BAB V PENUTUP
F. PUSRI-IIB
5. Air Pendingin
3.2. Proses Produksi
Proses produksi yang berlangsung di PT Pupuk Sriwidjaja Palembang terdiri dari sintesis amoniak yang menggunakan proses M.W.Kellog dari Kellog Overseas Corporation, USA dan sintesis urea yang menggunakan proses Advanced Cost Energy Saving (ACES) dari Toyo Engineering Corp (TEC) di PUSRI-IB dan PUSRI-IIB, sedangkan PUSRI-III dan PUSRI-IV menggunakan proses Total Recycle C Improved (TRCI). Kedua proses diatas adalah teknologi proses hemat energi. Diagram alir hubungan Pabrik Amoniak, Urea, dan Utilitas dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Diagram Alir Hubungan Pabrik Amoniak, Urea, dan Utilitas 3.2.1 Pabrik Amoniak
Unit amoniak berfungsi untuk menghasilkan amoniak dari bahan baku gas alam, udara, dan steam. Amoniak iniakan digunakan sebagai bahan baku di unit urea, sebagian lagi dijual ke pihak luar. Selain amoniak, juga menghasilkan CO2
sebagai hasil samping, yang juga digunakan di unit urea.
Tahapan-tahapan proses yang terjadi di unit Amoniak P-III adalah:
1. Pengolahan Gas Alam (Feed Treating) 2. Pembuatan Gas Sintesa (Reforming Syn-Gas) 3. Pemurnian Gas Sintesa (Syn-Gas Purification) 4. Sintesa Amoniak (Amoniak Synthesis)
37
5. Pendinginan Amoniak (Amoniak Refrigeration) 6. PGRU (purge gas recovery unit)
1) Feed Treating Unit
Gas alam yang diterima dari PT Pertamina dengan kondisi temperatur sekitar 21oC dan tekanan 28 kg/cm2 mula-mula dibagi dua, sekitar 60% untuk proses dan sisanya untuk fuel gas. Gas alam PT Pertamina masih mengandung unsur-unsur yang harus dihilangkan di area Feed Treating sehingga gas alam bersih dan siap untuk masuk pada tahap proses berikutnya. Tahap tersebut berupa:
a) Pemisahan Partikel Padat / Filtrasi
Pemisahan partikel padat dilakukan secara fisik, yaitu dengan penyaringan (mechanical filter), dimana dalam filter separator (202–L) ini dipasangkan alat penunjuk pressure drop, sehingga tingkat kotoran bisa dengan mudah diamati.
Dengan demikian dapat diketahui kapan filter harus dibersihkan.
b) Pemisahan Sulfur Anorganik
Gas alam dari PT Pertamina masih mengandung sulfur sekitar 7 ppm. Sulfur anorganik dalam senyawa H2S dihilangkan dengan cara mereaksikannya senyawa ZnO. Kandungan sulfur anorganik dipisahkan dari gas alam karena meracuni larutan benfield dalam sistem penyerapan CO2, bersifat korosif, dan dapat meracuni katalis pada Ammonia Converter. Reaksinya sebagai berikut:
ZnO + H2S ZnS + H2O ... (1) c) Dehidrasi
Di dalam sistem ini gas alam diolah untuk menghilangkan kandungan airnya. Gas alam masuk dari Bottom Absorber dan glycol masuk dari Top Absorber, berkontak secara counter current. Uap air akan diserap dan ikut ke dalam glycol. Glycol yang telah digunakan diregenerasi dengan jalan dipanaskan pada temperatur 204oC dalam tekanan atmosfer untuk menguapakan airnya.
d) Pemisahan Heavy Hidrocarbon
Hidrokarbon berat (HHC) harus dipisahkan dari gas karena dapat menyebabkan foaming dan carryover di absorber serta dapat menutupi pori - pori katalis. Hidrokarbon berat dipisahkan dengan cara menurunkan suhu gas sampai -
38
18°C di chiller dengan menggunakan ammonia. Pendinginan ini terjadi di Chiller (203–C) dengan medium pendingin amoniak yang selanjutnya masuk ke fuel separator (206–F) dimana cairan HHC merupakan hasil kondensasi (206–F) yang selanjutnya dipanaskan kembali dan ditampung di fuel gas KO Drum (207–F) yang akan digunakan sebagai bahan bakar tambahan dalam Primary Reformer.
