Industri Nh3 [PDF]

Citation preview

Proses Industri Kimia



“INDUSTRI AMONIA (NH3)”



Oleh : ANINDITA DYAH P.



1331410094



HUSEN BIN MUHAMMAD M. 1331410103 NOVIA PARAMITHA



1331410060



POLITEKNIK NEGERI MALANG TAHUN 2014/2015



BAB I PENDAHULUAN I.



LATAR BELAKANG Nitrogen adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur nonlogam, dan gas yang paling banyak di atmosfir bumi (sekitar 78%). Nitrogen merupakan unsur yang relatif stabil, tetapi dapat membentuk isotop-isotop yang 4 diantarnya bersifat radioaktif. Di alam nitrogen terdapat dalam bentuk gas N2 yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa dan tidak beracun. Pada suhu yang rendah nitrogen dapat membentuk cairan atau bahkan Kristal padat yang tak berwarna (bening). Selain itu nitrogen juga terdapat dalam bentuk senyawa nitrat, amonia, protein dan beberapa mineral penting seperti (KNO3) dan senyawa chili (NaNO3). Hidrogen merupakan unsur sangat ringan dan di alam berada dalam bentuk gas H 2, air (H2O), senyawa-senyawa organik dan isotop-isotop protium , deuterium , dan tritium yang terdapat pada reaksi inti di matahari dan bintang-bintang. Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat memberikan



batas



15



menit



bagi



kontak



dengan



amonia



dalam



gas berkonsentrasi 35 ppm volum, atau 8 jam untuk 25 ppm volume. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru - paru dan bahkan kematian. Sekalipun amonia di AS diatur sebagai gas tak mudah terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup, dan pengangkutan amonia berjumlah lebih besar dari 3.500 galon (13,248 L) harus disertai surat izin. Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan amonia anhidrat. Istilah ini menunjukkan tidak adanya air pada bahan tersebut. Karena amonia mendidih di suhu -33 °C, cairan amonia harus disimpan dalam tekanan tinggi atau temperatur amat rendah. Walaupun begitu, kalor penguapannya amat tinggi sehingga dapat ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap. "Amonia rumah" atau amonium hidroksida adalah larutan NH3 dalam air. Konsentrasi larutan tersebut diukur dalam satuan baumé. Produk larutan komersial amonia berkonsentrasi tinggi biasanya memiliki konsentrasi 26 derajat baumé (sekitar 30 persen berat amonia pada 15.5 °C). Amonia yang berada di rumah biasanya memiliki konsentrasi 5 hingga 10



persen berat amonia. Amonia umumnya bersifat basa (pKb = 4.75), namun dapat juga bertindak sebagai asam yang amat lemah (pKa = 9.25). Sifat-sifat amonia Sifat-sifat amonia antara lain sebagai berikut: a. Amonia adalah gas yang tidak berwarna dan baunya sangat merangsang sehingga gas ini mudah dikenal melalui baunya. b. Sangat mudah larut dalam air, yaitu pada keadaan standar, 1 liter air terlarut 1180 liter amonia. c. Merupakan gas yang mudah mencair, amonia cair membeku pada suhu -78 0C dan mendidih pada suhu -330 C II. RUMUSAN MASALAH Dari latar belakang di atas dapat diidentifikasi masalah sebagai berikut : a. Bagaimana cara pembuatan amonia? b. Apa kegunaan amonia dalam kehidupan manusia ? III.



TUJUAN Adapun tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mempelajari dan mengetahui lebih lanjut tentang cara pembuatan amonia dalam kehidupan manusia. 2. Untuk mengetahui lebih mendalam tentang kegunaan amonia bagi kehidupan manusia.



IV.



MANFAAT Adapun manfaat bagi penulisan makalah ini yaitu sebgai berikut: 1. Dengan penulisan makalah ini diharapkan dapat memberikan pengenalan sedikit tentang senyawa amonia bagi para pembaca. 2. Dengan makalah ini untuk menambah wawasan kami pada makalah berikutnya.



BAB II PEMBAHASAN A. Proses Produksi Ammonia Pada proses pembuatan amonia, perbedaan yang ada sebenarnya hanya berbeda jika bahan bakunya berbeda, yaitu antara gas alam, batu bara, dan naphta. Jenis-Jenis Proses pembuatan Amonia dan Penjelasan



N o



1



Proses



Penjelasan



Haber-Bosch



Dalam proses ini gas hidrogen diperoleh dari reaksi pembakaran bahan batu bara dengan udara. Gas nitrogen diperoleh dari udara yang digunakan dalam proses pembakaran batu bara. Hasil pembakaran yang berupa campuran gas sintesis ( hidrogen, nitrogen, karbondioksida, karbonmonoksida) dicampur dengan steam agar terjadi reaksi dengan karbonmonoksida menghasilkan gas hidrogen dan karbondioksida. Karbondioksida dibuang dengan menggunakan water scrubber sedangkan gas sintesis mengalami penekanan dan pelepasan karbonmonoksida yang belum terkonversi menjadi karbondioksida dengan menggunakan amoniacal euprous. Setelah melalui tahapan tersebut, gas sintesis masuk ke tahap pembuatan amonia. Kelebihan : Lebih ekonomis karena oksigen jauh lebih murah Kekurangan : a. Proses menggunakan tekanan tinggi b. Menggunakan energi yang sangat banyak sehingga kenaikan harga energy sangat berpengaruh terhadap biaya produksi c. Bahan baku yang digunakan (batu bara) hanya menghasilkan hidrogen sedikit dibandingkan gas alam. Reaksi C + H2O ↔ CO + H2



