STUDI KOMPREHENSIF PENGARUH DAN PENGOPTIMALAN DEAKTIVASI KATALIS TERHADAP PROSES PADA ALAT PRIMARY REFORMER (101-B) DI PABRIK AMONIA PUSRI-IV PT PUPUK SRIWIDJAJA PALEMBANG - POLSRI REPOSITORY

(1)

LAMPIRAN 1 DAFTAR NOTASI

Notasi Keterangan Satuan

E

j

Energi aktivasi dari reaksi j J/mol

ΔH

i

Panas adsorbs dari komponen I J/mol

k

j

Konstanta laju kinetik dari reaksi j -

k

oj

Konstanta laju kinetik dari komponen j

berdasarkan temperatur referensi - K

j

Konstanta kesetimbangan termodinamik - K

oi

Konstanta adsorbsi komponen i berdasarkan

referensi -

p

i

Tekanan parsial dari komponen i bar

P

tot

Tekanan total bar

x

i

Fraksi mol komponen i -

T Temperatur K

R

j

Laju reaksi j Mol (kg

cat

/s)

r

i

Laju pembentukan atau konsumsi dari komponen i Mol (kg

cat

/s)

R

g

Konstanta gas ideal J/mol K

K

_CO^* ₂

Konstanta pada reaksi gasifikasi oleh CO

2

berdasarkan hasil eksperimen -

K

_H^*₂_O

Konstanta pada reaksi gasifikasi oleh steam

berdasarkan hasil eksperimen -

K

_M^*

Konstanta pada reaksi methane cracking

berdasarkan hasil eksperimen -

K

_M,av^*

Nilai rata-rata dari konstanta pada reaksi methane

cracking -

K Simbol yang digunakan untuk menandakan

koefisien kesetimbangan -

K

wgs

Konstanta kesetimbangan untuk reaksi WGS -

K

stref

Konstanta kesetimbangan untuk reaksi SMR -

k Simbol yang digunakan untuk menandakan

koefisien laju -

k

_O⁺

,k

_O^-

Koefisien laju dari reaksi reverse dan forward

reaksi gasifikasi oleh oksigen - k

_M⁺

,k

_M^-

Koefisien laju dari reaksi reverse dan forward

reaksi methane cracking -

K

_𝑟^"

- -

L Sisi katalis yang kosong -

r

c,net

Laju reaksi pembentukan karbon Mol C/g katalis

Jam rds Rate-determining step (reaksi yang menentukan

laju reaksi) -

(2)

LAMPIRAN 2 DATA PENGAMATAN

1. Data Kondisi Operasi

Waktu Parameter

T Inlet Mixed Feed Gas T Outlet Gas P Inlet Mixed Feed Gas P Outlet v Steam v Feed Gas CH4 Slip S/C ratio

