amonia2

A. Karakteristik Bahan Baku dan Produk

Sifat fisik dan kimia dari senyawa yang akan dijadikan bahan baku dan produk

yang akan dihasilkan suatu proses sangat diperlukan. Hal ini dimaksudkan

untuk mengetahui perlakuan awal dan kondisi operasi apa saja yang nanti akan

dilakukan sehingga didapatkan produk yang diinginkan.

1. Karakteristik Bahan Baku

Pembuatan urea menggunakan bahan baku antara lain: gas alam, udara,

dan air.

a. Gas Alam

Komposisi dari gas alam ini dipengaruhi oleh letak geografis dari

sumber gas alam tersebut, sedangkan sifat gas alam dipengaruhi oleh

komponen yang ada didalamnya.

Tabel 2.1 Sifat-sifat fisik gas alam

KomponenBerat Molekul

Titk Didih Normal(ºF)

Specific Gravity Cairan (60ºC)

Specific Gravity Gas (60ºC)

Panas Pembentukan (Kkal/mol)

Metana 16,04 -258,7 0,248 0,554 -17,89Etana 30,07 -127,5 0,368 1,038 -20,24Propana 44,09 -43,7 0,508 1,552 -24,82i-butana 58,12 10,9 0,563 2,001 -32,15n-butana 58,12 31,1 0,584 2,001 -30,15i-pentana 72,15 82,1 0,625 2,491 -36,92n-pentana 72,15 96,9 0,631 2,491 -35,00n-heksana 86,17 155,7 0,664 2,975 -39,96CO2 44,01 -164,9 0,815 1,519 -94,05H2S 34,08 -76,5 0,790 1,176 -4,82N2 28,02 -320,4 0,808 0,967

Sumber: Perry, R., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 5thed. Singapore.1999

b. Udara

Kandungan terbesar komposisi udara terdiri dari 79 % N2, 20 % O2 dan

sisanya senyawa lain dalam jumlah kecil.

c. Air

Air (H2O) merupakan senyawa polar dan reaktif, oleh karena itu air dapat

bereaksi dengan berbagai macam zat yang kepolarannya sama dan dapat

menghantarkan listrik dengan baik. Sifat-sifat air lainnya dapat dilihat

pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Sifat-sifat fisik air


2. Karakteristik Produk

Produk-produk yang dihasilkan adalah Urea sebagai produk utama dan

Amonia (NH3), Karbondioksida (CO2), Karbonmonoksida (CO), gas

Hidrogen (H2), gas Nitrogen (N2) sebagai produk antara.

a. Urea

Urea adalah senyawa berbentuk serbuk putih, tidak berbau atau

mengeluarkan bau ammonia, dan tidak berasa. Urea mempunyai rumus

molekul NH2CONH2. Di dalam air, urea akan terhidrolisis menjadi

amonium karbamat (NH2COONH4) yang selanjutnya akan terdekomposisi

menjadi NH3 dan CO2.

Sifat-sifat urea dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Sifat-sifat fisik urea

Sifat AirBerat molekul 18,05Titik Beku (°C) 0Titik Didih (°C) 100Densitas (g/mL) 0,998Viskositas (cP) 0,8948Panas pembentukan (kJ/mol) 285,89 (18°C)Panas penguapan (kJ/mol) 40,65(100°C)Panas spesifik (J/g°C) 4,179

8


b. Amonia

Amonia (NH3) merupakan bahan dasar pembuatan pupuk yang berbasis

nitrogen, senyawa ini digunakan sebagai penyedia nitrogen yang siap

digunakan dibandingkan dengan nitrogen bebas yang merupakan senyawa

inert karena lebih mudah dikonversi oleh tanaman.

Amonia mempunyai bau yang sangat menyengat. Titik didihnya sangat

rendah (-33,35 oC) pada tekanan atmosfer sehingga berwujud gas yang

tidak berwarna dan sangat mudah larut dalam air membentuk basa lemah

amonium hidroksida (NH4OH).

NH3(g) + H2O(l) NH4OH(l) .................... (1)

Amonia dapat berwujud cair jika berada pada tekanan tingi yaitu sekitar

10 atm. Sifat-sifat ammonia dapat dilihat pada Tabel 2. 4.

Tabel 2. 4 Sifat-sifat fisik amoniaKarakteristik Nilai

Berat Molekul 17,03Titik Beku (oC) -77,07Titik didih (oC) -33,35Densitas (g/mL) 0,817 (80 oC)Viskositas (cP) 0,255 (-30 oC)Panas Pembentukan (kJ/mol) 46,2 (18 oC)Panas Penguapan (kJ/mol) 23,3 (-33,3 oC)Panas spesifik (J/g oC) 2,225


Karakteristik NilaiTitik leleh 132,7 oCIndeks refraksi, nD

20 1,484;1,602Specific gravity, d4

20 1,335Bentuk kristalin Tetragonal, prismaEnergi bebas pembentukan (25oC) -42,120 cal/g molPanas Pembentukan 60 cal/g, endotermikPanas larutan, dalam air 58 cal/g, endotermikPanas kristalisasi 110 cal/g, eksotermik70% densitas bulk larutan urea 0,74 g/cm2

9

B. Pembuatan Amonia

1. Sejarah Pembuatan Amonia

Pada tahun 1789 seseorang yang bernama C.L. Barthelot menemukan

senyawa amonia yang tersusun atas nitrogen dan hidrogen. Hidrogen murni

yang digunakan diperoleh dengan elektrolisis air, sedangkan nitrogen

diperoleh dengan distilasi udara cair, tetapi cara ini dinilai kurang efektif

dan membutuhkan banyak biaya sehingga dilakukan percobaan untuk

memperoleh proses lain yang lebih ekonomis sampai akhirnya Fritz Haber

(1904-1909) menemukan cara sintesis amonia dengan proses lain yang

lebih ekonomis yang dilakukan pada tekanan tinggi dengan penggunaan

katalis yang sesuai.

Kemudian pada tahun 1913 Carl Bosch yang memimpin Badishe Anilud

Soda Fabric (BASF) bekerjasama dengan Fritz Haber berhasil

mengembangkan proses komersial untuk memproduksi amonia dengan

mereaksikan gas nitrogen dan gas hidrogen yang diperoleh dari batu bara

yang direaksikan dengan steam dan menggunakan katalis besi dengan

penambahan Al2O3, MgO, CaO dan K2O sebagai promotor. Sehingga

sintesis amonia tersebut dikenal dengan proses Haber-Bosch, dengan

persamaan reaksinya adalah:

N2 (g) + 3H2(g) 2NH3(g) ........................ (2)

2. Macam-macam Proses Sintesis Amonia

Sampai saat ini ada banyak cara untuk sintesis amonia di antaranya adalah

sebagai berikut :

a. Proses Haber-Bosch yang telah termodifikasi

b. Proses Claude

c. Proses Casale

d. Proses Fauser

e. Proses Mont Cenis

f.Proses Kellog

10

Pada umumnya proses yang dipakai oleh beberapa pabrik pupuk untuk

memproduksi amonia adalah proses Kellog. Adapun secara garis besar

tahapan prosesnya adalah sebagai berikut:

