PRAKTEK KERJA LAPANGAN LAPANGAN PT. PUPUK KALIMANTA KALIMAN TAN N TIMUR KALIMANTAN TIMUR LAPORAN Oleh: RISALI ADDINI 1209065002
FAKULTAS FAKULTAS TEKNIK T EKNIK UNIVERSITAS UNIVE RSITAS MULAWARMAN MULAWARMAN SAMARINDA 2015
PRAKTEK KERJA LAPANGAN LAPANGAN PT. PUPUK KALIMANTA KALIMAN TAN N TIMUR KALIMANTAN TIMUR
.1 U!"# A$$%!"& A$$%!"& .2.1
K%!'e( P)%'e'
Unit ammonia Kaltim-3 memproduksi memproduksi ammonia anhidrous, anhidrous , yang digunakan sebagai bahan baku di unit urea sedangkan sisanya dikirim ke storage. storage. Hasil sampingnya berupa CO 2 yang merupakan merupakan bahan baku proses proses pembuatan urea. Kapasitas Kapasitas produksi produksi ammonia adalah 1000 !"# yang merupakan rate produksi rate produksi 100 $ ammonia tanpa H%U & Hydrogen & Hydrogen Recovery Unit'. Unit ini dapat memproduksi 11(0 !"# ammonia ammonia )ika menerima meneri ma hidrogen dari H%U. *e+ara umum proses ammonia dihasilkan dari reaksi katalitik antara gas hidrogen &H 2' dan nitrogen & 2' dengan perbandingan H 2 2 3 1 dengan persamaan reaksi
N 2( g )
+ 3 H 2( g ) ⇔ 2 NH 3( g )
∆ H = −2200 J / mol
&. *mith , 11' %eaksi sintesa ammonia di atas adalah reaksi kesetimbangan yang bersi4at eksotermis. Hidrogen diperoleh dari reaksi hidrokarbon &gas alam' dengan steam dengan steam & &reforming reforming ' dan nitrogen diperoleh dari udara bebas. %eaksi reforming antara antara gas alam dengan steam dengan steam adalah adalah sebagai berikut
C n H m
+ 2 H 2 O → C n −1 H m − 2 + 3 H 2
CH 5
+ H 2 O ⇔
CO + H 2 O
⇔
CO + 3 H 2
CO2
+
H 2
Kualitas produk ammonia +air yang dihasilkan sebesar , $ berat ammonia dan impuritas 0,1 $ berat. *edangkan produk samping CO 2 memiliki kualitas , $ 6olume CO 2 dan impuritas berupa H2, 2, CH5, CO, 7r maksimum 0,1 $ 6olume. "roses yang dipakai adalah Haldor adalah Haldor Topsoe Topsoe A/S , #enmark.
.2.2
U!"# De De'*l+*)"'&'"
"ros "roses es desulfu desulfurisa risasi si adalah proses yang ber4ungsi untuk mengubah sul4ur organik yang terkandung dalam natural gas men)adi gas men)adi sul4ur anorganik serta menyerap sul4ur anorganik tersebut tersebut hingga hingga kurang dari 0,1 ppm. "roses "roses desul4urisasi desul4urisasi berguna berguna untuk menghilangk menghilangkan an / mengurangi mengurangi senya8a sul4ur yang terkandung terkandung didalam gas alam yang merupakan merupakan ra+un pada katalis nikel di seksi reforming . 9as alam pada umumnya umumnya mengandung mengandung sul4ur dalam bentuk H2* / sul4ur anorganik dan sul4ur organik seperti merkaptan yang rumus molekulnya %*H. Kandungan sul4ur yang ada di dalam suplai gas ala m unit ammonia Kaltim-3 biasanya sebesar
: 0,2 ; 0,3 ppm. *enya8a sul4ur yaitu H 2*, CO*, dan %*H merupakan ra+un pada katalis pabrik ammonia. ammonia. #esul4urisasi #esul4urisasi terdiri dari 2 buah vessel yang yang beker)a se+ara seri. "ada setiap vessel di vessel di lapisan atas terdapat katalis Coo yang ber4ungsi untuk mengubah sul4ur organik men)adi anorganik. *edangkan di ba8ah katalis Coo terdapat adsorbent ungsi un untuk me memisahkan hi hidrokarbon be berat &C &CnHm' ya yang te terkandung da dalam
gas proses. !ipe vertical ?# @ !A - !A !A 10 10B0 mm mm @ 2B10 mm mm @ 1000 mm mm !emperatur 0DC !ekanan 52 kg/+m29 2. Convection section pada section pada !rimary !rimary Reformer Natural "as !reheater &1-E-111' &1-E-111' >ungsi untuk mema emanaska skan gas prose rosess sebelum masuk suk ke sul sul4ur adsorber dengan proses kondensat. !ipe
coil # #
!A 11300 mm Surface area 1B15 m 2 !empera peratu turr (0D (0DC C *eksi kon6eksi &1-E-105 7/F' >ung >ungsi si unt untuk uk mema memana nask skan an gas gas pro prose sess yan yang g aka akan n diu diump mpan anka kan n ke unit unit desul4uri=er dengan flue dengan flue gas. gas. 3. #esulfuri$er &1-%-101 &1-%-101 7/F' >ungsi mengubah sul sul4ur 4ur organik men)a en)ad di sul4ur anorganik serta rta menye nyerap rap sul4ur yang terkandung dalam gas alam. !ipe 6ertikal ?# @ !A-!A 100 mm @ 500 mm @ 1B00 mm !emperatur 500DC !ekanan 3,2 kg/+m29
a.
Katalis
Coo
&co%alt&moly%denum'
di
bagian
atas
sebagai
katalis
hidrogenator, absorben
#ata Katalis
Fentuk
'(trusion
-
olume
, @ 2 m 3
-
!ekanan inlet
3,2 Kg/+m29
-
!emperatur in/out
500oC - 30oC
*i4at-si4at katalis
+. Fereaksi dengan hydrogen sulfide &H2*' dan car%onil sulphide &CO*'. d. *team tidak boleh dimasukkan ke sul4ur absorber karena $inc o(ide akan terhidrasi. e (e)#&$& (&& &-"&! e'*l+*)"e) "'e*# e h")%-e!&#%) . *ul4ur organik
yang terkandung dalam gas alam sebelumnya diubah lebih dahulu men)adi sul4ur anorganik dengan menggunakan in)eksi gas hydrogen &H2' serta dengan bantuan katalis Coo &co%alt& moly%denum' di bagian atas sebagai katalis hidrogenator. #ikatalis Coo !emperatur operasi 22B ; 5B0DC !idak boleh kontak dengan hidrokarbon tanpa adanya H 2 pada temperatur diatas 330DC -
karena akan menyebabkan ter)adinya deposit karbon )ife time : 2,B tahun !article si$e , mm B ring
%eaksi yang ter)adi adalah sebagai berikut %*H G H2 → %H G H2* &1' % 1**% 2 G 3 H2 → % 1H G % 2H G 2H2* &2' % 1*% 2 G 2H2 → % 1H G % 2H G H2* &3' &CH'5* G 5H2 → C5H10 G H2* &5' CO* G H2 → CO G H2* &B' Keterangan % hydrocar%on radical %*H CH5* methyl merchaptane % 1**% 2 C2H*2 methyl desulfied % 1*% 2 C2H* ethyl merchaptane &CH'5* triophene CO* car%onyl sulfide Se&!-/&! e /e*& (&& e'*l+*)"e) &&l&h '*l+*) &'%)e). Al&# "!" e)+*!-'" *!#*/ $e!,e)&( 3 2S &l&$ -&' &l&$ ,&!- /el*&) &)" bed (e)#&$& 'eel*$
$&'*/ primary reformer * "ada bagian ini, terdapat katalis
mengadsorb senya8a sul4ur anorganik dari %ed sebelumnya )ika konsentrasi feed melebihi dari keseimbangan yang dapat di+apai oleh reaksi. *alah satu penyebab senya8a sul4ur bisa lolos adalah adanya kandungan H 2O yang menyebabkan terhidrasinya
+. *team H2O tidak boleh dimasukkan ke sulfur a%sor%er karena $inc o(ide akan terhidrasi
De'/)"('" P)%'e'
9as alam untuk proses pada tekanan 5B kg/+m 29, 30 0C dimasukkan ke proses Natural "as O #rum &1-*-101' yang ber4ungsi untuk memisahkan hidrokarbon berat yang terkandung dalam gas proses. -lo. 9as 7lam diatur oleh >%-11 pada rate 100$ sebesar 25.((( m 3/)am. 9as proses dipanaskan di N" !reheater &1-E-111' sehingga men+apai suhu (0DC. Kemudian ditambahkan H2 recycle dari sesi sintesa ammonia +Hidrogen Recovery 0nit/HR0, se)umlah B$ dari total gas untuk selan)utnya dipanaskan sampai 120 DC di 9 !reheater &1-E-105 F' yang terletak di seksi 1aste Heat Recovery !rimary Reformer &1-H101'. dan 500 DC di seksi kon6eksi &1-E-105 7'. "enambahan H 2 recycle dari H%U ini dimaksudkan untuk merubah sul4ur organik men)adi sul4ur anorganik. %eaksinya adalah sebagai berikut H2 G %H* H2* G %H
9ambar 3.( -lo. #iagram Unit #esul4urisasi
Untuk mendapatkan absorbsi sul4ur yang terbaik, gas harus dipanaskan terl ebih dahulu hingga men+apai temperatur sekitar 300 ; 500DC. 7pabila temperatur kurang dari 500 oC, maka reaksi absorb sul4ur anorganik oleh
=
P H S 2
P H O
6
−
o
=
2,5 x 10
pada 380 C
=
5,0 x 10 pada 410 C
2
K P ( T )
=
P H S 2
P H O
6
−
o
2
*ampai tingkat tertentu Sulfur A%sor%er ini mampu menyerap sul4ur organik dengan +ara merubah sul4ur anorganik men)adi H 2* yang selan)utnya diserap oleh
Coo sebelum sul4urnya diserap oleh
yang keluar dari desul4uri=er selalu kurang dari 0,1 ppm. #idalam desul4uri=er ter)adi reaksi sebagai berikut
*elain itu )uga, pada temperatur normal katalis )uga bereaksi dengan +arbonyl sulphide. %eaksinya adalah sebagai berikut
%eaksi tersebut diatas bersi4at endotermis. !ekanan keluaran desulphuri$er dikendalikan agar bernilai : 3(, kg/+m 29 dan temperatur 30 C. ika tekanan keluaran meningkat sampai °
melebihi nilai set point , pengendali akan mengatur dan mengembalikan tekanan ke nilai setpoint dengan +ara membuang sebagian gas melalui vent ke atmos4er.
