PENENTUAN EFISIENSI PENYERAPAN SULFUR OLEH
SPONGE IRON VESSEL (61- 201- DA) UNIT DESULFURIZER
PADA AMMONIA PLANT- II PT. PUPUK ISKANDAR MUDA-
LHOKSEUMAWE
KARYA ILMIAH
RICKY HIDAYAT
062409024
PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENENTUAN EFISIENSI PENYERAPAN SULFUR OLEH
SPONGE IRON VESSEL (61- 201- DA) UNIT DESULFURIZER
PADA AMMONIA PLANT- II PT. PUPUK ISKANDAR MUDA-
LHOKSEUMAWE
KARYA ILMIAH
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Ahli Madya
RICKY HIDAYAT
062409024
PROGRAM STUDI DIPLOMA-III KIMIA INDUSTRI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : PENENTUAN EFISIENSI PENYERAPAN SULFUR
OLEH SPONGE IRON VESSEL (61- 201- DA) UNIT DESULFURIZER PADA AMMONIA PLANT- II PT.PUPUK ISKANDAR MUDA- LHOKSEUMAWE
Kategori : KARYA ILMIAH
Nama : RICKY HIDAYAT
Nomor Induk Mahasiswa : 062409024
Program Studi : D-3 KIMIA INDUSTRI
Departemen : KIMIA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Disetujui di
Medan, Juli 2009
Diketahui / Disetujui Oleh
Departemen Kimia FMIPA USU Pembimbing
Ketua,
Dr. Rumondang Bulan, MS Drs. Pina Barus, MS
PERNYATAAN
PENENTUAN EFISIENSI PENYERAPAN SULFUR OLEH SPONGE IRON VESSEL (61- 201- DA) UNIT DESULFURIZER PADA AMMONIA PLANT- II PT.
PUPUK ISKANDAR MUDA- LHOKSEUMAWE
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2009
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, maha Pengasih dan Maha Penyayang, atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini tepat pada waktunya.
Karya ilmiah ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa untuk menyelesaikan program studi D-3 Kimia Industri F.MIPA USU.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Karya Ilmiah ini banyak kekurangan maupun kekeliruan baik dari segi isi maupun penyusunan kata. Oleh karena itu, penulis dengan rendah hati mengharapkan segala kritik dan saran yang membangun untuk menyempurnakan karya ilmiah ini.
Penyusunan karya ilmiah ini dilakukan berdasarkan pengamatan penulis selama melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di PT. Pupuk IskandarMuda Aceh Utara dengan judul “PENENTUAN EFISIENSI PENYERAPAN SULFUR OLEH SPONGE IRON VESSEL (61- 201- DA) UNIT DESULFURIZER PADA AMMONIA PLANT- II PT. PUPUK ISKANDAR MUDA”.
Selama penulisan karya ilmiah ini penulis banyak mendapatkan dorongan, bantuan dan petunjuk dari semua pihak, maka pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Drs.Pina Barus, MS selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan untuk meyelesaikan karya ilmiah ini.
2. Bapak Prof.Dr.Eddy Marlianto, M.Sc selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
3. Ibu DR.Rumondang Bulan, MS selaku Ketua Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
4. Bapak Prof.Dr.Harry Agusnar, M.Sc, M.Phil, selaku Ketua Program Studi Kimia Industri Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
5. Ayahanda Nur Akyan dan Ibunda Seniarti tercinta yang telah bersusah payah tanpa pamrih berbuat yang terbaik demi kemajuan anak-anaknya baik material maupun spiritual sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. 6. Abangda tercinta Eko Akyan yang telah banyak sekali membantu dalam hal
materi sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini.
7. Abangda M. Zulham Effendy yang telah banyak sekali membantu dalam menyelesaikan karya ilmiah ini.
8. Abangda Katuwo dan Kakanda Enyak, yang telah banyak memberikan dukungan baik material maupun spiritual dalam peulisan karya ilmiah ini. 9. Kepada rekan satu PKL, Awaluddin Nainggolan, Indra Nugraha, Faisal, serta
kasih untuk contekannya, dan rekan-rekan Kimia Industri angkatan 2006 yang telah membantu dalam penyelesaian karya ilmiah ini.
10.Seluruh dosen khusus dosen-dosen kimia industri serta para staf tata usaha kimia industri.
11.Seluruh pihak PT. Pupuk Iskandar Muda yang telah membantu, dan mengarahkan penulis selama pengerjaan karya ilmiah ini.
12.Dan semua pihak yang terlibat didalamnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu dan yang tidak bisa diungkapkan dengan kata- kata.
Akhir kata, penulis mengharapkan karya ilmiah ini bermanfaat bagi para pembaca dalam meningkatkan wawasan pengetahuan di bidang Ilmu Pengetahuan Alam.