Sedangkan cairan di (207–F) dibakar di burning pit (bila tidak digunakan).
e) Pemisahan CO2
Feed gas yang bebas air dan HHC dipanaskan dan masuk ke bawah CO2
Absorber (201–E). Feed gas yang masuk absorber kontak secara countercurrent dengan larutan Benfield sebagai absorbansi (Potassium Carbonate) yang mengalir ke atas, sehingga terjadi penyerapan CO2 yang ada di feed gas. Larutan Benfield merupakan larutan Potassium Karbonat (K2CO3) yang mengandung zat-zat sebagai berikut:
- DEA (Dietanol Amine) sebanyak (1,5–2,5)% sebagai aktivator.
- V2O5(Vanadium Pentoxide) sebanyak (0,5–0,8)% untuk mencegah korosi.
- Anti Foaming Agent (UCON) untuk mencegah terjadinya pembusaan (foaming). Unit pemisahan CO2 dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Unit Pemisahan CO2
39
Reaksi yang terjadi pada absorber:
K2CO3 + H2O + CO 2KHCO3... (2) Absorber mempunyai kondisi operasi tekanan tinggi dan suhurendah, kondisi ini berlaku terbalik untuk Stripper. Larutan Benfield yang mengandung CO2 keluar dari dasar absorber dan masuk ke bagian atas Regenerator atau Stripper (202–E) untuk diuraikan menjadi larutan Benfield, air dan CO2. CO2 yang keluar dari stripper dapat dibuang langsung atau didinginkan di (208–C) dan ditampung di (209–F) sebagai make up CO2 produk yang digunakan di Urea Plant bila diperlukan.Reaksi yang terjadi di Stripper:
2KHCO3 K2CO3 + H2O + CO2...(3) f) Pemisahan Sulfur Organik
Sulfur organik dalam bentuk senyawa Merkaptan (RSH) tidak dapat langsung dipisahkan, namun harus diubah terlebih dahulu menjadi senyawa H2S dengan bantuan H2. Adapun Reaksi yang terjadi di Cobalt Moly Hidrotreator (101–D) sebagai berikut:
RSH + H2 H2S + HR (Katalis CoMo)...(4) H2S diubah menjadi ZnS di Zinc Oxide Guard Chamber (108–D) dengan reaksi:
H2S + ZnO ZnS + H2O (Katalis ZnO)...(5) Reaksi di atas berlangsung pada temperatur 350 – 380oC. Senyawa sulfur ketika keluar dari Desulfurizer < 1,5 ppm
2) Reforming Unit
Gas proses yang telah diolah di Feed Treating Unit dengan komponen utama CH4 (hampir 90%) diproses di Reforming Unit yang terdiri beberapa unit, yaitu sebagai berikut:
a. Saturator
Saturator berfungsi untuk menjenuhkan gas proses dengan Process Water.
Design asli pabrik tidak mempunyai saturator, namun pada Ammonia Optimation Project (AOP), alat ini ditambahkan untuk mengurangi konsumsi steam di Primary Reformer. Gas proses setelah melalui Saturator diharapkan akan terjadi pencampuran antara natural gas dengan Boiler Feed Water (BFW).
