LAPORAN KERJA PRAKTEKDinas Urea I APT. PUPUK KUJANG CIKAMPEK (PERSERO)CIKAMPEK JAWA BARAT

Disusun Oleh :Ari Widiyanti (2009430046)Revika Nurbayani Syabaan (2009430070)

TEKNIK KIMIAUNIVERSITA MUHAMMADIYAH JAKARTAJAKARTA22012Jurusan Teknik Kimia IndustriSekolah Tinggi Manajemen Industri

Myra Wardati Sari (1508025)Khairiyati (1508023)

LEMBAR PENGESAHAN KERJA PRAKTEK

Tanggapan /catatan :

Praktikan/ NIM: Ari Widiyanti / 2009430046 Revika Nurbayani Syabaan / 2009430070Tempat Praktek: PT. Pupuk Kujang, CikampekMulai Praktek : 2 April 2012Selesai Praktek : 2 Mei 2012Tugas Khusus: EVALUASI KINERJA REAKTOR UREA DC-101

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Pembimbing Lapangan,Dosen Pembimbing,

(Ervi Bukti Bakti, S.T.) (Alvika Meta Sari, S.T, MChemEng)Koordinator Kerja Praktek

( Ir. Hartini HS )

LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PENGUJI

ABSTRAK

PT . Pupuk Kujang adalah sebuah BUMN yang didirikan pada tanggal 9 Juni 1975, pendirian PT. Pupuk Kujang mulai berproduksi secara komersial pada tanggal 1 April 1979 yang terletak di desa Dawuan Cikampek Jawa Barat.Bahan yang digunakan untuk memproduksi urea yaitu amonia cair dan gas karbondioksida. Proses yang dipakai dalam pembuatan urea adalah proses Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved yang terdiri dari empat buah seksi yaitu: seksi sintesa, seksi purifikasi, seksi recovery, seksi kristalisasi dan pembutiran. Produk urea yang dihasilkan mempunyai kandungan Nitrogen sebesar 46% yang dipasarkan ke dalam negeri dan ke luar negeri. Kapasitas total pabrik amonia adalah sebesar 1.000 ton/hari dan pabrik urea 1.725 ton/hari.Reaksi sintesa urea terjadi di Reaktor (DC-101), dekomposisi urea terjadi pada High Pressure Decomposser (DA-201), Low Pressure Decomposser (DA-202), dan Gas Separator (DA-203). Recovery gas hasil dekomposisi urea terjadi di High Pressure Absorber Cooler (EA-401), High Pressure Absorber (DA-401), Low Pressure Absorber (DA-402), dan Off Gas Absorber (DA-403). Sedangkan pembutiran terjadi di Crystallizer (FA-201) dan Prilling Tower.Sebagai penunjang operasi, Dinas Operasi PT. Pupuk Kujang Cikampek memiliki Unit Utilitas yang bertugas menyediakan bahan-bahan pembantu dalam proses seperti unit penyedia air, unit pembangkit steam, unit penyedia udara tekan, distribisu listrik, unit pengolahan limbah cair, dan lain-lain.Untuk meningkatkan efisiensi dan pengendalian mutu produk yang dihasilkan PT. Pupuk Kujang menyediakan laboratorium quality control di setiap dinasnya agar produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah, kami panjatkan kepada Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan Laporan Praktek Kerja di PT. Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.Pada kesempatan ini, kami ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas bimbingan, bantuan, dukungan dan dorongan semangat yang diberikan hingga terselesaikannya laporan kerja praktek ini. Rasa terimakasih kami haturkan kepada:1. Allah SWT yang telah berperan besar atas segala keridhoan-Nya memperlancar proses Kerja Praktek kami.2. Orang tua kami yang telah memberikan dukungan material dan spiritual yang tiada batasnya.3. Ibu Dr. Ir. Ismiyati, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.4. Ibu Ir. Hartini HS selaku koordinator Kerja Praktek Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.5. Bapak Ir. Syamsudin dan Drs. Adiwarna selaku dosen Pembimbing Akademis Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.6. Ibu Alvika Meta Sari, S.T, MChemEng selaku dosen pembimbing Kerja Praktek Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.7. Bapak H. Oday Sadar selaku Kepala Bagian Unit Urea 1A PT. Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat.8. Bapak Ervi Bukti Bakti, S.T, selaku pembimbing Kerja Praktek di PT. Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat.9. Widya Eria Pratiwi, Selvera Handayani, Indra Permana (Universitas Pasundan), Sangga dan Sabda (Universitas Negeri Solo), teman-teman seperjuangan selama Kerja Praktek di PT Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat.10. Teman-teman seangkatan Chemeng04 (angkatan 2009) di Universitas Muhammadiyah Jakarta.11. Serta semua pihak, dengan tidak mengurangi rasa terima kasih, yang tidak dapat disebutkan satu per satu.Dalam laporan ini masih banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik sangat kami harapkan dan hargai. Semoga laporan ini dapat memberikan kontribusi kepada pembaca dan semua pihak.

Jakarta, 27 April 2012

Penyusun

DAFTAR ISILEMBAR PENGESAHAN KERJA PRAKTEKiLEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PENGUJIiiABSTRAKiiiKATA PENGANTARivDAFTAR ISIviDAFTAR TABELxDAFTAR GAMBARxiINTISARIxiiBAB I1PENDAHULUAN11.1 Latar Belakang11.2Sejarah Pabrik PT. Pupuk Kujang11.3 Lay-out Pabrik31.4 Unit-Unit Produksi41.4.1 Unit Utilitas41.4.2 Unit Urea41.4.3 Unit Amoniak61.4.4 Unit Pengantongan81.5 Bahan Baku, Produk, dan Pemasaran Produk101.5.1 Bahan Baku101.5.2Produk161.5.3 Pemasaran Produk161.6 Organisasi Perusahaan171.6.1 Struktur dan Job Deskripsi Pekerjaan171.6.2 Visi dan Misi Perusahaan201.6.3 Fasilitas Penunjang211.6.4 Jumlah dan Pendidikan Karyawan di Tiap Bagian231.6.5 Kesehatan dan Keselamatan Kerja25BAB II28TINJAUAN PUSTAKA282.1Bahan Baku282.1.1 Amonia282.1.2 Karbondioksida282.2 Proses Pabrik Amonia292.2.1 Unit Pemurnian Gas Alam302.2.2 Unit Pembuatan Gas Sintesa342.2.3 Unit Pemurnian Gas Sintesa392.2.4 Unit Sintesa Amonia442.2.5 Unit Pemurnian dan Refrigerasi Amonia482.2.6 Unit Hydrogen Recovery dan Purge Gas Recovery (HRU dan PGRU)532.3Reaksi Pembuatan Urea532.3.1Mekanisme Reaksi Pembuatan Urea542.3.2Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pembuatan Urea562.4 Produk Utama yang Dihasilkan592.4.1 Sifat-sifat Umum Pupuk Urea592.4.2 Sifat-sifat Kimia dan Fisika Urea592.4 Pengembangan Proses Industri60BAB III65DESKRIPSI PROSES653.1 Persiapan Bahan653.1.1 Amonia Cair653.1.2 Gas Karbondioksida663.2 Tahapan Proses663.2.1 Unit Sintesa683.2.2 Unit Purifikasi723.2.3 Unit Recovery773.2.4 Unit Kristalisasi dan Pembutiran803.3 Pengantongan833.3.1 Sistem Pengelolaan Urea Curah833.3.2 Sistem pengantongan Urea843.3.3 Sistem Pengelolaan Urea Kantong84BAB IV85SPESIFIKASI ALAT854.1Spesifikasi Alat854.1.1Spesifikasi Alat Pada Unit Sintesa854.1.2Spesifikasi Alat Pada Unit Purifikasi954.1.3Spesifikasi Alat Pada Unit Recovery1024.1.4Spesifikasi Alat Pada Unit Kristalisasi111BAB V118UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH1185.1 UTILITAS1185.1.1 Unit Penyediaan Air1185.1.2 Pengolahan Air1195.1.3 Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water Treatment)1235.1.4 Pengolahan Air Umpan Ketel (Boiler Feed Water)1255.1.5 Unit Pembangkit Uap Air bertekanan (Steam)1325.1.6 Plant Air dan Instrument Air1355.1.7 Unit Penyediaan Tenaga Listrik1385.2 Pengolahan Limbah1405.2.1 Jenis dan Sumber Limbah140BAB VI144KESIMPULAN DAN SARAN1446.1 Kesimpulan1446.2 Saran145DAFTAR PUSTAKA146

DAFTAR TABELTabel I. 1 Komposisi Sumber Gas Alam Untuk Bahan Baku10Tabel I. 2 Data Katalis15Tabel I. 3 Komposisi Larutan Benfield16

Tabel II. 1 Karakteristik Amonia29Tabel II. 2 Komposisi Gas Alam yang Masuk Ke Pabrik31Tabel II. 3 Karakteristik Bed pada ammonium Converter47Tabel II. 4 Sifat Fisik Urea60

Tabel V. 1 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Sanitasi123Tabel V. 2 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Pendingin125Tabel V. 3 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Umpan Ketel131

DAFTAR GAMBARGambar 2. 1 Diagram Alir Pembuatan Amonia30Gambar 2. 2 CO2 Absorber42Gambar 2. 3 CO2 Stripper43Gambar 2. 4 Methanator44Gambar 2. 5 Diagram Alir Unit PGRU53Gambar 2. 6 Blok Diagram Partial Recycle Process62Gambar 2. 7 Diagram Alir Total Recycle Process63

Gambar 3. 1 Diagram Unit Purifikasi77

Gambar 5. 1 Water Treatment Process125Gambar 5. 2 Proses Demineralisasi129Gambar 5. 3 Deaerator130Gambar 5. 4 Blok Diagram Pengolahan Air di PT. Pupuk Kujang131Gambar 5. 5 Dryer 2006-L138Gambar 5. 6Sumber dan Jenis Air Buangan Pabrik141Gambar 5. 7 Unit Oil Separator (2403-L)143Gambar 5. 8 Unit Amonia Removal (2202-E)143