2



Kellog



Dalam proses ini gas hidrogen diperoleh dari proses reforming gas alam dengan uap air. Gas dari nitrogen dari udara yang oksigen di dalam udara tersebut digunakan untuk proses pembakaran gas alam. Hasil proses reforming berupa gas sintesis (hidrogen, nitrogen, karbondioksida, karbonmonoksida) masuk ke reaktor untuk proses konversi karbonmonoksida menjadi karbondioksida. Selanjutnya karbondioksida diserap pada absorber kemudian dibuang lewat stripper. Gas sintesis yang masih mengandung sisa karbonmonoksida yang tidak terkonversi dan karbondioksida yang tidak terserap masuk ke metanator untuk dikonversi menjadi metana, kemudian metana dipisahkan dari gas sintesis dengan separator. Setelah proses tersebut gas sintesis siap masuk ke proses pembentukan amonia. Konversi amonia ± 8%. Kelebihan : a. Penggunaan energi yang lebih efisien b. Bahan baku menggunakan gas alam yang menghasilkan hidrogen lebih banyak c. Menggunakan peralatan dan katalis yang lebih baik (Katalis CuO-ZnO yang digunakan memiliki keaktifan dan selektifitas yang tinggi sehingga prosesnya efisien) d. Pembentukan produk sampingan seperti DME,alkohol tinggi,senyawa karbonil dan methane dapat dikurangi e. Proses menggunakan tekanan rendah (100200 atm) f. Fleksibilitas lebih besar dalam pemilihan ukuran pabrik



Kekurangan : a. Katalis yang digunakan tidak tahan terhadap sulfur dan chlorin yang terdapat dalam syn gas sehingga kandungannya harus kurang dari 0,1 ppm b. Menggunakan pendingin intermediate cooler yang akan memperbesar investasi desain reactor c. Perlu penambahan steam, sehingga membutuhkan biaya yang lebih besar



Reaksi : CH4 +H2O ↔CO + 3H2 3



HaldorTopsoe



Dalam proses ini gas hidrogen diperoleh dari proses reforming gas alam dengan uap air. Beberapa variabel yang mempengaruhi reaksi di amonia converter : a. Temperatur reaksi Reaksi pembentukan amonia bersifat eksotermis. Sesuai prinsip kesetimbangan, untuk mendapatkan hasil reaksi yang optimal pada reaksi tersebut akan lebih baik dijalankan pada temperatur yang rendah. Namun, apabila reaksi berlangsung pada temperatur yang terlalu rendah, maka kecepatan reaksi akan lambat. b. Tekanan Operasi Reaksi pembentukan amonia ini baik dijalankan pada tekanan yang tinggi. Pada operasi dengan tekanan yang tinggi, reaksi akan lebih bergeser ke arah kanan / produk (NH3). c. Rasio N2/H2 Secara teoritis konversi optimum akan dicapai pada rasio gas dengan yang hampir sama dengan keadaan stoikiometri yaitu 3 : 1. d. Aktifitas Katalis Keaktifan katalis akan sangat mempengaruhi konversi yang dihasilkan. Keaktifan katalis akan semakin turun dengan bertambahnya usia katalis. Temperatur yang terlalu tinggi dan racun katalis seperti, senyawa sulfur, CO, dan CO2 dapat merusak katalis.



Kelebihan : a. Bahan baku menggunakan gas alam yang menghasilkan hidrogen lebih banyak (Lebih diperkaya gas alamnya, buka oksigen murni) b. Kualitas peralatannya lebih baik dan mempunyai ketahanan lebih baik Kelebihan



:



a. Perlu penambahan steam, sehingga membutuhkan biaya yang lebih besar b. Pengendalian prosesnya rumit dan mahal



peralatannya



Reaksi : CH4 +H2O ↔CO + 3H2



Kondisi Operasi pada Proses pembuatan Amonia Proses



Tekanan Operasi (atm)



Temperatu r Operasi (oC)



1



HaberBosch



200-300



500



2



Kellog



100-200



400-500



3



HaldorTopsoe



100-200



400-500



N o



Sumber Nitrogen



Sumber Hidrogen



Gas hasil pembakaran Udara Langsung



Kokas / Gas Alam



Kebutuha n Energi (Gcal/MT amonia) 8,3/ 34,8 Gj/T



Gas alam



7,2



Gas alam/naft a



6,9



Udara Langsung



B. Proses Pembuatan Ammonia secara Kellog UDARA



Proses pembuatan ammonia menggunakan teknologi Kellog Brown and Root (KBR) dari



Amerika Serikat dengan desain operasi 1200 MTPD.SECONDARY Bahan bakuREFORMER yang digunakan untuk PRIMARY REFORMER GAS ALAM



