26

P PT Petrokimia GresikBab II Pabrik Amoniak

BAB IIIPABRIK AMONIAK

III.1. Spesifikasi Bahan Baku dan ProdukIII.1.1 Spesifikasi Bahan BakuGas BumiSpesifikasi gas bumi di battery limit adalah:Wujud:GasTekanan:19,3 kg/cm2.gTemperatur:15,6 CLHV (Lower Heating Value):8941,2 Kcal/NcumBerat Molekul:19,659Total S (sebagai H2S):25 ppmVKomponen (% mol):CH4= 85,78C2H6= 3,73iC4H10= 0,52nC4H10= 0,63iC5H12= 0,19nC5H12= 0,16C6= 0,09C7= 0,20N2= 1,59III.1.2. Spesifikasi Produk1. Ammonia CairKomponen NH3 (min):99,9 % beratKomponen H2O (max): 0,5 % beratKomponen Oil (max):5 ppm beratTemperatur (C): Ke Unit Urea= 30Ke Unit ZA= 1Ke Tangki Penyimpanan= -33(atmosferis)Tekanan (kg/cm2.g): Ke Unit Urea= 20Ke Unit ZA= 4Ke Tangki Penyimpanan= 4,52. Gas Karbon DioksidaKomponen CO2:99,7 % vol.Komponen inert:0,3 % vol.Moisture:SaturatedTemperatur:35 CTekanan:1,8 kg/cm2g

III.2. Konsep Proses Pabrik amonia memiliki kapasitas sebesar 445.000 ton/tahun. Bahan baku yang digunakan dalam produksi amonia adalah gas alam dan udara (79% N2, 21% O2). Proses yang dipakai adalah Steam Methane Reforming dari MW Kellog. Uraian proses produksi amonia akan dijelaskan di bawah ini.1. Pembuatan Gas Sintesis a. DesulfurisasiGas alam yang akan digunakan sebagai bahan baku proses pembuatan amonia masih mengandung pengotor berupa sulfur yang dapat meracuni katalis reformer dan katalis shift converter. Kandungan sulfur dalam gas alam akan dikurangi sampai kurang dari 0,1 ppm di dalam desulfurizer berisi katalis Co/Mo. Reaksi yang terjadi: S + H2 H2S H2S + ZnO ZnS + H2Ob. Primary reformer Gas alam keluaran desulfurizer direaksikan dengan steam didalam radiant tube berisi katalis nikel. Produk reaksi ini berupa CO2, CO, dan H2. Reaksi yang terjadi dalam primary reformer adalah :CH4 + H2O CO + 3H2CO + H2O CO2 + H2Reaksi ini merupakan reaksi endotermis yang mengambil panas dari reaksi pembakaran sebagai gas alam.c. Secondary reformerGas keluar primary reformer direaksikan dengan udara (21% O2) di dalam reactor fixed bed berisi katalis nikel. Reaksi yang terjadi didalam reformer ini adalah:2H2 + O2 2H2OCH4 + H2O CO + 3H2CO + H2O CO2 + H2Reaksi ini merupakan reaksi endotermik yang panasnya dimanfaatkan untuk membangkitkan steam pada waste heat boiler.d. High Temperatur shift converter (HTSC)Gas keluar secondary reformer direaksikan dengan steam didalam reaktor unggun satu lapis berisi katalis Fe. Tujuan reaksi didalam shift converter ini adalah untuk mereduksi kandungan CO yang dapat mengganggu reaksi di dalam ammonia converter. Reaksi yang terjadi adalah:CO + H2O CO2 + H2Reaksi dilangsungkan pada temperature tinggi (3710C) untuk meningkatkan kecepatan reaksi kadar CO berkurang dalam jumlah besar.e. Low Temperatur Shift Converter (LTSC) Di dalam LTSC terjadi reaksi yang sama dengan HTSC, hanya saja reaksi dilangsungkan pada temperatur yang lebih rendah (2030C) agar konversi reaksi tinggi. Kadar CO keluaran LTSC diharapkan kurang dari 0,5%.

2. Pemurnian Gas Sintesis (Penghilangan CO2)a. CO2 absorber Gas keluaran LTSC masih mengandung sisa CO2 yang dapat mengganggu reaksi pembentukan amonia. Sisa CO2 ini direduksi dengan mengontakkan gas sintesis dan larutan benfield dalam absorber berupa lapisan unggun. Reaksi yang terjadi : H2O + CO2 + K2CO3 2KHCO3b. CO2 stripperCO2 yang terabsorb dalam larutan benfield dilucuti oleh steam dalam kolom stripper. Absorben yang bebas CO2 akan digunakan kembali di absorber. Reaksi yang terjadi : 2KHCO3 K2CO3 + H2O + CO2c. Methanator Sisa CO2 dan CO yang tidak hilang lewat absorber akan dikonversi menjadi metana dengan bantuan katalis nikel. Reaksi yang terjadi :CO + 3H2 CH4 + H2OCO2 + 4H2 CH4 + 2H2OKadar keluaran CO2 dan CO kurang dari 10 ppm.3. Sintesis AmoniaSebelum diumpankan dalam ammonia converter gas sintesis dikompresi terlebih dahulu. Reaksi yang terjadi di dalam ammonia converter adalah :N2 + 3H2 2NH3 + QReaksi ini merupakan reaksi eksotermis yang akan berlangsung optimum pada kondisi operasi tertentu.4. Proses Pendinginan / RefrigerationAmonia yang terbentuk direfrigerasi, sehingga terbentuk NH3 cair yang didistribusikan ke Pabrik Urea, ZA I dan ZA III sebagai bahan baku. 5. Purge Gas RecoveryProses ini dilakukan untuk memperoleh kembali gas-gas yang dapat dimanfaatkan kembali, yaitu : H2 dan amonia.Proses pembuatan amonia dengan Steam Methane Reforming dari MW Kellog, secara ringkas dapat dilihat pada Gambar II-1. Gas alamDesulfulizerPrimary reformerUdaraSecondary reformerShift converterCO2 removalAbsorber (larutan benfield)Methanator Compressor Waste heat boilerBFWAmmonia converterrefrigeratorNH3 cairPurge gas recovery unitSteamGambar II-1Diagram Blok Proses Produksi AmoniaIII.3. Diagram Alir Proses Pembuatan AmoniaDiagram alir proses dapat dilihat pada Gambar II-2 Diagram Alir Unit Ammonia PT Petrokimia Gresik.