DAFTAR LAMPIRAN

i

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPada tahun 60-an, pemerintah mencanangkan pelaksanaan program peningkatan produksi pertanian di dalam usaha swasembada pangan, selain itu sesuai dengan pasal 33 UUD 1945 yang berbunyi, Kekayaan alam dimanfaatkan sebesar-besarnya untuk kemakmuran rakyat.Pada tahun 1963 didirikan pabrik pupuk pertama yaitu pabrik pupuk Sriwijaya I (PUSRI I), sebagai bahan bakunya adalah gas alam dengan kapasitas terpasang 100.000 ton/ tahun, karena produksi PUSRI I tidak mencukupi konsumsi pupuk di Indonesia serta faktor-faktor lainnya yaitu gas alam lain yang belum dimanfaatkan, untuk tambahan devisa negara (ekspor) dan untuk menanggulangi pengangguran maka perlu didirikan pabrik-pabrik pupuk di Indonesia.PT. Pupuk Kujang berlokasi di Kelurahan Dawuan, Kecamatan Cikampek, Kabupaten Karawang, Propinsi Jawa Barat, pemilihan lokasi ini berdasarkan atas pertimbangan-pertimbangan:1. Dekat dengan sumber bahan baku gas alam di Cimalaya1. Dekat dengan sumber air tawar Sungai Citarum, Curug1. Dekat dengan sumber tenaga listrik Jatiluhur1. Tersedianya sarana transportasi darat1. Berada di tengah-tengah daerah pemasaran pupukProses pembuatan pupuk urea di PT. Pupuk Kujang adalah proses continue sehingga lay-out disusun sedemikian rupa dengan pertimbangan untuk memudahkan jalannya proses produksi. Di samping itu juga untuk memudahkan keluar masuknya kendaraan baik kendaraan berat ataupun kendaraan ringan sebab untuk perbaikan perlu peralatan berat seperti derek fork lift dan sebagainya. Unit pengantongan diletakkan di bagian depan. Hal ini dimaksudkan untuk pengolahan air buangan diatur sedemikian rupa sehingga air yang keluar dari lingkungan pabrik dianggap tidak membahayakan.Luas pabrik PT Pupuk Kujang yaitu kurang lebih 350 ha, yang terbagi menjadi:1. Daerah pabrik seluas: 60 ha1. Daerah perumahan seluas: 60 ha1. Daerah penunjang dan lain-lain:230 haJumlah:350 haPemilihan tata letak pabrik lay-out pabrik dirancang dengan tujuan :1. Pengolahan pabrik dapat efisien.1. Memudahkan penanggulangan bahaya, ledakan, dan kebocoran gas.1. Mencegah polusi udara dan suara.1. Memudahkan jalan masuk dan keluar kendaraan di area pabrik.23. Maksud dan Tujuan Pendirian PabrikTujuan didirikannya Perusahaan adalah untuk turut melaksanakan dan menunjang kebijakan serta program pemerintah di bidang ekonomi dan Pembangunan Nasional pada umumnya dan khususnya dibidang industri pupuk dan industri kimia lainnya. Untuk mencapai tujuan tersebut diatas, Perusahaan menjalankan kegiatan usaha dibidang: 1. Mengolah bahan-bahan mentah menjadi bahan-bahan pokok yang diperlukan guna pembuatan pupuk dan bahan-bahan kimia lainnya, serta mengolah bahan pokok tersebut menjadi berbagai jenis pupuk dan hasil barang kimia lainnya.1. Menyelenggarakan pemberian jasa study penelitian, pengembangan, engineering, pergudangan, angkutan dan expedisi, pengoperasian pabrik, konstruksi, manajemen, pemeliharaan, latihan & pendidikan, konsultansi dan jasa teknik lainnya dalam sektor pupuk serta industri kimia lainnya.1. Menyelenggarakan kegiatan distribusi dan perdagangan, baik dalam maupun luar negeri yang berhubungan dengan produk-produk tersebut diatas dan produk-produk lainnya.26. Sejarah Pabrik PT. Pupuk KujangDengan ditemukannya beberapa sumber gas alam dan minyak bumi pada tahun 1969 di Jatibarang (Cirebon Selatan) dan lepas patai Cilamaya (Kabupaten Karawang), bagian utara Jawa Barat, maka timbul gagasan untuk mendirikan pabrik pupuk urea di Jawa Barat.Untuk melaksanakan proyek pupuk di Jawa Barat tersebut, pada tahun 1973 pemerintah menunjuk Direktorat Pertambangan, oleh pertambangan wewenang pelaksanaan proyek tersebut dilimpahkan kepada Pertamina dan BEICIP. BEICIP yang merupakan sebuah perusahaan Perancis sebagi konsultan untuk meneliti kemungkinan pembangunan sebuah pabrik pupuk di Jawa Barat. Tim teknis dibentuk dan langkah-langkah selanjutnya diambil oleh pertamina dengan menentukan Jatibarang (Balongan) sebagai lokasi proyek.Dewan komisaris diduduki oleh wakil-wakil dari Direktorat Perindustrian dan Direktorat Keuangan yang bertujuan untuk memberi pengawasan yang lebih baik terhadap segala kebijakan direksi karena adanya kewajiban untuk membayar kembali hutang kepada luar negeri.Sumber biaya untuk pembangunan pabrik ini diperoleh dari Pemerintah Iran sebesar US$ 200 juta untuk pembelian mesin-mesin dan pipa-pipa gas. Sedangkan biaya konstruksi diperoleh dari dalam negeri yaitu dari pemerintah sebagai Penyertaan Modal Pemerintah (PMP). Perjanjian pinjaman dengan pemerintah Iran ditandatangani pada tanggal 9 Maret 1975 dan mulai berlaku pada tanggal 24 Desember 1975.Sebagai hasil tender internasional terbatas yang dilaksanakan pada tanggal 30 Mei 1975, telah dipilih oleh pemerintah Indonesia :1. Kellog Overseas Corporation dari Amerika Serikat dengan tugas-tugas engineering, design, procurement, start up, untuk pabrik amoniak dan utilitas.1. Toyo Engineering Corporation dari Jepang dengan tugas-tugas engineering, procurement, dan pengawasan konstruksi dan koordinasi pabrik urea.Pengembangan pabrik Pupuk Kujang dimulai pada awal Juli 1976. Bulan Oktober flushing dan start up sudah bisa dilakukan dan beberapa unit pabrik sehingga pada tanggal 17 November 1978 pabrik amonia sudah menghasilkan produksi yang pertama. Pada tahun 12 Desember 1978 pabrik Pupuk Kujang diresmikan oleh Presiden Soeharto dan pada tanggal 1 April 1979 Pupuk Kujang mulai beroperasi secara komersial.1.4 Produk dan Kapasitas PabrikPT. Pupuk Kujang merupakan industri yang menghasilkan pupuk urea sebagai hasil utama, selain itu juga menghasilkan amonia dan CO sebagai produk samping untuk memenuhi kebutuhan anak perusahaan PT. Pupuk Kujang.PT.Pupuk Kujang mulai berproduksi dengan kapasitas terpasang sebagai berikut :1. 1000 ton/hari (330.000 ton/tahun) pabrik amonia.1. 1725 ton/hari (570.000 ton/tahun) pabrik urea.1. 30 ton/hari (9.900 ton/tahun) hasil samping amonia.1.5 Bahan Baku dan Proses1.5.1 Bahan BakuPT. Pupuk Kujang Cikampek sebagai suatu pabrik yang memproduksi pupuk urea membutuhkan bahan baku utama, yakni gas alam, air, dan udara. Bahan baku tersebut akan dimanfaatkan oleh unit utilitas, unit ammonia, dan unit urea. Unit ammonia menghasilkan ammonia dan karbon dioksida yang memerlukan bahan baku berupa gas alam, udara, dan air. Unit Urea menghasilkan urea dalam bentuk butiran (prill) yang memerlukan bahan baku berupa ammonia dan karbon dioksida yang dihasilkan dari unit ammonia.1.5.1.1 Bahan Baku Utama Bahan baku yang digunakan di PT. Pupuk Kujang dalam proses produksi amonia dan urea adalah gas alam, uap air, dan udara.1. Gas AlamMelalui pertamina gas alam diperoleh dari tiga sumber, yaitu Offshore Arco, Laut Paragi di lepas pantai Cilamaya sekitar 70 km dari kawasan pabrik dan sumber gas alam di Mundu Kabupaten Indramayu. Tabel I. 1 Komposisi Sumber Gas Alam Untuk Bahan BakuKomponenKomposisi

Minimal(% mol)Maksimal(% mol)Normal(% mol)

N21,001,501,25

CO21,005,003,00

CH470,0090,0088,36

C2H61,0012,005,00

C3H80,751,22,00

i-C4H100,102,000,24

n-C4H100,102,200,20

i-C5H120,020,600,07

n-C5H120,010,300,04

C6H140,010,10,03

C7H160,010,10,06

S (organik)-5.10-45.10-4

S (sebagai H2S)-30.10-430.10-4

Hg-2,5.10-72,5.10-7

Sumber : Proses Engineering, PT. Pupuk Kujang, 2010Untuk penyediaan gas alam telah dipasang pipa bawah tanah sepanjang 114 km dengan diameter 24 inch, serta digunakan kompresor, sedangkan stasiun meterannya dibangun di dekat kawasan pabrik, yang berfungsi sebagai pencatat gas alam yang dipakai oleh PT. Pupuk Kujang. Komposisi sumber-sumber gas alam sebagai bahan baku dapat dilihat pada Tabel I.1.1. UdaraUdara yang digunakan diambil dari lingkungan sekitar pabrik, yang telah dimurnikan terlebih dahulu dari impuritas-impuritasnya yang terkandung di dalamnya. Jumlah udara yang dibutuhkan oleh PT. Pupuk Kujang untuk menunjang proses produksi yaitu sebesar 40.635 Nm2/Jam. Komponen utama yang diambil adalah gas nitrogen (N2) yang digunakan sebagai bahan baku utama pembuatan amonia. Udara yang digunakan harus bebas dari debu, bebas minyak, dan mempunyai tekanan 7 kg/cm2. Karakteristik udara adalah sebagai berikut:1. Temperatur Kritis (Tc):-140,7 C1. Tekanan Kritis (Pc):37,2 atm1. Densitas:350 kg/m31. Enthalpi (H1200 K):1278 kJ/kgSpesifikasi minimal sebagai instrument air yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut :1. Karakteristik:bebas minyak, tidak berdebu dan kering1. Titik Embun:-40 C pada tekanan atmosfer1. Tekanan:7 kg/cm2G1. Temperatur:sama dengan temperatur lingkunganSedangkan spesifikasi minimal plant air yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut:1. Karakteristik:udara bersih bertekanan1. Tekanan:7 kg/cm2GUntuk memproduksi 1 ton urea, dibutuhkan udara total sebanyak 473,03 Nm3.1. AirAir yang diperoleh berasal dari sungai Citarum yang berada di daerah Parungkadali (Curug) dan di daerah Cikao sebelah hilir Bendungan Jatiluhur yang berjarak kurang lebih 10 km. Sebelum dimanfaatkan lebih lanjut air dialirkan ke unit utility untuk mendapatkan perlakuan terlebih dahulu. Pengaliran air dari Parungkadali ke pabrik menggunakan dua buah pompa dengan kapasitas masing-masing 5.500 gpm, dimana 10.000 gpm dipompakan dan dialirkan ke lokasi pabrik, sedangkan sisanya ditampung pada penampungan untuk persediaan jika suplai air tidak mencukupi. Jumlah air yang dibutuhkan adalah 9.000 m3/jam. Air untuk bahan baku harus diolah agar memenuhi syarat sebagai air pendingin, air umpan boiler, dan untuk lingkungan pabrik dan pemukiman. Kebutuhan bahan baku dan utilitas untuk operasi kapasitas penuh, yaitu:1. Amonia cair 40.000 kg/jam1. Gas Karbondioksida 27.000 kg/jam1. Uap air pada 42 kg/cm2.G ; 106 ton/jam1. Make up air pendingin 3 metrik ton1. Tenaga listrik kecuali instrumen dan penerangan 60,1 KWh1. Udara instrument 5,6 Nm31. Udara pabrik 1,12 Nm3Air yang digunakan dalam proses dibedakan menjadi dua yaitu air umpan ketel dan air pendingin. Kebutuhan air umpan ketel adalah 2,4 m3/ton urea sementara kebutuhan air pendingin adalah 272,4 ton/ton urea.Kukus (steam) yang dihasilkan dari ketel (boiler) dibagi menjadi 3 jenis:1. Kukus bertekanan tinggi (HPS) dengan P = 105 kg/cm2, T = 440 C1. Kukus bertekanan sedang (MPS) dengan P = 42 kg/cm2, T = 371 C1. Kukus bertekanan rendah (LPS) dengan P = 3,5 kg/cm2Kebutuhan steam tekanan tinggi adalah 3,5 ton/ton urea dan kebutuhan steam tekanan rendah adalah 1,4 ton/ton urea. Selain itu diperlukan amonia panas sebanyak 0,5 ton untuk membangkitkan steam tersebut.Di samping itu, penggunaan air di pabrik adalah sebagai air pendingin. Unit air pendingin ini mengelola air dari proses pendinginan yang suhunya 46 C menjadi 32 C agar dapat digunakan lagi sebagai air proses pendingin pada cooler (penukar panas) di peralatan yang membutuhkan pendingin. Bahan kimia yang diinjeksikan pada air pendingin adalah :1. Senyawa fosfat, untuk mencegah timbulnya kerak dan korosi pada pipa heat exchanger.1. Senyawa klor, untuk membunuh bakteri dan mencegah timbulnya lumut pada menara pendingin.1. Asam sulfat dan basa, untuk mengatur pH air pendingin.1. Dispersant, untuk mencegah penggumpalan dan pengendapan kotoran-kotoran yang terdapat pda air pendingin dan mencegah terjadinya fouling pada pipa heat exchanger.Penggunaan air baku yang utama di dalam pabrik adalah sebagai air pendingin mempunyai spesifikasi sebagai berikut :1. Turbiditas:< 3 NTU1. pH:6,5 7,51. Total hardness:< 25 ppm sebagai CaCO31. Warna:< 10 ppm sebagai unit harzen1. Besi:< 0,1 ppm sebagai Fe1. Klorida:< 8 ppm sebagai Cl1. Sulfat:< 10 ppm sebagai SO41. Minyak:bersih1. Permanganat:< 3 ppm sebagai O1. Nitrogen:0 ppm seagai NH3 dan urea1. P-alkalinity:0 ppm sebagai CaCO31. M-alkalinity:12 ppm sebagai CaCO31. Padatan terlarut:< 80 ppm1. Tekanan:min. 1,5 kg/cm2G1. Temperatur:temperatur lingkungan

1. Amonia CairAmonia cair yang digunakan pada unit produksi urea berasal dari unit produksi amonia yang pada umumnya mempunyai spesifikasi :1. Kadar ammonia:99,5% berat minimum1. Kadar air:0,5% berat minimum1. Kadar minyak:5 ppm (b/b) maksimum1. Tekanan:18 kg/cm21. Temperatur:25 30 C1. Jumlah Normal:40.983 kg/jam1. Jumlah Rancang:49.180 kg/jam1. Gas KarbondioksidaKarbondioksida merupakan salah satu produk unit ammonia sekaligus juga merupakan bahan baku utama dalam pembuatan urea. Karbondioksida yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan urea mempunyai spesifikasi sebagai berikut:1. Kadar CO2:98,5% basis kering1. Kadar air:jenuh1. Kadar sulfur:1 ppm (b/b) maksimum1. Tekanan:0,6 kg/cm21. Temperatur:38 C1. Jumlah Normal:27.450 kg/jam1. Jumlah Rancang:32.940 kg/jam1. Listrik Untuk memenuhi kebutuhan listrik digunakan sebuah turbin gas merek Hitachi dengan bahan bakar gas alam dan kapasitas 15 MW. Listrik yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk pabrik, perumahan, dan perkantoran. Kebutuhan listrik yang diperlukan untuk pembuatan 1 ton urea adalah 78 KWh.1.5.1.2 Bahan Baku PenunjangBahan baku penunjang berfungsi untuk membantu poses namun tidak terkonversi sebagai produk. Bahan baku penunjang diantaranya adalah asam sulfat, soda kaustik, klorin, hidrazin, dan orthophosphat. Semua bahan ini adalah bahan kimia tambahan untuk pembuatan air proses, air umpan ketel (BFW), dan air minum. Selain itu bahan baku penunjang untuk produksinya adalah katalis cobalt-molybdenum, nikel, Fe-Cr, dan campuran Cu-ZnO-Alumina.Tabel I. 2 Data KatalisUnit ProsesJenis katalisBentukVolume katalis (m3)Start-up

