Post on 11-Feb-2016
description
TUGAS
BEDAH PABRIK
UNIT PROSES SINTESA AMONIA
PT. PUPUK SRIWIJAYA
OLEH :
M. Isa Ansyori Fajri (03121003003) Anggia Larasati Wiguna (03121003049) Dimitra Alitha Utama (03121003051) Agustria (03121003071) Caesar Fiat (03121003055)
TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2013
A. GAMBARAN UMUM PABRIK
A. 1. Lokasi Pabrik :
Pabrik Pupuk Sriwijaya berada di tepi Sungai Musi, kira-kira 7 km dari pusat kota
Palembang. Alasan pemilihan daerah tepi sungai Musi sebagai lokasi pabrik antara lain :
1. Letaknya berdekatan dengan wilayah operasi pertambangan dan pengkilangan minyak
Pertamina sehingga bahan baku gas alam mudah untuk diperoleh dan tersedia dalam
jumlah yang cukup besar.
2. Sungai Musi merupakan sumber air yang tidak pernah kering sepanjang tahun, yang
menunjang bahan baku pembuatan steam dan keperluan utilitas lainnya, disamping
sebagai sarana transportasi untuk mengangkut hasil pabrik.
3. Di daerah ini memungkinkan adanya perluasan area pabrik.
A .2. Kegiatan Produksi :
PT. Pupuk Sriwijaya adalah perusahaan yang memulai operasional usaha dengan
tujuan utama untuk melaksanakan dan menunjang kebijaksanaan dan program
pemerintah di bidang ekonomi dan pembangunan nasional, khususnya di industri pupuk
dan kimia lainnya. PT Pusri bertanggung jawab untuk memenuhi kapasitas produksi urea
dan amoniak nasional.
A.3. Kapasitas
1. Pabrik ammonia yang memiliki satu deretan dengan kapasitas produksi 1000 metrik ton
sehari, atau 330000 metrik ton setahun. Proses yang digunakan adalah proses MW Kellog
pada Pusri II, III, dan IV serta proses Kellogg Low Energi pada Pusri IB
2. Pabrik Urea terdiri dari satu deretan dengan kapasitas produksinya 1725 metrik ton sehari
atau 570000 metrik ton setahun. Proses yang digunakan adalah proses Mitsui Toatsu
Total Recycle C Improved
A.4. Asal Teknologi
PT. Pusri menggunakan dua macam proses pembuatan urea :
Pusri-III dan IV menggunakan proses Total Recycle C Improve (TRCI)
Pusri-II menggunakan proses TRCI yang Seksi Sintesisnya sudah dimodifikasi menjadi
ACES
Pusri-IB menggunakan proses Advance Cost and Energy Saving (ACES).
A.5. Bahan Baku Pabrik
Bahan baku pembuatan ammonia adalah gas alam yang disuplai oleh Pertamina dan
udara proses yang berasal dari udara atmosfer, sedangkan bahan baku pembuatan urea adalah
ammonia cair dan CO2 dari unit ammonia PT. Pusri.
A.6. Pabrik Utilitas
Pabrik utilitas merupakan pabrik yang memproduksi kebutuhan utilities untuk
operasional Pabrik Amoniak, Urea, dan Pabrik Utilitas itu sendiri. Pabrik Utilitas PT. Pupuk
Sriwijaya terdiri dari : Water Treatment, Water Demiliralizer, Cooling Tower, Pembangkit
Setam (boiler), Pembangkit Listrik, Plant Air (PA) & Instrument Air (AI), Gas Metering Station,
Pusri Effluent Treatment (PET), IPAL, Air Separator Plant (ASP), dan Carbon Diokside Plant
(CO2 Plant).
B. URAIAN PROSES
PT. Pupuk Sriwijaya adalah pabrik pupuk urea pertama yang didirikan di Indonesia tahun
1959. Sekarang ini PT. Pusri mempunyai 4 buah pabrik, yaitu PUSRI II, III, IV, dan IB. Setiap
pabrik tersebut disamping mempunyai unit utilitas dan urea juga mempunyai pabrik amonia.