III.4. Langkah-langkah Proses Pembuatan AmoniaProses pembuatan amonia di Departemen Produksi I PT Petrokimia Gresik melalui beberapa tahapan proses, yaitu :III.4.1. Proses Pembuatan Gas Sintesisa. DesulfurisasiGas alam dengan kondisi 18,3 kg/cm2 dan 16oC masuk ke unit amonia dan dialirkan ke knock out drum (144-F). Di sini terjadi pemisahan fraksi berat hidrokarbon. Aliran gas dimasukkan dari samping drum kemudian dilewatkan suatu demister pad untuk menahan fraksi berat hidrokarbon yang terbawa. Aliran gas akan naik ke atas menuju proses selanjutnya. Liquid hidrokarbon akan dibuang. Aliran gas yang sudah dipisahkan dari fraksi berat hidrokarbon dibagi menjadi dua, satu aliran ke feed gas compressor (102-J) dan yang lain ke fuel gas. Gas yang dimasukkan ke feed gas compressor dimaksudkan untuk menaikkan tekanannya menjadi 45,7 kg/cm2 dan 103oC. Kompressor ini digerakkan oleh Medium Pressure Steam (MPS).Umpan gas setelah dikompresi lalu diinjeksi dengan gas kaya H2 dari discharge first case pada synthesis gas compresor (103 J) lalu masuk convection section primary reformer (101B), dimana gas dipanaskan melalui preheated menjadi 399oC kemudian gas alam masuk ke desulfurizer. Desulfurizer merupakan vertikal vessel yang berisi katalis Co/Mo 4,25 m3 dan katalis ZnO 35,4 m3. Di dalam desulfurizer (108 DA/DB) terdapat katalis ZnO yang hanya menyerap sulfur sebagai H2S, sehingga sebelum mencapai bed ZnO sulfur harus diubah dahulu menjadi H2S dengan mengontakkan gas alam dengan katalis Co/Mo. Reaksi yang terjadi adalah :S + H2 H2S + panasH2S + ZnO ZnS + H2O + panasReaksi ini berlangsung pada temperatur 399oC dan tekanan 44,3 kg/cm2. Effisiensi maksimum ZnO untuk desulfurisasi adalah dengan menaikkan temperatur, tetapi untuk meminimumkan thermal cracking komponen maka suhu yang optimal pada desulfurizer adalah 350-400oC. Keluaran dari desulfurizer menghasilkan effluent dengan kandungan sulfur < 0,1 ppm. Selanjutnya gas masuk ke dalam sistem Primary Reforming.

