Reaktan SisaCO2 CO

Bahan Baku (Gas Sintetis) Preparasi

Bahan BakuSistem Reaktor

Sistem Pemisahan

PABRIK AMONIA DARI GAS SINTETISTugas Rancangan Pabrik tahun 2009

1. Alasan Penyelenggaraan Proyek

Keterangan 2009 2010 2011 2012

Kapasitas terpasang 5.988.100 5.988.100 5.988.100 5.988.100

Produksi 7.361.000 11.450.000 18.371.000 28.838.000

Ekspor 3.046.000 6.288.500 11.880.000 20.426.500

Kebutuhan 4.356.800 5.318.350 6.855.200 9.099.650

Sumber: Indochemical, 2009

Kebutuhan amonia pada tahun 2012

= ekspor + kebutuhan

= 20.426.500 + 9.099.650 = 29.526.150 ton

Stok amonia yang tersedia pada tahun 2012 = 28.838.000 ton

Kekurangan amonia pada tahun 2012 = kebutuhan amonia - stok amonia

= 29.526.150 -28.838.000

= 688.150 ton ≡ 700.000 ton

Untuk memenuhi kekurangan amonia pada tahun 2012 maka didirikan pabrik

amonia dengan kapasitas produksi 495.000 ton/tahun.

2. Input-Output Structure of the Flowsheet

Produk (Amonia)

3. Jenis ReaktorPemilihan jenis reaktor didasarkan atas beberapa pertimbangan, yaitu fasa

reaksi, katalis yang digunakan dan jenis reaksi. Fasa reaksi pada pemurnian umpan, dan sintesis amonia merupakan reaksi fasa gas. Selanjutnya, katalis yang digunakan adalah katalis padat dan katalis ini berbeda fasa dengan reaktan (katalis heterogen). Pertimbangan lainnya yakni reaksi sintesis yang terjadi sangat eksotermis, sehingga diperlukan coolant (pendingin) untuk menjaga suhu reaksi tetap konstan. agar coolant dan katalis tidak saling kontak maka digunakan tube sebagai tempat katalis. maka berdasarkan pertimbangan tersebut maka dipilih reaktor jenis fixed-bed multitubular sebagai media yang sesuai untuk sintesis amonia dengan system aliran continous.

4. Proses yang mungkin diselenggarakan ( proses M.W Kellog.)

Proses sintesis amonia terdiri dari 5 macam teknologi proses yaitu: 1. Proses Haber-Bosch 2. Proses M.W Kellog3. Proses Brown and Root Braun4. Proses Haldor TopsǾe5. Proses Lurgi

Tabel 2.1 Perbandingan Teknologi Proses Sintesis Amonia

No Perbandingan Teknologi Proses

Haber-Bosch

M.W Kellog

Brown and Root

Braun

Haldor TopsǾe

Lurgi

1 Bahan baku Batubara Gas alam dan nafta

Gas alam dan nafta

Gas alam dan nafta

Batubara

2 Tekanan (atm) 250 14-15 113 140-220 20-30

3 Suhu (oC) 450-525 430-500 320 450-550 560-620

4 Konversi 15 % 99,8 % 88 % - 61 %

5 Kebutuhan Energi (GJ/t NH3)

80-90 27,9 28 27,9 50-56

Dipilih Proses M.W Kellog.Pada proses M.W Kellog, bahan baku yang digunakan dari hidrokarbon

seperti gas alam atau nafta. Proses ini menggunakan steam reforming untuk

menghasilkan gas sintesis. Katalis iron yang digunakan berukuran sekitar 1-2 mm dan menghasilkan konversi sebesar 99,8%. Proses sintesis amonia menggunakan konverter jenis ammonia converter feed/effluent exchanger untuk menyediakan kebutuhan energi dan meningkatkan suhu umpan amonia. Tekanan operasi yang digunakan adalah 14-15 atm. dan proses ini menggunakan energi yang rendah senilai 27,9 GJ/t NH3.