DESULFURISASI



SHIFT CONVENTER



memproduksi ammonia adalah gas alam, steam dan udara. STEAM



COMPRESSOR



CO2 REMOVAL



LARUTAN BENFIELD



METHANATOR



WHB



AIR DEMIN



CONVERTER



REFRIGERANT



AMONIAK



PURGE GAS RECOVERY



CO2 GAS



Gb. I Flow Chart Proses Amonia a. Unit Persiapan Gas Umpan Baku ( Raw feed gas Preparation ) Gas alam ( Natural Gas ) dari kilang dialirkan ke dalam Fuel and Feed Gas Knock Out Drum (101-F) untuk memisahkan senyawa hidrokarbon berat. Dari KO Drum sebagian gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan sebagian lagi sebagai bahan baku proses. Sistem persiapan gas umpan baku terdiri dari beberapa tahapan proses, yaitu penghilangan sulfur, penghilangan mercury, dan penghilangan CO2 Desulfurizer : Gas alam yang akan digunakan sebagai bahan baku proses pembuatan amonia masih mengandung pengotor berupa sulfur dalam gas yang dapat meracuni katalis reformer. Kandungan sulfur dalam gas alam akan dikurangi sampai batas 0,01 ppm di dalam desulfurized berisi katalis Co-Mo. Gas bumi dikompresi hingga suhunya menjadi 103C, tekanan 43,3 kg/cm2, kemudian dipanaskan di Primary Reformer hingga 399C. Reaksi yang terjadi : Pada katalis Co-Mo (Cobalt Molybden) = 8,5 m3 S + H2  H2S CH35H + H2  CH4 + H2S +panas H 800oF = -35,021 . 103 Btu/lbmol CH3SH C4H4S + 4H2  N-C4H2O + H2S + panas H 800oF = -120,560 . 103 Btu/lbmol C4H4S



Co-Mo ini akan mengubah senyawa S organik menjadi H2S dengan bantuan gas H2 dari sintesis amonia yang banyak mengandung H2. Kemudian gas ini dimasukkan ke katalis zinc oxide. Pada katalis ZnO (Zinc Oxyde) = 70,8 m3 H2S + ZnO  ZnS + H2O + panas H 77oF = -32,940 . 103 Btu/lbmol H2S ZnO akan menangkan H2S dan dirubah menjadi ZnS. Gas H2S diikat oleh ZnO yang bertindak sebagai adsorben. Life time 5 tahun. Suhu gas keluar sekitar 389C dengan tekanan 42 kg/cm2, kemudian gas alam yang telah diubah kadar sulfatnya dari 25 ppm menjadi 0,1 ppm diumpankan ke Primary Reformer. Mercury Guard Vessel : Gas dari Desulfurizer mengalir ke Mercury Guard Vessel (109-D) yang berisi 6,7 m3 katalis Sulfur Impregnated Activated Carbon berfungsi untuk menyerap Hg yang terdapat dalam gas alam. Mercury dirubah menjadi senyawa Mercury Sulfida dan kemudian diserap pada permukaan karbon aktif. Diharapkan kandungan Hg dalam gas setelah penyerapan lebih kecil dari 160 ppb. Reaksi yang terjadi adalah : Hg + H2S  HgS + H2 CO2 Pretreatment Unit (CPU) : CPU berfungsi untuk menurunkan kandungan CO2 pada aliran gas umpan dari 23% menjadi 4%. Gas CO2 dihilangkan dengan cara penyerapan memakai larutan activated MDEA (Methyl – Diethanol Amine) dengan konsentrasi 50% Wt pada temperatur 70 sampai 79oC didalam menara Absorber (1102-E). Reaksi yang terjadi adalah : CO2 + H2O  H2CO3 H2CO3 + aMDEA  (aMDEA)+(HCO3) Gas masuk ke Absorber dari bagian bawah dan larutan aMDEA dari bagian atas sehingga terjadi kontak langsung antara keduanya. Larutan yang telah mengikat CO 2 diregenerasi di Stripper (1102-E) selanjutnya di vent ke udara. Selain mengikat CO2, larutan aMDEA juga mampu mengikat hidrogen sulfida sehingga produk CO2 hasil regenerasi di CPU tidak dapat



