AUDIT ENERGI PADA PROSES PRODUKSI PUPUK...

AUDIT ENERGI PADA PROSES PRODUKSI PUPUK UREA

DI PT. PUPUK KUJANG

Oleh:

HERA PRATIWI

F14053061

2009

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR


DI PT. PUPUK KUJANG

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

HERA PRATIWI

F14053061

2009

DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN






DI PT. PUPUK KUJANG

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

HERA PRATIWI

F14053061

Dilahirkan pada tanggal 24 Agustus 1987

Di Garut

Menyetujui,

Bogor, Juli 2009

Ir. Sri Endah Agustina, M.S Ir. Adityagung Murbantoro, M.T Pembimbing I Pembimbing II

Mengetahui,

Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen Teknik Pertanian

Tanggal ujian : 10 Juli 2009 Tanggal lulus :

Hera Pratiwi. F14053061. Audit Energi Pada Proses Produksi Pupuk Urea di PT. PUPUK KUJANG. Di bawah bimbingan Ir. Sri Endah Agustina, MS dan Ir. Adityagung Murbantoro, MT. 2009.

RINGKASAN

Saat ini cadangan energi dunia semakin berkurang. Indonesia sendiri saat ini memiliki cadangan gas bumi sebesar 165 TSCF status 1 Januari 2007. Dengan kondisi saat ini, cadangan gas Indonesia mencukupi untuk 62 tahun. Mengingat hal tersebut, maka diperlukan suatu upaya konservasi untuk memelihara kelestarian sumber daya yang ada. Langkah awal yang dapat dilakukan untuk konservasi energi adalah dengan melaksanakan audit energi secara berkala. Audit energi akan membantu menyediakan data pola penggunaan energi secara detil serta sistem distribusinya dalam suatu sistem proses, bentuk bentuk energi, dan sumber energi yang digunakan. Sehingga, apabila terjadi pemborosan energi maka akan dapat segera teridentifikasi.

Tujuan penelitian yang dilakukan adalah untuk mengkaji bentuk, sumber dan aliran energi pada proses produksi pupuk urea di PT. PUPUK KUJANG 1A, menghitung jumlah energi yang dibutuhkan untuk memproduksi per kg urea, menghitung efisiensi penggunaan energi di tiap seksi pada proses produksi pupuk urea dan mengidentifikasi seksi atau proses yang tidak efisien.

Bahan baku pembuatan pupuk urea yaitu ammonia, karbondioksida dan air. Proses pembuatan pupuk urea sendiri terdiri dari beberapa seksi atau tahapan proses yang dilakukan di 4 (empat) seksi, yaitu seksi sintesa, seksi dekomposisi/purifikasi, seksi recovery, dan seksi kristalisasi dan prilling dengan menggunakan proses Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved. PT. PUPUK KUJANG 1A mempunyai kapasitas produksi sebesar 1,725 ton/hari.

Penelitian dilakukan selama bulan Maret 2009 di unit Teknik Proses (Process Engineering) Pupuk Kujang 1A. Metode audit yang digunakan yaitu pengamatan pada tiap seksi atau tahapan proses dengan memperhatikan kondisi produksi pada saat dilakukan audit energi. Parameter yang diamati dalam penelitian ini adalah efisiensi energi masing-masing sistem yang diaudit. Pengambilan data dilakukan setiap hari setiap dua jam sekali selama 24 jam. Adapun pengambilan data dilakukan dengan cara pencataan di ruang pengendali dan pengambilan data di bagian teknik proses (process engineering).

Hasil audit energi yang dilakukan di PT. PUPUK KUJANG 1A selama bulan Maret 2009 menunjukkan bahwa bentuk energi yang digunakan pada proses produksi pupuk urea adalah energi uap dan energi listrik yang bersumber dari gas alam yang diproses di utility plant, energi air umpan ketel dan energi biologis. Untuk memproduksi 1 kg urea dibutuhkan energi sebesar 6,083.23 kJ yang terdiri dari energi uap bertekanan 42 kg/cm2 sebesar 5,845.63 kJ (berasal dari utility plant), 220.85 kJ diperoleh dari energi listrik, 16.74 kJ diperoleh dari energi yang terkandung dalam air umpan ketel. Sisanya sebesar 0.0014 kJ diperoleh dari energi manusia. Efisiensi penggunaan energi di seksi sintesa, seksi dekomposisi/purifikasi, seksi recovery dan seksi kristalisasi dan prilling selama bulan Maret secara berturut-turut yaitu 39.54%, 43.39%, 39.97% dan 75.53%.

Kecilnya nilai efisiensi pada tiap seksi dikarenakan pada perhitungan audit taip-tiap seksi dianggap sebagai kesatuan terpisah. Sehingga energi yang sebenarnya masih digunakan untuk proses di seksi berikutnya dianggap sebagai energi yang hilang. Jika keseluruhan proses dianggap sebagai satu kesatuan sistem, maka diperoleh nilai efisiensi rata-rata selama bulan Maret 2009 yaitu 93.79%.

Rata-rata efisiensi kerja gas turbin generator selama bulan Maret adalah 16.12%. Sedangkan efisiensi rata-rata ketel uap panas buang (2003-U), ketel uap paket I (2007-U) dan ketel uap paket II (2007-UA) selama bulan Maret 2009 berturut-turut adalah 87.52%, 89.92% dan 77.86%. Seluruh perhitungan yang dilakukan dalam audit selama bulan Maret 2009 menggunakan metode langsung. Sedangkan penelitian Suryadi (1994) dengan menggunakan metode perhitungan tidak langsung diperoleh efisiensi gas turbin generator, ketel uap panas buang, ketel uap paket I (2007-U) dan ketel uap paket II (2007-UA) berturut-turut adalah 23.75%, 74.32%, 74.69% dan 64.14%.

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Garut pada tanggal 24 Agustus

1987 dari ayah bernama Ade Barnas dan ibu bernama Noneng

Nendah. Penulis merupakan putri kedua dari tiga bersaudara.

Tahun 2005, penulis lulus dari SMAN I Garut dan pada tahun

yang sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB)

melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan pada

tahun 2006 penulis masuk pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas

Teknologi Pertanian.

Selama kuliah, penulis aktif mengikuti beberapa lembaga kemahasiswaan

kampus, yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) IPB,

sebagai staf Departemen Keteknikan periode 2006-2007, sebagai bendahara II

Himpunan Mahasiswa Garut (HIMAGA) periode 2006-2007, sebagai bendahara

UKM Catur IPB pada tahun 2008, ketua bidang Pengembangan Sumber Daya

Manusia (PSDM) HIMAGA periode 2007-2008 dan penanggung jawab klub

kewirausahaan HIMATETA periode 2008-2009.

Penulis pernah melaksanakan praktek lapangan pada tahun 2008 dengan

topik Mempelajari Aspek Keteknikan Pada Proses Produksi Pupuk Urea

di PT. PUPUK KUJANG. Dalam rangka menyelesaikan studinya, penulis

melakukan penelitian dengan mengambil judul Audit Energi Pada Proses Produksi

Pupuk Urea di PT. PUPUK KUJANG.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi yang

berjudul Audit Energi Pada Proses Produksi Pupuk Urea di PT. PUPUK

KUJANG.

Skripsi ini tersusun atas bimbingan, dukungan dan doa yang begitu besar

dari kedua orang tua dan keluarga. Ucapan terima kasih juga ingin penulis

sampaikan atas segala dukungan dan bantuan selama penyusunan karya ilmiah ini

kepada:

1. Ir. Sri Endah Agustina, MS selaku dosen pembimbing akademik atas

bimbingan dan arahan yang telah diberikan kepada penulis.

2. Ir. Adityagung Murbantoro, M.T selaku pembimbing II yang telah

memberikan bimbingan kepada penulis selama penulis melakukan

penelitian di PT. PUPUK KUJANG dan atas kesediaannya sebagai

penguji.

3. Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Sc selaku dosen penguji atas masukan-

masukan yang membangun bagi penulis.

4. Mas Ridwan yang telah banyak memberikan penulis bantuan dan

dukungan selama melakukan penelitian dan penyusunan skripsi.

5. Mas Yuda, Bapak Marwan, Bapak Maman dan seluruh jajaran

PT. PUPUK KUJANG 1A dinas utility dan teknik proses yang telah

banyak memberikan bantuan kepada penulis.

6. Diki Pratama, Ricky Trinaldy, Teh Ami dan keluarga besar atas doa

dan dukungan yang begitu besar.

7. Bianca Dwiarsih (Acie) dan Nesh atas dukungan serta kebersamaanya

selama di TEP.

8. Neneh dan Yoe untuk bantuannya.

9. Temanteman seperjuangan di Kisi (Adiesty, Sikom, dan Mira) dan

teman-teman TEP 42.

Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih jauh dari sempurna. Oleh

karena itu kritik, saran dan masukan yang membangun sangat diharapkan oleh

penulis, agar ke depannya dapat lebih bermanfaat bagi penulis sendiri dan bagi

pembaca.

Bogor, Juli 2009

Penulis

DAFTAR ISI

Hal

KATA PENGANTAR .......................................................................................... i

DAFTAR ISI ...................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... ix

DAFTAR SIMBOL .............................................................................................. x

DAFTAR ISTILAH .............................................................................................. xii

I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG ......................................................................... 1

B. TUJUAN PENELITIAN ..................................................................... 2

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. KEBUTUHAN ENERGI DI INDONESIA ........................................ 3

B. KEBUTUHAN ENERGI PADA INDUSTRI PUPUK ....................... 4

C. PROSES PRODUKSI PUPUK UREA DI PT. PUPUK KUJANG ...... 9

D. AUDIT ENERGI ................................................................................. 17

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. WAKTU DAN TEMPAT .................................................................... 20

B. BATASAN SISTEM ........................................................................... 20

C. PARAMETER PENGUKURAN ........................................................ 27

D. METODE PENGAMBILAN DATA .................................................. 28

E. BAHAN DAN ALAT .......................................................................... 30

F. PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS ......................................... 30

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. UNIT PENYEDIAAN SARANA PENUNJANG (UTILITY)

1. GAS TURBIN GENERATOR (2006-J) ........................................ 36

2. KETEL UAP PANAS BUANG (2003-U) .................................... 38

3. KETEL UAP PAKET I (2007-U) ................................................. 40

4. KETEL UAP PAKET II (2007-UA) ............................................. 42

B. UNIT PROSES PEMBUATAN PUPUK UREA

1. SEKSI SINTESA ........................................................................... 50

2. SEKSI DEKOMPOSISI/PURIFIKASI ......................................... 51

3. SEKSI RECOVERY ....................................................................... 53

4. SEKSI KRISTALISASI DAN PRILLING .................................... 55

C. UNIT UTILITAS PENDUKUNG PROSES PRODUKSI PUPUK

UREA .................................................................................................. 59

V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 63

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 65

LAMPIRAN ......................................................................................................... 67

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 1.1. Penyediaan energi primer menurut jenis .......................................... 1

Tabel 1.2. Pertumbuhan pemakaian energi final menurut sektor ...................... 2

Tabel 2.1. Peran masing-masing sumber energi utama dalam penyediaan

energi nasional ............................................................................... 3

Tabel 2.2. Konsumsi pupuk di sektor pertanian dari tahun 2000-2007 ........... 4

Tabel 2.3. Produksi pupuk urea per produsen tahun 200-2007 ......................... 5

Tabel 2.4. Konsumsi energi di sektor industri .................................................. 5

Tabel 2.5. Produksi gas alam ............................................................................ 6

Tabel 2.6. Nilai kalor per unit satuan beberapa jenis bahan bakar ................... 7

Tabel 2.7. Konsumsi energi per metrik ton urea dibeberapa produsen pupuk

di Indonesia .................................................................................... 8

Tabel 2.8. Kebutuhan energi listrik untuk industri pupuk urea dan non-

industri pupuk urea ........................................................................ 9