Pabrik amonia berfungsi untuk menghasilkan amonia dari bahan baku gas alam, udara,
dan steam. Amonia ini nantinya akan digunakan sebagai bahan baku di unit urea, sebagian lagi
dijual ke pihak luar. Selain amonia, juga menghasilkan CO2 sebagai hasil samping, yang juga
digunakan di Unit Urea.
Tahapan-tahapan proses yang terjadi di Pabrik Amonia adalah :
1. Pengolahan gas alam (feed treating)
2. Pembuatan gas sintesa (reforming syn-gas)
3. Pemurnian gas sintesa (syn-gas purification)
4. Sintesa amonia (Ammonia Syntesis and Product Purification)
5. Purge Gas Recovery Unit (PGRU)
Proses pembuatan amonia berdasarkan pada metode katalis Reforming Tekanan Tinggi,
dari bahan baku gas alam, steam, dan udara. Amonia cair dan CO2 ini akan disalurkan ke Pabrik
Urea untuk bahan baku pembuatan pupuk urea.
BLOK DIAGRAM PEMBUATAN AMONIA
B.1. Bahan Baku
Bahan baku pembuatan ammonia adalah gas alam yang disuplai oleh Pertamina dan
udara proses yang berasal dari udara atmosfer.
B.1.1. Gas Alam
Penyediaan gas alam untuk proses dilaksanakan oleh Pertamina. Gas alam ini
mengandung kotoran – kotoran yang dapat mengganggu operasi. Kotoran – kotoran tersebut
diantaranya zat – zat padat, air, Heavy Hidro Carbon (HHC), senyawa – senyawa phosfor dan
CO2. Gas alam tersebut memiliki komposisi seperti tercantum dalam tabel berikut ini.
Tabel A.1 Komposisi Gas Alam
Komponen %vol (basis kering)
CH4
C2H5
C3H8
i-C4H10
n-C4H10
80,45
5,38
3,96
0,27
0,85
i-C5H12
n-C5H12
C6H14
CO2
0,30
0,21
0,18
7,50
Sumber : Laboratory analitical report gas alam PT. Pusri
Disamping komponen – komponen di atas, gas alam juga mengandung senyawa – senyawa
sulfur. Kadar sulfur yang terdapat dalam gas alam dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel A.2 Kandungan sulfur pada Gas Alam
Senyawa Kadar rata-rata (ppm) Maksimum (ppm)
H2S
RSH
RSSR dan residu
5,61
0,25
0,84
6,39
0,80
1.35
Total 6,25 8,44
Sumber : Kellog ammonia plant optimization PT. Pusri.
B.1.2. Udara
Udara yang diperlukan adalah udara sekitar yang mempunyai komposisi Nitrogen 79 %
dan Oksigen 21 %. Udara pada unit ammonia dibutuhkan untuk oksidasi di secondary reformer.
Udara proses disuplai dari kompresor udara yang mengambil udara dari atmosfer dan disarig
dengan filter untuk menghilangkan debu – debu.
B.1.3. Air
Air yang dipergunakan adalah air dalam bentuk steam ( uap air ) air pendingin. Steam di
unit ammonia berasal dari pemanfaatan panas pembakaran yang dihasilkan di reformer.
Sedangkan untuk unit urea steam juga disuplai dari utilitas.
B.2. Produk
Produk yang dihasilkan oleh pabrik ammonia adalah :
1. Ammonia ( NH3 )
a. Komposisi
Minimum : 99,5 % berat
H2O : maks 0,5 % berat
Oil : maks 5,0 ppm berat
b. Kondisi
Tekanan : min 18 kg/cm2
Suhu : 30 °C dan –33 °C
2. Karbondioksida ( CO2 )
a. Komposisi
Minimum : 98 % berat
Sulfur : maks 1,0 ppm volum
H2O jenuh
b. Kondisi
Tekanan : min 0,6 kg/cm2
Suhu : 38 °C
Adapun sifat fisika dan kimia dari bahan baku pembuatan ammonia yang meliputi gas alam,
udara, dan air dapat dilihat pada tabel berikut ini.
