makalah perancangan proses pembuatan hidrogen dengan proses steam reforming adsa
TRANSCRIPT
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
1/13
Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen dengan
Proses Steam Reforming (Cracking )
Disusun Oleh :
Nugroho Tri ah!udi "#$%$&'$"$
en udha Satria "#$%$&'$##
PRO*R+M ST,D- T./N-/ /-M-+
0+/,1T+S T./N-/
,N-2.RS-T+S M,1++RM+N
S+M+R-ND+
#$"3
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
2/13
+ "
P.ND+H,1,+N
"4"4 1atar belakang
Kemajuan industri di Indonesia dewasa ini cukup pesat, terutama dalam bidang
pemanfaatan hasil-hasil pertanian, perkebunan, pertambangan, dan berbagai jenis hasil
hutan. Kemajuan tersebut ditujukan untuk mendukung program pemerintah dalam
pemanfaatan sumber daya bagi keperluan industri baik dalam negeri maupun luar
negeri. Salah satu sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui adalah gas alam,yang biasanya diperoleh dari dari dalam sumur dibawah perut bumi yang biasanya
bergabung dengan minyak bumi.
Indonesia berpotensi sebagai produsen bahan-bahan produksi gas alam bila di kelola
secara intensif dan berpola pada permintaan pasar dalam negeri dan peluang ekspor. Gas
alam (natural gas dewasa ini menjadi sumber alternatif yang banyak digunakan oleh
masyarakat dunia untuk berbagai keperluan, baik untuk perumahan, komersial maupun
industri. !i dalam dunia industri gas alam (natural gas dipergunakan untuk bahan baku
plastik, bahan baku pabrik pupuk, petrokimia, dan bahan dasar pembuatan hidrogen.
Salah satu jenis produk industri non pangan yang dibutuhkan dan pemakaiannya terus
meningkat akibat permintaan semakin banyak adalah hidrogen. "ada pra rancangan
pabrik ini, pembuatan hidrogen dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa gas
alam (natural gas dengan proses cracking.
Sejumlah besar #$ diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia. "enggunaan terbesar
#$ adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan dalam pembuatan ammonia.
Konsumen utama dari #$ di kilang petrokimia meliputi hidrodealkilasi,
hidrodesulfurisasi, dan hydrocracking. #$ memiliki beberapa kegunaan yang penting. #$
digunakan sebagai bahan hidrogenasi, terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam
lemak tak jenuh dan minyak nabati (ditemukan di margarin, dan dalam produksi
metanol. #idrogen juga merupakan sumber hidrogen pada pembuatan asam klorida.
Selain itu hidrogen juga digunakan sebagai reduktor pada bijih logam. Selain digunakan
sebagai pereaksi, #$ memiliki penerapan yang luas dalam bidang fisika dan teknik. Ia
digunakan sebagai gas penameng di metode pengelasan seperti pengelasan hidrogen
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
3/13
atomik. #$ digunakan sebagai pendingin rotor di generator pembangkit listrik karena ia
mempunyai kondukti%itas termal yang paling tinggi di antara semua jenis gas. #$ cair
digunakan di riset kriogenik yang meliputi kajian superkondukti%itas.
&aru-baru ini hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan nitrogen
(kadangkala disebut forming gas sebagai gas perunut untuk pendeteksian kebocoran
gas yang kecil. 'plikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif, kimia, pembangkit
listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi. eknologi terbaru di jepang telah di
temukan kendaraan bermotor berbahan bakar hydrogen. !engan kata lain bahwa
sumber energy di dunia mulai menggunakan gas hydrogen untuk kehidupan. )leh
karena itu, pada perancangan proses pabrik kami memilih untuk membuat pabrik hidrogen agar kedepanya dapat di terapkan di kehidupan dan menjadi salah satu
alternati%e untuk mengatasi masalah kelangkaan minyak bumi yang sudah mulai habis
khususnya di Indonesia.
