Revisi Proses Pembuatan Syngas

of 57 /57
Makalah Perancangan Produk dan Proses Kimia Proses Pembuatan Gas Sintesis DOSEN PENGAMPU: AJI PRASETYANINGRUM, S.T., M.Si. DISUSUN OLEH : APRILIA LAILA FAJRIN (21030112130049) BRAMANTYA BRIAN SUWIGNJO ( 21030112140169) DANUGRA MARTANTYO (21030112140054) HARI WISNU MURTI (21030112130105) NUGRAHENI DWIANDINI (21030112130118) FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG i

description

pembuatan syngas

Transcript of Revisi Proses Pembuatan Syngas

Makalah Perancangan Produk dan Proses Kimia

Proses Pembuatan Gas Sintesis

DOSEN PENGAMPU:

AJI PRASETYANINGRUM, S.T., M.Si.

DISUSUN OLEH :

APRILIA LAILA FAJRIN(21030112130049)

BRAMANTYA BRIAN SUWIGNJO(21030112140169)

DANUGRA MARTANTYO(21030112140054)

HARI WISNU MURTI(21030112130105)

NUGRAHENI DWIANDINI(21030112130118)

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2015PRAKATA

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya penulisan makalah Perancangan Produk dan Proses Kimia berjudul Proses Pembuatan Gas Sintesis dapat diselesaikan dengan baik.

Seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan akan bahan-bahan kimia semakin besar sehingga pembangunan industri kimia perlu lebih diprioritaskan. Industri kimia merupakan salah satu industri vital dan strategis, untuk itu hampir setiap negara di dunia, tak terkecuali Indonesia banyak memberikan perhatian pada pengembangan industri kimia, mengingat industri ini banyak mempunyai keterkaitan dengan pengembangan industri lainnya. Salah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah gas sintesis. Bahan kimia dasar ini merupakan bahan bakupembuatan produk kimia intermediet. Secara langsung gas sintesa digunakan sebagai bahan baku pembuatan ammonia, methanol dan lain sebagainya.Oleh karena itu, pemilihan perancangan proses pembuatan gas sintesis ini akan membawa dampak positif untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri dankegiatan ekspor ke berbagai negara.

Proses penulisan makalah ini tidak terlepas dari bantuan pelbagai pihak. Pada kesempatan ini disampaikan terima kasih kepada Aji Prasetyaningrum, S.T., M.Si.selaku dosen pengampu mata kuliah Perancangan Produk dan Proses Kimiayang telah memberikan bimbingan mengenai dasar perancangan produk dan proses kimia di industri.Penulisan makalah ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun diharapkan demi kesempurnaan penulisan yang lebih baik.

Semoga makalah perancangan produk dan proses kimia ini dapat memberikan manfaat bagi perkembangan ilmu dan pengetahuan masyarakat.Semarang, April 2015Penulis DAFTAR ISIHALAMAN JUDULi

PRAKATAiiDAFTAR ISIiiiDAFTAR GAMBARiv

DAFTAR TABELv

BAB I PENDAHULUAN1

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik1

1.2 Prospek dan Pemasaran1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA3

2.1 Gas Alam3

2.2 Gas Sintesis4

2.3 Pembuatan Gas Sintesis4

2.4 Pemilihan Proses7

2.5 Spesifikasi Bahan7BAB III METODE PERCOBAAN13

3.1 Penetapan Jenis Reaksi13

3.2 Distribusi Bahan Kimia15

3.3 Pemurnian Gas Sintesis16

3.4 Kondisi Operasi (Suhu dan Tekanan)17

3.4.1 Proses Pendahuluan17

3.4.2 Proses Steam Reforming18

3.4.3 Proses Konversi Shift CO (CO Shift Convertion)193.4.4 Proses Pengambilan Gas CO2193.4.5 Pembentukan Metana Kembali19

3.5 Integrasi Perancangan20BAB IV PENUTUP26

4.1 Kesimpulan26

4.2 Saran26DAFTAR PUSTAKA27DAFTAR GAMBARGambar 2.1. Blok Diagram Steam Reforming 5

Gambar 2.2. Proses CO2 Reforming (Dry Reforming)6Gambar 2.3. Blok diagram Oksidasi Parsial7

Gambar 2.4. Proses Autothermal Reforming8Gambar 3.1. Block Flow Diagram reaksi utama pembentukan gas sintesis dengan proses steam reforming15Gambar 3.2. Block Flow Diagram distribusi bahan kimia dari proses steam reforming16Gambar 3.3. Block Flow Diagram tahap pemurnian sintesis gas17Gambar 3.4.Block Flow Diagram Tahap Pembuatan Gas Sintesis (H2) dari Gas Alam dengan Pengelolaan Suhu dan Tekanan20Gambar 3.5. Mechanical flowsheet operasi pembuatan gas sintesis20Gambar 3.6. Mechanical Flowsheet pembuatan gas sintesis25DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Data Proyeksi Kebutuhan Amonia di Pasar Dalam Negeri1Tabel 2.1 Analisis 4 Proses Pembuatan Gas Sintesis9

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik

Seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan akan bahan-bahan kimia semakin besar sehingga pembangunan industri kimia perlu lebih diprioritaskan. Industri kimia merupakan salah satu industri vital dan strategis, untuk itu hampir setiap negara di dunia, tak terkecuali Indonesia banyak memberikan perhatian pada pengembangan industri kimia, mengingat industri ini banyak mempunyai keterkaitan dengan pengembangan industri lainnya.

Salah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah gas sintesis. Bahan kimia ini dapat diproduksi dari gas alam sebagai produk kimia dasar. Gas sintesis secara langsung dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan methanol, ammonia, aldehid, dan lain sebagainya.Proyeksi kebutuhan ammonia dalam negeri semakin meningkat seiring dengan peningkatan industri-industri yang menggunakannya. Oleh karena itu, maka pendirian pabrik gas sintesis sebagai bahan baku pembuatan ammonia akan membawa dampak positif, hal ini disebabkan karena untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri di samping itu juga dapat mensuplai kebutuhan pasar ekspor di berbagai negara.

1.2 Prospek dan Pemasaran

Prospek dari produksi gas sintesis cukup menarik dilihat dari peningkatan kebutuhan ammonia di dalam negeri setiap tahun yang secara langsung berdampak pada peningkatan kebutuhan produksi gas sintesis. Kebutuhan ammonia di dalam negeri ditampilkan pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Data Proyeksi Kebutuhan Amonia di Pasar Dalam Negeri

TahunJumlah (Ton)

20093.980.746

20104.219.591

20114.979.118

20125.506.904

20135.892.387

Sumber : Diolah oleh indochemicalDari Tabel 1.1 terlihat bahwa kebutuhan amonia di dalam negeri cenderung mengalami peningkatan rata-rata 10.40 % per tahun. Hal ini disebabkan oleh sudah berdirinya beberapa pabrik pupuk di Indonesia serta untuk meningkatkan permintaan pasar luar negeri.

