BAB I PENDAHULUAN
2.3. Pembuatan Urea
2.3.1 Sejarah Pembuatan Urea
Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine. Pembuatan urea dari ammonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan oleh F.Wohler pada tahun 1828 . Namun pada saat ini pembuatan urea pada umumnya menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870. Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat. Prinsip pembuatan urea pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara ammonia dan karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinu untuk membentuk amonium
karbamat (reaksi 1) selanjutnya amonium karbamat yang terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2).
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Reaksi 1 : 2 NH3(g)+ CO2(g) NH2COONH4(g) Reaksi 2 : NH2COONH4(g) NH2CONH2(g)+ H2O(l)
Sintesis urea dilakukan dengan ammonia yang berlebih agar kesetimbangan dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak.
Proses produksi urea di Kaltim-2 menggunakan proses total Recycle CO2 stripping dengan kapasitas desain 1725 ton/hari yang didesain oleh Stamicarbon BV Gellen Holland. Proses ini terdiri atas beberapa tahapan penting, yaitu persiapan bahan baku, sintesa urea, resirkulasi, evaporasi, prilling dan Waste water treatment (pengolahan air buangan). Adapun secara garis besar tahapan prosesnya adalah sebagai berikut :
Tahapan persiapan bahan baku meliputi persiapan umpan CO2 dan persiapan umpan NH3. Gas umpan CO2 dicampur dengan udara dan dialirkan melalui knock out drum yang bertujuan untuk mengurangi kandungan air yang terbawa dari ammonia plant. Dari KO-drum, gas umpan dikompresi dengan CO2compressor dan dimasukkan kedalam H2converter. Dalam H2 converter, gas H2 akan bereaksi secara katalitik dengan O2 menjadi H2O. Kandungan H2 setelah melewati H2 converter diharapkan kurang 100 ppm. Setelah tahap reaksi ini, gas umpan CO2 dilewatkan melalui bagaian HP stripper dasn masuk ke HP Carbamate Condenser.
Pada persiapan umpan ammonia, ammonia cair dari ammonia plant dipompa dengan HP ammonia pump dan dipanaskan terlebih dahulu di ammonia preheater dengan menanfaatkan panas air buangan dari unit waste water treatment. Selanjutnya umpan ammonia yang tealah dipanasi dialirkan melalui HP ejector yang sekaligus berfungsi untuk menghisap larutan karbamat dari HP scrubber. Larutan kerbamat ini bersama-sama dengan umpan ammonia akan masuk ke HP carbamate Condenser.
2NH3(g)+ CO2(g) NH2COONH4(l) ΔHr,298= -28,5 kkal/mol NH2COONH4(g) NH2CONH2(g)+ H2O(l)ΔHr,298=4-6 kkal/mol Reaksi pertama terjadi di HP Carbamate Condenser, sedangkan reaksi kedua terjadi di dalam reaktor. Campuran umpan ammonia dan larutan karbamat dari HP ejector dan campuran gas CO2 dari HP stripper masuk kebagian atas HP carbamate Condenser pada dua line yang berbeda.
Didalam HPCC sebagian besar NH3 dan CO2 akan bereaksi dan terkondensasi menjadi larutan karbamat. Larutan karbamat yang terbentuk ini akan masuk ke dalam reaktor, demikian juga dengan NH3dan CO2yang belum bereaksi di HPCC. Didalam reaktor, sisa NH3dan CO2akan bereaksi menjadi karbamat dan panas reaksi yang timbul digunakan untuk reaksi pembentukan urea (mengkonversikan karbamat menjadi urea).
Fasa larutan yang meninggalkan reaktor akan dikirim menuju HP stripper untuk memisahkan urea yang terbentuk dengan reaktan yang tidak terkonversi menjadi urea. Di HP stripper, sebagian karbamat akan terurai kembali menjadi NH3dan CO2. Larutan urea yang mengandung relatif kecil karbamat akan meninggalkan bagian bawah HP stripper menuju ke unit resikulasi, sedangkan campuran gas yang sebagian besar mengandung CO2 akan menuju bagian atas HP Stripper dan mengalir ke HP Carbamat condenser.
Sementara itu, fasa gas dari reaktor, yang mengandung NH3 dan CO2 tidak terkonversi, bersama-sama mengalir ke HP scrubber. Di dalam scrubber, sebagian gas NH3 dan CO2dikondensasikan, sedangkan sebagian lagi diserap oleh larutan karbamat encer dari bagian resikulasi. Larutan karbamat dihisap oleh HP ejector untuk dialirkan bersama-sama dengan umpan NH3 menuju HPCC, sedangkan gas inert yang sedikit mengandung NH3dan CO2dibuang ke atmosfer.
