AMONIA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Amonia (NH3) adalah gas beracun dan tak bewarna dengan bau mengiritasi yang khas.

Walaupun gas ini digunakan dalam banyak kasus sebagai larutan amonia dalam air, yakni

dengan dilarutkan dalam air, amonia cair juga digunakan sebagai pelarut non-air untuk reaksi

khusus. Sejak dikembangkannya proses Harber-Bosch untuk sintesis amonia di tahun 1913,

amonia telah menjadi senyawa yang paling penting dalam industri kimia dan digunakan

sebagai bahan baku banyak senyawa yang mengandung nitrogen. Amonia juga digunakan

sebagai refrigeran (di lemari pendingin), selain itu dalam pembuatan polimer dan bahan

letupan.

Gas yang tidak bewarna ini bau yang menyengat dapat dengan mudah dicairkan. Bahkan

bentuk cair senyawa ini digunakan sebagai pupuk nitrogen. Amonia juga digunakan untuk

memproduksi urea (NH2CONH2), yang juga digunakan sebagai pupuk dalam industri plastik,

dan dalam industri peternakan sebagai suplemen makanan ternak. Amonia sering merupakan

senyawa pertama untuk banyak senyawa nitrogen.

Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hydrogen ditemukan oleh Fritz Haber

(1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk

produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari

Jerman. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah :

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,22 Kj Pada 25oC : Kp = 6,2×105

Fritz Haber, ya, dialah ilmuwan terkenal di balik pesatnya industri amonia. Fritz Haber

adalah orang pertama yang berhasil memfiksasi amonia di laboratorium. Bersama rekannya

Carl Bosch, seorang ahli teknik kimia, mereka mendesain industri amonia yang dapat

memproduksi amonia dalam jumlah besar. Atas kontribusi yang besar dalam bidang sintesis

amonia, Fritz Haber dianugrahi hadiah Nobel kimia pada tahun 1918.

Pada awal pengembangan industri amonia, Fritz Haber bekerja sama dengan Carl Bosch

mendesain suatu pabrik amonia untuk memproduksi amonia dalam skala besar. Carl Bosch

menyarankan Fritz Haber agar tidak menggunakan temperatur reaksi yang terlalu rendah. Jika

temperatur reaksi terlalu rendah maka reaksi akan berjalan dengan lambat dan tentunya hal

ini tidak efisien dalam industri kimia. Bosch juga mengusulkan untuk menggunakan tekanan

yang tidak terlalu tinggi. Tekanan yang terlalu tinggi dapat meningkatkan resiko kecelakaan

akibat ledakan dan meningkatkan biaya konstruksi pabrik. Karena itu Bosch berusaha

merancang pabrik yang dapat memproduksi amonia dengan tekanan 10 sampai 100 Mpa dan

suhu 100-500oC. Setelah lima tahun bekerja sama, mereka berhasil membuat desain industri

amonia yang diserahkan kepada perusahaan BASF. Sayangnya pembuatan industri amonia

itu bertepatan dengan dimulainya Perang Dunia I. Di bawah tekanan dan blokade pihak

sekutu, suplai Natrium Nitrat dari Chili terhenti. Akhirnya industri amonia Jerman lebih

diarahkan untuk memproduksi bahan peledak daripada pupuk buatan. Tanpa industri amonia

Haber-bosch, pasukan Jerman dan Austro-Hungaria pastilah sudah menyerah di awal 1918

karena kehabisan bahan peledak.

1.2Tujuan

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pembuatan Amoniak

Amoniak (NH3) merupakan senyawa nitrogen yang banyak digunakan sebagai bahan

dasar pembuatan pupuk (Urea dan ZA), serat sintetik (nilon dan sejenisnya), dan bahan

peledak TNT (trinitro toluena). Pembuatan ammoniak yang dikemukakan oleh Fritz Haber

(1905), prosesnya disebut Proses Haber-Bocsh. Reaksi yang terjadi adalah kesetimbangan

antara gas N2, H2, dan NH3 ditulis sebagai berikut.

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,22 Kj

Untuk proses ini, gas N2 diperoleh dari hasil penyulingan udara, sedangkan gas H2

diperoleh dari hasil reaksi antara gas alam dengan air. Pada suhu kamar, reaksi ini

berlangsung sangat lambat maka untuk memperoleh hasil yang maksimal, reaksi dilakukan

pada suhu tinggi, tekanan tinggi, dan diberi katalis besi. Reaksi pembentukan amoniak

merupakan reaksi eksoterm. Menurut Le Chatalier kesetimbangan akan bergeser ke arah

NH3 jika suhu rendah. Masalahnya adalah katalis besi hanya berfungsi efektif pada suhu

tinggi, akibatnya pembentukan ammoniak berlangsung lama pada suhu rendah.