digunakan sebagai produk samping dikarenakan pada proses berikutnya di pabrik urea memerlukan CO2 murni yang tidak mengandung hidrogen sulfida dan impurities lainnya. Proses penyerapan CO2 dilakukan pada tekanan tinggi dan temperatur rendah sedangkan pelepasan dilakukan pada tekanan rendah dan temperatur tinggi karena pada kondisi inilah kedua reaksi diatas berlangsung optimum. Final Desulfurizer : Final Desulfurizer (108-D) merupakan vessel yang berisi dua unggun katalis, bed bagian atas berisi katalis Nickel Molibde yang berfungsi untuk mengubah sulfur organik yang terdapat di dalam gas umpan menjadi sulfur anorganik (H 2S) dengan mereaksikannya dengan hidrogen, dan unggun bagian bawah berisi katalis ZnO yang berfungsi untuk menyerap H 2S yang terbentuk dari unggun pertama. Reaksinya adalah : RSH + H2  RH + H2S H2S + ZnO  ZnS + H2O Sebelum masuk ke Final Desulfurizer, tekanan gas dinaikan 39 sampai 44 kg/cm2 dengan Feed Gas Commpressor (102-J). Temperatur gas yang masuk ke Final Desulfurizer 371oC. Bila temperatur di bawah 371oC yaitu pada temperatur 320oC akan terjadi reaksi metanasi yang menyebabkab kenaikan temperatur di Final Desulfurizer sendiri, sedangkan temperatur di atas 371oC yaitu pada temperatur 400oC akan terbentuk karbamat karena ada kandungan NH3 dalam gas H2 recycle dan CO2 dalam gas umpan. Kandungan H2S didalam gas outlet Final Desulfurizer diharapkan lebih kecil dari 0,1 ppm. b. Unit Pembuatan Gas Sintesa ( Synthesa Gas ) Sistem ini bertujuan untuk mengubah gas yang berasal dari sistem persiapan gas umpan baku menjadi gas CO, CO2 dan H2 melalui tahapan proses sebagai berikut: Primary Reformer : Gas proses masuk ke Primary Reformer bersama dengan superheated steam dengan perbandingan steam dengan karbon 3,2 : 1 untuk mengubah hidrokarbon menjadi CO, CO 2 dan H2. Bila rasio steam dengan karbon lebih kecil dari 3,25 menyebabkan terjadinya reaksi karbonasi (carbon formation atau carbon cracking) yang mengakibatkan ketidakaktifan katalis karena pemanasan setempat.



Ada dua jenis katalis yang di gunakan untuk kelangsungan reaksi reforming pada Primary Reformer, yaitu katalis nikel (ICI–25–4 ) dibagian atas dan nikel (ICI– 57–4) pada bagian bawah dengan lifetime 3 tahun. Reaksi yang terjadi di Primary reformer adalah sebagai berikut :  Reaksi utama yang bersifat endotermis CH4 + H2O  CO + 3H2 H 77oF = 88,6 . 103 Btu/lbmol CH4  Reaksi samping yang bersifat eksotermis CO + H2O  CO2 + H2 H 77oF = 17,7 . 103 Btu/lbmol CO Reaksi pada Primary Reformer berlangsung secara endotermis (menyerap panas). Sumber panas dihasilkan dari 80 burner dengan tipe pengapian ke bawah untuk memanaskan 128 tube katalis. Temperatur gas inlet reformer 490oC. Temperatur reaksi dijaga 823oC pada tekanan 41 kg/cm2. Jika temperatur lebih rendah maka reaksi akan bergesar ke arah kiri (reaktan). Primary Reformer terdiri dari dua seksi, yaitu seksi radiasi dan seksi konveksi. Pada seksi radian merupakan ruang pembakaran dimana terdapat tube katalis dan burner. Tekanan di Primary Reformer dijaga 7 mmH2O supaya perpindahan panas lebih efektif dan api tidak keluar dan untuk menjaga kevakuman dipakai Induct Draft Fan (101-BJ1T). Sedangkan udara pembakaran untuk burner disuplai oleh Force Draft Fan (101-BJ2T). Seksi konveksi merupakan ruang pemanfaatan panas dari gas buang hasil pembakaran di radian oleh beberapa coil, yaitu : 1. Mix Feed Coil (101-BCX). 2. Proses Air Preheat Coil (101-BCA). 3. HP Steam Super Heat Coil (101-BCS1). 4. HP steam Super Heat Coil (101-BCS2). 5. Feed Gas Preheat Coil (101-BCF). 6. BFW Preheat Coil (101-BCB). 7. Burner Fuel Heater Coil (101-BCP). 8. Combution Air Preheat Coil (101-BLI). Gas yang keluar dari reformer mempunyai komposisi sebagai berikut : H2



: 69,1 %



N2



: 0,24 %



CO



: 8,09 %



CO2



: 10,89 %



CH4



: 11,68 %



Secondary Reformer : Untuk menyempurnakan reaksi reforming yang terjadi di Primary Reformer (101-B), gas dialirkan ke Secondary Reformer (103-D) yang juga berfungsi untuk membentuk gas H2, CO dan CO2. Aliran gas ini dicampurkan dengan aliran udara dari Air Compressor (101-J) yang mengandung O2 dan N2. Gas, steam dan udara mengalir ke bawah melalui suatu unggun yang berisi katalis nikel tipe C14- 2RR dan C14-4GG. Reaksinya adalah sebagai berikut : 2H2 + O2  2H2O CH4 + H2O  CO + 3H2 CO + H2O  CO2 + H2 + panas Reaksi utama di Secondary Reformer juga merupakan reaksi endotermis, dengan memanfaatkan sumber panas yang dihasilkan dari pembakaran H 2 oleh O2. Secondary Reformer beroperasi pada temperatur 965oC dan tekanan 34,2 kg/cm2. Panas yang dihasilkan pembakaran H2 oleh O2 juga dimanfaatkan oleh Secondary Reformer Waste Heat Boiler (61-101-C) dan High Pressure Steam Superheater (102-C) sebagai pembangkit steam (boiler feed water). Gas yang keluar dari Secondary Reformer setelah didinginkan oleh dua buah waste heat exchanger tersebut temperaturnya menjadi 371oC. Komposisi gas keluar Secondary Reformer : H2



