BAB III Sistem Proses PUSRI [PDF]

Citation preview

BAB III SISTEM PROSES



PT Pupuk Kujang memiliki dua plant yaitu Ammonia Plant dan Urea Plant. Pabrik Amonia Kujang 1B dibangun oleh Toyo Engineering Corporation, menggunakan teknologi Reduced Energy Ammonia Process yang lisensinya dimiliki oleh Kellogg Brown & Root, Inc. (KBR). Sedangkan pada Urea Plant di PT Pupuk Kujang menggunakan sistem ACES 21. Kedua sistem ini dibangun oleh Toyo Engineering Corporation. 3.1



Plant Ammonia Pada Ammonia Plant terjadi proses produksi ammonia dengan produk



samping berupa gas karbondioksida. Kapasitas produksi ammonia pada plant ini sebesar 330.000 ton/tahun dan kapasitas produksi gas karbondioksida sebesar 483.625 ton/tahun. Sebagian besar produk ammonia dan gas karbondioksida yang dihasilkan di plant ini akan digunakan di Plant Urea sebagai bahan baku dalam pembuatan urea. Produk ammonia dikirim ke Plant Urea dalam bentuk cairan panas ataupun cairan dingin ke dalam sebuah tangki penampungan. Semua kompresor dan peralatan penggerak lain seperti pompa air umpan boiler, induced draft fan, forced draft fan, digerakan oleh steam turbin. Pada operasi normal, Plant Ammonia menyuplai steam ke Plant Urea dan off-sites. Produksi ammonia dapat diturunkan rate-nya ke 80% dari kapasitas penuh. Plant ini juga menghasilkan karbondioksida dan dan hidrogen yang dikirim ke anak perusahaan yang lain. Plant Ammonia ini beroperasi berdasarkan serangkaian proses berikut ini : (1) Unit Pemurnian Gas Alam (2) Unit Sintesis Gas (3) Unit Pemurnian Gas Sintesis (4) Kompresi Gas Sintesis (5) Pengeringan Gas Sintesis (6) Unit Ammonia Sintesis 13



14 BAB III Sistem Proses



(7) Sistem Refrigerasi (8) Unit Recovery Ammonia dan Unit Recovery Hidrogen (9) Process Condensat Stripping (10) Steam System (11) Cooling Tower System 3.1.1



Unit Pemurnian Gas Alam Gas alam yang berasal dari sumbernya masih banyak mengandung debu,



sulfur, maupun tetes cairan hidrokarbon fraksi berat yang dapat mengganggu jalannya proses produksi ammonia sehingga terlebih dahulu harus dibersihkan dari senyawa pengotornya. 3.1.1.1 Penghilangan Fraksi Berat dan Debu Sebelum dipakai untuk membuat gas sintesis, gas alam bertekanan 14,76 kg/cm2 (actual 10,4 kg/cm2) dan temperatur 32oC dialirkan ke dalam fuel/feed gas knock out drum (A-144-F), untuk memisahkan partikel-partikel halus dan tetes-tetes cairan seperti air, hidrokarbon berat dan lain-lain, karena dapat meningkatkan beban proses pemurnian serta mengurangi sintesis ammonia yang terbentuk sehingga perlu dihilangkan. Pemisahan ini dilakukan berdasarkan perbedaan berat antara gas alam dan kondensat. Gas alam keluar melalui bagian atas knock out drum, sedangkan cairan dan partikel halus keluar melalui control level otomatis di bagian bawah drum kemudian dikirim ke auxiliary boiler dan start up heater primary reformer untuk digunakan sebagai bakar. Gas alam yang keluar dari knock out drum selanjutnya dibagi menjadi dua yaitu sebanyak 80% akan mengalami proses pemurnian lebih lanjut di mercury guard chamber untuk diolah menjadi gas sintesis. Sedangkan 20% sisanya digunakan sebagai fuel gas pada auxilary boiler dan pada start up heater primary reformer.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



15 BAB III Sistem Proses



3.1.1.2 Penghilangan Merkuri Gas keluaran dari knock out drum (A-144-F) masih mengandung merkuri. Proses penghilangan merkuri menggunakan Teknologi Calgon Carbon. Merkuri dihilangkan dengan melewatkan gas alam pada mercury guard chamber (A-102D). Di mercury guard chamber ini kandungan merkuri dalam umpan dikurangi sampai kurang dari 0,01 µg/Nm3 (=0,001 ppbv), untuk mencegah akumulasi merkuri di synthesis loop. Mercury guard chamber merupakan drum berisi karbon aktif yang diimpregnasikan senyawa sulfur sehingga senyawa sulfur akan mengikat merkuri menjadi merkuri sulfide (HgS). Produk sulfida tertahan pada pori-pori butiran karbon. Reaksi pengikatan merkuri oleh sulfur tersebut ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.1. Hg + S



HgS



(3.1)



Mercury guard chamber beroperasi pada tekanan 10,9 kg/cm2 dan 32oC. 3.1.1.3 Desulfurisasi Proses desulfurisasi adalah proses untuk menghilangkan kadar sulfur yang terkandung pada gas alam sebab belerang yang terkandung dalam gas alam dapat meracuni katalis di primary reformer dan secondary reformer. Sulfur yang terdapat pada gas alam akan menempel pada bagian dinding reformer sehigga bahan baku tidak akan kontak dengan katalis. Oleh karena itu sulfur yang terkandung harus dihilangkan terlebih dahulu. Kadar sulfur yang terkandung dalam gas umpan proses dijamin oleh Pertamina tidak lebih dari 30 ppmv sulfur berupa H2S dan 10 ppmv sulfur organik (RSH). Penghilangan belerang dilakukan dalam 2 tahap. yaitu pada tahap pertama terjadi di cobalt molybdenum hydrotreater (A-101-D) dan tahap kedua di zinc oxide guard chamber (A-108-D). Cobalt molybdenum hydrotreater berfungsi untuk mereaksikan senyawa organik sulfur dengan H 2 dari HRU menjadi senyawa anorganik H2S. Sedangkan zinc oxide guard chamber berfungsi untuk menghilangkan H2S dengan cara mereaksikan antara H2S dengan zinc oxide membentuk zinc sulfide. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



16 BAB III Sistem Proses



1. Cobalt Molybdenum Hydrotreater Gas yang keluar dari mercury guard chamber dicampur dengan arus recycle hydrogen-rich synthesis gas, untuk menghasilkan kandungan hidrogen 2% volume. Kemudian gas tersebut dialirkan ke dalam single-case centrifugal feed gas compressor (A-102-J) untuk menaikkan tekanan 10,9 kg/cm2 menjadi 44,7 kg/cm2 (actual 39,5 kg/cm2). Kompresor ini dilengkapi steam turbin yang digerakkan oleh medium pressure steam. Sebagian gas yang dihasilkan dari kompresor dialirkan ke feed gas compressor kick back cooler (A-133-C) untuk didinginkan dan dikembalikan lagi ke kompresor. Hal ini dilakukan untuk menjamin kemampuan turn-down dan start-up yang baik Gas yang telah dikompresi dikirim ke feed preheat coil di unit konveksi primary reformer (A-101-B) untuk dipanaskan hingga 399oC (actual 396oC). Control valve yang bekerja secara otomatis disediakan untuk mengendalikan suhu. Pemanasan ini diperlukan untuk mencapai temperatur yang sesuai dengan proses desulfurisasi. Selanjutnya gas alam siap memasuki hydrotreater yang terdiri dari dua packed bed katalis cobalt moyibdenum sebanyak 28,3 m3. Di sini senyawa-senyawa belerang terdekomposisi, dengan reaksi yang ditunjukkan dengan reaksi 3.2 R-SH + H2 R-SR’ + 3H2



R-H + H2S R-H + R’H + H2S



(3.2) (3.3)



Gas alam yang memasuki hydrotreater tidak boleh mengandung CO2 lebih besar dari 5%, karena dapat menyebabkan kemungkinan membesarnya reaksi metanasi yang eksotermik. Adapun reaksi metanasi yang dihindari untuk terjadi adalah sebagai berikut: CO2 + H2



CO + H2O



(3.4)



CO + 3H2



CH4 + H2O



(3.5)



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



17 BAB III Sistem Proses



Panas yang timbul dari reaksi tersebut dapat menaikan suhu katalis dan dapat menyebabkan katalis dan vessel rusak. Suhu gas keluaran sekitar 393°C (actual 394oC) dan tekanan 37,7 kg/cm2 (actual 32 kg/cm2). 2. ZnO Guard Chamber Gas yang keluar dari cobalt molybdenum hydrotreater dialirkan ke dalam zinc oxide guard chamber (A-108-DA/DB) yang berisi katalis ZnO. Zinc oxide guard chamber yang dapat beroperasi secara seri atau paralel atau hanya salah satu saja tergantung pada kondisi dan kualitas umpan primary reformer yang diharapkan. Reaksi yang terjadi antara H2S dan ZnS sebagai berikut : H2S + ZnO



ZnS + H2O



(3.6)



Kondisi operasi dalam zinc oxide guard chamber berada pada tekanan 44 kg/cm2 dan temperatur 3600 - 3710C. Zinc akan mengikat sulfur di dalam bed, sehingga kandungan sulfur di effluent kurang dari 0,1 ppmv sulfur. Hal ini akan mencegah keracunan katalis pada saat reforming dan low-temperatur shift catalyst yang berada pada aliran downstream. Setelah melalui tahap zinc oxide guard chamber ini proses desulfurisasi telah selesai kemudian gas alam dapat dimasukkan ke proses selanjutnya yaitu pembuatan gas sintesis.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



18 BAB III Sistem Proses



A-108-D



A-101-B



A-144-F



A-108-DA/DB



A-102-D



E-11



Unit Sintesa



A-102-J



Gambar 3.1 Proses Pemurnian Gas Sintesis



3.1.2



Pembuatan Gas Sintesis Pada proses pembuatan gas sintesis, akan dihasilkan dua jenis gas, yaitu



gas hidrogen dan gas karbondioksida. Gas hidrogen merupakan bahan baku pada pembuatan ammonia sedangkan gas karbondioksida sebagai hasil samping akan dikirim ke Plant Urea untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan urea. Rangkaian pembuatan gas sintesis terdiri dari reforming, yaitu reaksi antara hidrokarbon dan steam untuk membentuk hidrogen, dan shift convertion, yang mengubah gas CO menjadi CO2. Reaksi reforming dilakukan dalam dua tahap yang disebut primary dan secondary reforming. Pembagian tahapan ini dilakukan untuk mempertinggi konversi dan mengurangi beban energi yang perlu disuplai. Demikian pula shift convertion dilakukan dalam dua tahap, yang pertama dengan temperatur tinggi dan yang kedua dengan temperatur rendah.



3.1.2.1 Proses Reforming Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



19 BAB III Sistem Proses



Reforming adalah suatu proses yang mengubah gas alam menjadi gas hidrogen dan gas karbonmonoksida. Proses reforming gas alam terdiri dari dua unit yaitu : primary reformer dan secondary reformer. 1. Primary Reformer Reaksi yang terjadi di primary reformer (A-101-B) adalah reaksi pembentukan hidrogen dari senyawa hidrokarbon dan steam. Gas alam yang keluar dari zinc oxide guard chamber dicampur dengan medium pressure steam dengan rasio laju alir molar steam dan gas alam yaitu 3,2 :1. Gas alam dan steam dipanaskan dengan mix feed preheater Coil di unit konveksi primary reformer. Campuran umpan dimasukkan dalam tube-tube katalis di seksi radian primary reformer. Di primary reformer terdapat 9 header yang masing-masing terdiri dari 42 tube sehingga semuanya 378 tube. Tube-tube tersebut berisi katalis nikel dengan diameter tube 3 inchi. Umpan akan mengalir melalui nickel reforming catalyst dan bereaksi membentuk hidrogen, karbonmonoksida, dan karbondioksida. Reaksi yang terjadi pada primary reformer ditunjukkan pada persamaan reaksi berikut : (1) Pada tahap awal reforming, fraksi hidrokarbon berat akan dikonversi menjadi metana HC + H2O



xCH4 + yCO2



(3.7)



(2) Reaksi reforming utama yaitu reaksi yang mengkonversi metana menjadi hidrogen dan karbonmonoksida yang bersifat endotermis dengan suhu sekitar 823°C : CH4 + H2O



CO + 3H2



(3.8)



(3) Reaksi samping yang mengubah karbonmonoksida menjadi karbondioksida yang bersifat eksotermis : CO



+ H2O



CO2 + H2 Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



(3.9)