Berdasarkan pertimbangan ini prosesnya dilakukan pada suhu tinggi ± 450°C (suhu

optimum) agar reaksi berlangsung cepat sekalipun dengan risiko kesetimbangan akan

bergeser ke arah N2 dan H2. Untuk mengimbangi pergeseran ke arah N2 dan H2 oleh suhu

tinggi, maka digunakan tekanan tinggi antara 200-400 atm. Untuk membuat molekul-molekul

semakin rapat sehingga tabrakan molekul semakin sering. Dengan kondisi yang dianggap

optimum ternyata gas NH3 yang dapat dipisahkan baru dapat mencapai ±15%. Campuran gas

kemudian didinginkan sehingga gas NH3 mencair.

2.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk

Sifat Fisis dan Kimia Produk Utama Amonia :

ü Rumus molekul : NH3

ü Berat molekul : 17.03 g/mol

ü Temperatur kritis : 132.40 °C

ü Tekanan kritis : 111.3 atm

ü Titik didih : 33.15 °C

ü Titik leleh : -77.7 °C

ü Spesific gravity pada acuan udara : 0.5971

ü Kelarutan dalam air dingin (0 °C) : 89.9/100

ü Kelarutan dalam air panas (100 °C) : 7.4/100

ü Viskositas (25 °C) : 13.35 Cp

Sifat Kimia :

o Reaksi amonisasi

Missal pada senyawa halogen

NH3 + HX NH4+ + X-

o Amonia mengalami disosiasi mulai pertama kali pada 400-500 C, pada tekanan 1 atm

o Oksidasi pada suhu yang tinggi dari NH3 akan menghasilkan N2 + H2O

2NH3 + 2 KMnO4 2KOH + MnO2 + 2H2O + N2

2.3 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

1. Bahan Baku :

a. Gas Alam

a. Bentuk : gas

b. Komposisi rata-rata gas alam (fraksi mol) :

CH4 : 0.8370

C2H6 : 0.0495

C3H8 : 0.0330

C4H10 : 0.0150

C5H12 : 0.0580

Sulfur : 25 ppmv (maksimum)

Hg : 188 ppbw(maksimum)

c. Tekanan : 40 atm

d. Temperature : 30 o C

e. HHV : 950-1200 Btu/SCF

f. MW : 19659

g. SG : 0.6-0.8

b) Udara

a. Komposisi rata-rata udara (fraksi mol) :

i. N2 : 0.78084

ii. O2 : 0.20946

iii. Ar : 0.00940

iv. CO2 : 0.00030

b. Tekanan : 1 atm

c. Suhu : 30 o C

d. Humidity : 83%

2. Produk : Amonia (NH3)

a. Bentuk : cair

b. Kadar ammonia : 99.5% berat (minimum)

c. Kadar air : 0.5% berat (maksimum)

d. Minyak : 5 ppm (b/b) (maksimum)

e. Tekanan : 1.25 atm

f. Temperature :-33 o C

3. Bahan Pendukung : Katalis

a. Jenis : besi oksida (FeO, Fe2O3) dengan multi promoter

b. Bentuk : granular

c. Ukuran partikel : 6-10 mm

d. Berat jenis (bulk) : 2.80 kg/L

2.4 Tinjauan Proses secara umum

Pada proses pembuatan Amonia (NH3) menggunakan proses Haber. Gas natural

(metana, CH4) bereaksi dengan uap panas untuk memproduksi karbon dioksida dan gas

hidrogen (H2) dalam proses dua langkah. Gas hidrogen dan gas nitrogen lantas

direaksikan dalam proses Haber untuk memproduksi amonia.

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g)

Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk

ketuntasan reaksi ke kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi.

Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada

suhu 500oC sekalipun. Dipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu

akan mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu

sekitar 500oC dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi

dicampur dengan Al2O3, MgO, CaO, dan K2O.

Reaksi kekanan pada pembuatan amonia adalah reaksi eksoterm. Reaksi eksoterm

lebih baik jika suhu diturunkan, tetapi jika suhu diturunkan maka reaksi berjalan sangat

lambat . Amonia punya berat molekul 17.03. Amonia ditekanan atmosfer fasanya gas.