Satuan* ◦C ◦C Kg/cm² Kg/cm² Ton/Jam Ton/Jam %mol -

Januari

1 Jan 1-Jan 7 438 780 27 25.5 46.94 14.37 10.6 3.41

2 Jan 8-Jan 14 434 778 30.3 28.8 65.15 20 11.095 3.39

3 Jan 15-Jan 21 437 779 30.5 28.5 65.5 20 11.59 3.39

4 Jan 22-Jan 31 436 780 30.8 28.8 63.89 19.49 11.53 3.40

Februari

1 Feb 1-Feb 7 429 777 30 28.0 60.96 18.61 11.66 3.39

2 Feb 8-Feb 14 436 778 29.5 28.0 63.04 19.28 11.42 3.38

3 Feb 15-Feb 21 432 779 28.4 26.1 50.55 15.43 10.91 3.40

4 Feb 22-Feb 28 434 780 31 27.7 64.82 19.75 11.27 3.38

Maret

1 Mar 1-Mar 7 437 780 29.9 27.6 57.97 19.75 11.1 3.40

2 Mar 8-Mar 14 438 778 29.7 28.2 67.02 20.41 9.32 3.40

3 Mar 15-Mar 21 438 779 30.5 28.5 67.02 20.42 7.49 4.00

4 Mar 22-Mar 31 438.1 780 30.7 28.7 61.85 18.93 11.35 3.40

April

1 Apr 1-Apr 7 433 778 31.6 28.7 66.14 20.2 11.01 3.39

2 Apr 8-Apr 14 439 780 31.5 28.4 66.14 20.2 12.06 3.39

3 Apr 15-Apr 21 444 780 27.3 25.1 48.51 14.95 10.38 3.37

4 Apr 22-Apr 30 448 778 27.5 25.5 43.87 13.61 10.01 3.40

Mei 1 Mei 1-Mei 7 446 778 27.5 26.0 45.78 14.05 9.96 3.40

(3)

2 Mei 8-Mei 14 389 781 27.5 25.5 41.67 12.9 8.76 3.39

3 Mei 15-Mei 21 432 778 29.4 27.3 57.41 17.45 7.09 3.36

4 Mei 22-Mei 31 451 779 27.5 25.5 42.1 13.16 10.56 3.36

2. Data Komposisi

Data M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12

In/Out Out Out Out In Out Out Out Out In Out Out Out Out In Out

CH4 10.6 - 11.59 86.68 11.53 11.66 11.42 10.91 85.9 11.27 11.1 9.32 11.04 86.3 11.44

C2H6 - - - 5.45 - - - - 6.43 0 - - - 5.72 -

C3H8 - - - 0.53 - - - - 0.46 0 - - - 0.54 -

i-C4H10 - - - 0.09 - - - - 0.06 0 - - - 0.09 -

n-C4H10 - - - 0.09 - - - - 0.06 0 - - - 0.09 -

i-C5H12 - - - 0.04 - - - - 0.02 0 - - - 0.04 -

n-C5H12 - - - 0.02 - - - - 0.01 0 - - - 0.02 -

C6+ - - - 0.02 - - - - 0.01 0 - - - 0.05 -

CO2 9.92 - 10.19 0.06 10.19 10.44 10.01 9.97 0.08 9.8 10 9.67 10.23 0.04 10.34

CO 8.5 7.73 - 7.73 7.71 7.75 7.72 0 7.8 7.79 6.84 7.49 0 7.52

Ar 0 - 0 0.14 0 0 0.06 0 0.13 0.03 0 0.01 0.03 0.13 0.03

N2 0.41 - 0.39 1.25 0.32 0.37 0.48 0.52 1.49 0.4 0.4 3.59 0.37 1.37 0.38

H2 70.57 - 70.1 5.63 70.23 69.82 70.28 70.88 5.35 70.7 70.71 70.57 70.83 5.61 70.29

M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20

Out Out Out In Out Out Out Out In Out

11.01 12.06 10.38 86.56 10.01 9.96 8.76 7.09 85.31 11.1

- - - 6.5 - - - - 6.28 -

- - - 0.34 - - - - 0.49 -

(4)

- - - 0.04 - - - - 0.05 -

- - - 0.04 - - - - 0.06 -

- - - 0.01 - - - - 0.02 -

- - - 0.01 - - - - 0.01 -

10.13 10.4 9.65 0.08 10.13 10.34 10 9.74 0.07 10.86

7.64 7.08 7.81 0 8.22 8.28 8.48 9.09 0 7.26

0.03 0.03 0.05 0.19 0.05 0.01 0.01 0.01 0.14 0.03

0.39 0.41 0.44 1.69 0.44 0.52 0.52 0.58 1.57 0.39

70.8 70.02 71.67 4.53 71.15 70.89 72.23 73.49 5.99 70.36

3. Data Tube

Tipe Cast 25 Cr-20 Ni S.S Diameter Luar (mm) 72,39

Diameter Dalam (mm) 53,83

Panjang (mm) 9753,6

Volume (m

³

) 0,022197

Bulk Density (Kg/m

³

) 242.000

4. Data Katalis

Top Layer Bottom Layer

Tipe KSC Reformax 210 LDP KSC Reformax 330 LDP Bentuk dan Ukuran Ring 10 holed, 19x12 mm Ring 10 holed, 19x12 mm

Volume 283 CF 525 CF

(5)

Start of Run Januari 2013 Januari 2013 Lifetime (per 21 Mei) 8 tahun 5 bulan 13 hari 8 tahun 5 bulan 13 hari

Komposisi (%wt.)

