PROSES PEMBUATAN AMONIA TUGAS PI

PEMBUATAN AMONIA

diajukan untuk memenuhi salah satu tugas matakuliah Proses Industri

dosen pengampus Masjuli MKH, MKKK

Oleh

Muhammad Fiki Fahriansyah

(15020136)

PROGRAM STUDY FIRE AND SAFETY D

AKADEMI MINYAK DAN GAS BALONGAN

INDRAMAYU

2016

PEMBUATAN AMONIA

INPUT

                                                   

·        Gas Bumi ·        Air ·        Udara PROSES

·        Steam Reforming ·        Proses konversi metan ·        Primary Reformer ·        Secondary Reformer ·        Shift Conversion ·        CO2 Removal ·        Metanasi ·        Kompresi Gas dan Sintesa Amoniak

FAKTOR PENDUKUNG ·        Pembangkit Listrik ·        Pengolahan Air ·        Boiler ·        Pembangkit Steam ·        Sistem Air Pendingin ·        Sistem Udara Instrument ·        Sistem Udara Pabrik OUTPUT

Amoniak (NH3)

 

 Penjelasan:

INPUT

Untuk membuat amoniak, membutuhkan bahan-bahan seperti: Gas bumi, air, dan udara. Diantara bahan-bahan tersebut, gas bumi merupakan bahan baku utama untuk produksi amoniak selain air dan udara. Jika bahan sudah tersedia maka tinggal di proses.

PROSES

Amoniak adalah senyawa kimia dengan rumusan NH₃. Biasanya senyawa ini didapati berupa cairan atau larutan. Amoniak pada kondisi temperatur kamar berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amoniak). Proses pembuatan amoniak yaitu dengan cara:

1.      Steam Reforming

2.      Proses konversi metan

3.      Primary Reformer

4.      Secondary Reformer

5.      Shift Conversion

6.      CO₂ Removal

7.      Metanasi

8.      Kompresi Gas dan Sintesa Amoniak

·         Steam Reforming

Reformasi Kukus (Steam Reforming) gas bumi merupakan proses produksi amoniak yang paling efisien dan paling banyak digunakan, yaitu sekitar 70% dari seluruh produksi amoniak yang ada.

Teknologi Pabrik Amoniak yang digunakan Pemrakarsa adalah teknologi reformasi kukus gas bumi hemat energi yang mutakhir.

·         Proses Konversi Metan

Proses konversi metan, (komponen terbesar dari gas bumi) menjadi amoniak diberikan dalam persamaan reaksi berikut:

0,88 CH₄­ + 1,26 Udara + 1,24 H₂O   →        0,88 CO₂ + N₂ + 3H₂  (1)

N₂ + 3H₂          →        2 NH₃  (2)

Proses produksi gas sintesa dan pemurnian dalam kondisi normal dilakukan pada tekanan 25-35 bar. Sedangkan untuk proses sintesa amoniak berada pada rentang tekanan 100-250 bar.

·         Primary Reformer

Gas bumi yang telah dihilangkan kandungan senyawa sulfur-nya, kemudian dicampurkan dengan uap air (steam). Campuran uap air/gas kemudian dipanaskan sampai temperatur 500-600ºC di dalam zona konveksi tungku Primary Reformer sebelum masuk ke dalam reaktor Primary Reformer.

Jumlah molar uap air proses yang digunakan dibandingkan terhadap molar karbon (S/C) biasanya sekitar 3,2 - 3,4. Perbandingan optimum uap air / karbon bergantung pada beberapa faktor seperti kualitas umpan, purge gas recovery, kapasitas reaktor Primary Reformer dan neraca uap air pabrik.

Reaktor Primary Reformer terdiri dari sejumlah tube yang terbuat dari campuran logam nikel dan kromium yang diisi dengan katalis yang mengandung nikel. Secara keseluruhan reaksi reformasi kukus sangat endotermik, sehingga memerlukan panas untuk mencapai temperatur reaksi sebesar 780-830ºC.

Komposisi gas keluaran dari reaktor Primary Reformer dapat diketahui melalui pendekatan termodinamika kesetimbangan kimia dengan mengikuti persamaan reaksi berikut:

CH₄ (gas) + H₂O (gas) → 3 H₂ + CO             △Hº₂₉₈ = 206 kJ.mol^-1             (5)

CO + H₂O → H₂ + CO₂         △Hº_298­ = -41 kJ.mol^-1              (6)

Panas yang dibutuhkan oleh proses reformasi kukus disuplai oleh panas hasil pembakaran gas bumi dalam zona radiasi. Gas buang keluaran dari zona radiasi memiliki temperatur lebih dari 900ºC. Dengan demikian hanya 50-60% dari nilai pembakaran bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan proses reaksi reformasi kukus. Panas yang terbawa oleh gas buang (waste heat) digunakan dalam zona konveksi tungku reformer untuk memanaskan aliran proses dan sistem pembangkit uap air. Bahan bakar yang diperlukkan dalam proses reformasi kukus sekitar 40-50% dari jumlah energi gas umpan.