Tabel 2.9. Low Heating Value (LHV) untuk komponen yang terkandung

dalam gas alam .............................................................................. 10

Tabel 4.1. Neraca energi pada sub sistem gas turbin generator HITACHI

(2006-J) (x 103 MJoule) ................................................................. 36

Tabel 4.2. Neraca energi pada sub sistem ketel uap panas buang (2003-U)

(.103 MJ/jam) ................................................................................. 39

Tabel 4.3. Neraca energi pada sub sistem ketel uap paket I (2007-U)

(.103 MJ/jam) ................................................................................. 41

Tabel 4.4. Neraca energi pada sub sistem ketel uap paket II (2007-UA)

(.103 MJ/jam) ................................................................................. 43

Tabel 4.5. Neraca energi spesifik (kJ/kg urea) pada proses produksi pupuk

urea ................................................................................................ 46

Tabel 4.6. Jumlah produksi pupuk urea serta jumlah karbondioksida (CO2)

dan ammonia (NH3) selama bulan Maret 2009 ............................. 49

Tabel 4.7. Neraca energi di seksi sintesa (kJ/kg urea) ...................................... 50

Tabel 4.8. Neraca energi pada seksi dekomposisi/purifikasi (kJ/kg urea) ........ 52

Tabel 4.9. Neraca energi pada seksi recovery (kJ/kg urea) ............................... 54

Tabel 4.10. Neraca energi pada seksi kristalisasi dan prilling (kJ/kg urea) ...... 55

Tabel 4.11. Pemakaian energi listrik oleh urea plant ...................................... 60

Tabel 4.12. Konsumsi energi manusia pada proses produksi pupuk urea ........ 62

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1. Diagram proses pembuatan pupuk urea .... 11

Gambar 2.2. Diagram seksi pembuatan gas sintesa urea ... 12

Gambar 2.3. Diagram alir seksi dekomposisi/purifikasi ... 13

Gambar 2.4. Diagram alir seksi recovery urea .. 14

Gambar 2.5. Diagram alir seksi kristalisasi dan Pembutiran ... 15

Gambar 2.6. Diagram proses pretreatment .. 16

Gambar 2.7. Diagram proses demineralisasi .... 16

Gambar 3.1. Aliran proses dan definisi sub sistem sintesa

Gambar 3.2. Aliran proses dan definisi sub sistem dekomposisi/purifikasi...

Gambar 3.3. Aliran proses dan definisi sub sistem recovery

Gambar 3.4. Aliran proses dan definisi sub sistem kristalisasi .

Gambar 3.5. Aliran proses dan definisi sub sistem prilling ...

Gambar 3.6. Kesetimbangan massa dan energi ([email protected])

Gambar 4.1. Hubungan konsumsi bahan baku dan produksi listrik terhadap

tanggal pengamatan ..

Gambar 4.2. Hubungan konsumsi gas alam dan gas buang dari gas turbin

generator dengan jumlah uap yang dihasilkan ketel uap panas

buang dari tanggal 1 Maret hingga 9 Maret 2009 .

Gambar 4.3. Hubungan konsumsi gas alam dengan jumlah uap yang

dihasilkan ketel uap paket I dati tanggal 1 Maret hingga 9

Maret 2009


dihasilkan ketel uap paket II dari tanggal 1 Maret hingga 9

Maret 2009

Gambar 4.5. Konsumsi energi spesifik secara keseluruhan selama bulan

Maret 2009

Gambar 4.6. Neraca energi di seksi sintesa selama bulan Maret 2009

Gambar 4.7. Neraca energi pada seksi dekomposisi/purifikasi selama bulan

22

23

24

25

26

34

38

40

42

44

48

51

Maret 2009

Gambar 4.8. Neraca energi pada seksi recovery selama bulan Maret 2009 ..

Gambar 4.9. Konsumsi energi spesifik pada seksi kristalisasi dan prilling

selama bulan Maret 2009 ..

Gambar 4.10. Karakteristik aliran material di urea plant ..

Gambar 4.11. Karakteristik aliran energi dalam proses pembuatan pupuk

urea

Gambar 4.12. Penomoran langkah proses penyediaan uap air dan kondensat

uap (steam condensate)

Gambar 4.13. Hubungan produksi listrik dengan konsumsi oleh urea plant

selama bulan Maret 2009 ...

53

55

56

58

58

61

62

DAFTAR LAMPIRAN

Hal

1. Tabel produksi uap oleh ketel uap dan pemakaiannya oleh urea plant

2. Contoh perhitungan konsumsi energi spesifik (specific energi

consumption, SEC)

3. Data pengukuran pemakaian energi listrik oleh motor-motor

penggerak pompa dan kompresor

4. Konsumsi gas alam bulan Maret 2009 (m3)

5. Konsumsi air umpan ketel bulan Maret 2009 (ton)

67

68

69

71

72

6. Komposisi gas alam bulan Maret 2009 (% mol)

7. Contoh perhitungan efisiensi gas turbin generator HITACHI (2006-J)

8. Contoh perhitungan efisiensi ketel uap panas buang (2003-U)

9. Contoh perhitungan efisiensi ketel uap paket I (2007-U)

10. Contoh perhitungan efisiensi ketel uap paket II (2007-UA)

11. Rincian konsumsi energi uap pada seksi sintesa dan seksi purifikasi

12. Rincian konsumsi energi uap pada seksi recovery dan seksi kristalisasi

dan prilling

13. Rincian konsumsi energi listrik pada proses produksi pupuk urea

73

74

77

79

83

87

90

93

DAFTAR SIMBOL

U-GA101 : Liquid ammonia feed pump

U-GA102 : Recycle solution feed pump

U-GA201 : Circulation pump for crystallizer

U-GA202 : Slurry feed pump

U-GA203 : Mother liquor tank

U-GA205 : Urea solution pump

U-GA302 : Circulating pump for prilling tower

U-GA401 : Recycle solution boost up pump

U-GA402 : High pressure absorber pump

U-GA403 : Low pressure absorber pump

U-GA404 : Ammonia boost up pump

U-GA405 : Aqua ammonia pump

U-GA406 : Water pump

U-GA407 : Off gas absorber recycle pump

U-GA408 : Off gas absorber pump

U-GB101 : CO2 compressor

U-GB102 : CO2 booster compressor

U-GB301 : Forced fan for dryer

U-GB302 : Induced fan for dryer

U-GB303 : Blower for fluidizing cooler

U-GB304 : Induced fan for prilling tower

U-GB401 : Off gas circulation blower

U-DA201 : High pressure decomposer

U-DA202 : Low pressure decomposer

U-DA203 : Gas separator

U-DA401 : High pressure absorber

U-DA402 : Off gas absorber

U-DC101 : Urea synthesis reactor

U-EA101 : Ammonia preheater I

U-EA102 : Ammonia preheater II

U-EA201 : Reboiler for high pressure decomposer

U-EA202 : Reboiler for low pressure decomposer

U-EA203 : Heat exchanger for low pressure decomposer

U-EA301 : Melter

U-EA401 : High pressure absorber cooler

U-EA402 : Low pressure absorber

U-EA404 : Ammonia condenser

U-EA405 : Ammonia recovery absorber

U-EA406 : Off gas condenser

U-EA407 : Off gas absorber cooler

U-EA408 : Off gas absorber final cooler

U-EE201 : Vacuum generator

U-FA161 : Knock out drum

U-FA201 : Crystallizer

U-FA203 : Mother liquor tank

U-FA401 : Ammonia reservoir

U-FA403 : Off gas absorber tank

U-FC301 : Cyclone

U-FD303 : Trommel

U-FD304 : Dust separator

U-FF301 : Fluidizing dryer

U-GF201 : Centrifuge

U-PF301 : Distributor

U-PF302 : Dust chamber

U-TA301 : Prilling tower

DAFTAR ISTILAH

Ammonia condenser :Tempat pengembalian ammoniak yang

dimurnikan oleh high pressure absorber ke

reaktor

Ammonia preheater : ammonia untuk pemanasan mula yang digunakan

di seksi recovery

Ammonia recovery absorber : Pemanfaatan kembali ammonia yang tidak masuk

ke kristalisasi pada recovery

Ammonia reservoir : Tempat pengembalian ammonia yang dimurnikan

oleh high pressure absorber ke reaktor

BFW : Boiler Feed Water, air pengumpan ketel uap

Blowdown drum : Tangki penerima uap air yang bertekanan rendah

BOE : Barrel Oil Equivalent

Condensate cooler : Alat pendingin kondensat uap air

Centrifuge : Tempat pemisahan larutan yang terbentuk menjadi

kristal oleh vacuum crystallizer

Cyclone : Penghisap udara untuk memisahkan kristal urea

dengan debu

Control room : Tempat pengawasan proses produksi

Dekomposisi : proses penguraian ammonium karbamat

Desuperheater : Tempat penurunan temperatur

Filter : Alat penyaring

Floc : Gumpalan lumpur/kotoran

Flokulasi : Proses penyatuan partikel padatan kecil

membentuk floc

Floctreater : Tempat terjadinya proses flokulasi

Flush Drum : Tempat pemanfaatan blow down boiler menjadi

Low Steam di utility plant

HS : High Steam, uap air tekanan tinggi

Koagulasi : Proses pembentukan floc menjadi gumpalan yang

lebih besar

KO Drum : Knock Out Drum

LS : Low Steam, uap air tekanan rendah yaitu 3.5

kg/cm2 dengan suhu 150oC

LHV : Low Heating Value

Melter : Tempat melelehkan kristal-kristal urea yang tidak

tersaring di prilling tower dengan uap air sebagai

pemanas

MMBTU : Million Metrik British Thermal Unit (1 kJ =

0.9478171 BTU; 1 kkal = 4.1868 kJ)

MMSCFD : Million Metric Square Cubic Feet per Day

Mother liquor : Larutan induk yang memiliki 0.1% berat pada

daerah kristalisasi

ML Tank : Mother Liquor Tank, tangki berisi larutan urea

MT/tahun : Metrik ton per tahun

MS : Medium Steam, uap air tekanan sedang yaitu 42

kg/cm2 dengan suhu 400 oC

Prilling Tower : Menara pengkristalan urea

Steam Drum : Tangki uap air

TOE : Ton of Oil Equivalent

TSCF : Ton Square Cubic Feet

Utility plant : Unit penyedia bahan baku

I. PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

Saat ini cadangan energi dunia semakin berkurang. Kecenderungan

berkurangnya energi dunia ini telah dilukiskan oleh Meadows dan kawan-

kawannya dari kelompok Roma (Club of Rome) (Meadows, 1972 dalam

Abdullah, dkk, 1998).

Indonesia sendiri saat ini memiliki cadangan gas bumi sebesar 165

TSCF status 1 Januari 2007. Dengan kondisi saat ini, cadangan gas Indonesia

mencukupi untuk 62 tahun. Data mengenai penyediaan energi primer menurut

jenis energinya dan pemakaian energi final di berbagai sektor disajikan pada

Tabel 1.1. dan Tabel 1.2.