Pada langkah pertama, yang direaksikan adalah pembentukan gas hidrogen,

karbonmonoksida dan karbondioksida dari senyawa hidrokarbon (gas alam)

dan steam pada primary reformer. Gas yang keluar diharapkan mempunyai

tekanan 36,8 kg/cm2 dan suhu 484 oC dengan yang siap dimasukkan ke

tube-tube katalis di seksi radian. Pada primary reformer terdapat 9 buah

heater yang masing-masing heater terdiri dari 42 tube katalis. Katalis yang

dipakai adalah NiO. Reaksi yang terjadi pada primary reformer ini adalah :

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ∆H = 49,3 kkal/mol ….. (3)

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ∆H = -9,8 kkal/mol ….. (4)

Gas yang terbentuk kemudian dikirim ke secondary reformer yang

berfungsi sebagai tempat berlangsungnya reaksi reforming. Reaksi yang

terjadi sama dengan reaksi pada primary reformer, tetapi panas yang

digunakan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam

reaktor. Gas dan campuran udara steam masuk ke secondary reformer

secara terpisah dari bagian atas. Gas dan udara dicampur dalam mixing zone,

dimana terjadi reaksi pembakaran sebagai berikut:

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = -191,73 kkal/mol … (5)

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) ∆H = -57,58 kkal/mol … (6)

Reaksi di atas adalah reaksi eksoterm (mengeluarkan panas) sehingga panas

pembakaran ini digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis. Untuk

membentuk urea, diperlukan NH3 dan CO2 sebagai bahan baku. Oleh

karena itu, gas CO yang ada perlu diubah menjadi CO2 dalam shift converter

yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi CO manjadi CO2. Reaksi

yang terjadi pada shift converter adalah sebagai berikut :

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ∆H = -9,8 kkal/mol …….. (7)

11

Unit ini pun berfungsi sebagai tempat untuk mempersiapkan bahan baku

sebelum masuk ke ammonia converter, yang berupa gas N2 dan H2 sehingga

gas-gas lain yang ada harus dipisahkan dahulu. Gas CO2 yang diperlukan

dalam pembuatan urea diambil dengan cara diserap menggunakan larutan

penyerap yang kemudian dilepaskan kembali sehingga diperoleh gas CO2.

Prosesnya adalah gas yang keluar dari konverter dimasukkan ke dalam

absorber. Pada absorber mula-mula CO2 bereaksi dengan H2O membentuk

asam karbonat (H2CO3) yang kemudian asam karbonat ini bereaksi kembali

dengan ion karbonat dari K2CO3 membentuk ion bikarbonat (HCO3-).

Reaksi absorbsi yang terjadi adalah sebagai berikut :

CO2(g) + H2O(l) H2CO3(l)

H2CO3(l) + CO32- 2HCO3

-

2HCO3- + K2CO3(l) CO3

2- + 2KHCO3(l)

CO2(g) + H2O(l) + K2CO3(l) 2KHCO3(l) ΔH =101,3 kkal/mol (8)

Gas CO2 dalam larutan rich benfield akan terlepas oleh dorongan uap ke

atas yang beroperasi pada tekanan rendah dan suhu tinggi. Reaksi yang

terjadi merupakan kebalikan reaksi absorbsi yaitu:

2KHCO3(l) K2CO3(l) + CO2(g) + H2O(l) …..…….. (9)

Gas CO2 inilah yang digunakan sebagai umpan pada reaktor sintesis urea.

Gas yang keluar dari absorber masih mengandung sisa CO dan CO2 yang

dapat menyebabkan rusaknya katalis di ammonia converter, oleh karena itu

perlu diubah menjadi CH4 yang tidak meracuni katalis dalam metanator.

Reaksi yang terjadi dalam metanator merupakan reaksi kebalikan dari

primary reformer.

CO(g) + 3H2g) CH4(g) + H2O(g) ∆H = -49,3 kkal/mol …. (10)

CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + H2O(g) ∆H = 639,5 kkal/mol ..... (11)

Menurut Kellog, proses sintesis amonia akan optimum jika kondisi operasi

dalam ammonia converter beroperasi pada temperatur 430-500 oC dan

12

tekanan 140-150 kg/cm2. Reaksi yang terjadi pada ammonia converter

adalah sebagai berikut :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ................... (12)

Amonia yang terbentuk itu lalu dipisahkan dan dikondensasikan yang

kemudian disimpan dalam bentuk cair.

3. Prinsip Proses Sintesis Amonia

Reaksi utama di unit amonia adalah reaksi gas hidrogen dan nitrogen

menjadi NH3 yang terjadi pada seksi ammonia converter. Kondisi operasi

optimum untuk reaksi tersebut adalah dengan mempertahankan reaksi pada

tekanan antara 140-150 kg/cm2 dan temperatur antara 430-500 oC. Reaksi

yang terjadi adalah sebagai berikut:

1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g) ∆H 700K = -52,6 kJ/mol K ..... (13)

Menurut reaksi kesetimbangan di atas, untuk menghasilkan 1 mol NH3

membutuhkan 1/2 mol N2 dan 3/2 mol gas H2. Reaksi sintesis amonia dari

nitrogen dan hidrogen merupakan reaksi reversibel yang memiliki tetapan

tertentu untuk berbagai kondisi.

4. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Sintesis Amonia

Ada banyak variabel yang mempengaruhi sintesis amonia di dalam

ammonia converter di antaranya adalah temperatur, tekanan, laju alir gas

sintesis dan kecepatan ruang, perbandingan antara H2 dan N2, jumlah inert,

serta katalis. Penjelasan dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut :

a. Temperatur

Sesuai dengan Azas Le Chatelier “Jika suatu sistem berada dalam

kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan

kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor (reaksi

13

penguraian/reaksi endoterm)”. Dan reaksi sintesis amonia merupakan

reaksi eksoterm (reaksi pembentukan) :

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆Hr o = -92,22 kJ ……… (14)

Sedangkan reaksi penguraian amonia adalah reaksi endoterm :

2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ∆Hr o = 92,22 kJ …….. (15)

Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya kesetimbangan

reaksi.

b. Tekanan

Menurut Azas Le Chatelier, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi

bergeser ke arah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil (ke arah

pembentukkan NH3), tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan

tumbukan antar molekul reaktan berkurang, sehingga kecepatan reaksi

pembentukkan NH3 menurun atau ke arah penguraian NH3.

c. Laju alir gas reaktan

Sesuai dengan Azas Le Chatelier, jika komponen reaktan ditambah dan

produk terus-menerus diambil/dikurangi maka reaksi kesetimbangan

akan bergeser ke arah pembentukkan NH3.

d. Perbandingan reaktan antara hidrogen dan nitrogen

Menurut reaksi kesetimbangan, pembentukan amonia dalam

memproduksi 1 mol gas NH3 membutuhkan 1/2 mol N2 dan 3/2 mol H2.