Gas buang yang keluar dari zona konveksi tungku Primary Reformer memiliki temperatur 100-200ºC dan merupakan sumber utama emisi pabrik. Emisi tersebut terutama terdiri dari N₂ (72,5 % vol), CO₂ (6,8%), H₂O (19,3%), NO_x, (60 ppmv) @3% v O₂, SOx : < 5 ppmv, CO : < 20 ppmv

·         Secondary Reformer

Hanya 30-40% dari umpan hidrokarbon yang dikonversi di dalam reaktor Primary Reformer. Hal ini disebabkan oleh kesetimbangan reaksi sudah tercapai pada kondisi operasi aktual. Untuk meningkatkan konversi reaksi maka temperatur reaksi harus dinaikkan. Dalam reaktor Secondary Reformer terdiri dari zona pembakaran internal dan zona reformasi kukus. Pada zona pembakaran dimasukkan udara sebagai suplai oksigen untuk proses pembakaran dan suplai nitrogen untuk proses sintesa amoniak.

Proses di Primary Reformer diatur sehingga udara yang disuplai ke Secondary Reformer sesuai dengan panas yang diperlukan di Secondary Reformer dan perbandingan H₂/N₂ sesuai dengan yang diperlukan di unit sintesa amoniak.

Udara yang diumpankan ke dalam reaktor Secondary Reformerdikompresi terlebih dahulu dan dipanaskan di dalam zona konveksi tungku Primary Reformer sampai temperatur 600ºC. Kemudian udara tersebut dicampurkan dengan aliran gas keluaran Primary Reformer dan dilewatkan melalui katalis nikel dalam zona reformasi kukus.

Temperatur keluaran Secondary Reformer sekitar 1000ºC dengan kandungan metan sekitar 0,2-0,3% (basis kering). Konversi hidrokarbon yang dicapai lebih dari 99%. Gas sintesa keluaran Secondary Reformer kemudian didinginkan sampai 350-400ºC dalam unit Waste Heat Boiler (WHB) untuk memproduksi uap air.

·         Shift Conversion

Gas sintesa dari Secondary Reformer mengandung 12-15 % - mol CO (basis kering) dan hampir semua CO harus dikonversi dengan reaksi pergeseran berikut:

CO + H₂O = CO₂ + H₂  △Hº₂₉₈ = -41 kJ.mol^-1           (7)

Proses reaksi pergeseran dibagi ke dalam dua tahapan. Pertama, reaksi pergeseran temperatur tinggi (High Temperatur Shift Converter, HTSC) gas sintesa dilewatkan melalui unggun katalis FeO/CrO pada temperatur 400ºC, dimana CO sisa reaksi sebesar 3% (basis kering).

Reaksi pada HTSC dibatasi oleh sifat termodinamika kesetimbangan kimia pada kondisi operasi. Gas keluaran HTSC kemudian didinginkan terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke tahapan kedua atau Low Temperature Shift Converter (LTSC).

Reaktor LTSC diisi dengan katalis CuO/ZnO dan dioperasikan pada temperatur 200-220ºC. Gas CO sisa reaksi sekitar 0,2-0,4% (basis kering). Sisa gas CO yang rendah sangat penting bagi efisiensi proses selanjutnya.

·         CO₂ Removal

Gas keluaran reaktor LTSC terdiri dari komponen H₂, N₂, CO₂ dan uap air. Gas didinginkan terlebih dahulu untuk mengkondensasikan semua uap air sebelum masuk ke sistem penyerapan CO₂. Kondensat air ini normalnya mengandung 1500-2000 ppm amoniak dan 800-1200 ppm metanol. Kemudian dalam kondensat tersebut terdapat pula amin, asam format dan asam asetat dalam jumlah yang sangat sedikit (minor amount). Semua komponen tersebut seharusnya dipisahkan (stripped) dari kondensat dan atau didaur ulang dalam proses.

Gas CO₂ diserap dengan proses absorpsi kimia atau fisika. Larutan Penyerap yang digunakan dalam proses absorpsi kimia biasanya berupa larutan amin seperti Mono Ethanolamine (MEA), Activated Methyl Di-Ethanolamine (aMDEA) atau larutan potasium karbonat. Larutan penyerap fisika adalah glycol dimethylethers (Selexol), propilen karbonat dan lainnya.

