TUGAS

BEDAH PABRIK

UNIT PROSES SINTESA AMONIA

PT. PUPUK SRIWIJAYA

OLEH :

M. Isa Ansyori Fajri (03121003003) Anggia Larasati Wiguna (03121003049) Dimitra Alitha Utama (03121003051) Agustria (03121003071) Caesar Fiat (03121003055)

TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2013

A. GAMBARAN UMUM PABRIK

A. 1. Lokasi Pabrik :

Pabrik Pupuk Sriwijaya berada di tepi Sungai Musi, kira-kira 7 km dari pusat kota

Palembang. Alasan pemilihan daerah tepi sungai Musi sebagai lokasi pabrik antara lain :

1. Letaknya berdekatan dengan wilayah operasi pertambangan dan pengkilangan minyak

Pertamina sehingga bahan baku gas alam mudah untuk diperoleh dan tersedia dalam

jumlah yang cukup besar.

2. Sungai Musi merupakan sumber air yang tidak pernah kering sepanjang tahun, yang

menunjang bahan baku pembuatan steam dan keperluan utilitas lainnya, disamping

sebagai sarana transportasi untuk mengangkut hasil pabrik.

3. Di daerah ini memungkinkan adanya perluasan area pabrik.

A .2. Kegiatan Produksi :

PT. Pupuk Sriwijaya adalah perusahaan yang memulai operasional usaha dengan

tujuan utama untuk melaksanakan dan menunjang kebijaksanaan dan program

pemerintah di bidang ekonomi dan pembangunan nasional, khususnya di industri pupuk

dan kimia lainnya. PT Pusri bertanggung jawab untuk memenuhi kapasitas produksi urea

dan amoniak nasional.

A.3. Kapasitas

1. Pabrik ammonia yang memiliki satu deretan dengan kapasitas produksi 1000 metrik ton

sehari, atau 330000 metrik ton setahun. Proses yang digunakan adalah proses MW Kellog

pada Pusri II, III, dan IV serta proses Kellogg Low Energi pada Pusri IB

2. Pabrik Urea terdiri dari satu deretan dengan kapasitas produksinya 1725 metrik ton sehari

atau 570000 metrik ton setahun. Proses yang digunakan adalah proses Mitsui Toatsu

Total Recycle C Improved

A.4. Asal Teknologi

PT. Pusri menggunakan dua macam proses pembuatan urea :

Pusri-III dan IV menggunakan proses Total Recycle C Improve (TRCI)

Pusri-II menggunakan proses TRCI yang Seksi Sintesisnya sudah dimodifikasi menjadi

ACES

Pusri-IB menggunakan proses Advance Cost and Energy Saving (ACES).

A.5. Bahan Baku Pabrik

Bahan baku pembuatan ammonia adalah gas alam yang disuplai oleh Pertamina dan

udara proses yang berasal dari udara atmosfer, sedangkan bahan baku pembuatan urea adalah

ammonia cair dan CO2 dari unit ammonia PT. Pusri.

A.6. Pabrik Utilitas

Pabrik utilitas merupakan pabrik yang memproduksi kebutuhan utilities untuk

operasional Pabrik Amoniak, Urea, dan Pabrik Utilitas itu sendiri. Pabrik Utilitas PT. Pupuk

Sriwijaya terdiri dari : Water Treatment, Water Demiliralizer, Cooling Tower, Pembangkit

Setam (boiler), Pembangkit Listrik, Plant Air (PA) & Instrument Air (AI), Gas Metering Station,

Pusri Effluent Treatment (PET), IPAL, Air Separator Plant (ASP), dan Carbon Diokside Plant

(CO2 Plant).

B. URAIAN PROSES

PT. Pupuk Sriwijaya adalah pabrik pupuk urea pertama yang didirikan di Indonesia tahun

1959. Sekarang ini PT. Pusri mempunyai 4 buah pabrik, yaitu PUSRI II, III, IV, dan IB. Setiap

pabrik tersebut disamping mempunyai unit utilitas dan urea juga mempunyai pabrik amonia.

