Laporan Kerja Praktek Dinas Urea I A Pt. Pupuk Kujang Cikampek (Persero) Cikampek – Jawa Barat

LAPORAN KERJA PRAKTEK Dinas Urea I A PT. PUPUK KUJANG CIKAMPEK (PERSERO) CIKAMPEK – JAWA BARAT

Disusun Oleh : Ari Widiyanti (2009430046) Revika Nurbayani Syabaan (2009430070)

TEKNIK KIMIA UNIVERSITA MUHAMMADIYAH JAKARTA JAKARTA 2012

LEMBAR PENGESAHAN KERJA PRAKTEK Tanggapan /catatan :

Praktikan/ NIM : Ari Widiyanti / 2009430046 Revika Nurbayani Syabaan / 2009430070 Tempat Praktek : PT. Pupuk Kujang, Cikampek Mulai Praktek

: 2 April 2012

Selesai Praktek : 2 Mei 2012 Tugas Khusus

: EVALUASI KINERJA REAKTOR UREA DC-101

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Pembimbing Lapangan,

(Ervi Bukti Bakti, S.T.)

Dosen Pembimbing,

(Alvika Meta Sari, S.T, MChemEng) Koordinator Kerja Praktek

( Ir. Hartini HS )

i

LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PENGUJI

ii

ABSTRAK

PT . Pupuk Kujang adalah sebuah BUMN yang didirikan pada tanggal 9 Juni 1975, pendirian PT. Pupuk Kujang mulai berproduksi secara komersial pada tanggal 1 April 1979 yang terletak di desa Dawuan Cikampek Jawa Barat. Bahan yang digunakan untuk memproduksi urea yaitu amonia cair dan gas karbondioksida. Proses yang dipakai dalam pembuatan urea adalah proses Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved yang terdiri dari empat buah seksi yaitu: seksi sintesa, seksi purifikasi, seksi recovery, seksi kristalisasi dan pembutiran. Produk urea yang dihasilkan mempunyai kandungan Nitrogen sebesar 46% yang dipasarkan ke dalam negeri dan ke luar negeri. Kapasitas total pabrik amonia adalah sebesar 1.000 ton/hari dan pabrik urea 1.725 ton/hari. Reaksi sintesa urea terjadi di Reaktor (DC-101), dekomposisi urea terjadi pada High Pressure Decomposser (DA-201), Low Pressure Decomposser (DA202), dan Gas Separator (DA-203). Recovery gas hasil dekomposisi urea terjadi di High Pressure Absorber Cooler (EA-401), High Pressure Absorber (DA-401), Low Pressure Absorber (DA-402), dan Off Gas Absorber (DA-403). Sedangkan pembutiran terjadi di Crystallizer (FA-201) dan Prilling Tower. Sebagai penunjang operasi, Dinas Operasi PT. Pupuk Kujang Cikampek memiliki Unit Utilitas yang bertugas menyediakan bahan-bahan pembantu dalam proses seperti unit penyedia air, unit pembangkit steam, unit penyedia udara tekan, distribisu listrik, unit pengolahan limbah cair, dan lain-lain. Untuk meningkatkan efisiensi dan pengendalian mutu produk yang dihasilkan PT. Pupuk Kujang menyediakan laboratorium quality control di setiap dinasnya agar produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah, kami panjatkan kepada Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan Laporan Praktek Kerja di PT. Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta. Pada kesempatan ini, kami ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas bimbingan, bantuan, dukungan dan dorongan semangat yang diberikan hingga terselesaikannya laporan kerja praktek ini. Rasa terimakasih kami haturkan kepada: 1.

Allah SWT yang telah berperan besar atas segala keridhoan-Nya memperlancar proses Kerja Praktek kami.

2.

Orang tua kami yang telah memberikan dukungan material dan spiritual yang tiada batasnya.

3.

Ibu Dr. Ir. Ismiyati, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.

4.

Ibu Ir. Hartini HS selaku koordinator Kerja Praktek Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.

5.

Bapak Ir. Syamsudin dan Drs. Adiwarna selaku dosen Pembimbing Akademis Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.

6.

Ibu Alvika Meta Sari, S.T, MChemEng selaku dosen pembimbing Kerja Praktek Jurusan Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Jakarta.

7.

Bapak H. Oday Sadar selaku Kepala Bagian Unit Urea 1A PT. Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat.

8.

Bapak Ervi Bukti Bakti, S.T, selaku pembimbing Kerja Praktek di PT. Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat.

9.

Widya Eria Pratiwi, Selvera Handayani, Indra Permana (Universitas Pasundan), Sangga dan Sabda (Universitas Negeri Solo), teman-teman

iv

seperjuangan selama Kerja Praktek di PT Pupuk Kujang, Cikampek, Jawa Barat. 10.

Teman-teman seangkatan Chemeng04 (angkatan 2009) di Universitas Muhammadiyah Jakarta.

11.

Serta semua pihak, dengan tidak mengurangi rasa terima kasih, yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Dalam laporan ini masih banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu saran

dan kritik sangat kami harapkan dan hargai. Semoga laporan ini dapat memberikan kontribusi kepada pembaca dan semua pihak.

Jakarta, 27 April 2012

Penyusun

v

DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN KERJA PRAKTEK ........................................ i LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PENGUJI ........................................ ii ABSTRAK ................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ............................................................................... iv DAFTAR ISI .............................................................................................. vi DAFTAR TABEL ....................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xi INTISARI .................................................. Error! Bookmark not defined. BAB I .......................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2

Sejarah Pabrik PT. Pupuk Kujang ................................................. 2

1.3 Lay-out Pabrik .................................. Error! Bookmark not defined. 1.4 Unit-Unit Produksi............................................................................. 4 1.4.1 Unit Utilitas ............................................................................... 11 1.4.2 Unit Urea ................................................................................... 11 1.4.3 Unit Amoniak ............................................................................ 12 1.4.4 Unit Pengantongan .................................................................... 14 1.5 Bahan Baku, Produk, dan Pemasaran ProdukError! Bookmark not defined. 1.5.1 Bahan Baku ................................................................................. 4 1.5.2 Produk...................................... Error! Bookmark not defined. 1.5.3 Pemasaran Produk ...................... Error! Bookmark not defined. 1.6 Organisasi Perusahaan ..................... Error! Bookmark not defined.

vi

1.6.1 Struktur dan Job Deskripsi PekerjaanError!

Bookmark

not

defined. 1.6.2 Visi dan Misi Perusahaan ........... Error! Bookmark not defined. 1.6.3 Fasilitas Penunjang .................... Error! Bookmark not defined. 1.6.4 Jumlah dan Pendidikan Karyawan di Tiap Bagian ............ Error! Bookmark not defined. 1.6.5

Kesehatan dan Keselamatan KerjaError!

Bookmark

not

defined. BAB II ....................................................................................................... 17 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 17 2.1

Bahan Baku ................................................................................. 17

2.1.1

Amonia .................................................................................. 17

2.1.2 Karbondioksida ......................................................................... 17 2.2

Proses Pabrik Amonia ................................................................. 18

2.2.1 Unit Pemurnian Gas Alam ....................................................... 20 2.2.2 Unit Pembuatan Gas Sintesa ..................................................... 23 2.2.3 Unit Pemurnian Gas Sintesa ..................................................... 28 2.2.4 Unit Sintesa Amonia ................................................................. 34 2.2.5 Unit Pemurnian dan Refrigerasi Amonia .................................. 38 2.2.6 Unit Hydrogen Recovery dan Purge Gas Recovery (HRU dan PGRU) ........................................................................................................... 42 2.3

Reaksi Pembuatan Urea .............................................................. 43

2.3.1 Mekanisme Reaksi Pembuatan Urea ...................................... 44 2.3.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pembuatan Urea ............. 46 2.4 Produk Utama yang Dihasilkan ....................................................... 49 2.4.1 Sifat-sifat Umum Pupuk Urea ................................................... 49

vii

2.4.2 2.4

Sifat-sifat Kimia dan Fisika Urea .......................................... 49

Pengembangan Proses Industri .................................................... 50

BAB III ..................................................................................................... 55 DESKRIPSI PROSES ............................................................................... 55 3.1 Persiapan Bahan ............................................................................... 55 3.1.1 Amonia Cair .............................................................................. 55 3.1.2

Gas Karbondioksida .............................................................. 56

3.2 Tahapan Proses ................................................................................ 56 3.2.1 Unit Sintesa ............................................................................... 58 3.2.2 Unit Purifikasi ........................................................................... 62 3.2.3 Unit Recovery ............................................................................ 67 3.2.4 Unit Kristalisasi dan Pembutiran .............................................. 70 3.3 Pengantongan ................................................................................... 73 3.3.1 Sistem Pengelolaan Urea Curah ............................................... 73 3.3.2 Sistem pengantongan Urea ........................................................ 74 3.3.3 Sistem Pengelolaan Urea Kantong ............................................ 74 BAB IV ..................................................................................................... 75 SPESIFIKASI ALAT ................................................................................ 75 4.1

Spesifikasi Alat ........................................................................... 75

4.1.1 Spesifikasi Alat Pada Unit Sintesa ......................................... 75 4.1.2 Spesifikasi Alat Pada Unit Purifikasi ..................................... 85 4.1.3 Spesifikasi Alat Pada Unit Recovery ...................................... 92 4.1.4 Spesifikasi Alat Pada Unit Kristalisasi ................................. 101 BAB V .................................................................................................... 108 UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH ........................................ 108

viii

5.1 UTILITAS ..................................................................................... 108 5.1.1 Unit Penyediaan Air ................................................................ 108 5.1.2 Pengolahan Air ........................................................................ 109 5.1.3 Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water Treatment).. 113 5.1.4 Pengolahan Air Umpan Ketel (Boiler Feed Water) ................ 115 5.1.5 Unit Pembangkit Uap Air bertekanan (Steam) ....................... 122 5.1.6 Plant Air dan Instrument Air ................................................... 125 5.1.7 Unit Penyediaan Tenaga Listrik .............................................. 128 5.2 Pengolahan Limbah ....................................................................... 130 5.2.1 Jenis dan Sumber Limbah ....................................................... 130 BAB VI ................................................................................................... 134 KESIMPULAN DAN SARAN............................................................... 134 6.1 Kesimpulan .................................................................................... 134 6.2 Saran .............................................................................................. 135 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 136

ix

DAFTAR TABEL Tabel I. 1 Komposisi Sumber Gas Alam Untuk Bahan Baku ..................... 5 Tabel I. 2 Data Katalis ................................................................................ 9 Tabel I. 3 Komposisi Larutan Benfield ..................................................... 10

Tabel II. 1 Karakteristik Amonia ........................................................................19 Tabel II. 2 Komposisi Gas Alam yang Masuk Ke Pabrik ...................................20 Tabel II. 3 Karakteristik Bed pada ammonium Converter ..................................37 Tabel II. 4 Sifat Fisik Urea .................................................................................50

Tabel V. 1 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Sanitasi ................ 113 Tabel V. 2 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Pendingin ............. 115 Tabel V. 3 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Umpan Ketel ........ 121

x

DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Diagram Alir Pembuatan Amonia ..................................................20 Gambar 2. 2 CO2 Absorber .................................................................................32 Gambar 2. 3 CO2 Stripper ...................................................................................33 Gambar 2. 4 Methanator .....................................................................................33 Gambar 2. 5 Diagram Alir Unit PGRU .............................................................. 43 Gambar 2. 6 Blok Diagram Partial Recycle Process ..........................................51 Gambar 2. 7 Diagram Alir Total Recycle Process ..............................................52

Gambar 3. 1 Diagram Unit Purifikasi .................................................................67

Gambar 5. 1 Water Treatment Process ............................................................. 115 Gambar 5. 2 Proses Demineralisasi ..................................................................119 Gambar 5. 3 Deaerator ...................................................................................... 120 Gambar 5. 4 Blok Diagram Pengolahan Air di PT. Pupuk Kujang ..................121 Gambar 5. 5 Dryer 2006-L................................................................................128 Gambar 5. 6Sumber dan Jenis Air Buangan Pabrik .........................................131 Gambar 5. 7 Unit Oil Separator (2403-L) ......................................................... 133 Gambar 5. 8 Unit Amonia Removal (2202-E) ..................................................133

xi

DAFTAR LAMPIRAN

xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada tahun 60-an, pemerintah mencanangkan pelaksanaan program peningkatan produksi pertanian di dalam usaha swasembada pangan, selain itu sesuai dengan pasal 33 UUD 1945 yang berbunyi, “Kekayaan alam dimanfaatkan sebesar-besarnya untuk kemakmuran rakyat”. Pada tahun 1963 didirikan pabrik pupuk pertama yaitu pabrik pupuk Sriwijaya I (PUSRI I), sebagai bahan bakunya adalah gas alam dengan kapasitas terpasang 100.000 ton/ tahun, karena produksi PUSRI I tidak mencukupi konsumsi pupuk di Indonesia serta faktor-faktor lainnya yaitu gas alam lain yang belum dimanfaatkan, untuk tambahan devisa negara (ekspor) dan untuk menanggulangi pengangguran maka perlu didirikan pabrik-pabrik pupuk di Indonesia. PT. Pupuk Kujang berlokasi di Kelurahan Dawuan, Kecamatan Cikampek, Kabupaten Karawang, Propinsi Jawa Barat, pemilihan lokasi ini berdasarkan atas pertimbangan-pertimbangan: -

Dekat dengan sumber bahan baku gas alam di Cimalaya

-

Dekat dengan sumber air tawar Sungai Citarum, Curug

-

Dekat dengan sumber tenaga listrik Jatiluhur

-

Tersedianya sarana transportasi darat

-

Berada di tengah-tengah daerah pemasaran pupuk Proses pembuatan pupuk urea di PT. Pupuk Kujang adalah proses continue

sehingga lay-out disusun sedemikian rupa dengan pertimbangan untuk memudahkan jalannya proses produksi. Di samping itu juga untuk memudahkan keluar masuknya kendaraan baik kendaraan berat ataupun kendaraan ringan sebab untuk perbaikan perlu peralatan berat seperti derek fork lift dan sebagainya. Unit pengantongan diletakkan di bagian depan. Hal ini dimaksudkan untuk pengolahan

1

air buangan diatur sedemikian rupa sehingga air yang keluar dari lingkungan pabrik dianggap tidak membahayakan. Luas pabrik PT Pupuk Kujang yaitu kurang lebih 350 ha, yang terbagi menjadi: 1.

Daerah pabrik seluas

:

60 ha

2.

Daerah perumahan seluas

:

60 ha

3.

Daerah penunjang dan lain-lain

:

230 ha

Jumlah

:

350 ha

Pemilihan tata letak pabrik lay-out pabrik dirancang dengan tujuan : 1.

Pengolahan pabrik dapat efisien.

2.

Memudahkan penanggulangan bahaya, ledakan, dan kebocoran gas.

3.

Mencegah polusi udara dan suara.

4.

Memudahkan jalan masuk dan keluar kendaraan di area pabrik.

1.2

Maksud dan Tujuan Pendirian Pabrik Tujuan didirikannya Perusahaan adalah untuk turut melaksanakan dan

menunjang kebijakan serta program pemerintah di bidang ekonomi dan Pembangunan Nasional pada umumnya dan khususnya dibidang industri pupuk dan industri kimia lainnya. Untuk mencapai tujuan tersebut diatas, Perusahaan menjalankan kegiatan usaha dibidang: a.

Mengolah bahan-bahan mentah menjadi bahan-bahan pokok yang diperlukan guna pembuatan pupuk dan bahan-bahan kimia lainnya, serta mengolah bahan pokok tersebut menjadi berbagai jenis pupuk dan hasil barang kimia lainnya.

b.

Menyelenggarakan

pemberian

jasa

study

penelitian,

pengembangan,

engineering, pergudangan, angkutan dan expedisi, pengoperasian pabrik, konstruksi, manajemen, pemeliharaan, latihan & pendidikan, konsultansi dan jasa teknik lainnya dalam sektor pupuk serta industri kimia lainnya. c.

Menyelenggarakan kegiatan distribusi dan perdagangan, baik dalam maupun luar negeri yang berhubungan dengan produk-produk tersebut diatas dan produk-produk lainnya.

2

1.3

Sejarah Pabrik PT. Pupuk Kujang Dengan ditemukannya beberapa sumber gas alam dan minyak bumi pada

tahun 1969 di Jatibarang (Cirebon Selatan) dan lepas patai Cilamaya (Kabupaten Karawang), bagian utara Jawa Barat, maka timbul gagasan untuk mendirikan pabrik pupuk urea di Jawa Barat. Untuk melaksanakan proyek pupuk di Jawa Barat tersebut, pada tahun 1973 pemerintah menunjuk Direktorat Pertambangan, oleh pertambangan wewenang pelaksanaan proyek tersebut dilimpahkan kepada Pertamina dan BEICIP. BEICIP yang merupakan sebuah perusahaan Perancis sebagi konsultan untuk meneliti kemungkinan pembangunan sebuah pabrik pupuk di Jawa Barat. Tim teknis dibentuk dan langkah-langkah selanjutnya diambil oleh pertamina dengan menentukan Jatibarang (Balongan) sebagai lokasi proyek. Dewan komisaris diduduki oleh wakil-wakil dari Direktorat Perindustrian dan Direktorat Keuangan yang bertujuan untuk memberi pengawasan yang lebih baik terhadap segala kebijakan direksi karena adanya kewajiban untuk membayar kembali hutang kepada luar negeri. Sumber biaya untuk pembangunan pabrik ini diperoleh dari Pemerintah Iran sebesar US$ 200 juta untuk pembelian mesin-mesin dan pipa-pipa gas. Sedangkan biaya konstruksi diperoleh dari dalam negeri yaitu dari pemerintah sebagai Penyertaan Modal Pemerintah (PMP). Perjanjian pinjaman dengan pemerintah Iran ditandatangani pada tanggal 9 Maret 1975 dan mulai berlaku pada tanggal 24 Desember 1975. Sebagai hasil tender internasional terbatas yang dilaksanakan pada tanggal 30 Mei 1975, telah dipilih oleh pemerintah Indonesia : 1.

Kellog Overseas Corporation dari Amerika Serikat dengan tugas-tugas engineering, design, procurement, start up, untuk pabrik amoniak dan utilitas.

2.

Toyo Engineering Corporation dari Jepang dengan tugas-tugas engineering, procurement, dan pengawasan konstruksi dan koordinasi pabrik urea.

3

Pengembangan pabrik Pupuk Kujang dimulai pada awal Juli 1976. Bulan Oktober flushing dan start up sudah bisa dilakukan dan beberapa unit pabrik sehingga pada tanggal 17 November 1978 pabrik amonia sudah menghasilkan produksi yang pertama. Pada tahun 12 Desember 1978 pabrik Pupuk Kujang diresmikan oleh Presiden Soeharto dan pada tanggal 1 April 1979 Pupuk Kujang mulai beroperasi secara komersial. 1.4 Produk dan Kapasitas Pabrik PT. Pupuk Kujang merupakan industri yang menghasilkan pupuk urea sebagai hasil utama, selain itu juga menghasilkan amonia dan CO sebagai produk samping untuk memenuhi kebutuhan anak perusahaan PT. Pupuk Kujang. PT.Pupuk Kujang mulai berproduksi dengan kapasitas terpasang sebagai berikut : -

1000 ton/hari (330.000 ton/tahun) pabrik amonia.

-

1725 ton/hari (570.000 ton/tahun) pabrik urea.

-

30 ton/hari (9.900 ton/tahun) hasil samping amonia.

1.5 Bahan Baku dan Proses 1.5.1 Bahan Baku PT. Pupuk Kujang Cikampek sebagai suatu pabrik yang memproduksi pupuk urea membutuhkan bahan baku utama, yakni gas alam, air, dan udara. Bahan baku tersebut akan dimanfaatkan oleh unit utilitas, unit ammonia, dan unit urea. Unit ammonia menghasilkan ammonia dan karbon dioksida yang memerlukan bahan baku berupa gas alam, udara, dan air. Unit Urea menghasilkan urea dalam bentuk butiran (prill) yang memerlukan bahan baku berupa ammonia dan karbon dioksida yang dihasilkan dari unit ammonia. 1.5.1.1 Bahan Baku Utama Bahan baku yang digunakan di PT. Pupuk Kujang dalam proses produksi amonia dan urea adalah gas alam, uap air, dan udara.

4

1.

Gas Alam Melalui pertamina gas alam diperoleh dari tiga sumber, yaitu Offshore

Arco, Laut Paragi di lepas pantai Cilamaya sekitar 70 km dari kawasan pabrik dan sumber gas alam di Mundu Kabupaten Indramayu. Tabel I. 1 Komposisi Sumber Gas Alam Untuk Bahan Baku Komposisi Komponen Minimal Maksimal (% mol) (% mol) N2 1,00 1,50 CO2 1,00 5,00 CH4 70,00 90,00 C2H6 1,00 12,00 C3H8 0,75 1,2 i-C4H10 0,10 2,00 n-C4H10 0,10 2,20 i-C5H12 0,02 0,60 n-C5H12 0,01 0,30 C6H14 0,01 0,1 C7H16 0,01 0,1 S (organik) 5.10-4 S (sebagai H2S) 30.10-4 Hg 2,5.10-7 Sumber : Proses Engineering, PT. Pupuk Kujang, 2010

Normal (% mol) 1,25 3,00 88,36 5,00 2,00 0,24 0,20 0,07 0,04 0,03 0,06 5.10-4 30.10-4 2,5.10-7

Untuk penyediaan gas alam telah dipasang pipa bawah tanah sepanjang 114 km dengan diameter 24 inch, serta digunakan kompresor, sedangkan stasiun meterannya dibangun di dekat kawasan pabrik, yang berfungsi sebagai pencatat gas alam yang dipakai oleh PT. Pupuk Kujang. Komposisi sumber-sumber gas alam sebagai bahan baku dapat dilihat pada Tabel I.1. 2.

Udara Udara yang digunakan diambil dari lingkungan sekitar pabrik, yang telah

dimurnikan terlebih dahulu dari impuritas-impuritasnya yang terkandung di dalamnya. Jumlah udara yang dibutuhkan oleh PT. Pupuk Kujang untuk menunjang proses produksi yaitu sebesar 40.635 Nm2/Jam. Komponen utama yang diambil adalah gas nitrogen (N2) yang digunakan sebagai bahan baku utama

5

pembuatan amonia. Udara yang digunakan harus bebas dari debu, bebas minyak, dan mempunyai tekanan 7 kg/cm2. Karakteristik udara adalah sebagai berikut: -

Temperatur Kritis (Tc) :

-140,7 °C

-

Tekanan Kritis (Pc)

:

37,2 atm

-

Densitas

:

350 kg/m3

-

Enthalpi (H1200 K)

:

1278 kJ/kg

Spesifikasi minimal sebagai instrument air yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut : -

Karakteristik

:

bebas minyak, tidak berdebu dan kering

-

Titik Embun

:

-40 °C pada tekanan atmosfer

-

Tekanan

:

7 kg/cm2G

-

Temperatur

:

sama dengan temperatur lingkungan

Sedangkan spesifikasi minimal plant air yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut: -

Karakteristik

:

udara bersih bertekanan

-

Tekanan

:

7 kg/cm2G

Untuk memproduksi 1 ton urea, dibutuhkan udara total sebanyak 473,03 Nm3. 3.

Air Air yang diperoleh berasal dari sungai Citarum yang berada di daerah

Parungkadali (Curug) dan di daerah Cikao sebelah hilir Bendungan Jatiluhur yang berjarak kurang lebih 10 km. Sebelum dimanfaatkan lebih lanjut air dialirkan ke unit utility untuk mendapatkan perlakuan terlebih dahulu. Pengaliran air dari Parungkadali ke pabrik menggunakan dua buah pompa dengan kapasitas masingmasing 5.500 gpm, dimana 10.000 gpm dipompakan dan dialirkan ke lokasi pabrik, sedangkan sisanya ditampung pada penampungan untuk persediaan jika suplai air tidak mencukupi. Jumlah air yang dibutuhkan adalah 9.000 m3/jam. Air untuk bahan baku harus diolah agar memenuhi syarat sebagai air pendingin, air umpan boiler, dan untuk lingkungan pabrik dan pemukiman. Kebutuhan bahan baku dan utilitas untuk operasi kapasitas penuh, yaitu: a.

Amonia cair 40.000 kg/jam

6

b.

Gas Karbondioksida 27.000 kg/jam

c.

Uap air pada 42 kg/cm2.G ; 106 ton/jam

d.

Make up air pendingin 3 metrik ton

e.

Tenaga listrik kecuali instrumen dan penerangan 60,1 KWh

f.

Udara instrument 5,6 Nm3

g.

Udara pabrik 1,12 Nm3 Air yang digunakan dalam proses dibedakan menjadi dua yaitu air umpan

ketel dan air pendingin. Kebutuhan air umpan ketel adalah 2,4 m3/ton urea sementara kebutuhan air pendingin adalah 272,4 ton/ton urea. Kukus (steam) yang dihasilkan dari ketel (boiler) dibagi menjadi 3 jenis: a.

Kukus bertekanan tinggi (HPS) dengan P = 105 kg/cm2, T = 440 °C

b.

Kukus bertekanan sedang (MPS) dengan P = 42 kg/cm2, T = 371 °C

c.

Kukus bertekanan rendah (LPS) dengan P = 3,5 kg/cm2 Kebutuhan steam tekanan tinggi adalah 3,5 ton/ton urea dan kebutuhan

steam tekanan rendah adalah 1,4 ton/ton urea. Selain itu diperlukan amonia panas sebanyak 0,5 ton untuk membangkitkan steam tersebut. Di samping itu, penggunaan air di pabrik adalah sebagai air pendingin. Unit air pendingin ini mengelola air dari proses pendinginan yang suhunya 46 °C menjadi 32 °C agar dapat digunakan lagi sebagai air proses pendingin pada cooler (penukar panas) di peralatan yang membutuhkan pendingin. Bahan kimia yang diinjeksikan pada air pendingin adalah : a.

