Proses Pembuatan Urea (Proses Pabrik Amoniak Lengkap) bagian 6

Bahan baku pembuatan Pupuk Urea adalah Amoniak dan Karbondioksida, yang mana kedua bahan baku tersebut dihasilkan dari pabrik Amoniak. Amoniak dan Karbondioksida berasal dari synthesa gas alam.

Prosses Pabrik Amonia.

Rumus molekul amoniak adalah NH3 .Terlihat amoniak terbentuk dari gugus N dan H yang masing-masing dapat diperoleh dari H2 (Hidogen) dan N2 (Nitrogen). H2 adalah salah satu komponen gas synthesa yang diperoleh dari pemrosesan gas alam yang mengandung 80 – 95 % CH4 (Metan). Sedang N2 diperoleh dari udara yang mengandung 79% N2 dan 21% O2.

Berikut blok diagram proses pembuatan amonia secara sederhana :

Reaksi-reaksi yang terlibat dalam proses pembuatan NH3 dan CO2 adalah sebagai berikut :

Katalisator

Katalisator adalah suatu senyawa yang berfungsi untuk mempercepat suatu reaksi kimia. Secara fisik katalisator tidak berubah bentuk walaupun terlibat dalam suatu reaksi kimia. Dari bentuknya katalisator di pabrik Amoniak sebagian besar berbentuk padatan. Hanya DEA (Dietanol Amione) yang berbentuk cairan.

Katalisator yang dalam bentuk padatan ini disuplai dari pembuatnya dalam kondisi masih teroksidasi. Untuk mengaktifkanya katalisator harus terlebih dahulu direduksi (penurunan bilangan oksida) menggunakan pereduksi H2 dan CO2, akan tetapi yang umum dipakai adalah H2 karena kenaikan temperatur yang dihasilkan dari aktifasi/reduksi katalis masih dapat dikendalikan dibandingkan bila menggunakan CO sebagai pereduksi.

Berikut adalah salah satu contoh reaksi reduksi katalis Fe3O4 dengan H2 :

3Fe2O3 + H2 — 2Fe3O4 +H2O + Panas

Katalisator yang aktif (tereduksi) bila terkena udara ( O2 ) akan bereaksi dengan cepat dan menghasilkan panas yang besar (pyrophoric) dan sulit dikendalikan, oleh karena itu katalisator baru selalu disuplai oleh penjual dalam bentuk teroksidasi agar pada saat dibuka drumnya ketika akan dimasukkan ke dalam reaktor tidak bereaksi dengan udara.

Untuk menjaga katalisator tetap tinggi aktifitasnya maka beberapa beberapa racun katalis berikut harus dipastikan tidak masuk ke dalam sistem reaksi :

  • Sulfur
  • Carbon
  • CL-
  • Phospat

Khusus untuk katalis synthesa amoniak disamping racun-racun diatas berikut racun-racun lainnya yang dapat menurunkan aktifitas katalis :

  • CO
  • CO2
  • H2O

Tiga tahap dalam penyiapan gas synthesa.

Desulfurisasi.

Gas alam pada umumnya mengandung sulfur dalam bentuk H2S / Sulfur Anorganik dan Sulfur Organik seperti mercaptan yang rumus molekulnya RS. Kadar sulfur anorganiknya di dalam gas alam yang diterima industri pupuk adalah relatif kecil yaitu berkisar 0,18 -0.3 ppm sedang sulfur organiknya relatif tidak ada.

Kadar sulfur dalam gas alam yang diijinkan untuk memasuki Primary Reformer maksimum adalah 0,1 ppm. Untuk menyerap sulfur dari gas yang dari gas  alam digunakan ZnO sebagai adsorbent ini bukan katalis, lihat reaksi no 1.

Keberhasilan adsorbsi sulfur anorganik praktis diadsorbsi pada temperatur yang lebih rendah (200-250oC) dibandingkan dengan sulfur organik (250-400oC).

Kondisi operasi di Desulfurisasi:

  • Pressure                     : 35-40 kg/cm2G
  • Temperature Inlet         : 350-400oC
  • Temperature Outlet      : 330-380oC

Primary Reformer.

Ke dalam Primary Reformer dimasukan Steam bersama gas alam yang keluar dari Desulfurisasi. Sebelum bertemu katalis yang berada dalam tube yang dipanasi secara radiasi oleh burner-burner (seperti burner pada kompor gas), campuran steam dan gas terlebih dahulu dipanasi hingga temperatur reaksi 530-650oC. Hal ini sesuai dengan jenis reaksinya yang endotermis. Disamping reaksi reforming, reaksi shift juga terjadi di Primary Reformer seperti pada reaksi no. 2 dan no. 3.

