BAB II TINJAUAN UMUM
2.10 Deskripsi Proses
Bahan baku pembuatan urea adalah amoniak dan CO2 sehingga selain memiliki pabrik untuk memproduksi urea, P.T PUSRI juga memiliki pabrik untuk menghasilkan amoniak dan CO2. Amoniak dapat disintesis dari nitrogen dan gas hidrogen sedangkan CO2 dapat dihasilkan dari proses steam reforming yang kemudian disempurnakan dengan reaksi penggeseran CO menjadi CO2.
2.10.1 Proses Pembuatan Amoniak
Bahan baku pembuatan amoniak adalah gas alam dan udara. Berikut adalah tahapan-tahapan untuk dapat memproduksi amoniak :
2.10.1.1 Pemurnian Gas Umpan (feed treating).
Pada proses ini, gas alam yang digunakan dilewatkan kedalam beberapa sistem pemroses untuk menghilangkan kandungan-kandungan yang tidak diinginkan didalam gas alam tersebut. Kandungan yang tidak diinginkan itu diantaranya adalah sulfur organik dan an-organik, karbondioksida, hidrokarbon berat dan air.
Tindakan perlakuan terhadap gas alam yang bertujuan untuk menghilangkan kandungan-kandungan yang tidak diinginkan , diawali dengan penghilangan kandungan sulfur an-organik. Kandungan sulfur an-organik ini dapat dihilangkan dengan bantuan sponge iron sebagai reaktan pengikat. Perlakuan berikutnya dilanjutkan dengan menghilangkan kandungan air menggunakan larutan glycol sebagai pelucut dan penyerapan CO2 menggunakan larutan benfiled. Pemisahan gas umpan dari kandungan hidrokarbon berat dilakukan di dalam separator sedangkan penghilangan sulfur organik dilakukan dalam dua unit proses, pertama pengubahan sulfur organik menjadi sulfur an-organik dalam unit proses hydrotreating dengan bantuan katalis Co-Mo dan proses kedua adalah pengikatan sulfur organik oleh ZnO.
2.10.1.2 Proses Reforming
Gas alam yang telah mengalami perlakuan awal, akan direaksikan lebih lanjut dengan kukus di dalam reformer. Pereaksian dilakukan dalam temperatur tinggi (780 – 820 oC ) dan tekanan tinggi 37.19 kg/cm2. Reformer yang digunakan terdiri dari dua unit. Unit pertama disebut primary reformer dimana pada unit ini kukus diumpankan sehingga bereaksi dengan gas alam untuk membentuk CO,CO2 dan H2. Unit kedua disebut secondary reformer dimana pada unit ini diumpankan udara untuk mendapatkan N2 yang akan digunakan sebagai bahan baku amoniak.
Unit Secondary reformer juga berfungsi untuk menghasilkan panas yang kemudian digunakan untuk memproduksi kukus pada waste heat boiler.
2.10.1.3 Reaksi Penggeseran CO
Hasil reaksi dari proses reforming akan diumpankan ke unit penggeseran CO. Unit penggeseran ini bertujuan untuk memperoleh kandungan CO2 yang lebih besar. Pada proses ini, CO hasil dari proses reforming direaksikan dengan H2O untuk menghasilkan CO2.Unit ini merupakan reaktor yang terdiri dari dua bagian. Bagian atas merupakan tempat melakukan reaksi penggeseran CO pada temperatur tinggi (350-420oC) dengan bantuan katalis Promoted Iron Oksida sedangkan bagian bawah merupakan tempat melakukan reaksi penggeseran pada temperatur rendah (180-260oC) dengan bantuan katalis Cu-ZnO.
2.10.1.4 Absorpsi CO2
Gas sintesis yang akan diumpankan ke dalam unit ammonia converter terlebih dahulu harus dipisahkan dari kandungan CO2 yang terdapat di dalamnya. Pemisahan ini diperlukan karena kadar CO2 yang tinggi dalam gas sintesis dapat merusak kinerja katalis yang terdapat dalam ammonia converter.
