bab iv proses produksi.docx

8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx

1/37

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 22

PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG

PalembangSumatera Selatan

BAB IV

PROSES PRODUKSI

Bahan yang digunakan dalam proses pembuatan urea yang digunakan di PT PUSRI dapat

dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu bahan baku utama dan bahan pembantu. Kedua jenis

bahan ini harus memenuhi persyaratan/spesifikasi sehingga dapat digunakan dalam proses.

IV.1 Bahan Baku Pembuatan Amonia

IV.1.1 Bahan Baku Utama

IV.1.1.1 Gas Alam

Gas alam berupa gas yang tidak berwarna, baunya khas sehingga mudah dikenali,

mudah sekali terbakar dan kalau terbakar menimbulkan nyala api yang berwarna biru. Gas

alam dibutuhkan sebagai sumber hidrogen pada pembuatan amonia dan sebagai sumber

karbon pada pembuatan urea. Selain itu gas alam juga diperlukan sebagai sumber energi pada

pembakaran (fuel gas) sebagai bahan bakar pada proses pembangkitan kukus. Komponen

utama yang terdapat pada gas alam adalah metana (CH4).

Gas alam yang dibutuhkan oleh PUSRI dipasok oleh Pertamina dari sumur gas di

Prabumulih. Proses pengiriman gas dilakukan melalui pipa bawah tanah berjarak 120 km.

Gas tersebut diterima PUSRI dan diukur kuantitasnya melalui suatu unit pengukuran yang

disebut Gas Metering Station (GMS) yang berada di PUSRI II. Karakteristik dan komposisi

gas alam yang digunakan harus memenuhi spesifikasi berikut seperti yang terdapat dalam

Tabel IV.1.

Kebutuhan gas alam untuk keseluruhan pabrik amonia dan utilitas diperkirakan 210

MMSCFD. Kondisi gas alam pada battery limitadalah tekanan 28,12 kg/cm

2

G dan temperatur28C.


2/37





Tabel IV.1 Karakteristik dan Komposisi Gas Alam

Komposisi Kuantitas Satuan

Gas alam

Metana (CH4)Etana (C2H6)

Propana (C3H8)

Iso-Butana (i-C4H10)

Nomal-Butana (n-C4H10)

Iso-Pentana (I-C5H12)

Normal-Pentana (n-C5H12)

Heksana (C6H14)

Karbon dioksida (CO2)

Nitrogen (N2)

74,95

6,77

5,36

0,82

1,08

0,32

0,22

0,18

10,30

0

% mol

Pengotor berupa Hidrogen sulfida (H2S)

dan sulfur organik3,4 ppm

Titik embun kandungan air (moisture) 29,4 C

Net heating value 9,405 kcal/Nm3

Hidrokarbon cair 0

IV.1.1.2 Udara

Udara digunakan sebagai udara instrumen dan udara proses. Udara yang digunakan

langsung diambil pada lingkungan. Komposisi udara yang diambil disajikan pada Tabel IV.2.

Udara proses digunakan sebagai sumber gas nitrogen sebagai bahan baku pembuatan amonia.

Udara instrumen digunakan untuk keperluan seperti aerasi, udara campuran dan lainnya.

Jumlah udara instrumen untuk unit amonia yang dipergunakan sebanyak 5,33 Nm3/jam, udara

instrumen diambil dari udara bebas dengan kompressor dengan spesifikasi seperti disajikan

pada Tabel IV.2.


3/37





Tabel IV.2 Komposisi udara

Komponen Kuantitas (%mol)

Nitrogen (N2) 78,084

Oksigen (O2) 20,947

Argon (Ar) 0,934

Tabel IV.3 Spesifikasi udara instrumen

Spesifikasi Kuantitas Satuan

Tekanan 7 kg/cmG

Temperatur 28 C

Kualitas Bebas minyak

IV.1.1.3 Air

Pada pabrik ammonia, air digunakan sebagai air umpan boiler (boiler feed water) dan

air pendingin (cooling water). Kebutuhan air umpan boilerdan air pendingin tersebut masing-

masing adalah 4,97 m3

/jam dan 0,9 MT/MT NH3.

Kebutuhan kedua jenis air tersebut disediakan oleh unit utilitas, yang bahan bakunya

berasal dari air Sungai Musi. Jumlah air Sungai Musi yang digunakan di unit utilitas sebanyak

712 m3/jam. Karakteristik dan komposisi air sungai Musi yang diproses di unit utilitas

disajikan pada Tabel IV.4.