Perbandingan N2:H2 = 1:3.

e. Jumlah gas inert

Jika terjadi peningkatan kadar gas inert dalam ammonia coverter yang

terutama terdiri dari metana dan argon maka dapat mengakibatkan

turunnya produksi pembentukkan amonia.

f. Katalis

14

Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi namun tidak ikut

bereaksi. Peranan katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi

reaksi. Sesuai dengan fasa terjadinya reaksi, maka katalis dibedakan

menjadi dua jenis yaitu: katalis homogen dan heterogen. Dalam industri

umumnya katalis yang dipakai adalah katalis heterogen karena lebih

ekonomis. Katalis heterogen yang paling banyak digunakan adalah dalam

bentuk unggun dengan keunggulan lebih mudah pengoperasiannya,

mudah dalam regenerasi, dan harganya relatif lebih murah.

Katalis yang paling baik untuk sintesis amonia adalah promoted iron

catalyst yang terdiri dari katalis besi dengan tambahan promotor oksida

aluminum, ataupun silikon.

C. Pembuatan Urea

1. Sejarah Pembuatan Urea

Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine.

Pembuatan urea dari amonia dan asam sianida untuk pertama kalinya

ditemukan oleh F.Wohler pada tahun 1828. Namun pada saat ini

pembuatan urea pada umumnya menggunakan proses dehidrasi yang

ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870. Proses ini mensintesis urea

dari pemanasan amonium karbamat. Prinsip pembuatan urea pada

umumnya yaitu dengan mereaksikan antara amonia dan karbondioksida

pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinue untuk

membentuk amonium karbamat (reaksi1) selanjutnya amonium yang

terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2).

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

Reaksi 1 : 2 NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(g) ... (16)

Reaksi 2 : NH2COONH4(g) NH2CONH2(g) + H2O(l) ... (17)

Sintesis urea dilakukan dengan amonia yang berlebih agar kesetimbangan

dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih

banyak.

15

2. Macam-Macam Proses Sintesis Urea

Berdasarkan ammonium karbamat yang tidak terkonversi,proses sintesis

urea secara komersial dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu:

a. Once-through urea process

Amonium Karbamat yang tidak terkonversi menjadi urea

didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 dengan cara memanaskan

keluaran urea syntesis reactor pada tekanan rendah. Gas NH3 dan CO2

dipisahkan dari larutan urea dan dimanfaatkan untuk memproduksi

garam amonium dengan cara mengabsorbsi NH3 dengan larutan asam

nitrat atau asam sulfat sebagai absorben. Perusahaan yang memegang

lisensi proses ini diantaranya yaitu Mitsui Toatsu (Toyo Toatsu)

(Jepang), Chemical Construction Corporation (USA), Vulcan Copper

and Supply Co. (USA), Montecattini (Italia), Stamicarbon (Belanda),

(USA), serta Lonza A.G. dan Inventa A.G. (Swiss).

b. Solution recycle urea process

Karbamat yang tidak terkonversi didekomposisi menjadi gas NH3 dan

CO2. Selanjutnya gas amonia dan karbondioksida tersebut diadsorbsi

oleh air dan dikembalikan kedalam reactor dalam bentuk larutan.

Perusahaan yang memegang lisensi proses ini antara lain: Mitsui

Toatsu (Toyo Toatsu, Jepang), Montecattini dan Snam Progetti

(Italia), Allied Chemical Corporation (USA), Chemical Consstruction

(Chemico) (USA), Inventa A.G. (Swiss), Lonza A.G. (Swiss),

Stamicarbon (Belanda), Proses ini termasuk cara yang sudah tua dan

sekarang jarang digunakan, hanya ada tiga proses lama yang masih

tetap digunakan hingga sekarang yaitu :

(1)Urea Technologies Inc. (UTI)

(2) Proses Mitsui Toatsu Coorporation (MTC) Conventional Process

of Toyo Engineering Coorporation.

(3) Interval carbamate recycle urea process

16

3. Konsep Proses Sintesis Urea

Pada umumnya urea diproduksi dengan mereaksikan amonia dan CO2 pada

kondisi operasi optimumnya pada temperatur 185 oC dan tekanan 250

kg/cm2 sesuai dengan reaksi Bassarow sebagai berikut:

2NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(g) ∆H = -117 kJ/mol (18)

NH2COONH4(g) NH2CONH2(g) + H2O(l) ∆H = 15,5 kJ/mol (19)

Dari kedua reaksi di atas dapat dilihat bahwa reaksi pertama adalah

eksoterm (mengeluarkan panas) dan yang kedua adalah endoterm

(memerlukan panas). Panas yang dihasilkan pada reaksi pertama diserap

pada reaksi kedua.

4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sintesis Urea

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu:

a. Temperatur

Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah 185 oC

dengan waktu pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan

menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea akan turun

b. Tekanan

Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan tinggi

yaitu 250 kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi urea

hanya berlangsung pada fasa cair sehingga tekanan harus dipertahankan

pada keadaan tinggi.

c. Perbandingan NH3 dan CO2

Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan

perbandingan NH3 dan CO2 adalah 3,5-4 mol. Hal ini dikarenakan

perbandingan mol dapat mempengaruhi suhu, tekanan operasi dan

jumlah amonia yang terbentuk.

d. Jumlah air

17

Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang kedua

yaitu penguraian amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika terdapat

air dalam jumlah yang cukup banyak, maka akan memperkecil konversi

terbentuknya urea dari larutan karbamat.

SISTEM PROSES

Dalam membuat urea, ada 2 unit produksi yang saling berhubungan, yaitu unit

produksi amonia dan urea, sementara yang lainnya adalah unit utilitas yang

bertugas mendukung proses dengan menyediakan energi dan kondisi pendukung

lainnya.

A. Unit Produksi Amonia

Unit produksi amonia merupakan tempat berlangsungnya pembuatan amonia.

Unit ini juga menghasilkan karbon dioksida dan hidrogen. Proses pembuatan

ammonia dengan menggunakan proses Kellog atau proses high pressure

catalytic steam reforming. Unit ini dibagi menjadi enam unit, yaitu:

1. Unit Pemurnian Gas Alam

Sebelum digunakan di unit pembuatan gas sintesa maka gas alam terlebih

dahulu dimurnikan dalam tiga tahap, yaitu:

a. Pemisahan debu dan fraksi berat

Gas alam diumpankan ke pabrik ammonia dengan Tekanan 13,8 kg/cm2,

Temperatur 30○C dan dengan laju alir 15060,7 kg/jam, kemudian gas alam

masuk ke knock out drum 116 F dengan tujuan agar debu, partikel-partikel

halus, tetes-tetes cairan seperti hidrokarbon dan air yang masih terkandung

18

dalam gas alam dapat terpisah. Proses yang terjadi di 116-F adalah gas

alam menumbuk dinding drum, kemudian fraksi-fraksi berat akan jatuh

kebawah yang diatur secara otomatis dan akan di kirim ke burning pit

untuk dibakar. Yang keluar dari Knock drum dibagi dua, yaitu: sebagian

untuk auxiliary boiler dan start up heater primary Reformer, sedangkan

yang sebagian dilakukan pemurnian lebih lanjut di Mercury Guard

Chamber 109-D untuk dihilangkan kandungan merkurinya.

b. Penghilangan Mercury

Merkury yang terdapat dalam gas alam harus dihilangkan karena dapat

meracuni katalis. Reaksi yang terjadi di dalam mercury guard chamber

dimana merkuri diserap oleh karbon aktif yang selanjutnya bereaksi dengan

sulfur yaitu :

