Prancangan Pabrik Urea

BAB II URAIAN PROSES PRODUKSI Unit produksi pada PT. Pupuk Iskandar Muda yang mengolah bahan baku gas alam dan air menjadi pupuk urea di PT. Pupuk Iskandar Muda dibagi menjadi tiga unit, yaitu Ammonia, Urea dan Utilitas. 2.1 Ammonia Proses pembuatan ammonia di PT. Pupuk Iskandar Muda menggunakan teknologi Kellog Brown and Root (KBR) dari Amerika Serikat dengan desain operasi 1200 MTPD. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi ammonia adalah gas alam, steam dan udara. Proses pembuatan ammonia terdiri dari beberapa unit, yaitu : a. Unit persiapan gas umpan baku. b. Unit pembuatan gas sintesa. c. Unit pemurnian gas sintesa. d. Unit sintesa ammonia. e. Unit pendinginan ammonia. f. Unit daur ulang ammonia. g. Unit daur ulang hidrogen. h. Unit pembangkit steam. 2.1.1 Unit Persiapan Gas Umpan Baku Gas alam dari PT. Exon Mobil dialirkan ke dalam Fuel and Feed Gas Knock Out Drum (61-200-F) untuk memisahkan senyawa hidrokarbon berat. Dari KO Drum sebagian gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan sebagian lagi sebagai bahan baku proses. Sistem persiapan gas umpan baku terdiri dari beberapa tahapan proses, yaitu penghilangan sulfur, penghilangan mercury, dan penghilangan CO2. 2.1.1.1 Desulfurizer Gas alam sebagai bahan baku proses dialirkan ke dalam Desulfurizer (61201-DA/DB/DC) yang berisikan sponge iron yaitu potongan-potongan kayu yang

4 telah di impregnasi dengan Fe2O3. Sponge iron berfungsi menyerap sulfur yang ada dalam gas alam. Masing-masing Desulfurizer mempunyai volume 68,8 M3. Umur operasinya diperkirakan 90 hari untuk kandungan H2S di dalam gas alam maksimum 80 ppm dan keluar dari Desulfurizer dengan kandungan H2S dalam gas menjadi 5 ppm. Reaksi yang terjadi adalah : Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O Operasi dilakukan dalam keadaan jenuh dan basa (pH antara 8,0 sampai 8,5). Keadaan jenuh dimaksud agar H2S dapat teradsorbsi oleh air dan kemudian bereaksi dengan Fe2O3, sedangkan kondisi basa diperlukan karena sponge iron bersifat basa. Untuk mencapai keadaan tersebut maka diinjeksikan Na2CO3 sebanyak 4 sampai 10% wt secara berkala. 2.1.1.2 Mercury Guard Vessel Gas dari Desulfurizer mengalir ke Mercury Guard Vessel (61-202-D) yang berisi 6,7 M3 katalis Sulfur Impregnated Activated Carbon berfungsi untuk menyerap Hg yang terdapat dalam gas alam. Mercury dirubah menjadi senyawa Mercury Sulfida dan kemudian diserap pada permukaan karbon aktif. Diharapkan kandungan Hg dalam gas setelah penyerapan lebih kecil dari 160 ppb. Reaksi yang terjadi adalah : Hg + H2S HgS + H2

2.1.1.3 CO2 Pretreatment Unit (CPU) CPU berfungsi untuk menurunkan kandungan CO2 pada aliran gas umpan dari 23% menjadi 4%. Gas CO2 dihilangkan dengan cara penyerapan memakai larutan activated MDEA (Methyl – Diethanol Amine) dengan konsentrasi 50% Wt pada temperatur 70 sampai 79oC didalam menara Absorber (61-201-E). Reaksi yang terjadi adalah : CO2 + H2O H2CO3 (aMDEA)+(HCO3)H2CO3 + aMDEA

Gas masuk ke Absorber dari bagian bawah dan larutan aMDEA dari bagian atas sehingga terjadi kontak langsung antara keduanya. Larutan yang telah mengikat CO2 diregenerasi di Stripper (61-202-E) selanjutnya di vent ke udara. Selain mengikat CO2, larutan aMDEA juga mampu mengikat hidrogen sulfida sehingga

5 produk CO2 hasil regenerasi di CPU tidak dapat digunakan sebagai produk samping dikarenakan pada proses berikutnya di pabrik urea memerlukan CO2 murni yang tidak mengandung hidrogen sulfida dan impurities lainnya. Proses penyerapan CO2 dilakukan pada

tekanan tinggi dan temperatur rendah sedangkan pelepasan dilakukan pada tekanan rendah dan temperatur tinggi karena pada kondisi inilah kedua reaksi diatas berlangsung optimum. 2.1.1.4 Final Desulfurizer Final Desulfurizer (61-108-D) merupakan vessel yang berisi dua unggun katalis, bed bagian atas berisi katalis Nickel Molibdate yang berfungsi untuk mengubah sulfur organik yang terdapat di dalam gas umpan menjadi sulfur anorganik (H2S) dengan mereaksikannya dengan hidrogen, dan unggun bagian bawah berisi katalis ZnO yang berfungsi untuk menyerap H2S yang terbentuk dari unggun pertama. Reaksinya adalah : RSH H2S + H2 + ZnO RH + H2S ZnS + H2O

Sebelum masuk ke Final Desulfurizer, tekanan gas dinaikan 39 sampai 44 kg/cm2G dengan Feed Gas Commpressor (61-102-J). Temperatur gas yang masuk ke Final Desulfurizer 371oC. Bila temperatur di bawah 371oC yaitu pada temperatur 320oC akan terjadi reaksi metanasi yang menyebabkab kenaikan temperatur di Final Desulfurizer sendiri, sedangkan temperatur di atas 371oC yaitu pada temperatur 400oC akan terbentuk karbamat karena ada kandungan NH3 dalam gas H2 recycle dan CO2 dalam gas umpan. Kandungan H2S didalam gas outlet Final Desulfurizer diharapkan lebih kecil dari 0,1 ppm. 2.1.2 Sistem Pembuatan Gas Sintesa Sistem ini bertujuan untuk mengubah gas yang berasal dari sistem persiapan gas umpan baku menjadi gas CO, CO2 dan H2 melalui tahapan proses sebagai berikut: 2.1.2.1 Primary Reformer Gas proses masuk ke Primary Reformer bersama dengan superheated steam dengan perbandingan steam dengan karbon 3,2 : 1 untuk mengubah hidrokarbon menjadi CO, CO2 dan H2. Bila rasio steam dengan karbon lebih kecil dari 3,2

6 menyebabkan terjadinya reaksi karbonasi (carbon formation atau carbon cracking) yang mengakibatkan ketidakaktifan katalis karena pemanasan setempat. Ada dua jenis katalis yang di gunakan untuk kelangsungan reaksi reforming pada Primary Reformer, yaitu katalis nikel (ICI–25–4 ) dibagian atas dan nikel (ICI– 57–4) pada bagian bawah. Reaksi yang terjadi di Primary reformer adalah sebagai berikut : CH4 CO + + H2O H2O CO CO2 + + 3H2 H2

Reaksi pada Primary Reformer berlangsung secara endotermis (menyerap panas). Sumber panas dihasilkan dari 80 burner dengan tipe pengapian ke bawah untuk memanaskan 128 tube katalis. Temperatur gas inlet reformer 490oC. Temperatur reaksi dijaga 823oC pada tekanan 41 kg/cm2G. Jika temperatur lebih rendah maka reaksi akan bergesar ke arah kiri (reaktan). Primary Reformer terdiri dari dua seksi, yaitu seksi radiasi dan seksi konveksi. Pada seksi radian merupakan ruang pembakaran dimana terdapat tube katalis dan burner. Tekanan di Primary Reformer dijaga -7 mmH2O supaya perpindahan panas lebih efektif dan api tidak keluar dan untuk menjaga kevakuman dipakai Induct Draft Fan (61-101-BJ1T). Sedangkan udara pembakaran untuk Seksi konveksi merupakan ruang pemamfaatan panas dari gas buang hasil pembakaran di radian oleh beberapa coil, yaitu : a. Mix Feed Coil (61-101-BCX). b. Proses Air Preheat Coil (61-101-BCA). c. HP Steam Super Heat Coil (61-101-BCS1). d. HP steam Super Heat Coil (61-101-BCS2). e. Feed Gas Preheat Coil (61-101-BCF). f. BFW Preheat Coil (61-101-BCB). g. Burner Fuel Heater Coil (61-101-BCP). h. Combution Air Preheat Coil (61-101-BLI). 2.1.2.2 Secondary Reformer Untuk menyempurnakan reaksi reforming yang terjadi di Primary Reformer (61-101-B), gas dialirkan ke Secondary Reformer (61-103-D) yang juga berfungsi untuk membentuk gas H2, CO dan CO2. Aliran gas ini dicampurkan dengan aliran burner disuplai oleh Force Draft Fant (61-101-BJ2T).

7 udara dari Air Compressor (61-101-J) yang mengandung O2 dan N2. Gas, steam dan udara mengalir ke bawah melalui suatu unggun yang berisi katalis nikel tipe C142RR dan C14-4GG Reaksinya adalah sebagai berikut : 2H2 CH4 CO + + + O2 H2O H2O 2H2O CO + CO2 + 3H2 H2

Reaksi utama di Secondary Reformer juga merupakan reaksi endotermis, dengan memamfaatkan sumber panas yang dihasilkan dari pembakaran H2 oleh O2. Secondary Reformer beroperasi pada temperatur 1287oC dan tekanan 31 kg/cm2G. Panas yang dihasilkan pembakaran H2 oleh O2 juga dimanfaatkan oleh Secondary Reformer Waste Heat Boiler (61-101-C) dan High Pressure Steam Superheater (61102-C) sebagai pembangkit steam (boiler feed water). Gas yang keluar dari Secondary Reformer setelah didinginkan oleh dua buah waste heat exchanger tersebut temperaturnya menjadi 371oC. 2.1.2.3 Shift Converter Gas CO dalam gas proses yang keluar dari Secondary Reformer diubah menjadi CO2 pada shift converter yang terdiri atas dua bagian yaitu : a. b. High Temperature Shift Converter (61-104 –D1). Low Temperature Shift Converter (61-104 –D2). High Temperature Shift Converter (HTS) (61-104-D1) beroperasi pada temperatur 350 sampai 420oC dan terkanan 30 kg/cm2G berisi katalis besi yang berfungsi mengubah CO dalam proses menjadi CO2 dengan kecepatan reaksi berjalan cepat sedangkan laju perubahannya (konversi) rendah. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : CO + H2O CO2 + H2 Gas proses yang keluar dari High Temperature Shift Converter (HTS) (61104-D1), sebelum masuk ke LTS (61-104-D2) yang berisi katalis Cu diturunkan temperaturnya di dalam alat penukar panas. Proses yang terjadi pada LTS (61-104D2) sama dengan proses yang ada di High Temperature Shift Converter (HTS). Kondisi operasi pada LTS yaitu pada tekanan 39 kg/cm2G dan temperatur 246oC dengan kecepatan reaksi berjalan lambat sedangkan laju perubahannya tinggi.

8 2.1.3 Unit Pemurnian Gas Sintesa Pada unit ini CO dan CO2 dipisahkan dari gas sintesa, karena CO dan CO2 dapat meracuni katalis ammonia konverter (61-105-D). Proses pemurnian gas sintesa ini terdiri dari dua tahap proses, yaitu: 2.1.3.1 Main CO2 Removal Tujuan dari CO2 removal adalah untuk menyerap CO2 yang terdapat dalam gas sintesa. CO2 merupakan produk samping (side product) dari pabrik ammonia dan digunakan sebagai bahan baku pabrik urea. Kemurnian produk CO2 pada seksi ini adalah 99,9% vol. Unit ini merupakan unit penyerapan CO2 kedua setelah proses aMDEA pada PT. Pupuk Iskandar Muda. Peralatan utama main CO2 Removal terdiri dari : a. b. CO2 Absorber (61-101-E). CO2 Stripper (61-102-E). Gas umpan dialirkan ke absorber dan dikontakkan langsung dengan larutan activated MDEA (Methyl – Diethanol Amine) dengan konsentrasi 40% wt. CO2 dalam gas stream di serap secara proses fisis dan kimia. Kemudian larutan aMDEA diregenerasi pada tekanan rendah dan temperatur tinggi di stripper. Gas dengan temperatur 70oC masuk ke absorber melalui inlet sparger dan mengalir ke atas melalui packed bed. Larutan lean dari atas tower mengalir ke bawah melalui packed bed sehingga terjadi kontak langsung antara gas sintesa dengan lean solution, sehingga CO2 dapat terserap ke larutan. Gas sintesa yang telah bebas dari CO2 keluar dari top tower menuju ke unit Synthesa Loop dengan temperatur 48oC dengan komposisi CO2 leak 0,1% vol. CO2 yang telah terlucuti mengalir ke atas melalui bagian direct contact cooler yang dilengkapi tray untuk didinginkan menggunakan air yang disirkulasikan dengan pompa, sehingga temperatur CO2 di top stripper menjadi 40oC. Fungsi tray di direct contact cooler adalah untuk memperluas area kontak antara dua fluida sehingga didapatkan hasil yang optimum. Selanjutnya CO2 tersebut dialirkan ke unit Urea untuk diproses lebih lanjut.