40
b. Primary Reformer
Gas proses yang jenuh dengan air dimasukkan ke dalam Primary Reformer (101–B) yang terdiri atas tube-tube yang berisi katalis Nikel Oksida. Di dalam Primary Reformer terdapat 9 row yang setiap row terdiri dari 42 tube dan dilengkapi dengan 200 arch burner. Steam masuk ke Primary Reformer dengan kondisi temperatur 300oC dan tekanan 42 kg/cm2. Primary Reformer bertujuan untuk membentuk H2 dari CH4 pada temperatur sekitar 800oC. Di dalam Primary Reformer dibutuhkan fuel yang berasal dari Natural Gas dan HHC. Panas Primary Reformer dimanfaatkan untuk memanaskan coil-coil udara dan steam.
Sedangkan panas sisa dikeluarkan oleh IDFan dengan temperatur sekitar 200oC.
Reaksi yang terjadi di Primary Reformer adalah sebagai berikut:
CH4 + H2O CO + 3H2 (reaksi endotermis) ...(6) CO + H2O CO + H2 (reaksi eksotermis) ...(7) Proses di Primary Reformer secara keseluruhan bersifat endotermis.
c. Secondary Reformer
Untuk menyempurnakan reaksi Reforming (pemecahan CH4 menjadi CO, CO2 dan H2). Reaksi Secondary Reformer berlangsung pada temperatur yang lebih tinggi (900–1100)oC. Udara untuk Secondary Reformer dikompressi oleh kompressor udara (101–J). Penambahan udara adalah untuk memperoleh nitrogen bebas sebagai bahan baku pembuatan amoniak.
Reaksi yang terjadi adalah:
2H2 + O2 2H2O (reaksi eksotermis) ...(8) 2CO + O2 2CO2 (reaksi eksotermis) ...(9) 2CH4 + 3O2 2CO + 4H2O (reaksi eksotermis) ...(10) Panas yang dihasilkan di alat ini dimanfaatkan untuk menghasilkan steam di 101 CA/CB dan 102–C, yang merupakan pemasok steam terbesar untuk Ammonia Plant sekitar 85 % kebutuhaan steam.
3) Purifikasi
Gas sintesa yang dihasilkan mengandung CO dan CO2 yang tidak baik untuk Ammonia Converter sehingga harus dihilangkan pada tahap purifikasi.
41
a. High Temperatur Shift Converter (HTSC)
Pada Shift Converter (104–D) akan terjadi konversi CO menjadi CO2, agar CO2 dapat diserap oleh larutan Benfield, selain itu untuk meringankan beban di metanator agar katalis tidak mengalami overheating. Pada HTSC mengubah CO menjadi CO2 dengan katalis besi alumina temperatur tinggi 350–420oC. Reaksi yang terjadi adalah :
CO + H2O H2 + CO2...(11) b. Low Temperatur Shift Converter (LTSC)
Unit ini merubah CO menjadi CO2 yang belum terkonversi di HTSC dengan bantuan katalis tembaga alumina. Reaksi ini bersifat eksotermis sehingga pada suhu rendah 180–260oC, konversinya bisa tinggi.
c. Pemisahan CO2
Pemisahan CO2 di unit ini secara prinsip sama dengan pemisahan CO2 pada Feed Treating Unit. Perbedaan yang ada terletak pada adanya Flash Tank yang dihubungkan dengan Stripper, sehingga pada unit ini tekanan di Stripper bisa lebih rendah, akibatnya pemisahan CO2 di Stripper lebih sempurna. CO2 dari Stripper merupakan pemasok utama CO2 untuk Urea Plant. Keluaran LTSC didinginkan ke 1153–C, 1105–C, 1113–C, dan 1155– C sehingga temperaturnya sekitar 106oC dan masuk ke Raw Gas Separator 102–F. Gas yang keluar dari 102–F ini masuk ke 1101–E (CO2 Absorber). Gas kemudian mengalir masuk ke 1113–F CO2 Absorber Knock Out Drum, lalu masuk ke 136–C sebagai media pendingin selanjutnya ke 104–C yang menuju ke Methanator (106–D). Kondensat dari 102–F dialirkan ke make up proses kondensat 301–E dan ke 3201–E offsite.