Hg(s) + S(s) HgS(s) (20)

Tekanan gas alam dari mercury guard chamber belum cukup tinggi untuk

mengalirkan gas ke alat-alat berikutnya sehingga harus dinaikkan dari 14,7

kg/cm2 menjadi 42,9 kg/cm2 dalam feed gas compressor dengan suhu sekitar

146oC. Sebagian gas alam yang keluar dari compressor dialirkan ke feed

gas compressor kick back cooler untuk didinginkan lalu dimasukkan ke

mercury guard chamber dan dikembalikan lagi ke kompresor. Hal tersebut

dilakukan untuk mencegah kekurangan gas di kompressor yang dapat

menyebabkan rusaknya kompressor karena kekurangan beban. Gas yang

keluar selanjutnya dikirim ke feed preheat coil di bagian konveksi primary

reformer untuk membuat gas sintesa.

c. Penghilangan sulfur ( Desulfurisasi )

Proses Desulfurisasi dilakukan dalam dua tahap yaitu; di cobalt-moly

hidrotreater ( terjadi peningkatan sulfur) dan zinc oxide guard chamber

(terjadi pemisahan sulfur dalam bentuk H2S yng terbentuk akibat reaksi

pada hydrotreater)

Reaksi yang terjadi di cobalt-moly hidrotreater adalah sebagai berikut :

19

RSH(g) + H2(g) RH(g) + H2S(g) (21)

RSR(g) + H2(g) 2RH(g) + H2S(g) (22)

Cobalt-moly hidrotreater terdiri dari 2 packed bed katalis cobalt

molibdenum sebanyak 28,3 m3. Gas keluar cobalt-moly hidrotreater

dimasukkan ke dalam zinc oxide guard chamber yang berisi katalis ZnO

sebanyak 28,3 m3. Terjadi reaksi antara H2S dan ZnO sebagai berikut:

H2S(g) + ZnO(s) ZnS(s) + H2O(g) (23)

Suhu gas keluar sekitar 391 oC dan tekanannya 37,7 kg/cm2. Gas ini

diumpankan ke Mix Feed Primary Reformer.

2. Unit Pembuatan Gas Sintesis

Unit ini bertugas membuat gas sintesa, yaitu H2 dan N2 dengan

perbandingan mol 3:1 sebagai umpan ammonia converter. Mula-mula gas

alam akan mengalami proses reformasi menjadi CO, CO2 dan H2 kemudian

gas CO dikonversi menjadi CO2 di shift converter dan sebagian kecil dari

aliran dikirim ke unit cosorb.

a. Primary Reformer

Reaksi yang terjadi di primary reformer 101-B adalah reaksi

pembentukan hidrogen dari senyawa hidrokarbon dan steam. Gas alam

yang keluar dari zinc oxide guard chamber dicampur dengan steam dan

dipanaskan dengan mix feed preheater coil di bagian konveksi primary

reformer. Gas keluar mempunyai suhu 483oC dan tekanan 36,8 kg/cm2 dan

siap dimasukkan dalam tube-tube katalis di unit radiant. Reaksi yang

terjadi sebagai berikut:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH = 49,3 kkal/mol (24)

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ΔH = -9,8 kkal/mol (25)

Reaksi keseluruhan adalah endotermis. Panas yang dibutuhkan disuplai

oleh panas pembakaran gas alam di luar tube. Reaksi pembakaran dapat

dituliskan sebagai berikut:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + H2O(g) ΔH = -191,7 kkal/mol (26)

20

Burner-burner fuel gas ini terletak diantara dua baris tube katalis. Ada 10

baris burner, masing-masing terdiri dari 20 burner.

Gas alam yang masuk ke primary reformer diatur supaya perbandingan

mol S : C = 3,5 : 1, karena jika steam kurang akan terjadi reaksi samping

sebagai berikut:

CH4(g) C(s) + 2H2(g) ΔH = +31,2 kkal/mol (27)

2CO(g) C(s) + CO2(g) ΔH = -23 kkal/mol (28)

Perbandingan mol S : C ini diatur oleh suatu alat yang disebut ratio relay

(RRl).

Gas yang bereaksi dalam tube akan keluar melalui bagian bawah tube

dan disatukan dalam sebuah pipa besar untuk masing-masing baris yang

disebut riser. Dari riser, gas dikirim ke secondary reformer 103-D

melalui suatu pipa besar yang disebut transfer line. Temperatur gas yang

keluar adalah 800-815oC dengan tekanan 32,5 kg/cm2. Untuk melindungi

transfer line dipasang jaket water sebagai pendingin. Gas CH4 yang lolos

dari primary reformer diharapkan kurang dari 10%.

Gas hasil pembakaran (fuel gas) yang suhunya semakin tinggi dihisap

oleh induced draft fan melalui unit konveksi untuk dimanfaatkan

panasnya dalam memanaskan umpan gas alam, udara untuk secondary

reformer, boiler feed water dan superheated steam untuk power

generator. Dari unit konveksi, fuel gas dibuang ke udara melalui suatu

cerobong (slack).

b. Secondary Reformer

Tugas secondary reformer adalah untuk melanjutkan reaksi reforming.

Reaksi yang terjadi sama dengan reaksi yang terjadi di primary reformer,

tetapi panas yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan

udara di dalam reaktor. Gas dan campuran udara steam masuk ke

secondary reformer secara terpisah dari bagian atas yang disebut mixing

zone atau combustion zone dan bagian bawah disebut reaction zone.

21

Reaction zone berupa packed bed yang terdiri dari tiga buah bed katalis

nikel.

Gas dan udara dicampur dalam mixing zone, dengan reaksi pembakaran

yang terjadi sebagai berikut:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + H2O(g) ΔH = -191,7 kkal/mol (29)

H2(g) + O2(g) 2H2O(g) ΔH = -57,8 kkal/mol (30)

Panas pembakaran ini digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis.

Kadar CH4 dalam gas yang keluar secondary reformer kira-kira tinggal

0,3%.

Udara yang masuk ke secondary reformer berfungsi juga sebagai

penyuplai N2, sehingga gas H2 dan N2 yang keluar mempunyai

perbandingan mol yang sesuai sebagai umpan amonia converter yaitu

3:1.

c. Proses konversi menjadi CO2 ( Shift Converter 104-D )

Untuk memproduksi urea, dibutuhkan bahan baku amonia dan karbon

dioksida, karena itu gas CO yang ada perlu dikonversi menjadi CO2.

Konversi CO menjadi CO2 terjadi di shift converter 104-D. Reaksi yang

terjadi adalah sebagai berikut:

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ΔH = -9,8 kkal/mol (31)

Reaksi ini eksotermis, sehingga pada temperatur tinggi kecepatan reaksi

akan bertambah tetapi konversinya rendah. Sebaliknya jika temperatur

dturunkan maka konversi akan tinggi tetapi kecepatan reaksi berkurang.

Oleh sebab itu shift converter terdiri dari dua bagian, yaitu high

temperature shift converter dan low temperature shift converter.

High temperature shift converter (HTS) berfungsi untuk meningkatkan

laju reaksi. Gas yang keluar HTS digunakan untuk membangkitkan steam

di shift effluent waste heat boiler 103-C dan memanaskan umpan

methanator 106-D di methanator feed heater.

