DESKRIPSI PROSES
2.3. Langkah Proses
2.3.1.4. Synthesa Ammonia
Gas sintesis akan dikonversikan menjadi NH3 pada tekanan dan suhu tinggi melalui tahapan sebagai berikut :
Kompresi gas sintesis
Purified synthesis gas dikompresi di Centrifugal Compressor(103-J) yang
digerakan oleh Steam Turbine. Compressor terdiri dari dua Case dengan inter
cooling pada first case dan sebuah Recycle Wheel yang terpisah dari Casing
kedua. Penggerak kompresor adalah Extraction/Condensation Type Steam Turbine yang menggunakan High Pressure (HS) Steam dan sebagian exhaustnya
28
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
Laporan Umum
merupakan Medium Pressure (MS) Steam dan sisanya terkondensasi di condenser
103-JTC.
Purified synthesis gas, mengandung H2 dan N2 dengan perbandingan ratio 3:1
dikirim ke suction first case pada temperatur 4,4 0C setelah didinginkan di chiller 130 CA/CB dan tekanannya 26 kg/cm2. Gas dikompresi di first section LP case sampai 54,3 kg/cm2, temperatur 910C . kemudian didinginkan menjadi 39 0C dengan melewatkan secara seri kedalam tube side exchanger 136-C dan 170-C. Di 136-C panas yang dikandung syn gas diberikan ke aliran feed gas Methanator dan di 170-C ke fresh cooling system.
Air yang terkondensasi dipisahkan di KO Drum 142-F sebelum gas sintesis dikembalikan ke tahap kedua LP case. Pada stage ke dua ini sebelumnya di injeksikan gas H2 dari HRU. Selanjutnya gas ditekan sampai 92,9 kg/cm2g dan didinginkan oleh air pendingin di 116-C dan NH3 refrigerant di 129-C sampai suhu 7,5 0C, air yang terkondensasi dipisahkan di KO drum 105-F, setelah melalui pendinginan kemudian gas masuk ke dalam HP case (stage 3), gas sintesa
kemudian meninggalkan stage pada temperature 1130C, tekanan 182 kg/cm2 dan bergabung dengan effluent converter NH3 dari 121-C. Campuran gas didinginkan sampai suhu 420C di 124-C dengan air(FCW) dan kemudian masuk ke dalam
Unitized Exchanger Refrigeration 120-C untuk mengkondensasikan NH3 dengan
tingkat pendinginan dari 16,7 0C, -1,4 0C, -19,3 0C, dan –33,4 0C. Alat penukar panas ini juga merupakan pendinginan dari Efluent Converter NH3 melalui pertukaran panas dengan uap separasi NH3. Gas dari separator 106-F melewati bagian tengah pipa sedangkan effluent NH3 melalui bagian anulus dan gas
effluent ini didinginkan sampai –33,4 0C di Unitized Exchanger 120-C dan NH3 yang
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
Laporan Umum
terkondensasi dipisahkan di NH3 Separator 106-F. Gas dari 106-F dipanaskan sampai 29 0C oleh campuran gas dari 124-C dan kemudian ditekan di Syn Gas
Compressor sampai tekanan sintesis 180 kg/cm2g.
Synthesis Gas Konversi ke NH3
Reaksi sintesa yang dibantu oleh katalis dapat digambarkan oleh
persamaan reaksi sebagai berikut :
N2 + 3 H2 2 NH3 H = -11040 cal/mol
Ammonia Converter 105-D tipe fixed basket terdiri dari high pressure shell yang
mempunyai sebuah catalyst section dan heat exchanger. Catalys section adalah sebuah shell pada nozzle terletak disebuah annulus diantara keduanya.
Catalyst basket terdiri dari tiga bed multi promoted iron catalyst, semua katalis
dijaga pada temperature optimum untuk hasil yang maksimum, ketentuan ini dibuat dengan injeksi feed gas dingin sebagai Quench diantara ruang antar bed ke
bed. Catalyst bed disusun sedemikian rupa, dimana top bed mempunyai jumlah
katalis yang lebih kecil sebagai batas temperatur sebelum point Quench pertama. Karena derajat kenaikan temperature lebih kecil di bed berikut, ukuran bed berturut-turut lebih besar sampai ke dasar.
