Nama : Sapta Hadi KesumaNIM : 13521226Proses Industri Kimia - Rangkuman Proses Produksi Amoniak dan Gas Alam

Pada proses pembuatan Amoniak (NH3) dan Gas alam melalui beberapa tahapan ialah

sebagai berikut :

Pengolahan Gas Alam

Pada proses pengolahan Gas Alam,

proses ini terdapat beberapa tahapan yaitu

pengolahan natural gas (CH4 , C2H6 , C3H8 ,

C4H10 dan H2S) masuk ke tangki Preheater

yang mana pada proses ini dilakukan

pemenasan awal. Kemudian, dari preheater

dimasukan ke dalam tangki Desulfurizer

yang berfungsi untuk mereduksi

(menghilangkan) sulfur yang ikut

bercampur pada gas alam. Sulfur

dihilangkan diawal proses karena sulfur sendiri dapat mengganggu proses pembuatan amoniak dan

merupakan zat yag dapat merusak alat-alat pada proses karena sulfur bersifat asam. Yang mana

asam sendiri dapat menyebabkan korosi pada perpipaan dan tangki yang terbuat dari logam tanpa

lapisan steinless steel. Gas alam yang keluar dari proses Desulfurizer ialah CH4 , C2H6 , C3H8 dan C4H10.

Primary Reformer

pada Proses Primary Reformer, yaitu

proses pembuatan gas H2. Pada proses ini

gas alam setelah keluar dari Desulfurizer

akan dicampurkan dengan steam (uap

air/H2O) kemudian dimasukan kedalam

tungku furnace. Terlihat pada gambar

disamping sebelum masuk ke dalam vassel

campuran gas alam dan steam mengalami

pemanasan awal pada pipa yang berada

sebelum masuk kedalam tangki reaksi,

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

H2S

Gas alam :CH4 , C2H6 , C3H8 dan C4H10

[H2O (g)]

kemudian dimasukan kedalam tangki untuk dilakukan perekasian gas alam dan steam. Reaksi yang

terjadi pada tangki yaitu sbb :

CH4 (g) + H2O (g) ↔ CO (g) + H2 (g)

Rekasi diatas berlangsung pada suhu tinggi ( reaksi endotermis ) dengan kondisi reaksi berlangsung

pada suhu 700 – 750 oC dan tekanan 35 atm dengan bantuan katalis Cobalt-Molibdenium.

Kandungan gas yang keluar dari Primary Reformer yaitu :

- H2 >>> - CH4 - C3H8

- CO >>> - C2H6 - C4H10

Note : bahan bakar yang digunakan pada furnace ialah memakai fuel gas (gas alam).

Secondary Reformer

Pada proses secondary reformer yaitu proses

selanjutnya setelah proses primary reformer yang mana

pada proses ini bertujuan untuk menghilangkan kandungan

hidrokarbon. Pereduksian kandungan hidrokarbon dilakukan

dengan mereaksikannya dengan udara. Yang mana nantinya

dari reaksi antara gas alam dan udara akan menghasilkan

panas yang dapat digunakan untuk memurnikan kandungan

N2.

Pada bagian ini terbagi 2 bagian reaksi yang pertama yaitu reaksi pada seksi oksidasi partial

yang mana pada oksidasi ini akan mereksikan semua hidrokarbon dengan oksigen dan menghasilkan

karbon dioksida dan air . Berbeda pada bagian seksi reforming akan terjadi rekasi antara methan dan

air yang menghasilkan karbon monoksida dan hidrogen. Berikut reaksi yang terjadi :

Seksi Oksidasi Partial :

- CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

- C2H6 + 3/2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

- C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

- C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O

- H2 + ½ O2 → H2O

- CO + ½ O2 → CO2

Seksi Oksidasi partial

Seksi Reforming

Primary refromer H2 , CO , CH4 , C2H6 , C3H8 dan C4H10

N2 & O2

Seksi Reforming :

- CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2

Kondisi rekasi pada seksi reforming ialah berlangsung pada suhu 950 oC, tekanan 32 atm dan dengan

menggunakan katalis : Cobalt-Molibdenium.

Kandungan yang keluar dari secondary reformer ialah :

- H2 >>> - CO2 <<<

- N2 >>> - H2O <<<

- CO >>>

Note :

- pada bagian secondary reformer ini hal yang sangat penting untuk diperhatikan ialah pengaturan

jumlah udara yang digunakan untuk mereduksi kandungan hidrokarbon, yang mana jumlah udara

yang digunakan itu hanya cukup untuk mereaksikan hidrokarbon, memang tidak dapat dipungkiri

sebahagian gas H2 juga akan bereaksi dengan udara. Namun jika jumlah udara inlet nya terlalu

banyak maka akan lebih banyak lagi H2 yang akan bereaksi dengan O2.