Nikel (18%), Potassium (1,5%), Aluminat

(balance)

Nikel (14%), Aluminat (balance)

Produsen Clariant Clariant

(6)

LAMPIRAN 3 PERHITUNGAN

1. Data untuk Minggu Pertama di Bulan Januari 2021

1.1. Menghitung p

i

(Tekanan Parsial untuk Masing-Masing Komponen) Tekanan parsial dihitung dengan menggunakan rumus:

𝑝

_𝑖

= 𝑥

_𝑖

× 𝑃

_𝑡𝑜𝑡

Maka, tekanan parsial masing-masing komponen adalah:

Komponen Fraksi Mol P

tot

(bar) p

i

(bar)

CH

4

0,21724

26,487

5,75422

CO

2

0,00015 0,00398

CO 0,00009 0,00264

H

2

0,01411 0,37375

H

2

O 0,74937 19,84854

1.2. Menghitung K

i

(Konstanta Adsorbsi Komponen) a. Komponen CH

4

𝐾

_𝐶𝐻

4

= 𝐾

_𝑜𝑖

𝐶𝐻4

× exp⁡ ( −∆𝐻

_𝐶𝐻

4

𝑅 × 𝑇 ) 𝐾

_𝐶𝐻

4

= 0,1791 × exp⁡( −(−38280⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙) 8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 × 1053,15⁡𝐾 ) 𝑲

_𝑪𝑯

𝟒

= 𝟏𝟒, 𝟏𝟖𝟑𝟖𝟓 b. Komponen CO

𝐾

_𝐶𝑂

= 𝐾

_𝑜𝑖

𝐶𝑂

× exp⁡ ( −∆𝐻

_𝐶𝑂

𝑅 × 𝑇 )

𝐾

_𝐶𝑂

= 40,91 × exp⁡( −(−70650⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙)

8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 × 1053,15⁡𝐾 ) 𝑲

_𝑪𝑶

= 𝟏𝟑𝟎𝟔𝟒𝟑, 𝟕𝟔𝟗𝟗

1.3. Menghitung k

j

(Konstanta Laju Kinetik Reaksi) 𝑘

₁

= 𝐾

_𝑜𝑗

1

× exp⁡ ( −𝐸

₁

𝑅 × 𝑇 ) 𝑘

₁

= 1,8684 × 10

¹³

𝑚𝑜𝑙. 𝑏𝑎𝑟

^0,5

𝑔𝑟⁡𝑐𝑎𝑡. 𝑗𝑎𝑚 × exp⁡( −(257010⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙)

8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 × 1053,15⁡𝐾 ) 𝒌

_𝟏

= 𝟑, 𝟑𝟑𝟗𝟕

1.4. Menghitung 𝑘

_𝑀⁺

(Koefisien Laju dari Reaksi Forward Methane Cracking) 𝑘

_𝑀⁺

= 𝐴

_𝑀⁺

× exp⁡ ( −𝐸

_𝑀⁺

𝑅 × 𝑇 )

𝑘

_𝑀⁺

= 7448 × exp⁡( −(49758⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙)

8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 × 1053,15⁡𝐾 )

(7)

𝒌

_𝑴⁺

= 𝟐𝟓, 𝟑𝟓𝟑

1.5. Menghitung Konstanta 𝐾

_𝑟^”

𝐾

_𝑟^"

= 𝐴

_𝑟^"

× exp⁡( −∆𝐻

_𝑟^"

𝑅 × 𝑇 )