Dengan luasnya cakupan penggunaan amonia di Indonesia, baik secara industri maupun secara langsung menunjukkan bahwa permintaan akan amonia cukup besar dengan kata lain prospek pemasarannya sangat menjanjikan.

Nilai Gross Profit Margin (GPM) yang didapat untuk pembuatan amonia adalah sebesar Rp.10.100/Kg NH3 (Data Perhitungan di Lampiran A). Nilai GPM ini diperkirakan cukup menarik perhatian investor untuk mendirikan pabrik amonia, karena nilai tambah produk lima kali lipat dari harga bahan baku.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gas Alam

Gas alam sering juga disebut sebagai gas bumi atau gas rawa, adalah bahan bakar fosil berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana (CH4). Ia dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara.

Metana adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global ketika terlepas ke atmosfer, dan umumnya dianggap sebagai polutan ketimbang sumber energi yang berguna. Meskipun begitu, metana di atmosfer bereaksi dengan ozon, memproduksi karbon dioksida dan air, sehingga efek rumah kaca dari metana yang terlepas ke udara relatif hanya berlangsung sesaat. Sumber metana yang berasal dari makhluk hidup kebanyakan berasal dari rayap, ternak (mamalia) dan pertanian (diperkirakan kadar emisinya sekitar 15, 75 dan 100 juta ton.

Nitrogen, helium, karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S), dan air dapat juga terkandung di dalam gas alam. Merkuri dapat juga terkandung dalam jumlah kecil. Komposisi gas alam bervariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya. Campuran organosulfur dan hidrogen sulfida adalah kontaminan (pengotor) utama dari gas yang harus dipisahkan . Gas dengan jumlah pengotor sulfur yang signifikan dinamakan sour gas dan sering disebut juga sebagai "acid gas (gas asam)". Gas alam yang telah diproses dan akan dijual bersifat tidak berasa dan tidak berbau. Akan tetapi, sebelum gas tersebut didistribusikan ke pengguna akhir, biasanya gas tersebut diberi bau dengan menambahkan thiol, agar dapat terdeteksi bila terjadi kebocoran gas. Gas alam yang telah diproses itu sendiri sebenarnya tidak berbahaya, akan tetapi gas alam tanpa proses dapat menyebabkan tercekiknya pernafasan karena ia dapat mengurangi kandungan oksigen di udara pada level yang dapat membahayakan.

Gas alam dapat berbahaya karena sifatnya yang sangat mudah terbakar dan menimbulkan ledakan. Gas alam lebih ringan dari udara, sehingga cenderung mudah tersebar di atmosfer. Akan tetapi bila ia berada dalam ruang tertutup, seperti dalam rumah, konsentrasi gas dapat mencapai titik campuran yang mudah meledak, yang jika tersulut api, dapat menyebabkan ledakan yang dapat menghancurkan bangunan (Tampubolon dan Hertina, 2011)2.2 Gas Sintesis

Gas sintesis (synthetic gas / syngas) merupakan gas yang diperoleh dari suatu proses, misalnya dari proses penyulingan minyak bumi atau dari proses gasifikasi batubara. Gas sintesis yang diperoleh merupakan bahan antara atau intermediate material pada pembuatan ammonia dan karbondioksida merupakan hasil sampingnya yang digunakan dalam proses pembutan pupuk. Gas sintesis terdiri dari beberapa senyawa kimia, yakni Hidrogen (H2) 56,4%, Nitrogen (N2) 33,1%, Metana (CH4) 7,1%, Uap air (H2O) 1,7%, Karbon monoksida (CO) 1,3% dan Karbon dioksida (CO2) 0,4% (Subekti, 2005) dalam Sirait dan Erika (2005). Pembuatan gas sintesis dapat juga berasal dari gas alam.2.3 Pembuatan Gas Sintesis

Proses pembuatan gas sintesis terdiri dari: proses steam reforming, oksidasi parsial, CO2 reforming, dan autothermal reforming.

1. Steam reforming

Gas alam sekarang menjadi bahan baku dominan dengan steam reforming sebagai metode dasar yang digunakan industri dalam pembuatan gas sintesis (dan hidrogen). Steam reforming merupakan reaksi endotermis antara gas alam (metana) dengan steam menghasilkan hidrogen dan karbon monoksida, yang disebut juga gas sintesis (syngas).

CH4 + H2O ( CO + 3H2(H(298 = +206 kJ(mol-1(2-1)

Secara tipikal, reaksi ini berlangsung pada suhu antara 700 dan 850(C, tekanan antara 3 dan 25 bar, dan menggunakan katalis berbasis Ni. Karena steam reforming gas alam memiliki rasio H2/CO tinggi (stoikhiometri H2/CO = 3), maka reaksi ini bisa dikatakan ideal untuk mendapatkan aliran gas hidrogen dengan kemurnian tinggi dari produk syngas (Fidalgo & Menndez, 2013).

Steam reforming, yaitu reaksi antara gas alam (metana) dengan steam yang bersifat sangat endotermis (206 kJ/mol), menghasilkan karbon monoksida (CO) dan hidrogen(atau sebutan lain water gas((H2).

CH4 + H2O ( CO + 3H2(H(298 = +206 kJ(mol-1(2-1)

Selanjutnya, dalam meningkatkan konsentrasi H2 dalam campuran produk, steam ditambahkan sehingga terjadi reaksi water gas shift/WGS (2) (en.wikipedia.org). Dalam industri, penyesuaian rasio H2/CO berdasarkan reaksi WGS.

CO + H2O ( CO2 + H2(H(298 = -41 kJ(mol-1(2-2)

Kelemahan reaksi steam reforming ini, ialah adanya penggabungan reaksi WGS sebagai penyesuaian rasio H2/CO akan menambah banyak biaya dan proses keseluruhan menjadi lebih mahal. Selain itu, agar konversi metana lebih besar membutuhkan lebih banyak panas/energi. Panas/energi yang tersedia berasal dari pembakaran feedstock gas alam yang baru masuk (( 25%) atau dari pembakaran gas buang (purge gas) (Barelli et al., 2008; Ogden, 1999)(dalam Fidalgo & Menndez, 2013). Oleh karena itu, terdapat pengurangan jumlah CO2 yang besar, antara 0,35 hingga 0,42 m3 CO2 per m3 H2 terproduksi, disebabkan oleh baik reaksi maupun kebutuhan panas/energi (Muradov, 1998)(dalam Fidalgo & Menndez, 2013).