Medan, Juni 2009 Penulis
CALCULATION OF SULPHUR ADSORPTION EFFICIENCY OF SPONGE IRON VESSEL (61-201-DA) DESULFURIZER UNIT ON AMMONIA
PLANT- II IN PT. PUPUK ISKANDAR MUDA
ABSTRACT
ABSTRAK
DAFTAR ISI
2.5. Mekanisme Penyerapan Sponge Iron... 10
BAB 4 PEMBAHASAN 4.1. Data Sulfur Pick Up Sponge IronVessel ... 21
4.2 Pembahasan... 22
BAB 4 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 26 5.2. Saran ... 26
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Karakteristik Sponge Iron
Adsorben sponge iron adalah serbuk kayu yang berbentuk chip yang telah dijenuhkan
dengan ferri (III) hidroksida, serbuk sponge iron memiliki porous yang sangat halus dari besi
yang dibuat dengan cara mereduksi (oksigen removal) besi oksida pada temperatur tepat
dibawah titik leleh dari besi disebut Direct Reduce Iron (DRI).
Pada pemaksimalan proses penyerapan kandungan sulfur (hidrogen sulfida) oleh
sponge iron adsorbent maka sangatlah penting untuk menjaga kondisi operasi prosesnya,
namun terdapat hal yang lebih penting dari kondisi operasi proses yaitu pengontrolan produk
sponge iron itu sendiri, sehingga sangatlah perlu mengetahui spesifikasi dari sponge iron.
Tabel 1.2 Spesifikasi kimia sponge iron
No Karakteristik Kebutuhan
1 % Non- magnetic 1,0 Max
2 % Metalic Fe 81 Max
3 % Total Fe 91 Max
4 Metallisation 88 Min
5 % Phosphorous 0,05 Max
6 % Sulphur 0,03%
7 % Carbon 0,3 Max
8 % SiO2 + Al2O3 5 Max
9 % moisture 30,6
2
1.2Perumusan Masalah
Bahan baku gas alam yang berasal dari PT.EXXON MOBIL selain komposisi utama
gas methane, juga mengandung beberapa unsure yang tidak diinginkan berupa zat pegotor
(impurities) yaitu hidrokarbon fraksi berat, air, sulfur dalam bentuk senyawa anorganik dan
senyawa organic, merkuri, dan karbondioksida. Oleh karena itu zat- zat pengotor diatas harus
dipisahkan terlebih dahulu di seksi feed treating (persiapan umpan baku) sebelum gas alam
dikirim ke seksi reforming.
Sulfur (dalam bentuk sulfur organik dan sulfur anorganik) merupakan racun bagi
katalis di primary reformer, secondary reformer, Low Temperatur Shift Converter (LTSC),
methanator, dan ammonia Converter.
Sensitivitas katalis terhadap peracunan sulfur meningkat bila temperatur pada
reforming menurun atau pada kondisi temperature yang rendah, dengan batas sulfur yang
rendah didalam umpan ke reformer berarti aktifitas yang hilang hanya terlihat jelas stelah
berjalan dalam waktu yang lama. Dalam waktu belakangan ini banyak pabrik telah berusaha
mengurangi efek keracunan sulfur dengan merubah umpan yang bebas sulfur atau dengan
memanaskan (dengan memakai steam) katalis dalam beberapa jam.
Apabila sulfur masuk dengan gas umpan dalam jmlah yang besar sulfur akan
menumpuk didalam unggun katalis sehingga reaksi pembakaran gas umpan tidak berjalan
sempurna dan membentuk deposit karbon pada katalis dan tube, dimana deposit karbon ini
sendiri sukar dihilangkan dari seluruh tube pada shift converter, dan methanator dengan
merusak katalis yang terdapat didalam unit tersebut. Untuk menghindari hal- hal yang tidak
baik ini maka digunakan sponge iron vessel sebagai unit pemisah sulfur sebelum gas umpan
masuk ke uit reformer.
Proses desulfurizer dibutuhkan untuk memurnikan gas umpan dari H2S dengan
3
pada beberapa faktor antara lain kelembaban, tingkat keasaman (pH), dan temperature,
sehingga apabila kondisi operasi tersebut tidak terkontrol dengan bai maka mengakibatkan
penurunan efisiensi penyerapan sulfur oleh adsorben sponge iron.
Vessel sponge iron pada ammonia plant-II terdiri dari tiga vessel yaitu
61-201-DA/DB/DC yang dapat dioperasikan secara tunggal, seri, dan parallel. Ketiga mode ini telah
dilakukan dan masing- masing memiliki kelebihan dan kekurangannya sehingga mampu
menghasilkan gas umpan yang bebas dari kandungan sulfur.
1.3 Tujuan
- Untuk mengetahui berapa besar efisiensi penyerapan sulfur yang terkandung
dalam gas alam yang berasal dari PT. EXXON MOBIL yang digunakan
sebagai bahan baku pembuatan urea di PT.Pupuk Iskandar Muda
- Untuk mengetahui apakah yang mempengaruhi life time dari sponge iron
vessel (61-201-DA) sehingga efisiensi penyerapan sulfur oleh sponge iron
tersebut menjadi maksimum.
1.4. Manfaat
- Untuk melihat secara langsung penerapan ilmu yang diperoleh dibangku
Kuliah terhadap variabel-variabel yang berkaitan dengan proses produksi
dalam skala besar
- Untuk mengetahui life timesponge iron sehingga efisiensi penyerapan sulfur
oleh sponge iron maksimum.