"4#4 Tu5uan Perancangan
a *engetahui bahan dasar pembuatan hidrogen
b *engetahui jenis reaksi dalam pembuatan hidrogen
c *engetahui proses pembuatan hidrogen
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
4/13
+ --
-S-
#4"4 Sifat ermodinamika dan +isik &ahan &aku dan produk
&ahan baku yang digunakan dalam pembuatan hidrogen dengan menggunakan
proses steam reforming (cracking) adalah dengan menggunakan metana (# dan
karbon monoksida ().
#4"4"4 Sifat Termodinamika dan 0isik Metana (6H3)
Sifat Termodinamika dan 0isik Methane ( 6H3)
erat molekul 16,043 g/mol
Tem7eratur kritis -82,7 oC
Tekanan kritis 45,96 bar
Titik cair -182,5 oC
Panas laten 58,68 kJ/kg
Densitas cair 500 kg/m3
Titik didih -161,6 oC
Panas laten ua7 510 kJ/kg
Densitas gas 0,717 kg/m3
0aktor kom7resi 0,998
S7esifik graffiti 0,55
67 0,035 kJ/mol.K
68 0,027 kJ/mol.K
/elarutan 0,054 vol/vol
2iskositas 0,0001027 poise
#4"4#4 Sifat Termodinamika dan 0isik /arbon Monoksida
Sifat Termodinamika dan 0isik /arbon Monoksida
Rumus Molekul 28.01 g/mol
Titik Leleh -205.07
Panas Laten 30.024 K/Kg
Densitas 793.2Kg/m3
Titik Didih -191.5 oC
Temperatur Kritik -140.29 oC
Tekanan Kritik 34.94 bar
Densitas Kritik 303.91 Kg/m3
Viskositas pada 32 oF 1.65 ! 10-4 "oise
Kelarutan pada 1 atm 0 oC 0.0352 vol/vol
konduktivitas Termal 24.74 m#/m.K
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
5/13
#4"494 Sifat Termodinamika dan fisik dari gas hidrogen (H#)
Sifat Termodinamika dan fisik dari gas hidrogen (H#)
Densitas 7ada $ o6 (mol;cm9) < "$9 ,/
0aktor kom7resibilitas 7ada $ o6 0,$
/om7resibilitas adiabatik 7ada 9$$ / MPa=" b 1,2
/oefisien eks7ansi 8olume 7ada 9$$ / / =" ,222
67 7ada $ o6 >;(mol4/) c $3,45
68 7ada $ o6 >;(mol4/) c $,2
.ntal7i 7ada $ o6 >;mol c d 115,$
.nergi dalam 7ada titik lebur >;mol c d 411,0
.ntro7i 7ada titik lebur >;(mol4/) c d 025,45
/ece7atan suara m;s 0$/2iskositas mPas (?c7) ,325
/ondukti8itas termal 7ada titik lebur m;(cm4/) 0,1
/onstanta dielektrik 7ada titik lebur 0,,$10
/om7resibilitas isotermal M7a=" b -5,3/
/oefisien difusi=diri 7ada $ o6 cm#;s 6 0,$34
Difusi8itas gas dalam air 7ada #' o6 cm#;s 6 ,3 7 0-4
Diameter benturan @ m < "$"$ 6 $,5$3
Parameter interaksi A;k / 6 21,
Panas disosiasi 7ada #%B"& / k>;mol c 24,330
8atatan 9
a semua nilai pada 00,2 k"a (0 atm
b untuk kon%ersi *pa ke atm, dibagi dengan ,00
c untuk kon%ersi : ke cal, dibagi dengan ,03
d titik dasar (nilai nol untuk entalpi, energi dalam, dan entropi adalah K untuk gas
ideal pada tekanan 00,2 k"a (0 atm
#4"434 Sifat Termodinamika dan 0isik Hidrogen (6air)4
Sifat Termodinamika dan 0isik Hidrogen (6air)4
Titik leur! K "triple point# 13,947
Titik didih normal! K 20,380
$uhu kritis! K 33,18Tekanan kritis! kPa 1315
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
6/13
Densitas pada titik didih! mol%&m3 0,03520
Densitas pada titik leur! mol%&m3 0,03830
Faktor kompresiilitas! pada titik leur
titik didih
0,001621
0,01698
Titik kritis 0,3191
Kompresiilitas adiaatik! MPa'1 pada triple
point titik didih
0,00813
0,0119
Koe(sien ekspansi volume! K '1 pada triple
point titik didih
0,0102
0,0164
Panas pen)uapan! pada triple point titik didih
Cp! *%"mol+K# &
911,3
899,1
pada triple point titik didih 13,2319,70
Cv! *%"mol+K# & pada triple point titik didih 9,53
11,60