20 BAB III Sistem Proses



Konversi hidrokarbon dengan fraksi yang lebih berat terjadi secara sempurna. Reaksi pembentukkan metana dan reaksi samping dibatasi pada kesetimbangan. Secara keseluruhan reaksi yang terjadi pada primary reformer bersifat endotermik, sehingga dibutuhkan sumber panas selama reaksi berlangsung. Sumber panas tersebut diperoleh dari hasil pembakaran fuel gas yang terjadi dalam burner di bagian atas di antara row dan tube di reformer dengan api mengarah ke bagian bawah. Suhu proses naik dari 500oC sampai 799oC dan tekanan di outlet katalis sebesar 36,2 kg/cm2. Reformer ini dirancang untuk efisiensi termal maksimum sekitar 91%. Gas keluaran primary reformer akan mengandung 66% volume hidrogen dan 13,4% volume metana dalam basis kering. Gas keluaran tersebut akan disalurkan melalui sebuah pipa yang disebut bottom header dan riser. Gas keluaran dari riser akan dikirim menuju secondary reformer melalui satu pipa besar yang disebut primary reformer effluent transfer line (A-107-D). 2. Secondary Beformer Gas yang keluar dari primary reformer dialirkan ke secondary reformer (A-103-D) melalui primary reformer effluent transfer line (A-107-D). Secondary reformer berfungsi untuk menyempurnakan reaksi pembentukkan gas sintesis dari primary reformer. Secondary reformer terdiri dari dua bagian, yaitu mixing zone atau combustion zone pada bagian atas dan reaction zone pada bagian bawah. Pada mixing zone terjadi reaksi pembakaran sehingga memberikan panas ke bagian reforming berikutnya. Suhu pembakaran adiabatic sekitar 1290oC , dan setelah reaksi endotermis, suhu outlet sekitar 990oC. Kandungan metana dari process gas dikurangi hingga 0,42% volume basis kering. Reaksi yang terjadi di combustion zone tunjukkan pada persamaan reaksi 3.10 dan 3.11.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



21 BAB III Sistem Proses



CH4 + 2O2 2H2 + O2



CO2 + 2H2O



(3.10)



2H2O



(3.11)



Reaction zone yaitu berupa packed bed yang terdiri dari 3 buah bed katalis nikel oksida. Panas hasil reaksi pembakaran digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis. Suhu gas di bed katalis pertama 1100-1200°C dan tekanan 36,2 kg/cm2, sampai temperatur keluaran secondary refomer menjadi 989,8°C dan tekanan 34,6 kg/cm2. Kadar CH4 dalam gas yang keluar dari secondary reformer ± 0,42%. Reaksi pada reaction zone, yaitu: CH4 + H2O



CO + 3H2



(3.12)



CO



CO2 + H2



(3.13)



+ H2O



Reaksi yang terjadi pada secondary reformer



sama dengan



primary reformer tetapi panas yang diperlukan berasal dari pembakaran langsung dengan udara yang dimasukkan ke reaktor. Pada tahap secondary reforming terjadi efisiensi panas karena tidak ada panas yang hilang seperti pada primary reformer stack. Jumlah udara diatur agar perbandingan mol gas H2 dan N2 yang keluar mempunyai perbandingan mol yang cocok untuk proses sintesis ammonia. Udara yang ditambahkan berasal dari kompresor sentrifugal (A-101-J). Udara yang sudah dikompresi dipanaskan di unit konveksi primary reformer. Pemanasan ini dilakukan agar transfer hasil reforming (konversi)



di secondary reformer maksimal, sehingga



meminimalkan fuel yang diperlukan dan mengurangi volume katalis secondary reformer yang mahal. Kompresor udara jenis sentrifugal ini digerakan oleh steam turbin. Kompresor ini mempunyai empat tahap dalam dua casing. Kompresor dilengkapi dengan air filter (A-101-JLI), inter stage cooler (A-101JCA, JCB, JCC), dan inter stage knockout drums. Untuk menurunkan Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



22 BAB III Sistem Proses



beban kompresor dapat dilakukan dengan venting udara berlebih yang terkompresi. Kompresor tersebut menyuplai udara 2000 Nm3/jam untuk instrumen dan udara pabrik ke plant ammonia, plant urea, dan plant utilitas. Gas panas yang keluar dari secondary reformer dimanfaatkan untuk memproduksi steam bertekanan tinggi (sekitar 105 kg/cm2 ) di waste heat boiler (A-101-C). Gas tersebut dialirkan ke HP steam superheater



(A-102-C).



Pengaturan



by-pass



diberikan



untuk



mempertahankan suhu umpan sebesar 371oC di high temperatur shift converter (A-104-D1) yang terletak di downstream. Bypass juga memberikan fleksibilitas pada bagian boiling dan superheating. 3.1.2.2



Shift Converter Gas yang keluar dari secondary reformer mengandung gas CO yang



merupakan hasil dari reaksi reforming. Gas CO ini akan dikonversi menjadi CO 2 sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan urea. Konversi CO menjadi CO2 dilakukan pada shift converter (A-104-D1). Reaksi konversi CO tersebut ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.14. CO + H2O



CO2 + H2



(3.14)



Reaksi yang terjadi merupakan reaksi eksotermis dan di batasi oleh keseteimbangan kimia. Konversi ke kanan akan bertambah apabila temperatur reaksi diturunkan sehingga CO2 yang dihasilkan semakin besar. Akan tetapi, kecepatan reaksi akan berkurang. Oleh karena itu reaksi ini terjadi dalam dua tahap, yaitu reaksi utama yang terjadi di high temperature shift converter (A-104D1) dan reaksi samping yang terjadi di low temperature shift converter (A-104D2). Kedua bagian converter ini terdapat dalam satu bangunan yang sama yang di dalamnya terdiri dari dua bagian yang terpisah. High Temperature Shift Converter (HTS) befungsi untuk mempercepat reaksi konversi , sedangkan Low Temperature Shift Converter (LTS) berfungsi untuk memperbesar laju konversi. Adapun katalis yang digunakan pada HTS converter adalah copper promoted iron Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



23 BAB III Sistem Proses



catalyst, sedangkan katalis yang digunakan pada LTS converter adalah Cu/Zn. Penggunaan kedua katalis tersebut (HTS/LTS) mengurangi jumlah residu CO yang mengurangi jumlah metana yang akan terbentuk di methanator downstream, dan masuk ke synthesis loop. Gas keluaran atau produk akhir dari proses reforming ini adalah N2, H2, CO2, H2O, dan sedikit gas CO yang selanjutnya produk tersebut akan dialirkan ke unit pemurnian gas sintesis. 1.



High Temperatur Shift Converter (HTS) Gas yang masuk pada HTS memiliki temperatur



sekitar



371oC dengan tekanan 33,3 kg/cm2. Reaksi yang terjadi pada HTS adalah reaksi eksotermis sehingga temperatur gas keluar sekitar 434 o



C. Gas alam yang keluar dari HTS mengandung karbonmonoksida



sekitar 3,4% volume basis kering. Sebelum masuk ke LTS, gas yang keluar dari HTS didinginkan terlebih dahulu di HTS effluent steam generator (A103-C1/C2). Selain itu terdapat arus bypass untuk mengatur suhu inlet LTS (209oC) dan suhu outlet (231oC). LTS full by pass digunakan jika katalis LTS akan diganti atau adanya keadaan darurat. 2.



Low Temperatur Shift Converter (LTS) LTS dioperasikan minimal pada suhu inlet 209°C dan suhu outlet 231oC. Tekanan operasi adalah 33,1 kg/cm2. Reaksi yang terjadi berlangsung lambat tetapi konversi yang terjadi tinggi. Gas keluaran LTS mengandung gas karbonmonoksida seritar 0,3% volume. Aliran keluaran LTS didinginkan dan akan terbentuk steam kondensat pada serangkaian heat exchanger, yaitu :  A-131-C



LTS effluent/BFW exchanger (T>210oC)



 A-105-C



CO2 stripper reboiler (T>134oC) Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



24 BAB III Sistem Proses



 A-106-C



LTS effluent/LP BFW exchanger (T>65oC)



Air kondensat akan dipisahkan di raw gas separator (A-102F1) dan dipompa oleh process condensate pump (A-121-J/JA ke process condensate stripper (A-150-E). temperatur di raw gas separator dikontrol untuk menjaga keseimbangan air di aliran downstream sistem aMDEA. Tingginya temperatur di raw gas separator akan meningkatkan uap air yang masuk ke absorber.



A-103-C1,C2



A-104-D2



E-6



A-101-B



Gas dari Unit Pemurnian



A-103-D



Udar a



Unit Pemurnian Gas Sintesis



A-101-C A-102-C



Stea m A-102-J



Gambar 3.2 Unit Pembuatan Gas Sintesis 3.1.3 Proses Pemurnian Gas Sintesis Unit ini bertugas menyiapkan bahan baku ammonia converter , yang berupa gas N2 dan H2. Gas–gas yang lain seperti CO dan CO 2 perlu dipisahkan karena gas tersebut merupakan racun bagi katalis di ammonia converter. Gas CO2 dibutuhkan sebagai bahan baku pembuatan urea, sehingga gas ini diambil dengan cara diserap dengan larutan penyerap di unit CO2 absorber, kemudian di lakukan pelepasan di unit CO2 stripper. Kemudian gas sintesis dibersihkan lebih lanjut dari sisa CO 2 dan CO yang masih ada di methanator dengan cara mereaksikan CO2 dan CO yang tersisa dengan gas H2 sehingga menjadi gas metana sebagai inert agar tidak merusak katalis di ammonia converter. Proses perubahan CO dan CO2 menjadi CH4 disebut proses metanasi. 3.1.3.1 Penghilangan Gas CO2 1. Absorbsi CO2 Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



25 BAB III Sistem Proses



Gas yang keluar dari LTS dimasukkan ke CO2 absorber ( A-101E) melalui sparger dibagian menara. CO2 absorber ini tersusun dari empat buah bed berisi slotted ring. absorben yang digunakan untuk proses absorpsi pada unit CO2 removal di Plant Ammonia 1b. Absorben yang digunakan adalah larutan aMDEA (activated Methyl Diethanol Amine) yang berada dibawah lisensi BASF dengan konsentrasi sebesar 40% wt dengan activator 2-4%. Sistem absorbsi ini dirancang untuk mengurangi kandungan CO2 dari sekitar 18%-v menjadi 600 ppmv basis kering. Gas dialirkan melalui bagian bawah CO2 absorber (A-101-E) yang langsung dikontakkan dengan aliran lean solution aMDEA yang dipompakan oleh lean solution pump A-107-JA, JB, JC ke bagian atas absorber. Larutan aMDEA tersebut selanjutnya menyerap CO2 yang terkandung dalam gas proses. Proses absorbsi berlangsung pada kondisi operasi temperatur 47-80oC dan tekanan sebesar 32,2 kg/cm2. Gas proses yang keluar dari bagian atas absorber masuk ke dalam CO2 absorber overhead KO drum (A-102-F2) untuk memisahkan pelarut yang terbawa aliran gas proses, kemudian mengalir ke dalam methanator (A-106-D). Gas yang keluar dari bagian atas absorber diharapkan kadar CO2-nya di bawah 0,1% volume. Kelebihan syngas yang berasal dari absorber overhead KO drum dikirim ke fuel gas preheater (A-101-BCFU). Aliran rich solution aMDEA (kaya akan CO2) keluar dari bagian bawah absorber melewati hydraulic turbine (A-107-JAHT) untuk power recovery yang dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan pompa A-107-JA untuk memompa lean solution menuju absorber. Kemudian rich solution aMDEA dialirkan untuk masuk ke CO2 stripper (A-102E) untuk melepas CO2. 2. CO2 Stripper



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



26 BAB III Sistem Proses



CO2 stripper (A-102-E) merupakan alat yang digunakan untuk melepas CO2 dari larutan aMDEA.