Tabel 1.1. Penyediaan energi primer menurut jenis

Tahun Batu bara

Minyak bumi

dan

ekspor/impor

BBM

Gas bumi

dan

ekspor/impor

(LPG dan

LNG)

Tenaga air Panas

bumi Biomassa Jumlah

BOE

2000 93,831,548 415,011,903 165,655,289 25,248,895 9,596,400 269,073,181 978,417,215

2001 119,125,379 442,033,714 172,083,821 29,380,607 9,960,940 268,970,034 1,041,554,495

2002 122,918,549 452,817,870 188,822,314 25,038,179 10,248,040 270,230,078 1,070,075,031

2003 128,658,448 456,647,707 204,142,054 22,937,538 10,375,200 272,005,374 1,094,766,321

2004 128,276,301 498,117,696 187,554,081 24,882,086 11,077,000 271,806,233 1,121,713,397

2005 173,554,586 496,143,612 191,189,376 27,120,985 10,910,460 271,094,208 1,170,013,227

2006 207,861,993 462,066,984 196,599,386 24,256,796 11,182,742 276,329,431 1,178,297,331

2007 258,174,000 475,436,625 183,623,636 28,451,261 11,421,759 274,443,321 1,231,550,602

Sumber : Handbook of Energy and Economic Statistics of Indonesia, 2008

Dari Tabel 1.1. dapat dilihat bahwa ketersediaan energi terutama

energi tidak terbarukan (non renewable) dari tahun 2000 sampai tahun 2005

pertumbuhannya terus menurun sedangkan pemakaiannya terus meningkat

baik di sektor industri, transportasi maupun penggunaan untuk non-energi

seperti bahan baku untuk industri pembuatan pupuk dan juga industri

petrokimia.

Tabel 1.2. Pertumbuhan pemakaian energi final menurut sektor (BOE)

Tahun Industri Rumah tangga Komersial Transportasi Lainnya Total Penggunaan non

energi *)

2000 192,829,978 88,048,241 19,218,814 139,178,658 29,213,878 468,489,569 40,393,109

2001 196,894,577 89,102,357 20,005,525 148,259,584 30,585,607 484,847,650 48,524,092

2002 192,720,623 86,651,387 20,315,203 151,498,823 29,998,546 481,184,582 48,534,290

2003 178,175,028 88,746,537 20,967,212 156,232,909 28,445,436 472,567,122 48,317,775

2004 193,030,230 90,769,678 23,989,565 178,374,391 31,689,809 517,853,673 62,375,806

2005 218,672,685 89,159,162 24,819,117 178,452,407 29,102,166 540,205,537 54,352,435

2006 233,417,141 84,624,012 24,786,114 170,118,773 25,936,873 538,882,913 64,759,190

2007 258,373,721 87,847,779 26,494,973 179,135,822 24,912,051 576,764,346 64,759,190

Catatan : *) digunakan sebagai bahan baku industri pupuk dan petrokimia Sumber : Handbook of Energy and Economic Statistics of Indonesia, 2008

Mengingat ketersediaan energi dan pemakaian energi kenaikannya

tidak berimbang, maka diperlukan suatu upaya konservasi untuk memelihara

kelestarian sumber daya yang ada melalui penggunaan sumber daya secara

bijaksana bagi tercapainya keseimbangan antara pembangunan, pemerataan

dan pengembangan lingkungan hidup. Langkah awal yang dapat dilakukan

untuk konservasi energi adalah dengan melaksanakan audit energi secara

berkala. Audit energi akan membantu menyediakan pola penggunaan energi

secara detil serta distribusinya dalam suatu sistem proses, bentuk bentuk

energi, dan sumber energi yang digunakan. Sehingga, apabila terjadi

pemborosan energi maka akan dapat segera teridentifikasi.

TUJUAN

Secara umum tujuan dari penelitian ini adalah melakukan audit energi

pada proses produksi pupuk urea di PT. PUPUK KUJANG. Secara khusus

tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengkaji bentuk, sumber dan aliran energi pada proses produksi pupuk

urea di PT. PUPUK KUJANG 1A.

2. Menghitung jumlah energi yang dibutuhkan untuk memproduksi

per kg urea.

3. Menghitung efisiensi penggunaan energi di tiap seksi pada proses produksi

pupuk urea.

4. Mengidentifikasi seksi atau proses yang kurang efisien.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. KEBUTUHAN ENERGI DI INDONESIA Sebagai salah satu anggota dari negara-negara pengekspor minyak

(OPEC), pembangunan nasional banyak dipengaruhi oleh naik turunnya

ekspor minyak bumi dan gas. Namun, mengingat minyak bumi dan gas alam

termasuk ke dalam sumber energi tidak terbarukan dan diperkirakan cadangan

minyak bumi dan gas alam tersebut semakin menurun, maka pemerintah terus

berusaha menggalakan usaha-usaha penghematan energi dan pengembangan

sumber energi alternatif, seperti terlihat pada Tabel 2.1. berikut.

Tabel 2.1. Peran masing-masing sumber energi utama dalam penyediaan energi nasional

Jenis Energi 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Crude oil and fuel export/import 42.42% 42.44% 42.32% 41.71% 44.41% 42.40% 39.21%

38.60%

Batu bara 9.59% 11.44% 11.49% 11.75% 11.44% 14.83% 17.64% 20.96% Gas alam dan

ekspor/impor (LPG dan LNG)

16.93% 16.52% 17.65% 18.65% 16.72% 16.34% 16.69%

14.91%

Tenaga air 2.58% 2.82% 2.34% 2.10% 2.22% 2.32% 2.06% 2.31%

Panas bumi 0.98% 0.96% 0.96% 0.95% 0.99% 0.93% 0.95% 0.93%

Biomassa 27.5% 25.82% 25.25% 24.85% 24.23% 23.17% 23.45% 22.28% Sumber : Handbook of Energy and Economic Statistics of Indonesia 2008

Sebagai negara dengan tingkat kebutuhan energi tinggi, dimana pada

tahun 2007 konsumsi energi final di Indonesia pada sektor industri yaitu

sebesar 300.48 juta BOE, sektor rumah tangga sebesar 318.71 juta BOE,

sektor komersial sebesar 27.90 juta BOE, sektor transportasi sebesar 179.14

juta BOE, sektor lainnya sebesar 24.91 juta BOE dan sektor non energi

sebesar 64.76 juta BOE (Handbook of Energy and Economic Statistics of

Indonesia 2008). Indonesia relatif kurang memiliki akses ke sumber energi

komersial. Hal ini, menyebabkan pemakaian energi per kapita masih rendah

dibandingkan negara-negara lainnya. Konsumsi perkapita untuk saat ini hanya

sekitar 3 SBM (Setara Barel Minyak) atau yang sama dengan sepertiga

konsumsi perkapita rata-rata negara ASEAN. Fakta juga menunjukkan sekitar

separuh dari keseluruhan rumah tangga belum terlistriki (Republika, 23

Februari 2005).

Sementara dua pertiga dari total kebutuhan energi nasional sendiri

berasal dari energi komersial dan sisanya berasal dari biomassa yang

digunakan secara tradisional. Data dari dokumen HDI (Human Development

Index) 2003 menyebutkan konsumsi tenaga listrik di Indonesia masih 345

kWh/kap. Angka ini masih di bawah Malaysia yang sudah mencapai

631 kWh/kap.

B. KEBUTUHAN ENERGI PADA INDUSTRI PUPUK 1. Konsumsi Pupuk Indonesia

Konsumsi pupuk di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami

peningkatan sama halnya seperti yang terjadi di dunia. Kenaikan konsumsi

pupuk terlihat pada Tabel 2.2. Sedangkan total produksi pupuk Indonesia

dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.2 Konsumsi pupuk di sektor pertanian dari tahun 2000-2007

Tahun UREA AS TSP/SP.36 KCL Total (ton)

2000 2,673,113 594,710 623,260 400,000 4,291,083

2001 4,069,585 580,724 778,689 425,000 5,853,998

2002 4,022,387 529,399 670,775 450,000 5,672,561

2003 4,336,729 511,129 1,414,091 63,715 6,325,664

2004 4,656,723 633,404 789,164 1,012,295 7,091,586

2005 4,842,537 651,986 778,706 947,212 7,220,441

2006 5,107,886 684,100 817,033 1,039,295 7,648,314

2007 5,010,434 745,378 802,812 1,382,166 7,940,790 Sumber : Assosiasi produsen pupuk Indonesia (APPI)

Menurut Erwin Syamsuar (1986) dalam Suryadi (1994), minimal

ada enam faktor yang mempengaruhi penggunaan pupuk di Indonesia,

yaitu intensifikasi dan ekstensifikasi pertanian, harga dan subsidi pupuk,

kebijaksanaan perkreditan, penetapan harga dasar komoditi pangan oleh

pemerintah, keberhasilan promosi/penyuluhan, dan kelancaran sistem

distribusi.

Tabel 2.3. Produksi pupuk urea per produsen tahun 2000 2007

Tahun PUSRI KUJANG KALTIM AAF PIM PETRO Total (ton)

2000 1,924,820 580,030 2,237,595 586,798 664,201 341,434 6,334,878

2001 2,005,250 552,646 2,105,550 122,832 220,367 313,116 5,319,761

2002 2,032,680 552,984 2,081,827 601,629 586,035 151,066 6,006,221

2003 2,053,410 597,597 2,023,321 305,598 491,016 260,176 5,733,121

2004 2,187,550 526,899 2,272,289 - 336,321 344,356 5,667,000

2005 2,045,860 537,563 2,665,021 - 195,847 404,364 5,848,655

2006 2,051,250 851,579 2,214,961 - 205,225 331,677 5,654,692

2007 2,020,760 874,104 2,344,719 - 244,428 381,845 5,865,856Sumber : Assosiasi produsen pupuk Indonesia (APPI)

2. Input Energi Pada Industri Pupuk Energi sangat dibutuhkan untuk berjalannya suatu proses di

industri, baik industri pertanian maupun industri penunjang pertanian,

salah satunya industri pupuk. Jenis energi yang digunakan di industri

pupuk urea yaitu energi gas alam, steam dan listrik. Jumlah konsumsi

energi di sektor industri dapat dilihat pada Tabel 2.4. berikut.

Tabel 2.4. Konsumsi energi di sektor industri (ribu BOE)

Tahun Biomassa Batu bara Gas Bahan bakar

LPG Listrik Total Minyak tanah ADO IDO

Bahan bakar

minyak

Total bahan bakar

2000 58,981 36,060 87,111 4,219 37,171 8,008 25,581 74,979 1,073 20,850 279,054

2001 55,186 37,021 84,167 4,160 39,458 7,735 26,680 78,033 972 21,819 277,198

2002 52,305 38,698 65,594 3,955 38,828 7,311 25,596 75,690 1,093 22,578 255,958

2003 50,167 32,077 91,335 3,980 37,398 6,358 20,756 68,492 808 22,373 265,252

2004 46,917 55,344 89,254 4,012 42,986 5,862 21,859 74,719 1,101 24,719 292,054

2005 43,920 65,744 90,180 3,856 39,929 4,830 15,213 63,828 1,131 26,021 290,824

2006 46,676 89,043 93,835 3,395 34,730 2,567 17,073 57,765 1,453 28,335 317,107

2007 42,108 121,800 79,723 3,352 33,787 1,422 13,856 52,418 1,242 28,077 325,522 Sumber : Handbook of Energy and Economic Statistics of Indonesia 2008

Dari Tabel 2.4. terlihat bahwa energi yang paling tinggi

dikonsumsi di industri adalah gas, yaitu sebesar 93,835,000 BOE pada

tahun 2006. Biasanya gas di industri digunakan sebagai bahan bakar dan di

industri tertentu gas juga digunakan sebagai bahan baku produksi, seperti

pada industri pupuk nitrogen (urea). Pupuk nitrogen adalah pupuk mineral

terpenting dalam penggunaan energi sebagai nutrisi tanaman di dunia

pertanian dalam kebutuhan energi. Konsumsi dunia terhadap pupuk

nitrogen bertambah dari 36% juta ton nutrisi pada 1972 (30% di negara

berkembang) menjadi 61.2% ton nutrisi pada 1982 (43% di negara

berkembang) (Abdullah, 1998). Di Indonesia sendiri, kebutuhan gas alam

disuplai oleh pertamina dan kontrak pembagian produksi dengan sejumlah

kontraktor production sharing. Sedangkan konsumsi gas alam di industri

pupuk urea yaitu sekitar 7% dari semua produksi gas nasional (Zaenal

dalam majalah Trust, 2004). Jumlah gas alam yang diproduksi dapat

dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5. Produksi gas alam

(MMSCF) Tahun Pertamina Kontrak pembagian produksi Total 2000 346,483 2,554,896 2,901,379 2001 346,710 2,460,440 2,807,150 2002 334,745 2,707,130 3,041,875 2003 336,966 2,818,277 3,155,243 2004 383,870 2,646,262 3,030,132 2005 379,612 2,605,729 2,985,341 2006 306,482 2,647,617 2,954,099

Sumber : Direktorat Jendral minyak dan gas dalam Handbook of Energy and Economic Statistics of Indonesia 2007

Kebutuhan energi dalam bidang industri dan pertanian dapat dibagi

menjadi dua, yaitu energi langsung dan energi tidak langsung.

a. Energi Langsung Energi langsung merupakan energi yang digunakan secara

langsung pada proses produksi yaitu berupa bahan bakar fosil

(Abdullah, 1998). Input energi listrik merupakan energi yang penting,

terutama untuk proses produksi yang banyak menggunakan motor

listrik. Kebutuhan terhadap energi listrik pada tiap jenis proses

produksi tidak sama. Adanya perbedaan tersebut tergantung dari jenis

dan kondisi peralatan produksi yang digunakan.