b. Primary dan Secondary reformerProses reforming adalah reaksi antara gas alam dengan steam yang dilewatkan katalis Ni, mengasilkan H2, CO dan CO2. Pada Primary Reformer (101 B), gas dan steam dicampur, dipanaskan dan dilewatkan katalis untuk mengasilkan H2, reaksi ini terjadi di dalam radiant tube yang berisi katalis Nikel. Radiant tube tersusun atas tube yang disusun menjadi 4 header dengan 56 tube pada masing-masing header. Gas H2 yang dihasilkan digunakan untuk memproduksi amonia pada seksi sintesis. Gas yang sudah di desulfurisasi diinjeksi dengan MPS. Steam juga membantu mencegah terjadinya cooking pada katalis jika ratio dijaga diatas 3,1 : 1. Kenaikkan ratio steam terhadap gas alam akan mempengaruhi penurunan kandungan metana dan menaikkan kandungan H2 yang dihasilkan. Akan tetapi menaikkan ratio steam diatas 3,1 : 1, membutuhkan lebih banyak panas, sehingga ratio steam dan gas yang paling optimum untuk PT Petrokimia Gresik adalah 3,2 : 1. Mixed feed ini memerlukan pemanasan awal pada Mixed Feed Preheat Coil (101-B) sampai temperatur 621oC. Hal ini dilakukan agar reaksi lebih mudah terjadi, apabila tanpa pemanasan awal reaksi akan membutuhkan panas reaksi yang lebih besar dan bisa menyebabkan umur radiant tube lebih pendek, temperatur radiant tube yang diharapkan adalah 827oC dengan batasan temperatur 935oC. Dua reaksi yang terjadi adalah endotermik dan eksotermik :CH4 + H2O + panas CO + 3H2CO + H2O CO2 + H2 + panas Reaksi overall adalah endotermik yang memerlukan panas, maka radiant tube ini dibalut dengan nickel alloy untuk menahan temperatur. Gas yang dihasilkan mempunyai komposisi sebagai berikut : H2: 65,76%N2: 0,58%CO: 10,23%CO2: 11,26%CH4: 12,17%Gas yang bereaksi melalui tube akan keluar melalui bagian bawah tube dan disatukan dalam sebuah pipa besar yang disebut riser. Dari riser dikirim ke Secondary Reformer (103-D).Pada Primary Reformer (101-B) terdapat forced dan induced draft fans. Forced draft fans diperlukan untuk menyediakan udara untuk pembakaran fuel gas. Induced draft fans diperlukan untuk menghilangkan produk pembakaran atau flue gas. Udara luar dihisap oleh blower dan dialirkan ke daerah pembakaran 101-B. Udara pembakaran dari forced draft (101-BJ1) dipanaskan terlebih dahulu dalam air preheater pada 101-B. Flue gas panas mengalir ke bawah melalui radiant section box. Flue gas memberikan kenaikkan panas pada coil yang dapat digunakan untuk heater aliran. Flue gas dingin meninggalkan convection section pada temperatur 149oC lalu dibuang ke atmosfer dengan Induced Draft Fans (101 BJ2).Pada Process Air System, udara diambil dari atmosfer oleh Kompresor (101-J) yang sebelumnya masuk melalui Filter Udara (101-JL1). Kompresor yang digunakan merupakan kompresor sentrifugal yang digerakkan oleh high pressure condensing turbine dengan tekanan 123 kg/cm2. Udara kemudian dikompresi dan mengalami pemanasan untuk digunakan dalam Secondary Reformer sekaligus menyediakan N2 untuk sintesis amonia. Sebelum masuk preheater udara dicampur dengan sedikit HPS (High Pressure Steam) untuk mencegah back flow dari reformer. Di dalam kompresor udara dipanaskan hingga 621oC melalui steam preheater coil dan tekanannya menjadi 38 kg/cm2 . Proses yang terjadi dalam Secondary Reformer (103 D) adalah penambahan udara pada proses reaksi gas. Hal ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan N2 untuk produksi amonia. Oksigen yang ditambahkan bereaksi dengan hidrogen dan menyediakan panas yang dibutuhkan pada reaksi reforming. Secondary Reformer adalah suatu bejana tekan yang dilapisi batu tahan api, dilengkapi jacket water dan berisi katalis Ni 34,8 m3 yang diperlukan pada reaksi. Penyangga katalis terdapat di bagian bottom dari vessel khusus, berbentuk dome dan dilapisi batu tahan api. Penyangga katalis ini adalah alumina sphere diameter 25mm dan 50mm. Penyangga katalis dan katalis disupport oleh arched brick dome yang berada dibagian bawah secondary reformer. Temperatur gas inlet adalah 824oC, masuk secondary reformer. Udara masuk pada top chamber pada suhu 610oC, udara yang masuk secondary reformer disesuaikan dengan N2 yang dibutuhkan ,temperatur daerah pembakaran adalah 1252oC , temperatur gas outlet 1005oC meninggalkan bottom secondary reformer dan melewati Waste Heat Boiler (101 C). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 2H2 + O2 2H2O + panasCH4 + H2O + panas CO + 3H2CO + H2O CO2 + H2 + panasDi dalam secondary reformer semua oksigen habis dikonsumsi :O2 + 2H2 2H2O + panasKomposisi gas keluar secondary reformer : H2: 54,31%N2: 23,3%CO: 13,83%CO2: 7,93%CH4: 0,33%Ar: 0,3%Gas sintesis yang keluar dari bottom secondary reformer pada temperatur 1005oC masuk ke sebagian shell side WHB (101 C). Gas keluar WHB dengan temperatur 734oC. Lalu masuk HP Steam Superheater (102 C) untuk didinginkan lebih lanjut menjadi 371oC. WHB (101 C) dan HP Steam Superheater (102 C) di design untuk mengontrol tekanan dan temperature pada Steam Drum (101 F).

c. High and Low Temperature Shift ConventerKarbon monoksida (CO) adalah racun bagi katalis ammonia converter, maka CO harus dihilangkan dari gas umpan. Penghilangan itu dengan cara mengubah CO menjadi CO2 dan dilakukan pada 2 tingkat proses. Yang pertama, High Temperature Shift Conventer (HTS Conventer 104 D1), kemudian Low Temperature Shift Conventer (LTS Conventer 104 D2). Alat ini merupakan shift conventer yang terdiri dari dua vessel yang konstruksinya berpisah satu sama lain. Vessel I adalah High Temperature Shift Conventer (HTS Conventer 104 D1) yang berisi katalis Fe/Cr dengan volume 66 m3. Vessel II adalah Low Temperature Shift Conventer (LTS Conventer 104 D1) berisi katalis Cu, Zn, Al dengan volume 79,5 m3 yang juga berfungsi menyerap sebagian kecil H2S yang mungkin masih lolos dari HTS Conventer (104 D1).Gas masuk pada bagian atas HTS Conventer (104 D1) pada temperatur 371oC lalu turun ke bawah melewati bed katalis lalu keluar pada bagian bawah HTS Conventer (104 D1) pada temperatur 436oC. Reaksi pada HTS Conventer (104 D1) eksotermis dan reversibel tergantung dari tempertur steam ratio dan keaktifan katalis.CO + H2O CO2 + H2 + panasGas yang keluar dari HTS Conventer (104 D1) didinginkan di dua exchanger 103 C1/C2 menjadi 203oC. Pendinginan dilakukan oleh udara dari boiler yang masuk pada tube exchanger. Hal ini dilakukan untuk mengontrol temperatur gas yang masuk pada LTS Conventer (104 D2), temperatur gas masuk yang paling minimum yaitu 200oC. Maksimum temperatur katalis pada LTS Conventer (104 D2) adalah 260oC sehingga harus dijaga agar temperatur gas masuk juga tidak terlalu besar.Gas masuk pada bagian atas LTS Conventer (104 D2) pada temperatur 203oC lalu turun ke bawah melewati bed katalis lalu keluar pada bagian bawah LTS Conventer (104-D2) pada suhu 227oC. Reaksi pada LTS Conventer (104-D2) eksotermis. Hasil keluaran gas mempunyai komposisi sebagai berikut :H2: 59,74%N2: 20,54%CO: 0,3%CO2: 18,87%CH4: 0,29%Ar: 0,26%Gas keluaran LTS Conventer (104-D2) harus dididinginkan untuk mengkondensasikan seluruh uap air dan mendinginkan gas proses sebelum masuk ke CO2 absorber (101-E). Sistem ini dilakukan dengan melewatkannya pada lima exchanger secara seri dan sebuah gas separator. Exchanger yang pertama adalah LTS Effluent Exchanger (131-C), mendinginkan gas keluar LTS sampai 213oC dengan menukar panasnya ke BFW, gas mengalir disisi shell dan BFW pada tube. CO2 Stripper Ejector (111-C), mendinginkan aliran gas keluar LTS sampai 158oC dengan memberikan panasnya ke kondensat stripper refluk yang mengalir disisi shell, menghasilkan LPS untuk operasi semilean solution flash tank ejector. CO2 Stripper Process Gas Reboiler (105-C), mendinginkan aliran gas keluar LTS sampai 132oC dengan memberikan panasnya kepada larutan benfield yang mengalir dalam shell. Exchanger ini merupakan reboiler utama untuk CO2 Stripper (102-E). CO2 Stripper Condensate Reboiler (113-C), mendinginkan aliran gas keluar LTS sampai 125oC dengan memberikan panasnya kepada kondensat stripper refluks di shell yang menghasilkan LPS untuk CO2 Stripper 102 E. LTS effluent LP BFW Exchanger (106-C), meninggalkan exchanger yang terakhir pada temperatur 93oC dengan memberikan panasnya kepada BFW tekanan rendah disisi shell.Gas lalu masuk separation drum menuju proses Kondensat Sistem (102-F1). Setelah itu gas baru masuk ke CO2 Absorber (101-E) pada temperatur 70oC.