.2.
U!"# Reforming
!u)uan dari proses re4orming adalah untuk memperoleh gas H 2 dan 2 sebagai bahan baku yang digunakan dalam reaksi sintesa ammonia, yang didapat melalui suatu reaksi katalitik re4orming antara hidrokarbon dengan steam. %eaksi re4orming berlangsung dalam dua tahap, yaitu di !rimary Reformer &1-H-101' dan di Secondary Reformer &1-%-102'. Kebutuhan panas di kedua reaktor ini disuplai dengan +ara yang berbeda. #i !rimary Reformer &1-H-101', panas disuplai se+ara tidak langsung melalui firing &panas pembakaran dari -uel N"', sedangkan di Secondary Reformer &1-%-102', panas berasal dari reaksi pembakaran sebagian gas hydrogen &H2' dengan o(ygen &O2' yang berasal dari udara. "eralatan utama yang digunakan di unit reforming adalah sebagai berikut A. Primary Reformer
>ungsi
tempat ter)adinya reaksi re4ormasi menghasilkan gas H2 dengan mereaksikan gas alam dengan steam untukmenghasilkan gas sintesa.
!ipe
Topsoe Type
!emperatur
inlet B2DC outlet (DC
-lo.rate
BB kg/hour
*pesi4ikasi
a. umlah tu%e 1( pasang yang dipasang di dua radiant cham%er b. umlah %urner 3(5 radiant %urner yang dipasang dalam tingkat di dua sisi tiap cham%er +. #ilengkapi oleh dua 2# fan &1-K-101 7/F', dengan kapasitas 0$ dari total rate flue gas !rimary reformer ber4ungsi sebagai tempat ter)adinya reaksi reforming , yaitu reaksi pembentukan H2 sebagai bahan baku yang digunakan dalam pembuatan ammonia. !rimary Reformer merupakan 32nduced #raught %o( heater3 . !rimary Reformer &1-H-101' mempunyai tube sebanyak 1( buah yang dipasang di dua radian cham%er . Reformer diisi dengan 1B, m 3 katalis %- dan ,(5 m 3 katalis %--% dalam bentuk ring, dengan diameter 1/( mm dan tinggi 1 mm. Kedua katalis ini berbasis iO. #i seksi re4orming ini, +ampuran steam " &tekanan 3( kg/+m 29, temperatur 3B0C' dan "ro+ess 9 dipanaskan terlebih dahulu sampai temperatur B2 0C. kemudian dile8atkan ke ba8ah melalui tu%e 6ertikal yang berisi katalis. Tu%e 4 tu%e ini ditempatkan didalam 4ire heater dalam !rimary Reformer &1-H101'. #isini, panas hasil pembakaran 4uel 9 ditrans4er ke tu%e katalis melalui radiasi yang dihasilkan dari 3(5 %urner . Kebutuhan panas pada !rimary Reformer disuplai dari pembakaran fuel gas di %urner yang berasal dari natural gas atau +ampuran natural gas dengan purge/flash gas dari loop sintesa atau +ampuran natural gas dan fuel off gas dari Hydrogen Recovery 0nit &Unit 300'. >uel gas ini terlebih dahulu dipanaskan sampai temperatur 0DC &1-!hi-1B5' pada preheater &1-E-110'. "anas hasil pem
bakaran dari %urner ditrans4er ke tu%e&tu%e katalis se+ara radiasi
dan se+ara kon6eksi oleh flue gas. *edangkan sisa panasnya diman4aatkan sebagai flue gas untuk memanaskan gas proses dan steam di 1-E-101, udara proses di 1-E-102 7/F, H" Steam Superheater di 1-E-103, Natural "as !roses di 1-E-105 7/F, H" F>I di 1-E-10B dan A" F>I di 1-E-10, yang semuanya dilakukan se+ara kon6eksi di preheater coil . -lue gas keluar dari radiant cham%er di !rimary Reformer pada temperatur sekitar 1.020DC &1-!%-11 dan 1!%-121'. -lue gas dikeluarkan ke atmos4ir oleh dua flue gas fan &1-K-101- 7/F'. Kedua flue gas fan ini berkapasitas masing-masing 0$ dari total rate flue gas. Kegunaan 2# -an ini adalah untuk menurunkan tekanan furnace sedikit diba8ah atmos4ir untuk mengarahkan aliran flue gas. "enghisapan di furnace reformer dikontrol oleh 1-"?C-105 yang mengoperasikan flue gas damper . 9ra4ik diba8ah ini adalah pengaruh temperatur, tekanan dan rasio Steam&Car%on &*/C' terhadap konsentrasi CH5 outlet reformer . !erlihat bah8a konsentrasi CH5 outlet
berbanding terbalik dengan temperatur dan rasio */C, namun sebanding dengan tekanan. *emakin tinggi temperatur dan rasio */C maka CH 5 lea akan semakin rendah.
9ambar 3. 9ra4ik Hubungan !emperatur, !ekanan dan %asio Steam/Car%on !erhadap Konsentrasi CH5 lea
9as proses dari sul4ur absorber sebesar 2.300 m 3/)am ber+ampur dengan " steam pada tekanan 3( kg/+m29 sebesar (2.B00 kg/)am. 7liran steam ini diatur dengan rasio steam/car%on &*/C' 31. Kemudian +ampuran dipanaskan di convection section primary reformer &1-E-101' sampai suhu B2DC. *ebelum kemudian dimasukkan ke primary reformer &1-H-101'. %eaksi yang ter)adi pada primary reformer adalah 1. %eaksi hidrokarbon berat men)adi hidrokarbon ringan, CnHm +g, G 2H2O+g, Cn&5Hm&6+g, G 3H2+g, G CO2 2. %eaksi hidrokarbon ringan, CH5+g, G 2 H2O +g, CO2 +g, G5H2 +g, 7* Shift Conversion8
CO G H2O
+g,
JH2(oC 31,5 k+al/mol JH2(oC 3,5 k+al/mol
CO2 G H2
Untuk meyakinkan bah8a penyalaan fuel gas sempurna, maka harus dioperasikan dengan udara ekses &ekses B $'. Udara untuk pembakaran diatur dari bukaan damper dan bukaan "7% & primary air register ' dan *7% & secondary air register ' yang diatur se+ara manual. 9as proses & !rocess N"' meninggalkan primary reformer &1-H-101' pada temperatur 5 C, dan tekanan 32 kg/+m 29 untuk kemudian menu)u Secondary Reformer &1-%-102'. Kandungan hidrokarbon &metan' setelah keluar !rimary Reformer &1-H-101' ini 10,5 $ mol &basis kering'. -lue gas dikeluarkan ke atmos4ir oleh dua flue gas fan &1-K-101- 7/F'.