: 57,88 %



N2



: 22,41 %



CO



: 11,25 %



CO2



: 7,92 %



CH4



: 0,25 %



Ar



: 0,29 %



Shift Converter : Gas CO dalam gas proses yang keluar dari Secondary Reformer diubah menjadi CO2 pada Shift Converter yang terdiri atas dua bagian yaitu :



a. High Temperature Shift Converter (61-104 –D1). b. Low Temperature Shift Converter (61-104 –D2). High Temperature Shift Converter (HTSC) High Temperature Shift Converter (HTS) (61-104-D1) beroperasi pada temperatur 350 sampai 427oC dan tekanan 34,8 kg/cm2 berisi katalis besi yang berfungsi mengubah CO dalam proses menjadi CO2 dengan kecepatan reaksi berjalan cepat sedangkan laju perubahannya (konversi) rendah. Tujuan reaksi di dalam Shift Converter ini adalah untuk mereduksi kandungan CO yang dapat mengganggu reaksi di dalam Ammonia Converter. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : CO + H2O  CO2 + H2 H 77oF = -17,7 . 103 Btu/lbmol CO Gas proses yang keluar dari High Temperature Shift Converter (HTS) (61- 104-D1), sebelum masuk ke LTS (61-104-D2) yang berisi katalis Cu 79,5 m3 diturunkan temperaturnya di dalam alat penukar panas. Komposisi gas keluar HTSC : H2



: 61,05 %



N2



: 20,46 %



CO



: 2,15 %



CO2



: 15,84 %



CH4



: 0,23 %



Ar



: 0,27 %



Low Temperature Shift Converter (LTSC) CO + H2O  CO2 + H2 Mereaksikan CO dan steam menjadi CO2 pada suhu rendah dengan katalis Cu 65,7 m3. Di dalam LTSC terjadi reaksi yang sama dengan HTSC, hanya saja reaksi dilangsungkan pada temperatur yang lebih rendah (203oC) agar konversi reaksi tinggi. Reaksi dilangsungkan pada reaktor dengan dua lapis unggun katalis. Kadar CO keluaran LTSC diharapkan kurang dari 0,3 %. Gas yang keluar dari LTSC menyediakan energi yang diperlukan untuk CO2 removal dan pemanasan BFW. Komposisi gas keluar dari LTSC :



H2



: 61,29 %



N2



: 20,26 %



CO



: 0,14 %



CO2



: 17,82 %



CH4



: 0,23 %



Ar



: 0,26 %



b. Unit Pemurnian Gas Sintesa ( Synthesa Gas purification ) Pada unit ini CO dan CO 2 dipisahkan dari gas sintesa, karena CO dan CO 2 dapat meracuni katalis Ammonia Converter (105-D). Proses pemurnian gas sintesa ini terdiri dari dua tahap proses, yaitu : Main CO2 Removal : Pengambilan gas CO dari sintesis gas dilakukan di unit CO2 Removal yang terdiri dari menara absorber (menara penyerap gas CO 2) dan menara stripper (menara penyerap gas CO2) dimana sebagai gas penyerap CO2 digunakan larutan Benfield, larutan terdiri dari kalium karbonat (K2CO3), di ethanol amine (DEA), vanadium pentaoksida (V 2O5) atau kalium vanadat (KVO3) dan gas anti busa (ucon). Larutan Benfield setelah menyerap gas CO2 menjadi jenuh sehingga tidak dapat menyerap gas CO 2 lagi, namun larutan Benfield ini dapat diregenerasi kembali. Gas CO2 setelah didinginkan, dikurangi kadarnya dengan menggunakan Improved Benfield yang dilengkapi dengan flash drum dan 4 tingkat steam ejector. Larutan Benfield mengandung K2CO3  30% berat dan sebagai aditif ditambahkan di ethanol amine (DEA) untuk meningkatkan daya absorbsi CO2 dan V2O5 untuk mencegah korosi serta antifoam. Peralatan utama Main CO2 Removal terdiri dari : 



CO2 Absorber (1101-E).







CO2 Stripper (1102-E).



CO2 Absorber Gas keluaran LTSC masih mengandung sisa CO2 yang dapat mengganggu reaksi pembentukan amonia. Sisa CO2 ini direduksi dengan mengontakkan gas sintesa dan larutan Benfield dalam Absorber berupa lapisan unggun pada tekanan 35 kg/cm2 dan temperatur 72oC. Reaksi yang terjadi :



H2O + CO2 + K2CO3  2KHCO3 Komposisi gas keluaran Absorber adalah : H2



: 73,59 %



N2



: 25,30 %



CO



: 0,37 %



CO2



: 0,06 %



CH4



: 0,36 %



Ar



: 0,32 %



CO2 Stripper CO2 yang terabsorb dalam larutan Benfield dilucuti oleh kukus dalam kolom Stripper pada tekanan 0,8 kg/cm2 dan temperatur 125oF. Absorben yang bebas CO2 akan digunakan kembali di Absorber. Reaksi yang terjadi : 2KHCO3  K2CO3 + H2O + CO2 Komposisi gas keluar Stripper adalah : H2