22

Low temperature shift converter (LTS) berfungsi untuk meningkatkan

konversi reaksi pembentukan CO2. Gas keluar LTS dikirim ke unit

pemurnian gas sintesis.

3. Unit Pemurnian Gas Sintesis

Unit ini bertugas menyiapkan bahan baku ammonia converter , yang berupa

gas N2 dan H2. Karena itu gas–gas yang lain harus dipisahkan terlebih

dahulu. Gas CO2 dibutuhkan sebagai bahan baku pembuatan urea, sehingga

gas ini diambil dengan cara diserap dengan larutan penyerap di unit CO2

absorber, kemudian di stripper untuk memperoleh gas CO2 yang siap untuk

diumpankan ke dalam reaktor sintesis urea di unit CO2 stripper. Keberadaan

CO dan CO2 di ammonia converter dapat merusak katalis, oleh sebab itu

CO dan CO2 sisa harus diubah kembali menjadi CH4 sebagai inert agar tidak

merusak katalis. Proses perubahan CO dan CO2 menjadi CH4 disebut proses

methanasi, proses methanasi terjadi di unit methanator.

a. CO2 Absorber (1101- E) dan CO2 Stripper (1102-E)

Gas keluar dari LTS setelah didinginkan diumpankan di bagian bawah

CO2 absorber 1101-E mengalir keatas melalui empat lapisan bed yang

berisi timbunan slotted ring sehingga gas CO2 terabsorbsi oleh larutan

benfield yang dicurahkan dari bagian atas absorber. Larutan penyerap

yang digunakan adalah larutan benfield. Pada absorbsi CO2, mula-mula

gas CO2 bereaksi dengan H2O

Reaksi kimia yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:

CO2(g) + H2O(l) H2CO3(l) (32)

H2CO3(l) + CO32- 2HCO3

- (33)

2HCO3- + K2CO3(l) CO3

2- + 2KHCO3(l) (34)

CO2(g) + H2O(l) + K2CO3(l) 2KHCO3(l) ΔH =101,3 kkal/mol (35)

Reaksi absorbsi ini adalah reaksi eksotermis.

Larutan benfield yang dipakai ada dua aliran, yaitu larutan lean benfield

yang masuk dari puncak menara dan larutan semi lean benfield yang

masuk menara melalui bagian tengah menara.

23

Larutan semi lean benfield mengambil sebagian besar CO2 dari gas yang

mengalir ke atas. Larutan ini berasal dari titik tengah stripper yang

dipompakan melalui pompa sirkulasi semi lean benfield. Larutan lean

benfield diambil dari bagian bawah stripper dan selanjutnya dicurahkan

keatas bed pertamadari absorber melalui suatu distributor.

Larutan yang banyak mengandung CO2 (larutan rich benfield) keluar dari

dasar absorber pada suhu 123oC,untuk selanjutnya dikirim ke CO2

stripper untuk melepaskan CO2 yang terkandung didalamnya. Dengan

memanfaatkan tekanan tinggi di absorber, larutan rich benfield ini

digunakan sebagai penggerak sebuah turbin hidrolik yang merupakan

pompa semi lean benfield.

Larutan rich benfield mengalir dari stripper 1102-E melalui dua buah

bed berisi tumpukan slotted ring dan di tampung di trap out pan yang

letaknya di tengah stripper. Ini merupakan suction bagi pompa semi lean

benfield . Sedangkan cairan yang tidak terpompakan mengalir terus ke

bawah menuju trap out pan yang terletak dibagian bawah stripper, lalu

memasuki reboiler pada suhu 120oC . Larutan lean benfield yang diambil

dari stripper ini harus didinginkan terlebih dahulu hingga mencapai 70oC

sebelum absorber diperkirakan mempunyai temperatur 71oC. Gas ini

mengandung sekitar 0,1% volume gas CO2 Gas CO2 yang dibebaskan

dari stripper kemudian didinginkan dan dikirim ke pabrik urea. Reaksi

yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi absorbsi, yaitu:

2KHCO3(l) CO2(g) + H2O(l) + K2CO3(l) (36)

b. Pembentukan metana (Methanator)

Gas yang masuk methanator dibatasi kadar CO dan CO2-nya maksimum

0,1% untuk CO2 dan 0,6% untuk CO. Reaksi yang terjadi adalah

kebalikan dari reaksi di primary reformer yang dapat dituliskan sebagai

berikut:

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) ΔH =-49,3 kkal/mol (37)

24

CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g) ΔH =639,5 kkal/mol (38)

Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis sehingga dengan perubahan

1% mol karbon oksida dapat menaikkan suhu sampai 72oC . Oleh sebab

itu, pengontrolan temperatur sangat sensitif pada alat ini. Temperatur

yang keluar bisa mencapai 363oC dan pada temperatur 399oC alarm akan

berbunyi dan kemudian alat ini akan trip. Hal ini terjadi karena

methanator dilengkapi dengan sistem interlock yang dapat menutup

aliran masuk jika temperatur melonjak.

4. Unit Sintesa Amonia

Gas yang keluar dari methanator memiliki tekanan 26 kg/cm2 dan suhu

310oC. Tekanan ini belum cukup tinggi untuk reaksi di amonia converter,

sehingga gas umpan amonia converter dinaikkan terlebih dahulu menjadi

430-500oC dan tekanan 140-150 kg/cm2 dalam synthesis gas and recycle

compressor 103-J, yang terjadi dari low pressure (LP) case dan high

pressure (HP) case compressor. Gas sintesis keluar LP case compressor

bertekanan 67 kg/cm2 dengan suhu 177oC. Sebelum ditekan dalam HP case

compressor, gas ini didinginkan dahulu dalam intercooler gas feed

methanator 136-C, cooler 116-C, serta amonia chiller 129-C. Kondensat

yang terbentuk dipisahkan dalam synthesis gas feed compressor first stage

separator 105-F. Gas yang keluar kira-kira suhunya 8oC. Gas kering dari

separator dimasukkan ke HP compressor compressor bersama-sama dengan

recycle gas dari amonia converter, dan keluar dari kompresor tekanannya

sekitar 151,2 kg/cm2 dan suhu 86oC. Gas ini mengandung amonia karena

bercampur dengan recycle gas dari amonia converter.

Untuk mengambil amonia dalam gas alam, gas ini dilewatkan pada unit

pemisahan dan pemurnian sehingga kadar amonianya turun dari 9% menjadi

2% mol. Gas ini kemudian dipanaskan dalam heat exchanger 112-C yang

kemudian memanfaatkan panas yang keluar dari amonia converter, baru

kemudian diumpankan ke amonia converter.

25

Gas masuk amonia converter pada dua tempat, yaitu bagian atas dan bagian

bawah. Amonia converter 105-D ini terdiri dari empat buah bed katalis

promoted iron dengan ukuran katalis 1,3 – 5,0 mm, dipisahkan oleh ruang

antar bed untuk keperluan quenching. Volume masing-masing bed tidak

sama, semakin ke bawah semakin besar. Volume katalis di bed pertama

sebanyak 8,63 m3, bed kedua sebesar 14,01 m3, bed ketiga 20,00 m3 dan bed

keempat 30,46 m3. Dinding amonia converter dibuat rangkap dengan ruang

antara (annulus). Gas umpan yang masuk dari bagian bawah converter

mengalir dari bagian bawah annulus menuju ke puncak converter dan

masuk ke dalam bed katalis melalui shell exchanger.