Senyawa fosfat, untuk mencegah timbulnya kerak dan korosi pada pipa heat exchanger.

b.

Senyawa klor, untuk membunuh bakteri dan mencegah timbulnya lumut pada menara pendingin.

c.

Asam sulfat dan basa, untuk mengatur pH air pendingin.

d.

Dispersant, untuk mencegah penggumpalan dan pengendapan kotorankotoran yang terdapat pda air pendingin dan mencegah terjadinya fouling pada pipa heat exchanger.

7

Penggunaan air baku yang utama di dalam pabrik adalah sebagai air pendingin mempunyai spesifikasi sebagai berikut : a.

Turbiditas

:

< 3 NTU

b.

pH

:

6,5 – 7,5

c.

Total hardness

:

< 25 ppm sebagai CaCO3

d.

Warna

:

< 10 ppm sebagai unit harzen

e.

Besi

:

< 0,1 ppm sebagai Fe

f.

Klorida

:

< 8 ppm sebagai Cl

g.

Sulfat

:

< 10 ppm sebagai SO4

h.

Minyak

:

bersih

i.

Permanganat

:

< 3 ppm sebagai O

j.

Nitrogen

:

0 ppm seagai NH3 dan urea

k.

P-alkalinity

:

0 ppm sebagai CaCO3

l.

M-alkalinity

:

12 ppm sebagai CaCO3

m.

Padatan terlarut

:

< 80 ppm

n.

Tekanan

:

min. 1,5 kg/cm2G

o.

Temperatur

:

temperatur lingkungan

4.

Amonia Cair Amonia cair yang digunakan pada unit produksi urea berasal dari unit

produksi amonia yang pada umumnya mempunyai spesifikasi : a.

Kadar ammonia

:

99,5% berat minimum

b.

Kadar air

:

0,5% berat minimum

c.

Kadar minyak

:

5 ppm (b/b) maksimum

d.

Tekanan

:

18 kg/cm2

e.

Temperatur

:

25 – 30 °C

f.

Jumlah Normal

:

40.983 kg/jam

g.

Jumlah Rancang

:

49.180 kg/jam

5.

Gas Karbondioksida

8

Karbondioksida merupakan salah satu produk unit ammonia sekaligus juga merupakan bahan baku utama dalam pembuatan urea. Karbondioksida yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan urea mempunyai spesifikasi sebagai berikut: a.

Kadar CO2

:

98,5% basis kering

b.

Kadar air

:

jenuh

c.

Kadar sulfur

:

1 ppm (b/b) maksimum

d.

Tekanan

:

0,6 kg/cm2

e.

Temperatur

:

38 °C

f.

Jumlah Normal :

27.450 kg/jam

g.

Jumlah Rancang :

32.940 kg/jam

6.

Listrik Untuk memenuhi kebutuhan listrik digunakan sebuah turbin gas merek

Hitachi dengan bahan bakar gas alam dan kapasitas 15 MW. Listrik yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk pabrik, perumahan, dan perkantoran. Kebutuhan listrik yang diperlukan untuk pembuatan 1 ton urea adalah 78 KWh. 1.5.1.2 Bahan Baku Penunjang Bahan baku penunjang berfungsi untuk membantu poses namun tidak terkonversi sebagai produk. Bahan baku penunjang diantaranya adalah asam sulfat, soda kaustik, klorin, hidrazin, dan orthophosphat. Semua bahan ini adalah bahan kimia tambahan untuk pembuatan air proses, air umpan ketel (BFW), dan air minum. Selain itu bahan baku penunjang untuk produksinya adalah katalis cobalt-molybdenum, nikel, Fe-Cr, dan campuran Cu-ZnO-Alumina. Tabel I. 2 Data Katalis Unit Proses

Jenis katalis

Bentuk

Volume katalis (m3)

Start-up

Primary Reformer

Nikel Oksida

Rasching Ring

18,8

Agustus 2002

Secondary

Nikel Oksida

Pellet

33,41

Agustus

9

Reformer

2004

HTS Converter

Besi Oksida Chromina

Pellet

51,2

Mei 2004

LTS Converter

Tembaga Oksida

Pellet

65

Agustus 2004

Methanator

Nikel Oksida

Pellet

17,64

Juni 2008

Ammonia Converter

Promoted Magnetile

Granular

-

-

ZnO Guard Chamber

Seng Oksida

Bola

-

-

Adapun bahan penunjang larutan benfield digunakan sebagai penyerap CO2 di unit pemurnian gas sintesis. Komponen larutan benfield akan ditunjukkan pada table 1. 3. Tabel I. 3 Komposisi Larutan Benfield Komponen

Kandungan

Fungsi

K2CO3

22,1 %

Sebagai adsorben Menurunkan tekanan uap

DEA

1,6 %

CO2, menaikkan absorpsi dan desorpsi

V2O5

0,65 %

Inhibitor korosi

Air

60 – 70%

pelarut

1.5.2 Proses Unit-unit proses yang ada di PT Pupuk Kujang akan dijabarkan melalui penjelasan sebagai berikut :

10

1.5.2.1 Unit Utilitas Unit ini merupakan unit penunjang bagi unit-unit lainnya yang bertugas menyediakan sarana dan prasarana untuk kebutuhan proses. Sesuai dengan operasinya, unit ini meliputi : a.

Unit water intake

b.

Unit pengolahan air

c.

Unit pembangkit listrik

d.

Unit pembangkit steam boiler

e.

Unit udara instrumen dan udara pabrik

f.

Unit pengolahan limbah

1.5.2.2 Unit Urea Unit urea menghasilkan urea prill (urea butir) dengan mereaksikan amonia cair dan gas karbondioksida yang diperoleh dari unit amonia. Proses produksi pupuk urea di PT. Pupuk Kujang menggunakan proses Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved dengan desain peralatan Toyo Engineering Corporation. Kapasitas terpasang unit ini adalah 1.725 ton/hari. Secara keseluruhan proses ini dibagi menjadi empat seksi, yaitu: a.

Seksi Sintesa Urea Pada seksi ini urea diproduksi melalui reaksi eksotermis antara amonia cair

dan gas karbondioksida untuk membentuk amonium karbamat, yang diikuti dehidrasi endotermis amonium karbamat membentuk urea. Proses ini terjadi pada Urea Synthetis Reactor (DC-101), dengan kondisi operasi di reaktor pada suhu 195 °C dan tekanan 200 kg/cm2. Proses yang terjadi yaitu reaksi amonia dengan gas karbondioksida membentuk amonium karbamat, diikuti dengan dehidrasi amonium karbamat menjadi urea, dengan reaksi sebagai berikut : 2 NH3 (l) + CO2 (g) ↔ NH2COONH4 (l) Ammonia

Carbondioksida

Ammonium karbamat

NH2COONH4 (l) ↔ NH2CONH2 (l) + H2O (l) 11

Ammonium karbamat

b.

Urea

Air

Seksi Purifikasi Pada seksi ini bertugas untuk memisahkan produk urea dari amonium

karbamat dan excess amonia. Larutan amonium karbamat didekomposisi menjadi gas-gas CO2 dan NH3 pada suhu tinggi namun tekanan rendah. Proses dekomposisi dilakukan secara bertahap pada HPD (High Pressure Decomposer) dengan T= 145 °C dan P= 17 kg/cm2 dan dilanjutkan pada LPD (Low Pressure Decomposer) dengan T= 117 °C dan P= 2,5 kg/cm2 kemudian gas CO2 dan amonia dipisahkan dengan Gas Separator pada T= 106 °C dan P= 0,3 atm. c.

Seksi Recovery Pada seksi recovery dilakukan penyerapan gas CO2 dari amonia yang belum

bereaksi dari hasil pemisahan di unit pemurnian, untuk dikembalikan ke reaktor sintesa urea sebagai larutan karbamat. Alat yang digunakan pada unit recovery antara lain: High Pressure Absorber, Low Pressure Absorber, dan Gas Absorber. Media penyerap yang digunakan adalah larutan urea dan air. d.

Seksi Kristalisasi dan Pembutian Pada seksi kristalisasi dan pembutiran berfungsi untuk membentuk urea

prill. Urea cair dikristalisasi dalam Crystallizer, kemudian dipisahkan dalam Centrifudge. Urea yang telah dikeringkan dalam Fluidizing Dryer, kemudian dilelehkan dalam Melter dan dibentuk butiran-butiran dalam Prilling Tower. Urea butiran kemudian dikirim ke unit pengantongan dengan Screw Conveyor. 1.5.2.3 Unit Amoniak Unit amonia PT. Pupuk Kujang dalam proses produksi menggunakan metode Haber Bosch dengan desain peralatan Kellog Overseas Corporation. Bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan amonia adalah gas alam, udara, dan air. Unit ini juga menghasilkan amonia dengan kapasitas terpasang 1.000 ton/hari. Di samping itu juga dihasilkan karbondioksida (CO2) dan Hidrogen (H2). Unit amonia dapat dibagi beberapa sub unit, yaitu :

12

a.

Sub Unit Pemurnian Gas Alam Sub unit ini bertujuan untuk memisahkan zat-zat pengotor yang dapat

mengganggu proses sintesa amonia. Pengotor yang dimaksudkan adalah kondensat, merkuri, dan senyawa belerang. Prinsip pemurniannya adalah sebagai berikut : -

Kondensat dihilangkan pada knock out drum dengan proses pemisahan berdasarkan perbedaan berat jenis antara kondensat dengan gas alam juga terdapat demister sebagai filter di bagian atas knock out drum sehingga kondensat tidak dapat melewati demister dan turun ke bagian bawah knock out drum.

-

Merkuri dihilangkan dengan melewatkan gas alam pada mercury guard chamber yang berisi karbon aktif yang mengandung belerang di dalamnya. Merkuri akan bereaksi dengan belerang membentuk HgS sehingga

dapat

diabsorpsi oleh karbon aktif. -

Senyawa belerang organik dihilangkan dengan mereaksikan belerang organik dengan gas hidrogen pada hydrotreater dengan bantuan katalis Cobalt Molybdenum sehingga membentuk senyawa H2S (belerang anorganik). Senyawa H2S selanjutnya diabsorpsi oleh katalis ZnO yang berada di dalam ZnO Guard Chamber.

b.

Sub Unit Pembuatan Gas Sintesa Sub unit ini memproses gas alam, steam, dan udara menjadi gas H2, N2, CO,

dan CO2. Alat-alat yang digunakan adalah : c.

Primary reformer Pada Primary Reformer ini terjadi reaksi reforming, gas alam direaksikan

dengan steam dengan bantuan katalis Nikel Oksida (NiO) yang terdapat di dalam tube-tube katalis, membentuk gas H2, CO2, dan CO. Reaksi berjalan dalam keadaan endotermis. d.

Secondary reformer

13

Reaksi reforming disempurnakan pada secondary reformer. Gas sintesa yang terbentuk pada primary reformer dicampur dengan udara dengan perbandingan H2 : N2 adalah 3 : 1. Reaksi ini terjadi pada bagian atas secondary reformer yang disebut mixing zone. Reaksi pada secondary reformer terjadi di dua tempat yaitu: mixing zone (reaksi pembakaran udara) dan dilanjutkan ke reaction zone (reaksi reforming) dengan bantuan katalis Nikel Oksida (NiO). e.

Sub Unit Pemurnian Gas Sintesa Sub unit ini merupakan tempat pemisahan gas sintesa dengan gas-gas CO2

dan CO karena gas-gas tersebut merupakan racun bagi katalis pada sintesa amonia. f.

Sub Unit Sintesa Amonia Sub unit ini mereaksikan

H2 dan N2 dalam ammonia converter untuk

menghasilkan amonia. Katalis yang digunakan berupa promoted Iron. Reaksi berjalan pada kondisi operasi, tekanan 15 kg/cm2 dan temperaturnya 420 – 500 °C dan nilai konversi 12-13%. g.

Sub Unit Pemurnian dan Refrigerasi Pemisahan dan pemurnian amonia dilakukan dengan sistem pendinginan

yang bertujuan mendinginkan gas keluaran Ammonia Converter agar amonianya dapat terpisah dan melepaskan gas-gas inert yang terabsorbsi oleh amonia. 1.5.2.4 Unit Pengantongan Unit ini bertugas untuk memasukkan urea prill ke dalam kemasannya yang berupa karung plastik dengan berat masing-masing 50 kg. Unit ini juga menangani penyimpanan pupuk urea sebelum dipasarkan. Unit ini merupakan unit terakhir dari keseluruhan pabrik urea yang berfungsi mengantongi butiran-butiran urea yang dihasilkan dari pabrik urea. Butiran-butiran urea dari unit urea diangkut melalui suatu alat yang dinamakan Belt Conveyor kemudian dimasukkan ke dalam Bin dengan menggunakan Transfer Conveyor, pada bagian bawah Bin terdapat Weighing

14

Machine yang berfungsi untuk mengeluarkan urea dalam berat tertentu ke dalam karung-karung plastik. Karung-karung yang telah diisi kemudian dijahit dan siap didistribusikan kepada konsumen melalui pengangkutan truk dan kereta api. Untuk penampungan sementara disediakan gudang penampungan (storage). Sistem pengelolaan pada tahap pengantongan ini dapat digolongkan menjadi tiga bagian, yaitu : a.

Unit Sistem Pengelolaan Urea Curah (Bulk Handling System) Urea curah dari Prilling Tower dikirim ke tahap pengantongan melalui Belt

Conveyor Toyo U-JF 301, lalu ditransfer ke Belt Conveyor 2801-VA/VB yang disebut juga Transfer Conveyor untuk ditampung dalam tempat penyimpanan sementara yang disebut Surge Hopper 2801-F. Surge Hopper ini dilengkapi dengan fibrating feeder untuk mengatur pengeluaran urea agar lubang hopper tidak tersumbat. Urea curah ini kemudian dikirim ke Bin Storage melalui Transfer Conveyor 2801-VD yang dilengkapi dengan Travelling Tripper 2801-VE. Bin Storage juga dilengkapi dengan high level dan low level switch yang menunjukkan kondisi bin penuh atau kosong. Ada 10 buah bin storage di unit ini, tetapi pada kondisi normal hanya 4 buah bin yang beroperasi. Kapasitas masingmasing bin adalah 80 ton. b.

Unit Sistem Pengantongan Urea (Bagging System) Pada bagian bawah bin storage terdapat mesin penimbang otomatis yang

disebut weighing machine, yang diatur untuk menimbang dengan kapasitas 50 kg dengan akurasi timbang sekitar 200 gram. Untuk memuat urea curah ke dalam kantong, operator hanya memasang kantong pada bagian bawah weighing machine, kemudian menginjak pedal yang disebut foot pedal switch untuk mencurahkan urea dengan takaran yang diinginkan telah dicurah seluruhnya, maka kantong akan terlepas secara otomatis dan dibawa ke belt conveyor menuju bagian penjahitan. Pada kondisi normal, kapasitas mesin jahit di unit ini adalah 12 bag/menit per mesin. Sesuai dengan bin storage yang beroperasi, maka jalur penjahitan ini

15

juga ada empat buah. Untuk kontrol mutu, maka setiap 20 bag diambil 1 sampel untuk ditimbang ulang dan diteliti jahitannya. Bila hasil kurang memuaskan, maka mesin penimbang diset ulang dan mesin jahit diperbaiki atau diperlambat kapasitas jahitannya. c.

Unit Sistem Pengelolaan Urea Kantong (Bag Handling System) Urea yang telah dikemas dalam karung plastik dan dijahit dengan kuat

kemudian dibawa ke sarana pengangkut ke gudang penyimpanan dengan belt conveyor. Sarana alat angkut yang tersedia adalah truk dan kereta api. Untuk truk digunakan short conveyor sebanyak empat buah dengan kapasitas normal rata-rata 1.920 bag/jam per conveyor, sedangkan untuk kereta api dipakai mobil transfer conveyor, kemudian conveyor 2804-VA/VB, bag flattner, lalu ke over head conveyor I, berputar ke arah stationary rail car loading dan masuk ke gerbong kereta api. Untuk mengarahkan kantong-kantong urea agar menuju gerbong, dipakai bag diverte U. Urea kantong yang tidak termuat dalam truk atau kereta api disimpan dalam gudang. Sistem penyimpanan yang digunakan adalah sistem pindang agar kapasitas penyimpanan dapat maksimum dan pengambilannya mudah. Kapasitas penyimpanan di gudang adalah 35.000 ton urea.

16

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

1.1

Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan urea adalah amonium (NH 3) dan gas karbondioksida (CO2). 2.1.1 Amonia Amonia diperoleh dari hasil reaksi antara gas hidrogen dengan gas nitrogen yang dilakukan pada unit amonia. Hidrogen untuk proses pembuatan amonia diperoleh dari hidrokarbon pada gas alam, sedangkan gas nitrogen diperoleh dari udara bebas. Spesifikasi amonia cair yang diperbolehkan adalah : -

Kadar amonia

:

minimal 99,5% berat

-

Kadar air

:

minimal 0,5% berat

-

Minyak

:

maksimal 5 ppm (b/b)

-

Tekanan

:

18 kg/cm2.G

-

Temperatur

:

25 – 30 °C

-

Jumlah Normal :

40.983 kg/jam

-

Jumlah Rancang :

49.180 kg/jam

(Sumber: Petunjuk Operasi Urea IA, PT. Pupuk Kujang Cikampek). 2.1.2 Karbondioksida Karbondioksida diambil dari unit amonia yang merupakan hasil samping dari pembuatan amonia sintetis dari hidrokarbon. Spesifikasi gas karbondioksida yang dapat diperbolehkan adalah : -

Kadar CO2 kering (basis kering)

:

minimal 98% volume

-

Kadar air

:

jenuh

-

Kadar sulfur

:

maksimal 1,0 ppm (b/b)

-

Tekanan

:

0,6 kg/cm2G

17

-

Temperatur

:

38 °C

-

Kadar penyerap

:

0,01 %

-

Jumlah normal

:

27.450 kg/jam

-

Jumlah rancang

:

32.490 kg/jam

(Sumber : Petunjuk Operasi Unit Amonia IA, PT Pupuk Kujang) a. Sifat Fisika Karbondioksida Berikut sifat-sifat Fisika Karbondioksida : -

Bentuk

: Gas

-

Warna

: Tidak berwarna

-

Densitas

: - Padat: 1,600 g/L - Gas : 1,98 g/L

-

Titik Lebur

: -570C (216 K) (di bawah tekanan)

-

Titik didih

: -780C (195K) (menyublim)

-

Kelarutan (dalam air)

: 1,45 g/L

-

Viskositas

: 0,07 cP pada -780C

(Sumber: Wikipedia.com) b. Sifat Kimia Karbondioksida Berikut sifat-sifat Kimia Karbondioksida:

2.2

-

Rumus molekul

: CO2

-

Massa molar

: 44, 0095 g/mol

-

Struktur molekul

: Linear

-

Momen dipol

: nol

-

Keasaman (pKa)

: 6,35 dan 10,33

Proses Pabrik Amonia Di proses ini dihasilkan produk ammonia cair (NH3) dan gas karbon

dioksida (CO2). Produk tersebut merupakan bahan baku pembuatan urea pada proses selanjutnya. Ammonia selain digunakan untuk pembuatan urea juga sebagian dijual dalam bentuk cair.

18

Tabel II. 1 Karakteristik Amonia Karakteristik

Nilai

Rumus Molekul

NH3

Berat Molekul

17,03 g/gmol

Titik Didih

-33,35 oC

Titik Beku

-77 oC

Temperatur Kritis

133 oC

Tekanan kritis

1657 Psia

Panas Pembentukan (kkal/mol)

-9,368 (0oC),-11,04 (25oC)

Sumber : Handbook of Hazardous Chemical Properties, 2000. Kapasitas produksi terpasang ammonia cair 1.000 Metrik Ton/hari dengan kadar 99%, dan karbon dioksida 1.325 Metrik Ton/hari. Bahan baku yang digunakan adalah gas alam, udara, dan steam. Proses pembuatan ammonia di PT. Pupuk Kujang menggunakan High Pressure Catalytic Steam Reforming atau dikenal dengan proses Kellog. Ammonia Plant terdiri dari enam unit, yaitu: 1.

Unit pemurnian gas alam

2.

Unit pembuatan gas sintesa

3.

Unit pemurnian gas sintesa

4.

Unit sintesa amonia

5.

Unit pemisahan dan pemurnian produk

6.

Unit Hydrogen Recovery

Pembuatan amonia akan digambarkan pada gambar 2.1

19

Gas Alam

Gas H2

Penghilangan Merkuri

Refrigerasi

Penghilangan Sulfur

Sintesa Amonia

NH3 ke pabrik Urea

Ke Pabrik Urea

Reforming

Shift Converter

Methanator

Penyerap CO2

CO2

Pengurai CO2

Ammonia Storage

Gambar 2. 1 Diagram Alir Pembuatan Amonia 2.2.1 Unit Pemurnian Gas Alam Ringkasan: “Seksi pemurnian gas alam terutama dimaksudkan untuk mengurangi impurities dan menghilangkan racun katalis bagi Primary Reformer (merkuri dan belerang). Alat KO-Drum dimaksudkan untuk mengurangi impurities dari feed gas alam, sedangkan Mercury Guard Chamber dimaksudkan untuk mengurangi kandungan merkuri dari gas alam, merkuri diubah menjadi merkuri sulfida yang kemudian diadsorb oleh karbon aktif. Pada alat Co-Mo Hydrotreater belerang (S) diubah menjadi H2S, yang lalu diubah menjadi ZnS pada ZnO guard chamber”. Gas alam yang dipakai oleh PT. Pupuk Kujang berasal dari tiga sumber yaitu dari Arco, laut Parigi di lepas pantai Cilamaya dan Mundu di Indramayu. Komposisi gas alam yang masuk ke pabrik disajikan dalam tabel II.2. Tabel II. 2 Komposisi Gas Alam yang Masuk Ke Pabrik Komposisi N2 CO2

%mol 3,02 4,90 20

CH4 89,95 C2H6 1,110 C3H8 0,520 i-C4H10 0,12 n-C4H10 0,13 i-C5H12 0,06 n-C5H12 0,03 H2S 5,7 ppm H2 Trace Ar 0,16 (Sumber: Proses Engineering 1A, PT. Pupuk Kujang Cikampek). Gas alam dengan tekanan 14,7 kg/cm2, masuk ke pabrik ammonia melalui Fuel Gas Knock Out Drum(116-F) yang lebih sering disingkat sebagai KO-Drum. Di dalam KO-Drum ini gas alam dipisahkan dari fraksi cairan hidrokarbon berat, pemisahan dalam KO-Drum didasarkan pada pemisahan cara Mist Separator, dimana gas alam dalam bentuk kabut, menumbuk serabut kawat lalu fraksi-fraksi hidrokarbon dan pengotor gas alam akan membentuk droplet yang akan di blow down pada tingkat ketinggian tertentu. Sebelum digunakan di unit pembuatan gas sintesa terlebih dahulu dimurnikan dalam beberapa tahap: a.

Pemisahan Debu dan Fraksi Berat Gas alam diumpankan ke pabrik amoniak dengan temperatur 30 °C

kemudian masuk ke feed gas knock out drum 116-F dengan maksud agar debu, partikel-partikel halus, tetes-tetes cairan seperti air dan hidrokarbon berat serta fraksi berat lainnya yang terkandung dalam gas alam dapat terpisah. Proses yang terjadi di dalam adalah gas alam menumbuk dinding drum, kemudian fraksi-fraksi berat akan jatuh dan gas alam akan bebas fraksi berat akan keluar melalui bagian atas. Pengeluaran cairan dan fraksi berat dari dasar knock out drum dilakukan secara otomatis dengan menggunakan level control (LC) untuk dikirim ke burning pit untuk dibakar. Gas alam yang keluar dari drum 116-F selanjutnya dibagi menjadi dua, sebagian digunakan untuk auxiliary boiler dan start up heater

21

primary reformer. Pemurnian lebih lanjut di mercury guard chamber 109-D untuk dihilangkan kandungan merkurinya dan selanjutnya dijadikan bahan baku proses. b.

Penghilangan Merkuri Merkuri yang terdapat dalam gas alam harus dihilangkan karena dapat

meracuni katalis pada proses berikutnya. Merkuri diserap oleh karbon aktif dalam mercury guard chamber 109-D, selanjutnya beraksi dengan sulfur dengan reaksi sebagai berikut: Hg + S

HgS

Tekanan gas alam yang dihasilkan masih dalam belum cukup tinggi sehingga harus dikompresi dalam feed gas compressor 102-J sehingga tekanannya berubah dari 14,8 Kg/cm2 menjadi 43 Kg/cm2 dan suhunya sekitar 146 0C. Kompresor tersebut digerakkan oleh turbin uap 102-JT. Gas alam yang keluar dari kompresor dialirkan ke feed gas compressor kick back cooler 132-C untuk didinginkan lalu dimasukkan ke mercury guard chamber dan dikembalikan lagi ke kompresor, hal tersebut dilakukan untuk mencegah kekurangan gas di kompresor yang dapat menyebabkan terjadinya surging (kekurangan beban). Gas pada unit ini yang dihilangkan kandungan merkurinya dari 10 ppb menjadi 0 ppb. Gas yang keluar selanjutnya dikirim ke feed preheat coil diseksi konveksi primary reformer untuk dipanaskan hingga temperaturnya mencapai 399 0C. c.

Penghilangan Sulfur (Desulfurisasi) Gas proses yang keluar dari 102-J masih mengandung senyawa belerang.