,ntalpi! *%mol & d pada triple point titik didih 438,7
548,3
,ner)i dalam! *%mol & d pada triple point titik
didih
435,0
545,7
,ntropi ! *%"mol+K# & d pada triple point titik
didih
28,7
34,92Ke&epatan suara! m%s pada triple point titik
didih
1282
1101
Viskositas! mPas pada triple point titik didih 0,0256
0,0133
Konduktivitas termal! m-%"&m+K# pada triple
point titik didih
0,73
0,99
Konstanta dielektrik pada triple point titik
didih
1,253
1,231
Te)an)an muka! d.ne%&m pada triple point titik
didih
3,00
1,94
Kompresiilitas isothermal! Mpa'1 pada triple
point titik didih
$0,0110
$0,0199
atatan 9
a untuk kon%ersi k"a ke mm #g, dikali dengan 1,4
b untuk kon%ersi *pa ke atm, dibagi dengan ,00c untuk kon%ersi : ke cal, dibagi dengan ,03
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
7/13
d titik dasar (nilai nol untuk entalpi, energi dalam, dan entropi adalah K untuk
gas ideal pada tekanan 00,2 k"a (0 atm
#4#4 Daftar Harga ahan
Caron Mono/ide "C#
Pri&e %50.00
$ie 17 &i'er
Des&ription 50 ppm / (ir
Methane "C#
Pri&e )p. 12.000.000
$ie 7000 &i'er
#494 Proses Pembuatan hidrogen
Kriteria seleksi proses dalam pembuatan gas hidrogen difokuskan dalam beberapa
faktor kandungan hidrogen dalam umpan; hidrogen yang dihasilkan dari proses; yang
meliputi biaya dari umpan; biaya modal dan operasi; energi yang dibutuhkan;
pertimbangan lingkungan; penggunaan yang diharapkan dari hidrogen.
Secara mendasar, spesifikasi proses komersial untuk pabrik hidrogen diperoleh dari
steam reforming, oksidasi parsial, gasifikasi batubara, dan elektrolisa air. !i seluruh
dunia, hidrogen sebagai bahan baku untuk industri kimia diperoleh sebagai berikut9
11< dari gas alam=petroleum, 03< dari batubara, < dari elektrolisa air, dan 0< dari
proses lain.
Semua proses ini menghasilkan hidrogen dari hidrokarbon dan air. *ekanisme
reaksinya adalah sebagai berikut 9
Steam >eforming # ? $#$) )$ ? #$
@aphtha >eforming n#$n ? $ ? n#$) n) ? ($n ?0#$
>esid "artial )Aidation #0.3 ?.53 #$) ? .40 )$ )$ ? 0.33 #$
oal Gasification #.3 ? ./ #$) ? .1 )$ )$ ? #$
Bater Clectrolysis $#$) $#$ ? )$
#494"4 Steam Methane Reforming (SMR) atau cracking
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
8/13
!ari buku (*cGraw.#ill.!ictionary.)f.Cngineering.e&ook racking adalah suatu
proses yang dilakukan untuk mereduksi berat molekular senyawa hidrokarbon dengan
cara memecah ikatan molekul-molekul dengan berbagai metode (thermal, catalytic,
hidrocracking. "roses Steam *ethane >eforming (S*> terdiri atas langkah proses9
a "emanasan stok umpan dan pemurnian (dibutuhkan karena katalis memiliki
sensiti%itas yang tinggi oleh ketidakmurnian, contohnya9 sulfur, mercury, dan
logam lainnya
b Steam reformer
c ) shift
d "S' purification (menyerap campuran lainnya selain dari #$ untuk
menghasilkan #$ mencapai 3 6 5
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
9/13
Hkuran pabrik yang umum 9
Kecil 4 - 2 @m2=jam, Sedang mencapai $4, @m2=jam, &esar lebih dari $4,
@m2=jam, Sangat besar o%er 04, @m2=jam
#434 Deskri7si Proses
#434"4 ,nit untuk menghilangkan kandungan sulfur (desul7huriCation)
Gas alam (natural gas yang disalurkan langsung melalui pipeline dari "G@
bertekanan sekitar 04 bar dan suhu $ o, dengan menggunakan kompresor
dinaikkan tekanannya hingga mencapai tekanan sekitar $/ bar dan sebagian akan