Keluaran top 1102–E berupa gas CO2 didinginkan di 1110–C dan masuk ke CO2
Stripper Reflux Drum (1103–F). Produk top 1103–F dengan temperatur 47oC dikirim sebagai CO2 produk ke Urea Plant.
d. Metanator
Kedua tahapan proses diatas masih menyisakan CO dan CO2 dalam jumlah kecil <10 ppm. Untuk itu CO dan CO2 diubah menjadi CH4. Reaksi terjadi pada temperatur 285–325oC dengan katalis Nikel Oksida. Reaksi yang terjadi adalah :
42
CO + 3H2 CH4 + H2O + Q...(12) CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O + Q…...(13) Kedua reaksi di atas adalah reaksi eksotermis, dimana menyebabkan kenaikan suhu sebesar 72°C setiap % mol CO dan 64°C setiap % mol CO2. Karenanya, kandungan CO dan CO2 pada inlet methanator maksimal 0,5% agar tidak overheating akibat reaksi eksotermis. Keluar dari Metanator, aliran gas didinginkan dalam cooler 114–C dan 115–C untuk mengembunkan uap air yang terbawa, kemudian masuk ke Syn Gas Suction Drum (104–F).
4) Sintesa Amoniak
Gas sintesa yang keluar dari Metanator dicampur dengan gas recycle, diharapkan mempunyai rasio komposisi H2 dan N2 sebesar 3:1. Dalam Ammonia Converter (105–D) terdapat katalis Promoted Iron dengan 4 buah bed katalis yang terpisah di dalam Reaktor. Bed paling atas adalah bed yang paling kecil volumenya dari keempat bed, makin ke bawah volume bedkatalis makin besar.
Maksudnya untuk membatasi panas reaksi yang eksotermis fasa bed yang atas (dimana reaksi paling cepat), sehingga Converter dapat dijaga pada temperatur yang diinginkan. Kondisi operasi Ammonia Converter sekitar 400–480oC dan tekanan 130–150 kg/cm2. Konsentrasi amonia keluar Converter sekitar 15%.
Keluaran 104-F dibagi dua, sebagian dikompres oleh sintesis gas dan recycle kompresor (103–J). Temperatur naik 35oC menjadi 175oC dan tekanan dari 23,7 kg/cm2 menjadi 64,5 kg/cm2. Discharge Compressor 103–J didinginkan sebanyak 3 tingkat :
1. Melalui 136–C dari temperatur 175oC menjadi 150oC dengan media pendingin dari produk 1113–F.
2. Melalui 116–C dari temperatur 150oC menjadi 36oC dengan media pendingin cooling water.
3. Melalui 129–C dari temperatur 36oC menjadi 8oC dengan media pendingin amoniak.
Setelah keluar dari 129–C masuk ke 105–F (Syn Gas Com 2nd stage Separator) dan bertemu dengan sebagian dari output 104–F. Dan dikompres di Header–Compressor (103–J) dengan perubahan kondisi temperatur 8oC menjadi 70,6oC dan tekanan dari 61,7 menjadi 141 kg/cm2. Dilanjutkan masuk ke 124–
43
CA/CB dengan media pendingin cooling water sehingga temperatur menjadi 36,5oC. Selanjutnya masuk ke 117–C, 118–C dan 119–C untuk didinginkan sehingga temperatur masuk Ammonia Separator sekitar –25oC. Amonia dari 106–
F selanjutnya akan bertemu dengan produk bottom 108–F untuk selanjutnya menuju ke Secondary Ammonia Separator (107–F). Produk 106–F yang masih berupa Syn Gas dipanaskan di 120–C dan 121– C sehingga temperatur menjadi 150oC, inlet ke Ammonia Converter (105–D) melalui bottom. Produk 105–D keluar melalui bagian top masuk ke 123–C untuk didinginkan sehingga temperatur berubah dari 344oC menjadi 179oC dan masuk ke 121–C sebagai media pemanas. Keluaran dari 121–C masuk lagi di recycle 103–J dan melalui proses sintesis loop seperti sebelumnya.
