59709396-laporan-kape.pdf

LAPORAN KERJA PRAKTEK DI DEPARTEMEN OPERASI KALTIM-2 PT. PUPUK KALIMANTAN TIMUR BONTANG

Laporan Kerja Praktek ini Diajukan sebagai persyaratan untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Pada Jurusan

: Teknik Kimia

Program Studi

: Petro & Oleo Kimia

POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

Disusun oleh :

Ayu Practica Ceriah Solikhawati Sukirno Putri NIM. 08 614 024

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA 2010

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN PRAKTEK KERJA LAPANGAN DI DEPARTEMEN OPERASI KALTIM-2 PT. PUPUK KALIMANTAN TIMUR BONTANG Laporan Kerja Praktek di Departemen Operasi Kaltim-2 PT. Pupuk Kalimantan Timur ini telah di periksa dan disetujui : Tempat

: Bontang

Tanggal

: … September 2010

Mengetahui, Pembimbing

Ir. Rikho Dhiyatmiko A Kabag Ammonia Kaltim-2

MENGESAHKAN PT. Pupuk Kalimantan Timur

Kepala Depertemen Operasi Kaltim-2

Ir. Alamsyah Hasibuan

Kepala Departemen Pengembangan SDM

Ir. Agus Subekti, M. Si.

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN KERJA PRAKTEK LAPANGAN DI DEPARTEMEN OPERASI KALTIM-2 PT. PUPUK KALIMANTAN TIMUR BONTANG

Disusun Oleh :

Ayu Practica Ceriah Solikhawati NIM. 08 614 024

Telah diperiksa dan disetujui, Tanggal Menyetujui,

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Kimia

Dosen Pembimbing

Alwathan, ST., M.Si.

Drs. Harjanto, M.Sc.

NIP. 19750222 200212 1 002

NIP.

KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kerja praktek di PT. Pupuk Kalimantan Timur dan laporan kerja praktek ini dapat terselesaikan dengan baik. Laporan ini disusun berdasarkan pengamatan dilapangan dan study pustaka yang dilakukan pada saat kerja praktek di PT. Pupuk Kalimantan Timur. Kerja Praktek ini merupakan salah satu tugas yang harus ditempuh sebagai persyaratan menyelesaikan Diploma-III (D3) di Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda. Pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada PT. Pupuk Kalimantan Timur yang telah memberikan kesempatan untuk melaksanakan kerja praktek selama dua bulan sejak 20 Juli 2010 - 17 September 2010. Selain itu penyusun juga mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu dan Bapak tercinta atas dukungannya selama ini 2. Bapak Ir. Sunaryo Broto, MM, Selaku Kepala Departemen Pengembangan SDM 3. Bapak Ir. Alamsyah Hasibuan, Kepala Departemen Operasi Kaltim-2 4. Bapak Ir. Rikho Dhiyatmiko A., Pembimbing dan Kepala Bagian Urea Kaltim-2 5. Bapak H. Kushermianto, Wakil Kepala Bagian Urea Kaltim-2 6. Bapak H. Purwantono, Kepala Bagian Utility Kaltim-2 7. Bapak Achmad Rois, ST., Wakil Kepala Bagian Utility Kaltim-2 8. Bapak Teguh Ismantono, ST, Kepala Bagian Ammonia Kaltim-2 9. Bapak Edi Pribowo, Wakil Kepala Bagian Ammonia Kaltim-2 10. Bapak- bapak supervisor, foreman dan operator ammonia, urea, utility Kaltim-2 11. Seluruh Staff dan karyawan Kaltim-2 12. Bapak Alwathan, ST, M.Si, Selaku Ketua jurusan Teknik Kimia. 13. Bapak Drs. Harjanto,M.Sc, Pembimbing kerja praktek. 14. Caecillia Anggita Riyana dan Lalang Dwiyoga Sakti atas semua bantuannya 15. Semua pihak yang membantu terselesaikannya laporan ini.

Tiada gading yang tak retak, demikian pula dengan laporan ini yang masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saran, kritik dan masukan yang sifatnya membangun guna kesempurnaan laporan ini sangat penyusun harapkan. Dilandasi oleh kesadaran akan keterbatasan yang ada, penyusun selalu berlapang dada untuk menerima kritik dan saran yang bersifat membangun. Penyusun berharap, laporan kerja praktek ini dapat memberi manfaat. Semoga Allah SWT senantiasa meridhoi segala usaha dan itikad bagi kita semua. Amien.

Bontang,

September 2010

Penyusun

ABSTRAK

PT. Pupuk Kalimantan Timur adalah sebuah Badan Umum Milik Negara (BUMN) yang didirikan pada tanggal 7 Desember 1977. Tujuan utama pendirian PT. Pupuk Kalimantan Timur adalah untuk melaksanakan serta mendukung kebijakan pemerintahan dalam pengembangan industry dan ekonomi nasional, khususnya sektor industry pupuk dan indutri kimia. Saat ini PT. Pupuk Kalimantan Timur berdiri diatas lahan seluas 493 ha dan mengoperasikan 4 unit pabrik ammonia (Kaltim 1, Kaltim 2, Kaltim 3, dan Kaltim 4) dan 5 unit pabrik urea ( Kaltim 1, Kaltim 2, Kaltim 3, Kaltim 4, dan POPKA ) dengan total kapasitas produksi 1.850.000 ton ammonia dan 2.980.000 ton urea per tahun. PT. Pupuk Kalimnatan Timur menjadi produsen urea terbesar di dunia dalam satu lokasi. Pabrik Kaltim 2 PT. Pupuk Kalimantan Timur terdiri atas unit utilitas, unit ammonia, dan unit urea. Unit utilitas berfungsi untuk memenuhi kebutuhan steam, air pendingin, plant air, instrument air, dan listrik bagi pabrik ammonia dan urea. Produk Utilitas meliputi sea water, raw condensate, Boilling Feed Water ( BFW), udara instrument, udara proses, listrik dan urea formaldehid. Teknologi pembuatan ammonia menggunakan proses Kellog. Bahan baku pabrik ammonia adalah gas alam dan udara, dengan produk utamanya adalah ammonia cair berkapasitas produksi 595.000 ton/tahun. Teknologi pembuatan Urea menggunakan proses Stamicarbon. Bahan baku pabrik urea adalah gas ammonia dan karbon dioksida yang berasal dari pabrik ammonia, dengan produk utamanya adalah urea prill berkapasitas produksi 570.000 ton/tahun. PT. Pupuk Kalimantan Timur menghasilkan limbah berfasa cair, padat maupun gas. Sistem pengolahan limbah dilaksanakan dengan pendekatan inplant treatment dan end of pipe treatment. Inplant treatment adalah upaya pengolahan limbah yang menyatu dengan proses pabrik sehingga terjadi pemanfaatan, seperti neutralizing pond, recovery, dan reuse, sedangkan end of pipe treatment merupakan upaya pengolahan limbah pabrik sebelum dibuang ke lingkungan, seperti chemical pond.

DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN........................................................................... ii ABSTRAK........................................................................................................ iii KATA PENGANTAR....................................................................................... iv DAFTAR ISI..................................................................................................... v DAFTAR TABEL ............................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1.Deskripsi Umum Kerja Praktek ..............................................................

(1)

1.1.1Latar Belakang Kerja Praktek...........................................................

(1)

1.1.2Tujuan Kerja Praktek .......................................................................

(1)

1.1.3Ruang Lingkup Kerja........................................................................

(2)

1.2.Sejarah Singkat PT. Pupuk Kalimantan Timur ........................................

(2)

1.2.1Sekilas tentang PKT .........................................................................

(2)

1.2.2Kaltim- 1..........................................................................................

(3)

1.2.3Kaltim – 2 ........................................................................................

(4)

1.2.4Kaltim – 3 ........................................................................................

(5)

1.2.5POPKA ............................................................................................

(5)

1.2.6Kaltim – 4 ........................................................................................

(6)

1.3.Lokasi dan tata letak pabrik ....................................................................

(7)

1.3.1Lokasi pabrik ..................................................................................

(7)

1.3.2Tata Letak Pabrik .............................................................................

(8)

1.4.Lambang PT.Pupuk Kalimantan Timur...................................................

(8)

1.5.Merk Dagang PT. Pupuk Kalimantan timur ............................................

(8)

1.6.Organisasi dan manajemen PT.PKT........................................................

(9)

1.6.1Visi, Misi,Motto...............................................................................

(9)

1.6.2Struktir Organisasi perusahaan ......................................................... (10) 1.7.Waktu kerja ............................................................................................ (13) 1.8.K3 serta lingkungan hidup ...................................................................... (13)

1.9.Unit Prasarana PT.PKT........................................................................... (14) 1.10.Deskripsi Singkat Dept. Ops.Kaltim – 2................................................ (14) BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................. (16) 2.1.Karakteristik Bahan baku dan Produk ..................................................... (16) 2.1.1 Karakteristik Bahan Baku............................................................... (16) 2.1.2 Karakteristik Produk ....................................................................... (17) 2.2.Pembuatan Ammonia.............................................................................. (18) 2.2.1Sejarah pembuatan Ammonia ........................................................ (18) 2.2.2Macam – macam Proses sintesa ammonia ...................................... (19) 2.2.3Prinsip Sintesa Amonia.................................................................. (21) 2.2.4Faktor – faktor yang mempengaruhi sintesa ammonia .................... (21) 2.3.Pembuatan Urea ..................................................................................... (22) 2.3.1Sejarah Pembuatan Urea ................................................................ (22) 2.3.2Macam – macam Proses Sintesa Urea ............................................ (26) 2.3.3Konsep Proses sintesa Urea............................................................ (27) 2.3.4Faktor –faktor yang mempengaruhi sintesa urea............................. (27) BAB III BAHAN BAKU ............................................................................ (29) 3.1.Bahan Baku Utama................................................................................. (29) 3.1.1Bahan Baku Pembuatan Ammonia................................................. (29) 3.1.2Bahan Baku Pembuatan Urea......................................................... (30) 3.2Bahan Baku Penunjang............................................................................ (31) 3.2.1Bahan – Bahan Kimia .................................................................... (31) 3.2.2Katalis ........................................................................................... (34) BAB IV DESKRIPSI PROSES .................................................................. (37) 4.1.Unit Ammonia........................................................................................ (37) 4.1.1Pemurnian Gas Alam ..................................................................... (37) 4.1.2Pembentukkan Gas Sintesa ............................................................ (38) 4.1.3Pemurnian Gas Sintesa .................................................................. (43) 4.1.4Sintesa Ammonia........................................................................... (45) 4.1.5Refrigrasi Ammonia ...................................................................... (47) 4.1.6HRU .............................................................................................. (48) 4.2.Unit Urea................................................................................................ (51)

4.2.1Tahap Persiapan Bahan Baku......................................................... (51) 4.2.2Tahap Sintesa ................................................................................ (52) 4.2.3Unit Resirkulasi ............................................................................. (56) 4.2.4Evaporasi dan Prilling.................................................................... (57) 4.2.5Waste Water Treatment ................................................................. (59) BAB V UNIT PENUNJANG DAN PENGOLAHAN LIMBAH ............... (61) 5.1.Unit Utilitas............................................................................................ (61) 5.1.1Sea Water Intake............................................................................ (61) 5.1.2Klorinasi........................................................................................ (63) 5.1.3Fresh Cooling Water ...................................................................... (65) 5.1.4Desalinasi ...................................................................................... (66) 5.1.5Stripper.......................................................................................... (69) 5.1.6Demineralisasi ............................................................................... (70) 5.1.7Daerasi .......................................................................................... (73) 5.1.8Pembangkit Steam PKB & WHB................................................... (74) 5.1.9Pembangkit Tenaga Listrik ............................................................ (77) 5.1.10Udara PA/IA................................................................................ (78) 5.1.11UFC............................................................................................. (79) 5.2Pengolahan Limbah ................................................................................. (81) 5.2.1Pengolahan limbah cair.................................................................. (81) 5.2.2Pengolahan limbah padat ............................................................... (82) 5.2.3Pengolahan limbah gas................................................................... (82)

Pendahuluan

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Deskriksi Umum Kerja Praktek 1.1.1. Latar Belakang Kerja Praktek Kebutuhan sumber daya manusia disegala sektor semakin meningkat, baik secara kuantitas, maupun kualitas. Sebagai salah satu komponen penting dalam peningkatan sumber daya manusia, mahasiswa dituntut untuk membekali diri dengan ilmu pengetahuan dan pengalaman sesuai dengan disiplin ilmu yang ditekuninya. Kerja praktek merupakan salah satu program tugas akhir pendidikan diploma di Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda. Tujuan Kerja Praktek adalah agar mahasiswa dapat menerapkan ilmu pengetahuan yang diperoleh di bangku kuliah pada keadaan nyata di dunia industry dan dapat membandingkan antara teori yang telah diperoleh dengan kenyataan di lapangan. Diharapkan dapat memperoleh pengalaman yang cukup selama melakukan kerja praktek. PT. Pupuk Kalimantan Timur merupakan perusahaan yang menerapkan ilmu dan disiplin teknik kimia pada skala industry yang cukup besar. Sebagai perusahaan yang memproduksi pupuk dan bahan kimia lain, PT. Pupuk Kalimantan Timur memiliki berbagai jenis proses yang erat kaitannya dengan materi – materi yang diberikan dibangku perkuliahan. Dengan demikian, diharapkan bahwa Kerja Praktek di PT.Pupuk Kalimantan Timur akan sangat menunjang perluasan wawasan dan pengaplikasian ilmu teknik kimia di dunia industry secara nyata.

1.1.2. Tujuan Kerja Praktek Pelaksanaan program kerja praktek bagi mahasiswa dalam lingkup program diploma III Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda bertujuan untuk :

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

1

Pendahuluan

1.

Memenuhi kurikulum sebagai persyaratan penyelesaian program Diploma III oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Kimia

2.

Meningkatkan kemampuan berfikir bagi mahasiswa teknik kimia dalam mengaplikasikan ilmu teknik kimia dalam dunia industri

3.

Melihat, mengetahui dan memahami secara langsung proses pengolahan pupuk di lapangan dan permasalahan operasi pabrik.

4.

Meningkatkan profesionalitas dan menyiapkan tenaga kerja terdidik sebelum memasuki dunia kerja yang sebenarnya.