CO2 stripper terdiri dari tiga



bagian, yaitu : 



Bagian atas : Contact Cooler (unit pendinginan)







Bagian tengah : Low Pressure Flash







Bagian bawah : Stripping Section (unit pelucutan) Rich solution dari hydraulic turbine masuk melalui low pressure



flash section yang akan meningkatkan pelepasan CO2 dengan adanya penurunan tekanan yang mengakibatkan tekanan parsial CO2 meningkat sehingga CO2 akan terlepas dalam fasa uap dari larutan aMDEA. Semi lean solution pump (A-108-J) memompa larutan aMDEA yang mengandung sedikit CO2 (semi lean solution aMDEA) dari bawah LP flash section melalui lean/semi lean solution exchanger (A-112-C) ke bagian atas stripper section. Exchanger tersebut merecovery panas dari lean solution yang meninggalkan stripper section. Larutan aMDEA yang keluar dari stripper section dipanaskan kembali dengan menggunakan CO2 stripper reboiler (A-105-C) pada temperatur 124oC kemudian dengan steam bertekanan rendah di CO2 stripper reboiler A-111-C. Karbondioksida dan steam yang keluar dari bagian low pressure flash didinginkan oleh condensed water sampai temperatur 38 oC di siksi contact cooler. Air tersebut dialirkan melalui CO2 stripper quench cooler (A-107-C) oleh stripper quench pump (A-116-J/JA). Pendinginan dilakukan dalam plate heat exchanger karena luas kontak yang dihasilkan lebih efisien. Pendinginan dilakukan dari temperatur 70oC hingga 38oC dengan tujuan aMDEA dan steam yang terbawa dapat berubah menjadi kondensat dan tidak terbawa aliran CO2. Selain itu, temperatur yang harus dipenuhi oleh produk CO 2 sebagai bahan baku pembuatan urea adalah antara 35-40oC. Aliran CO2 dengan kemurnian 99%-v basis kering dikirim ke pabrik urea, Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



27 BAB III Sistem Proses



sdangkan sisa karbondioksida dibuang ke udara lingkungan pada pressure control. Larutan aMDEA dari stripper didinginkan di lean/semilean solution exchanger (A-112-C). Larutan aMDEA akan didinginkan lebih lanjut menggunakan cooling water di lean solution cooler (A110-C) dan akan didinginkan kembali dengan air umpan boiler di lean solution BFW exchanger (A-109-C). Setelah pendinginan, larutan aMDEA akan dikirim ke bagian atas absorber dengan lean solution pumps A-107-JA, JB, JC. Larutan aMDEA akan melewati aMDEA solution filter (A-104-L) untuk menghilangkan partikel padat dari larutan. Ke Plant Urea



A-102-E



A-101-E



Gas dari Unit Sintesis



P-2



P-1



A-102-F1 A-107-JAHT



Untuk Bahan Bakar Primary Reformer



A-107JA,JB,JC



A-111-J



A-102-F2



A-114-F



Ke A-114-C



Gambar 3.3 Unit Pemurnian Gas Sintesis 3.1.3.2 Methanator Gas keluar dari absorber masih mengandung CO dan CO2 sisa yang merupakan racun di ammonia converter sehingga perlu dikonversi menjadi metana. Reaksi ini berlangsung dalam methanator (A-106-D). Gas proses dari A-102-F2 (47oC) dipanaskan di methanator feed/effluent exchanger (A-114-C) sampai temperatur 310oC dan di methanator preheater ALaporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



28 BAB III Sistem Proses



172-C1(316oC). Bypass dibuat di sekitar methanator feed/effluent exchanger untuk mengontrol temperatur. Gas tersebut kemudian dialirkan melalui methanator (A-106-D) yang mengandung katalis nikel. Methanator effluent didinginkan berlawanan arah dengan umpan methanator di A-114-C (82oC) dan dengan air pendingin di methanator effluent cooler A-115-C1/C2 (38oC). Condensed water dipisahkan di syngas compressor suction drum (A-104-F). Sejumlah kecil syngas di-recycle dari A-104-F ke umpan gas kompresor, untuk menyediakan hidrogen untuk sulfur removal step. Reaksi yang terjadi pada methanator merupakan reaksi kebalikan yang terjadi pada primary reformer yaitu tekanan parsial steam rendah dan temperatur rendah. Karbonmonoksida dan karbondioksida direaksikan dengan hidrogen membentuk metana dan air. Reaksi tersebut ditunjukkan pada persamaan reaksi berikut CO2 + H2



CO + 2 H2O



(3.15)



CO + 3H2



CH4 + H2O



(3.16)



Kedua reaksi di atas merupakan reaksi eksotermis yang dapat menyebabkan kenaikan temperatur dan berpotensi terjadinya overheat pada reaktor. Sehingga gas yang masuk methanator dibatasi kadar CO dan CO2 nya maksimum 0,1% untuk CO2 dan 0,6 % untuk CO. Karena secara teoritis 1% CO 2 mampu menaikkan suhu sebesar 77oC. Temperatur operasi di methanator yaitu sekitar 316 sampai 345oC dengan tekanan sekitar 31 kg/cm2. karbondioksida dan karbonmonoksida dalam gas sintesis



Kandungan



dikurangi menjadi



sekitar 5 ppmv. Di methanator disediakan sistem shutdown otomatis untuk mencegah terjadinya overheating. Reaktor tersebut akan di-purged backwards dengan nitrogen dan gas tersebut akan di-vented.



3.1.4 Sytnhesis Gas Compression



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



29 BAB III Sistem Proses



Gas



sintesis



dari



syngas



compressor



suction



drum



(A-104-F)



dikompresikan dari 30,5 kg/cm2G ke synthesis loop pressure sekitar 144,6 kg/cm2G dengan menggunakan centrifugal synthesis gas compressor (A-103-J) yang digerakan oleh steam turbin. Debit keluaran dari kompresor didinginkan di synthesis gas compressor intercooler (A-116-C) sampai temperatur 38oC, kemudian didinginkan kembali di synthesis gas compressor interstage chiller (A-129-C) sampai temperatur 4,3oC. Pendinginan selanjutnya dilakukan di refrigerasi ammonia dengan mendinginkan gas diatas titik beku air untuk menghilangkan air dengan mengkondensasikan sebelum masuk ke molecular sieve driers. Air kondensat akan dipisahkan di synthesys gas compressor first stage separator (A-105-F). Kondensat dari A-105F dibiarkan mengalir ke syngas compressor suction drum (A-104-F). Syngas dari syngas compressor first stages separator (A-105-F) mengalir ke drying system untuk dikeringkan, kemudian dikompresi ke second casing (A103-J). A-103-J ini dilengkapi syngas compressor kicback cooler (A-134-C) untuk menurunkan beban kompressor dan mencegah terjadinya surging. Proses terakhir di kompresor yaitu mengompresi synthesis loop recycle gas dari ammonia separator (A-106-F). 3.1.5 Synthesis Gas Drying Molecular sieves drier digunakan untuk menghilangkan air dan sisa karbondioksida yang merupakan racun katalis pada ammonia converter. Gas sintesis dingin dari syngas compressor first stage separator (A-105-F) dialirkan melalui salah satu dari dua molecular sieve drier (A-109-DA/DB). Driers dipacking dengan molecular sieve desiccant. Di drier, kelembaban



gas akan



dikurangi menjadi di bawah 0,5 ppmv dan kandungan karbondioksida dibawah 1 ppmv. Terdapat dua molecular sieve drier yang beroperasi secara seri. masingmasing beroperasi selama 12 jam sementara drier lain diregenerasi atau stand-by. Drier tersebut dapat diregenerasi didinginkan selama 8 jam, dan stand-by selama 4 jam. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



30 BAB III Sistem Proses



Regenerasi drier menggunakan hydrogen lean off-gas yang berasal dari hydrogen recovery unit. Off-gas terlebih dahulu dikeringkan di molecular sieve regeneration gas drier (A-111-D) untuk menghilangkan uap air yang terdapat pada off-gas. Drier ini juga memerlukan regenerasi yang dilakukan dengan dried synthesis gas. Regenerasi dan pendinginan dapat dilakukan dalam 4 jam atau kurang dan dilakukan setiap 48 jam (setelah 4 x 8 jam dari regenerasi A-109DA/DB). Selama regenerasi driers, gas yang akan mergenerasi terlebih dahulu dipanaskan dengan big pressure steam sampai temperatur sekitar 288oC di molecular sieve regeneration heater (A-173-C). Selama pendinginan A-173-C di-bypass. Spent regeneration gas dikirim ke primary reformer fuel system. Jika syngas digunakan untuk regenerasi, spent gas dapat juga di recycle ke umpan methanator. Pada semua driers, pengeringan merupakan downflow sedangkan regenerasi dan pendinginan merupakan upflow. Selama startup atau jika hydrogen recovery unit rusak, dry synthesis gas dapat digunakan untuk regenerasi molecular sieve driers (A-109-DA/DB). A-129-C



A-109DA/DB



A-116-C A-105-F



A-104-F A-115-C1/C2



A-106-D



A-114-C Ke Ammonia Converter



Dari A-102-F2



A-103-J



Gambar 3.4 Metanator, Unit Kompresi Gas, dan Unit Sintesis Gas Drying 3.1.6 Unit Sintesis Ammonia Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



31 BAB III Sistem Proses



Unit sintesis ammonia berfungsi untuk mereaksikan H2 dan N2 dengan komposisi 3 : 1 menjadi ammonia pada kondisi normal yaitu dengan temperatur 3600-5000C dan tekanan 140-150kg/cm2. Adapun faktor-faktor yang berpengaruh terhadap operasi, yaitu



temperatur, tekanan, space velocity, perbandingan



hidrogen terhadap nitrogen. Reaksi sintesis ammonia terjadi dengan menggunakan katalis Fe. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermik dan dibatasi oleh kesetimbangan kimia. Ammonia yang dihasilkan dari reaksi ini memiliki konsentrasi sebesar 16,3% volume. Reaksi sintesis ammonia tersebut ditunjukkan pada persamaan reaksi N2 + 3H2



2NH3



(3.17)



Makeup dan recycle gas yang keluar dari centrifugal synthesis gas and recycle compressor (A-103-J) dialirkan menuju ammonia converter feed/effluent exchanger (A-121-C) untuk dipanaskan terlebih dahulu sebelum masuk menuju converter. Temperatur gas masukkan akan naik dari semula 55oC menjadi 238oC. Preheated gas mengalir ke ammonia synthesis converter (A-105-D). Makeup gas dapat ditambahkan ke synthesis loop upstream converter yang telah dikeringkan di A-109-D. Hal ini dilakukan untuk mengurangi konsentrasi ammonia di bagian inlet converter sehingga reaksi yang dapat dicapai setiap sirkulasi menjadi lebih banyak dan kebutuhan recycle pun akan berkurang. Ammonia converter menggunakan desain KBR dengan dua bed horizontal. Converter memiliki basket yang dapat dilepas, basket tersebut termasuk kompartemen katalis dan built-in heat exchanger. Pola aliran gas dalam konverter diatur sedemikian rupa sehingga semua gas sintesis melalui semua katalis sehingga semua konversi terjadi secara maksimum. Umpan converter mengalir ke dalam anulus bagian luar shell converter untuk menjaga shell tetap dalam kondisi dingin. Kemudian gas tersebut mengalir melalui bagian shell ammonia converter interchanger (A-122-C). Pada ammonia converter interchanger, gas dipanaskan terlebih dahulu sebelum memasuki bed pertama. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan gas yang keluar dari bed itu secara berlawananan. Kemudian gas tersebut mengalir ke bed katalis pertama melalui tube side (A-122-C) dan melalui Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



32 BAB III Sistem Proses



bed katalis kedua yang terdiri dari dua kompartemen untuk mencapai kecepatan gas yang sesuai. Arah aliran ke bawah melalui masing-masing bed katalis. Bypass pada A-121-C menyebabkan suhu umpan converter dapat dikurangi. Bypass pada A-123-C menyebabkan suhu umpan dapat dinaikkan. Cold bypass disekitar anulus A-122-C membuat pengaturan suhu inlet pada bed kedua bed katalis. Secara bersama-sama, tiga bypass ini membuat kontrol suhu inlet masing-masing bed katalis untuk memproduksi ammonia yang maksimum. Synthesis catalyst yang masih baru perlu diaktifkan (direduksi). Hal ini disempurnakan dengan synthesis gas dari ujung depan unit ammonia. Gas tersebut disirkulasi melalui synthesis loop oleh centrifugal synthesis gas compressor (A103-J) dan dipanaskan di startup heater (A-102-B). kondisi di converter dikontrol untuk mendapatkan kecepatan reduksi sesuai dan reduksi yang sempurna. Reduksi katalis ini menghasilkan air yang kemudian dipisahkan di ammonia separator (A106-F). Untuk mencegah air membeku di ammonia unitized chiller (A-120-C), ammonia ditambahkan secara upstream dari ammonia unitized chiller (A-120-C) dengan menggunakan ammonia injection pump (A-120-J). Ammonia cair yang dihasilkan (mengandung sekitar 80% air) dikeluarkan dari ammonia separator (A106-F) ke ammonia letdown drum (A-107-F). Ammonia cair tesebut dikirim secara off-sites. Untuk mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk mereduksi katalis, sebaiknya katalis di bed pertama converter diberikan pre-reduced. Startup heater (A-102-B) juga digunakan pada saat startup, untuk memanaskan katalis sampai suhu memungkinkan terjadinya reaksi sintesis sendiri. 3.1.7 Converter Effluent Cooling and Separation Effluen dari synthesis converter mengalir melalui ammonia converter effluent steam generator (A-123-C1/C2) dengan tujuan untuk menurunkan temperatur aliran dari 447oC menjadi 261oC. Kemudian didinginkan kembali di ammonia converter feed/effluent exchanger A-121-C sampai temperatur 72oC dan didinginkan kembali di ammonia converter effluent cooler (A-124-C) sampai temperatur 38oC. Ammonia akan mulai terkondensasi di ammonia converter Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



33 BAB III Sistem Proses



effluent cooler (A-124-C). Penurunan temperatur tersebut dilakukan dengan menggunakan air pendingin untuk mengambil panas aliran produk secara downstream. Pendinginan dan pengkondensasian ammonia terakhir terjadi di dalam ammonia unitized chiller (A-120-C). suatu heat exchanger yang dirancang khusus untuk mendinginkan converter effluent



dengan pendinginan



pada empat



tingkatan temperatur dalam refrigerant flash drums A-120-CF4, 3, 2, 1. Pendinginan tambahan converter effluent diberikan



di A-120-C oleh heat



exchanger dengan synthesis gas dingin yang kembali dari ammonia separator (A106-F). Secara mekanis, A-120-C terdiri dari multiple concentric tubes yang melalui kompartemen boiling ammonia. Recycle dari A-106-F mengalir melalui inner tubes secara counter current terhadap converter effluent yang mengalir secara annular space di antara tubes. Dengan cara ini, converter effluent didinginkan dari bagian luar shell ammonia refrigeration, dan dari bagian dalam tube oleh recycle gas yang dingin. Effluen dari A-120-C memiiliki temperatur -18oC sehingga terbentuk produk ammonia cair. Ammonia yang terkondensasi akan dipisahkan di ammonia separator (A-106-F). Recycle gas dipanaskan kembali di A-120-C dan dikirim ke centrifugal synthesis gas compressor (A-103-J). Setelah dipanaskan hingga mencapai temperatur 30oC, selanjutnya aliran gas sisa dan ammonia uap dibagi menjadi aliran suction kompresor (A-103-J) dan aliran gas recycle menuju ammonia recovery unit (aliran purging). Proses purging dilakukan untuk mencegah akumulasi inert argon dan metana dalam synthesis loop yang dapat mengurangi produk ammonia yang terbentuk di dalam ammonia synthesis converter. Laju gas buang diatur untuk mempertahankan gas inert di umpan ammonia converter sekitar 8% volume. Ammonia cair dari A-106-F. di semprotkan ke ammonia letdown drum (A107-F). Di dalam ammonia letdown drum, produk ammonia cair mengalami flashing. Uap yang di-flashed kebanyakan merupakan synthesis gas yang larut.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



34 BAB III Sistem Proses



Uap hasil flashing dikirim ke Ammonia Recovery Unit (ARU), bercampur dengan aliran purge. 3.1.8 Sistem Refrigerasi Sistem pendinginan ini berfungsi untuk -



Pendinginan ammonia unitized chiller (A-120-C) untuk membentuk kondensasi ammonia di converter.



