makalah perancangan proses pembuatan hidrogen dengan proses steam reforming adsa

8/18/2019 Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen Dengan Proses Steam Reforming Adsa

1/13

Makalah Perancangan Proses Pembuatan Hidrogen dengan

Proses Steam Reforming (Cracking )

Disusun Oleh :

Nugroho Tri ah!udi "#$%$&'$"$

en udha Satria "#$%$&'$##

PRO*R+M ST,D- T./N-/ /-M-+

0+/,1T+S T./N-/

,N-2.RS-T+S M,1++RM+N

S+M+R-ND+

#$"3


2/13

+ "

P.ND+H,1,+N

"4"4 1atar belakang

Kemajuan industri di Indonesia dewasa ini cukup pesat, terutama dalam bidang

pemanfaatan hasil-hasil pertanian, perkebunan, pertambangan, dan berbagai jenis hasil

hutan. Kemajuan tersebut ditujukan untuk mendukung program pemerintah dalam

pemanfaatan sumber daya bagi keperluan industri baik dalam negeri maupun luar

negeri. Salah satu sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui adalah gas alam,yang biasanya diperoleh dari dari dalam sumur dibawah perut bumi yang biasanya

bergabung dengan minyak bumi.

Indonesia berpotensi sebagai produsen bahan-bahan produksi gas alam bila di kelola

secara intensif dan berpola pada permintaan pasar dalam negeri dan peluang ekspor. Gas

alam (natural gas dewasa ini menjadi sumber alternatif yang banyak digunakan oleh

masyarakat dunia untuk berbagai keperluan, baik untuk perumahan, komersial maupun

industri. !i dalam dunia industri gas alam (natural gas dipergunakan untuk bahan baku

plastik, bahan baku pabrik pupuk, petrokimia, dan bahan dasar pembuatan hidrogen.

Salah satu jenis produk industri non pangan yang dibutuhkan dan pemakaiannya terus

meningkat akibat permintaan semakin banyak adalah hidrogen. "ada pra rancangan

pabrik ini, pembuatan hidrogen dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa gas

alam (natural gas dengan proses cracking.

Sejumlah besar #$ diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia. "enggunaan terbesar

#$ adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan dalam pembuatan ammonia.

Konsumen utama dari #$ di kilang petrokimia meliputi hidrodealkilasi,

hidrodesulfurisasi, dan hydrocracking. #$ memiliki beberapa kegunaan yang penting. #$

digunakan sebagai bahan hidrogenasi, terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam

lemak tak jenuh dan minyak nabati (ditemukan di margarin, dan dalam produksi

metanol. #idrogen juga merupakan sumber hidrogen pada pembuatan asam klorida.

Selain itu hidrogen juga digunakan sebagai reduktor pada bijih logam. Selain digunakan

sebagai pereaksi, #$ memiliki penerapan yang luas dalam bidang fisika dan teknik. Ia

digunakan sebagai gas penameng di metode pengelasan seperti pengelasan hidrogen


3/13

atomik. #$ digunakan sebagai pendingin rotor di generator pembangkit listrik karena ia

mempunyai kondukti%itas termal yang paling tinggi di antara semua jenis gas. #$ cair

digunakan di riset kriogenik yang meliputi kajian superkondukti%itas.

&aru-baru ini hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan nitrogen

(kadangkala disebut forming gas sebagai gas perunut untuk pendeteksian kebocoran

gas yang kecil. 'plikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif, kimia, pembangkit

listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi. eknologi terbaru di jepang telah di

temukan kendaraan bermotor berbahan bakar hydrogen. !engan kata lain bahwa

sumber energy di dunia mulai menggunakan gas hydrogen untuk kehidupan. )leh

karena itu, pada perancangan proses pabrik kami memilih untuk membuat pabrik hidrogen agar kedepanya dapat di terapkan di kehidupan dan menjadi salah satu

alternati%e untuk mengatasi masalah kelangkaan minyak bumi yang sudah mulai habis

khususnya di Indonesia.

