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.Prosses Pabrik Amonia.Rumus molekul amoniak adalah NH3 .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.Berikut blok diagram proses pembuatan amonia secara sederhana :

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

KatalisatorKatalisator 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 CO2 sebagai pereduksi.Berikut adalah salah satu contoh reaksi reduksi katalis Fe3O4 dengan H2 :3Fe2O3 + H2 2Fe3O4 +H2O + PanasKatalisator 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 racun katalis berikut harus dipastikan tidak masuk ke dalam sistem reaksi : Sulfur Carbon CL- PhospatKhusus 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 kg/cm2G Temperature Inlet : 350-400oC Temperature Outlet : 330-380oCPrimary 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 kg/cm2G Temperature Inlet : 530 650oC Temperature Outlet : 770 811oC Kadar CH4 Outlet : 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 H2O + Panas ( exothermic)Akan menghasilkan panas yang akan dipakai oleh reaksi reforming Secondary Reformer. Campuran hasil reaksi di Secondery 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 : Pressure : 35-40 kg/cm2G Temperature Inlet : 520-560oC Temperature Outlet : 950-1050oC CH4 Outlet : 0,2-1,0 % berat CO Outlet : 10-13 % berat H2 Outlet : 54-56 % beratTiga tahap proses pemurnian gas synthesaCO 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 : Pressure : 35-40 kg/cm2G 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 % beratCO2 RemovalSetelah 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 : Pressure : 27-35 kg/cm2G Temperatur Gas Inlet : 100-130 oC Temperatur Gas Outlet : 65-70 oC Temperature Larutan Karbonat inlet : Ke Top menara : 65-70 oC 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 oCLarutan Karbonat yang telah bebas CO2 ( Lean Solution) ini kemudian dikirim kembali ke Absorber, sedangkan CO2 yang keluar dari Regenarator dikirim ke Pabrik Urea.MetanasiSetelah 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 : Pressure : 25-30 kg/cm2G Temperature Inleet : 280-310 oC Temperature Outlet : 320-340 oCSynthesis 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 : Pressure : 230-210 kg/cm2G Temperature Inlet : 250-270 oC Temperature Outlet : 480-530 oC NH3 Inlet : 1,5-5 % berat NH3 Outlet : 13-20 % berat.RefrigerasiProduk 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.