1.1.3. Ruang Lingkup Kerja Praktek Kerja praktek dilakukan di Departemen Operasi Kaltim-2, yaitu di bagian utilitas, ammonia, dan urea yang masing-masing dilakukan selama kurung waktu 7 hari kerja. Sementara untuk tugas khusus yang diberikan dilakukan di bagian urea yaitu distribusi suhu sepanjang Prilling Tower 1.2. Sejarah Singkat PT. Pupuk Kalimantan Timur 1.2.1. Sekilas Tentang PT. Pupuk Kalimantan Timur Pertanian merupakan salah satu sektor pembangunan yang mendapatkan perhatian besar dari pemerintah karena sebagian besar masyarakat Indonesia adalah petani. Selain itu, dari sektor inilah kebutuhan masyarakat akan pangan dapat terpenuhi. Disamping digunakan pada sektor pertanian, pupuk juga dibutuhkan di sektor industri. Pupuk memegang peranan penting dalam peningkatan kualitas produksi hasil-hasil pertanian. Salah satu jenis pupuk yang banyak digunakan oleh petani adalah pupuk urea, yang berfungsi sebagai sumber nitrogen bagi tanaman. Dalam peternakan, urea merupakan nutrisi makanan ternak yang dapat meningkatkan produksi susu dan daging. Selain itu, pupuk urea memiliki prospek yang cukup besar dalam bidang industri, antara lain sebagai bahan dalam pembuatan resin, produk-produk cetak, pelapis, perekat, bahan anti kusut dan pembantu pada pencelupan di pabrik tekstil. Oleh karena itu, kebutuhan pupuk urea semakin bertambah seiring berjalannya waktu.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

2

Pendahuluan

Proyek PT. Pupuk Kalimantan Timur lahir untuk memenuhi kebutuhan pupuk yang semakin meningkat tersebut. Pada mulanya proyek PT. Pupuk Kalimantan Timur dikelola oleh Pertamina sebagai unit-unit pabrik terapung yang terdiri dari 1 pabrik ammonia dan 1 unit pabrik urea dengan beberapa bangunan pendukungnya di pantai. Setelah meninjau dan menilai kembali konsep pabrik terapung ini, dengan memperhatikan aspek teknis dan bahan baku maka pembangunan pabrik dilanjutkan di darat. Berdasarkan Kepres No. 39 tahun 1976 dilakukan serah terima proyek ini dari Pertamina ke Departemen Perindustrian dalam hal ini Direktorat Jenderal Industri Kimia Dasar pada tahun 1976. Setelah penyelesaian proses hukum dalam rangka serah terima peralatan pabrik di Eropa, maka pada tanggal 7 Desember 1977 didirikan sebuah Badan Umum Milik Negara (BUMN) untuk mengelola usaha ini dengan nama PT. Pupuk Kalimantan Timur. Tujuan Utama pendirian PT. Pupuk Kalimantan Timur adalah untuk melaksanakan serta mendukung kebijakan pemerintah dalam proses pengembangan industri dan ekonomi nasional, khususnya sektor industri pupuk dan industri kimia. PT. Pupuk Kalimantan Timur berdiri di atas lahan seluas 493 Ha dan mengoperasikan 4 unit pabrik ammonia (Kaltim-1, Kaltim-2, Kaltim-3, dan Kaltim-4) dan 5 unit urea (Kaltim-1, Kaltim-2, Kaltim-3, Kaltim-4 dan POPKA) dengan total kapasitas produksi 1.850.000 ton ammonia dan 2.980.000 ton urea per tahun. 1.2.2. Kaltim–1

Gambar 1.2.2 Pabrik Kaltim-1

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

3

Pendahuluan

Menurut jadwal, masa konstruksi yang dimulai pada bulan Maret 1979

diperkirakan

akan

berlangsung

selama

36

bulan,

namun

pelaksanaannya mengalami banyak kesulitan sehingga start up baru dapat dilakukan pada bulan Juni 1982. Produksi ammonia pertama dihasilkan pada tanggal 20 Desember 1983 dan produksi pupuk urea pertama dihasilkan pada tanggal 15 April 1984. Pembangunan pabrik Kaltim-1 menggunakan Lummus Co., Ltd dari Inggris sebagai kontraktor utama yang bekerjasama dengan Lurgi dari Jerman dan Coppee Rust dari Belgia. Teknologi pembuatan ammonia menggunakan proses Lurgi dengan kapasitas 595.000 ton per tahun, sedangkan teknologi pembuatan urea menggunakan proses Stamicarbon dengan kapasitas produksi 700.000 ton per tahun. 1.2.3. Kaltim–2

Gambar. 1.2.3 Pabrik Kaltim-2 Pada tahun 1981 diadakan persiapan pembangunan pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur yang kedua yang kontrak pembangunnya ditandatangani pada tanggal 23 Maret 1982. Masa konstruksi Kaltim-2 dimulai pada bulan Maret 1983 dan start up dari utility dimulai pada bulan April 1984. Produksi ammonia pertama dihasilkan pada tanggal 6 September 1984 dan produksi urea pertama dihasilkan pada tanggal 15 September 1984. Pembangunan pabrik Kaltim-2 menggunakan M. W Kellog Co., Ltd sebagai kontraktor utama dan bekerjasama dengan Toyo Menka Keisha dan Kobe Steel dari Jepang. Teknologi pembuatan ammonia menggunakan proses Kellog dengan kapasitas produksi 595.000 ton per

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

4

Pendahuluan

tahun,

sedangkan teknologi pembuatan urea menggunakan proses

Stamicarbon dengan kapasitas produksi 570.000 ton per tahun. 1.2.4. Kaltim–3

Gambar 1.2.4 Pabrik Kaltim-3 Pabrik pupuk Kaltim-3 yang berlokasi berdampingan dengan pabrik Kaltim-2 yang beroperasi komersial sejak 4 April 1985. Pembangunan pabrik Kaltim-3 menggunakan PT. Rekayasa Industri (persero) sebagai kontraktor utama yang bekerjasama dengan Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co., dan Toyomenka corporation. Teknologi pembuatan ammonia menggunakan proses Haldor Topsoe dengan kapasitas produksi 333.000 ton per tahun, sedangkan teknologi pembuatan urea menggunakan proses Stamicarbon dengan kapasitas produksi 570.000 ton per tahun. Pada Kaltim-3 ini juga terdapat Hidrocarbon Recovery Unit (HRU) yang mengolah flash gas dan purge gas Kaltim-1, Kaltim-2, dan Kaltim-3 dari proses Costain Petrocarbon dan ditempatkan di area Kaltim-2, sehingga unit ini dapat memberikan tambahan produksi ammonia sebesar 180 ton per hari. 1.2.5. POPKA (Proyek Optimasi Pupuk Kaltim)

Gambar. 1.2.5 Pabrik POPKA

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

5

Pendahuluan

POPKA dibangun untuk meningkatkan nilai tambah bagi ammonia sisa (ammonia excess) dan gas CO2 yang terbuang ke atmosfer dari unit ammonia Kaltim-1 dan Kaltim-2, guna menghasilkan urea granul untuk tujuan ekspor. Pembangunan pabrik dimulai tanggal 20 November 1996 dan mulai produksi pada tanggal 12 April 1999. Pembangunan pabrik POPKA menggunakan Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co., sebagai kontraktor utama yang bekerjasama dengan PT. Rekayasa Industri (persero). Teknologi pembuatan urea menggunakan proses Hydro Agri dengan kapasitas produksi 570.000 ton per tahun. 1.2.6. Kaltim–4

Gambar 1.2.6 Pabrik Kaltim-4 Kaltim-4 dibangun pada tahun 1999 dan pada tahun 2002 telah dapat memproduksi urea, sedangkan untuk pabrik ammonia pembangunannya selesai pada awal tahun 2003. Pembangunan pabrik Kaltim-4 menggunakan Mitsubishi Heavy Industries Ltd sebagai kontraktor utama yang bekerjasama dengan PT. Rekayasa Industri (persero). Teknologi pembuatan ammonia menggunakan proses Haldor Topsoe dengan kapasitas produksi 333.000 ton per tahun, sedangkan teknologi pembuatan urea menggunakan proses Snamprogetti dengan kapasitas produksi 570.000 ton per tahun. Sama seperti POPKA, urea yang dihasilkan pada Kaltim-4 ini juga berbentuk granul. Selain kelima pabrik di atas, PT. Pupuk Kalimantan Timur juga memiliki beberapa anak perusahaan, antara lain PT. Kaltim Industrial Estate (PT. KIE), PT. DSM Kaltim Melamine (PT. DKM), PT. Kaltim Adhiguna Dermaga, PT. Kaltim Nusa Etika, PT. Kaltim Cipta Yasa, PT. Daun Buah, Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

6

Pendahuluan

PT. Kaltim Sahid Baritosodakimia (PT. KSB), PT. Rekayasa Industri, PT. Pukati Pelangi Agromakmur, PT. Pukati Pelangi Patani Berseri, PT. Pukati Pelangi Khatulistiwa, PT. Kaltim Methanol Industri (PT. KMI), PT. Kaltim Lemindo Kimiatama, PT. Kaltim Pasifik Ammonia (PT. KPA) dan PT. Kaltim Parna Industri (PT. KPI). 1.3. Lokasi dan Tata Letak Pabrik 1.3.1. Lokasi Pabrik Lokasi pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur terletak di wilayah pantai Kotamadya Bontang sekitar 121 km sebelah utara Samarinda, Ibukota provinsi Kalimantan Timur. Secara geografis terletak pada 0 10’ 46,9” LU dan 117 29’ 30,6” BT. Pabrik tersebut terletak pada areal seluas 493 Ha. Disebelah selatan selatan lokasi pabrik (sekitar 10 km) terdapat lokasi pabrik pencairan gas alam P.T Badak NGL Co. Lokasi perumahan dinas karyawan terletak sekitar 6 km sebelah barat lokasi pabrik (PC VI) seluas 765 Ha. Pada daerah ini juga tersedia perumahan BTN dan Bukit Sekatup Damai. Dasar pertimbangan pemilihan lokasi pabrik : 1.

Dekat dengan sumber bahan baku berupa gas alam

2.

Dekat dengan pantai (dermaga/pelabuhan) sehingga memudahkan dalam pengangkutan maupun transportasi

3.

Berada ditengah-tengah daerah pemasaran pupuk eksport dan pemasaran dalam negeri (Indonesia Bagian Timur)

4.

Pemetaan zona industri

5.

Kemungkinan perluasan pabrik dengan adanya lahan yang luas.

Gambar peta lokasi pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur

Gambar. 1.1 Letak geografis Pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

7

Pendahuluan

1.3.2. Tata Letak Pabrik Kaltim-2 Tata letak pabrik Kaltim-2 dibuat dengan tujuan mempermudah jalannya proses produksi. Unit utilitas terletak bersebelahan dengan laut dengan pertimbangan jarak pemompaan air laut dan jarak pembuangan limbah cair. Unit ammonia dan unit urea terletak saling berdampingan untuk memudahkan pengiriman bahan baku dari unit ammonia ke unit urea. 1.4. Lambang PT. Pupuk Kalimantan Timur

Gambar 1.4 Lambang PT. Pupuk Kalimantan Timur Makna dari lambang PT. Pupuk Kalimantan Timur . : 1.

Segi lima melambangkan Pancasila, merupakan landasan idiil perusahaan

2.

Daun buah melambangkan kesuburan dan kemakmuran

3.

Lingkaran kecil putih melambangkan letak lokasi Bontang dekat khatulistiwa

4.

Tulisan PUPUK KALTIM melambangkan keterbukaan perusahaan memasuki era globalisasi

5.

Warna biru melambangkan keluasan wawasan nusantara dan semangat integritas untuk membangun bersama serta kebijaksanaan dalam memanfaatkan sumber daya alam

6.

Warna jingga melambangkan semangat sikap kreatifitas membangun dan sikap profesional dalam mencapai kesuksesan usaha

1.5. Merk Dagang PT. Pupuk Kalimantan Timur

Gambar 1.5.a Merk Dagang PT. Pupuk Kalimantan Timur

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

8

Pendahuluan

Arti merk dagang PT. Pupuk Kalimantan Timur : 1.

Daun sebanyak 17 melambangkan kemakmuran sebagai salah satu cita-cita kemerdekaan

2.

Mandau alat untuk membuat lahan pertanian yang dipergunakan penduduk asli

Kalimantan,

melambangkan

kepeloporan

perusahaan

dalam

mengembangkan usaha pertanian 3.

Mandau berjumbai lima melambangkan Pancasila

4.

Warna biru melambangkan keluasan wawasan pemasaran

5.

Warna merah melambangkan dinamika kewiraswastaan

Gambar 1.5.b Produk PT. Pupuk Kalimantan Timur 1.6. Organisasi dan Manajemen PT. Pupuk Kalimantan Timur 1.6.1. Visi, Misi, Motto, Budaya dan Nilai-nilai Perusahaan  Visi Menjadi korporasi Agro-Kimia yang memiliki reputasi prima di kawasan Asia  Misi 1. Menyediakan

pupuk,

produk

kimia,

produk

agro

dan

jasa

pemeliharaan pabrik dengan menerapkan standar internasional dan kaidah operational excellence serta berorientasi pada peningkatan kepuasan pelangan 2. Menunjang program ketahanan pangan nasional dan meningkatkan nilai korporasi dengan memperhatikan kepentingan pemegang saham 3. Memperhatikan manfaat bagi karyawan, msyarakat dan peduli pada lingkungan

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

9

Pendahuluan

 Motto Kami hadir dalam semangat pionir Kami kuat ditempa oleh tantangan Kami maju dengan karya bermutu  Budaya dan Nilai-nilai Perusahaan 1. Integritas 2. Kebersamaan 3. Unggul 4. Kepuasan pelangan 5. Tanggap 1.6.2. Struktur Organisasi Perusahaan PT. Pupuk Kalimantan Timur dikelolah oleh suatu dewan direksi yaitu :

Direktur

keuangan,

direktur

teknik,

direktur

perencanaan

dan

pengembangan, serta direktur produksi. Dalam pengelelolaan perusahaan, dewan direksi diawasi oleh komisaris yang terdiri dari seorang komisaris utama dan empat anggota yang bertanggung jawab kepada Depperind melalui Dirjen Industri Kimia Dasar. Dewan komisaris ini mewakili pemerintah sebagai pemegang saham. Adapun wewenang dan tanggung jawab dewan direksi tersebut sebagai berikut : 1.

Direktur Utama, memimpin organisasi dan bertanggung jawab atas kelancaran jalannya perusahaan kepada dewan komisaris

2.

Direktur Perencanaan dan Pengembangan, memimpin dibidang perencanaan dan pengembangan yang bertanggung jawab kepada direktur utama

3.

Direktur Keuangan, memimpin dibidang keuangan dan bertanggung jawab kepada direktur utama

4.