"4#4 Tu5uan Perancangan

a *engetahui bahan dasar pembuatan hidrogen

b *engetahui jenis reaksi dalam pembuatan hidrogen

c *engetahui proses pembuatan hidrogen


4/13

+ --

-S-

#4"4 Sifat ermodinamika dan +isik &ahan &aku dan produk

&ahan baku yang digunakan dalam pembuatan hidrogen dengan menggunakan

proses steam reforming (cracking) adalah dengan menggunakan metana (# dan

karbon monoksida ().

#4"4"4 Sifat Termodinamika dan 0isik Metana (6H3)

Sifat Termodinamika dan 0isik Methane ( 6H3)

erat molekul 16,043 g/mol

Tem7eratur kritis -82,7 oC

Tekanan kritis 45,96 bar

Titik cair -182,5 oC

Panas laten 58,68 kJ/kg

Densitas cair 500 kg/m3

Titik didih -161,6 oC

Panas laten ua7 510 kJ/kg

Densitas gas 0,717 kg/m3

0aktor kom7resi 0,998

S7esifik graffiti 0,55

67 0,035 kJ/mol.K

68 0,027 kJ/mol.K

/elarutan 0,054 vol/vol

2iskositas 0,0001027 poise

#4"4#4 Sifat Termodinamika dan 0isik /arbon Monoksida

Sifat Termodinamika dan 0isik /arbon Monoksida

Rumus Molekul 28.01 g/mol

Titik Leleh -205.07

Panas Laten 30.024 K/Kg

Densitas 793.2Kg/m3

Titik Didih -191.5 oC

Temperatur Kritik -140.29 oC

Tekanan Kritik 34.94 bar

Densitas Kritik 303.91 Kg/m3

Viskositas pada 32 oF 1.65 ! 10-4 "oise

Kelarutan pada 1 atm 0 oC 0.0352 vol/vol

konduktivitas Termal 24.74 m#/m.K


5/13

#4"494 Sifat Termodinamika dan fisik dari gas hidrogen (H#)

Sifat Termodinamika dan fisik dari gas hidrogen (H#)

Densitas 7ada $ o6 (mol;cm9) < "$9 ,/

0aktor kom7resibilitas 7ada $ o6 0,$

/om7resibilitas adiabatik 7ada 9$$ / MPa=" b 1,2

/oefisien eks7ansi 8olume 7ada 9$$ / / =" ,222

67 7ada $ o6 >;(mol4/) c $3,45

68 7ada $ o6 >;(mol4/) c $,2

.ntal7i 7ada $ o6 >;mol c d 115,$

.nergi dalam 7ada titik lebur >;mol c d 411,0

.ntro7i 7ada titik lebur >;(mol4/) c d 025,45

/ece7atan suara m;s 0$/2iskositas mPas (?c7) ,325

/ondukti8itas termal 7ada titik lebur m;(cm4/) 0,1

/onstanta dielektrik 7ada titik lebur 0,,$10

/om7resibilitas isotermal M7a=" b -5,3/

/oefisien difusi=diri 7ada $ o6 cm#;s 6 0,$34

Difusi8itas gas dalam air 7ada #' o6 cm#;s 6 ,3 7 0-4

Diameter benturan @ m < "$"$ 6 $,5$3

Parameter interaksi A;k / 6 21,

Panas disosiasi 7ada #%B"& / k>;mol c 24,330

8atatan 9

a semua nilai pada 00,2 k"a (0 atm

b untuk kon%ersi *pa ke atm, dibagi dengan ,00

c untuk kon%ersi : ke cal, dibagi dengan ,03

d titik dasar (nilai nol untuk entalpi, energi dalam, dan entropi adalah K untuk gas