𝐾

_𝑟^"

= 2,93 × 10

⁶

× exp⁡( −(116215⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙)

8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 × 1053,15⁡𝐾 ) 𝑲

_𝒓^"

= 𝟓, 𝟎𝟒𝟏𝟔

1.6. Menghitung Konstanta 𝑘

_𝑂⁺

′ 𝑘

_𝑂⁺

′ = 𝐴

_𝑂⁺

′ × exp⁡ ( −𝐸

_𝑂⁺

′

𝑅 × 𝑇 )

𝑘

_𝑂⁺

′ = 1,024 × 10

¹⁰

× exp⁡ ( −(161665⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙)

8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 × 1053,15⁡𝐾 ) 𝒌

_𝑶⁺

′ = 𝟗𝟖, 𝟏𝟎𝟎𝟕

_𝑂,𝐻

2𝑂

𝐾

_𝑂,𝐻

2𝑂

= 𝐴

_𝑂,𝐻

2𝑂

× exp⁡ ( −∆𝐻

_𝑂,𝐻

2𝑂

𝑅 × 𝑇 ) 𝐾

_𝑂,𝐻

2𝑂

= 599297 × exp⁡( −(85776⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙)

8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 × 1053,15⁡𝐾 ) 𝑲

_𝑶,𝑯

𝟐𝑶

= 𝟑𝟑, 𝟑𝟓𝟐𝟔

1.8. Menghitung 𝐾

_{𝑀,𝑎𝑣}^∗

atau 𝐾

_𝑀^∗

(Nilai Rata-Rata dari Konstanta pada Reaksi Methane Cracking)

𝐾

_{𝑀,𝑎𝑣}^∗

= exp⁡(142,5/𝑅)exp⁡(−123226/𝑅/𝑇)

𝐾

_{𝑀,𝑎𝑣}^∗

= exp⁡( 142,5

8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾 ) × exp⁡ (−

123226 8,314⁡𝐽/𝑚𝑜𝑙. 𝐾

1053,15⁡𝐾 ) 𝑲

_{𝑴,𝒂𝒗}^∗

= 𝟐𝟏, 𝟒𝟔𝟏𝟔

_𝐻

2𝑂

∗

(Konstanta pada Reaksi Gasifikasi oleh Steam Berdasarkan Hasil Eksperimen)

𝐾

_𝐻

2𝑂

∗

= 𝑘

_{𝑠𝑡𝑟𝑒𝑓}

𝐾

_𝑀^∗

⁡ 𝐾

_𝐻

2𝑂

∗

= 3,3397 21,4616⁡

𝑲

_𝑯

𝟐𝑶

∗

= 𝟎, 𝟏𝟓𝟓𝟔

(8)

1.10. Menghitung 𝑘

_𝑂⁻

(Koefisien Laju Reaksi Reverse Gasifikasi oleh Oksigen) 𝑘

_𝑂⁻

= 𝑘

_𝑂^+′

1

𝐾

_𝐻

2𝑂

∗

1 𝐾

_𝑂,𝐻₂_𝑂

1 𝐾

_𝐶𝑂

𝑘

_𝑂⁻

= 98,1007 × 1

0,1556 × 1

33,3526 × 1 130643,7699 𝒌

_𝑶⁻

= 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟓

1.11. Menghitung Nilai dari

^𝑐^𝑂−1

𝑐₁

𝑐

_𝑂−1

𝑐

₁

= ( 1 𝐾

_𝑂,𝐻₂_𝑂

𝑝

_𝐻

2𝑂

𝑝

_𝐻₂

) 𝑐

_𝑂−1

𝑐

₁

= ( 1

33,3526 × 19,8485 0,3737 ) 𝒄

_𝑶−𝟏

𝒄

_𝟏

= 𝟏, 𝟔𝟎𝟑

1.12. Menghitung Nilai 𝑟

_{𝑐 ,𝑛𝑒𝑡}

(Laju Reaksi Pembentukan Karbon)