III.4.2. Pemurnian Gas Sintesis (Penghilangan CO2)a. CO2 absorberProses penyerapan CO2 dikerjakan di Absorber (101-E) dengan melewatkan gas pada larutan benfield. CO2 Absorber (101-E) adalah tower yang berpacking dengan tiga bed metalic packing dari carbon steel dan stainless steel yang digunakan untuk memberikan kontak dengan baik antara raw synthesis gas dengan larutan benfield. Di bagian atas terdapat sparger dari lean solution benfield, diantara top bed dan middle bed terdapat sparger untuk semi lean solution benfield, sedangkan sparger dari gas inlet terletak di bagian bawah bed bottom. Terdapat demister pad pada bagian atas 101-E yang dipergunakan untuk menangkap butiran air yang terikut gas keluar tower. Gas CO2 harus dihilangkan untuk mencegah pencemaran katalis conventer. Pemisahan sejumlah besar CO2 dari raw synthesis gas dilakukan dengan absorbsi secara counter current dengan larutan benfield. Larutan benfield adalah larutan yang terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut : potasium karbonat (K2CO3) 25-30 % berat, sebagai komponen penyerap utama, diethanolamine 3-5% berat, untuk membantu proses absorbsi CO2 atau sebagai aktivator, corrossion inhibitor (Vanadium Pentoxide), 0,5-0,6% berat, untuk menurunkan korosi pada pipa-pipa, vessel-vessel dan pompa-pompa, dan air, sebagai pelarut.Larutan benfield mempunyai tiga spesifikasi yaitu :1. Lean atau bebas CO2, merupakan larutan yang sudah teregenerasi sempurna diperoleh dari CO2 Stripper (102-E), larutan ini dipergunakan untuk penyerapan CO2 yang terakhir pada bagian puncak dari CO2 Absorber (101-E).2. Semi lean, masih mengandung sebagian CO2, merupakan larutan yang sudah teregenerasi sebagian dan masih mengandung sedikit potasium bicarbonate (KHCO3), larutan ini diperoleh dari 102 E melalui Flash Tank (132-F) dan digunakan untuk penyerapan sebagian CO2 di 101-E.3. Rich solution pada bagian bawah absorber yang telah sempurna menyerap CO2 dan mengandung K2CO3 dengan presentase yang tinggi, dapat diregenerasi kembali di CO2 Stripper (102-E).Semua larutan disirkulasikan secara terus-menerus dengan sedikit make up jika diperlukan.Proses penyerapan CO2 dikerjakan di Absorber (101-E), yang reaksinya sebagai berikut :K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3 + panasDEA menyerap sisa CO2 , mengatur target operasi 0,06-0,1 % CO2 pada gas yang keluar CO2 Absorber (101-E). V2O5 membentuk lapisan pelindung pada dinding dalam absorber dan dapat menurunkan korosi pada pipa-pipa, vessel-vessel dan pompa-pompa.Gas masuk CO2 Absorber (101-E) lalu naik keatas melewati dua bed terbawah. Gas tersebut kontak dengan larutan semi lean benfield yang sudah teregenerasi sebagian, dan pada kontak pertama ini sebagian besar CO2 terserap oleh larutan. Aliran gas yang sebagian besar CO2 sudah terserap akan terus naik ke atas melalui bed paling atas dan disini terjadi kontak dengan larutan lean solution benfield yang turun kebawah. Pada kontak kedua ini sebagian besar CO2 sisa terserap, dan gas keluar CO2 Absorber (101-E) pada 70oC dan masuk Absorber KO Drum (102-F2). 102 F2 berfungsi untuk memisahkan larutan benfield yang terikut aliran gas. Larutan dikeluarkan dari 102-F2 secara blow down manual dan dikirim ke tanki pengumpul dan dijadikan chemical waste. Hasil keluaran raw synthesis gas yang menuju 102-F2 mempunyai komposisi sebagai berikut :H2: 73,59%N2: 25,30%CO: 0,37%CO2: 0,06%CH4: 0,36%Ar: 0,32%Setelah terjadi kontak dengan raw synthesis gas pada CO2 Absorber (101-E) maka larutan benfield yang kaya CO2 tersebut terkumpul di bagian bottom CO2 Absorber (101-E). Temperatur rich solution benfield pada bottom CO2 Absorber (101-E) diharapkan 116oC. Larutan tersebut lalu ditarik dan dilewatkan Hydraulic Turbine (107-JAHT) dimana larutan yang kaya CO2 itu diregenerasi sebagian oleh ekspansi ke tekanan yang lebih rendah. Kemudian larutan yang kaya CO2 dialirkan ke Striper Feed Flash Drum (133-F) untuk menghilangkan CH4, H2 ,dan hidrokarbon lainnya. Gas-gas yang diserap tersebut mengalir ke Fuel Gas System (101-B).