Direktur Teknik, memimpin bindang rancang bangun perekayasaan dan pengadaan yang bertanggung jawab kepada direktur utama Untuk pelaksanaan operasional perusahaan sehari-hari maka dewan

direksi dibantu oleh bagian-bagian sebgai berikut : a.

Kepala Kompartemen

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

10

Pendahuluan

b.

Kepala Departemen atau Kepala Biro

c.

Kepala Bagian

d.

Kepala Seksi

e.

Kepala Regu

f.

Operator

Unsur bantuan terdiri dari kompartemen dan biro dalam hal ini kompartemen terdiri dari : 

Kompartemen Administrasi



Kompartemen Produksi



Kompartemen Keuangan



Kompartemen Sekper



Kompartemen Renbang



SPI



Kompartemen Teknik



Kompartemen SDM



Divisi IPP



Biro Personalia



Biro PUKK



Biro Menkohar



Biro Bang SDM

Sementara biro meliputi : 

Biro Was Operational



Biro Humas dan Sekretariat



Perwakilan BPP/SDM



Biro Bangha



Biro Bangduksar



Biro Hukum



Biro Lablitbangpros



Biro P.P.A.P



Biro Sistem Informasi



Biro Keugar



Biro Akuntansi



Biro Was Keuangan



Perjaka



Biro Daan



Biro Cangun



Biro Umum



Biro Analisa



Biro K3LH



Biro Istek



Biro Teknologi



Biro Sisman



UPPT

Unit komando meliputi : 

Departemen Kamtib



Departemen Komersil



Depertemen Operasi Kaltim-1, 2, 3, dan 4



Departemen Ranlog

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

11

Pendahuluan



Departemen Pemeliharaan

Struktur Organisasi yang perlu diamati lebih lanjut adalah yang dibawahi oleh direktur produksi. Direktur produksi dibantu oleh seorang kepala kompartemen (kompartemen produksi), yang mengatur departemendepartemen operasi (I, II, III, IV, V) dan departemen pemeliharaan. Departemen operasi Kaltim-2 dipimpin oleh seorang kepala departemen yang membawahi bagian-bagian unit utilitas, ammonia, dan urea. Tiap kepala bagian dibantu oleh seorang wakil yang membawahi beberapa regu shift yang dipimpin oleh seorang shift supervisor. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada bagan berikut, tentang struktur organisasi Departemen operasi Kaltim-2. Kepala Departemen Operasi Kaltim-2

Koordinator Operasi Kaltim-2

Staf

Shift supervisor

Kabag Utilitas

Kabag

Kabag Urea

Ammonia Wakabag Utilitas

Wakabag

Wakabag Urea

Ammonia Foreman

Foreman

Foreman

Kepala Regu

Kepala Regu

Kepala Regu

Operator Panel &

Operator Panel &

Operator Panel &

Operator Lapangan

Operator Lapangan

Operator Lapangan

Gambar 1.6.2 Struktur Organisasi Departemen Kaltim-2

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

12

Pendahuluan

1.7. Waktu Kerja Waktu Kerja yang berlaku di PT. Pupuk Kalimantan Timur dibagi menjadi 2 yaitu karyawan shift dan non shift. 

Waktu kerja non shift yaitu :

Senin – kamis : pukul 07.00 – 16.00 WITA (istirahat pukul 12.00-13.00) Jum’at

: pukul 07.00 – 17.00 WITA (istirahat pukul 11.30-13.30)

Karyawan shift terdiri dari 4 (empat) regu, yaitu A, B, C dan D. Setiap 3 regu bertugas, sementara 1 regu istirahat. 

Waktu kerja shift yaitu : Shift pagi (day shift)

: pukul 07.00 – 15.00 WITA

Shift sore (swing shift)

: pukul 15.00 – 23.00 WITA

Shift malam (night shift)

: pukul 23.00 – 07.00 WITA

Dalam waktu satu minggu tiap regu memperoleh istirahat selama dua atau tiga hari. 1.8. Keselamatan dan Kesehatan Kerja serta Lingkungan Hidup Usaha kesehatan dan keselamtan kerja di P.T Pupuk Kalimantan Timur mempunyai sasaran umum dan sasaran khusus. Sasaran umum yang ingin dicapai adalah sebagai berikut : 1.

Perlindungan terhadap karyawan yang berada di tempat kerja agar selalu terjamin keselamatan dan kesehatannya sehingga dapat mewujudkan penigkatan produksi dan produktivitas

2.

Perlindungan setiap orang lainnya yang berada di tempat kerja selelu dalam keadaan selamat dan sehat

3.

Perlindungan terhadap bahan dan peralatan produksi agar dapat dipakai dan digunakan secara aman dan efisisen

Sedangkan secara khusus usaha keselamatan dan kesehatan kerja antara lain sebagai berikut : 1.

Mencegah dan atau mengurangi serta mencegah kecelakaan, kebakaran, ledakan dan penyakit akibat kerja

2.

Mengamankan mesin, instalasi, pesawat, alat kerja, bahan baku, dan produk

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

13

Pendahuluan

3.

Menciptakan lingkungan dan tempat kerja yang aman, nyaman, sehat dan penyesuaian antara pekerjaan dengan manusia atau manusia dengan pekerjaan

4.

Menciptakan kondisi perusahaan sesuai dengan standar ISO 14001

1.9. Unit Prasarana PT. Pupuk Kalimantan Timur PT. Pupuk Kalimantan Timur memiliki 4 buah dermaga dengan kapasitas dermaga I 6.000 ton, dermaga II 40.000 ton, dermaga III 20.000 ton, dan dermaga Quadrant Arm Loader untuk kapal sampai 40.000 ton. Dermagademaga tersebut memiliki alur yang dalam yang dapat disinggahi kapal berdaya muat hingga puluhan ribu ton. PT. Pupuk Kalimantan Timur juga memiliki ammonia storage dengan kapasitas 52.000 ton, gudang urea curah dengan kapasitas 125.000 ton dan gudang pengantongan dengan kapasitas 10.000 ton. 1.10. Deskripsi Singkat Proses Produksi Departemen Operasi Kaltim-2 Secara garis besar, keseluruhan proses yang ada di pabrik Pupuk Kalimantan Timur terbagi menjadi 3 bagian utama, yaitu : Unit Utilitas, Unit Produksi Ammonia, Unit Produksi Urea. Pada bagian berikut ini akan dijelaskan penjelasan dari tiap-tiap unit : 1. Unit Utilitas Unit ini mengelola dan menyediakan sarana untuk menunjang unitunit lain da berfungsi juga untuk mengawasi, memproduksi untuk kelancaran proses produksi dari suatu pabrik. Unit Utilitas ini terdiri dari 8 unit utama yaitu: a) Unit sea water intake b) Unit pengolahan air c) Unit pembangkit steam d) Unit pembangkit listrik e) Unit pengolahan air pendingin (cooling water) f) Unit pengolahan udara pabrik dan udara instrument g) UFC (Urea folmadehyde Concentrated)

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

14

Pendahuluan

h) Unit pengolahan limbah (waste water treatment) 2. Unit Produksi Ammonia Unit produksi ini berfungsi untuk mengolah gas alam menjadi amonia dan karbondioksida (CO2) yang akan digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan urea. Unit Produksi Amonia ini terdiri dari 6 unit yaitu: a) Unit pemurnian gas alam b) Unit pembuatan gas sintesis c) Unit pemurnian gas sintesis d) Unit sintesis ammonia e) Unit refrigerasi ammonia f) Unit hydrogen recovery 3. Unit Produksi Urea Unit ini berfungsi untuk memproduksi urea dengan cara mereaksikan amonia cair dan CO2 yang berasal dari unit amonia dalam reaktor urea yang akan menghasilkan urea, ammonium karbamat, biuret, air dan excess ammonia. Urea tersebut dipisahkan dari produk lainnya dengan cara pemanasan. Dalam unit ini terdiri dari 6 unit utama yaitu : a) Unit Persiapan Bahan baku b) Unit sintesa urea c) Unit resirkulasi d) Unit Evaporasi e) Unit prilling f) Unit waste water Treatment (WWT)

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

15

Tinjauan Pustaka

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Karakteristik Bahan Baku dan Produk Sifat fisik dan kimia dari senyawa yang akan dijadikan bahan baku dan produk yang akan dihasilkan suatu proses sangat diperlukan. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui perlakuan awal dan kondisi operasi apa saja yang nanti akan dilakukan sehingga didapatkan produk yang diinginkan. 2.1.1. Karakteristik Bahan Baku Pembuatan urea di PT Pupuk Kalimantan Timur menggunakan bahan baku antara lain: gas alam, udara, dan air. a. Gas Alam Komposisi gas alam dipengaruhi oleh letak geografis sumber gas alam tersebut, sedangkan sifat gas alam dipengaruhi oleh komponen yang ada didalamnya. Sifat fisik gas alam dapat dilihat pada Tabel 2.1.1. Gas alam yang digunakan sebagai bahan baku di PT Pupuk Kalimantan Timur berasal dari beberapa sumber minyak yang berada di lepas pantai Kalimantan seperti VICO, CHEVRON, dan TOTAL yang dikelola oleh Pertamina. Tabel 2.1.1.a Sifat-sifat Fisik Gas Alam

Komponen

Berat

Titik

Specific

Specific

didih

gravity

gravity

Cairan

Gas

(°F)

(60°C)

(60°C)

Molekul Normal

Panas Pembentukan (Kkal/mol)

Metana

16,04

-258,7

0,248

0,554

-17,89

Etana

30,07

-127,5

0,368

1,038

-20,24

Propona

44,09

-43,7

0,508

1,552

-24,82

i-butana

58,12

10,9

0,563

2,001

-32,15

n-butana

58,12

31,1

0,584

2,001

-30,15

i-pentana

72,15

82,1

0,625

2,491

-36,92

n-pentana

72,15

96,9

0,631

2,491

-35,00

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

16

Tinjauan Pustaka

n-heksana

86,17

155,7

0,664

2,975

-39,96

CO2

44,01

-164,9

0,815

1,519

-94,05

H2 S

34,08

-76,5

0,790

1,176

-4,82

N2

28,02

-320,4

0,808

0,967

b. Udara Kandungan terbesar komposisi udara terdiri dari 79 % N2, 20 % O2 dan sisanya senyawa lain dalam jumlah kecil. Udara memiliki temperature kritis (Tc) = -140,7 ºC dan tekanan kritis (Pc) = 37,2 atm dan densitas kritis (ρc) = 350 kg/m3. c. Air Air (H2O) merupakan senyawa polar dan reaktif, oleh karena itu air dapat bereaksi dengan berbagai macam zat yang kepolarannya sama dan dapat menghantarkan listrik dengan baik. Air mempunyai tekanan kritis (Pc) = 218,4 atm, temperatur kritis (Tc) = 374,15º C, dan densitas kritis (ρc) = 323 kg/cm3. 2.1.2. Karakteristik Produk Produk-produk yang dihasilkan oleh PT. Pupuk Kalimantan Timur adalah Urea sebagai produk utama dan amonia (NH3), karbondioksida (CO2), karbonmonoksida (CO), gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) sebagai produk antara. a. Ammonia Ammonia (NH3) merupakan bahan dasar pembuatan pupuk yang berbasis nitrogen. Senyawa ini digunakan sebagai penyedia nitrogen yang siap digunakan dibandingkan dengan nitrogen bebas yang merupakan senyawa inert karena lebih mudah dikonversi oleh tanaman. Ammonia mempunyai bau yang sangat menyengat. Titik didihnya sangat rendah (33,35°C) pada tekanan atmosfer sehingga berwujud gas yang tidak berwarna dan sangat mudah larut dalam air membentuk basa lemah ammonium hidroksida (NH4OH). NH3(g) + H2O(l) Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

NH4OH(l) 17

Tinjauan Pustaka

Ammonia dapat berwujud cair jika berada pada tekanan tingi yaitu sekitar 10 atm. Tabel 2.1.2b Sifat-sifat ammonia b. Urea Urea adalah senyawa berbentuk serbuk putih, tidak berbau atau mengeluarkan bau ammonia, dan tidak berasa. Urea mempunyai rumus molekul NH2CONH2. Di dalam air, urea akan terhidrolisis menjadi amonium karbamat (NH2COONH4) yang selanjutnya akan terdekomposisi menjadi NH3 dan CO2. Tabel 2.1.2a Sifat-sifat Urea 2.2

Pembuatan Ammonia

2.2.1. Sejarah Pembuatan Ammonia Pada tahun 1789 seseorang yang bernama C.L. Barthelot menemukan senyawa ammonia yang tersusun atas nitrogen dan hidrogen. Hidrogen murni yang digunakan diperoleh dengan elektrolisis air, sedangkan nitrogen diperoleh dengan distilasi udara cair, tetapi cara ini dinilai kurang efektif dan membutuhkan

banyak

biaya

sehingga

dilakukan

percobaan

untuk

memperoleh proses lain yang lebih ekonomis. Sampai akhirnya Fritz Haber (1904-1909) menemukan cara sintesis ammonia dengan proses lain yang lebih ekonomis yang dilakukan pada tekanan tinggi dengan penggunaan katalis yang sesuai. Kemudian pada tahun 1913 Carl Bosch yang memimpin Badishe Anilud Soda Fabric (BASF) bekerjasama dengan Fritz Haber berhasil mengembangkan proses komersial untuk memproduksi ammonia dengan mereaksikan gas nitrogen dan gas hidrogen yang diperoleh dari batu bara yang direaksikan dengan steam dan menggunakan katalis besi dengan penambahan Al2O3, MgO, CaO dan K2O sebagai promotor. Sehingga sintesis ammonia tersebut dikenal dengan proses Haber-Bosch, dengan persamaan reaksinya adalah: N2(g) + 3H2(g)

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

2NH3(g)

18

Tinjauan Pustaka

2.2.2. Macam-macam Proses Sintesa Ammonia Sampai saat ini ada banyak cara untuk sintesis ammonia di antaranya adalah sebagai berikut : a) Proses Haber-Bosch b) Proses Claude c) Proses Casale d) Proses Fauser e) Proses Mont Cenis f) Proses Kellog Proses yang dipakai oleh PT. Pupuk Kalimantan Timur untuk memproduksi ammonia adalah lisensi dari Kellog Brown & Root (KBR) , Inc menggunakan proses hemat energi dengan konsumsi sekitar 31 MMBtu/ton produk. Adapun secara garis besar tahapan prosesnya adalah sebagai berikut :