Titik didih Amonia -33.35 oC, titik bekunya -77.7 oC, temperatur & tekanan kritiknya 133 oC & 1657 psi. Kondisi optimum untuk dapat bereaksi dengan suhu 400-600oC, dengan

tekanan 150-300 atm. Konversi reaksi 10-40 % dengan perbandingan mol ratio N2 dan

H2 adalah 1:3 dengan fase reaksi gas. Kondisi optimum pembuatan amonia (NH3) dapat

digambarkan pada tabel berikut :

Tabel Kondisi Optimum Pembuatan NH3

No Faktor Reaksi : N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g)

∆H= -92.22 kJ

Kondisi

Optimum

1. Suhu 1. Reaksi bersifat eksoterm

2. Suhu rendah akan menggeser

kesetimbangan kekanan.

3. Kendala:Reaksi berjalan lambat

400-600oC

2. Tekanan 1. Jumlah mol pereaksi lebih besar

dibanding dengan jumlah mol produk.

2. Memperbesar tekanan akan

menggeser kesetimbangan kekanan.

3. Kendala Tekanan sistem dibatasi oleh

kemampuan alat dan faktor keselamatan.

150-300 atm

3. Konsentrasi Pengambilan NH3 secara terus menerus

akan menggeser kesetimbangan kearah

kanan

_

4. Katalis Katalis tidak menggeser kesetimbangan

kekanan, tetapi mempercepat laju reaksi

secara keseluruhan

Fe dengan

campuran Al2O3

KOH dan garam

lainnya

Pengaruh katalis pada sistem kesetimbangan adalah dapat mempercepat terjadinya

reaksi kekanan atau kekiri, keadaan kesetimbangan akan tercapai lebih cepat tetapi

katalis tidak mengubah jumlah kesetimbangan dari spesies-spesies yang bereaksi atau

dengan kata lain katalis tidak mengubah nilai numeris dalam tetapan kesetimbangan.

Peranan katalis adalah mengubah mekanisme reaksi kimia agar cepat tercapai suatu

produk.

2.4 Tinjauan Kinetika

1. Reaksi bersifat eksoterm, karena nilai delta Ho reaksi bernilai (-)

2. Suhu rendah akan menggeser kesetimbangan kekanan.

3. Kendala, reaksi berjalan lambat

4. Jumlah mol pereaksi lebih besar dibanding dengan jumlah mol produk.

5. Memperbesar tekanan akan menggeser kesetimbangan kekanan.

6. Memperbesar tekanan akan menggeser kesetimbangan kekanan.

7. Pengambilan NH3 secara terus menerus akan menggeser kesetimbangan kearah kanan

8. Konversi pembuatan amonia adalah sebesar 16%.

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Pembuatan Amonia dengan Proses Haber Bosch

Pembuatan Amonia menurut proses Haber-Bosch, Nitrogen terdapat melimpah di

udara, yaitu sekitar 78% volume. Walaupun demikian, senyawa nitrogen tidak terdapat

banyak di alam. Satu-satunya sumber alam yang penting ialah NaNO3 yang disebut Sendawa

Chili. Sementara itu, kebutuhan senyawa nitrogen semakin banyak, misalnya untuk industri

pupuk, dan bahan peledak. Oleh karena itu, proses sintesis senyawa nitrogen, fiksasi nitrogen

buatan, merupakan proses industri yang sangat penting. Metode yang utama adalah

mereaksikan nitrogen dengan hidrogen membentuk amonia. Selanjutnya amonia dapat diubah

menjadi senyawa nitrogen lain seperti asam nitrat dan garam nitrat.

Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber


produksi secara besar-besaran ditemukan oleh

Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman. Persamaan termokimia reaksi

sintesis amonia adalah :

Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan

reaksi ke kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi,

reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500oC

sekalipun. Dilain pihak, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan

mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 500oC

dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan

Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Seiring dengan kemajuan teknologi, digunakanlah tekanan yang

jauh lebih besar, bahkan mencapai 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonia

yang terbentuk segera dipisahkan. Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen

dikompresi (dimampatkan) hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian campuran

gas dipanaskan dalam suatu ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia.

Diagram alur dari proses Haber-bosch untuk sintesis amonia :

Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hydrogen ditemukan oleh Fritz Haber


produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari

Jerman. Persamaan termokimia reaksi sintesis amonia adalah :

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -92,4Kj Pada 25oC : Kp = 6,2×105

Berdasarkan prinsip kesetimbangan kondisi yang menguntungkan untuk ketuntasan

reaksi ke kanan (pembentukan NH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi,

reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500oC

sekalipun. Dipihak lain, karena reaksi ke kanan eksoterm, penambahan suhu akan

mengurangi rendemen. Proses Haber-Bosch semula dilangsungkan pada suhu sekitar 500oC

dan tekanan sekitar 150-350 atm dengan katalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan

Al2O3, MgO, CaO, dan K2O.