4/37





Tabel IV.4 Karakteristik dan Komposisi Air Sungai Musi

Komponen Kuantitas Satuan

Ph 6,57,5

Komposisi

Turbiditas sebagai SiO2

P alkalinitas sebagai CaCO3

M alkalinitas sebagai CaCO3

Cl2 sebagai Cl-

Sulfat sebagai SO42-

Amonia sebagai NH3

Kesadahan Ca2+

sebagai CaCO3

Kesadahan Mg2+

sebagai CaCO3

Besi sebagai Fe

Silika sebagai SiO2

Padatan tersuspensi

Padatan terlarut

Material organik

49

0

19,4

3,4

4,2

3,9

5,5

6,4

2,06

15 - 64

42

64

18,7

ppm

Tekanan 2,25 kg/cm G

Temperatur 28,5 C

IV.1.2 Bahan Baku Penunjang

IV.1.2.1 Hidrogen

Gas hidrogen dibutuhkan untuk proses start-up pabrik yang memerlukan kondisi

tanpa kehadiran udara. Untukstart-uppabrik Pusri-IB, gas hidrogen disuplai dari Pusri II, III,

dan IV dengan komposisi sebagai berikut. Tekanan dan temperatur gas tersebut masing-

masing 67 kg/cm2G dan 177

oC. Jumlah gas hidrogen yang digunakan sebanyak 1301,44

Nm3/jam.


5/37





Tabel IV.5 Komposisi gas untukstart-up

IV.1.2.2 Bahan Kimia

Bahan kimia yang digunakan sebagai bahan penunjang disajikan pada Tabel IV.6.

Tabel IV.6 Bahan Kimia Penunjang Pabrik Amonia

Komponen Kuantitas Satuan Lokasi

Larutan Benfield

K2CO3

DEA

V2O5

Antifoaming agent

2,24

1,29

0,15

0,14

kg/jam

kg/jam

kg/jam

kg/jam

Absorber padafeed

treatmentdan mainBenfield

Trietilen glikol Untuk menyerap air

Pengolahan air umpan

boiler

hidrazin (100%)

posfat (100%)

amonia (100%)

klorin (100 %)

tawas (50 % wt)

asam sulfat (H2SO4)

soda kaustik (NaOH)

0,21

0,35

0,41

3

100

275

412

kg/jam

kg/jam

kg/jam

gr/m3bahan

baku

gr/m3bahan

baku

kg/hari

kg/hari

Deaerator

Kukus drum

Deaerator

Floctreator / clarifier

Floctreator / clarifier

Penukar ion

Penukar ion

Komponen Kuantitas Satuan

Hidrogen 74,01 % volume

Nitrogen 24,61 % volume

Argon 0,344 % volume

Metana 1,03 % volume


6/37


7/37





Komposisi

NH3

H2O

Minyak

99,5 (min)

0,5 (maks)

5

% berat

% berat

ppm

IV. 1.3.1.2. Gas CO2

Spesifikasi gas CO2yang digunakan disajikan pada Tabel IV.9.

Tabel IV.9 Spesifikasi Gas CO2sebagai Bahan Baku Pabrik Urea


Tekanan 0,6 kg/cm G

Temperatur 38o

C

Jumlah 53,8 MT/jam

Komposisi

CO2(dry basis)

H2O

Belerang total

98 (min)

jenuh

1 (maks)

% berat

ppm vol

IV.1.4 Bahan Baku Penunjang

Bahan baku penunjang yang digunakan pada pabrik urea terdiri atas steam, air demin,

udara instrumen, udara pabrik, air umpan boiler, dan nitrogen.

IV.1.4.1 Steam

Spesifikasi steam yang digunakan disajikan pada Tabel IV.10.

Tabel IV.10 Spesifikasi Steam Pabrik Urea


Tekanan 42,2 kg/cm G


8/37





Temperatur 400oC

Fouling factor 0,0001 mjam

oC/kkal

Jumlah 67,82 MT/jam

IV.1.4.2 Air Pendingin

Spesifikasi air pendingin yang digunakan disajikan pada Tabel IV.11.

Tabel IV.11 Spesifikasi Cooling Water Make Up Pabrik Urea


Tekanan 4 kg/cm G

Temperatur 32 oC

Faktor fouling 0.0002 mjam

oC/kkal

Inhibitor 30-50 Ppm

pH 6.57.5

Turbidity 3 (maks) Ppm

Total hardness 25 (maks) ppm sebagai CaCO3

Warna 10 (maks) sebagai harzen unit

Fe 0.1 (maks) Ppm

Cl2 8 (maks) Ppm

Sulfat 10 ppm sbg SO4

Minyak Trace

Total dissolved solid 80 (maks) Ppm

IV.1.4.3 Air Bebas Mineral

Spesifikasi air bebas mineral yang digunakan disajikan pada Tabel IV.12.


9/37


10/37





Tabel IV.14 Spesifikasi Air Pemadam Kebakaran Pabrik Urea


Tekanan

-Minimal 7.0 kg/cm G

-Normal 10.0 kg/cm G

TemperaturoC

-Minimal 20.0oC

-Normal 30.0oC

IV.1.4.7 Nitrogen

Spesifikasi nitrogen sebagai bahan baku disajikan pada Tabel IV.15.

Tabel IV.15 Spesifikasi Nitrogen yang Digunakan pada Pabrik Urea


Tekanan 4 kg/cm G

Temperatur 28oC

Komposisi

NOx

O2

10 (maks)

300 (maks)

ppm

ppm

IV.1.4.8 Udara Instrumen

Spesifikasi udara instrumen yang digunakan disajikan pada Tabel IV.16.