Pemurnian gas alam dilakukan di unit desulfulizer (sulfur absorber) yang dipasang secara seri. Unit desulfulizer ini berfungsi untuk mengurangi atau menghilangkan senyawa sulfur yang terkandung di gas alam karena senyawa sulfur ini merupakan racun bagi katalis yang terdapat di reformer. Katalis yang digunakan di desulfulizer adalah ZnO. Pada tahap pembentukan gas sintesis dilakukan proses steam reforming terhadap gas alam proses untuk memperoleh gas H2 sebagai bahan baku sintesis ammonia. Bagian reforming ini terdiri dari dua tahap, yaitu primary reformer dan secondary reformer. Pada primary terjadi reaksi katalitik reforming antara gas alam dan steam, sedangkan pada secondary reformer terjadi reaksi antara gas keluaran primary reformer dengan udara. Tujuan gas direaksikan di secondary reformer adalah menurunkan kadungan CH4 di gas menjadi sekitar 0,3 %mol dan untuk mendapatkan gas N2 yang diperlukan dalam pembuatan gas sintesis. Udara proses dimasukkan ke dalam secondary reformer dan dikendalikan untuk mendapatkan rasio N2/H2 yang sesuai dalam gas sintesis. Oksigen dari udara akan bereaksi dengan H2 dan menghasilkan panas yang digunakan untuk reaksi lanjut CH4 dengan steam menghasilkan H2. Selanjutnya CO yang terdapat dalam gas sintesis harus dihilangkan Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

19

Tinjauan Pustaka

karena dapat menjadi racun bagi katalis di ammonia converter. Akan tetapi, gas CO lebih sulit dipisahkan dari campuran sehingga harus dikonversi terlebih dahulu menjadi CO2 di dalam dua reaktor shift converter, yaitu High Temperatur Shift (HTS) Converter dan Low Temperatur Shift (LTS) Converter. Pemurnian dalam gas sisntesis dilakukan dalam dua proses yaitu CO2 removal dan methanasi. Proses CO2 removal terdiri dari unit penyerapan CO2 di menara absorber dan unit pelepasan CO2 di menara stripper dengan menggunakan larutan benfield sebagai penyerap. Benfield process menggunakan ACT-1 sebagai activator dan vanadium sebagai pelindung terhadap korosi. Selanjutnya gas CO2 yang diperoleh dari stripper dipisahkan dari steam yang tercampur didalamnya dan dikirim ke bagian urea sebagai bahan baku pembuatan urea. Sementara gas sisntesis yang keluar dari proses absorbsi mengalami proses methanasi yang dilakukan didalam methanator yang bertujuan untuk mengkonversi CO dan CO2 yang masih terkandung didalam gas sintesis tersebut menjadi metana. Gas sintesis yang telah terbentuk selanjutnya direaksikan di dalam ammonia converter untuk menghasilkan ammonia. Reaksi pembentukan NH3 adalah eksotermis sehingga reaksi harus dijaga pada tekanan tinggi dan temperatur yang optimum. Reaksi tersebut dapat digambarkan oleh persamaan reaksi berikut : N2(g) + 3H2(g)

2NH3

ΔHr,298 = -11,04 kkal/mol

Gas sintesa yang tidak terkonversi menjadi NH3 disirkulasikan kembali ke converter sehingga membentuk synthesis loop. Tahan terakhir adalah pemisahan produk NH3 dari gas sintesis dalam refrigerant system. Proses ini bertujuan unutk memproduksi ammonia cair dengan kemurnian tinggi untuk dikirim ke bagian urea atau disimpan di bagian storage dan untuk menyuplai chiller ammonia sebagai pendingin.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

20

Tinjauan Pustaka

2.2.3. Prinsip Sintesa Ammonia Reaksi utama di unit ammonia adalah reaksi gas hidrogen dan nitrogen menjadi NH3 yang terjadi pada seksi ammonia converter. Kondisi operasi optimum untuk reaksi tersebut adalah dengan mempertahankan reaksi pada tekanan antara 140-150 kg/cm2 dan temperatur antara 430500°C. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g)

NH3(g)

ΔH 700K = -52,6 kJ/mol K

2.2.4. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Sintesa Ammonia Ada banyak variabel yang mempengaruhi sintesis ammonia di dalam ammonia converter di antaranya adalah temperatur, tekanan, laju alir gas sintesis, kecepatan ruang, perbandingan antara H2 dan N2, jumlah inert, serta katalis. Penjelasan dari masing-masing faktor adalah sebagai berikut : a.

Temperatur

Sesuai dengan Azas Le Chatelier “Jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan,

suatu

kenaikan

temperatur

akan

menyebabkan

kesetimbangan itu bergeser ke arah yang menyerap kalor (reaksi penguraian/reaksi endoterm)”. Dan reaksi sintesis ammonia merupakan reaksi eksoterm (reaksi pembentukan) : N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

ΔHr0 = -92,22 kJ

Sedangkan reaksi penguraian ammonia adalah reaksi endoterm : 2NH3(g)

N2(g) + 3H2(g) ΔHr0 = 92,22 kJ

Perubahan temperatur akan mengakibatkan bergesernya kesetimbangan reaksi. b.

Tekanan

Menurut Azas Le Chatelier, kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke arah mol (koefisien reaksi) yang lebih kecil (ke arah pembentukkan NH3), tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan tumbukan antar molekul reaktan berkurang, sehingga kecepatan reaksi pembentukkan NH3 menurun atau ke arah penguraian NH3 . c.

Laju Alir reaktan

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

21

Tinjauan Pustaka

Sesuai dengan Azas Le Chatelier, jika komponen reaktan ditambah dan produk terus-menerus diambil/dikurangi maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukkan NH3. d.

Perbandingan reaktan antara hidrogen dan nitrogen

Menurut reaksi kesetimbangan, pembentukan ammonia dalam memproduksi 1 mol gas NH3 membutuhkan 1/2 mol N2 dan 3/2 mol H2. Perbandingan N2:H2 = 1:3. e.

Jumlah gas inert

Jika terjadi peningkatan kadar gas inert dalam ammonia coverter yang terutama terdiri dari metana dan argon maka dapat mengakibatkan turunnya produksi pembentukkan ammonia. f.

Katalis

Katalis merupakan zat yang dapat mempercepat reaksi namun tidak ikut bereaksi. Peranan katalis adalah untuk menurunkan energi aktivasi reaksi. Sesuai dengan fasa terjadinya reaksi, maka katalis dibedakan menjadi dua jenis yaitu: katalis homogen dan heterogen. Dalam industri umumnya katalis yang dipakai adalah katalis heterogen karena lebih ekonomis. Katalis heterogen yang paling banyak digunakan adalah dalam bentuk unggun dengan keunggulan lebih mudah pengoperasiannya, mudah dalam regenerasi, dan harganya relatif lebih murah. Katalis yang digunakan untuk sintesis amonia adalah iron. 2.3

Pembuatan Urea

2.3.1. Sejarah Pembuatan Urea Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine. Pembuatan urea dari ammonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan oleh F.Wohler pada tahun 1828 . Namun pada saat ini pembuatan urea pada umumnya menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870. Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat. Prinsip pembuatan urea pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara ammonia dan karbondioksida pada tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinu untuk membentuk amonium Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

22

Tinjauan Pustaka

karbamat (reaksi 1) selanjutnya amonium karbamat yang terbentuk didehidrasi menjadi urea (reaksi 2).

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Reaksi 1 : 2 NH3(g) + CO2(g)

NH2COONH4(g)

Reaksi 2 : NH2COONH4(g)

NH2CONH2(g) + H2O(l)

Sintesis urea dilakukan dengan ammonia yang berlebih agar kesetimbangan dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak. Proses produksi urea di Kaltim-2 menggunakan proses total Recycle CO2 stripping dengan kapasitas desain 1725 ton/hari yang didesain oleh Stamicarbon BV Gellen Holland. Proses ini terdiri atas beberapa tahapan penting, yaitu persiapan bahan baku, sintesa urea, resirkulasi, evaporasi, prilling dan Waste water treatment (pengolahan air buangan). Adapun secara garis besar tahapan prosesnya adalah sebagai berikut :

Tahapan persiapan bahan baku meliputi persiapan umpan CO2 dan persiapan umpan NH3. Gas umpan CO2 dicampur dengan udara dan dialirkan melalui knock out drum yang bertujuan untuk mengurangi kandungan air yang terbawa dari ammonia plant. Dari KO-drum, gas umpan dikompresi dengan CO2 compressor dan dimasukkan kedalam H2 converter. Dalam H2 converter, gas H2 akan bereaksi secara katalitik dengan O2 menjadi H2O. Kandungan H2 setelah melewati H2 converter diharapkan kurang 100 ppm. Setelah tahap reaksi ini, gas umpan CO2 dilewatkan melalui bagaian HP stripper dasn masuk ke HP Carbamate Condenser. Pada persiapan umpan ammonia, ammonia cair dari ammonia plant dipompa dengan HP ammonia pump dan dipanaskan terlebih dahulu di ammonia preheater dengan menanfaatkan panas air buangan dari unit waste water treatment. Selanjutnya umpan ammonia yang tealah dipanasi dialirkan melalui HP ejector yang sekaligus berfungsi untuk menghisap larutan karbamat dari HP scrubber. Larutan kerbamat ini bersama-sama dengan umpan ammonia akan masuk ke HP carbamate Condenser. Pada tahap sintesa urea, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

23

Tinjauan Pustaka

2NH3(g) + CO2(g)

NH2COONH4(l)

ΔHr,298 = -28,5 kkal/mol

NH2COONH4(g)

NH2CONH2(g) + H2O(l) ΔHr,298 =4-6 kkal/mol

Reaksi pertama terjadi di HP Carbamate Condenser, sedangkan reaksi kedua terjadi di dalam reaktor. Campuran umpan ammonia dan larutan karbamat dari HP ejector dan campuran gas CO2 dari HP stripper masuk kebagian atas HP carbamate Condenser pada dua line yang berbeda. Didalam HPCC sebagian besar NH3 dan CO2 akan bereaksi dan terkondensasi menjadi larutan karbamat. Larutan karbamat yang terbentuk ini akan masuk ke dalam reaktor, demikian juga dengan NH3 dan CO2 yang belum bereaksi di HPCC. Didalam reaktor, sisa NH3 dan CO2 akan bereaksi menjadi karbamat dan panas reaksi yang timbul digunakan untuk reaksi pembentukan urea (mengkonversikan karbamat menjadi urea). Fasa larutan yang meninggalkan reaktor akan dikirim menuju HP stripper untuk memisahkan urea yang terbentuk dengan reaktan yang tidak terkonversi menjadi urea. Di HP stripper, sebagian karbamat akan terurai kembali menjadi NH3 dan CO2. Larutan urea yang mengandung relatif kecil karbamat akan meninggalkan bagian bawah HP stripper menuju ke unit resikulasi, sedangkan campuran gas yang sebagian besar mengandung CO2 akan menuju bagian atas HP Stripper dan mengalir ke HP Carbamat condenser. Sementara itu, fasa gas dari reaktor, yang mengandung NH3 dan CO2 tidak terkonversi, bersama-sama mengalir ke HP scrubber. Di dalam scrubber, sebagian gas NH3 dan CO2 dikondensasikan, sedangkan sebagian lagi diserap oleh larutan karbamat encer dari bagian resikulasi. Larutan karbamat dihisap oleh HP ejector untuk dialirkan bersama-sama dengan umpan NH3 menuju HPCC, sedangkan gas inert yang sedikit mengandung NH3 dan CO2 dibuang ke atmosfer. Pada tahap resikulasi, larutan urea karbamat (dengan konsentrasi urea 56%) yang keluar dari bagian bawah HP stripper diekspansikan sampai tekanan 4,2 kg/cm2-a sehingga sebagian dari karbamat terurai menjadi NH3 dan CO2. Selanjutnya larutan tersebut dispray di top rectifying column. Karbamat yang terurai menjadi NH3 dan CO2 langsung mengalir ke LPCC, Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

24

Tinjauan Pustaka

sedangkan cairan urea dan karbamat yang tidak terurai akan mengalami kontak dengan gas panas dari heater retifying column selanjutnya mengalir ke flash tank, sedangkan uapnya mengalir ke LPCC. Di LPCC, uap akan terkondensasi menjadi karbamat dan dipompa kembali menuju HP scrubber. Gas-gas yang tidak terkondensasi di LPCC mengalir ke absorber untuk diserap kembali dengan menggunakan water ammonia. Larutan hasil penyerapan ini ditampung di ammonia water tank yang selanjutnya akan diproses kembali di waste water treatment. Adapun larutan yang mengalir ke flash tank akan mengalami flash sehingga sisa-sisa NH3 dan CO2 yang tidak terurai di retifying column akan terurai disini. Gas yang terurai tersebut akan dikondensasikan di flash tank condenser dan ditampung di ammonia water tank, sedangkan larutan yang keluar dari flash tank mengalir secara gravitasi ke urea storage tank. Selanjutnya larutan yang mengandung sekitar 73% urea dari urea solution tank dipopma ke first stage evaporation. Sebelumnya larutan tersebut masuk ke heater sehingga air yang terkandung di dalam larutan menguap. Pada first stage evaporation terjadi pemisahan uap air dari larutan. Uap airnya dikondensasikan di first evaporator condenser dan ditampung di ammonia water tank, sedangkan larutannya akan mengalir ke second stage evaporation. Aliran dari first stage evaporator masuk melalui heater sehingga air yang terbawa dalam larutan akan menguap. Larutan yang bercampur uap air kemudian masuk ke second stage evaporation shingga terjadi pemisahan antara uap air dengan larutan. Uap air akan dikondensasikan di second evaporator condenser dan ditampung di ammonia water tank. Larutan yang keluar dari second stage evaporation, yang berupa urea melt dengan konsentrasi sekitar 99% akan dipompakan melalui urea melt pump masuk ke prill bucket yang berputar. Prill bucket ini dilengkapi dengan lubang-lubang sehingg urea yang keluar dari prill bucket akan berupa tetesan-tetesan yang disebut prill, yang menyebar ke seluruh prilling tower dan turun ke bawah. Di dalam tower, prill ini didinginkan oleh udara dari bagian bawah tower yang dihisap ke atas oleh ID fan. Pada bagian dasar Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

25

Tinjauan Pustaka

prilling tower, urea ini siap di scrab oleh scrapper menuju ke funnel-funnel yang selanjutnya ke belt conveyor untuk diangkut ke gudang. Untuk memperkuat inti dari urea prill, disemprotkan urea yang dihaluskan di unit seeding menuju ke dalam tower. Debu urea ini bertemu dengan tetesantetesan urea sehingga terbentuk inti urea prill yang kuat. Untuk menghidari terjadinya cracking, maka disemprotkan urea soft sebagai coating, atau juga bias diinjeksikan urea formaldehyde. Tahap akhir dari pembuatan urea adalah waste water treatment. Pada tahap ini, ammonia cair dari ammonia water tank dipompa ke bagian atas first desorber sehingga cairan mengalir kebawah melalui tray-tray. Di first desorber, NH3 dan CO2 yang telah terurai akan distripping oleh steam dari second desorber. Uap yang mengadung NH3, CO2 dan steam akan keluar melalui bagaian atas desorber dan didinginkan di reflux condenser. Karbamat hasil pendinginan ani dikirim kembali ke LPCC yang selanjutnya dipompa kembali ke sintesis. Cairan dari first desorber dipanaskan dengan steam dari hydrolyzer masuk ke dalam first desorber, sedangkan cairan yang keluar menuju ke bagian atas second desorber. Pada bagian bawah second desorber dimasukkan steam yang akan memanaskan cairan yang masuk dari atas. Uap dan sebagian besar gas NH3 dan CO2 yang terurai akan mengalir ke atas dan memanaskan cairan di first desorber. Cairan mengalir kebawah untuk memanaskan ammonia di ammonia preheater dan selanjutnya dibuang ke sewer setelah melalui pendinginan. Kandungan NH3 maksimum yang diijinkan adalah 50 ppm dan ureanya 100 ppm. 2.3.2. Macam-macam Proses Sintesa Urea Berdasarkan ammonium karbamat yang tidak terkonversi, proses sintesis urea secara komersial dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu : a.

