TUGAS MANAJEMEN ENERGIManajemen Energi di Industri

BAB I

PENDAHULUAN

1. LATAR BELAKANG

Ammonia (NH3) merupakan bahan dasar pembuatan pupuk yang berbasis nitrogen.

Senyawa ini digunakan sebagai penyedia nitrogen yang siap digunakan dibandingkan

dengan nitrogen bebas yang merupakan senyawa inert karena lebih mudah dikonversi

oleh tanaman. Ammonia mempunyai bau yang sangat menyengat. Titik didihnya sangat

rendah (-33,35°C) pada tekanan atmosfer sehingga berwujud gas yang tidak berwarna

dan sangat mudah larut dalam air membentuk basa lemah ammonium hidroksida

(NH4OH).NH3(g) + H2O(l) NH4OH(l)

Ammonia dapat berwujud cair jika berada pada tekanan tingi yaitu sekitar 10 atm.

Larutannya bersifat basa dan dapat membirukan lakmus merah dan memerahkan larutan fenolftalein.

Kegunaan dari amonia:

1. Sebagai pupuk (NH4)SO4 

2. Untuk pembuatan nitrat

3. Pembuatan garam-garam amonium

4. Untuk obat-obatan

5. Sebagai pewarna

Urea adalah senyawa organik yang tersusun dari unsur karbon, hidrogen, oksigen dan

nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO. Urea juga dikenal dengan nama

carbamide yang terutama digunakan di kawasan Eropa. Nama lain yang juga sering

dipakai adalah carbamide resin, isourea, carbonyl diamide dan carbonyldiamine.

Senyawa ini adalah senyawa organik sintesis pertama yang berhasil dibuat dari senyawa

anorganik, yang akhirnya meruntuhkan konsep vitalisme.

Sekitar 90% urea industri digunakan sebagai pupuk kimia. Urea dalam bentuk butiran

curah (prill) digunakan dalam pertanian sebagai pupuk kimia pemasok unsur nitrogen. Di

tanah, urea akan terhidrolisis dan melepaskan ion amonium. Kandungan N pada urea

adalah 46%, tetapi yang tergunakan oleh tanaman biasanya separuhnya.

Pupuk urea dihasilkan sebagai produk samping pengolahan gas alam atau pembakaran

batu bara. Karbon dioksida yang dihasilkan dari kegiatan industri tersebut lalu dicampur

dengan amonia melalui proses Bosch-Meiser.

Dalam suhu rendah, amonia cair dicampur dengan es kering (karbondioksida)

menghasilkan amonium karbamat. Selanjutnya, amonium karbamat dicampur dengan air

ditambah energi untuk menghasilkan urea dan air.

2. RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana proses pembuatan pupuk ammonia dan urea?

2. Apa saja peralatan dalam pembentukan pupuk ammonia dan urea?

3. Bagaimana flow diagram proses pembentukan pupuk ammonia dan urea?

3. TUJUAN

1. Memahami proses alur pembuatan pupuk ammonia dan urea dari bahan mentah

hingga siap pakai.

2. Mengetahui dan memahami flow diagram proses pembuatan pupuk ammonia dan urea

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pupuk Ammonia

Uraian singkat proses pembuatan pupuk amonia

1. Unit Desulfurizer

Gas bumi dengan kandungan methane 86-90% dimasukkan ke unit Desulfurizer untuk

menghilangkan kandungan gas sulfur dengan menggunakan zat penyerap ZnO.

Gas sulfur dalam gas bumi perlu dihilangkan karena merupakan racun katalis.

2. Unit Primary Reformer

Keluar dari unit Desulfurizer, gas bumi dengan kandungan sulfur dibawah 0,5 ppm

dimasukkan ke unit Primary Reformer.

Di unit Primary Reformer methane direaksikan dengan steam/kukus menggunakan

katalis berbasis Nikel (Ni) menghasilkan gas CO, CO2, H2 serta sisa methane.

Karena reaksi di Primary Reformer berlangsung secara endotermis, maka sebagai

pemanas Primary Reformer dilengkapi dengan burner.