Tabel A.3 Sifat fisika bahan baku
No. Komponen Bentuk Warna Bau Titik didih
(oC)
Titik beku
(oC)
1.
2.
3.
Gas alam
CH4
CO2
Udara
N2
O2
Air
Gas
Gas
Gas
Gas
Cair
Tidak
Tidak
Tidak
Tidak
Tidak
Tidak
Tidak
Tidak
Tidak
Tidak
-161
-57,5
-195,8
-252,7
100
-182,48
-78,4
259,2
-259,1
0
Sumber : Perry’s Chemical Engineering Hand Book, 1996
Tabel A.4 Sifat kimia bahan baku
No. Komponen Berat molekul (gr/mol) Sifat
1.
2.
Gas alam
CH4
CO2
Udara
16
44
Mudah terbakar
Tidak beracun
3.
N2
O2
Air
28,02
32
18
Zat pengoksidasi dan
pereduksi
Sebagai pelarut
Sumber : Perry’s Chemical Engineering Hand Book, 1996
B.3. Unit Proses Sintesa Amoniak
B.3.1. Tujuan Unit Proses
Membentuk Amoniak dari hydrogen (H2) dan nitrogen (N2 )yang telah dimurnikan di
tahap sebelumnya
B.3.2. Uraian Proses
Dalam unit ini, gas sintesa dari unit pemurnian gas sintesa, disintesakan menjadi
ammonia. Proses-proses yang terjadi adalah : kompressi gas sintesa, sintesa ammonia, dan
pendinginan serta pemisahan produk.
B.3.2.1. Kompressi Gas Sintesa
Gas yang dihasilkan dari methanator dari proses methanasi disebut sebagai gas sintesa
yang mempunyai tekanan 25 – 27 kg/cm2, sedangkan untuk pembentukan ammonia diperlukan
tekanan yang tinggi ( 150 kg/cm2). Sehingga diperlukan suatu alat untuk mencapai tekanan
tersebut yaitu Syn Gas Compressor (103 – J).
Kompresor ini mengambil suction dari 104-F Syn Gas Suction Drum dan menaikkan
tekanan pada stage pertama dan dischargenya ke stage kedua dari mesin melalui pendingin-
pendingin yang disusun seri dan ke K.O Drum 105-F.
B.3.2.2. Sintesa Ammonia
Gas sintesa dari methanator mempunyai dua unsur utama yaitu H2 dan N2, disamping
unsur-unsur lain seperti CH4 dan Ar yang jumlahnya relatif kecil dan bersifat inert (tidak
bereaksi di ammonia converter). H2 dan N2 ini akan bereaksi menjadi ammonia pada tekanan
dan temperatur yang cukup tinggi.
Aliran gas sintesa didinginkan dalam tube 124-C Syn Gas Compressor After Cooler dan
selanjutnya didinginkan dalam dua aliran yang paralel. Aliran pertama didinginkan secara seri
melewati tube pada chiller-chiller 117-C dan 118-C yang menggunakan media pendingin
ammonia refrigerant. Aliran kedua di throtle oleh HVC-4 dan didinginkan di shell side 120-C
sebelum bergabung dengan aliran pertama untuk kemudian didinginkan lebih lanjut di tue side
chiller 119-C.
Aliran yang telah didinginkan masuk ke 106-F melalui sebuah internal distributor.
Ammonia dari aliran recycle yang telah diembunkan di dalam chiller-chiller sebelumnya
terkumpul di vessel ini. Gas sintesa dari NH3 Refrigeration Separator masuk ke tube side120-C
untuk dipanasi. Gas tersebut kemudian dipanasi lebih lanjut oleh gas yang keluar dari ammonia
converter di 121-C.