Tabel IV.16Spesifikasi Udara Instrumen Pabrik Urea


Tekanan (di pipa headerudara instrumen) 7 kg/cm G

Temperatur 28oC


11/37


12/37





Gambar IV.1 Diagram blok produksi amonia

Proses produksi amonia ini menghasilkan dua jenis produk, yaitu amonia panas (30oC)

dan amonia dingin (-33oC). Amonia panas akan dialirkan ke bagian urea sedangkan amonia

dingin akan disimpan di dalam tangki amonia. Keenam tahap proses dapat dijelaskan sebagai

berikut.

IV.2.1.1 Pengolahan Gas Alam Umpan (Feed Treating)

Tahap pertama dalam sintesis amonia adalah pengolahan gas alam umpan. Gas alam

umpan dengan tekanan 28,8 kg/cm2g dan temperatur 21

oC dibagi menjadi dua aliran, yaitu

untuk bahan bakar dan untuk proses produksi amonia. Bahan baku gas alam yang diterima dari

PT Pertamina masih mengandung beberapa unsur yang tidak diinginkan, antara lain:

1. Partikel Padat

2. Sulfur Anorganik

3. Hidrokarbon fraksi berat (Heavy Hydrocarbon)

4. Karbon Dioksida (CO2)

5. Sulfur Organik

Pada tahap ini, kelima unsur yang tidak diinginkan tersebut dipisahkan sehingga gas

alam siap untuk masuk pada tahapan proses berikutnya.


13/37





IV.2.1.2 Pemisahan Partikel Padat

Bahan baku gas alam dipisahkan dari partikel padatan berupa debu secara fisik dengan

menggunakan filter. Dalam unit filtrasi ini dipasang alat penunjuk pressure drop, Apabila

hilang tekan sudah cukup besar, maka kotoran yang menempel sudah cukup banyak dan

diperlukan pembersihan terhadap filter ini.

IV.2.1.3 Tahap Pemisahan Sulfur Anorganik

Senyawa sulfur harus dihilangkan karena bersifat korosif dan dapat menjadi racun

katalis yang digunakan di primary reformer. Reaksi ini optimum pada temperatur 30-100oC.

Reaksi yang terjadi dengan katalis DyCat ialah:

ZnO + H2S ZnS + H2O + Q

IV.2.1.4 Tahap Absorbsi Air

Gas alam umpan kemudian dimasukkan ke bagian bawah glycol absorber yang

bertujuan untuk memisahkan kandungan uap air dalam gas alam umpan agar tidak

mengganggu proses pemisahan fraksi hidrokarbon berat. Pada proses pemisahan hidrokarbon

berat, gas alam umpan harus didinginkan hingga -18oC dan temperatur tersebut dapat

menyebabkan uap air yang terkandung dalam gas alam umpan terkondensasi dan membentuk

solid hydratesyang dapat menyumbat kerangan dan chiller.

Untuk menghindari penyumbatan itu, uap air ini diabsorbsi oleh larutan trietilen glikol

pada tekanan 27,5 kg/cm2g. Lean etylene glycol 99,84% akan memasuki absorber secara

counter-current. Richglycolyang telah mengabsorbsi uap air akan turun ke bawah absorber

kemudian mengalir keglycolexchangeruntuk dipanaskan oleh leanglycoldaristoragetank.

Dari glycolexchanger, richglycol akan masuk ke kolom regeneratorglikol. Richglycol ini

akan dipanaskan hingga 204oC pada tekanan 0,2 kg/cm

2g oleh steam38 kg/cm

2g sehingga

uap air yang terabsorbsi oleh larutan glikol mudah lepas dan menguap keluar dari kolom

regenerator kemudian langsung dibuang ke atmosfer dengan bantuan medium pelucut gas

alam.Leanglycolakan turun kestoragetankdan masuk keglycolexchangerkemudian masuk

ke glycol filter kemudian dipompa hingga bertekanan 35 kg/cm2 g dan didinginkan oleh

coolingwaterkemudian masuk kembali ke absorber. Temperatur minimum leanglycolyang


14/37


15/37


16/37


17/37


18/37





Untuk 1 molekul karbon akan digunakan 0,344 mol steam sehingga diharapkan rasio steam

dengan carbonpada gas yang keluar darisaturatorialah 0,8.

Gas alam yang sudah dijenuhkan kemudian memasuki tahap persiapan gas sintesis

yang dibagi menjadi primary reformer dan secondary reformer. Tujuannya adalah untuk

mengkonversi gas alam umpan menjadi gas sintesis yang banyak mengandung H2.