dialirkan sebagai bahan bakar di steam furnace. Gas bertekanan dari kompresor
dilewatkan melalui feed preheater dengan memakai gas yang keluar dari unit high
temperatur ) shift con%ersion sebagai media pemanas hingga suhu mencapai
04 o. Gas alam yang telah dipanaskan sampai mencapai 04 o ini akan
melewati unit desulphuriation untuk dihilangkan kandungan sulfurnya agar tidak
meracuni katalis pada %essel yang lainnya. !i dalam unit desulpuriation bisa
dibagi menjadi dua tahapan proses. "ada tahap pertama, kandungan organik sulfur
di kon%ersi menjadi #$S pada suhu sekitar 04o dengan katalis cobalt-
molybdenum (o-*o. "ada tahap kedua #$S di adsorbsi oleh senyawa Jinc
)Aide (Jn). Gas alam yang keluar dari unit desulpuriation tekananya menjadi
$4 bar dan suhunya $4 o dan kandungan sulfur harus lebih kecil dari ,4 ppm.
Kandungan sulfur harusdihilangkan karena akan menutupi permukaan katalis.
Jn) ? #$S JnS ? #$)
#434#4 ,nit Steam Reforming dengan memakai katalis Nikel
Gas alam yang telah melewati unit desulpuriation, dicampur dengan sejumlah
steam superheated yang tekananya $4 bar, temperatur 2 o dimana
perbandingan gas alam dengan steam adalah 2 mol #$)=mol (eiby, 055.
Sebelum masuk ke unit steam reformer (>-20, gas alam ini terlebih dahulu
lewatkan melalui preheater berupa coil di dalam steam reformer sampai suhu 4
o. kemudian masuk ke suatu pipa yang terdapat didalam steam reformer (>-20
dan di panaskan lewat pembakaran (burner. !idalam pipa tersebut, dengan katalis
nikel pada suhu 3 o 6 5 o gas alam diubah menjadi gas proses yang terdiri
dari #$,),)$ serta sejumlah kecil #, @$ dan steam yang tidak
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
10/13
terdekomposisi. Saat gas keluar dari sistem steam reformer (>-20 suhunya
mencapai 3$ o dan tekananya $4 bar dan harus didinginkan dengan cara
melewatkannya dari waste #eat &oiler (&oiler yang bekerja dengan menyerap
panas (C-20. !alam proses pendinginan dihasilkan Steam.
#43494 ,nit Pengubah 6O dengan suhu tinggi (High Tem7eratur 6O Shift
6on8ertion)
Gas proses yang keluar dari steam reformer akan memasuki unit pengubah )
yang berisi katalis +e dan r untuk meningkatkan gas #$. Gas proses tersebut
masuk melalui bagian atas, mengalir kebagian bawah dan terjadilah proses
pengubahan gas ) menjadi )$.+e dan r
) ? #$) )$ ? #$
>eaksi proses adalah eksotermik, temperatur gas proses yang keluar dari unit
pengubah ) meningkat menjadi sekitar 4 o.
#43434 ,nit Pendinginan gas 7roses
Gas proses yang keluar dari unit pengubah ) kemudian didinginkan dengan cara
melewatkannya pada alat penukar panas feed preheater dimana panas yang
berpindah digunakan sebagai media pemanas umpan gas alam sebelum masuk ke
reactor desulphurisasi, sehingga temperatur gas proses turun menjadi $55 o. Gas
proses dilewatkan kembali melalui penukar panas water cooler I dengan
menggunakan air pendingin biasa hingga temperatur gas proses turun menjadi 04
o. Gas proses kembali dilewatkan melalui penukar panas water cooler II dengan
menggunakan air pendingin biasa, hingga temperatur gas proses turun menjadi 44
o. Kemudian gas proses didinginkan kembali didalam water cooler III dengan
menggunakan air pendingin biasa. Sehingga suhu gas proses akhir setelah
pendinginan sekitar 2 o.