b. CO2 stripperRich solution masuk ke Striper (102-E) pada temperatur 107oC. Striper (102 E) terdiri dari empat bed dengan packing logam, dua bed yang di tengah dianggap satu bed. Di bagian bawah dari bed tengah dan bottom terdapat cawan tempat untuk menampung jatuhnya cairan dan di bagian top diatas bed berisi tiga tray pencuci dan talang penangkap cairan yang terikut gas keluar. Bahan baku packing terdiri dari carbon stell dan stainless slot ring. Stripping CO2 adalah menghilangkan CO2 yang telah terserap larutan benfield dengan cara : stripping steam penambahan panas penurunan tekananRich solution masuk ke bawah pada Striper (102-E) melalui dua top bed dimana larutan tersebut akan bertemu dengan uap panas dari bagian bawah tower, larutan benfield yang jenuh dengan CO2 diregenerasi oleh panas dan stripping steam, sehingga potasium bikarbonat (KHCO3) berubah kembali menjadi potasium karbonat (K2CO3). Reaksi regenerasi adalah sebagai berikut :2KHCO3 + panas K2CO3 + H2O + CO2Cairan yang sudah teregenerasi sebagian oleh uap panas terkumpul di intermediet liquid trap out pan (cawan). Lalu sejumlah 90% dari larutan itu ditarik pada temperatur 122oC dan dikirim ke Semi Lean Solution Flash Tank (132-F). Sebagian besar larutan dikirim ke Semi Lean Solution Flash Tank (132-F) melalui empat internal compartement yang dipasang seri. Steam dioperasikan oleh flash tank ejector yang tekanannya semakin rendah pada tiap-tiap compartement, menyebabkan larutan di Semi Lean Solution Flash Tank (132-F) terjadi proses pendinginan dan selanjutnya regenerasi dari larutan benfield tersebut. Ejector-ejector tersebut menarik uap dari flashing di tiap-tiap compartement dan mengembalikannya ke 102-E di bawah intermediet liquid trap out pan. Low Pressure Steam (LPS) yang menggerakkan ejektor-ejektor tersebut dihasilkan dari bagian shell 111-C oleh pertukaran panas dengan LTS effluent, tambahan sumber steam diperoleh dari LPS system. Larutan masuk Semi Lean Solution Flash Tank (132-F) pada temperatur 122oC dan keluar pada temperatur 111oC. Larutan semi lean ditarik dari kompartement terakhir oleh Pompa (107-J) dan dikembalikan ke CO2 Absorber (101-E) diantara top dan center.Lean solution terkumpul pada lower trap out pan (102-E) dan mengalir secara gravitasi ke shell side Exchanger (105-C). Di Exchanger 105-C, lean solution sebagian diuapkan oleh panas dari gas keluaran LTS Conventer (104-D2) dan kemudian dikembalikan lagi ke 102 E dibawah lower trap out pan. Larutan dengan temperatur 126oC terkumpul di bagian bawah tower dan didinginkan sampai 70oC pada saat larutan tersebut ditarik oleh Pompa 108 J. Lean solution kembali ke bagian top CO2 Absorber (101-E).Setelah terpisah dari larutan benfield, produksi CO2 vapor didinginkan oleh kontak langsung packing bed di bagian top Striper 102 E dengan air pencuci. CO2 vapor dan aliran stripping vapor naik ke atas melalui packing bed dan aliran air pencuci ini menarik uap air yang naik dari larutan carbonate lalu air pencuci meninggalkan Striper (102-E). Sebagian aliran air pencuci di pompa oleh 116-J lalu didinginkan di Stripper Quench Cooler (107-C). Pada exchanger ini panas dari quench dipindahkan ke CW. Larutan yang konsentrasinya rendah ini ditarik dari talang tray secara gravitasi ke 111-C dan 113-C. Uap yang dihasilkan 113-C pada pertukaran panas dengan gas keluaran LTS Conventer (104-D2) dikembalikan ke bagian bottom Striper (102-E) sebagai stripping steam. Bila dibutuhkan bisa diinjeksi dengan LPS ke bottom 102-E. CO2 vapor meninggalkan 102-E pada temperatur 35oC dan tekanan 1,9 kg/cm2 dengan komposisi sebagai berikut :N2: 0,02 %H2: 0,27 %CO2: 99,71 %