Gas umpan yang mengalir dalam annulus juga mengambil panas reaksi

sehingga suhunya naik dan sewaktu sampai di shell exchanger suhu tersebut

sudah sesuai untuk reaksi, yaitu 335oC. Reaksi yang terjadi adalah sebagai

berikut:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) (39)

Konversi yang dicapai saat kesetimbangan adalah 14,7%. Dengan adanya

quenching yang berulang diharapkan suhu dapat dikontrol sesuai yang

diinginkan.

Gas hasil reaksi keluar dari bed keempat melalui pipa di tengah converter

dan naik ke puncak converter. Suhu gas ini sekitar 481oC dan diggunakan

untuk membangkitkan steam di 121-C. Untuk mengurangi kadar inert yang

berupa CH4 dan Ar, sebagian gas umpan di-purge sebelum di-recycle

melalui HP case compressor. Inert ini dapat mempengaruhi kesetimbangan

reaksi bila kadarnya terlalu tinggi.

5. Unit Purifikasi dan Refrigerasi Amonia

Secara garis besar prinsip kerja unit pemurnian dan pemisahaan ammonia ini

adalah kompresi dan flashing. Unit ini mempunyai fungsi sebagai berikut:

a. Memisahkan gas-gas terlarut dalam NH3 cair dengan kemurnian tinggi.

Gas yang telah dipisahkan tersebut digunakan sebagai bahan bakar.

26

b. Memperoleh berbagai produk NH3 cair dengan temperatur berbeda.

Amonia bersuhu -33 oC dikirim ke storage tank, sedangkan amonia

bersuhu -7 oC dan 13 oC digunakan sebagai media pendingin. Amonia

bersuhu 42 oC dicampur dengan amonia bersuhu -33 oC sehingga

dihasilkan amonia cair bersuhu 30 oC untuk dikirim ke unit urea.

6. Unit Hidrogen Recovery dan Purge Gas Recovery (PGRU)

Gas buang dari daur ulang sintesa amonia masih mengandung gas hidrogen

dengan kadar yang cukup tinggi, oleh karena itu perlu diusahakan agar gas

ini dapat diambil dan dimanfaatkan kembali. Purge gas recovery unit

(PGRU) bertugas untuk memisahkan H2 dari gas-gas lain untuk

dimanfaatkan kembali di daur sintesis amonia dan untuk keperluan lain.

Jenis proses purge gas recovery yang dipilih oleh PT. Pupuk Kujang adalah

proses membrane separator. Sistem pemisahan purge gas ini terbagi atas 3

bagian utama yaitu pretreatment, post-treatment dan pemisahan gas

hidrogen menggunakan prims separator.

(1) Pretreatment

Gas buang dari unit amonia yang mengandung, 61 % mol hydrogen, 20

% mol nitrogen, 5 % mol argon, 12 % mol metana dan 2 % mol amonia

dialirkan ke scrubber (201). Amonia dipisahkan dengan cara diserap

dengan kondensat steam yang mengalir secara counter current. Dari

dasar menara scrubber -201 didapatkan arutan amonia dengan kadar 20-

30 % yang kemudian dikirim ke degasser (penyulingan).

(2) Post-treatment

Tahap post-treatment berfungsi untuk memurnikan larutan amonia sisa

tersebut dengan distilasi. Larutan amonia dari dasar scrubber

dimasukkan ke degasser untuk dipisahkan dengan gas-gas inert yang

terlarut.

(3) Prims separator

Prims separator ini merupakan suatu alat pemisah yang proses

pemisahannya didasarkan pada kerja suatu serat membran. Serat

27

membran yang digunakan ini terbuat dari polimer polisulfon. Prims

separator ini terdiri atas 3 tingkat pemisahan yaitu :

(a) tingkat I yang terdiri atas 2 buah separator yang dipasang

seri

(b) tingkat II yang terdiri atas 7 buah separator yang

dipasang seri

(c) tingkat III yang terdiri atas 2 buah separator yang

dipasang parallel

B. Unit Produksi Urea

Proses pembuatan urea di PT. Pupuk Kujang menggunakan proses Mitsui

Toatsu Total Recycle C Improved dengan kapasitas terpasang 1725 ton per hari

atau 570.000 ton per tahun. Proses pembuatan urea terdiri dari 4 unit, yaitu:

1. Unit Sintesis Urea

Unit sintesis ini menghasilkan urea dengan cara mereaksikan amonia cair

dan gas CO2 menjadi amonium karbamat, selanjutnya larutan karbamat ini

dikonversikan menjadi urea.Peristiwa tersebut terjadi di dalam reaktor urea

pada tekanan dan temperatur tinggi, yaitu pada tekanan 250 kg/cm2 dan

temperatur 200oC dengan waktu tinggal (residence time) 25 menit. Reaksi

yang terjadi dalam reaktor sintesis urea adalah sebagai berikut:

2NH3(g) + CO3(g) NH2COONH4(l) ΔH = -117 kJ/mol (40)

NH2COONH4(l) NH2CONH2(l) + H2O(l) ΔH = 15,5 kJ/mol (41)

Bahan baku gas CO2 yang diinjeksikan dengan udara anti korosi ditekan

dengan CO2 booster compressor GB-102 sehingga tekanannya menjadi 26

kg/cm2. Tekanan ini masih harus dinaikkan sekali lagi di reciprocating

compressor GB-101 A/B yang bekerja secara pararel. Gas CO2 yang keluar

sudah bertekanan 250 kg/cm2 dengan suhu sekitar 159oC. Gas ini masuk ke

reaktor urea bagian bawah.

28

Amonia cair diperoleh dari amonia reservoir FA-401 dan dipompa melalui

amonia boost up pump GA-404 A/B sehingga tekanannya menjadi 25

kg/cm2. Aliran amonia ini kemudian dibagi menjadi dua, sebagian digunakan

sebagai penyerap pada high pressure absorber DA-401, sebagian dilewatkan

liquid amonia feed pump GA-101 A/B dan dipanaskan dalam amonia

preheater EA-101 dan EA-102 untuk kemudian dimasukkan ke reaktor urea

melalui bagian bawah. Suhu amonia cair ini sekitar 630oC. Perbandingan

mol amonia dan gas CO2 masuk reaktor dibuat 4:1 untuk mencegah

terbentuknya senyawa biuret dari hasil peruraian urea sebagai berikut:

2NH2CONH2(l) NH3(g) + 2NH2CONHCONH2(l) (42)

Reaksi ini akan mengurangi urea yang terbentuk dari amonium karbamat,

selain itu biuret merupakan racun tanaman, sehingga kadarnya harus dijaga

serendah mungkin.

Larutan amonium karbamat yang diperoleh dari recovery gas-gas yang

belum bereaksi diumpankan kembali ke reaktor urea. Larutan amonium

karbamat dari high pressure absorber cooler EA-401 dipompa melalui

recycle solution boost up pump GA-102 A/B, selanjutnya akan masuk dari

bagian bawah reaktor.