Gas dimasukkan dan disintesa menjadi ammonia dalam ammonia converter (105 –
DA/DB) yang dipasang paralel berisikan promoted iron catalyst yang terbagi dalam tiga bed
(lapisan), dimana bed teratas yang paling tipis dan makin ke bawah makin tebal lapisannya.
Hal ini dimaksudkan untuk membatasi panas reaksi yang timbul (dimana reaksi pada bed
terus berjalan sangat cepat) sehingga tercapai kondisi temperatur operasi yang diinginkan. Untuk
menjaga temperatur masing-masing bed, dilakukan quenching oleh gas sintesa yang dimasukkan
kedalam outlet katalis 1 dan 2 dengan by pass gas sintesa tersebut sehingga dicapai temperatur
optimum dengan hasil maksimum.
Reaksi sintesa ammonia adalah sebagai berikut :
N2 + 3H2 2NH3 (+ Q)
Reaksi dilakukan pada kondisi dimana konsentrasi ammonia keluar konverter sekitar 15
% dan gas-gas yang tidak terkonversi dikembalikan ke converter untuk mencapai produksi
maksimum. Ammonia converter dilengkapi dengan start up heater (102 –B) yang dipergunakan
pada waktu start–up untuk memanaskan konverter sampai temperatur reaksi tercapai.
B.3.2.3 Pendinginan dan Pemisahan Ammonia
Gambar 3.13. Unit pendinginan dan pemisahan ammonia (refrigeration loop)
Ammonia yang terbentuk dalam ammonia converter dapat cepat menumpuk dan
mempengaruhi reaksi sehingga harus dipisahkan dari aliran recycle. Untuk mengembunkan
produksi ammonia dilakukan secara pendinginan bertahap sampai temperatur – 33 C. Karena
temperatur titik embun ammonia lebih tinggi dari komponen lain maka ammonia akan
mengembun terlebih dahulu sehingga dapat dipisahkan dari komponen lain yang masih
berbentuk gas.
Hasil sintesa ammonia dari Refregeration Separator dan Refrigeration Purge Separator
dialirkan ke Intermediate Refrigeration Flash Drum 107-F. Gas yang terflash dibuang dari drum
secara kontinyu melalui line NH-90. Penempatan hasil ammonia dari 107-F biasanya
didistribusikan ke Second stage Refrigerant Flash Drum 111-F dan Third stage Refrigerant
Flash Drum 112-F. Ammonia cair dari drum ini dipakai sebagai pendingin di dalam chiller 119-
C. Kelebihan ammonia dari drum ini diatur oleh LC-17 dan dipompa oleh pompa 109-J ke
storage di offsite pada –33 oC atau dicampur dengan ammonia panas dari ammonia receiver
untuk dikirim ke pabrik urea yang dipompa oleh pompa 123-J.
Akumulasi gas-gas inert kemudian dibuang (purge) dalam dua tahap, yaitu high pressure
gas yang dikirim ke pengolahan gas buang (purge gas recovery unit/PGRU) dan low pressure
purge gas yang dikirim ke primary reformer sebagai bahan bakar.
C. TABEL INVENTARISASI ALAT
Alat sintesaAlat
pemisahan
Alat
transportasi
Alat
penyimpanan
Alat penukar
panas
Ammonia
converter
Refrigeration
separatorTube Storage tank Heater
KO drum PipaAmmonia
receiverChiller
PompaAmmonia
refrigeration
Kompressor
D. SPESIFIKASI ALAT
Nama alat Kompresor
Gambar/foto dan Skema
Simbol dalam flowsheet
Fungsi utama Mengalirkan gas dengan tekanan tertentu
Fungsi khusus Sumber tenaga penggerak ;ikut langsung dalam proses
seperti pada proses pengeringan dan pada proses
fluidaisasi.
Prinsip kerja alat Mengalirkan gas dengan tekanan tertentu umumnya
digunakan pada tekanan lebihdari 40 ppm.