Primary ReformerNikel OksidaRasching Ring18,8Agustus 2002

Secondary ReformerNikel OksidaPellet33,41Agustus 2004

HTS ConverterBesi Oksida ChrominaPellet51,2Mei 2004

LTS ConverterTembaga OksidaPellet65Agustus 2004

MethanatorNikel OksidaPellet17,64Juni 2008

Ammonia ConverterPromoted MagnetileGranular--

ZnO Guard ChamberSeng OksidaBola--

Adapun bahan penunjang larutan benfield digunakan sebagai penyerap CO2 di unit pemurnian gas sintesis. Komponen larutan benfield akan ditunjukkan pada table 1. 3.Tabel I. 3 Komposisi Larutan BenfieldKomponenKandunganFungsi

K2CO322,1 %Sebagai adsorben

DEA1,6 %Menurunkan tekanan uap CO2, menaikkan absorpsi dan desorpsi

V2O50,65 %Inhibitor korosi

Air60 70%pelarut

1.5.2 ProsesUnit-unit proses yang ada di PT Pupuk Kujang akan dijabarkan melalui penjelasan sebagai berikut :1.5.2.1 Unit UtilitasUnit ini merupakan unit penunjang bagi unit-unit lainnya yang bertugas menyediakan sarana dan prasarana untuk kebutuhan proses. Sesuai dengan operasinya, unit ini meliputi :90. Unit water intake90. Unit pengolahan air90. Unit pembangkit listrik90. Unit pembangkit steam boiler90. Unit udara instrumen dan udara pabrik90. Unit pengolahan limbah1.5.2.2 Unit UreaUnit urea menghasilkan urea prill (urea butir) dengan mereaksikan amonia cair dan gas karbondioksida yang diperoleh dari unit amonia. Proses produksi pupuk urea di PT. Pupuk Kujang menggunakan proses Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved dengan desain peralatan Toyo Engineering Corporation. Kapasitas terpasang unit ini adalah 1.725 ton/hari. Secara keseluruhan proses ini dibagi menjadi empat seksi, yaitu:1. Seksi Sintesa UreaPada seksi ini urea diproduksi melalui reaksi eksotermis antara amonia cair dan gas karbondioksida untuk membentuk amonium karbamat, yang diikuti dehidrasi endotermis amonium karbamat membentuk urea. Proses ini terjadi pada Urea Synthetis Reactor (DC-101), dengan kondisi operasi di reaktor pada suhu 195 C dan tekanan 200 kg/cm2.Proses yang terjadi yaitu reaksi amonia dengan gas karbondioksida membentuk amonium karbamat, diikuti dengan dehidrasi amonium karbamat menjadi urea, dengan reaksi sebagai berikut :2 NH3 (l) + CO2 (g) NH2COONH4 (l)Ammonia Carbondioksida Ammonium karbamatNH2COONH4 (l) NH2CONH2 (l) + H2O (l)Ammonium karbamat Urea Air1. Seksi PurifikasiPada seksi ini bertugas untuk memisahkan produk urea dari amonium karbamat dan excess amonia. Larutan amonium karbamat didekomposisi menjadi gas-gas CO2 dan NH3 pada suhu tinggi namun tekanan rendah. Proses dekomposisi dilakukan secara bertahap pada HPD (High Pressure Decomposer) dengan T= 145 C dan P= 17 kg/cm2 dan dilanjutkan pada LPD (Low Pressure Decomposer) dengan T= 117 C dan P= 2,5 kg/cm2 kemudian gas CO2 dan amonia dipisahkan dengan Gas Separator pada T= 106 C dan P= 0,3 atm.1. Seksi RecoveryPada seksi recovery dilakukan penyerapan gas CO2 dari amonia yang belum bereaksi dari hasil pemisahan di unit pemurnian, untuk dikembalikan ke reaktor sintesa urea sebagai larutan karbamat. Alat yang digunakan pada unit recovery antara lain: High Pressure Absorber, Low Pressure Absorber, dan Gas Absorber. Media penyerap yang digunakan adalah larutan urea dan air.1. Seksi Kristalisasi dan PembutianPada seksi kristalisasi dan pembutiran berfungsi untuk membentuk urea prill. Urea cair dikristalisasi dalam Crystallizer, kemudian dipisahkan dalam Centrifudge. Urea yang telah dikeringkan dalam Fluidizing Dryer, kemudian dilelehkan dalam Melter dan dibentuk butiran-butiran dalam Prilling Tower. Urea butiran kemudian dikirim ke unit pengantongan dengan Screw Conveyor.1.5.2.3 Unit AmoniakUnit amonia PT. Pupuk Kujang dalam proses produksi menggunakan metode Haber Bosch dengan desain peralatan Kellog Overseas Corporation. Bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan amonia adalah gas alam, udara, dan air. Unit ini juga menghasilkan amonia dengan kapasitas terpasang 1.000 ton/hari. Di samping itu juga dihasilkan karbondioksida (CO2) dan Hidrogen (H2). Unit amonia dapat dibagi beberapa sub unit, yaitu :1. Sub Unit Pemurnian Gas AlamSub unit ini bertujuan untuk memisahkan zat-zat pengotor yang dapat mengganggu proses sintesa amonia. Pengotor yang dimaksudkan adalah kondensat, merkuri, dan senyawa belerang. Prinsip pemurniannya adalah sebagai berikut :1. Kondensat dihilangkan pada knock out drum dengan proses pemisahan berdasarkan perbedaan berat jenis antara kondensat dengan gas alam juga terdapat demister sebagai filter di bagian atas knock out drum sehingga kondensat tidak dapat melewati demister dan turun ke bagian bawah knock out drum.1. Merkuri dihilangkan dengan melewatkan gas alam pada mercury guard chamber yang berisi karbon aktif yang mengandung belerang di dalamnya. Merkuri akan bereaksi dengan belerang membentuk HgS sehingga dapat diabsorpsi oleh karbon aktif.1. Senyawa belerang organik dihilangkan dengan mereaksikan belerang organik dengan gas hidrogen pada hydrotreater dengan bantuan katalis Cobalt Molybdenum sehingga membentuk senyawa H2S (belerang anorganik). Senyawa H2S selanjutnya diabsorpsi oleh katalis ZnO yang berada di dalam ZnO Guard Chamber.1. Sub Unit Pembuatan Gas SintesaSub unit ini memproses gas alam, steam, dan udara menjadi gas H2, N2, CO, dan CO2. Alat-alat yang digunakan adalah :1. Primary reformerPada Primary Reformer ini terjadi reaksi reforming, gas alam direaksikan dengan steam dengan bantuan katalis Nikel Oksida (NiO) yang terdapat di dalam tube-tube katalis, membentuk gas H2, CO2, dan CO. Reaksi berjalan dalam keadaan endotermis.1. Secondary reformer Reaksi reforming disempurnakan pada secondary reformer. Gas sintesa yang terbentuk pada primary reformer dicampur dengan udara dengan perbandingan H2 : N2 adalah 3 : 1. Reaksi ini terjadi pada bagian atas secondary reformer yang disebut mixing zone. Reaksi pada secondary reformer terjadi di dua tempat yaitu: mixing zone (reaksi pembakaran udara) dan dilanjutkan ke reaction zone (reaksi reforming) dengan bantuan katalis Nikel Oksida (NiO).1. Sub Unit Pemurnian Gas SintesaSub unit ini merupakan tempat pemisahan gas sintesa dengan gas-gas CO2 dan CO karena gas-gas tersebut merupakan racun bagi katalis pada sintesa amonia.1. Sub Unit Sintesa AmoniaSub unit ini mereaksikan H2 dan N2 dalam ammonia converter untuk menghasilkan amonia. Katalis yang digunakan berupa promoted Iron. Reaksi berjalan pada kondisi operasi, tekanan 15 kg/cm2 dan temperaturnya 420 500 C dan nilai konversi 12-13%.1. Sub Unit Pemurnian dan RefrigerasiPemisahan dan pemurnian amonia dilakukan dengan sistem pendinginan yang bertujuan mendinginkan gas keluaran Ammonia Converter agar amonianya dapat terpisah dan melepaskan gas-gas inert yang terabsorbsi oleh amonia.1.5.2.4 Unit PengantonganUnit ini bertugas untuk memasukkan urea prill ke dalam kemasannya yang berupa karung plastik dengan berat masing-masing 50 kg. Unit ini juga menangani penyimpanan pupuk urea sebelum dipasarkan. Unit ini merupakan unit terakhir dari keseluruhan pabrik urea yang berfungsi mengantongi butiran-butiran urea yang dihasilkan dari pabrik urea.Butiran-butiran urea dari unit urea diangkut melalui suatu alat yang dinamakan Belt Conveyor kemudian dimasukkan ke dalam Bin dengan menggunakan Transfer Conveyor, pada bagian bawah Bin terdapat Weighing Machine yang berfungsi untuk mengeluarkan urea dalam berat tertentu ke dalam karung-karung plastik. Karung-karung yang telah diisi kemudian dijahit dan siap didistribusikan kepada konsumen melalui pengangkutan truk dan kereta api. Untuk penampungan sementara disediakan gudang penampungan (storage).Sistem pengelolaan pada tahap pengantongan ini dapat digolongkan menjadi tiga bagian, yaitu :1. Unit Sistem Pengelolaan Urea Curah (Bulk Handling System)Urea curah dari Prilling Tower dikirim ke tahap pengantongan melalui Belt Conveyor Toyo U-JF 301, lalu ditransfer ke Belt Conveyor 2801-VA/VB yang disebut juga Transfer Conveyor untuk ditampung dalam tempat penyimpanan sementara yang disebut Surge Hopper 2801-F. Surge Hopper ini dilengkapi dengan fibrating feeder untuk mengatur pengeluaran urea agar lubang hopper tidak tersumbat. Urea curah ini kemudian dikirim ke Bin Storage melalui Transfer Conveyor 2801-VD yang dilengkapi dengan Travelling Tripper 2801-VE. Bin Storage juga dilengkapi dengan high level dan low level switch yang menunjukkan kondisi bin penuh atau kosong. Ada 10 buah bin storage di unit ini, tetapi pada kondisi normal hanya 4 buah bin yang beroperasi. Kapasitas masing-masing bin adalah 80 ton.1. Unit Sistem Pengantongan Urea (Bagging System)Pada bagian bawah bin storage terdapat mesin penimbang otomatis yang disebut weighing machine, yang diatur untuk menimbang dengan kapasitas 50 kg dengan akurasi timbang sekitar 200 gram. Untuk memuat urea curah ke dalam kantong, operator hanya memasang kantong pada bagian bawah weighing machine, kemudian menginjak pedal yang disebut foot pedal switch untuk mencurahkan urea dengan takaran yang diinginkan telah dicurah seluruhnya, maka kantong akan terlepas secara otomatis dan dibawa ke belt conveyor menuju bagian penjahitan.Pada kondisi normal, kapasitas mesin jahit di unit ini adalah 12 bag/menit per mesin. Sesuai dengan bin storage yang beroperasi, maka jalur penjahitan ini juga ada empat buah. Untuk kontrol mutu, maka setiap 20 bag diambil 1 sampel untuk ditimbang ulang dan diteliti jahitannya. Bila hasil kurang memuaskan, maka mesin penimbang diset ulang dan mesin jahit diperbaiki atau diperlambat kapasitas jahitannya.1. Unit Sistem Pengelolaan Urea Kantong (Bag Handling System)Urea yang telah dikemas dalam karung plastik dan dijahit dengan kuat kemudian dibawa ke sarana pengangkut ke gudang penyimpanan dengan belt conveyor. Sarana alat angkut yang tersedia adalah truk dan kereta api.Untuk truk digunakan short conveyor sebanyak empat buah dengan kapasitas normal rata-rata 1.920 bag/jam per conveyor, sedangkan untuk kereta api dipakai mobil transfer conveyor, kemudian conveyor 2804-VA/VB, bag flattner, lalu ke over head conveyor I, berputar ke arah stationary rail car loading dan masuk ke gerbong kereta api. Untuk mengarahkan kantong-kantong urea agar menuju gerbong, dipakai bag diverte U.Urea kantong yang tidak termuat dalam truk atau kereta api disimpan dalam gudang. Sistem penyimpanan yang digunakan adalah sistem pindang agar kapasitas penyimpanan dapat maksimum dan pengambilannya mudah. Kapasitas penyimpanan di gudang adalah 35.000 ton urea.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

107. Bahan BakuBahan baku yang digunakan untuk pembuatan urea adalah amonium (NH3) dan gas karbondioksida (CO2).2.1.1 AmoniaAmonia diperoleh dari hasil reaksi antara gas hidrogen dengan gas nitrogen yang dilakukan pada unit amonia. Hidrogen untuk proses pembuatan amonia diperoleh dari hidrokarbon pada gas alam, sedangkan gas nitrogen diperoleh dari udara bebas.Spesifikasi amonia cair yang diperbolehkan adalah :1. Kadar amonia:minimal 99,5% berat1. Kadar air:minimal 0,5% berat1. Minyak:maksimal 5 ppm (b/b)1. Tekanan:18 kg/cm2.G1. Temperatur:25 30 C1. Jumlah Normal:40.983 kg/jam1. Jumlah Rancang:49.180 kg/jam(Sumber: Petunjuk Operasi Urea IA, PT. Pupuk Kujang Cikampek).2.1.2 KarbondioksidaKarbondioksida diambil dari unit amonia yang merupakan hasil samping dari pembuatan amonia sintetis dari hidrokarbon. Spesifikasi gas karbondioksida yang dapat diperbolehkan adalah :1. Kadar CO2 kering (basis kering):minimal 98% volume1. Kadar air:jenuh1. Kadar sulfur:maksimal 1,0 ppm (b/b)1. Tekanan:0,6 kg/cm2G1. Temperatur:38 C1. Kadar penyerap:0,01 %1. Jumlah normal:27.450 kg/jam1. Jumlah rancang:32.490 kg/jam(Sumber : Petunjuk Operasi Unit Amonia IA, PT Pupuk Kujang)122. Sifat Fisika KarbondioksidaBerikut sifat-sifat Fisika Karbondioksida :1. Bentuk: Gas