Secara umum, proses steam reforming dapat digambarkan dalam blok diagram berikut :

Gambar 2.1 Blok Diagram Steam Reforming

(Wasserstoff Linde Engineering.html)

Feed yang berupa gas alam akan melalui feed pre-treatment yang berupa penghilangan debu dan partikel berat lainnya, penghilangan sulfur, dan penghilangan merkuri. Lalu masuk ke tahap steam reforming, dimana pada tahap ini dibagi menjadi 2 yaitu primary reforming dan secondary reforming. Setelah mengalami proses reforming, konsentrasi H2 akan ditingkatkan dalam CO-shift conversion namun hasil samping dari CO-shift conversion ini adalah CO2 sehingga harus dihilangkan melalui adsorpsi.

2. CO2 reforming (Dry reforming)

Dry reforming merupakan reaksi antara gas alam (metana) dan CO2 dengan bantuan katalis, rasio H2/CO pada produk syngas yang didapat sebesar 1 (Rostrup-Nielsen, 1984; Lercher et al., 1999)(dalam Neiva & Gama, 2010). Rasio ini disarankan untuk pembuatan hidrokarbon fraksi lebih tinggi lewat reaksi Fischer-Tropsch, dan memungkinkan dalam produksi turunan hidrokarbon teroksidasi, yang mengeliminasi kebutuhan penyesuaian rasio H2/CO dalam reaksi Water Gas Shift (Fidalgo & Menndez, 2013).

CH4 + CO2( 2CO + 2H2(H(298 = +247 kJ(mol-1(2-3)

Reaksi ini ideal apabila produk syngas digunakan sebagai bahan baku untuk menghasilkan bahan bakar cair penting yang membutuhkan H2 dan CO.Namun, reaksi ini termasuk mahal karena sifat reaksinya endotermis, sehingga membutuhkan banyak energi. Selain itu, kerugian utama dry reforming terletak pada pembentukan secara signifikan zat padat karbon (coke) yang terdeposisi pada permukaan katalis (sisi aktif), sehingga dapat mereduksi umur katalis, yang disebabkan adanya gas CO2 sebagai input (Rostrup-Nielsen, 1984; Chen et al., 2008; Lercher et al., 1999) (dalam Neiva & Gama, 2010).

Secara umum, proses CO2 reforming dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Proses CO2 Reforming (Dry Reforming)

(http://www.htcenergy.com/hydrogen/techPlatformCDRM.htm)Dari gambar 2.2 dapat dilihat bahwa feed yang berupa gas alam akan masuk ke dalam reakror reformer bersamaan dengan CO2. Hasilnya yaitu CO dan H2. Sama seperti steam reforming, untuk meningkatkan konsentrasi H2, hasil dari reformer akan masuk ke tahap CO-shift conversion dan hasil sampingnya adalah CO2. CO2 yang dihasilkan ini akan dikembalikan ke reaktor reformer untuk meningkatkan efisiensi.3. Oksidasi parsial

Proses oksidasi parsial dari gas metana merupakan reaksi katalitik di mana metana bereaksi langsung dengan oksigen dengan adanya katalis, dan produk syngas yang dihasilkan memiliki rasio H2/CO baik, yaitu 2.

CH4 + O2( CO + 2H2(2-4)

Reaksi ini bersifat eksotermis, sehingga lebih ekonomis dibandingkan dengan steam reforming dan dry reforming, karena membutuhkan sedikit energi termal. Namun, proses ini merupakan proses mahal karena harus bereaksi dengan oksigen murni. Selain itu, proses reaksi ini bersifat bahaya karena gas metana (CH4) bereaksi dengan oksigen (O2) dapat menyebabkan ledakan apabila reaksi tidak diberi perhatian penting (Pea et al., 1996) (dalam Neiva & Gama, 2010).

Secara umum, proses oksidasi parsial dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Blok diagram Oksidasi Parsial

(http://www.linde_engineering.com/en/process_plants/hydrogen_and_synthesis_gas_plants/gas_generation/partial_oxidation/index.html)

Berdasarkan gambar 2.3 dapat dilihat bahwa proses oksidasi parsial hampir sama dengan steam reforming ataupun dry reforming. Tahap oksidasi parsial dilakukan dengan mengontakkan feed yang berupa gas alam yang telah mengalami feed pre-treatment dengan oksigen. Lalu ketahap CO-shift untuk meningkatkan konsentrasi H2. Setelah itu akan masuk ke tahap acid gas removal untuk mengurangi kandungan CO2 dan sisa sulfur. Tahap terakhir yaitu adsorpsi untuk menghilangkan kandungan CO2 yang tersisa.4. Autothermal Reforming

Reaksi autothermal reforming pada metana merupakan gabungan dari dua reaksi: steam reforming dan oksidasi parsial. Oleh karena itu, pada reaksi steam reforming, zat-zat juga dikontakkan dengan aliran gas oksigen, dengan adanya katalis (Armor, 1999). Maka, proses ini melibatkan tiga zat (CH4, H2O, dan O2).

Proses autothermal reforming dirancang untuk menghemat energi, karena sumber energi termal yang dibutuhkan berasal dari reaksi oksidasi parsial metana tersebut. Jadi proses membutuhkan energi termal yang juga dihasilkan, yang disebut dengan autotermal (Ayabe et al., 2003; Wilhem et al., 2001) (dalam Neiva & Gama, 2010).

Dalam pembuatan syngas, nilai rasio H2/CO syngas merupakan fungsi dari fraksi reaktan gas yang dimasukkan ke input proses. Maka, rasio H2/CO bisa bernilai 1 atau 2 (Palm, 2002) (dalam Neiva & Gama, 2010).