Pabrik amonia berfungsi untuk menghasilkan amonia dari bahan baku gas alam, udara,

dan steam. Amonia ini nantinya akan digunakan sebagai bahan baku di unit urea, sebagian lagi

dijual ke pihak luar. Selain amonia, juga menghasilkan CO2 sebagai hasil samping, yang juga

digunakan di Unit Urea.

Tahapan-tahapan proses yang terjadi di Pabrik Amonia adalah :

1. Pengolahan gas alam (feed treating)

2. Pembuatan gas sintesa (reforming syn-gas)

3. Pemurnian gas sintesa (syn-gas purification)

4. Sintesa amonia (Ammonia Syntesis and Product Purification)

5. Purge Gas Recovery Unit (PGRU)

Proses pembuatan amonia berdasarkan pada metode katalis Reforming Tekanan Tinggi,

dari bahan baku gas alam, steam, dan udara. Amonia cair dan CO2 ini akan disalurkan ke Pabrik

Urea untuk bahan baku pembuatan pupuk urea.

BLOK DIAGRAM PEMBUATAN AMONIA

B.1. Bahan Baku

Bahan baku pembuatan ammonia adalah gas alam yang disuplai oleh Pertamina dan

udara proses yang berasal dari udara atmosfer.

B.1.1. Gas Alam

Penyediaan gas alam untuk proses dilaksanakan oleh Pertamina. Gas alam ini

mengandung kotoran – kotoran yang dapat mengganggu operasi. Kotoran – kotoran tersebut

diantaranya zat – zat padat, air, Heavy Hidro Carbon (HHC), senyawa – senyawa phosfor dan

CO2. Gas alam tersebut memiliki komposisi seperti tercantum dalam tabel berikut ini.

Tabel A.1 Komposisi Gas Alam

Komponen %vol (basis kering)

CH4

C2H5

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

80,45

5,38

3,96

0,27

0,85

i-C5H12

n-C5H12

C6H14

CO2

0,30

0,21

0,18

7,50

Sumber : Laboratory analitical report gas alam PT. Pusri

Disamping komponen – komponen di atas, gas alam juga mengandung senyawa – senyawa

sulfur. Kadar sulfur yang terdapat dalam gas alam dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel A.2 Kandungan sulfur pada Gas Alam

Senyawa Kadar rata-rata (ppm) Maksimum (ppm)

H2S

RSH

RSSR dan residu

5,61

0,25

0,84

6,39

0,80

1.35

Total 6,25 8,44

Sumber : Kellog ammonia plant optimization PT. Pusri.

B.1.2. Udara

Udara yang diperlukan adalah udara sekitar yang mempunyai komposisi Nitrogen 79 %

dan Oksigen 21 %. Udara pada unit ammonia dibutuhkan untuk oksidasi di secondary reformer.

Udara proses disuplai dari kompresor udara yang mengambil udara dari atmosfer dan disarig

dengan filter untuk menghilangkan debu – debu.

B.1.3. Air

Air yang dipergunakan adalah air dalam bentuk steam ( uap air ) air pendingin. Steam di

unit ammonia berasal dari pemanfaatan panas pembakaran yang dihasilkan di reformer.

Sedangkan untuk unit urea steam juga disuplai dari utilitas.

B.2. Produk

Produk yang dihasilkan oleh pabrik ammonia adalah :

1. Ammonia ( NH3 )

a. Komposisi

Minimum : 99,5 % berat

H2O : maks 0,5 % berat

Oil : maks 5,0 ppm berat

b. Kondisi

Tekanan : min 18 kg/cm2

Suhu : 30 °C dan –33 °C

2. Karbondioksida ( CO2 )

a. Komposisi

Minimum : 98 % berat

Sulfur : maks 1,0 ppm volum

H2O jenuh

b. Kondisi

Tekanan : min 0,6 kg/cm2

Suhu : 38 °C

Adapun sifat fisika dan kimia dari bahan baku pembuatan ammonia yang meliputi gas alam,

udara, dan air dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Tabel A.3 Sifat fisika bahan baku

No. Komponen Bentuk Warna Bau Titik didih

(oC)

Titik beku

(oC)

1.

2.

3.

Gas alam

CH4

CO2

Udara

N2

O2

Air

Gas

Gas

Gas

Gas

Cair

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

-161

-57,5

-195,8

-252,7

100

-182,48

-78,4

259,2

-259,1

0

Sumber : Perry’s Chemical Engineering Hand Book, 1996

Tabel A.4 Sifat kimia bahan baku

No. Komponen Berat molekul (gr/mol) Sifat

1.

2.

Gas alam

CH4

CO2

Udara

16

44

Mudah terbakar

Tidak beracun

3.

N2

O2

Air

28,02

32

18

Zat pengoksidasi dan

pereduksi

Sebagai pelarut

Sumber : Perry’s Chemical Engineering Hand Book, 1996

B.3. Unit Proses Sintesa Amoniak

B.3.1. Tujuan Unit Proses

Membentuk Amoniak dari hydrogen (H2) dan nitrogen (N2 )yang telah dimurnikan di

tahap sebelumnya

B.3.2. Uraian Proses

Dalam unit ini, gas sintesa dari unit pemurnian gas sintesa, disintesakan menjadi

ammonia. Proses-proses yang terjadi adalah : kompressi gas sintesa, sintesa ammonia, dan

pendinginan serta pemisahan produk.

B.3.2.1. Kompressi Gas Sintesa

Gas yang dihasilkan dari methanator dari proses methanasi disebut sebagai gas sintesa

yang mempunyai tekanan 25 – 27 kg/cm2, sedangkan untuk pembentukan ammonia diperlukan

tekanan yang tinggi ( 150 kg/cm2). Sehingga diperlukan suatu alat untuk mencapai tekanan

tersebut yaitu Syn Gas Compressor (103 – J).

Kompresor ini mengambil suction dari 104-F Syn Gas Suction Drum dan menaikkan

tekanan pada stage pertama dan dischargenya ke stage kedua dari mesin melalui pendingin-

pendingin yang disusun seri dan ke K.O Drum 105-F.

B.3.2.2. Sintesa Ammonia

Gas sintesa dari methanator mempunyai dua unsur utama yaitu H2 dan N2, disamping

unsur-unsur lain seperti CH4 dan Ar yang jumlahnya relatif kecil dan bersifat inert (tidak

bereaksi di ammonia converter). H2 dan N2 ini akan bereaksi menjadi ammonia pada tekanan

dan temperatur yang cukup tinggi.

Aliran gas sintesa didinginkan dalam tube 124-C Syn Gas Compressor After Cooler dan

selanjutnya didinginkan dalam dua aliran yang paralel. Aliran pertama didinginkan secara seri

melewati tube pada chiller-chiller 117-C dan 118-C yang menggunakan media pendingin

ammonia refrigerant. Aliran kedua di throtle oleh HVC-4 dan didinginkan di shell side 120-C

sebelum bergabung dengan aliran pertama untuk kemudian didinginkan lebih lanjut di tue side

chiller 119-C.

Aliran yang telah didinginkan masuk ke 106-F melalui sebuah internal distributor.

Ammonia dari aliran recycle yang telah diembunkan di dalam chiller-chiller sebelumnya

terkumpul di vessel ini. Gas sintesa dari NH3 Refrigeration Separator masuk ke tube side120-C

untuk dipanasi. Gas tersebut kemudian dipanasi lebih lanjut oleh gas yang keluar dari ammonia

converter di 121-C.

Gas dimasukkan dan disintesa menjadi ammonia dalam ammonia converter (105 –

DA/DB) yang dipasang paralel berisikan promoted iron catalyst yang terbagi dalam tiga bed

(lapisan), dimana bed teratas yang paling tipis dan makin ke bawah makin tebal lapisannya.

Hal ini dimaksudkan untuk membatasi panas reaksi yang timbul (dimana reaksi pada bed

terus berjalan sangat cepat) sehingga tercapai kondisi temperatur operasi yang diinginkan. Untuk

menjaga temperatur masing-masing bed, dilakukan quenching oleh gas sintesa yang dimasukkan

kedalam outlet katalis 1 dan 2 dengan by pass gas sintesa tersebut sehingga dicapai temperatur

optimum dengan hasil maksimum.

Reaksi sintesa ammonia adalah sebagai berikut :

N2 + 3H2 2NH3 (+ Q)

Reaksi dilakukan pada kondisi dimana konsentrasi ammonia keluar konverter sekitar 15

% dan gas-gas yang tidak terkonversi dikembalikan ke converter untuk mencapai produksi

maksimum. Ammonia converter dilengkapi dengan start up heater (102 –B) yang dipergunakan

pada waktu start–up untuk memanaskan konverter sampai temperatur reaksi tercapai.

B.3.2.3 Pendinginan dan Pemisahan Ammonia

Gambar 3.13. Unit pendinginan dan pemisahan ammonia (refrigeration loop)

Ammonia yang terbentuk dalam ammonia converter dapat cepat menumpuk dan

mempengaruhi reaksi sehingga harus dipisahkan dari aliran recycle. Untuk mengembunkan

produksi ammonia dilakukan secara pendinginan bertahap sampai temperatur – 33 C. Karena

temperatur titik embun ammonia lebih tinggi dari komponen lain maka ammonia akan

mengembun terlebih dahulu sehingga dapat dipisahkan dari komponen lain yang masih

berbentuk gas.

Hasil sintesa ammonia dari Refregeration Separator dan Refrigeration Purge Separator

dialirkan ke Intermediate Refrigeration Flash Drum 107-F. Gas yang terflash dibuang dari drum

secara kontinyu melalui line NH-90. Penempatan hasil ammonia dari 107-F biasanya

didistribusikan ke Second stage Refrigerant Flash Drum 111-F dan Third stage Refrigerant

Flash Drum 112-F. Ammonia cair dari drum ini dipakai sebagai pendingin di dalam chiller 119-

C. Kelebihan ammonia dari drum ini diatur oleh LC-17 dan dipompa oleh pompa 109-J ke

storage di offsite pada –33 oC atau dicampur dengan ammonia panas dari ammonia receiver

untuk dikirim ke pabrik urea yang dipompa oleh pompa 123-J.

Akumulasi gas-gas inert kemudian dibuang (purge) dalam dua tahap, yaitu high pressure

gas yang dikirim ke pengolahan gas buang (purge gas recovery unit/PGRU) dan low pressure

purge gas yang dikirim ke primary reformer sebagai bahan bakar.

C. TABEL INVENTARISASI ALAT

Alat sintesaAlat

pemisahan

Alat

transportasi

Alat

penyimpanan

Alat penukar

panas

Ammonia

converter

Refrigeration

separatorTube Storage tank Heater

KO drum PipaAmmonia

receiverChiller

PompaAmmonia

refrigeration

Kompressor

D. SPESIFIKASI ALAT

Nama alat Kompresor

Gambar/foto dan Skema

Simbol dalam flowsheet

Fungsi utama Mengalirkan gas dengan tekanan tertentu

Fungsi khusus Sumber tenaga penggerak ;ikut langsung dalam proses

seperti pada proses pengeringan dan pada proses

fluidaisasi.

Prinsip kerja alat Mengalirkan gas dengan tekanan tertentu umumnya

digunakan pada tekanan lebihdari 40 ppm.

Jenis/klasifikasi alat 1. Kompresordinamik

1. KompresorSentrifugal

2. Kompresor Axial

2. Kompresor perpindahan positif (possitive

displacement):

1. Kompresor Piston (Reciprocating

Compresor)

1. Kompresor Piston Aksi Tunggal

2. Kompresor Piston AksiGanda

3. Kompresor Piston Diagfragma

2. Kompresor Putar

1. KompresorUlirPutar (Rotary Screw

Compressor)

2. Lobe

3. Vane Liquid Ring Scroll

Bahan konstruksi Besi tuang, baja karbon, alloy, kaca, timah, karbon

Nama Alat Pipa

Fungsi Sebagai sarana transportasi fluida, yaitu zat yang tidak

dapat menahan distorsi terus-menerus, sehingga

bentuknya berubah-ubah.

Prinsip Kerja Mengalirkan fluida (compressible atau incompressible)

maupun bahan padat yang telah tersuspensi ataupun zat

padat yang terangkat bersama gas yang tekanannya tinggi

Bahan Konstruksi 1. Secara umum :Carbon steel; carbon moly; galvaness;

ferro nikel;stinless steel; PVC (paralon) dan chrome

moly.

2.Secara khusus :Vibre glass; aluminium; wrougt iron

(besi tanpa tempa); copper (tembaga); redbrass

(kuningan merah); nikckel copper = monel (timah

tembaga); nickel chrom iron = inconel (besi timah chrom

Klasifikasi Alat 1. Jenis pipa yang disambungkan (pembuatan pipa tanpa

sambungan pengelasan).

2. Jenis pipa dengan sambungan (pembuatan pipa

dengan pengelasan).

Gambar Alat

Nama Alat Tangki

Fungsi Tempat mereaksikan

Prinsip Kerja mengolah dan memisahkan antara air dengan kotoran

dengan cara pengendapan

Bahan Konstruksi Carbon steel atau statainles steel

Klasifikasi Alat Tangki Floating Roof

Tangki Spherical

Tangki Slurry

Tangki Penyimpanan

Gambar Alat

Nama alat Pompa

Gambar/foto dan

Skema

Simbol dalam

flowsheet

Fungsi utama Untuk menggerakkkan cairan dari suatu tempat ketempatl ainnya

Fungsi khusus Mempertinggi energy mekanik dari system aliran fluida sehingga fluida

dapat mengalir secara konstan ; menggerakan cairan dari tempat

bertekanan rendah ketempat dengan tekanan yang lebih tinggi

Prinsip kerja alat Mempertinggi energy mekanik dengan cara aksi positif, displacement

dan aksi sentrifugal.

Jenis/klasifikasi alat 1. Positive Displacement Pump (PDP)

- Reciprocating pump

- Rotary pump

2. Variabel Heat Capasity Pump (VHCP)

- Pompasentrifugal

- Pompaturbin

Bahan konstruksi Bronze fitted; fully bronze fitted acid resisting ; ferrous metal ; non

ferrous metal ; non metal.

Nama alat KO drum

Gambar/foto dan

Skema

Fungsi Memisahkan campuran uap dan cairan

Prinsip kerja alat Gaya gravitasi menyebabkan cairan jatuh ke bawah , sedangkan uap

bergerak ke atas pada laju desain minimum entrainment butiran cairan

kedalam uap

Jenis/klasifikasi alat 1. KO drum tipehorizontal

2. KO drum tipe vertikal

Bahan konstruksi Carbon steel , Stainless steel

Nama alat Heater

Gambar/foto dan

Skema

(Air Heater)

Fungsi Pemanas dan menjaga suhu agar tetap konstan

Prinsip kerja alat Cara kerja heater adalah menggunakan prinsip termodinamika biasa,

yaitu menggunakan panas lalu dialirkan ke wilayah bertemperatur

rendah agar menjadi lebih hangat. Perpindahan panas tersebut terjadi

secara spontan, yang kita butuhkan hanyalah panas untuk dipindahkan

ke temperatur yang lebih tinggi

Jenis/klasifikasi alat Air preheater, Air heater, Block heater, Cathode heater, Central heater,

Dielectric heater, District heater, Electric heater, Convector heater

Bahan konstruksi Stainless steel

Nama alat Separator

Gambar/foto dan

Skema

Fungsi Memisahkan fase pertama cairan hidrokarbon dan air bebasnya dari gas

atau cairan, tergantung mana yang lebih dominan.

Melakukan usaha lanjutan dari pemisahan fase pertama dengan

mengendapkan sebagian besar dari butiran-butiran cairan yang ikut di

dalam aliran gas.

  Mengeluarkan gas maupun cairan yang telah dipisahkan

dari separator secara terpisah dan meyakinkan bahwa tidak terjadi

proses balik dari salah satu arah ke arah yang lainnya.

Prinsip kerja alat Ada dua macam proses dari pembentukan gas (vapour) dari hirokarbon

cair yang bertekanan. Proses tersebut adalah Flash

separation dan Differential separation. Flash separation terjadi bila

tekanan pada sistem diturunkan dengan cairan dan gas tetap dalam

kontak, hal mana gas tidak dipisahkan dari kontaknya dengan cairan

saat penurunan tekanan yang membiarkan gas keluar dari solusinya.

Proses ini menghasilkan banyak gas dan cairan sedikit.Differential

separation terjadi bila gas dipisahkan dari kontaknya dari cairan pada

penurunan tekanan dan membiarkan gas keluar dari solusinya. Proses ini

menghasilkan banyak cairan dan sedikit gas.

Jenis/klasifikasi alat Menurut tekanan kerja (working pressure)

a.       High Pressure (HP) Separator 650-1500 psi

b.      Medium Pressure (MP) Separator 225-650 psi

c.       Low Pressure (LP) Separator 10-225 psi

Berdasarkan hasil pemisahan

a.       Separator dua fasa : memisahkan fluida formasi menjadi fasa cair dan fasa gas

b.      Separator tiga fasa : memisahkan fluida formasi menjadi fasa minyak, air dan gas

 Berdasarkan bentuk

Separator Vertikal

Separator Horizontal

Nama alat Amoniak Refrigerant

Gambar/foto dan

Skema

Fungsi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk Mem-flash amoniak cair

berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat flash

drum untuk melepaskan gas-gas terlarut.

Prinsip kerja alat Amoniak cair yang dipisahkan dari gas synthesa masih mengandung

sejumlah tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di

seksi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk Mem-flash amoniak

cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat

flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut, sebagai bagian yang

integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari gas synthesa

untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop Synthesa

dengan memanfaatkan tekanan dan temperature yang berbeda di setiap

tingkat refrigeration.Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua,

yaitu Warm Ammonia Product (30oC) yang digunakan sebagai bahan

baku untuk pabrik urea, Cold Ammonia Product (-33 oC) yang disimpan

dalam Ammonia Storage Tank.

E. KESIMPULAN

PT. Pupuk Sriwijaya, yang berlokasi di Palembang, Sumatera Selatan, menghasilkan

produk utama urea dan ammonia. Bahan baku pabrik ini adalah gas alam, udara, dan air. Pada

prosesnya, kami membedah alat-alat serta menampilkan flowsheet unit sintesa amonia. Unit

sintesa amonia terdiri dari, Kompressi Gas Sintesa, Sintesa Amonnia, dan Pendinginan dan

Pemisahan Ammonia. Unit sintesa amonia berfungsi untuk membentuk amonia dari bahan baku

gas alam, udara, dan steam. Amonia ini nantinya akan digunakan sebagai bahan baku di unit

urea, sebagian lagi dijual ke pihak luar. Selain amonia, juga menghasilkan CO2 sebagai hasil

samping, yang juga digunakan di Unit Urea.