Reaksi pembentukan urea adalah endotermis, maka suhu reaksi harus cukup

tinggi agar konversi urea besar. Reaksi konversi amonium karbamat menjadi

urea hanya berlangsung pada fasa cair, maka untuk mempertahankan agar

reaktan tetap pada fasa cair diperlukan suhu yang tinggi yaitu sekitar 150oC.

2. Unit Pemurnian atau Purifikasi

Unit ini bertugas untuk memisahkan urea dari produk reaksi sintesis (urea,

biuret, amonium karbamat, air dan amonia berlebih). Larutan amonium

karbamat didekomposisi menjadi gas CO2 dan NH3 dengan cara menaikkan

suhu dan menurunkan tekanan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

NH2COONH4(l) 2NH3(g) + CO2(g) (43)

29

Reaksi tersebut endotermis, sehingga membutuhkans panas. Bila ditinjau

dari termodinamikanya, maka suhu yang tinggi akan menggeser

kesetimbangan reaksi ke kanan. Tetapi apabila suhu terlalu tinggi dan

tekanan rendah, akan terjadi reaksi samping yang tidak dikehendaki yaitu

hidrolisa urea atau pembentukan biuret sebagai berikut:

NH2CONH2(l) + H2O(l) 2NH3(g) + CO2(g) (44)

2NH2CONH2(l) NH3(g) + 2NH2CONHCONH2(l) (45)

Sehingga proses pemurnian hasil urea ini dilakukan dalam tiga alat yang

kondisi berlainan.

Mula-mula hasil yang keluar dari reaktor urea dimasukkan ke dalam high

pressure decomposer DA-201, yang terdiri dari tiga buah bagian, yaitu

bagian atas flashing section, bagian tengah disebut stripping section dan

bagian bawah disebut decomposer section atau falling film heater.

Tekanan pada high pressure decomposer ini adalah 17 kg/cm2 masuk dalam

HPD, maka akan terjadi flashing gas-gas dengan cairan. Gas akan mengalir

ke atas, sedangkan cairannya akan mengalir ke bawah melalui empat buah

pipa plate, cairan di-stripping agar gas-gas yang larut dapat terlepas. Sebagai

pemanas digunakan gas-gas dari reboiler EA-201 akan jatuh ke bagian

decomposer yang berisi tube pemanas. Bagian ini dirancang agar residence

time larutan pemanas kecil, sehingga akan mengurangi terjadinya reaksi

pembentukan biuret dan hidrolisa urea. Suhu pada masing-masing bagian

kira-kira adalah 123oC, 151oC dan 165oC.

Gas-gas dari bagian atas HPD dialirkan ke high pressure absorber cooler

EA-401, sedangkan cairannya dimasukkan ke low pressure decomposer DA-

202. Tekanan LPD adalah 2,5 kg/cm2, sehingga cairan akan kembali

mengalami flashing. LPD terdiri dari dua bagian yaitu bagian atas yang

berupa sieve tray dan bagian bawah yang berupa packed bed berupa

rasching ring. Dari bagian bawah packed bed diinjeksikan gas CO2 untuk

men-stripping amonia. Larutan yang ada dialirkan ke separator, sedangkan

30

gas-gas dimasukkan ke low pressure absorber EA-402. Suhu di LPD kira-

kira 130oC.

Gas separator DA-203 bertugas memisahkan larutan urea dari gas-gas NH3

dan CO2. Gas separator terdiri dari dua bagian yaitu: bagian atas yang

mempunyai suhu 106oC dan tekanan 0,3 kg/cm2 dan bagian bawah yang

berupa packed bed dengan suhu 92oC dan tekanan atmosfir. Untuk

menghilangkan gas NH3 dan CO2 dalam larutan dihembuskan udara melalui

distributor di bawah packed bed. Hasil yang berupa larutan urea dengan

konsentrasi 70-75% berat ini dikirim ke unit kristalisasi dan pembutiran,

sedangkan gas dari bagian atas dan tengah gas separator dimasukkan ke off

gas condensor EA-406.

3. Unit Recovery

Pada unit ini dilakukan penyerapan gas-gas yang belum bereaksi hasil

pemisahan di unit pemurnian, untuk dikembalikan ke reaktor urea sebagai

larutan karbamat. Penyerap yang digunakan adalah larutan urea (mother

liquor) dan air. Gas dari gas separator diserap di off gas absorber DA-402,

dan gas yang keluar dari HPD diserap di high pressure absorber DA-404.

Proses recovery meliputi:

a. Penyerapan gas dari gas separator

Off gas absorber DA-402 merupakan kolom dengan bahan isian yang

terdiri dari dua buah packed bed. Kondisi operasinya adalah 45oC dengan

tekanan atmosfir. Mula-mula gs dari separator dikondensasikan dalam

off gas condenser EA-406. Kondensat yang terbentuk ditampung di off

gas absorber tank FA-403, untuk dipompa oleh off gas absorber pump

GA-408A/B menuju ke off gas absorber final cooler EA-408. Setelah

dingin, larutan dimasukkan ke puncak off gas absorber sebagai penyerap.

Gas yang tidak terkondensasi dalam off gas condensor ditambah gas

yang keluar LPA dimasukkan ke off gas absorber melalui sparger di

bawah bed kedua. Gas dan larutan penyerap akan kontak dengan larutan

31

penyerap dalam packed bed, kemudian gas yang tidak terserap akan

keluar dari bagian atas kolom, sedangkan larutan yang telah menyerap

gas keluar melalui bagian dasar kolom, dipompa oleh off gas absorber

recycle pump GA-407A/B menuju off gas cooler EA-407 untuk

didinginkan. Larutan ini dimasukkan kembali ke kolom di atas bed kedua

sebagai penyerap. Gas yang keluar dari atas kolom ditambah dengan

udara proses, kemudian dialirkan ke gas separator sebagai stripper gas

CO2 dan NH3. Sebagian larutan yang telah menyerap gas dipompakan

melalui low pressure absorber GA-405A/B menuju ke LPD sebagai

penyerap.

b. Penyerapan gas dari low pressure decomposer

Low pressure absorber EA-402 bertugas menyerap gas yang keluar dari

LPD. Gas ini digelembungkan melalui sparger pipe di bawah absorber.

Larutan penyerap yang digunakan ada dua macam yaitu: larutan induk

dari mother liquor tank FA-203 dan larutan karbamat dari off gas

recovery system yang telah diencerkan dengan kondensat. Kondisi

operasi dari LPA adalah pada tekanan 2,2 kg/cm2 dan suhu yang dijaga

konstan 45oC dengan mengatur aliran pendingin. Larutan hasil absorbsi

keluar dari dasar LPA dan dipompa melalui high pressure absorbent

pump GA-402A/B menuju high pressure absorber DA-401 sebagai

penyerap. Gas-gas yang keluar dari off gas condensor EA-406,

selanjutnya diserap lagi di off gas absorber.

c. Penyerapan gas dari high pressure decomposer

Gas-gas yang keluar dari LPD diserap dua kali yaitu di high pressure

absorber cooler EA-401, baru kemudian diserap di high pressure

absorber DA-401. Larutan penyerap yang digunakan di HPAC EA-401

adalah larutan hasil absorbsi dari HPA DA-401 dan larutan karbamat dari

kick back recycle solution feed pump GA-102A/B. Sekitar 63% dari gas

CO2 dari HPD dapat diserap di HPAC ini. Konstruksi di HPAC dibuat

seperti di shell and tube untuk dimanfaatkan panas dari proses

32

penyerapan. Penyerapan terjadi di shell, sedangkan media pendingin

mengalir di tube-tube. Media pendingin yang digunakan terdiri dari tiga

jenis, yaitu:

1. larutan sirkulasi dari crystallizer FA-201 yang mengambil kelebihan

panas kurang dari 65%.