Untuk menjamin bahwa reaksi berjalan sesempurna mungkin rasio steam terhadap carbon yang ada dalam gas alam (S/C) dijaga sekitar 3,1-4 (mol/mol)

Kondisi operasi Primary Reformer :

  • Pressure                     : 35 – 40 kg/cm2G
  • Temperature Inlet         : 530 – 650oC
  • Temperature Outlet       : 770 – 811oC
  • Kadar CH4 Outle          : 9 – 16 % berat
  • Kadar CO Outlet          : 8 – 9 % berat
  • Kadar H2 Outlet           : 65 – 70 % berat.

Scondary  Reformer.

Pada dasarnya Scondary Reformer berfunggsi untuk menyempurnakan reaksi reforming yang telah terjadi di Primery Reforming. Kalau Primery Reformer sumber panas untuk reaksi reforming yang endotermis disuplay oleh burner-burner yang memberikan  panasnya secara radiasi, maka sumber  panas di Scondary Reformer disuplay oleh udara yang dimasukkan  ke Scondary Reformer menggunakan kompresor udara.

Reaksi pembakaran O2 dari udara dengan H2 hasil reaksi reforming di Primary Reformer :

O2 + H2 à H2O + Panas ( exothermic)

Akan menghasilkan panas yang akan dipakai oleh reaksi reforming Scondary Reformer. Campuran hasil  reaksi di Scondery Reformer ini akan  menyisakan N2 yang praktis tidak/belum bereaksi dengan H2 dan campuran gas lainnya. N2 akan bereaksi dengan H2 nantinya di Converter Amoniak setelah menjalani berbagai proses pemurnian berikutnya.

Kondisi operasi di Scondary Reformer :

  • Pressure                      : 35-40 kg/cm2G
  • Temperature Inlet          : 520-560oC
  • Temperature Outlet       : 950-1050oC
  • CH4 Outlet                   : 0,2-1,0 % berat
  • CO Outlet                    : 10-13 % berat
  • H2 Outlet                      : 54-56 % berat

Tiga tahap proses pemurnian gas synthesa

CO Shift dibagi dalam dua tahap yaitu :

  1. CO Shift Temperatur Tinggi / High Temperature Shift (HTS)
  2. CO Shift Temperatur Rendah / Low Temperature Shift (LTS)

Tujuan Reaksi shift adalah untuk menyempurnakan pembentukan H2 seperti telah dilakukan pada reaksi reforming dengan mereakasikan CO dengan H2O menjadi H2 dan CO2 seperti telah dituliskan pada reaksi no. 3 di atas dan untuk mengurangi CO yang terbentuk di Reformer yang merupakan racun bagi katalisator amoniak.

Pada tahap HTS dimana reaksi masih jauh dari kesetimbangan kimia maka reaksi dilaksanakan pada temperature tinggi (360oC). Sedang  pada LTS dimana reaksi sudah berada pada kesetimbangan, penurunan temperature  reaksi (210oC) akan menggeser kesetimbangan ke kanan atau kearah terbentuknya H2. Dengan demikian LTS akan menyempurnakan reaksi yang eksotermis ini ke arah produk.

Kondisi operasi HTS :

  • Pressure                     : 35-40 kg/cm2G
  • Temperature Inlat         : 340-380 oC
  • Temperature Outlet       : 420 – 440 oC
  • CO Inlet                       : 12-14,5 % berat
  • CO Outlet                    : 2,5-4,5 % berat.

Kondisi operasi LTS :

  • Pressure                     : 35-40 kg/cm2G
  • Temperature Inlet         : 190-210 oC
  • Temperature Outlet       : 220-240 oC
  • CO Inlet                       : 2,5-4,5 % berat
  • CO Outlet                    : 0,2-0,4 % berat
  • CO2 Outlet                   : 16-18 % berat

CO2 Removal

Setelah CO diturunkan sampai kadar terendah, selanjutnya CO2 diturunkan hingga 0,1 %  berat (1000 ppm). Penurunan CO2 dilakukan dengan cara absorbsi oleh larutan K2CO3 ( karbonat) yang konsentraasinya 25-30 % berat di dalam sebuah menara Absprber.