Jenis/klasifikasi alat 1. Kompresordinamik
1. KompresorSentrifugal
2. Kompresor Axial
2. Kompresor perpindahan positif (possitive
displacement):
1. Kompresor Piston (Reciprocating
Compresor)
1. Kompresor Piston Aksi Tunggal
2. Kompresor Piston AksiGanda
3. Kompresor Piston Diagfragma
2. Kompresor Putar
1. KompresorUlirPutar (Rotary Screw
Compressor)
2. Lobe
3. Vane Liquid Ring Scroll
Bahan konstruksi Besi tuang, baja karbon, alloy, kaca, timah, karbon
Nama Alat Pipa
Fungsi Sebagai sarana transportasi fluida, yaitu zat yang tidak
dapat menahan distorsi terus-menerus, sehingga
bentuknya berubah-ubah.
Prinsip Kerja Mengalirkan fluida (compressible atau incompressible)
maupun bahan padat yang telah tersuspensi ataupun zat
padat yang terangkat bersama gas yang tekanannya tinggi
Bahan Konstruksi 1. Secara umum :Carbon steel; carbon moly; galvaness;
ferro nikel;stinless steel; PVC (paralon) dan chrome
moly.
2.Secara khusus :Vibre glass; aluminium; wrougt iron
(besi tanpa tempa); copper (tembaga); redbrass
(kuningan merah); nikckel copper = monel (timah
tembaga); nickel chrom iron = inconel (besi timah chrom
Klasifikasi Alat 1. Jenis pipa yang disambungkan (pembuatan pipa tanpa
sambungan pengelasan).
2. Jenis pipa dengan sambungan (pembuatan pipa
dengan pengelasan).
Gambar Alat
Nama Alat Tangki
Fungsi Tempat mereaksikan
Prinsip Kerja mengolah dan memisahkan antara air dengan kotoran
dengan cara pengendapan
Bahan Konstruksi Carbon steel atau statainles steel
Klasifikasi Alat Tangki Floating Roof
Tangki Spherical
Tangki Slurry
Tangki Penyimpanan
Gambar Alat
Nama alat Pompa
Gambar/foto dan
Skema
Simbol dalam
flowsheet
Fungsi utama Untuk menggerakkkan cairan dari suatu tempat ketempatl ainnya
Fungsi khusus Mempertinggi energy mekanik dari system aliran fluida sehingga fluida
dapat mengalir secara konstan ; menggerakan cairan dari tempat
bertekanan rendah ketempat dengan tekanan yang lebih tinggi
Prinsip kerja alat Mempertinggi energy mekanik dengan cara aksi positif, displacement
dan aksi sentrifugal.
Jenis/klasifikasi alat 1. Positive Displacement Pump (PDP)
- Reciprocating pump
- Rotary pump
2. Variabel Heat Capasity Pump (VHCP)
- Pompasentrifugal
- Pompaturbin
Bahan konstruksi Bronze fitted; fully bronze fitted acid resisting ; ferrous metal ; non
ferrous metal ; non metal.
Nama alat KO drum
Gambar/foto dan
Skema
Fungsi Memisahkan campuran uap dan cairan
Prinsip kerja alat Gaya gravitasi menyebabkan cairan jatuh ke bawah , sedangkan uap
bergerak ke atas pada laju desain minimum entrainment butiran cairan
kedalam uap
Jenis/klasifikasi alat 1. KO drum tipehorizontal
2. KO drum tipe vertikal
Bahan konstruksi Carbon steel , Stainless steel
Nama alat Heater
Gambar/foto dan
Skema
(Air Heater)
Fungsi Pemanas dan menjaga suhu agar tetap konstan
Prinsip kerja alat Cara kerja heater adalah menggunakan prinsip termodinamika biasa,
yaitu menggunakan panas lalu dialirkan ke wilayah bertemperatur
rendah agar menjadi lebih hangat. Perpindahan panas tersebut terjadi
secara spontan, yang kita butuhkan hanyalah panas untuk dipindahkan
ke temperatur yang lebih tinggi
Jenis/klasifikasi alat Air preheater, Air heater, Block heater, Cathode heater, Central heater,
Dielectric heater, District heater, Electric heater, Convector heater
Bahan konstruksi Stainless steel
Nama alat Separator
Gambar/foto dan
Skema
Fungsi Memisahkan fase pertama cairan hidrokarbon dan air bebasnya dari gas
atau cairan, tergantung mana yang lebih dominan.