Senyawa ini harus dihilangkan karena dapat meracuni katalis dalam primary reformer. Proses desulfurisasi dilakukan dalam dua tahap, yaitu di Cobalt Molybdenum Hydrotreater (terjadi pengikatan sulfur) 101-D dan Zinc oxide (ZnO) guard chamber 108-D (terjadi pemisahan sulfur dalam bentuk H2S yang telah terbentuk akibat reaksi pada hydrotreater). Gas sebelumnya telah dipanaskan dan dicampur dengan recycle gas sintesa yang kaya hidrogen, kemudian dimasukkan ke Co-Mo hydrotreater 101-D yang berisi 28,3 m3 katalis Cobalt Molybdenum dalam bentuk tablet. Katalis ini

22

berfungsi sebagai activator dalam reaksi hidrogenasi antara belerang dalam senyawa gas alam dengan gas hydrogen yang akan membentuk senyawa organik dan H2S pada suhu 399 0C dan tekanan 42 Kg/cm2. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: RSH + H2

RH + H2S

RSR + 2 H2

RH + RH + H2S

Gas yang keluar dari hydrotreater diperkirakan hanya mengandung senyawa belerang dalam bentuk H2S. Kadar CO2 yang masuk ke hydrotreater tidak boleh melebihi 5%, karena dapat menimbulkan reaksi sebagian eksotermik sebagai berikut: HR(298K) = +9,8381 Kcal/gmol

CO2 + H2

CO + H2O

CO + 3H2

CH4 + H2O HR(298K) = -42,27 Kcal/gmol

Reaksi di atas jika membesar, maka temperatur akan naik sehingga dapat merusak katalis. H2S yang terbentuk pada Co-Mo hydrotreater dihilangkan dalam ZnO guard chamber 108-D yang berisi katalis ZnO dalam bentuk tablet dengan volume 28,3 m3. Belerang yang berbentuk H2S dalam alat ini akan diubah menjadi ZnS pada suhu sekitar 371 0C dan tekanan 39 Kg/cm2. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: H2S + ZnO

ZnS + H2O

Gas keluaran 108-D lalu diumpankan ke primary reformer 101-B. 2.2.2 Unit Pembuatan Gas Sintesa Ringkasan: “Seksi pembuatan gas alam dibagi menjadi tahapan reformer dari tahapan shift converter, reformer dibagi menjadi dua tahap yaitu primary reformer dan secondary reformer. Primary reformer bertujuan untuk mendapatkan gas nitrogen yang juga digunakan untuk sintesa ammonium jadi tahapan reformasi secara tidak langsung mengatur hasil ammonia, karena pada tahapan ini perbandingan H2 dan

23

N2 yang diinginkan didapatkan, sedangkan shift converter dimaksudkan untuk mengubah senyawa CO menjadi CO2, senyawa CO2 akan diabsorb pada seksi pemurnian gas sintesa. Gas CO da CO2 tidak diinginkan karena merupakan racun katalis pada sintesa ammonia.” Proses yang terjadi di unit adalah pembuatan gas sintesa, yaitu H2 dan N2 dengan perbandingan 3:1 sebagai umpan ammonia converter. Gas alam mulamula akan mengalami reformasi menjadi CO, CO2, dan H2, kemudian gas CO dikonversi menjadi CO2 dan sebagian kecil dari aliran dikirim ke unit Cosorb. a.

Primary reformer (101-B) Reaksi yang terjadi di Primary Reformer 101-B adalah reaksi pembentukan

hidrogen dari senyawa hidrokarbon dan steam. Gas alam yang keluar dari Zinc Oxide Guard Chamber dicampur dengan steam dan dipanaskan dengan Mix Feed Preheater Coil di seksi konveksi Primary Reformer. Gas yang keluar diharapkan mempunyai suhu 483oC dan tekanan 36,8 kg/cm2, yang kemudian dimasukkan dalam tube-tube katalis di seksi radiant. Pada seksi radiant terdapat 9 buah sub header yang masing-masing memiliki 42 buah tube yang berisi katalis NiO yang berbentuk cincin, sehingga semuanya 378 tube. Tube-tube katalis terdiri dari campuran logam: 25% chorme, 35% nikel dan 1,225% niobium dengan diameter tube 3 inch. Pada primary reformer 101-B terjadi reaksi steam reforming yaitu reaksi antara gas alam dengan steam menjadi CO dan H2. Sebagian CO yang dihasilkan akan bereaksi dengan steam untuk membentuk CO2. Gas H2 yang dihasilkan berfungsi untuk sintesa amoniak di ammonia converter. Mekanisme reaksi yang terjadi dalam primary reformer 101-B adalah sebagai berikut: Reaksi utama yang bersifat endotermis dengan suhu sekitar 823°C : CH4 + H2O

ΔH= +49,27 Kcal/mol

CO + 3H2

Reaksi samping yang bersifat eksotermis : CO

+ H2 O

ΔH= - 9,83 Kcal/mol

CO2 + H2

24

Reaksi keseluruhan adalah endotermis dan panas yang dibutuhkan berasal dari panas pembakaran gas alam diluar tube katalis pembakaran gas alam di seksi radiant. Reaksi pembakaran tersebut dapat dituliskan sebagai berikut : CH4 + 4O2

ΔH= +191,7 kkal/mol

CO2 + 2H2O

Burner-burner fuel gas ini terletak diantara dua baris tube katalis. Ada 10 baris burner, masing-masing terdiri dari 20 burner. Gas alam dan steam yang akan masuk ke primary reformer harus diatur agar memiliki perbandingan mol S : C = 3,5 : 1, karena jika pemakaian steam kurang maka dibutuhkan temperatur yang lebih tinggi agar reaksi berlangsung ke arah kanan kesetimbangan. Pemakaian steam yang kurang akan menyebabkan reaksi samping sebagai berikut: CH4

C + 2H2

2CO2

C + CO2

Deposit karbon yang terbentuk ini akan melapisi permukaan katalis, sehingga akan mengurangi keaktifan katalis dan terjadi local overheating pada tube. Efisiensi perpindahan panas juga dapat berkurang dan merusak tube. Perbandingan mol S : C ini diatur oleh suatu alat yang disebut ratio relay (RRI). Gas yang bereaksi dalam tube akan keluar melalui bagian bawah tube dan disatukan dalam sebuah pipa besar untuk masing-masing baris yang disebut riser. Gas dari riser dikirim ke Secondary Reformer 103-D melalui suatu pipa besar yang disebut transfer line, suhu gas yang keluar sekitar 810-815 oC dengan tekanan 32,5 kg/cm2. Transfer line dipasangi jacket water sebagai pelinding dan pendingin.

Gas

CH4

yang

lolos

dari

Primary

Reformer

diharapkan

kurang dari 10 %. Gas hasil pembakaran (fuel gas) yang suhunya makin tinggi dihisap oleh Induced Fan melalui seksi konveksi, dimana panasnya dimanfaatkan untuk memanaskan umpan gas alam, udara untuk Secondary Reformer, Boiler Feed Water dan Superheated Steam untuk power generator. Fuel gas dari seksi

25

konveksi dibuang ke udara melalui suatu cerobong (stack), suhu gas buang ini masih sekitar 250 oC. b.

Secondary reformer (103-D) Secondary reformer (103-D) berfungsi untuk melanjutkan reaksi reforming

dengan mekanisme reaksi yang sama dengan primary reformer, tetapi panas yang diperlukan diperoleh dari pembakaran langsung dengan udara di dalam reaktor. Gas dan campuran udara-udara masuk ke secondary reformer secara terpisah dari bagian atas melalui pipa penghubung 107-D yang di selubungi air. Aliran gas ini masuk pada temperatur 800-815 C dan tekanan 32,5 kg/cm3, kemudian aliran gas ini mengalir ke bawah dan bercampur dengan udara proses pembakaran. Udara ini berasal dari udara tekan dari kompresor 101-J yang mengambil aliran keluar dari penyaring udara 102-L, untuk menghilangkan debu dan partikel halus lainnya. Secondary reformer terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian atas yang disebut mixing zone atau combustion zone dan bagian bawah yang disebut reaction zone. Reaction zone berupa packed bed yang terdiri dari tiga buah bed katalis nikel oksida yang berbeda-beda komposisinya. Gas dan udara dicampur dalam mixing zone dengan reaksi pembakaran sebagai berikut: CH4 +

2O2

CO2 + 2H2O

ΔH= +191,7 kkal/mol

2H2 +

O2

2H2O

ΔH= + 57,8 kkal/mol

Panas pembakaran ini digunakan untuk reaksi reforming di bed katalis. Temperatur gas di bed katalis pertama 1134 C dan tekanan 32,5 kg/cm2G, sedangkan sampai di bed ke tiga suhunya menjadi 975C dan tekanan 31,5 kg/cm2G. Kadar CH4 dalam gas yang keluar dari secondary reformer  0,3 %. Udara yang masuk ke Secondary Reformer berfungsi juga sebagai penyuplai N2, maka perbandingan mol udara dan gas alam harus diatur supaya gas H2 dan N2 yang keluar mempunyai perbandingan mol yang cocok sebagai umpan Amonia Converter yaitu 3 : 1. Gas panas yang keluar dari Secondary Reformer

26

dimanfaatkan untuk memproduksi steam bertekanan tinggi (sekitar 105 kg/cm2) di Waste Heat Boiler 101-CA/CB sehingga suhu gas yang keluar turun menjadi 343347oC. Temperatur ini adalah temperatur yang sesuai untuk reaksi di High Temperatur Shift Converter 104-D. Sebagian kecil dari gas ini, yaitu sekitar 2-3% dikirim ke pabrik Cosorb untuk dimurnikan CO-nya. c.

Shift Converter (104-D) Urea diproduksi membutuhkan bahan baku amonia dan karbon dioksida,

karena itu gas CO yang ada perlu diubah menjadi CO2. Tugas mengkonversi gas CO menjadi CO2 ini dilakukan oleh alat yang disebut Shift Converter 104-D. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : CO + H2O

CO2 + H2

ΔH= + 9,8 kcal/mol

Reaksi ini bersifat eksotermis, sehingga konversi ke kanan yang mengkonversi gas CO menjadi CO2 akan bertambah konversinya apabila temperatur diturunkan. Kecepatan molekul-molekul yang bertumbukan untuk bereaksi akan berkurang bila suhunya diturunkan, sehingga kecepatan reaksi juga berkurang. Pemecahan masalah tersebut Shift Converter dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian atas yang disebut High temperatur Shift Converter dan Low temperatur Shift Converter. 1.

High temperatur Shift Converter (HTSC) HTSC berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi. Katalis yang digunakan

adalah Fe-Cr berbentuk tablet dengan volume 54,9 m3. Suhu yang masuk sekitar 364 oC dengan tekanan 31,4 kg/cm2 melalui distributor di bagian atas kemudian mengalir ke bawah melewati katalis. Persamaan reaksi yang terjadi: CO + H2O

CO2 + H2

ΔH= + 9,2 kkal/mol

Reaksi ini bersifat eksotermis. Gas keluar pada suhu yang lebih tinggi yaitu 433oC dan tekanan 30,3 kg/cm2, maka gas yang masih cukup tinggi suhunya ini dimanfaatkan panasnya untuk membangkitkan steam di Shift Effluent Waste Boiler 103-C dan memanaskan gas umpan Methanator 106-D di Methanator Feed

27

Heater 104-C, sehingga gas pada suhu rendah dapat dicapai untuk masuk di LTSC. Gas di-quench dengan kondensat air yang berasal dari keluaran draw gas separator 102-F di dalam knock out drum, sehingga temperatur dapat turun dan diperoleh konversi reaksi yang lebih tinggi. 2.

Low temperatur Shift Converter (LTSC) LTSC berfungsi untuk meningkatkan konversi reaksi pembentukan CO2.

Katalis yang digunakan adalah Cu sebanyak 66 m3. LTSC dioperasikan minimal pada suhu 241 C berisi  60 m3 katalis terdiri dari dua lapisan. Lapisan atas berupa 15 m3 katalis ZnO dan lapisan bawah berupa 45 m3 campuran CuO/ZnO/Al2O3. Reaksi berlangsung lambat tetapi konversi yang terjadi tinggi. Tekanan operasi adalah 31 kg/cm2. Suhu keluar LTS adalah 254 C, setelah itu panas yang terjadi dimanfaatkan pada penukar panas 1105-C dan 1113-C lalu dialirkan melalui knock out drum ke raw gas separator 102-F untuk memisahkan kandungan kondensat air dalam gas. Kondensat air ini selanjutnya digunakan untuk quenching di proses-proses lainnya sedangkan gas akan dikirim ke unit pemurnian gas sintesa.

Gambar 2.2 Diagram Alir Pembuatan Gas Sintesa 2.2.3 Unit Pemurnian Gas Sintesa Ringkasan:

28

“Seksi pemurnian gas sintesa bertujuan untuk menghilangkan kandungan CO dan CO2 dari gas sintesa, karena gas CO dan CO2 merupakan racun katalis pada ammonia converter. Media yang digunakan untuk mengabsorb gas CO2 adalah larutan Benfield. Pada CO2 absorber, larutan Benfield menyerap CO2 yang sebagian besar dibentuk pada shift converter, lalu pada stripper CO2 dilepaskan dari larutan Benfield. sedangkan metanator, CO dan CO2 yang lolos dari CO2 absorber dan shift converter diubah menjadi CH4, yang kemudian dijadikan bahan bakar pada primary reformer.“ Unit ini bertugas mempersiapkan bahan baku untuk ammonia converter, yang berupa gas N2 dan H2, sehingga gas-gas lain yang ada harus dipisahkan terlebih dahulu. Gas CO dan CO2 yang terdapat dalam gas proses yang keluar dari shift converter merupakan racun bagi katalis di ammonia converter (105-D), maka gas proses harus dibersihkan dari CO dan CO2 sebelum sampai ke seksi sintesa amonia. Pemisahan CO2 dilaksanakan secara absorpsi di CO2 absorber 1101-E, sehingga kadar CO2 dalam gas kurang dari 1000 ppmv. Gas sintesa dibersihkan lebih lanjut dari sisa CO2 dan CO yang masih ada di methanator dengan jalan mereaksikan CO2 dan CO yang tersisa dengan gas H2 sehingga menjadi gas metan kembali. Gas metan sendiri tidak merupakan racun bagi katalis ( inert ). a.

CO2 Absorber (1101-E) Pada unit ini dilakukan penyingkiran gas CO2. CO2 harus disingkirkan

karena pada kondisi operasi di syn loop apabila masih tersisa CO2 maka akan terjadi reaksi antara CO2 dan ammonia menjadi ammonium karbamat yang mudah membeku sehingga dapat menyumbat aliran dan mengganggu kerja kompresor. Apabila ada CO2 yang tersisa maka nanti akan diubah menjadi metana di methanator. Gas yang keluar dari draw gas separator (102-F) dimasukan ke bagian bawah CO2 Absorber 1101-E melalui sparger dibagian menara. CO2 Absorber ini tersusun dari empat buah bed berisi tumpukan slotted ring sehingga gas CO2

29

terabsorbsi oleh larutan penyerap. Larutan penyerap yang digunakan adalah larutan benfield yang terdiri dari senyawa-senyawa sebagai berikut : 1.

Kalium Karbonat (K2CO3) yang berfungsi juga sebagai absorben dan desorben CO2, dengan kadar 25-30 % berat.

2.

Dietanol Amin (DEA) untuk menaikkan kecepatan absorbsi dan desorbsi CO2 dan untuk menurunkan tekanan uap CO2.

3.

Vanadium Pentaoksida (V2O5) sebanyak 0,5-0,6 % berat, sebagai V5+ yang dapat melapisi permukaan film pada dinding absorber dan menjadi corrosion inhibitor.

4.

Ucon sebanyak 1-2 ppm sebagai pencegah pembentukan buih (antifoam).

5.

Sisanya air sebagai pelarut. Pada proses absorbsi CO2 dengan larutan benfield, mula-mula gas CO2

bereaksi dengan H2O membentuk asam karbonat. Asam karbonat kemudian bereaksi kembali dengan ion karbonat dari K2CO3 membentuk ion bikarbonat. Reaksi kimia yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut : CO2

+ H2O

H2CO3

H2CO3

+ CO32-

2HCO3

2HCO3

+ K2CO3

CO32- + 2 KHCO3

CO2 + H2O + K2CO3

2 KHCO3 ΔH= -101,3761 kcal/mol

Reaksi absorbsi ini adalah reaksi eksotermis. Larutan benfield yang dipakai ada dua aliran yaitu larutan lean benfield yang masuk dari puncak menara dan larutan semi lean benfield yang masuk melalui bagian tengah menara. Larutan lean benfield adalah larutan yang sama sekali tidak mengandung CO2. Larutan ini berasal dari dasar Stripper 1102-E yang didinginkan lebih dahulu dalam Cooler 1107-C sebelum dipompa oleh 1110-JA/JB/JC ke puncak Absorber sebanyak 370 ton/jam. Tenaga dari ketiga pompa ini berasal dari steam MS. Pada kondisi operasi normal, 25% dari larutan lean Benfield dialirkan ke puncak dan

30

selebihnya dikirim ke carbonate storage dari unit Cosorb. Sebelum masuk ke dalam CO2 absorber, larutan lean Benfield didinginkan lagi dengan 1151-C. Larutan semi lean benfield adalah larutan yang masih mengandung CO2. Larutan ini dari bagian tengah stripper, sebelum dipompa dengan pompa 1107JA/JB/JC ke bagian tengah absorber, larutan semi lean benfield dimasukkan ke dalam tangki Low Heat Benfield yang dialiri steam diatasnya untuk menyempurnakan penyerapan CO2. Steam yang telah lewat low heat benfield yang mengandung CO2. Kemudian dimasukan ke Stripper. Pada kondisi normal larutan semi lean benfield yang mengalir adalah sebanyak 1100 ton/jam. Gas dari LTSC yang masuk dari bagian bawah Absorber akan berkontak dengan larutan semi lean benfield yang akan menyerap sebagian besar gas CO2 yang ada, kemudian sisa CO2 akan diserap oleh larutan lean benfield. Temperatur dalam Absorber adalah 70-100 oC dan tekanannya sekitar 27 kg/cm2. Larutan yang telah banyak mengandung CO2 (larutan rich benfield ) keluar dari dasar Absorber pada suhu 123 oC, mengalir melalui Turbin Hidrolik 1107-JA, kemudian menuju bagian atas Stripper. Gas yang keluar dari bagian Atas absorber diharapkan kadar CO2-nya dibawah 0,1 % volum. Temperatur gas ini kira-kira 70 o

C.

31

Gambar 2. 2 CO2 Absorber b.

CO2 Stripper (1102-E) Stripper 1102-E terdiri dari tiga buah bed berisi tumpukan slotted ring.

Kondisi operasi dari stripper adalah 107-129 oC dan tekanan 0,6 kg/cm2. Karena larutan rich benfield yang keluar dari dasar Absorber masih mempunyai tekanan sebesar 27 kg/cm2, maka tekanan ini dimanfaatkan untuk menggerakan Turbin Hidrolik 1107-JA, yang digunakan untuk memompa larutan semi lean benfield yang akan menuju Absorber. Untuk menstripping CO2 digunakan steam bertekanan rendah yaitu 3,5 kg/cm2, yang berasal dari Reboiler 1105-C,1111-C dan 1113-C. Dengan tekanan rendah yaitu 0,6 kg/cm2 dan suhu tinggi antara 107109 oC dan dorongan steam ke atas, maka diharapkan gas CO2 dalam larutan rich benfield akan terlepas. Reaksi yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi absorbsi, yaitu: 2KHCO3 Kalium hidrogen karbonat

K2HCO3

+

CO2 +

Dikalium hidrogen karbonat Karbondioksida

H2O Air

Setelah melewati bed kedua, larutan ditampung dalam Trap Out Pan, dimana sebagian larutan dikeluarkan sebagai larutan lean benfield menuju Absorber, dan sebagian lagi mengalir ke bed ketiga untuk ditampung dalam Trap Out Pan kedua. Larutan ini dialirkan ke Reboiler 1105-C dan 1111-C dan steam yang terbentuk dimasukan bagian bawah Stripper. Steam dari Reboiler 1113-C berasal dari Trap Out Pan diatas bed pertama.

32

Gambar 2. 3 CO2 Stripper Larutan lean benfield yang keluar dari dasar Stripper dialirkan ke puncak Absorber, sedangkan gas CO2 keluar dari puncak menara. Uap air yang terkandung dalam gas ini cukup tinggi, yaitu sekitar 45%, sehingga sebelum masuk pabrik urea perlu dikurangi dahulu kadar airnya. Untuk mengurangi kadar air dalam gas CO2, maka gas dimasukan dalam CO2 Overhead Condensor 1110-C, untuk didinginkan kemudian dipisahkan kondesatnya dalam CO2 Stripper Reflux Drum 1103-V. Kondesat ini dimasukkan ke bagian atas Stripper dengan pompa 1108-J/JA, sedangkan gas CO2 yang keluar siap dikirim ke pabrik urea. c.

Methanator (106-D) Gas yang keluar dari absorber masih mengandung CO dan CO2 sisa yang

merupakan racun di Amonia Converter, karena itu perlu diubah menjadi CH4 dalam Methanator 106-D. Methanator berisi katalis nikel sebanyak 19.8 m3 yang tersusun menjadi tiga bed. Gas yang masuk Methanator dibatasi kadar CO dan CO2 nya maksimum 0,1% untuk CO2 dan 0,6 % untuk CO karena secara teoritis 1% CO2 mampu menaikkan suhu sebesar 77 oC, sedangkan reaksi pembentukan metana adalah reaksi eksotermis.

Gambar 2. 4 Methanator

33

Kondisi operasi di Methanator, suhu 288-315 oC dan tekanan sekitar 26 kg/cm2. reaksi yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi di Primary Reformer yang dapat dituliskan sebagai berikut: CO + 3H2

CH4

+ H2O

HR(298 K) = -49,3 kcal/mol

CO2 + 4H2

CH4

+ 2H2O

HR(298 K) = +39,5 kcal/mol

Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis sehingga Methanator dilengkapi dengan system interlock yang akan menghentikan aliran gas bila terjadi kenaikan suhu sebesar 399oC, serta menghentikan alilran Boiler Feed Water ke 144-C. Gas yang keluar dari Methanator diharapkan mempunyai kadar CO dan CO2 maksimum 0,3 ppm. 2.2.4 Unit Sintesa Amonia Reaksi pembentukan amoniak dari gas N2 dan H2 mengikuti persamaan sebagai berikut: N2

+ 3H2

HR = +3,903 kkal/mol

2NH3

Dengan mengikuti proses Kellog pada kondisi operasi dengan temperatur 430-500 0C dan tekanan 140-150 Kg/cm2. Pada kondisi ini dari hasil konversi didapatkan kandungan amonia yang keluar dari reaktor adalah 12% mol, sedangkan gas-gas yang tidak bereaksi dikembalikan kembali ke reaktor. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap operasi sintesa ini adalah: a. Temperatur Kenaikan temperatur akan menurunkan derajat kesetimbangan tetapi dapat mempercepat reaksi. Jika keaktifan katalis tidak berubah, konversi bertambah dengan kenaikan temperatur. b. Tekanan

34

Kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke kanan (arah produk) sehingga konversi bertambah besar. Oleh karena itu, dalam proses ini digunakan tekanan yang tinggi yaitu diatas 30 atm. c. Space velocity Kenaikan space velocity berarti kenaikan kecepatan aliran gas yang melalui katalis, sehingga mengurangi waktu reaksinya. Kecepatan gas masuk reaktor tidak begitu mempengaruhi hasil, asalkan gas yang masuk reaktor memiliki jumlah yang sama. d. Perbandingan hidrogen dan nitrogen Perbandingan antara H2 dan N2 adalah 3:1. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh konversi yang besar. Perbandingan ini dapat bervariasi antara 2,98:1 hingga 3,1:1 sampai diperoleh konversi maksimum di dalam converter. Untuk mencapai hasil reaksi yang maksimum maka harus dipilih kondisi yang optimum berdasarkan variabel-variabel yang mempengaruhi reaksi pembentukan amonia. Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk memperoleh hasil yang optimum adalah dengan mendinginkan gas hasil reaksi tepat sebelum keadaan setimbang, kemudian reaksi dijalankan kembali. Demikian seterusnya sehingga diperoleh produksi yang diinginkan. Pendinginan gas hasil reaksi dilakukan dengan mencampurkan gas umpan ke dalam reaktor. Konsekuensi dari pencampuran ini adalah penurunan kadar amonia dalam produk, tetapi dengan penurunan fraksi ini dalam arus gas yang akan menyebabkan kesetimbangan kembali bergeser ke arah pembentukan amonia dan ini menjadi suatu keadaan yang menguntungkan. Konversi yang dihasilkan dengan cara ini masih relatif rendah, sehingga untuk lebih meningkatkan konversi digunakan sistem daur ulang yang disebut syntesis gas loop. Gas yang keluar dari methanator memiliki tekanan 25,31 Kg/cm2 dengan temperatur 309 0C. Tekanan ini belum cukup tinggi karena menurut perhitungan konversi reaksi amonia akan optimal jika temperatur di dalam ammonia converter

