15

BAB IIURAIAN PROSES

Unit produksi pada PT. Pupuk Iskandar Muda yang mengolah bahan baku menjadi pupuk urea dibagi menjadi tiga unit yaitu unit utilitas, unit ammonia, dan unit urea.

2.1 Unit Utilitas Unit utilitas merupakan sarana penunjang yang menyediakan kebutuhan operasional pabrik, khususnya yang berkaitan dengan penyediaan bahan baku dan bahan pembantu lainnya. Unit utilitas pabrik PIM-2 tidak berbeda jauh dari utilitas PIM-1. Perbedaannya terletak pada kapasitas produksinya. Utilitas PIM-1 memproduksi Polish Water, Filter Water, dan Potable Water. Kapasitasnya dapat mencukupi pabrik amoniak, urea PIM-1, dan kompleks perumahan. Sedangkan utilitas PIM-2 hanya memproduksi Polish Water untuk kebutuhan pabrik amoniak dan urea PIM-2. Unit utilitas sendiri terdiri dari beberapa seksi antara lain: 1. Stasiun pengisian gas alam (Gas metering station) 2. Unit pengolahan air (Water treatment) 3. Unit penyediaan air bebas mineral (Demin plant water)4. Unit penyediaan udara pabrik dan udara Instrumen (Plant and instrument air) 5. Sistem pembangkit tenaga listrik (Electric power generation system) 6. Sistem pembangkit steam (steam generation system) 2.2 Unit AmoniakPada pabrik Ammonia-2, proses pembuatan amoniak menggunakan teknologi Kellog Brown and Root (KBR) dari Amerika Serikat. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi amoniak adalah gas alam, steam (uap air) dan udara. Proses produksi amoniak terdiri dari lima tahap utama, yaitu:

1. Tahap persiapan gas umpan (Pretreatment) Pemisahan Sulfur Organik Pemisahan Merkuri Pemisahan awal CO2 Pemisahan Akhir Sulfur 2. Tahap Reforming dan Shift Primary Reformer Secondary Reformer High Temperature Shift Converter (HTSC) Low Temperature Shift Converter (LTSC)3. Tahap pemurnian gas sintesis (Syn gas purification) Main CO2 Removal Unit Methanator 4. Tahap sintesis amoniak (Synthesis loop) Kompresi gas sintesis Sintesis amoniak (Syn loop) 5. Tahap pendinginan dan pemurnian produk Refrigerant system unit Purge Gas Recovery unit Process Condensate Stripper unit Steam System unit

2.2.1 Tahap Persiapan Gas Umpan BakuGas alam dari Exxon Mobil dengan tekanan 32 kg/cm2G dan suhu 260C dialirkan ke dalam Fuel and Feed Gas Knock Out Drum (61-200-F) untuk memisahkan senyawa hidrokarbon berat. Dari Knock Out Drum sebagian gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan bahan baku amoniak. Sistem persiapan gas umpan baku terdiri dari beberapa tahapan proses, yaitu penghilangan sulfur, penghilangan Merkuri, dan penghilangan CO2.

2.2.1.1 DesulfurizerGas alam sebagai bahan baku proses dialirkan ke dalam Desulfurizer (61-201-DA/DB/DC) yang berisikan sponge iron, yang berfungsi untuk menyerap sulfur yang ada dalam gas alam. Masing-masing Desulfurizer mempunyai volume 68,8 m3. Umur operasinya diperkirakan 90 hari untuk kandungan H2S di dalam gas alam maksimum 80 ppm dan keluar dari desulfurizer diharapkan kandungan H2S dalam gas menjadi 5 ppm. Reaksi yang terjadi adalah:Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O

2.2.1.2 Mercury Guard Vessel (61-202-D)Gas dari Desulfurizer mengalir ke Mercury Guard Vessel (61-202-D) yang berisi 6,7m3 katalis Sulfur Impregnated Activated Carbon berfungsi untuk menyerap Hg yang terdapat dalam gas alam. Mercury dirubah menjadi senyawa Mercury Sulfida dan kemudian diserap pada permukaan karbon aktif. Reaksi yang terjadi adalah :Hg+H2S HgS