Kedua flue gas fan ini berkapasitas masing-masing 0$ dari total rate flue gas. Kegunaan 2# -an ini adalah untuk menurunkan tekanan furnace sedikit diba8ah atmos4ir untuk mengarahkan aliran flue gas. "enghisapan di furnace reformer dikontrol oleh 1-"?C-105 pada tekanan -10 mmH2O yang mengoperasikan flue gas damper . Controller ini dilengkapi dengan high dan lo. alarm 1-"?C-105 7/F / "7H-105 0 mmH 2O / "7A-105 -20 mmH 2O'. *elan)utnya high pressure s.itch "*HH-10( )uga dipasang yang akan mengakibatkan !rimary Reformer total trip &?-1' )ika tekanan di dalam furnace naik melebihi set point nya&G3 mm H2O'. >aktor kon6ersi pada unit !rimary Reformer sangat bergantung pada temperatur, tekanan operasi serta rasio steam/car%on. Untuk mendapatkan kon6ersi yang tinggi, maka temperatur operasi harus tinggi dengan tekanan rendah serta rasio steam/car%on tinggi. "ada temperatur tinggi, reaksi akan bergeser ke arah produk mengingat reaksi pada unit ini merupakan reaksi endotermis. amun apabila temperatur operasi terlalu tinggi akan menyebabkan terbentuknya deposit karbon yang akan menempel pada sisi akti4 katalis maupun pada bagian luar. #eposit karbon pada bagian sisi akti4 katalis akan menyebabkan deakti6asi katalis, sedangkan deposit katalis pada bagian luar akan menyebabkan naiknya pressure drop reaktor. #eposit katalis dapat ter)adi melalui reaksi berikut CnH6n96
2CO
nC G &nG1'H2
CO G H2
C G O2 C G H2O
!abel 3.1 *pesi4ikasi "as Outlet Unit !rimary Reformer Se!,&4& CO2 CO H2 CH5 2 7r
V%l*$e D), &'"'7 11,3 10,1 ,0( 10,5 0,5B 0,0
B. Secondary Reformer
>ungsi untuk melan)utkan reaksi reforming CH5 dengan panas hasil pembakaran fuel oleh udara dan untuk menyediakan 2. !ipe vertical ?# @ !A @ !A 1BB0 mm @ 5500 mm @ 1230 mm !emperatur (00 ; 1000DC !ekanan 32,0 kg/+m 29 #ata Katalis iO Fentuk Ring
Ukuran Bul density
10 # @ 1 ?# @ 1 H 100 kg/m3
!operasi
1000DC
Fahan yang digunakan pada unit ini 1.
9as 7lam & !rocess "as' !abel 3.5 Kisaran 7nalisa "as Outlet Unit !rimary Reformer K%$(%!e!
De'&"! 8%l.7
K"'&)&! 8%l.7
CO2 CO H2 CH5 2 7r
10, 10,5 (,5 10,2( 0,1 0
10, ; 13,0 (,B ; 10,5 0,0 ; 0,0 , ; 15,0 0 ; 1,B 0 ; 0,2
A/#*&l 8%l.7 20520117 11,12 ,11 ,(3 11, 0,15 0,01
!abel 3.B Kisaran 7nalisa "as Outlet Unit Secondary Reformer
2.
K%$(%!e!
De'&"! 8%l.7
K"'&)&! 8%l.7
CO2 CO H2 CH5 2 7r
, 13,2B BB,B 0.5 22,5 0,2
,0 ; 10,0 12,3 ; 15 B0 ; 0 0,1 ; 1,B 20,0 ; 2B,0 0,2 ; 0,B
A/#*&l 8%l.7 20520117 ,(3 12,23 B(,1 0,3 21,1( 0,23
-uel "as dari H%U !abel 3.B Komposisi -uel "as dari Unit H%U K%$(%'"'" H2 &mol $' 2 &mol $' 7r &mol $' CH5 &mol $' H3 &mol $' !emperatur oC !ekanan &kg/+m29' ol flo. &kg mol/h'
3.
11;0 TD SOR7 10,0 53,(1 12,5B 33,1 0,3( 2B 3,B B25,1(
11;0 TD EOR7 10,21 55,2 11,1 33,23 33,23 2B 3,B B5(,3B
H" Steam 110 K *pesi4ikasi steam yang digunakan untuk proses adalah sebagai berikut -
Kondukti6itas & 2B oC' ma(
0.2 Ls /+m
-
Silica ma(.
0.02 ppm &berat'
-
>e total ma(.
0.02 ppm &berat'
-
a G K ma(.
0.01 ppm &berat'
Cu total ma(.
0.003 ppm &berat'
-
5.
Udara Komposisi
-
B.
itrogen
(,05 $ 6olume
Oksigen
20, $ 6olume
CO2
0,03 $ 6olume
7r
0,5 $ 6olume
Katalis reformer a.
#ata Katalis !rimary reformer iO &%-% / %-' -
Fentuk
Ring
-
Umur
3 ; B tahun
-
olume
,(5 / 1B, m 3
-
!ekanan inlet
3B,( Kg/+m29
-
!emperatur in/out
B20oC - (11oC
b.
#ata Katalis Secondary reformer iO &%K* - 2' -
Fentuk
Ring
-
Umur
- 10 tahun
-
olume
2 m3
-
!ekanan inlet
32 Kg/+m29
-
!emperatur in/out
- oC ; 1000 oC
-
!inggi %ed
2,( m
"ada dasarnya 4ungsi secondary reformer adalah sama dengan primary reformer* "rinsipnya adalah untuk memperoleh gas 2 dan melan)utkan reaksi reforming sisa metan men)adi H2. %eaktor yang digunakan berbentuk be)ana yang berisi unggun partikel dan gabungannya dengan primary reformer dinamakan sistem reformer primer-sekunder. Oksigen yang terkandung di dalam udara akan membakar CO, sisa methane dan hidrogen dan memasok energi tambahan yang diperlukan untuk reaksi reforming di dalam secondary reformer ini.
#engan demikian kita tidak memerlukan lagi pembakaran tambahan gas bumi seperti di primary reformer . Keuntungan lain dengan adanya secondary reformer ini, sebagai alat pemasukan nitrogen adalah akan memperke+il 6olume primary reformer dibandingkan dengan apabila diinginkan kon6ersi sempurna di dalam reaktor primary reformer terse%ut , reaksi pembakaran di dalam secondary reformer adalah sebagai berikut 2H2 G O2 → 2 H2O
JH - 11B, kkal/mol H 2
2CO G O2 → 2CO2
JH - 13B,3 kkal/mol CO
#i dalam Secondary Reformer &1-%-102', adanya reaksi pembakaran akan mengakibatkan temperatur yang tinggi di ruang kosong bagian atas. %eaksi Reforming metan akan menurunkan temperatur sepan)ang katalis. *e+ondary %e4ormer &1-%-102' berisi 2 m 3 katalis tipe %K*-2 berbasis iO dengan tinggi bed 2,( m. Katalis berbentuk ring dengan ukuran diameter 1/ mm dengan tinggi 1 mm. Untuk itu metan harus tersedia agar reaksi tersebut dapat berlangsung karena panas yang dihasilkan dapat diserap maka suhu keluaran process gas tidak terlalu tinggi sekitar 1000-1012oC, hal ini mempunyai alasan ekonomis karena material yang ada tidak dapat menahan suhu yang lebih tinggi dan dapat berakibat kerusakan. "ada Secondary Reformer &1-%-102', sebagian gas H 2 bereaksi dengan udara. *ebelum bereaksi dengan H2 di Secondary Reformer &1-%-102', udara proses terlebih dahulu dikompresi dengan Air Compressor &1-K-502' berpenggereak tur%in &steam 3(K' sampai tekanan 33 kg/+m 2 &temperatur 12DC' kemudian dipanaskan di dalam !rocess Air !reheater &1-E-102 7/F' di seksi 1aste Heat Recovery dari !rimary Reformer &1-H-101'. "ada !rocess Air !reheater 1-E-102 F, H 2 dipanaskan sampai 300DC dan selan)utnya dipanaskan di 1-E102 7 sampai temperatur BB0DC &tekanan 32 kg/+m 2 9'. %eaksi antara H 2 dan udara ini berlangsung pada ruang kosong bagian atas dari Secondary Reformer &1-%-102'. %eaksi pembakaran sebagian gas H2 ini akan mengakibatkan adanya kenaikan temperatur, reaksi spontan. #ari ruang kosong ini gas mele8ati %ed katalis Secondary Reformer &1-%-102', dimana reaksi reforming disempurnakan yang se+ara simultan akan mendinginkan gas proses. !emperatur outlet dari Secondary Reformer &1-%- 102' ini sekitar 1000DC, dengan kandungan metan 0,2 $ mol &basis kering'. *elain itu )uga, gas outlet dari seksi reforming ini mengandung sekitar 15 $ mol CO dan ( $ mol CO 2. !emperatur gas keluar Secondary Reformer masih tinggi sekitar 1000DC dan tekanan 31,B kg/+m 2 9 sehingga diman4aatkan untuk membangkitkan steam H". 9as outlet dari Secondary Reformer didinginkan di o. 1 H" IHF &1-E-10(' sampai temperatur sekitar BB0DC. "endinginan gas dilan)utkan di H" Steam !resuperheater &1-E-10' sampai temperatur 30DC. *etelah keluar