4
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
PT. Pupuk Iskandar Muda menggunakan gas alam sebagai bahan baku utama
untuk memproduksi pupuk urea prill dan urea granul, gas alam ini berasal dari PT.
Arun NGL yang kandungannya masih memiliki bahan pengotor (impuritis) dalam
jumlah yang besar untuk memenuhi syarat dalam proses produksi urea. Bahan- bahan
pengotor ini dapat menganggu proses dengan merusak dan meracuni katalis pada
beberapa peralatan lain di pabrik Ammonia- 2, disamping itu terdapat juga bahan-
bahan yang bersifat korosif, sebagai contoh H2S, gas alam yang memiliki kandungan
sulfur yang tinggi dapat meracuni dan merusak katalis pada peralatan proses seperti
Primary Reformer, Secondary Reformer, Ammonia Converter, dan lain- lain. Berikut
adalah komposisi bahan baku gass alam yang dikirim dari PT. Arun NGL :
Tabel 2.1 Komposisi gas alam
Komponen Komposisi (%
volume)
N2 0,38
CO2 21,49
CH4 74,40
C2H6 2,44
C3H8 0,70
i-C4H10 0,22
n-C4H10 0,16
i-C5H12 0,09
n-C5H12 0,04
C6H14+ 0,08
2.1 Teori Adsorbsi
Adsorpsi adalah proses pemisahan komponen tertentu dari suatu fluida
berpindah kepermukaan zat padat yang menyerap adsorben, supaya pemisahan
sempurna, zat yang teradsorpsi harus diambil oleh zat padat, fasa fluida dapat berupa
gas atau cairan. Jika beberapa zat teradsorpsi, sering kali dapat juga memisahkan
menjadi komponen- komponen yang relatif murni. (Suhendrayatna, 2005)
Pada umumnya partikel- partikel kecil penyerap ditempatkan di dalam
hamparan tetap, kemudian fluida dialirkan melalui hamparan tersebut sampai
adsorben yang dilalui mendekati jenuh dan pemiahan yang dikehendaki tidak dapat
lagi berlangsung. Aliran tersebut lalu dipindahkan ke hamparan kedua melalui reaksi
dengan zat padat dapat dilakukan didalam hamparan tetap, seperti yang cukup dikenal
adalah pemisahan H2S dari gas sintesa dengan pellet- pellet ZnO. Pemisahan terjadi
karena bobot molekul atau perbedaan polaritas yang menyebabkan sebagian molekul
melekat pada permukaan itu lebih erat daripada moleku- molekul lainnya. Dalam
banyak hal komponen yang diadsorpsi melekat sedemikia n kuat sehingga
memungkinkan pemisahan komponen itu secara menyeluruh dari fluida tanpa terlalu
banyak adsorpsi terhadap komponen lainnya. (Mc Cabe, 1994)
2.1.1 Adsorbsi fisik
Pada adsorpsi fisik gaya yang menarik moleku fluida kepermukaan zat padat
relatif lemah dan panas yang dibebaskan selama terjadi proses adsorpsi sama dengan
panas kondensasi sebesar 0,5- 5 kkal/gmol. Kesetimbangan antara zat padat dan
molekul- molekul gas biasanya cepat tercapai dan reversible, karena energi yang
dibutuhkan sangat kecil. Energi aktivasi dari proses adsorpsi fisik biasanya tidak lebih
Sejumlah adsorpsi fisik menurun kinerjanya dengan cepat begitu temperatur
dinaikkan sedikit diatas temperatur kritis komponen adsorbat. Adsorpsi fisik tidak
terlalu tergantung pada permukaan adsorben yang tidak beraturan, namun secara
proporsional tergantung pada luas adsorben. (Smith, 1981)
2.1.2 Adsorbsi Kimia (Chemisorption)
Adsorpsi kimia melibatkan gaya menarik yang lebih besar dibandingkan
adsorpsi fisika. Berdasarkan kerja awal Langmuir molekul yang teradsorbsi tertarik ke
permukaan oleh gaya valensi yang sama dengan yang terjadi pada gaya tarik menarik
antara atom lainnya didalam molekul. Salah satu bukti ditimbulkan sekitar 5- 100
kkal/gmol, sama dengan panas yang dihasilkan sebuah reaksi kimia. (Smith, 1981)
Adsorpsi kimia atau sering disebut sebagai adsorpsi aktivasi adalah hasil dari
interaktif secara kimia antara zat padat dengan bahan yang teradsorpsi adalah
kekuatan adhesi, kekuatan adhesi dari adsorpsi kimia lebih besar dari adhesi pada
adsorpsi fisika sehingga seringkali menyebabkan terjadinya perubahan struktur kimia
pada adsorben yang meperpendek umur dari adsorben tersebut. (Treyball, 1981)
2.2 Zat Absorben
Zat absorben adalah suatu zat yang bentuk fisiknya mempunyai pori- pori.