35

adalah 430-500 0C dan tekanan 140-150 kg/cm2. Oleh karena itu, gas keluaran dari methanator dikompresikan oleh dua jenis kompresor yaitu Low Pressure Case Compressor dan High Pressure Case Compressor (103-J). Penggerak dari kompresor ini adalah steam turbine 103 JAT/JBT. Low Pressure Case Compressor mengubah tekanan gas dari 25 hingga 60 kg/cm2, sedangkan High Pressure Case Compressor mengubah tekanan dari 65 sampai 150 kg/cm2. Sebelum dimasukkan ke High Pressure Case Compressor, gas terlebih dahulu didinginkan oleh SynGas Feed Exchanger (136-C) yang memberikan panas kepada gas yang menuju methanator (106-D), SynGas compressor interstage cooler (116-C) yang memanaskan air pendingin, NH3 refrigerant chiller (129-C) yang memberikan panas kepada amonia cair. Kondensat yang terbentuk dipisahkan dalam SynGas compressor 1st stage separator (105-F). Gas kering dari separator masuk ke High Pressure Case Compressor dan bercampur dengan ammonia recovery. Gas keluar High Pressure Case Compressor memiliki temperatur 68 oC dan tekanan sekitar 150 kg/cm2. Selanjutnya campuran gas sintesa dan ammonia recovery didinginkan oleh 117-C, 118-C, 119-C dengan NH3 refrigerant hingga temperaturnya berkisar -26 oC. Kemudian SynGas dimasukkan ke dalam secondary ammonia separator (106-F). Alat ini menggunakan mekanisme kondensasi sehingga diperoleh amonia cair yang dapat dipisahkan dari gas. Amonia cair selanjutnya dialirkan ke primary ammonia separator (107-F) di unit pemurnian amonia. SynGas yang keluar dari secondary ammonia separator (106-F) dipanaskan di amonia converter feed gas/recycle exchanger (120-F) dan ammonia converter feed gas/effluent exchanger (121-C) yang memanfaatkan panas dari gas yang keluar dari ammonia converter. Selanjutnya, SynGas diumpankan ke ammonia converter. Gas yang diumpankan ke ammonia converter memiliki temperatur 454 – 482 oC dan tekanan 140,6-147,6 kg/cm2. Gas ini memasuki ammonia converter dari bagian atas dan bawah. Ammonia converter (105-D) terdiri dari 4 bed katalis promoted iron yang tiap tumpukannya berbeda-beda seperti yang ditunjukkan oleh tabel II.3 berikut ini:

36

Tabel II. 3 Karakteristik Bed pada Ammonium Converter Bed

Volume (m3)

Berat (Kg)

Tinggi Bed (m)

1

8,63

17269

1,7

2

14,01

37697

2,7

3

20,00

54404

2,9

4

30,46

81929

4,8

Total

73,1

191299

12,2

Volume tiap bed dibuat berbeda-beda (semakin ke bawah semakin besar) dimaksudkan agar panas reaksi yang terjadi di bed paling atas, yang memiliki laju reaksi eksotermis paling cepat, dapat dibatasi. Dengan demikian temperatur converter dapat dijaga pada batas-batas yang diinginkan. Ammonia converter memiliki annulus pada dindingnya. Gas umpan yang masuk dari bawah mengalir dalam annulus menuju ke puncak converter dan masuk dalam bed katalis melalui shell exchanger. Gas umpan yang masuk dari bagian atas ammonia converter digunakan untuk keperluan quenching sebelum gas masuk ke bed di bawahnya. Gas ini terbagi atas tiga aliran, yaitu untuk quench di bed kedua, ketiga, dan keempat. Gas umpan yang mengalir dalam annulus mengambil panas reaksi sehingga temperaturnya meningkat hingga 422 0

C ketika berada di shell exchanger. Reaksi yang terjadi di ammonia converter

adalah sebagai berikut: 3H2 +

N2

Hidrogen

Nitrogen

HR(298 K) = -3,903 Kkal/mol

2NH3 Ammoniak

Konversi reaksi disini dapat mencapai 13%. Dengan adanya quenching yang berulang diharapkan temperatur dapat dikontrol sesuai dengan yang diinginkan sehingga diperoleh konversi reaksi yang optimal. Gas hasil reaksi keluar dari bed keempat melalui pipa di tengah converter. Temperatur gas ini sekitar 481 0C dan dimanfaatkan untuk membangkitkan steam di Ammonia Converter Exchanger (123-C) dan untuk memanaskan umpan di 121C. Kandungan gas inert di dalam converter tidak boleh lebih dari 10% karena

37

dapat meracuni katalis dan mempengaruhi kesetimbangan reaksi bila kadarnya terlalu tinggi. Untuk mengurangi kadar gas inert tersebut, sebagian gas inert tersebut, sebagian gas umpan di-purge sebelum di-recycle melalui High Pressure Case Compressor. 2.2.5 Unit Pemurnian dan Refrigerasi Amonia Ringkasan: “ Seksi pemurnian dan refrigerasi bertujuan untuk meningkatkan kadar ammonia pada produk. Peningkatan kadar ammonia dilakukan di secondary ammonia separator, primary ammonia separator dan refrigerant flash drum. Ammonia yang menguap dalam sistem pendingin dihisap oleh refrigerant receiver drum, dimana ammonia yang dihisap sudah mengandung kadar yang tinggi sekitar 90-100% massa. Ammonia yang dihasilkan tidak semuanya dipakai untuk keperluan pabrik urea, tetapi ada yang disimpan dan dijual. Ammonia disimpan dalam storage. “ a. Pemisahan Produk Amonia Amoniak yang dihasilkan oleh converter akan bertambah dengan cepat, sampai suatu saat dapat mempengaruhi reaksi yang ada sehingga secara kontinyu harus dipisahkan dari aliran gas sintesa yang dikembalikan ke converter. Proses ini dilakukan dengan melewatkan gas sintesa kembalian melalui pendingin untuk mengembunkan amonia yang terkandung di dalamnya, yang dihasilkan setiap kali gas sintesa melalui converter, sehingga sewaktu aliran kembalian mencapai secondary ammonia separator (106-F) temperaturnya menjadi -23,3 oC. Dengan mengembunkan dan memisahkan produk amonia dari rangkaian gas sintesa pada kondisi temperatur -23.3 oC dan tekanan 140,6-147,6 Kg/cm2 akan menurunkan amonia dalam aliran gas kembalian dari 12% hingga 2%. Amonia dingin berkumpul di 106-F yang permukaannya dikontrol oleh LC-13. Selanjutnya amonia dikirim ke pemurnian dan refrigerasi untuk dimurnikan.

38

b. Pemurnian Produk Amonia Cairan amonia yang dipisahkan dari rangkaian gas sintesa masih mengandung sejumlah gas-gas tertentu yang ikut terlarut di dalamnya yang dapat mengotori produk. Ada dua fungsi yang dijalankan oleh sistem pendinginan dan pemurnian ini. Pertama, pemisahan terus-menerus terhadap terhadap cairan amonia pada tekanan rendah untuk memisahkan gas yang terlarut dan mengirimkannya langsung ke sistem bahan baker. Kedua, sebagai bagian dari sistem yang akan menyerap panas dari gas sintesa sampai temperatur -23,3 0C. Letak dari alat-alat pendingin pada aliran gas sintesa diatur sedemikian rupa agar dapat memanfaatkan pendinginan pada berbagai tingkat tumpukan tekanan dan temperatur yang dioperasikan pada alat-alat tersebut. Di bawah ini akan diurai cara kerja dan pengaturan kondisi berbagai macam alat yang terdapat dalam sistem ini. Dalam hal ini, digunakan asumsi bahwa awalnya semua hasil produk amonia mengalir dari Refrigerant Receiver (109-F). 1.

Primary Ammonia Separator (107-F) Tangki pemisah ini menerima aliran dari secondary ammonia separator

(106-F), tempat amonia pertama kali dipisahkan dari gas sintesa. Selain itu, primary ammonia separator juga menerima aliran amonia yang berasal dari purge gas separator (108-F). Tekanan dari separator 107-F dikontrol oleh PIC-8 pada 17,2 Kg/cm2 dan membuang kelebihan tekanan ke sistem pembuangan gas tekanan rendah. Aliran cairan dari separator 107-F diturunkan tekanannya menuju kedua tempat dalam sistem pendigin. Satu aliran dikontrol oleh pengatur permukaan LC-12 yang mengirim kelebihan cairan ke 3rd stage refrigerant flash drum (112-F). Aliran lainnya untuk mengirim amonia dari 107-F melalui MIC-37 ke 2nd stage refrigerant flash drum (111-F). Sistem pendinginan amonia berfungsi untuk mendinginkan dan mengembunkan amonia di rangkaian gas sintesa dan hasil produksi serta mendapatkan kembali amonia dari gas-gas yang dibuang. 2.

3rd Stage Refrigerant Flash Drum (112-F)

39

Tangki pemisah ini bekerja dengan tiga cara, yaitu: -

Dengan penguapan yang kuat, maka semua gas yang tidak diperlukan (inert) dapat dipisahkan dari produk amonia.

-

Sebagai tangki utama untuk pendinginan rangkaian gas sintesa melalui alat pendingin 119-F.

-

Menerima uap amonia dari alat pendingin 125-C yang amonianya diperoleh dari 111-F. Banyaknya sirkulasi amonia yang melalui Feed and Recycle Gas Third

Stage Chiller (119-C) berbanding langsung dengan panas yang didapat dari rangkaian gas sintesa. Tekanan tangki dijaga hingga sekitar 0,035 Kg/cm 2 oleh PRC-9 sehingga amonia akan menguap pada 33 0C. Tinggi permukaan cairan pada 112-F dijaga oleh LIC-19. Selama beroperasi, sebagian kecil amoniak dingin disalurkan keluar dari 3rd Stage Refrigerant Flash Drum 112-F untuk mencegah pengembunan air di dalam tangki. Pompa 124-J/JA digunakan untuk menyalurkan amonia ke sistem produksi amonia dingin. 3.

Refrigerant Receiver Drum (109-F) Semua amonia yang telah menguap dalam sistem pendinginan dihisap dan

dimanfaatkan oleh kompresor amonia (105-J), kemudian didinginkan sampai mengembun di 127-CA/B dan hasilnya ditampung dalam tangki. Tekanan dalam tangki secara tidak langsung tergantung pada temperatur dan volume air pendingin yang melewati kondensor 127-C. Tekanan diatur oleh PIC-17 (16 Kg/cm2) yang membuang gas-gas inert yang tidak diperlukan (purge tekanan rendah) ke sistem bahan bakar. Gas yang dibuang dari tangki dilewatkan melalui flash drum chiller (126-C) untuk mengembunkan amonianya. Hasil pengembunan amonia dialirkan ke pipa cairan yang keluar dari (109-F). Sebagian besar cairan amonia dari 109-F dipompa oleh 125-J dan dicampur dengan sebagian produk amonia dingin yang diambil dari 112-F oleh pompa 118 JA/B untuk mendapatkan temperatur yang diinginkan, yaitu 30 0C di Battery Limit. Sisa amonia di refrigerant receiver (109-

40

F) diuapkan dengan penurunan tekanan dan dikirim ke 1st stage refrigerant flash drum (110-F) yang temperaturnya 13,3 0C. 4.

1st Stage Refrigerant Flash Drum (110-F) Seluruh produk amonia dari 109-F yang tidak dikirim ke Battery Limit

diuapkan kembali di 110-F, kecuali sejumlah kecil aliran dari 112-F. Tekanan di 110-F diharapkan sekitar 6,05 Kg/cm2 dan temperaturnya 13,3

0

C. Tinggi

permukaan pada 110-F dikontrol oleh LIC-16. Tangki ini juga bertindak sebagai tangki utama dan memberikan suplai cairan amonia pendingin untuk tiga buah alat pendingin, yaitu : -

Pendingin 117-F, dioperasikan dengan cara sirkulasi alat pemindahan. Kecepatan aliran ditentukan oleh panas yang diberikan pada pendingin tersebut.

-

Pendingin 126-C, kecepatan amonia pendingin yang dialirkan tergantung pada beda tekan antara 110-F dan 111-F. Tetapi jika dikehendaki, aliran dapat dikontrol secara manual bila 126-C mendapat beban panas yang rendah.

-

Pendingin 129-C, amonia pendingin mengalir melalui bukaan orifice 14 mm. Pada beban panas yang rendah, aliran ini dapat dikurangi secara manual jika dikehendaki. Alat pendingin ini dioperasikan pada tekanan 3,5 Kg/cm2 dan temperatur 1 0C pada sisi pendinginnya agar pembekuan dapat terhindar di bagian gas prosesnya.

5.

2nd Stage Refrigerant Flash Drum (111-F) Dari 110-F cairan amonia dipisahkan pada 2nd refrigerant flash drum (111-

F). Tinggi permukaan pada tangki pemisah ini dikontrol oleh LIC-16. Cairan dari 111-F disirkulasikan dengan efek thermosyphon, dan temperatur yang diharapkan adalah sekitar -7,2 0C. Amonia cair mengalir melalui orifice dengan bukaan 13 mm, sehingga kecepatan alirannya tergantung pada beda tekan antara 111-F dan 112-F. Akan

41

tetapi, jika beban 125-C terlalu rendah, maka aliran harus diatur secara manual. LIC-8 mengontrol level cairan di 9 111-F agar tetap konstan dan kelebihan cairan dialirkan ke 3rd Stage Refrigerant Flah Drum (112-F). 6.

Refrigerant Compressor (105-F) Alat ini bekerja dengan dua cara. Pertama, menjaga tekanan di tangki-tangki

110-F, 111-F, 112-F sesuai dengan yang dikehendaki. Hal itu akan menjamin pengambilan panas yang sempurna dan pemisahan gas-gas yang terlarut dari aliran produksi. Kedua, untuk menekan uap amonia yang masuk sehingga bisa diembunkan sampai temperatur sedikit dibawah titik embunnya. Hal ini dilakukan di dalam ammonia condensor (127-CA/B) dengan tekanan operasi 17,9 Kg/cm2. Amonia yang diembunkan, didinginkan lagi hingga sekitar 2,2 0C di bawah temperatur amonia pada 16,7 Kg/cm2 yaitu 44 0C. Hal ini dimaksudkan untuk menjaga agar tekanan masukan dari kompresor dapat dikontrol dengan cara membuang gas-gas yang tidak dapat mengembun lewat PIC-7. Jika pendinginan dilakukan hingga mencapai temperatur yang lebih rendah dari 42,2 0C (16,3 Kg/cm2), maka terdapat sejumlah besar gas yang terbawa dalam aliran amonia. Sebaliknya, jika temperatur yang digunakan terlalu tinggi, hingga mencapai batas 44,4 0C akan menyebabkan beban purge gas chiller (126-C) terlalu berat. Akibatnya, produk amonia banyak yang hilang terbawa oleh aliran gas buang. 2.2.6 Unit Hydrogen Recovery dan Purge Gas Recovery (HRU dan PGRU) Unit ini didirikan untuk memanfatkan gas buang (purge gas) dari daur gas sintesa pabrik amonia yang sebagian besar mengandung gas hidrogen.

42

Fuel 205 Second Stage

203 Feed Heater

Scrubber Water Supply

To LPC Ammonia Plant

204 First Stage

To HPC Ammonia plant

Third Stage

201 Scrubber

High purity H2 to PIP

Purge Gas P-5

215

Non-condensate

Preheater

To Condensate Stripper

LPS

211 Degasser

208 Stripper

214 Reflux Ace

213 A/B

Steam38 kg/cm2 Product NH3 Storage 1090F

Gambar 2. 5 Diagram Alir Unit PGRU Beberapa keuntungan dari alat ini: -

meningkatkan produksi ammonia dengan tambahan 50-60 ton/hari.

-

menurunkan pemakaian energy per ton produksi ammonia sekitar 0,3 MMkkal.

-

mendapatkan hidrogen murni untuk pembuatan hidrogen peroksida.

-

menyediakan tambahan ammonia untuk pembuatan asam nitrat (HNO3) dan ammonium nitrat (NaNO3).

-

menghasilkan larutan ammonia dengan konsentrasi 20-30 % v/v bila pasar memungkinkan

2.3

Reaksi Pembuatan Urea Urea diproduksi dalam reaksi eksotermis antara amonia cair dengan gas

karbondioksida membentuk amonium karbamat yang diikuti oleh dehidrasi amonium karbamat menjadi urea dalam reaksi endotermis. Reaksi yang terjadi adalah : 2NH3 (l) + Ammonia

CO2 (g) Karbondioksida

↔ NH2COONH4 (l)

∆H = -38 kkal/mol

Ammonium karbamat

NH2COONH4 (l) ↔ NH2CONH2 (l) + H2O (l) 43

∆H = +7,7 kkal/mol

Ammonium karbamat

Urea

Air

Urea dari hasil reaksi sintesa antara amonia cair dan gas karbondioksida harus dimurnikan dari larutan amonium karbamat dan kelebihan amonia. Larutan amonium karbamat didekomposisikan menjadi gas-gas karbondioksida dan amonia dengan cara menaikkan suhu dan menurunkan tekanan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : NH2COONH4 (l) ↔ 2 NH3 (g) + CO2 (g) Ammonium karbamat

Ammonia

Karbondioksida

Reaksi di atas merupakan reaksi endotermis, sehingga memerlukan panas. Bila ditinjau dari termodinamika-nya, maka temperatur yang rendah akan menggeser kesetimbangan reaksi ke kanan. Tetapi apabila suhu terlalu tinggi dan tekanan rendah, akan terjadi reaksi samping yang tidak dikehendaki, yaitu hidrolisa urea atau pembentukan biuret sebagai berikut: Hidrolisa Urea: NH2CONH2 (l) + H2O (l) ↔ 2 NH3 (l) + CO2 (g) Urea

Air

Ammonia

Karbondioksida

Pembentukan Biuret : NH2CONH2 (l) ↔ NH2CONHCONH2 (l) + NH3 (g) Urea

uBiuret

Ammonia

Proses pemurnian rea hasil reaksi ini dilakukan dalam tiga alat yang kondisinya berlainan, yaitu 17 kg/cm2; 2,5 kg/cm2; dan tekanan atmosfer. 2.3.1 Mekanisme Reaksi Pembuatan Urea Secara komersial urea diproduksi dalam reaksi eksotermis antara ammonia cair dan gas karbondioksida membentuk ammonium karbamat yang diikuti oleh dehidrasi ammonium karbamat menjadi urea dalam reaksi endotermis. Reaksi yang terjadi adalah : 2NH3(l) Ammonia

+

CO2(g)

Karbondioksida

NH2COONH4(l) Ammonium Karbamat

↔

NH2COONH4(l)

∆H = -38 kkal/mol (1)

Ammonium Karbamat

↔ NH2CONH2(l) + H2O(l) ∆H = +7,7 kkal/mol (2) Urea

Air

44

Reaksi bersifat reversible. Reaksi (1) bersifat eksotermis dan berlangsung dengan cepat, sedangkan reaksi (2) bersifat endotermis dan lebih lambat. Variabel yang berpengaruh dalam reaksi adalah temperatur, tekanan, komposisi umpan dan waktu reaksi. Konversi ammonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung dalam fase liquid, sehingga dibutuhkan tekanan tinggi. Kenaikan temperatur dan tekanan mengakibatkan bertambahnya konversi urea. Kondisi reaksi pada reaktor adalah temperatur 200 ⁰C dan tekanan 250 kg/cm2. Konversi urea menurun dengan adanya air dan meningkat dengan adanya kelebihan ammonia. Waktu tinggal reaktor sintesa urea adalah sekitar 25 menit. Konversi ammonium karbamat yang menjadi urea berkisar antara 50-80%. Ammonium karbamat yang tidak terkonversi biasanya dipisahkan dari larutan urea hasil produk dengan peruraian pada tekanan rendah menjadi ammonia dan karbondioksida. Reaksi yang terjadi adalah: NH2COONH4(l) Ammonium Karbamat

↔

2NH3(g)

+

Ammonia

CO2(g) Karbondioksida

Menurut M. Frejaques (1948), faktor-faktor yang berpengaruh untuk konversi maksimum dalam skala komersial adalah : 1.

Konversi kesetimbangan urea Dalam plant skala komersial, konversi kesetimbangan dari CO2 menjadi

urea menjadi lebih tinggi dari yang diharapkan. Dari hasil percobaan diperoleh beberapa perbedaan konversi kesetimbangan. Harga konversi kesetimbangan maksimal terjadi pada suhu 195 ⁰C. Pada suhu diatas 200 ⁰C konversi akan turun dengan tajam. Konversi kesetimbangan total (x) dipengaruhi eleh faktor-faktor : a.

Molar ratio total umpan NH3/CO2 (a)

b.

Molar ratio total umpan H2O/CO2 (b)

c.

Temperatur ratio (T)

45

Secara emperis konversi CO2 menjadi urea yang dinyatakan dalam fraksi total umpan CO2 (x), {

( ⁄ ( ⁄

)

( ⁄

)

( ⁄

) )

} 2.

Tekanan Kesetimbangan Tekanan kesetimbangan dipengaruhi oleh kondisi temperatur, mol rasio dari

NH3 dengan CO2 (NH3/CO2) dan mol rasio air dengan CO2 (H2O/CO2). Tekanan kesetimbangan minimal terjadi pada suatu kondisi temperatur yang bisa dilakukan pada sintesa urea, perbandingan mol rasio NH3/CO2 = 2. Dengan naiknya temperatur, keadaan minimal akan berubah dengan naiknya harga NH3/CO2. 2.3.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pembuatan Urea Faktor-faktor yang mempengaruhi pembuatan urea adalah temperatur, tekanan, perbandingan CO2 dan NH3 dan kandungan air dan oksigen. a.

Temperatur Pengaruh temperatur pada proses sintesa urea dapat dijelaskan oleh asas Le

Chatelier yang berbunyi “jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor”. Reaksi sintesis urea merupakan reaksi eksotermis : 2NH3(g) + CO2(g) ↔ NH2CONH2(aq) + H2O(l) ∆H= +20,48 kkal/mol Ammonia

Karbondioksida

Ammonium karbamat

Air

Sedangkan reaksi penguraian urea menurut reaksi dibawah ini adalah reaksi endotermis : NH2CONH2(aq) + H2O(l) ↔ NH3(l) + CO2(l) ∆H = -20,48 kkal/mol Urea

Air

Ammonia

Karbondioksida

46

Perubahan

temperatur

akan

mengakibatkan

bergesernya

tetapan

kesetimbangan reaksi. Naiknya temperatur akan mengakibatkan reaksi bergeser ke arah kiri (endotermis) atau menurunkan konversi pembentukan urea. Disamping itu, kenaikan temperatur juga akan mengakibatkan kecepatan reaksi pembentukan urea menjadi semakin besar. Kondisi yang paling optimal dalam reaksi adalah sekitar 195 ⁰C yaitu temperatur dimana konversi mendekati kesetimbangan dengan waktu tinggal 0,31 jam. Bila temperatur reaktor turun, maka konversi ammonium karbamat menjadi urea akan berkurang sehingga memberi beban lebih berat pada seksi-seksi berikutnya. Jika temperatur turun sampai 150 ⁰C akan menyebabkan timbulnya ammonium karbamat akan menempel pada reaktor. Sebaliknya, bila temperatur melebihi 200 ⁰C maka laju korosi dari Titanium Lining akan meningkat dan tekanan kesetimbangan di dalam reaktor dari campuran reaksi akan melampaui tekanan yang dibutuhkan. Disamping itu, hasil dari reaksi samping yang besar akan menyebabkan turunnya konversi pembentukan urea. Jadi, laju reaksi yang baik pada suhu 180-200 ⁰C dalam waktu 20-60 menit atau pada suhu rendah dengan ammonia berlebih. b.

Tekanan Pengaruh perubahan tekanan dalam campuran kesetimbangan gas dapat

dipahami melalui asas Le Chatelier. Menurut asas ini, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke kanan, tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan reaksi akan berkurang dalam sistem kesetimbangan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2NH3(l) Ammonia

+

CO2(g) Karbondioksida

↔

NH2CONH2(aq) Urea

+

H2O(l) Air

Tekanan yang digunakan adalah 195 kg/cm2. Pemilihan tekanan operasi ini berdasrkan pertimbangan bahwa konversi ammonium karbamat menjadi urea hanya terjsadi pada fase cair dan fase cair dapat dipertahankan dengan tekanan operasi yang tinggi. Pada suhu tetap konversi naik dengan naiknya tekanan hingga titik kritis, dimana pada titik ini reaktan berada pada fase cair. Untuk 47

perbandingan NH3 dan CO2 yang stokiometris suhu 150 ⁰C dan tekanan 100 atm memberikan keadaan yang hampir optimum tetapi pada suhu ini reaksi berjalan lambat. Pada suhu 190 – 220 ⁰C, tekanan yang digunakan berkisar antara 140 – 250 atm. c.

Perbandingan NH3 dan CO2 Perbandingan NH3 dan CO2 berkisar 3,5 – 4 karena selain mempengaruhi

suhu reaktor, jumlah ammonia dapat mempengaruhi reaksi secara langsung. Adanya kelebihan ammonia dapat mempercepat reaksi pertama. Di samping itu, kelebihan ammonia juga akan mencegah terjadinya reaksi pembentukan biuret dengan reaksi : 2NH2CONH2(l)

↔

NH2CONHCONH2(l)

Urea

Biuret

+

NH3(g) Ammonia

Terbentuknya biuret yang berlebihan tidak diinginkan karena merupakan racun bagi tanaman sehingga jumlahnya dibatasi hanya 0,5 % dari produk urea. Perbandingan mol NH3/CO2 optimum adalah 4 : 1, dengan nilai itu diharapkan reaksi pertama dapat berjalan cepat sekaligus mencegah terjadinya pembentukan biuret. d.

Kandungan air dan oksigen Adanya air akan mempegaruhi reaksi terutama reaksi kedua yaitu peruraian

karbamat menjadi urea dan air sehingga dapat mengurai konversi karbamat menjadi urea. Pada umumnya, proses didesain untuk meminimalkan jumlah air yang di-recycle ke reaktor. Adanya sedikit oksigen akan mengurangi korosi. Secara keseluruhan reaksi di atas adalah eksotermis sehingga diperlukan pengaturan terhadap suhu di dalam reaktor supaya suhu tetap pada kondisi optimum, untuk mengatur suhu maka diatur : a.

Jumlah ammonia masuk reaktor,

b.

Jumlah larutan ammonium karbamat recycle yang masuk reaktor,

c.

Pengaturan suhu ammonia umpan dalam ammonia preheater. Sebagai hasil reaksi di atas komponen yang keluar dari reaktor sintesa

adalah biuret, urea, ammonium karbamat, kelebihan ammonia dan air.