5. Bahan baku, Kapasitas Dan prosesBahan baku pembuatan amonia adalah gas sintesis dari nafta yang terdiri dari

hidrogen 51,2 %mol , CO 45,3 %mol, CO2 2,7 %mol , CH4 0,7 %mol, dan N2 dan Ar 0,1 %mol (sifat fisik dan kimia amonia, nitrogen, hidrogen, metana, air dan argon, pabrik ini juga menggunakan katalis Fe dengan promoter Al2O3.

6. Perangkat prosescompressor syngas unit, condensor, dryer, heat exchanger, ammonium converter unit, refrigeration unit, ammonia separator, dan vaporizer

7. Uraian ProsesKomposisi gas sintesis dalam proses produksi amonia terdiri dari hidrogen,

nitrogen, CO2, CO, metana, dan argon. Karena CO2 dan CO bersifat racun di ammonia converter, dibutuhkan unit CO2 removal dan CO removal untuk memisahkan CO2 dan CO harus dari gas sintesis.

Gas sintesis diumpankan ke dalam compressor syngas unit yang terdiri dari compressor dan kondensor. Sebelum masuk ke dalam ammonia converter, umpan pada tekanan 30 atm dan suhu 345oC dikompresi ke dalam compressor hingga tekanan menjadi 144,5 atm dan suhu sekitar 360-500oC. Kemudian gas didinginkan dalam kondensor untuk menurunkan suhu hingga mencapai 4,30C.

Selanjutnya kondensat amonia dikeringkan dalam dryer untuk memisahkan CO dan CO2 dari gas sintesis sebelum diumpankan ke amonia konventer dan mencegah keracunan katalis di dalam converter. Gas sintesis yang telah murni dari CO dan CO2 dipanaskan terlebih dahulu dalam heat exchanger untuk menaikkan suhu hingga 288oC. Selanjutnya kondensat amonia diumpankan ke amonia konventer.

Di dalam ammonia conventer unit terjadi proses sintesa ammonia. Gas hidrogen dan nitrogen diumpankan dari unit kompresi gas sintesis dengan perbandingan stoikiometri 3:1 bereaksi membentuk amonia dengan bantuan katalis besi oksida (Fe3O4) di dalam konverter. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)

Reaksi pembentukan amonia dapat dilakukan pada berbagai temperatur dan tekanan yang berhubungan dengan konstanta kesetimbangan reaksi. Kenaikan temperatur dapat menurunkan konstanta kesetimbangan. Pengaruh perubahan temperatur terhadap konstanta kesetimbangan dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Konstanta Kesetimbangan pada Beberapa Temperatur

Temperatur (oC) Konstanta Kesetimbangan200 7,17 x 1015

300 2,69 x 108

400 3,94 x 104

500 1,72 x 102

600 4,53 x 100

700 2,96 x 10-1

800 3,96 x 10 -2

Gas yang keluar dari amonia konventer kemudian didinginkan dalam

refrigeration unit dari suhu 220 oC menjadi 30 oC pada tekanan 250 atm. Amonia

yang terkondensasi dipisahkan dari gas-gas yang tidak bereaksi di ammonia

separator sehingga dihasilkan amonia cair, sebagian amonia cair di recycle dan di

uapkan sehingga dapat bercampur dengan gas sintesis. Sedangkan gas hidrogen

dan nitrogen serta amonia yang tidak bereaksi, direcycle ke compressor syngas

unit dan sisanya dibuang untuk digunakan sebagai bahan bakar. Tujuan

pembuangan gas inert sisa tersebut dari aliran recycle adalah untuk mencegah

penumpukkan gas inert dalam sistem aliran recycle gas yang tidak bereaksi.

Sedangkan sebagian uap amonia yang belum terkondensasi seluruhnya,

didinginkan dalam kondensor dan kemudian dikompresi pada tekanan 240 atm.

Pada tekanan tersebut, impuritis metana dan argon menjadi gas, sedangkan uap

amonia dikirim kembali ke ammonia refrigeration unit untuk direcovery,

sehingga dihasilkan amonia cair.

8. Diagram blok alat proses utama

TugasPerancangan Proses Teknik Kimia

Sintesa Amonia Dari Gas Sintetis

Disusun oleh :

Annur Fauzi Syaputra (1207113567)

Yesi Afriani (1207)

Ika Karina ` (1207)

UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

2015