Bahan berpori ini mempunyai daya untuk mengurangi tekanan dengan memberi
kesempatan kepada molekul- molekul dari uap air untuk masuk ke dalam pori- pori
dari bahan absorben dan memberi hambatan untuk mengeluarkannya. Zat absorben
padat yang biasa di pakai adalah klorida- klorida dari Kalsium (Ca), Barium (Ba),
Strontium (Sr), Amina, Metil, dan Etil, arang kayu yang diaktifkan, silica gel yang
terbuat dari silica natrium dan asam belerang. Zat- zat lembam lain yang mempunyai
permukaan yang besar dapat juga dipakai seperti hidroksida ferri, oksida titanium,
adalah zat yang tidak dapat dirusak oleh karena adanya proses pendinginan. Untuk zat
absorben silica gel diameter pada pori- porinya adalah kurang lebih 4x107 cm sebab
isi bagian dalam adalah kurang lebih 50% dari bagian luar, dari hitungan dengan
diketahui reduksi penurunan dari tekanan uap dari zat cair, sedang kebanyakan dari
zat- zat diduga mempunyai diameter molekuler sebesar 3x108 cm. Jadi pori- pori
adalah demikian kecilnya sehingga yang masuk ke dalam gel adalah kurang lebih 10
molekul dalam jajaran satu garis. Molekul- molekul yang mempunyai kecepatan lebih
besar dari pada kecepatan rata- rata dalam zat cair akan berjalan dengan memecah zat
cair dari molekul- moleku masuk terdalam miniskus disisi lain dari pori. (Achiruddin,
2004)
Banyak adsorben yang telah dikembangkan untuk penggunaan secara luas
dalam berbagai proses pemisahan. Pada umumnya adsorben berbentuk pellet kecil,
bead atau biji- bijian (granular), ukurannya berkisar antara 0,1-12 mm. adsorben
dengan ukuran partikel yang besar sering digunakan dalam industri pada packed bed
adsorber vessel. Adsorben memiliki permukaan yang berpori dengan ukuran pori yang
sangat kecil sehingga volume pori- pori mencapai 50% dari total volume partikel.
Pada adsorben terjadi suatu lapisan monolayer pada permukaan pori- pori, dan sering
juga terjadi lapisan multilayer pada permukaan adsorben yang terjadi antara moleku
adsorbat dengan permukaan dalam pori- pori adsorben. (Geankoplis, 1983)
Proses pemisahan adsorpsi terjadi dalam beberapa tahapan proses, tahap
pertama adalah fluida mengalir melalui unggun menuju bed adsorben, kemudian zat
terlarut berdifusi pada permukaan luar adsorben, dan menuju ke dalam pori- pori
Pada proses perpindahan massa fluida ke dalam zat padat (adsorbent) terjadi
dua fenomena penting yaitu mekanisme perpindahan intrapartikel dan mekanisme
perpindahan dan disperse ekstrapartikel
2.3 Metode- Metode Penyerapan Sulfur
Bahan baku utama yang digunakan dalam proses pembuatan pupuk urea
adalah gas alam, sebagaimana yang telah kita ketahui gas alam mengandung
Impurities yang sangat banyak, salah satunya adalah kandungan sulfur dalam hidrogen
sulfida dan sulfur organik, sehingga untuk mendapatkan konversi produk yang
maksimum diperlukan gas umpan yang bebas dari sulfur, sehingga pengolahan awal
umpan (feed treatment). Metode- metode yang digunakan untuk menghilangkan
kandungan sulfur dari gas alam adalah sebagai berikut:
a. Adsorbsi dengan larutan penyerap K2CO3
Pada metode ini gas H2S diserap oleh larutan Benfield pada unggun absorber
dan larutan yang mengandung sulfur dilucuti pada stripper, sehingga larutan
Benfield dan H2S terpisah kembali. Mekanisme penyerapannya adalah sebagai
berikut:
K2CO3 + H2S KHCO3 + KHS
b. Adsorbsi dengan adsorben ZnO
ZnO berfungsi sebagai zat penyerap yang pada umumnya berbentuk pellet,
mekanisme penyerapannya adalah sebagai berikut:
ZnO + H2S ZnS + H2O
c. Adsorbsi dengan sponge iron
Adsorbsi sponge iron adalah serpihan kayu yang telah di impregnasi dengan
kontak antara gas dengan padatan, sehingga terjadi reaksi antara ferri oksida
dengan sulfur, menurut reaksinya adalah:
Fe2O3.6H2O + 3H2S Fe2S3.6H2O + 3H2O
2.4 Karakteristik Sponge Iron
Adsorben sponge iron adalah kayu loak yang berbentuk chip yang telah
dijenuhkan dengan ferri (III) hidroksida, serbuk sponge iron memiliki porous yang
sangat halus dari besi yang dibuat dengan cara mereduksi (oksigen removal) besi
oksida pada temperatur tepat dibawah titik leleh dari besi disebut Direct Reduce Iron
(DRI).
Pada pemaksimalan proses penyerapan kandungan sulfur (hidrogen sulfida)
oleh sponge iron adsorbent maka sangatlah penting untuk menjaga kondisi operasi
prosesnya, namun terdapat hal yang lebih penting dari kondisi operasi proses yaitu
pengontrolan produk sponge iron itu sendiri, sehingga sangatlah perlu mengetahui
spesifikasi dari sponge iron.