c. MethanatorGas proses keluar dari pada CO2 Absorber (101-E) masih mengandung 0,1 % CO2 dan 0,37 % CO. Kandungan ini perlu dihilangkan karena merupakan racun bagi katalis pada Ammonia Converter (105-D). Oleh karena itu, CO dan CO2 perlu diubah menjadi methana (CH4) di Methanator (106-D), alasannya karena CH4 tidak mempengaruhi reaksi pembentukan NH3 di Ammonia Converter (105-D), CH4 hanya menjadi inert. Sebelumnya gas dipanaskan di exchanger 114-C sehingga temperaturnya menjadi 315oC. Gas masuk Methanator (106-D) pada temperatur 315oC dan tekanan 36,2 kg/cm2. Methanator adalah vessel yang vertikal dan besar berisi katalis Ni 26,7 m3 berbentuk spherical. Berfungsi untuk mengubah sejumlah carbon oksida yang masih terbawa pada CO2 removal system menjadi metana dan air. Gas masuk ke bagian atas Mehtanator (106-D) dengan melewati katalis Ni dan keluar melewati bawah Methanator (106-D). Reaksi di dalam methanator sangat eksotermis. Reaksi methanasi : CO + 3H2 CH4 + H2O + panasCO2 + 4H2 CH4 + 2H2O + panasKedua reaksi di atas sangat eksotermis, maka panas dalam vessel harus dijaga maksimum 454oC. Temperatur reaksi yang tinggi akan mengurangi umur dari katalis tetapi akan meningkatkan rate reaksi. Pada umumnya temperatur operasi harus serendah mungkin tetapi cukup tinggi untuk mempertahankan CO2 yang keluar Methanator (106-D) lebih kecil dari 10 ppm. Gas keluar pada temperatur 344oC dan didinginkan menjadi 37oC dengan mengalirkan secara seri melalui Exchanger 114-C dan 115-C sebelum masuk ke Synthesis Gas Compresor Suction Drum (104 F). Sebelum gas masuk ke 115-C, gas ditambah dengan H2 dari unit PGRU. Total carbon oksida yang meninggalkan methanator harus lebih kecil dari 10ppm karena CO dan CO2 racun bagi katalis amonia conventer dan dapat membentuk carbonate. Komposisi gas keluar metanator adalah :H2: 73,23%N2: 25,65%CH4: 0,8%Ar: 0,32%

III.4.3. Sintesis AmoniaGas sintesis dari 115C masuk ke Knock Out Drum 104-F, fungsinya untuk mencegah terikutnya liquid dalam gas pada suction compressor tingkat pertama (103-J). H2O akan terkondensasi dan secara otomatis dibuang. Keluar 104-F gas sintesa dan inert menuju ke Synthesis Gas Compressor (103-J). Synthesis Gas Compressor (103-J) digunakan untuk menaikkan tekanan gas sintesis dari 30,5 kg/cm2 menjadi 179 kg/cm2. Hal ini dilakukan untuk memenuhi tekanan operasi pembentukan NH3 di Ammonia Conventer (105-D) yaitu 173-177 kg/cm2. Kompresor 103 J merupakan kompresor 2 case dengan 4 tingkat.Dari 104-F gas sintesis masuk ke 103-J stage pertama untuk dikompresi dari 30,5 kg/cm2 pada 37oC menjadi 56,6 kg/cm2 pada 113oC. Setelah itu gas didinginkan sampai 37oC pada 130-C dimana panas dari gas sintesis diserap oleh CW, sebelumnya gas ditambah H2 dari PGRU. Gas dari 130-C menuju Synthesis Gas First Stage Separator (105-F1) untuk memisahkan kondensatnya, kemudian menuju ke 103-J stage kedua. Di stage kedua gas dikompresi sampai 101 kg/cm2 dan 115oC. Kemudian gas menuju Compressor First Stage Cooler 116-C pada bagian shell side dan selanjutnya menuju ke tube side Ammonia Chiller (129-C), gas didinginkan sampai 4oC dengan media pendingin CW kemudian masuk Synthesis Gas Second Stage Separator 105-F2. Kondensat yang terbentuk dipisahkan dari gas sintesis pada stage kedua 105-F2 untuk pemisahan kondensat lebih lanjut. Lalu gas sintesis dilewatkan pada Molecular Sieve Dryer (109-D) untuk memisahkan kadar air dan sisa CO2 dari gas sintesis. Kadar air dan CO2 keluar dari 109-D kurang dari 1ppm. Selanjutnya gas masuk 103-J pada stage ketiga lalu bergabung dengan recycle gas pada stage keempat dan keluar dari stage empat pada tekanan 179 kg/cm2. Pada saat fresh feed dan gas recycle digabung diharapkan konsentrasi NH3 pada aliran gas gabungan meninggalkan 103-J sekitar 1,67% mol. Gas sintesis keluar melewati Exchanger 121-C dipanaskan sampai pada suhu 232oC sebagai pemanasnya adalah produk keluaran 105-D. Dari 121 C gas sintesis dan inert menuju ke inlet Ammonia Conventer (105-D). Ammonia Conventer (105-D) merupakan vessel horisontal. Desain operasi Ammonia Conventer (105-D) adalah pada suhu 454-482oC dan tekanan 173-177 kg/cm2. Ammonia Conventer (105-D) terdiri dari 2 bed katalis promoted. Dinding Amonia Conventer (105-D) dibuat rangkap dengan ruang antara yang disebut anulus. Feed gas masuk dari bagian bawah 105-D mengalir melalui anulus lalu menuju bagian atas untuk dipanaskan pada bagian Shell Interbed Exchanger 122-C sampai 357oC dengan sumber panas yaitu produk dari 105-D dari bed pertama. Dari Exchanger 122-C mengalir ke bed pertama. Setelah meninggalkan bed pertama, sebagian gas yang telah bereaksi menuju ke spasi/ruang antar bed dan gas didinginkan di bagian Tube Exchanger 122 C sampai 382oC, kemudian masuk bed kedua. Kadar NH3 keluar dari bed terakhir sebesar 17% , gas yang tidak terkonversi dikembalikan ke reaktor sebagai recycle. Reaksi yang terjadi : N2 + 3H2 2NH3 + panasKarena reaksinya berjalan eksotermis maka temperatur terbaik untuk operasi ini adalah temperatur terendah yang memberikan yield produk NH3 yang maksimum. Temperatur yang berlebih akan mempercepat penuaan katalis dan aktifitas katalis berkurang cepat. Apabila terjadi kenaikkan suhu diatas 482oC akan menyebabkan kerusakan katalis, cracking pada dinding 105-D, dan bergesernya kesetimbangan ke kiri sehingga konversi pembentukan NH3 tidak optimum. Komposisi gas masuk dan keluar Ammonia Conventer (105-D)Komposisi gas(% mol)MasukKeluar