Secara umum, proses autothermal reforming dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Proses Autothermal Reforming

(http://www.jgc.com/en/02_business/99_sbr/01_tech_innovation/01gas/aatg.html)

Berdasarkan gambar 2.4 dapat terlihat bahwa autothermal reforming merupakan gabungan antara steam reforming dan oksidasi parsial. Hal ini dapat terlihat pada bagian reaktor dimana feed berupa gas alam yang telah mengalami desulfurizer dikontakkan dengan steam dan oksigen. Didalam reaktor tersebut terdapat katalis yang sama seperti dengan katalis steam reforming untuk mempercepat reaksi.2.4 Pemilihan Proses

Dari keempat proses pembuatan gas sintesis, pemilihan proses yang akan digunakan harus dianalisis terlebih dahulu. Analisis dari keempat proses tersebut dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Analisis 4 Proses Pembuatan Gas Sintesis

NOAspekJenis Proses

SteamReformingDry ReformingOksidasiParsialAuthothermalReforming

1Rasio H2/CO3112

2Suhu1233

3Tekanan2132

4Konsumsi Steam3112

5Bahan (Safety dan harga)3211

Jumlah127910

Keterangan :

1 = rendah

2 = sedang

3 = tinggi

Berdasarkan tabel 2.1 dapat dilihat bahwa proses steam reforming merupakan cara yang terbaik apabila dibandingkan dari 5 aspek yaitu rasio H2/CO, suhu dan tekanan oerasi, konsumsi steam, keamanan dan harga bahan baku. Steam reforming merupakan proses yang dapat menghasilkan gas hidrogen dengan kemurnian cukup tinggi dengan rasio H2/CO paling besar.. Untuk proses lain ini seperti oksidasi parsial dan autothermal reforming cocok digunakan apabila rasio H2/CO seimbang dan pastinya untuk menghemat energi (Neiva & Gama, 2010).

2.4.1 Peran Katalis Ni dalam steam reforming

Beberapa jenis katalis dapat digunakan untuk mengaktifkan reaksi steam gas reforming. Sifat utama bagi katalis adalah aktivitas ke arah reformasi reaksi, dan ketahanan terhadap pembentukan karbon. Katalis harus memiliki stabilitas termal yang tinggi untuk mempertahankan aktivitas reformasi di bawah kondisi proses (Neiva dan Gama, 2010). Selain itu, katalis juga harus memiliki ketahanan tinggi terhadap penonaktifan dari keracunan. Secara khusus, stabilitas termal sangat penting untuk kinerja yang baik dari sistem katalitik, karena proses harus terjadi pada suhu yang relatif tinggi, sehingga membutuhkan bahwa dukungan katalitik menjadi tahan api untuk mencegah logam transisi dari yang didirikan.

Proses pembentukan metana dari steam dan CO2 dapat menggunakan katalis yang terbuat dari logam Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Pt, dll. Aktivitas katalitik dari katalis logam yang mendukung katalis Al2O3-MgO adalah Ru > Rh > Ir > Ni > Pt. Logam Ni memiliki keaktifan yang cukup, stabilitas termal yang baik, dan semakin banyak penggunaan logam Ni untuk meningkatkan keaktifan per volume katalis lebih menguntungkan. Walapun logam Ni lebih mudah mendengendapkan logam dan mengoksidasi katalis, namun kekurangan tersebut dapat dikurangi dengan memadukan logam Ni dan logam mulia lainnya (Wu et al., 1983). Mekanisme reaksi steam-methane reforming pada katalis Ni/MgAl2O4 adalah sebagai berikut (Xu dan G.F. Froment, 1989):1. Steam bereaksi dengan permukaan atom Ni untuk mengadsorbsi oksigen dan gas hidrogen.

2. Gas H2 terbentuk secara langsung dan keluar dalam fasa gas dengan keseimbangan terhadap H yang diadsorbsi dan H2.

3. Metana di sdsorbsi pada permukaan atom nikel. Metana yang telah diadsorbsi berekasi dengan oksigen teraadsorbsi membentuk chemisorbed radicals (CHx) dengan x = 03.

4. Oksigen yang telah diadsorbsi dan radikal karbon bereaksi membentuk chemisorbed CH2O, CHO, CO, or CO2.

5. CO and CO2 dihasilkan dalam bentuk molekul CHO and CH2O.2.5 Spesifikasi Bahan

2.5.1Bahan Baku

2.5.1.1Gas Alam

Wujud

: gas

Kenampakan: tidak berwarna

Bau

: tidak berbau

Tabel 2.1. Komposisi Gas Alam

Komponen%mol

CH490,18

C2H61,6

C3H80,91

i-C4H100,45

C5H120,15

N23,6

Ar0,11

CO23

Total Sulfur: 6 ppm

Hg : 2,5 ppm

Density : 0,82 gr/cc

Flash Point : -187 oC

Fire Point : 537 oC

(Sumber: Process Engineering PT. Pupuk Kujang, 2007)

2.5.1.2Udara

Wujud: gas

Kenampakan: tidak berwarna

Bau: tidak berbau

Tekanan: 1 atm

Suhu: 30 oC

Humidity: 83%

Tabel 2.2 Komposisi UdaraKomponen%mol

N278,04

N220,99

Ar0,94

CO20,03

(Sumber: Process Engineering PT. Pupuk Kujang, 2007)2.5.1.3 Air (H2O)

Wujud

: cair

Kenampakan: tidak berwarna

Bau

: tidak berbau

Komposisi air :

pH = 8,4

- Klorat= 16000-21000 ppm

T= 31,5 oC

- Cl= 0,2 ppm

TDS= 35 ppm - Fe= 0,4 ppm

Hardness= 5 ppm sebagai CaCO3 Sulfat= 2,15 ppm

Ca= 800 ppm(Sumber: Process Engineering PT. Pupuk Kujang, 2007)2.5.2 Bahan Pembantu

2.5.2.1 Katalis

a. Mercury Guard Chamber

1. Karbon Aktif

Bentuk

: Amorf Surface Area: 300-2500 m2/g Warna

: hitam Bau

: tidak berbau Terdiri dari : Plat-plat datar, disusun oleh atom-atom C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi heksagon.(Rahmawati dan Lina, 2007)b. Desulfurizer

1. Cobalt Molybdenum

Bentuk

: Ekstrusion

Ukuran

: 1/8 in

Bulk Density: 560 48 kg/ m3 Chemical Composition (%w) :

CoO = 3-4

- Al2O3 = 83-88

MoO = 9-11

- Logam berat = < 0,1

(Rahmawati dan Lina, 2007)

2. Zinc Oxide

Bentuk

: Pellet

Ukuran : 3/16 in

Bulk Density: 1121,3 80 kg/ m3 Chemical Composition (%w) :

ZnO= 80 5- Al2O3 = 4-6

C= < 0,2

- SiO2 = 5-10

S = < 0,15- Logam Berat = < 0,1

Cl = < 0,003

(Rahmawati dan Lina, 2007)

c. Reformer

1. Primary Reformer

Bentuk: Rings

Bulk Density: 75 lb/ft3 Surface Area: 5-15 m2/gr

Pore volume: 0,2-0,3 cc/gr

Ukuran: 5/8 x 5.8 x in

Chemical Composition (%w) :

NiO = 32- CaO = 14

Al2O3 = 54

- SiO2 = 0,1(Rahmawati dan Lina, 2007)

2. Secondary Reformer

Bentuk: Rings

Bulk Density: 80 lb/ft3 Surface Area: 5-15 m2/gr

Pore volume: 0,2-0,3 cc/gr

Ukuran: 5/8 x 5.8 x in

Chemical Composition (%w) :