9 Proses penyerapan CO2 di Main CO2Rremoval juga dilakukan pada tekanan tinggi dan temperatur rendah sedangkan pelepasan dilakukan pada tekanan rendah dan temperatur tinngi. 2.1.3.2 Methanator Fungsi dari Methanator (61-106-D) adalah untuk merubah gas CO dan CO2 yang masih lolos dari Main CO2 Removal menjadi CH4. Methanator merupakan suatu bejana yang diisi dengan katalis nikel terkalsinasi (penukaran logam kepada oksidanya dengan cara pembakaran). Reaksi yang terjadi adalah : CO CO2 + + 3H2 4H2 CH4 CH4 + + H2O 2H2O

Methanator beroperasi pada tekanan 26,7 kg/cm2G dan temperatur 330oC. Karena panas yang dihasilkan dari reaksi ini, maka temperatur gas sintesa naik menjadi 366oC. Oleh karena itu, kandungan CO dan CO2 dalam gas yang keluar dari CO2 Absorber dibatasi maksimal 0,1% vol agar tidak terjadi overheating. Gas sintesa keluaran Methanator mempunyai batasan kandungan CO dan CO2 maksimum 10 ppm. 2.1.4 Unit Sintesa Ammonia Gas sintesa murni dengan perbandingan volume H2 dan N2 sebesar 3 : 1, sebelum dialirkan ke ammonia konverter (61-105-D) terlebih dahulu tekanannya dinaikkan dengan Syn Gas Compressor (61-103-J) sampai tekanan 150 kg/cm2G. Kompressor ini bekerja dengan dua tingkatan kompresi dengan penggerak turbin uap (steam turbine). Tingkatan pertama disebut Low Pressure Case (LPC) dan tingkatan kedua disebut High Pressure Case (HPC). Gas sintesa masuk ke LPC dengan temperatur 38oC dan tekanan 24,1 kg/cm2G, kemudian dikompresikan menjadi 63,4 kg/cm2G dan temperatur 67,4oC. Sedangkan pada bagian HPC, gas sintesa bercampur dengan gas recycle dari ammonia konverter. Gas sintesa umpan memasuki ammonia konverter dengan temperatur 141oC dan tekanan 147 kg/cm2G melalui bagian samping reaktor. Reaktor ini dibagi menjadi dua bagian berdasarkan fungsinya, yaitu ruang katalis atau ruang konversi dan ruang penukar panas (heat exchanger). Reaksi yang terjadi pada ammonia konverter adalah sebagai berikut : N2 + 3H2 2NH3

10 Ammonia konverter menggunakan katalis Fe (Promoted Iron) dan dioperasikan pada temperatur 480oC dan tekanan 150 kg/cm2G. 2.1.5 Sistem Pendinginan Ammonia Untuk memberikan pendinginan pada ammonia diperlukan suatu system pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas sintesa, gas buang, serta gas pada interstage kompressor gas sintesa. Sistem pendinginan dilakukan dalam tiga tahap yaitu : 1. 2. 3. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam sintesa loop. Memberi pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas buang. Mendinginkan gas pada interstage compressor gas sintesa. Uap ammonia didinginkan dan dikondensasikan terlebih dahulu pada ammonia unitized chiller ( 61-120-C ). sebelum masuk ke refrigerant reservoir (61109-F). Uap yang tidak terkondensasi dikembalikan ke sistem dan zat yang tidak bereaksi dari chiller dikirim ke unit daur ulang ammonia. Uap ammonia yang terbentuk pada berbagai chiller, flush drum, dan storage tank dimasukkan dalam Centrifugal Refrigerant Compressor (61-105-J). Kompressor ini bekerja berdasarkan sistem pemampatan bertingkat untuk memanfaatkan ammonia sebagai media pendingin. Kompressor ini dioperasikan untuk memenuhi kebutuhan tekanan pada Stage Flush Drum (61-120-CF). Disamping itu juga dapat menaikkan tekanan dari aliran ammonia yang mengalami flushing, sehingga memungkinkan ammonia terkondensasi setelah terlebih dahulu didinginkan dalam Refrigerant Condenser (61127-C). Produk ammonia yang dihasilkan terdiri dari dua jenis yaitu produk dingin dan produk panas. Produk dingin yang mempunyai temperatur -33oC dikirim ke tangki penyimpanan ammonia. Sedangkan produk panas dengan temperatur 30oC dikirim ke pabrik urea. 2.1.6 Unit Daur Ulang Ammonia Unit ini

berfungsi untuk menyerap NH3 yang terkandung didalam gas buang sehingga diperoleh effisiensi produk ammonia yang lebih tinggi. Penyerapan

11 kandungan ammonia yang ada dalam campuran gas buang dilakukan dalam dua packed absorber dengan sirkulasi yang berlawanan arah antara gas-gas dengan air. HP Ammonia Scrubber (61-104-E) menyerap ammonia yang terikut dalam purge gas tekanan tinggi dari sintesa loop dengan temperatur 28,8oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim ke unit daur ulang hidrogen (HRU). LP Ammonia Scrubber (61-103-E) menyerap ammonia yang terikut di dalam purge gas dari Ammonia Letdown Drum (61-107-F) dan Refrigerant Receiver (61109-F) yang bertemperatur -17oC. Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim ke primary reformer sebagai bahan bakar. Larutan aquas ammonia dari HP ammonia scrubber dan LP ammonia srubber serta kondensat dari HRU dipanaskan sampai 165oC di Ammonia Stripper Feed/Effluent Exchanger (61-141-C) lalu dialirkan ke Ammonia Stripper (61-105E). Pada column ini terjadi pelepasan ammonia dari aquas ammonia, ammonia yang telah dipisahkan dikirim kembali ke refrigerant system. Untuk menjaga temperatur ammonia keluar dari top column dispray ammonia cair dari produk panas melalui inlet sparger di top column. Untuk memberi panas ke column digunakan Ammonia Stripper Reboiler (61-140-C) dengan menggunakan steam. 2.1.7 Unit Daur Ulang Hidrogen Unit daur ulang hidrogen (Hydrogen Recovery Unit) ini menggunakan teknologi membran separation yang diproduksi oleh Air Product USA. Tujuan daur ulang hidrogen adalah untuk memisahkan gas hidrogen yang terdapat dalam purge gas dari HP Ammonia Scrubber (61-104-E) sebelum dikirim ke fuel sistem. Sedangkan hidrogen yang diperoleh dikembalikan ke sintesa loop untuk diproses kembali menjadi ammonia. Prism separator merupakan inti dari peralatan pada HRU. Prism separator menggunakan prinsip pemilihan permeation (perembesan) gas melalui membran semi permeabel. Molekul gas akan berpindah melalui batas membrane jika tekanan parsial dari gas lebih rendah dari tekanan di sebelahnya. Membran ini tediri dari hollow fiber yang terdiri dari sebuah bundle hollow fiber yang mempunyai seal pada setiap ujungnya dan melalui tube sheet. Bundle ini dipasang dalam bentuk pressure vessel. Setiap separator mempunyai 3 buah nozzles, satu di inlet dan dua buah di outlet.

12 Dalam operasi gas memasuki inlet nozzle dan melewati bagian luar hollow fiber. Hidrogen permeate melalui membran lebih cepat dari pada gas lain. Gas yang akan di daur ulang memasuki HP prism separator 103-LL1A dan 103-LL1B secara paralel melalui bottom nozzle dan didistribusikan ke bundle hollow fiber di shell sidenya. Gas kaya hidrogen permeate lewat melalui pori hollow fiber, melewati internal tube sheet, dan keluar melalui nozzle outlet. Hidrogen yang keluar dari kedua prism tersebut merupakan produk high pressure permeate dan dialirkan ke Syn Gas Compressor 1st Stage Cooler (61-130-C) dengan tekanan 57 kg/cm2g. Aliran tail gas yang meninggalkan shell side dari HP prism separator di letdown, kemudian mengalir ke LP prism separator (61-103-LL2A, 2B, 2D, 2E, 2F) untuk proses pemisahan selanjutnya. Permeate dari LP prism seperator ini merupakan produk low pressure permeate dan dikirim ke up stream methanator Effluent Cooler (61-115-C) dengan tekanan 31 kg/cm2g. Tail gas kemudian meninggalkan shell side LP prism separator dengan kondisi minim hidrogen dan gas non-permeate. Gas non-permeate terdiri dari inert gas methan dan argon yang di buang dari ammonia synthesis loop, dan digunakan sebagai bahan bakar di primary reformer. 2.1.8 Unit Pembangkit Steam Energi panas yang dihasilkan oleh panas reaksi proses, dimamfaatkan pada beberapa penukar panas untuk memanaskan air umpan boiler yang akan dijadikan steam.

Penukar panas yang dilalui air umpan boiler adalah : a. Reformer Waste Heat Boiler (61-101-C). b. High Pressure Steam Superheater (61-102-C). c. HTS Effluent Steam Generator (61-103-C1/C2). d. Ammonia Converter Steam Generator (61-123-C1/C2). e. BFW Preheat Coil (61-1010BCB). Air umpan boiler dari utilitas masuk ke Deaerator (61-101-U) untuk menghilangkan oksigen terlarut dengan cara mekanis (steam bubbling dan stripping) dan secara kimia (injeksi Hydrazine) ke dalam Deaerator, kemudian dikirim dengan BFW Pump (61-104-J) ke Steam Drum (61-101-F) melalui alat-alat penukar panas. Steam yang keluar dari steam drum dipanaskan di High Pressure Stam Superheater (61-102-C) hingga temperatur 327oC dan tekanan 105 kg/cm2G,

13 kemudian dipanaskan lagi di HP Steam Super Heat Coil (101-BCS1/BCS2) untuk menghasilkan superheated steam (steam SX) dengan temperatur 510oC dan tekanan 123 kg/cm2G Produk steam SX yang dihasilkan sebesar 211 ton/jam digunakan untuk penggerak turbin Air Compressor (61-101-JT) sebesar 80 ton/jam dan penggerak turbin Syngas Compressor (61-103-JT), selebihnya diturunkan tekanannya menjadi steam SH. Exhaust dari steam tersebut adalah steam SH bertekanan 42,2 kg/cm2G dan temperatur 510oC, digunakan untuk menggerakkan turbin-turbin yang lain yaitu : a. Turbin Refrigerant Compressor (61-105-JT) sebesar 21 ton/jam. b. Turbin Feed Gas Compressor (61-102-JT) sebesar 8,84 ton/jam. c. Turbin BFW pump (61-104-JT) sebesar 17,4 ton/jam. d. Turbin ID fan (61-101-BJ1T) sebesar 8,17 ton/jam. e. Turbin RC Lube Oil Pump (61-105-JLOT) sebesar 0,55 ton/jam. f. Turbin Air Compressor (61-101-JT) sebesar 2,3 ton/jam.. Pemakaian terbesar steam SH adalah untuk steam proses di primary Reformer yaitu sebesar 81 ton/jam dan sekitar 30 ton/jam di impor ke unit Urea. Steam SH dari letdown turbin-turbin di atas menghasilkan steam SL bertekanan 3,5 kg/cm2G dan temperatur 219oC, digunakan sebagai media pemanas di reboiler, sebagai steam bubling/striping Deaerator dan sebagai steam ejektor. Kondensat steam dari reboiler dikirim kembali ke Deaerator sebagai air umpan Boiler. Sedangkan condensing steam SX dari turbin dikirim ke Surface Condenser (61-101-JC) untuk di kondensasikan dengan air pendingin, kemudian dikirim ke off site sebesar 54 ton/jam dan sebagian kecil digunakan sebagai make up jaket water, make up aMDEA sistem dan sebagai pelarut bahan-bahan kimia. 2.2 Urea Unit Urea PT. Pupuk Iskandar Muda mengunakan teknologi ACES,

memproduksi pupuk urea granul dengan kapasitas terpasang 1.725 ton/hari. Proses ini dipilih karena mempunyai beberapa kelebihan, antara lain mutu produk yang tinggi, tidak ada problem eksplosive, lowest steam consumption process, dan limbah yang kurang (tingkat polusi yang rendah). Unit urea dapat dibagi dalam enam seksi, yaitu:

14 a. b. c. d. e. f. Seksi sintesa. Seksi purifikasi. Seksi kosentrasi. Seksi granulasi. Seksi recoveri. Seksi proses pengolahan kondensat. Seksi Sintesa Urea disintesis dengan mereaksikan NH3 cair dengan gas CO2 dari unit ammonia, dan larutan recycle karbamat dari seksi recovery pabrik urea. Larutan sintesa urea dikirim ke seksi purifikasi untuk memisahkan ammonium karbamat dan ammonia berlebih, setelah distripping dengan gas CO2. Ammonia cair dipompakan ke dalam Reaktor (62-DC-101) melalui Ammonia Preheater (62-EA-103) dengan pompa Centrifugal Ammonia Feed Pump (62-GA-101 A,B). Gas CO2 dikompresikan ke tekanan synthesa bersama dengan udara anti korosi 5.000 ppm sebagai O2 dengan CO2 kompressor jenis sentrifugal dengan penggerak steam turbin (62-GB-101). Bagian terbanyak dari gas CO2 dimasukkan ke Stripper (62-DA-101) yang berguna untuk CO2 stripping dan sebagian lainnya dikirim ke LP

Decomposer (62-DA-202) juga sebagai stripping. Reaktor dioperasikan pada tekanan 175 kg/cm2G dan temperatur 190oC, dan dengan molar rasio NH3/CO2 4,0 dan molar rasio H2O/CO2 adalah 0,64. Reaktor adalah suatu bejana berupa vessel tegak lurus dengan sembilan baffle plate dibagian dalam untuk menghindari back mixing, dan dinding bagian dalamnya dilapisi dengan 316L stainless steel urea grade. Tekanan operasi dari Stripper Karbamat Kondenser (62-EA-101 dan 62-EA-102) serta scrubber adalah sama seperti kondisi operasi di reaktor. Larutan urea sintesa setelah mencapai konversi sekali lewat (once-through) 67% di dalam reaktor, mengalir turun melalui pipa di dalam reaktor dan masuk menuju stripper secara gravitasi. Di dalam stripper sebelah atas, larutan urea sintesa dari reaktor turun dan kontak dengan gas yang telah dipisahkan di bagian bawah melalui sieve tray, dimana komposisi larutan diatur secara adiabatis dan sesuai untuk efektifnya CO2 stripping. Di bagian bawah stripper, ammonium karbamat dan ammonia berlebih yang terkandung dalam larutan urea sintesa di urai dan dipisahkan dengan CO2 stripping

2.2.1

15 dan pemanasan dengan steam pemanas falling film heater. Kondisi operasi di stripper tekanannya adalah 175 kg/cm2G dan temperatur 178oC. Gas dari top Reactor, mengandung sejumlah kecil ammonia dan CO2, dikirim ke scrubber untuk di daur ulang ammonia dan CO2 memakai larutan karbamat recycle, yang kemudian dikirim ke Reaktor (62-DC-101). Gas yang berasal dari top scrubber dikirim ke HP Absorber (62-EA-401) untuk selanjutnya ammonia dan CO2 daur ulang kembali. Sebagian gas tersebut, yang masih mengandung oksigen digunakan kembali sebagai udara anti korosi untuk karbamat kondenser sisi shell. Reaksi sintesa urea yang terjadi adalah : 2NH3 + CO2 NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O NH2COONH4 terbentuknya biuret dari urea : 2NH2COONH4 NH2CONHCONH2 + N2 Reaksi antar CO2 dan NH3 menjadi urea berlangsung secara bolak-balik dan sangat dipengaruhi oleh tekanan, temperatur, komposisi, dan waktu reaksi. Perubahan ammonium karbamat menjadi urea dalam fase cair, sehingga dibutuhkan temperatur dan tekanan yang tinggi. 2.2.2 Seksi Purifikasi Setelah ammonia dan CO2 yang tidak terkonversi dipisahkan dari larutan urea sintesa di seksi purifikasi, larutan urea kemudian dipekatkan sampai konsentrasinya menjadi 98% wt di seksi konsentrasi, sebelum dikirim ke seksi granulasi. Sistem vakum konsentrasi diadopsi untuk memekatkan larutan urea agar dapat memenuhi aturan kontrol polusi lingkungan. Larutan urea dari seksi purifikasi dimasukkan ke Vakum Konsentrator (62FA-301), yang dioperasikan pada tekanan vakum 150 mmHgA dan temperatur 77oC, untuk memekatkan urea menjadi sekitar 84% berat. Panas yang dibutuhkan untuk penguapan H2O didapat dari panas reaksi pembentukan karbamat dan panas kondensasi gas-gas ammonia dan CO2 di HP absorber (62-EA-401 B) di seksi recovery.

Selain reaksi di atas, selama sintesa terjadi juga reaksi samping yaitu

16 Pada tahap terakhir dari seksi ini, larutan urea yang telah dipekatkan di kirim ke Evaporator (62-EA-301) dan dipanaskan sampai 135oC dengan steam tekanan rendah. Setelah larutan urea dipekatkan sampai 98.5% berat dengan tekanan vakum dibawah 100 mmHgA di Final Separator (62-FA-302), kemudian dipompakan ke Granulator (62-MA-601) dengan Urea Feed Pump (62-GA-303 A,B). Uap air dari konsentrator selanjudnya akan diolah pada seksi pengolahan kondensat. 2.2.3 Seksi Granulasi Larutan urea yang telah dipekatkan sampai 98,5% berat dikirim dari seksi konsentrasi ke Granulator (62-MA-601) dengan Urea Feed Pump (62-GA-303 A/B).

MMU (Mono Methyrol Urea) dari MMU unit dicampur ke dalam larutan urea sebagai additive pada suction feed pompa. MMU adalah larutan urea yang mengandung formaldehid dengan perbandingan urea/formaldehid molar ratenya adalah 1,5. Larutan urea dispray ke atas permukaan recycle urea seed (urea inti) dengan udara spouting di dalam Granulator (62-MA-601) melalui spray nozzle. Larutan urea yang dispray ke atas permukaan urea inti (seeding) didinginkan dengan cepat dan dikeraskan, uap air (moisture) dalam larutan urea diuapkan pada saat yang bersamaan. Kandungan air dalam urea granule menjadi kurang dari 0,25% wt. Urea inti kemudian membesar ke ukuran granul secara berangsur-angsur oleh multi stage spouting beds dan spray nozzle. Urea inti mengalir ke setiap stage unggun fluidisasi (fluidized bed). Udara spouting diperoleh dari Forced Fan for Spouting Air (62-GB-601) setelah melalui Air Heater for Spouting Air (62-EA-601). Sedangkan udara fluidisasi diperoleh dari Forced Fan for Fluidizing Air (62-GB-602) setelah melalui Air Heater for Fluidizing Air (62-EA-602) dan Heater for Fluidizing Air (62-EA-603). Temperatur dari setiap udara dikontrol oleh masing-masing air heater (temperatur unggun 110 sampai 115oC), untuk pengerasan dan pengeringan. Setelah pengerasan dan pengeringan, urea granul didinginkan sampai 90oC oleh fluidizing after cooler didalam granulator.

17 Urea granul kemudian dikirim ke Urea Screen (62-FD-601 A/B) melalui Vibrating Feeder for Granulator Outlet (62-JF-603 A/B), Granulator Outlet Conveyor (62-JD-603) dan Bucket Elevator (62-JD-601). Urea granul diklasifikasikan dan dipisahkan ke dalam 4 ukuran urea oleh urea screen, yaitu : Lump size urea (gumpalan urea) Over size urea (urea ukuran besar) Product size urea (urea yang diinginkan) Under size urea (urea ukuran kecil) Gumpalan urea dikirim ke Dissolving Pit (62-FA-601) melalui chute, dilarutkan ke dalam larutan urea dan dikirim kembali ke Urea Solution Ttank (62FA-201) dengan Dissolving Pit Pump (62-GA-605). Urea yang berukuran besar dikirim ke Over Size Urea Cooler (62-EC-602) dan didinginkan dengan udara. Setelah pendinginan, urea yang berukuran besar tadi dipecahkan dengan Urea Crusher (62-FH-601 A/B). Urea produk yang diinginkan (product size urea) didinginkan sampai kurang dari 50oC dengan udara didalam Urea Product Cooler (62-EC-601) dan dikirim ke battery limit dengan Urea Product Conveyor (62-JD-604). Sebagian kecil dari product size urea dikirim ke Urea Crusher dan dipecahkan sebagai urea inti untuk mengontrol jumlah urea inti. Urea ukuran kecil dimasukkan ke Urea Recycle Hopper (62-FE-601) dan dikembalikan ke granulator sebagai urea inti untuk pembuatan urea granule selanjutnya. Urea inti terdiri dari urea ukuran besar yang telah dipecahkan, urea product size yang telah dipecahkan, dan urea ukuran kecil yang dikembalikan secara bersamaan ke granulator oleh Recycle Weigher (62-JF-602) dengan rasio antara 0,5 sampai 1,0. 2.2.4 Seksi Recovery Gas-gas ammonia dan CO2 yang telah dipisahkan pada seksi purifikasi diserap dan didaur ulang didalam dua tingkat absorber, yakni HP Absorber (62-EA401 A,B) dan LP Absorber (62-EA-402), menggunakan proses kondensat sebagai penyerap (absorbent), sebelum dikembalikan ke seksi sintesa.

18 Gas dari bagian atas LP Dekomposer (62-DA-202) pada seksi purifikasi dikirim ke LP absorber, yang dioperasikan pada tekanan 2.3 kg/cm2G dan temperatur 45oC, untuk penyerapan ammonia dan CO2 dengan sempurna. Sedangkan gas dari bagian atas HP Decomposer (62-DA-201) dikirim ke HP Absorber, yang dioperasikan pada tekanan 16.8 kg/cm2G dan temperatur 104oC, gas dikondensasikan dan diserap dengan sempurna oleh larutan dari LP absorber. Panas yang dihasilkan dalam proses penyerapan pada HP absorber diserap oleh larutan di dalam vakum konsentrator dengan mensirkulasikan larutan urea dan digunakan sebagai sumber panas untuk

memekatkan larutan urea. Larutan karbamat yang terbentuk didalam HP absorber didaur ulang ke karbamat kondenser dan scrubber.