H265,2752,33

N221,6617,33

NH31,6717,20

Ar3,854,44

CH47,558,71

3. Proses Pendinginan / RefrigerationGas keluar dari Ammonia Conventer (105-D) pada suhu 459oC dan tekanan 172 kg/cm2. Kemudian gas didinginkan oleh 5 exchanger berturut-turut dan 2 drum pemisah. Maksud dari pendinginan adalah mendinginkan dan mencairkan gas amonia. Steam Generator (123-C1 dan 123-C2), mendinginkan sampai 252oC, dengan menukarkan panasnya pada BFW dari dinas utilitas (untuk membangkitkan steam) di sisi tube dan gas converter di dalam shell, Converter Feed / Effluent Exchanger (121-C), mendinginkan gas sampai 51oC, dengan menukarkan panasnya pada feed gas dari 103 J di sisi tube dan gas converter di dalam shell, Converter Effluent Cooler (124-C), mendinginkan gas sampai 37oC, dengan menukarkan panasnya pada CW di sisi tube dan gas converter di dalam shell, Ammonia Unitized Chiller (120-C). Dengan menukarkan panasnya dengan gas dingin dari 106-F melewati center tube dan amonia dingin dari refrigerant system, aliran gas dari 124-C melalui anulus secara berlawanan. Ammonia Separator (106-F) merupakan drum pemisah horisontal, amonia cair meninggalkan bottom dan gas yang terpisahkan keluar lewat bagian atas melalui demister pad. Overhead gas dari 106-F kembali ke 103-J sebagai recycle melalui 120-C dimana akan didinginkan menjadi 28oC, Let down drum (107-F), amonia cair dari setelah mengalami penurunan tekanan yang besar dari 172 kg/cm2 menjadi 16,9 kg/cm2 dikirim ke Refrigerant System. Overhead gas-gas dari 107-F masuk ke Ammonia Scrubber (103 E).Pada Ammonia Unitized Chiller (120-C), terdiri dari 4 buah kompartement chiller (120-CF1, 120-CF2, 120-CF3, 120-CF4) yang berisi amonia cair sebagai refrigerant dari Ammonia Refrigerant (109-F). Suhu operasi keempat kompartement dengan refrigerant secara berturut-turut adalah 13,3oC, -0,6oC, -11,7oC dan -33oC. Setiap kompartement berisi demister pad untuk menangkap uap yang keluar dan vortex breaker pada bagian cairan yang keluar.First Stage Refrigerant Flash Drum 120-CF1 untuk menampung cairan dari 120-CF2 dan 107-F, uapnya menuju Ammonia Refrigeration Compressor (105-J) LP case satu tingkat satu, dan kelebihan NH3 cair dikirim ke tangki penyimpanan amonia. Pada Second Stage Refrigerant Flash Drum 120-CF2 digunakan untuk menampung cairan dari CF3 dan 107-F, uapnya menuju Ammonia Refrigeration Compressor (105-J) LP case satu tingkat dua, dan kelebihan NH3 dikirim ke CF1. Pada Third Stage Refrigerant Flash Drum 120-CF3 digunakan untuk menampung cairan dari CF4 dan 107-F, uapnya menuju Ammonia Refrigeration Compressor (105-J) HP case dua tingkat satu, dan kelebihan NH3 dikirim ke CF2. Pada Fourth Stage Refrigerant Flash Drum 120-CF4 digunakan untuk menampung cairan dari 109-F dan 107-F, uapnya menuju Ammonia Refrigeration Compressor (105-J) HP case dua tingkat dua, dan kelebihan NH3 dikirim ke CF3.Sebagian besar gas-gas yang tidak mengembun terikut di flash out untuk dikirim ke ammonia recovery system. Refrigerasi amonia menggunakan Ammonia Refrigeration Compressor (105-J). Ammonia Refrigeration Compressor (105-J) terdiri dari dua case (LP case dan HP case) dengan interstage cooler, digerakkan dengan steam turbine. Refrigerasi ini bertujuan untuk mendapatkan tekanan yang diinginkan pada tingkat satu, dua, tiga dan empat. Hal ini akan mempengaruhi panas gas dan pemisahan inert dalam gas dan untuk menaikkan tekanan amonia sehingga mengkondensasi di Ammonia Condenser 127-C.Casing tekanan rendah mengambil uap dari First Stage Refrigerant Flash Drum 120-CF1, pada 0,05 kg/cm2 dan -33oC, discharge dari tingkat satu bergabung dengan uap dari 120-CF2 pada -12oC dan 1,8 kg/cm2. Tekanan diantara LP case dan tekanan operasi pada Second Stage Refrigerant Flash Drum 120-CF2 diharapkan berkisar 1,7 kg/cm2. Aliran dari LP case didinginkan dengan CW di 167-C menjadi 37oC sebelum masuk HP case. HP case menerima uap suhu -1oC dari Third stage refrigerant flash drum 120-CF3 yang bergabung dengan uap dingin dari discharge LP case. Tekanan masuk HP case sesudah intercooling diharapkan berkisar 3,3 kg/cm2 dan menentukan tekanan operasi di 120-CF3. Discharge dari tingkat ini bergabung dengan uap dari 120-CF4 setelah didinginkan di 128-C menjadi 26oC. Lalu didischarge sekitar 14,2 kg/cm2 dan menuju Refrigerant Condenser (127-C), aliran uap pada bagian shell dan CW pada tube. Gas-gas inert yang terperangkap di 127-C harus diventing ke Refrigerant Receiver (109-F) untuk mencegah tekanan tinggi pada discharge 