Proses dengan menggunakan penyerap MEA memerlukan energi yang besar pada proses regenerasi sehingga tidak direkomendasikan.

Gas CO₂ dalam gas sintesa biasanya masih berkisar 100-1000 ppmv, bergantung pada tipe dan perancangan unit penyerapan.

Namun saat ini dengan perancangan unit penyerapan yang baik, kandungan CO₂ dalam gas sintesa dapat mencapai 50 ppmv.

·         Metanasi

Gas sintesa hasil proses penyerapan CO₂ masih mengandung sedikit CO₂ dan CO yang dapat meracuni katalis sintesa amoniak dan harus dihilangkan dengan cara mengkonversikannya menjadi CH₄ dalam reaktor metanator dengan persamaan reaksi berikut:

CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O △Hº₂₉₈ = -206 kJ.mol^-1 (8)

CO + 3 H₂ → CH₄ + H₂O                                                                  (9)

Reaksi terjadi pada kondisi temperatur 300ºC dalam reaktor yang berisi katalis Nikel. Metana merupakan senyawa inert dalam proses sintesa amoniak, akan tetapi uap harus dipisahkan sebelum masuk ke sintesa amoniak.

Gas keluaran reaktor metanator didinginkan dan uap air sebagian besar dikondensasikan dan dipisahkan terlebih dahulu dan akhirnya sisa uap air diabsorpsi dalam unit pengering gas make-up.

·         Kompresi Gas dan Sintesa Amoniak

Pabrik amoniak modern menggunakan kompresor sentrifugal untuk mengkompresi gas sintesa. Kompresor ini biasanya digerakkan oleh turbin uap air, dimana uap air tersebut diproduksi dalam pabrik amoniak.

Sintesa amoniak terjadi di dalam Ammonia Converter dengan menggunakan katalis besi (Fe) pada tekanan operasi yang biasanya berkisar antara 100-250 bar dan temperatur 350-550ºC.

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃                                  △Hº₂₉₈ = -46 kJ.mol^-1        (10)

Konversi yang dicapai dalam reaktor amoniak per passnya hanya 20-30%.

Amoniak yang terbentuk dipisahkan dari gas yang akan didaur ulang dengan mendinginkan atau mengkondensasikan dan jumlah gas yang telah bereaksi digantikan dengan make-up gas sintesa, dengan demikian dapat mempertahankan tekanan loop.

Selain itu, proses sintesa amoniak sangat memerlukan sistem pertukaran panas yang efektif, dikarenakan oleh sifat reaksi yang eksotermik dan tempratur reaksi yang tinggi dalam loop.

Proses metanasi sebagai tahap terakhir dari pemurnian gas sintesa, menghasilkan gas sintesa yang mengandung inert seperti metana dan argon dalam jumlah sedikit dan tidak larut dalam amoniak yang telah dikondensasikan.

Sebagian besar dari senyawa inert tersebut dihilangkan dengan cara di-purging dari loop.

Gas purging tersebut diabsorpsi terlebih dahulu dengan air untuk menyerap amoniak sebelum digunakan sebagai bahan bakar atau dikembalikan ke unit recovery hidrogen.

Proses kondensasi Amoniak tidak akan berlangsung dengan sempurna bila hanya didinginkan dengan air atau udara.

Karena itu, gas yang keluar dari reaktor amoniak dan make-up gas didingkan juga dengan cairan amoniak agar amoniak yang ada di dalam gas yang didaur ulang ke reaktor amoniak menjadi sekecil mungkin.

Cairan amoniak yang digunakan sebagai pendingin yang berubah menjadi uap pada proses pendinginan, akan dicairkan kembali dengan cara dikompresi.

FAKTOR PENDUKUNG

Pabrik Amoniak dilengkapi dengan Unit Pendukung, seperti Unit Pembangkit Listrik, Unit Pengolahan Air Bersih dan Air Umpan Ketel (Boiler), Pembangkit Steam, Sistem Air Pendingin, Sistem Udara Instrument & Udara Pabrik, Tangki Penyimpanan Amoniak, Dermaga Pelabuhan Kapal Amoniak dan lain-lain.

OUTPUT

Setelah semua proses tersebut dilakukan, akhirnya amoniak (NH3) bisa di produksi dengan baik. Selain melakukan semua proses tersebut, untuk membuat amoniak juga di perlukan unit pendukung. Amoniak yang sudah di produksi akan dikirim lagi ke berbagai industri karena amoniak bisa menjadi bahan untuk pembuatan pupuk dan yang lainnya.