Sedangkan besarnya jumlah konsumsi energi spesifik dari suatu

proses di industri maupun dalam bidang pertanian dipengaruhi oleh

sumber energi yang digunakan. Masing-masing sumber energi

memiliki nilai kalor yang berbeda-beda sehingga akan menghasilkan

nilai energi total yang berbeda pula. Perbedaan nilai kalor dari

beberapa jenis bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6. Nilai kalor per unit satuan beberapa jenis bahan bakar

Sumber energi Unit satuan Nilai kalor (MJ/unit)

Input produksi (MJ/unit)

Nilai kalor total (MJ/unit)

Gasolin 1 32.24 8.08 40.32 Diesel 1 38.66 9.12 47.78

Minyak diesel 1 38.66 9.12 47.78 LPG 1 26.10 6.16 32.26

Gas alam m3 41.38 8.07 49.45 Baru bara keras Kg 30.23 2.36 32.59 Batu bara lunak Kg 30.39 2.37 32.76

kayu keras Kg 19.26 1.44 20.70 kayu lunak Kg 17.58 1.32 18.90

Listrik KWh 3.60 8.39 11.99 Sumber : Cervinca dalam Suryadi (1994)

b. Energi Tidak Langsung Energi tidak langsung merupakan energi yang digunakan untuk

memproduksi suatu input produksi selain energi bahan bakar dan

listrik. Energi tidak langsung dapat berupa materi penyusun produk

atau mesin-mesin dan energi manusia. Energi manusia lebih dikenal

sebagai energi biologis.

Energi biologis dapat berperan sebagai energi langsung jika

berupa suatu kerja, disebut tenaga manusia. Energi biologis adalah

energi yang bersumber dari hasil kegiatan biologis, seperti tenaga

manusia, tenaga hewan dan kemampuan tumbuh pada tanaman. Setiap

orang memiliki kapasitas kerja yang berbeda-beda tergantung dari :

a. Sifat pekerja yang meliputi umur, kekuatan dan tingkat

keterampilan.

b. Tingkat konsumsi makanan dan oksigen.

c. Macam kegiatan.

d. Lamanya bekerja. Semakin lama bekerja semakin tidak efisien.

e. Kondisi lingkungan, seperti suhu, kelembaban dan lainnya.

Zander (1973) dalam Sigit (1981) berpendapat bahwa energi

yang dimanfaatkan oleh seseorang secara efektif untuk melakukan

kerja hanya 10-30% dari energi total yang dibutuhkan untuk

mengerjakan aktifitas tersebut. Untuk aktivitas yang sedang, seperti

pekerjaan pada industri kecil (beberapa pekerjaan pertanian, ibu rumah

tangga dan siswa) kebutuhan energi adalah 9,210 kJ/hari untuk wanita

standar berbobot 55 kg dan berumur 25 tahun. Sedangkan untuk laki-

laki standar berbobot 65 kg dan berumur 25 tahun kebutuhan energi

adalah 12,560 kJ/kg. (FAO & WHO, 1974 dalam Abdullah, 1998).

Jumlah energi langsung dan tidak langsung yang digunakan

untuk memproduksi suatu barang disebut embodied energy. Menurut

Doering (1978) dalam Sulistiono (2008) embodied energy adalah

energi yang digunakan secara tidak langsung pada produksi pertanian,

dalam hal ini yaitu energi untuk memproduksi mesin, peralatan, pupuk,

pestisida, bangunan dan bahan pendukung lainnya.

Setiap produsen pupuk urea mengkonsumsi jumlah energi yang

berbeda-beda. Konsumsi energi per ton urea dibeberapa produsen pupuk

urea dapat dilihat pada Tabel 2.7.

Tabel 2.7. Konsumsi energi per metrik ton urea dibeberapa produsen pupuk di Indonesia

Pabrik Konsumsi Energi (MMBTU/MT)

PUSRI I 42,600 PUSRI II 33,600 PUSRI III 32,850 PUSRI IV 32,850

PUPUK KUJANG 1A 34,140 AAF 32,200

PIM 1 32,200 KALTIM I 36,120 KALTIM II 30,430 KALTIM III 24,730

Sumber : PII, 1992

Gas alam selain digunakan sebagai bahan bakar (sumber energi

langsung), juga digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Selain

gas alam (sumber energi langsung), energi yang diperlukan dalam proses

produksi pupuk urea adalah energi listrik. Energi listrik digunakan untuk

menggerakkan motor listrik. Kebutuhan energi listrik untuk industri pupuk

urea dapat dilihat pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8. Kebutuhan energi listrik untuk industri pupuk urea dan non-industri pupuk urea

Jenis industri Energi listrik kWh % Industri pupuk urea 691,023,679 3.70

Industri non-pupuk urea 17,990,927,720 96.30 Total 18,681,951,399 100

Sumber : BPS, 1992 dalam Suryadi (1994)

C. PROSES PRODUKSI PUPUK UREA DI PT. PUPUK KUJANG Urea pertama kali ditemukan pada tahun 1773 yaitu terdapat didalam

urine. Orang pertama yang berhasil mensintesis urea dari amonia dan asam

sianida adalah Woehler pada tahun 1828 dan penemuan ini dianggap sebagai

penemuan pertama yang berhasil mensintesa zat organik dari zat anorganik.

Proses yang menjadi dasar dari proses pembuatan urea saat ini adalah proses

dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870 yang mensintesis

urea dari pemanasan ammonium karbamat.

Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan urea adalah gas alam,

air dan udara. Sifat-sifat gas alam biasanya diwakili oleh komponen-

komponen yang terkandung dalam gas alam. Komponen terbesar dalam gas

alam adalah metan (CH4). Tetapi terdapat juga etana, propane, butane,

pentane, karbondioksida, hidrogen dan argon. LHV (Low Heating Value) dari

masing-masing komponen tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.11.

Pabrik pupuk urea yang diaudit ini didesain untuk memproduksi 1,725

ton urea prill per hari. Pabrik ini menggunakan teknologi Mitsui Toatsu Total

Recycled C Improved yang memiliki sifat mudah dioperasikan, investasi

pembangunan yang rendah, biaya operasi rendah dan memiliki produk dengan

kualitas tinggi. Proses tersebut dikembangkan oleh Toyo Engineering

Corporation (TEC) Jepang.

Tabel 2.9. Low Heating Value (LHV) untuk komponen yang terkandung dalam gas alam

Komponen LHV (MJ/kg)

CO2 CO Ar

N2

CH4 50.009

C2H6 47.794

C3H8 46.357

i-C4H10 45.613

n-C4H10 45.752

i-C5H12 45.241

n-C5H12 45.357Jumlah 326.123

Sumber : http://ecen.com/eee48/eee48e/carbon_content_n_gas_using_heat_values.htm (Rabu, 16 Juli 2008)

Secara keseluruhan proses produksi pupuk urea di PT. PUPUK KUJANG

dibagi dalam empat plant yaitu utility plant, ammonia plant, urea plant dan

bagging plant. Keempat plant tersebut satu sama lain saling berkaitan.

Utility plant menyediakan air bersih untuk air minum, perkantoran dan

juga air bebas mineral yang digunakan oleh seluruh dinas sebagai air umpan ketel,

steam yang digunakan untuk menggerakkan turbin, instrument air dan plant air,

cooling water dan listrik dari gas turbin generator.

Ammonia plant menghasilkan ammonia dan karbondioksida untuk dikirim

ke urea plant sebagai bahan baku pembuatan urea. Setelah diproses di urea plant

menjadi urea curah, selanjutnya dikirim ke bagging plant untuk dikantongkan

sebelum di jual ke konsumen. Secara umum proses produksi pupuk urea dapat

dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Diagram proses pembuatan pupuk urea (Pratiwi, 2008)

Proses produksi pupuk urea sendiri dibagi dalam beberapa tahapan

proses (seksi) yang dilakukan di PT. PUPUK KUJANG, yaitu seksi sintesa,

seksi dekomposisi/ purifikasi, seksi recovery serta seksi kristalisasi dan

prilling.

1. Seksi Sintesa Pada seksi ini, urea diproduksi melalui reaksi antara NH3 dan CO2

yang sangat eksotermik membentuk ammonium karbamat. Kemudian

diikuti dehidrasi endotermik ammonium karbamat membentuk urea.

Reaksi yang terjadi dalam reaktor sintesa adalah :

CO2 + 2NH3 NH4CO2NH2 -38.3 kcal/g.mol

NH4CO2NH2 NH2CONH2 + H2O +7.8 kcal/g.mol

Produk yang keluar dari reaktor adalah urea dan ammonium

karbamat. Reaksi tersebut dipengaruhi oleh temperatur, tekanan,

perbandingan ammonia dan karbondioksida, dan jumlah air. Temperatur

yang optimal dalam reaktor adalah 200oC, yaitu temperatur dimana

konversi mendekati kesetimbangan dalam waktu tinggal (residence time)

0.3-1 jam. Sedangkan tekanan optimum dalam reaktor adalah 200 kg/cm2

karena konversi ammonium karbamat menjadi urea hanya terjadi pada fase

cair sehingga kondisi operasi dalam reaksi sintesa ini memiliki tekanan

dan temperatur yang tinggi.

Perbandingan ammonia dan karbondioksida berkisar antara 3.5 - 4.

Kelebihan ammonia akan mempercepat reaksi yang pertama dan

(ammonium karbamat)

(ammonium karbamat) (urea)

mencegah terjadinya reaksi pembentukan biuret. Biuret yang berlebih

tidak dikehendaki karena merupakan racun bagi tanaman.

2NH2COONH2 NH2CONHCONH4 + NH3

Reaksi kedua dari pembentukan urea dipengaruhi oleh jumlah air.

Dengan adanya air, maka urea yang terbentuk dari karbamat akan

berkurang. Sehingga mengurangi konversi pembentukan urea. Secara lebih

jelas, proses pada seksi sintesa dapat dilihat pada Gambar 2.2.

NH4COONH2 NH3 + CO2

NH3 CO2

NH4COONH2 NH2COONH +H2O NH3 dan CO2 NH3 + CO2 NH4COONH2

Larutan recycle

Gambar 2.2. Diagram seksi pembuatan gas sintesa urea (Pratiwi, 2008)

2. Seksi Dekomposisi/Purifikasi Pada seksi ini terjadi proses pemisahan ammonium karbamat, air,

dan kelebihan ammonia dari larutan urea. Proses ini berlangsung dengan

pemanasan dan tekanan yang diturunkan.