48

2.4 Produk Utama yang Dihasilkan Produk utama yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kujang adalah pupuk urea. Di bawah ini akan dijelaskan sifat-sifat yang menyertai pupuk urea produksi PT. Pupuk Kujang. 2.4.1 Sifat-sifat Umum Pupuk Urea Pupuk urea termasuk pupuk buatan yang merupakan hasil industri atau hasil dari pabrik-pabrik pembuatan pupuk. Pupuk buatan urea ini mengandung unsurunsur hara atau zat-zat makanan yang diperlukan tanaman. Di daerah tropis terutama bagi penduduknya yang melakukan usaha di bidang pertanian, pupuk buatan sangat dikenal karena : -

Sangat praktis pemakaiannya, artinya pemakaian dapat disesuaikan dengan kebutuhan.

-

Dapat disimpan lama dan kandungan zat-zat makanan bagi pertumbuhan serta perkembangan tanaman sangat tinggi. Oleh karena kelebihan-kelebihan di atas, pupuk urea sangat diminati oleh

para petani daerah tropis. 2.4.2 Sifat-sifat Kimia dan Fisika Urea 1.

Sifat-sifat Kimia Urea Urea di dalam air akan terhidrolisa menjadi amonium karbamat yang

kemudian peruraiannya menjadi amonia dan karbondioksida. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : NH2COONH2 (l) + H2O ↔ NH2COONH4 (l) Urea

Air

Ammonium karbamat

NH2COONH4 (l) ↔ 2 NH3 (g) + CO2 (g) Ammonium karbamat

Ammonia

Karbondioksida

Selain terjadi reaksi sintesa urea di atas, terjadi pula rekasi samping yaitu pembentukan senyawa biuret yang tidak diinginkan karena merupakan racun bagi tanaman. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 49

NH2COONH2 (l) ↔ NH2CONHCONH2 (l) + NH3 (g) Urea

Biuret

Ammonium

Di sini terlihat bahwa biuret akan terbentuk bila kadar amonia rendah, dan penting pula diingat biuret akan terbentuk jika terjadi kontak suhu tinggi yang cukup lama. 2.

Sifat-sifat Fisika Urea Sifat-sifat fisik urea dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel II. 4 Sifat Fisik Urea

Sifat-sifat

Urea Prill

Warna

Tidak berwarna (putih)

Bentuk

Jarum

Rumus Molekul

(NH2)2CO

Berat Molekul

60.05 mol

Berat Jenis

1,335 gr/cm3

Boiling Point

Decomposes

Melting Point

132,7 °C

Kadar Nitrogen (formula)

46,78 %

Spesifik Panas

0,320 cal/g °C (20 °C)

Kelarutan dalam air

78 g/100 ml pada 5 °C

(Sumber : Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, tabel 2-2, 1994) Sifat fisik dalam suatu produk dapat digunakan untuk pengecekan keaslian produk, maupun pemilihan perlakuan yang tepat untuk produk itu sendiri. 2.4

Pengembangan Proses Industri Pada industri skala komersial dikenal tiga proses pembuatan, yaitu : proses

sekali lewat (One Through Process), proses recycle sebagian (Partial Recycle Process), dan proses Total recycle (Total Recycle Process). 1.

Proses Sekali Lewat (One Through Process)

50

Proses ini pertama kali digunakan untuk memproduksi urea dalam skala komersial, di mana amonia yang tidak terkonversi dinetralisasi dengan asam nitrat sebagai produk samping dari produk urea. Proses ini menghasilkan amonium nitrat sebagai produk samping dan urea sebagai produk utama. Reaksi yang terjadi sebagai berikut : CO2 (g) ↔ NH2COONH4 (l)

NH3 (l) + Ammonia

Karbondioksida

Ammonia karbamat

NH2COONH4 (l) ↔ NH2CONH2 (l) + H2O (l) Ammonium karbamat

Urea

Air

Reaksi penetralan Amonia : NH3 (l) + HNO3 (l) → NH4NO3 (l) Ammonium Asam nitrat

2.

Ammonium Nitrat

Proses Recycle Sebagian (Partial Recycle Process) Produk yang dihasilkan oleh One Through Process tidak terlalu besarm

maka proses tersebut digantikan oleh Partial Recycle Process. Perbedaannya adalah amonia yang tidak terkonversi pada reaktor sintesis urea, dikembalikan ke reaktor setelah melalui proses recovery. Blok diagram Partial Recycle Process adalah sebagai berikut : NH3

Unit Purifikasi

Unit Kristalisasi

NH3

Larutan Recycle

Unit Sintesa

Mother Liquor

CO2

Pembutiran

Urea ke Pengantongan

Unit Recovery

Gambar 2. 6 Blok Diagram Partial Recycle Process 3.

Proses Total Recycle (Total recycle Process)

51

Pada proses ini terbagi menjadi dua proses, yaitu : a.

Urea Technology Inc. (UTI) Ada proses total recycle, semua amonia, amonium karbamat serta gas

umpan CO2 masuk ke dalam reaktor yang beroperassi pada tekanan 210 bar. Amonium karbamat dibentuk dengan bantuan koil pemanas kemudian mengalir keluar pada bagian bawah. Perbandingan antara NH3 dengan CO2 yang digunakan dalam reaktor 4 : 1. b.

Mitsui Toatsu Corportion (MTU) Proses ini dikembangkan oleh Toyo Engineering Corporation dimana

tahapan sintetis pembentukan urea terdiri ddari Urea Synthetis Reactor untuk mengolah reaktan yang tidak terkonversi, High Pressure Carbamat, Condesor, dan High Pressure Reactor of Gas Scrubber untuk memperoleh yield urea maksimum. Setiap melewati reaktor maka dikondisikan tekanan optimum berkisar 140 bar dan perbandingan umpan masuk amonia dan karbondioksida adalah 3 : 1. Proses ini dibagi menjadi empat unit, yaitu : unit sintesa urea, unit purifikasi, unit recovery, dan unit kristalisasi. Blok diagram dari Total Recycle Process : NH3

Larutan Recycle

Unit Sintesa

Unit Purifikasi

Unit Kristalisasi

Pembutiran

Mother Liquor

CO2

NH3 CO2

Unit Recovery

Gambar 2. 7 Diagram Alir Total Recycle Process Pada PT. Pupuk Kujang, jenis proses pembuatan pupuk urea yang dipakai adalah Total Recycle (Mitsui Total recycle, Improved) dengan kondisi operasi pada Reaktor Sintesa Urea tekanan 200 kg/cm2G dan suhu 195 °C. Dalam proses

52

Total Recycle, smua amonia dan karbondioksida yang tidak terkonversi dikembalikan ke reaktor. Dibandingkan dengan proses lainnya, proses ini lebih fleksibel karena hanya tergantung pada suplai NH3 dan CO2 yang berasal dari pabrik amonia dan dari permintaan produksi urea. Berdasarkan prinsip recyclenya proses total recycle dibagi menjadi lima, yaitu : 1.

Hot Gas Mixture Recycle

2.

Separated Recycle

3.

Slurry Recycle

4.

Carbamate Solution Recycle

5.

Stripping Empat proses yang pertama memakai tahap dekomposisi yaitu pemisahan

campuran hasil reaksi yang terdiri dari urea, amonium karbamat, biuret, air, dan excess amonia. 1.

Process Hot and Gas Mixture Recycle : campuran gas NH3, CO2, dan air ditekan dalam 2 – 3 tahap sehingga menjadi 120 – 130 atm. Kemudian dikondensasikan lalu dikembalikan ke reaktor. Proses ini memberikan keuntungan yaitu konversinya tidak berkurang karena air tidak ikut direcycle dan masalah korosi dari larutan karbamat dapat dihindari dengan cara penambahan udara anti korosi pada awal proses.

2.

Process Separated Gas Recycle : dimana gas NH3 dan gas CO2 dipisahkan dari urea ditekan secara terpisah sebelum dikembalikan ke reaktor.

3.

Process Slurry Recycle : dimana NH3 dan gas CO2 dipisahkan dari larutan urea yang keluar dari reaktor, lalu dikondensasikan agar terbentuk amonium karbamat.

4.

Process Carbamate Solution Recycle : melibatkan dekomposisi karbamat pad beberapa tahap penurunan tekanan. Pada tiap tahap gas yang dilepaskan

53

(CO2 dan NH3) dikondensasikan atau diabsorbsi oleh larutan hasil kondensasi tahap sebelumnya dan larutan yang dihasilkan dikembalikan ke reaktor. 5.

Pada proses Stripping terdapat perbedaan yang mendasar dengan proses lainnya yaitu pada cara merecovery amonium karbamat yang terkonversi dari larutan yang keluar dari reaktor. Pada proses ini larutan karbamat distripping dari larutan urea pada tekanan yang sama dengan tekanan pada reaktor. Gas hasil stripping dikondensasikan dan dikembalikan ke reaktor.

54

BAB III DESKRIPSI PROSES 3.1 Persiapan Bahan Pabrik urea memproduksi pupuk urea dari bahan baku amonia (NH3) dan gas karbondioksida (CO2) yang dihasilkan dari pabrik amonia. Proses yang dipakai adalah proses Mitsui Toatsu Recycle C Improved yang memanfaatkan kembali gas-gas yang tidak bereaksi sebagai larutan karbamat dan direcycle ke reaktor urea dengan kapasitas terpasang 1.725 MT/hari atau 570.000 MT/hari. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan urea yaitu amonia cair dan gas karbondioksida. Kualitas bahan baku dapat dilihat sebagai berikut : 3.1.1 Amonia Cair Amonia diperoleh dari hasil reaksi antara gas hidrogen dengan gas nitrogen yang dilakukan pada unit amonia. Hidrogen untuk proses pembuatan amonia diperoleh dari hidrokarbon pada gas alam, sedangkan gas nitrogen dapat diperoleh dari udara bebas. Spesifikasi amonia cair yang diperbolehkan adalah : -

Kadar Amonia

:

minimal 99,5 % berat

-

Kadar Air

:

minimal 0,5 % berat

-

Minyak

:

maksimal 5 ppm (b/b)

-

Tekanan

:

18 kg/cm2.G

-

Temperatur

:

25 – 30 °C

-

Jumlah Normal :

40.983 kg/jam

-

Jumlah Rancang :

49.180 kg/jam

55

3.1.2 Gas Karbondioksida Gas karbondioksida diambil dari unit amonia yang merupakan hasil samping dari pembuatan amonia sintetis dari hidrokarbon. Spesifikasi gas karbondioksida yang diperbolehkan adalah : -

Kadar CO2 (basis kering)

:

minimal 98 %

-

Kadar Air

:

jenuh

-

Kadar Sulfur

:

maksimal 1,0 ppm

-

Tekanan

:

0,6 kg/cm2.G

-

Temperatur

:

38 °C

-

Kadar Penyerap

:

0,01 %

-

Jumlah Normal

:

27.450 kg/jam

-

Jumlah Rancang

:

32.940 kg/jam

3.2 Tahapan Proses Pabrik ini memproduksi pupuk urea dalam bentuk butiran (prill), dengan bahan baku amonia (NH3) dan karbondioksida ( CO2 ) yang dihasilkan di pabrik amonia. Proses yang digunakan adalah Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved dengan kapasitas terpasang 1.725 ton/hari. Adapun keuntungan dari proses ini adalah: -

Mudah dalam pengoperasian

-

Biaya konstruksi murah

-

Kualitas produk urea yang tinggi

Spesifikasi produk yang dikehendaki adalah sebagai berikut : -

Kandungan Nitrogen

:

46%

-

Air

:

0,3% berat (max)

56

-

Biuret

:

0,5% berat (max)

-

Fe

:

1 ppm (max)

-

NH3 bebas

:

150 ppm (max)

-

Ukuran butir

:

6 – 8 mesh 95% (min)

:

25 mesh 2% (max)

:

+ 53 %

-

Kandungan karbon

Urea diproduksi melalui reaksi eksotermis dari amonia dan karbondioksida lalu membentuk amonium karbamat, kemudian diikuti reaksi dehidrasi endotermis dari sebagian amonium karbamat membentuk urea. 2 NH3 (g) + CO2 (g) ↔ NH2COONH4 (l) Ammonia

Karbondioksida

∆HR (298 K) = -38 Kkal/mol (1)

Ammonium karbamat

NH2COONH4 (l) ↔ NH2CONH2 (l) + H2O ∆HR (298 K) = +7,7 Kkal/mol (2) Ammonium karbamat

Urea

Air

Kedua reaksi itu merupakan reaksi kesetimbangan dan bersifat reversibel. Reaksi pembentukan berlangsung sampai habis pada kondisi reaksi biasa, sedangkan reaksi dekomposisi yang terjadi adalah hanya terdekomposisi sebagian atau tidak sempurna. Variabel – variabel yang mempengaruhi reaksi adalah suhu, tekanan, komposisi feed dan waktu reaksi. Konversi amonium karbamat menjadi urea berlangsung hanya dalam fasa cairan, sehingga diperlukan tekanan tinggi. Suhu dan tekanan tinggi meningkatan konversi menjadi urea. Reaksi di atas dijalankan pada suhu 196 oC dan tekanan 200 kg/cm2. Reaksi samping yang tidak diinginkan

adalah

pembentukan

dimer

yang

dinamakan

biuret,

(NH2CONHCONH2.H2O) yang kadarnya tidak boleh tinggi karena mengganggu pertumbuhan tanaman. Tahap proses pembuatan urea: 1.

Unit Sintesa.

2.

Unit Pemurnian.

57

3.

4.

a.

High Pressure Decomposer (HPD)

b.

Low Pressure Decomposer (LPD)

c.

Gas Separator

Unit Recovery. a.

Daerah Off Gas Condenser

b.

Daerah Off Gas Absorber

c.

Daerah Low Pressure Absorber

d.

Daerah High Pressure Absorber

e.

Daerah Amonia Recovery Absorber (ARA)

Unit Kristalisasi dan Pembutiran. a.

Crystalizer

b.

Centrifuge

c.

Fluidized Dryer

d.

Prilling Tower

3.2.1 Unit Sintesa Pada unit ini bertujuan untuk mensintesa urea. Umpan pada unit ini terdiri dari gas karbondioksida, amonia cair, dan larutan karbamat recycle. Alat utamanya adalah reaktor sintesa (DC-101) berupa bejana tegak yang beroperasi pada suhu 195 °C dan tekanan 200 kg/cm2. Jika temperatur rendah pada reaktor akan menurunkan konversi karbamat menjadi urea sehingga akan mengakibatkan bertambahnya larutan recycle karbamat. Sebaliknya bila temperatur reaktor melebihi 195 °C akan terjadi proses lining di dalam reaktor akan naik dengan cepat. Demikian juga tekanan kesetimbangan dari pada campuran reaksi mungkin akan melebihi tekanan dalam reaktor sehingga akan mengakibatkan rendahnya konversi karbamat menjadi urea. Menurut kapasitas rancang, waktu tinggal dalam

58

reaktor adalah 25 menit. Karena zat pereaksi dan produk bersifat korosif maka seluruh permukaan yang kontak dengan larutan diberi lapisan pelindung stainless steel. Biasanya baja tahan karat dan stainless steel juga terkorosi oleh reaktan, tetapi dengan penambahan oksigen (udara antikorosi), maka daya tahan yang diperoleh lebih tinggi. Sistem pelapisan stainless steel juga menggunakan sistem lining. Pada unit urea ini diproduksi melalui reaksi eksotermis yang tinggi dari NH3 dan CO2 untuk membentuk amonium karbamat, diikuti oleh dehidrasi endotermis amonium karbamat membentuk urea. Reaksi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung pada fase cair sehingga dibutuhkan tekanan yang tinggi. Kenaikan temperatur dan tekanan akan menambah konversi pembentukan urea hingga batas tertentu. Reaktor ini mendapat umpan berupa gas CO2, amonia cair, dan larutan karbamat recycle. Gas CO2 yang berasal dari pabrik amonia dengan P = 0,6 kg/cm2 dan T = 38 °C diinjeksikan dengan udara antikorosi sebesar 340 m3 yang mengandung oksigen 2.550 ppm, diumpankan ke Knock Out Drum (FA-161) untuk menghilangkan partikel padatan dan tetesan cairan yang terdapat di dalamnya. Penambahan udara bertujuan untuk menghambat terjadinya korosi pada Urea Synthetic Reactor (DC-101) karena oksigen yang ada di dalam udara berfungsi untuk mengoksidasi stainless steel karena stainless steel aktif sebagai penahan korosi bila keadaan teroksidasi. Gas CO2 dikompresikan oleh CO2 Booster Compressor (GB-102) mengalami kenaikan tekanan dari P = 0,6 kg/cm2 menjadi 27 kg/cm2. Jenis kompressor yang digunakan adalah Multi Stage Centrifugal yang digerakkan oleh steam. Tekanan ini belum cukup tinggi untuk terjadinya reaksi di reaktor, maka dikompresikan lagi tekanannya sampai menjadi 200 kg/cm2 oleh CO2 Compressor (GB-101). Jenis kompressor ini adalah Two Stage Reciproating Double Acting dan digerakkan oleh steam. Gas CO2 masuk ke Reactor Synthetis Urea (DC-101) melalui bagian bawah reaktor dengan tekanan 200 kg/cm2 dan temperatur 123 °C dan sebagian dialirkan ke Low Pressure Decomposer (DA-202) sebagai proses stripping.

59

Cairan amonia dengan tekanan 18 kg/cm2 dan temperatur 30 °C sebagai umpan diperoleh dari pabrik amonia yang ditampung dalam Ammonia Reservoir (FA-401) terlebih dahulu sebelum digunakan. Di dalam Ammonia Reservoir ini, amonia bercampur dengan amonia dari proses recovery yang berasal dari Ammonia Condenser (EA-404 A-D). Amonia cair dari Ammonia Reservoir dipompa oleh Ammonia Boost Up Pump (GA-404 A/B) tipe sentrifugal dan mengalami kenaikan tekanan dari 18 kg/cm2 menjadi 23 kg/cm2. Aliran amonia ini dibagi menjadi dua yaitu sebagian digunakan sebagai penyerap pada High Pressure Absorber (DA-401) dan sebagian cairan dipompa lagi oleh Liquid Ammonia Feed Pump (GA-101 A/D) Reciprocating Type mengalami kenaikan tekanan dari 23 kg/cm2 menjadi 200 kg/cm2 dan diumpankan ke bagian bawah Reactor Synthetis Urea (DC-101) yang sebelumnya terlebih dahulu dipanaskan di dua Ammonia Preheater yaitu (EA-101) yang menggunakan hot water dengan suhu 93 °C sebagai media pemanasnya dan (EA-102) yang menggunakan Steam Condensat sebagai media pemanasnya hingga dicapai suhu sekitar 81,4 °C sebelum masuk ke reaktor urea, agar memberikan panas yang cukup untuk mempertahankan suhu di puncak reaktor tetap sekitar 195 °C. Larutan karbamat recycle dari High Pressure Absorber Cooler (EA-101) dipompakan oleh Recycle Solution Boost Up Pump (GA-401 A,B) Centrifugal Type dengan tekanan 16,5 kg/cm2. Kemudian dipompakan oleh Recycle Solution Feed Pump (GA-102 A,B) Reciprocating Type dengan tekanan 200 kg/cm2 dan temperatur 100 °C. Aliran sirkulasi larutan karbamat recycle melalui suction line dari Recycle Feed Pump (GA-102 A,B) kembali ke High Pressure Absorber Cooler (EA-401) diperlukan untuk mencegah pemadatan larutan karbamat di dalam pipa. Reaksi yang terjadi di dalam reaktor (DC-101) adalah sebagai berikut: 2NH3 (l) + CO2 (g) ↔ NH2COONH4 (l) Ammonia Karbondioksida

∆H = +38 Kkal/mol

Ammonium karbamat

NH2COONH4 (l) ↔ NH2CONH2 (l) + H2O (l) Ammonium karbamat

Urea

Air

60

∆H = -7,7 KKal/mol

Ammonia cair dan gas CO2 yang masuk ke reaktor diatur agar memiliki perbandingan mol 4:1 untuk mencegah terbentuknya senyawa biuret dari hasil penguraian sebagai berikut NH2CONH2 ↔ NH2CONHCONH2 + NH3 Urea

Biuret

Ammonia

Variabel utama yang mempengaruhi reaksi di dalam reaktor (DC-101) adalah : a.

Temperatur Pada kondisi yang optimal temperatur di dalam reaktor adalah sekitar 200oC

yaitu temperatur dimana konversi mendekati keseimbangan dengan waktu tinggal 0,3-1 jam. Temperatur di reaktor dapat dikontrol dengan mengatur jumlah amonia dan larutan karbamat recycle yang masuk reaktor. Selain itu dapat juga dilakukan dengan mengatur temperatur amonia umpan di EA-101. Temperatur di reaktor dicatat oleh suatu temperatur recorder yang sensornya mengambil tempat di sepanjang reaktor. b.

Tekanan Tekanan optimum yang diambil untuk ini adalah 200 Kg/cm2, pemilihan

tekanan operasi ini juga dipertimbangkan berdasarkan reaksi amonium karbamat menjadi urea hanya terjadi pada fase cair. Fase ini dapat dipertahankan dengan operasi pada tekanan tinggi dan temperatur tinggi. c.

Perbandingan NH3 dan CO2 Selain dapat mengatur dalam reaktor, maka jumlah amonia dapat pula

mempengaruhi

reaksi

secara

langsung.

Adanya

amonia

berlebih

akan

mempercepat reaksi (reaksi akan bergeser ke arah produk), selain itu amonia berlebih akan membentuk biuret. Terbentuknya biuret sangat tidak diinginkan karena senyawa ini merupakan racun bagi tanaman. d.

Jumlah air

61

Jumlah air akan mempengaruhi reaksi (peruraian karbamat menjadi urea dan air). Adanya air akan mengurangi konversi terbentuknya urea. Produk-produk yang keluar dari reaktor ini terdiri dari urea, air, amonium karbamat, biuret, dan kelebihan amonia. 3.2.2 Unit Purifikasi Unit ini bertujuan untuk memisahkan urea dari campuran yang tidak dikehendaki yaitu memisahkan ammonia berlebih dan ammonium karbamat yang belum bereaksi menjadi urea dengan tiga langkah dekomposisi yaitu dengan tekanan 17 kg/cm2, tekanan 2,5 kg/cm2, dan tekanan atmosferik. Campuran gas dan zat cair yang keluar dari reaktor urea (DC-101) mengalir ke seksi dekomposisi di mana semua excess amonia dan amonium karbamat dipisahkan sebagai gas-gas dari larutan urea dengan cara Thermal Decomposition (penguraian dan pemanasan) yakni dengan menurunkan tekanan dan menaikkan temperatur di dalam High Pressure Decomposer (DA-201), Low Pressure Decomposer (DA202), dan Gas Separator (DA-203). Penurunan tekanan secara bertahap ini bertujuan untuk mengurangi terjadinya reaksi samping yang tidak dikehendaki. Ada beberapa reaksi yang perlu diperhatikan pada seksi ini, yaitu: 1.

Reaksi dekomposisi ammonium karbamat NH2COONH4 ↔ 2NH3 + CO2 Ammonium karbamat

Ammonia Karbondioksida

Reaksi berlangsung pada suhu antara 120oC – 165oC, kenaikan suhu dan penurunan tekanan akan memperbesar hasil reaksi dekomposisi ini. 2.

Reaksi hidrolisa urea NH2COONH2 + H2O ↔ NH3 + CO2 Urea

Air

Ammonia Karbondioksida

Reaksi ini berlangsung pada suhu tinggi, tekanan rendah dan waktu tinggal lama. 3.

Reaksi pembentukan biuret 62

2NH2CONH2 + H2O ↔ NH2CONHCONH2 + NH3 Urea

Air

Biuret

Ammonia

Reaksi ini berlangsung pada tekanan parsial amonia yang rendah dan suhu diatas 90oC. Reaksi (1) diinginkan bergeser ke arah kanan, sedangkan reaksi (2) dan (3) diinginkan bergeser ke kiri, hal ini akan memperbesar hasil urea. Kadar maksimal biuret diinginkan dalam produk urea adalah 0,5%. 3.2.2.1 High Pressure Decomposer (DA-201) High Pressure Decomposer (DA-201) terbagi menjadi tiga bagian, yaitu : 1.

Bagian paling atas disebut Flashing Section

2.

Bagian tengah disebut Stripping Section

3.

Bagian bawah disebut Falling Film Heater High Pressure Decomposer (DA-201) berfungsi untuk memisahkan excess

amonia dari hasil reaksi dan mengubah amonium karbamat menjadi amonia dan gas karbondioksida dengan cara menaikkan suhu dan menurunkan tekanan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : NH2COONH4 (l) ↔ 2 NH3 (g) + CO2 (g) Ammonium carbamate

Ammonia

Karbon dioksida

Reaksi di dalam HPD berlangsung pada temperatur tinggi dan tekanan rendah. Jika temperatur terlalu tinggi dan tekanan terlalu rendah maka akan terjadi rekasi samping dengan terbentuknya biuret. Dekomposisi ini dilakukan pada suhu 120 – 165 °C dengan tekanan 17 kg/cm2. Setelah dilakukan optimasi, maka didapatkan temperatur dan tekanan operasi adalah 165 °C dan 17 kg/cm2. Reaksi samping yang tidk dikehendaki antara lain : 1.