2.2.1.3 CO2 Pretreatment Unit (CPU) CPU berfungsi untuk menurunkan kandungan CO2 pada aliran gas umpan. Gas alam yang mengandung CO2 sekitar 23% diturunkan konsentrasinya di CO2 Pretreatment Unit (CPU) hingga kandungan CO2-nya sekitar 4% dengan menggunakan larutan aMDEA (activated Methyl Diethylamine) sebagai zat penyerap. Penyerapan berlangsung pada temperatur 70-90oC. Dalam penyerapan dan pelepasan CO2, temperatur dan tekanan sangat berpengaruh karena penyerapan (absorpsi) berlangsung baik pada temperatur rendah dan tekanan tinggi, sedangkan pelepasan (stripping) bekerja dengan baik pada temperatur tinggi dan tekanan rendah.Reaksi yang terjadi adalahCO2 +H2OH2CO3H2CO3 +aMDEA(MDEAH)+(HCO3)-

2.2.1.4 Final Desulfurizer Final Desulfurizer (61-108-D) merupakan vessel yang berisi dua bed katalis, bed bagian atas berisi katalis Nickel Molibdate yang berfungsi untuk mengubah sulfur organik yang terdapat di dalam gas umpan menjadi sulfur anorganik (H2S) yang mereaksikannya dengan hidrogen, dan bed bagian bawah berisi katalis ZnO yang berfungsi untuk menyerap H2S yang terbentuk dari bed pertama. Reaksinya adalah :

CoMoRSH+ H2 RH + H2SH2S + ZnO ZnS + H2OUmur ZnO lebih kurang 5 tahun dengan keluaran dari 61-108-D diharapkan kandungan H2S di dalam gas < 0.1 mgram/m3 .

2.2.2 Tahap Pembuatan Gas Sintesa (Reforming dan Shift)Pada tahapan ini gas yang telah dihilangkan kandungan impurities-nya akan diubah menjadi gas sintesa. Pembentukan gas sintesa dilakukan dengan mereaksikan gas alam dengan steam dan udara yang berlangsung dalam primary reformer dan secondary reformer.

2.2.2.1 Primary Reformer Primary Reformer (61-101-B) terdiri dari dua seksi, yaitu seksi radiasi dan seksi konveksi. Gas proses masuk ke Primary Reformer bersama dengan superheated steam dengan perbandingan steam dengan karbon 3:1 untuk mengubah hidrokarbon menjadi CO, CO2 dan H2.Ada dua jenis katalis yang digunakan untuk kelangsungan reaksi reforming pada Primary Reformer, yaitu katalis nikel (ICI 57 4) pada bagian atas dan nikel (ICI 24 5) pada bagian bawah. Untuk melindungi katalis nikel dari deposit karbon, diisi dengan potash. Reaksi yang terjadi di Primary Reformer adalah sebagai berikut :CH4+H2O CO+ 3H2 - QCO+ H2O CO2 + H2 - Q

2.2.2.2 Secondary Reformer Untuk menyempurnakan reaksi reforming yang terjadi di Primary Reformer (61-101-B), gas dialirkan ke Secondary Reformer (61-103-D) yang juga berfungsi untuk membentuk gas H2, CO dan CO2. Aliran gas ini dicampurkan dengan aliran gas udara yang mengandung O2 dan N2. Gas, steam dan udara mengalir ke bawah melalui suatu unggun yang berisi katalis nikel, sehingga mengakibatkan suhu gas sebelum masuk katalis bertambah tinggi. Reaksinya adalah sebagai berikut :2H2+O22H2OCH4+H2O CO + 3H2 + QCO+H2OCO + H2 + QSecondary Reformer beroperasi pada suhu 1000oC dan tekanan 31 kg/cm2G. Panas yang dihasilkan dari reaksi di atas dimanfaatkan oleh Secondary Reformer Waste Heat Boiler (61-101-C) dan High Pressure Steam Superheater (61-102-C) sebagai pembangkit steam (boiler feed water). Gas yang keluar dari Secondary Reformer setelah didinginkan oleh dua buah waste heat exchanger tersebut suhunya menjadi 371oC.