𝑟

=

𝑘

_𝑀⁺

𝐾

_𝐶𝐻

4

(𝑝

_𝐶𝐻

4

− 1

𝐾

_{𝑀,𝑎𝑣}^∗

𝑝

_𝐻

2

) + (𝑘

_𝑂⁻

𝐾

_𝐶𝑂

𝑝

_𝐶𝑂

− 𝑘

_𝑂^+′

𝑐

_𝑂−1

𝑐

₁

) (1 + 𝐾

_𝐶𝐻

4

𝑝

_{𝐶 𝐻}

4

+ 1 𝐾

_𝑟^"

𝑝

_𝐻

2

3/2

+ 1 𝐾

_𝑂,𝐻

2𝑂

𝑐

_𝑂−1

𝑐

₁

)

Karena keterbatasan ruang, dengan menggunakan rumus diatas dan nilai-nilai

yang sebelumnya sudah dihitung, maka didapatkan laju pembentukan karbon

sebesar 23,0889 mol C/gr cat.jam.

(9)

1.13. Tabulasi Perhitungan Nilai 𝑟

untuk Seluruh Data (Januari – Mei 2021)

Berdasarkan metode perhitungan yang digunakan untuk data 1 (minggu pertama di bulan Januari 2021), maka dengan cara yang sama, didapatkan nilai laju reaksi pembentukan karbon untuk data lainnya.

a. Tekanan Parsial

Data Mol Komponen

P

tot

(bar) p

i

(bar)

CH

4

CO

2

CO H

2

H

2

O CH

4

CO

2

CO H

2

H

2

O

M2 0.2177 0.0002 0.0001 0.0141 0.7488 29.7 5.7542 0.0040 0.0026 0.3737 19.8485

M3 0.2168 0.0002 0.0001 0.0141 0.7499 29.9 6.4709 0.0045 0.0030 0.4203 22.2590

M4 0.2167 0.0001 0.0001 0.0141 0.7500 30.2 6.4875 0.0045 0.0030 0.4214 22.4360

M5 0.2135 0.0002 0.0001 0.0133 0.7515 29.4 6.5467 0.0045 0.0033 0.4252 22.6621

M6 0.2138 0.0002 0.0002 0.0133 0.7511 28.9 6.2828 0.0095 0.0044 0.3913 22.1159

M7 0.2135 0.0002 0.0002 0.0133 0.7515 27.9 6.1865 0.0094 0.0043 0.3853 21.7375

M8 0.2132 0.0002 0.0002 0.0133 0.7518 30.4 5.9471 0.0090 0.0042 0.3704 20.9371

M9 0.2334 0.0001 0.0002 0.0152 0.7296 29.3 6.4828 0.0098 0.0046 0.4038 22.8641

M10 0.2148 0.0001 0.0002 0.0140 0.7512 29.1 6.8448 0.0103 0.0051 0.4450 21.4005

M11 0.2148 0.0001 0.0002 0.0140 0.7511 29.9 6.2570 0.0094 0.0051 0.4067 21.8854

M12 0.2156 0.0001 0.0002 0.0140 0.7502 30.1 6.4279 0.0097 0.0053 0.4179 22.4722

M13 0.2142 0.0002 0.0002 0.0112 0.7526 31.0 6.4920 0.0098 0.0054 0.4220 22.5941

M14 0.2142 0.0002 0.0002 0.0112 0.7526 30.9 6.6388 0.0146 0.0061 0.3474 23.3300

M15 0.2156 0.0002 0.0002 0.0113 0.7509 26.8 6.6178 0.0145 0.0061 0.3463 23.2562

M16 0.2167 0.0002 0.0002 0.0113 0.7497 27.0 5.7745 0.0053 0.0053 0.3022 20.1102

M17 0.2138 0.0002 0.0002 0.0150 0.7494 27.0 5.8458 0.0054 0.0054 0.3059 20.2240

M18 0.2152 0.0002 0.0002 0.0151 0.7478 27.0 5.7678 0.0047 0.0054 0.4050 20.2165

M19 0.2123 0.0002 0.0002 0.0149 0.7512 28.8 5.8054 0.0048 0.0054 0.4076 20.1724

M20 0.2168 0.0002 0.0002 0.0152 0.7459 27.0 6.1218 0.0050 0.0057 0.4298 21.6654

(10)

b. Laju Pembentukan Karbon (𝑟

)