NH4CO2NH2 CO2 + NH3 +42.3 kcal/g.mol

Untuk memisahkan ammonium karbamat dan kelebihan ammonia

dari larutan urea, sebelum dialirkan ke crystallizer dilakukan tiga tahap

(ammonium karbamat)

Seksi

Dekomposisi

/ Purifikasi

Seksi

Sintesa

Seksi

Recovery

Seksi

Kristalisasi

Seksi

Pembutiran

Urea curah ke unit

pengantongan

dekomposisi, yaitu dari tekanan 17.0 kgf/cm2, 2.5 kgf/cm2, sampai tekanan

atmosfir. Dekomposisi ini dilakukan pada suhu 1200C - 1650C.

Proses hidrolisa urea:

NH2CNH2 + H2O CO2 + 2NH3 +28.4 kcal/g.mol

Proses hidrolisa ini akan mengurangi kadar urea didalam larutan

sehingga pada saat proses ini berlangsung harus dikontrol dengan ketat

untuk mengurangi kehilangan produk. Proses ini terjadi pada suhu tinggi,

tekanan rendah dan waktu tinggal (residence time) yang lama. Pada suhu

diatas 900C, urea akan terkonversi menjadi biuret dan ammonia. Secara

lebih jelas, proses pada seksi dekomposisi/purifikasi dapat dilihat pada

Gambar 2.3.

Urea, air, biuret, ammonium karbamat, Gas NH3 dan CO2 ke seksi recovery NH3 sisa dari seksi sintesa

Larutan

urea,

biuret ke

seksi

kristalisasi

Gambar 2.3. Diagram alir seksi dekomposisi/purifikasi (Pratiwi, 2008)

3. Seksi Recovery Gas-gas ammonia dan karbondioksida yang telah bereaksi setelah

dekomposisi ammonium karbamat dikembalikan ke reaktor sintesis.

Low Pressure

Decomposer

High Pressure

Decomposer Gas Separator

Urea, biuret, gas terlarut dan sisa ammonium karbamat

Urea, biuret, gas terlarut dan

air

Gas sisa dari seksi

recovery untuk

stripping

(urea)

Metoda pengembalian gas-gas yang tidak bereaksi diklasifikasikan

menjadi :

- Memisahkan dan mengembalikannya sebagai gas

- Mengembalikannya sebagai larutan (slurry)

Gambar 2.4. Diagram alir seksi recovery urea (Pratiwi, 2008)

4. Seksi Kristalisasi dan Pembutiran (Prilling) Larutan urea di seksi purifikasi/dekomposisi dikristalkan secara

vakum dan dipisahkan dengan centrifuge. Setelah itu dikeringkan dengan

udara panas sehingga kadar airnya menjadi 0.3 % berat. Agar kadar biuret

tetap (

mother liquor tank (ML tank). Sedangkan urea dalam bentuk kristal masuk

ke dalam fluidizing dryer untuk dikeringkan yang kemudian masuk ke

cyclone untuk dipisahkan dengan debu (dust). Debu (dust) masuk ke dust

separator sedangkan kristal urea masuk ke melter untuk dilelehkan dengan

uap sebagai pemanas. Kemudian lelehan mengalir melalui distributor-

distributor dan membentuk tetesan-tetesan yang memadat dengan adanya

pendinginan oleh udara dalam prilling tower untuk memperkecil

pembentukan biuret. Waktu tinggal dalam prilling tower diusahakan

sekecil mungkin.

Dalam prilling tower, kadar air dibuat sekecil mungkin agar

diperoleh butiran yang keras. Kemudian butiran tersebut disaring dengan

ayakan trommel untuk memisahkan butiran-butiran yang berukuran lebih

(oversize) dari butiran-butiran yang dikehendaki. Setelah itu butiran yang

dikehendaki disimpan dalam bulk storage.

Gambar 2.5. Diagram alir seksi kristalisasi dan pembutiran (Pratiwi, 2008)

Tahapan proses produksi pupuk urea di atas didukung oleh beberapa

unit penunjang. Unit penunjang yang diperlukan antara lain unit pengolahan

air untuk air umpan ketel, unit pembangkit uap dan unit pembangkit listrik.

Raw water

Air bebas

mineral

Air bersih

Air bersih

1. Unit pengolahan air Unit pengolahan air bertujuan untuk mengolah air baku menjadi air

bersih. Unit pengolahan air terdiri dari dua proses, yaitu :

a. Pretreatment

Pretreatment bertujuan untuk mengolah air baku menjadi air bersih

dengan pH 7.0 7.5 dan kekeruhan maksimum 2.0 ppm. Proses yang

dilakukan pada pretreatment yaitu koagulasi, flokulasi, sedimentasi

dan filtrasi. Secara umum proses pretreatment dapat dilihat pada

diagram alir di bawah ini.

Gambar 2.6. Diagram proses pretreatment (Pratiwi, 2008)

b. Demineralisasi Demineralisasi bertujuan untuk mengolah air bersih menjadi air

bebas mineral yang akan digunakan sebagai air umpan ketel dengan

cara pertukaran ion. Secara umum proses demineralisasi dapat dilihat

pada diagram berikut :

Gambar 2.7. Diagram proses demineralisasi (Pratiwi, 2008)

2. Unit pembangkit uap Uap yang digunakan dalam memproduksi pupuk urea dihasilkan

oleh ketel uap. Terdapat tiga jenis ketel uap yaitu ketel uap paket I, ketel

uap paket II dan ketel uap panas buang. Jenis uap yang dihasilkan dari

ketiga jenis ketel uap ini adalah medium steam yang memiliki tekanan 42.2

Premix

tank

Floctreater Tangki

penampungan

air bersih

Sand filter

(pasir 6 biji)

Mix Bed

Polisher

Anion

Exchanger

Cation

Exchanger

Carbon Filter

kg/cm2 dengan suhu 399oC. Selain medium steam dihasilkan juga low

steam yang didapatkan dengan cara memanfaatkan air blow down dari

buangan ketel uap yang masih memiliki suhu tinggi dengan

mengalirkannya ke flush drum sehingga didapatkan tekanan 3.5 kg/cm2

dengan suhu 150oC. Selain melalui flush drum, low steam juga didapatkan

dengan melewatkan medium steam ke let down valve dan juga dari uap

keluaran exhaust turbine.

3. Unit pembangkit listrik Listrik yang digunakan untuk proses produksi pupuk urea

dihasilkan oleh gas turbin generator yang memiliki kapasitas power 18.350

MVA dengan tegangan 13.6 13.8 kV/50 Hz. Selain dari gas turbin

generator terdapat juga cadangan listrik dari PLN sebesar 10 MW, stand

by generator sebanyak dua buah dengan power masing-masing 750 kW,

emergency generator dan UPS (Uninterrupted Power Supply).

D. AUDIT ENERGI Menurut Malcolm Slesser (1982) dalam Suryadi (1994), audit energi

adalah suatu perhitungan aliran energi dalam sebuah proses produksi, biasanya

agar proses tersebut menjadi ekonomis.

Menurut Wayne C. Turner (1982) , langkah-langkah dalam audit

energi adalah sebagai berikut :

1. Pengumpulan data (Data Gathering)

Teknik pengumpulan data ini meliputi :

a. Teknik analisis pendahuluan

a. Pengumpulan data tetapan-tetapan peralatan, pabrik/mesin, tetapan

pendukung dalam menganalisis aliran energi pada setiap sub sistem

b. Catatan lapangan

c. Pengoperasian data terhadap persamaan yang telah ada

d. Uji coba peralatan/unjuk kerja

2. Teknik analisis (Analytical Techniques)

Tahapan analisis ini meliputi :

a. Menganalisa konsep penambahan biaya untuk tahapan tertentu

bilamana diperlukan

b. Menganalisis kesetimbangan massa dan energi

c. Menganalisis energi yang masuk dan yang keluar pada tiap sub sistem

d. Menganalisis pindah panas

e. Mengevaluasi sifat muatan listrik

f. Membuat model dan simulasi

3. Evaluasi biaya peralatan/perbaikan peralatan

4. Membuat laporan hasil perhitungan konsumsi energi

Tahap ini merupakan langkah akhir dalam perumusan audit energi

yang meliputi :

a. Laporan utama, merupakan hasil keseluruhan dari proses audit (mulai

dari bahan baku sampai barang jadi siap dipasarkan

b. Laporan biasa, merupakan data hasil perhitungan harian dan belum

dijadikan hasil audit yang baku

c. Laporan efektivitas pengelolaan peralatan auditing maupun peralatan

pabrik

d. Laporan tinjauan (review) tiap tahapan proses.

Sedangkan menurut tim KONEBA (1989), metode audit energi yang

dilakukan di PT. Pupuk Kalimantan Timur terdiri dari dua tahap, yaitu :

1. Tahap pendahuluan (Preliminary Energy Audit)

Pemeriksaan pendahuluan adalah pengumpulan data awal dan

analisa pendahuluan, yang terdiri dari :

a. Pengelompokan sumber data (Organize Resources)

b. Mengidentifikasi data-data yang diperlukan (Identify Data

Requirements)

c. Pengumpulan data (Collect Data)

d. Analisa data (Analize Data)

e. Membuat rencana pengembangan (Develop Action Plan)

2. Pemeriksaan Menyeluruh (Detailed Energy Audit)

Pemeriksaan energi secara umum/menyeluruh adalah melakukan

penjajagan (surveying) terhadap peralatan yang dipakai di suatu pabrik dan

melakukan analisa, baik terhadap alat yang tetap digunakan secara

kontinyu maupun alat yang bersifat tidak tetap.

Tahapan pada pemeriksaan energi secara menyeluruh ini meliputi :

a. Evaluasi pengelolaan energi harian (Review the energy management

program to date)

b. Pemeriksaan energi pendahuluan (Conduct a preliminary energy audit)

c. Rencana pengembangan aktivitas pabrik (Develop action plan)

d. Pemilihan bagian yang akan diaudit (Select scope of the detailed

energy audit)

e. Persiapan kelengkapan kerja (Complete preparatory work)

f. Pemeriksaan dan pencatatan data lapangan (Carry out detailed audit

field work)

g. Evaluasi data yang telah dikumpulkan (Evaluate collected data)

h. Mengidentifikasi peluang untuk melakukan konservasi (Identify

conservation opportunities)

i. Rencana pengembangan aktivitas peralatan (Develop action plan for

implementation)

j. Pengawasan penggunaan energi secara kontinyu (Continue to

monitoring energy use)

k. Penyempurnaan pengelolaan energi secara menyeluruh (Refine overall

energy management program)

III. METODOLOGI PENELITIAN

Dalam pengamatan awal dilihat tiap seksi atau tahapan proses dengan

memperhatikan kondisi produksi pada saat dilakukan audit energi. Dari

kondisi produksi tersebut selanjutnya ditentukan batasan sistem yang diaudit

serta didapatkan pola produksi riil. Dari pola produksi tersebut data dianalisis

dalam bentuk grafik untuk menentukan metoda pengambilan data, yaitu waktu

pengambilan data dan frekuensi pengambilan data.

A. WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian dilaksanakan dalam kurun waktu Maret 2009 sampai dengan

Mei 2009. Tempat pelaksanaan penelitian adalah di PT. PUPUK KUJANG

1A, PERSERO di bagian Process Engineering.

B. BATASAN SISTEM Kegiatan audit energi ini dilakukan di tiga unit, yaitu unit penyediaan

sarana penunjang (utility), unit proses produksi pupuk urea dan unit utilitas

pendukung proses produksi pupuk urea. Batasan masing-masing unit tersebut

dijelaskan sebagai berikut :

1. Unit penyediaan sarana penunjang (utility)

Unit penyediaan sarana penunjang produksi (utility) ini dianggap

sebagai suatu kesatuan sistem. Untuk memudahkan dalam kegiatan audit

dan menghindari kesalahpahaman terhadap hasil yang disajikan, sistem ini

dibagi menjadi empat sub sistem. Sub sistem tersebut antara lain gas turbin

generator HITACHI (2006-J), ketel uap panas buang (2003-U) dan ketel

uap paket I dan II (2007-U dan 2007-UA).

a. Sub sistem gas turbin generator HITACHI (2006-J)

Gas turbin generator HITACHI (2006-J) berfungsi sebagai unit

penyediaan tenaga listrik untuk seluruh pabrik (plant), perumahan dan

perkantoran.

b. Sub sistem ketel uap panas buang (2003-U)

Ketel uap panas buang (2003-U) berfungsi sebagai pembangkit

uap dengan memanfaatkan gas buang dari gas turbin generator untuk

pembakaran.

c. Sub sistem ketel uap paket I dan II (2007-U dan 2007-UA)

Ketel uap paket I dan II (2007-U dan 2007-UA) berfungsi

sebagai pembangkit uap dengan masukan gas alam dan udara sebagai

bahan bakar.