dari seksi reforming , 9as "roses selan)utnya masuk ke *eksi "emurnian 9as &kon6ersi CO, CO6 removal , dan etanasi'. *e+ara teoritis ada kemungkinan terbentuknya karbon deposit dengan mengikuti persamaan reaksi Foundouard berikut ini 2CO → CO2 G C &soot' 7danya car%on formation ini mengakibatkan -
Kenaikan pressure drop di katalis "embentukan karbon deposit pada permukaan katalis sehingga menurunkan akti6itas dan mechanical strength katalis
-
Hotspot pada tu%e katalis
Untuk men+egah ter)adinya deposit karbon, dapat dilakukan dengan -
enaikkan suhu untuk memperke+il harga p
-
emperbesar steam&car%on ratio sehingga akan membentuk CO 2 lebih banyak daripada CO "ada kondisi yang sudah dipilih, reaksi hanya berlangsung diba8ah (03DC karena alas
an kesetimbangan dan pada temperatur diatas B0DC karena la)u reaksi, dimana la)u reaksi yang sangat rendah diba8ah temperatur B0DC. Karena itu range temperatur ini harus dilalui dengan +epat, dan kontak antara gas dan permukaan panas harus dihindari pada range temperatur ini. *e+ara termodinamis, pembentukan karbon tidak mungkin ter)adi pada kondisi tersebut. ika kesetimbangan dapat di+apai pada setiap tahap. ika katalis tera+uni oleh sul4ur, akti4itas katalis berkurang dan karbon deposit makin mudah terbentuk. Karbon deposit ini biasanya terbentuk oleh hidrokarbon berat seperti ole4in, aromati+s, atau napthene yang terkandung dalam hidrokarbon umpan. "ada rasio steam/karbon yang rendah, se+ara termodinamis karbon deposit akan terbentuk, khususnya dibagian dalam katalis. ika katalis tidak +ukup tereduksi, atau teroksidasi sebagian tanpa dilakukan reduksi lebih lan)ut, maka pembentukan karbon deposit akan ter)adi. !abel 3. *pesi4ikasi "as Outlet Unit Secondary Reformer Se!,&4& CO2 CO H2 CH5 2
V%l*$e D), &'"'7 (,01 13, BB,05 0,2 22,3
7r
.2.<
0,33
U!"# Converter
!u)uan adanya seksi pemurnian gas adalah untuk memurnikan 9as sintesa keluaran re4orming sehingga mengandung H 2 dan 2 dalam perbandingan 3 1 dan disamping itu hanya mengandung gas inert seperti methane dan argon dalam konsentrasi serendah mungkin. Untuk memurnikan gas sintesa H2 dan 2 maka kandungan CO dan CO 2 harus dihilangkan karena dapat pula men)adi ra+un bagi katalis di H 3 converter , sedangkan 7r dan CH5 dapat men)adi inert di reaksi kon6ersi H 3. *enya8a CO tidak dapat dipisahkan oleh larutan %enfield yang digunakan pada CO 2 a%sor%er . Oleh karena itu CO diubah terlebih dahulu men)adi CO2 pada unit shift converter . 9as keluar dari reforming mempunyai komposisi seperti sebagai berikut &dalam $ 6ol gas kering'
!abel 3. "ersentase Komposisi 9as Keluaran Reformer Se!,&4&
K%$(%'"' K"'&)&! 7
Hydrogen +H 6 ,
BB.05
Car%on :ono(ide +CO,
13.
Car%on #io(ide +CO 6 ,
(.01
Nitrogen +N 6 ,
22.3
7rgon +Ar,
0.33
:ethane +CH ; ,
0.2
%eaksi yang ter)adi pada shift converter adalah sebagai berikut CO G H2O
CO2 G H2
JH2(oC -,3( k+al/mol
%eaksi shift merupakan reaksi eksotermis. Untuk men+apai kon6ersi yang tinggi, reaksi harus berlangsung pada temperatur yang rendah agar kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan CO2. amun, pada temperatur yang rendah ke+epatan reaksi akan rendah. Oleh karena itu, berdasarkan pertimbangan kinetis dan ekonomis maka reaksi shift dibagi men)adi 2 &dua' tahap yaitu High Temperatur Shift Converter dan )o. Temperatur Shift Converter .
9ambar 3.10 9ra4ik %eaksi pada Unit Shift Converter
9ambar 3.11 >lo8 #iagram Unit Shift Converter
A. U!"# High Temperature Shift Converter *pesi4ikasi alat -
!ipe
erti+al
-
?# @ !A @ !A
5200 mm @ 5250 mm @ 3000 mm
-
!emperatur
5(0DC
-
!ekanan
33,( kg/+m29
#ata Katalis >e3O5 -
olume
BB m3
-
!inggi bed
30 mm
Bul density
10B0 kg/m 3
-
-
!emperatur operasi
30 ; 533DC
!ahap pertama dilakukan di H!* converter &1-%-201' yang ber4ungsi mengubah gas CO men)adi CO 2 dan H2 pada temperatur tinggi. H!* berisi katalis Chromium Oksida promoted ?ron oksida dengan )umlah BB m 3. %eaksi yang ter)adi pada reaktor ini berlangsung pada temperatur tinggi dengan kon6ersi rendah, tetapi ke+epatan reaksinya tinggi. Kondisi operasi temperatur 30DC ; 500DC, namun karena adanya reaksi menyebabkan kenaikan temperatur sekitar 3DC. !emperatur outlet sekitar 533DC. Katalis yang dipakai merupakan katalis tipe *K-201 dan *K-12 yang lebih kuat pada temperatur yang lebih tinggi dibanding dengan katalis yang digunakan di tahap A!*. amun selama proses suhu tidak boleh lebih dari B00DC karena ada kemungkinan ter)adi kristalisasi. etana tidak dianggap sebagai inert terhadap katalis 8alaupun ia bereaksi pada temperatur diba8ah 300DC. ethan akan bertindak sebagai pereduksi sehingga bila reduksi ter)adi, katalis kemungkinan akan tertimbun oleh karbon deposit. Katalis yang belum tereduksi tidak boleh kontak dengan H 2 dan CO 2 ke+uali dalam keadaan dingin, karena hal ini akan merusak katalis. Katalis yang akan digunakan harus diakti4kan dimana >e 2O3 direduksi men)adi >e3O5. %eduksi akan ter)adi pada temperatur diatas 2B0DC, tetapi selama reduksi temperatur tidak boleh lebih dari B00DC, agar tidak mengurangi keakti4an katalis. "ertama katalis di heating&up dengan nitrogen dan setelah itu dengan steam sampai temperatur reduksi men+apai 2B0DC ter+apai. Kemudian se)umlah ke+il gas proses dari re4ormer ditambahkan ke dalam steam. Katalis pada High Temperature Shift sangat sensiti4 terhadap garam-garam yang kemungkinan terba8a bersama steam. Kandungan klorin dalam gas harus diba8ah 0,1 ppm. Katalis tidak terpengaruh oleh sul4ur dalam )umlah yang ada di plant ini. "ada umumnya katalis tidak teroksidasi oleh steam sa)a, tetapi harus dioksidasi dengan penambahan se)umlah ke+il udara dalam steam karena dalam keadaan tereduksi katalis sangat phrophoric. *etelah bereaksi, kandungan CO dalam gas 0,3 $ 6ol. *ebagian dari CO setelah bereaksi akan menaikkan )umlah H2, yang terbentuk bersamaan dengan terbentuknya CO 2 yang dengan mudah dapat dipisahkan. *etelah gas didinginkan dan sebagian besar air dalam gas terkondensasi, CO 2 dipisahkan di *eksi CO 2 %emo6al sampai kandungan CO2 kurang dari 0,1 $ mol &basis kering'. eskipun CO dan CO 2 yang tersisa sedikit, namun gas ini merupakan ra+un bagi katalis sintesa ammonia. Oleh karena itu, konsentrasi dari CO dan CO 2 tersebut diturunkan
sampai hanya beberapa ppm. Hal ini dilakukan dalam ethanator &1-%-301', dimana reaksi yang ter)adi merupakan reaksi kebalikan dari re4orming. %eaksin ya adalah sebagai berikut -
CO
-
G 3 H2
CO2 G 5 H2
CH5 G H2O
G "anas
CH5 G 2 H2O G "anas
9as yang mengandung sedikit CO maupun CO 2 yang keluar dari methanator &1-%301', siap masuk ke seksi sintesa. *eksi pemurnian gas terdiri dari seksi kon6ersi shi4t & H!* dan A!* converter ', absorpsi CO2 &CO2 remo6al', dan ethanasi & :ethanator '.