2.2.5 Seksi Proses Pengolahan Kondensat Seksi ini berfungsi untuk mendaur ulang gas-gas sisa sebelum di buang ke atmosfir serta mendaur ulang kondensat sebelum dimamfaatkan lagi di utilitas. Seksi ini di bagi menjadi dua sistem yaitu : 2.2.5.1 Vacuum Generation System Air yang diuapkan pada tekanan vakum dibawah 100 mmHgA di final separator dikirim ke First Surface Vondenser (62-EA-501) untuk kondensasi. Uap yang tidak terkondensasi didalam First Surface Condenser dimasukkan ke Second dan Third Surface Condenser (62-EA-502 dan 503) oleh Ejector (62-EE-502/503). Air yang diuapkan pada tekanan vakum dibawah 150 mmHgA di vakum konsentrator dikirim ke Second Surface Condenser (62-EA-502). Sedangkan uap yang di flash dari Flash Separator (62-FA-302) dimasukkan ke Third Surface Condenser (62-EA-503). Gas yang tidak terkondensasi dari Second Surface Condenser dihisap oleh Third Ejector (62-EE-503) ke tekanan atmosfir untuk pencucian memakai proses kondensat dalam final absorber untuk merecover gas-gas ammonia dan CO2 sebelum gas-gas tersebut dilepaskan ke atmosfir. 2.2.5.2 Process Condensate Treatment System

19 Proses kondensat dari First Surface Condenser (62-EA-501), yang di kumpulkan secara terpisah didalam Process Condensate Tank (62-FA-501), dikirim ke LP Absorber sebagai make-up penyerap melalui Washing Column (62-DA-401) untuk pencucian atau pembersihan vent gas dari HP Absorber. Sedangkan proses kondensat dari Second dan Third Surface Condenser, diumpankan ke Process Condensate Stripper (62-DA-501). Kondensat dilepaskan atau dipisahkan dari ammonia dan CO2 dengan memakai steam stripping dalam process condensate stripper. Gas dari bagian atas dikirim ke LP Decomposer seksi purifikasi. Dari middle stage process condensate stripper, kondensat dipompakan ke Urea Hydrolyzer (62-DA-502) yang dioperasikan pada tekanan 23 Kg/cm2G dan temperatur 210oC. Proses kondensat dari urea hydrolyzer diumpankan lagi ke bagian bawah process condensate stripper untuk melepas ammonia dan CO2. Proses kondensat yang bersih setelah pengolahan mengandung residual urea dan ammonia maksimal 5 ppm sebelum dikembalikan ke unit utilitas. 2.3 Utilitas Unit Utilitas merupakan unit penunjang bagi unit-unit yang lain dalam suatu pabrik atau sarana penunjang untuk menjalankan suatu pabrik dari tahap awal sampai produk akhir. Pada PT. Pupuk Iskandar Muda, pabrik Utilitas meliputi : a. b. c. d. e. f. g. h. Unit water intake. Unit pengolahan air. Unit pembangkit uap (steam). Unit pembangkit listrik. Unit udara instrumen dan udara pabrik. Unit pemisahan udara (ASP). Unit pengukuran gas (gas metering station). Unit pengolahan air buangan. Unit Water Intake Sumber air untuk pabrik, perkantoran dan perumahan PT. Pupuk Iskandar Muda diambil dari sungai Peusangan (Kabupaten Bireuen) yang jaraknya sekitar 25 km dari lokasi pabrik. Luas Daerah Aliran Sungai Peusangan adalah 2.260 km2 dan

2.3.1

20 sebagian besar terletak dikabupaten Aceh Tengah. Air ini dipompa dengan laju alir normal sebesar 700 sampai 800 ton/jam pada tekanan minimum 2 kg/cm2G. Pada fasilitas water intake terdapat tiga unit pompa, dimana setiap pompa memiliki kapasitas 1.250 ton/jam dan dilangkapi dengan : a. Water Intake Channel, merupakan suatu kolam yang disekat sehingga berbentuk saluran (channel), serta dilengkapi dengan bar screen yang berfungsi untuk menyaring benda-benda kasar terapung yang mungkin ada di tempat penyadapan terutama di bangunan sadap

sungai, agar tidak mengganggu proses pengolahan air berikutnya. b. Intake Pond, merupakan suatu kolam dengan ukuran 27.900 x 7.600 m2 yang berfungsi untuk menampung air yang telah disadap dari sumber dan digunakan sebagai bahan baku. Air tersebut dialirkan ke Settling Basin (bak pengendapan) dengan menggunakan pompa. c. Settling Basin, berfungsi untuk mengendapkan partikel-partikel kasar secara gravitasi dan mengatur aliran yang akan ditransmisikan, basin dibagi menjadi lima channel dan secara bergantian sebuah channel dibersihkan dan diambil lumpurnya. Air yang berasal dari fasilitas Water Intake kemudian dialirkan ke dalam instalasi pengolahan air di PT. Pupuk Iskandar Muda dan PT. Asean Aceh Fertilizer dengan laju alir 1.650 ton/jam.

2.3.2

Unit Pengolahan Air Kebutuhan air di pabrik diperlukan untuk bahan baku dan pembantu proses

yaitu dalam bentuk Filter Water dan Demin Water atau Polish Water, disamping itu diproduksi pula Potable Water sebagai air minum. 2.3.2.1 Clarifier Clarifier (63-FD-1001) berfungsi sebagai tempat pengolahan air tahap pertama yaitu proses penjernihan air untuk menghilangkan zat padat dalam bentuk suspensi dengan jalan netralisasi, sedimentasi, koagulasi, dan filtrasi. Clarifier mempunyai kapasitas 1330 ton/jam sedangkan kebutuhan air baku masuk clarifier adalah 600 sampai 800 ton/jam (normal). Pada inlet clarifier

21 diinjeksikan bahan-bahan kimia yaitu alum sulfat, klorin, soda kaustik, sedangkan coagulant aid ditambahkan ke dalam clarifier. Fungsi dari bahan-bahan kimia tersebut adalah : a. Alum Sulfat (Al2(SO4)3) Berfungsi untuk membentuk gumpalan dari partikel yang tersuspensi dalam air. Bila alum dikontakkan dengan air maka akan terjadi hidrolisa yang menghasilkan alumunium hidroksida (Al2(SO4)3) dan asam sulfat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Al2(SO4)3 . 18 H2O + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 3H2SO4 + 18 H2O Gumpalan Al(OH)3 yang berupa koloid akan mengendap bersama kotoran lain yang terikut ke dalam air dan H2SO4 akan mengakibatkan air bersifat asam. Penambahan alum tergantung pada turbiditi dan laju alir air umpan baku. b. Soda Kaustik (NaOH) Berfungsi untuk menetralkan air akibat penambahan alum sehingga PHnya berkisar antara 6 sampai 8. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : H2SO4 + NaOH c. Klorin (Cl2) Tujuan utama penambahan zat klorin adalah untuk mematikan mikroorganisme dalam air, disamping itu juga untuk mencegah tumbuhnya lumut pada dinding clarifier dan akan mengganggu proses selanjutnya. d. Coagulant Aid (Polymer) Berfungsi untuk mempercepat proses pengendapan, karena dengan penambahan bahan ini akan membentuk flok-flok yang lebih besar sehingga akan lebih mudah dan cepat mengendap. Clarifier dilengkapi dengan agitator dan rake yang berfungsi sebagai pengaduk, keduanya bekerja secara kontinyu. Agitator berfungsi untuk mempercepat terjadinya flok-flok dan bekerja dengan kecepatan 1,05 sampai 4,2 rpm. Sedangkan rake berfungsi mencegah agar flok-flok (gumpalan lumpur) tidak pekat di dasar clarifier dan bekerja dengan kecepatan 0,033 rpm. Kotoran-kotoran yang mengendap bersama lumpur (sludge) dikeluarkan dari bawah clarifier sebagai blow down, sedangkan air jernih dari clarifier keluar lewat over flow. Na2SO4 + 3 H2O

22 2.3.2.2 Saringan Pasir (Gravity Sand Filter) Air yang jernih dari Clarifier dialirkan ke Gravity Sand Filter (63-FD-1002) secara gravitasi. Gravity sand filter terdiri atas 5 (lima) unit yaitu empat service dan satu unit siaga (stand by). Komponen utama dari saringan pasir adalah pasir

yang ukurannya berbeda-beda. Saringan pasir bekerja kontinyu, jika kotoran-kotoran menggumpal atau lumpur yang sudah terlalu tebal di saringan, maka akan dilakukan back wash secara berkala. 2.3.2.3 Filter Water Reservoir Air dari saringan pasir ditampung di Filter Water Reservoir (63-FB-1006), kemudian dibagi ketiga tangki yaitu : a. Potable Water Tank (63-FB-1002) Digunakan untuk mendistribusikan air yang telah memenuhi persyaratan air minum ke perumahan, kantor, kapal, dan emergency shower. b. Filter Water Tank (63-FB-1008) Digunakan sebagai fire water, make up Cooling Water dan back wash.

c. Recycle Water Tank (63-FB-1008) Digunakan sebagai air umpan demin. Air ini diproses lagi untuk menghasilkan air yang bebas mineral dan akan digunakan sebagai air umpan Boiler. 2.3.2.4 Saringan Karbon Aktif (Activated Carbon Filter) Air dari Recycle Water Tank (63-FB-1008) dialirkan ke dalam Activated Carbon Filter (63-FB-1003) untuk menyerap CO2 terlarut dalam air dan zat-zat organik yang ada dalam filter water, serta residual klorin dari air sebelum masuk ke sistem Deionisasi (Demineralizer). 2.3.2.5 Demineralizer Unit ini berfungsi untuk membebaskan air dari unsur-unsur silika, sulfat, klorida dan karbonat dengan menggunakan resin, unit ini terdiri dari : a. Cation Tower (63-DA-1001) Proses ini bertujuan untuk menghilangkan unsur-unsur logam yang berupa ionion positif yang terdapat dalam filter water dengan menggunakan resin kation RSO3H (tipe Dowex Upcore Mono A-500). Proses ini dilakukan dengan melewatkan air melalui bagian bawah, dimana akan terjadi pengikatan logam-

23 logam tersebut oleh resin. Resin R-SO3H ini bersifat asam kuat, karena itu disebut asam kuat cation exchanger resin. Reaksi yang terjadi adalah : CaCl2+ 2R – SO3H MgCl2+ 2R – SO3H NaCl2+ 2R – SO3H CaSO4+ 2R – SO3H MgSO4+ 2R – SO3H NaSO4+ 2R – SO3H Na2SiO4+ 2R – SO3H CaCO3+ 2R – SO3H b. Degasifier (63-DA-1002) Degasifier berfungsi untuk menghilangkan gas CO2 yang terbentuk dari asam karbonat pada proses sebelumnya, dengan reaksi sebagai berikut : H2CO3 H2O + CO2 Proses Degasifier ini berlangsung pada tekanan vakum 740 mmHg dengan menggunakan steam ejektor, di dalam tangki ini terdapat netting ring untuk memperluas bidang kontak antara air yang masuk dengan steam bertekanan rendah yang diinjeksikan. Sedangkan outlet steam ejektor dikondensasikan dengan injeksi air dari bagian atas dan selanjutnya ditampung dalam seal pot sebagai umpan Recovery Tank. c. Anion Tower (63 -DA-1003) Berfungsi untuk menyerap atau mengikat ion-ion negatif yang terdapat dalam air yang keluar dari Degasifier. Resin pada anion exchanger adalah R=NOH (Tipe Dowex Upcore Mono C-600). Reaksi yang terjadi adalah : H2SO4 + 2 R = N – OH HCl H2SiO3 H2CO3 HNO3 + R = N – OH + 2 R = N – OH + R = N – OH + R = N – OH (R = N)2SO4 R = N – Cl + 2 H2O + H2O

(R – SO3)2Ca

+ 2 HCl

(R – SO3)2Mg + 2 HCl (R – SO3)2Na + 2 HCl (R – SO3)2Ca + 2 HSO4 (R – SO3)2Mg + 2 HSO4 (R – SO3)2Na + 2 HSO4 (R – SO3)2Na + 2 HSiO4 (R – SO3)2Ca + 2 HCO3

(R = N)2SiO3 + 2 H2O R = N – CO3 + H2O R = N – NO3 + H2O

24 Reaksi ini menghasilkan H2O, oleh karena itu air demin selalu bersifat netral. Air Ω keluar tangki ini memiliki pH 7,5 sampai 8,5 konduktifitas kurang dari 3 µ .