IV.2.1.8.2 Primary Reformer

Dalamprimaryreformerterjadi reaksi antarasteamdan metana dalam gas alam:

CH4+ H2O CO +3 H2 endoterm

Kemudian terjadi reaksi pergeseran (water-gas shift convertion):

CO+H2O CO2+ H2 eksoterm

Reaksi total:

CH4 + 2H2OCO2+4H2 endoterm

Primary reformer terdiri dari dua seksi, yaitu seksi radiasi dan konveksi. Fuelgas yang

berasal dari aliran natural gasdengan tekanan 28,8 kg/cm2g dan temperatur 21

oC akan dibagi

menjadi dua aliran. Satu aliran akan masuk ke auxiliary boiler untuk pemanasan steam

kemudian gas tersebut masuk ke seksi konveksidi antara duasuperheater section.Aliranfuel

gaslainnya akan masuk ke seksi radiasi untuk dibakar dalam keadaan vakum. Keadaan vakum

ini ditimbulkan dengan pengaturan aliran steamke turbin penggerak induced draft fan (I.D.fan) dan berfungsi untuk menjaga agar api tidak menyebar. Tekanan pada seksi radiasi ialah 5

mm air.

Setelah dari seksi radiasi,fuel gasini akan masuk ke dalam terowongan (duct) di lantai

dapur yang merupakan daerah transisi antara seksi radiasi dan seksi konveksi. Dimasukkannya

fuel gas ke dalam duct ini bertujuan agar fuel gas panas dapat bersinggungan dengan tube

yang berisi katalis dengan efisien sehingga menghilangkan daerah stagnasi pada seksi radiasi.

Fuel gasyang telah terbakar akan menjadi CO2dan H2O (uap air) atau dinamakan flue gas

yang akan menuju ke seksi konveksi. Pada seksi konveksi gas yang telah terbakar tersebut

akan bergabung dengan aliran flue gas lainnya dari auxiliary boiler. Aliran gas yang

bercampur tersebut akan dialirkan oleh induced draft fankeluar dari seksi konveksi menuju ke

cerobong pembuangan. Fuelgas yang telah dibakar (flue gas) dari seksi konveksi, setelah


19/37


20/37





pada katalis. Burnerharus diatur agar lidah api tidak mengenai pipa katalis agar tabung tidak

pecah sebelum waktunya.

IV.2.1.8.3 Secondary Reformer

Secondary Reformer diperlukan untuk menyempurnakan reaksi steam reforming

(pemecahan metana menjadi CO, CO2 dan H2). Gas yang telah mengalami perengkahan

sebagian dariprimaryreformerakan dialirkan melalui transferlineke bagian atas secondary

reformer dengan temperatur masukan 800oC. Kadar CH4 gas yang keluar dari primary

reformermempunyai konsentrasi sekitar 11-13% mol. Aliran gas ke bawah masuk ke diffuser

ringuntuk kemudian masuk ke dalam zona pembakaran dari reaktor. Dalam zona pembakaran

ini, gas akan bercampur dengan udara proses dan steam yang telah dipanaskan dan masuk

melalui nozzleyang terletak di bawah diffuser ring. Pencampuran yang baik ini menyebabkan

terjadinya reaksi pembakaran cepat: H2+1/2 O2H2O yang eksotermis. Panas reaksi yang

dihasilkan dari reaksi pembakaran H2akan langsung menyebar ke permukaan katalis nikel dan

digunakan untuk keberlangsungan reaksi perengkahan dalamsecondaryreformer.

Reaksi dalam secondary reformer sama dengan reaksi pada primary reformer hanya

saja padasecondarytidak diperlukan bahan bakar. Reaksi-reaksi yang terjadi padasecondary

reformer adalah sebagai berikut:

2 H2+ O2 2 H2O + QCH4+ H2O 3 H2+ CO - Q

CO + H2O H2+ CO2 + Q

Banyaknya udara yang diinjeksikan ke dalamsecondaryreformerbergantung pada kebutuhan

N2. Perbandingan antara H2dan N2harus tepat agar tidak mengganggu operasi di ammonia

converter. Jika laju alir udara yang masuk naik maka temperatur akan naik akibat banyaknya

pembakaran dan untuk menjaga kondisi operasi, maka temperatur primary reformer harus

dikurangi.

Katalis padasecondaryreformerini bervolume 24,45 m3dengan bulk density1,0 t/m

3

dan disangga oleh lapisan bola-bola yang berukuran 25 mm yang mengandung kadar alumina

tinggi dan silica rendah. Bola-bola alumina berdiameter 2 inch dengan bahan yang sama

terletak di atas lapisan bola-bola alumina tersebut. Katalis dan bola-bola penyangga tersebut


21/37


22/37





Gambar IV.3 Diagram alir seksi pemurnian gas sintesis

IV.2.1.9.1 Shift Conversion

Gas keluaran dari secondary reformer ternyata masih banyak mengandung CO

sehingga diperlukan pengolahan lebih lanjut untuk mengkonversi gas CO menjadi CO2(water

gas shift reaction). Reaksi ini terjadi padashiftconverter, yaitu:

CO+H2O CO2+ H2eksoterm

Shift converter ini dibagi menjadi dua bagian, yaitu High Temperature Shift Converter

(HTSC) dan Low Temperature Shift Converter (LTSC). HTSC memiliki sasaran agar laju

reaksi terjadi dengan cepat pada temperatur tinggi karena meningkatkan energi aktivasi

molekul untuk bereaksi. HTSC terdiri dari satu lapis katalis nikel yang lebih tahan panas dan

bervolume 55 m3. LTSC bertujuan agar konversi reaksi meningkat, sehubungan dengan reaksi

yang bersifat eksotermis, maka penurunan temperatur akan membuat reaksi bergeser ke kanan.