K%!8e)'" shift =O
Kon6ersi CO adalah proses yang berguna untuk menghilangkan atau mengurangi gas CO yang merupakan ra+un bagi katalis kon6erter sintesa amonia. 9as CO sulit untuk dipisahkan sehingga senya8a ini dikon6ersikan men)adi CO 2 dalam 2 kon6erter shift yaitu High Temperature Shift &H!*' dan )o. Temperature Shift &A!*'. %eaksi shift yang ter)adi di kon6erter shift 1-%-201 dan 1-%-202 adalah sebagai berikut -
CO G H2O
CO2 G H2
G "anas
%eaksi akan ter)adi karena adanya kontak dengan katalis. Kesetimbangan akan semakin baik apabila temperatur lebih rendah dan kandungan air lebih banyak, sementara temperatur yang tinggi akan memper+epat reaksi. %eaksi akan menghasilkan kenaikan temperatur sehingga apabila panas tidak segera diambil sebelum kon6ersi berakhir, kesetimbangan yang tidak diharapkan akan ter)adi, oleh karena itu kon6ersi dilakukan dalam dua tahap. !ahap pertama dilakukan di H!* Converter &1-%-201' yang berisi BB m 3 katalis Chromium Okside promoted 2ron Oside dengan tipe *K-12 Kandungan CO dalam gas diturunkan dari 15 $ ke 3,2 $ 6ol & basis kering'. *ebagian besar reaksi ter)adi di H!* Converter ini, sehingga menyebabkan temperatur naik sekitar 3 0
C, temperatur outlet sekitar 533 0C. 9as proses keluar dari H!* Converter dile8atkan
:ethanator Trim Heater &1-E-203' dimana selama normal operasi tidak ada pertukaran panas karena tidak adanya aliran gas yang melalui e(changer ini. 9as proses outlet H!* kemudian masuk o.2 1aste Heat Boiler &1-E-201' yang membangkitkan H" steam di shell ide 1-E-201 akhirnya gas didinginkan di H" F>I !reheater &1-E-202' sampai 210 0C. kemudian gas masuk ke A!* Converter . *etelah gas proses keluar H!* didinginkan hingga temperatur 210DC sebelum masuk ke seksi )o. Temperatur Shift Converter* !abel 3.2 *pesi4ikasi "as Outlet Unit H!*C Se!,&4& H2
V%l*$e D), &'"'7 B,2(
CO2 2 7r CO CH5
1,0 20,2( 0,30 3,21 0,23
. U!"# o! Temperature Shift Converter *pesi4ikasi alat -
!ipe
-
?# @ !A @ !A
5500 mm @ (B mm @ 3000 mm
-
!emperatur
20DC
-
!ekanan
33,( kg/+m29
#ata Katalis -
-
Fed 7tas
CuO,
olume
m3
!inggi bed
3B mm
Fed Fa8ah
CuO,
olume
m3
!inggi bed
3B mm
Fer4ungsi untuk mengubah gas CO men)adi CO 2 dan H2. "ada temperatur rendah 200oC untuk mendapatkan kon6ersi lebih tinggi tetapi ke+epatan reaksi yang didapat lebih rendah. "anas proses gas dari H!* diman4aatkan untuk H" F>I !reheater* Kon6erter A!* terdiri dari dua bagian, bagian atas berisi m 3 katalis A*K dengan berbasis CuO,
pada temperatur de. point , akti4itas katalis akan turun karena adanya kondensasi kapiler dalam katalis, yang mengakibatkan berkurangnya permukaan bebas oleh karena itu temperatur harus di)aga tidak kurang dari 20 oC diatas de8 point gas. Katalis yang tereduksi adalah phyrophoric dan harus dioksidasi dulu sebelum converter dibuka. 9as keluar A!* didinginkan, kemudian untuk memisahkan kondensat yang terba8a gas dilakukan pada proses separator &1-*-201', kemudian didinginkan pada 4eed F>I preheater &1-E-20' sedangkan panasnya diman4aatkan untuk memanaskan air demin dari 4eed F>I preheater &1-E-305', selan)utnya gas masuk proses kondensat separator &1-*-202'.
!abel 3.3 *pesi4ikasi "as Outlet Unit A!*C Se!,&4& H2 CO2 2 7r CO CH5
.2.5
V%l*$e Dry &'"'7 0,52 1,03 1,1 0,2 0,32 0,23
U!"# C"# Removal
"roses ini ber4ungsi untuk memisahkan gas CO2 yang dihasilkan pada seksi kon6ersi shift . *edangkan gas CO2 dibutuhkan untuk pembuatan urea, sehingga gas ini diambil dengan +ara diserap oleh larutan H"C & Hot !otasium Car%onat '. "eralatan utama yang digunakan di unit CO6 Removal adalah sebagai berikut 1
Kolom 7bsorber &1-C-301' >ungsi
adalah tempat ter)adinya penyerapan &absorsi' CO2 oleh larutan K 2CO3
2
!ipe
!acing
?# @ !A @ !A
2.20/3.3B0 mm @ 3.500 mm @ 1.00 mm
!emperatur
15(DC
!ekanan
31,2 kg/+m29
Kolom Stripper &1-C-302' >ungsi
kolom stripper )uga bisa disebut kolom regenerator . >ungsinya untuk melepas kembali CO2 yang terserap oleh larutan di kolom absorber.
3
5
!ipe
!acing
?# @ !A @ !A
3.0 mm @ B1.00 mm @ 15.300 mm
!emperatur
1BDC
!ekanan
2,B kg/+m29
"ompa *irkulasi H"C Solution &1-"-301 7/F' >ungsi
untuk mensirkulasikan larutan dari kolom stripper ke kolom absorber
!ipe
sentri4ugal
Kapasitas
1.02B m3/)am
Head
2(0 m
!ekanan
35,2 kg/+m29
#river
Hidro T motor
7lat "enukar "anas &heat e(changer ' >ungsi
se+ara umum heat e(changer ber4ungsi untuk menukarkan panas &menaikkan atau menurunkan panas' dua buah 4luida baik berupa gas maupun +air &li=uid '. #i unit CO 2 removal , umumnya dapat di)umpai dua atau tiga tipe HE, yaitu
a
%eboiler >ungsi
untuk memanaskan dan men)aga larutan di stripper tetap pada titik didihnya. "anas yang diperoleh bisa dari gas proses atau dari steam.
H"C Re%oiler &1-E-301'
%
!ipe
FKU
#imensi
1.2B0 mm @ 5.B00 mm
!emperatur
1BDC
!ekanan
2,B kg/+m29
Heat '(changer >ungsi
sebagai alat penukar panas dalam larutan yang disirkulasikan, misalnya larutan keluar stripper didinginkan oleh larutan yang akan masuk ke stripper .
-eed F>I !reheater &1-E-305'
c
!ipe
FKU
#imensi
1.B00 mm @ .000 mm
!emperatur
151DC
!ekanan
2,B kg/+m29
Cooler
>ungsi
untuk mendinginkan larutan dengan menggunakan media cooling .ater dari system utilitas
H"C *olution Cooler &1-*-301'
d
!ipe
FEU
#imensi
1.200 mm @ 5.000 mm
!emperatur
(0DC
!ekanan
,5 kg/+m29
CO2 *eparator &1-*-301' >ungsi
merupakan sebuah be)ana &vessel/drum' yang ber4ungsi untuk memisahkan kondensat air dengan gas proses.
e
!ipe
ertikal
#imensi
2.200 mm @ 3.B0 mm @ 3.B00 mm
!emperatur
0DC
!ekanan
3,B kg/+m29
-lash #rum &1--301' >ungsi
untuk melepaskan CO 2 yang terserap oleh larutan dengan +ara flashing atau penurunan tekanan.
!ipe
Hori=ontal
#imensi
3.(10 mm @ (.00 mm
!emperatur
1BDC
!ekanan
2,B kg/+m29
4 '>ector -lash #rum &1--301' #imensi
2.310 mm
Kapasitas
5.B kg/h
!ekanan
kg/+m29
!emperatur
23(DC
#ri6er
A" Steam
9ambar 3.12 >lo8 #iagram Unit CO 2 Removal
%eaksi yang ter)adi 1
%eaksi absorbsi K 2CO3 G CO2 G H2O
2
2KHCO3
%eaksi desorbsi 2KHCO3
K 2CO3 G CO2 G H2O
Fentuk dari kolom adalah Single Stage Regenerator dan Split Type A%sor%er . "ada seksi absorbsi gas masuk absorber &1-C-301' mele8ati tumpukan sloted ring :&:A Ring yang tersusun dalam 3 %ed . Bed paling atas mempunyai tinggi 1B0 mm dengan diameter 2.20 mm dan berisi 3, m 3 -"7K %ing dan 2 %ed diba8ah mempunyai tinggi masingmasing 1B0mm dan diameter 33B0mm dan berisi 11,3 m 3. 9as proses ini diturunkan suhunya pada H" F>I preheater &1-E- 20', A" Steam "enerator &1-E-205' dan H"C Re%oiler &1-E-301'. %eaksi absorbsi, gas proses mengalir dari bagian ba8ah ke atas berla8anan arah dengan aliran H"C. #i unit Kaltim 3 ini, H"C terdiri dari -
K 2CO3 2$ dimana ada sebagian terkon6ersi men)adi KHCO 3 sebagai =at pengabsorbsi.
-
#iethanolamine &#E7' 2,$ sebagai activator
-
2OB 0,$ berat sebagai penghambat anti foam
#idalam larutan 2OB akan bereaksi dengan K 2CO3, dimana >e3O5 akan menghambat korosi berikutnya. %eaksi yang ter)adi
2K 2CO3 G 2OB G 2CO 2 G3>e GH2
>e3O5 G22O5 G 5KHCO3 G 2H2
#itambahkan )uga anti foaming dari polygyeol &UCO'. -oaming dalam larutan yang akan menyebabkan terhalangnya penyerapan CO2 oleh larutan H"C serta meningkatkan pressure drop dalam kolom penyerap. *edangkan proses absorbsi terbagi dua tahap, yaitu 1
"ada bagian atas dengan temperatur tinggi 0oC dimana la)u adsorbsi tinggi.