-



Pendinginan gas sintesis dari A-129-C.



-



Mendinginkan produk ammonia dingin.



-



Mengondensasikan uap ammonia dari sistem recovery ammonia



-



Mengondensasikan uap yang berasal dari off-site tangki penyimpanan ammonia



Sistem refrigerasi secara keseluruhan beroperasi pada empat level yaitu sebagai berikut : (1) (A-120-CF4) : 16,6oC dan 6,8 kg/cm2G (2) (A-120-CF3) : -2,2oC dan 3,0 kg/cm2G (3) (A-120-CF2) : -17,8oC dan 1,1 kg/cm2G (4) (A-120-CF1) : -33,3oC dan 0 kg/cm2G Sistem refrigerasi digerakkan oleh two case, four stage ammonia refrigerant compressor (A-105-J). Kompresor digerakan oleh steam turbin yang dilengkapi dengan refrig compressor second stage intercooler A-167-C dan refrig compressor third stage intercooler A-128-C. uap ammonia dari berbagai chiller dan storage tank diumpankan ke stage yang sesuai pada A-105-J). Kompressor tersebut memiliki kickbacks pada masing-masing compression stage untuk menurunkan beban kompresor dan mencegah terjadinya surging. Uap ammonia yang keluar dari A-105-J dikondensasikan di refrigerant condenser (A-127-C). Effluen dari A-127-C dialirkan ke refrigerant receiver (A109-F). uap yang belum terkondensasi akan masuk ke bagian atas refrigerant receiver. Di sini, ammonia dikondensasikan melalui kontak langsung dengan aliran ammonia dingin yang berasal dari A-107-F. Lajunya diatur untuk mencapai



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



35 BAB III Sistem Proses



temperatur -9oC di scrubbed gas (gas yang dibuang). Scrubbed gas masih mengandung sedikit ammonia dan dikirim ke ammonia recovery system. Cairan ammonia dari ammonia letdown drum (A-107-F) dikirim ke A120-CF1 yang merupakan bagian paling dingin di unitized chiller. Produk yang dihasilkan dipompa dengan menggunakan cold ammonia product pump A-124-J. sekitar 5 ton/jam ammonia dari ammonia letdown drum (A-107-F) dikirim ke chiller section A-109-F. sekitar 64 ton/jam ammonia cair dari A-109-F di recycle ke A-120-CF4 dimana ammonia melewati A-120-C. Suatu connection disediakan menginjeksikan 0,2% w dari kondensat steam ke ammonia dingin yang dikirim ke tangki penampungan untuk memproteksi dari korosi retak tegang. Sistem refrigerasi ini akan menghasilkan dua jenis produk ammonia yaitu berupa cairan ammonia hangan dan cairan ammonia dingin. Process Flow Diagram dan Material Balance menunjukkan 100% produk hangat dan juga dapat menghasilkan 100% produk ammonia dingin. Untuk semua operasi aliran ammonia dingin, bagian utama cairan ammonia dari ammonia letdown drum (A-107-F) dialirkan ke A-120-CF1, yang merupakan bagian paling dingin di unitized chiller. Dari A-120-CF1, produk dipompa dengan menggunakan Cold Ammonia Product Pump (A-124-J). Sekitar 5 ton/jam ammonia dari ammonia letdown drum (A-107-F) dikirim ke chiller section (A-109-F). Sekitar 64 ton/jam cairan ammonia dari A-109-F di recycle ke A-120-CF4, dimana aliran ammonia akan jatuh melalui kompartemen di A-120-C. Untuk mencegah terjadinya korosi retak tegang pada tangki penyimpanan ammonia, cairan ammonia dingin akan diinjeksikan 0,2%w steam condensate. Pada operasi normal, kebanyakan produk yang dihasilkan merupakan ammonia panas. Cairan ammonia dari ammonia letdown drum (A-107-F) dikirim ke A-120-CF4, yang merupakan bagian paling panas di unit chiller. Dari sini, ammonia mengalir ke bawah melalui kompartemen A-120-C, hal ini diperlukan untuk mengisi refrigerasi. Produk ammonia panas diambil dari refrigerant receiver (A-109-F), yang dipompa dengan menggunakan war ammonia product pump (A-113-J). sekitar 7 ton/jam ammonia yang lebih dingin dari ammonia letdown drum (A-107-F)



dialirkan ke suction A-113-J untuk memperoleh Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



36 BAB III Sistem Proses



temperatur batter-limit yang diperlukan 30oC dari produk ammonia panas. Sekitar 3 ton/jam ammonia dari ammonia letdown drum (A-107-F) dikirim ke chiller section A-109-F. Sebagian kecil produk dingin mungkin perlu diambil dari A120-CF1 untuk mencegah penambahan air di refrigeration system. Pada kondisi normal, 500 kg/jam ammonia cair dingin dibawa dalam fase uap dari storage tank ammonia akan meminimalkan



risiko penambahan air di A-120-CF. Produk



dingin akan dipompa ke off-site storage oleh cold ammonia pump (A-124-J). Sekitar 15 ton/jam ammonia cair akan direcycle dari A-109-F ke A-120-CF4 untuk mencukupi kebutuhan di refrigeration system. Sekitar 5 ton/jam ammonia cair dari A-120-CF4 digunakan sebagai pendingin (refrigerant) di A-129-C. Chiller ini beroperasi dengan refrigerant pada 1oC dan dengan tekanan 3,5 kg/cm2 untuk mencegah pembentukan es pada bagian proses. vaporized refrigerant dikembalikan ke A-120-CF3. Return vapour yang berasal dari off-site ammonia storage tank bergabung dengan vapour dari A120-CF1 ke A-105-J. Selama startup pabrik ammonia, refrigeration system diisi oleh ammonia cair dari off-site storage tank.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



37 BAB III Sistem Proses



A-126-C



A-127-C



A-167-C



Ke A-103-E



A-105-J A-107-F



A-109-F



A-103-J



A-123-C1/C2



A-121-C



A-120-CF4/CF3/CF2/CF1



A-106-F Tangki Ammonia Dingin A-124J,JA A-106-D



Ke Plant Urea Ke A-104-E



A-113-J,JA



Gambar 3.5 Proses Sintesis Ammonia dan Sistem Refrigerasi 3.1.9 Sistem Recovery Proses recovery pada ammonia plant terbagi menjadi dua unit, yaitu Ammonia Recovery Unit (ARU) dan Hydrogen Recovery Unit (HRU). Unit ARU bertujuan untuk memanfaatkan kembali ammonia sebagai bahan baku sintesis urea. Sedangkan unit HRU bertujuan untuk memanfaatkan kembali gas buang (purge gas) dari daur gas sintesis pabrik ammonia yang sebagian besar mengandung gas hidrogen. 3.1.9.1 Ammonia Recovery Unit (ARU) Proses recovery ammonia terbagi menjadi dua, yaitu proses scrubbing dan prosess stripping. Proses scrubbing memiliki dua proses yang berbeda, yaitu dengan tekanan tinggi di dalam HP ammonia scrubber (A-104-E) dan tekanan rendah di dalam LP ammonia scrubber (A-103-E). Aliran yang mengalami proses scrubbing pada A-103-E bersumber dari uap keluaran refrigerant receiver (ALaporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



38 BAB III Sistem Proses



109-F) dan ammonia letdown drum (A-107-F), sedangkan pada HP ammonia scrubber (A-104-E) bersumber dari aliran gas purge dari bagian synloop. Proses scrubbing dilakukan dengan water wash yang berasal dari kondensat steam dari ammonia stripper (A-105-E). Setelah melalui proses scrubbing, kemudian ammonia di-recovery pada ammonia stripper dengan bantuan panas dari steam bertekanan medium. Overhead gas dari HP scrubber dikirim ke HRU. Overhead gas dari LP scrubber dikirim ke fuel gas. Larutan ammonia dari LP ammonia scrubber dipompakan oleh LP ammonia scrubber pump (A-140-J,JA)



dicampur dengan aliran ammonia



keluaran HP ammonia scrubber (A-104-E). Sebelum masuk ke dalam ammonia stripper (A-105-E), aliran campuran dipanaskan di dalam ammonia stripper fees/effluent exchanger A-141-C1,C2 dengan menggunakan aliran kondensat keluaran stripper. Selanjutnya aliran ammonia tersebut dikirim ke ammonia stripper dengan temperatur inlet stripper 160oC. Cairan ammonia refluks diberikan dibagian atas stripper yang berasal dari warm product pump (A-113-J). Gas murni ammonia keluar melalui bagian atas stripper lalu dikirim menuju refrigerant condenser (A-127-C) pada temperatur 65oC, sedangkan aliran kondensat keluar melalui bagian bawah untuk digunakan kembali untuk proses absorpsi. Pada bagian bawah stripper, aliran kondensat dipanaskan di dalam ammonia stripper reboiler (A-140-C) yang menggunakan steam bertekanan medium dari steam header. Tujuan pemanasan ini adalah agar seluruh ammonia dapat terlepas hingga bagian bawah stripper. Selanjutnya aliran steam condensate dari reboiler diigunakan untuk make up air ke ammonia recovery system. Aliran kondensat ini didinginkan berlawanan dengan umpan stripper di A-141-C1,C2 dan ammonia stripper effluent cooler (A-142-C) dengan cooling water hingga suhu 38oC. Setelah didinginkan, aliran kondensat terbagi menjadi dua untuk LP dan HP ammonia scrubbers. Sebelum masuk ke dalam A-104-E, kondensat dipompakan terlebih dahulu dengan HP ammonia scruber pump (A-141-J,JA) agar memenuhi tekanan yang diperlukan. Aliran kondensat memasuki bagian atas scrubber dan proses absorpsi berlanjut kembali. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



39 BAB III Sistem Proses



Bypass disediakan disekitar scrubber. Hal ini membuat plant ammonia dapat beroperasi tanpa ammonia recovery system. Ammonia recovery system memiliki 10% kapasitas tambahan untuk memberikan fleksibilitas dalam operasi pabrik. A-101-B Ke A-127-C



A-104-E



A-105-E



A-103-E Dari 113 J/JA



A-140-C



Dari A-107-F



Dari A-109-F



Dari A-120-C



Gambar 3.6 Ammonia Recovery Unit



3.1.9.2 Hydrogen Recovery Unit (HRU) Gas buang dari daur ulang sintesis ammonia masih mengandung gas hidrogen dengan kadar yang cukup tinggi, oleh karena itu perlu diusahakan agar gas ini dapat diambil dan dimanfaatkan kembali. Hydrogen Recovery Unit (HRU) bertugas untuk memisahkan H2 dari gas-gas lain untuk dimanfaatkan kembali di daur sintesis ammonia dan untuk keperluan lain. Keuntungan yang diperoleh dengan adanya unit ini antara lain naiknya produksi ammonia dengan tambahan 50-60 ton per hari. Sistem d i HRU ini menggunakan teknologi proses Membrane Air Product. Gas dari bagian atas (overhead gas) dari HP ammonia scrubber dikirim ke membrane-type hydrogen



recovery unit (A-103-L). Kandungan ammonia Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