LTSC terdiri dari satu lapis katalis zinc oksidadengan total volume katalis 66 m3. Bagian atas

dari lapisan katalis ini ialah CuZnO berfungsi sebagai penghadang sulfur atau penyerap H 2S

yang mungkin lolos dari HTSC ketika pertama kali start updengan katalis yang baru. H2S ini

dapat meracuni katalis LTSC.

Gas dansteamdarisecondaryreformerpada temperatur 343oC hingga 371

oC dialirkan

terlebih dahulu ke HTSC karena kandungan CO masih tinggi sehingga dibutuhkan laju reaksi

oksidasi CO yang cepat. Untuk mencapai konversi CO menjadi CO2 yang baik, variabel

operasi yang menentukan ialah temperatur, yaitu optimum pada 343oC hingga 357

oC dan rasio


23/37





steamdengan gas, yaitu optimum untuk rasio 7:1. Temperatur maksimum desain bejana metal

untuk HTSC ialah 482oC dan untuk bejana LTSC ialah 301

oC. Kenaikan laju alir steamakan

menghasilkan konversi CO yang lebih besar jika reaksi terjadi mendekati kurva

kesetimbangan. Hal yang perlu diperhatikan ialah bahwa untuk temperatur di atas 121oC,

maka kandungansteamdalam gas harus lebih dari 20% karena jika tidak terpenuhi maka akan

terjadi dehidrasi atau perubahan struktur dari katalis, yaitu kehilangan kekuatan fisiknya.

Setelah dari HTSC, konsentrasi CO akan menurun dari 13,6% menjadi 3,5%. Gas ini

kemudian dialirkan ke LTSC. Pada kondisi normal, temperatur LTSC dijaga pada 210oC.

Untuk tekanan normal, temperatur inlet paling rendah yang diizinkan ialah 190oC dan

temperatur maksimum ialah 260oC. Reaksi yang terjadi sama seperti HTSC dengan variabel

proses yang sama. Kadar CO yang rendah dari LTSC, yaitu sekitar 0,3% akan membuat

beban methanatorberkurang. Gas sintesis yang dihasilkan kemudian akan masuk ke seksi CO2

absorber.

IV.2.1.9.2 Pemisahan CO2

Secara umum, pemisahan CO2 pada tahap ini memiliki prinsip yang sama dengan

pemisahan CO2pada tahap Feed Treating.Gas sintesis dengan temperatur 235oC dari LTSC

akan masuk keHigh TemperatureCondensateReboileruntuk memanaskan kondensat hingga

temperatur gas sintesis turun menjadi 158

o

C. Kemudian gas sintesis akan masuk ke CO2stripperreboilerbagian tubesideuntuk memanaskan larutan Benfield lalu gas sintesis akan

masuk keHighcondensatereboilerdan masuk lagi ke cooler untuk memanaskan demin water

sehingga temperatur keluarannya ialah 106oC. Baru kemudian gas sintesis akan masuk ke raw

gasseparator untuk memisahkan kandungan air dalam gas.

Gas sintesis yang telah terpisahkan dari kandungan airnya kemudian masuk ke bagian

bawah dari CO2absorber. CO2absorberterdiri dari empatpackedbedpacking pall ringatau

flexiringdan pada bagian atas terdapat demister. Gas sintesis akan mengalir ke atas melalui

lapisanpackingtersebut dan diabsorbsi CO2-nya oleh larutanBenfield. Larutan leanBenfield

ini akan dialirkan ke atas bedpertama atau bedpaling atas melalui distributor dengan volume

desain ialah 173 m3/jam dan ke atas bedketiga dengan volume desain ialah 1016 m

3/jam.


24/37


25/37


26/37


27/37


28/37





N2+ 3 H2 NH3 + Q

Reaksi ini berlangsung didalam ammonia converter yang terdiri dari empat buah unggun

katalis Fe (promoted iron) dengan temperatur 400-500oC dan tekanan 130-140 kg/cm

2.

Perbandingan antara N2dan H2adalah 1:3. Gas proses memasuki ammonia convertermelalui

bagian bawah converteryang kemudian mengalir melalui anulus menuju bagianshelldari HE

122-C yang terletak dibagian atas konverter. Di dalam HE 122-C, gas proses akan dipanaskan

dengan hot converter effluent.Dari shell side HE 122-C, gas mengalir kebawah melewati 4

bed katalis dalam sebuah katalis basket. Diantara 4 bed katalis terdapat ruang antara yang

berfungsi sebagai tempat quenching gas. Tujuan dari quenching gas ini adalah untuk

mengontrol temperatur sehingga kondisi operasi reaktor dapat selalu dipertahankan. Setelah

melewati bed katalis, gas proses akan mengalir ke sebuah standpipe yang terletak ditengah

vessel. Gas effluent konverter ini kemudian menuju ke tube sidedari HE 122-C memberikan

panas pada gas umpan konverter.