: 0,27 %



N2



: 0,02 %



CO2



: 99,71 %



Methanator : Fungsi dari Methanator (61-106-D) adalah untuk merubah gas CO dan CO 2 yang masih lolos dari Main CO2 Removal menjadi CH4. Methanator merupakan suatu bejana yang diisi dengan katalis nikel terkalsinasi (penukaran logam kepada oksidanya dengan cara pembakaran). Reaksi yang terjadi adalah : CO + 3H2  CH4 + H2O H 77oF = -88,6 . 103 Btu/lbmol CO CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O H 77oF = -70,9 . 103 Btu/lbmol CO Methanator beroperasi pada tekanan 32 kg/cm2 dan temperatur 315oC. Karena panas yang dihasilkan dari reaksi ini, maka temperatur gas sintesa naik menjadi 366 oC. Absorber



dibatasi maksimal 0,1% vol agar tidak terjadi overheating. Gas sintesa keluaran Methanator mempunyai batasan kandungan CO dan CO2 maksimum 10 ppm. c. Unit Sintesa Ammonia ( Ammonia Synthesa unit ) Gas sintesa murni dengan perbandingan volume H2 dan N2 sebesar 3 : 1, sebelum dialirkan ke Ammonia Converter (105-D) terlebih dahulu tekanannya dinaikkan dengan Syn Gas Compressor (103-J) sampai tekanan 150 kg/cm2. Kompressor ini bekerja dengan dua tingkatan kompresi dengan penggerak turbin uap (steam turbine). Tingkatan pertama disebut Low Pressure Case (LPC) dan tingkatan kedua disebut High Pressure Case (HPC). Gas sintesa masuk ke LPC dengan temperatur 38oC dan tekanan 24,1 kg/cm2, kemudian dikompresikan menjadi 63,4 kg/cm2 dan temperatur 67,4oC. Sedangkan pada bagian HPC, gas sintesa bercampur dengan gas recycle dari Ammonia Converter. Gas sintesa umpan memasuki Ammonia Converter dengan temperatur 141oC dan tekanan 147 kg/cm2 melalui bagian samping reaktor. Reaktor ini dibagi menjadi dua bagian berdasarkan fungsinya, yaitu ruang katalis atau ruang konversi dan ruang penukar panas (heat exchanger). Reaksi yang terjadi pada Ammonia Converter adalah sebagai berikut : N2 + 3H2  2NH3 H 77oF = -39,64 . 103 Btu/lbmol N2 Ammonia konverter menggunakan katalis Fe (Promoted Iron) dan dioperasikan pada temperatur 480oC dan tekanan 150 kg/cm2. e. Unit Pendinginan Ammonia ( Ammonia Referigration Unit ) Untuk memberikan pendinginan pada ammonia diperlukan suatu system pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas sintesa, gas buang, serta gas pada interstage compressor gas sintesa. Sistem pendinginan dilakukan dalam tiga tahap yaitu : 1. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam sintesa loop. 2. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas buang. 3. Mendinginkan gas pada interstage compressor gas sintesa. Uap ammonia didinginkan dan dikondensasikan terlebih dahulu pada Ammonia Unitized Chiller (120-C ). sebelum masuk ke Refrigerant Reservoir(109-F). Uap yang tidak terkondensasi



dikembalikan ke sistem dan zat yang tidak bereaksi dari chiller dikirim ke unit daur ulang amonia. Uap ammonia yang terbentuk pada berbagai chiller, flush drum,



dan



storage



tank



dimasukkan dalam Centrifugal Refrigerant Compressor (105-J). Kompressor ini bekerja berdasarkan sistem pemampatan bertingkat untuk memanfaatkan amonia sebagai media pendingin. Kompressor ini dioperasikan untuk memenuhi kebutuhan tekanan pada Stage Flush Drum (120-CF). Disamping itu juga dapat menaikkan tekanan dari aliran amonia yang mengalami flushing, sehingga memungkinkan amonia terkondensasi setelah terlebih dahulu didinginkan dalam Refrigerant Condenser (127-C). Produk amonia yang dihasilkan terdiri dari dua jenis yaitu produk dingin dan produk panas. Produk dingin yang mempunyai temperatur 33 oC dikirim ke tangki penyimpanan amonia. Sedangkan produk panas dengan temperatur 30oC dikirim ke pabrik urea.



f. Unit Daur Ulang Ammonia ( Ammonia Recycle Unit ) Unit ini berfungsi untuk menyerap NH 3 yang terkandung di dalam gas buang sehingga diperoleh efisiensi produk ammonia yang lebih tinggi. Penyerapan kandungan ammonia yang ada dalam campuran gas buang dilakukan dalam dua packed absorber dengan sirkulasi yang berlawanan arah antara gas-gas dengan air. HP Ammonia Scrubber (104-E) menyerap ammonia yang terikut dalam purge gas tekanan tinggi dari sintesa loop dengan temperatur 28,8oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim ke unit daur ulang hidrogen (HRU). LP Ammonia Scrubber (103-E) menyerap ammonia yang terikut di dalam purge gas dari Ammonia Letdown Drum (107-F) dan Refrigerant Receiver(109-F) yang bertemperatur -17oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim ke Primary Reformer sebagai bahan bakar. Larutan aqua amonia dari HP Ammonia Scrubber dan LP Ammonia Srubber serta kondensat dari HRU dipanaskan sampai 165oC di Ammonia Stripper Feed/Effluent Exchanger (61-141-C) lalu dialirkan ke Ammonia Stripper (105-E). Pada column ini terjadi pelepasan amonia dari aquas amonia, ammonia yang telah dipisahkan dikirim kembali ke Refrigerant System. Untuk menjaga temperatur ammonia keluar dari top column dispray, ammonia cair dari produk panas melalui inlet spargerdi top column. Untuk memberi panas ke kolom digunakan Ammonia Stripper Reboiler (140-C) dengan menggunakan steam.