- panas yang dihasilkan dari pembakaran gas alam, berfungsi untuk memurnikan kandungan N2 dan

akan membantu untuk menghilangkan kandungan hidrokarbon.

Shift converter

Pada proses shift converter ini akan memproses gas hasil

keluaran dari secondary reformer yang mana akan bertujuan untuk

mengubah gas CO CO2 yang kemudian nantinya akan dipisahkan

pada proses selanjutnya. Pada proses ini terdapat 2 proses yang

berbeda yaitu HTS (high temprature shift converter) dan LTS (low

temprature shift converter). Pada gambar disamping terlihat bahwa

gas CO yang masuk dan keluar dari shift converter mengalami

perubahan. Perbedaan antara HTS dan LTS yaitu pada kondisi

berjalannya reaksi yang mana pada HTS reaksi berlangsung pada

suhu dan tekanan tinggi sedangkan pada LTS reaksi berlansung pada

suhu dan tekanan yang lebih rendah. Hal ini disebabkan karena gas

sebelum masuk ke kolom LTS mengalami penurunan suhu oleh heat

exchanger.

Gas:H2 >>>N2 >>>CO >>>CO2 <<<H2O <<<

HTS

LTS

Gas:H2 >>>N2 >>>CO2 >>>H2O <<<CO <<<

Berikut reaksi-reaksi yang terjadi pada kolom shift converter :

Reaksi pada HTS :

CO + H2O ↔ CO2 + H2

Kondisi berlangsungnya reaksi : T = 350 oC – 450 oC

P = 30 atm

Katalis : Fe2O3 , Cr2O3

Reaksi pada LTS :

CO + H2O ↔ CO2 + H2

Kondisi berlangsungnya reaksi : T = 250 oC

P = 25 atm

Katalis : CuO , N2O3

Dari hasil reaksi diatas pada HTS dan LTS sama-sama mengubah gas CO menjadi CO2

sehingga komponen gas CO tinggal sedikit sedangkan gas CO2 mengalami penambahan dari hasil

reaksi pada kolom HTS dan LTS. Setelah proses ini gas keluarannya akan menuju ke proses CO2

removal.

Sehingga gas yang keluar dari proses shift converter yaitu :

- H2 >>> - H2O <<<

- N2 >>> - CO <<<

- CO2 >>>

CO2 Removal

Pada proses CO2 removal terdapat 2 proses yaitu

CO2 absorption yang mana berfungsi untuk memisahkan gas CO2

yang masuk dari LTS dengan bantuan CO2 absorption. Dengan

menggunakan 2 senyawa CO2 absorption yang sering digunakan

yaitu : . larutan amine : MDEA (mono diethanol amine)

Gas : H2 >>> CO2 >>> CO <<<N2 >>> H2O <<<

Gas:H2 CON2

CO2 Stippper

KHCO3

K2CO3

K2CO3

. larutan benfield : K2CO3

Pada proses kali ini kita menggunakan larutan benfield dengan reaksi yang terjadi yaitu sbb:

CO2 + K2CO3 + H2O → 2 KHCO3

Dari reaksi diatas terlihat gas CO2 yang direaksikan dengan larutan benfield dan air akan

membentuk senyawa kalium bikarbonat. Dengan kata lain senyawa inlet yang masuk ke CO2

absorber akan berikatan dengan larutan benfield dan air sehingga membentuk senyawa baru

danterpisah dari gas H2 , N2 dan CO.

Pada gambar, setelah terbentuk senyawa KHCO3 maka akan diumpan ke dalam kolom CO2

Stipper, kolom ini berfungsi untuk memisahkan KHCO3 dengan CO2 sehingga akan kembali

membentuk larutan benfield (K2CO3) yang dapat digunakan kembali sebagai CO2 absorption.

Sedangkan gas CO2 dikeluarkan dari kolom. Biasanya pabrik pembuatan amonia akan berdampingan

dengan pabrik pupuk urea, yang mana CO2 yang dikelurakan dari kolom akan dikirim ke pabrik CO2

untuk proses pembuatan pupuk urea.

Gas hasil keluaran CO2 removal yaitu hanya tinggal kandungan : H2 , N2 dan CO.