1. Warna: Tidak berwarna

1. Densitas: - Padat: 1,600 g/L1. Gas : 1,98 g/L

1. Titik Lebur: -570C (216 K) (di bawah tekanan)

1. Titik didih: -780C (195K) (menyublim)

1. Kelarutan (dalam air): 1,45 g/L

1. Viskositas: 0,07 cP pada -780C

(Sumber: Wikipedia.com)130. Sifat Kimia KarbondioksidaBerikut sifat-sifat Kimia Karbondioksida:1. Rumus molekul: CO2

1. Massa molar: 44, 0095 g/mol

1. Struktur molekul: Linear

1. Momen dipol: nol

1. Keasaman (pKa): 6,35 dan 10,33

2.2 Proses Pabrik AmoniaDi proses ini dihasilkan produk ammonia cair (NH3) dan gas karbon dioksida (CO2). Produk tersebut merupakan bahan baku pembuatan urea pada proses selanjutnya. Ammonia selain digunakan untuk pembuatan urea juga sebagian dijual dalam bentuk cair.Tabel II. 1 Karakteristik AmoniaKarakteristikNilai

Rumus MolekulNH3

Berat Molekul17,03 g/gmol

Titik Didih-33,35 oC

Titik Beku-77 oC

Temperatur Kritis133 oC

Tekanan kritis1657 Psia

Panas Pembentukan (kkal/mol)-9,368 (0oC),-11,04 (25oC)

Sumber : Handbook of Hazardous Chemical Properties, 2000.Kapasitas produksi terpasang ammonia cair 1.000 Metrik Ton/hari dengan kadar 99%, dan karbon dioksida 1.325 Metrik Ton/hari. Bahan baku yang digunakan adalah gas alam, udara, dan steam. Proses pembuatan ammonia di PT. Pupuk Kujang menggunakan High Pressure Catalytic Steam Reforming atau dikenal dengan proses Kellog.Ammonia Plant terdiri dari enam unit, yaitu:1. Unit pemurnian gas alam1. Unit pembuatan gas sintesa1. Unit pemurnian gas sintesa1. Unit sintesa amonia1. Unit pemisahan dan pemurnian produk1. Unit Hydrogen RecoveryPembuatan amonia akan digambarkan pada gambar 2.1

Gambar 2. 1 Diagram Alir Pembuatan Amonia2.2.1 Unit Pemurnian Gas AlamRingkasan:Seksi pemurnian gas alam terutama dimaksudkan untuk mengurangi impurities dan menghilangkan racun katalis bagi Primary Reformer (merkuri dan belerang). Alat KO-Drum dimaksudkan untuk mengurangi impurities dari feed gas alam, sedangkan Mercury Guard Chamber dimaksudkan untuk mengurangi kandungan merkuri dari gas alam, merkuri diubah menjadi merkuri sulfida yang kemudian diadsorb oleh karbon aktif. Pada alat Co-Mo Hydrotreater belerang (S) diubah menjadi H2S, yang lalu diubah menjadi ZnS pada ZnO guard chamber.Gas alam yang dipakai oleh PT. Pupuk Kujang berasal dari tiga sumber yaitu dari Arco, laut Parigi di lepas pantai Cilamaya dan Mundu di Indramayu. Komposisi gas alam yang masuk ke pabrik disajikan dalam tabel II.2.Tabel II. 2 Komposisi Gas Alam yang Masuk Ke PabrikKomposisi%mol

N23,02

CO24,90

CH489,95

C2H61,110

C3H80,520

i-C4H100,12

n-C4H100,13

i-C5H120,06

n-C5H120,03

H2S5,7 ppm

H2Trace

Ar0,16

(Sumber: Proses Engineering 1A, PT. Pupuk Kujang Cikampek).Gas alam dengan tekanan 14,7 kg/cm2, masuk ke pabrik ammonia melalui Fuel Gas Knock Out Drum(116-F) yang lebih sering disingkat sebagai KO-Drum. Di dalam KO-Drum ini gas alam dipisahkan dari fraksi cairan hidrokarbon berat, pemisahan dalam KO-Drum didasarkan pada pemisahan cara Mist Separator, dimana gas alam dalam bentuk kabut, menumbuk serabut kawat lalu fraksi-fraksi hidrokarbon dan pengotor gas alam akan membentuk droplet yang akan di blow down pada tingkat ketinggian tertentu.Sebelum digunakan di unit pembuatan gas sintesa terlebih dahulu dimurnikan dalam beberapa tahap:1. Pemisahan Debu dan Fraksi BeratGas alam diumpankan ke pabrik amoniak dengan temperatur 30 C kemudian masuk ke feed gas knock out drum 116-F dengan maksud agar debu, partikel-partikel halus, tetes-tetes cairan seperti air dan hidrokarbon berat serta fraksi berat lainnya yang terkandung dalam gas alam dapat terpisah. Proses yang terjadi di dalam adalah gas alam menumbuk dinding drum, kemudian fraksi-fraksi berat akan jatuh dan gas alam akan bebas fraksi berat akan keluar melalui bagian atas. Pengeluaran cairan dan fraksi berat dari dasar knock out drum dilakukan secara otomatis dengan menggunakan level control (LC) untuk dikirim ke burning pit untuk dibakar. Gas alam yang keluar dari drum 116-F selanjutnya dibagi menjadi dua, sebagian digunakan untuk auxiliary boiler dan start up heater primary reformer. Pemurnian lebih lanjut di mercury guard chamber 109-D untuk dihilangkan kandungan merkurinya dan selanjutnya dijadikan bahan baku proses.1. Penghilangan MerkuriMerkuri yang terdapat dalam gas alam harus dihilangkan karena dapat meracuni katalis pada proses berikutnya. Merkuri diserap oleh karbon aktif dalam mercury guard chamber 109-D, selanjutnya beraksi dengan sulfur dengan reaksi sebagai berikut:Hg + S HgSTekanan gas alam yang dihasilkan masih dalam belum cukup tinggi sehingga harus dikompresi dalam feed gas compressor 102-J sehingga tekanannya berubah dari 14,8 Kg/cm2 menjadi 43 Kg/cm2 dan suhunya sekitar 146 0C. Kompresor tersebut digerakkan oleh turbin uap 102-JT. Gas alam yang keluar dari kompresor dialirkan ke feed gas compressor kick back cooler 132-C untuk didinginkan lalu dimasukkan ke mercury guard chamber dan dikembalikan lagi ke kompresor, hal tersebut dilakukan untuk mencegah kekurangan gas di kompresor yang dapat menyebabkan terjadinya surging (kekurangan beban). Gas pada unit ini yang dihilangkan kandungan merkurinya dari 10 ppb menjadi 0 ppb. Gas yang keluar selanjutnya dikirim ke feed preheat coil diseksi konveksi primary reformer untuk dipanaskan hingga temperaturnya mencapai 399 0C.1. Penghilangan Sulfur (Desulfurisasi)Gas proses yang keluar dari 102-J masih mengandung senyawa belerang. Senyawa ini harus dihilangkan karena dapat meracuni katalis dalam primary reformer. Proses desulfurisasi dilakukan dalam dua tahap, yaitu di Cobalt Molybdenum Hydrotreater (terjadi pengikatan sulfur) 101-D dan Zinc oxide (ZnO) guard chamber 108-D (terjadi pemisahan sulfur dalam bentuk H2S yang telah terbentuk akibat reaksi pada hydrotreater). Gas sebelumnya telah dipanaskan dan dicampur dengan recycle gas sintesa yang kaya hidrogen, kemudian dimasukkan ke Co-Mo hydrotreater 101-D yang berisi 28,3 m3 katalis Cobalt Molybdenum dalam bentuk tablet. Katalis ini berfungsi sebagai activator dalam reaksi hidrogenasi antara belerang dalam senyawa gas alam dengan gas hydrogen yang akan membentuk senyawa organik dan H2S pada suhu 399 0C dan tekanan 42 Kg/cm2. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:RSH + H2 RH + H2SRSR + 2 H2 RH + RH + H2SGas yang keluar dari hydrotreater diperkirakan hanya mengandung senyawa belerang dalam bentuk H2S. Kadar CO2 yang masuk ke hydrotreater tidak boleh melebihi 5%, karena dapat menimbulkan reaksi sebagian eksotermik sebagai berikut:CO2 + H2 CO + H2OHR(298K) = +9,8381 Kcal/gmolCO + 3H2 CH4 + H2OHR(298K) = -42,27 Kcal/gmolReaksi di atas jika membesar, maka temperatur akan naik sehingga dapat merusak katalis. H2S yang terbentuk pada Co-Mo hydrotreater dihilangkan dalam ZnO guard chamber 108-D yang berisi katalis ZnO dalam bentuk tablet dengan volume 28,3 m3. Belerang yang berbentuk H2S dalam alat ini akan diubah menjadi ZnS pada suhu sekitar 371 0C dan tekanan 39 Kg/cm2. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:H2S + ZnO ZnS + H2OGas keluaran 108-D lalu diumpankan ke primary reformer 101-B.2.2.2 Unit Pembuatan Gas SintesaRingkasan:Seksi pembuatan gas alam dibagi menjadi tahapan reformer dari tahapan shift converter, reformer dibagi menjadi dua tahap yaitu primary reformer dan secondary reformer. Primary reformer bertujuan untuk mendapatkan gas nitrogen yang juga digunakan untuk sintesa ammonium jadi tahapan reformasi secara tidak langsung mengatur hasil ammonia, karena pada tahapan ini perbandingan H2 dan N2 yang diinginkan didapatkan, sedangkan shift converter dimaksudkan untuk mengubah senyawa CO menjadi CO2, senyawa CO2 akan diabsorb pada seksi pemurnian gas sintesa. Gas CO da CO2 tidak diinginkan karena merupakan racun katalis pada sintesa ammonia.Proses yang terjadi di unit adalah pembuatan gas sintesa, yaitu H2 dan N2 dengan perbandingan 3:1 sebagai umpan ammonia converter. Gas alam mula-mula akan mengalami reformasi menjadi CO, CO2, dan H2, kemudian gas CO dikonversi menjadi CO2 dan sebagian kecil dari aliran dikirim ke unit Cosorb.1. Primary reformer (101-B)Reaksi yang terjadi di Primary Reformer 101-B adalah reaksi pembentukan hidrogen dari senyawa hidrokarbon dan steam. Gas alam yang keluar dari Zinc Oxide Guard Chamber dicampur dengan steam dan dipanaskan dengan Mix Feed Preheater Coil di seksi konveksi Primary Reformer. Gas yang keluar diharapkan mempunyai suhu 483oC dan tekanan 36,8 kg/cm2, yang kemudian dimasukkan dalam tube-tube katalis di seksi radiant. Pada seksi radiant terdapat 9 buah sub header yang masing-masing memiliki 42 buah tube yang berisi katalis NiO yang berbentuk cincin, sehingga semuanya 378 tube. Tube-tube katalis terdiri dari campuran logam: 25% chorme, 35% nikel dan 1,225% niobium dengan diameter tube 3 inch.Pada primary reformer 101-B terjadi reaksi steam reforming yaitu reaksi antara gas alam dengan steam menjadi CO dan H2. Sebagian CO yang dihasilkan akan bereaksi dengan steam untuk membentuk CO2. Gas H2 yang dihasilkan berfungsi untuk sintesa amoniak di ammonia converter. Mekanisme reaksi yang terjadi dalam primary reformer 101-B adalah sebagai berikut:Reaksi utama yang bersifat endotermis dengan suhu sekitar 823C : CH4 + H2O CO + 3H2H= +49,27 Kcal/mol Reaksi samping yang bersifat eksotermis :CO + H2O CO2 + H2H= - 9,83 Kcal/molReaksi keseluruhan adalah endotermis dan panas yang dibutuhkan berasal dari panas pembakaran gas alam diluar tube katalis pembakaran gas alam di seksi radiant. Reaksi pembakaran tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :CH4 + 4O2 CO2 + 2H2OH= +191,7 kkal/molBurner-burner fuel gas ini terletak diantara dua baris tube katalis. Ada 10 baris burner, masing-masing terdiri dari 20 burner.Gas alam dan steam yang akan masuk ke primary reformer harus diatur agar memiliki perbandingan mol S : C = 3,5 : 1, karena jika pemakaian steam kurang maka dibutuhkan temperatur yang lebih tinggi agar reaksi berlangsung ke arah kanan kesetimbangan. Pemakaian steam yang kurang akan menyebabkan reaksi samping sebagai berikut:CH4 C + 2H2 2CO2 C + CO2 Deposit karbon yang terbentuk ini akan melapisi permukaan katalis, sehingga akan mengurangi keaktifan katalis dan terjadi local overheating pada tube. Efisiensi perpindahan panas juga dapat berkurang dan merusak tube. Perbandingan mol S : C ini diatur oleh suatu alat yang disebut ratio relay (RRI).Gas yang bereaksi dalam tube akan keluar melalui bagian bawah tube dan disatukan dalam sebuah pipa besar untuk masing-masing baris yang disebut riser. Gas dari riser dikirim ke Secondary Reformer 103-D melalui suatu pipa besar yang disebut transfer line, suhu gas yang keluar sekitar 810-815 oC dengan tekanan 32,5 kg/cm2. Transfer line dipasangi jacket water sebagai pelinding dan pendingin. Gas CH4 yang lolos dari Primary Reformer diharapkan kurang dari 10 %. Gas hasil pembakaran (fuel gas) yang suhunya makin tinggi dihisap oleh Induced Fan melalui seksi konveksi, dimana panasnya dimanfaatkan untuk memanaskan umpan gas alam, udara untuk Secondary Reformer, Boiler Feed Water dan Superheated Steam untuk power generator. Fuel gas dari seksi konveksi dibuang ke udara melalui suatu cerobong (stack), suhu gas buang ini masih sekitar 250 oC.1. Secondary reformer (103-D)Secondary reformer (103-D) berfungsi untuk melanjutkan reaksi reforming dengan mekanisme reaksi yang sama dengan primary reformer, tetapi panas yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam reaktor. Gas dan campuran udara-udara masuk ke secondary reformer secara terpisah dari bagian atas melalui pipa penghubung 107-D yang di selubungi air. Aliran gas ini masuk pada temperatur 800-815 C dan tekanan 32,5 kg/cm3, kemudian aliran gas ini mengalir ke bawah dan bercampur dengan udara proses pembakaran. Udara ini berasal dari udara tekan dari kompresor 101-J yang mengambil aliran keluar dari penyaring udara 102-L, untuk menghilangkan debu dan partikel halus lainnya.Secondary reformer terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian atas yang disebut mixing zone atau combustion zone dan bagian bawah yang disebut reaction zone. Reaction zone berupa packed bed yang terdiri dari tiga buah bed katalis nikel oksida yang berbeda-beda komposisinya. Gas dan udara dicampur dalam mixing zone dengan reaksi pembakaran sebagai berikut: CH4+2O2CO2 + 2H2OH= +191,7 kkal/mol2H2+O22H2OH= + 57,8 kkal/molPanas pembakaran ini digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis. Temperatur gas di bed katalis pertama 1134 C dan tekanan 32,5 kg/cm2G, sedangkan sampai di bed ke tiga suhunya menjadi 975C dan tekanan 31,5 kg/cm2G. Kadar CH4 dalam gas yang keluar dari secondary reformer 0,3 %. Udara yang masuk ke Secondary Reformer berfungsi juga sebagai penyuplai N2, maka perbandingan mol udara dan gas alam harus diatur supaya gas H2 dan N2 yang keluar mempunyai perbandingan mol yang cocok sebagai umpan Amonia Converter yaitu 3 : 1. Gas panas yang keluar dari Secondary Reformer dimanfaatkan untuk memproduksi steam bertekanan tinggi (sekitar 105 kg/cm2) di Waste Heat Boiler 101-CA/CB sehingga suhu gas yang keluar turun menjadi 343-347oC. Temperatur ini adalah temperatur yang sesuai untuk reaksi di High Temperatur Shift Converter 104-D. Sebagian kecil dari gas ini, yaitu sekitar 2-3% dikirim ke pabrik Cosorb untuk dimurnikan CO-nya.1. Shift Converter (104-D)Urea diproduksi membutuhkan bahan baku amonia dan karbon dioksida, karena itu gas CO yang ada perlu diubah menjadi CO2. Tugas mengkonversi gas CO menjadi CO2 ini dilakukan oleh alat yang disebut Shift Converter 104-D. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :CO + H2OCO2 + H2H= + 9,8 kcal/molReaksi ini bersifat eksotermis, sehingga konversi ke kanan yang mengkonversi gas CO menjadi CO2 akan bertambah konversinya apabila temperatur diturunkan. Kecepatan molekul-molekul yang bertumbukan untuk bereaksi akan berkurang bila suhunya diturunkan, sehingga kecepatan reaksi juga berkurang. Pemecahan masalah tersebut Shift Converter dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian atas yang disebut High temperatur Shift Converter dan Low temperatur Shift Converter.1. High temperatur Shift Converter (HTSC) HTSC berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi. Katalis yang digunakan adalah Fe-Cr berbentuk tablet dengan volume 54,9 m3. Suhu yang masuk sekitar 364 oC dengan tekanan 31,4 kg/cm2 melalui distributor di bagian atas kemudian mengalir ke bawah melewati katalis. Persamaan reaksi yang terjadi:CO + H2OCO2 + H2H= + 9,2 kkal/molReaksi ini bersifat eksotermis. Gas keluar pada suhu yang lebih tinggi yaitu 433oC dan tekanan 30,3 kg/cm2, maka gas yang masih cukup tinggi suhunya ini dimanfaatkan panasnya untuk membangkitkan steam di Shift Effluent Waste Boiler 103-C dan memanaskan gas umpan Methanator 106-D di Methanator Feed Heater 104-C, sehingga gas pada suhu rendah dapat dicapai untuk masuk di LTSC. Gas di-quench dengan kondensat air yang berasal dari keluaran draw gas separator 102-F di dalam knock out drum, sehingga temperatur dapat turun dan diperoleh konversi reaksi yang lebih tinggi. 1. Low temperatur Shift Converter (LTSC)LTSC berfungsi untuk meningkatkan konversi reaksi pembentukan CO2. Katalis yang digunakan adalah Cu sebanyak 66 m3. LTSC dioperasikan minimal pada suhu 241 C berisi 60 m3 katalis terdiri dari dua lapisan. Lapisan atas berupa 15 m3 katalis ZnO dan lapisan bawah berupa 45 m3 campuran CuO/ZnO/Al2O3. Reaksi berlangsung lambat tetapi konversi yang terjadi tinggi. Tekanan operasi adalah 31 kg/cm2. Suhu keluar LTS adalah 254 C, setelah itu panas yang terjadi dimanfaatkan pada penukar panas 1105-C dan 1113-C lalu dialirkan melalui knock out drum ke raw gas separator 102-F untuk memisahkan kandungan kondensat air dalam gas. Kondensat air ini selanjutnya digunakan untuk quenching di proses-proses lainnya sedangkan gas akan dikirim ke unit pemurnian gas sintesa.