2. Unit proses pembuatan pupuk urea

Seperti halnya pada unit penyediaan sarana penunjang produksi

(utility), unit proses pembuatan pupuk urea juga dianggap sebagai suatu

kesatuan sistem. Untuk memudahkan dalam kegiatan audit dan

menghindari kesalahpahaman terhadap hasil yang disajikan, sistem ini

dibagi menjadi empat sub sistem. Sub sistem tersebut antara lain seksi

sintesa, seksi dekomposisi/purifikasi, seksi recovery dan seksi kristalisasi

dan prilling.

a. Sub sistem seksi sintesa

Komponen utama pada seksi sintesa adalah reaktor sintesa (U-

DC101). Sedangkan komponen lainnya adalah pompa, kompresor dan

alat penukar panas (heat exchanger).

Gambar 3.1. Aliran proses dan definisi sub sistem sintesa

b. Sub sistem seksi dekomposisi/purifikasi

Peralatan pada sub sistem ini antara lain high pressure

decomposer (U-DA201), low pressure decomposer (U-DA202), dan

gas separator (U-DA203).

U-DC101

Ke unit

purifikasi

U-EA102

U-EA101

U-FA401

U-GA101A-D

U-GA404A,B

U-GA102A,B

U-GA402A,B

Larutan

recycle

U-GB101A,B

U-GB102

CO2 dari pabrik

ammonia

Udara

pasivasi

Batas sub sistem

Gambar 3.2. Aliran proses dan definisi sub sistem dekomposisi/purifikasi

c. Sub sistem seksi recovery Peralatan pada sub sistem ini antara lain low pressure absorber

(U-EA402), off gas absorber (U-DA402), high pressure absorber

cooler (U-EA401), high pressure absorber (U-DA401), ammonia

recovery absorber (U-EA405), dan ammonia reservoir (U-FA401).

Batas sub sistem

Gambar 3.3. Aliran proses dan definisi sub sistem recovery

Ke U-DA202

Dari U-GA203A,B

Ke U-GB401

Dari U-DA202

Ke U-DC101

dari/ke U-GA201A,B

Dari U-DA205

Dari U-DA201

Ke U-FA401

Steam

condensate

Steam condensate

U-EA402

U-DA402

U-EA407

U-EA408U-FA403

U-EA406

U-EA401

U-DA401

U-EA405

U-GA403A,B

U-GA407A,B

U-GA402A,B

U-GA408A,B

U-GA401A,B

U-GA406A,B

U-GA405A,B

cw cw

cw

cw

cw

cw cw

cw

d. Sub sistem seksi kristalisasi dan prilling

Peralatan pada seksi kristalisasi dan prilling antara lain

crystallizer (U-FA201), mother liquor tank (U-FA203), fluidizing

dryer (U-FF301), dan prilling tower (U-IA301).

Gambar 3.4. Aliran proses dan definisi sub sistem kristalisasi

Batas sub sistem

Gambar 3.5. Aliran proses dan definisi sub sistem prilling

Ke U-FA303

Ke pengantongan

steam

condensat

steam

steam

Ke U-FA203

udara

udara

Dari U-GF201A-E

U-GB303

U-FD303

U-FD304

U-GB302

U-GA302A,B

U-PF303

U-FD305

U-PF302

U-GB304A-

U-EA301

U-JD301A,B

U-FC301

U-FF301

U-EC301

U-GB301

U-FA301

U-PF301A-L

U IA301

3. Unit utilitas pendukung proses produksi pupuk urea Seperti halnya unit sarana penunjang (utility) dan unit proses

produksi, unit utilitas pendukung proses produksi pupuk urea di urea plant

dianggap sebagai suatu kesatuan sistem. Untuk memudahkan dalam

kegiatan audit dan menghindari terjadinya kesalahpahaman dalam

pembahasan, sistem ini dibagi menjadi tiga sub sistem. Sub sistem tersebut

antara lain penyediaan uap dan kondensat uap, penyediaan air panas (hot

water tank (U-FA703)) dan penyediaan air pendingin.

a. Sub sistem penyediaan uap dan kondensat uap

Peralatan pada sub sistem ini antara lain desuperheater I (U-

BF701), desuperheater II (U-BF702), flash drum (U-FA701), steam

condensate tank (U-FA702), dan condensate cooler (U-EA701).

b. Sub sistem penyediaan air panas (hot water tank (U-FA703))

c. Sub sistem penyediaan air pendingin

Peralatan pada sub sistem ini antara lain cooling tower for urea

process part (U-EF601) dan cooling tower for crystallizer part (U-

EF601)

C. PARAMETER PENGUKURAN Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah :

1. Penggunaan energi listrik

Data yang digunakan meliputi jenis alat, jumlah alat, lama

penggunaan alat, daya tegangan, dan arus listrik yang terpasang dan

terukur dan jumlah produksi pupuk urea.

2. Penggunaan energi uap

Data yang digunakan meliputi konsumsi uap, nilai kalor uap, dan

jumlah produksi pupuk urea.

3. Penggunaan energi bahan bakar gas alam

Data yang digunakan meliputi konsumsi gas alam, nilai low

heating valuedari masing-masing komponen yang terkandung dalam gas

alam dan jumlah produksi pupuk urea.

4. Penggunaan energi manusia

Data yang digunakan meliputi jumlah tenaga kerja pada tiap

tahapan produksi, jumlah jam kerja, jumlah produksi pupuk urea, dan nilai

metabolisme manusia.

5. Efisiensi penggunaan energi

Data yang digunakan dalam menentukan efisiensi penggunaan

energi adalah energi input, energi berguna, kapasitas terukur dan kapasitas

terpasang.

D. METODE PENGAMBILAN DATA Metode audit energi yang dilakukan di PT. PUPUK KUJANG 1A

mengacu pada metode audit energi yang dilakukan oleh tim KONEBA di

PT. Pupuk Kalimantan Timur (1989). Sehingga, audit energi ini terdiri dari

dua tahap, yaitu :

1. Tahap pendahuluan (preliminary energi audit) Pada tahap ini dilakukan pengelompokkan sumber data yang

diperlukan seperti kondisi dan pola produksi dan mengidentifikasi data-

data tersebut. Setelah itu dilakukan analisis data untuk menentukan metode

pengambilan data dalam satu bulan, satu minggu dan satu hari dengan tiga

kali ulangan. Sehingga, data tersebut dapat dievaluasi pada tahap

pemeriksaan menyeluruh (detailed energy audit).

2. Pemeriksaan menyeluruh (detailed energy audit) Setelah ditentukan metode pengambilan data yaitu data diambil

setiap dua jam sekali selama 24 jam selama bulan Maret 2009, selanjutnya

dilakukan pemeriksaan menyeluruh dengan melakukan penjajagan

(surveying) terhadap peralatan yang dipakai di suatu pabrik dan melakukan

analisa, baik terhadap alat yang tetap digunakan secara kontinyu maupun

alat yang bersifat tidak tetap.

Tahapan selanjutnya dari pemeriksaan menyeluruh ini adalah

melakukan pemeriksaan dan pencatatan atau pengambilan data.

Pengambilan data untuk audit energi ini dilakukan dengan 2 (dua) cara,

yaitu :

1. Pengumpulan data primer

Waktu pengumpulan data primer ditentukan setelah dilakukan

preliminary energy audit. Sedangkan pengambilan data dilakukan

dengan tiga kali ulangan. Data-data yang diambil yaitu pada data

peralatan yang menggunakan energi listrik, turbin uap, ketel uap, gas

turbin generatot dan data pada proses produksi. Data-data tersebut

dijelaskan sebagai berikut :

a. Pengamatan dan pengukuran pada peralatan yang menggunakan

listrik. Data yang diambil adalah kuat arus listrik terukur pada

setiap alat/mesin.

b. Pengamatan dan pengukuran pada turbin uap. Data yang diambil

pada turbin uap adalah tekanan uap dan suhu uap.

c. Pengamatan dan pengukuran pada tiga jenis ketel uap, yaitu ketel

uap paket I (2007-U), ketel uap paket II (2007-UA) dan ketel uap

panas buang (2003-U). Data yang diambil pada ketel uap adalah

suhu uap, tekanan uap, suhu air umpan, laju alir massa air umpan,

laju alir massa gas alam, suhu gas buang masuk economizer, suhu

gas buang keluar economizer. Alat yang digunakan adalah alat

yang terpasang pada ruang pengendali (control room).

d. Pengamatan dan pengukuran pada gas turbin generator HITACHI

(2006-J). Data yang diambil yaitu tegangan dan arus terukur. Alat

yang digunakan adalah alat yang terpasang pada ruang pengendali

(control room).

e. Pengamatan dan pengukuran pada proses produksi pupuk urea

berupa data tekanan, temperatur, laju alir massa, jumlah produksi

urea, konsumsi uap air, ammonia dan air pengumpan ketel.

2. Pengumpulan data sekunder

Data sekunder merupakan data penunjang lainnya yang diperoleh

dari bagian Process Engineering termasuk data yang tidak dapat diukur di

ruang pengendali (control room) seperti data mengenai komposisi gas

alam yang diterima oleh PT. PUPUK KUJANG 1A.

E. BAHAN DAN ALAT Objek yang diaudit pada penelitian ini antara lain gas turbin generator

HITACHI (2006-J), ketel uap panas buang (2003-U), ketel uap paket I dan II

(2007-U dan 2007-UA), turbin, pompa, kompresor dan motor listrik.

Sedangkan alat ukur yang digunakan dalam kegiatan audit ini adalah semua

alat ukur sensor yang terpasang di ruang pengendali (control room) dan alat

ukur yang terpasang di lapangan.

Bahan yang digunakan dalam kegiatan audit ini adalah gas alam, air

dan udara.

F. PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS Audit energi yang dilakukan pada proses produksi pupuk urea ini

dilakukan pada setiap tahap yang telah ditentukan. Semua perhitungan akhir

energi dikonversikan ke dalam satuan energi yang sama yaitu kJ/kg urea.

1. Energi listrik Kebutuhan energi listrik dalam proses produksi pupuk urea dapat

dihitung dengan persamaan berikut :

El = (P * t * ) / Q (3.1)

P = v * I * cos * 3 (3.2)

Dimana :

El = Energi listrik yang digunakan untuk memproduksi tiap kg pupuk

urea (MJ/kg)

P = Daya motor/mesin terukur (kW)

t = Waktu (jam)

= Efisiensi alat (%)

Q = Jumlah produksi pupuk urea (kg)

v = Tegangan (volt)

I = Arus (ampere)

cos = Faktor daya

2. Energi uap Kebutuhan energi uap dalam proses produksi pupuk urea dapat

dihitung dengan persamaan berikut :

Es = ms * h (3.3)

Dimana :

Es = Energi uap (kJ/jam)

ms = Laju aliran massa uap (kg/jam)

h = Entalpi uap pada tekanan dan suhu tertentu (kJ/kg)

3. Energi bahan bakar gas alam Energi bahan bakar gas alam dalam proses produksi pupuk urea

dapat dihitung dengan persamaan berikut :

ENG = mNG * LHV (3.4)

Dimana :

ENG = Energi gas alam (kJ/jam)

mNG = Laju aliran massa gas alam (lb/jam)

LHV = Low Heating Value gas alam (kJ/lb)

Pada perhitungan energi bahan bakar gas alam, satuan yang

digunakan untuk laju aliran massa adalah lb/jam dikarenakan nilai LHV

yang diperoleh memiliki satuan kJ/lb.

