e ffl uent ) dari tungku
32
27
menuju pompa
mengalir
33.
Produk dari pompa
30,
33
heat exchange r 31, dan pipa
mengalir melalui pipa saluran
dan bergabung dengan ammina cair yang disirkulasi kembali dari pipa saluran pipa saluran 29,
21
untuk
menuju separ ator gas-cair 29. Zat reaktan yang terdekomposisi
mengalir dari separ ator 29 melewati pipa saluran saluran
26
20
34
pada
untuk umpan pada bagian bawah reaktor 1. Gas e ffl uent dari separ ator
mengandung terutama ammonia, mengalir melalui pipa saluran
exchange r 36, dan melalui pipa saluran
37
35,
melalui heat
menuju separ ator gas-cair 38. Senyawa
ammina berkondensasi pada heat exchange r 36 dan dikumpulkan oleh separ ator gascair 38 dikembalikan melalui pipa saluran
39
dan pompa
40
ke inl et pompa
gas ammonia dari separ ator gas-cair 38 mengalir melalui pipa saluran pendingin
42
41
33.
Produk
menuju air
dimana produk ammonia dikondensasi dan dikumpulkan oleh separ ator
gas-cair 43. Tekanan pada tahap kondensasi ammonia ini dikontrol oleh katup ( val ve) 44.
Ammonia yang dikumpulkan oleh separator gas-cair
43
dikeluarkan melalui pipa
saluran 45 dan diumpan ke sistem refrigerasi ammonia (tidak ditunjukkan pada gambar ) dimana produk disimpan pada suhu -28 oF. Reaktor untuk reaksi ini sintesis ini memiliki dua ataupun empat
bed katalis.
Aktivitas katalis adalah factor lain yang mempengaruhi performansi dari reaktor. Aktivitas katalis yang baik diperlukan untuk menurunkan temperatur operasi dan meningkatkan kesetimbangan termodinamik ammonia dan banyaknya konversi umpan menjadi ammonia. Zat katalis lain yang digunakan pada pabrik ammonia saat ini adalah katalis alkali magnetit yang tahan lama dan peningkatan aktivitas katalis ditingkatkan dengan memperkecil ukuran partikel. Pemanfaatan aktivitas katalis yang lebih tinggi yang diperoleh dengan memperkecil ukuran partikel dapat mengakibatkan masalah pada desain proses yaitu bahwa ukuran partikel yang lebih kecil menyebabkan penurunan tekanan pada bed katalis, yang merupakan pertimbangan penting dalam desain pl ant secara
keseluruhan,
yaitu
pertimbangan
bahwa
proses
akan
menjadi
tidak
menguntungkan,karena proses akan memerlukan energi yang lebih tinggi untuk melakukan r ecycl e gas sintesis yang tidak terkonversi. Desain bed yang digunakan adalah untuk partikel dengan diameter 6 ± 10 mm, meskipun pada beberapa desain bed menggunakan partikel dengan ukuran diameter 14 ± 20 mm. Selama bertahun-tahun pl ant
d e si gner
berusaha untuk memanfaatkan ukuran katalis yang lebih kecil untuk
mendapatkan peningkatan aktivitas katalis. Pada literatur tidak ditemukan adanya penggunaan katalis yang berdiameter di bawah 1,5 ± 3 mm. Katalis tidak memiliki pengaruh terhadap posisi kesetimbangan kimia, tetapi katalis berpengaruh terhadap alur alternatif dengan menurunkan energi aktivasi reaksi yang kemudian dapat meningkatkan kecepatan reaksi tersebut, sedangkan secara keseluruhan produk yang dihasilkan tidak berubah. Proses pembuatan ammonia yang dilakukan dengan menggunakan reaksi Haber-Bosch menggunakan osmium dan ruthenium sebagai katalis. Pada 1909 berdasarkan
petunjuk Bosch, peneliti BASF
Alwin Mittasch menemukan bahwa menemukan katalis yang lebih murah, yaitu dengan menggunakan katalis besi yang masih digunakan hingga hari ini, Katalis besi (Fe) yang digunakan pada proses pembuatan ammonia dipersiapkan dengan mengontakan sejumlah magnetit, besi oksida ke dalam umpan panas hidrogen. Hal ini akan menyebabkan proses reduksi magnetit ke besi oksida sehingga oksigen
dapat
disingkirkan
dalam
proses.
Pada
proses
reduksi,
katalis
akan
tetap
mempertahankan sebagian besar dari volumenya sehingga menghasilkan zat yang berpori-pori dan memiliki luas permukaan besar dan efektif digunakan sebagai katalis. Komponen minor lain dari katalis ini adalah kalsium dan aluminium oksida yang membantu katalis mempertahankan luas permukaannya dalam waktu lama, dan kalium yang membantu katalis mempertahankan densitas elektronnya sehingga meningkatkan keaktivitasan dari katalis ini.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. Haber Process. http://en.wikipedia.org/wiki/Haber_process. Diakses pada 4 Desember 2010. Schwarzenbek, F. Eugene. 1990. Synthetic Ammonia Process. http://www.freepatentsonline.com/4906447.html. Diakses pada 4 Desember 2010.