Gas Synthesa yang mengandung 16%-18% berat CO2 dipertemukan dengan larutan karbonat yang mengalir dari atas ke bawah sedang gas mengalir dari bawah ke atas. Selanjutnya dalam pertemuan keduanya, CO2 diserap oleh larutan karbonat sesuai reaksi no.5. Untuk meningkatkan  efektifitas penyerapan oleh K2CO3 diberikan juga Dietanol Amine (DEA) dengan konsentrasi 2,5-3 % berat.

Di Absorber penyerapan dilakukan dalam dua tahap. Absorbsi di bagian bawah absorber dilakukan dengan larutan karbonat yang bertemperature 65-117 oC, sedang absorbsi berikutnya dilakukan di bagian atas Absorber dengan larutan Karbonat bertemperature 65-70 oC. Tujuan tahapan absorbsi ini adalah untuk meningkatkan penyerapan CO2.

Penyerapan CO2 di menara Absorber berlangsung dengan kondisi :

  • Pressure                                       : 27-35 kg/cm2G
  • Temperatur Gas Inlet                      : 100-130 oC
  • Temperatur Gas Outlet                   : 65-70 oC
  • Temperature Larutan Karbonat inlet  :
    • Ke Top menara                     : 65-70 oC
    • Ke Middle Menara                  : 115-117 oC
  • CO2 Inlet                                       : 16-18 % berat
  • CO2 Outlet                                     : 0,04-0,1 % berat.

Sebagian besar K2CO3 dalam larutan Karbonat yang telah banyak menyerap CO2 (Rich Solution) berubah menjadi  KHCO3 seperti terlihat pada reaksi no. 5. Selanjutnya KHCO3 ini harus kembali diubah menjadi K2CO3 agar bisa disirkulasikan ke Absorber untuk menyerap CO2. Hal ini dilakukan di Menara Regenerator dan reaksi yang tejadi adalah reaksi pada no 6.

Dari Absorber yang bertekanan 27-35 kg/cm2G larutan Karbonat (Rich Solution)  dikirim ke regenarator yang tekanan operasinya 0,4-0,8 kg/cm2G. Penurunan   pressure yang cukup besar ini akan menggeser kesetimbangan reaksi no. 6 ke kanan atau ke arah pelepasan CO2 dan pembentuan K2CO3.

Di samping dengan penurunan tekanan, pelepasan CO2 dari larutan karbonat (Rich Solution) juga dibantu dengan pemberian panas yang disuplay dari steam yang masuk dan dibangkitkan di Reboiler-reboiler yang terletak di bagian bawah Regenator.

Kondisi operasi Regenarator :

  • Pressure                     : 0,4-0,8 kg/cm2G
  • Temberature Bottom     : 120-130 oC

Larutan Karbonat yang telah bebas CO2 ( Lean Solution) ini kemudian dikirim kembali ke Absorber, sedangkan CO2 yang keluar dari Regenarator dikirim ke Pabrik Urea.

Metanasi

Setelah keluar dari CO2 Removal gas synthesa masih mengandung 0,3 % CO dan 0,1 % CO2 yang harus dikurangi lagi kadarnya hingga total CO+CO2 maksimum 10 ppm. Pada dasarnya reaksi metanasi yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi reforming, seperti reaksi no.4.

Kondisi operasi Metanasi :

  • Pressure                     : 25-30 kg/cm2G
  • Temperature Inleet        : 280-310 oC
  • Temperature Outlet       : 320-340 oC

Synthesis Loop dan Refrigerasi.

Di dalam Synthesis loop ini terdapat converter amoniak yang berfungsi mereaksikan N2 dengan H2 untuk membentuk Amoniak /NH3. Gas synthesa dengan kadar CO+CO2 maksimum 10 ppm sebelum dimasukkan ke Synthesis loop dinaikkan tekanannya terlebih dahulu ke 130-210 kg/cm2G menggunakan kompressor Synthesis Gas.

Yang perlu diperhatikan adalah rasio H2/N2 dijaga 3 atau sedikit dibawah dari 3. Hal ini penting dipertahankan agar reaksi pembentukan amoniak berjalan maksimal. Pangaturan Ratio ini dilakukan dengan mengatur laju udara yang dimasukkan ke Scondary Reformer.

Reaksi pembentukan amoniak ini berlangsung pada temperature inlet Converter 270 oC dan temperature 530 oC. Dengan temperature setinggi ini, maka amoniak yang terbentuk mustahil diperoleh dalam keadan cair. Untuk itu gas keluar Converter harus terlebih dahulu menjalani pendinginan hingga temperature 6 –(-5)oC. Pendinginan ke temperature ini dilakukan dengan cara,melakukan pertukaran panas antara gas masuk dengan Converter dengan gas keluar Converter, pembangkitan steam dan pemanasan air umpan boiler (BFW), pendinginan dengan menggunakan air pendingin ( cooling water ) serta yang utama adalah pendinginan menggunakan refrigerasi.