ideal pada tekanan 00,2 k"a (0 atm

#4"434 Sifat Termodinamika dan 0isik Hidrogen (6air)4

Sifat Termodinamika dan 0isik Hidrogen (6air)4

Titik leur! K "triple point# 13,947

Titik didih normal! K 20,380

$uhu kritis! K 33,18Tekanan kritis! kPa 1315


6/13

Densitas pada titik didih! mol%&m3 0,03520

Densitas pada titik leur! mol%&m3 0,03830

Faktor kompresiilitas! pada titik leur

titik didih

0,001621

0,01698

Titik kritis 0,3191

Kompresiilitas adiaatik! MPa'1 pada triple

point titik didih

0,00813

0,0119

Koe(sien ekspansi volume! K '1 pada triple

point titik didih

0,0102

0,0164

Panas pen)uapan! pada triple point titik didih

Cp! *%"mol+K# &

911,3

899,1

pada triple point titik didih 13,2319,70

Cv! *%"mol+K# & pada triple point titik didih 9,53

11,60

,ntalpi! *%mol & d pada triple point titik didih 438,7

548,3

,ner)i dalam! *%mol & d pada triple point titik

didih

435,0

545,7

,ntropi ! *%"mol+K# & d pada triple point titik

didih

28,7

34,92Ke&epatan suara! m%s pada triple point titik

didih

1282

1101

Viskositas! mPas pada triple point titik didih 0,0256

0,0133

Konduktivitas termal! m-%"&m+K# pada triple

point titik didih

0,73

0,99

Konstanta dielektrik pada triple point titik

didih

1,253

1,231

Te)an)an muka! d.ne%&m pada triple point titik

didih

3,00

1,94

Kompresiilitas isothermal! Mpa'1 pada triple

point titik didih

$0,0110

$0,0199

atatan 9

a untuk kon%ersi k"a ke mm #g, dikali dengan 1,4

b untuk kon%ersi *pa ke atm, dibagi dengan ,00c untuk kon%ersi : ke cal, dibagi dengan ,03


7/13

d titik dasar (nilai nol untuk entalpi, energi dalam, dan entropi adalah K untuk

gas ideal pada tekanan 00,2 k"a (0 atm

#4#4 Daftar Harga ahan

Caron Mono/ide "C#

Pri&e %50.00

$ie 17 &i'er

Des&ription 50 ppm / (ir

Methane "C#

Pri&e )p. 12.000.000

$ie 7000 &i'er

#494 Proses Pembuatan hidrogen

Kriteria seleksi proses dalam pembuatan gas hidrogen difokuskan dalam beberapa

faktor kandungan hidrogen dalam umpan; hidrogen yang dihasilkan dari proses; yang

meliputi biaya dari umpan; biaya modal dan operasi; energi yang dibutuhkan;

pertimbangan lingkungan; penggunaan yang diharapkan dari hidrogen.

Secara mendasar, spesifikasi proses komersial untuk pabrik hidrogen diperoleh dari

steam reforming, oksidasi parsial, gasifikasi batubara, dan elektrolisa air. !i seluruh

dunia, hidrogen sebagai bahan baku untuk industri kimia diperoleh sebagai berikut9

11< dari gas alam=petroleum, 03< dari batubara, < dari elektrolisa air, dan 0< dari

proses lain.

Semua proses ini menghasilkan hidrogen dari hidrokarbon dan air. *ekanisme

reaksinya adalah sebagai berikut 9

Steam >eforming # ? $#$) )$ ? #$

@aphtha >eforming n#$n ? $ ? n#$) n) ? ($n ?0#$

>esid "artial )Aidation #0.3 ?.53 #$) ? .40 )$ )$ ? 0.33 #$

oal Gasification #.3 ? ./ #$) ? .1 )$ )$ ? #$

Bater Clectrolysis $#$) $#$ ? )$

#494"4 Steam Methane Reforming (SMR) atau cracking


8/13

!ari buku (*cGraw.#ill.!ictionary.)f.Cngineering.e&ook racking adalah suatu

proses yang dilakukan untuk mereduksi berat molekular senyawa hidrokarbon dengan

cara memecah ikatan molekul-molekul dengan berbagai metode (thermal, catalytic,

hidrocracking. "roses Steam *ethane >eforming (S*> terdiri atas langkah proses9

a "emanasan stok umpan dan pemurnian (dibutuhkan karena katalis memiliki

sensiti%itas yang tinggi oleh ketidakmurnian, contohnya9 sulfur, mercury, dan

logam lainnya

b Steam reformer

c ) shift

d "S' purification (menyerap campuran lainnya selain dari #$ untuk

menghasilkan #$ mencapai 3 6 5


9/13

Hkuran pabrik yang umum 9

Kecil 4 - 2 @m2=jam, Sedang mencapai $4, @m2=jam, &esar lebih dari $4,

@m2=jam, Sangat besar o%er 04, @m2=jam

#434 Deskri7si Proses

#434"4 ,nit untuk menghilangkan kandungan sulfur (desul7huriCation)