Gambar 2.2 Diagram Alir Pembuatan Gas Sintesa2.2.3 Unit Pemurnian Gas Sintesa Ringkasan:Seksi pemurnian gas sintesa bertujuan untuk menghilangkan kandungan CO dan CO2 dari gas sintesa, karena gas CO dan CO2 merupakan racun katalis pada ammonia converter. Media yang digunakan untuk mengabsorb gas CO2 adalah larutan Benfield. Pada CO2 absorber, larutan Benfield menyerap CO2 yang sebagian besar dibentuk pada shift converter, lalu pada stripper CO2 dilepaskan dari larutan Benfield. sedangkan metanator, CO dan CO2 yang lolos dari CO2 absorber dan shift converter diubah menjadi CH4, yang kemudian dijadikan bahan bakar pada primary reformer.Unit ini bertugas mempersiapkan bahan baku untuk ammonia converter, yang berupa gas N2 dan H2, sehingga gas-gas lain yang ada harus dipisahkan terlebih dahulu. Gas CO dan CO2 yang terdapat dalam gas proses yang keluar dari shift converter merupakan racun bagi katalis di ammonia converter (105-D), maka gas proses harus dibersihkan dari CO dan CO2 sebelum sampai ke seksi sintesa amonia. Pemisahan CO2 dilaksanakan secara absorpsi di CO2 absorber 1101-E, sehingga kadar CO2 dalam gas kurang dari 1000 ppmv.Gas sintesa dibersihkan lebih lanjut dari sisa CO2 dan CO yang masih ada di methanator dengan jalan mereaksikan CO2 dan CO yang tersisa dengan gas H2 sehingga menjadi gas metan kembali. Gas metan sendiri tidak merupakan racun bagi katalis ( inert ).1. CO2 Absorber (1101-E)Pada unit ini dilakukan penyingkiran gas CO2. CO2 harus disingkirkan karena pada kondisi operasi di syn loop apabila masih tersisa CO2 maka akan terjadi reaksi antara CO2 dan ammonia menjadi ammonium karbamat yang mudah membeku sehingga dapat menyumbat aliran dan mengganggu kerja kompresor. Apabila ada CO2 yang tersisa maka nanti akan diubah menjadi metana di methanator.Gas yang keluar dari draw gas separator (102-F) dimasukan ke bagian bawah CO2 Absorber 1101-E melalui sparger dibagian menara. CO2 Absorber ini tersusun dari empat buah bed berisi tumpukan slotted ring sehingga gas CO2 terabsorbsi oleh larutan penyerap. Larutan penyerap yang digunakan adalah larutan benfield yang terdiri dari senyawa-senyawa sebagai berikut :1. Kalium Karbonat (K2CO3) yang berfungsi juga sebagai absorben dan desorben CO2, dengan kadar 25-30 % berat.1. Dietanol Amin (DEA) untuk menaikkan kecepatan absorbsi dan desorbsi CO2 dan untuk menurunkan tekanan uap CO2.1. Vanadium Pentaoksida (V2O5) sebanyak 0,5-0,6 % berat, sebagai V5+ yang dapat melapisi permukaan film pada dinding absorber dan menjadi corrosion inhibitor.1. Ucon sebanyak 1-2 ppm sebagai pencegah pembentukan buih (antifoam).1. Sisanya air sebagai pelarut.Pada proses absorbsi CO2 dengan larutan benfield, mula-mula gas CO2 bereaksi dengan H2O membentuk asam karbonat. Asam karbonat kemudian bereaksi kembali dengan ion karbonat dari K2CO3 membentuk ion bikarbonat. Reaksi kimia yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut :CO2+ H2OH2CO3H2CO3 + CO32-2HCO32HCO3+ K2CO3CO32- + 2 KHCO3CO2 + H2O + K2CO32 KHCO3H= -101,3761 kcal/molReaksi absorbsi ini adalah reaksi eksotermis.Larutan benfield yang dipakai ada dua aliran yaitu larutan lean benfield yang masuk dari puncak menara dan larutan semi lean benfield yang masuk melalui bagian tengah menara.Larutan lean benfield adalah larutan yang sama sekali tidak mengandung CO2. Larutan ini berasal dari dasar Stripper 1102-E yang didinginkan lebih dahulu dalam Cooler 1107-C sebelum dipompa oleh 1110-JA/JB/JC ke puncak Absorber sebanyak 370 ton/jam. Tenaga dari ketiga pompa ini berasal dari steam MS. Pada kondisi operasi normal, 25% dari larutan lean Benfield dialirkan ke puncak dan selebihnya dikirim ke carbonate storage dari unit Cosorb. Sebelum masuk ke dalam CO2 absorber, larutan lean Benfield didinginkan lagi dengan 1151-C.Larutan semi lean benfield adalah larutan yang masih mengandung CO2. Larutan ini dari bagian tengah stripper, sebelum dipompa dengan pompa 1107-JA/JB/JC ke bagian tengah absorber, larutan semi lean benfield dimasukkan ke dalam tangki Low Heat Benfield yang dialiri steam diatasnya untuk menyempurnakan penyerapan CO2. Steam yang telah lewat low heat benfield yang mengandung CO2. Kemudian dimasukan ke Stripper. Pada kondisi normal larutan semi lean benfield yang mengalir adalah sebanyak 1100 ton/jam.Gas dari LTSC yang masuk dari bagian bawah Absorber akan berkontak dengan larutan semi lean benfield yang akan menyerap sebagian besar gas CO2 yang ada, kemudian sisa CO2 akan diserap oleh larutan lean benfield. Temperatur dalam Absorber adalah 70-100 oC dan tekanannya sekitar 27 kg/cm2.Larutan yang telah banyak mengandung CO2 (larutan rich benfield ) keluar dari dasar Absorber pada suhu 123 oC, mengalir melalui Turbin Hidrolik 1107-JA, kemudian menuju bagian atas Stripper. Gas yang keluar dari bagian Atas absorber diharapkan kadar CO2-nya dibawah 0,1 % volum. Temperatur gas ini kira-kira 70 oC.

Gambar 2. 2 CO2 Absorber1. CO2 Stripper (1102-E)Stripper 1102-E terdiri dari tiga buah bed berisi tumpukan slotted ring. Kondisi operasi dari stripper adalah 107-129 oC dan tekanan 0,6 kg/cm2. Karena larutan rich benfield yang keluar dari dasar Absorber masih mempunyai tekanan sebesar 27 kg/cm2, maka tekanan ini dimanfaatkan untuk menggerakan Turbin Hidrolik 1107-JA, yang digunakan untuk memompa larutan semi lean benfield yang akan menuju Absorber. Untuk menstripping CO2 digunakan steam bertekanan rendah yaitu 3,5 kg/cm2, yang berasal dari Reboiler 1105-C,1111-C dan 1113-C. Dengan tekanan rendah yaitu 0,6 kg/cm2 dan suhu tinggi antara 107-109 oC dan dorongan steam ke atas, maka diharapkan gas CO2 dalam larutan rich benfield akan terlepas. Reaksi yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi absorbsi, yaitu:2KHCO3 K2HCO3 + CO2 + H2OKalium hidrogen karbonat Dikalium hidrogen karbonat KarbondioksidaAirSetelah melewati bed kedua, larutan ditampung dalam Trap Out Pan, dimana sebagian larutan dikeluarkan sebagai larutan lean benfield menuju Absorber, dan sebagian lagi mengalir ke bed ketiga untuk ditampung dalam Trap Out Pan kedua. Larutan ini dialirkan ke Reboiler 1105-C dan 1111-C dan steam yang terbentuk dimasukan bagian bawah Stripper. Steam dari Reboiler 1113-C berasal dari Trap Out Pan diatas bed pertama.