2
"ada bagian ba8ah dengan temperatur 11BoC dimana ke+epatan adsorbsi tinggi Ke+epatan reaksi dipertahankan tinggi dengan menggabungkan e4ek dari temperatur
tinggi dan akti6ator. Aarutan H"C yang kaya akan CO 2 keluar dari ba8ah absorber dan gas sintesa dengan kandungan CO 2 rendah keluar pada atas. "roses desorpsi di dalam Stripper , selan)utnya disebut proses regenerasi larutan H"C, berlangsung pada temperatur tinggi dan tekanan rendah, oleh karena itu perlu disuplai panas. "anas dari generator diperoleh baik se+ara langsung oleh steam A" dari e>etor 1--301/305 maupun tidak langsung oleh panas gas dan uap dari proses condensat degasifier pada H"C Re%oiler &1-E-301' dan Au(illary Re%oiler &1- E-302'. enara regenerator terdiri dari bed :&!A Ring yang masing-masing %ed memiliki tinggi 1B0 mm dengan diameter 30 mm. Rich solution masuk ke regenerator &1-C-302' sebagian melalui Hydraulic Tur%in &1-!M-301' sehingga tekanannya turun. !ekanan yang tinggi dari larutan dipergunakan untuk memutar pompa melalui hydraulic tur%in sehingga menghemat listrik. *etelah melalui regenerator , larutan H"C dialirkan ke -lash #rum &1-301' dimana penambahan steam untuk regenerator diperoleh dengan )alan flashing lean solution pada tekanan yang lebih rendah daripada tekanan regenerator. 1--301 mempunyai 5 ruangan yang masing-masing ruangan di 6akumkan oleh e>etor &1--301/305' dengan memakai steam regenerasi sebagai penggeraknya. !ekanan pada ruangan pertama 0,3 kg/+m2 yang lebih rendah dari tekanan regenerator dan tekana ruangan ke empat merupakan ruangan dengan tekanan paling rendah yaitu 0,5 kg/+m 2. -lash steam dari tiap ruangan di hisap oleh e>etor 1--310/305 dan dikembalikan ke ba8ah 1-C-302 bersamaan dengan e(haust steam sebagai pemanas regenerasi. Aarutan yang telah diregenerasi dan di flash, dipompa dengan H"C solution !ump &1-"-301 7/F' ke 1- C-301 dimana sebagian didinginkan ke 0 oC dan dimasukkan kebagian atas 1-C-301 sementara sebagian besar lainnya dimasukkan ke atas %ed bagian ba8ah. 9as CO2 melalui bagian atas didinginkan pada &1-E-305' F>I dan pada &1-E- 30B' oleh air laut. Steam yang terikut dipisahkan oleh CO2 separator &1-*-301' dan steam ondensat dikirim ke degasifier untuk diolah dan dikirim ke utility. 9as CO 2 yang dilepas dikirim ke urea.
!abel 3. *pesi4ikasi 9as Outlet dari CO2 Removal Se!,&4& H2 CO2 2 7r CO CH5
$.#.%
V%l*$e Dry &'"'7 3,1 0,2 25,0 0,31 0,32 0,
&nit 'ethanator
Unit terakhir pada tahap pemurnian gas sintesis adalah methanator. Unit ini bertugas mengubah gas CO dan CO 2 yang masih tersisa pada gas proses men)adi CH 5, sehingga reaksi pembentukan ammonia tidak terganggu oleh kehadiran CO dan CO 2. Hal ini dilakukan karena CO dan CO 2 merupakan ra+un bagi katalis Ammonia Converter &1-%-B01'. %eaksi yang berlangsung adalah reaksi methanasi yaitu sebagai berikut CO G 3H2 CO2 G 5H2
CH5 G H2O
NH2( 5,3 k+al/mol
CH5 G 2H2O
NH2( 133,B k+al/mol
Kedua reaksi di atas bersi4at eksotermis. *etiap 1$ mol CO dapat menaikkan temperatur sistem sebesar 2DC dan setiap 1$ mol CO2 dapat menaikkan temperatur sebesar 1DC. Untuk men+egah kenaikan temperatur sistem se+ara ekstrem, temperatur inlet unit methanator serta kadar CO dan CO 2 inlet harus selalu di)aga. Katalis yang digunakan dalam unit methanator adalah katalis berbasis iO dengan tipe "K-B, sama dengan katalis yang digunakan pada reformer . Hal ini disebabkan reaksi yang berlangsung pada unit methanator pada dasarnya kebalikan dari reaksi yang ter)adi di dalam unit reformer . 7gar kesetimbangan reaksi di atas bergerak ke arah CH5, unit methanator harus beroperasi pada temperatur rendah. %eaksi di dalam methanator di)alankan pada temperatur 320 oC. "ada kondisi operasi normal, e4ekti4itas katalislah yang mempengaruhi e4isiensi methanator . "ada temperatur ini katalis dapat digunakan karena telah terakti6asi dengan baik. ika temperatur terlampau tinggi, umur katalis tidak akan lama, yang disebabkan oleh deativasi katalis. *ebaliknya, )ika temperatur terlampau rendah katalis belum terakti6asi dengan baik sehingga menurunkan akti4itas katalis yang berpengaruh pada reaksi tidak terbentuk sesuai dengan keinginan. Katalis sangat sensiti4 terhadap sulfur dan chlorine. Steam dan hydrogen tidak diperbolehkan digunakan sebagai pemanas, pendingin, atau purging . #alam kondisi normal katalis diakti4asi dengan heating up menggunakan gas proses. Kandungan CO dan CO 2 dalam gas yang dipakai untuk mengakti4asi katalis harus serendah mungkin. #isarankan lebih
rendah dari 1$ mol untuk men)aga temperatur serendah mungkin. Katalis methanator tidak boleh dioperasikan diatas B00 0C untuk 8aktu yang lama karena akan menyebabkan naiknnya la)u pembentukan kristal.
9ambar 3.13 >lo8 #iagram Unit etanasi
"eralatan utama yang digunakan di unit etanasi adalah sebagai berikut 5
:ethanator >ungsi
merupakan tempat ter)adi reaksi metanasi dari CO dan CO2 men)adi CH5
6
!ipe
"a+king
?#@!A@!A
3.0 mm @ B1.00 mm @ 15.300 mm
!ekanan
31,2 kg/+m29
!emperatur
1BoC
:ethanator Heat '(changer >ungsi
merupakan alat penukar panas yang ber4ungsi untuk mendinginkan gas yang telah melalui proses methanasi dengan memanaskan gas proses yang akan memasuki methanator .
7
!ipe
FE &1-E-30'
?#@!A
1.300 mm @ .000 mm
!ekanan
31,2 kg/+m29
!emperatur
50oC
-inal Cooler >ungsi
merupakan heat e(changer untuk mendinginkan gas yang telah di metanasi dengan menggunakan +ooling 8ater dari unit utilitas.
;
!ipe
FE &1-E-30'
?#@!A
(00 mm @ .000 mm
!ekanan
2, kg/+m29
!emperatur
(0oC
-inal Separator >ungsi
merupakan vessel yang ber4ungsi untuk memisahkan air dari gas proses. Kondensat yang diperoleh dari kondensasi air dari gas proses disebut proses kondensat.
?
!ipe
?#@!A@!A
1.B0 mm @ 3.0B mm @ 1.000 mm
!ekanan
31,2 kg/+m29
!emperatur
0oC
:ethanator Trim Heater >ungsi
untuk memanaskan gas proses yang akan memasuki methanator men)adi 320oC dengan meman4aatkan panas dari aliran produk unit CO shi4t +on6erter alat H!* +on6erter.
!ipe
CMU &1-E-203'
?#@!A
B0 mm @ 3.B00 mm
!ekanan
33,( kg/+m29
!emperatur
5(0oC
Kompresor *intesa 9as >ungsi
untuk menaikkan tekanan gas sintesa sebelum masuk sintesa loop.
!ipe
Centrifuge &1-K-503'
>lo8 rate
11.32B m3/)am
!ekanan
2(&*' kg/+m29 dan 12(&#' kg/+m 29
!emperatur
50 &*'oC dan (,B&#' oC
De'/)"('" P)%'e'
9as proses yang keluar dari unit CO 2 removal dan telah dipisahkan dari kondensatnya di separator &1-*-302' dan telah dipanaskan kembali pada :ethanator Heat '(changer &1-E30' hingga suhu 320 0C. #alam keadaan tertentu,yaitu ketika methanator &1-%-301' mulai diheating up dari kondisi dingin sesudah shut-do8n,atau bila kandungan CO dan CO 2 dalam gas rendah,dan pertukaran panas di :ethanator Heat '(changer &1-E-30' tidak memadai, maka untuk memperoleh temperatur inlet sesuai dengan yang diinginkan diperlukan tambahan
panas dar i '(changer &1-E-203'. #i lain keadaan yaitu ketika kandungan CO 2 tinggi, gas dingin akan memperoleh panas terlalu banyak di :ethanator Heat '(changer &1-E-307/F'."endinginan dilakukan dengan mem-%ypass :ethanator Heat '(changer &1-E-307/F'. 9as panas outlet :ethanator &1-%-301' didinginkan di 1-E-30-7/F yang bertukar panas dengan gas dingin inlet methanator masuk ke :ethanator &1-%-301' pada bagian atasnya. 9as proses yang telah mengalami reaksi metanasi keluar dari methanator pada temperatur :3B2DC dan tekanan 2, kg/+m 29. 9as ini diharapkan mengandung CO dan CO 2 maksimal 10 ppm. *elan)utnya gas ini didinginkan kembali di :ethanator Heat '(changer &1-E-30' oleh aliran gas masuk ke methanator dan di -inal Cooler &1-E-30' oleh cooling .ater . *etelah didinginkan pada kedua alat penukar panas ini, gas proses dialirkan ke -inal Separator &1-*-303' untuk dipisahkan dari kondensatnya. *elan)utnya gas proses, dengan temparatur :50DC, dikirim ke unit sintesis ammonia. !abel 3.5 *pesi4ikasi "as Outlet dari etanasi
.2.