Tabel 2.2. Spesifikasi kimia sponge iron
No Karakteristik Kebutuhan
1 % Non- magnetic 1,0 Max
2 % Metalic Fe 81 Max
3 % Total Fe 91 Max
4 Metallisation 88 Min
5 % Phosphorous 0,05 Max
6 % Sulphur 0,03%
7 % Carbon 0,3 Max
8 % SiO2 + Al2O3 5 Max
9 % moisture 30,6
2.5 Mekanisme Penyerapan Sponge Iron
Gas bumi yang menjadi bahan mentah utama pembuatan NH3 dan CO2, perlu
melewati tahap pemurnian terlebih dahulu karena mengandung beberapa pengotor,
diantaranya adalah senyawa sulfur (berupa H2S, RSH dan RSSH). Sebagai contoh,
kadarnya dalam gas bumi yang dimanfaatkan PT PIM adalah sekitar 100 ppm. Proses
desulfurisasi tahap pertama adalah penyingkiran H2S dengan adsorben berbasis Fe2O3
berupa Sponge atau Mixed Iron Oxide yaitu adsorben yang mengandung Fe2O3.H2O
atau hamparan serbuk Fe2O3.H2O pada serpihan kayu (Ferro Sweet - 15 Physichem).
PT. Pupuk Iskandar Muda mengkonsumsi adsorben sebanyak 240 m3/tahun dan
mengeluarkan biaya 400 juta rupiah per tahun (komponen biaya transportasi paling
besar) untuk mengimpornya dari Amerika Serikat, karena tak dapat diperoleh di dalam
negeri dan dari negeri lain yang lebih dekat. Jadi, penghematan devisa yang tidak
sedikit dapat dicapai jika Indonesia dan khususnya PT. Pupuk Iskandar Muda dapat
memproduksi sendiri adsorben ini.
Sponge iron yang digunakan sebagai adsorben pada unit desulfurizer akan
mengikat sulfur yang terkandung dalam gas umpan dalam bentuk hydrogen sulfida.
Sempurna. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut
Fe2O3.6H2O + 3H2S Fe2S3.6H2O + 3H2O
Reaksi diatas harus berlangsung dalam kondisi basa (pH 8,0 – 9,0), karenaH2S
akan bereaksi dengan besi oksida membentuk ferro sulfida pada kondisi asam, dan
ferro sulfide tersebut sangat sulit untuk diregenerasi.
Panas yang dihasilkan dari radiasi sponge iron dengan H2S akan membuat
ferro sulfide (FeS) bereaksi dengan sulfur bebas membentuk ferro disulfide (FeS2).
FeS + S FeS2
Ferro disulfida adalah senyawa inert yang sulit untuk diregenerasi kembali
menjadi sponge iron. Pada suhu 100oF, FeS dapat teroksidasi menjadi ferro sulfat,
berdasarkan reaksi:
FeS + 2O2 FeSO4
Ferro sulfat akan bereaksi dengan air yang terbentuk dari reaksi
penyerapan sulfur pada kondisi asam. Hal ini menyebabkan kondisi dalam vessel
semakin asam. Sehingga akan mempengaruhi life time sponge iron itu sendiri. Untuk
menjaga agar pH tetap berkisar antara 7,5-9 dilakukan penambahan soda ash
(Na2CO3). Soda ash juga berfungsi menjaga kelembaban sponge iron.
Kelembaban dari sponge iron menjadi factor yang sangat penting karena
apabila uap air didalam gas umpan masuk dengan tekanan lebih besar dari tekanan
yang ada dalam sponge iron, menyebabkan pengikatan uap air oleh spomge iron.
Begitu pula pada kondisi sebaliknya menyebabkan sponge iron kehilangan
kelembaban 30% - 40% wt. Kelembaban dapat dimonitor melalui jumlah tetesan air
diindikasikan sebagai kondisi kering (dry), kelembaban yang terlalu tinggi (lebih dari
45% wt) mengakibatkan pengurangan umur adsorben.(Duckworth, 1965)
2.6 Proses Shell-Paques Untuk Bio-Desulfurisasi Aliran Gas
Salah satu lisensi proses bio-desulfurisasi untuk aliran gas adalah Shell Paques
dari Shell Global Solutions International dan Paques Bio-Systems. Proses ini sudah
diterapkan secara komersial sejak tahun 1993, dan saat ini kurang lebih terdapat
dunia.
Proses ini dapat menyingkirkan sulfur dari aliran gas dan menghasilkan hidrogen
sulfida dengan kapasitas mulai dari 100 kg/hari sampai dengan 50 ton/hari,
menggunakan mikroorganisme Thiobacillus yang sekaligus bertindak sebagai katalis
proses bio-desulfurisasi. Dalam proses ini, aliran gas yang mengandung hidrogen
sulfida dilewatkan pada absorber dan dikontakkan pada larutan soda yang
mengandung mikroorganisme. Senyawa soda mengabsorbi hidrogen sulfida, dan
kemudian dialirkan ke bioreaktor THIOPAQ berupa tangki atmosferik teraerasi
dimana mikroorganisme mengubah hidrogen sulfida menjadi sulfur elementer secara
biologis dalam kondisi pH 8,2-9. Sulfur hasil reaksi kemudian melalui proses
dekantasi untuk memisahkan dengan cairan soda. Cairan soda dikembalikan ke
absorber, sedangkan sulfur diperoleh sebagai cake atau sebagai sulfur cair murni.