3. Unit Secondary Reformer

Di Secondary Reformer diinjeksikan udara (N2=79 % dan O2 = 21%) sehingga terjadi

reaksi eksotermis antara H2 dan O2. Panas hasil reaksi yang mencapai temperatur

1200°C dipakai untuk memenuhi kebutuhan panas reaksi sisa methane dari Primary

Reformer dengan steam dan menggunakan katalis berbasis Nikel (Ni).

N2 yang ada dalam udara yang diinjeksikan, akan dipakai untuk reaksi pembuatan

amoniak di amonia converter.

4. Unit HTS (High Temperatur Shift)

Didalam HTS dilengkapi katalis berbasis Fe (besi), kandungan gas CO hasil reaksi

dari Primary dan Secondary Reformer direaksikan dengan steam untuk diubah

menjadi CO2.

5. Unit LTS (Low Temperatur Shift)

Prinsip LTS sama dengan HTS, yaitu merubah CO menjadi CO2 tetapi katalis yang

digunakan adalah berbasis Cu (tembaga). Kondisi temperatur di LTS lebih rendah

dibanding HTS dengan tujuan perubahan CO menjadi CO2 lebih sempurna.

6. Unit Absorber & Stripper (CO2 Removal)

Gas CO2 didalam gas proses diserap di menara absorber menggunakan larutan

Benfield (K2CO3 = 27 %, DEA = 2,5 %, V2O5 = 0,8 %).

Penyerapan CO2 oleh larutan Benfield dilakukan secara sirkulasi dan CO2 yang

terserap dilepas di menara stripper dengan striping menggunakan steam.

Selanjutnya CO2 yang diperoleh dikirim ke pabrik urea sebagai bahan baku.

7. Unit Methanator

Gas Sintesa dari menara absorber, dimana kandungan CO2 + CO < 1% dimasukkan ke

unit methanator. Didalam methanator ini CO dan CO2 direaksikan dengan gas H2

menjadi methane.

CO dan CO2 perlu diubah menjadi methane karena merupakan racun katalis bagi

katalis converter amoniak.

8. Unit Kompresor Syngas

Untuk mencapai tekanan reaksi pembentukan amoniak, gas sintesa dikompresi dari

tekanan 27 kg/cm2g menjadi > 125 kg/cm2g.

9. Unit Ammonia Converter

Gas sintesa dengan perbandingan gas hidrogen dan gas nitrogen sekitar 3 : 1,

direaksikan di amoniak converter menggunakan katalis Fe membentuk gas amoniak

Konversi reaksi pembentukan amoniak sekitar 10%-20% , sehingga gas sintesa (H2 &

N2) yang tidak bereaksi disirkulasikan lagi ke amonia converter melalui resirkulator

kompresor.

10. Unit Refrigerasi

Gas amoniak hasil reaksi di amoniak converter dikondensasikan dengan sistem

refrigerasi. Di Unit ini dilengkapi dengan kompresor, chiller dan let down valve.

Amoniak cair yang dihasilkan pada temperatur 10-30°C dikirim ke pabrik urea

sebagai bahan baku sedangkan amoniak cair pada temperatur –32°C dikirim ke

amonia storage.

B. Pupuk Urea

Uraian singkat proses pembuatan pupuk urea

1. Unit Sintesa

Gas CO2 dan amoniak cair sebelum masuk ke unit sintesa dinaikkan tekanannya

sampai tercapai tekananan reaksi (145-150 kg/cm2g) menggunakan kompresor dan HP

pump.

Amoniak dan CO2 akan bereaksi membentuk carbamat secara eksotermis. Panas hasil

reaksi pembentukan carbamat digunakan sebagai panas reaksi pembentukan urea.

Reaksi pembentukan urea sebagai berikut :

2NH3 + CO2 NH2 COO NH4

NH2 COO NH4 NH2 CO NH2 + H2O

2. Unit Resirkulasi

Urea hasil reaksi di unit Sintesa dengan konsentrasi 55 % dikirim ke unit Resirkulasi.

Di unit ini CO2, NH2 dan carbamat yang terikut dipisahkan dari larutan urea sehingga

konsentrasi larutan urea naik menjadi 77 % wt. Sedangkan CO2, NH3 dan carbamat

dikembalikan ke unit sintesa.

