bab iv proses produksi.docx
TRANSCRIPT
-
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
2/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 23
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
3/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 24
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
4/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 25
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
5/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 26
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
6/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
7/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 28
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
Spesifikasi Kuantitas Satuan
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
Spesifikasi Kuantitas Satuan
Tekanan 42,2 kg/cm G
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
8/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 29
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
Spesifikasi Kuantitas Satuan
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
9/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
10/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 31
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
Tabel IV.14 Spesifikasi Air Pemadam Kebakaran Pabrik Urea
Spesifikasi Kuantitas Satuan
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
Spesifikasi Kuantitas Satuan
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
Spesifikasi Kuantitas Satuan
Tekanan (di pipa headerudara instrumen) 7 kg/cm G
Temperatur 28oC
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
11/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
12/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 33
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
13/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 34
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
14/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
15/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
16/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
17/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
18/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 39
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
19/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
20/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 41
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
21/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
22/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 43
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
23/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 44
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
24/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
25/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
26/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
27/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
28/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 49
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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 ,
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
29/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
30/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
31/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 52
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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.
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
32/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 53
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
33/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 54
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
34/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 55
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
35/37
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 56
PT. PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG
PalembangSumatera Selatan
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
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
36/37
-
8/10/2019 BAB IV PROSES PRODUKSI.docx
37/37