Proses Produksi Amoniak di PT Pusri - Wani Mulyo | Dare to Noble

Proses Produksi Amoniak di PT Pusri

    Proses Pembuatan Amoniak

Pada tulisan ini, saya akan berbagi pengetahuan bagaimana pupuk urea dibuat?Amoniak adalah bahan utama pembuatan pupuk urea oleh sebab itu amoniak harus disintesis terlebih dahulu untuk kemudian diproses menjadi urea. berikut adalah prosesnya: 





Gambar 1 Dasar-dasar proses pembuatan amoniak

a. Input
Dalam proses pembuatan amoniak bahan baku (input) yang digunakan antara lain:

Gas alam 

   Komponen utamanya adalah C , H , O. Dibutuhkan unsur “H” -nya untuk reaksi pembentukan amoniak  ( NH3 ), dan dibutuhkan sebagai sumber energi pembakaran (fuel ) untuk proses dan pembangkit steam. Untuk pembuatan amoniak, gas alam yang digunakan antara lain: CH4 , C2H6 , C3H8 , C4H10 ,C5H12 , C6H14 dan impuritasnya. 

   Air

    Dalam proses pembuatan amoniak, air juga dapat digunakan sebagai penghasil unsur “H”. Air yang digunakan dalam proses ini merupakan air dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi. Air ini dihasilkan melalui proses demineralisasi pada Demin Plant.

   Udara

   Udara yang digunakan berasal dari ambient ( sekeliling ) yang perlu dinaikkan tekanannya lebih dulu melalui kompressor agar dapat masuk kedalam alat proses yang bertekanan tinggi. Dalam hal ini unsur yang dibutuhkan terutama unsur  N2 ( nitrogennya ) yang dibutuhkan dalam membentuk produk amoniak serta bahan pembakaran didalam alat pemanas , maupun dalam proses.

   Utilitas

    Bahan ini didapat dari hasil proses pabrik utilitas antara lain: demin water, tenaga listrik, udara instrument, cooling water, steam bertekanan ( start up atau saat trouble ), nitrogen murni, plant air, dan drinking water. Bahan –bahan diatas digunakan dalam proses pembuatan amoniak.

    Bahan pembantu

     Dalam proses pembuatan amoniak, terdapat juga bahan pembantu dalam prosesnya seperti:


  •     Bahan kimia untuk penyerap CO2
  •     K2CO3
  •     DEA ( ACT-1 )
  •     V2O5
  •     UCON
  •     Bahan kimia pengolah boiler water
  •     Hydrazine
  •     TSP ( tri ssodium phosphate )
  •     NAOH 
  •     H2SO4      
  •     Oil ( minyak pelumas mesin )

b. Proses

     Proses pembuatan amoniak yang digunakan di PT Pusri Palembang terbagi menjadi 8 bagian proses utama yakni:


  •     Feed treating 
  •     Reforming
  •     Purifikasi :
  •     CO-shift converter 
  •     CO2 removal
  •     Methanator
  •     Synthesa loop
  •     Refrigeration


Gambar 2 Diagram proses pembuatan amoniak

Feed treating

     Gas alam yang berasal dari Pertamina disalurkan melalui pipa gas yang berada pada gas station meter menuju  semua pabrik. Aliran gas ini dibedakan menjadi 2 yakni untuk bahan baku proses dan gas alam untuk bahan bakar.
   Bahan baku yang diterima masih mengandung unsur yang tidak diinginkan, seperti: partikel padat, sulfur, heavy hydrocarbon (HHC), karbon dioksida, dan air. Semua unsur ini dipisahkan di area feed treating unit dengan tujuan untuk mendapatkan gas metan yang murni. Tahapan treatment gas alam adalah sebaga berikut:


  • Pemisahan partikel padat
  • Pemisahan sulfur anorganik (H2S)
  • Pemisahan air (dehidrasi)
  • Pemisah hidrokarbon berat (HHC)
  • Pemisah CO2
  • Pemisahan sulfur organik
  • Saturasi/ penjenuhan






Gambar 3 Diagram alir proses pemurnian gas umpan

Reforming unit

    Tujuan dari proses pada reforming unit adalah untuk mereaksikan hidrocarbon dengan steam dibantu oleh katalis nikel agar menghasilkan gas sintesa (N2 dan H2) sebagai bahan baku pembuatan amoniak dan O2 sebagai produk sampingan. Unit ini terdiri dari 2 unit reformer yakni primary reforming dan secondary reforming. Pada primary reforming, terjadi proses pembuatan gas H2. Pada proses ini gas alam yang setelah keluar dari Desulfurizer akan dicampurkan dengan steam (uap air/H2O) kemudian dimasukan kedalam tungku furnace kemudian terjadi reaksi sebagai berikut:

     CH4 + H2O  -->  3H2 + CO
     CO + H2O    -->   H2 + CO2
     Kandungan gas yang dihasilkan pada primary reformer adalah gas H2 dan CO.
   