2. air panas yang dapat mengambil kelebihan panas sekitar 28%

3. air pendingin yang dapat mengambil kelebihan panas sekitar 7%

Hasil absorbsi berupa larutan karbamat yang kemudian dipompa melalui

recycle solution pump GA-102A/B dam masuk reaktor urea DC-101. Gas

yang belum terserap dimasukkan di HPA DA-410. HPA terdiri dari dua

bagian utama yaitu bagian atas yang berupa packed bed berisi rasching

ring. Gas dari HPAC masuk melalui bagian bawah packed bed, naik ke

jajaran tray dan keluar melalui puncak menara berupa gas amonia. Gas

amonia ini dialirkan ke amonia condensor EA-404A/B untuk

diembunkan, kemudian masuk ke amonia reservoir FA-401. Larutan

penyerap yang digunakan ada dua aliran. Aliran pertama berupa aliran

hasil absorbsi dari LPA yang dicampur dengan amonia cair dari amonia

reservoir. Larutan ini masuk dari bagian atas packed bed. Larutan kedua

dari ammonia recycle absorber dipompa oleh aqua ammonia pump ke

bagian atas tray. Kondisi operasi dijaga pada suhu 47oC dan tekanan 16

kg/cm2. Larutan hasil absorbsi digunakan sebagai penyerap di HPAC.

4. Unit Kristalisasi dan Pembutiran

Larutan urea yang diperoleh dari gas separator DA-203 kemudian

dilanjutkan ke proses kristalisasi sehingga urea siap dijadikan butiran. Pada

tahap ini terdiri atas 4 langkah yaitu:

a. Proses pengkristalan

Proses ini dilakukan di dalam crystallizer FA-201 yang terdiri dari dua

bagian, bagian atas yang berupa vacuum concentrator, dan bagian bawah

berupa crystallizer berpengaduk. Kondisi di vacuum concentrator adalah

72,5 mmHg absolut dan suhu 60oC, sedangkan crystallizer beroperasi

33

pada 60oC dan tekanan atmosfir. Dengan menggunakan urea solution

pump GA-205A/B dari gas separator DA-203 dialirkan kebagian bawah

crystallizer.Kemudian menggunakan circulation pump for crystalizer

GA-201. Larutan urea dari bagian bawah crystallizer disirkulasikan ke

vacuum concentrator untuk dipekatkan, dimana sebagian telah dilewatkan

ke HPAC EA-401 untuk menyerap panas. Panas yang digunakan untuk

menguapkan air di crystalizer pada permukaan bagian atas. Crystalizer

dilengkapi dengan jaket air panas ntukmencegah terbentuknya endapan

urea pada dindingnya.Slurry dari crystalizer FA-201 yang mengandung

86% berat urea dialirkan ke centrifuge GF-201 dengan menggunakan

slurry feed pump GA-202A/B.

b. Proses pemisahan

Proses pemisahan dimaksudkan untuk memisahkan kristal urea dari

mother liquor nya. Proses terjadi pada lima buah centrifuge GF-201A/E

yang bekerja secara pararel. Di centrifuge ini, kristal urea dipisahkan

dari larutan induk sehingga didapat kristal dengan kadar 2,4%. Mother

liquor mengalir kebawah dan ditampung dalam mother liquor tank FA-

203 yang dilengkapi dengan steam heating tube untuk mencegah

kristalisasi dan untuk mencegah adanya akumulasi. Biuret, dengan

bantuan mother liquor pump GA-203, maka larutan induk direcycle dan

masuk ke dalam LPA EA-402 sebagai absorbent sedang kristal urea dari

centrifuge GF-201 masuk ke Fluidizing drier FF-301.

c. Proses pengeringan

Didalam fluidizing drier kristal urea akan dikeringkan sampai

kandungan airnya tinggal 0,1-0,3%. Sebagai pengering digunakan udara

panas yang dihembuskan dari bawah. Udara panas dihembuskan dari

force fan drier GB-301 yang telah melewati pemanas udara air heater for

drier EC-301 dengan menggunakan steam condensat dan steam tekanan

rendah (4kg/cm2). Udara panas yang masuk dryer dijaga pada temperatur

120oC dan tidak boleh melebihi 130oC untuk menghindari pelelehan

udara di dryer. Kristal-kristal urea dengan bantuan hembusan udara

34

pengering dan isapan dari induced fan for drier GB-302 akan terisap ke

atas prilling tower. Bila ukuran kristal terlalu besar, maka akan terbawa

ke pinggir oleh sudu-sudu pengaduk untuk selanjutnya dilarutkan dalam

dissolving tank I FA-302.

d. Proses pembutiran

Kristal urea yang sudah masuk cyclone akan dipisahkan dari debu-debu

halus yang melekat. Cyclone yang beroperasi berjumlah empat buah dan

bekerja secara pararel. Debu yang telah dipisahkan akan dihisap oleh

induced fan for drier dan masuk ke dalam dust separator FD-304,

kemudian di-scrubber oleh air. Udara dan air selanjutnya dimasukkan ke

dalam dust chamber PF-302. Air dari dust chamber ini dipompa kembali

ke dalam dust separator melalui circulating for prilling tower GA-

302A/B untuk dikembalikan sebagai scrubber.

Kristal dari urea cyclone dikirim ke melter EA-301 dengan

menggunakan screw conveyor JD-301 A/B. Melter beroperasi pada suhu

135oC, yaitu sedikit di atas titik leleh urea (123,7oC), karena pada suhu

yang lebih tinggi urea terdekomposisi menjadi biuret. Suhu ini dikontrol

dengan mengatur laju alir ke strainer for distributor FD-301, kemudian

masuk ke head tank for distributor PF-301A/L yang berjumlah 12 buah,

dan akan jatuh sepanjang prilling tower JA-301. Agar tetes urea

menjadi padatan, maka dari bawah prilling tower dihembuskan udara

kering. Udara ini diperoleh dari udara luar yang dihisap oleh blower

GB-302 dan dikeringkan dalam air heater for fluidizing cooler EC-302.

Urea prill yang terbentuk didinginkan lebih lanjut dalam fluidizing

cooler FD-302 yang berada di bawah prilling tower. Untuk

mendapatkan urea prill dengan ukuran yang diinginkan, maka dipasang

trommel FD-103. Urea yang oversize dilarutkan di dissolving tank II

FFA-303 untuk di-recycle ke mother liquor tank. Urea dengan ukuran

yang diinginkan dikirim ke urea storage dengan belt conveyor.

35

amonia2

Documents

Transcript of amonia2