Reaksi kekanan pada pembuatan amonia adalah reaksi eksoterm. Reaksi eksoterm lebih

baik jika suhu diturunkan, tetapi jika suhu diturunkan maka reaksi berjalan sangat lambat .

Amonia punya berat molekul 17,03. Amonia ditekanan atmosfer fasanya gas. Titik didih

Amonia -33,35 oC, titik bekunya -77,7 oC, temperatur & tekanan kritiknya 133 oC & 1657 psi.

Entalpi pembentukan (∆H), kkal/mol NH3(g) pada 0oC, -9,368; 25 oC, -11,04. Pada proses

sintesis pd suhu 700-1000oF, akan dilepaskan panas sebesar 13 kkal/mol. Kondisi optimum

untuk dapat bereaksi dengan suhu 400- 600oC, dengan tekanan 150-300 atm. Kondisi

optimum pembuatan amonia (NH3) dapat digambarkan pada tabel berikut :

Tabel : Kondisi Optimum Pembuatan NH3

No Faktor Reaksi : N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H= -924 kJ

Kondisi

Optimum

1. Suhu 1. Reaksi bersifat eksoterm

2. Suhu rendah akan menggeser

kesetimbangan kekanan.

3. Kendala:Reaksi berjalan

lambat

400-600oC

2. Tekanan 1. Jumlah mol pereaksi lebih

besar dibanding dengan jumlah

mol produk.

2. Memperbesar tekanan akan

menggeser kesetimbangan

kekanan.

3. Kendala Tekanan sistem

dibatasi oleh kemampuan alat dan

faktor keselamatan.

150-300 atm

3. Konsentrasi Pengambilan NH3 secara terus

menerus akan menggeser

kesetimbangan kearah kanan

_

4. Katalis Katalis tidak menggeser

kesetimbangan kekanan, tetapi

mempercepat laju reaksi secara

keseluruhan

Fe dengan

campuran

Al2O3 KOH

dan garam

lainnya

Pengaruh katalis pada sistem kesetimbangan adalah dapat mempercepat terjadinya

reaksi kekanan atau kekiri, keadaan kesetimbangan akan tercapai lebih cepat tetapi katalis

tidak mengubah jumlah kesetimbangan dari spesies-spesies yang bereaksi atau dengan kata

lain katalis tidak mengubah nilai numeris dalam tetapan kesetimbangan. Peranan katalis

adalah mengubah mekanisme reaksi kimia agar cepat tercapai suatu produk.

Katalis yang dipergunakan untuk mempercepat reaksi memberikan mekanisme suatu

reaksi yang lebih rendah dibandingkan reaksi yang tanpa katalis. Dengan energi aktivasi lebih

rendah menyebabkan maka lebih banyak partikel yang memiliki energi kinetik yang cukup

untuk mengatasi halangan energi aktivasi sehingga jumlah tumbukan efektif akan bertambah

sehingga laju meningkat. Perbandingan reaksi dengan katalis dan tanpa katalis dapat dilihat

pada gambar dihalaman berikut:

Dengan kemajuan teknologi sekarang digunakan tekanan yang jauh lebih besar, bahkan

mencapai 700 atm. Untuk mengurangi reaksi balik, maka amonia yang terbentuk segera

dipisahkan. Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen dikompresi (dimampatkan)

hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Kemudian campuran gas dipanaskan dalam suatu

ruangan yang bersama katalisator sehingga terbentuk amonia. Diagram alur dari proses

Haber-bosch untuk sintesis amonia

Langkah pertama dalam proses ini adalah untuk membuat kapur dari batu kapur:

CaCO3 + heat → CaO + CO2

ini kemudian dipanaskan dengan Batubara di lingkungan anoxic untuk membuat Carbide

Kalsium: CaO + 3C + heat → CaC2 + CO

Penetapan nitrogen yang sebenarnya berasal dari reaksi Carbide Kalsium dengan

Nitrogen murni, sehingga untuk proses ini menjadi industri praktis itu diperlukan proses

Linde fraksinasi dari udara cair. Reaksi berlangsung pada 2atm atau ~ 0.2MPa, dipanaskan

oleh pemanasan ohmik melalui suatu batang Karbon:

CaC2 + N2 → CaCN2 + C

Akhirnya dalam upaya untuk membuat Amoniak, kalsium sianida dicampur dengan air dan

NaOH (sebagai katalis) untuk hidrolisis:

CaCN2 + H2O → 2NH3 + CaCO3

Kalsium Karbonat mudah dapat dipisahkan karena merupakan yang solid, dan Amonia

dapat disuling, memungkinkan NaOH untuk didaur ulang kembali untuk hidrolisis lebih.