Once-through urea process

Amonium Karbamat yang tidak terkonversi menjadi urea didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 dengan cara memanaskan keluaran urea synthesis reaktor pada tekanan rendah . Gas NH3 dan CO2 dipisahkan dari larutan urea dan dimanfaatkan untuk memproduksi garam amonium dengan cara Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

26

Tinjauan Pustaka

mengabsorbsi NH3 dengan larutan asam nitrat atau asam sulfat sebagai absorben. b.

Solution recycle urea process

Karbamat yang tidak terkonversi didekomposisi menjadi gas NH3 dan CO2 . Selanjutnya gas amonia dan karbondioksida tersebut diabsorbsi oleh air dan dikembalikan kedalam reaktor dalam bentuk larutan. 2.3.3. Konsep Proses Sintesa Urea Pada umumnya urea diproduksi dengan mereaksikan ammonia dan CO2 pada kondisi operasi optimumnya pada temperatur 185°C dan tekanan 250 kg/cm2 sesuai dengan reaksi Bassarow sebagai berikut : 2NH3(g) + CO2(g)

NH2COONH4(g)

ΔH = -117 kJ/mol

NH2COONH4(g)

NH2CONH2(g) + H2O(l) ΔH = 15,5 kJ/mol

Dari kedua reaksi di atas dapat dilihat bahwa reaksi pertama adalah eksoterm (mengeluarkan panas) dan yang kedua adalah endoterm (memerlukan panas). Panas yang dihasilkan pada reaksi pertama diserap pada reaksi kedua. 2.3.4. Faktor-faktor Yang Mempegaruhi Sintesa Urea Ada beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi pembuatan urea yaitu : a.

Temperatur

Reaksi sintesis urea berjalan pada temperatur optimal adalah 185°C dengan waktu pemanasan sekitar 30 menit. Jika temperatur turun akan menyebabkan konversi amonium karbamat menjadi urea akan turun. b.

Tekanan

Untuk menghasilkan urea yang optimal, maka diperlukan tekanan tinggi yaitu 250 kg/cm2 karena konversi amonium karbamat menjadi urea hanya berlangsung pada fasa cair sehingga tekanan harus dipertahankan pada keadaan tinggi. c.

Perbandingan NH3 dan CO2

Industri urea di Indonesia pada umumnya mensintesis urea dengan perbandingan NH3 dan CO2 adalah 3,5-4 mol. Hal ini dikarenakan Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

27

Tinjauan Pustaka

perbandingan mol dapat mempengaruhi suhu, tekanan operasi dan jumlah ammonia yang terbentuk. d.

Jumlah air

Jumlah air dalam reaktor dapat berpengaruh terhadap reaksi yang kedua yaitu penguraian amonium karbamat menjadi urea dan air. Jika terdapat air dalam jumlah yang cukup banyak, maka akan memperkecil konversi terbentuknya urea dari larutan karbamat.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

28

Bahan Baku

BAB III BAHAN BAKU

Industri kimia merupakan industri yang mengolah/mengubah bahan baku menjadi bahan lain yang bernilai guna melalui proses kimia, fisika, atau gabungan keduanya. Terdapat dua jenis bahan baku, yaitu bahan baku utama dan bahan baku penunjang. 3.1. Bahan Baku Utama 3.1.1. Bahan Baku Pembuatan Ammonia Bahan baku utama yang digunakan pada unit produksi amonia Kaltim2 berupa gas alam dan udara. Gas alam diperoleh dari Muara Badak berjarak 60 km dari lokasi pabrik, sedangkan udara diambil dari atmosfer. Gas alam yang digunakan sebagai gas process maupun sebagai gas fuel. Spesifikasi gas alam dan udara yang ditampilkan dalam berikut. Komponen

Gas Process

Fuel Gas

CO2

3,095

4,424

CH4

89,259

86,554

C 2 H6

5,928

5,28

C 3 H8

1,025

2,117

iC4H10

0,177

0,425

nC4H10

0,213

0,512

iC5H12

0,084

0,208

nC5H12

0,05

0,125

C6H14

0,123

0,301

N2

0,047

0,054

S

1,02

Sumber : Depart. Operasi Kaltim-2,2008

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

29

Bahan Baku

Komponen

Komposisi

N2

74,6

O2

19,8

H2 O

5,6

Sumber : Depart. Operasi Kaltim-2,2008

3.1.2. Bahan Baku Pembuatan Urea Bahan baku pabrik urea Kaltim-2 adalah ammonia dan karbon dioksida yang didapat dari pabrik ammonia Kaltim-2 didukung oleh pabrik ammonia Kaltim-3 dan Kaltim-4 menggunakan sistem interkoneksi. System ini diaktifkan apabila pabrik ammonia Kaltim-2 mengalami trouble./shut down. Spesifikasi bahan baku pabrik urea Kaltim-2 dapat dijelaskan sebagai berikut: a.

Ammonia Cair

Ammonia cair yang digunakan pada unit produksi urea berasal dari unit produksi amonia .Kebutuhan konsumsi amonia yaitu 0,568 ton/ton urea. Umumnya karakteristik ammonia cair yang dikonsumsi (M.W kellog, 1984) yaitu :

b.

Kadar ammonia

: 99,9% berat minimum

Kadar air

: 0,1% berat minimum

Minyak

: 10 ppm (b/b) maksimum

Tekanan (cair)

: 26 kg/cm2 absolut

Temperatur (cair)

: 25-30°C

Jumlah normal

: 40,983 kg/jam

Jumlah rancang

: 49,18 kg/jam

Gas Karbondioksida

Gas CO2 yang diperlukan untuk pembuatan urea diproduksi oleh pabrik ammonia. Adapun karakteristik CO2 (M.W kellog, 1984) antara lain : Kadar CO2

: 98,5% volume minimum

Kadar hidrogen

: 1,268% volume maksimum

Kadar nitrogen

: 0,217% volume maksimum

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

30

Bahan Baku

c.

Kadar CO

: 0,005% volume maksimum

Kadar metana

: 0,005% volume maksimum

Kadar sulfur

: 1 ppm volume maksimum

Tekanan (gas)

: minimum 1,15 kg/cm2 (absolut)

Temperatur (gas)

: 40 °C

Jumlah normal

: 27,4 kg/jam

Jumlah rancang

: 32,94 kg/jam

Udara

Udara yang dipergunakan adalah udara sekitar yang mempunyai komposisi sebagai berikut : Kadar nitrogen

: 74,6% volume

Kadar oksigen

: 19,8% volume

Kadar air

: 5,6% volume

Tekanan

: minimum 0,7 kg/cm2 (gauge)

Temperatur

: 35°C

3.2. Bahan Baku Penunjang Selain bahan baku utama seperti yang disebutkan di atas, pada proses pembuatan ammonia dan urea PT. Pupuk Kalimantan Timur diperlukan juga bahan baku penunjang, seperti bahan-bahan kimia dan katalis. Berikut ini adalah beberapa bahan baku penunjang yang digunakan di Kaltim-2. 3.2.1. Bahan-bahan Kimia a)

Hidrazin (N2H4)

Digunakan sebagai pengikat O2 pada pengolahan air umpan boiler Spesifikasi :

b)



Spesific gravity

: 1,02



Boiler range

: 100-120°C



Solubility

: larut baik dalam air



Active N2H4 solution : 34,5% berat

Amine (metil heksil amine)

Digunakan untuk menjaga pH air umpan boiler Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

31

Bahan Baku

Spesifikasi :

c)



Kandungan amine

: 40% berat



pH (1% solution)

: 11,2 – 12



Specific gravity

: 0,96 – 0,988



Flash point

: 60C



Cl-

: maksimum 0,001%



SiO2

: maksimum 0,001%

Phosfat (Na3PO4)

Digunakan untuk menghilangkan garam-garam alkali pada pengolahan air umpan boiler Spesifikasi ;

d)



Assay as Na3SO4

: minimum 95% berat



Chloride as Cl-

: maksimum 500 ppm



NaOH free

: maksimum 1,0% berat



Sulfate as SO42-

: maksimum 100 ppm



iron as Fe

: maksimum 25 ppm



pH (1% solution)

: 12 – 12,5

Vanadium pentaoksida (V2O5)

Berfungsi sebagai pelindung korosi pada unti CO2 removal (terdapat pada larutan Benfield) Spesifikasi : 

Assay as V2O5

: minimum 99% berat



Silica as SiO2

: maksimum 0,12% berat



Natrium as Na2O

: maksimum 0,23% berat



Iron as Fe2O3

: maksimum 0,07% berat



Sulfur as S

: maksimum 0,02% berat



Potassium as K2O

 e)

Clorida as Cl

-

: maksimum 0,02% berat : maksimum 0,01% berat

Kalium karbonat/benfield (K2CO3)

Berfungsi sebagai pengikat CO2 pada unit CO2 removal. Spesifikasi : Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

32

Bahan Baku

f)



Assay as K2CO3 (dry basis) : 99% berat



Clorine as KCl

: maksimum 40 ppm



Iron as Fe2O3

: maksimum 5 ppm



Insolulable matter

: maksimum 0,1%



Na2O

: maksimum 0,5% berat



KOH free

: maksimum 0,5% berat

Sodium Hidroksida (NaOH)

Diguanakn untuk meregenerasi resin anion pada unit demineralisasi Spesifikasi :

g)



Assay as NaOH



Carbonate as Na2CO3 : maksimum 1,5% berat



Chloride as NaCl

: maksimum 0,6% berat



Culfate as NaSO4\

: maksimum 0,2% berat



Silica as SiO2

: maksimum 100 ppm



Iron as Fe2O3

: maksimum 50 ppm



KMnO4

: maksimum 100 ppm

: minimum 98% berat

Belgard

Digunakan sebagai anti scale pada unit desalinasi Spesifikasi : 

Specific gravity (20C): 1,14 – 1,225



Viskositas

: 15 – 30 cps



pH

: 4 – 6,5



Pour point

: -7C



Flash point

: 90-100C



Solubility

: larut baik dalam air laut, air distilat dan air fresh

h)

Belite M-8

Digunakan sebagai anti foam pada unit desalinasi Spesifikasi : 

Specific gravity

: 0,95 – 0,98



Viskositas

: 200 cps

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

33

Bahan Baku



pH (1% aqua solution): 6,5 - 7,5



Pour point

: -23C



Flash point

: 38C



Odour

: slight

3.2.2. Katalis a. Katalis Desulfurizer (102-DA/B) Bed-A

Bed-B

ICI-32-4

ICI-32-4

CoMo-C-49

CoMo-C-49

14

14

Diameter bed, mm

2400

2400

Tinggi bed, mm

3095

3585

3585

3585

43,28/43,20

43,2/42,1

378/371

378/369

Tipe katalis

Volume katalis,m

3

Panjang vessel, mm 2

Tekanan inlet/outlet, kg/cm -g Temperatur inlet/outlet, °C

Sumber : catalyst and reactor ammonia Kaltim-2

b. Katalis Primary Reformer (101-B) Tipe Katalis

DYCAT-890

Volume katalis,m3

31,5

Diameter bed, mm

-

Tinggi bed, mm

-

Panjang vessel, mm

-

Tekanan inlet/outlet, kg/cm-g

36,8/33,3

Temperatur inlet/outlet, °C

580/799

Sumber : catalyst and reactor ammonia Kaltim-2

c. Katalis Secondary Reformer (103-D)

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

34

Bahan Baku

C14-4-GG C14-2

Tipe Katalis

G-0110 Volume katalis,m3

32,38

Diameter bed, mm

3730

Tinggi bed, mm

2928

Panjang vessel, mm

3683 2

Tekanan inlet/outlet, kg/cm -g

33,3/32,6

Temperatur inlet/outlet, °C

779/977

Temperatur in Bed, °C

1110

Sumber : catalyst and reactor ammonia Kaltim-2

d. Katalis HTS Converter (104-DB) SK-201-2

Tipe Katalis

C-14-4

Volume katalis,m3

57/23,5

Diameter bed, mm

5000

Tinggi bed, mm

4130

Panjang vessel, mm

4720

Tekanan inlet/outlet, kg/cm-g Temperatur inlet/outlet, C Temperatur in Bed, C

32,2/30,83 359/422 359

sumber : catalyst and reactor ammonia Kaltim-2

e. Katalis LTS Converter (104-DB) Tipe Katalis

C-18-7

Volume katalis,m3

83

Diameter bed, mm

5000

Tinggi bed, mm

4227

Panjang vessel, mm

4120

Tekanan inlet/outlet, kg/cm2-g Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

30,45/30 35

Bahan Baku

Temperatur inlet/outlet, °C

204/223

Temperatur in Bed, °C

204

Sumber : catalyst and reactor ammonia Kaltim-2

f. Katalis Methanator (106-D) Tipe Katalis

C-13-3-01

Volume katalis,m3

38,2

Diameter bed, mm

3700

Tinggi bed, mm

3553

Panjang vessel, mm

3760

Tekanan inlet/outlet, kg/cm2-g

28/27,6

Temperatur inlet/outlet, °C

291/312

Temperatur in Bed, °C

291

Sumber : catalyst and reactor ammonia Kaltim-2

g. Katalis Ammonia Converter (105-D) Tipe katalis

Bed 1

Bed 2

Bed 3

ICI-32-4

ICI-32-4

KM-1

3

13,64

1,66

36,74

Diameter bed, mm

1,5-3

1,5-3

1,5-3

Kuantitas, kg

30072

60500

103949

43,28/43,20

43,2/42,1

43,2/42,1

96

77

100

Volume katalis,m

Tekanan inlet/outlet, kg/cm-g Posisi Bukaan Valve, %

Sumber : catalyst and reactor ammonia Kaltim-2

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

36

Deskripsi Proses

BAB IV DESKRIPSI PROSES

4.1 Unit Ammonia Pabrik ammonia Kaltim – 2 memproduksi anhydrous liquid ammonia menggunakan proses kellog . design awal pabrik ammonia mampu memproduksi dengan kapasitas 1500 MPTD. Dengan adanya Proyek Retrofit di Kaltim – 2 maka produksi kapasitas meningkat menjadi 1800 MPTD, dengan hasil samping CO2 yang dikirim ke unit ammonia. Proses pembuatan ammonia bahan baku gas alam sebagai sumber H2 dan udara sebagai N2. Reaksi pembentukkan ammonia : N2 + 3H2 ↔ 2NH3

∆H = - 11040 cal/mol

Dalam unit ammonia ada 4 tahap . Tahap pertama adalah tahap pemurnian Gas Alam yang meliputi desulfurizer. Tahap Kedua adalah tahap penyiapan bahan baku yang meliputi Primary Reformer, Secondary Reformer, HTS, LTS. Tahap ketiga adalah tahap pemurnian (purification ) yang meliputi CO2 Removel ( absorber dan Stripper ), Methanator. Tahap ke empat adalah tahap sintesa gas yang meliputi kompresi Gas Sintesa ammonia converter.