Penyerapan CO2 dilakukan didalam suatu kolom pelucut yang terdiri dari empat unggun steel slotted rings sebagai wadah kontak antara gas dan cairan. Larutan pelucut yang digunakan adalah larutan benfield . Selain di kolom pelucut, penghilangan kandungan CO2 juga dilakukan di dalam metanator. Metanator adalah reaktor tempat berlangsungnya reaksi metanasi yaitu pengubahan CO dan CO2 menjadi metana (gas alam).
2.10.1.5 Sintesis Amoniak
Sebelum masuk ke ammonia converter, gas umpan terlebih dahulu dipanaskan dan dikompresi hingga memiliki kondisi proses sebagaimana di dalam reaktor. Gas-gas tersebut kemudian masuk ke dalam loop gas umpan. Tujuan dari loop gas ini untuk meningkatkan perolehan ammonia murni. Pada loop gas umpan
terjadi peristiwa kompresi, flashing dan pendinginan untuk mendapatkan kembali amoniak di unit pemisah sekunder.
Ammonia converter merupakan reaktor yang terdiri dari empat buah
unggun katalis Fe (promoted iron). Pada unit ammonia converter ini akan terjadi reaksi pembentukan amoniak pada temperatur 400-480 oC dan tekanan 130-140 kg/cm2dengan perbandingan antara N2 dan H2 adalah 1:3
2.10.1.6 Pemisahan dan Pemurnian Produk
Pemisahan dan pemurnian dilakukan dalam unit pemisah secondary dan
primary. Gas hasil sintesis dan gas amoniak dari amoniak converter secara
bersama-sama akan dikompresi dan kemudian akan saling campur. Gas campuran ini akan didinginkan sehingga kandungan ammoniak yang terkandung di dalamnya dapat dipisahkan di dalam secondary separator. Pemisahan terjadi karena pendinginan hingga dibawah titik embun amoniak sehingga gas amoniak tersebut mencair dan memisah dari campuran gas sintesisnya. Pemisahan berikutnya terjadi pada unit pemisah primary dimana pada unit ini cairan amoniak dari unit pemisah
secondary dan cairan amoniak hasil pemisahan pada purge gas separator akan
dipisahkan lebih lanjut dari gas-gas inertnya sehingga diperoleh cairan amoniak yang lebih murni. Diagram blok proses pembuatan amoniak diperlihatkan pada gambar 1.
Pengolahan Gas Umpan Proses Steam Reforming WSGR Gas Alam H2O Hidrokarbon berat Sulfur CO2 Gas Umpan Kukus Udara Gas Sintesis Gas kaya CO2 Proses Pelucutan CO2 CO2 ke pabrik urea Gas bebas CO2 Reaktor Ammonia Pemisahan dan Pemurnian NH3 Gas purging ke PGRU NH3 dingin ke storage NH3 panas ke pabrik urea Gas recycle umpan reaktor
Gambar 2.7 Diagram Blok Proses Pembuatan Ammoniak Sumber : Humas PUSRI
2.10.2 Proses Pembuatan Urea
Bahan baku dari pembuatan urea adalah karbondioksida dan ammonia. Tahap-tahap dari produksi urea adalah sebagai berikut:
2.10.2.1 Sintesa Urea
Pereaksian urea dari bahan bakunya dilakukan dalam fasa cair. Umpan berupa amoniak cair, gas CO2 dan larutan karbamat hasil recycle proses terdahulu dimasukkan ke dalam reaktor sedangkan kondisi operasi dijaga pada temperatur 190– 200oC serta tekanan 200 kg/cm2. Produk hasil reaktor merupakan campuran yang terdiri atas urea, ammonium karbamat, biuret, air, dan kelebihan ammonia.