Hidrolisa Urea NH2CONH2 (aq) + H2O (l) ↔ 2 NH3 (g) + CO2 (g) Urea

2.

air

ammonia

Karbondioksida

Pembentukan Biuret 63

NH2COONH2 (l) ↔ NH2CONHCONH2 (l) + NH3 (g) Ammonium kabamat

Biuret

Ammonia

Selama dekomposisi, hidrolisa urea menjadi faktor paling penting karena hidrolisa akan mengurangi urea yang terbentuk sebagai produk yang dikehendaki, maka kondisi operasi harus dikontrol dengan ketat untuk memperkecil kehilangan produk. Hidrolisa terjadi pada temperatur tinggi, tekanan rendah dan waktu tinggal yang lama, maka alat pemurnian dan kondisi operasinya dipilih secara cermat untuk menghindari faktor-faktor tersebut serta agar diperoleh hasil urea yang tinggi. Pembentukan biuret merupakan faktor lain yang perlu diperhatikan, baik dalam proses pemurnian maupun dalam proses finishing. Pada tekanan parsial amoniak yang rendah serta temperatur di atas 90 oC, urea terkonversi membentuk biuret dan amonia, reaksi pembentukan biuret ini reversibel dan faktor yang berpengaruh pada reaksi tersebut adalah suhu, konsentrasi, dan waktu tinggal.

Uraian proses Campuran hasil reaksi dari Reactor Synthesa Urea (DC-101) berupa urea, excess NH3, CO2, H2O, dan biuret pada temoeratur 195 °C dan tekanan 200 kg/cm2 akan memasuki bagian atas HPD (DA-201) dengan tekanan 17 kg/cm2 dan temperatur 125 °C pada Flashing Section cairan mengalami penurunan tekanan yang besar, sehingga komponen volatil akan terpisah dari cairannya. Komponen yang terlepas sebagian besar adalah NH3 berlebih yang disuplai di reaktor dan keluar melalui bagian atas HPD. Gas akan menguap ke atas, sedangkan cairannya turun ke bagian tengah (stripping section) melalui empat buah sieve tray untuk men-stripping

cairan agar gas yang terlarut dapat terlepas. Dalam stripping

section ini, cairan akan bertemu dengan gas bertemperatur tinggi dari Reboiler for High Pressure Decomposer (EA-201) dan gas dari Falling Film Heater sebagai pemanas. Setelah melewati stripping section maka gas-gas yang terlarut akan lepas dan mengalir ke atas, sedangkan cairannya akan mengalir ke Boiler for High Pressure Decomposer (EA-201).

64

Pada Reboiler for High Pressure Decomposer (EA-201), cairan dipanaskan hingga 148 °C oleh Middle Pressure Steam 12 kg/cm2 dan hampir semua kelebihan amonia dan amonium karbamat dilepas sebagai gas. Cairan yang keluar dari Reboiler for High Pressure Decomposer (EA-201) sebagai umpan Decomposser melewati tube-tube pemanas dalam bentuk film yang disebut Falling Film Heater sampai temperatur 165 °C. Falling Film Heater digunakan untuk memperkecil waktu tinggal larutan yang ada di dalam heater dengan maksud untuk mengurangi pembentukan biuret serta hidrolisa urea. Pada bagian bawah HPD diinjeksikan kompresor (air passive) (GB-201) sebesar 2500 ppm sebagai pelindung korosi di dalam HPD. Gas-gas yang keluar dari bagian atas HPD (DA-201) mengalir ke bagian atas LPD (DA-202). 3.2.2.2 Low Pressure Decomposer (DA-202) Low Pressure Decomposer (DA-202) terdiri dari empat buat sieve tray di bagian atas dan sebuah packed bed di bagian bawah yang berfungsi untuk menyempurnakan dekomposisi setelah keluar dari HPD (DA-201). Mula-mula cairan berasal dari HPD dilewatkan pada Heat Exchanger (EA-203). Heat Exchanger ini bertujuan untuk memanfaatkan panas dari larutan karbamat yang keluar dari HPD (DA-201) yang bertemperatur 165 °C dan tekanan 17 kg/cm2 untuk pemanasan awal larutan hasil flashing pada unit LPD (DA-202) dan temperatur dijaga 117 °C (top) sampai 115 °C (bottom) sebelum dipanaskan kembali pada reboiler (EA-202). Larutan karbamat yang keluar dari Heat Exchanger ini memiliki temperatur 145 °C dan tekanan 17 kg/cm2 menjadi 2,5 kg/cm2. Campuran hasil flashing masuk ke bagian atas LPD (DA-202) dan larutan yang berasal dari Off Gas Absorber (DA-402) akan bercampur dengan keluaran HPD untuk mengalami flashing section. Proses yang terjadi pada sieve tray ini sama dengan yang terjadi di bagian atas HPD (DA-201). Cairan mengalir ke bawah melalui empat buah sieve tray pada bagian stripping section dan setelah melewati Reboiler for Low Pressure Decomposer (EA-202) untuk mengalami pemanasan, cairan turun ke bagian bawah LPD (DA-202) berupa raschig ring packed bed. Larutan di dalam LPD

65

(DA-202) dpanaskan oleh Low Pressure Steam dengan tekanan 7 kg/cm2 dan temperatur 130 °C. Gas CO2 diinjeksikan dari bagian bawah LPD oleh CO2 Booster Compressor (GB-102) dengan tekanan 27 kg/cm2 agar sisa amonia yang terdapat di dalam larutan dapat distripping oleh sebagian gas CO2. Gas-gas yang keluar dari LPD (DA-202) dikirim ke Low Pressure Absorber (EA-402) pada tekanan 2,5 kg/cm2, sedangkan larutannya hampir semua kelebihan amonia dan amonium karbamat sudah dipisahkan, mengalir ke Gas Separator (DA-203). 3.2.2.3 Gas Separator (DA-203) Gas Separator berfungsi untuk memurnikan urea yang keluar dari Low Pressure Decomposser (DA-202). Gas Separator (DA-202) terdiri dari dua bagian, yaitu bagian atas yang beroperasi pada temperatur 106 °C, tekanan 0,3 kg/cm2, dan bagian bawah berupa Packed Bed beroperasi pada tekanan atmosfer dan temperatur 92 °C. Cairan keluaran dari LPD berupa sisa gas NH3 dan CO2 akan mengalami flashing section yaitu penurunan tekanan ddari 2,5 kg/cm2 menjadi 0,3 kg/cm2. Gas-gas yang telah terpisah akan mengalir menuju Off Gas Condensor (EA-406), untuk mengkondensasikan gas pada unit recovery sedangkan cairan dari flashing section akan menuju bagian bawah berupa raschig ring packed bed melalui semacam leher angsa untuk menjaga agar gas-gas yang telah terpisah tidak masuk ke flashing section. Cairan yang jatuh di bagian bawah raschig ring packed bed akan mengalami kontak dengan gas yang keluar dari Off Gas Absorber (DA-402) sebagai stripping pada unit recovery dan disertakan hembusan udara dari Off Gas Circulation Blower (GB-401) dengan tekanan atmosfer dan temperatur 36 °C melalui distributor di bawah packed bed. Gas-gas dari bagian atas dan bagian bawah digabungkan bersama-sama lalu dikirim ke Off Gas Condensor (EA-406). Suhu bagian bawah Gas Separator (DA-203) dengan konsentrasi sekitar 70 – 75% yang selanjutnya dikirim ke unit kristalisasi dan prilling.

66

Gas NH3, CO2, H2O Gas NH3, CO2, H2O Gas NH3, CO2, H2O

Urea, biuret, gas terlarut, amonium karbamat

Unit Recovery

Urea, biuret, air, sisa NH3, CO2

Urea, air, amonium karbamat, biuret, sisa NH3

High Pressure Decomposser

Low Pressure Decomposser Gas separator

CO2

Urea, air, biuret, sedikit sisa NH3, sedikit sisa CO2

Crystallizer

Gas dari unit recovery untuk stripping

Gambar 3. 1 Diagram Unit Purifikasi Pemeriksaan kondisi peralatan dan pencatatan parameter pengendalian proses operasi pada unit purifikasi dilakukan setiap dua jam dalam rekaman mutu unit purifikasi oleh operator panel dan operator unit purifikasi. 3.2.3 Unit Recovery Dalam proses Mitsui Toatsu Total Recycle C Improved, gas-gas yang tidak bereaksi dikembalikan dalam bentuk larutan. Gas-gas campuran dari decomposer diserap oleh amonia cair atau larutan di dalam masing-masing absorber kemudian dikembalikan ke reaktor sintesa (DC-101). Gas dari gas separator diserap di off gas absorber (DA-402), gas dari LPD diserap di low pressure absorber (EA-402), dan gas dari HPD diserap di high pressure absorber (DA-401). 3.2.3.1 Off Gas Recovery System Gas dari Gas Separator (DA-203) dengan tekanan 0,3 kg/cm2 dan temperatur 106 °C akan dikondensasikan ke dalam Off Gas Condensor (EA-406) dan didinginkan sampai temperatur 61 °C menggunakan cooling water sebagai media pendinginnya. Larutan kondensasi akan ditampung dalam Off Gas Absorber Tank (FA-203) berupa larutan karbamat kemudian dipompakan oleh Off Gas Absorber Pump (GA-408) sampai tekanan 2 kg/cm2. Setelah itu larutan didinginkan dalam Off Gas Final Cooler (EA-408) untuk memperbesar

67

penyerapan gas dengan media pendinginnya cooling water sampai temperaturnya 36 °C sedangkan gas-gas yang belum terkondensasi akan masuk ke bagian bawah Off Gas Absorber (DA-402). Larutan ini bertindak sebagai absorben bagi gas yang tidak terabsorbsi. Off Gas Absorber (DA-402) terdiri dari packed bed yang berfungsi untuk tempat kontak antara larutan karbamat hasil kondensasi degan gas-gas yang tidak terkondensasi di dalam Off Gas Condensor (EA-406) dan dari Low Pressure Absorber (EA-402). Larutan yang telah kontak dengan gas akan keluar dari bagian bawah Off Gas Absorber (DA-402) dengan suhu 45 °C dan tekanan atmosfer akan dipompa oleh Off Gas Recycle Pump (GA-407) kemudian didinginkan dengan Off Gas Absorber Cooler (EA-407) sebagai larutan recycle di dlaam Off Gas Absorber (DA-402). Gas NH3 akan keluar melewati bagian atas Off Gas Absorber (DA-402) disertakan Gas Circulation Blower (GB-401) dengan tekanan atmosfer dan temperatur 56 °C untuk dikirim ke Gas Separator (DA-203) sebagai stripping gas CO2 dan NH3. Larutan hasil penyerapan dari Off Gas Absorber (DA-402) berupa larutan karbamat dibagi menjadi dua yaitu larutan pertama dikirim ke Low Pressure Absorber (EA-402) sebagai penyerap CO2 dan Low Pressure Decomposer (DA202) untuk mengalami proses purifikasi kembali melalui LPA Pump (GA-403) dan larutan kedua dikirim ke Off Gas Absorber Cooler melalui Off Gas Recycle Recovery Pump (GA-407). 3.2.3.2 Recovery Gas dari Low Pressure Decomposer Gas-gas dari LPD (DA- b402) dengan tekanan 2,5 kg/cm2 dan temperatur 117 °C dikondensasikan dan diserap sempurna melalui bagian bawah LPA (EA402). Sebagai penyerap digunakan larutan karbamat encer dari Off Gas Absorber ditambah air murni (steam condensate) yang berfungsi untuk menjaga temperatur di LPA (EA-402) suhu 45 °C dan tekanan 2,2 kg/cm2. Reaktan dalam gas akan diabsorbsi dengan mother liquor yang dialirkan dari Mother Liquor Tank (FA203) oleh Mother Liquor Pump (GA-203) yang mempunyai konsentrasi karbamat 30 – 40%.

68

Larutan akan bercampur dalam bagian shell LPA mengabsorbsi reaktan yang terkandung pada aliran gas yang berasal dari LPD. Gas yang tidak terserap akan terserap akan mengalir ke atas dan diabsorb dengan larutan karbamat dari Off Gas Absorber (DA-402) dalam packed bed sebagai penyerap CO2 sedangkan gas yang masih belum terserap di LPA (EA-402) kan masuk ke Off Gas absorber (DA-402) bagian bawah bercampur dengan gas-gas yang tidak terkondensasi di dalam Off Gas Condensor (EA-406) untuk dilakukan penyerapan kembali. Tekanan dalam LPA (EA-402) sangat penting untuk dilakukan penyerapan kembali. Tekanan dalam LPA (EA-402) sangat penting untuk dikontrol. Tekanan yang melebihi 2,5 kg/cm2 akan menyebabkan penguraian lebih lanjut dalam Gas Separator (DA-203). Bila tekanan terlalu rendah akan menyebabkan kesukaran pengiriman larutan dari LPD (DA-202) ke Gas Separator (DA-203). Larutan yang telah mengabsorbsi reaktan akan mengalir ke bawah dipompa melalui HPA Pump (GA-402) dengan tekanan 16 kg/cm2 dan temperatur 37 °C kemudian dialirkan ke bagian atas HPA (DA-401) untuk menyerap CO2. 3.2.3.3 Recovery Gas dari High Pressure Decomposer Gas-gas yang berasal dari HPD (DA-201) dengan tekanan 17 kg/cm2 dan temperatur 123 °C pada unit purifikasi akan dialirkan ke HPAC (EA-401). Disini terjadi penyerapan CO2 oleh slurry dari HPA (DA-401) kurang lebih 65% dari seluruh CO2 yang berasal dari HPD. Sebagai zat penyerapnya berasal dari larutan karbamat. High Pressure Absorber Cooler (EA-401) berbentuk seperti heat exchanger tipe shell and tube yang terletak secara horizontal di mana pendinginnya mengalir dalm tube sedangkan larutan karbamat mengalir dalam shell dengan kondisi operasi tekanan 16,5 kg/cm2 dan temperatur 83 °C. Di dalam HPAC (EA-401) terdapat tiga fluida pendingin yaitu yang pertama larutan urea sirkulasi dari Crystallizer (FA-201) yang mengambil kelebihan panas sekitar 65%, yang kedua cooling water mengambil kelebihan panas sekitar 15%, yang ketiga hot water mengambil kelebihan panas sekitar 25%. Temperatur di HPAC (EA401) dijaga pada suhu 98 °C dan tekanan 17 kg/cm2. Hasil penyerapan berupa larutan amonium karbamat kemudian dipompa ke reaktor sebagi recycle sedangkan gas yang tidak terserap mengalir ke HPA (DA-401).

69

HPA (DA-401) mempunyai dua bagian utama, bagian atas berupa bubble cap tray 4 tingkat sedangkan bagian bawah raschig ring packed bed. Kondisi operasi dijaga pada temperatur 47 °C dan tekanan 16,5 kg/cm2. Larutan dari penyerapan berupa slurry yang keluar HPA (DA-401) dari bagian bawah yang selanjutnya digunakan sebagai media penyerap di HPAC (EA-401). Gas yang lolos dari penyerapan berupa gas amonia murni dikondensasikan di Ammonia Condensor (EA-404 A-D) untuk kemudian disimpan di Ammonia Recovery Absorber (EA-405 A-D) untuk meningkatkan amonia hingga di atas 90% dengan media penyerap adalah Steam Condensate. Gas amonia dialirkan ke bagian atas HPA (DA-401) melalui Amonia Pump (GA-405) agar sisa karbondioksida dapat diserap secara sempurna. Larutan hasil absorbsi berupa karbamat yang keluar dari HPAC (EA-401) dipompakan oleh Recycle Solution Boost Up Pump (GA-102) menuju reaktor sintesa urea (DC-101). 3.2.3.4 Ammonia Recovery Absorber (ARA) Fraksi gas yang tidak mengembun di Ammonia Condenser digelembungkan pada pipa separger dibagian bawah Ammonia Recovery Absorber (EA-405 ) dan ditambahkan sedikit air untuk. Gas yang tidak diserap oleh tahap absorbsi dalam ARA ini kemudian dibuang ke atmosfer. 3.2.4 Unit Kristalisasi dan Pembutiran Unit ini betujuan untuk membentuk urea butiran dari larutan urea yang berasal dari Gas Separator (DA-203) kemudian dilanjutkan ke proses kristalisasi sehingga urea siap dijadikan butiran. Pada tahap ini terdiri atas empat langkah, yaitu: pengkristalan, pemisahan, pengeringan, dan pembutiran. Peralatan utama yang terlibat pada seksi ini adalah crystallizer, centrifuge, fluidized dryer, dan prilling tower. 3.2.4.1 Pengkristalan Unit ini berfungsi untuk membentuk urea menjadi butiran dari urea yang berasal dari Gas Separator (DA-203) yang masih mengandung 25% air. Larutan

70

urea yang mempunyai konsentrasi 70 -75% yang berasal dari Gas Separator (DA203) dipompakan oleh Urea Solution Feed Pump (GA-205) dialirkan ke bagian bawah Crystallizer (FA-201) untuk dikristalkan secara vakum. Crystallizer ini terbagi menjadi dua bagian, bagian atas berupa Vacuum Concentration dengan Vacuum Generator (EE-201) yang terdiri dari Steam Ejector tingkat I dan II dengan Barometric Condensor tingkat I dan II. Bagian bawah berupa Crystallizer dengan agitator di mana terbentuk kristal-kristal urea dalam larutan slurry dengan kadar 80%. Vacuum Concentrator beroperasi pada tekanan 72,5 mmHgabs dan temperatur 60 °C, kristalisasi secara vakum dipilih karena pemanfaatan panas yang effisien sehingga penguapan air dapat dilakukan pada suhu yang lebih rendah. Kemudian dengan menggunakan Circulation Pump for Crystallizer (GA201), larutan urea dari bagian bawah Cystallizer disirkulasikan ke Vacuum Concentrator untuk dipekatkan dan sebagian telah dilewatkan ke HPAC (EA-401) untuk menyerap panas. Panas digunakan untuk proses pem-vakuman di Crystallizer pada permukaan atas. Panas yang berasal dari larutan yang keluar dari HPAC memberikan panas 65% dari total yang dibutuhkan untuk penguapan air. Crystallizer dilengkapi dengan jaket air panas untuk mencegah terbentuknya endapan urea pada dindingnya. 3.2.4.2 Pemisahan Proses ini bertujuan untuk memisahkan kristal urea dari larutan induknya. Proses ini terjadi pada Centrifudge (GF-201) yang berjumlah lima buah dan bekerja secara paralel. Larutan slurry urea dari Crystallizer bagian bawah dipompa oleh Slurry Feed Pump (GA-202) dialirkan ke Centrifudge (GF-201 AE) untuk dipisahkan kristal urea dari larutan induknya berdasarkan gaya sentrifugal sehingga dihasilkan kristal urea dengan kadar air 2,4% dan sebagian disirkulasi kembali ke Crystallizer untuk mencegah kebuntuan pipa. Larutan induk ditampung di Mother Liquor Tank (FA-203) yang dilengkapi Steam Heating Tube untuk mencegah terjadinya kristalisasi. Untuk mencegah terjadinya akumulasi biuret dalam Mother Liquor Pump (GA-203) maka larutan induk dipompakan ke dalam LPA (EA-402) sebagai penyerap CO2 dan ke Crystallizer untuk dikristalkan.

71

3.2.4.3 Pengeringan Kristal urea dari Centrifudge masuk ke Fluidizing Dryer (FF-301). Di Fluidizing Dryer (FF-301), kristal urea dikeringkan sampai kandungan airnya 0,1 – 0,3% dengan hembusan udara dari Forced Fan Dryer (GB-301) yang telah melewati pemanasan udara (EC-301) atau Air Heater for Dryer dengan menggunakan steam condensate dan steam bertekanan rendah 4 kg/cm2. Udara panas yang masuk ke Fluidizing Dryer (FF-301) dijaga suhunya 120 °C dan tidak boleh melebihi 130 °C sebab ada kemungkinan terjadi pelelehan urea di Fluidizing Dryer (FF-301). Kristal-kristal urea dengan bantuan hembusan udara pengering dari Induced Fan (GB-302) dan Pneumatic Duct akan terhisap ke atas Prilling Tower (I-301). Kristal urea yang ukurannya terlalu besar (berupa gumpalan) dibawa ke tepi oleh sudu-sudu pengaduk untuk kemudian dilarutkan kembali ke Dissolving Tank I (FA-302) untuk dipompakan ke Mother Liquor Tank (FA-203). 3.2.4.4 Pembutiran Krista-kristal urea dengan kadar 99,8% dengan bantuan udara pengering dan hisapan dari Induced Fan for Dryer (GB-301) dan Pneumatic Duct akan terhisap ke atas Prilling Tower (TA-301). Kristal yang terhisap ke atas Prilling Tower (TA-301) ini memasuki 4 buah Cyclone (FC-301) yang bekerja secara paralel. Dari bawah Cyclone kristal urea akan turun melewati Screw Conveyor (JD-301) untuk kemudian dilelehkan di Melter (EA-301). Debu-debu yang ukurannya kecil akan terhisap oleh Induced Fan (GB-302) dan masuk ke Dust Chamber (PF-302). Udara dikeluarkan ke atmosfer oleh Induced Fan for Prilling Tower (GB-304) Melter (EA-301) beroperasi pada temperatur 135 °C yaitu temperatur sedikit di atas titik leleh urea (132,70 °C) dengan menggunakan bantuan pemanas steam bertekanan rendah yaitu 7 kg/cm2. Temperatur ini dijaga hingga konstan agar pembentukan biuret dapat ditekan sekecil mungkin. Pengontrolan temperatur ini dapat dilakukan dengan jalan mengontrol laju alir steam yang digunakan sebagai pemanas pada Melter. Lelehan urea pada Melter kemudian mengalir ke Strainer for Distributor (FD-301) lalu ke Head Tank for Distribution (PF-301) yang

72

berjumlah 12 buah. Constant Heat di atas dibutuhkan untuk mengontrol ukuran butiran urea yang keluar Distributor. Lelehan urea dari Distributor yang berbentuk tetesan-tetesan akan memadat selama jatuh ke dalam Fluidized Bed (FD-302) dengan temperatur 40 °C yang dihembus udara Blower dari bawah menggunakan steam yang berfungsi untuk memadatkan urea yang sudah berbentuk butiran agar tidak menempel satu sama lain. Butiran-butiran urea yang sudah terbentuk, kemudian masuk ke ayakan Trommel (FD-303), untuk selajutnya dikirim ke bagian pengantongan (bagging) melalui Belt Conveyor sedangkan oversize butiran urea yang berukuran besar (gunpalan) jatuh dari ayakan masuk ke dalam Dissolving Tank II (FA-303) yang kemudian dikembalikan ke Mother Liquor Tank II (FA-303) untuk daur ulang. 3.3 Pengantongan Pengelolaan butiran urea di unit pengantongan dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu : a.

Sistem pengelolaan urea curah ( Bulk handling system )

b.

Sistem pengantongan urea ( Bagging system )

c.

Sistem pengelolaan urea kantong ( Bag handling system )

3.3.1 Sistem Pengelolaan Urea Curah Urea curah dari prilling tower dikirim ke unit pengantongan melalui belt conveyer toyo U-JF 301 lalu ditransfer ke belt conveyer

2801-VA/VB yang

disebut juga transfer conveyer untuk ditampung dalam tempat penyimpanan sementara yang disebut surge hopper 2801 – VD yang dilengkapi dengan travelling triper 2801 – VE. Bin storage juga dilengkapi dengan high level dan low level switch yang menunjukkan kondisi bin penuh atau kosong. Ada 10 buah bin storage dalam unit ini, tetapi dalam kondisi normal hanya 4 yang beroperasi. Kapasitas tiap bin sebesar 80 ton.

73

3.3.2 Sistem pengantongan Urea Pada bagian bawah bin storage teradapat mesin yang diatur untuk menimbang denga kapasitas 50 kg, dengan akurasi timbang ± 300 gram. Untuk memuat urea curah kedalam kantong operator tinggal memasang kantong pada bagian bawah weighing machine, kemudian menginjak pedal yang disebut foot pedal switch untuk mencurahkan urea. Bila urea dengan tekanan yang diinginkan telah tercurah seluruhnya, maka kantong akan terlepas secara otomatis dan dibawa oleh belt conveyer menuju bagian penjahitan. Pada kondisi normal kapasitas mesin jahit adalah 12 bag/menit/mesin. Sesuai dengan bin storage yang beroperasi, maka jalur penjahit ada 4 buah. Untuk kontrol mutu, setiap 20 bag diambil 1 sampel untuk ditimbang ulang dan diteliti jahitannya. Bila hasilnya kurang, maka mesin penimbang diset ulang dan mesin jahit diperbaiki atau diperlambat kapasitas jahitnya. 3.3.3 Sistem Pengelolaan Urea Kantong Urea yang telah dikemas dalam karung plastik dan dijahit agar kuat ketika akan dibawa ke sarana angkutan atau gudang penyimpanan dengan belt conveyer. Sarana alat angkut yang tersedia adalah truk. Untuk truk digunakan short conveyor sebanyak 4 buah dan kapasitas normal rata-rata 1920 bag/jam/conveyer, kemudian conveyer 2480 – VA/VB,

bag

flattener, lalu ke overhead conveyer. Urea kantong yang tidak termuat dalam truk atau kereta api disimpan dalam gudang. Sistem penyimpanan yang digunakan adalah sistem pindang, agar kapasitas penyimpanan dapat maksimum dan pengambilannya mudah. Kapasitas penyimpanan digudang ini adalah 25.000 ton urea yang dikantongi.

74

BAB IV SPESIFIKASI ALAT

4.1

Spesifikasi Alat

4.1.1 Spesifikasi Alat Pada Unit Sintesa 1.

Urea Synthetic Reactor (DC-101) Fungsi

:

Tempat reaksi antara NH3 dan CO2 sebagai pembentukan urea

Tipe

:

Silinder tegak

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter

:

2.170 mm

-

Panjang total

:

34.815 mm

-

Tebal shell

:

153 mm

-

Tebal head

:

125 mm

-

Jumlah tray

:

12 buah

-

Jumlah lubang tray 1 – 3

:

725 buah

-

Jumlah lubang tray 4 – 8

:

1450 buah

-

Jumlah lubang tray 9 – 12

:

2175 buah

Diameter lubang pada Tray :

0,315 inchi

Temperatur operasi

:

195 ⁰C

Temperatur desain

:

200 ⁰C

Tekanan operasi

:

200 kg/cm2G

Tekanan desain

:

200 kg/cm2G

Korosi diperbolehkan

:

2,3 mm

75

Gambar 4. 1 Urea Synthetic Recter (DC-101)

76

2.