   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. Berikut reaksi kimia yang terjadi pada secondary reformer:

    2H2 + O2 + N2     --> 2H2O
    CH4 + H2O  --> 3H2 + CO
    CO + H2O   -->   H2 + CO2 
     Kandungan gas yang dihasilkan pada primary reformer adalah gas H2, N2, dan CO.

Purifkasi 

    Tujuan dari proses ini adalah untuk memurnikan gas outlet secondary reformer agar dapat sebagai umpan pada area syntesa amoniak yang dipisahkan adalah senyawa CO dan CO2 pemisahan dengan urutan adalah di HTSC, LTSC, CO2 removal, dan methanator.

CO-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).

Berikut reaksi-reaksi yang terjadi pada kolom shift converter :


Reaksi pada HTS :

     CO  +  H2O --> CO2   +  H2
     Reaksi pada LTS :
     CO   +   H2O --> CO2   +   H2

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,CO2, dan N2.


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) dan larutan benfield : K2CO3. Pada proses ini digunakan larutan benfield dengan reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut: 

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 dan terpisah dari gas H2 , N2 dan CO. 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 pengubahan 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    


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, dan H2O.


      Synthesa loop

    Proses synthesa loop bertujuan untuk mensintesa amoniak (NH3)  dari hidrogen (H2) dan nitrogen (N2) dengan katalis besi dan memurnikan produknya. 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 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 sebagai berikut:

N2    +    H2  --> 2 NH3   


Reaksi berlagsung pada suhu : 480 – 500 0C   ,  tekanan : 140-150 kg/cm2 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 sebagiannya akan diumpan ke kolom HRU (hydrogen recovery unit) proses ini dilakukan untuk memisahkan gas CH4 dan merecovery gas H2. Gas keluaran dari HRU kemudian akan diolah lagi menuju synthesis converters agar menjadi amoniak sementara gas CH4 akan masuk kembali ke unit pengolahan gas alam untuk diproses kembali.


Refrigeration

   Produk amoniak cair dengan temperatur 6 0C – (-5) 0C ini selanjutnya dikirim ke Refrigerasi untuk dimurnikan dari H2, N2, CO, CO2, H2O dan inert yang terlarut dalam amoniak cair dan didinginkan hingga temperatur -31 0C. 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 tekanan 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 bertemperatur 6-(-50 0C). Uap penukar panas yang keluar dari penukar panas diatas yang merukajan hasil dari peristiwa pertukaaran panasdikirim ke Kompresor refrigerasi. Begitu pula dengan amoniak cair dari hasil pemurnian. Selanjutnya amoniak cair yang panas (25 0C) yang merupakan hasil kondensasi uap amoniak keluar kompressor/discharge dikirim ke pabrik Urea. Sedangkan amoniak cair yang dingin (-31 0C) dari bagian suction komperssor dikirim ke storage amoniak. Demikian proses pembuatan amoniak dan karbondioksida sebagai bahan baku pembuatan industri pupuk urea.

c. Output 

     Dari semua proses diatas terbentuk beberapa produk antara lain:


  •    Produk amoniak cair dari  amoniak separator yang masih mengandung gas inert terlarut, melalui sistem flashing dari tekanan  yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah, terjadi proses pemurnian produk amoniak , berupa hot amoniak yang dikirim ke urea plant dan cold amoniak yang dikirim ke storage. 
  •     High pressure purge gas , yang merupakan gas yang tidak ikut bereaksi  di synthesa amoniak, harus dilepaskan dari sistem agar tidak terakumulasi karena dapat mengganggu proses synthesa itu sendiri .
  •      Low pressure purge gas yang berasal dari sistem pemurnian amoniak seperti gas NH3 yang kemudian akan dimasukkan kembali ke Amoniak recovery unit (ARU)
  •      CO2 yang merupakan by product pabrik amoniak, sebagai bahan baku pabrik urea  
  •      Limbah, antara lain: blow down, oil, chemical, dll .     
Sumber: [Slide PT Pusri]

Postingan terkait:

1 Komentar untuk "Proses Produksi Amoniak di PT Pusri"