4. Energi air umpan ketel Kebutuhan energi air umpan ketel dalam proses produksi pupuk

urea dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Eair = mair * Cpa dT (3.5)

Dimana :

Eair = Energi air umpan ketel (kJ/jam)

mair = Laju aliran massa air umpan ketel (kg/jam)

Cpa = Panas jenis air umpan ketel (kJ/kg.mol)

T1 = Suhu reference (298 K)

T2 = Suhu air umpan ketel (K)

Nilai panas jenis air umpan ketel merupakan fungsi integral

terhadap suhu. Nilai Cp dapat dihitung dengan menggunakan tabel Heat

Capacity for Inorganic Compounds and Elements.

5. Energi oksigen yang terkandung dalam udara Kebutuhan energi oksigen yang terkandung dalam udara pada

proses produksi pupuk urea dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Eudara = mudara * Cpu dT (3.6)

Dimana :

Eudara = Energi udara (kJ/jam)

mudara = Laju aliran massa oksigen yang terkandung dalam udara secara

teoritis (kg.mol/jam)

Cpu = Panas jenis udara (kJ/kg.mol)

T1 = Suhu reference (298 K)

T2 = Suhu udara (K)

Nilai panas jenis udara merupakan fungsi integral terhadap suhu.

Nilai Cp dapat dihitung dengan menggunakan tabel Heat Capacity for

Inorganic Compounds and Elements.

6. Energi manusia Kebutuhan energi manusia dalam proses produksi pupuk urea

dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Emanusia = (n x T x Cmanusia)/Npupuk urea (3.7)

Dimana :

Emanusia = Energi manusia (kJ/jam)

n = Jumlah pekerja per hari

T = Jam kerja per hari (jam)

C = Metabolisme dasar manusia (laki-laki = 4.27 kJ/menit

atau 256.2 kJ/jam)

Npupuk urea = Jumlah produksi pupuk urea per hari (kg/hari)

7. Efisiensi penggunaan energi Efisiensi penggunaan energi dalam proses produksi pupuk urea

adalah sebagai berikut :

a. Efisiensi riil

Efisiensi riil yaitu perbandingan antara jumlah energi berguna

dengan jumlah energi input. Efisiensi riil dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut :

riil = Eberguna / Ein x 100% (3.8)

Dimana :

riil = Efisiensi riil (%)

Eberguna = Energi berguna (kJ/jam)

Ein = Energi input (kJ/jam)

b. Efisiensi teknis

Efisiensi teknis yaitu perbandingan efisiensi terukur (riil)

dengan efisiensi alat/mesin terpasang. Efisiensi teknis dapat dihitung

dengan persamaan sebagai berikut :

teknis = riil /menurut spesifikasi x 100% (3.9)

Dimana :

teknis = Efisiensi teknis (%)

menurut spesifikasi = Efisiensi alat/mesin menurut spesifikasi (%)

riil = Efisiensi riil (%)

Setelah didapatkan parameter pengukuran yang dibutuhkan,

selanjutnya dilakukan analisis terhadap hasil perhitungan yang diperoleh.

Metode analisis yang akan digunakan pada penelitian ini mengacu pada

metode audit menurut Wayne C. Turner (1982) dengan tahapan analisis

kesetimbangan massa dan energi, analisis energi yang masuk dan yang keluar

pada tiap sub sistem dan analisis pindah panas.

Kesetimbangan massa dan energi sangat penting dalam sebuah proses

di industri. Kesetimbangan massa adalah aspek penting sebagai pengontrol

proses terutama untuk mengontrol produk yang dihasilkan. Kesetimbangan

massa dan energi didefinisikan sebagai suatu keadaan dimana massa dan

energi pada saat masuk proses dan keluar proses adalah sama. Secara lebih

jelas konsep kesetimbangan massa dan energi dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Kesetimbangan massa dan energi ([email protected])

Dari Gambar 3.6. di atas dapat dituliskan rumus kesetimbangan massa

dan energi sebagai berikut :

Massa masuk = massa keluar + massa tersimpan (3.10)

Bahan baku masuk = produk + limbah + material tersimpan (3.11)

mR = mP + mW + mS (3.12)

(dimana (sigma) menunjukan jumlah semua kondisi).

mR = mR1 + mR2 + mR3 = Total bahan baku. (3.13)

mP = mP1 + mP2 + mP3 = Total produk. (3.14)

mw = mW1 + mW2 + mW3 = Total limbah. (3.15)

ms = mS1 + mS2 + mS3 = Total produk tersimpan. (3.16)

Jika tidak ada perubahan kimia selama proses, hukum kesetimbangan

massa dapat digunakan untuk masing-masing komponen, sehingga untuk

komponen A :

mA pada material yang masuk = mA pada material yang keluar + mA

yang tersimpan di dalam proses.

(3.17)

Tetapi jika terjadi perubahan kimia selama proses, maka sebagian

massa akan hilang karena reaksi kimia. Sehingga rumus untuk menghitung

kesetimbangan massa menjadi :

mAR = mAP + mAW + mAS+ mAU (3.18)

dimana mAU adalah massa yang hilang yang tidak diketahui dan harus

diidentifikasi.

Seperti halnya massa, energi dalam suatu proses juga harus dihitung.

Energi yang masuk dalam suatu proses harus sama dengan energi yang keluar.

Energi masuk = Energi keluar + Energi tersimpan (3.19)

ER = EP +EW +EL + ES (3.20)

Dimana :

ER = ER1 + ER2 + ER3 + . = Total energi masuk

EP = EP1 + EP2 + EP3 + . = Total energi yang keluar bersama produk

EW = EW1 +EW2 + EW3 + = Total energi yang keluar bersama limbah

EL = EL1 + EL2 + EL3 + .. = Total energi yang hilang ke lingkungan

ES = ES1 + ES2 + ES3 + .. = Total energi tersimpan

Kesetimbangan energi lebih rumit untuk dihitung karena bentuk dari

energi itu sendiri yang dapat dikonversikan ke bentuk lainnya seperti energi

mekanik yang dikonversi menjadi energi panas. Tetapi jumlah secara

keseluruhan haruslah seimbang.

Dengan analisis tersebut diharapkan dapat diketahui aliran energi dari

tiap sub sistem pada proses produksi pupuk urea. Sehingga dapat diketahui

efisiensi penggunaan energi dan mendapatkan cara terbaik penghematan

energi pada proses produksi pupuk urea.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. UNIT PENYEDIAAN SARANA PENUNJANG (UTILITY) 1. GAS TURBIN GENERATOR (2006-J)

Dari hasil perhitungan, ternyata pada gas turbin generator ini

terjadi kehilangan panas yang cukup besar, yaitu sebesar 101,119.60 x 103

MJ selama bulan Maret 2009. Sebesar 91,825.60 x 103 merupakan panas

gas buang hasil pembakaran di combustion chamber. Dalam perhitungan,

panas ini dianggap sebagai panas yang hilang padahal dalam kenyataannya

panas tersebut dimanfaatkan oleh ketel uap panas buang untuk

pembakaran. Sedangkan sebesar 9,294 x 103 MJ merupakan panas yang

hilang karena konduksi, konveksi dan radiasi yang terjadi selama proses

penyediaan listrik. Sementara itu dari hasil audit energi (Tabel 4.1.),

terlihat bahwa efisiensi gas turbin generator rata-rata pada selama bulan

Maret 2009 adalah sebesar 16.12%.

Tabel 4.1. Neraca energi pada sub sistem gas turbin generator HITACHI (2006-J) (x103 MJoule)

Tanggal Energi Input Total input Energi Output Total output Efisiensi Gas alam Udara Listrik Flue gas lain-lain

1 4,134.69 1.52 4,136.21 672.48 3,140.30 323.43 4,136.21 16.26%

2 4,139.04 36.46 4,175.50 658.08 3,135.02 382.40 4,175.50 15.76%

3 4,130.91 36.76 4,167.68 645.12 3,165.34 357.21 4,167.68 15.48%

4 4,143.59 37.09 4,180.69 668.88 3,187.44 324.36 4,180.69 16.00%

5 4,155.37 37.06 4,192.43 717.84 3,186.98 287.61 4,192.43 17.12%

6 4,153.74 37.54 4,191.28 708.48 3,227.53 255.27 4,191.28 16.90%

7 4,438.70 39.65 4,478.35 687.60 3,411.62 379.13 4,478.35 15.35%

8 4,459.26 40.26 4,499.52 682.56 3,462.77 354.19 4,499.52 15.17%

9 4,488.01 40.22 4,528.23 689.76 3,459.73 378.73 4,528.23 15.23%

10 - - - - - - - -

11 - - - - - - - -

12 - - - - - - - -

13 4,424.10 39.47 4,463.58 708.48 3,397.74 357.36 4,463.58 15.87%

14 4,314.34 38.52 4,352.86 691.92 3,313.52 347.41 4,352.86 15.90%

15 4,375.46 39.31 4,414.77 680.40 3,378.89 355.47 4,414.77 15.41%

16 4,255.76 38.08 4,293.84 707.76 3,273.77 312.31 4,293.84 16.48%

17 4,215.49 37.80 4,253.29 715.68 3,248.73 288.88 4,253.29 16.83%

18 4,256.80 37.99 4,294.79 704.88 3,266.02 323.90 4,294.79 16.41%

19 4,112.27 36.82 4,149.10 703.44 3,167.31 278.34 4,149.10 16.95%

20 4,165.48 37.57 4,203.05 701.28 3,225.55 276.22 4,203.05 16.69%

Lanjutan Tabel 4.1. Neraca energi pada sub sistem gas turbin generator HITACHI (2006-J) (x103 MJoule)

Tanggal Energi Input Total input Energi Output Total output Efisiensi Gas alam Udara Listrik Flue gas lain-lain

21 4,233.80 37.92 4,271.73 683.28 3,259.19 329.26 4,271.73 16.00%

22 4,232.64 37.86 4,270.50 680.40 3,254.63 335.48 4,270.50 15.93%

23 4,228.15 37.97 4,266.11 701.28 3,263.52 301.32 4,266.11 16.44%

24 4,203.40 37.59 4,240.98 699.84 3,230.45 310.69 4,240.98 16.50%

25 4,215.83 37.63 4,253.45 691.20 3,233.88 328.37 4,253.45 16.25%

26 4,121.48 36.82 4,158.30 691.20 3,165.54 301.57 4,158.30 16.62%

27 4,096.67 36.54 4,133.21 712.80 3,142.85 277.56 4,133.21 17.25%

28 4,447.15 39.59 4,486.74 689.76 3,403.46 393.51 4,486.74 15.37%

29 4,471.15 40.03 4,511.17 684.00 3,437.05 390.12 4,511.17 15.16%

30 4,452.97 39.50 4,492.47 714.96 3,393.25 384.26 4,492.47 15.91%

31 4,432.20 39.50 4,471.70 718.56 3,393.50 359.64 4,471.70 16.07%

Jumlah 119,498.44 1,033.08 120,531.52 19,411.92 91,825.60 9,294.00 120,531.52 16.12% Keterangan : (-) tidak diperoleh data komposisi gas alam. Sehingga tidak dapat dihitung

energi gas alam, dan efisiensinya.

Siklus kerja gas turbin generator yang beroperasi di PT. PUPUK

KUJANG 1A termasuk ke dalam jenis siklus terbuka. Siklus ini bekerja

berdasarkan siklus Brayton. Siklus Brayton pertama kali digagas oleh

George Brayton untuk digunakan pada mesin berbahan bakar minyak tipe

reciprocating yang dia kembangkan sekitar tahun 1870.