Kontras ini dengan proses Haber-Bosch untuk membuat Amonia, yang pada saat itu

diperlukan seperator udara mahal sama cair serta seperator elektrolitik untuk memproduksi

hidrogen dan tinggi reaktor katalitik tekanan:

http://evodara.files.wordpress.com/2011/05/amonia.jpg

Dengan hanya memelototi salah satu melihat bahwa, sebagai cara pembuatan Amonia,

proses Haber-Bosh adalah jauh lebih sederhana. Karena tidak memerlukan tungku ganda dan

langkah-langkah perantara menghasilkan biaya sianamida operasinya harus lebih rendah

(dengan asumsi satu memiliki sistem elektrolisis efisien untuk hidrogen). Tentu saja reaktor

amoniak membutuhkan katalis mahal dan sistem daur ulang sejak single pass tidak terlalu

efisien.

Proses Pembuatan Urea (Proses Pabrik Amoniak) bagian 2

Bahan baku pembuatan Pupuk Urea adalah Amoniak dan Karbondioksida, yang mana

kedua bahan baku tersebut dihasilkan dari pabrik Amoniak. Amoniak dan Karbondioksida

berasal dari synthesa gas alam. Jadi saya akan membahas proses pabrik Amoniak terlebih

dahulu seperti artikel sebelumnya yang membahas Material Safety Data Sheet dari Industri

Pupuk Urea dahulu baru pabrik amoniak… Jadi berurutan, karena semua saling terkait…

Untuk lebih jelasnya langsung baca tulisan di bawah ini.

Prosses Pabrik Amonia.

Rumus molekul amoniak adalah NH3 dengan rumus bangun sebagai berikut :

Terlihat amoniak terbentuk dari gugus N dan H yang masing-masing dapat diperoleh dari

H2 (Hidogen) dan N2 (Nitrogen). H2 adalah salah satu komponen gas synthesa yang diperoleh

dari pemrosesan gas alam yang mengandung 80 – 95 % CH4 (Metan). Sedang N2 diperoleh

dari udara yang mengandung 79% N2 dan 21% O2.

http://evodara.files.wordpress.com/2011/05/amonia-flowsheet.jpg

Berikut blok diagram proses pembuatan amonia secara sederhana :

Reaksi-reaksi yang terlibat dalam proses pembuatan NH3 dan CO2 adalah sebagai

berikut :

http://joetrizilo.files.wordpress.com/2012/03/flow-cart-proses-amoniak.jpg

http://joetrizilo.files.wordpress.com/2012/03/reaksi-amoniak.jpg

Katalisator

Katalisator adalah suatu senyawa yang berfungsi untuk mempercepat suatu reaksi

kimia. Secara fisik katalisator tidak berubah bentuk walaupun terlibat dalam suatu reaksi

kimia. Dari bentuknya katalisator di pabrik Amoniak sebagian besar berbentuk padatan.

Hanya DEA (Dietanol Amione) yang berbentuk cairan.

Katalisator yang dalam bentuk padatan ini disuplai dari pembuatnya dalam kondisi

masih teroksidasi. Untuk mengaktifkanya katalisator harus terlebih dahulu direduksi

(penurunan bilangan oksida) menggunakan pereduksi H2 dan CO2, akan tetapi yang umum

dipakai adalah H2 karena kenaikan temperatur yang dihasilkan dari aktifasi/reduksi katalis

masih dapat dikendalikan dibandingkan bila menggunakan CO sebagai pereduksi.

Berikut adalah salah satu contoh reaksi reduksi katalis Fe3O4 dengan H2 :

3Fe2O3 + H2 — 2Fe3O4 +H2O + Panas

Katalisator yang aktif (tereduksi) bila terkena udara ( O2 ) akan bereaksi dengan cepat

dan menghasilkan panas yang besar (pyrophoric) dan sulit dikendalikan, oleh karena itu

katalisator baru selalu disuplai oleh penjual dalam bentuk teroksidasi agar pada saat dibuka

drumnya ketika akan dimasukkan ke dalam reaktor tidak bereaksi dengan udara.

Untuk menjaga katalisator tetap tinggi aktifitasnya maka beberapa beberapa racun katalis

berikut harus dipastikan tidak masuk ke dalam sistem reaksi :

Sulfur

Carbon

CL-

Phospat

Khusus untuk katalis synthesa amoniak disamping racun-racun diatas berikut racun-racun

lainnya yang dapat menurunkan aktifitas katalis :

CO

CO2

H2O

Tiga tahap dalam penyiapan gas synthesa.