4.1.1. Pemurnian Gas Alam Desulfurizer Unit desulfurizer adalah alat yang digunakan untuk menghilangkan sulfur yang terkandung dalam gas alam. Karena sulfur merupakan racun bagi katalis di Primary Reformer. Gas alam dari SKG (stasiun kompresi gas) digunakan sebagai gas proses dan Fuel gas. Gas alam yang digunakan untuk proses dialirkan menuju knock out drum (120 – F). Fungsi dari KO drum adalah untuk memisahkan Gas alam dengan liquid. Di dalam KO drum gas alam beserta liquid menabrak demister ( berupa saringan ), kemudian terjadi pemisahan berdasarkan berat jenis, dimana liquid turun kebawah dan gas alam tanpa liquid ke atas. Gas alam dikompresi menjadi 42 kg/cm2g(kondisi

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

37

Deskripsi Proses

operasi) Setelah itu gas alam akan diproses di desulfurizer untuk dihilangkan sulfur anorganiknya. Gas alam di pre-heat terlebih dahulu menggunakan sisa panas konveksi (flue gas) dari Primary Reformer. Gas alam yang awalnya memiliki temperature 28 oC di pre – heat hingga temperature 399 oC, tetapi sebelum memasuki desulfurizer gas alam diturunkan temperaturnya dengan menambahkan gas alam ( ada valve penghubung ) hingga temperature turun menjadi 371. Gas alam harus berada dalam temperature >360 karena absorben aktif bekerja pada temperature >360. Gas alam masuk ke desulfurizer(102 – DA/DB yang dapat dioperasikan secara seri, pararel atau mandiri) dengan ditambahkan H2 dari HRU. Fungsi penambahan H2 adalah untuk membantu pengubahan sulfur organic menjadi sulfur anorganik dengan dibantu katalis CoMo. Sedangkan zat pengabsorb sulfur anorganik adalah ZnO . ZnO hanya mampu mengabsorb sulfur anorganik, maka dari itu perlu pengubahan sulfur organic menjadi anorganik. Reaksi perubahan sulfur organic menjadi sulfur anorganik : RHS + H2(g) ↔ RH + H2S Reaksi pengabsorban sulfur anorganik : H2S + ZnO ↔ ZnS + H2O Diharapakan sulfur yang keluar dari desulfurizer kandungannya < 0,01 ppm dengan sulfur masuk 0,5 ppm. Gas alam yang keluar dari desulfurizer memiliki temperature 371 oC. kandungan sulfur yang lolos akan meningkat apabila sebagian besar absoben telah menjadi ZnS. 4.1.2. Pembentukan Gas Sintesis Setelah tahap pemurnian gas alam selesai, selanjutnya adalah tahap penyiapan bahan baku H2 dan N2. Gas tersebut didapatkan dari proses di Primary Reformer dan Secondary Reformer. Selanjutnya gas proses dialirkan ke shift concerter untuk menghilangkan gas CO yang meenjadi CO2. 4.1.3.1. Katalitik Reforming Reforming merupakan proses untuk menghasilkan H2 dengan cara mereaksikan gas alam dengan kukus di dalam unit primary reformer dan secondary reformer. Nitrogen (N2) diperoleh dari udara dengan merekasikan H2 yang terbentuk dengan O2 dari udara. Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

38

Deskripsi Proses

Primary reformer (101-B) Fungsi dari Primary Reformer adalah tempat berlangsungnya tahap pertama reaksi reforming. Di Primary Refomer menggunakan panas dari hasil pembakaran fuel gas dengan udara. Primary Reformer di Kaltim 2 berjenis gas- fired dengan processing furnace terdiri dari radiant section dan convection section. Reaksi terjadi dalam tube-tube yang berisi katalis nikel yang berjumlah 504 buah yang berada dalam radiant section. Gas proses dari desulfurizer sebelum diproses di Primary Reformer ditambahkan dengan steam tekanan menengah (MP Steam) yang o

bertemperature ±400

C. perbandingan steam dan carbon (S/C) ±

3,8.Kemudian campuran gas proses dengan steam dipreheat di mixed feed preheat coil dengan memanfaatkan sisa panas dari radiant section hingga temperature ± 621

o

C. Fungsi preheat gas proses dan MS adalah

pengefisiensian panas dari radiant section, agar pada radiant section tidak menggunakan bahan bakar untuk memanaskan gas proses agar dapat memecah methane. Setelah dipanaskan, campuran gas didistribusikan ke dalam 12 sub header seacara merata. Tiap – tiap sub- header membagi aliran ke 42 tube yang berisi katalis nikel. Reaksi yang terjadi : CH4(g) + CO(g)

H2O(l) ↔CO(g) + 3H2(g)

+ H2O(l) ↔CO2(g) + H2(g)

CnHm(g) + H2O(l)

↔Cn-1Hm-2(g)+ H2(g)

∆H =49271 cal/mol

…(1)

∆H = - 9838 cal/mol …(2) ∆H = (+)

…(3)

Reaksi 1 disebut methane-steam reforming reaction yang sangat endotermis dan terjadi sekitar suhu 760 oC . Untuk memenuhi kebutuhan panas tersebut, menggunakan panas hasil pembakaran flue gas dengan udara yang terjadi di radiant, dengan dibantu tunnel burner sebanyak 12 buah. Reaksi 2 disebut Water-Gas Shift Reaction yang bersifat eksotermis. Tekanan pada primary dijaga 30-37 kg/cm2. Karena apabila tekanan tinggi reaksi akan bergeser ke arah kiri. Sedangkan pada reaksi Water- Gas Shift tidak terpengaruh oleh perubahan tekanan. Diharapkann gas proses yang keluar masih mengandung methane sebanyak 10 – 14 %. Gas proses memiliki temperature 834 oC.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

39

Deskripsi Proses

Faktor – factor yang mempengaruhi reaksi adalah temperature, tekanan operasi, dan rasio S/C. Temperatur yang tinggi dapat mempercepat reaksi dan akan mengurangi kandungan CH4 dan CO2 serta memperbanyak H2, tetapi suhu dijaga sekitar 800 - 820 oC agar tidak terjadi overheat dan merusak katalis dan material tube. Penurunan tekanan operasi akan menggeser reaksi reforming kearah pembentukan H2. Pengaruh rasio adalah apabila penetapan rasio tinggi maka dapat menghasilkan konversi CH4 tinggi, S/C dapat meminimalis terbentuknya deposit karbon. Flue gas di radiant section dimanfaatkan Untuk : 1. Memanaskan(preheat) umpan desulfurizer 2. Memanaskan umpan Primary Reformer setelah keluar dari desulfurizer 3. Memanaskan Steam dan udara ke Secondary Reformer 4. Memanaskan Bahan bakar 5. Menghasilkan steam HP 6. Menghasilkan steam LP 7. Menghasilkan superheated steam

Secondary Reformer (103-D) Konversi CH4 pada primary reformer dibatasi oleh kemampuan dan umur tube, sehingga dilakukan tahap kedua katalitik reforming di secondary reformer, yaitu reaksi antara gas keluaran primary reformer dengan udara yang telah dikompresikan. Udara diperoleh dari kompresor 101-J dengan tekanan 40 kg/cm2-a, kemudian dicampur dengan MP steam dan dipanaskan di convection section primary reformer hingga temperatur 441C, lalu dialirkan ke secondary reformer. Disamping untuk menurunkan kandungan CH4 dalam gas proses, reforming pada unit ini bertujuan memperoleh gas N2 untuk sintesis ammonia. Tujuan proses reforming di secondary reformer adalah sebagai berikut : 1. Mengurangi kandungan CH4 dari 10-13% mol menjadi 0,2-0,3% mol

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

40

Deskripsi Proses

CH4(g) + 2O2(g)

CO2(g) + H2O(g)

ΔH = 191,7 kkal/mol

2. Mengoksidasi gas H2 melalui reaksi 2H2(g) + O2(g)

2H2O(l)

ΔH = -115,596 kal/mol

Banyak H2 yang beraksi dibatasi oleh kebutuhan N2 dalam proses sintesa ammonia. Reaksi ini sangat eksotermis dan panas yang dihasilkan dimanfaatkan untuk mereaksikan CH4 sisa dari primary reformer dan steam. 3. Memperoleh N2 yang dibutuhkan untuk sintesa ammonia dengan perbandingan H2 dan N2 sebesar 3:1 di systhesis loop. Reaksi akan menaikan temperatur hingga

1100-1200°C dan

temperatur keluar secondary reformer menjadi 980-1000°C dengan tekanan 31-35 kg/cm2-g. Selanjutnya gas keluaran secondary didinginkan di primary waste heat exchanger (101-C) hingga temperatur 507°C. sebagai pendingin digunakan boiler feed water (BFW) sehingga dapat dihasilkan HP steam. kemudian gas mengalir ke secondary waste heat exchanger (102-C) dan memberikan panasnya kepada HP steam basah yang mengalir lewat tube, sehingga steam berubah menjadi superheated steam. Gas keluar waste heat exchanger mempunyai temperatur 350-360°C dan tekanan 31 kg/cm2. 4.1.3.2. Katalitik Shift Converter Katalitik shift converter berfungsi untuk mengubah CO menjadi CO2 melalui reaksi shift. Gas CO perlu diubah menjadi CO2 karena CO tidak dapat dipisahkan dari gas sintesis pada unit CO2 removal. Reaksi yang terjadi ditunjukkan melalui persamaan reaksi : CO(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g)

ΔHr,298= -9,38 kkal/mol

Reaksi shift merupakan reaksi yang eksotermis, sehingga untuk mencapai konversi yang tinggi temperatur operasi harus rendah. Sementara, dari segi kinetikanya, pada temperatur yang rendah kecepatan reaksi akan rendah. Berdasarkan pertimbangan kinetis dan ekonomis, maka reaksi shift dibagi menjadi dua tahap, yaitu pada temperatur tinggi di High Temperatur Shift (HTS) dan pada temperatur rendah di Low Temperatur Shift (LTS).

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

41

Deskripsi Proses

High Temperatur Shift (HTS) Di HTS terjadi konversi CO menjadi CO2. Campuran gas dan steam masuk ke HTS pada temperature 371

o

C. Proses di HTS(104-DA)

menggunakan katalis Fe2O3 (Iron Oxide). Reaksi tersebut bersifat eksotermis, maka temperature keluaran HTS naik menjadi 420 – 438 oC. Gas proses yang keluar masih mengandung 2,5 – 3,5 % mol CO. Konversi di HTS kecil karena temperature yang tinggi dapat menyebabkan reaksi bergeser ke kiri. Tetapi reaksi laju reaksi cepat. Gas proses yang keluar kemidian didinginkan di HTS Converter steam generator (103-C) dengan menggunakan BFW hingga temperature turun menjadi ± 332 oC. Kemudian gas proses didinginkan kembali di methanator feed heater (104-C) dengan media pendingin gas umpan masuk ke methanator hingga temperature 231 o

C. Kemudian didinginkan lagi dengan BFW di LTS Converter Inlet Trim

Cooler (112 – C) hingga temperature menjadi 215 oC. Kemudian gas proses dialirkan ke separator(143-F) untuk dipisahkan dengan kondensatnya. Low Temperatur Shift (LTS) 104-DB Fungsi dari LTS adalah memperbesar konversi CO ke CO2 pada temperature yang lebih rendah sekitar 200 - 235 oC. Jenis katalis yang digunakan pada LTS adalah copper oxide (CuO). Kandungan CO setelah dikonversi sekitar 0,25%. Raw gas kemudian mengalami pendinginan beberapantingkat menjadi ± 89 oC melalui penukar panas LTS Effluent- BFW Exchanger (131-C), CO2 Stripper Ejector Steam Generator (111-C), CO2 Stripper Benfield Solution Reboiler (105-C), CO2 Stripper Condensate Reboiler ( 160 – C), dan LTS Effluent BFW Exchanger (106 – C). kondensate yang terbentuk kemudian dipisahkan di raw gas separator (102 – F) untuk dikirim ke process condensate stripper (2103 – E) untuk digunakan memproduksi steam di utilitas, sedangkan raw gas bertekanan ± 30 kg/cm2a dialirkan ke unit CO2 Removal (101 – E). 4.1.3. Pemurnian Gas Sintesis

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

42

Deskripsi Proses

Setelah tahap penyiapan bahan baku selesai, selanjutnya gas proses masuk ke tahap pemurnian gas untuk menghilangkan gas CO,CO2,H2O yang merupakan racun bagi katalis di ammonia converter. Penghilangan gas CO2 dilakukan di unit CO2 Removal. Penghilangan gas CO dan CO2 yang tersisa di unit methanator. Pemisahan H2O pada unit CO2 absorber maupun unit flash tank. CO2 Removal Unit CO2 Removal berfungsi sebagai penghilang gas CO2.Unit CO2 terdiri dari dua alat yaitu absorber dan stipper. Absorber berfungsi sebagai unit penghilangan CO2 dengan cara mengabsorb CO2 dengan larutan Benfield( K2CO3) juga ditambahkan ACT-1 dan DEA sebagai activator dan vanadium sebagai pelindung . Stripper berfungsi untuk melepaskan CO2 dan mengubah larutan KHCO3 menjadi K2CO3 kembali. Komposisi larutan Benfield adalah sebagai berikut : -

K2CO3

: 25 – 30 % berat

-

V2O5

: 0,5 – 0,6 % berat

CO2 removal dilakukan dengan mengkontakan raw sintesis gas dengan larutan Benfield. CO2 didalam gas proses akan diserap dengan larutan Benfield pada CO2 absorber (101-E) dengan kondisi operasi temperature ± 70 o

C, Tekanan ± 2,9 kg/cm2. CO2 absorber 101- E berisi 4 bed metallic packing.