Gambar 2. 3 CO2 StripperLarutan lean benfield yang keluar dari dasar Stripper dialirkan ke puncak Absorber, sedangkan gas CO2 keluar dari puncak menara. Uap air yang terkandung dalam gas ini cukup tinggi, yaitu sekitar 45%, sehingga sebelum masuk pabrik urea perlu dikurangi dahulu kadar airnya.Untuk mengurangi kadar air dalam gas CO2, maka gas dimasukan dalam CO2 Overhead Condensor 1110-C, untuk didinginkan kemudian dipisahkan kondesatnya dalam CO2 Stripper Reflux Drum 1103-V. Kondesat ini dimasukkan ke bagian atas Stripper dengan pompa 1108-J/JA, sedangkan gas CO2 yang keluar siap dikirim ke pabrik urea.1. Methanator (106-D)Gas yang keluar dari absorber masih mengandung CO dan CO2 sisa yang merupakan racun di Amonia Converter, karena itu perlu diubah menjadi CH4 dalam Methanator 106-D. Methanator berisi katalis nikel sebanyak 19.8 m3 yang tersusun menjadi tiga bed. Gas yang masuk Methanator dibatasi kadar CO dan CO2 nya maksimum 0,1% untuk CO2 dan 0,6 % untuk CO karena secara teoritis 1% CO2 mampu menaikkan suhu sebesar 77 oC, sedangkan reaksi pembentukan metana adalah reaksi eksotermis.

Gambar 2. 4 MethanatorKondisi operasi di Methanator, suhu 288-315 oC dan tekanan sekitar 26 kg/cm2. reaksi yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi di Primary Reformer yang dapat dituliskan sebagai berikut:CO+ 3H2CH4 + H2O HR(298 K) = -49,3 kcal/molCO2+ 4H2CH4 + 2H2O HR(298 K) = +39,5 kcal/molReaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis sehingga Methanator dilengkapi dengan system interlock yang akan menghentikan aliran gas bila terjadi kenaikan suhu sebesar 399oC, serta menghentikan alilran Boiler Feed Water ke 144-C. Gas yang keluar dari Methanator diharapkan mempunyai kadar CO dan CO2 maksimum 0,3 ppm.2.2.4 Unit Sintesa AmoniaReaksi pembentukan amoniak dari gas N2 dan H2 mengikuti persamaan sebagai berikut:N2 + 3H2 2NH3HR = +3,903 kkal/molDengan mengikuti proses Kellog pada kondisi operasi dengan temperatur 430-500 0C dan tekanan 140-150 Kg/cm2. Pada kondisi ini dari hasil konversi didapatkan kandungan amonia yang keluar dari reaktor adalah 12% mol, sedangkan gas-gas yang tidak bereaksi dikembalikan kembali ke reaktor.Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap operasi sintesa ini adalah:a. TemperaturKenaikan temperatur akan menurunkan derajat kesetimbangan tetapi dapat mempercepat reaksi. Jika keaktifan katalis tidak berubah, konversi bertambah dengan kenaikan temperatur.b. TekananKenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke kanan (arah produk) sehingga konversi bertambah besar. Oleh karena itu, dalam proses ini digunakan tekanan yang tinggi yaitu diatas 30 atm.c. Space velocityKenaikan space velocity berarti kenaikan kecepatan aliran gas yang melalui katalis, sehingga mengurangi waktu reaksinya. Kecepatan gas masuk reaktor tidak begitu mempengaruhi hasil, asalkan gas yang masuk reaktor memiliki jumlah yang sama.d. Perbandingan hidrogen dan nitrogenPerbandingan antara H2 dan N2 adalah 3:1. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh konversi yang besar. Perbandingan ini dapat bervariasi antara 2,98:1 hingga 3,1:1 sampai diperoleh konversi maksimum di dalam converter.Untuk mencapai hasil reaksi yang maksimum maka harus dipilih kondisi yang optimum berdasarkan variabel-variabel yang mempengaruhi reaksi pembentukan amonia.Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk memperoleh hasil yang optimum adalah dengan mendinginkan gas hasil reaksi tepat sebelum keadaan setimbang, kemudian reaksi dijalankan kembali. Demikian seterusnya sehingga diperoleh produksi yang diinginkan. Pendinginan gas hasil reaksi dilakukan dengan mencampurkan gas umpan ke dalam reaktor. Konsekuensi dari pencampuran ini adalah penurunan kadar amonia dalam produk, tetapi dengan penurunan fraksi ini dalam arus gas yang akan menyebabkan kesetimbangan kembali bergeser ke arah pembentukan amonia dan ini menjadi suatu keadaan yang menguntungkan. Konversi yang dihasilkan dengan cara ini masih relatif rendah, sehingga untuk lebih meningkatkan konversi digunakan sistem daur ulang yang disebut syntesis gas loop.Gas yang keluar dari methanator memiliki tekanan 25,31 Kg/cm2 dengan temperatur 309 0C. Tekanan ini belum cukup tinggi karena menurut perhitungan konversi reaksi amonia akan optimal jika temperatur di dalam ammonia converter adalah 430-500 0C dan tekanan 140-150 kg/cm2. Oleh karena itu, gas keluaran dari methanator dikompresikan oleh dua jenis kompresor yaitu Low Pressure Case Compressor dan High Pressure Case Compressor (103-J). Penggerak dari kompresor ini adalah steam turbine 103 JAT/JBT. Low Pressure Case Compressor mengubah tekanan gas dari 25 hingga 60 kg/cm2, sedangkan High Pressure Case Compressor mengubah tekanan dari 65 sampai 150 kg/cm2. Sebelum dimasukkan ke High Pressure Case Compressor, gas terlebih dahulu didinginkan oleh SynGas Feed Exchanger (136-C) yang memberikan panas kepada gas yang menuju methanator (106-D), SynGas compressor interstage cooler (116-C) yang memanaskan air pendingin, NH3 refrigerant chiller (129-C) yang memberikan panas kepada amonia cair. Kondensat yang terbentuk dipisahkan dalam SynGas compressor 1st stage separator (105-F). Gas kering dari separator masuk ke High Pressure Case Compressor dan bercampur dengan ammonia recovery. Gas keluar High Pressure Case Compressor memiliki temperatur 68 oC dan tekanan sekitar 150 kg/cm2. Selanjutnya campuran gas sintesa dan ammonia recovery didinginkan oleh 117-C, 118-C, 119-C dengan NH3 refrigerant hingga temperaturnya berkisar -26 oC.Kemudian SynGas dimasukkan ke dalam secondary ammonia separator (106-F). Alat ini menggunakan mekanisme kondensasi sehingga diperoleh amonia cair yang dapat dipisahkan dari gas. Amonia cair selanjutnya dialirkan ke primary ammonia separator (107-F) di unit pemurnian amonia. SynGas yang keluar dari secondary ammonia separator (106-F) dipanaskan di amonia converter feed gas/recycle exchanger (120-F) dan ammonia converter feed gas/effluent exchanger (121-C) yang memanfaatkan panas dari gas yang keluar dari ammonia converter. Selanjutnya, SynGas diumpankan ke ammonia converter.Gas yang diumpankan ke ammonia converter memiliki temperatur 454 482 oC dan tekanan 140,6-147,6 kg/cm2. Gas ini memasuki ammonia converter dari bagian atas dan bawah. Ammonia converter (105-D) terdiri dari 4 bed katalis promoted iron yang tiap tumpukannya berbeda-beda seperti yang ditunjukkan oleh tabel II.3 berikut ini:Tabel II. 3 Karakteristik Bed pada Ammonium ConverterBedVolume (m3)Berat (Kg)Tinggi Bed (m)