Diatas Catalyst Basket dipasang Interchanger 122-C sebagai pre heater inlet gas yang bertemu dengan gas panas yang telah bereaksi dari katalis bed terakhir. Pipa
by pass dipasang untuk tujuan memasukkan feed gas tanpa pre heating dan untuk
Inlet manifold untuk Ammonia Converter 105-D dibagi dalam 5 cabang. Tiga
cabang adalah Quench aliran gas dingin masuk ke vessel melalui distributor
30
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
Laporan Umum
diatas setiap bed. Aliran Quench digunakan untuk mengontrol temperatur catalys
bed.
Feed gas pada temperature 1280C memasuki bagian bawah 105-D dan alirannya ke atas melewati ruang annulus ke shell side dari Inter changer 122-C. Aliran memberikan media pendingin untuk tekanan shell, sehingga menerima panas sebelum masuk ke inter changer. Flow memasuki shell inter changer dipanaskan ke 385 0C oleh permukaan panas dengan aliran yang panas dari bagian bawah bed catalys, dan aliran turun ke bawah melewati catalyst bed. Reaksi pembentukan NH3 adalah eksotermis, oleh karena itu temperatur meninggalkan bed I kira-kira 5380C. Quench gas pendingin dicampurkan ke aliran yang memasuki bed II, mengurangi temperature outlet ke 524 0C dan mengurangi pula NH3 content pada aliran. Sedangkan untuk mengontrol suhu masuk bed III menggunakan Heat
Exchanger dengan melewatkan fuel gas sebagai pendingin. Aliran bed terakhir
mengandung kira-kira 17 % mol NH3, ke atas lewat pipa bagian tengah Converter dan melalui tube dari Interchanger 122-C, memberikan panas pada aliran gas masuk. Gas ini meninggalkan Vessel pada temperatur 3490C.
Aliran selanjutnya, dibantu didinginkan oleh aliran seri yang melewati bagian
tube dari Exchanger 121-C. Kedua Exchanger konvensional ini mempunyai tipe shell and tube. Dalam 123-C aliran dari Converter didinginkan ke 1410C oleh pertukaran panas dengan BFW system bertekanan tinggi. Didalam 121-C aliran gas didinginkan ke 550C oleh pertukaran panas dengan gas Ammonia Converter. Dari 121-C aliran bergabung dengan make-up dari discharge HP case
103-J memasuki 124-C.
31
Laporan Umum
Sebagian kecil aliran Ammonia Converter yang meninggalkan shell side
121-C adalah ekstraksi oleh purge gas. Kontinyu aliran purge gas ini bermaksud mengontrol konsentrasi inert dari synthesis gas. Komponen yang tidak bereaksi adalah CH4 dan Argon(Ar). Bila konsentrasi dari inert naik dari yang diijinkan, secara efektif tekanan synthesis akan naik, akibatnya konversi pembentukan
synthesis gas ke NH3 akan lebih rendah. NH3 content dari aliran purge gas
didinginkan ke 230C oleh gas yang melewati exchanger 139-C dan 125-C. Didalam 139-C purge gas yang panas memberikan panasnya pada aliran purge
gas yang dingin dari 108-F. Di 125-C purge gas didinginkan oleh pertukaran
panas dari Ammonia Refrigerant System. Aliran gas yang tidak terkondensasi dikirim ke HRU sebagai flash gas.
NH3 cair dari synthesis gas dalam Ammonia Separator 106-F dan Purge Gas
Separator 108-F, didinginkan menjadi -12,2 0C dan 180 kg/cm2. Oleh karena itu kandungan yang diserap adalah pelepasan dari cairan yang dibebaskan pada dorongan tekanan bagian bawah level. Hal ini disempurnakan oleh flashing pertama cairan masuk ke Ammonia Let Down Drum 107-F, tekanan dikontrol pada 18 kg/cm2, kemudian mengirim cairan memasuki Ammonia Refrigerant System
Flash Drum 110-F (7,9 kg/cm2) dan atau 112-F(0,05 kg/cm2). Pemurnian cairan produk adalah mengambil dari Ammonia Refrigerant System.