2.2.2.3 Shift ConverterGas CO dalam gas proses yang keluar dari Secondary Reformer diubah menjadi CO2 pada Shift Converter yang terdiri atas dua bagian yaitu:a. High Temperature Shift Converter (61-104 D1)b. Low Temperature Shift Converter (61-104 D2)HTS (61-104-D1) beroperasi pada suhu 350-420 oC dan tekanan 30 kg/cm2G, berfungsi mengubah CO dalam proses menjadi CO2 dengan kecepatan reaksi berjalan cepat namun tingkat konversinya rendah. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :CO+H2OCO2 + H2 + QGas proses yang keluar dari HTS (61-104-D1), sebelum masuk ke LTS (61-104-D2) diturunkan suhunya di dalam alat penukar panas. Proses yang terjadi pada LTS (61-104-D2) sama dengan proses yang ada di HTS. Kondisi operasi pada LTS yaitu pada tekanan 33 kg/cm2G dan suhu 246oC dengan kecepatan reaksi berjalan lambat sedangkan laju perubahannya tinggi.

2.2.3 Sistem Pemurnian Gas Sintesa Sistem ini berfungsi untuk memisahkan CO dan CO2 dari gas sintesa, karena CO dan CO2 dapat meracuni katalis Ammmonia Converter (61-105-D). Proses pemurnian gas sintesa ini terdiri dari dua tahap proses, yaitu:

2.2.3.1 Main CO2 RemovalTujuan dari CO2 Removal adalah untuk menyerap CO2 yang terbentuk dari Primary dan secondary reformer serta hasil konversi di shift converter. CO2 merupakan produk samping (side product) dari pabrik amoniak dan digunakan sebagai bahan baku Pabrik Urea. Kemurnian produk CO2 pada seksi ini adalah 99,9 %vol. Unit ini merupakan unit kedua dari proses activated MDEA pada PT. Pupuk Iskandar Muda.Peralatan utama main CO2 Removal terdiri dari:a. CO2 Absorber (61-101-E)b. CO2 Stripper (61-102-E)Gas umpan dialirkan ke absorber dan dikontakkan langsung dengan larutan activated MDEA dengan konsentrasi 40 %Wt. CO2 dalam aliran gas di serap secara proses fisis dan kimia, kemudian larutan aMDEA diregenerasi pada tekanan rendah dan temperatur tinggi di stripper.Gas dengan temperatur 70oC masuk ke absorber melalui inlet sparger dan mengalir keatas melalui packed bed. Larutan lean dari atas tower mengalir ke bawah melalui packed bed dan terjadi kontak antara gas dengan lean solution sehingga CO2 dapat terserap ke larutan. Gas sintesa yang bebas dari CO2 keluar dari bagian atas tower dengan temperatur 48oC masuk ke bagian unit synthesa loop dengan komposisi CO2 yang terikut adalah 0,1% Vol.CO2 yang telah terlucuti mengalir ke atas melalui bagian direct contact cooler yang dilengkapi tray untuk didinginkan menggunakan air yang disirkulasikan dari pompa, sehingga temperatur CO2 di bagian atas stripper menjadi 40oC. Fungsi tray di direct contact cooler adalah untuk memperluas area kontak antara dua fluida sehingga didapatkan hasil yang optimum.

2.2.3.2 Methanator Fungsi dari methanator (61-106-D) adalah untuk merubah gas CO dan CO2 yang masih lolos dari MCR menjadi CH4 yang bersifat inert (tidak bereaksi). Methanator merupakan suatu bejana yang diisi dengan katalis nikel terkalsinasi. Reaksi yang terjadi adalah :CO+3H2 CH4 +H2O+ QCO2+4H2 CH4 +2H2O+ QMethanator beroperasi pada tekanan 26,7 kg/cm2G dan suhu 330oC. Karena panas yang dihasilkan dari reaksi ini, maka temperatur gas sintesa naik menjadi 366oC. Gas sintesa yang keluar dari methanator mempunyai batasan kandungan CO dan CO2 maksimum 10 ppm.