40 BAB III Sistem Proses



dalam gas ini sekitar 20 ppmv. Di sini, kebanyakan hidrogen dan sebagian kecil nitrogen dilewatkan melalui membran dan di-recovery untuk di-recycle ke synthesis loop. Hidrogen yang sudah terpisah terbagi menjadi hidrogen bertekanan tinggi yang dialirkan ke stage kedua syngas compressor (A-103-J) dan hidrogen bertekanan rendah yang dialirkan ke stage pertama syngass compressor (A-103J). Rejected gas yang tidak dapat melewati membran terdiri dari gas metana dan argon yang berasal dari ammonia synthesis synloop serta sebagian besar nitrogen dari aliran purge. Rejected gas dikeringkan di A-111-D dan digunakan untuk regenerasi syngas driers. Selanjutnya gas-gas tersebut dikirim ke sistem fuel gas system. Hydrogen recovery system memiliki 10% kapasitas tambahan untuk memberikan fleksibilitas dalam operasi pabrik. Suatu bypass disediakan agar Plant Ammonia dapat beroperasi tanpa hydrogen recovery system. 3.1.10 Process Condensate Stripping Process condensate dari A-102-F1 dipompa oleh A-121-J ke process condensate



stripper



(A-150-E).



di



sini



kondensat



di-stripping



dengan



menggunakan medium-pressure steam untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang ada dalam kondensat, yaitu :  Ammonia dengan konsentrasi 1500 ppmv menjadi kurang dari 10 ppmv.  Karbondioksida dengan konsentrasi 4000 ppmv menjadi kurang dari 10 ppmv.  Metanol dengan konsentrasi 1900 ppmv menjadi kurang dari 20 ppmv. Stripper tersebut dilengkapi dengan condensate stripper feed/effluent excanger A-188-C1/C2/C3, kemudian stripped condensate ini didinginkan di stripper condensate cooler A-174-C (41oC). Cooled condensate dikirim ke boiler feed water preparation. Steam yang meninggalkan stripper digunakan sebagai



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



41 BAB III Sistem Proses



process steam di primary reformer. Hal ini meninggalkan sumber pencemaran udara dari Plant Ammonia. Diharapkan perbandingan antara steam dan kondensat dari stripped condensate adalah 0,3 kg/kg. untuk menjamin kualitas kondensat, perbandingan rasio antara steam dan kondensat yang diperbolehkan maksimum 0,4 kg/kg. Hal yang harus diperhatikan adalah jika penggunaan steam rasio lebih besar dari 0,3 kg/kg. dapat menyebabkan pH menjadi dibawah 7 kg/kg. Hal ini terjadi karena ammonia di-stripping keluar kondensat, sedangkan asam organik tidak. Sehingga pH stripped condensate harus diperhatikan jika rasio yang digunakan diatas 0,3. 3.1.11 Steam System Plant Ammonia beroperasi dengan steam header pada 123; 42,2; dan 3,5 kg/cm2. Demineralized dan polished water berasal dari service unit. Polished water dipanaskan lebih dahulu oleh heat exchanger dengan larutan aMDEA di A109-C dan dengan effluent LTS di A-106-C. air yang telah dipanaskan dialirkan ke deaerator (A-101-U). di deaerator, air di-stripping dengan menggunakan lowpressure steam untuk menghilangkan oksigen terlarut. Untuk menjaga highpressure steam system, oxygen scavenger diinjeksikan dengan oxygen scavenger injection unit (A-106-L) untuk menghilangkan oksigen, dan ammonia diinjeksikan untuk mengontrol pH dngan menggunakan ammonia injection unit A-107-L. Deaerated boiler feed water dipompa oleh pompa BFW A-104-J ke highpressure steam generator system. BFW digunakan untuk seal flush untuk memompa larutan aMDEA selama start up, dan untuk quench services di steam system. Fosfat diinjeksikan dengan menggunakan phosphate injection unit (A108-L) untuk mengontrol kerak. Arusnya ke bawah dari take off point untuk quench water. Aliran BFW dibagi menjadi tiga aliran. Pertama, aliran ke economizer coil di bagian konveksi primary reformer. Di aliran pertama, BFW dipanaskan sampai temperatur 10oC dibawah titik didih. Aliran kedua memasuki LTS effluent/ BFW exchanger A-131-C1/C2 dan HTS effluent steam generator (A-103-C1/C2).



Aliran ketiga memasuki ammonia converter effluent steam Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



42 BAB III Sistem Proses



generator (A-123-C1/C2). Aliran kedua dan ketiga memanaskan air hingga titik didih, dan menguapkan sekitar 25% air tersebut. Effluent dari economizer (A-103-C1) dan ammonia converter effluent steam generator (A-123-C1) masuk steam drum (A-101-F). Selanjutnya steam generation terjadi di secondary reformer waste heat boiler (A-101-C). Generator ini beroperasi dengan sirkulasi alami. Steam drum dilengkapi dengan steam blowdown drum (A-156-F), yang dihubungkan dengan low-pressure header (SL). Saturated high-pressure steam digunakan di methanator preheater (A172-C1) dan di molecular sieve regeneration heater (A-173-C1). A-172-C1 digunakan reduksi katalis LTS. High-pressure condensate dikumpulkan di HP condensate fash drum (A-157-F), yang dihubungkan dengan low-pressure steam header. Flashed condensate dikirim ke deaerator. Sebagian besar saturated steam dari steam drum (A-101-F) di panaskan dengan menggunakan dua buah superheater yaitu HP steam superheater (A-102C) yang mengambil kembali panas dari secondary reformer effluent dan superheater kedua adalah koil di bagian konveksi primary reformer. Boiler feed water diinjeksikan ke dalam superheater coil untuk mengontrol temperatur steam superheater. Hal ini dapat digunakan untuk meningkatkan produksi steam secara keseluruhan. Suhu superheat dikontrol oleh burner yang terletak di bagian atas dari lengkungan bagian konveksi. High-pressure steam digunakan di turbin untuk menggerakan air compressor (A-101-J) dan syngas compressor (A-103-J). Pada kedua turbin, sebagian besar steam diekstrak untuk menyuplai medium-prssure steam header (SM). Sisa steam dari turbin dialirkan ke surface condenser (A-101-JTC). Medium pressure steam digunakan untuk beberapa tujuan, yaitu :  Sebagai process steam ke primary reformer. Sebagian steam ini dialirkan melalui process condensate stripper A-150-E.  Untuk menggerakan steam turbin untuk umpan gas kompresor, refrigerant compressor, induced draft dan forced draft fan di reformer, pompa BFW, dan compressor lube oil pumps.  Untuk mendidihkan kembali di ammonia stripper. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



43 BAB III Sistem Proses



 Melindungi air preheat coil pada saat terjadi kegagalan udara. Di bawah operasi normal, 35 ton/jam medium pressure steam dikirim ke Plant Urea. Medium-pressure steam dapat diimpor dari start up Plant Ammonia. Letdown dari high-pressure header ke medium-pressure header juga dapat dilakukan. Low-pressure steam header sebagian besar menerima keluaran dari medium-pressure steam turbine, dan flashed steam dari A-156-F dan A-157-F. Low-pressure steam digunakan untuk :  Untuk masuk ke A-105-JT  Untuk pemanasan di sistem aMDEA  Untuk deaerator  Untuk impor dari off-sites dan lain-lain. Letdown dari medium-pressure header ke low-pressure header dapat dilakukan untuk operasi yang fleksibel. Stripped process condensate dari condensate stripper dikirim ke condensate polisher. Steam condensate dari A-101-JTC dipompa ke tempat yang sama oleh condensate pump A-114-J. 3.1.12 Cooling Water System Air pendingin disuplai dari off-site pada temperatur 32oC dan kembali pada temperatur 42oC. Steam surface condenser, lean solution cooler, dan lube oil cooler yang dirangkai seri dengan refrigerant condenser dilakukan untuk memperoleh pendinginan maksimum di refrigerant condenser. Compressor kickback coolers yang biasanya tidak memiliki beban, dipasang dengan cooler lain yang sesuai sedangkan cooler lain disusun secara paralel. 3.2



Plant Urea Plant Urea di PT.Pupuk Kujang Tbk didesain untuk menghasilkan urea



dengan menggunakan bahan baku ammonia dan karbondioksida (CO2). Bahan baku ini dihasilkan dari pabrik ammonia . Teknologi proses yang digunakan pada pabrik urea di kujang 1B mempunyai efisiensi energi yang tinggi, yaitu teknologi Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



44 BAB III Sistem Proses



ACES21 dengan kapasitas produksi 1.725 metrik ton/hari Adapun keuntungan dari proses ini adalah : (1) Mudah dalam pengoperasian (2) Biaya konstruksi murah (3) Kualitas produk urea yang tinggi. Proses pembuatan urea di plant urea 1B terbagi dalam enam unit/tahapan, yaitu : (1) Unit Sintesis Urea (2) Unit Purifikasi (3) Unit Konsentrasi (4) Unit Prilling (5) Unit Recovery (6) Unit Process Condensate Treatment Hubungan antara masing-masing unit dapat digambarkan sebagai blok diagram dalam gambar 3.1 PURIFIKASI



KONSENTRASI



PCT P R I L L I N G



SYN-LOOP



RECOVERY



SYN-LOOP BAGGING



Gambar 3.7 Diagram Blok Proses Pembuatan Urea



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



45 BAB III Sistem Proses



P-1 Larutan urea



Larutan Urea



CO2 NH3



H2O



Overhead gas



P-23



Larutan urea



Stripper Urea Synthesis Reactor



C a r b a m a t e



HP Decomposer



Urea pekat



LP Decomposer



Vacuum Concentrator



Carbamate



Overhead gas



Carbamate Condenser



Prilling Tower HP Absorber



Urea Hydrolzer



LP Absorber Stripper



Treated Water



Washing Column



Gambar 3.8 Process Flow Diagram Urea 3.2.1 Unit Sintesis Unit sintesis merupakan tempat terjadinya reaksi pembentukkan urea. Urea diproduksi oleh reaksi eksotermis yang tinggi antara ammonia cair (NH3) dan gas karbondioksida (CO2) membentuk karbamat, yang diikuti dengan reaksi dehidrasi endotermis menjadi urea. Unit ini terdiri dari beberapa peralatan utama berikut :  U-GA 101



: Ammonia Feed Pump



 U-GA 102



: Carbamate Feed Pump



 U-GB 101



: CO2 Compressor



 U-DA 101



: Stripper



 U-DC 101



: Reaktor



 U-DC 151



: Dehydrogen Column



 U-EA 101



: Carbamate Condenser



 U-EA 102



: No.1 Ammonia Preheater



 U-EA 103



: No.2 Ammonia Preheater



 U-EE 101



: HP Carbamate Ejector



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



46 BAB III Sistem Proses



3.2.1.1 Prinsip Proses Unit Sintesis NH3 cair pada kondisi 18 Kg/cm2G dan 30oC dimasukkan ke ammonia reservoir (U-FA 104). Kondisi tekanan diatur pada 16 Kg/cm2G. Kemudian dipompakan oleh ammonia boost-up pump (U-GA 103) hingga tekanan ± 25 Kg/cm2G. Setelah mencapai tekanan ± 25 Kg/cm 2G, NH3 kemudian dipompakan lagi oleh ammonia feed pump (U-GA 101) hingga mencapai 200 Kg/cm2G. Sebelum memasuki reaktor (U-DC 101), NH3 dipanaskan terlebih dahulu pada ammonia preheater (U-EA 102 dan U-EA 103) hingga temperatur ± 140 oC, kemudian dilewatkan pada HP carbamate ejector (U-EE 101) untuk menghisap larutan dari carbamate condenser (EA-101). Gas CO2 sebagai umpan dengan kondisi tekanan minimum 0,8 Kg/cm 2G dan temperatur maksimum 38oC dikompresi hingga 160 Kg/cm2G oleh CO2 compressor (U-GB 101). 15 % gas CO2 diumpankan ke reaktor (U-DC 101) dan LP decomposer (U-DA 202), 85 % gas CO2 diumpankan ke stripper (U-DA 101) untuk tujuan stripping. Gas CO2 yang mengandung hidrogen 0,8 % vol dilewatkan ke dehydrogen column (U-DC 151) untuk menghilangkan hidrogen sebelum masuk ke reaktor. Dehydrogen column dipasangkan antara stage kedua dan ketiga CO2 compressor (U-GB 101). Dehydrogen column diisi dengan katalis platinum dimana pembakaran



dengan



katalis



dimaksudkan



untuk



mengurangi



hidrogen.