Desulfurisasi.

Gas alam pada umumnya mengandung sulfur dalam bentuk H2S / Sulfur Anorganik

dan Sulfur Organik seperti mercaptan yang rumus molekulnya RS. Kadar sulfur

anorganiknya di dalam gas alam yang diterima industri pupuk adalah relatif kecil yaitu

berkisar 0,18 -0.3 ppm sedang sulfur organiknya relatif tidak ada.

Kadar sulfur dalam gas alam yang diijinkan untuk memasuki Primary Reformer

maksimum adalah 0,1 ppm. Untuk menyerap sulfur dari gas yang dari gas alam digunakan

ZnO sebagai adsorbent ini bukan katalis, lihat reaksi no 1.

Keberhasilan adsorbsi sulfur anorganik praktis diadsorbsi pada temperatur yang lebih

rendah (200-250oC) dibandingkan dengan sulfur organik (250-400oC).

Kondisi operasi di Desulfurisasi:

Pressure : 35-40 atm

Temperature Inlet : 350-400oC

Temperature Outlet : 330-380oC

Primary Reformer.

Ke dalam Primary Reformer dimasukan Steam bersama gas alam yang keluar dari

Desulfurisasi. Sebelum bertemu katalis yang berada dalam tube yang dipanasi secara radiasi

oleh burner-burner (seperti burner pada kompor gas), campuran steam dan gas terlebih

dahulu dipanasi hingga temperatur reaksi 530-650oC. Hal ini sesuai dengan jenis reaksinya

yang endotermis. Disamping reaksi reforming, reaksi shift juga terjadi di Primary Reformer

seperti pada reaksi no. 2 dan no. 3. Untuk menjamin bahwa reaksi berjalan sesempurna

mungkin rasio steam terhadap carbon yang ada dalam gas alam (S/C) dijaga sekitar 3,1-4

(mol/mol.

Kondisi operasi Primary Reformer :

Pressure : 35 – 40 atm

Temperature Inlet : 530 – 650oC

Temperature Outlet : 770 – 811oC

Kadar CH4 Outle : 9 – 16 % berat

Kadar CO Outlet : 8 – 9 % berat

Kadar H2 Outlet : 65 – 70 % berat.

Scondary Reformer.

Pada dasarnya Scondary Reformer berfunggsi untuk menyempurnakan reaksi

reforming yang telah terjadi di Primery Reforming. Kalau Primery Reformer sumber panas

untuk reaksi reforming yang endotermis disuplay oleh burner-burner yang memberikan

panasnya secara radiasi, maka sumber panas di Scondary Reformer disuplay oleh udara yang

dimasukkan ke Scondary Reformer menggunakan kompresor udara.

Reaksi pembakaran O2 dari udara dengan H2 hasil reaksi reforming di Primary Reformer :

O2 + H2 à H2O + Panas ( exothermic)

Akan menghasilkan panas yang akan dipakai oleh reaksi reforming Scondary

Reformer. Campuran hasil reaksi di Scondery Reformer ini akan menyisakan N2 yang

praktis tidak/belum bereaksi dengan H2 dan campuran gas lainnya. N2 akan bereaksi dengan

H2 nantinya di Converter Amoniak setelah menjalani berbagai proses pemurnian berikutnya.

Kondisi operasi di Scondary Reformer :


Temperature Inlet : 520-560oC

Temperature Outlet : 950-1050oC

CH4 Outlet : 0,2-1,0 % berat

CO Outlet : 10-13 % berat

H2 Outlet : 54-56 % berat

Tiga tahap proses pemurnian gas synthesa

CO Shift dibagi dalam dua tahap yaitu :

1. CO Shift Temperatur Tinggi / High Temperature Shift (HTS)

2. CO Shift Temperatur Rendah / Low Temperature Shift (LTS)

Tujuan Reaksi shift adalah untuk menyempurnakan pembentukan H2 seperti telah

dilakukan pada reaksi reforming dengan mereakasikan CO dengan H2O menjadi H2 dan CO2

seperti telah dituliskan pada reaksi no. 3 di atas dan untuk mengurangi CO yang terbentuk di

Reformer yang merupakan racun bagi katalisator amoniak.