Karena sifatnya yang hidrofilik sehingga mudah diabsorpsi oleh tanah, maka sulfur
yang dihasilkan dari proses ini dapat juga dimanfaatkan sebagai bahan baku
pupuk.Tahapan reaksi bio-desulfurisasi dapat digambarkan sebagai berikut :
• Absorpsi H2S oleh senyawa soda
Keunggulan dari proses Shell-Paques adalah :
• dapat menyingkirkan sulfur dalam jumlah besar (efisiensi penyingkiran
hidrogen sulfida dapat mencapai 99,8%) hingga menyisakan kandungan
hidrogen sulfida yang sangat rendah dalam aliran gas (kurang dari 4
ppm-volume)
• pemurnian gas dan pengambilan kembali (recovery) sulfur terintegrasi dalam 1
proses- gas buang (flash gas/vent gas) dari proses ini tidak mengandung gas
berbahaya, sehingga sebelum dilepas ke lingkungan tidak perlu dibakar di
flare. Hal ini membuat proses ini ideal untuk lokasi-lokasi dimana proses yang
memerlukan pembakaran (misalnya flare atau incinerator) tidak
dimungkinkan.
• menghilangkan potensi bahaya dari penanganan solvent yang biasa digunakan
untuk melarutkan hidrogen sulfida dalam proses ekstraksi
• sifat sulfur biologis yang hidrofilik menghilangkan resiko penyumbatan
(plugging atau blocking) pada pipa
• Bio-katalis yang digunakan bersifat self-sustaining dan mampu beradaptasi
pada berbagai kondisi proses
• Konfigurasi proses yang sederhana, handal dan aman (antara lain beroperasi
pada suhu dan tekanan rendah) sehingga mudah untuk dioperasikan
• Proses Shell-Paques ini dapat diterapkan pada gas alam, gas buang regenerator
amine, fuel gas, synthesis gas, serta aliran oksigen yang mengandung gas
limbah yang tidak dapat diproses dengan pelarut.
2.7 Sponge Iron Vessel Desain
Pada Ammonia Plant-II volume sponge iron yang digunakan 68,8 m3, dengan
desain pressure 44 Kg/cm2G, dan temperature 70oC
2.8 Regenerasi Sponge Iron
Selama masa service sponge iron akan mengikat sulfur yang terdapat dalam
senyawa hydrogen sulfide dan menyerap sebagian kecil mercaptan, dalam selang
waktu tertentu ini akan mengalami kejenuhan sehingga tidak mampu lagi megikat
sulfur yang ada dalam gas umpan. Tingkat kejenuhan sponge iron bervariasi, namun
operasi dibatasi oleh kandungan sulfur yang terdapat pada gas yang keluar dari sponge
iron tersebut. Apabila telah mencapai batas kandugan yang ditentukan, maka sponge
iron tersebut harus diregenerasi atau diganti.
Regenerasi sponge iron adalah suatu prose kimia yang dimaksudkan unutk
mengubah besi sulfide yang terbentuk selama service menjadi besi oksida kembali.
Secara teori proses kimia yang terjadi pada regenerasi sponge iron denan persamaan
reaksi:
2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3.5H2O + 6S + Heat
Panas yang ditimbulkan akan menyebabkan kenaikan temperature pada sponge
iron, Karena pada suhu 40oC sponge iron akan mengalami dehidrasi yang berakibat
pada pengurangan aktifitas penyerapan pada service kembali, maka panas tersebut
harus dikeluarkan melalui vent dengan menggunakan gas inert sebagai gas
carrier.(Andriano, 1985)
a. Regenerasi di dalam vessel
Regenerasi didalam bejana ( continous revivifaction) dilakukan dengan
menginjeksikan sedikit demi sedikit udara ke dalam gas umpan sampai kandungan
oksigen 3% yang menuju sponge iron. Oksigen bereaksi dengan ferri sulfide
menjadi ferri oksida teroksidasi.
2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3.5H2O + 6S + Heat
Kelebihan metode ini adalah peralatan dapat berjalan seperti keadaan normal
operasi, akan tetapi sisa- sisa oksigen uang diinjeksikan dapat bereaksi dengan
keadaan hidrokarbon berat mmbentuk deposit karbon pada adsorben yang
mengakibatkan pengurangan umur pemakaiannya.
Panas yang tinggi juga mengakibatkan pengurangan kadar air pada sponge iron
dan merusak lapisan epoxy di dinding bejana. Regenerasi dengan cara ini juga
mengakibatkan korosi karena dalam kondisi basah dan gas sulfur yang terperangkap
didalam bejana. Waktu yang dibutuhkan apabila pengontrolan dan penanganan
dilakukan dengan baik adalah kurang dari 24 jam.