Pada tahap resikulasi, larutan urea karbamat (dengan konsentrasi urea 56%) yang keluar dari bagian bawah HP stripper diekspansikan sampai tekanan 4,2 kg/cm2-a sehingga sebagian dari karbamat terurai menjadi NH3 dan CO2. Selanjutnya larutan tersebut dispray di top rectifying column. Karbamat yang terurai menjadi NH3dan CO2langsung mengalir ke LPCC,
sedangkan cairan urea dan karbamat yang tidak terurai akan mengalami kontak dengan gas panas dari heater retifying column selanjutnya mengalir ke flash tank, sedangkan uapnya mengalir ke LPCC. Di LPCC, uap akan terkondensasi menjadi karbamat dan dipompa kembali menuju HP scrubber. Gas-gas yang tidak terkondensasi di LPCC mengalir ke absorber untuk diserap kembali dengan menggunakan water ammonia. Larutan hasil penyerapan ini ditampung di ammonia water tank yang selanjutnya akan diproses kembali di waste water treatment. Adapun larutan yang mengalir ke flash tank akan mengalami flash sehingga sisa-sisa NH3dan CO2yang tidak terurai di retifying column akan terurai disini. Gas yang terurai tersebut akan dikondensasikan di flash tank condenser dan ditampung di ammonia water tank, sedangkan larutan yang keluar dari flash tank mengalir secara gravitasi ke urea storage tank.
Selanjutnya larutan yang mengandung sekitar 73% urea dari urea solution tank dipopma ke first stage evaporation. Sebelumnya larutan tersebut masuk ke heater sehingga air yang terkandung di dalam larutan menguap. Pada first stage evaporation terjadi pemisahan uap air dari larutan. Uap airnya dikondensasikan di first evaporator condenser dan ditampung di ammonia water tank, sedangkan larutannya akan mengalir ke second stage evaporation. Aliran dari first stage evaporator masuk melalui heater sehingga air yang terbawa dalam larutan akan menguap. Larutan yang bercampur uap air kemudian masuk ke second stage evaporation shingga terjadi pemisahan antara uap air dengan larutan. Uap air akan dikondensasikan di second evaporator condenser dan ditampung di ammonia water tank.
Larutan yang keluar dari second stage evaporation, yang berupa urea melt dengan konsentrasi sekitar 99% akan dipompakan melalui urea melt pump masuk ke prill bucket yang berputar. Prill bucket ini dilengkapi dengan lubang-lubang sehingg urea yang keluar dari prill bucket akan berupa tetesan-tetesan yang disebut prill, yang menyebar ke seluruh prilling tower dan turun ke bawah. Di dalam tower, prill ini didinginkan oleh udara dari bagian bawah tower yang dihisap ke atas oleh ID fan. Pada bagian dasar
prilling tower, urea ini siap di scrab oleh scrapper menuju ke funnel-funnel yang selanjutnya ke belt conveyor untuk diangkut ke gudang. Untuk memperkuat inti dari urea prill, disemprotkan urea yang dihaluskan di unit seeding menuju ke dalam tower. Debu urea ini bertemu dengan tetesan-tetesan urea sehingga terbentuk inti urea prill yang kuat. Untuk menghidari terjadinya cracking, maka disemprotkan urea soft sebagai coating, atau juga bias diinjeksikan urea formaldehyde.
Tahap akhir dari pembuatan urea adalah waste water treatment. Pada tahap ini, ammonia cair dari ammonia water tank dipompa ke bagian atas first desorber sehingga cairan mengalir kebawah melalui tray-tray. Di first desorber, NH3dan CO2yang telah terurai akan distripping oleh steam dari second desorber. Uap yang mengadung NH3, CO2 dan steam akan keluar melalui bagaian atas desorber dan didinginkan di reflux condenser. Karbamat hasil pendinginan ani dikirim kembali ke LPCC yang selanjutnya dipompa kembali ke sintesis. Cairan dari first desorber dipanaskan dengan steam dari hydrolyzer masuk ke dalam first desorber, sedangkan cairan yang keluar menuju ke bagian atas second desorber. Pada bagian bawah second desorber dimasukkan steam yang akan memanaskan cairan yang masuk dari atas. Uap dan sebagian besar gas NH3dan CO2yang terurai akan mengalir ke atas dan memanaskan cairan di first desorber. Cairan mengalir kebawah untuk memanaskan ammonia di ammonia preheater dan selanjutnya dibuang ke sewer setelah melalui pendinginan. Kandungan NH3 maksimum yang diijinkan adalah 50 ppm dan ureanya 100 ppm.