d. Mix Bed Polisher (63-DA-1004) Berfungsi untuk menghilangkan sisa-sisa logam atau asam dari proses sebelumnya, sehingga diharapkan air yang keluar dari mix bed polisher telah bersih dari kation dan anion. Di dalam mix bed polisher digunakan dua macam resin yaitu resin kation dan resin anion yang sekaligus keduanya berfungsi untuk menghilangkan sisa kation dan anion, terutama natrium dan sisa asam sebagai senyawa silika dengan reaksi sebagai berikut : Reaksi Kation : Na2SiO3 + 2 R – SO3H Reaksi Anion : Na2SiO3 + 2 R = N - OH 2 RSO3Na + H2SiO3 Air yang telah bebas mineral tersebut dimasukkan ke Polish Water Tank (53-FB1004) dan digunakan untuk air umpan boiler. 2.3.3 Unit Pembangkit Uap Pada Unit Utilitas, sumber pembangkit uap yang digunakan untuk kebutuhan operasi adalah Package Boiler (63-BF-4001). Air dari Polish Water Tank (63-FB1004) dimasukkan ke dalam Deaerator (63-EG-4001) untuk menghilangkan gas CO2 dan O2 terlarut yang menyebabkan korosi. Di deaerator juga diinjeksikan hydrazine (N2H4) untuk mengikat gas O2 yang terdapat dalam air. Reaksinya adalah sebagai berikut : N2H4 + O2 dari boiler feed water. Package boiler dengan kapasitas 120 ton/jam, tekanan 41 kg/jam2G dan temperature 385oC menggunakan panas yang berasal dari pembakaran fuel gas. Sistem operasinya adalah air yang dari Deaerator masuk ke Economizer (63-EC4001) lalu dialirkan ke steam drum, dalam steam drum diinjeksikan Na3PO4 untuk mengikat komponen hardness serta untuk menaikkan pH air boiler. Sirkulasi antara 2 H2O + N2 Pada outlet Deaerator juga diinjeksikan ammonia yang berfungsi untuk mengatur pH 2 RSO3Na + H2SiO3

25 steam drum dan coil-coil pemanas berlangsung secara alami karena perbedaan berat jenis air dalam pipa. Uap yang dihasilkan oleh Package Boiler digunakan pada pabrik utilitas, pabrik urea, sedangkan pabrik ammonia hanya pada saat tertentu. 2.3.4 Unit Pembangkit Listrik Untuk memenuhi kebutuhan listrik, pabrik PT. Pupuk Iskandar Muda mensupply listrik dan beberapa generator sebagai sumber tenaga pembangkit listrik yang dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a. Main Generator (63-EG-7001) Generator ini merupakan generator utama sumber tenaga listrik di utilitas pada pabrik Pupuk Iskandar Muda 2, yang digerakkan dengan turbin berbahan bakar gas alam, fungsinya adalah untuk menyalurkan listrik ke seluruh pabrik dan perumahan. Daya : 20 MW Tegangan : 13,8 KV

b. Main Generator (53-GI-7001) Generator ini merupakan generator utama sumber tenaga listrik di utilitas pada pabrik Pupuk Iskandar Muda 1, yang digerakkan dengan turbin berbahan bakar gas alam, fungsinya sama dengan main generator (63-EG-7001) dan hanya salah satu main generator saja yang beroperasi. Daya : 15 MW Tegangan : 13,8 KV c. Standby Generator (53-GI-7002) Merupakan generator pendamping, dioperasikan apabila terjadi gangguan pada main generator. Bahan bakarnya bisa solar atau gas alam. Daya : 1,5 MW Tegangan : 2,4 KV

26 d. Emergency Generator (53-GH-7001) Merupakan generator cadangan, yang dipakai dalam keadaan mendadak apabila terjadinya gangguan pada main generator dan pada saat peralihan ke standby generator. Daya : 350 KW Tegangan : 480 V 2.3.5 Unit Udara Instrumen dan Udara Pabrik Kebutuhan udara pabrik saat awal pabrik dioperasikan serta pada saat emergensi, yaitu dengan Kompresor Udara (63-GB-5001), setelah pabrik beroperasi udara diambil dari Kompresor Udara Ammonia (51-101-J) dengan tekanan 35 kg/cm2G. Udara ini masih belum kering atau murni maka dikeringkan pada dryer untuk menghilangkan kandungan air dengan menggunakan Silika Alumina Gel (silicagel). Fungsi dari udara instrument antara lain : - Menggerakkan Pneumatic Control Valve. - Purging di Boiler. - Flushing di Turbin. Fungsi dari

udara pabrik antara lain : - Flushing jaringan pipa. - Mixing tangki kimia pengantongan urea. - Pembakaran di Burning pit. 2.3.6 Unit Pemisahan Udara Pada prinsipnya unit pemisahan udara (N2 dan O2) ini bekerja berdasarkan titik cairnya. Udara baku disaring melalui filter kemudian dimampatkan dengan kompresor udara sampai tekanan 41oC untuk memisahkan moisture (kandungan air) dari udara, pendinginan dilanjutkan dalam Precooler Unit sampai temperatur 5oC. Udara yang telah mengembun dikeluarkan lewat drain separator dan dialirkan ke MS Adsorben untuk menyerap CO2 dan H2O, kemudian udara ini dialirkan ke dalam cool box. Pada cool box N2 dan O2 dipisahkan dengan tiga macam metode, yaitu :

- Metode I adalah produksi N2 gas, maksimal 300 Nm3/hr. - Metode II adalah produksi N2 cair, maksimal 50 Nm3/hr.

27

- Metode III adalah produksi O2 gas, maksimal 75 Nm3/hr. 2.3.7 Unit Pengukur Gas Berfungsi untuk mengukur banyaknya gas alam yang dikonsumsi oleh pabrik, yaitu dipakai oleh pabrik utilitas (untuk menghasilkan steam dan sebagai bahan bakar generator), serta banyaknya gas alam yang dipakai oleh pabrik ammonia (untuk proses dan bahan bakar). Indikasi pengukur laju alir gas alam terdapat di lapangan dan diruang kontrol yang mengukur laju alir, tekanan, temperatur, dan densitas. 2.3.8 Unit Pengolahan Air Buangan Untuk menghindari pencemaran terhadap lingkungan, maka buangan dari proses produksi diolah terlebih dahulu sebelum dibuang. Unit penampungan air limbah ini terdiri dari Waste Water Pond (WWP) dan Kolam Penampungan dan Pendalian Limbah (KPPL). 2.3.8.1 Kolam Air Limbah (WWP) Kolam air limbah ini merupakan unit penampungan limbah yang berasal dari : a. Tangki netralisasi pada unit demineralizer. b. Tangki slurry pada unit pengolahan air. c. Pabrik ammonia. d. Pabrik urea. Air limbah tersebut dinetralkan dengan menambah acid atau caustic sampai mencapai pH 6 sampai 8, kemudian dikirim oleh pompa transfer. Setelah pH air buangan netral, air limbah tersebut dibuang ke laut. 2.3.8.2 Kolam Penampungan dan Pengendalian Limbah Kolam Penampungan dan Pengendalian Limbah (KPPL) mempunyai kapasitas 5.250 M3. Fungsi dari KPPL adalah untuk mengatur komposisi air limbah dan kecepatan buangannya, untuk mengurangi jumlah padatan terlarut dengan cara pengendapan dan menampung limbah (air buangan) pada saat pabrik sedang beroperasi dan melepaskan ammonia yang terlarut dalam air limbah.

28 2.4 Unit Penunjang Produksi Pabrik PT. Pupuk Iskandar dilengkapi dengan unit penunjang produksi, diantaranya : a. Unit Pelabuhan PT. Pupuk Iskandar Muda mampu disandari kapal-kapal curah berbobot mati sampai 25.000 DWT. Kedalaman rata-rata 10,5 meter pada saat air surut dan dilengkapi dengan sarana untuk membuat pupuk curah ke dalam kapal (Ship Loader), serta sarana air minum dan sarana navigasi. b. Gudang urea curah lengkap dengan portal scrapper dan ban berjalan. c. Laboratorium pengendalian proses produksi yang berada di unit utiliti, unit ammonia dan unit urea. d. Laboratorium utama yang selalu memeriksa mutu hasil produksi dan memonitor limbah. e. Perbengkelan yang menunjang pemeliharaan pabrik dan bengkel perbaikan alatalat berat dan kendaraan.

29 BAB III TUGAS KHUSUS PERFORMANCE REAKTOR SINTESIS UREA (52-DC-101) 3.1 Latar Belakang Permasalahan Reaktor urea (52-DC-101) adalah suatu bejana berupa vessel

tegak lurus dengan 9 baffle plate dibagian dalam untuk menghindari back missing dan bagian dalam nya dilapisi dengan 316L Stainless Steel Urea Grade. Reaktor sintesis urea (52-DC-101) pada sintesis PT. Pupuk Iskandar Muda telah beroperasi selama 25 tahun, desain waktu operasi selama 20 tahun, sehingga sekarang beroperasi lebih 5 tahun dari desain waktu operasi. Oleh karena itu di khawatirkan tidak dapat beroperasi maksimum sesuai desain. Disamping itu beberapa tahun terakhir pabrik sering tidak beroperasi secara maksimal dikarenakan kendala bahan baku yang kurang memadai. Reaktor sintesis urea (52-DC-101) pada seksi sintesa telah mengalami korosif pada bagian yang telah dilapisi dengan logam titanium akibat dari temperatur operasi yang sangat tinggi dan sifat kimia dari urea yang korosif. 3.2 Perumusan Masalah Reaktor urea suatu alat yang terpenting dalam sintesa urea. Berfungsi untuk mereaksikan NH3 dan CO2 menjadi urea. Reaktor urea sangat rentan mengalami korosif terutama bagian dalam shell akibat dari temperatur operasi yang sangat tinggi dan sifat kimia yang corosifable. Konversi kesetimbangan CO2 merupakan suatu hal yag sangat penting untuk menilai bagaimana kinerja (Performance) reaktor urea dalam mengubah CO2 dan NH3 menjadi urea. Kesempurnaan reaksi pada reaktor untuk mengkoversi CO2 menjadi urea sangat dipengaruhi oleh komposisi dari umpan yang masuk reaktor ditentukan oleh kemurnian NH3, CO2 dan komposisi recycle carbamat. NH3 dan CO2 yang didapat dari pabrik ammonia telah mengalami perubahan persentase kemurnian. Begitu juga halnya dengan komposisi recycle carbamat. Komposisi recycle sangat dipengaruhi oleh kondisi operasi di recovery urea.

30 3.3 Tujuan Tugas Khusus Hasil yang diinginkan dari penyelesaian tugas khusus ini adalah diperolehnya gambaran maupun kemampuan kerja reaktor sintesis urea pada seksi sintesa PT.PIM, krueng geukuh - Aceh Utara. Seterusnya hasil perhitungan yang di dapat merupakan dasar untuk menentukan efisiensi kerja dari alat,masih akurat atau tidak. 3.4 3.4.1 Landasan Teori Pembuatan Urea Reaksi pembentukan urea pada reaktor berlangsung berlangsung pada suhu dan tekanan yang tinggi. Reaksi berlangsung dua tahap, yaitu: 1. Tahap pertama merupakan reaksi eksotermis yang kuat, yaitu reaksi antara ammonia dan karbon dioksida membentuk larutan karbamat. Reaksi ini berlangsung sangat cepat dan perlu dijaga tekanannya pada 250 kg/cm2.G dengan temperature 200 oC. Reaksi : 2NH3 + CO2 dehidrasi NH2COONH4 2. Tahap kedua merupakan reaksi endotermis, reaksi ini adalah reaksi ammonium carbamat menjadi urea. NH2CONH2 + H2O Reaksi : NH2COONH4

Kedua reaksi diatas adalah reversibel dan secara keselusuhan adalah reaksi eksotermis. Oleh karena itu temperatur reaktor sangat perlu diperhatikan. Oleh karena itu temperatur reaktor sangat perlu diperhatikan. Untuk menjaga kondisi reaksi perlu dilakukan pengontrolan dengan cara mengkombinasi faktor-faktor berikut : a. Menginjeksikan ammonia belebih kedalam reaktor, selain untuk menjaga temperatur reaktor injeksi ammonia berlebih juga memperkecil kemungkinan terbentuknya biuret. b. Pengembalian larutan recycle karbamat ke reaktor. c. Pemanasan pendahuluan ammonia cair yang masuk reaktor. 3.4.2 Kesetimbangan dan Kecepatan Reaksi Umumnya reaksi kimia adalah reaksi reversibel K1 A+B K2 C+D

31

Kecepatan reaksi kekanan : rc = K1 . CA . CB Kecepatan reaksi kekiri Dimana : C = konsentrasi Bila kecepatan reaksi pembentukan sama dengan reaksi penguraian maka reaksi tersebut berada dalam keadaan setimbang. rc = -rc K1 . CA . CB = K2 . CC . CD K1 / K2 = (CC . CD ) / (CA .