Gas alam (natural gas yang disalurkan langsung melalui pipeline dari "G@

bertekanan sekitar 04 bar dan suhu $ o, dengan menggunakan kompresor

dinaikkan tekanannya hingga mencapai tekanan sekitar $/ bar dan sebagian akan

dialirkan sebagai bahan bakar di steam furnace. Gas bertekanan dari kompresor

dilewatkan melalui feed preheater dengan memakai gas yang keluar dari unit high

temperatur ) shift con%ersion sebagai media pemanas hingga suhu mencapai

04 o. Gas alam yang telah dipanaskan sampai mencapai 04 o ini akan

melewati unit desulphuriation untuk dihilangkan kandungan sulfurnya agar tidak

meracuni katalis pada %essel yang lainnya. !i dalam unit desulpuriation bisa

dibagi menjadi dua tahapan proses. "ada tahap pertama, kandungan organik sulfur

di kon%ersi menjadi #$S pada suhu sekitar 04o dengan katalis cobalt-

molybdenum (o-*o. "ada tahap kedua #$S di adsorbsi oleh senyawa Jinc

)Aide (Jn). Gas alam yang keluar dari unit desulpuriation tekananya menjadi

$4 bar dan suhunya $4 o dan kandungan sulfur harus lebih kecil dari ,4 ppm.

Kandungan sulfur harusdihilangkan karena akan menutupi permukaan katalis.

Jn) ? #$S JnS ? #$)

#434#4 ,nit Steam Reforming dengan memakai katalis Nikel

Gas alam yang telah melewati unit desulpuriation, dicampur dengan sejumlah

steam superheated yang tekananya $4 bar, temperatur 2 o dimana

perbandingan gas alam dengan steam adalah 2 mol #$)=mol (eiby, 055.

Sebelum masuk ke unit steam reformer (>-20, gas alam ini terlebih dahulu

lewatkan melalui preheater berupa coil di dalam steam reformer sampai suhu 4

o. kemudian masuk ke suatu pipa yang terdapat didalam steam reformer (>-20

dan di panaskan lewat pembakaran (burner. !idalam pipa tersebut, dengan katalis

nikel pada suhu 3 o 6 5 o gas alam diubah menjadi gas proses yang terdiri

dari #$,),)$ serta sejumlah kecil #, @$ dan steam yang tidak


10/13

terdekomposisi. Saat gas keluar dari sistem steam reformer (>-20 suhunya

mencapai 3$ o dan tekananya $4 bar dan harus didinginkan dengan cara

melewatkannya dari waste #eat &oiler (&oiler yang bekerja dengan menyerap

panas (C-20. !alam proses pendinginan dihasilkan Steam.

#43494 ,nit Pengubah 6O dengan suhu tinggi (High Tem7eratur 6O Shift

6on8ertion)

Gas proses yang keluar dari steam reformer akan memasuki unit pengubah )

yang berisi katalis +e dan r untuk meningkatkan gas #$. Gas proses tersebut

masuk melalui bagian atas, mengalir kebagian bawah dan terjadilah proses

pengubahan gas ) menjadi )$.+e dan r

) ? #$) )$ ? #$

>eaksi proses adalah eksotermik, temperatur gas proses yang keluar dari unit

pengubah ) meningkat menjadi sekitar 4 o.

#43434 ,nit Pendinginan gas 7roses

Gas proses yang keluar dari unit pengubah ) kemudian didinginkan dengan cara

melewatkannya pada alat penukar panas feed preheater dimana panas yang

berpindah digunakan sebagai media pemanas umpan gas alam sebelum masuk ke

reactor desulphurisasi, sehingga temperatur gas proses turun menjadi $55 o. Gas

proses dilewatkan kembali melalui penukar panas water cooler I dengan

menggunakan air pendingin biasa hingga temperatur gas proses turun menjadi 04

o. Gas proses kembali dilewatkan melalui penukar panas water cooler II dengan

menggunakan air pendingin biasa, hingga temperatur gas proses turun menjadi 44

o. Kemudian gas proses didinginkan kembali didalam water cooler III dengan

menggunakan air pendingin biasa. Sehingga suhu gas proses akhir setelah

pendinginan sekitar 2 o.