Raw sintesis gas masuk dari bawah bed dan mengalir ke atas. Gas dikontakkan dengan sebagian besar larutan Benfield yang semi lean. Kemudian gas dikontakkan lagi dengan larutan benfild yang lean ( yang benar – benar pure ). Larutan yang kaya CO2 terkumpul didasar menara. Rich Solution dikeluarkan melalui hydraulic turbin 107- JA/JB yang akan diregenerasi di CO2 Stripper (102- E). Rich solution masuk ke Stripper melalui puncak bed. Rich solution yang mengalir ke bawah berkontak langsung dengan steam yang mengalir keatas dari dasar menara . Dibagian tengah larutan dialirkan ke flash drum untuk dijadikan semi lean dan sisa larutan diteruskan melewati pall ring dan menjadi Larutan Lean. Larutan Lean dipanaskan di 105-C yang kemudian dikembalikan ke 102-E. Pada

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

43

Deskripsi Proses

Stripper kondisi operasi suhu tinggi dan tekanan rendah. Tekanan dalam stripper harus rendah karena apabila tekanan tinggi CO2 tidak akan lepas dengan larutan Benfield. Reaksi akan bergeser kea rah kiri. CO2 yang keluar dari Stripper kemudian dikumpulkan didinginkan di 110 – C. Kemudian CO2 dialirkan ke 113 – F untuk dipisahkan dengan kondensatenya. CO2 yang telah terpisah dengan kondensatenya di alirkan ke 123 – F untuk dikirim ke unit urea. Sedangkan kondensatenya dipompa dikirim ke unit utilitas untuk diolah dijadikan steam.

Methanator Methanator berfungsi untuk menghilangkan kandungan CO dan CO2 yang masih terbawa dalam gas sintesis setelah melalui CO2 removal. Di dalam methanator, CO dan CO2 diubah menjadi CH4 dengan mereaksikan kedua senyawa tersebut dengan H2 dan dengan bantuan katalis nikel. Proses metanasi berlangsung menurut persamaan reaksi berikut : CO(g) + 3H2(g)

CH4(g) + H2O(g)

ΔHr298 = -49,271 kkal/mol

CO2(g) + 4H2(g)

CH4(g) + 2H2O(g)

ΔHr298 = -133,485 kkal/mol

Pada dasarnya reaksi tersebut kebalikan dari reaksi reforming. kedua reaksi ini sangat eksotermis, dimana setiap kenaikan 1%mol CO akan menaikkan temperatur sebesar 72°C dan setiap kenaikan 1%mol CO2 akan menaikan temperatur sebesar 61°C, sehingga temperatur gas keluar methanator akan menjadi 350°C. Jumlah gas CO dan CO2 yang lolos dijaga dibawah 10 ppm. Keluaran methanator akan didinginkan di 114-C hingga 171°C dan di 168-C

hingga 96°C dan 115-C hingga 38°C kemudian dilewatkan ke

separator 104-F untuk memisahkan kondensatnya. Air yang terkondensasi dipisahkan dikirim ke unit utility plant sendangkan gas outlet separator 104F pada tekanan 27 kg/cm2 ke suction LP case syn gas compressor (103-J) sebelum direaksikan di ammonia converter. Komposisi gas keluar metanator adalah CH4, Ar, H2, dan N2 sebesar 0,79%, 0,31%, 73,04%, dan 25,84%.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

44

Deskripsi Proses

4.1.4. Sintesis Ammonia Tahapan pembentukkan ammonia dari gas sintesis melalui dua tahap sebagai berikut : -

Kompresi gas sintesis

-

Sintesa ammonia Sebelum gas proses disintesis di ammonia converter, di kompresi gas sintesis hingga mencapai tekanan sintesis. Kompresi Gas Sintesis Proses kompresi dilakukan melalui unit synthesis gas compressor (103- J) yang digerakkan oleh turbin kukus ekstraksi/kondensasi yang menggunakan HS. Gas sintesis masuk pada pada first suction di LP case lalu dikompresi hingga mencapai tekanan ± 52 Kg/cm2 dan temperature 121 oC, kemudian didinginkan menjadi ± 38 oC oleh aliran gas sintesis menuju methanator di exchanger 136 –C dan oleh air pendingin di exchanger 170 – C. Kondensate yang terbentuk dipisahkan melalui KO drum (142 – F). karena temperature dan tekanan belum sesuai dengan kondisi sintesis, gas sintesis masuk ke second section. Gas sintesis dikompresi di second suction di LP case mencapai tekanan ± 98.5 kg/cm2 dan temperature ± 126 oC. kemudian gas didinginkan dengan air pendingin hingga temperature ± 7,8 oC. kemudian dialirkan ke KO Drum 105 – F untuk memisahkan kondensate dengan gas sintesisnya. Gas sintesis dialirkan kembali ke kompresor melalui suction pada HP case. Di HP case, gas sintesis dikompresi hingga mencapai tekanan ± 182 kg/cm2 dan temperature ± 113 oC. Kemudian

gas keluar dari stage dicampur dengan effluent dari

ammonia converter yang telah didinginkan melalui beberapa exchanger. Kemudian campuran gas didinginkan hingga temperature ± 42 oC di exchanger 124 – C dengan air pendingin, kemudian dialirkan ke united exchanger refrigeration (120 – C) untuk mengkondensasikan NH3 melalui pendingin bertingkat, yaitu temperature 20 oC, 0 oC, - 17 oC, dan terakhir -33 oC. kemudian dialirkan ke ammonia separator (106 – F), lalu dialirkan kembali ke unit 120 – C. Gas keluaran ammonia separator kemudian dikompresi di ompresi hingga mencapai tekanan ± 180 kg/cm2g, lalu dialirkan ke dalam ammonia converter. Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

45

Deskripsi Proses

Konversi Ammonia Proses pengubahan gas sintesis menjadi ammonia dilangsungkan pada unit ammonia converter ((105-D) dengan temperatur sekitar 450-500°C. Reaksi yang terjadi ditulis dalam persamaan berikut : N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

Reaksi tersebut bersifat eksotermis. konversi reaksi gas sintesa menjadi ammonia hanya sekitar 15-16% (17% desain). Oleh karena itu dilakukan sirkulasi untuk menggunakan kembali gas sintesis yang belum bereaksi yang disebut recycle loop. Reaksi pembentukan NH3 dilangsungkan dalam 3 buah bed berkatalis promoted iron. Volume ketiga bed tersebut berbeda-beda, dimana bed teratas berukuran paling kecil. Susunan ini dimaskudkan untuk membatasi panas yang dihasilkan. panas reaksi yang dihasilkan akan menyebabkan kenaikan temperatur setiap bed, sehingga konversi ammonia menjadi turun. Untuk mengoptimalkan reaksi, pada setiap bed dilengkapi dengan quench seingga temperatur campuran akan masuk ke berikutnya dapat dikendalikan. Gas sintesis dari resirkulator dengan tekanan 189 kg/cm2 dan temperatur 35°C dipanaskan di exchanger 121-C menjadi 128°C, kemudian dialirkan ke ammonia converter melalui bagian bawah dan mengalir ke atas melewati ruang annulus ke shell side dari interchanger 122-C. Interchanger 122-C ini berfungsi sebagai preheater inlet gas, dimana gas inlet dipertemukan dengan gas panas dari bed terakhir. Gas yang memasuki shell interchanger dipanaskan hingga temperatur 385°C oleh effluent gas dari bed ketiga, Lalu gas mengalir turun menuju katalitik bed pertama. Gas akan keluar dari bed I dengan temperatur 538°C menuju bed II. Di antara kedua bed, dilakukan quenching dengan mencampurkan gas pendingin untuk mengurangi temperatur menjadi 524°C, serta mengurangi kandungan NH3 dalam aliran. quenching ini diperlukan agar reaksi ini tidak melewati garis kesetimbangan sehingga arah reaksinya tidak bergeser ke arah kiri.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

46

Deskripsi Proses

Sebagian gas sintesis dimasukkan ke dalam bagian dalam converter melalui bagian atas, dan mengalir turun melalui dua buah downcomer menuju ke dasar interbed heat exchanger dengan melewati sisi tube dari interbed heat exchanger. Aliran ini dimaksudkan untuk mendinginkan gas yang meninggalkan bed II menuju ke bed III, dimana effluent bed II akan memasuki sisi shell dari interbed heat exchanger. Setelah melewati bed III, gas yang sebagian besar terkonversi menjadi ammonia akan melewati perforated centre tube dan mengalir melalui pipa tengah ke sisi tube dari effluent heat exchanger untuk mempertukarkan panas dengan gas masuk. Gas kemudian keluar menuju outlet converter, aliran gas keluaran ammonia converter bertemperatur 350°C didinginkan secara berurutan di exchanger 123-C, 121-C, 139-C, dan 125-C. Sebelum masuk exchanger 139-C, aliran gas dibagi menjadi dua. salah satu jalur menuju ke exchanger 139-C dan 125-C, lalu ke purge gas separator (108-F). Di purge gas separator, gas yang terkondensasi akan dialirkan ke NH3 letdown drum (107F), sedangkan gas yang tidak terkondensasi akan dikirm ke unit HRU sebagai purge gas. Pada jalur yang lain, aliran gas akan dicampurkan dengan syn gas outlet HP case kemudian di exchanger 124-C dan 120-C. 4.1.5. Refrigerasi Ammonia Sistem refrigerasi ammonia terdiri dari empat tingkat yang dilengkapi dengan pendingin untuk interstage syn gas compressor dan kondensasi NH3 di ammonia syn loop. Keempat tingkatan refrigerasi tersebut adalah sebagai berikut, tingkat pertama (110-F) beroperasi pada tekanan 8,8 kg/cm2-g temperatur 19°C, tingkat kedua (141-F) beroperasi pada tekanan 4,3 kg/cm2g temperatur 0°C, tingkat ketiga (111-F) beroperasi pada tekanan 2,1 kg/cm2-g temperatur -18°C dan tingkat keempat (112-F) yang beroperasi pada tekanan 0,04 kg/cm2-g temperatur -33°C. Ammonia cair dari NH3 letdown drum diflash di 110-F dan sebagian diflash di 112-F. Di 110-F, NH3 yang terkondensasi akan masuk ke stage pertama refrigerant compressor (105-J), sedangkan ammonia yang terkondensasi digunakan sebagai pendingin di exchanger 120-C. Setelah

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

47

Deskripsi Proses

mempertukarkan panas dari 120-C, ammonia cair tersebut akan kembali berbentuk gas dan dialirkan ke kompresor 105-J. ammonia yang masih berbentuk cair akan dialirkan ke 141-F setelah tekanannya diturunkan. proses yang sama akan terjadi di 141-F, 111-F, dan 112-F. pada stage terakhir (112-F), ammonia dingin dipompa ke ammonia storage sebagai produk ammonia cair. Discharge stage keempat dari kompresor 105-J dialirkan dengan tekanan 16,4 kg/cm2 dan temperatur 97°C ke ammonia refrigerant condenser (127-C) sehingga terkondensasi sebagian dan temperatur keluarnya menjadi 37°C. Gas ini kemudian dialirkan ke refrigerant receiver (109-F) untuk dipisahkan kondensatnya. Gas yang tidak terkondensasi akan mengalirkan ke exchanger 126-C dan mempertukarkan panasnya dengan ammonia refrigerant dari 141-F. Gas yang terkondensasi dari 126-C kemudian digabungkan dengan outlet cairan dari 109-F dan dialirkan ke 110-F sebagai ammonia refrigerant, sedangkan gas yang tidak terkondensasi akan dikirim ke unit HRU. Ammonia yang terkondensasi pada unit 109-F sebagian digunakan sebagai bahan baku ammonia hangat untuk pabrik urea. 4.1.6. Hydrogen Recovery Unit (HRU) Unit ini berfungsi untuk mengambil kembali gas H2 dalam purge gas dan flash gas dari unit ammonia Kaltim-1, Kaltim-2, Kaltim-3 dan Kaltim-4. Di pabrik Kaltim-2, terdapat dua buah unit HRU, yaitu HRU I yang menggunakan proses cryogenic dan HRU II yang menggunakan membran. HRU I (cold Box) Purge gas pada tekanan 75 kg/cm2 dan temperatur 25°C dipanaskan di feed gas preheater (3-E-101) menggunakan pemanas air dari pompa ini dialirkan kembali ke 3-V-102 dan sebagian lagi ke 3-E-101 untuk selanjutnya digunakan sebagai penyerap pada menara absorber (3-C-101). Sementara itu, flash gas dikompresi oleh kompresor 3-K-101 sampai bertekananan

75

kg/cm2,

Kemudian

didinginkan

di

3-E-151/152

menggunakan fan untuk selanjutnya dialirkan ke menara absorber (3-C-101) pada temperatur 38°C. Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

48

Deskripsi Proses

Di absorber (3-C-101) ammonia akan diserap oleh air demin. Cairan yang mengandung ammonia keluar dari dasar menara pada temperatur 72°C. Cairan ini kemudian dipanaskan sampai temperatur 129°C melalui exchanger (3-E-102), dan selanjutnya dialirkan ke menara stripper (3-C102) yang beroperasi pada tekanan 26 kg/cm2. Di menara ini, ammonia terlarut akan diuapkan. uap ammonia yang keluar dari puncak menara stripper

kemudian

didinginkan

di

exchanger

(3-E104A)

sehingga

mengembun dan dipisahkan di reflux accumulator (3-V-103). Ammonia yang terkondensasi selanjutnya dipompa oleh 3-P102-A/B dan dikembalikan ke bagian atas menara 3-C-102 sebagai refluks, sedangkan sebagian lagi dialirkan sebagai produk NH3 cair. cairan yang keluar dari dasar menara stripper 3-C-102, yang mengandung kira-kira 1% NH3 terlepas dan dikembalikan lagi melalui bagian bawah menara stripper, sedangkan cairan dari reboiler akan digunakan lebih lanjut sebagai pemanas di 3-E-102 dan selanjutnya dialirkan ke make up vessel (3-V-102). Gas dari puncak menara absorber (3-C-101) dialirkan ke adsorber 3V-101A/B yang bekerja secara bergantian setiap 6 jam sekali. Di adsorber ini, NH3 dan air yang terbawa oleg gas diserap oleh adsorben berupa molecular sieve. Proses adsorpsi berlangsung pada temperatur rendah dan tekanan tinggi, sedangkan proses regenerasinya dilakukan pada temperatur tinggi dan tekanan rendah. Perpindahan dari fasa regenerasi ke fasa aktif (change over) berlangsung selama 3,5 jam. Dari adsorber 3-V-101A/B, gas yang sudah relatif bersih kemudian dialirkan ke system cold box untuk mendinginkan dan mengembunkan H2. Gas pada temperature 29°C didinginkan 3 kali di 3-E-201A oleh gas dingin sehingga temperaturnya mencapai -18°C., kemudian didinginkan ddi 3-E201C sampai temperatur menjadi -141°C, dan terakhir didinginkan di 3-E201B sehingga temperaturnya mencapai -179,7°C. Dari outlet cold box, akan dihasilkan produk gas H2 dengan temperatur 29°C, yang kemudian akan dikirim ke pabrik Kaltim-1, Kaltim-3, dan Kaltim-4. Untuk safety, pada cold box diinjeksikan gas N2 dengan