Se!,&4&
V%l*$e Dry &'"'7
H2
2,
CO2
-
2
2B,3
7r
0,32
CO
-
CH5
1,3B
U!"# A$$%!"& oop
!ahap inilah yang men)adi inti dari proses pembuatan ammonia. %eaksi antara H2 dengan 2 men)adi ammonia ter)adi pada tahap ini. %eaksi sintesis tersebut adalah sebagai berikut 3H2 G 2
2H3
NH2( 11 k+al/mol
Hanya sekitar 1B$ H 2 dan 2 yang terkandung dalam gas sintesa inlet kon6erter men)adi ammonia setiap kali le8at %ed katalis. 9as sintesa yang tidak terkon6ersi men)adi H3 disirkulasi kembali ke kon6erter sehingga membentuk loop sintesa. 7kan tetapi ke+epatan reaksi sangat banyak dipengaruhi oleh temperatur tinggi. Oleh karena itu, perlu ompromi antara kon6ersi teoritis dan Papproach to e=uili%riumQ pada saat mele8ati katalis. #ari hubungan ini dapat diketahui temperatur optimum yang men)adikan produksi maksimum
bisa diperoleh. "ada temperatur tinggi prosentase kesetimbangan akan terlalu rendah sementara itu pada temperatur rendah ke+epatan reaksi rendah. *eksi sintesa ammonia dibuat untuk tekanan 1BB kg/+m 29 dan tekanan normal operasi 133-153 kg/+m29. !emperatur bed katalis adalah 300C sampai B200C dimana nilai ini mendekati
temperatur
optimum
reaksi
sintesis
ammonia
yang
merupakan
reaksi
kesetimbangan. Kondisi optimal reaksi ter+apai )ika reaksi dilangsungkan pada temperatur rendah dan tekanan tinggi. *elain itu, terdapat 4 aktor lain yang mempengaruhi )alannya reaksi, yaitu katalis dan rasio H2/2. "eralatan utama yang digunakan di unit Ammonia )oop adalah sebagai berikut 1 Ammonia Con6erter >ungsi
merupakan tempat berlangsungnya reaksi antara H2 dengan 2 dari gas sintesa untuk men)adi H 3 dengan bantuan katalis >e &besi'.
!ipe ?#@!A@!A
6
7
ertikal &1-%-B01' 2.00 mm @ 2.10 mm
!ekanan
1BB kg/+m29
!emperatur
30-B10oC
:ae 0p "as Separator !ipe
ertikal &1-*-535'
?#@!A@!A
1.200 mm @ 2.00 mm @ 1.000 mm
!ekanan
1BB kg/+m29
!emperatur
-20-B0oC
Ammonia Separator !ipe
ertikal &1-*-B01'
?#@!A@!A
2.0 mm @ 3.0 mm @ 2.200 mm
!ekanan
1BB kg/+m29
!emperatur
-20 sampai B0oC
5 Ammonia Chiller >ungsi
merupakan pendingin gas outlet +on6erter dengan menggunakan ammonia sebagai media pendinginnya. 7mmonia yang menerima panas
akan
menguap
dan
kemudian
uap
ammonia
tersebut
dikompresikan oleh kompresor dan didinginkan kembali men)adi li=uid ammonia. !ipe
#KU &1-E-B0'
?#@!A
2.300 mm @ .BB0 mm
?
@
*ur4a+e 7rea
(12,B m2
!ekanan
1BB kg/+m29
!emperatur
-20-0oC
!urge "as Chiller !ipe
FKU &1-E-B12'
?#@!A
1.BB0 mm @ 2.30 mm
*ur4a+e 7rea
3,5 m2
!ekanan
1BB kg/+m 29
!emperatur
-33oC
-lash "as Chiller !ipe
FKU &1-E-B13'
?#@!A
1.BB0 mm @ 2.30 mm
Surface Area
3, m
*intesis ammonia dilakukan dalam ammonia converter yang terdiri dari dua buah %ed , Ammonia converter ini merupakan )enis converter radial dimana gas mele8ati 2 %ed katalis dengan arah radial. Ammonia converter seri 200 ini )uga dilengkapi dengan satu internal heat e(changer . Bed pertama terletak di bagian atas, beroperasi pada temperatur tinggi dengan tu)uan meningkatkan la)u reaksi, sedangkan bed kedua terletak di bagian ba8ah, beroperasi pada temperatur yang lebih rendah untuk memberikan kon6ersi reaksi yang tinggi. Katalis yang digunakan pada sintesis ammonia adalah katalis berbasis >e2O3 yang direduksi terlebih dahulu men)adi bentuk akti4 >e. *e+ara teoritis, perbandingan stoikiometrik H2/2 pada reaksi adalah 31. amun, "ada prakteknya perbandingan H 2/2 yang diterapkan dalam proses sintesis ini berkisar antara 2,- 2,. Hal ini menun)ukkan )umlah 2 yang diumpankan berlebih. !u)uan diumpankan 2 se+ara berlebih adalah untuk meningkatkan la)u a%sorpsi 2 pada permukaan katalis.
9ambar 3.15 >lo8 #iagram Unit Ammonia )oop
De'/)"('" P)%'e'
9as sintesis yang telah dimurnikan pada tahap sebelumnya, dialirkan oleh Syn "as Compressor &1-K-503', menu)u ke tahap sintesis ammonia. Kompresor ini terdiri dari tiga tingkat. 9as sintesis masuk ompresor dengan tekanan sebesar 2 kg/+m 29 dan keluar dari tingkat ke-3 kompresor men+apai 12 kg/+m 29. *ebelum masuk ompresor , gas sintesis dipisahkan dari kondensat ; kondensatnya di dalam Suction Separator &1-*-531'. *edangkan gas sintesis yang telah dikompresi dile8atkan ke After Cooler &1-E-533' dan :ae 0p "as Chiller &1-E-535' untuk didinginkan, kemudian dipisahkan lagi dari kondensatnya di :ae 0p "as Separator &1-*-535'. 9as dari separator inilah yang kemudian dipakai sebagai gas mae&up tahap sintesis ammonia. 9as mae&up dialirkan ke bagian upstream 6nd Ammonia Chiller &1-E-B0(' dan ber+ampur dengan gas yang keluar dari converter ammonia, yang sebagian telah men)adi +air. Campuran ini mengalir ke Ammonia Separator &1-*-B01'. Ammonia +air dipisahkan dari +ampuran gas sintesis di separator . #ari separator ini +airan ammonia dialirkan menu)u ke bagian refrigerasi ammonia, sedangkan gas sintesis dialirkan menu)u ammonia converter . *ebelum masuk ammonia converter , gas sintesis dipanaskan terlebih dahulu di 6 Cold Heat '(changer &1-E-B0' dan 5 Cold Heat '(changer &1-E-B0B'. *elan)utnya gas tersebut dikompresi oleh Recycle "as Compressor &1-K-505' dan dipanaskan lagi di Hot Heat '(changer &1-E-B03'. #ari sini gas sintesis dengan temperatur :22 0C dan tekanan :133 kg/+m29 masuk ke Ammonia Converter &1-%-B01'. #i reaktor ini gas sintesis bereaksi membentuk gas ammonia. 9as masuk reaktor melalui dua saluran yaitu aliran gas utama dan aliran cold shot . Kedua aliran kemudian
bertemu pada %ed pertama di dalam reaktor. !emperatur inlet aliran di %ed pertama adalah :3oC dan keluar pada temperatur :5BDC.*ebelum masuk %ed kedua, gas sintesis didinginkan oleh aliran cold shot di dalam internal heat e(changer , sehingga temperatur inlet %ed 22 men)adi :50BoC. 7liran gas yang mengandung ammonia sebagai hasil reaksi dan gas ; gas lain yang belum bereaksi keluar dari converter pada temperatur 53 oC. 9as ammonia keluaran reaktor mengalami delapan kali pendinginan sehingga didapatkan ammonia +air yang kemudian dikirim ke unit re4rigerasi ammonia. 9as tersebut turun temperaturnya selama pendinginan tersebut, yaitu dari :53DC men)adi :-BDC. "endinginan gas ammonia ter)adi pada unit ; unit Syn )oop 1HB &1-E-B01', Syn )oop B-1 !re Heater &1-E-B02', Hot Heat '(changer &1-E-B03', 1ater Cooler &1-EB05',5 st
Cold Heat '(changer &1-E-B0B',5 st Ammonia Chiller &1-E-B0',6nd Cold Heat