105-J.Gas yang divent ke Refrigerant Receiver (109-F) diinjeksi amonia dingin dari 107-F untuk mengkondensasikannya, yang kemudian ditampung di 109-F. Kelebihan cairan pada tekanan 15 kg/cm2 diturunkan ke 120-CF3 dengan tekanan operasi 3,4 kg/cm2. cairan dari CF3 turun ke CF2 yang operasinya 1,1 kg/cm2 dan terakhir kengalir ke 120-CF1 yang operasinya 0,05 kg/cm2. Produk amonia terakumulasi di 120-CF1 dan di pompa dengan 124-J ke tangki penyimpanan. Komposisi gas keluar ammonia unitized chiller adalah :NH3 cair: minimal 99,9% beratH2O: maksimal 0,5% beratOil: maksimal 5ppm beratSuhu: - Ke unit urea: 30oC Ke unit ZA: 1oC Ke tangki penyimpanan: -33oCTekanan: - Ke unit urea: 20 kg/cm2 Ke unit ZA: 4 kg/cm2 Ke tangki penyimpanan: 4,5 kg/cm2III.3.4. Purge Gas Recovery Unit (PGRU)Purge gas dari daur sintesis amonia masih mengandung gas H2 dengan kadar yang cukup tinggi. PGRU bertugas untuk memisahkan H2 dari gas-gas lain untuk dimanfaatkan kembali di daur sintesis amonia. Proses pemisahan hidrogen di PGRU PT Petrokimia Gresik menggunakan proses membran separator, atau yang lebih dikenal dengan prisma separator. Sistem ini terdiri dari High Pressure Ammonia Scrubber (104-E), Low Presure Ammonia Scrubber (103-E), Ammonia Stripper (105-E), Hydrogen Recovery Unit (103-L).Pada High Press Ammonia Scrubber (104-E), vessel ini berisi tiga buah packed bed dengan distribution tray pada bagian atas setiap bed, dilengkapi demister pad pada bagian outlet gas dan vortex breaker. Purge gas dari 120-C masuk ke bagian bawah 104-E melewati tray dan packing. Amonia dari purge gas diserap dengan air yang dipompa dari 141-J. Gas keluar 104-E pada 46oC tekanan 168 kg/cm2 menuju ke HRU (Hydrogen Recovery Unit). Dari HRU dikirim ke 101-B sebagai fuel. Larutan amonia pada bottom 104-E bergabung dengan aliran dari 103-E melalui 141-C menuju ke 105-E.Pada Low Press Amonia Scrubber (103 E), vessel ini berisi empat buah packed bed dengan distribution tray pada bagian atas setiap bed dilengkapi demister pad pada bagian outlet gas dan vortex breaker. Flash gas dari 107-F sebagai umpan 103-E masuk ke bagian bawah. Gas tersebut naik ke atas dan bertemu dan diserap dengan cairan yang berasal dari bottom 105-E yang telah didinginkan di 141-C. Air penyerap masuk 103-E melewati 4 buah packed bed. Gas meninggalkan bagian atas 103-E pada temperatur 37oC dan tekanan 7,5 kg/cm2, kemudian menuju 101-B sebagai fuel. Cairan dari bottom 103-E keluar dengan temperatur 57oC dipompa dengan 140-J ke 141-C sebagai preheating sampai 156oC lalu masuk 105-E. Larutan meninggalkan 103-E berkadar NH3 sebesar 12-15%. Pada Ammonia Stripper (105-E), vessel berisi tiga buah packed bed, dilengkapi demister pad pada bagian outlet gas dan vortex breaker. Aliran feed dari 103-E dan 104-E dipanaskan menjadi 156oC di 141-C dengan larutan bottom dari 105-E, lalu masuk ke bagian atas tower. Larutan NH3 encer turun ke bawah kontak dengan aliran stripping steam dari reboiler 140-C . Bottom tray dilengkapi dengan trap out pan ke reboiler 140-C, air yang tertinggal overflow ke bottom tower yang direcycle ke 103-E dan 104-E. Uap amonia dari stripper dikondensasikan di 127-C. Hydrogen Recovery Unit (103-L), terdiri dari feed gas heater menggunakan LPS sebagai pemanas, dua buah prisma separator pada tingkat satu dan tujuh prisma separator pada tingkat dua. Prisma separator berbentuk seperti shell and tube Heat Exchanger dengan serat membran berjumlah kira-kira 100000 buah seolah-olah sebagai pipanya. Serat ini berupa silinder berlubang yang terbuat dari polimer Polysulfone. Gas dengan permeabilitas tinggi akan mendifusi ke dalam serat dan masuk ke sisi dalam (pore) lalu mengalir berlawanan arah dengan gas dari sisi luar (shell). Unit pemisah diletakkan vertikal sehingga gas non permeabel akan mengalir ke atas sedangkan gas yang kaya H2 dengan tekanan rendah akan mengalir ke bawah.103-L menerima off gas dari 104-E pada tekanan 168 kg/cm2. 103-L akan mengambil H2 untuk merecovery H2.

Bahan masukN2H2NH3CH4Ar

1. LP Abs Feed (Inlet 103-E)2. HP Purge (Inlet 104-E)3. Ammonia Sripper Reflux (inlet 105-E)16,1220,44-

41,2561,74-

14,452,34100

22,2810,25-

5,905,23

Bahan KeluarN2H2NH3CH4Ar

1. Ammonia Stripper (outlet 105-E)2. PGR off gas (outlet 103-L)3. PGR LP H2 (outlet 103-L)4. PGR HP H2 (outlet 103-L)5. Purge to fuel-

48,786,43,6945,08-

16,3687,4292,6320,3099,5

-

22,423,231,8624,62-

10,442,951,8210,01

Laporan Praktek Kerja di PT Petrokimia Gresik Jurusan Teknik Kimia UNS