Knock Out Drum Fungsi

:

Menghilangkan tetesan cairan yang mungkin terdapat dalam udara

Tipe

:

Silinder tegak

Jumlah

:

1 buah

Posisi

:

Vertikal

Ukuran

3.

-

Diameter

:

2.300 mm

-

Panjang total

:

6.390 mm

-

Tinggi head atas

:

890 mm

-

Panjang head bawah

:

880 mm

Temperatur operasi

:

38 ⁰C

Temperatur desain

:

70 ⁰C

Tekanan operasi

:

0,53 kg/cm2

Tekanan desain

:

1,00 kg/cm2

Kapasitas

:

7,8 m3

Bahan kontruksi

:

Carbon Steel

CO2 Booster Compressor (GB-102) Fungsi

:

Menaikan tekanan gas CO2

Tipe

:

Centrifugal

Volume hisap (dry) normal

:

22.660 m3/jam

Desain

:

23.731 m3/jam

Volume hisap (wet) normal :

3.205 m3/jam

Desain

:

3.365 m3/jam

Tekanan suction

:

1,533 kg/cm2A

Temperatur suction

:

38 ⁰C

Tekanan discharge

:

31 kg/cm2A

Temperatur discharge

:

174 ⁰C

Tekanan maksimum

:

37 kg/cm2A

Temperatur maksimum

:

193 ⁰C

77

4.

Speed normal

:

8.217 rpm

Speed maksimal

:

8.300 rpm

First critical speed

:

3.641 rpm

Second critical speed

:

12.864 rpm

Steam consumption max

:

23.220 kg/jam

Power

:

450 Kw

Jumlah

:

1 buah

Bahan kontruksi

:

Carbon Steel

Fungsi

:

Menaikan tekanan gas CO2

Tipe

:

Reciprocating

Fluid CO2

:

98 %

Gas inert

:

2%

Kapasitas

:

15.940 Nm3/jam

Jumlah

:

2 buah

Power

:

130 Kw

CO2 Compressor (GB-101)

Kondisi Suction 1st Stage -

Tekanan

:

30,5 kg/cm2

-

Temperatur

:

42 ⁰C

-

Humidity

:

100 %

:

55 ⁰C

2nd Stage -

Temperatur

Kondisi bagian pengeluaran (discharge stage) -

Tekanan

:

261 kg/cm2

-

Temperatur

:

123 ⁰C

-

Speed

:

300 rpm

Bahan kontruksi

:

Carbon steel

78

5.

Ammonia Preheater I (EA-101) Fungsi

:

Memanaskan ammonia dengan hot water sebagai media pemanasnya

Tipe

:

Shell and Tube

Jumlah

:

1 buah

Ukuran shell side -

Diameter side

:

700 mm

-

Tebal side

:

14 mm

Ukuran tube side -

OD

:

15,9 mm

-

Tebal tube

:

2,6 mm

-

Panjang tube

:

7.200 mm

-

Jumlah tube

:

580 buah

:

Ellips

Tipe head

Shell

Tube

Surface per cell

190 m

-

Fluida

Hot water

NH3 cair

Laju alir

178.370 kg/jam

95.750 kg/jam

Temperature masuk

80 ⁰C

35,5 ⁰C

Temperature keluar

60 ⁰C

58,6 ⁰C

Temperature desain

110 ⁰C

90 ⁰C

Tekanan operasi

2,5 kg/cm2

259 kg/cm2

Tekanan desain

4 kg/cm2

263 kg/cm2

Tekanan hidrostatik

6 kg/cm2

395 kg/cm2

Bahan konstruksi

Carbon steel

79

Gambar 4. 2 Ammonia Preheater 1 (EA-101)

80

6.

Ammonia Preheater II (EA-102) Fungsi

:

Memanaskan ammonia dengan steam condensat sebagai media pemanasnya

Tipe

:

Shell and Tube

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter side

:

500 mm

-

Tebal shell

:

2,6 mm

-

Panjang total shell

:

8.389 mm

-

Tipe head

:

Ellips

-

OD tube

:

15,9 m

-

Panjang tube

:

7.200 mm

-

Jumlah tube

:

273 buah

Shell

Tube

Surface per cell

:

84 m

-

Fluida

:

Steam condensate

NH3 cair

Laju alir

:

59.270 kg/jam

95.750 kg/jam

Temperature masuk

:

143 ⁰C

58,6 ⁰C

Temperature keluar

:

106 ⁰C

81,4 ⁰C

Temperature desain

:

200 ⁰C

110 ⁰C

Tekanan operasi

:

3 kg/cm2

250 kg/cm2

Tekanan desain

:

9 kg/cm2

263 kg/cm2

Tekanan hidrostatik

:

13,5 kg/cm2

395 kg/cm2

Corrosion

:

3 mm

1,5 mm

:

Carbon steel

allowance Bahan konstruksi

81

Gambar 4. 3 Ammonia Preheater 2 (EA-102)

82

7.

Ammonia Condensor (EA-404) Fungsi

:

Mengkondensasikan gas ammonia

Tipe

:

Shell and Tube

Jumlah

:

4 buah

Luas permukaan

:

981 m2

Beban panas

:

5.274.500 kkal/jam

Shell side

Tube side

Fluida

:

Gas ammonia

Air dingin

Laju alir

:

14.703,97 kg/jam

1.352.000 kg/jam

Temperatur

:

47 ⁰C

31,1 ⁰C

:

37 ⁰C

35 ⁰C

:

80 ⁰C

70 ⁰C

Tekanan operasi

:

16 kg/cm2

3,0 kg/cm2

Tekanan desain

:

20 kg/cm2

4,5 kg/cm2

Bahan konstruksi

:

Carbon Steel

masuk Temperatur keluar Temperatur desain

Gambar 4. 4 Ammonia Condenser (EA-404)

83

8.

Ammonia Reservoir (EA-401) Fungsi

:

Menampung ammonia cair make up dari Ammonia Plant

Tipe

:

Silinder

Jumlah

:

1 buah

Posisi

:

Horizontal

Ukuran -

Diameter

:

2.743 mm

-

Panjang total

:

12.000 mm

Temperatur desain

:

70 ⁰C

Temperatur operasi

:

37 ⁰C

Tekanan operasi

:

15,7 kg/cm2G

Tekanan desain

:

20 kg/cm2G

Insulation (cold)

:

25 mm

Errection weight

:

28.800 kg

Total weight full of water

:

107.300 kg

Kapasitas

:

74 m3

Pompa

:

GA-404 A/B

Bahan kontruksi

:

Carbon steel

Gambar 4. 5 Ammonia Reservoir (EA-401)

84

4.1.2 Spesifikasi Alat Pada Unit Purifikasi 1.

High Pressure Decomposer (DA-201) Fungsi

:

Untuk memisahkan kelebihan NH3 dari campuran reaksi dan mendekomposisikan ammonium karbamat menjadi amonia (NH3) dan karbondioksida (CO2)

Tipe

:

Silinder vertikal

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter top

:

3.350 mm

-

Diameter middle

:

2.100 mm

-

Diameter bottom

:

800 mm

-

Panjang total

:

14.212 mm Tube side

Shell side

Tekanan intern desain

:

20,0 kg/cm2

15 kg/cm2

Tekanan ekstern desain

:

0,175 kg/cm2

0,175 kg/cm2

Temperatur desain

:

200 ⁰C

220 ⁰C

Corrosion allowance

:

3 mm

C.S. 3 mm 2

10 kg/cm2

Tekanan operasi

:

17 kg/cm

Temperatur operasi

:

150-165 ⁰C

183 ⁰C

Surface area

:

-

203 m

Insulation

:

100 mm

100 mm

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

85

Gambar 4. 6 High Pressure Decomposser (DA-201)

2.

Low Pressure Decomposer (DA-202) Fungsi

:

Menyempurnakan dekomposisi setelah keluar dari HPD

Tipe

:

Silinder Vertikal

Jumlah

:

1 buah

Tekanan intern desain

:

4 kg/cm2

Takanan ekstern desain

:

0,175 kg/cm2

Temperatur desain

:

160 ⁰C

Corrosion allowance

:

1 mm

86

Tekanan operasi

:

2,5 kg/cm2

Insulation

:

75 mm

Ukuran -

Diameter

:

2.000 mm

-

Panjang total

:

13.200 mm

-

Tipe head

:

Ellips 2 : 1

:

Carbon steel

Bahan konstruksi

Gambar 4. 7 Low Pressure Decomposser (DA-202)

87

3.

Gas Separator (DA-203) Fungsi

:

Memisahkan sisa NH3 dan CO2 yang masih terlarut dalam larutan urea

Posisi

:

Vertikal

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter

:

1.700 mm

-

Panjang total

:

13.200 mm

-

Tebal

:

6 mm

Tekanan desain

:

0,3 kg/cm2

Tekanan operasi

:

0,3 kg/cm2

Temperatur desain

:

150 ⁰C

Temperatur operasi

:

105 ⁰C

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Gambar 4. 8 Gas Separator (DA-203)

88

4.

Reboiler For High Pressure Decomposer (EA-201) Fungsi

:

Memanaskan larutan dari HPD

Tipe

:

V-BEM

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter shell

:

1.850 mm

-

Tebal shell

:

18 mm

-

OD tube

:

38,1 mm

-

Tebal tube

:

BWG 12

-

Panjang tube

:

5.000 mm

-

Jumlah tube

:

1.227 buah

Shell side

Tube side

Surface per cell

:

694 m

-

Fluida

:

Steam

Larutan urea

Temperatur masuk

:

183 ⁰C

151 ⁰C

Temperatur keluar

:

183 ⁰C

151 ⁰C

Temperatur desain

:

220 ⁰C

200 ⁰C

Tekanan operasi

:

10 kg/cm2

17 kg/cm2

Tekanan desain

:

15 kg/cm2

20 kg/cm2

Tekanan hidrostatik

:

22,5 kg/cm2

30 kg/cm2

Corrosion allowance

:

3,0 mm

C.S. 3,0 mm

Radiographed

:

20 %

100 %

Insulation

:

100 mm hot

100 mm hot

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

89

Gambar 4. 9 Reboiler for High Pressure Decomposser (EA-201) 5.

Reboiler For Low Pressure Decomposer (EA-202) Fungsi

:

Memanaskan larutan dari LPD

Tipe

:

V-AEM

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter shell

:

650 mm

-

Diameter tube

:

25,3 mm

-

Tebal shell

:

6 mm

-

Tebal tube

:

2 mm

-

Panjang total

:

6.868 mm

-

Jumlah shell

:

-

-

Jumlah tube

:

227 buah

90

Shell side

Tube side

Surface per cell

:

108 m

-

Fluida

:

Steam

Larutan

urea

dan

Karbamat

6.

Laju alir

:

3.870 kg/jam

1.120 kg/jam

Density

:

3,1 kg/cm3

1,12 kg/cm3

Diameter

:

650 mm

25,3 mm

Temperatur masuk

:

158 ⁰C

130 ⁰C

Temperatur keluar

:

158 ⁰C

130 ⁰C

Temperatur desain

:

200 ⁰C

200 ⁰C

Tekanan operasi

:

5,0 kg/cm2

2,5 kg/cm2

Tekanan desain

:

9,0 kg/cm2

4,0 kg/cm2

Corrosion allowance

:

3,0 mm

2,0 mm

Insulation

:

100 mm hot

75 mm hot

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Air Compressor (GB-201) Diameter

7.

-

1st stage

:

250 mm (P = 4 kg/cm2 ; T = 135 ⁰C

-

2nd stage

:

130 mm (P = 20 kg/cm2 ; T = 135 ⁰C)

Jumlah

:

1 buah

Stroke

:

180 mm

Rpm

:

370 rpm

Motor output

:

55 Kw

Kapasitas

:

207 Nm3/jam

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Heat Exchanger For Low Pressure Decomposer (EA-203) Fungsi

:

Mendinginkan larutan dari HPD menuju LPD

Tipe

:

BEU

91

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter shell

:

1.050 mm

-

Diameter tube

:

31,8 mm

-

Tebal shell

:

8 mm

-

Tebal tube

:

BWG 12

-

Panjang total shell

:

-

-

Panjang total tube

:

5.000 mm

-

Jumlah shell

:

-

-

Jumlah tube

:

196 buah

Shell side

Tube side

Fluida

:

Larutan Karbamat

Larutan karbamat

Temperature masuk

:

130 ⁰C

166 ⁰C

Temperature keluar

:

130 ⁰C

145 ⁰C

Temperature desain

:

160 ⁰C

200 ⁰C

Tekanan desain

:

4 kg/cm2

20 kg/cm2

Tekanan hidrostatik

:

6 kg/cm2

30 kg/cm2

Corrosion allowance

:

2,0 mm

3,0 mm

Insulation

:

75 mm hot

100 mm hot

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

4.1.3 Spesifikasi Alat Pada Unit Recovery 1.

Off Gas Absorber (DA-402) Fungsi

:

Menyerap gas NH3 dan CO2 dari Gas Separator kemudian dikondensasikan dalam packed bed bagian bawah oleh larutan recycle yang didinginkan dalam Off Gas Absorber Cooler

Jumlah

:

1 buah

:

1.900 mm

Ukuran -

Diameter

92

-

Tebal

:

6 mm

-

Panjang total

:

8.200 mm

Tipe head

:

Elips 2 : 1

Temperatur operasi top

:

39 ⁰C

Temperatur operasi bottom :

39 ⁰C

Temperatur desain

:

100 ⁰C

Tekanan operasi

:

Atmosfer

Kapasitas

:

25 m3

S.G. Liquid

:

1,15

Corrosion allowance

:

1,0 mm

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Gambar 4. 10 Off Gas Absorber (DA-402)

93

2.

Off Gas Condensor (EA-406) Fungsi

:

Mendinginkan gas yang keluar dari Gas Separator

Ukuran -

Diameter

:

800 mm

-

Tebal

:

8 mm

-

Tebal head

:

10 mm

-

Panjang total

:

6.281 mm

:

4 buah

Jumlah

Shell side Surface per cell

:

139 m

Fluida

:

Gas

Tube side

2

NH3

dan Cooling water

CO2 Temperatur operasi masuk

:

111 ⁰C

39 ⁰C

Temperatur operasi keluar

:

61 ⁰C

40 ⁰C

Temperatur desain

:

130 ⁰C

70 ⁰C

Tekanan operasi

:

Atmosfer

3 kg/cm2

Corrosion allowance

:

1 mm

3,0 mm

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Gambar 4. 11 Off Gas Condenser

94

3.

Off Gas Absorber Pump (GA-408) Fungsi

:

Memompa larutan dan mengirimnya ke Low Pressure Absober

4.

Tipe

:

Centrifugal Pump

Jumlah

:

2 buah

Kapasitas normal

:

5 m3/jam

Kapasitas desain

:

6 m3/jam

Tekanan discharge

:

2 kg/cm2G

Tekanan suction

:

1 atm

Total head

:

20 m

Power

:

1,5 Kw

Fluida

:

Larutan Karbamat

Specific Gravity

:

1

Tekanan uap

:

0,2 kg/cm2 Abs

Pumping Temperatur

:

61 °C

Viskositas

:

0,5 cp

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Off Gas Absorber Recycle Pump (GA-407/AB) Fungsi

:

Memompakan larutan dari OGA dan dikembalikan lagi ke bagian tengah OGA

Tipe

:

Centrifugal Pump

Jumlah

:

2 buah

Kapasitas normal

:

138 m3/jam

Kapasitas desain

:

152 m3/jam

Tekanan discharge

:

20 kg/cm2G

Tekanan suction

:

1 atm

Total head

:

20 m

Power

:

18,5 Kw

Pumping temperatue

:

45 ⁰C

Fluida

:

Larutan Karbamat

Specific Gravity

:

1

95

5.

Tekanan uap

:

0,1 kg/cm2Abs

Viskositas

:

0,6 Cp

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Low Pressure Absorber (EA-402) Fungsi

:

Memisahkan gas NH3 dan CO2 yang keluar dari LPD

Tipe

:

Shell and tube

Jumlah

:

1 buah

Fluida

:

Shell side

Tube side

Larutan

Cooling water

Karbamat Densitas

:

1.150 kg/cm3

1.000 kg/cm3

Tipe head

:

Elips 2 : 1

Flat

Temperatur operasi masuk

:

45,1 ⁰C

31,1 ⁰C

Temperatur operasi keluar

:

45,1 ⁰C

35 ⁰C

Tekanan operasi

:

2,2 kg/cm2

3 kg/cm2

Tekanan udara

:

200 kg/cm2

-

Corrosion allowance

:

1 mm

3,0 mm 2

Surface area

:

1.807 m

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Gambar 4. 12 Low Pressure Absorber (EA-402)

96

6.

High Pressure Absorber Cooler (EA-401) Fungsi

:

Merecycle larutan karbamat ke reaktor

Tipe

:

Shell and tube

Jumlah

:

1 buah

Slurry

Hot water

Cold water

Jumlah tube

:

744

389

148

Diameter (mm)

:

25,4

25,4

25,4

Tebal tube

:

2 mm

2 mm

2 mm

Shell side

Tube side

Karbamat

Urea

Hot water

Cold water

Tipe head

:

-

Flat

-

-

Corrosion allowance

:

2 mm

1 mm

3 mm

3 mm

Temperatur masuk

:

100 ⁰C

60 ⁰C

70 ⁰C

35 ⁰C

Temperatur keluar

:

100 ⁰C

68 ⁰C

80 ⁰C

50 ⁰C

Temperatur desain

:

130 ⁰C

110 ⁰C

100 ⁰C

110 ⁰C

Tekanan operasi (kg/cm2)

:

16,5

1,0

2,5

2,5

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

97

Gambar 4. 13 High Pressure Absorber Cooler (HPAC) (EA-401) 7.

High Pressure Absorber (DA-401) Fungsi

:

1. Menyerap CO2 dari HPD oleh ammonia menjadi ammonium karbamat. 2. Absorbsi CO2 yang belum terserap di HPAC sampai habis sehingga gas keluar dari HPA tidak mengandung CO2 lagi. 3. Memurnikan kelebihan NH3 berupa gas dan dikembalikan ke Ammonia Reservoir

melalui

Condenser Tipe

:

Silinder Vertikal

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

Diameter puncak

:

2.900 mm, tebal :

28 mm

-

Diameter tengah

:

1200 mm, tebal :

13 mm

98

Ammonia

-

Diameter bawah

:

2300 mm, tebal :

-

Panjang total

:

17.550 mm

Bahan konstruksi

28 mm

: Titanium Tube Side

Shell Side

Tipe Head

Ellips 2 : 1

Ellips 2 : 1

Temperatur Operasi

Atas 50 ⁰C

Masuk 35 ⁰C

Bawah 100 ⁰C

Keluar 50 ⁰C

Temperatur desain

130 ⁰C

80 ⁰C

Tekanan Operasi

15 kg/cm2

3,0 kg/cm2

Tekanan desain

20 kg/cm2

4,5 kg/cm2

Gambar 4. 14 High Pressure Absorber (DA-401)

99

8.

Ammonia Recovery Absorber (EA-405) Fungsi

:

Menyerap ammonia dari recycle larutan lalu mengirimkan ke ammonia reservoir

Tipe

:

H-AGM

Jumlah

:

1 buah

Ukuran -

OD tube

:

25,4 mm

-

Tebal tube

:

2 mm

-

Jumlah tube :

411 mm

-

Panjang tube :

5.000 mm

Fluida Temperature operasi masuk

9.

Tube side

Shell side

NH : 3 cair

Cooling water

35: ⁰C

31,1 ⁰C

Temperature operasi keluar

:

35 ⁰C

34 ⁰C

Temperature desain

:

70 ⁰C

70 ⁰C

Tekanan operasi

:

15,5 kg/cm2

3 kg/cm2

Tekanan desain

:

20 kg/cm2

4,5 kg/cm2

Corrosion allowance

:

1,5 mm

3,0 mm

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

High Pressure Absorber Pump (GA-402) Fungsi

:

Memompakan larutan dari LPA ke HPA

Tipe

:

Centrifugal Pump

Jumlah

:

2 buah

Kapasitas normal

:

92 m3/jam

Kapasitas desain

:

92 m3/jam

100

10.

Tekanan discharge

:

25 kg/cm2G

Tekanan suction

:

25 kg/cm2G

Total head

:

78 m

Power

:

45 Kw

Pumping temperatur

:

45 ⁰C

Fluida

:

Urea, ammonium karbamat, ammonia

Specific Gravity

:

1,15

Tekanan uap

:

16 kg/cm2Abs

Viskositas

:

1 cps

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Aqua Ammonia Pump (GA-405) Fungsi

:

Memompakan ammonia dari Ammonia Recovery Absorber ke HPA

Tipe

:

Centrifugal Pump

Jumlah

:

2 buah

Kapasitas normal

:

6,2 m3/jam

Kapasitas desain

:

7,4 m3/jam

Tekanan discharge

:

20 kg/cm2G

Tekanan suction

:

15 kg/cm2G

Total head

:

69,4 m

Power

:

11 KWh

Pumping temperatue

:

35 ⁰C

Specific Gravity

:

1,18

Tekanan uap

:

0,8 kg/cm2Abs

Viskositas

:

0,7 cp

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

4.1.4 Spesifikasi Alat Pada Unit Kristalisasi 1.

Crystallizer (FA-201) Vacuum Concentrator dengan Vacuum Generator Fungsi

:

Untuk menguapkan air dari larutan urea

101

Tipe

:

Vessel

Jumlah

:

1 buah

Posisi

:

Vertikal

Ukuran -

Diameter

:

7.500 mm

-

Panjang total

:

3.500 mm

-

Tebal shell

:

16 ± 2 mm

-

Tebal head atas

:

23 ± 2 mm

-

Tebal head bawah

:

16 ± 2 mm

-

Tipe head atas

:

Dish

-

Tipe head bawah

:

Cone

Temperatur desain

:

100 ⁰C

Temperatur operasi

:

60 ⁰C

Tekanan operasi

:

72,5 mmHg abs

Tekanan desain

:

Full vacuum

Bahan kontruksi

:

Carbon steel

Fungsi

:

Mengkristalkan urea

Tipe

:

Vessel dengan jaket air panas dan

Crystallizer dengan Agitator

pengaduk Jumlah

:

1 buah

Posisi

:

Vertikal

Ukuran

:

-

diameter

:

8.000 mm,

-

tebal head atas

:

4 mm

-

Panjang total

:

3.750 mm

-

tebal head bawah

:

9 mm

-

Tebal :

Bahan konstruksi

Tipe head

9 mm : Carbon steel Shell Side

Tube Side

Flat (datar)

Kerucut (cone)

102

Corrossion allowance

1,0 mm

3,0 mm

Temperatur operasi

60 ⁰C

80 ⁰C

Temperatur desain

100 ⁰C

100 ⁰C

Tekanan operasi

Atmosfer

Full water

Tekanan desain

Full vacuum

Full water

Gambar 4. 15 Crystallizer (FA-201) 2.

3.

Mother Liquor Tank (FA-203) Fungsi

:

Menampung larutan induk

Panjang total

:

3.500 mm

Lebar (tinggi)

:

2.400 mm

Tebal

:

5 mm

Kapasitas

:

17 m3 Shell

Tube

Temperatur operasi

:

60 ⁰C

143 ⁰C

Temperatur desain

:

100 ⁰C

180 ⁰C

Tekanan operasi

:

Atmosfer

3 kg/cm2G

Tekanan desain

:

Full liquid

7 kg/cm2G

Melter (EA-301) Fungsi

:

Melelehkan kristal-kristal urea

Jumlah

:

1 buah

103

Ukuran -

Panjang

:

8.300 mm

-

Lebar

:

120 mm

Shell side

Tube side

Tipe head

:

Flat

-

Temperatur operasi

:

135 ⁰C

158 ⁰C

Temperatur desain

:

170 ⁰C

200 ⁰C

Tekanan operasi

:

Atmosfer

5 kg/cm2

Tekanan desain

:

Full water

9 kg/cm2

Corrosion allowance

:

1 mm

C.S. 3,0 mm

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Gambar 4. 16 Melter (EA-301)

4.

Head Tank for Distributor (FA-301) Panjang

:

1.800 mm

Tebal head atas

:

216,3 mm

Tebal head bawah

:

550,0 mm

Jaket

:

3 mm Shell side

Jacket

Temperature operasi

:

135 ⁰C

143 ⁰C

Temperature desain

:

170 ⁰C

170 ⁰C

Tekanan operasi

:

Atmosfer

3 kg/cm2

Tekanan desain

:

Full liquid

7 kg/cm2

104

5.

Kapasitas

:

0,12 m3

Diameter

:

550 mm

0,03 m3

Dissolving Tank I (FA-302) Fungsi

:

Tempat pelarutan urea oversize

Jumlah

:

1 buah

Ukuran

6.

-

Panjang

:

1.100 mm

-

Lebar

:

1.600 mm

Temperatur desain

:

110 ⁰C

Temperatur operasi

:

80 ⁰C

Tekanan desain

:

atmosfer

Fluida

:

Larutan urea

Berat air

:

5.150 kg

Kapasitas

:

4 m3

Bahan konstruksi

:

Carbon steel

Fungsi

:

Tempat pelarutan urea oversize

Jumlah

:

1 buah

Dissolving Tank II (FA-303)

Ukuran -

Panjang

:

2.000 mm

-

Lebar

:

1.000 mm

Temperatur desain

:

110 ⁰C

Temperatur operasi

:

80 ⁰C

Tekanan desain

:

full liquor

Tekanan operasi

:

4 kg/cm2

Kapasitas

:

2 m3

Steam oil -

Tekanan operasi

:

4 kg/cm2

-

Temperatur operasi

:

151 ⁰C

:

Carbon steel

Bahan konstruksi

105

7.