Methanator

Pada proses ini akan mengubah gas CO menjadi methana,

yang mana tujuan dari penguabahan CO yaitu untuk mencegah

terjadinya reaksi antara katalis yang digunakan saat mensitesis N2

dan H2 pada proses sintesis amonia nantinya. Dengan kata lain CO

bila bertemu dengan katalis (Fe) pada proses produksi amonia maka

mereka akan bereaksi sehingga menghambat pembentukan amonia.

Reaksi yang terjadi pada proses ini yaitu :

CO + 3 H2 ↔ CH4 + H2O

Kondisi reaksi berlangsun pada suhu: 200 oC – 250 oC , tekanan : 20 atm dengan bantuan

katalis Cobalt-Molibdenium.

Gas :H2

N2

COGas :H2

N2

CH4

H2O

Methana (CH4) yang terbentuk tidak akan bereaksi pada proses selanjutnya sehingga proses

pembuatan amonia sudah dapat dilakukan karena gas keluaran dari methanator hanya tinggal gas

untuk pembuatan amonia yaitu : N2 , H2 , CH4 , H2O.

Synthetic Gas Compressor

Dalam proses pembuatan amonia, nantinya akan berlangsung

pada tekanan tinggi, sehingga untuk mencapai tekanan tinggi gas hasil

keluaran methanator akan diumpankan ke alat synthetic gas

compressor, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan. Pada proses

pembuatan amonia nantinya akan berlangsung pada tekanan tinggi

yaitu 135 atm. Nah dengan menggunakan synthetic gas compressor akan dapat mencapai

tekanan tersebut. synthetic gas compressor disusun secara beratahap (stage) yang mana

berfungsi agar kinerja alat untuk menaikan tekanan lebih mudah dilakukan, dan life time alat

juga akan semakin panjang karena kinerjanya tidak terlalu berat dibandingkan hanya

menggunakan synthetic gas compressor secara tunggal.

Amonia Converter

Pada proses pembuatan amonia setelah gas keluar dari proses synthetic gas compressor

maka pada proses pertama akan langsung diumpan ke dalam proses synthesis converters yang mana

proses ini akan mengubah / mensintesis gas N2 dan H2 menjadi amonia dengan reaksi sbb:

N2 , H2 , CH4 , NH3

Gas:N2

H2

CH4

H2O

Gas:N2

H2

CH4

NH3 : 12%

(NH3 cair 99%)

N2 + H2 ↔ 2 NH3

Reaksi berlagsung pada suhu : 400 – 500 oC , tekanan : 135 atm dengan bantuan katalis : Fe2O3.

Konversi reaksi pembentukan Amonia hanya mencapai 12 %. Dan amonia yang terbentuk

tidak dapat langsung didapatkan hasil amonianya. Gas hasil keluaran dari synthesis converters (N2 ,

H2 , CH4 dan NH3) yang mana sebahagian akan diumpan ke kolom HRU (hydrogen recovery unit)

proses ini dilakukan untuk memisahkan gas CH4 dan merecovery gas H2. Karena CH4 tidak ikut

bereaksi selama sintesis pembuatan amonia maka jumlahnya selama masuk dan keluar akan tetap

sama. Sehingga untuk mencegah bertambahnya CH4 semakin bertambah, jumlah komponen CH4

yang direcovery dan nantinya akan diumpan ke gas recycle ke pengolahan gas alam harus sama

dengan jumlah komponen CH4 yang masuk ke dalam kolom synthesis converters. Gas hasil keluaran

HRU akan di masukan ke dalam synthetic gas compressor untuk menaikan tekanan dan dicampur

dengan dengan fresh gas kemudian diolah kembali ke synthesis converters untuk membentuk NH3.

Untuk proses selanjutnya gas NH3 yang masih bercampur dengan gas N2 ,H2 , CH4 dan sedikit

H2O akan melewati refrigeration section yang akan mengubah NH3 dan H2O menadi fase cair lalu

diumpankan ke kolom separator yang akan memisahkan fase gas dan fase cairan, sehingga NH3 dan

H2O akan terspisah dan keluar menuju storage sedangkan gas N2 , H2 dan CH4 akan masuk kembali ke

proses synthesis converters untuk membentuk NH3. Dan begitulah siklus seterusnya. Konsentrasi

NH3 yang keluar dari tangki separator dapat mencapai 99% kemurniannya.

Note : hal yang harus diperhatikan dalam proses pembuatan amonia ialah :

- Konsentrasi fuel gas

- Konsentrasi steam

- Konsentrasi udara