NiO = 18- CaO = 15

Al2O3 = 67

- SiO2 = 0,01

(Rahmawati dan Lina, 2007)

d. Shift Conversion

1. HTS (High Temperature Shift)

Bentuk: Pellet

Bulk Density: 70 lb/ft3 Surface Area: 66 m2/gr

Ukuran: x in

Chemical Composition (%w) :

Fe = 56,5

Cr = 6,0

(Rahmawati dan Lina, 2007)

2. LTS (Low Temperature Shift)

Bentuk: Pellet

Bulk Density: 91 lb/ft3 Surface Area: 65 m2/gr

Ukuran: x 1/8 in

Chemical Composition (%w) :

CuO = 15,3

- Al2O3= 36,2

ZnO = 32

- S = 0,06

(Rahmawati dan Lina, 2007)

e. Methanation

Bentuk: Cylindrical Pellet

Diameter: 54 mm

Height: 3,6 mm

Chemical Composition (%w) :

NiO = 25-30

Alumina = 0,5

(Rahmawati dan Lina, 2007)

2.5.3 Produk

2.5.3.1 Hidrogen

Sifat Fisis :

Fasa (P, T ruang) : Gas

- Berat molekul : 2,016

Titik Didih pada 1 atm (oC) : -252,7- Temperatur kritis (oC) : -239,9

Titik leleh (oC) : -259,1

- Tekanan kritis (atm) : 13,03

Volume kritis (cm3/mol) : 64,2

- Densitas (gr/ml) : 0,0352

Densitas kritis (gr/ml) : 0,031

- Viskositas (cp) : 0,013

Panas Spesifik (g/moloK) : 19,7

- Kelarutan pada 80oC (ml) : 0,85

Panas Laten Peleburan (kal/mol) : 28

(Yaws, 1999) dalam Rahmawati dan Lina (2007)

Sifat Kimia :

Reaksi hidrogen dan halogen membentuk asamhidrohalogenida

H2 + X2(2HX

Reaksi dengan oksigen membentuk air

H2 + O2(H2O

Reaksi dengan karbon membentuk metana

2H2 + C (CH4 Reaksi dengan nitrogen membentuk ammonia

3H2 + N2(2NH3 Reaksi dengan logam membentuk logam hibrida

H2 + M (MH2 Reaksi dengan oksida logam membentuk logam dan air

H2 + MO (M + H2O

Reaksi hidrogenasi ikatan tak jenuh

RCH=CHR + H2(RCH2CH2R

(Othmer, 1978) dalam Rahmawati dan Lina (2007)

2.5.3.2 Karbon Monoksida

Sifat Fisis :

Fasa (P, T ruang) : Gas

- Tekanan kritis (atm) : 34,99

Berat Molekul (Kg/kmol) : 28,01- Titik leleh (oC) : -207

Titik didih pada 1 atm (oC) : -192- Temperatur kritis (oC) : -140,08

Densitas kritis (lb/ft) : 18,79

- Volume kritis (cm3/mol) : 93,1

Panas Laten Peleburan (Kal/mol) : 200

Entalpi pembentukan standar (Kj/mol) : -110,525

Panas Laten Penguapan (Kal/mol) : 1444

Kelarutan pada 20oC, 1 atm (ml) : 2,32

(Yaws, 1999) dalam Rahmawati dan Lina (2007)

Sifat Kimia :

Reaksi dengan hidrogen pada 230-400oC dan 50-600 atm membentuk methanol

CO + H2(CH3OH

Reaksi dengan metanol dan asetilen menghasilkan asamakrilik

HC=CH+ CH3OH + CO (CH2=CHCOOCH3 Reaksi dengan metanol menghasilkan asam asetat

CH3OH + CO (CH3COOH

Reaksi dengan formaldehid dan air pada 200oC dan 700atm menghasilkan etilen glikol

HCHO + CO + H2O (HOCH2COOH

Reaksi dengan propilen dan Syn Gas menghasilkanButyraldehyde

C3H6 + CO + H2(C4H8O

Reaksi dengan klorin dan katalis karbon aktifmenghasilkan Carbonyl Chloride (Phosgen).CO + Cl2(COCl2(Othmer, 1978) dalam Rahmawati dan Lina (2007)BAB III

PROSES PEMBUATAN GAS SINTESIS

Dalam perancangan proses sintesis menurut Seider et al. (2003) meliputi lima tahapan, yaitu:

1. Eliminasi perbedaan tipe-tipe molekuler berdasarkan reaksi-reaksi kimia.Tahapan awal dalam mempertimbangkan produksi dengan berbagai macam reaksi ataupun dari berbagai macam bahan baku. Tahapan ini dijelaskan lebih lanjut dalam Penetapan Jenis Reaksi.

2. Distribusi bahan kimia dengan mencocokkan sumber (sources) dan pemakai (sinks) (operasi pencampuran/mixing).Pada tahap kedua ini bertujuan untuk mempertimbangkan perkiraan neraca massa dan perlunya dalam aliran recycle (ulang/balik) bahan baku yang belum terkonversi sehingga terjadi operasi mixing bahan baku baru (fresh feed) dan bahan baku pada aliran recycle.

3. Eliminasi perbedaan komposisi dengan adanya separasi (pemisahan).Pada tahap ketiga ini bertujuan untuk memisahkan produk yang masih berada dalam campuran untuk meningkatkan kemurnian produk yang diinginkan.4. Eliminasi perbedaan suhu, tekanan, dan fase.Tahap keempat ini bersifat detail dalam perancangan karena telah melibatkan pengaturan suhu, tekanan, dan perubahan fase sehingga didapatkan suhu, tekanan, dan fase yang sesuai pada setiap alat saat proses dan produk yang dihasilkan.5. Integrasi perancangan (task integration), dengan mengombinasikan operasi dengan unit proses serta menentukan proses secara batch atau kontinu.Tahap terakhir ini merupakan perwujudan operasi pembuatan produk dengan mempertimbangkan penggunaan alat-alat (alat proses/unit processes) yang dipakai berdasarkan aturan-aturan atau ketentuan-ketentuan, yaitu adanya heuristik-heuristik sehingga perancangan bisa dijalankan dalam suatu industri.3.1 Penetapan Jenis Reaksi

Tahapan pertama dalam perancangan sintesis proses, yaitu mengeliminasi perbedaan tipe-tipe molekuler, diketahui proses-proses pembuatan gas sintesis (synthetic gas/syngas) dengan bahan metana dari gas alam, terdiri dari empat macam, yaitu: Steam Reforming menggunakan H2O (yang di dalamnya termasuk reaksi water shift gas atau CO shift conversion), Dry Reforming dengan menggunakan CO2, Partial Oxidation dengan O2, dan Autothermal Reforming (kombinasi steam reforming dan partial oxidation). Berdasarkan keempat jenis reaksi pembuatan gas sintesis, penyusun memilih proses pembuatan syngas secara steam reforming. Alasan pemilihan proses reaksi steam reforming karena dapat menghasilkan gas hidrogen (H2) dalam produk syngas yang lebih banyak daripada gas karbon monoksida (CO), berdasarkan rasio stoikhiometri H2/CO = 3. Gas hidrogen dalam syngas merupakan bahan baku utama dalam industri pembuatan ammonia. Reaksi steam reforming sebagai berikut.