Data

Parameter

K_CH₄ K_CO k₁ k_M⁺ K_r^" k_O^{+ '} K_O,H₂_O K_M,av^* K_H^*₂_O k_O^- c_O-1

c₁ r_c,net

M2 14.3023 132664.9449 3.1583 25.0803 4.9159 94.7142 32.7366 20.8945 0.1512 0.0001 1.6284 23.1057 M3 14.2429 131649.5182 3.2478 25.2164 4.9784 96.3942 33.0435 21.1764 0.1534 0.0001 1.6220 23.2150 M4 14.1838 130643.7699 3.3397 25.3530 5.0416 98.1007 33.3526 21.4616 0.1556 0.0001 1.6086 23.3443 M5 14.3621 133690.1600 3.0711 24.9447 4.8541 93.0604 32.4321 20.6159 0.1490 0.0001 1.7670 22.8145 M6 14.3023 132664.9449 3.1583 25.0803 4.9159 94.7142 32.7366 20.8945 0.1512 0.0001 1.7476 22.8966 M7 14.2429 131649.5182 3.2478 25.2164 4.9784 96.3942 33.0435 21.1764 0.1534 0.0001 1.7349 22.9185 M8 14.1838 130643.7699 3.3397 25.3530 5.0416 98.1007 33.3526 21.4616 0.1556 0.0001 1.7222 23.2086 M9 14.1838 130643.7699 3.3397 25.3530 5.0416 98.1007 33.3526 21.4616 0.1556 0.0001 1.4652 23.5715 M10 14.3023 132664.9449 3.1583 25.0803 4.9159 94.7142 32.7366 20.8945 0.1512 0.0001 1.6668 23.0019 M11 14.2429 131649.5182 3.2478 25.2164 4.9784 96.3942 33.0435 21.1764 0.1534 0.0001 1.6507 23.1677 M12 14.1838 130643.7699 3.3397 25.3530 5.0416 98.1007 33.3526 21.4616 0.1556 0.0001 1.6284 23.3076 M13 14.3023 132664.9449 3.1583 25.0803 4.9159 94.7142 32.7366 20.8945 0.1512 0.0001 2.0932 22.7074 M14 14.1838 130643.7699 3.3397 25.3530 5.0416 98.1007 33.3526 21.4616 0.1556 0.0001 2.0553 22.9158 M15 14.1838 130643.7699 3.3397 25.3530 5.0416 98.1007 33.3526 21.4616 0.1556 0.0001 2.0129 22.6226 M16 14.3023 132664.9449 3.1583 25.0803 4.9159 94.7142 32.7366 20.8945 0.1512 0.0001 2.0370 22.4602 M17 14.3023 132664.9449 3.1583 25.0803 4.9159 94.7142 32.7366 20.8945 0.1512 0.0001 1.5366 22.9771 M18 14.1251 129647.5914 3.4340 25.4900 5.1055 99.8341 33.6640 21.7500 0.1579 0.0001 1.4817 23.3421 M19 14.3023 132664.9449 3.1583 25.0803 4.9159 94.7142 32.7366 20.8945 0.1512 0.0001 1.5513 23.0761 M20 14.2429 131649.5182 3.2478 25.2164 4.9784 96.3942 33.0435 21.1764 0.1534 0.0001 1.4949 23.1480

(11)

LAMPIRAN 4

DOKUMENTASI PENELITIAN

(12)

Ga mba r 1. Ta mpa k Depa n Ala t, Tube, Burner pa da Primary Reformer (101-B) Pa brik PUSRI-IV