3. Unit Evaporasi

Urea melt/bubur urea dipekatkan/dinaikkan konsentrasinya menjadi 97 % wt di unit

evaporator 2 tingkat. CO2 , NH3 dan H2O yang sudah terpisahkan dari larutan urea

dikirim ke unit wwt. Sedangkan urea melt dikirim ke unit prilling tower atau unit

granulasi.

4. Unit WWT

Amoniak, CO2 dan sedikit kandungan urea yang terikut dari unit evaporasi dipisahkan

dari air (H2O) di unit wwt ini. Urea yang terikut dari unit evaporasi diuraikan menjadi

amoniak dan CO2 dan dikembalikan ke unit resirkulasi. Air yang sudah dipisahkan

dari CO2, amoniak dan urea dipisahkan dari proses.

5. Unit Prilling Tower dan Granulasi

Unit prilling tower bertujuan untuk mengubah urea melt menjadi bentuk prill, sedang

unit granulasi bertujuan mengubah urea melt menjadi bentuk granul.

Komposisi produk urea :

- N2 = 46 %

- H2O = 0,3 % (max)

- Biuret = 1 % (max)

Proses Pembutiran Urea di Prilling Tower Kaltim 1

Flow Diagram Granulation

Proses Pembutiran Urea di Granulator Kaltim 4

Proses Granulasi di Nozzle

C. Peningkatan di bidang elektro

Kompressor

Beberapa pengukuran kompresor yang biasa digunakan adalah: efisiensi volumetrik, efisiensi

adiabatik, efisiensi isotermal, dan efisiensi mekanik.

Efisiensi adiabatik dan isotermal dihitung sebagai daya isotermal atau adiabatik dibagi oleh

konsumsi daya aktual.

Efisiensi isotermal

Efisiensi isotermal = Daya masuk aktual terukur / Daya Isotermal

Daya isotermal (kW) = P 1 xQ 1 X log r

36,7

Dimana P1= Tekanan mutlak masuk kg/ cm2

Q1= Udara bebas terkirim/ FAD, m3/jam.

r = Perbandingan tekanan P2/P1

Perhitungan daya isotermal tidak menyertakan daya yang diperlukan untuk mengatasi

gesekan

dan biasanya memberikan efisiensi yang lebih rendah dari efisiensi adiabatis. Nilai efisiensi

yang

dilaporkan biasanya efisiensi isotermal. Hal ini merupakan bahan pertimbangan yang penting

dalam memilih kompresor berdasarkan nilai efisiensi.

Efisiensi Volumetrik

Kompresor Displacement = ? × D2

L x S x ? x n

Dimana D = Diameter silinder, meter

L = jumlah langkah silinder, meter

S = Kecepatan kompresor rpm

? = 1 untuk silinder dengan aksi tunggal dan

2 untuk silinder dengan aksi ganda

n = Jumlah silinder

Dalam prakteknya, panduan yang paling efektif dalam membandingkan efisiensi kompresor

adalah konsumsi daya spesifik, yaitu kW/volum debit aliran, yang dapat digunakan untuk

berbagai kompresor.

Peluang Efisiensi energi pada kompressor

Lokasi Kompresor

Lokasi kompresor udara dan kualitas udara yang ditarik oleh kompresor akan memiliki

pengaruh

yang cukup berarti terhadap jumlah energi yang digunakan. Kinerja kompresor sebagai mesin

yang bernafas akan meningkat dengan udara yang dingin, bersih dan kering pada saluran

masuknya

Suhu Udara pada Aliran Masuk

Pengaruh udara masuk pada kinerja kompresor tidak boleh diremehkan. Udara masuk yang

tercemar atau panas dapat merusak kinerja kompresor dan menyebabkan energi serta biaya

perawatan yang berlebihan. Kompresor menghasilkan panas pada operasinya yang kontinyu.

Panas ini dilepaskan ke

kamar/ruang kompresor sehingga memanaskan udara masuk. Hal ini mengakibatkan

rendahnya

efisiensi volumetrik dan pemakaian daya menjadi lebih besar. Jadi udara dingin yang masuk

akan meningkatkan efisiensi energi kompresor

Penurunan Tekanan dalam Saringan Udara

Saringan udara masuk pada kompresor harus dipasang, atau membawa udara dari lokasi yang

bersih dan dingin. Semakin baik penyaringan pada saluran masuk kompresor, maka akan

semakin rendah biaya perawatan kompresornya. penurunan tekanan yang melintas saringan

udara

harus dijaga minimum (ukuran dan perawatannya) untuk mencegah pengaruh penyumbatan

dan

penurunan kapasitas kompresor.