g. Unit Daur Ulang Hidrogen ( Hydrogen Recycle Unit ) Unit daur ulang hidrogen (Hydrogen Recovery Unit) ini menggunakan teknologi membran separation yang diproduksi oleh Air Product USA. Tujuan daur ulang hidrogen adalah untuk memisahkan gas hidrogen yang terdapat dalam purge gas dari HP Ammonia Scrubber (61104-E) sebelum dikirim ke fuel sistem. Sedangkan hidrogen yang diperoleh dikembalikan ke sintesa loop untuk diproses kembali menjadi amonia. Prism separator merupakan inti dari peralatan pada HRU. Prism separator menggunakan prinsip pemilihan permeation (perembesan) gas melalui membran semi permeabel. Molekul gas akan berpindah melalui batas membran jika tekanan parsial dari gas lebih rendah dari tekanan di sebelahnya. Membran ini tediri dari hollow fiber yang terdiri dari sebuah bundle hollow fiber yang mempunyai seal pada setiap ujungnya dan melalui tube sheet. Bundle ini dipasang dalam bentuk pressure vessel. Setiap separator mempunyai 3 buah nozzles, satu di inlet dan dua buah di outlet. Dalam operasi gas memasuki inlet nozzle dan melewati bagian luar hollow fiber. Hidrogen permeate melalui membran lebih cepat dari pada gas lain. Gas yang akan di daur ulang memasuki HP prism separator 103-LL1A dan 103-LL1B secara paralel melalui bottom nozzle dan didistribusikan ke bundle hollow fiber di shell side-nya. Gas kaya hidrogen permeate lewat melalui pori hollow fiber, melewati internal tube sheet, dan keluar melalui nozzle outlet. Hidrogen yang keluar dari kedua prism tersebut merupakan produk high pressure permeate dan dialirkan ke Syn Gas Compressor 1st Stage Cooler (61-130-C) dengan tekanan 57 kg/cm2. Aliran tail gas yang meninggalkan shell side dari HP prism separator di letdown, kemudian mengalir ke LP prism separator (61-103-LL2A, 2B, 2D, 2E, 2F) untuk proses pemisahan selanjutnya. Permeate dari LP prism seperator ini merupakan produk low pressure permeate dan dikirim ke Up Stream Methanator Effluent Cooler (61-115-C) dengan tekanan 31 kg/cm2. Tail gas kemudian meninggalkan shell side LP prism separator dengan kondisi minim hidrogen dan gas nonpermeate. Gas non-permeate terdiri dari inert gas methan dan argon yang di buang dari ammonia synthesis loop, dan digunakan sebagai bahan bakar di Primary Reformer. h. Unit Pembangkit Steam ( Steam System Unit )



Energi panas yang dihasilkan oleh panas reaksi proses, dimanfaatkan pada beberapa penukar panas untuk memanaskan air umpan boiler yang akan dijadikan steam. Penukar panas yang dilalui air umpan boiler adalah : 1. Reformer Waste Heat Boiler (101-C). 2. High Pressure Steam Superheater (102-C). 3. HTS Effluent Steam Generator (103-C1/C2). 4. Ammonia Converter Steam Generator (123-C1/C2). 5. BFW Preheat Coil (1010BCB). Air umpan boiler dari utilitas masuk ke Deaerator (101-U) untuk menghilangkan oksigen terlarut dengan cara mekanis (steam bubbling dan stripping) dan secara kimia (injeksi Hydrazine) ke dalam Deaerator, kemudian dikirim dengan BFW Pump (104-J) ke Steam Drum (101-F) melalui alat-alat penukar panas. Steam yang keluar dari steam drum dipanaskan di High Pressure Stam Superheater (102-C) hingga temperatur 327oC dan tekanan 105 kg/cm2, kemudian dipanaskan lagi di HP Steam Super Heat Coil (101-BCS1/BCS2) untuk menghasilkan superheated steam (steam SX) dengan temperatur 510oC dan tekanan 123 kg/cm2. Produk steam SX yang dihasilkan sebesar 211 ton/jam digunakan untuk penggerak turbin Air Compressor (101-JT) sebesar 80 ton/jam dan penggerak turbin Syngas Compressor (103-JT), selebihnya diturunkan tekanannya menjadi steam SH. Exhaust dari steam tersebut adalah steam SH bertekanan 42,2 kg/cm2 dan temperatur 510oC, digunakan untuk menggerakkan turbin-turbin yang lain yaitu : 1. Turbin Refrigerant Compressor (105-JT) sebesar 21 ton/jam. 2. Turbin Feed Gas Compressor (102-JT) sebesar 8,84 ton/jam. 3. Turbin BFW pump (104-JT) sebesar 17,4 ton/jam. 4. Turbin ID fan (101-BJ1T) sebesar 8,17 ton/jam. 5. Turbin RC Lube Oil Pump (105-JLOT) sebesar 0,55 ton/jam. 6. Turbin Air Compressor (101-JT) sebesar 2,3 ton/jam. Pemakaian terbesar steam SH adalah untuk steam proses di Primary Reformer yaitu sebesar 81 ton/jam dan sekitar 30 ton/jam di impor ke unit Urea. Steam SH dari letdown turbinturbin di atas menghasilkan steam SL bertekanan 3,5 kg/cm2 dan temperatur 219oC, digunakan sebagai media pemanas di reboiler,sebagai steam bubling/striping Deaerator dan sebagai steam