b. Regenerasi diluar vessel
Regenerasi diluar bejana atau regenerasi secara periodik dilakukan denga
cara pengeluaran sponge iron yang telah jenuh dari vessel untuk dihamparkan di udara
bebas membentuk ferri oksida kembali. Reaksi ini berlangsung secara eksoterm
sehingga sponge iron disemprot dengan air agar mengurangi efek panas dan menjaga
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Alat Dan Bahan 3.1.1 Alat
- Knock-Out Drum (51-116-F) - Sponge Iron Vessel (61-201-DA)
Gambar 3.1 Pengoperasian sponge iron vessel 61-201-DA/DB/DC secara seri
Keterangan:
FIQ- 1872 : volume laju gas dari PT. EXXON MOBIL (Nm3/H)
FI- 1028 : volume laju gas pada burner (Nm3/H)
FRC Actual : volume laju gas sponge iron vessel 61- 201- DA(Nm3/H)
3.1.2 Bahan - Gas alam
- Sponge iron (Fe2O3)
KO.Dru m
DA DB DC
FIQ-1872
FI-1028
FRC
3.2 Prosedur Penelitian
- Gas alam sebagai bahan baku pembuatan ammonia yang berasal dari PT.
EXXON MOBIL dimasukkan ke dalam Knock-Out Drum ( 51-116-F) yang
berfungsi memisahkan senyawa hidrokarbon berat.
- Dari Knock-Out Drum sebagian gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan
sebagian lagi digunakan sebagai gas umpan pembuatan ammonia.
- Gas alam yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan ammonia dialirkan
ke sponge iron vessel (61-201-DA) yang dioperasikan secara seri untuk
dihilangkan kandungan sulfur yang terdapat pada gas alam dari ±300 ppm
setelah melewati sponge iron vessel menjadi ±0,05 ppm
3.3 Perhitungan
A. Menghitung laju masuk gas alam (FRC)
FRC = FIQ1872 (Nm3/H) – FI1028 (Nm3/H)
= 18000 (Nm3/H) – 8000 (Nm3/H)
= 10000 Nm3/H
Berdasarkan table 4.1
B. Menghitung Sulfur P/U
Sulfur P/U (Kg/Day) =
=
C. Menghitung efisiensi penyerapan sponge iron
Efisiensi =
=
= 232,6%
Dengan cara yang sama dilakukan perhitungan sulfur pick-up dapat dilihat pada table
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
Tabel 4.1 . Data sulfur pick up sponge iron vessel 61-201-DA charge 10
Keterangan:
FIQ- 1872 : volume laju gas dari PT. EXXON MOBIL (Nm3/H)
FI- 1028 : volume laju gas pada burner (Nm3/H)
FRC Actual : volume laju gas sponge iron vessel 61- 201- DA(Nm3/H)
H2S in : konsentrasi sulfur pada gas alam sebelum masuk ke
desulfurizer (ppm)
H2S out : konsentrasi sulfur pada gas alam sesudah masuk ke
desulfurizer (ppm)
Sulfur P/U : jumlah sulfur yang diserap (Kg/ Day)
Sulfur P/U akumulatif : akumulasi jumlah sulfur pick up yang terserap (Kg)
4.2 Pembahasan
Gas alam sebagai bahan baku proses dialirkan ke dalam Desulfurizer
(61-201-DA/DB/DC) yang berisikan sponge iron, yang berfungsi menyerap sulfur yang
ada dalam gass alam. Masing- masing Desulfurizer mempunyai volume 68,8 M3.
Umur operasinya diperkirakan 90 hari untuk kandungan H2S didalam gas alam
maksimum 80 ppm dan keluar dari Desulfurizer diharapkan kandungan H2S dalam gas
menjadi 5 ppm.
Penyerapan sulfur oleh sponge iron terjadi pada permukaan sponge iron saat
terjadi kontak antara gas dengan padatan, sehingga reaksi yang terjadi
Fe2O3.6H2O + 3H2S Fe2S3.6H2O + 3H2O
Proses penyerapan diharapkan agar semua Fe2O3.6H2O (58,7%) dapat
bereaksi dengan H2S, sehingga gas alam yang masuk pada seksi reforming dan
converter bebas dari kandungan sulfur.
Selama masa operasi berlangsung sponge iron vessel 61-201-DA telah
pada life time tertentu, sponge iron mengalami kondisi dry, dimana sponge iron
mengalami dehidrasi sehingga mempengaruhi aktifitas penyerapan. Sponge iron
vessel 61-201-DA mampu bekerja lebih dari life time desainnya yaitu mencapai 144
hari dan efisiensi penyerapan mencapai 232,6%. Faktor- factor yang mempengaruhi
efisiensi penyerapan sponge iron adalah sebagai berikut:
1. pH
Agar sponge iron bekerja secara optimal sponge iron harus dalam kondisi
basa dimana pH berkisar 7,5-9. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut:
Fe2O3.6H2O + 3H2S Fe2S3.6H2O + 3H2O
Pada kondisi asam H2S akan bereaksi dengan iron oxide membentuk ferro
sulfide dan ferro sulfide ini sangat sulit diregenerasi.
Fe2O3.3H2O + 3H2S 2FeS + S + 4H2O ferro sulfida
Panas yang dihasilkan dari radiasi sponge iron dengan H2S akan membuat
ferro sulfide (FeS) bereaksi dengan sulfur bebas membentuk ferro disulfide (FeS2).