2.10.2.2 Tahap Dekomposisi
Pada tahap ini ammonium karbamat yang terdapat di keluaran reaktor dikondisikan kembali sehingga terdekomposisi menjadi ammonia dan CO2. Proses
dekomposisi dilakukan di dalam 3 unit terpisah yaitu high pressure decomposer (HPD), low pressure decomposer (LPD) dan Gas Separator (GS). Larutan hasil reaktor masuk ke dalam HPD yang memiliki tekanan 17 kg/cm2 dan mengalami proses flashing sehingga sebagian amoniak dan karbamat menguap kemudian larutan produk reaktor mendapat pemanasan dari steam reboiler sehingga temperatur larutan naik dan terjadi dekomposisi dari karbamat. Larutan keluaran dari HPD kemudian menuju LPD untuk dekomposisi lebih lanjut. Proses dekomposisi dilakukan dengan memanaskan larutan menggunakan larutan keluaran HPD dan kukus bertekanan. Larutan urea yang sudah mulai pekat keluar dari LPD kemudian menuju Gas Separator yang akan memisahkan gas-gas inertnya. Pemisahan dilakukan dengan dua tahap yaitu flashing dan pengontakan dengan udara yang sedikit mengandung amoniak dan uap air.
2.10.2.3 Tahap Pengkristalan dan Pembutiran
Larutan urea pekat yang telah keluar dari Gas Separator akan menuju ke unit crystallizer dan vakum crystallizer untuk membentuk butiran-butiran kristal. Kristal urea yang terbentuk ini kemudian dipisahkan dari larutan induknya menggunakan pemisah sentrifugal. Setelah melalui pemisah sentrifugal, kristal urea dikeringkan dengan media pemanas udara dan yang kemudian dikirim ke siklon. Langkah berikutnya adalah pelelehan kristal urea didalam melter. Pemanas yang digunakan pada melter ini adalah kukus bertekanan sedang. Lelehan urea ini kemudian ditampung didalam head tank dan dilewatkan ke dalam acoustic
granulator sebagai wadah untuk membentuk butiran urea standar. Udara
dihembuskan dari bawah untuk membantu pembentukan butiran urea.
2.10.2.4 Tahap Recovery
Tahap ini bertujuan untuk mendapatkan kembali amoniak baik amoniak sisa umpan sintesis urea maupun amoniak hasil dari dekomposisi karbamat. Terdapat beberapa unit operasi pada tahap recovery ini yaitu : unit high pressure
(LPA), off gas absorber cooler, off gas condenser, ammonia condenser dan
ammonia recovery absorber.
HPAC melakukan pemisahan campuran gas amoniak dan CO2 yang berasal dari HPD dengan menggunakan larutan keluaran dari HPA sebagai pelucut. Gas yang keluar dari HPAC yang sebagian besar mengandung amoniak kemudian menuju HPA untuk dilucuti kembali dengan menggunakan larutan keluaran LPA dan sebagian larutan ammonia dari ammonia recovery absorber. Gas keluaran dari HPA ini sangat tinggi sekali kandungan amoniaknya yang kemudian akan dikondensasikan di dalam ammonia condenser sedangkan gas yang tidak dapat dikondensasikan akan menuju ammonia recovery absorber untuk dipisahkan lebih lanjut. Kondensat ammonia yang diperoleh kemudian ditampung di dalam ammonia reservoir ataupun digunakan sebagai larutan pelucut di HPA.
Gas-gas yang keluar dari LPD akan menuju LPA untuk dipisahkan. Larutan pelucut yang digunakan pada LPA adalah larutan urea induk (mother
liquor) dan larutan karbamat encer. Sedangkan off gas condenser berfungsi untuk
melakukan kondensasi gas-gas keluaran dari Gas Separator dan larutan hasil kondensasinya kemudian digunakan kembali sebagai pelucut di off gas absorber dimana pada off gas absorber gas yang dilucuti adalah gas-gas yang tidak dapat dikondensasi pada off gas condenser.