Pembakaran ini akan menaikkan temperatur CO2 sekitar 40oC. Second stage intercooler for U-GB 101 (U-EA 112) dapat mendinginkan gas sampai 40 oC sebelum gas dimasukkan ke stage ketiga. Kondisi operasi dari reaktor (U-DC 101) adalah sebagai berikut :  Temperatur



: 1820C



 Ratio H2O/CO2



: 0,58 (tergantung pengoperasiannya)



 Ratio NH3/CO2



: 3,7



 Tekanan



: 155 Kg/cm2G



 Konversi CO2



: 63 %



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



47 BAB III Sistem Proses



Reaktor (U-DC 101) dilinning dengan bahan SS.316-UG dan dipasang 5 bubbleplate. Adapun reaksi yang terjadi pada reaktor (U-DC 101), ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.18. 2NH3 + CO2 NH2COONH4



NH2COONH4 NH2COONH2 + H2O



(3.18)



Reaksi yang terjadi adalah reaksi bolak-balik (reversible). Larutan urea sintesis dari reaktor (U-DC 101) dimasukkan ke stripper (UDA 101). Larutan ini dipanaskan oleh falling film heater kemudian distripping oleh gas CO2. Stripper (U-DA 101) mendekomposisikan dan memisahkan sebagian besar ammonium karbamat yang tidak terkonversi dan excess NH3 yang terkandung di dalam larutan urea sintesis dengan menggunakan steam CO2 pada tekanan yang sama dengan reaktor. Kondisi operasi stripper adalah 151 Kg/cm2G dan 188oC (bottom). Reaksi dekomposisi karbamat yang terjadi pada stripper (UDA 101) ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.19. NH2COONH4



CO2 + NH3



(3.19)



Adapun reaksi samping yang tidak diharapkan selama proses dekomposisi dan stripping di dalam Stripper (U-DA 101), yaitu reaksi hidrolisa urea dan reaksi pembentukkan biuret, yang ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.20 dan persamaan reaksi 3.21. NH2CONH2 + H2O 2NH2CONH2



CO2 + 2NH3 NH2CONHCONH2 + NH3



(3.20) (3.21)



Reaksi yang terjadi pada persamaan reaksi di atas merupakan reaksi reversible. Untuk menjaga kandungan biuret yang terbentuk bernilai rendah, maka selama proses sintesis berlangsung pada stripper dilakukan penambahan NH3 (excess NH3). Kandungan biuret yang dianjurkan untuk pupuk jenis urea adalah tidak melebihi 1%. Kandungan biuret yang tinggi dapat menyebabkan kegagalan panen, karena biuret merupakan salah satu jenis racun bagi tumbuhan. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



48 BAB III Sistem Proses



Faktor yang mempengaruhi kinerja stripper yang utama adalah tekanan operasi, tekanan steam, dan komposisi larutan urea synthesis. Gas yang telah mengalami proses stripping dikirim ke carbamate condenser (U-EA 101). Kemudian larutan urea yang mengandung sekitar 12-13% wt NH3 dan CO2 dikirim ke unit purifikasi. Recycle larutan karbamat dari unit Recovery dipompakan hingga mencapai 160Kg/cm2G oleh carbamate feed pump (U-GA 102) kemudian dimasukkan ke unit top scrubbing dari carbamate condenser (U-EA 101). Carbamate condenser terdiri dari unit kondensasi dan unit top scrubbing. Unit kondensasi terdiri dari vertical U-Tube bundle dan 8 baffle plate. Kondisi operasi unit kondensasi adalah pada 150oC dan 151 Kg/cm2G. Gas NH3 dan CO2 dari stripper dimasukkan ke bottom dan dikondensasikan untuk membentuk ammonium karbamat dan urea si sisi shell. Di sisi tube, Boiler Feed Water (BFW) disirkulasikan oleh steam condensate circulation pump (U-GA 109). Panas kondensasi yang terbentuk di sisi shell digunakan untuk menghasilkan steam 5,0 Kg/cm2G di sisi tube. Packed bed dipasang di unit top scrubbing untuk menyerap gas NH3 dan CO2 yang tidak terkondensasi dari unit konsentrasi oleh larutan tecycle carbamate dari unit recovery. Larutan karbamat dari unit scrubbing dimasukkan ke bottom unit kondensasi melalui pipa internal down flow dengan gaya gravitasi. Larutan urea karbamat yang dihasilkan mengalir ke atas di sisi shell kemudian ditarik keluar dari corong overflow untuk diumpankan oleh HP carbamate ejector ke reaktor (U-DC 101). Overhead gas dari unit scrubbing dari top carbamate condenser (U-EA 401B) untuk merecovery lebih lanjut NH3 dan gas CO2. Sebagian dari overhead juga dikirim ke HP decomposer (U-DA 201) yang bertujuan untuk menggunakan kembali oksigen yang terdapat dalam overhead gas untuk passivasi di HP decomposer (U-DA 201). Carbamate condenser dioperasikan pada rasio N/C sebesar 2.9 yag akan memberikan tekanan uap minimum pada larutan urea synthesis. Di dalam carbamate condenser, diperlukan waktu tinggal sebesar 20 menit didalam shell side untuk terjadinya reaksi syntesis urea yang diikuti oleh reaksi pembentukan karbamat. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



49 BAB III Sistem Proses



3.2.1.2 Faktor-Faktor yang Berpengaruh pada Unit Sintesis Secara prinsip, terdapat beberapa faktor yang turut berpengaruh terhadap efisiensi proses sintesis dan keberlangsungan reaksi yang terjadi pada unit sintesis. Variabel-variabel yang berpengaruh pada reaktor (U-DC 101) yaitu : (1) Efek kemurnian bahan baku a. NH3 Cair Diharapkan kemurnian NH3 cair yang digunakan sebagai bahan baku adalah sebesar 99,9%. Jika kemurnian tidak dapat dipertahankan, efek yang akan terjadi adalah sebagai berikut :  Menaikkan beban ammonia feed pump (U-GA 101).  Mengurangi konversi CO2 di reaktor yang berakibat menambah recycle air. b. CO2 CO2 yang diumpankan ke pabrik urea adalah hasil samping dari sintesis ammonia di pabrik ammonia, kemurnian CO2 berubah-ubah tergantung pada proses CO2 removal. Rendahnya kemurnian CO2 menyebabkan efek yang kurang baik, yaitu :  Menaikkan beban CO2 Compressor (U-GB 101) dan tenaga yang dibutuhkan.  Menaikkan rate gas inert yang menyebabkan konversi CO2 di reaktor (U-DC 101) rendah, kebutuhan steam bertambah dan NH3 yang di-vent ke atmosfer juga bertambah.  Hidrogen yang lolos didalam CO2 bertambah sehingga menyebabkan beban yang berlebihan di dehydrogen column (U-DC 151) dan akhirnya membentuk campuran gas eksplosif di unit sintesis. (2) Efek Tekanan Tekanan kesetimbangan di reaktor ditentukan oleh temperatur operasi dan molar ratio CO2 terhadap NH3 cair. Apabila reaktor dioperasikan dibawah tekanan kesetimbangan, konversi CO2 menjadi urea berkurang. Jika reaktor dioperasikan lebih tinggi dari tekanan Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



50 BAB III Sistem Proses



kesetimbangan, konversi ratio akan naik tajam maka tekanan operasi lebih tinggi. (3) Efek temperatur Konversi kesetimbangan memiliki harga maksimal pada temperatur 190-195oC. Nilai konversi CO2 untuk NH3/CO2 sebesar 3,7 dan H2O/CO2 0,58 dijelaskan dalam tabel 3.1. Tabel 3.1 Perubahan Konversi CO2 terhadap Temperatur Temperatur Konversi CO2



(oC)



170



180



190



200



210



(%)



66,7



67,9



69



69,1



67,2



Dokumen Pabrik Urea 1B PTPupuk Kujang



Sebagaimana disebutkan pada tabel tersebut, semakin tinggi temperatur reaktor, maka akan nilai konversi CO2 cenderung semakin meningkat. Namun di sisi lain penggunaan temperatur yang tinggi dapat meningkatkan laju korosi pada material konstruksinya, serta dapat meningkatkan tekanan kesetimbangan. Oleh karena itu temperatur optimum harus dipilih berdasarkan pertimbangan tersebut. Selain itu temperatur dan tekanan sintesis dapat mempengaruhi waktu tinggal. Karena, semakin rendah temperatur dan tekanan, maka waktu tinggal yang dibutuhkan akan semakin lama. Untuk meminimalkan waktu tinggal, maka dilakukan pemasangan bubble plate di dalam reaktor (U-DC 101). Dengan pemasangan bubble plate pada reaktor (U-DC 101), dapat mencegah tercampurnya kembali larutan sintesis. (4) Efek Excess NH3 Untuk menaikkan konversi ratio perlu diumpankan NH3 yang secara berlebih diatas jumlah teoretis. Dengan asumsi temperatur 180oC tanpa kandungan air konversi ratio berubah sesuai dengan % excess NH3 sebagaimana dijelaskan dalam tabel 3.2. Tabel 3.2 Pengaruh Excess NH3 Terhadap Konversi CO2 Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



51 BAB III Sistem Proses



Excess NH3 Konversi CO2



(%) (%)



150 71,2



160 73,3



180 76,8



200 79,6



220 82,1



Dokumen Pabrik Urea 1B PT Pupuk Kujang



(5) Efek Air Pada temperatur 1800C dan excess NH3 185 %, konversi ratio kesetimbangan akan berubah sesuai dengan molar ratio H2O/CO2 sebagaimana dijelaskan dalam tabel 3.3. Tabel 3,3 Pengaruh Molar Ratio H2O/CO2 terhadap Konversi CO2 H2O/CO2 Konversi CO2



(mol ratio) (%)



0,1 75,8



0,3 72,5



0,5 69,4



0,7 66,5



0,9 63,8



Dokumen Pabrik Urea 1B PT Pupuk Kujang



Untuk memperoleh konversi ratio yang tinggi, diperlukan pengurangan konsentrasi CO2 dan NH3 didalam larutan recycle. Dengan kata lain temperatur solidifikasi larutan naik. Oleh karena itu konsentrasi menjadi tinggi sehingga pelu perhatian khusus untuk mempertimbangkan



disain



dan



operasi



yang



memungkinkan



terjadinya kebuntuan didalam pipa, instrumen, dan peralatan yang disebabkan pengkristalan karbamat. (6) Efek Waktu Tinggal Volume reaktor atau waktu tinggal juga ditentukan oleh temperatur dan tekanan sintesis. Semakin rendah temperatur dan tekanan, waktu tinggal yang dibutuhkan semakin lama. Apabila tekanan operasi terlalu dekat dengan tekanan kesetimbangan, jumlah gas yang meninggalkan reaktor bertambah sehingga akan mengurangi efisiensi proses.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



52 BAB III Sistem Proses



Variabel-variabel yang mempengaruhi kinerja stripper (U-DA 101) antara lain adalah : (1) Efek Tekanan Operasi Tekanan operasi yang tinggi menghasilkan sisa kandungan NH3 yang banyak didalam aliran stripper (U-DA 101). (2) Efek Tekanan Steam Tekanan steam disisi shell stripper dapat diatur dalam range 18-20 kg/cm2G, tergantung pada beban dari stripper untuk menjaga efisiensi stripping yang baik serta untuk mencegah hidrolisa urea dan pembentukan biuret yang berlebihan didalam stripper. Semakin rendah tekanan steam akan mengurangi suplai panas ke sisi tube sehingga efisiensi stripping menjadi rendah. Jika suplai panas tidak cukup, jumlah NH3 dan CO2 yang tertinggal didalam aliran stripper sebagai karbamat akan berlebihan sehingga beban di unit recovery akan bertambah. Akibatnya lebih banyak air yag dibutuhkan di unit recovery untuk menyerap kelebihan material yang tidak bereaksi sebagai larutan ammonium karbamat. (3) Efek Level Condensate di dalam Shell Side Level condensate di sisi shell stripper diatur pada ketinggian 0 m, 1,5 m, dan 3 m. Ini digunakan untuk mengontrol rasio NH3/CO2 di dalam larutan keluaran stripper dan hidrolisa urea di dalam stripper, yaitu semakin tinggi level condensate akan mengurangi rasio NH3/CO2 di dalam aliran keluar dan hidrolisa urea di dalam stripper. (4) Efek Komposisi pada Larutan Urea Sintesis Yield larutan sintesis yang tinggi, yaitu tingginya konversi CO 2 di dalam larutan, akan mendorong efisiensi stripping menjadi tinggi. Akibatnya kebutuhan steam di pabrik urea akan berkurang. Oleh karena itu, kontrol rasio NH3/CO2 yang optimum, rasio H2O/CO2 dan temperatur di reaktor merupakan hal yang penting untuk memperoleh efisiensi stripping yang tinggi didalam stripper. (5) Temperatur Larutan yang Keluar dari Stripper Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



53 BAB III Sistem Proses



Temperatur keluaran dari stripper dalam kondisi normal diharapkan sebesar 170-180



o



C. Temperatur yang lebih tinggi



mengindikasikan efisiensi stripping tidak tinggi dan sisa NH3 yang terkandung di dalam larutan yang keluar dari stripper akan tinggi. (6) Level di Stripper Level cairan di bottom stripper harus dijaga rendah namun tidak terlalu rendah. Level cairan yang tinggi akan menambah waktu tinggal larutan



urea di bottom. Akibatnya akan meningkatkan



hidrolisa urea dan pembentukan biuret. Jika level cairan terlalu rendah, gas CO2 kemungkinan terbawa ke unit purifikasi dan recovery. Akibatnya tekanan di unit purifikasi dan Recovery akan naik dengan cepat. Variabel yang berpengaruh pada proses di carbamate condenser, sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, yaitu waktu tinggal. Didalam carbamate condenser, diperlukan waktu tinggal sebesar 20 menit didalam shell side untuk terjadinya reaksi synthesis urea yang diikuti oleh reaksi pembentukan karbamat. 3.2.2