2.2.4 Tahap Sintesa Amoniak Gas sintesa murni dengan perbandingan volume H2 dan N2 sebesar 3 : 1, sebelum dialirkan ke ammonia converter (61-105-D) terlebih dahulu tekanannya dinaikkan dengan syn gas compressor (61-103-J) sampai tekanan 150 kg/cm2G. Kompresor ini bekerja dengan dua tingkatan kompresi dengan penggerak turbin uap (steam turbine). Tingkatan pertama disebut Low Pressure Case (LPC) dan tingkatan kedua disebut High Pressure Case (HPC). Gas sintesa masuk ke LPC dengan temperatur 38oC dan tekanan 24,1 kg/cm2G, kemudian dikompresikan menjadi 63,4 kg/cm2G dan temperatur 67,4oC. Sedangkan pada bagian HPC, gas sintesa bercampur dengan gas recycle dari amoniak converter. Gas sintesa umpan memasuki amoniak konverter dengan temperatur 141oC dan tekanan 147 kg/cm2G melalui bagian samping reaktor. Reaktor ini dibagi menjadi dua bagian berdasarkan fungsinya, yaitu ruang katalis atau ruang konversi dan ruang penukar panas (heat exchanger). Reaksi yang terjadi pada amoniak konverter adalah sebagai berikut :N2+3H22NH3 + QAmoniak converter dioperasikan pada suhu 480oC dan tekanan 150 kg/cm2G.

2.2.5Tahap Pendinginan dan Pemurniaan ProdukUntuk mengkondensasikan amoniak yang ada dalam gas sintesa, gas buang, serta gas pada interstage kompresor gas sintesa diperlukan suatu sistem pendinginan yang dilakukan dalam tiga tahap yaitu :1. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan amoniak yang ada dalam sintesa loop.2. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan amoniak yang ada dalam gas buang.3. Mendinginkan gas pada interstage compressor gas sintesa.

Uap amoniak didinginkan dan dikondensasikan terlebih dahulu pada amoniak unitized chiller ( 61-120-C ) sebelum masuk ke refrigerant reservoir (61-109-F). Uap yang tidak terkondensasi dikembalikan ke sistem dan zat yang tidak bereaksi dari chiller dikirim ke unit amoniak recovery. Uap amoniak yang terbentuk pada berbagai chiller, flush drum, dan storage tank dimasukkan dalam centrifugal refrigerant compressor (61-105-J). Kompressor ini bekerja berdasarkan sistem pemampatan bertingkat untuk memanfaatkan amoniak sebagai media pendingin. Kompresor ini dioperasikan untuk memenuhi kebutuhan tekanan pada stage flush drum (61-120-CF). Disamping itu juga dapat menaikkan tekanan dari alirana amoniak yang mengalami flushing, sehingga memungkinkan amoniak terkondensasi setelah terlebih dahulu didinginkan dalam refrigerant condenser (61-127-C). Produk amoniak yang dihasilkan terdiri dari dua jenis yaitu produk dingin dan produk panas. Produk dingin yang mempunyai suhu -33 C dikirim ke tangki penyimpanan amoniak. Sedangkan produk panas dengan suhu 30oC dikirim ke pabrik urea.