Produk dalam wujud gas keluaran ammonia converter ini akan mengalami beberapa

kali pendinginan. Pendinginan pertama terjadi di unit 123-C dimana terjadi pertukaran panas

dengan air umpan boiler. Pendinginan berikutnya berlangsung di 121-C dimana terjadi

pertukaran panas dengan gas proses yang akan masuk ke reaktor amonia konverter. Setelah

digunakan untuk memanaskan BFW (boiler feed water) dan gas proses yang akan ke

konverter, gas produk ammonia converter ini dibagi menjadi dua aliran yakni menuju ke

kompresor tahap kedua dan purge separator vessel. Produk yang dihasilkan kemudian akan

dimurnikan.

IV.2.1.12 Tahap Pendinginan dan Pemurnian Produk

Ada tiga tujuan utama dalam tahap ini, yaitu memberikan supplypendingin kechiller-

chiller sehingga amonia dapat dipisahkan dari gas, memurnikan amonia dari gas-gas yang

masih terlarut, dan mendapatkan amonia dalam kondisi yang dibutuhkan (hot dan cold).

Amonia yang terbentuk dalam ammonia converter dipisahkan dari komponen yang lain

dengan cara pendinginan bertahap, karena temperatur titik embun Amonia lebih besar dari

komponen yang lain maka amonia akan mengembun terlebih dahulu sehingga dapat

dipisahkan dari komponen yang lain. Terdapat beberapa peralatan di seksi pemurnian produk ,


29/37


30/37


31/37





menjadi 85 kg/cm2g baru menjadi 250 kg/cm

2g. Gas CO2kemudian dibagi menjadi dua aliran,

yaitu ke dalamLow Pressure Decomposerpada seksi dekomposisi dan ke dalam reactor.

Selain gas CO2, bahan baku utama sintesis urea adalah amonia cair. Amonia dari

reservoir amonia awalnya bertekanan 16,5 kg/cm2g, kemudian dikompresi satu tingkat oleh

ammoniaboost uphingga bertekanan 25 kg/cm2g. Dari sini amonia sebagian dialirkan keHigh

Pressure Absorber dan sebagian dikompresi kembali oleh pompa umpan amonia hingga

bertekanan 250 kg/cm2g sesuai dengan tekanan yang dibutuhkan pada reaksi sintesis urea.

Cairan amonia tersebut kemudian dipanaskan oleh ammoniapreheater sebanyak dua kali,

menggunakan air panas dan steam condensate sebagai medium pemanas. Amonia baru

dialirkan ke reactor setelah mencapai temperature 81,4oC.

Komponen ketiga yang dimasukkan ke dalam reaktor adalah larutan amonium

karbamat recycle.Sebelum dimasukkan, amonium karbamat dikompresi delapan tingkat oleh

boostersehingga bertekanan 250 kg/cm2g dan menjadi kondensat.Kondisi operasi yang terjadi

pada reactor sintesis amonia adalah pada tekanan 250 kg/cm2g, temperatur 200

oC, dan waktu

tinggal reaktan selama 25 menit. Reaksi yang terjadi ialah eksoterm sehingga panas yang

dihasilkan akan menaikkan temperatur dalam reactor. Temperatur masukan pada bagian

bawah reaktor awalnya belum mencapai 200oC, namun akibat panas yang dihasilkan reaksi,

pada bagian atas reaktor, temperatur akan mencapai temperatur optimum reaksi, yaitu 200oC.

Temperatur bagian atas reaktor dijaga agar tetap 198oC hingga 200

oC. Pengaturan kondisi

operasi dilakukan dengan kombinasi antara excess amonia ke reactor, larutan karbamat

recycle, dan temperature amonia cair yang masuk ke reactor.

IV.2.2.2 Seksi Dekomposisi

Produk dari reactor sintesis terdiri dari urea, ammonium karbamat, air, sisa CO2, sisa

NH3cair yang tidak bereaksi, dan biuret. Seksi dekomposisi ini bertujuan untuk memurnikan

urea dari zat-zat lainnya. Dari tekanan 250 kg/cm2g, cairan dari reaktor akan diekspansi

dengan melewati let down valve sehingga tekanan menjadi 17 kg/cm

2

g dan temperaturmenjadi 124

oC. Sebagian amonium karbamat akan terurai menjadi gas NH3 dan gas CO2.

Kemudian cairan dan gas akan masuk ke seksi dekomposisi atau purifikasi yang terdiri dari

High Pressure Decomposer (HPD), Low Pressure Decomposer (LPD), dan gas separator.


32/37





Prinsip dekomposisi ini yaitu pemanasan dan penurunan tekanan yang menyebabkan amonium

karbamat terurai.

Reaksi hidrolisis urea yang merugikan dapat pula terjadi sehingga perlu diperhatikan.

HPD yang beroperasi pada tekanan 17 kg/cm2g dan temperatur 165

oC. Cairan dan gas

masuk ke bagian atas HPD melalui pipa berlubang yang menjorok ke dalam ruang flashing.