Unit Purifikasi Produk reaksi sintesis yang dihasilkan pada unit sintesis antara lain terdiri



dari urea, biuret, ammonium karbamat, air, dan excess NH3. Diperlukan proses untuk memisahkan produk tersebut yang dilakukan pada unit pemurnian (purification unit). Pada umumnya proses pemurnian dilakukan dengan cara pemanasan pada kondisi tekanan yang rendah terhadap ammonium karbamat, excess NH3, dan beberapa air. Ammonium karbamat akan terdekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 . Gas NH3 dan gas CO2 yang dihasilkan dari proses dekomposisi ini kemudian akan direaksikan kembali di unit sintesis untuk menghasilkan urea. Proses dekomposisi terjadi pada temperatur120-165oC. Reaksi dekomposisi ammonium karbamat ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.22. NH2COONH4



CO2 + 2NH3 Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



(3.22)



54 BAB III Sistem Proses



Pada proses dekomposisi, akan memungkinkan untuk terjadinya reaksi hidrolisa urea. Reaksi hidrolisa urea ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.23. NH2CONH2 (urea)+ H2O



CO2 + 2NH3



(3.23)



Hidrolisa urea terjadi pada temperatur tinggi, tekanan rendah, dan waktu tinggal yang lama. Proses reaksi hidrolisa ini perlu untuk diminimalisasi agar perolehan urea akan semakin besar. Pembentukkan biuret juga merupakan faktor yang perlu diperhatikan dan unit purifikasi. Pada tekanan parsial NH3 yang rendah dan temperatur diatas 90oC, urea berubah menjadi NH3 dan biuret. Reaksi pembentukkan biuret dijelaskan dalam reaksi 3.24. 2NH2CONH2(urea)



NH2CONHCONH2 (biuret) + NH3



(3.24)



Laju pembentukkan biuret sangat cepat didalam molten urea dan didalam larutan urea pekat dengan konsentrasi NH3 yang rendah. Excess NH3 di dalam tahapan sintesis akan membantu untuk menjaga kandungan biuret yang rendah. Dua tahapan dekomposisi, pada tekanan 16,5 kg/cm2G dan 2,6 kg/cm2G dipakai untuk menghilangkan ammonium karbamat dan excess NH3 dari larutan urea yang keluar dari unit sintesis. Konsentrasi larutan urea di outlet flash separator sekitar 68 % berat. Unit ini terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu :







U-DA 201 : HP Decomposer







U-DA 202 : LP Decomposer







U-FA 201 : Urea Solution Tank







U-FA 205 : Flash Separator







U-GA 201 :Urea Solution Pump



3.2.2.1 Prinsip Proses Unit Purifikasi Larutan urea dari bottom stripper (U-DA 101) diturunkan tekanannya hingga mencapai 16,5 Kg/cm2G dan diumpankan menuju HP Decomposer (U-DA 201) yang dioperasikan pada 152oC. Panas untuk mendekomposisikan ammonium Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



55 BAB III Sistem Proses



karbamat dan penguapan excess NH3 disuplai dari kondensasi steam SL dan panas yang masuk dari condensate steam SML. Overhead gas dari HP Decomposer (UDA 201) dikirim menuju HP Absorber (U-EA 401 A,B). Setelah sebagian besar ammonium karbamat dipisahkan pada HP Decomposer, kemudian larutan urea diumpankan menuju LP decomposer (U-DA 202), dimana larutan dimurnikan lebih lanjut hingga kandungan NH3 sisa 0,8% dan CO2 0,4% berat. LP decomposer (U-DA 202) terdiri dari 2 bagian. Bagian atas adalah vessel yang dilengkapi sieve trays. Gas yang dipisahkan dari larutan urea bertukar panas dengan urea yang turun melewati sieve trays, sehingga meminimalkan penguapan air dan mengurangi panas yang masuk ke LP decomposer (U-DA 202). Bagian bawah adalah kolom packed bed dimana sisa NH3 di-stripping keluar dari larutan urea dengan gas CO2 yang diumpankan langsung ke bottom LP decomposer (U-DA 202) dari intermediate stage CO2 compessor (U-GB 101). Gabungan overhead gas dari LP decomposer (U-DA 202) dialirkan menuju LP Absorber (U-EA 402). Larutan urea dari bottom LP decomposer (U-DA 202) dialirkan menuju unit konsentrasi. Larutan urea dari LP decomposer (U-DA 202) dialirkan menuju flash separator (U-FA 205) dimana sisa gas NH3 dan CO2 dipisahkan lebih lanjut dengan vacuum flashing 3.2.2.2 Faktor-Faktor yang Berpengaruh dalam Unit Purifikasi Variabel-variabel yang berpengaruh pada HP Decomposer (U-DA 201), yaitu : (1) Efek Tekanan Di HP Decomposer jumlah NH3 dan CO2 di aliran keluar harus sedikit mungkin untuk mengurangi beban di down stream peralatan dan menyederhanakan sistem itu. Apabila jumlah NH3 dan CO2 didalam cairan bertambah, temperatur keseimbangan di LP absorber akan turun dan lebih banyak air yang akan ditumpahkan ke unit recovery. Akibatnya konversi CO2 menjadi rendah. Tekanan operasi harus dijaga rendah, namun tidak terlalu rendah karena terdapat suatu tekanan minimum tertentu untuk mengkondensasikan NH3 dan CO2 Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



56 BAB III Sistem Proses



didalam sisi shell HP Absorber supaya dapat mensuplai panas yang cukup untuk penguapan air di vacuum concentrator (2) Efek Temperatur Proses dekomposisi karbamat dilakukan pada temperatur yang tinggi. Namun temperatur yang tinggi akan mempercepat korosi, pembentukkan biuret, dan hidrolisa urea. Temperatur di HP decomposer diatur pada temperatur 152oC pada bottom outlet. Variabel-variabel yang berpengaruh pada LP decomposer (U-DA 202), yaitu : (1) Efek Tekanan Untuk menghilangkan sebanyak mungkin NH3 dan CO2 dari larutan, tekanan di LP Decomposer perlu di-set serendah mungkin. Tekanan operasi di LP Decomposer (U-DA 202) diatur pada tekanan 2,6 kg/cm2G. (2) Efek Temperatur Temperatur operasi dipilih untuk meminimalkan sisa NH3 didalam aliran keluaran. Temperatur ini perlu dijaga seoptimal mungkin karena berkaitan langsung dengan reaksi hidrolisa urea dan reaksi pembentukkan biuret. (3) Efek Stripping CO2 Penggunaan stripping dengan CO2 mempunyai keuntungan sebagai berikut : 



Pemisahan sisa NH3 dan CO2 dari larutan urea



menjadi



efisien dan sempurna tanpa ada pemanasan lebih lanjut. 



Mengurangi kebutuhan air penyerap untuk absorber dan condenser karena CO2 yang diumpankan untuk stripping di LP decomposer bereaksi dengan NH3 membentuk ammonium karbamat /karbonat didalam LP absorber dimana tekanan uap NH3 lebih rendah. Akibatnya kandungan air didalam larutan recycle karbamat yang ke reaktor menjadi rendah.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



57 BAB III Sistem Proses



3.2.3 Unit Konsentrasi Larutan urea yang keluar dari unit purifikasi hanya memiliki konsentrasi sekitar 65% berat. Larutan urea harus memiliki konsentrasi lebih dari 99%agar dapat digunakan sebagai pembuatan urea prill. Terdapat tiga tahapan yang terjadi selama proses pemekatan urea, yaitu pada tahap pertama urea dipekatkan pada vacuum concentrator lower hingga mencapai konsentrasi 84% berat. selanjutnya larutan urea tersebut dipekatkan kembali dengan cara pemanasan pada vacuum concentrator hingga mencapai konsentrasi sebesar 97,5% berat. Selama operasi vacuum concentrator, panas yang ditambahkan ke sistem penguapan air akan menaikkan konsentrasi ureasambil menjaga temperatur agar tetap konstan. Tahap terakhir adalah larutan urea tersebut dipekatkan hingga mencapai 99% oleh final concentrator. Unit konsentrasi memiliki beberapa peralatan utama, yaitu : 



U-GA 202



: Urea Solution Circulation Pump







U-GA 203



: Urea Solution Feed Pump







U-GA 204



: Molten Urea Pump







U-EA 201



: Heater for FA202







U-EA 202



: Final Concentrator







U-EA 203



: Urea Solution Heater







U-FA 202A



: Vacuum Concentrator Upper







U-FA 202B



: Vacuum Concentrator Lower







U-FA 203: Final Separator







U-EE 201 : Ejector for FA203



3.2.3.1 Prinsip Proses Unit Konsentrasi Larutan urea dari unit purifikasi yang memiliki konsentrasi 65% berat mula-mula dimasukkan ke dalam vacuum concentrator lower (U-FA 202 B), yang dioperasikan pada tekanan 150 mmHgA dan pada temperatur 77oC, untuk dipekatkan hingga menjadi sekitar 84% berat. Kondisi operasi di vacuum Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



58 BAB III Sistem Proses



concentrator mempertimbangkan tekanan uap dan kelarutan urea. Panas yang diperlukan untuk penguapan H2O dicapai dari panas recovery dari absorpsi dan kondensasi gas NH3 dan CO2 pada HP absorber lower (U-EA 401 B) dari unit recovery. Selanjutnya larutan urea dipanaskan hingga mencapai 132oC dibawah kondisi vakum 150 mmHgA, dengan steam tekanan rendah untuk mencapai konsentrasi urea 97,5% pada outlet vacuum concentrator (U-FA 202 A). Jika tekanan di vacuum concentrator naik lebih dari 300 mmHgA maka air yang teruapkan akan menjadi terlalu sedikit sehingga konsentrasi menjadi lebih rendah dari 95 % berat. Sebagai akibatnya final concentrator (U-EA 202 A) dapat overload. Stage terakhir dari unit konsentrasi, larutan urea dialirkan menuju final concentrator (U-EA 202 A) dan dipanaskan hingga mencapi 138oC dengan steam tekanan rendah. Tekanan operasinya harus dibawah 30mmHgA. Jika tekanan vakumnya lebih tinggi dari 30mmHgA, penguapan air akan menjadi sedikit dan lelehan urea akan mempunyai kandungan moisture yang tinggi. Setelah larutan dipekatkan hingga mencapai konsentrasi 99,8% berat dibawah kondisi vakum 25 mmHgA, pada final separator (U-FA 203), kemudian larutan urea dipompakan menuju top prilling tower dengan molten urea pada unit process condensate treatment. 3.2.3.2 Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Unit Konsentrasi Terdapat beberapa variabel yang turut berpengaruh terhadap efisiensi dan hasil akhir dari unit konsentrasi. Variabel-variabel tersebut adalah : (1) Tekanan Operasi Range tekanan operasi normal untuk vacuum concentrator upper (U-FA 202) adalah 140-180 mmHgA. Jika tekanan pada vacuum concentrator upper (U-FA 202) naik lebih dari 300 mmHgA, maka hal tersebut akan mengakibatkan terlalu sedikitnya air yang teruapkan, sehingga konsentrasi menjadi lebih rendah dari 95% berat.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



59 BAB III Sistem Proses



Lebih rendahnya konsentrasi urea tersebut akan mengakibatkan final concentrator (U-EA 202) overload. (2) Temperatur Operasi Dalam proses pemekatan maka dibutuhkan temperatur yang cukup untuk menguapkan air, oleh karena itu jika temperatur vacuum concentrator upper (U-FA 202 A) terlalu rendah, maka penguapan air dan atau pengkristalan urea tidak tercukupi. Sama halnya dengan vacuum concentrator upper (U-FA 202 A), final concentrator (U-EA 202) dan final separator (U-FA 203) pun mempunyai beberapa efek negatif terhadap penggunaan temperatur operasi yang tidak sesuai dengan range normal. Efek negatif tersebut adalah : jika temperatur terlalu rendah, maka pengkristalan urea akan terjadi dan menyebabkan masalah kebuntuan pada line molten urea. Namun jika temperatur terlampau tinggi, maka kenaikkan kandungan biuret akan menjadi terlalu tinggi. 3.2.4 Unit Prilling Lelehan urea pekat 99,8 wt% di unit konsentrasi di-spray , didinginkan dan dipadatkan di prilling tower untuk memproduksi urea prill. Molten urea keluaran dari unit konsentrasi diumpankan menuju head tank (U-FA 301) untuk selanjutnya akan di-spray sebagai urea droplet dengan menggunakan distributor. Urea droplet didinginkan dan dipadatkan dengan memanfaatkan kontak dengan udara yang dikompresikan dari dasar prilling tower (U-GB 301 A-D). Debu urea yang terkandung di dalam udara akan di-scrubbing dengan larutan urea yang dihamburkan pada dust chamber (U-FC 301) sebelum dibuang menuju atmosfer. Pada unit ini terdapat beberapa peralatan utama, antara lain :  U-GA 301 : Circulation Pump for Dust Recovery  U-GA 302 : Dissolving Tank Pump  U-GB 301 : Induced Fan for Prilling Tower  U-GB 302 : Blower for Fluidizing Cooler Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