2.2.6Unit Daur Ulang Amoniak Unit ini berfungsi untuk menyerap NH3 yang terkandung didalam gas buang sehingga diperoleh effisiensi produk amoniak yang lebih tinggi. Penyerapan kandungan amoniak yang ada dalam campuran gas buang dilakukan dalam dua packed absorber dengan sirkulasi yang berlawanan arah antara gas-gas dengan air. HP ammonia scrubber (61-104-E) menyerap amoniak yang terikut dalam purge gas tekanan tinggi dari sintesa loop dengan temperatur 28,8 oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber ini dikirim ke unit daur ulang hidrogen (HRU). LP amoniak scrubber (61-103-E) menyerap amoniak yang terikut di dalam purge gas dari amoniak letdown drum (61-107-F) dan refrigerant reservoir (61-109-F) yang bertemperatur -17 oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber ini dikirim ke primary reformer sebagai bahan bakar.Larutan aquas ammonia dari HP amoniak scrubber dan LP amoniak scrubber serta kondensat dari HRU dipanaskan sampai 165 oC di amoniak stripper feed/effluent exchanger (61-141-C) lalu dialirkan ke amoniak stripper (61-105-E). Pada column ini terjadi pelepasan amoniak dari aquous amoniak, amoniak yang telah dipisahkan dikirim kembali ke refrigerant system. Temperatur amoniak keluar dari top column dijaga dengan cara spray amoniak cair dari produk panas melalui inlet sparger di top column. Untuk memberi panas ke column digunakan amoniak stripper reboiler (61-140-C) dengan menggunakan steam.2.2.7Unit Daur Ulang HidrogenUnit daur ulang hidrogen merupakan unit tambahan di pabrik amoniak sehingga dengan adanya unit ini diharapkan akan dapat menaikkan nilai tambah dari gas buang di pabrik amoniak selama ini hanya dimanfaatkan untuk gas bakar Unit daur ulang hidrogen (HRU) ini menggunakan teknologi membrane separation yang diproduksi oleh Air Product U.S.A. Tujuan daur ulang hidrogen adalah untuk memisahkan gas hidrogen yang terdapat dalam purge gas dari HP amoniak scrubber (61-104-E) sebelum dikirim ke fuel sistem. Sedangkan hidrogen yang diperoleh dikembalikan ke sintesa loop untuk diproses kembali menjadi amoniak.Prisma separator merupakan inti dari peralatan pada HRU. Prisma separator menggunakan prinsip pemilihan permeation (perembesan) gas melalui membran semi permeable. Molekul gas akan berpindah melalui batas membran jika tekanan parsial dari gas lebih rendah dari tekanan di sebelahnya. Membran ini tediri dari hollow fiber yang terdiri dari sebuah bundle hollow fiber yang mempunyai seal pada setiap ujungnya dan melalui tube sheet. Bundle ini dipasang dalam bentuk pressure vessel. Setiap separator mempunyai 3 buah nozzle, satu di bagian inlet dan dua buah di bagian outlet.Dalam operasi gas memasuki inlet nozzle dan melewati bagian luar hollow fiber. Hidrogen permeate melalui membran lebih cepat dari pada gas lain. Gas yang akan di daur ulang memasuki HP prisma separator 103-LL1A dan 103-LL1B secara paralel melalui bottom nozzle dan didistribusikan ke bundle hollow fiber di shell sidenya. Gas kaya hidrogen permeate lewat melalui pori hollow fiber, melewati internal tube sheet, dan keluar melalui nozzle outlet. Hidrogen yang keluar dari kedua prisma tersebut merupakan produk high pressure permeate dan dialirkan ke syn gas compressor 1st stage cooler (61-130-C) dengan tekanan 57 kg/cm2g.Aliran tail gas yang meninggalkan shell side dari HP prisma separator di letdown, kemudian mengalir ke LP prisma separator (61-103-LL2A, 2B, 2D, 2E, 2F) untuk proses pemisahan selanjutnya. Permeate dari LP prism seperator ini merupakan produk low pressure permeate dan dikirim ke up stream methanator effluent cooler (61-115-C) dengan tekanan 31 kg/cm2G. Tail gas kemudian meninggalkan shell side LP prisma separator dengan kondisi minim hidrogen dan gas non-permeate. Gas non-permeate terdiri dari inert gas metan dan argon yang di buang dari amoniak synthesis loop, dan digunakan sebagai bahan bakar di primary reformer.

2.3 Unit UreaUnit urea ini akan memproses amoniak dan karbondioksida yang dihasilkan oleh pabrik amoniak menjadi pupuk urea. Pabrik ini didesain untuk memproduksi 1.725 ton/hari urea. Proses yang dipakai adalah proses Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved. Proses ini dipilih karena mempunyai beberapa kemudahan dan keuntungan antara lain:- Ongkos pembuatan yang murah- Mudah untuk dioperasikan- Tingkat produksi yang tinggiSecara umum pabrik urea terdiri dari 4 unit yaitu sebagai berikut:- Unit Sintesa- Unit Purifikasi- Unit Recovery- Unit Kristalisasi dan Pembutiran

5