Melalui lubang pada pipa, cairan akan terpancar dari lubang tersebut dan gas akan menguap ke

atas HPD dan masuk keHigh Pressure AbsorbentCooler(HPAC). Cairan dari ruangflashing

akan masuk ke empat sieve trayyang dipanaskan oleh gas strippingagent. Pemanasan akan

menyebabkan amonium karbamat yang terkandung dalam cairan akan terdekomposisi dan

NH3berlebih akan teruapkan. Gas yang dihasilkan dari sieve trayakan terus naik ke atas HPD

dan masuk juga ke HPAC. Cairan akan mengalir melalui pipa yang dipanaskan oleh middle

steamdengan tekanan 12 kg/cm2g. Setelah itu udara anti korosi diinjeksikan dari bagian atas

reboiler. Dari reboiler,larutan akan masuk ke bagian pinggir dalam dalam pipa-pipa Falling

Film Heater (FFH) agar waktu tinggal dapat diperkecil sehingga pembentukan biuret dan

hidrolisis urea dapat ditekan. Kedua reaksi ini tidak diinginkan terjadi. Pemanasan pada FFH

akan menghasilkan gas yang naik ke atas dan bercampur dengan gas dari reboilermenjadi gas

pelucut. Pemanasan FFH juga menggunakan Midlle Steam seperti untuk reboiler. Larutan

amonium karbamat tersisa dan urea ditampung untuk proses selanjutnya.

LPD terdiri dari ruang flashing, sieve tray sebanyak empat tingkat, penyekat, packed

bed Raschig Ring dan penampung larutan. Larutan dari HPD dengan tekanan 17 Kg/cm2g dan

temperatur 160o

C masuk ke dalam LPD dengan cara memancar sehingga gas dan larutan akan

memisah. Larutan yang terdiri dari urea, ammonium karbamat, dan sedikit amonia akan turun

ke bawah melalui empat buah sieve tray dan kemudian ditampung oleh penyekat sebelum

akhirnya dialirkan menujupacked bed dan ditampung untuk proses berikutnya.

Larutan dari LPD yang memiliki tekanan 2,4 Kg/cm2g dan temperatur 116 oC

kemudian dimasukkan ke dalam gas separator melalui pipa sparger.Gas Separator sendiri

terdiri dari bagian atas dan bagian bawah Oxidizing Column. Gas dan larutan akan terpisah

pada pipasparger. Campuran gas akan menuju ke off gas condenser sedangkan larutan akan


33/37





turun ke bawah melalui pipa berbentuk U menuju Oxidizing Column. Di dalam Oxidizing

Column larutan mengalir melalui packed bed yang berisi raschig ring dan terjadi kontak

dengan udara yang dihembuskan oelh off gas circulating blower yang berfungsi

menghilangkan sisa-sisa amonia dan CO2 serta untuk mengoksidasi logam-logam yang

mungkin terbawa dalam larutan.

IV.2.2.3 Seksi Recovery

Seksi recovery ini terdiri dari seksi recovery amonium karbamat dan seksi recovery

amonia. Tujuannya adalah untuk membentuk kembali amonium karbamat dari gas karbon

dioksida dan amonia dari gas separator untuk didaur ulang ke dalam reaktor dan mendaur

ulang amonium yang berlebih ke ammonium reservoir untuk dimasukkan ke dalam reaktor

kembali.

IV.2.2.3.1 Seksi RecoveryAmonium Karbamat

Gas keluaran dari seksi dekomposisi dikondensasi pada temperatur 60oC di dalam

shell-side off gas condenser. Cairan yang terbentuk akan diencerkan di dalam off gas

absorbent tank sehingga terbentuk amonium karbonat. Gas yang tidak terkondensasi akan

masuk ke bagian bawah darigasabsorberyang terdiri dari duapackedbed. Larutan absorben

yang digunakan pada gas absorberadalah amonium karbonat encer yang berasal dari off gas

absorber tank dan larutan sirkulasi amonium karbonat encer yang didinginkan dalam shell

sideoff gas absorbercooler.Udara diinjeksikan ke dalam gas yang tidak terabsorbsi pada off

gas absorber. Campuran kemudian masuk kembali ke gas separator. Gas yang terabsorbsi

oleh larutan absorben akan menjadi larutan amonium karbamat encer yang keluar dari bagian

bawah gas absorben dan sebagian masuk ke Low Pressure Absorber (LPA) bagian atas pipa

distributor dan bagian atas scrubber. Sebagian dari larutan amonium karbamat encer yang

keluar dari bagian bawah gas absorben akan dipompa ke bagian atas Low Pressure

Decomposer (LPD).

Gas dari LPD dimasukkan ke bagian bawah LPA melalui pipa-pipa distributor.

Tekanan operasi LPA ialah 1,9 kg/cm2g. Gas tersebut akan terabsorbsi oleh amonium


34/37





karbamat yang masuk dari atas. Selain diabsorbsi oleh amonium karbamat yang masuk dari

atas, gas juga diserap oleh mother liquoryang berfungsi untuk menyerap biuret.

Larutan amonium karbamat dari LPA dipompakan keHigh Pressure Absorber(HPA).

Dalam HPA, semua gas CO2 yang dikirim dari High Pressure Decomposer dari seksi

purifikasi urea akan diserap dan menjadi amonium karbamat. Pada seksi recovery amonium

karbamat ini, gas CO2 akan terserap semua menjadi amonium karbamat, namun gas NH3

masih akan bersisa karena NH3dimasukkan berlebih dengan perbandingan NH3:CO2=4:1. Air

yang terbawa kabut amonia dan tidak terserap oleh amonia cair akan dilempar keluar melalui

pipa yang terpasang vortex breakerdengan 3 blademelengkung pada bagian atas HPD. Air

tersebut kemudian akan masuk ke drain separator dan turun ke High Pressure Absorbent

Cooler(HPAC). Larutan amonium karbamat dari HPAC akan dipompakan kembali ke dalam

reaktor sebagian dan sebagian lagi didaur ulang ke dalam HPAC.

Ada dua kondisi pada HPA yang harus dijaga. Pertama, konsentrasi CO2 dalam

amonium karbamat harus di antara 30-35%. Kedua, temperatur puncak HPA dijaga agar tetap

lebih kecil dari 50oC dengan melakukan pengaturan laju alir amonia sebagai refluks yang

berasal dari ammoniarecovery absorber.

IV.2.2.3.2 Seksi Recovery Amonia

Seksi recovery amoniaterjadi padaAmmoniarecoveryabsorber.Tekanan reaksi padaabsorber ini adalah 16,5 kg/cm

2g. Absorber ini terdiri dari empat tingkat yang makin lama

makin mengecil ukurannya. Campuran gas inert dan gas amonia yang tidak terkondensasi

akan masuk ke bagian bawah absorber melalui pipa spargeryang terendam cairan kondensat.

Gas amonia yang tidak terserap pada bagian bawah akan terus naik ke atas dan jika hingga

tingkat keempat gas amonia masih belum terserap, maka gas amonia akan diserap oleh

kondensat yang terlebih dahulu didinginkan di kondensat cooler. Amonia yang diserap

kondensat akan membentuk cairan amonia dengan konsentrasi amonia 70% dan konsentrasi

air 30%. Cairan amonia ini kemudian akan turun ke tingkat bawahnya secara overflow hingga

mencapai tingkat paling bawah. Cairan amonia pada tingkat paling bawah akan dipompakan

untuk menjadi absorben di HPA. Sebelum masuk HPA cairan amonia ini akan bergabung


35/37





dengan cairan amonia dari boost up pump. Gas-gas inertyang keluar dari puncak teratas akan

dibuang atau masuk ke tempat penampungan inert(purge gas).

IV.2.2.4 Seksi Kristalisasi dan Pembutiran

Larutan urea dari gas separator pada seksi dekomposisi dikirim ke seksi ini dengan

tujuan untuk mengkristalisasi cairan urea dan membuat butiran urea untuk dipasarkan. Urea

yang berasal dari oxidizing columnmemiliki konsentrasi urea 73,9% kemudian dipompakan

memasuki bagian bawah crystallizer. Crystallizer terdiri dari dua bagian, yaitu Vacuum

Concentrator dan crystallizer bottom part. Kedua bagian crystallizer tersebut dihubungkan

oleh barometric leg.

Pada vacuum concentrator, terjadi proses penguapan air dan larutan urea yang

supersaturated turun ke bawah melalui barometric leg dan masuk ke crystallizer. Vacuum

concentratorbekerja pada 102 mmHg absolute dan temperatur operasi 72oC. Pada crystallizer

bagian bawah, air akan menguap pada temperatur rendah karena tekanan yang digunakan ialah

tekanan vakum. Larutan urea pada crystallizerbagian bawah akan bercampur dengan larutan

urea jenuh yang turun dari barometric legdan berasal dari crystallizerbagian atas. Slurryfeed

pumpakan memompa sebagian slurry urea keprethickenerdan sebagian lagi akan masuk ke

bagian atas crystallizer bottom part.

Setelah mencapai bagian tengah crystallizer bottom part, slurry urea dipompa olehcirculating pump for crystallizer ke bagian tubeside dari HPAC untuk menjaga temperatur

HPAC. Kemudian slurry urea akan bergabung dengan larutan induk urea slurry dari oxidizing

column dan masuk kembali ke bagian atas dari crystallizer bottom part dengan dipompa pula

oleh urea solution pump. Pada vacuum concentrator, air dapat teruapkan akibat panas yang

didapat dari panas sensibel urea yang masuk dari oxidizing column, panas kristalisasi urea,

panas hotwater jacket, dan panas yang didapat oleh urea yang disirkulasi ke HPAC.

Crystallizer akan menghasilkan uap air yang kemudian disedot oleh tekanan vacuum

steam ejector. Uap air tersebut akan terkondensasi oleh air yang bersirkulasi dalam barometric

leg condenser. Kondensat kemudian masuk ke dalam sumur cooling tower. Sebagian urea

slurry dari crystallizer dipompakan ke prethickener. Pada prethickener terdapat kasa untuk


36/37


37/37

bab iv proses produksi.docx

Documents