Distributor (PF-301) Fungsi

:

Mendistribusikan cairan urea ke Fluidized Bed

Jumlah

:

12 buah

Ukuran

8.

-

Diameter luar bawah

:

500 mm

-

Diameter luar bawah

:

60,5 mm

-

Panjang

:

250 mm

-

Tebal

:

0,6 mm

Tekanan desain

:

Full liquid

Temperatur desain

:

150 ⁰C

Jumlah holes

:

2130 holes

Corrosion allowance

:

1 mm

Pitch

:

9,5 mm

Fungsi

:

Pembentukan kristal urea

Jumlah

:

1 buah

Prilling Tower (TA-301)

Ukuran -

Diameter

:

800 mm

-

Tinggi

:

6000 mm

Temperatur operasi

:

120 ⁰C

Tekanan operasi

:

250 mmHg

Bahan konstruksi

:

Beton

106

Gambar 4. 17 Prilling Tower (TA-301)

107

BAB V UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH

5.1 UTILITAS Utilitas merupakan bagian yang menyediakan bahan pembantu proses atau biasa disebut sebagai sarana penunjang proses. Unit ini memegang peranan yang sangat penting dalam produksi, karena tanpa adanya unit ini maka proses produksi tidak dapat berjalan secara optimal. Unit penunjang (utilitas) yang ada di PT. Pupuk Kujang Cikampek dibagi menjadi beberapa unit meliputi: 1.

Unit Penyediaan Air (Water Intake)

2.

Unit Pengolahan Air (Water Treatment)

3.

Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water)

4.

Unit Pembangkit Uap Air ( Steam )

5.

Unit Pembangkit dan Distribusi Listrik

6.

Unit Penyediaan Udara Pabrik dan Instrumen

7.

Unit Pengolahan Limbah

5.1.1 Unit Penyediaan Air Water intake untuk pabrik PT. Pupuk Kujang diambil dari Sungai Citarum dan down stream turbin Waduk Jatiluhur di Purwakarta. Station pompa water intake ada 2 yaitu

water intake Parung Kadali (Curug) dan water intake

Cikao (Jatiluhur). 5.1.1.1 Water Intake Parung Kadali Parung Kadali adalah station pompa yang berada di desa Parung Kadali dan mempunyai 3 buah pompa utama yaitu MP I, MP II, dan MP III dengan kapasitas masing-masing 5500 gpm dan penggerak motor dengan daya 500 Hp. Tenaga listrik yang digunakan dari PLN adalah 6000V sehingga diperlukan trafo step

108

down untuk merubah menjadi 2300 V. Tenaga listrik cadangan dari 2 genset dengan kapasitas masing-masing 750 KW. 5.1.1.2 Water Intake Cikao Cikao adalah station pompa yang berada di desa Cikao (Jatiluhur). Dilengkapi dengan 2 buah pompa MP A dan MP B dengan kapasitas masingmasing 5500 gpm. Menggunakan tenaga listrik dari PLN tegangan 6000 V dengan trafo step down 2300 V dan sebagai tenaga listrik cadangan dari sebuah genset kapasitas 750 KW. Air dari kedua water intake ini dialirkan ke pabrik dan kolam penampungan untuk persediaan jika suplainya terputus . Ada delapan kolam penampungan di lingkungan pabrik. Kapasitas total kolam ini adalah

700.000 m3. Kapasitas

tempat penampungan cukup untuk mensuplai kebutuhan air di pabrik adalah selama dua bulan. Kebutuhan air untuk Kujang IA sebesar 900 m3/jam sedang untuk Kujang IB sebesar 850 m3/jam. 5.1.1.3 Unit Pengolahan Air (Water Treatment) Unit ini mengolah raw water (air baku) menjadi air bersih yang siap digunakan untuk proses selanjutnya dan untuk kebutuhan air minum. Air baku Parung Kadali digunakan pada kondisi normal dan kekeruhan maksimal 200 ppm, karena di atas 200 ppm air sangat sulit diproses di Clarifier. Sedangkan air baku dari Sungai Cikao digunakan apabila kondisi kekeruhan air di Parung Kadali naik melebihi 200 ppm dan kolam cadangan digunakan bila kedua-duanya tidak memungkinkan untuk diproses 5.1.2 Pengolahan Air Pengolahan air yang diproses ini terdiri dari dua unit, yakni unit pretreatment dan unit demineralization. Di unit pretreatment dilakukan proses koagulasi, flokulasi, sedimentasi, dan filtrasi. Sehingga menghasilkan air bersih yang mempunyai pH 7,0 - 7,5 dan kekeruhan maksimal 2 ppm.

109

Sedangkan di unit demineralization, air dari unit pretreatment dilakukan proses demin dengan melewati carbon filter, cation exchanger, anion exchanger, dan mix bed polisher. Sehingga menghasilkan air bebas mineral. 5.1.2.1 Premix Tank Mula-mula air baku diumpankan ke premix tank dengan debit 900 m3/jam, kemudian diaduk dengan putaran tinggi sekitar 1450 rpm sambil diinjeksikan bahan-bahan kimia berikut : a.

Alum Sulfat Al2(SO4)3.6H2O, sebagai flokulan untuk mengikat kotoran menjadi flok-flok kecil.

b.

Klorin (Cl2) 0.3 - 1 ppm, sebagai bahan desinfektan yaitu pembunuh bakteri dan memecahkan zat-zat organik yang berbentuk koloid yang susah diikat oleh alum sulfat. Penambahan klorin berlebihan dapat menyebabkan pH air menurun (bersifat asam). Dalam premix tank dilakukan pengadukan agar terjadi percampuran yang

sempurna antara zat-zat yang ditambahkan tersebut dengan air. Batasan operasi yang dikehendaki pH 6,3 – 6,8 dan kekeruhan 5 – 200 Ntu. Premix tank dilengkapi dengan agitator, berfungsi sebagai pengaduk air baku dengan bahan kimia agar larutan dapat homogen. Coagulant aid diinjeksikan pada aliran outlet premix tank. Coagulant aid berfungsi untuk mengikat flok-flok kecil yang tidak terendapkan menjadi flok besar sehingga mudah mengendap. Koagulasi merupakan proses penggumpalan akibat penambahan zat kimia atau bahan koagulan ke dalam air. Flokulasi merupakan proses pembentukan inti flok hasil koagulasi sehingga menghasilkan flok yang lebih besar agar mudah untuk diendapkan. Koagulan yang digunakan dalam Premix Tank adalah aluminium sulfat (tawas). Selain dapat menghilangkan partikel-partikel tersuspensi dan partikelpartikel koloid, proses flokulasi juga dapat mengurangi warna dan dapat mengurangi logam-logam terlarut. Efisiensi proses flokulasi dipengaruhi kadar dan jenis tersuspensi, pH larutan, kadar dan jenis koagulan, waktu dan kecepatan

110

pengadukan. Penambahan gas Cl dimaksudkan untuk memecah zat organik yang terdapat dalam umpan air agar dapat terikat alum. 5.1.2.2 Clarifier dan Clear Well Keluar dari premix tank, air dimasukkan ke dalam clarifier, dimana flokflok yang terbentuk diendapkan secara gravitasi sambil diaduk dengan putaran rendah sehingga dapat diendapkan dengan mudah. Untuk membantu terjadinya proses tersebut, air ditambah dahulu dengan koagulan aid 0,1 - 0,2 ppm sebelum masuk ke clarifier. Tujuannya adalah membantu menggabungkan partikel-partikel besar. Lumpur hasil pengendapan diblow-down (dibuang dari bawah), sedangkan air keluar dari bagian atas. Urutan terjadinya flokulasi adalah sebagai berikut : a.

Alum bereaksi dengan air membentuk koloid Al(OH)3 Al2(SO4)3 + 6 H2O → 2 Al (OH)3 + 3 H2SO4

b.

Koloid Al(OH)3 yang bermuatan positif mengabsorbsi partikel-partikel tersuspensi yang bermuatan negatif.

c.

Koloid Al(OH)3 yang mengabsorbsi partikel-partikel negatif akan mudah mengendap dan membentuk lumpur.

Air yang keluar dari clarifier ini mempunyai karakteristik sebagai berikut : -

pH 6,3 - 6,8

-

kekeruhan < 5 Ntu

-

kadar Cl 0,1 – 0.5 ppm Untuk memenuhi syarat sebagai air kebutuhan pabrik, pH air harus

dinaikkan antara 6,8 sampai dengan 7,5 dengan menambahkan NaOH, lalu dialirkan ke clear well sebagai tempat penampungan sementara. Selanjutnya air diumpankan ke sand filter. 5.1.2.3 Sand Filter Air dari clear well kemudian disaring dalam 6 buah rapid pressure horizontal sand filter yang disusun paralel dan berfungsi menyaring partikelpartikel yang masih terbawa dari clarifyer. Air bersih dari sand filter dengan

111

turbidity < 2,0 Ntu dan Cl2 < 0,5 ppm selanjutnya dialirkan ke filter water storage dan potable water. Susunan sand filter pada vessel terdiri dari : -

Antrafiet

: 0.60-0.78 mm = 101 cuft/unit

-

Fine sand

: 20-30 mesh = 561cuft/unit

-

Medium sand

: 6-14 mesh = 67 cuft/unit

-

Fine gravel

: 1/8-1/4 inchi = 66 cuft/unit

-

Medium gravel

: 1/4-1/2 inchi = 66 cuft/unit

-

Coarse gravel

: 1/2- 1 inchi = 301 cuft/unit

Regenerasi pada sand filter dilakukan dengan cara backwash (pencucian balik). Pencucian balik dilakukan dengan merubah aliran air yang dilakukan secara automatic di control room atau secara manual di tempat. Tahapan regenerasi adalah : a.

Drain down, yaitu mengurangi sebagian air dalam vessel

b.

Back wash, yaitu untuk mengaduk lumpur yang mengendap pada permukaan pasir dan mengeluarkan lumpur dari dalam sand filter.

c.

Rinse, yaitu membuang lumpur yang masih tertinggal di dalam sand filter.

Air yang keluar dari sand filter ditampung ke dalam dua buah tangki, yaitu: a.

Filtered water storage tank, berfungsi untuk menampung air yang digunakan untuk keperluan make up air pendingin, air hidran dan umpan unit demineralisasi air.

b.

Potable water storage tank, berfungsi menampung air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari di pabrik dan pemukiman.

5.1.2.4 Air Sanitasi Kebutuhan air minum mencapai 75 m3/jam, dengan karakteristik yang sama dengan karakteristik air umpan pabrik, sehingga biasanya air umpan pabrik dapat

112

langsung digunakan sebagai bahan air minum. Tapi jika air yang berasal dari sand filter belum memenuhi syarat, maka perlu ditambahkan klorin. Tabel V. 1 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Sanitasi Karakteristik Air Umpan

Karakteristik Air Minum

Pabrik -

kekeruhan < 2 Ntu

-

kekeruhan < 0,5 ppm

-

pH 6,8 - 7,5

-

pH 7,0 - 7,5

-

kadar Cl2  0,5 ppm

-

kadar Cl2 0,5 – 1 ppm

-

kesadahan < 50 ppm

-

kesadahan < 50 ppm.

Sumber : Dokumen Dinas Utilitas, PT Pupuk Kujang, 2010 5.1.3 Unit Pengolahan Air Pendingin (Cooling Water Treatment) Air pendingin adalah air yang digunakan untuk mendinginkan alat dengan melewatkannya melalui alat penukar panas (HE) sehingga terjadi pertukaran panas. Penggunaan air pendingin dalam suatu industri sangat diperlukan. Air pendingin harus memenuhi syarat-syarat antara lain: a.

Tidak korosif

b.

Tidak menimbulkan kerak

c.

Tidak mengandung mikroorganisme Menara pendingin yang digunakan terbuat dari kerangka kayu yang kokoh

dari jenis kayu Red Wood yang telah diproses agar tahan air asam dan basa. Proses yang terjadi adalah sebagai berikut. Air panas dari alat penukar panas dengan temperatur 46oC dialirkan ke bagian atas menara pendingin dan dialirkan melalui distributor. Air dicurahkan ke bawah melalui lubang saluran air (swirl) sambil melepaskan panas karena kontak dengan udara yang melalui kisi-kisi bagian samping menara pendingin. Sirkulasi udara terbentuk akibat tarikan Induced Draft Fan pada bagian atas menara, sehingga udara yang mengalir ke atas mengalami kontak dengan air dan akan menghasilkan efek pendinginan air karena adanya perpindahan panas sehingga

113

sebagian air ikut menguap. Uap air dan udara mengalir melalui bagian atas menara pendingin. Kemudian air yang sudah dingin dengan temperatur sekitar 32oC ditampung dalam bak penampung, dipompa dan didistribusikan sebagian besar ke alat penukar panas di pabrik amonia, sisanya ke pabrik Cosorb dan pabrik utilitas. Kebutuhan air pendingin total untuk proses tersebut adalah 13.000 – 14.000 m3/jam. Untuk mempertahankan kondisi air agar seperti yang diinginkan, maka ke dalam air pendingin diinjeksikan bahan–bahan kimia sebagai berikut : a.

Klorin untuk membunuh mikroorganisme dan mencegah timbulnya lumut pada menara pendingin.

b.

Senyawa Fosfat untuk mencegah timbulnya kerak pada pipa exchanger.

c.

Asam sulfat dan kaustik untuk mengatur pH air pendingin.

d.

Seng Kromat , sebagai anti korosi.

e.

Dispersant (CaOPO4), untuk mencegah penggumpalan dan mengendapnya kotoran-kotoran yang terdapat dalam air pendingin serta mencegah terjadinya fouling pada pipa exchanger.

Batasan operasi pada Menara Pendingin (Cooling Tower) adalah : -

pH = 6,5 – 8.0

-

Cl2 = 0,5 - 1,5 ppm

-

PO4 = 13 - 18 ppm

-

SiO2 = < 200 ppm

-

Kekeruhan = < 20 Ntu Blow down dilakukan secara kontinu untuk membuang kotoran lumpur dan

mengontrol cycle hardness (perbandingan antara hardness air yang masuk dengan hardness air pendingin) agar tidak terjadi akumulasi dari bahan kimia. Sebagai

114

pengganti kehilangan air akibat blow down dan penguapan ditambahkan air make up dari Filtered Water Storage. Tabel V. 2 Karakteristik Air Umpan Pabrik dan Air Pendingin Karakteristik Air Umpan

Karakteristik Air Pendingin

Pabrik -

kekeruhan < 2 Ntu

-

kekeruhan < 20 Ntu

-

pH 6,8 – 7,5

-

pH 6,5 – 8,0

-

kadar Cl2 < 0,5 ppm

-

kadar Cl2 < 0,5 – 1.5 ppm

-

kesadahan < 50 ppm Sumber : Dokumen Dinas Utilitas, PT Pupuk Kujang, 2010

Gambar 5. 1 Water Treatment Process

5.1.4 Pengolahan Air Umpan Ketel (Boiler Feed Water) Air yang dihasilkan dari unit pengolahan pendahuluan (Pretreatment) belum memenuhi syarat untuk dijadikan air umpan ketel (Boiler Feed water). Untuk itu

115

harus dilakukan pengolahan dalam unit demineralisasi agar dapat memenuhi syarat-syarat sebagai air umpan ketel. Unit demineralisasi berfungsi untuk menghilangkan mineral-mineral yang terkandung dalam air seperti Ca2+, Mg2+, Na+, HCO3-, SO42-, Cl- dengan menggunakan resin. Air yang diperoleh adalah air bebas mineral yang akan diproses lanjut menjadi air umpan ketel. Unit demineralisasi diperlukan karena BFW harus memenuhi syarat-syarat tertentu. Hal ini dimaksudkan agar : a.

Tidak menimbulkan kerak pada sudu-sudu turbin dan pada tube heat exchanger, jika uap

digunakan sebagai

pemanas.

Hal

ini

akan

mengakibatkan turunnya efisiensi operasi, bahkan bisa mengakibatkan tidak beroperasi sama sekali. b.

Bebas dari gas-gas yang mengakibatkan terjadinya korosi terutama gas oksigen dan karbondioksida.

Activated Carbon Filter Air dari filtered water storage diumpankan ke carbon filter vertikal yang berfungsi untuk menghilangkan gas klorin, warna, bau dan zat-zat organik lainnya. Media yang digunakan dalam Carbon filter adalah karbon aktif (norit). Usia carbon filter tergantung pada kondisi filter water. Parameter regenerasi adalah penurunan tekanan dan analisa laboratorium kandungan Cl2 yang lolos. Air yang keluar dari carbon filter diharapkan mempunyai pH sekitar 7,0 - 7,5. Batasan operasi pada carbon filter adalah : -

pH

=

6,8–7,5

-

Kekeruhan

=

< 0,5 ppm

-

Klorin

=

< 0,2 ppm

Tahapan regenerasi pada carbon filter adalah sebagai berikut : a.

Back wash (pencucian balik) untuk membuang endapan lumpur partikel yang terdapat pada lapisan atas filter.

116

dan

b.

Rinse (pembilasan) untuk lebih menyempurnakan pembebasan lumpur dan partikel yang masih tersisa. Selanjutnya air tersebut diumpankan ke dalam cation exchanger untuk

menghilangkan kation-kation mineralnya. Kemungkinan jenis kation yang ditemui adalah Mg2+,Ca2+, K+, Fe2+, Mn2+ dan Al 3+. a.

Cation Exchanger Cation exchanger merupakan suatu silinder baja tegak yang berisi resin

R-H, yaitu polimer dengan rantai karbon R yang mengikat ion H. Misal kation Ca2+ , Reaksi yang terjadi : Ca2+ + H2R ↔ CaR + 2 H+ Kation dalam operasi akan diganti oleh ion H+ dari resin R-H sehingga air yang dihasilkan bersifat asam dengan pH sekitar 3,0 - 3,9. Regenerasi dilakukan jika resin sudah berkurang keaktifannya (jenuh), biasanya dilakukan pada selang waktu tertentu atau berdasarkan jumlah air yang telah melewati unit ini. Regenerasi ini dilakukan dengan asam sulfat dan dilakukan dalam tiga tahap, yaitu back wash atau cuci balik, regenerasi dengan menggunakan bahan kimia asam sulfat dan pembilasan dengan air demin. Reaksi yang terjadi pada proses regenerasi adalah kebalikan dari reaksi operasi, yaitu : CaR + H2SO4 ↔ H2R + CaSO4 Air yang keluar dari cation exchanger kemudian diumpankan ke anion exchanger untuk menghilangkan anion-anion mineralnya. Kemungkinan jenis anion yang ditemui adalah HCO3-, CO32-, Cl-, NO- dan SiO32-. Batasan Operasi Cation Exchanger adalah: -

pH

:

3,0 – 3,9

-

Conductivity

:

330 – 600 mm hos/cm

-

FMA (free minimal acid)

:

30 – 75 ppm

117

b.

Anion Exchanger Seperti pada cation exchanger, anion exchanger ini juga berupa tiga buah

bejana tekan yang berisi resin. Resin yang terdapat pada anion exchanger dapat dituliskan dengan simbol R-OH. Misal anion SO42- Reaksi yang terjadi pada unit ini adalah sebagai berikut: SO42- + ROH ↔ RSO4 + 2 OHa berlangsung ke kanan, sehingga ion negatif Pada saat operasi, reaksi akan nionresin R-OH. Air yang keluar dari anion exchanger akan diganti oleh ion OH- dari diharapkan mempunyai pH sekitar 8,3 – 9,8. Regenerasi dilakukan dengan menambahkan larutan NaOH 4% dengan suhu 490C sebagai regenerant. Reaksi berlangsung sehingga resin jenuh akan kembali menjadi R-OH.Reaksi yang terjadi adalah: RSO4 + NaOH ↔ ROH + Na2SO4 Untuk menyempurnakan kerja kedua unit penukar ion diatas, maka air dari anion exchanger selanjutnya dialirkan ke mixed bed exchanger. Batasan operasi pada anion exchanger adalah : -

pH

:

8,3 – 9,8

-

Conductivity

:

< 25 mmhos/cm

-

Silica

:

< 0,1 ppm

c.

Mix Bed Polisher Tugas Mix Bed Polisher adalah menjaga kemungkinan sisa-sisa kation dan

anion yang masih lolos. Unit ini berupa vessel dengan isi resin penukar ion negatif dan positif yang telah dicampur. Air yang keluar dari unit ini diharapkan mempunyai pH sekitar 6,0 - 6,5 dan selanjutnya dikirim ke unit demineralized water storage (Demin Tank) sebagai penyimpanan sementara sebelum diproses lebih lanjut sebagai BFW. Batasan operasi mix bed adalah : -

pH

:

6,0- 6,5

118

-

Conductivity

:

0,09 – 0,25 mmhos/cm

-

Silica

:

225 kg/cm2)

-

Dapat menggunakan air dengan kualitas agak rendah

-

Didesain dengan maksud untuk menyempurnakan ketel-ketel pipa air yang telah ada sebelumnya atau ketel-ketel pipa air yang biasa

Unit pembangkit uap di PT Pupuk Kujang menghasilkan uap bertekanan sedang (Middle Pressure Steam) dengan tekanan 42 kg/cm2 dan uap bertekanan rendah (Low Pressure Steam) dengan tekanan 3.5 kg/cm2. Sedangkan uap bertekanan tinggi (High Pressure Steam) dengan tekanan 105 kg/cm2 dihasilkan sendiri oleh dinas amonia dengan memanfaatkan gas panas keluaran secondary reformer. Kebutuhan uap di PT Pupuk Kujang adalah sebesar 262 ton/jam dengan perincian sebagai berikut : -

dinas amonia

= 125 ton/jam

-

dinas urea

= 110 ton/jam

-

dinas utilitas

= 27 ton/jam

122

5.1.5.1 Uap Bertekanan Tinggi (High Pressure Steam) Uap bertekanan tinggi dihasilkan oleh dinas amonia dengan memanfaatkan panas keluaran dari secondary reformer. Alat yang digunakan adalah Waste Heat Boiler (WHB). a.

b.

Spesifikasi alat : 1.

Pembuat

: Kellog Overseas Corporation

2.

Tipe

: Ketel pipa air

3.

Kapasitas max

: 350 ton/jam

4.

Kapasitas operasi

: 300 ton/jam

5.

Tekanan max

: 115 kg/cm2

6.

Tekanan operasi

: 105 kg/cm2

7.

Temperatur uap max

: 1100oC

8.

Temperatur uap operasi

: 1000oC

9.

Temperatur air umpan ketel : 120oC

10.

Media pemanas

: panas keluaran secondary reformer

Spesifikasi uap yang dihasilkan : -

Jenis uap

: uap tekanan tinggi (high steam)

-

Tekanan

: 105 kg/cm2

-

Temperatur : 1000oC

-

Kapasitas : 300 ton/jam

5.1.5.2 Uap Bertekanan Sedang (Middle Pressure Steam) Uap ini didapatkan melalui 3 cara yaitu : 1.

Uap bertekanan tinggi yang diekspansikan melalui turbin sehingga memiliki tekanan 42 kg/cm2

2.

Uap yang di blow down yang berasal dari steam drum pada Package Boiler

3.

Menurunkan tekanan uap bertekanan tinggi melalui valve

123

Alat yang digunakan adalah Waste Heat Boiler (WHB) dan Package Boiler. a.

b.

Spesifikasi WHB -

Pembuat

: Foster Wheeler (USA)

-

Tipe

: Ketel pipa air

-

Kapasitas max

: 110 ton/jam

-

Kapasitas operasi

: 90,7 ton/jam

-

Tekanan max

: 58 kg/cm2

-

Tekanan operasi

:42,2 kg/cm2

-

Temperatur uap max

: 428oC

-

Temperatur uap operasi: 400oC

-

Temperatur air umpan ketel : 113oC

-

Media pemanas

: panas keluaran turbin

-

Tipe

: Ketel pipa air

-

Kapasitas max

: 110 ton/jam

-

Kapasitas operasi

: 102,06 ton/jam

-

Tekanan max

: 49,26 kg/cm2

-

Tekanan operasi

: 42,2 kg/cm2

-

Temperatur uap max

: 430oC

-

Temperatur uap operasi: 1400oC

-

Temperatur air umpan ketel : 120oC

-

Media pemanas

: panas keluaran secondary reformer

Spesifikasi uap yang dihasilkan : -

Jenis uap

: uap tekanan sedang (middle steam)

-

Tekanan

: 42 kg/cm2

-

Temperatur

: 400oC

-

Kapasitas

: 290 ton/jam

5.1.5.3 Uap Bertekanan Rendah (Low Pressure Steam) Uap ini dihasilkan dengan 3 cara yaitu : a.

Hasil ekspansi uap bertekanan menengah yang keluar dari turbin

124

b.

Flashing dan blow down dari steam drum dan mud drum pada package boiler

c.

Menurunkan tekanan uap bertekanan menengah melalui valve Alat yang digunakan adalah Waste Heat Boiler dan Package Boiler.

Spesifikasi uap yang dihasilkan : -

Jenis uap

: uap tekanan rendah (low steam)

-

Tekanan

: 35 kg/cm2

-

Temperatur

: 150oC

-

Kapasitas

: 30 ton/jam

Untuk mencegah kerusakan pada dinding steam drum dan pipa-pipa ketel maka diinjeksikan fosfat. Fungsi fosfat adalah untuk mencegah korosi pada dinding steam drum dengan membuat lapisan film pada dinding steam drum dan untuk mencegah pengendapan yang dapat membentuk kerak-kerak. Untuk mengontrol konsentrasi metal solid dilakukan continuous blow down dengan aliran 2 ton/jam. Dan untuk menurunkan konsentrasi hardness air ketel serta parameter lainnya seperti kadar silika, kadar besi, dan konduktivitas, maka dilakukan intermitten blow down. Batasan operasi untuk air ketel : -

pH

: 9,0-9,5

-

Besi (Fe)

: