Tanya spec katalis

Nike Dwi Savitri

dear all, mo tanya dongspek katalis yg dikasih ama vendor rata2 buat brapa taon???trus ada toleran terhadap kondisi operasi aktual juga gak???

adhi budhiarto

Mbak Nike,Pertanyaan mbak Nike ini lumayan "lebar". Umur katalis yang mbak Nike maksud ini untuk katalis apa? Katalis di kilang minyak bumi atau di petrochemical plant? Kalo di kilang minyak bumi, untuk Hydrotreating kah? Hydrocracking kah? Catalytic Cracking kah? Catalytic Reforming kah? Steam Reforming kah? Shift Coverter kah? Methanator kah? or Sulphur Recovery Unit kah?. Anyway, secara umum, umur katalis tergantung dari banyak hal (yang saya tau cuma untuk yang di refinery):* Catalyst Metal Loading Catalyst Metal Loading didisain sesuai peruntukan unit operasinya. Misal untuk unit Hydrocracking katalis didisain dengan 2 fungsi : fungsi acid dan fungsi metal. Metal function digunakan untuk sulfur removal, nitrogen removal, olefin saturation, dan aromatic saturation. Sedangkan acid function digunakan untuk hydrocracking. Logam yang biasa dipakai di dalam katalis adalah NiW, NiMo (makin ke kanan kekuatan hydrogenation-nya makin rendah). Untuk katalis hydrotreating, tergantung metal loadingnya (kandungan metal di dalam katalis). Logam yang biasa dipakai di dalam katalis adalah Pt, Pd, NiW, NiMo, CoMo, CoW, PdS, PtS (makin ke kanan kekuatan hydrogenation-nya makin rendah; Pt & Pd sangat jarang dipakai karena mahal). Untuk katalis catalytic reforming juga tergantung metal loading-nya. Logam yang biasa digunakan adalah Pt. * Catalyst Shape Bentuk katalis juga menentukan umur katalis, tapi biasanya bukan dari sisi "chemical absorption" tapi lebih dari sisi pengaruhnya terhadap build up pressure drop terhadap operasi reaktor. * Operating Condition Deaktivasi katalis pada katalis hydrocracking dapat terjadi karena beberapa hal : coking, metal poison, akumulasi ammonia, water, severity operasi, etc. Deaktivasi katalis pada katalis hydrotreating dapat terjadi karena alasan2 yang kurang lebih sama dengan katalis hydrocracking. Deaktivasi katalis pada katalis catalytic reforming dapat terjadi karena : sulphur, nitrogen, water, metal, high feed end point. Untuk selengkapnya, mungkin ada baiknya mbak Nike membaca tulisan2 saya untuk Buku Pintar Migas Indonesia, terkait unit-unit tersebut di atas di website milis migas Indonesia berjudul

Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi (http://www.migas-indonesia.net/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=104&Itemid=42), disitu saya jelaskan faktor2 apa saja yang menyebabkan terjadinya deaktivasi katalis termasuk juga logam2 yang umum digunakan sebagai penyusunnya. Kalo mbak Nike tetap memaksa saya untuk menjawab pertanyaan mbak Nike, "spek katalis yg dikasih ama vendor rata2 buat brapa taon???", maka berdasarkan pengalaman saya yang baru 8 tahunan di kilang minyak, bisa saya uraikan sebagai berikut :* Katalis hydrotreating : ada yang 1 tahun sekali harus ganti katalis karena spec product nya yang sangat ketat (terutama untuk Naphtha Hydrotreater yang produknya akan diumpankan ke unit Catalytic Reforming yang katalisnya sangat sensitif terhadap Sulphur, Nitrogen, dan Metal), ada juga yang 2 tahun sekali atau lebih dari 2 tahun sekali baru ganti (biasanya untuk unit distillate hydrotreater yang spec product sulphur/nitrogen nya gak terlalu ketat seperti distillate hydrotreater yang ada di Indonesia yang spec sulphur di dieselnya masih 3500 ppm untuk spec diesel CN-48 dan 500 ppm untuk spec diesel CN-51).* Katalis hydrocracking : untuk katalis2 UOP, didisain mempunyai umur 18 m3 feed/kg katalis. Pengalaman saya, disain ini ekuivalen dengan 18 bulan operasi (tapi ini disainnya, sering sebelum 18 bulan, kita udah harus ganti katalis atau skimming karena severity operasi yang kita naikkin).* Katalis Catalytic Reforming : untuk yang ada CCR-nya (CCR:Continuous Catalytic Regeneration), umurnya bisa 7-10 tahun, sedangkan untuk yang fixed bed, umurnya kalo gak salah 5 tahunan.*Katalis-katalis hydrogen plant (steam reforming, shift converter, methanator, desulphurizer) umurnya bervariasi tergantung feed-nya. Kalo feed nya gas alam, umurnya bisa lebih lama dibandingkan refinery gas yang berasal dari produksi samping catalytic reforming, biasanya bisa sampe 10 tahun-an (compared to katalis hydrogen plant yang feed-nya refinery gas yang berasal dari catalytic reforming yang cuma 3-4 tahun-an). Khusus untuk desulphurizer, katalis ini fungsinya seperti absorber, jadi tergantung kandungan sulphur yang ada di feed-nya; umurnya bisa 1-2 tahunan (berdasarkan pengalaman saya di unit H2 Plant dengan feed dari refinery gas).* Katalis-katalis sulphur recovery unit, sangat longgar terhadap poison, namun umur disainnya juga gak lama2 amat, biasanya sekitar 4 tahunan (yang ini sih katanya expert Suphur Recovery Unit dari Jacobs Netherlands BV).

Pertanyaan selanjutnya, "trus ada toleran terhadap kondisi operasi aktual juga gak???"Ini maksudnya apa ya? Saya kurang jelas. Tapi mungkin yang mbak Nike maksud adalah seperti yang sudah saya jelaskan di atas, bahwa umur katalis juga tergantung dari kondisi operasinya. Bahkan tidak jarang katalis "direncanakan" untuk dibuat setelah kondisi operasi unit sudah tertentu, jadi ada pilot plant-nya dulu. Ini juga diimplementasikan saat proses seleksi katalis dari single brand ke multi brand. Semoga bermanfaat.

Nike Dwi Savitri

untuk pak adhi....

ths ya buat infony

katalis yg mau saya tanya yg biasa dipake di reformer H2 plant data yg saya dapat katalisny itu Ni,dan baru dipakai 1,5 th sedang menurut vendor lifetime 3 th feed dari natural gas

klo cuma diliat dari masa pakai saja kan seharusny masih bisa dipakai makanya saya agak bingung ketika dminta evaluasi spent katalis ini berdasarkan suhu selama operasinya karena ternyata melebihi toleransi suhu yg dipatok dari vendor yaitu 20oC

apa bisa cuma pake parameter tsb y???

adhi budhiarto

Mbak Nike,Katalis yang digunakan di steam hydrocarbon reformer bisa terdiri dari 1 tipe atau 2 tipe. Umumnya terdiri dari 2 tipe, katalis lapis atas sebanyak 30% dan katalis lapis bawah sebanyak 70% (untuk steam reformer yang top fired heater type). Biasanya top layer itu untuk antisipasi pressure drop sehingga shape-nya diperuntukkan agar dapat meminimalkan laju kenaikan pressure drop, selain itu top layer juga berfungsi untuk men-treating feed gas sebelum mengalir ke bottom layer yang merupakan main catalyst, selain itu juga, karena temperatur tertinggi dari api adalah pada 2/3 bagian dari api (1/3 dari ujung) dan untuk di steam reformer tuh kira2 ya "jatuhnya" disekitar 30% tadi, sehingga diharapkan saat feed gas masuk ke main catalyst dia sudah bener2 bereaksi pada temperatur yang proper untuk reaksi steam reformer. (penjelasan selengkapnya terkait H2 Plant silahkan merujuk tulisan saya di website migas Indonesia).

Typical katalis yang dipakai di steam hydrocarbon reformer biasanya adalah sbb (%wt) : Ni = 12+2, Al2O3 = 80-86, CaO < 0.10, TiO2 < 0.05, dan SiO2 < 0.1.

Seperti yang saya tulis sebelumnya, typical umur katalis H2 Plant 3-4 tahun untuk yang mengolah feed gas berupa refinery gas (produk samping catalytic reforming/platforming unit; merujuk pada pengalaman operasi H2 Plant di kilang Dumai), tapi untuk yang feed gasnya natural gas harusnya bisa jauh lebih lama bisa sampe 10 tahunan (merujuk pengalaman operasi H2 Plant di kilang Balikpapan).

Pertanyaan mbak Nike :"makanya saya agak bingung ketika dminta evaluasi spent katalis ini berdasarkan suhu selama operasinyakarena ternyata melebihi toleransi suhu yg dipatok dari vendor yaitu 20oC

apa bisa cuma pake parameter tsb y?"

Jawaban saya:Gak bisa se-simple itu. Di steam reformer ada 2 reaksi utama, yaitu 1. Reaksi methane (dan konco2nya ethane, dll) plus steam menjadi CO dan H2.2. Reaksi kesetimbangan CO & CO2

Evaluasi performance katalis steam reformer berdasarkan metode perhitungan yang namanya "Approach Temperature". Approach Temperature adalah selisih temperatur kesetimbangan reaksi kesetimbangan CO menjadi CO2 dengan temperatur kesetimbangan reaksi CH4 menjadi H2. Biasanya steam reformer didisain dengan approach temperature antara [14] s/d [40] degC. Approach temperature berguna sebagai indikator unjuk kerja katalis dibandingkan dengan disainnya.

Selain itu juga dilihat dari kualitas produk outlet steam reformer, seperti methane slip (methane yang masih keluar dari steam reformer dan tidak terkonversi selama di dalam steam reformer). Mbak Nike harus punya data methane slip secara reguler selama katalis tersebut digunakan di H2 plant. Mungkin methane slip tinggi karena kandungan methane di feed gas melebihi disainnya. Atau mungkin juga methane slip tinggi karena rendahnya temperature steam reformer (typically temperature outlet steam reformer untuk mencegah tingginya methane slip adalah antara 760 s/d 850 degC). Atau mungkin methane slip tinggi karena sebagian katalis sudah tertutup coke (coke bisa terjadi akibat steam to carbon ratio dibawah disainnya atau juga ada hot spot dari api reformer).

Selain itu harus dilihat juga steam to carbon ratio-nya selama katalis tersebut digunakan di H2 plant. Steam ditambahkan pada feed gas yang masuk ke steam hydrocarbon reformer dengan tujuan disamping sebagai reaktan yang bereaksi dengan feed gas juga berfungsi sebagai pelindung terbentuknya carbon pada permukaan katalis steam hydrocarbon reformer. Semakin tinggi steam/carbon ratio, maka semakin kecil kemungkinan terjadinya pembentukan carbon pada permukaan katalis steam hydrocarbon reformer.

Selain itu perlu dilihat juga impurities yang ada di feed gas, apakah selama operasinya ada kandungan sulphur or chloride yang jauh melebihi disainnya? Atau mungkin ada carry over Amine (MEA, DMEA, DGA, etc) dari Amine Unit yang mungkin jadi salah satu feed source-nya feed gas H2 plant (untuk case mbak Nike kayaknya yang ini gak terjadi, karena mbak Nike bilang bahwa feed-nya adalah natural gas).

Selain itu harus dilihat juga "track record" pengoperasian burner selama katalis tersebut digunakan di steam reformer. Apa pengoperasian burner-burner nya sempurna tidak ada yang hot spot.

Selain itu, mbak Nike juga bisa buat mensimulasinya dengan membuat model dalam hysys, untuk mengetahui berapa % konversi reaksi2 yang terjadi di dalam steam reformer.

Nah, kompleks kan mbak Nike?

Evaluasi kinerja katalis steam reformer seperti ini yang harusnya dilakukan untuk men-judge masih bagus/tidaknya kinerja katalis steam reformer. Dan kalo sudah di-judge jelek, pekerjaan selanjutnya adalah menentukan penyebabnya. Kemungkinan2 penyebabnya adalah seperti yang sudah saya uraikan di atas. Jadi mbak Nike harus punya data operasi yang sangat lengkap untuk dapat mengetahui penyebab buruknya kinerja katalis steam reformer tersebut.

Semoga bermanfaat.

firli mustari

To Mba Nike,

Sekedar menambahkan saja, berdasarkan pengalaman saya menggunakan katalis untuk gas H2SO4.Life time katalis akan berkurang apabila hal-hal berikut :1. Temperature kerja melebihi kapasitas beban temperatur katalis yang bersangkutan.2. Kapasitas gas yang masuk ke Converter berlebih, sehingga beban katalis bertambah.3. Terkena kotoran dari udara luar, atau dll.

Perhatikan juga katalis tersebut produk dari mana ? lokal atau import.

setia yadi

Caranya gini mbak:1. catat temperature dan pressure outlet reformer2. catat komposisi gas inlet, jumlah feed gas dan steam inlet reformer3. catat komposisi gas outlet, hitung tatapan kesetimbangan actualnya

setia yadi

Caranya gini mbak:1. catat temperature dan pressure outlet reformer, T2, P22. catat komposisi gas inlet, jumlah feed gas dan steam inlet reformer3. catat komposisi gas outlet.4. Check dengan hysys komposisi gas outlet tersebut (sederhananya pakai methane leak/ CH4 outlet sebagai referensi) pada pressure outlet reformer, P2, itu pada temperature berapa, misalnya ketemu T3,5. Bandingkan T2 dengan T3, biasanya T2 lebih tinggi, dan dianggap masih OK jika bedanya 40oC.6. Lihat juga trend delta pressure dan tube skin tempereturenya, bandingkan dengan rekomendasi vendor katalis. Semoga membantu,

Nike Dwi Savitri

Klo boleh sekali lagi bertanya ( untuk pendalaman materi saja sih )apakah reformer yg digunakan selalu memiliki 3 zona/section (radiant, convective, dan economizer)? ???lalu yg menjadi inlet dan outlet apa ya???

spesifikasi reformer yg saya baca ini hanya menerangkan kelengkapan reformer di convective saja

dan satu lagi, reaksi di reformer itu kan banyak ( melibatkan C1 sampe C6 juga)tapi yg menjadi dasar kesetimbangan hanya reaksi dari C1 sajatrus yg dijadikan basis molny hanya dari C1 saja ato atom C di dalam feed tsb???

thx atas kesediaannya membagi ilmu dan pengalamnya

setia yadi

Mbak Nike,

Setahu saya iya, seperti halnya boiler: ada zona convective dan radiasi, sementara economizer untuk heat recovery, dari sisi reaction gas maupun combustion gas karena temperatur keduanya masih sangat tinggi (> 800oC). Untuk selain C1, misalnya C2, C3 dst, reaksinya didahului oleh reaksi cracking, yaitu C2+ ditambah H2 menghasilkan CH4: contoh: C3H8 + 2H2 --> 3CH4, selanjutnya diikuti oleh reaksi methane steam reforming dan shift. Kenyataanya, hampir tidak ditemukan (trace) C2+ di-outlet reformer, artinya reaksi cracking ini berjalan sangat cepat, makanya tidak terlalu diperhatikan dalam kinetika ataupun kesetimbangan di reformer.

adhi budhiarto

Langsung aja ya....."apakah reformer yg digunakan selalu memiliki 3 zona/section (radiant, convective, dan economizer)? ???"

Steam reformer seperti fired heater lainnya. Dia hanya mempunyai 2 zone/section (bukan 3 zone), yaitu radiant dan convection. Komposisi transfer panas pada fired heater pada umumnya adalah 70% di seksi radiant dan 30% di seksi convection. Untuk steam reformer, convection didisain untuk memanfaatkan sisa panas yang digunakan untuk reaksi steam reforming. Temperatur kabin steam reformer dapat mencapai sekitar 800 degC. Daripada panas terbuang percuma maka sebelum dibuang ke melalui stack pake Induced Draft Fan, panas tersebut dimanfaatkan untuk : 1) Preheating feed gas & feed steam sebelum masuk ke radiant section steam reformer.2) Menghasilkan steam. Karena temperatur-nya yang tinggi dan jumlah flue gasnya yang banyak, maka steam yang dapat dihasilkan adalah High Pressure Steam (tekanannya bisa 40-60 kg/cm2).

Istilah economizer sering kita denger di boiler, tapi bisa juga dipake untuk fired heater pada umumnya, karena sebenernya definisi economizer itu adalah alat penukar panas yang memanaskan fluida, biasanya air (di boiler : feed water), hingga boiling point (tidak lebih dari itu) fluid tersebut. Selain istilah economizer kadang2 ada juga istilah superheater di convection section fired heater (ini diperuntukkan kepada bagian convection section yang memanaskan fluida hingga superheated temperature).

"lalu yg menjadi inlet dan outlet apa ya???"Di steam reformer, di convection section, terdapat sederetan tube yang inletnya adalah Boiler Feed Water (sekitar 175 degC) dan outletnya adalah Steam (sekitar 375 degC); sedangkan pemanasnya adalah flue gas yang mengalir dari radiant section steam reformer (temperature inlet sekitar 775-800 degC dan temperature outlet sekitar 200 degC).

"dan satu lagi, reaksi di reformer itu kan banyak ( melibatkan C1 sampe C6 juga)tapi yg menjadi dasar kesetimbangan hanya reaksi dari C1 sajatrus yg dijadikan basis molny hanya dari C1 saja ato atom C di dalam feed tsb???"

Itu sebenernya "best practice" aja. Pertimbangan utamanya adalah :1) Untuk menyederhanakan perhitungan tanpa mengabaikan keakuratan hasil hitungan tentunya. CH4 content di gas alam kan > 90% (kalo di refinery gas CH4 content adalah yang tertinggi setelah H2 content). Sehingga approach temperature dihitung berdasarkan selisih temperatur kesetimbangan reaksi kesetimbangan CO menjadi CO2 dengan temperatur kesetimbangan reaksi CH4 menjadi H2.

2) Dalam spesifikasi produk Hydrogen Plant biasanya ada batasan methane slip, makanya "tugas sampingan" steam reformer selain meng-convert feed gas menjadi hydrogen product, juga meminimalkan CH4 outlet steam reformer.

Mbak Nike ini mau ngitung konstanta kesetimbangan reaksi atau mau ngitung approach temperature? Kalau mau ngitung konstanta kesetimbangan reaksi steam reformer bisa diwakili dengan persamaan reaksi CH4 jadi H2. Tapi kalo mau ngitung approach temperature ya selain harus ngitung konstanta kesetimbangan reaksi CH4 jadi H2, juga harus ngitung konstanta kesetimbangan reaksi kesetimbangan CO <---> CO2. Basis molnya tentu saja untuk komponen-komponen yang terlibat dalam persamaan reaksi itu saja (CO, H2, CH4 untuk reaksi CH4 jadi H2 dan CO2, H2 , dan CO untuk reaksi kesetimbangan CO <----> CO2). Tapi kalo mbak Nike mau ngitung konversi reaksi, bisa aja kan dihitung konversi setiap reaksi yang terjadi di steam reformer, basis molnya tentunya setiap komponen yang terlibat dalam persamaan reaksi (kalo mau ngitung pake hysys, harus ada 2 reaktor, Conversion Reactor/Gibbs Reactor untuk reaksi hydrocarbon C1, C2, dst jadi H2 dan Equilibrium Reactor untukreaksi kesetimbangan CO <----> CO2).

Mudah2an penjelasannya gak membingungkan.

Syaiful Afandi

Dear Ibu Nike dan rekan-rekan milis migas, saya ingin sharing/menambahkan yang telah disampaikan Pak Adhibudhiarto dan Pak Setia Yadi,

Feedstock (bahan baku proses) Steam reformer dalam praktek bisa dari natural gas atau naphta; stream akan di mixing dengan ‘ dry steam’ (excess steam) dan recycle CO2 (dari product reaksi equilibrium) sebelum dimasukkan inlet tube reformer.

Untuk reforming natural gas, dipakai 2 simple reversible reaction : C2~C6 oleh top layer catalyst akan dikonversi ke methane dahulu, dan kemudian dilanjutkan konversi catalyst bottom layer : CH4 + H20 <=> CO + 3H2 delta H = + ( strong endoterm) (1)CO + H2O <=> CO2 + H2 delta H = - (exothermic) (2)

Untuk reforming naphta (saturated naphta) reaksi :

CnH2n+2 + nH2O ---> nCO + (2n+1) H2 dan dilanjut dg reaksi (1) dan (2) spt diatas.

Pada proses steam reforming (Operation Plant), parameter steam carbon ratio sangat penting diperhatikan, untuk memastikan operasi reforming dalam kondisi aman dimana tidak dalam zone carbon formasi ( adjustment S/C ini juga tergantung dari catalyst activity ). Contoh : perhitungan proporsi carbon dalam stream (komponen C1, C2, C3, C4, C5, C6, CO2, CO, N2 maka yang dihitung proporsi atom carbon adalah C1~C6, sedang CO2, CO, N2 tidak dihitung).

Contoh Steam Reforming (typical) :

Pada Ammonia synthesis, Inlet tube reformer P= 30 bar, T= 480~530 C (typical), Toutlet >= 800 CPada Oxo Synthesis,

(1) Inlet tube reformer P= 15 bar, T= 480~530 C (typical), Toutlet 850~900 C (S/C=1.8~2.2); (2) Inlet tube reformer P= 11 bar, T= 480~530 C (typical), Toutlet 910~960 C.

Semakin tinggi outlet temperature semakin besar jumlah proporsi prosentase CO dihasilkan disamping itu semakin besar S/C ratio dalam stream inlet, semakin besar proporsi prosentase H2 product dihasilkan sesuai dengan reaksi konversi dan kesembangan pada kondisi P,T outlet tube.

Flue gas outlet radiant section <1000 C atau bisa mencapai > 1000 C, design reformer sendiri sangat kompleks tergantung dari duty dan philosophi engineering design application-nya.

Pada umumnya perhitungan reformer furnace/firebox design/checking biasanya dibagi :

Radiant section (major radiant heat transfer, dg define parameter : kotak/cylindrical firebox geometri, define burner, tubetype(material, horizontal/vertical, dimensi, dll), jumlah row dan path, type & tebal insulation, dll),

Convection Section (major convective heat transfer dan minor radiant heat transfer pada unit coil pertama yang terpapar flue gas pass, setelah bridge tunnel di radiant section. Dalam convection section biasanya dipasang waste heat recovery coil utk process atau/dan steam generator/desuperheater coil).

Economizer Section(convective heat transfer, biasanya untuk BFW preheater, NG/feed preheater, atau/dan Air Combustion Preheater),

Outlet temperatur Flue gas biasanya didesign =150 C (inlet induce draft Blower). Pada prakteknya Flue gas operation temperature outlet = 150~220 C sebelum didischarge ke stack/outlet.

Semoga bisa membantu / menjadikan gambaran tentang Steam Reformer.