CB ) = K Dimana K = ketetapan kesetimbangan aA + bB cC dD (CC . CD ) / (CA . CB ) = K Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kesetimbangan reaksi yaitu : a. Temperatur Apabila temperatur dinaikkan maka kesetimbangan akan bergeser kearah reaksi endotermis. Reaksi : 2NH3 + CO2 NH2COONH4 Kenaikan suhu akan mengakibatkan reaksi bergeser kekiri, akibatnya : 2NH3 dan CO2 bertambah sedangkan NH2COONH4 berkurang, tetapan setimbangan menjadi kecil. b. Konsentrasi Apabila konsentrasi dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah lawan penambahan konsentrasi tersebut. Reaksi : 2NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + N2 Bila NH3 ditambahkan maka reaksi akan bergeser kearah kiri, sehingga lebih banyak urea dan penambahan biuret lebih kecil. c. Volume dan Tekanan Dengan bertambahnya tekanan maka volume akan mengecil. Reaksi akan bergeser kearah molekul yang kecil. 2A bergeser kearah B. B Penambahan tekanan akan mengakibatkan kesetimbangan reaksi : -rc = K2 . CC . CD K = konstanta kecepatan reaksi

32 d. Katalisator Katalisator memberikan efek yang sama pada reaksi pembentukan dan reaksi penguraian. Jadi katalisator tidak mempengaruhi kesetimbangan reaksi. 3.4.3 Persamaan Kimia dan Stoikiometri Dari suatu persamaan kita dapat mengetahui data kualitas dan kuantitatif yang sangat penting untuk perhitungan proses kimia. Stoikiometri menyangkut perbandingan jumlah unsur dan senyawa yang bereaksi dengan jumlah yang tepat, perbandingan identik dengan perbandingan koefisien yang diperoleh dari persamaan reaksi. Reaksi-reaksi dibidang industri jarang sekali yang stoikiometri, maka sering digunakan reaktan berlebih. Kelebihan ini keluar bersamaan hasil reaksi, atau terpisah dapat digunakan kembali. Walaupun terjadi penambahan reaktan agar reaksi bisa stoikiometri, tetap saja reaksi berlangsung tidak secara sempurna sehingga ada zat yang tidak bereaksi. Besarnya zat yang bereaksi disebut konversi. 3.4.4 Derajat Konversi Kesetimbangan Konversi merupakan suatu parameter yang menunjukkan berapa banyak suatu zat yang bereaksi. Konversi adalah bagian dari reaktan atau zat tertentu didalam umpan yang berubah manjadi hasil. Contoh : A + B AB XA = ( NAO – NA ) / NAO Dimana : XA = Derajat Konversi Kesetimbangan NAO = mol A sebelum reaksi NA = mol A setelah bereaksi 3.4.5 Kapasitas Panas Kapasiatas panas suatu zat adalah panas yang dibutuhkan oleh zat tersebut untuk menaikkan panas sebesar satu derajat untuk tiap satuan massa zat tersebut. panas spesifik adalah rasio kapasitas panas suatu zat dengan kapasitas air yang memiliki massa yang sama. Pada tekanan yang tetap persamaan dapat berupa : dQ = m Cp dT dimana m = jumlah mol zat atau jumlah massa zat Cp = kapasitas panas

33 dQ = panas yang harus ditambahkan agar terjadi perubahan suhu sebesar dT dT = perubahan suhu 3.4.6 Neraca Massa Neraca massa merupakan banyaknya perincian bahan-bahan yang masuk, keluar dan terakumulasi pada suatu sistem. Prinsip utama neraca massa adalah hukum kekekalan massa (Hk. Lavoiser), yaitu dalam suatu reaksi kimia jumlah massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Hal ini dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : Massa yang masuk – massa yang keluar = massa yang terakumulasi Pada keadaan tunak (steady state) aliran laju massa dan kondisi adalah tetap, tidak tergantung pada waktu. Pada kondisi tunak massa yang terakumulasi sangat kecil sehingga dapat diabaikan (akumulasi = 0), maka akan didapat persamaan berikut : Massa masuk reaktor = massa keluar reaktor Dari perhitungan neraca massa dapat diketahui berapa banyak bahan baku yang dibutuhkan pada suatu pabrik untuk menghasilkan sejumlah produk tertentu. Langkah-langkah pembuatan neraca massa : 1. Menggambarkan diagram proses dengan aliran-aliran yang diperlukan. 2. Menentukan batasan-batasan dan data yang diperlukan pada diagram tersebut. 3. Membuat anggapan sebagai basis

parameter atau dasar pengukuran dalam perhitungan. 4. Memeriksa apakah ada komposisi atau massa pada tiap aliran yang dapat langsung diketahui atau dihitung. 5. Bila jumlah besaran yang tidak diketahui akan dihitung maka besaran tersebut harus disesuaikan dengan jumlah persamaan neraca yang ada. 6. Bila jumlah besaran neraca massa yang diketahui melebihi, maka diambil persamaan yang dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut. 7. Menulis persamaan massa komponen bila dijumlahkan sama dengan neraca massa total dari perhitungan.

34 Hal-hal yang perlu diperhatikan sebelum melakukan perhitungan melakukan perhitungan neraca massa total antara lain: 1. Jika tidak ada reaksi kimia, neraca massa dapat didasarkan pada senyawa yang mempunyai komposisi tetap. 2. pada persamaan tanpa reaksi kimia penggunaan satuan berat lebih memudahkan dalam perhitungan. Sedangkan untuk proses dengan reaksi kimia lebih baik digunakan satuan mol.

3.5 3.5.1

Data Spesifikasi Alat Reaktor Urea Sintesis (52-DC-101) Fungsi Tipe Kapasitas Material Desian temperature Desain Tekanan : untuk mengreaksikan NH. Dan CO2 menjadi urea : vertical : 2.170 ID x 29,700 H : SHW 50 + Ti Lining : 230oC : 263 kg/ cm2G

3.5.2 CO2 Booster Compressor (52-GB-101) Fungsi Tipe Kapasitas 3.2 pada halaman 35. Kondisi desain operasi Kecepatan normal Kecepatan kritis kedua : 8850 Rpm : 17120 Rpm Kecepatan kritis pertama : 4083 Rpm : Menaikkan tekanan CO2 dari 0.7 kg/cm2G menjadi 30 kg/cm2G : Centrifugal - VSSGOF : 28081 NM3/Hr

CO2 Booster Compressor ter bagi atas 2 buah dapat dilihat pada tabel 3.1 dan

Tabel 3.1 Kondisi Operasi Suction CO2 Booster Compressor

35 Suction Tingkat Pertama Tingkat Kedua Tekanan 0,5 kg/cm2G 3,45 kg/cm2G Temperatur 154 oC 42 oC 42 oC

Tingkat Ketiga 11,41 kg/cm2G Sumber : Urea Handbook, 1958

Tabel 3.2 Kondisi Operasi Discharge CO2 Booster Compressor Discharge Tingkat Pertama Tingkat Kedua Tekanan 4,01 kg/cm2G 11,01 kg/cm2G Temperatur 154 oC 154 oC 142 oC

Tingkat Ketiga 30,0 kg/cm2G Sumber : Urea Handbook, 1958

3.5.3

Turbin uap CO2 Booster Compressor (52-GB-101-T) Fungsi Tipe Kapasitas Material Cassing Internal Kondisi Uap Temperatur Tekanan Asupan Desain Tekanan : 380 oC : 38 kg/cm2G : 21,13 ton/Jam : 263 kg/ cm2G : cast stell / cast iron : carbon stell / 13% cr still : untuk menggerakkan CO2 Booster Compressor : Condensing Turbine : 28081 Nm3/Jam

3.4.1 Pompa Ammonia Cair (52-GA-101) Fungsi Tipe Kapasitas Total Head : menaikkan tekanan NH3 dari 30 kg/cm2G menjadi 250 kg/cm2G : Multistages Centrifugal : 178 m3/jam : 4000 m

36 Material Cassing Internal Kodisi desain operasi Suction Discharge Pump speed : 24,5 21 kg/cm2G and 37 oC : 260 kg/cm2G : 6700 Rpm : carbon stell / 13% Cr : 13% Cr stell

Flow suction : 70 m3/Jam (minimum)

3.4.2 Turbin Uap untuk pompa ammonia cair (52-GA-101-T) Fungsi Tipe Material Cassing Internal Kodisi Uap Temperatur masuk : 380 oC Tekanan masuk Tekanan Keluar Asupan Kodisi Desain Operasi Kecepatan Normal : 6700 Rpm 3.4.3 Pompa Recycle Carbamat (52-GA-102) Fungsi Tipe Kapasitas Total Head Material Cassing Internal : carbon stell / 13% Cr : 13% Cr stell : menaikkan tekanan recycle carbamat dari 30 kg/cm2G menjadi 250 kg/cm2G : Multistages Centrifugal – 8 stages : 85 m3/Jam : 2053 m : 38 kg/ cm2G : 0,3 kg/ cm2A : 12,52 ton/Jam : cast stell / cast iron : carbon stell / 13% cr still : Untuk menggerakkan pompa ammonia cair : Condensing Turbine

37 Kodisi desain operasi Suction Discharge Pump speed : 24,5 21 kg/cm2G and 37 oC : 260 kg/cm2G : 6700 Rpm

Flow suction : 70 m3/Jam (minimum)

3.4.4 Turbin Uap untuk Pompa Recycle Carbamat (52-GA-101-T) Fungsi Tipe Kapasitas Total Head Material Cassing Internal Kodisi Uap Temperatur masuk : 380 oC Tekanan masuk Tekanan Keluar Asupan : 38 kg/ cm2G : 0,3 kg/ cm2A : 12,52 ton/Jam : CastSteel / Cast iron : carbon stell/ 13% Cr stell : Untuk menggerakkan pompa recycle carbamat : Condusing Turbine : 178 m3/Jam : 4000 m

BAB IV DATA DAN HASIL PENGOLAHAN DATA

38

4.1 Data Pengamatan Dari data pengamatan untuk reaktor urea dan umpan masuk reaktor pada kondis operasi tanggal 14 Agustus 2007 maka, diperoleh hasil sebagai berikut. Tabel 4.1 Data Reaktor Urea (52-DC-101) Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 item PRCA-101 Waktu Desain 00.00 08.00 16.00 22.00 Ratarata Press (kg/cm2) 235-240 238 238 238 238 238 Opening (%) 70-90 78 78 76 77 77.25 Bottom (oC) 180-190 181,1 182,1 181,1 184,1 182,08 Top (oC) 199202 199,6 199,7 199,5 199,1 199,48 52-DC-101 TR-101 NH3 In (oC) 65-90 82,0 80,8 81,4 80,9 81,28 Linning (oC) 180190 183,3 183,8 179,5 182,5 182,28 Shell (oC) 180-190 184,4 184,7 184,4 183,6 187,28 CO2 In (oC) 130145 136,9 138,0 139,5 138,6 138,25

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.2 Data Sistem CO2 Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 item PIA – 102 (kg/cm2) 0.6 min 0.74 0.73 0.72 0.74 0.73 TI – 102 – 1 (oC) 32–42 39.0 39.2

39.6 39.5 39.33 Sistem CO2 PICA – 903 (kg/cm2 240-260 250 250 250 250 250 FRQ – 101 CO2 to Urea (Nm3/hr) 2600 - 32000 28700 28400 29800 27600 28625 FIC – 203 CO2 to LPD (Nm3/hr) 1200 – 1460 1237 1237 1237 1237 1237

Waktu Desain 00.00 08.00 16.00 22.00 Rata-rata

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

Tabel 4.3 Data Sistem NH3 Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 item Sistem NH3

39 FRC – 105 NH3 in (oC) 95 – 90 80 80 80 80 80

Waktu Desain 02.00 08.00 16.00 22.00 Rata-rata

PIA – 106 (kg/cm2) 24 – 25 24 24 24 24 24

PI – 103 Disc (kg/cm2) 240 – 360 248 248 248 248 248

FRC – 102 NH3 in (T/H) 86 – 110 98 98 96 96 97

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM Tabel 4.4 Data Sistem Karbamat Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 item PIA – 104 (kg/cm2) Waktu Desain 02.00 08.00 16.00 22.00 Rata-rata 24 – 25 24.2 24.2 24.2 24.2 24.23 PIA – 107 Disc (kg/cm2) 240 – 260 245 245 245 245 245 Sistem Carbamat FICA - 106 (kg/cm2 Flow (M3 / Hr) 70 – 90 78 78 76 76 77 Opening 20 20 20 20 20 TI – 102 (oC) 110 max 103.2 103.6 103.3 103.1 103.3

Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM Tabel 4.5 Data Kemurnian Umpan Analisa Laboratorium Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 CO2 NH3 Parameter Analisa % Vol % Vol 00.00 98.00 99.87 08.00 16.00 98.40 98.30 99.87 99.87 99.87 99.87

22.00 98.30 Rata-rata 98.23 Sumber : Data analisa Laboratorium, PT. PIM

Tabel 4.6 Data Komposisi Larutan Recycle Carbamat Menurut Desain Komponen Urea NH3 CO2 Komposisi ( % Wt) 10.1 36.7 33.6

40 H2O Biuret Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM 19.2 0.4

Tabel 4.7 Data Berat Molekul Komposisi Larutan Recycle Carbamat Komponen Ammonia Karbon Dioksida Urea Air Biuret Rumus Kimia NH3 CO2 NH2CONH2 H2O NH2CONHCONH2 Berat Molekul 17 44 60 18 103 78

Karbamat NH2COO NH4 Sumber : Data analisa Laboratorium, PT. PIM

Tabel 4.8 Data Laju Operasi dan Laju Produksi Kondisi Operasi Tanggal 14 Agustus 2007 Rate Operasi (%) Rate Produksi (%) 100.05 100.08 Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM 4.2 Hasil Pengolahan Dari pengolahan data hasil pengamatan yang ada di lapangan, maka diperoleh hasil data perhitungan neraca massa sebagai berikut. Tabel 4.2.1 Data Hasil Perhitungan Neraca Massa (aktual) Komponen Urea NH3 CO2 H2O Biuret F1 (kg/hr) 54934.44 Massa Masuk F2 (kg/hr) 96873.90 126.10 F3 (kg/hr) 8489.10 30836.53 28240.97 16137.70 336.02 84050.36 Massa Kaluar F4 (kg/hr) 90952.80 81042.06 22790.24 4096692 232.78 235984.80

54934.44 97000 Total 235984.80 Sumber : Data hasil perhitungan aktual

41

Tabel 4.2.2 Data Hasil Perhitungan Neraca Massa (Desain) Komponen Urea NH3 CO2 H2O Biuret Massa Masuk F1 (kg/hr) F2 (kg/hr) 50463 95745 F3 (kg/hr) 8239 30058 27536 15707 364 81904 Massa Kaluar F4 (kg/hr) 87930 80700 19655 39575 252 228112

50463 95745 Total 228122 Sumber : Data analisa Operasi, PT. PIM

BAB V PEMBAHASAN Reaktor Urea dioperasikan pada tekanan 283 kg/cm2 dan pada temperatur 199,48 oC. Ditinjau dari hasil perhitungan neraca massa pada reaktor urea, larutan urea yang di hasilkan menurut desain dan menurut aktualnya sangat berbeda. Berdasarkan harga desain besarnya massa larutan urea yang di hasilkan adalah 228112 Kg/jam. Sedangkan berdasarkan harga aktual yang ada dilapangan besarnya massa urea yang dihasilkan adalah 235984.80 Kg/jam. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa urea yang di hasilkan pada kondisi aktual lebih besar bila di bandingkan dengan kondisi desain nya. Hal ini dikarenakan konversi kesetimbangan CO2 lebih kecil pada kondisi aktualnya dibandingkan dengan kondisi desainnya, yaitu pada kondisi aktual sebesar 72.60 % sedangkan pada kondisi desain konversi CO2 sebesar 74.80 %. Diharapkan konversi CO2 sesuai dengan desain agar tidak terjadi perubahan pada hasil produksi dan juga kerusakan – kerusakan pada alat

42 operasi. Dan juga dikarenakan oleh reaktor Urea yang tidak dilengkapi dengan tray sehingga dapat diasumsikan laju akumulasi adalah 0. Selain itu besarnya komponen yang masuk ke reaktor (52 – DC 101) lebih besar pada kondisi aktualnya dibandingkan dengan desainnya. Hal ini disebabkan karena rate operasi lebih besar aktual daripada desain. Demikian juga halnya dengan NH3 yang masuk ke reaktor pada kondisi aktual lebih besar daripada kondisi desain. Pada kondisi aktual dilihat jumlah NH3 yang masuk ke reaktor sebesar 97000 Kg/jam, sedangkan pada kondisi desain sebesar 95745 Kg/Jam. Hal tersebut disebabkan oleh perubahan kemurnian NH3 sebesar 99,87 % yang selebihnya adalah jumlah H2O yang masuk ke reaktor bersama NH3, yang mana jumlah H2O yang ikut masuk bersama NH3 adalah sebesar 126.10 Kg/Jam. Faktor lain adalah penambahan Ammonia berlebih ke dalam reaktor sebanyak 1 mol, yang semulanya adalah 2 mol mak menjadi 3 mol guna memperkecil terbentuknya biuret. Dari segi terbentuknya biuret pada kondisi aktual lebih kecil dan di harapkan lebih kecil dari 1 %. Biuret akan mudah terbentuk pada temperatur di atas 90 oC, maka perlu di perhatikan kelebihan konsentrasi ammonia dalam proses pembentukan urea, karena biuret merupakan racun bagi tanaman Dari perhitungan neraca massa dapat dilihat bahwa jumlah recycle carbamat solution yang masuk ke reaktor adalah lebih tinggi yakni sebesar 84050.36 Kg/Jam pada kondisi aktual.

Sangat jauh berbeda dengan kondisi desainnya yaitu sebesar 81904 Kg/Jam. Hal ini dikarenakan oleh besarnya opening valve rata-rata yang ada pada high pressure absorber cooler adalah 10 % yang mempengaruhi massa recycle yang masuk ke rektor. Sehingga jumlah komponen recycle carbamat yang masuk ke reaktor adalah sebesar 83570.5 Kg/Jam dan juga penambahan jumlah H2O sebesar 480 Kg/Jam, selain itu juga pengaruh mol ratio N/C antar desain dan aktual, pada

43 kondisi desain didapat mol ratio N/C yaitu 4.00 mol sedangkan pada kondisi aktual sebesar 3.76 mol, diharapkan sesuai kondisi desain agar terjadi kesempurnaan konversi CO2 menjadi urea..

44 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan pembahasan dapat diambil kesimpulan antara lain : 1. Pada kondisi aktual lebih banyak dihasilkan urea dibandingkan dengan kondisi desainkarena rate operasi pada kondisi aktual lebih tinggi dibandingkan kondisi desain. 2. Dengan menurunnya mol N/C dari 4.00 mol menjadi 3.76 mol maka reaktor dapat beroperasi di bawah tekanan desain sehingga laju outlet reaktor menurun , dan ini dapat mengurangi laju korosi pada outlet reaktor 3. Berdasarkan jumlah pembentukan urea pada kondisi aktual reaktor urea maka performance reaktor urea layak dioperasikan.

6.2

Saran Dalam pengoperasian agar dilakukan pengontrolan terhadap konversi CO2

agar mempertinggi terbentuknya urea dan juga menjaga mol ratio N/C dan H/C yang tetap sesuai dengan desain.

45 DAFTAR PUSTAKA Anonymous, 1958, Toyo Engineering Coorporation, Technical for Ammonia Plant, Japan, PT. Pupuk Iskandar Muda, Lhokseumawe Anonymous, 1994, Prinsip-prinsip Dasar dan Operasi, PT. Pupuk Iskandar Muda, Lhokseumawe Geankoplis, C.J, 1083, Transport Process and Unit Operations, Second Edition, Allyn and Bacon, Inc, Boston Himmelblau, M. David, 1982, Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering, Fifth Edition, Prentice – Hall International, Inc, New Jersey Keenan, Kleinfelter, Wood, 1986, Kimia Untuk Universitas, Jilid 1, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta McCabe, M.L and Smith, J.E, 1986, Operasi Teknik Kimia, Jilid 1, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta Strelzoff, Samuel, 1981, Technology and Manufacture of Ammonia, John Wiley and Sons, New York, USA

\

46 LAMPIRAN A PERHITUNGAN AKTUAL A.1 Perhitungan Neraca Massa A.1.1 Neraca Massa Masuk Reaktor Urea (52-DC-101) Ke DA-201 F4

52-DC101 Dari CO2 Plant F1 F3 Dari NH3 plant F2

Recycle Carbamat Solution Gambar A.1 Reaktor Sintesa Urea

Operasi reactor urea adalah steady state (akumulasi 0) 1. Neraca massa komponen CO2 masuk reactor urea Flow CO2 masuk reaktor (FRC-101) Kemurnian Tekanan rata-rata aktual (PIA-201)

Temperatur rata-rata aktual (TI-102-1) Tekanan desain Temperature desain = 28625 Nm3/hr = 98,23% = 0,73 kg/cm2 = 39,33oC = 0,6 kg/cm2 = 38oC

Berdasarkan temperatur dan tekanan rata-rata aktual, didapat faktor koreksi untuk CO2 = 1,0386 dari tabel faktor koreksi. Laju alir gas CO2 = (28625 Nm3/hr) x 0,9823 x 1,0386 = 29203,71 Nm3/hr Diketahui laju alir gas CO2 ke LPD (FIC-203) = 1237 Nm3/hr

47 Laju alir gas CO2 masuk ke reaktor = (29203,71 – 1237) Nm3/hr = 27966,71 Nm3/hr x (1 kmol/22,4 Nm/hr) = 1248,51 kmol/hr 2. Ammonia NH3 masuk reaktor Laju NH3 ke reaktor (FRC-102) = 97 ton/hr = 97000 kg/hr Kemurnian NH3 = 99,87 % = 96873,90 kg/hr = 5698,46 kmol/hr H2O yang masuk bersama NH3 = (0,0013 x 97000)kg/hr = 126,10 kg/hr 3. Aliran umpan recycle carbamat solution Laju (FICA-106) = 77m3/H Spesifikasi gravity = 1,15 gr/cm3 (data analisa lab) Opening valve rata-rata = 10 % Berdasarkan Opening Valve rata-rata di dapat flow recycle to HPAC = 4,33 m3/hr dari gambar flow recycle to HPAC. Maka recycle carbamat solution masuk ke reaktor urea adalah = (77 – 4,33) m3/hr x 1,15 gr/cm3 x 106) m3/cm3 x 1 kg/1000gr = 83570,5 kg/hr. Dari neraca massa desain H2O yang ditambahkan pada pompa Rc adalah 480 kg/hr. Total recycle carbamat = (83570,5 + 480) kg = 84050,5 kg/hr Laju alir masing-masing komposisi recycle carbamat solution masuk ke reaktor urea adalah : Urea NH3 CO2 H2O = 10,1 % x 84050,5 = 36,7 % x 84050,5 = 33,6 % x 84050,5 = 19,2 % x 84050,5 = 8489,10 kg/hr = 141,49 kmol/hr = 30846,53 kg/hr = 1814,50 kmol/hr = 28240,97 kg/hr = 641,84 koml/hr = 16137,70 kg/hr = 896,54 kmol/hr = 336,02 kg/hr = 3,26 kmol/hr Laju alir NH3 ke reaktor = 97000 kg/hr x 0,9987