'danya proses pendinginan ini akan menyebabkan terjadinya kondensat.
Kondesat ini akan ditampung dan dipisahkan dari gas pada alat knok out drum
secara gra%itasi. !imana, fase cair dari #$) akan turun kebawah drum, sedangkan
fase gas akan naik keatas drum. !alam hal ini itu perlu diingat bahwa tidak boleh
ada steam yang lolos bersama gas, sebab alat yang dipakai selanjutnya "S'
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
11/13
("ressure swing adsorpsion, sangat peka terhadap kerusakan yang disebabkan
oleh uap air.
#434'4 ,nit 7en!era7 kotoran 7reassure sing adsorbtion (PS+) (+='$")
"reses gas yang telah didinginkan dan telah dipisahkan kandungan airnya
kemudian dilewatkan melalui alat "S' (pressure swing adsorpsion, yang
bertujuan untuk memurnikan= memisahkan #$ dari impuritisnya misalnya #$)
),)$ dan # yang tidak bereaksi. Kandungan ) dan )$ yang tersisa dalam
#$ maksimum $ ppm sedangkan # nya maksimum 4 ppm. Saat
berlangsungnya proses di "S' ini, tidak dapat dihindari terjadinya penghilangan
atau terikutnya sejumlah kecil #$ dan gas-gas yang harus dibuang (dipisahkan.Gas yang diinginkan dari unit "S' ini hanya #idrogen. Gas-gas buangan yang
dihasilkan unit "S' akan dipakai untuk bahan bakar dari Steam >eformer, setelah
dahulu disimpan dalam sebuah tangki yang disebut Surge !rum. Sistim "S' ini
terdiri dari %essel adsorber ', &, , !. *asing-masing %essel terdiri dari 2
bagian adsorben (penyerap yang berlainan 9
- "ada bagian atas, berisi Jeolite berfungsi untuk menyerap )$- "ada bagian tengan, berisi 'cti%ated arbon berfungsi untuk menyerap #- "ada bagian bawah, berisi 'cti%ated 'lumina berfungsi untuk menyerap #$)
'da cara "S' bekerja secara kontiniu
a. 'dsorption
"roses gas masuk dari bawah %essel sehingga impuritis dari proses gas diserap
oleh adsorbent dan keluar melalui bagian atas %essel. Kemurnian #$ yang keluar
sekitar 55,55 < dengan impuritis # ( 4 ppm dan )$ (4 ppm.
b. >egenerassi
ahap regenerasi dimulai dengan depresurisai, selama proses ini gas yang
dihasilkan proses depresurisasi digunakan untuk purging %essel lain yang
mengalami proses regenerasi.
c. "urging
"ada tahap ini tekanan gas dalam %essel sangat rendah mendekati ambient
pressure dan proses purging ini diambilkan dari gas %essel lain yang sedang
dalam proses depressurisasi. Gas hasil proses ini disebut purge gas (sebagai
bahan baku )$ plant dan bahan bakar burner reformer.
d. >epressuriation
"ada tahap ini tekanan %essel yang tadinya rendah dinaikkan sampai mencapai
tekanan operasi adsorbsi ($4 bar. Gas hidrogen yang telah dimurnikan akan
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
12/13
meninggalkan "S' dengan laju alir yang konstan, dengan tekanan sekitar $,4
bar sedikit dibawah tekanan gas sewaktu gas memasuki alat "S'.
#434&4 Diagram lok Diagram Proses Pembuatan *as Hidrogen dari *as +lam
dengan Proses 6racking; Steam Reforming
*as
(lam+esl
risasi
i!ig
"oi'
'eam
)eorm
er
#
K+"('orage
'ak
er
ak
C
Cover'e
r
ara )eormer
:el
:lel
gas
(ir
Koe
sor
air
"( ::
*as
-
8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa
13/13
+ ---
/.S-MP,1+N dan S+R+N
2.0. Kesimpulan
a.