Menurut Reay dalam Suryadi (1994), digunakannya turbin gas

dalam industri karena ketahanannya untuk dioperasikan secara terus

menerus dalam jangka waktu yang lama, walaupun efisiensinya hanya

sekitar 20%. Dari hasil penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh

Suryadi (1994) diperoleh efisiensi gas turbin generator sebesar 23.72%.

Sedangkan dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Razi (1996) di PUSRI

I-B diperoleh efisiensi gas turbin generator sebesar 19.50%. Terjadinya

perbedaan nilai efisiensi gas turbin generator saat ini dengan hasil

perhitungan Suryadi dikarenakan adanya perbedaan komposisi gas alam

yang diterima pada saat ini dengan tahun 1994 dan juga karena adanya

perbedaan metodologi penelitian yang digunakan.

Tetapi jika dibandingkan antara hasil penelitian Suryadi dengan

Razi terlihat bahwa gas turbin generator yang beroperasi di PT. PUPUK

KUJANG 1A memiliki efisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan gas

turbin generator yang beroperasi di PUSRI 1B. Sedangkan kebutuhan

energi gas alam dan jumlah energi listrik yang dihasilkan oleh gas turbin

generator seperti yang terlihat pada Tabel 4.1. dapat disajikan dalam

bentuk grafik yang terlihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Hubungan konsumsi bahan baku dan produksi listrik

terhadap tanggal pengamatan.

2. KETEL UAP PANAS BUANG (2003-U) Dari hasil perhitungan audit pada sub sistem ketel uap panas buang

(2003-J) didapatkan nilai efisiensi rata-rata selama bulan maret yaitu

sebesar 87.52% dengan kehilangan panas sebesar 26.60 x 103 MJ/jam.

Dengan nilai efisiensi tersebut maka dapat dikatakan ketel uap panas

buang masih bekerja dengan baik. Secara lebih jelas, neraca energi pada

sub sistem ketel uap panas buang dapat dilihat pada Tabel 4.2. berikut.

0.00500.00

1,000.001,500.002,000.002,500.003,000.003,500.004,000.004,500.005,000.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ene

rgi (

.103

MJo

ule)

Tanggal (Maret 2009)

Gas alam

Listrik

Tabel 4.2. Neraca energi pada sub sistem ketel uap panas buang (2003-U) (x 103 MJ/jam)

Tanggal Energi input Total

energi input

Energi output Total energi output

Efisiensi (%) Gas

alam

Gas buang

dari GTG

Air umpan ketel

Steam Panas hilang

1 66.99 130.85 10.30 208.13 191.60 16.53 208.13 92.062 68.39 130.63 9.96 208.98 182.96 26.02 208.98 87.55 3 60.02 131.89 9.91 201.82 182.32 19.51 201.82 90.33 4 48.76 132.81 9.39 190.95 178.14 12.82 190.95 93.295 78.75 130.85 10.60 220.19 196.23 23.96 220.19 89.12 6 81.04 134.48 10.64 226.16 194.18 31.99 226.16 85.86 7 64.03 142.15 10.63 216.80 196.44 20.37 216.80 90.61 8 69.31 144.28 10.37 223.96 191.62 32.34 223.96 85.56 9 68.29 144.16 10.73 223.17 195.56 27.61 223.17 87.63 10 - - - - - - - - 11 - - - - - - - - 12 - - - - - - - - 13 67.60 141.57 9.83 219.00 180.73 38.27 219.00 82.53 14 61.79 138.06 9.65 209.51 177.47 32.04 209.51 84.71 15 74.06 140.79 10.35 225.20 193.62 31.58 225.20 85.98 16 52.11 136.41 9.57 198.09 180.10 17.99 198.09 90.92 17 85.50 135.36 10.90 231.77 200.72 31.05 231.77 86.60 18 71.16 136.08 10.25 217.50 190.35 27.14 217.50 87.52 19 76.92 131.97 10.56 219.45 193.95 25.50 219.45 88.38 20 60.56 134.40 9.80 204.75 182.42 22.33 204.75 89.09 21 65.94 135.80 9.81 211.56 182.32 29.24 211.56 86.18 22 77.93 135.61 10.51 224.05 193.24 30.82 224.05 86.2523 70.52 135.98 9.96 216.46 187.53 28.93 216.46 86.63 24 59.19 134.60 9.50 203.29 175.90 27.40 203.29 86.52 25 56.29 134.75 9.42 200.46 175.85 24.61 200.46 87.7226 61.38 131.90 9.68 202.96 179.36 23.60 202.96 88.37 27 59.48 130.95 9.65 200.08 178.66 21.42 200.08 89.29 28 55.11 141.81 9.45 206.37 178.39 27.98 206.37 86.44 29 63.39 143.21 9.80 216.39 181.98 34.41 216.39 84.10 30 58.40 141.39 9.57 209.35 176.21 33.14 209.35 84.17 31 53.72 141.40 9.47 204.58 178.42 26.16 204.58 87.21

Rata-rata 65.59 136.58 10.01 212.18 185.58 26.60 212.18 87.52 Keterangan : (-) tidak diperoleh data komposisi gas alam. Sehingga tidak dapat dihitung


Kebutuhan gas alam, gas buang dari gas turbin generator dan

jumlah uap yang dihasilkan pada ketel uap panas buang dari tanggal 1

Maret hingga 9 Maret jika ditampilkan dalam bentuk grafik dapat dilihat

pada Gambar 4.2. berikut.

Gambar 4.2. Hubungan konsumsi gas alam dan gas buang dari gas turbin

generator dengan jumlah uap yang dihasilkan ketel uap panas buang dari tanggal 1 Maret hingga 9 Maret 2009

3. KETEL UAP PAKET I (2007-U) Dari hasil perhitungan audit energi, ketel uap paket I (2007-U)

didapatkan nilai efisiensi rata-rata pada bulan Maret sebesar 89.92%

dengan rata-rata kehilangan panas sebesar 16.19 x 103 MJ/jam. Secara

lebih rinci, hasil perhitungan audit energi dapat dilihat pada Tabel 4.3.

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ene

rgi (

.103

MJ/

jam

)


Gas alam

Gas buang dari GTG

Steam

Tabel 4.3. Neraca energi pada sub sistem ketel uap paket I (2007-U) (x 103 MJ/jam)

Tanggal

Energi Input Total energi input

Energi Output Total energi output

Efisiensi (%) Gas

alam Udara Air

umpan ketel

Steam Panas hilang

1 148.49 1.31 8.45 158.26 140.17 18.08 158.26 88.57 2 145.97 1.29 8.53 155.78 140.40 15.38 155.78 90.13 3 144.13 1.28 8.39 153.81 139.10 14.71 153.81 90.44 4 146.02 1.31 8.43 155.75 140.36 15.39 155.75 90.12 5 146.03 1.30 8.46 155.79 140.31 15.48 155.79 90.07 6 147.40 1.33 8.39 157.11 139.79 17.33 157.11 88.97 7 145.91 1.30 8.40 155.62 140.17 15.44 155.62 90.08 8 145.68 1.32 8.45 155.44 140.23 15.21 155.44 90.22 9 146.92 1.32 8.34 156.57 137.24 19.33 156.57 87.65 10 - - - - - - - - 11 - - - - - - - - 12 - - - - - - - - 13 162.37 1.45 9.35 173.17 153.62 19.56 173.17 88.71 14 163.40 1.46 9.36 174.23 156.99 17.23 174.23 90.11 15 161.30 1.45 9.26 172.01 153.37 18.64 172.01 89.16 16 154.93 1.39 9.09 165.41 150.11 15.30 165.41 90.75 17 145.60 1.31 8.63 155.54 140.42 15.12 155.54 90.28 18 145.44 1.30 8.37 155.11 141.05 14.06 155.11 90.94 19 144.59 1.29 8.47 154.35 139.73 14.61 154.35 90.53 20 148.65 1.34 8.58 158.56 143.48 15.08 158.56 90.49 21 145.00 1.30 8.43 154.73 140.49 14.24 154.73 90.80 22 146.46 1.31 8.42 156.19 138.85 17.35 156.19 88.89 23 146.61 1.32 8.64 156.57 142.62 13.95 156.57 91.09 24 148.54 1.33 8.71 158.58 142.59 15.99 158.58 89.92 25 148.67 1.33 8.57 158.57 141.66 16.90 158.57 89.34 26 148.25 1.32 8.50 158.08 142.06 16.02 158.08 89.86 27 147.73 1.32 8.56 157.61 141.44 16.17 157.61 89.74 28 148.32 1.32 8.55 158.19 141.33 16.86 158.19 89.34 29 150.06 1.34 8.59 159.99 142.81 17.19 159.99 89.26 30 149.76 1.33 8.54 159.63 143.06 16.57 159.63 89.62 31 149.69 1.33 8.56 159.59 143.57 16.01 159.59 89.97

Rata-rata 149.00 1.33 8.61 158.94 142.75 16.19 158.94 89.82 Keterangan : (-) tidak diperoleh data komposisi gas alam. Sehingga tidak dapat dihitung


Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa ketel uap beroperasi setiap

hari dengan efisiensi diatas 70%. Hal tersebut menandakan bahwa ketel

uap paket I masih bekerja dengan baik. Kebutuhan gas alam, udara dan

jumlah uap yang dihasilkan pada ketel uap paket I dari tanggal 1 Maret

hingga 9 Maret jika ditampilkan dalam bentuk grafik dapat dilihat pada

Gambar 4.3. berikut.


dihasilkan ketel uap paket I dari tanggal 1 Maret hingga 9 Maret 2009

4. KETEL UAP PAKET II (2007-UA) Dari hasil perhitungan audit energi pada sub sistem ketel uap paket

II didapatkan nilai efisiensi rata-rata bulan Maret sebesar 77.86% dengan

jumlah kehilangan panas rata-rata sebesar 40.75 x 103 MJ/jam. Dengan

nilai efisiensi tersebut maka dapat dikatakan ketel uap paket II masih

bekerja dengan baik meskipun jika dibandingkan dengan ketel uap panas

buang dan ketel uap paket I. Secara lebih jelas, neraca energi pada sub

sistem ketel uap paket II dapat dilihat pada Tabel 4.4.

130

132

134

136

138

140

142

144

146

148

150

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ene

rgi (

.103

MJ/

jam

)


Gas alam

Steam

Tabel 4.4. Neraca energi pada sub sistem ketel uap paket II (2007-UA)

(x 103 MJ/jam)

Tanggal

Energi Input Total energi input

Energi Output Total energi output

Efisiensi (%) Gas

alam Udara Air

umpan ketel

Steam Panas hilang

1 173.02 1.53 8.45 183.00 140.43 42.57 183.00 76.74 2 171.60 1.51 8.41 181.52 136.62 44.90 181.52 75.26 3 169.73 1.51 8.40 179.64 139.39 40.25 179.64 77.60 4 172.63 1.55 8.44 182.62 141.23 41.39 182.62 77.34 5 170.08 1.52 8.16 179.75 136.62 43.13 179.75 76.01 6 168.95 1.53 8.32 178.79 139.07 39.72 178.79 77.78 7 169.18 1.51 8.23 178.92 135.80 43.12 178.92 75.908 180.00 1.63 8.72 190.35 144.39 45.96 190.35 75.86 9 175.87 1.58 8.42 185.86 139.71 46.15 185.86 75.17

10 - - - -- - - - - 11 - - - - - - - - 12 - - - - - - - - 13 165.05 1.47 8.68 175.21 137.88 37.33 175.21 78.70 14 167.20 1.49 8.59 177.29 137.59 39.70 177.29 77.61 15 158.72 1.43 7.94 168.08 130.67 37.41 168.08 77.74 16 149.01

AUDIT ENERGI PADA PROSES PRODUKSI PUPUK...

Documents

Transcript of AUDIT ENERGI PADA PROSES PRODUKSI PUPUK...