'danya proses pendinginan ini akan menyebabkan terjadinya kondensat.

Kondesat ini akan ditampung dan dipisahkan dari gas pada alat knok out drum

secara gra%itasi. !imana, fase cair dari #$) akan turun kebawah drum, sedangkan

fase gas akan naik keatas drum. !alam hal ini itu perlu diingat bahwa tidak boleh

ada steam yang lolos bersama gas, sebab alat yang dipakai selanjutnya "S'


11/13

("ressure swing adsorpsion, sangat peka terhadap kerusakan yang disebabkan

oleh uap air.

#434'4 ,nit 7en!era7 kotoran 7reassure sing adsorbtion (PS+) (+='$")

"reses gas yang telah didinginkan dan telah dipisahkan kandungan airnya

kemudian dilewatkan melalui alat "S' (pressure swing adsorpsion, yang

bertujuan untuk memurnikan= memisahkan #$ dari impuritisnya misalnya #$)

),)$ dan # yang tidak bereaksi. Kandungan ) dan )$ yang tersisa dalam

#$ maksimum $ ppm sedangkan # nya maksimum 4 ppm. Saat

berlangsungnya proses di "S' ini, tidak dapat dihindari terjadinya penghilangan

atau terikutnya sejumlah kecil #$ dan gas-gas yang harus dibuang (dipisahkan.Gas yang diinginkan dari unit "S' ini hanya #idrogen. Gas-gas buangan yang

dihasilkan unit "S' akan dipakai untuk bahan bakar dari Steam >eformer, setelah

dahulu disimpan dalam sebuah tangki yang disebut Surge !rum. Sistim "S' ini

terdiri dari %essel adsorber ', &, , !. *asing-masing %essel terdiri dari 2

bagian adsorben (penyerap yang berlainan 9

- "ada bagian atas, berisi Jeolite berfungsi untuk menyerap )$- "ada bagian tengan, berisi 'cti%ated arbon berfungsi untuk menyerap #- "ada bagian bawah, berisi 'cti%ated 'lumina berfungsi untuk menyerap #$)

'da cara "S' bekerja secara kontiniu

a. 'dsorption

"roses gas masuk dari bawah %essel sehingga impuritis dari proses gas diserap

oleh adsorbent dan keluar melalui bagian atas %essel. Kemurnian #$ yang keluar

sekitar 55,55 < dengan impuritis # ( 4 ppm dan )$ (4 ppm.

b. >egenerassi

ahap regenerasi dimulai dengan depresurisai, selama proses ini gas yang

dihasilkan proses depresurisasi digunakan untuk purging %essel lain yang

mengalami proses regenerasi.

c. "urging

"ada tahap ini tekanan gas dalam %essel sangat rendah mendekati ambient

pressure dan proses purging ini diambilkan dari gas %essel lain yang sedang

dalam proses depressurisasi. Gas hasil proses ini disebut purge gas (sebagai

bahan baku )$ plant dan bahan bakar burner reformer.

d. >epressuriation

"ada tahap ini tekanan %essel yang tadinya rendah dinaikkan sampai mencapai

tekanan operasi adsorbsi ($4 bar. Gas hidrogen yang telah dimurnikan akan


12/13

meninggalkan "S' dengan laju alir yang konstan, dengan tekanan sekitar $,4

bar sedikit dibawah tekanan gas sewaktu gas memasuki alat "S'.

#434&4 Diagram lok Diagram Proses Pembuatan *as Hidrogen dari *as +lam

dengan Proses 6racking; Steam Reforming

*as

(lam+esl

risasi

i!ig

"oi'

'eam

)eorm

er

#

K+"('orage

'ak

er

ak

C

Cover'e

r

ara )eormer

:el

:lel

gas

(ir

Koe

sor

air

"( ::

*as


13/13

+ ---

/.S-MP,1+N dan S+R+N

2.0. Kesimpulan

a.

makalah perancangan proses pembuatan hidrogen dengan proses steam reforming adsa

Documents