Biuret = 0,4 % x 84050,5

48 Maka komponen masuk reaktor : Urea NH3 kg/hr CO2 kg/hr H2O kg/hr Biuret = 3,26 kmol/hr Total kg/hr A.1.2 Neraca Massa keluar Reaktor Urea (52-DC-101) Untuk mengetahui konversi reaksi dalam reaktor, maka urea dan biuret yang ada dalam recycle carbamat dikonversikan kembali menjadi NH3 dan CO2 1. Konversi urea menjadi NH3 dan CO2 NH2CONH2 + H2O H2O yang bereaksi NH3 yang terbentuk CO2 yang terbentuk NH2CONHCONH2 + NH3 Basis : 3,26 kmol/hr biuret NH3 yang bereaksi Urea yang terbentuk Basis : 6,52 kmol/hr urea H2O yang bereaksi NH3 yang terbentuk 221,68kg/hr CO2 yang terbentuk = 1 x 6,52 kmol/hr = 286,88 kg/hr = 1 x 6,52 kmol/hr = 2 x 6,52 kmol/hr = 117,36 kg/hr = 13,04 kmol/hr = = 1 x 3,26 kgmol/hr = 2 x 3,26 kgmol/hr = 2546,82 kg/hr = 391,20 kg/hr 2NH3 + CO2 = 141,49 kmol/hr x 1 = 141,49 kmol/hr x 2 = 141,49 kmol/hr x 1 2NH2CONH2 = 2546,82 kg/hr = 4810,66 kg/hr = 6225,56 kg/hr Basis mol urea yang ada : 141,49 kmol/hr = 335,78 kg/hr = 235984,80 = (896,54 + 7,01) kmol/hr = 903,55 kmol/hr = 16263,90 = (641,84 + 1248) kmol/hr = 1890,35 kmol/hr = 83175,40 = 141,49 kmol/hr = 8494,40 kg/hr = (1814,50 + 5698,46) kmol/hr = 7512,96 kmol/hr = 127720,32

2. Konversi biuret menjadi urea

3. Urea yang terbentuk dari biuret, dikonversikan lagi menjadi CO2 dan NH3.

49 Total kandungan NH3 masuk ke reaktor (52-DC-101) NH3 = (NH3 yang masuk reaktor + NH3 R1 – NH3 R2 + NH3 R3) kmol/hr = (7512,96 + 141,49 – 3,26 + 13,04) kmol/hr = 7644,23

kmol/hr Total CO2 masuk ke reaktor CO2 = (CO2 masuk reaktor + CO2 R1 + CO2 R3) kmol/hr = (1890,35 + 141,49 + 6,52) kmol/hr = 2038,36 kmol/hr Total H2O masuk ke reaktor H2O = (H2O masuk reaktor – H2O R1 – H2O R3) kmol/hr = (903,55 – 141,49 – 6,25) kmol/hr = 755,4 kmol/hr Perbandingan N/C dalam reaktor : N/C = (a) = mol NH3 / mol CO2 = 3,76 Perbandingan H/C dalam reaktor : H/C = (b) = mol H2O / mol CO2 = 0,37 Dari grafik urea synthesis Equilibrium convertion pada N/C = 3,76 dan H/C = 0,37 diperoleh konversi reaksi pada temperatur top reaktor 199,5oC adalah = 72,60 %. Persamaan reaksi di reaktor (DC-101) 2NH3 + CO2 NH2COONH4 2NH3 + CO2 1. CO2 masuk reaktor CO2 yang bereaksi CO2 yang tidak bereaksi kmol/hr 2. NH3 yang bereaksi NH3 yang tidak bereaksi kmol/hr 3. Urea yang terbentuk 4. H2O yang terbentuk = 1 x 1372,39 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr = 1 x 1372,39 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr = 2 x 1372,39 kmol/hr = 2744,78 kmol/hr = (7512,96 – 2744,78) kmol/hr = 4768,18 NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O NH2CONH2 + H2O = 1890,35 kmol/hr = 0,7260 x 1890,35 kmol/hr = 1372,39 kmol/hr = (1890,35 – 1372,39) kmol/hr = 517,96

Basis : 1890,35 kmol CO2 masuk reaktor

50

Selain dari reaksi di atas pada reaktor urea juga terjadi reaksi : Biuret yang bereaksi dalam reaktor NH2CONHCONH2 + NH3 Neraca massa design Biuret masuk reaktor Biuret keluar reaktor Biuret yang bereaksi % biuret yang menjadi urea = 364 kg/hr = 252 kg/hr = 364 – 252 = 112 kg/hr = 112 x 100 % 364 = 30,77 % Basis : 3,26 kmol/hr biuret masuk reaktor Biuret yang bereaksi Biuret yang tidak bereaksi NH3 yang dibutuhkan NH3 yang tidak bereaksi dibutuhkan) = (4768,18 – 1,00) kmol/hr Urea yang terbentuk = (2 x 1,00) kmol/hr = 1374,39 kmol/hr Total massa keluar reaktor urea adalah Urea NH3 CO2 H2O Biuret Total = (141,49 + 1374,39) kmol/hr = 1515,88 kmol/hr = 90952,80 kg/hr = 4767,18 kmol/hr = 517,96 kmol/hr = 2,26 kmol/hr = 81042,06 kg/hr = 22790,24 kg/hr = 232,78 kg/hr = 235984,80 kg/hr Urea yang terbentuk dari kedua reaksi = 4767,18 kmol/hr = 2,00 kmol/hr = (0,3077 x 3,26) kmol/hr = (3,26 – 1,00) kmol/hr = (1 x 1,00) kmol/hr = 1,00 kmol/hr = 2,26 kmol/hr = 1,00 kmol/hr 2NH2CONH2

= (NH3 yang tidak habis bereaksi – NH3 yang

= (1372,39 + 2,00) kmol/hr

= (903,55 + 1372,39) kmol/hr = 2275,94 kmol/hr = 40966,92 kg/hr

51

Urea = 90952,80 kg/ hr NH3 = 81042,06 kg/ hr CO2 = 22790,24 kg/ hr H2O = 40966,92 kg/ hr Biuret = 232,78 kg/ hr

Reaktor Urea Urea = 90952,80 kg/ hr NH3 = 81042,06 kg/ hr H2O = 40966,92 kg/ hr Bieuret = 232,78 kg/ hr NH3 = 96873,90 kg/ hr H2O = 126, 10 kg/hr (Gambar A.2 Skema Neraca Massa Reaktor Sintesa Urea (aktual

CO2 = 549344,44 kg/hr

52 LAMPIRAN B PERHITUNGAN DESAIN B.1 Perhitungan Neraca Massa B.1.1 Neraca Massa Masuk Reaktor Urea (52-DC-101)

Ke DA-201 F4

52-DC101 Dari CO2 Plant F1 Dari NH3 plant F2 F3 Recycle Carbamat Solution Gambar B.1 Reaktor Sintesis Urea Operasi reaktor urea adalah steady state (akumulasi 0) 1. Neraca massa komponen CO2 masuk reaktor urea Flow CO2 masuk reaktor (FRC-101) 2. Ammonia (NH3) masuk reaktor Laju NH3 ke reactor (FRC-102) 3. Aliran umpan recycle carbamat solution Laju alir masing-masing komposisi recycle carbamat solution masuk reaktor urea adalah : Urea NH3 CO2 H2O = 8239 kg/hr = 137,32 kmol/hr = 30058 kg/hr = 1768,12 kmol/hr = 27536 kg/hr = 625,82 kmol/hr = 15070 kg/hr = 872,61 kmol/hr = 3,53 kmol/hr = 5632,05 Nm3/hr = 95745 kg/hr = 1146,88 Nm3/hr = 50463 kg/hr

Biuret = 364 kg/hr

53 Maka komponen masuk reaktor : Urea NH3 CO2 H2O Total B.1.2 Neraca Massa keluar Reaktor Urea (52-DC-101) Untuk mengetahui konversi reaksi dalam reaktor, maka urea dan biuret yang ada dalam recycle carbamat dikonversikan kembali menjadi NH3 dan CO2 1. Konversi urea menjadi NH3 dan CO2 NH2CONH2 + H2O H2O yang bereaksi NH3 yang terbentuk CO2 yang terbentuk 2NH3 + CO2 = 137,32 kmol/hr x 1 = 137,32 kmol/hr x 2 = 137,32 kmol/hr x 1 2NH2CONH2 = 137,32 kmol/hr = 274,64 kmol/hr = 137,32 kmol/hr Basis mol urea yang ada : 137,32 kmol/hr = 137,32 kmol/hr = (625,82 + 1146,89) kmol/hr = 1772,71 kmol.hr = 872,61 kmol/hr = 8239 kg/hr = 77999 kg/hr = 15707 kg/hr = 364 kg/hr = 228112 kg/hr = (1768,12 + 5632,06) kmol/hr = 7400,18 kmol/hr = 125803 kg/hr

Biuret = 3,53 kmol/hr

2. Konversi biuret menjadi urea NH2CONHCONH2 + NH3 Basis : 3,53 kmol/hr biuret NH3 yang bereaksi Urea yang terbentuk Basis : 7,06 kmol/hr urea H2O yang bereaksi NH3 yang terbentuk CO2 yang terbentuk = 1 x 7,06 kmol/hr = 2 x 7,06 kmol/hr = 1 x 7,06 kmol/hr = 7,06 kmol/hr = 14,12 kmol/hr = 7,06 kmol/hr = 1 x 3,53 kmol/hr = 3,53 kmol/hr = 2 x 3,53 kmol/hr = 7,06 kmol/hr

3. Urea yang terbentuk dari biuret, dikonversikan lagi menjadi CO2 dan NH3.

Total kandungan NH3 masuk ke reactor NH3 = (NH3 yang masuk reaktor + NH3 R1 - NH3 R2 + NH3 R3) kmol/hr = (7400,18 + 274,64 – 3,53 + 14,12) kmol/hr = 7685,41 kmol/hr

54 Total CO2 masuk ke reaktor CO2 = (CO2 masuk reaktor + CO2 R1 + CO2 R3) kmol/hr = (1772,71 + 137,32 + 7,06) kmol/hr = 1917,09 kmol/hr Total H2O masuk ke reaktor H2O = (H2O masuk reaktor – H2O R1 - H2O R3) kmol/hr = (872,61 - 137,32 – 7,06) kmol/hr = 728,23 kmol/hr Perbandingan N/C dalam reaktor : N/C = (a) = mol NH3 / mol CO2 = 4,00 Perbandingan H/C dalam reaktor : H/C = (b) = mol H2O / mol CO2 = 0,38 Dari grafik urea

synthesis Equilibrium convertion pada N/C = 4,00 dan H/C = 0,38 diperoleh konversi reaksi pada temperature top reaktor 200oC adalah = 74,8 %. Persamaan reaksi di reactor 2NH3 + CO2 NH2COONH4 2NH3 + CO2 1. CO2 masuk reaktor CO2 yang bereaksi CO2 yang tidak bereaksi 2. NH3 yang bereaksi NH3 yang tidak bereaksi 3. Urea yang terbentuk 4. H2O yang terbentuk Biuret yang bereaksi dalam reaktor NH2CONHCONH2 + NH3 2NH2CONH2 NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O NH2CONH2 + H2O = 1772,71 kmol/hr = 0,748 x 1772,71 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr = (1890,35 – 1326,00) kmol/hr = 446,71 kmol/hr = 2 x 1326,00 kmol/hr = 2652 kmol/hr = (7400,18 – 2652) kmol/hr = 4748,18 kmol/hr = 1 x 1326,00 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr = 1 x 1326,00 kmol/hr = 1326,00 kmol/hr

Basis : 1772,71 kmol CO2 masuk reaktor

Selain dari reaksi di atas pada reactor urea juga terjadi reaksi :

55 Neraca massa design Biuret masuk Biuret keluar % biuret yang menjadi urea = 364 kg = 252 kg = 364 – 252 = 112 kg = 112 x 100 % 364 = 30,77 % Basis : 3,53 kmol/hr biuret masuk reaktor Biuret yang bereaksi Biuret yang tidak bereaksi NH3 yang dibutuhkan NH3 yang tidak bereaksi dibutuhkan) = (4748,18 – 1,09) kmol/hr Urea yang terbentuk = (2 x 1,09) kmol/hr = 1328,18 kmol/hr Total massa keluar reaktor urea adalah Urea = (137,32 + 1328,18) kmol/hr NH3 = 4767,09 kmol/hr CO2 = 446,72 kmol/hr H2O = (872,61 + 1326) kmol/hr Biuret = 2,44 kmol/hr Total = 87930 kg/hr = 80700 kg/hr = 19655 kg/hr = 39575 kg/hr = 252 kg/hr = 228112 kg/hr Urea yang terbentuk dari kedua reaksi = 4747,09 kmol/hr = 2,18 kmol/hr = (0,3077 x 3,53) kmol/hr = (3,53 – 1,09) kmol/hr = (1 x 1,09) kmol/hr = 1,09 kmol/hr = 2,44 kmol/hr = 1,09 kmol/hr

Biuret yang bereaksi

= (NH3 yang tidak habis bereaksi – NH3 yang

= (1326 + 2,18) kmol/hr