CH4(g) + H2O(g)( CO(g) + 3H2(g)(H(298 = +206 kJ(mol-1(2-1)

CO(g) + H2O(g)( CO2(g) + H2(g)(H(298 = -41 kJ(mol-1(2-2)

CH4(g) + 2H2O(g)( CO2(g) + 4H2(g)(H(298 = +165 kJ(mol-1(3-1)

Karena reaksi (2-1) dan reaksi keseluruhan/overall (3-1) bersifat sangat endotermis, maka reaksi membutuhkan suhu yang lebih tinggi agar produksi gas sintesis maksimal. Secara umum, konversi dapat mencapai 80% pada suhu 1123 K atau 850(C. Oleh karena itu, agar penggunaan energi lebih efisien, penambahan tekanan juga diaplikasikan. Agar dapat menurunkan suhu reaksi secara efisien dan meningkatkan konversi metana bersamaan, keseimbangan pada reaksi steam reforming harus dipecah, karena apabila suhu rendah konversi juga rendah (Chen et al., 2008).

Tahap reforming ini menggunakan katalis berbasis nikel, yaitu Nikel Oksida (NiO). Diharapkan dengan adanya penambahan katalis dapat meningkatkan konversi hingga menjadi 98% (Chen et al., 2008; Mbodji et al., 2012). Proses steam reforming dilakukan dalam dua reformer, yaitu: Primary Reformer dan Secondary Reformer.

Di dalam Primary Reformer, gas alam diubah menjadi gas sintesis yang dilewatkan tube-tube yang diisi katalis nikel (NiO) sesuai reaksi (2-1) dan (2-2), sehingga secara keseluruhan ialah reaksi (3-1). Pada Gambar 3.1, proses di Primary Reformer ditunjukkan pada bagian Steam Reforming 1. Gas yang keluar dari Primary Reformer masih terdapat kadar CH4 cukup tinggi, sehingga akan diproses lebih lanjut di Secondary Reformer.

Secondary Reformer terdiri atas dua bagian, yaitu bagian atas (mixing zone) dan bagian bawah (reaction zone). Pada Gambar 3.1, operasi Secondary Reformer ditunjukkan pada bagian Steam Reforming 2. Gas alam dan udara masuk Secondary Reformer secara terpisah pada bagian atas. Panas yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam reaktor. Pembakaran juga bertujuan untuk menambah kebutuhan steam yang akan direaksikan pada reaction zone. Reaksi pembakaran yang terjadi di mixing zone ialah:

CH4(g) + 2O2(g) ( CO2(g) + 2H2O(g)(H(298 = -802,61 kJ(mol-1(3-2)

2H2(g) + O2(g) ( 2H2O(g)(H(298 = -241,997 kJ(mol-1(3-3)

Dari mixing zone gas panas masuk reaction zone dengan katalis Nikel Oksida. Panas yang dihasilkan dari mixing zone digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis NiO. Reaksi yang terjadi adalah:

CH4(g) + H2O(g) ( CO(g) + 3H2(g)(H(298 = +206 kJ(mol-1(2-1)

CO(g) + H2O(g) ( CO2(g) + H2(g)(H(298 = -41 kJ(mol-1(2-2)

CH4(g) + 2H2O(g) ( CO2(g) + 4H2(g)(H(298 = +165 kJ(mol-1(3-1)

Selanjutnya, gas CO yang masih terbentuk di Secondary Reformer dikonversi menjadi CO2 dalam CO Shift Converter. CO Shift Converter terdiri dari dua bagian, yaitu: High Temperatur Shift Converter (HTS) pada bagian atas, dan Low Temperature Shift Converter (LTS) pada bagian bawah. Reaksi yang terjadi dalam CO Shift Converter ialah:

CO(g) + H2O(g) ( CO2(g) + H2(g)(H(298 = -41 kJ(mol-1(3-4)

Jadi, proses steam reforming meliputi tiga tahap, yaitu: proses steam reforming pada Primary Reformer, Secondary Reformer, dan CO Shift Conversion.

Gambar 3.1. Block Flow Diagram reaksi utama pembentukan gas sintesis dengan proses steam reforming

3.2 Distribusi Bahan Kimia

Karena konversi mendekati sempurna (98%), maka tidak diperlukan arus recycle bahan gas alam. Hal ini disebabkan pada arus keluar (output), kandungan metana dalam gas alam di Secondary Reformer sangat kecil dibandingkan dengan arus bahan metana masuk (input feed) ke Primary Reformer. Sehingga komponen produk yang banyak terbentuk ialah: H2, CO, dan CO2.

Kemudian, CO direaksikan lagi dengan H2O pada CO Shift Converter menjadi CO2 dan H2, maka kandungan CO berkurang, sedangkan CO2 dan H2 semakin meningkat.

Gambar 3.2. Block Flow Diagram distribusi bahan kimia dari proses steam reforming3.3 Pemurnian Gas Sintesis

Pemurnian syngas dilakukan untuk mengambil gas CO2 dari low temperature shift converter (LTS) dan untuk membentuk metana kembali. Tahap pertama pemurnian dilakukan dalam kolom absorber. Gas masuk kolom absorber dari bagian bawah kolom dan mengalir ke atas lewat tiga buah bed. Absorbent yang digunakan adalah larutan benfield. Larutan lean benfield masuk ke dalam kolom absorber CO2 dari puncak menara. Larutan lean benfield dihasilkan dari proses proses stripping CO2. Pada proses absorbsi terjadi reaksi kimia antara CO2, H2O, dan K2CO3 membentuk KHCO3.

Larutan rich benfield keluar dari dasar kolom absorber CO2 diturunkan tekanannya dalam liquid expander kemudian masuk kolom stripper CO2. Di stripper, komponen CO2 dalam larutan rich benfield dipisahkan secara cepat (diflashkan). Kemudian sisa CO2 dipisahkan menggunakan steam bertekanan rendah. Larutan lean benfield hasil regenerasi memiliki kadar CO2 di bawah 0,1%v/v.

