DESKRIPSI PROSES PABRIK KALTIM 4 DAN NPK
3.2. PABRIK SINTESIS AMONIAK KALTIM-4
3.2.2 Seksi Reforming
Setelah dikurangi kandungan sulfurnya, aliran gas alam kemudian dialirkan menuju seks reforming dimana gas alam akan di reaksikan secara katalitik dengan steam SM dan udara. Seksi reforming terdiri dari dua tahap yaitu Primary Reformer (1-H-201) dan Secondary Reformer (1-R-203).
Skema proses Reforming sebagai berikut.
Gambar 3.11 Seksi Reforming
Primary Reformer (1-H-201)
Primary Reformer berfungsi untuk mereaksikan gas alam dengan steam untuk menghasilkan gas sintesis (H2).
Reaksi yang terjadi pada Primary Reformer adalah sebagai berikut
CnH2n+2 + 2H2O Cn-1H2n + CO2 + 3H2 (1)
CH4 + H2O CO + 3H2 ΔH = +206 kj/mol (2)
CO + H2O CO2 + H2 ΔH= -41 kj/mol (3)
Reaksi (1) menerangkan mekanisme reaksi reforming hidrokarbon fraksi berat diubah menjadi hidrokarbon fraksi ringan dan akhirnya menghasilkan metana di reaksi (2).
Langkah pertama proses steam reforming berlangsung di Primary Reformer (1-H-201). Campuran hidrokarbon dan steam dipanaskan terlebih dahulu di Feed Gas
Preheater (1-E-201) samapi suhu mencapai 510 C – 535 C sebelum masuk ke Primary Reformer (1-H-201). Gas Proses mengalir ke bawah melalui vertical tube yang berisi katalis-katalis.
Panas yang dibutuhkan diambil dari panas radiasi dari hasil pembakaran (firing) gas alam yang keluar dari burner dan mengalir sepanjang dinding reformer. Untuk meyakinkan fuel gas terbakar dengan sempurna, burner dioperasikan dengan excess air 5% yang setara dengan oksigen 1% di flue gas.
Hidrokarbon yang terdapat di dalam gas umpan Primary Reformer diubah menjadi H2 dan CO. Selama operasi dengan kondisi purge gas, let down gas, dan inert gas dikirim ke Reformer sebagai fuel, gas proses (reforming gas) outlet Primary Reformer mengandung methane 11% pada suhu outlet Primary Reformer sekitar 825 C. kandungan metana pada keluaran Primary Reformer bertujuan untuk control suhu di Secondary Reformer supaya tidak terjadi panas berlebih. Gas metana akan berreaksi dengan hidrogen secara endotermis sehngga dapat menyerap panas. Apabila kondisi purge gas, let down gas, dan inert gas dikirim ke HRU (case 1180 MTPD) maka reforming gas outlet Primary Reformer mengandung methane 13.5% dengan temperature outlet Primary Reformer sekitar 800 C. Methane leak pada case 1180 MTPD lebih besar bertujauan untuk mengimbangi penambahan udara di Secondary Reformer.
Primary Reformer terdiri dari 144 tube katalis di Radiant Section yang berisi katalis. Pada bagian atas tube Reformer diisi dengan Katalis Prereduced R-67-R-7H, sedangkan pada bagian bawah tube Reformer diisi dengan Katalis R-67-7H. Tujuan adanya katalis prereduced adalah untuk menurunkan total waktu yang dibutuhkan untuk proses pengaktifan katalis (reduksi katalis) sejak initial start up.
Katalis yang telah tereduksi akan tetap stabil walaupun terjadi kontak dengan udara sampai temperature 80 C. Katalis akan teroksidasi jika kontak dengan udara pada temperature yang lebih tinggi.