Gas yang telah didinginkan,karena masih mengandung H2 dan N2 yang tidak bereaksi, gas dicampur dengan gas dari metanasi dikembalikan ke Converter amoniak. Sistem ini akhirnya merupakan sebuah Loop atau siklue Amoniak.

Di dalam Loop ini juga ada gas-gas yang benar-benar tidak bereaksi yang disebut inert, yaitu CH4 yang berasal dari  Metanasi dan Argon (Ar) yang berasal dari udara yang dimasukkan ke Scondary Reformer. Inert ini konsentrasinya harus dijaga sekitar 7-11 % berat agar reaksi pembentukan amoniak berlangsung maksimal.

Adapun gas dari metanasi yang mengandung CO, CO2 dan H2O sebelum masuk ke dalam synthesis Loop dipertemukan terlebih dahulu dengan gas keluar Converter yang sudah didinginkan dan mengandung amoniak cair. Tujuannya adalah agar CO, CO2 dan H2O yang ada dalam gas dari Metanasi (make up gas) dapat larut dalam amoniak cair dan terbawa ke refrigerasi, tidak ke inlet Converter amoniak.

Kondisi Operasi Converter :

  • Pressure                     : 230-210 kg/cm2G
  • Temperature Inlet         : 250-270 oC
  • Temperature Outlet      : 480-530 oC
  • NH3 Inlet                     : 1,5-5 % berat
  • NH3 Outlet                   : 13-20 % berat.

Refrigerasi

Produk amoniak cair dengan temperature 6 oC – (-5) oC ini selanjutnya dikirim ke Refrigerasi untuk dimurnikan dari H2, N2, CO, CO2, H2O dan inert yang terlarut dalam amoniak cair dan didinginkan hingga temperature -31 oC. Pemurnian dilakukan dengan jalan menurunkan tekanannya dari 130-210 kg/cm2G menjadi 17 kg/cm2G. Dengan jalan ini kelarutan gas-gas tersebut diatas akan turun dan gas-gas akan lepas dari amoniak cair.

Refrigerasi ini seperti layaknya sebuah lemari es dilengkapi dengan kompresor refrigerant. Kompressor ini berfungsi untuk menaikkan pressure uap amoniak agar mudah dicairkan menggunakan air pendingin. Amoniak cair ini selanjutnya dikirim ke penukar panas yang ada di synthesa loop yang dipakai untuk mendinginkan gas keluar Converter amoniak dan mencairkan amoniak yang terdapat dalam gas keluar  Converter. Pendinginan ini mampu membuat amoniak cair keluar loop bertemperature 6-(-5oC).

Uap penukar panas yang keluar dari penukar panas diatas yang merukajan hasil dari peristiwa pertukaaran panasdikirim ke Kompresor refrigeransi. Begitu pula dengan amoniak cair dari hasil pemurnian.

Selanjutnya amoniak cair yang panas (25oC) yang merupakan hasil kondensasi uap amoniak keluar kompressor/discharge dikirim ke pabrik Urea. Sedangkan amoniak cair yang dingin (-31 oC)dari bagian suction komperssor dikirim ke Storage Amoniak.

Demikian proses pembuatan amoniak dan karbondioksida sebagai bahan baku pembuatan Industri Pupuk Urea.

About these ads

9 gagasan untuk “Proses Pembuatan Urea (Proses Pabrik Amoniak Lengkap) bagian 6

  1. wong ndeso mengatakan:

    Wah2…rumit juga prosesnya, mumet aku…..xixixi….

  2. jenny mengatakan:

    thanks gan, dah pising mencari proses amonia. thx.

  3. nlavia86 mengatakan:

    weee- ini spamnya gak dibersihin kenapa ya

  4. Looking arround for another best and cheaps deal

  5. Woooww…proses yg cukuprumit,…pantesan gaji kary pupuk gedhe….
    Salut

  6. Pengin belajar lebih jauh ttg Urea …
    Tempe Penyet

  7. cempaka bodas mengatakan:

    itu buat amoniakan…? bwt ureanya mana?

  8. purwanto mengatakan:

    aku wis kerjo nek pabrik amoniak 25 th.pinginpindah nek pabrikmu opo oleh…piye

  9. purwanto mengatakan:

    sampean biyen opo tahu ketemu aku pas APPI nek solo kae…

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s