Tahap kedua adalah pembentukan metana. Dari kolom absorber CO2, gas proses dipanaskan sampai suhu 47oC dalam methanator feed heater. Gas CO dan CO2 sisa diubah menjadi metana dalam methanator berisi katalis nikel oksida. Kadar maksimum CO dan CO2sisa sebesar 0,6% dan 0,1% karena secara teoritis 1% CO mampu menaikkan suhu sekitar 72oC.

Kenaikan suhu gas sintesis di methanator terlalu tinggi dicegah dengan adanya interlock dalam methanator sehingga aliran masuk dapat dicegah jika suhunya naik. Keluar methanator kadar maksimum CO dan CO2 dalam gas sintesa sebesar 0,3 ppm (Rahmatika dan Hasanah, 2012).

Gambar 3.3. Block Flow Diagram tahap pemurnian sintesis gas

3.4 Kondisi Operasi (Suhu dan Tekanan)

3.4.1 Proses Pendahuluan

Fresh feed gas alam masih banyak mengandung impuritas, seperti debu, cairan hidrokarbon fraksi berat, merkuri, dan sulfur, sehingga bahan-bahan impuritas ini harus dihilangkan sebelum operasi steam reforming, karena akan berpengaruh selama operasi. (Hal ini sesuai pada heuristik nomor 3 (Seider et al., 2003), tentang pemisahan reaktan inert namun dapat berpengaruh pada katalis.) Tahap persiapan bahan baku gas alam berupa pemurnian gas alam ini meliputi tiga tahap (Gambar 3.4):

1. Pemisahan debu dan cairan hidrokarbon fraksi berat

Pemisahan ini bertujuan untuk menjaga pori-pori katalis desulfurizer tidak tersumbat. Diawali dari proses pemurnian yaitu dengan cara memisahkan antara gas alam kotor menjadi gas alam bersih yang dilewatkan pada alat Knock Out Drum. Gas alam kotor dalam kondisi atmosferik dilewatkan pada kompresor sehingga berada pada tekanan 10,7 atm. Pemilihan kompresor berdasarkan heuristik 34 bahwa kompresor digunakan untuk menaikkan tekanan diatas 206 kPa kemudian dilewatkan pada heat exchanger untuk menaikkan menjadi 32oC berdasarkan heuristik 25 dan 26 (Seider et al., 2003) bahwa selisih kenaikan suhu kurang dari 250oF menggunakan heat exchanger. Kemudian dilewatkan pada Knock Out Drum sehingga keluar hasil atas berupa gas CH4 dengan kemurnian tinggi dan debu serta fraksi berat kemudian dialirkan ke burning pit untuk dibakar.2. Penghilangan merkuri (Hg)

Gas alam hasil pemurnian gas alam pertama dimungkinkan masih mengandung merkuri, maka harus dihilangkan. Penghilangan merkuri dilakukan dalam Mercury Guard Chamber dengan menggunakan karbon aktif yang diimpregnasikan sulfur di dalamnya. Merkuri dapat diikat oleh sulfur, dengan reaksi:

Hg(l) + S(s)( HgS(l)3. Penghilangan sulfur (desulfurization)

Proses desulfurisasi merupakan proses penghilangan kadar belerang (sulfur) yang terkandung dalam gas alam dengan Desulfurizer. Bertujuan untuk meminimalkan kadar sulfur dalam gas alam sesuai syarat umpan gas masuk Primary Reformer. Penghilangan senyawa sulfur dilakukan dalam dua tahap yaitu: Cobalt-Molybdenum Hydrotreater (Co-Molybdenum Hydrotreater) dan Zinc Oxyde Guard Chamber (ZnO Guard Chamber).

Dalam Co-Molybdenum Hydrotreater, gas hidrogen sulfida (H2S) terbentuk dari dekomposisi senyawa sulfur dengan gas hidrogen, sebagai berikut:

RSH + H2(g)( RH + H2S(g)(RSR + 2H2(g)( RH + RH + H2S(g)(Gas H2S selanjutnya dimasukkan ke ZnO Guard Chamber, sehingga terjadi reaksi antara ZnO dan H2S:

H2S(g) + ZnO ( ZnS + H2O3.4.2 Proses Steam Reforming

Selanjutnya gas alam hasil pemurnian akan direaksikan dengan gas H2O pada sistem steam reforming untuk didapatkan gas H2. Pada steam reforming gas CH4 dimampatkan hingga 37,9 atm. Pemilihan kompresor berdasarkan heuristik 34 (Seider et al. 2003) bahwa kompresor digunakan untuk menaikkan tekanan diatas 206 kPa dengan konsekuensi suhu naik menjadi 51,743oC. Kemudian dilewatkan pada Heat Exchanger Shell-Tube (Wikipedia.org) gas dalam beberapa Heat Exchanger sehingga suhu gas menjadi 500oC berdasar heuristik 26 dan 28 (Seider et al., 2003) untuk dapat memenuhi spesifikasi alat Primary (Steam) Reformer. Suhu turun setelah keluar dari alat Primary Reformer karena reaksi berlangsung secara endotermis.Hasil keluaran dari Primary Reformer selanjutnya dimasukkan ke dalam Secondary Reformer. Spesifikasi alat Secondary Reformer dijalankan pada kondisi suhu input 754oC sehingga suhu dinaikkan dengan Heat Exchanger, berdasarkan heuristik 26 dan 28 (Seider et al., 2003), dan tekanan 34,26 atm diturunkan dengan Expander berdasarkan heuristik 40 (Seider et al., 2003). Metana keluaran primary steam reformer dilewatkan pada Ekspander untuk mengurangi tekanan. Terjadi kenaikan suhu pada keluaran dari secondary steam reformer menjadi 843,5oC dengan tekanan tetap dikarenakan reaksi berlangsung secara eksotermis.

3.4.3 Proses Konversi Shift CO (CO Shift Convertion)

Hasil yang keluar dari Secondary Reformer masih mengandung kadar CO, sehingga perlu diubah menjadi CO2. Saat masuk ke converter pertama, yaitu HTS, suhunya harus 320oC. Oleh karena itu, agar terdapat penurunan suhu dari 843,5oC menjadi 320oC, perlu adanya heat exchanger berdasarkan heuristik 29 (Seider et al., 2003). Keluaran HTS diperkirakan memiliki suhu 434oC dan tekanan 32,2 atm. Demikian pula, saat masuk ke LTS, suhunya harus 209oC dan tekanan 32 atm. Oleh karena itu, perlu juga dipasang heat exchanger. Hal ini disebabkan tekanan tidak mengalami penurunan yang signifikan. Hasil keluaran LTS diperkirakan memiliki suhu 216oC dan tekanan 31,7 atm.