5) Pendinginan Amoniak
Pendingin dalam sistem refrigerasi ditempatkan agar dapat dimanfaatkan secara maksimal. Liquid ammonia yang diterima dari area syn-loop masuk ke flash drum tingkat 1, dari sini ammonia sudah bisa diambil sebagai produk yang cold (-33oC) yang dikirim ke storage. Vapour yang ada beserta gas terlarut ditarik oleh compressor, begitu juga untuk tingkat yang lain. Discharge compressor didinginkan oleh cooler, sehingga ammonia menjadi liquid dan ditampung di Knock Out (K.O) drum. Sebagian ammonia yang masih terikut didinginkan lagi dan dikembalikan ke K.O drum, sedangkan vapournya dikirim ke PGRU bersama Low Pressure (LP) purge gas. Kemudian diambil produk hot ammonia (30˚C) untuk dikirim ke pabrik urea dan sebagian lagi di letdown ke flash drum tingkat 3 sehingga temperaturnya turun dan gas inert juga terlepas, begitu seterusnya sampai tingkat satu sambil dimanfaatkan untuk mendinginkan chiller-chiller.
Penampung produk refrigerasi (Refrigerant Receiver) 109–F menampung semua hasil produksi amoniak. Produk amoniak terbagi atas dua yaitu jenisamoniak panas (30oC) dan amoniak dingin (–30oC).
6) PGRU (Purge Gas Recovery Unit)
Unit ini mengambil kembali NH3 dan H2 yang masih terkandung dalam purge gas. Purge gas yang berasal dari Pusri-IIB, Pusri-III dan Pusri-IB masuk ke PGRU di Pusri-IV. Purge gas yang masuk ke PGRU terbagi menjadi 2, yaitu
44
High Pressure (HP) purge gas dan Low Pressure (LP) purge gas. Dimana masing-masing masuk ke HP dan LP scrubber untuk dipisahkan antara ammonia dan gas dengan menggunakan air. Selanjutnya, gas out HP scrubber masuk ke prism separator, dimana terjadi pemisahan antara H2 HP, H2 LP dan gas inert.
H2 HP dan H2 LP kemudian dikembalikan ke compressor synloop sedangkan gas out LP scrubberakan bergabung dengan gas inert out prism separator menjadi fuel gas di primary reformer. Air yang mengandung ammonia hasil penyerapan di HP dan LP scrubber dialirkan ke ammonia stripper dengan menggunakan Medium Steam (MS), sehingga ammonia akan terpisah dari air. Ammonia yang dihasilkan dialirkan sebagai umpan tambahan ke pabrik urea Pusri-IV, sedangkan airnya direcycle kembali ke stripper.
3.2.2 Pabrik Urea
Berikut ini adalah Diagram Balok Proses Pembentukan Urea pada PUSRI- III yang ditunjukkan pada Gambar 3.4
Gambar 3.4. Diagram Balok Proses Pembuatan Urea
Pupuk urea yang diproduksi oleh PT PUSRI III dengan menggunakan proses Total Recycle C Improve Toyo Enggineering Corporation, (ini dipakai di PUSRI-IV sedangkan di PUSRI-II & IB pakai ACES), dengan karakteristik mudah dioperasikan dengan biaya rendah dan kualitas produksi tinggi. Bahan baku yang digunakan dalam proses ini adalah gas karbon dioksida dan amoniak
45
cair yang dihasilkan dari pabrik Amoniak, sedangkan Urea yang dihasilkan berbentuk Prill, yaitu butiran padat yang mempunyai lapisan yang agak keras pada bagian luarnya. Pabrik Urea PUSRI III dirancang untuk memproduksi 1725 ton urea prill per hari. Secara garis besar, proses pembuatan urea ini mencakup lima seksi utama sebagai berikut:
1. Seksi sintesis
2. Seksi purifikasi/dekomposisi 3. Seksi kristalisasi dan pembutiran 4. Seksi recovery