'(changer &1-E-B0', dan 6nd Ammonia Chiller &1-E-B0('. Untuk menghindari akumulasi inert, dilakukan purging di bagian do.nstream 6nd Cold Heat '(changer , sebelum gas mae& up dimasukkan. !urge gas sebagian dikirim ke Hydrogen Recovery 0nit +HR0 dan sebagian lagi digunakan sebagai bahan bakar untuk pembakaran di primary reformer . !u)uan memasukkan purge gas adalah untuk menyerap gas CO 2 yang masih terkandung dalam gas mae up oleh ammonia +air yang ter)adi pada outlet cold &1-E-B0' sehingga terbentuk karbamat yang mudah larut dalam air. #i bagian upstream 6nd ammonia chiller aliran produk reaktor ber+ampur dengan gas mae&up. #ari 6nd Ammonia Chiller aliran ini mengalir ke Ammonia Separator &1-*-B01'. Ammonia +air dipisahkan dari +ampuran gas sintesis di separator ini, kemudian dialirkan menu)u ke bagian re4rigerasi ammonia. Ammonia +air ini mempunyai temperatur -BDC. !abel 3.B *pesi4ikasi "as 2nlet pada Ammonia Converter Se!,&4&
H2 CH5 2 7r H3
V%l Dry &'"'7 'a(e &p )as Recycle Sintesa )as 5,12 3,(1 0, ,1 25,3 21,2 0,3 3,55 0 5,32
Katalis yang dipakai adalah )enis promoted iron yang mengandung se)umlah ke+il oksida yang tak tereduksi &non reduci%le o(ides'. *e)umlah panas akan dilepas selama reaksi
&:B0 K+al/kg H 3', panas tersebut digunakan untuk memproduksi H" steam dan untuk memanaskan H" Boiler -eed 1ater . olume %ed katalis pertama 2,1m dan di bed kedua (1,55m. Katalis ini memiliki diameter nominal 1,B-3 mm dengan akti6itas yang tinggi. Keistime8aan dari Converter radial ini adalah memungkinkan untuk menggunakan bentuk katalis ke+il tanpa menaikkan pressure drop. Fed pertama converter ammonia diisi dengan prereduced +atalyst K?%. Katalis ini adalah katalis ammonia normal +:5,, yang telah direduksi dan distabilkan dengan +ara superficial o(idation selama pembuatannya &kandungan oksigen :2$ berat katalis'. Katalis akan stabil di udara pada temperatur di ba8ah 100 0C di atas 1000C katalis akan bereaksi se+ara spontan dengan udara dan melepas panas. Katalis diakti4kan dengan +ara mereduksi lapisan luar &layer ' besi oksida men)adi besi bebas. %eduksi ini biasanya dilakukan dengan sirkulasi gas sintesa. Fed kedua diisi dengan unreduced catalyst , tipe K1. 7kti4itas katalis pelan-pelan akan berkurang selama normal operasi. *elain umur katalis, ra+un katalis seperti H2O, CO, CO 2 )uga dapat mengurangi akti4itas katalis.
!abel 3. *pesi4ikasi "as pada !urge "as Se!,&4&
V%l Dry &'"' 7
H2 CH5 2 7r H3
B(,(B 13,1( 20, 3, 3,B
!ekanan operasi pada seksi sintesa tidak dapat dikontrol se+ara langsung karena hal ini tergantung pada kondisi proses lainnya, yakni la>u produsi8 >umlah inert8 onsentrasi NH 7 di inlet converter8 rasio H 6 /N 6 dan atifitas atalis* Rate produksi akan bertambah dengan naiknya tekanan dan untuk suatu kondisi yang ditetapkan, tekanan akan mengikuti dengan sendirinya sehingga rate produksi akan sesuai dengan )umlah gas mae up yang masuk ke loop. !ekanan loop akan naik dengan naiknya flo. mae up, turunnya sirkulasi, bertambahnya inert, naiknya konsentrasi ammonia inlet converter , perubahan rasio, dan menurunnya
akti4itas katalis. *ebagai tambahan bah8a komposisi gas sintesa akan berubah se+ara perlahan bila dilakukan sedikit pengaturan di gas make up dan diperlukan 8aktu yang +ukup bagi sistem untuk men+apai kesetimbangan yang baru sebelum dilakukan koreksi lebih lan)ut. "abrik ammonia Kaltim-3 menggunakan reaktor ammonia )enis +on6erter redial tipe *-200 dengan dua bed katalis -
Fed tipe K?% & prereduce', base material >e3O5
-
Fed tipe K? &unredu+e', base material >e3O5
.2.;
U!"# Refrigeration oop
!ahap terakhir proses pembuatan ammonia di "abrik Ammonia Kaltim-3 ini bertugas menghasilkan ammonia +air dengan kemurnian tinggi &sesuai dengan persyaratan' dan mengirimnya ke pabrik urea serta ke bagian penyimpanan ammonia +air. Ammonia +air yang dikirim ke "abrik Urea mempunyai temperatur : 3 DC, sedangkan yang menu)u ke penyimpanan mempunyai temperatur : -33 DC. "roses re4rigerasi terdiri dari proses ; proses kompresi, kondensasi, ekspansi, dan e6aporasi. Kompresi gas ammonia ter)adi pada kompresor gas ammonia, yang terdiri dari tiga tingkat kompresi. !ekanan gas ammonia yang masuk ke dalam kompresor adalah 0,02 kg/+m 2g, 1,( kg/+m 2g, dan B, kg/+m 2g. *edangkan tekanan gas ammonia keluaran kompresor sebesar 1( kg/+m 2g. *elan)utnya gas ammonia yang telah dikompresi dikondensasi men)adi ammonia +air di dalam kondenser ammonia oleh aliran air pendingin. Ekspansi ammonia +air ter)adi pada valve 4 valve yang terletak pada bagian do.nstream alat ; alat penukar panas. !ahap berikutnya adalah tahap e6aporasi, yaitu tahap di mana aliran ammonia yang telah men)adi +air dipanaskan sehingga terbentuk kembali uap ammonia.
9ambar 3.1B #iagram *iklus Refrigerant
"anas yang diperoleh aliran ammonia ini berasal dari aliran ammonia produk reaktor. #engan demikian, tahap e6aporasi bagi aliran ammonia di seksi re4rigerasi men)adi tahap pendinginan dan kondensasi bagi aliran ammonia produk reaktor. *istem re4rigerasi terdiri dari chiller yang mempunyai 3 tingkat tekanan operasi yaitu 1
-irst ammonia chiller &1-E-B0', :ae up gas chiller &1-E-535', 2nert gas chiller &1-E-B0'. #ioperasikan pada temperatur didih ammonia 13oC pada tekanan B, kg/+m 29.
2
Second ammonia chilller &1-E-B0(' #ioperasikan pada temperatur didih ammonia 10 0C pada tekanan 1, kg/+m 29.
3
!urge gas chiller &1-E-B12' dan flash gas chiller &1-E-B13' #ioperasikan pada temperatur didih ammonia -30 0C dan tekanan 0,1 kg/+m 29.
9ambar 3.1 >lo8 #iagram Unit Refrigerant )oop
De'/)"('" P)%'e'
Ammonia +air dari Ammonia *eparator &1-*-B01', dengan temperatur -BDC, mengalir menu)u Aet #o8n essel &1-*-B02'. #i sini ammonia +air kembali dipisahkan dari 4asa uapnya yang mungkin terbentuk selama per)alanan +airan. Uap yang berhasil dipisahkan men)adi flash gas. *ebelum diolah lebih lan)ut, 4lash gas terlebih dahulu mengalir ke -lash "as Chiller &1-E-B13' dan 2nert "as O #rum &1-*-B05'. *ementara itu, 4asa +air larutan ammonia yang keluar dari letdo.n vessel digunakan sebagai media pendingin aliran ammonia keluaran converter . "eristi8a perpindahan panas tersebut ter)adi di 5 st Ammonia Chiller &1-EB0'. 7kibat penyerapan panas pada +hiller tersebut, sebagian dari larutan ammonia menguap. Uap ammonia tersebut dialirkan ke 7rd Stage Suction O #rum &1-*-5B2'. *etelah itu uap ammonia masuk ke %e4rigeration Ammonia Compressor &1-K-50B' tingkat ketiga untuk dikompresi, dari tekanan : B, kg/+m2g men)adi :1( kg/+m2g. *etelah dikompresi, uap ammonia, dengan temperatur : 15 DC, mengalir ke Ammonia Condenser &1-E-B10' untuk dikondensasi men)adi ammonia +air. !emperatur aliran hasil kondensasi ini : 5BDC. *elan)utnya ammonia +air mengalir ke Ammonia Accumulator &1--B01'. #ari sini ammonia +air menu)u Refrigerator Ammonia Cooler &1-E-B11'. *etelah mengalami proses;proses