Pada tahap HTS dimana reaksi masih jauh dari kesetimbangan kimia maka reaksi

dilaksanakan pada temperature tinggi (360oC). Sedang pada LTS dimana reaksi sudah berada

pada kesetimbangan, penurunan temperature reaksi (210oC) akan menggeser kesetimbangan

ke kanan atau kearah terbentuknya H2. Dengan demikian LTS akan menyempurnakan reaksi

yang eksotermis ini ke arah produk.

Kondisi operasi HTS :

Pressure : 35-40 kg/cm2G

Temperature Inlat : 340-380 oC

Temperature Outlet : 420 – 440 oC

CO Inlet : 12-14,5 % berat

CO Outlet : 2,5-4,5 % berat.

Kondisi operasi LTS :


Temperature Inlet : 190-210 oC

Temperature Outlet : 220-240 oC

CO Inlet : 2,5-4,5 % berat

CO Outlet : 0,2-0,4 % berat

CO2 Outlet : 16-18 % berat

CO2 Removal

Setelah CO diturunkan sampai kadar terendah, selanjutnya CO2 diturunkan hingga 0,1

% berat (1000 ppm). Penurunan CO2 dilakukan dengan cara absorbsi oleh larutan K2CO3

( karbonat) yang konsentraasinya 25-30 % berat di dalam sebuah menara Absprber.

Gas Synthesa yang mengandung 16%-18% berat CO2 dipertemukan dengan larutan

karbonat yang mengalir dari atas ke bawah sedang gas mengalir dari bawah ke atas.

Selanjutnya dalam pertemuan keduanya, CO2 diserap oleh larutan karbonat sesuai reaksi

no.5. Untuk meningkatkan efektifitas penyerapan oleh K2CO3 diberikan juga Dietanol Amine

(DEA) dengan konsentrasi 2,5-3 % berat.

Di Absorber penyerapan dilakukan dalam dua tahap. Absorbsi di bagian bawah

absorber dilakukan dengan larutan karbonat yang bertemperature 65-117 oC, sedang absorbsi

berikutnya dilakukan di bagian atas Absorber dengan larutan Karbonat bertemperature 65-70 oC. Tujuan tahapan absorbsi ini adalah untuk meningkatkan penyerapan CO2.

Penyerapan CO2 di menara Absorber berlangsung dengan kondisi :


Temperatur Gas Inlet : 100-130 oC

Temperatur Gas Outlet : 65-70 oC

Temperature Larutan Karbonat inlet :

o Ke Top menara : 65-70 oC

o Ke Middle Menara : 115-117 oC

CO2 Inlet : 16-18 % berat

CO2 Outlet : 0,04-0,1 % berat.

Sebagian besar K2CO3 dalam larutan Karbonat yang telah banyak menyerap CO2 (Rich

Solution) berubah menjadi KHCO3 seperti terlihat pada reaksi no. 5. Selanjutnya KHCO3 ini

harus kembali diubah menjadi K2CO3 agar bisa disirkulasikan ke Absorber untuk menyerap

CO2. Hal ini dilakukan di Menara Regenerator dan reaksi yang tejadi adalah reaksi pada no 6.

Dari Absorber yang bertekanan 27-35 kg/cm2G larutan Karbonat (Rich Solution)

dikirim ke regenarator yang tekanan operasinya 0,4-0,8 kg/cm2G. Penurunan pressure yang

cukup besar ini akan menggeser kesetimbangan reaksi no. 6 ke kanan atau ke arah pelepasan

CO2 dan pembentuan K2CO3.

Di samping dengan penurunan tekanan, pelepasan CO2 dari larutan karbonat (Rich

Solution) juga dibantu dengan pemberian panas yang disuplay dari steam yang masuk dan

dibangkitkan di Reboiler-reboiler yang terletak di bagian bawah Regenator.

Kondisi operasi Regenarator :

Pressure : 0,4-0,8 kg/cm2G

Temberature Bottom : 120-130 oC

Larutan Karbonat yang telah bebas CO2 ( Lean Solution) ini kemudian dikirim kembali ke

Absorber, sedangkan CO2 yang keluar dari Regenarator dikirim ke Pabrik Urea.

Metanasi

Setelah keluar dari CO2 Removal gas synthesa masih mengandung 0,3 % CO dan 0,1

% CO2 yang harus dikurangi lagi kadarnya hingga total CO+CO2 maksimum 10 ppm. Pada

dasarnya reaksi metanasi yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi reforming, seperti reaksi

no.4.

Kondisi operasi Metanasi :


Temperature Inleet : 280-310 oC


Synthesis Loop dan Refrigerasi.