Hal yang harus dihindari pada waktu pengoperasian Primary Reformer adalah terjadinya carbon formation didalam Primary Reformer. Perbandingan jumlah steam
dengan total karbon (S/C) adalah 2.8, apabila rasio S/C terlalu rendah (< 1.9) maka bias menghasilkan karbon, dengan reaksi:
2 CO C + CO2 (Boudourd Reaction) CH4 C + 2H2
CmHm nC + m/2 H2 Faktor yang menyebabkan carbon formation :
1. Heat flux yang tinggi pada katalis bagian atas
2. Gas alam mengandung konsentrasi hidrokarbon yang tinggi seperti orefine 3. Aktivitas katalis yang rendah
Adanya carbon formation akan mengakibatkan: o Kenaikan pressure drop di bed katalis
o Pembentukan carbon deposit pada bagian dalam katalis sehingga menurunkan aktivitas dan kekuatan mekanis katalis
o Hot spot pada tube katalis
Secondary Reformer (1-R-203)
Secondary reformer digunakan untuk melanjutkan reaksi reforming CH4 dengan panas dari pembakaran oleh udara dan untuk menyediakan N2. Katalis yang digunakan adalah RKS-2-7H yang tersusun oleh NiO 9% berat dan MgAl2O4 dengan life time 3 tahun. Katalis ini mengalami sintering pada suhu 1400-1500 °C. Reaksi pembakaran di atas rnerupakan reaksi eksotermis sehingga suhu gas outlet Secondary Reformer menjadi sekitar 1000-1015 °C.
Gas proses yang masuk kedalam Secondary Reformer rnasih dalam kisaran suhu 790
C, dimana H2 pada suhu tersebut dikontakkan dengan oksigen didalam combustion chamber yang serta merta bereaksi dan menghasilkan panas pembakaran sesuai dengan reaksi:
H2 + 1/2 O2 H2O Panas pembakaran yang dihasilkan dipakai oleh reaksi:
CH4+ H2O CO + 3H2 (1) CO + H2O CO2 + H2 (2)
Dimana pada kedua reaksi tersebut bersifat endotemis sehingga sisa metan yang ada dapat terkonversi kembali menjadi H2. Untuk itu metan harus tersedia agar reaksi tersebut dapat berlangsung karena panas yang dihasilkan dapat diserap maka suhu keluaran process gas tidak terlalu tinggi sekitar 1.000-1.012 C, hal ini mempunyai alasan ekonomis karena material yang ada tidak dapat menahan suhu yang lebih tinggi dan dapat berakibat kerusakan.
Carbon formation masih dapat tejadi di outlet Secondary Reformer karena aliran outlet Secondary Reformer masih mengandung CO sebesar 7,5-8,5 % mol (dry basis). Temperatur minimum untuk reaksi carbon formation adalah 650°C. Oleh karena itu, temperatur diatas harus dilewati secepat mungkin dengan cara pendinginan gas outlet 1-R-203 di 1-E-208 dan 1-E-209, di mana panas yang ditransfer digunakan untuk menghasilkan steam tekanan tinggi.
Uraian Proses Seksi Reforming
Campuran hydrocarbon dan steam dipanaskan terlebih dahulu di Feed Gas Preheater 1-E-201 sampai suhu 510-535°C sebelum masuk ke Primary Reformer 1-H- 201. Process gas mengalir ke bawah melalui vertical tube yang berisi katalis.
Panas yang dibutuhkan diambil dari panas radiasi hasil pembakaran gas alam yang keluar dari burner dan mengalir sepanjang dinding reformer. Untuk meyakinkan fuel gas terbakar sempuma, burner dioperasikan dengan excess air 5 %.
Keluaran Primary Reformer kemudian dialirkan memuju Secondary Reformer untuk menyempurnakan reaksi reforming metana. Berbeda dengan Primary Reformer, pada Secondary Reformer ini panas dihasilkan dari pembakaran langsung hydrogen dengan nitrogen yang terdapat di udara. Udara yang akan dipakai untuk pembakaran dipanaskan terlebih dahulu di air preheater coil 1-E-202A/B. Kemudian udara panas dicampur dengan gas outlet Primary Reformer sehingga terjadi reaksi pembakaran CH4 sisa dalam 1-R-203 Jumlah udara yang masuk ke Secondary Reformer diatur oleh FV-2009 supaya perbandingan H2/N2 dalam gas outlet terjaga pada kisaran 2,9-3. Gas keluar Second Reformer yang bersuhu 1100-1200°C kemudian didinginkan oleh 1-E-208 dan 1-E-209 sampai suhunya menjadi 350°C.