FeS + S FeS2
Ferro disulfide adalah senyawa inert yang sulit diregenarasi menjadi sponge
iron. Pada suhu 100oF, FeS akan teroksidasi menjadi ferro sulfat.
FeS + 2O2 FeSO4
Ferro sulfat akan bereaksi dengan air yang terbentuk dari reaksi penyerapan
sulfur pada kondisi asam. Hal ini menyebabkan kondisi dalam vessel semakin
asam. Sehingga akan mempengaruhi life time sponge iron itu sendiri. Untuk
menjaga agar pH tetap berkisar antara 7,5-9 dilakukan penambahan soda ash
(Na2CO3). Soda ash juga berfungsi menjaga kelembaban sponge iron. Hal ini
reaksi berlangsung merupakan reakis eksoterm. Sehingga panas yang dihasilkan
dapat menguapkan kandungan air dari sponge iron.
2. Volume laju masuk gas
Efisiensi penyerapan sponge iron juga dipengaruhi oleh volume laju gas
masuk ke dalam sponge iron vessel. Dengan mengurangi volume laju masuk gas
ke dalam sponge iron vessel menjadi 85% dari kapasitas desainnya maka akan
memperpanjag life time dari sponge iron tersebut. Hal ini disebabkan karena
dengan mengurangi volume laju masuk gas ke dalam sponge iron vessel maka
semakin sedikit sulfur yang akan di serap oleh sponge iron.
3. Metode pengoperasian sponge iron vessel secara seri
Pengoperasian sponge iron vessel secara seri dilakukan dimana setiap
adsorben dengan charge baru akan dioperasikan sebagai vessel ketiga, kemudian
akan switch vessel kedua apabila salah satu charge telah offline, dan apabila
charge yang telah offline tersebut dioperasikan kembali dengan charge berikutya
maka charge sebelumnya berada pada vessel kedua akan bmenjadi vessel pertama,
dan begitu seterusnya. Pola pengoperasian ini terbukti mampu menambah life time
sponge iron karena batas akumulasi maksimum sulfur dicapai dalam waktu yang
lama akibat sulfur yang terserap dimulai dari yang kandungannya paling kecil.
Gambar 4.1 Pengoperasian sponge iron vessel 61-201-DA/DB/DC secara seri KO.Dru
m
DA DB DC
FIQ-1872
FI-1028
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan uraian- uraian yang telah dibahas pada Sub Bab Pembahasan,
dapat diambil beberapa kesimpulan mengenai penyerapan sulfur dengan
menggunakan sponge iron pada unit Desulfurizer Ammonia Plant-II yaitu
1. Adsorben sponge iron adalah serpihan kayu yang telah diimpregnasi
Fe2O3.6H2O. Fungsi bahan ini adalah sebagai penyerap H2S yang terdapat
didalam gas alam.
Fe2O3.6H2O + 3H2S Fe2S3.6H2O + 3H2O
2. Sponge iron vessel Ammonia Plant-II memiliki desain volume 68,8 m3,
dengan life time selama 90 hari untuk kandungan sulfur maksimum 80 ppm.
3. Jumlah Sulfur yang diserap oleh sponge iron vessel 61-201-DA sebanyak
18873,68 Kg selama 144 hari service dengan efisiensi penyerapan 232,6%.
4. Faktor- faktor yang mempengaruhi efisiensi penyerapan sulfur oleh sponge
iron adalah: pH, Volume laju masuk gas, dan pengoperasian sponge iron
vessel secara seri.
5.2. Saran
Kepada para peneliti selanjutnya, disarankan agar lebihdapat mengamati pH
jangan sampai pH dibawah range sehingga didapat efisiensi sponge iron yang lebih
DAFTAR PUSTAKA
Achiruddin, 2004, Penggunaan Zat Adsorber Silica Gell Pada Mesin Pendingin, e-USU Repository.
Andriano,1985, Regenerasi Sponge Iron Di dalam Vessel, PT. Pupuk Iskandar Muda : Lhokseumawe.
Duckworth, G.L and J.H Geddes, 1965, Natural Gas Desulfurizer by The Iron Sponge Process. Cooely-GPM Inc, USA.
Geankoplis, C.J.,1983, Transport Process and Unit Operation, Second edition, Allyn and Bacon, Inc: Boston.
Hall, H.Jhon, 1985, Iron Sponge, Connely-GPM Inc, New Jersey
McCabe,W.L and J.E, Smith, 1994, Operasi Teknik Kimia, Jilid 1, Edisi Keempat,
Erlangga, Jakarta.
Smith, J.M., 1981.Chemical Engineering Kinetics, 3rd ed., McGraw-Hill Companies Inc.
Suhendrayatna, 2005, Operasi Teknik kimia 2, 1st ed., Jurusan Teknik Kimia Unsyiah, Banda Aceh.
Lampiran I
LAMPIRAN II
Diagram alir sederhana pembuatan amonia pada PIM-2
vent to atm
PROCESS FLOW DIAGRAM AMMONIA-2
PT. PUPUK I SKANDAR MUDA
NATURAL
(61-205-C Secondary Reformer Waste Heat Boiler
LAMPIRAN III
LAMPIRAN IV
Data Sulfur Pick-Up Oleh Sponge IRON Vessel 61-201-DA