18,63172691,7

214,01376972,7

320,00544042,9

430,46819294,8

Total73,119129912,2

Volume tiap bed dibuat berbeda-beda (semakin ke bawah semakin besar) dimaksudkan agar panas reaksi yang terjadi di bed paling atas, yang memiliki laju reaksi eksotermis paling cepat, dapat dibatasi. Dengan demikian temperatur converter dapat dijaga pada batas-batas yang diinginkan.Ammonia converter memiliki annulus pada dindingnya. Gas umpan yang masuk dari bawah mengalir dalam annulus menuju ke puncak converter dan masuk dalam bed katalis melalui shell exchanger. Gas umpan yang masuk dari bagian atas ammonia converter digunakan untuk keperluan quenching sebelum gas masuk ke bed di bawahnya. Gas ini terbagi atas tiga aliran, yaitu untuk quench di bed kedua, ketiga, dan keempat. Gas umpan yang mengalir dalam annulus mengambil panas reaksi sehingga temperaturnya meningkat hingga 422 0C ketika berada di shell exchanger. Reaksi yang terjadi di ammonia converter adalah sebagai berikut:3H2+N2 2NH3HR(298 K) = -3,903 Kkal/molHidrogen Nitrogen AmmoniakKonversi reaksi disini dapat mencapai 13%. Dengan adanya quenching yang berulang diharapkan temperatur dapat dikontrol sesuai dengan yang diinginkan sehingga diperoleh konversi reaksi yang optimal.Gas hasil reaksi keluar dari bed keempat melalui pipa di tengah converter. Temperatur gas ini sekitar 481 0C dan dimanfaatkan untuk membangkitkan steam di Ammonia Converter Exchanger (123-C) dan untuk memanaskan umpan di 121-C. Kandungan gas inert di dalam converter tidak boleh lebih dari 10% karena dapat meracuni katalis dan mempengaruhi kesetimbangan reaksi bila kadarnya terlalu tinggi. Untuk mengurangi kadar gas inert tersebut, sebagian gas inert tersebut, sebagian gas umpan di-purge sebelum di-recycle melalui High Pressure Case Compressor.2.2.5 Unit Pemurnian dan Refrigerasi AmoniaRingkasan: Seksi pemurnian dan refrigerasi bertujuan untuk meningkatkan kadar ammonia pada produk. Peningkatan kadar ammonia dilakukan di secondary ammonia separator, primary ammonia separator dan refrigerant flash drum. Ammonia yang menguap dalam sistem pendingin dihisap oleh refrigerant receiver drum, dimana ammonia yang dihisap sudah mengandung kadar yang tinggi sekitar 90-100% massa. Ammonia yang dihasilkan tidak semuanya dipakai untuk keperluan pabrik urea, tetapi ada yang disimpan dan dijual. Ammonia disimpan dalam storage. a. Pemisahan Produk AmoniaAmoniak yang dihasilkan oleh converter akan bertambah dengan cepat, sampai suatu saat dapat mempengaruhi reaksi yang ada sehingga secara kontinyu harus dipisahkan dari aliran gas sintesa yang dikembalikan ke converter.Proses ini dilakukan dengan melewatkan gas sintesa kembalian melalui pendingin untuk mengembunkan amonia yang terkandung di dalamnya, yang dihasilkan setiap kali gas sintesa melalui converter, sehingga sewaktu aliran kembalian mencapai secondary ammonia separator (106-F) temperaturnya menjadi -23,3 oC.Dengan mengembunkan dan memisahkan produk amonia dari rangkaian gas sintesa pada kondisi temperatur -23.3 oC dan tekanan 140,6-147,6 Kg/cm2 akan menurunkan amonia dalam aliran gas kembalian dari 12% hingga 2%. Amonia dingin berkumpul di 106-F yang permukaannya dikontrol oleh LC-13. Selanjutnya amonia dikirim ke pemurnian dan refrigerasi untuk dimurnikan. b. Pemurnian Produk AmoniaCairan amonia yang dipisahkan dari rangkaian gas sintesa masih mengandung sejumlah gas-gas tertentu yang ikut terlarut di dalamnya yang dapat mengotori produk. Ada dua fungsi yang dijalankan oleh sistem pendinginan dan pemurnian ini. Pertama, pemisahan terus-menerus terhadap terhadap cairan amonia pada tekanan rendah untuk memisahkan gas yang terlarut dan mengirimkannya langsung ke sistem bahan baker. Kedua, sebagai bagian dari sistem yang akan menyerap panas dari gas sintesa sampai temperatur -23,3 0C.Letak dari alat-alat pendingin pada aliran gas sintesa diatur sedemikian rupa agar dapat memanfaatkan pendinginan pada berbagai tingkat tumpukan tekanan dan temperatur yang dioperasikan pada alat-alat tersebut.Di bawah ini akan diurai cara kerja dan pengaturan kondisi berbagai macam alat yang terdapat dalam sistem ini. Dalam hal ini, digunakan asumsi bahwa awalnya semua hasil produk amonia mengalir dari Refrigerant Receiver (109-F).1. Primary Ammonia Separator (107-F)Tangki pemisah ini menerima aliran dari secondary ammonia separator (106-F), tempat amonia pertama kali dipisahkan dari gas sintesa. Selain itu, primary ammonia separator juga menerima aliran amonia yang berasal dari purge gas separator (108-F).Tekanan dari separator 107-F dikontrol oleh PIC-8 pada 17,2 Kg/cm2 dan membuang kelebihan tekanan ke sistem pembuangan gas tekanan rendah. Aliran cairan dari separator 107-F diturunkan tekanannya menuju kedua tempat dalam sistem pendigin. Satu aliran dikontrol oleh pengatur permukaan LC-12 yang mengirim kelebihan cairan ke 3rd stage refrigerant flash drum (112-F). Aliran lainnya untuk mengirim amonia dari 107-F melalui MIC-37 ke 2nd stage refrigerant flash drum (111-F). Sistem pendinginan amonia berfungsi untuk mendinginkan dan mengembunkan amonia di rangkaian gas sintesa dan hasil produksi serta mendapatkan kembali amonia dari gas-gas yang dibuang.2. 3rd Stage Refrigerant Flash Drum (112-F)Tangki pemisah ini bekerja dengan tiga cara, yaitu:- Dengan penguapan yang kuat, maka semua gas yang tidak diperlukan (inert) dapat dipisahkan dari produk amonia.- Sebagai tangki utama untuk pendinginan rangkaian gas sintesa melalui alat pendingin 119-F.- Menerima uap amonia dari alat pendingin 125-C yang amonianya diperoleh dari 111-F.Banyaknya sirkulasi amonia yang melalui Feed and Recycle Gas Third Stage Chiller (119-C) berbanding langsung dengan panas yang didapat dari rangkaian gas sintesa. Tekanan tangki dijaga hingga sekitar 0,035 Kg/cm2 oleh PRC-9 sehingga amonia akan menguap pada 33 0C. Tinggi permukaan cairan pada 112-F dijaga oleh LIC-19. Selama beroperasi, sebagian kecil amoniak dingin disalurkan keluar dari 3rd Stage Refrigerant Flash Drum 112-F untuk mencegah pengembunan air di dalam tangki. Pompa 124-J/JA digunakan untuk menyalurkan amonia ke sistem produksi amonia dingin.3. Refrigerant Receiver Drum (109-F)Semua amonia yang telah menguap dalam sistem pendinginan dihisap dan dimanfaatkan oleh kompresor amonia (105-J), kemudian didinginkan sampai mengembun di 127-CA/B dan hasilnya ditampung dalam tangki. Tekanan dalam tangki secara tidak langsung tergantung pada temperatur dan volume air pendingin yang melewati kondensor 127-C. Tekanan diatur oleh PIC-17 (16 Kg/cm2) yang membuang gas-gas inert yang tidak diperlukan (purge tekanan rendah) ke sistem bahan bakar.Gas yang dibuang dari tangki dilewatkan melalui flash drum chiller (126-C) untuk mengembunkan amonianya. Hasil pengembunan amonia dialirkan ke pipa cairan yang keluar dari (109-F). Sebagian besar cairan amonia dari 109-F dipompa oleh 125-J dan dicampur dengan sebagian produk amonia dingin yang diambil dari 112-F oleh pompa 118 JA/B untuk mendapatkan temperatur yang diinginkan, yaitu 30 0C di Battery Limit. Sisa amonia di refrigerant receiver (109-F) diuapkan dengan penurunan tekanan dan dikirim ke 1st stage refrigerant flash drum (110-F) yang temperaturnya 13,3 0C.4. 1st Stage Refrigerant Flash Drum (110-F)Seluruh produk amonia dari 109-F yang tidak dikirim ke Battery Limit diuapkan kembali di 110-F, kecuali sejumlah kecil aliran dari 112-F. Tekanan di 110-F diharapkan sekitar 6,05 Kg/cm2 dan temperaturnya 13,3 0C. Tinggi permukaan pada 110-F dikontrol oleh LIC-16. Tangki ini juga bertindak sebagai tangki utama dan memberikan suplai cairan amonia pendingin untuk tiga buah alat pendingin, yaitu :-Pendingin 117-F, dioperasikan dengan cara sirkulasi alat pemindahan. Kecepatan aliran ditentukan oleh panas yang diberikan pada pendingin tersebut.- Pendingin 126-C, kecepatan amonia pendingin yang dialirkan tergantung pada beda tekan antara 110-F dan 111-F. Tetapi jika dikehendaki, aliran dapat dikontrol secara manual bila 126-C mendapat beban panas yang rendah.- Pendingin 129-C, amonia pendingin mengalir melalui bukaan orifice 14 mm. Pada beban panas yang rendah, aliran ini dapat dikurangi secara manual jika dikehendaki. Alat pendingin ini dioperasikan pada tekanan 3,5 Kg/cm2 dan temperatur 1 0C pada sisi pendinginnya agar pembekuan dapat terhindar di bagian gas prosesnya.5. 2nd Stage Refrigerant Flash Drum (111-F)Dari 110-F cairan amonia dipisahkan pada 2nd refrigerant flash drum (111-F). Tinggi permukaan pada tangki pemisah ini dikontrol oleh LIC-16. Cairan dari 111-F disirkulasikan dengan efek thermosyphon, dan temperatur yang diharapkan adalah sekitar -7,2 0C.Amonia cair mengalir melalui orifice dengan bukaan 13 mm, sehingga kecepatan alirannya tergantung pada beda tekan antara 111-F dan 112-F. Akan tetapi, jika beban 125-C terlalu rendah, maka aliran harus diatur secara manual. LIC-8 mengontrol level cairan di 9 111-F agar tetap konstan dan kelebihan cairan dialirkan ke 3rd Stage Refrigerant Flah Drum (112-F).6. Refrigerant Compressor (105-F)Alat ini bekerja dengan dua cara. Pertama, menjaga tekanan di tangki-tangki 110-F, 111-F, 112-F sesuai dengan yang dikehendaki. Hal itu akan menjamin pengambilan panas yang sempurna dan pemisahan gas-gas yang terlarut dari aliran produksi. Kedua, untuk menekan uap amonia yang masuk sehingga bisa diembunkan sampai temperatur sedikit dibawah titik embunnya. Hal ini dilakukan di dalam ammonia condensor (127-CA/B) dengan tekanan operasi 17,9 Kg/cm2.Amonia yang diembunkan, didinginkan lagi hingga sekitar 2,2 0C di bawah temperatur amonia pada 16,7 Kg/cm2 yaitu 44 0C. Hal ini dimaksudkan untuk menjaga agar tekanan masukan dari kompresor dapat dikontrol dengan cara membuang gas-gas yang tidak dapat mengembun lewat PIC-7.Jika pendinginan dilakukan hingga mencapai temperatur yang lebih rendah dari 42,2 0C (16,3 Kg/cm2), maka terdapat sejumlah besar gas yang terbawa dalam aliran amonia. Sebaliknya, jika temperatur yang digunakan terlalu tinggi, hingga mencapai batas 44,4 0C akan menyebabkan beban purge gas chiller (126-C) terlalu berat. Akibatnya, produk amonia banyak yang hilang terbawa oleh aliran gas buang.2.2.6 Unit Hydrogen Recovery dan Purge Gas Recovery (HRU dan PGRU)Unit ini didirikan untuk memanfatkan gas buang (purge gas) dari daur gas sintesa pabrik amonia yang sebagian besar mengandung gas hidrogen.

Gambar 2. 5 Diagram Alir Unit PGRUBeberapa keuntungan dari alat ini:-meningkatkan produksi ammonia dengan tambahan 50-60 ton/hari.-menurunkan pemakaian energy per ton produksi ammonia sekitar 0,3 MMkkal.-mendapatkan hidrogen murni untuk pembuatan hidrogen peroksida.-menyediakan tambahan ammonia untuk pembuatan asam nitrat (HNO3) dan ammonium nitrat (NaNO3).-menghasilkan larutan ammonia dengan konsentrasi 20-30 % v/v bila pasar memungkinkan2.3Reaksi Pembuatan UreaUrea diproduksi dalam reaksi eksotermis antara amonia cair dengan gas karbondioksida membentuk amonium karbamat yang diikuti oleh dehidrasi amonium karbamat menjadi urea dalam reaksi endotermis. Reaksi yang terjadi adalah :2NH3 (l) + CO2 (g) NH2COONH4 (l) H = -38 kkal/mol AmmoniaKarbondioksidaAmmonium karbamatNH2COONH4 (l) NH2CONH2 (l) + H2O (l) H = +7,7 kkal/mol Ammonium karbamatUrea AirUrea dari hasil reaksi sintesa antara amonia cair dan gas karbondioksida harus dimurnikan dari larutan amonium karbamat dan kelebihan amonia. Larutan amonium karbamat didekomposisikan menjadi gas-gas karbondioksida dan amonia dengan cara menaikkan suhu dan menurunkan tekanan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :NH2COONH4 (l) 2 NH3 (g) + CO2 (g)Ammonium karbamat Ammonia KarbondioksidaReaksi di atas merupakan reaksi endotermis, sehingga memerlukan panas. Bila ditinjau dari termodinamika-nya, maka temperatur yang rendah akan menggeser kesetimbangan reaksi ke kanan. Tetapi apabila suhu terlalu tinggi dan tekanan rendah, akan terjadi reaksi samping yang tidak dikehendaki, yaitu hidrolisa urea atau pembentukan biuret sebagai berikut:Hidrolisa Urea:NH2CONH2 (l) + H2O (l) 2 NH3 (l) + CO2 (g)UreaAir Ammonia KarbondioksidaPembentukan Biuret :NH2CONH2 (l) NH2CONHCONH2 (l) + NH3 (g)urea

UreaBiuretAmmoniaProses pemurnian hasil reaksi ini dilakukan dalam tiga alat yang kondisinya berlainan, yaitu 17 kg/cm2; 2,5 kg/cm2; dan tekanan atmosfer.0. Mekanisme Reaksi Pembuatan UreaSecara komersial urea diproduksi dalam reaksi eksotermis antara ammonia cair dan gas karbondioksida membentuk ammonium karbamat yang diikuti oleh dehidrasi ammonium karbamat menjadi urea dalam reaksi endotermis.Reaksi yang terjadi adalah :2NH3(l) + CO2(g) NH2COONH4(l) H = -38 kkal/mol (1)Ammonia Karbondioksida Ammonium KarbamatNH2COONH4(l) NH2CONH2(l) + H2O(l) H = +7,7 kkal/mol (2)Ammonium KarbamatUrea AirReaksi bersifat reversible. Reaksi (1) bersifat eksotermis dan berlangsung dengan cepat, sedangkan reaksi (2) bersifat endotermis dan lebih lambat. Variabel yang berpengaruh dalam reaksi adalah temperatur, tekanan, komposisi umpan dan waktu reaksi. Konversi ammonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung dalam fase liquid, sehingga dibutuhkan tekanan tinggi. Kenaikan temperatur dan tekanan mengakibatkan bertambahnya konversi urea. Kondisi reaksi pada reaktor adalah temperatur 200 C dan tekanan 250 kg/cm2. Konversi urea menurun dengan adanya air dan meningkat dengan adanya kelebihan ammonia. Waktu tinggal reaktor sintesa urea adalah sekitar 25 menit.Konversi ammonium karbamat yang menjadi urea berkisar antara 50-80%. Ammonium karbamat yang tidak terkonversi biasanya dipisahkan dari larutan urea hasil produk dengan peruraian pada tekanan rendah menjadi ammonia dan karbondioksida. Reaksi yang terjadi adalah:NH2COONH4(l) 2NH3(g) + CO2(g)Ammonium KarbamatAmmonia KarbondioksidaMenurut M. Frejaques (1948), faktor-faktor yang berpengaruh untuk konversi maksimum dalam skala komersial adalah :1. Konversi kesetimbangan ureaDalam plant skala komersial, konversi kesetimbangan dari CO2 menjadi urea menjadi lebih tinggi dari yang diharapkan. Dari hasil percobaan diperoleh beberapa perbedaan konversi kesetimbangan. Harga konversi kesetimbangan maksimal terjadi pada suhu 195 C. Pada suhu diatas 200 C konversi akan turun dengan tajam.Konversi kesetimbangan total (x) dipengaruhi eleh faktor-faktor :1. Molar ratio total umpan NH3/CO2 (a)1. Molar ratio total umpan H2O/CO2 (b)1. Temperatur ratio (T)Secara emperis konversi CO2 menjadi urea yang dinyatakan dalam fraksi total umpan CO2 (x),