ejektor. Kondensat steam dari reboiler dikirim kembali ke Deaerator sebagai air umpan Boiler. Sedangkan condensing steam SX dari turbin dikirim ke Surface Condenser (101-JC) untuk di kondensasikan dengan air pendingin, kemudian dikirim ke off site sebesar 54 ton/jam dan sebagian kecil digunakan sebagai make up jaket water, make up aMDEA system dan sebagai pelarut bahan-bahan kimia. C. KEGUNAAN AMMONIA Kegunaan amonia bagi manusia cukup beragam. Di antaranya adalah sebagai berikut: a) Untuk pembuatan pupuk, terutama urea dan ZA (Zwavelzur amonium = amonium sulfat) 2 NH3(g) + CO2(g)  CO(NH2)2(aq) + panas 2 NH3(g) + H2SO4  (NH4)2SO4(aq) b) Untuk membuat senyawa nitrogen yang lain, seperti asam nitrat, amonium klorida, amonium nitrat. 4 NH3(g) + 5 O2(g)  4 NO(g) + 6 H2O(g) NH3(g) + HCl(aq)  NH4Cl(aq) NH3(g) + HNO3(aq)  NH4NO3(aq) c) Untuk membuat hidrazin. 2 NH3(g) +



NaOCl(aq)  N2H4(l) + NaCl(s) + H2O(l)



Hidrazin merupakan salah satu senyawa nitrogen yang digunakan sebagai bahan bakar roket. d) Dalam pabrik es, amonia cair digunakan sebagai pendingin (refrigerant) karena amonia cair mudah menguap dan akan menyerap panas sehingga menimbulkan efek pembekuan (J. Goenawan 153-154).



BAB III PENUTUP KESIMPULAN



- Amonia adalah gas yang tidak berwarna dan baunya sangat merangsang sehingga gas ini -



mudah dikenal melalui baunya. Proses pembuatan ammonia menggunakan teknologi Kellog Brown and Root (KBR) dari Amerika Serikat dengan desain operasi 1200 MTPD. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi ammonia adalah gas alam, steam dan udara.



- Kegunaan amonia untuk pembuatan pupuk, terutama urea dan ZA (Zwavelzur Amonium = amonium sulfat). SARAN Dari keseluruhan penulisan makalah senyawa amonia ini, masih banyak kekurangan yang ada maka penulis mengharap saran dan kritikan dari para pembaca (dosen, kakak tingkat serta teman – teman) sangat di harapkan untuk penulis dari penyempurnaan makalah berikutnya atau masa yang akan mendatang.



DAFTAR PUSTAKA



Akhadiyah,A, dan Finalisa, Nila.2012. Pabrik ZA I & III/Departemen Produk I PT. Petrokimia Gresik. Laporan Kerja Praktek.Politeknik Negeri Malang.Malang Anonim.2012. Proses Pembuatan Urea (Proses Pabrik Amoniak Lengkap) bagian 6. Dikutip dari http://joetrizilo.wordpress.com/2012/03/26/prosespembuatan-urea-proses-pabrik-amoniak-lengkap-bagian-6/ (diakses pada 21 Oktober 2014 pukul 15.56 WIB) Anonim.Tanpa



Tahun.



SELEKSI



DAN



URAIAN



PROSES.



Dikutip



dari



https://id.scribd.com/doc/77197133/Uraian-Proses-Ammonia#download (diakses pada 23 Oktober 2014 pukul 09.39 WIB) Goenawan J. 1999. Kimia SMA 1B. PT Gramedia Widiasarana Indonesia, Jakarta. Dikutip dari http://ligutfer27octo1991.blogspot.com/2011/04/makalah-senyawa-amonia-nh3-octo.html (diakses pada 21 Oktober 2014 pukul 15.56 WIB) Novita, Erlin, dan Dwipuspa NT, Shiella.2013. PT Petrokimia Gresik Departemen Produksi I Unit Amoniak. Laporan Kerja Praktek.Politeknik Negeri Malang.Malang Sunardi. 2006. 116 Unsur Kimia. Yrama Widya, Bandung. Dikutip dari http://ligutfer27octo1991.blogspot.com/2011/04/makalah-senyawa-amonia-nh3-octo.html (diakses pada 21 Oktober 2014 pukul 15.56 WIB)