Melakukan usaha lanjutan dari pemisahan fase pertama dengan
mengendapkan sebagian besar dari butiran-butiran cairan yang ikut di
dalam aliran gas.
Mengeluarkan gas maupun cairan yang telah dipisahkan
dari separator secara terpisah dan meyakinkan bahwa tidak terjadi
proses balik dari salah satu arah ke arah yang lainnya.
Prinsip kerja alat Ada dua macam proses dari pembentukan gas (vapour) dari hirokarbon
cair yang bertekanan. Proses tersebut adalah Flash
separation dan Differential separation. Flash separation terjadi bila
tekanan pada sistem diturunkan dengan cairan dan gas tetap dalam
kontak, hal mana gas tidak dipisahkan dari kontaknya dengan cairan
saat penurunan tekanan yang membiarkan gas keluar dari solusinya.
Proses ini menghasilkan banyak gas dan cairan sedikit.Differential
separation terjadi bila gas dipisahkan dari kontaknya dari cairan pada
penurunan tekanan dan membiarkan gas keluar dari solusinya. Proses ini
menghasilkan banyak cairan dan sedikit gas.
Jenis/klasifikasi alat Menurut tekanan kerja (working pressure)
a. High Pressure (HP) Separator 650-1500 psi
b. Medium Pressure (MP) Separator 225-650 psi
c. Low Pressure (LP) Separator 10-225 psi
Berdasarkan hasil pemisahan
a. Separator dua fasa : memisahkan fluida formasi menjadi fasa cair dan fasa gas
b. Separator tiga fasa : memisahkan fluida formasi menjadi fasa minyak, air dan gas
Berdasarkan bentuk
Separator Vertikal
Separator Horizontal
Nama alat Amoniak Refrigerant
Gambar/foto dan
Skema
Fungsi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk Mem-flash amoniak cair
berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat flash
drum untuk melepaskan gas-gas terlarut.
Prinsip kerja alat Amoniak cair yang dipisahkan dari gas synthesa masih mengandung
sejumlah tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di
seksi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk Mem-flash amoniak
cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat
flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut, sebagai bagian yang
integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari gas synthesa
untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop Synthesa
dengan memanfaatkan tekanan dan temperature yang berbeda di setiap
tingkat refrigeration.Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua,
yaitu Warm Ammonia Product (30oC) yang digunakan sebagai bahan
baku untuk pabrik urea, Cold Ammonia Product (-33 oC) yang disimpan
dalam Ammonia Storage Tank.
E. KESIMPULAN
PT. Pupuk Sriwijaya, yang berlokasi di Palembang, Sumatera Selatan, menghasilkan
produk utama urea dan ammonia. Bahan baku pabrik ini adalah gas alam, udara, dan air. Pada
prosesnya, kami membedah alat-alat serta menampilkan flowsheet unit sintesa amonia. Unit
sintesa amonia terdiri dari, Kompressi Gas Sintesa, Sintesa Amonnia, dan Pendinginan dan
Pemisahan Ammonia. Unit sintesa amonia berfungsi untuk membentuk amonia dari bahan baku
gas alam, udara, dan steam. Amonia ini nantinya akan digunakan sebagai bahan baku di unit
urea, sebagian lagi dijual ke pihak luar. Selain amonia, juga menghasilkan CO2 sebagai hasil
samping, yang juga digunakan di Unit Urea.