Ketinggian

Kompresor yang terletak pada tempat yang lebih tinggi akan mengkonsumsi daya yang lebih

besar untuk mencapai tekanan tertentu dibandingkan yang berada pada permukaan laut,

dimana rasio kompresinya lebih tinggi

Pengendalian Kompresor

Kompresor udara menjadi tidak efisien bila alat tersebut dioperasikan dibawah kapasitasnya.

Untuk menghindari kompresor tetap menya la ketika tidak diperlukan, dipasang sebuah alat

kontrol otomatis yang dapat mematikan dan menyalakan kompresor sesuai kebutuhan.

Kondensor

Kondensor adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi air. Prinsip kerja

Kondensor proses perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu

ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan

air sebagai pendingin mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Konsentrasi ammonia sirkulasi

sekitar 10 – 14 % mol. Penurunan konsentrasi dilakukan dengan kondensasi pada

kesetimbangan pada tempratur keluaran kondensor. Ammonia yang terkondensasi dipisahkan

dari sirkulasi dan gas dinaikkan tekanannya dengan kompresor sirkulasi untuk memenuhi

pressure drop pada loop. Efisiensi kondensor dapat ditingkatkan dengan mengoperasikan

pada kondisi maksimalnya peralatan tersebut. Hal ini mengacu pada luas permukaan heat

transfer, laju aliran panas dan dingin, tempratur inlet dan outlet

Motor

Efisiensi motor ditentukan oleh kehilangan dasar yang dapat dikurangi hanya oleh perubahan

pada rancangan motor dan kondisi operasi. Motor beroperasi pada beban 50-100% dan

operasi paling efisien pada beban 75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun

dengan cepat. Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki dampak pada faktor

dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan faktor daya yang mendekati 1 sangat diinginkan

untuk operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk seluruh pabrik, tidak hanya

untuk motor.

BAB III

PENUTUP

A. KESIMPULAN

1. Ammonia (NH3) merupakan bahan dasar pembuatan pupuk yang berbasis nitrogen

dimana senyawa ini digunakan sebagai penyedia nitrogen yang siap digunakan

dibandingkan dengan nitrogen bebas yang merupakan senyawa inert karena lebih

mudah dikonversi oleh tanaman.

2. Urea adalah senyawa organik yang tersusun dari unsur karbon, hidrogen, oksigen dan

nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO. Urea juga dikenal dengan nama

carbamide yang terutama digunakan di kawasan Eropa.

3. Pembuatan Amonia terbagi jadi 10 unit kerja yaitu : Unit desulfirizer, Unit primary

reformer, secondary reformer, High temperature Shift, Low Temperature Shift,

Absorber and Stripper (Pemisahan CO2), Methanator, Kompresor Syngas, Amonia

Converter, dan Refrigasi atau Pengkondensasian

4. Sedangkan pembuatan pupuk Urea terbagi menjadi 5 Unit kerja yaitu : Unit sintesa,

Unit Resirkulasi, Unit Evaporasi, Unit WWT, serta Unit Prilling Tower dan

Granulasi

B. SARAN

Proses flow diagram yang ada di pabrik pembuatan pupuk di Kalimantan Timur ini

sudah jelas sekali digambarkan dan setiap proses pembuatan pupuk ada sistem unit kerja nya

tersendiri. Efisiensi dan SOP dari setiap peralatan juga sudah dijelaskan hanya saja peralatan

disini sedikit kurang menggunakan teknologi yang hemat energi, contohnya menggunakan

peralatan yang low cost, energy monitoring yang seharusnya ada di setiap perusahaan besar,

dan jika dimungkinkan maka perusahaan seharusnya menggunakan bahan bakar yang

renewable energi seperti biomassa atau geothermal.

Referensi

1. http://www.pupukkaltim.com

2. http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja-kondensor.html

3. http://id.wikipedia.org

4. Google.com dengan keyword : Proses flow diagram pembuatan pupuk

5. www.energyefficiencyasia.org