3.4.4 Proses Pengambilan Gas CO2Langkah selanjutnya, gas dilewatkan ke CO2 Absorber untuk dimurnikan dari kandungan gas CO2. Sebelum masuk Absorber gas dikondisikan pada tekanan 31,1 atm dengan melewatkannya pada Ekspander berdasarkan heuristik 40 (Seider et al., 2003) dan didinginkan melalu Heat Exchanger berdasarkan heuristik 26 dan 29 (Seider et al., 2003), sehingga berada pada suhu 85oC. Larutan kaya akan senyawa Benfield yang keluar dari dasar CO2 Absorber diturunkan tekanannya menggunakan Liquid Expander kemudian masuk dari bagian samping atas CO2 Stripper untuk mengalami flashing sebagian CO2 dapat terpisah. Sebelum masuk stripper, gas dipanaskan hingga 99oC menggunakan Heat Exchanger. Sisa gas CO2 yang tidak terlepas, dilepaskan dengan steam bertekanan rendah. 3.4.5 Pembentukan Metana Kembali

Gas yang keluar dari atas CO2 Absorber kadar COnya dibawah 0,1 % volume dan dialirkan ke Methanator untuk diubah menjadi metana. Sebelum masuk metanator tekanan diturunkan hingga 30,9 atm menggunakan Ekspander berdasarkan heuristik 40 (Seider et al., 2003) dan suhu diturunkan pada 47oC menggunakan Heat Exchanger berdasarkan heuristik 29 (Seider et al., 2003). Produk keluar dari Methanator bersifat suhu 316oC dan tekanan 30 atm.

Gambar 3.4.Block Flow Diagram Tahap Pembuatan Gas Sintesis (H2) dari Gas Alam dengan Pengelolaan Suhu dan Tekanan

3.5 Integrasi Perancangan

Pada tahap sebelumnya telah dibahas secara lengkap mengenai operasi pembuatan gas sintesis mulai dari pemilihan bahan baku, pemilihan jenis reaksi, dan kondisi operasi pembuatan gas sintesis. Oleh karena itu, pada tahap ini akan dibahas mengenai pemilihan alat utama untuk proses pembuatan gas sintesis beserta penjelasan kondisi operasi sehingga dapat digunakan sebagai dasar perancangan pembuatan gas sintesis.1. Knock Out Drum

Gas bumi pada umumnya mengandung impurities terutama senyawa sulfur yang dapat mengurangi keaktifan katalis dan senyawa hidrokarbon berat yang dapat menyebabkan kecenderungan terbentuknya deposit karbon. Karena itu, preparasi bahan dilakukan melalui tiga alat pemroses, yaitu knock out drum, mercury guard chamber, dan desulfurizer.

Pada awal proses, gas alam bertemperatur 32oC dan tekanan 10,7 atm mengalir ke Knock Out Drum. Knock out drum merupakan alat yang mempunyai prinsip kerja sebagai separator (pemisah) antara 2 fase (gas dan cair). Pada knock out drum gas alam kotor dipisahkan antara CH4 dengan debu serta cairan hidrokarbon. Di dalam drum, cairan dipisah dari aliran gas, cairan dikeluarkan melalui local level controller dan dikembalikan ke offsite area dan hidrokarbon berat serta kondensat dibakar di burn pit agar tidak menyumbat pipa dan mengganggu proses (Rahmatika dan Hasanah, 2012). Proses ini sesuai dengan heuristik nomor 53 (Seider et al., 2003).

2. Mercury Guard ChamberGas alam hasil pemurnian gas alam pertama dimungkinkan masih mengandung merkuri, maka harus dihilangkan. Penghilangan merkuri dilakukan dalam mercury guard chamber dengan menggunakan karbon aktif yang diimpregnasikan sulfur di dalamnya (Rahmatika dan Hasanah, 2012).

3. Kompresor

Aliran keluar dari mercury guard chamber dinaikkan tekanannya menjadi 41,8 atm. Kemudian gas proses dialirkan menuju preheat coil pada convection section unit primary reformer untuk dipanaskan hingga temperatur 372oC dengan memanfaatkan panas dari flue gas primary reformer (Rahmatika dan Hasanah, 2012). Proses ini sesuai dengan heuristik nomor 34 (Seider et al., 2003).4. DesulfurizerGas proses kemudian dialirkan ke desulfurizer dengan kondisi operasi 372oC. Desulfurizer terdiri dari ruang berisi katalis Co-Mo yang berfungsi untuk mengkatalis reaksi hidrogenasi sulfur organik menjadi anorganik dan ruang adsorben ZnO yang berfungsi mengadsorpsi sulfur anorganik. Diharapkan gas proses yang keluar dari desulfurizer tidak mengandung sulfur lebih dari 0,05 ppm.Senyawa sulfur yang terkandung dalam gas alam terdiri dari dua jenis, yaitu sulfur organik dan sulfur anorganik. Adsorben ZnO hanya mengadsorpsi sulfur anorganik. Oleh karena itu seluruh sulfur organik harus diubah menjadi sulfur anorganik melalui proses hidrogenasi agar dapat dipisahkan dari aliran gas proses.

Kandungan sulfur keluar dari desulfurizer akan semakin tinggi jika katalis sebagian besar telah berubah menjadi ZnS, hal ini disebabkan sifat penghilangan sulfur adalah penyerapan dengan ZnO, dan kenaikan kandungan sulfur keluar dari desulfurizer dapat juga disebabkan temperatur gas masuk terlalu rendah. Dengan suhu gas masuk antara 372oC diharapkan kandungan sulfur keluar desulfurizer < 0,05 ppm (Rahmatika dan Hasanah, 2012).

5. Primary Reformer

Gas bumi yang telah bebas sulfur dicampur dengan steam kemudian gas tersebut didistribusikan melalui primary gas reformer tube yang berisi katalis nikel. Primary reformer dioperasikan pada tekanan 37,9 atm karena pada tekanan yang tinggi reaksi menuju penguraian produk (ketentuan reaksi reversibel). Water gas shift reaction bersifat eksotermis dan tidak terpengaruh oleh perubahan tekananserta dapat menurunkan kadar CO dan menaikkan H2. Suhu keluar primary reformer dijaga antara 7540C dengan metana lolos antara 9-11% mol dry gas.

Hal yang harus dihindari pada waktu pengoperasian primary reformer adalah terjadinya pembentukan karbon (carbon formation) di dalam primary reformer. Perbandinganjumlah steam dengan total karbon (S/C) sebesar 3-4 dan apabila rasio S/C terlalu rendah (