60 BAB III Sistem Proses



 U-GD 302 : Agitator for Dissolving Tank  U-EC 301 :Air Heater for Fluidizing Heater  U-FA 301 : Head Tank  U-FA 302 : Dissolving Tank  U-FA 304 : Strainer Washing Tank  U-FA 306 : Distributor Washing Tank  U-FA 307 : Urea Drainage Tank  U-FC 301 : Dust Chamber  U-FD 301 : Strainer  U-FD 302 : Fluidizing Cooler  U-FD 303 : Trommel  U-FD 304 : Packed Bed for Dust Recovery  U-FJ 301



: Distributor



 U-FJ 302



: Spray Nozzle for Packed bed



 U-FJ 303



: Spray Nozzle for Demister



 U-FD 305 : Demister for Prilling Tower  U-JD 301 : Belt Conveyor to Trommel  U-JF 301



: Belt Scale



 U-IA 301



: Prilling Tower



3.2.4.1 Prinsip Proses Unit Prilling Udara dingin dihisap melewati intake pada bottom, lalu naik di dalam tower melalui empat induced fan for prilling (U-GB 301 A-D) yang dipasang pada puncak prilling tower. Molten urea 99,8% berat masuk menuju strainer (UFD 301) setelah itu menuju ke head tank (U-FA 301) yang terdapat pada prilling tower. Selanjutnya urea akan masuk ke dalam distributor (U-FJ 301 A-I). untuk menjaga pembentukkan biuret seminimal mungkin, sistem harus dijalankan pada temperatur lelehan urea. Hal ini juga dapat menjaga waktu tinggal yang sesingkat mungkin. Selama menuruni tower, droplet urea akan saling kontak dengan udara



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



61 BAB III Sistem Proses



yang naik, lalu didinginkan, dan dipadatkan sebelum mencapai fluidizing cooler (U-FD 302) pada bottom prilling tower (U-IA 301). Urea prill didinginkan pada fludizing cooler (U-FD 302) pada bagian bawah tower, dan overflow akan masuk ke trommel (U-FD 303) yang akan memisahkan urea prill oversize dari produk. Urea oversize ini dilarutkan dengan larutan dari dust chamber (U-FC 301) yang terdapat pada dissolving tank (U-FA 302). Urea prill yang diproduksi kemudian dialirkan menuju belt scale (U-JF 301), dimana produk urea akan ditimbang lalu dialirkan ke unit pengantongan. Udara yang mengandung debu urea dari prilling tower (U-IA 301), diolah pada sistem dust recovery yang terletak pada top prilling tower untuk pengaturan polusi. Spray nozzle dan packed bed dipasang untuk scrubbing udara. Debu-debu sisa keluar ke atmosfer melewati induced for prilling tower (U-GB 301 A-D). 3.2.5 Unit Recovery Di dalam proses ACES 21, terdapat proses recycle larutan. Gas campuran NH3-CO2 dari decomposer akan mengalami absorpsi dengan air dan larutan karbamat di dalam masing-masing absorber, dan kemudian di-recycle kembali menuju carbamate condenser (U-EA 101). Peralatan utama yang terdapat di unit ini, yaitu : 



U-GA 401 : Carbamate Boost-up Pump







U-GB 402 : HP Absorbent Pump







U-DA 401 : Washing Column







U-EA 401A



: HP Absorber Upper







U-EA 401B



: HP Absorber Lower







U-EA 402



: LP Absorber



3.2.5.1 Prinsip Proses Unit Recovery Gas NH3 dan CO2 dipisahkan pada unit purifikasi, diserap dan di-recovery pada dua stage absorber, yaitu : HP Absorber (U-EA 401 A,B) dan LP Absorber (U-EA 402), yang menggunakan process condensate sebagai absorben. Sebelum Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



62 BAB III Sistem Proses



akhirnya di-recycle pada unit sintesis. Overhead gas dari LP decomposer (U-DA 202) di unit purifikasi dialirkan menuju LP absorber yang dioperasikan pada 2,4 Kg/cm2G dan 45oC, untuk absorbsi semua ke HP absorber (U-EA 401 A,B), yang dioperasikan pada 15,8 Kg/cm2G dan 106oC (Lower) / 71oC (Upper). Gas dikondensasikan dan di-absorbsi secara lengkap pada washing column (U-DA 401) dengan larutan yang datang dari LP absorber (U-EA 402) dan process condensate tank (U-FA 501). Temperatur operasi bagian atas dan bawah washing wolumn masing-masing sebesar 48oC dan 51oC Panas yang terbentuk pada proses absorpsi di HP Absorber di-recovery pada vacuum concentrator lower (U-FA 202 B) pada unit konsentrasi dengan mensirkulasikan larutan urea dan digunakan sebagai sumber panas untuk pemekatan larutan urea. 3.2.6 Unit Proses Condensate Treatment Plant urea 1B PT Pupuk Kujang Tbk. didisain untuk meminimalkan masalah polusi. Polutan yang utama dari pabrik urea adalah NH3 dan urea . Pemanfaatan kembali NH3 dan urea dapat memberikan beberapa keuntungan bagi proses, diantaranya



mengurangi



tingkat pencemaran



oleh industri dan



pengurangan pemakaian NH3 sehingga biaya pemakaian utilitas pun akan semakin berkurang. 3.2.6.1 Prinsip Proses Air, mist urea, gas NH3, dan CO2 yang diuapkan selama proses pemekatan larutan urea sampai konsentrasi akhir 98% berat di unit konsentrasi dikondensasikan oleh surface condenser (U-EA 501 sampai U-EA 503) di sistem pembentukkan vakum (PCT) menjadi process condensate. Process condensate kemudian dialirkan menuju process condensate stripper (U-DA 501) dan urea hydrolizer (U-DA 502) untuk diolah. Kondensat setelah diolah (process condensate bersih) dikirim ke utilitas. Gas NH 3 dan CO2 yang dipisahkan dari process condensate dengan stripping di-recycle ke LP decomposer (U-DA 202) pada unit purifikasi untuk recovery. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



63 BAB III Sistem Proses



1. Sistem Pembentukkan Vakum Air yang diuapkan pada kondisi vakum 25mmHg pada final separator (U-FA 203) pada unit konsentrasi di-boost up oleh ejector for FA 203 (U-EE 201) dan dikirim ke surface condenser (U-EA 503) untuk kondensasi. Uap yang tidak terkondensasi di surface condenser (U-EA 503) diumpankan ke 1st surface condenser (U-EA 503) dengan ejector for EA 503 (U-EE 503). Air yang diumpankan pada kondisi vakum 150mmHgA di vacuum concentrator (U-FA 202 A,B) pada unit konsentrasi dikirim menuju 1st surface condenser (U-EA 501) untuk dikondensasi. Sisa uap H2O yang tidak terkondensasi pada 1st surface condenser diumpankan menuju 2nd surface condenser (U-EA 502) unuk kondensasi lebih lanjut. Tekanan gas yang tidak terkondensasi dari 2nd surface condenser dinaikkan dengan 2nd ejector (U-EE 502) sampai tekanan atmosfer untuk pencucian dengan proses condensate di final absorber (U-DA 503) untuk recovery NH3 dan CO2 sebelum gas dibuang ke atmosfer. Uap yang ter-flash dari flash separator (UFA 205) dimasukkan ke 2nd surface condenser (U-EA 502) lewat flash gas condenser (U-EA 506). 2. Proses Condensate Treatment System Kondensat dari surface condenser for FA 203 (U-FA 503), yang secara terpisah dikumpulkan di process condensate tank (U-FA 501), dikirim ke LP absorber sebagai make-up absorben melalui washing column (U-DA 401) untuk mencuci gas vebting dari HP absorber (U-EA 401 A,B). Process Condensate dari 1st dan 2nd surface condenser dikumpulkan dan disimpan di process condensate tank (U-FA 501). Process condensate dari process condensate tank diumpankan ke process condensate stripper (U-DA 501) yang mempunyai sieve trays internal dan dioperasikan pada 3 Kg/cm2G. Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



64 BAB III Sistem Proses



Kondensat di-stripping kandungan NH3 dan CO2-nya dengan stripping steam di process condensate stripper. Overhead gas dikirim ke LP Decomposer (U-DA 202) pada unit purifikasi untuk recovery. Dari tingkat menengah process condensate stripper , kondensat yang sudah di-stripping dipompakan menuju urea hydrolizer (U-DA 502) yang dioperasikan pada 23 Kg/cm2G dan 210oC, dimana urea dihidrolisasi menjadi NH3 dan CO2. Larutan ini mengandung urea sekitar 1,1% berat. Reaksi hidrolisa urea tersebut ditunjukkan pada persamaan reaksi 3.24 NH2CONH2 + H2O à 2 NH3 + CO2 ….. (3.25) Reaksi ini membutuhkan temperatur yang tinggi serta waktu tinggal yang lama. Waktu tinggalnya yaitu selama 45 menit untuk mengurangi kandungan urea kurang dari 2 ppm. Process condensate dari urea hydrolizer diumpankan kembali ke bagian bawah process condensate stripper untuk men-stripping NH3 dan CO2. Akhirnya, process condensate yang sudah bersih setelah pengolahan hanya mengandung urea maksimal 2 ppm dan NH3 1 ppm dan dimasukkan ke water tank (U-FA 305). Selanjutnya dikirim ke utilitas dan ke sebagian make-up dust chamber (U-FC 301). 3.3 Unit Pengantongan Unit ini merupakan unit terakhir dari seluruh rangkaian akhir pembuatan urea. Tugas unit ini adalah mengantongi butiran urea ke dalam kemasan karung plastik, kemudian mendistribusikan ke sarana transportasi yang tersedia, dan mengatur penyimpanan dalam gudang . Sistem pengolahan urea di unit pengantongan dapat dibagi menjadi tiga yaitu : (1) Sistem pengolahan urea curah (bulk handling system) (2) Sistem pengantongan urea (bagging system) (3) Sistem pengolahan kantong urea (bag handling system) Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



65 BAB III Sistem Proses



3.3.1



Sistem Pengolahan Urea Curah (Bulk Handling System) Urea curah dari prilling tower dikirim ke unit pengantongan melalui belt



conveyor toyo U-JF-301, lalu dikirim ke belt conveyor 2801-VA/VB yang disebut transfer conveyor untuk ditampung ke dalam tempat penyimpanan sementara yang disebut surge hopper 2801-VD yang dilengkapi dengan travelling tripper 2801-VE. Bin storage juga dilengkapi dengan high level dan low level switch yang menunjukan kondisi bin penuh atau kosong. Ada 10 buah bin storage dalam unit ini, tetapi yang beroperasi hanya empat. Kapasitas tiap bin adalah 80 ton. 3.3.2



Sistem Pengantongan Urea (Bagging System) Pada bagian bawah bin storage terdapat mesin yang diatur untuk



menimbang dengan kapasitas 50 kg dengan akurasi timbang 250 gram. Untuk membuat urea curah kedalam kantong , operator tinggal memasang kantong pada bagian bawah weighing machine, kemudian menginjak pedal yang disebut foot pedal switch untuk mencurahkan urea. Bila urea dengan takaran yang diinginkan telah tercurah seluruhunya maka kantong akan terlepas secara otomatis dan dibawa oleh belt conveyor menuju penjahitan. Pada kondisi normal kapasitas mesin jahit adalah 12 bag/menit/mesin. Sesuai dengan bin storage yang beroperasi maka jalur penjahit ini ada empat buah. Untuk mengontrol mutu, setiap 20 bag diambil satu sampel untuk ditimbang ulang dan diteliti jahitannya. Bila hasilnya kurang baik, maka mesin penimbang diatur ulang dan mesin jahit diperbaiki atau diperlambat kapasitas jahitannya 3.3.3



Sistem Pengolahan Kantong Urea (Bag Handling System) Urea yang telah dikemas dalam karung plastikdan dijahit akan dibawa ke



sarana angkutan atau gudang penyimpanan dengan belt conveyor. Sarana alat angkut yang tersedia adalah truk dan kereta api. Untuk truk digunakan slot conveyor sebanyak empat buah dengan kapasitas normal rata-rata 1920 bag/jam/conveyor, sedangkan untuk kereta api digunakan mobile transfer conveyor, kemudian conveyor 2480-VA/VB, bag Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



66 BAB III Sistem Proses



flattener, lalu ke overhead conveyor I, diputar ke arah stationary rail car loading, dan masuk ke gerbong kereta api. Untuk mengarahkan kantong-kantong urea agar menuju ke gerbong dipakai bag diverter U. Urea kantong yang tidak termuat dalam truk dan kereta api disimpan di dalam gudang. Sistem penyimpanan yang digunakan adalah sistem pindang, agar kapasitas penyimpanan dapat maksimum dan pengambilannya mudah. Kapasitas penyimpanan di gudang ini adalah 25.000 ton urea bagged.



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



67 BAB III Sistem Proses



Gambar 3.9 Diagram Blok Neraca Massa Total Plant Ammonia 1B



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek



68 BAB III Sistem Proses



Gambar 3.10 Lanjutan Diagram Blok Neraca Massa Total Plant Ammonia 1B



Laporan Magang Industri PT Pupuk Kujang Cikampek