Di dalam Synthesis loop ini terdapat converter amoniak yang berfungsi mereaksikan

N2 dengan H2 untuk membentuk Amoniak /NH3. Gas synthesa dengan kadar CO+CO2

maksimum 10 ppm sebelum dimasukkan ke Synthesis loop dinaikkan tekanannya terlebih

dahulu ke 130-210 kg/cm2G menggunakan kompressor Synthesis Gas.

Yang perlu diperhatikan adalah rasio H2/N2 dijaga 3 atau sedikit dibawah dari 3. Hal

ini penting dipertahankan agar reaksi pembentukan amoniak berjalan maksimal. Pangaturan

Ratio ini dilakukan dengan mengatur laju udara yang dimasukkan ke Scondary Reformer.

Reaksi pembentukan amoniak ini berlangsung pada temperature inlet Converter 270 oC dan temperature 530 oC. Dengan temperature setinggi ini, maka amoniak yang terbentuk

mustahil diperoleh dalam keadan cair. Untuk itu gas keluar Converter harus terlebih dahulu

menjalani pendinginan hingga temperature 6 –(-5)oC. Pendinginan ke temperature ini

dilakukan dengan cara,melakukan pertukaran panas antara gas masuk dengan Converter

dengan gas keluar Converter, pembangkitan steam dan pemanasan air umpan boiler (BFW),

pendinginan dengan menggunakan air pendingin ( cooling water ) serta yang utama adalah

pendinginan menggunakan refrigerasi.

Gas yang telah didinginkan,karena masih mengandung H2 dan N2 yang tidak bereaksi,

gas dicampur dengan gas dari metanasi dikembalikan ke Converter amoniak. Sistem ini

akhirnya merupakan sebuah Loop atau siklue Amoniak.

Di dalam Loop ini juga ada gas-gas yang benar-benar tidak bereaksi yang disebut inert, yaitu

CH4 yang berasal dari Metanasi dan Argon (Ar) yang berasal dari udara yang dimasukkan ke

Scondary Reformer. Inert ini konsentrasinya harus dijaga sekitar 7-11 % berat agar reaksi

pembentukan amoniak berlangsung maksimal.

Adapun gas dari metanasi yang mengandung CO, CO2 dan H2O sebelum masuk ke

dalam synthesis Loop dipertemukan terlebih dahulu dengan gas keluar Converter yang sudah

didinginkan dan mengandung amoniak cair. Tujuannya adalah agar CO, CO2 dan H2O yang

ada dalam gas dari Metanasi (make up gas) dapat larut dalam amoniak cair dan terbawa ke

refrigerasi, tidak ke inlet Converter amoniak.

Kondisi Operasi Converter :


Temperature Inlet : 250-270 oC


NH3 Inlet : 1,5-5 % berat

NH3 Outlet : 13-20 % berat.

Refrigerasi

Produk amoniak cair dengan temperature 6 oC – (-5) oC ini selanjutnya dikirim ke

Refrigerasi untuk dimurnikan dari H2, N2, CO, CO2, H2O dan inert yang terlarut dalam

amoniak cair dan didinginkan hingga temperature -31 oC. Pemurnian dilakukan dengan jalan

menurunkan tekanannya dari 130-210 kg/cm2G menjadi 17 kg/cm2G. Dengan jalan ini

kelarutan gas-gas tersebut diatas akan turun dan gas-gas akan lepas dari amoniak cair.

Refrigerasi ini seperti layaknya sebuah lemari es dilengkapi dengan kompresor

refrigerant. Kompressor ini berfungsi untuk menaikkan pressure uap amoniak agar mudah

dicairkan menggunakan air pendingin. Amoniak cair ini selanjutnya dikirim ke penukar panas

yang ada di synthesa loop yang dipakai untuk mendinginkan gas keluar Converter amoniak

dan mencairkan amoniak yang terdapat dalam gas keluar Converter. Pendinginan ini mampu

membuat amoniak cair keluar loop bertemperature 6-(-5oC).

Uap penukar panas yang keluar dari penukar panas diatas yang merukajan hasil dari

peristiwa pertukaaran panasdikirim ke Kompresor refrigeransi. Begitu pula dengan amoniak

cair dari hasil pemurnian.

Selanjutnya amoniak cair yang panas (25oC) yang merupakan hasil kondensasi uap

amoniak keluar kompressor/discharge dikirim ke pabrik Urea. Sedangkan amoniak cair yang

dingin (-31 oC)dari bagian suction komperssor dikirim ke Storage Amoniak.

Demikian proses pembuatan amoniak dan karbondioksida sebagai bahan baku

pembuatan Industri Pupuk Urea.

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

AMONIA

Documents

Transcript of AMONIA