1. Tekanan KesetimbanganTekanan kesetimbangan dipengaruhi oleh kondisi temperatur, mol rasio dari NH3 dengan CO2 (NH3/CO2) dan mol rasio air dengan CO2 (H2O/CO2). Tekanan kesetimbangan minimal terjadi pada suatu kondisi temperatur yang bisa dilakukan pada sintesa urea, perbandingan mol rasio NH3/CO2 = 2. Dengan naiknya temperatur, keadaan minimal akan berubah dengan naiknya harga NH3/CO2.2.3.2Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pembuatan UreaFaktor-faktor yang mempengaruhi pembuatan urea adalah temperatur, tekanan, perbandingan CO2 dan NH3 dan kandungan air dan oksigen.1. TemperaturPengaruh temperatur pada proses sintesa urea dapat dijelaskan oleh asas Le Chatelier yang berbunyi jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor.Reaksi sintesis urea merupakan reaksi eksotermis :2NH3(g) + CO2(g) NH2CONH2(aq) + H2O(l)H= +20,48 kkal/molAmmoniaKarbondioksida Ammonium karbamatAirSedangkan reaksi penguraian urea menurut reaksi dibawah ini adalah reaksi endotermis :NH2CONH2(aq) + H2O(l) NH3(l) + CO2(l) H = -20,48 kkal/molUrea Air Ammonia KarbondioksidaPerubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya tetapan kesetimbangan reaksi. Naiknya temperatur akan mengakibatkan reaksi bergeser ke arah kiri (endotermis) atau menurunkan konversi pembentukan urea. Disamping itu, kenaikan temperatur juga akan mengakibatkan kecepatan reaksi pembentukan urea menjadi semakin besar.Kondisi yang paling optimal dalam reaksi adalah sekitar 195 C yaitu temperatur dimana konversi mendekati kesetimbangan dengan waktu tinggal 0,3-1 jam. Bila temperatur reaktor turun, maka konversi ammonium karbamat menjadi urea akan berkurang sehingga memberi beban lebih berat pada seksi-seksi berikutnya. Jika temperatur turun sampai 150 C akan menyebabkan timbulnya ammonium karbamat akan menempel pada reaktor. Sebaliknya, bila temperatur melebihi 200 C maka laju korosi dari Titanium Lining akan meningkat dan tekanan kesetimbangan di dalam reaktor dari campuran reaksi akan melampaui tekanan yang dibutuhkan. Disamping itu, hasil dari reaksi samping yang besar akan menyebabkan turunnya konversi pembentukan urea. Jadi, laju reaksi yang baik pada suhu 180-200 C dalam waktu 20-60 menit atau pada suhu rendah dengan ammonia berlebih.1. TekananPengaruh perubahan tekanan dalam campuran kesetimbangan gas dapat dipahami melalui asas Le Chatelier. Menurut asas ini, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke kanan, tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan reaksi akan berkurang dalam sistem kesetimbangan.Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:2NH3(l) + CO2(g) NH2CONH2(aq) + H2O(l)AmmoniaKarbondioksidaUrea AirTekanan yang digunakan adalah 195 kg/cm2. Pemilihan tekanan operasi ini berdasrkan pertimbangan bahwa konversi ammonium karbamat menjadi urea hanya terjsadi pada fase cair dan fase cair dapat dipertahankan dengan tekanan operasi yang tinggi. Pada suhu tetap konversi naik dengan naiknya tekanan hingga titik kritis, dimana pada titik ini reaktan berada pada fase cair. Untuk perbandingan NH3 dan CO2 yang stokiometris suhu 150 C dan tekanan 100 atm memberikan keadaan yang hampir optimum tetapi pada suhu ini reaksi berjalan lambat. Pada suhu 190 220 C, tekanan yang digunakan berkisar antara 140 250 atm.1. Perbandingan NH3 dan CO2Perbandingan NH3 dan CO2 berkisar 3,5 4 karena selain mempengaruhi suhu reaktor, jumlah ammonia dapat mempengaruhi reaksi secara langsung. Adanya kelebihan ammonia dapat mempercepat reaksi pertama. Di samping itu, kelebihan ammonia juga akan mencegah terjadinya reaksi pembentukan biuret dengan reaksi :2NH2CONH2(l) NH2CONHCONH2(l) + NH3(g)UreaBiuretAmmoniaTerbentuknya biuret yang berlebihan tidak diinginkan karena merupakan racun bagi tanaman sehingga jumlahnya dibatasi hanya 0,5 % dari produk urea.Perbandingan mol NH3/CO2 optimum adalah 4 : 1, dengan nilai itu diharapkan reaksi pertama dapat berjalan cepat sekaligus mencegah terjadinya pembentukan biuret.1. Kandungan air dan oksigenAdanya air akan mempegaruhi reaksi terutama reaksi kedua yaitu peruraian karbamat menjadi urea dan air sehingga dapat mengurai konversi karbamat menjadi urea. Pada umumnya, proses didesain untuk meminimalkan jumlah air yang di-recycle ke reaktor. Adanya sedikit oksigen akan mengurangi korosi. Secara keseluruhan reaksi di atas adalah eksotermis sehingga diperlukan pengaturan terhadap suhu di dalam reaktor supaya suhu tetap pada kondisi optimum, untuk mengatur suhu maka diatur :1. Jumlah ammonia masuk reaktor,1. Jumlah larutan ammonium karbamat recycle yang masuk reaktor,1. Pengaturan suhu ammonia umpan dalam ammonia preheater.Sebagai hasil reaksi di atas komponen yang keluar dari reaktor sintesa adalah biuret, urea, ammonium karbamat, kelebihan ammonia dan air.2.4 Produk Utama yang DihasilkanProduk utama yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang adalah pupuk urea. Di bawah ini akan dijelaskan sifat-sifat yang menyertai pupuk urea produksi PT. Pupuk Kujang.2.4.1 Sifat-sifat Umum Pupuk UreaPupuk urea termasuk pupuk buatan yang merupakan hasil industri atau hasil dari pabrik-pabrik pembuatan pupuk. Pupuk buatan urea ini mengandung unsur-unsur hara atau zat-zat makanan yang diperlukan tanaman.Di daerah tropis terutama bagi penduduknya yang melakukan usaha di bidang pertanian, pupuk buatan sangat dikenal karena :1. Sangat praktis pemakaiannya, artinya pemakaian dapat disesuaikan dengan kebutuhan.1. Dapat disimpan lama dan kandungan zat-zat makanan bagi pertumbuhan serta perkembangan tanaman sangat tinggi.Oleh karena kelebihan-kelebihan di atas, pupuk urea sangat diminati oleh para petani daerah tropis.2.4.2 Sifat-sifat Kimia dan Fisika Urea1. Sifat-sifat Kimia UreaUrea di dalam air akan terhidrolisa menjadi amonium karbamat yang kemudian peruraiannya menjadi amonia dan karbondioksida. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :NH2COONH2 (l) + H2O NH2COONH4 (l)Urea Air Ammonium karbamatNH2COONH4 (l) 2 NH3 (g) + CO2 (g)Ammonium karbamat AmmoniaKarbondioksidaSelain terjadi reaksi sintesa urea di atas, terjadi pula rekasi samping yaitu pembentukan senyawa biuret yang tidak diinginkan karena merupakan racun bagi tanaman. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :NH2COONH2 (l) NH2CONHCONH2 (l) + NH3 (g)UreaBiuret AmmoniumDi sini terlihat bahwa biuret akan terbentuk bila kadar amonia rendah, dan penting pula diingat biuret akan terbentuk jika terjadi kontak suhu tinggi yang cukup lama.1. Sifat-sifat Fisika UreaSifat-sifat fisik urea dapat dilihat pada tabel di bawah ini :Tabel II. 4 Sifat Fisik Urea

Sifat-sifatUrea Prill

WarnaTidak berwarna (putih)

BentukJarum

Rumus Molekul(NH2)2CO

Berat Molekul60.05 mol

Berat Jenis1,335 gr/cm3

Boiling PointDecomposes

Melting Point132,7 C

Kadar Nitrogen (formula)46,78 %

Spesifik Panas0,320 cal/g C (20 C)

Kelarutan dalam air78 g/100 ml pada 5 C

(Sumber : Perrys Chemical Engineers Handbook, tabel 2-2, 1994)Sifat fisik dalam suatu produk dapat digunakan untuk pengecekan keaslian produk, maupun pemilihan perlakuan yang tepat untuk produk itu sendiri.2.4 Pengembangan Proses IndustriPada industri skala komersial dikenal tiga proses pembuatan, yaitu : proses sekali lewat (One Through Process), proses recycle sebagian (Partial Recycle Process), dan proses Total recycle (Total Recycle Process).1. Proses Sekali Lewat (One Through Process)Proses ini pertama kali digunakan untuk memproduksi urea dalam skala komersial, di mana amonia yang tidak terkonversi dinetralisasi dengan asam nitrat sebagai produk samping dari produk urea. Proses ini menghasilkan amonium nitrat sebagai produk samping dan urea sebagai produk utama. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :NH3 (l) + CO2 (g) NH2COONH4 (l)Ammonia Karbondioksida Ammonia karbamatNH2COONH4 (l) NH2CONH2 (l) + H2O (l)Ammonium karbamatUrea AirReaksi penetralan Amonia :NH3 (l) + HNO3 (l) NH4NO3 (l)Ammonium Asam nitrat Ammonium Nitrat1. Proses Recycle Sebagian (Partial Recycle Process)Produk yang dihasilkan oleh One Through Process tidak terlalu besarm maka proses tersebut digantikan oleh Partial Recycle Process. Perbedaannya adalah amonia yang tidak terkonversi pada reaktor sintesis urea, dikembalikan ke reaktor setelah melalui proses recovery. Blok diagram Partial Recycle Process adalah sebagai berikut :

Gambar 2. 6 Blok Diagram Partial Recycle Process1. Proses Total Recycle (Total recycle Process)Pada proses ini terbagi menjadi dua proses, yaitu :1. Urea Technology Inc. (UTI)Ada proses total recycle, semua amonia, amonium karbamat serta gas umpan CO2 masuk ke dalam reaktor yang beroperassi pada tekanan 210 bar. Amonium karbamat dibentuk dengan bantuan koil pemanas kemudian mengalir keluar pada bagian bawah. Perbandingan antara NH3 dengan CO2 yang digunakan dalam reaktor 4 : 1.1. Mitsui Toatsu Corportion (MTU)Proses ini dikembangkan oleh Toyo Engineering Corporation dimana tahapan sintetis pembentukan urea terdiri ddari Urea Synthetis Reactor untuk mengolah reaktan yang tidak terkonversi, High Pressure Carbamat, Condesor, dan High Pressure Reactor of Gas Scrubber untuk memperoleh yield urea maksimum. Setiap melewati reaktor maka dikondisikan tekanan optimum berkisar 140 bar dan perbandingan umpan masuk amonia dan karbondioksida adalah 3 : 1. Proses ini dibagi menjadi empat unit, yaitu : unit sintesa urea, unit purifikasi, unit recovery, dan unit kristalisasi. Blok diagram dari Total Recycle Process :

Gambar 2. 7 Diagram Alir Total Recycle ProcessPada PT. Pupuk Kujang, jenis proses pembuatan pupuk urea yang dipakai adalah Total Recycle (Mitsui Total recycle, Improved) dengan kondisi operasi pada Reaktor Sintesa Urea tekanan 200 kg/cm2G dan suhu 195 C. Dalam proses Total Recycle, smua amonia dan karbondioksida yang tidak terkonversi dikembalikan ke reaktor. Dibandingkan dengan proses lainnya, proses ini lebih fleksibel karena hanya tergantung pada suplai NH3 dan CO2 yang berasal dari pabrik amonia dan dari permintaan produksi urea.Berdasarkan prinsip recyclenya proses total recycle dibagi menjadi lima, yaitu :1. Hot Gas Mixture Recycle1. Separated Recycle1. Slurry Recycle1. Carbamate Solution Recycle1. StrippingEmpat proses yang pertama memakai tahap dekomposisi yaitu pemisahan campuran hasil reaksi yang terdiri dari urea, amonium karbamat, biuret, air, dan excess amonia.1. Process Hot and Gas Mixture Recycle : campuran gas NH3, CO2, dan air ditekan dalam 2 3 tahap sehingga menjadi 120 130 atm. Kemudian dikondensasikan lalu dikembalikan ke reaktor. Proses ini memberikan keuntungan yaitu konversinya tidak berkurang karena air tidak ikut di-recycle dan masalah korosi dari larutan karbamat dapat dihindari dengan cara penambahan udara anti korosi pada awal proses.1. Process Separated Gas Recycle : dimana gas NH3 dan gas CO2 dipisahkan dari urea ditekan secara terpisah sebelum dikembalikan ke reaktor.1. Process Slurry Recycle : dimana NH3 dan gas CO2 dipisahkan dari larutan urea yang keluar dari reaktor, lalu dikondensasikan agar terbentuk amonium karbamat.1. Process Carbamate Solution Recycle : melibatkan dekomposisi karbamat pad beberapa tahap penurunan tekanan. Pada tiap tahap gas yang dilepaskan (CO2 dan NH3) dikondensasikan atau diabsorbsi oleh larutan hasil kondensasi tahap sebelumnya dan larutan yang dihasilkan dikembalikan ke reaktor.1. Pada proses Stripping terdapat perbedaan yang mendasar dengan proses lainnya yaitu pada cara merecovery amonium karbamat yang terkonversi dari larutan yang keluar dari reaktor. Pada proses ini larutan karbamat distripping dari larutan urea pada tekanan yang sama dengan tekanan pada reaktor. Gas hasil stripping dikondensasikan dan dikembalikan ke reaktor.

BAB IIIDESKRIPSI PROSES3.1 Persiapan BahanPabrik urea memproduksi pupuk urea dari bahan baku amonia (NH3) dan gas karbondioksida (CO2) yang dihasilkan dari pabrik amonia. Proses yang dipakai adalah proses Mitsui Toatsu Recycle C Improved yang memanfaatkan kembali gas-gas yang tidak bereaksi sebagai larutan karbamat dan direcycle ke reaktor urea dengan kapasitas terpasang 1.725 MT/hari atau 570.000 MT/hari.Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan urea yaitu amonia cair dan gas karbondioksida. Kualitas bahan baku dapat dilihat sebagai berikut :3.1.1 Amonia CairAmonia diperoleh dari hasil reaksi antara gas hidrogen dengan gas nitrogen yang dilakukan pada unit amonia. Hidrogen untuk proses pembuatan amonia diperoleh dari hidrokarbon pada gas alam, sedangkan gas nitrogen dapat diperoleh dari udara bebas.Spesifikasi amonia cair yang diperbolehkan adalah :1. Kadar Amonia:minimal 99,5 % berat1. Kadar Air:minimal 0,5 % berat1. Minyak:maksimal 5 ppm (b/b)1. Tekanan:18 kg/cm2.G1. Temperatur:25 30 C1. Jumlah Normal:40.983 kg/jam1. Jumlah Rancang:49.180 kg/jam3.1.2 Gas KarbondioksidaGas karbondioksida diambil dari unit amonia yang merupakan hasil samping dari pembuatan amonia sintet