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

49

Deskripsi Proses

maksud untuk mencegah kebakaran apabila terjadi kebocoran gas H2 karena cold box beroperasi dalam keadaan vakum. HRU II (Membran) Unit berfungsi untuk mengambil kembali gas H2 dari purge gas unit ammonia Kaltim-2 dengan kemurnian tinggi. Ammonia yang terdapat dalam purge gas diserap dengan air demin melalui HP scrubber. Purge gas dari pabrik ammonia yang bertekanan 170 kg/cm2 diumpankan ke HP scrubber (C-221) sedangkan air demin dipompakan secara kontinyu ke bagian atas HP scrubber sebagai penyerap ammonia di purge gas. Gas outlet HP scrubber yang tidak terserap akan keluar dari bagian atas menara untuk selanjutnya dikirim ke separator (M203/M-204) untuk memisahkan H2 dari gas-gas lain. Ammonia yang ikut terbawa merupakan racun terhadap membran sehingga

perlu

dibatasi

kadarnya

(maksimum

5

ppm)

untuk

mempertahankan life time membran. Produk atas HP scrubber yang mengandung H2 dimasukkan ke dalam separator. Pemisahan H2 dalam separator ini menggunakan teknologi membrane 2 stage, yaitu MP stage yang terdiri dari 9 buah membran separator dan LP stage yang terdiri dari 6 buah membran separator. MP dan LP ini tersusun seri dimana produk MP merupakan gas umpan untuk LP stage. Gas yang lolos dari MP dikirim sebagai produk MP H2, sedangkan yang tidak lolos dikirim ke LP stage membran untuk dipisahkan kembali. Gas yang lolos dari LP stage membran keluar sebagai produk LP H2, sedangkan yang tidak lolos dikirim ke reformer sebagai fuel gas. Air yang telah banyak mengandung ammonia akan keluar dari bagian dasar HP scrubber. Cairan ini kemudian dilucuti di menara stripper dengan pemanas steam bertekanan 42,5 kg/cm2 yang berfungsi sebagai steam stripping. Uap ammonia yang keluar dari atas dikondensasi dengan menggunkan fresh cooling water sehingga akan dihasilkan cairan ammonia murni (99,59%)

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

50

Deskripsi Proses

4.2

Unit Urea Unit urea Klatim -2 didesign oleh Stami Carbon BV Gellen Holland dengan menggunakan proses total Recycle CO2 Stripping, dengan kapasitas produksi sekitar 1725 metrik ton per day (MTPD). Proses terdiri dari beberapa pokok tahapan : a. Tahap persiapan bahan baku Tahap ini terdiri dari penyiapan bahan baku yaitu unit kompresi gas umpan CO2,penghilang gas hydrogen (H2) secara katalitik, penyiapan umpan ammonia. b. Tahap Synthesa c. Tahap resirkulasi d. Tahap Evaporasi dan Prilling e. Waste Water Treatment

4.2.1. Tahap Persiapan Bahan Baku 1. Kompresi gas umpan CO2 Gas umpan CO2 dengan temperature 40 oC dengan tekanan 1,4 kg/cm2 sebelum dikompresi di kompresor 4 tingkat (302 – J), ditambahkan dengan udara dengan bantuan blower (301 –J). fungsi penambhan udara untuk menambahkan Oksigen dalam rangka pengikatan gas H 2 yang terbawa oleh umpan CO2. Kemudian gas dan campuran udara dialirkan ke KO drum (301-F) untuk mengurangi kandungan air yang terbawa. Kemurnian CO2 yang diharapkan adalah 99,1 % vol, H2 : 0,75 % vol. Gas umpan dialirkan ke kompresor empat tingkat/CO2 compressor 302 J, yaitu “ centrifugal Multi Stage Compresor” yang dilengkapi dengan intercooler,kompresor dimaksudkan untuk menaikkan tekanan gas umpan hingga 145 – 146 kgf. Kompresor dibangkitkan dengan steam turbin ekstraksi dan kondensasi. Kemudian gas umpan dialirkan ke H2 Converter (302 –D) untuk menghilangkan kandungan H2 dan bahan – bahan yang mudah terbakar, untuk menghindari adanya ledakan di dalam operasi di HP Scrubber. H 2 Converter menggunkan katalis platina (Pt) dengan penyangga Alumina Al2O3. Didalam H2 Converter terjadi reaksi pembakaran gas hydrogen : Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

51

Deskripsi Proses

H2 + O2 ↔ H2O + Q, reaksi berlangsung eksotermis sehingga temperature keluar H2 converter menjadi 160 oC dengan temperature in H2 Converter 118-120 oC. Outlet dari H2 converter diharapakan mengandung 0,65 % vol oksigen untuk keperluan pasivasi di unit sintesa. Di H2 Converter dibatasi max. temperature outlet 260 oC, dengan indikasi alarm akan berbunyi apabila mencapai temperature 240 oC . semakin tinggi temperature outlet H2 Converter menandakan gas umpan banyak mengandung H2 dan sedikit CO2. Sebelum gas umpan dimasukkan dalam HP Scrubber, gas umpan didingikan di dalam CO2 cooler (301- C) dengan media pendingin WWT.

-

Umpan Ammonia Ammonia cair dengan temperature 32 oC dan tekanan 25 – 27 kg/cm2 dari

ammonia plant/storage dipompa dengan HP.Ammonia pump hingga diperoleh tekanan discharge 175 – 180 kg/cm2 untuk memenuhi tekanan sintesa. Kemudian umpan ammonia dipanaskan di ammonia preheater (323 – C1/C2) dengan memanfatkan panas dari air buangan Waste Water Treatment (WWT) hingga temperature umpan ammonia 70 oC. kemudian umpan ammonia dialirkan ke High Pressure Carbamate Condensor (HPCC) 303 - C dengan bantuan ejectore (301 – L), sebagai umpan umpan di unit sintesa. Ejector juga berfungsi sebagai karbamate dari High Pressure Scurbber dan Reaktor yang kemudian bercampur dengan umpan ammonia untuk masuk ke dalam HPCC. 4.2.2. Tahap Synthesa Pada tahap ini terjadi reaksi antara ammonia cair dengan gas CO2 menjadi urea sebagai produk utama. Reaksi sebagai berikut : 2 NH3

+ CO2 ↔

NH2COONH4 ∆H = -28,5 kkal/mol (ammonium karbamat)

NH2COONH4 ↔ NH2CONH2+ H2O ∆H = 3-6 kkal/mol (urea) Reaksi pembentukkan ammonium karbamate sangat cepat dan eksotermis, sedang reaksi pembentukan urea berjalan lambat dan endotermis.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

52

Deskripsi Proses

Unit sintesa terdiri dari 4 unit , yaitu : 1. HP. Carbamate Condensor (HPCC) 303 – C 2. Reactor (301 –D) 3. HP Stripper (302 – C) 4. HP Scrubber (304 –C)

1. High Pressure Carbamate Condensor (303 – C) Campuran umpan ammonia dan karbamat dari scrubber (304 – C) dan reactor (301 –D) yang ditarik oleh ejector (301-L) masuk kedalam HPCC melalui atas. Dari line lain, masuk gas dari HP. Stripper ( 302 – C). Di dalam HPCC

ammonia dan karbondioksida bereaksi membentuk ammonium

karbamat 80 % dan 20% dibiarkan tidak terkonversi.20 % akan dibiarkan bereaksi di reactor, karena reactor juga memerlukan panas. Panas reaksi yang dihasilkan dimanfaatkan untuk membangkitkan steam reandah (3,5 kg/cm2) di LP Steam Drum. Derajat kondensasi ammonia dan karbondioksida yang membentuk karbamate di HPCC diatur oleh tekanan steam yang dibangkitkan di LP steam drum. Steam harus diatur sedemikian rupa agar ammonia dan karbondioksida tidak seluruhnya menjadi karbamate. HPCC berbentuk shell and tube dengan posisi vertikal, dimana tube tempat bereaksinya terjadi karbamat dan shell berisi air umpan pembangkit steam. Air berasal dari 302 – FA/FB. Dimana air masuk dari bawah HPCC dan kemudian menyerap panas dari reaksi dan karbamat mengalami kondensasi. 2. Reaktor (301 –D) Didalam reactor terdapat 2 reaksi yaitu, reaksi pembentukkan karbamat dan urea. Gas 20 % yang disisakan dari HPCC, direaktor akan membentuk karbamat. Dan panas hasil reaksi dari pembentukkan karbamat akan digunakan untuk pembentukkan urea. Yang masuk masuk ke bottom reactor adalah 80 % karbamat dari line bawah dan 20 % gas reaktan dengan line berbeda. Di reactor juga terjadi pembentukkan biuret yang merupakan racun bagi tanaman. Maka dari itu pembentukkan biuret harus ditekan sekecil mungkin dengan mengendalikan temperature operasi yang tinggi, waktu

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

53

Deskripsi Proses

tinggal yang lama, dan konsentrasi ammonia yang rendah / konsentrasi urea yang tinggi. Reactor dilengkapi dengan 8 buah “ sieve tray” dengan jumlah lubang pada tiap – tiap tray makin keatas semakin sedikit, dengan maksud : a. Memperoleh kontak yang intensif antara fase gas dan cair, agar reaksi dapat berlangsung pada temperature yang setinggi mungkin. b. Memperoleh wakru tinggal (residence time) yang cukup untuk mencapai kesetimbangan reaksi pembentukkan urea yang hamper sempurna. Produk yang dihasilkan reactor adalah berupa urea 33 -39 %,karbamat,air, dan ammonium excess yang kemudian dikirim ke HP Stripper(302 –C). gas ammonia dan karbondioksida yang tidak terkonversi akan meninggalkan reactor melalui bagian atas dan menuju ke HP Scrubber (304 –C)Konsentrasi urea yang terbentuk sekitar 33 – 39 %.

Kemudian urea mengalir ke

HP.stripper untuk menikkan konsentrasi urea.

3. HP.Stripper (302 – C) Fungsi dari HP stripper adalah untuk menaikkan konsentrasi urea dari 33 – 39 % menjadi 55 % dengan cara memisahkan urea yang terbentuk dengan reaktan yang tidak terbentuk menjadi urea. Reaksi yang terjadi sebagai berikut : NH4 COONH2

↔

2NH3

+

CO2 ↑

(karbamat) Di HP Stripper juga terjadi reaksi sampingan yang tidak dikehendaki yang

diakibatkan oleh pemanasan steam, yaitu reaksi hidrolisa urea dan

reaksi pembentukkan biuret. NH2CONH2 + H2O ↔ 2NH3 ↑ + CO2 ↑ (Urea) 2 NH2CONH2 ↔ NH2CONHCONH2 + NH3 ↑ (Urea)

(biuret) HP. Stripper dirancang sebagai counter current film evaporator,

larutan mengalir turun membasahi Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

sepanjang dinding tube membentuk 54

Deskripsi Proses

lapisan tipis dan gas CO2 yang dari bawah akan menstrippe karbamat yang telah terurai menjadi gas ammonia dan karbondioksida akibat pemanasan steam yang berada di shell. Aliran gas CO2 yang tidak bersinggungan dengan lapisan tipis larutan pada dinding tube secara counter current akan menurunkan tekanan parsial NH3 pada larutan sehingga akan membantu penguraian karbamat menjadi gas NH3 dan CO2, dengan demikian dapat mengurangi pemakaian steam dalam penguraian di HP Stripper. Fungsi gas CO2 : a. Menurunkan tekanan parsial NH3 di dalam larutan dari reactor, sehingga sebagian karbamat akan terurai. b. Membawa reaktan yang tidak terkonversi kembali ke sintesa sistem c. Menurunkan temperature larutan yang akan meninggalkan HP. Stripper (di bagian bawah), sehingga mengurangi pembentukkan biuret dan hidrolisis urea. d. Sebagai gas pembawa oksigen untuk passivasi (pencegahan korosi) peralatan di unit sintesa. Steam yang digunkan untuk penguraian di HP stripper disupply dari HP Steam Saturator 310 F. untuk mengurangi pembentukkan biuret dan hidrolisa urea maka condensate pada shell side HP. Stripper dijaga konstan pada level tertentu, dengan mengatur bukaan diantara 3 bv. Line condensate outlet HP.stripper yang ada. Larutan urea yang mengandung relative kecil karbamate meninggalkan bawah HP Stripper pada temperature 165

o

C menuju unit resirkulasi,

sedangkan campuran gas yang mengandung CO2 mengalir menuju bagian atas HP Stripper pada temperature ± 187 oC mengalir ke HP Carbamate Condensore (303 – C)

4. HP. SCRUBBER (304 – C) Fungsi dari HP.SCRUBBER adalah mereaksikan gas ammonia dan karbondioksida

yang

tidak

terkonversi

di

reactor

dan

sebagian

dikondensasikan dengan memakai air pendingin yang disirkulasikan dari pompa 316 J. dimana reaksi antara gas ammonia dan karbondioksida yang Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

55

Deskripsi Proses

membentuk karbamat merupakan reaksi yang eksotermis sehingga panas hasil reaksi dimanfaatkan untuk memanasakan urea melt yang ada di rectifying column (306 – CB ) dengan bamtuan pompa 316 J/JA. Karena masih panas, cairan tersebut didinginkan lagi di 319 – C dengan media pendingin kondensate murni. Kemudian air yang telah dingin, digunakan lagi sebagai pendingin di HP Scrubber. Larutan karbamat yang terbentuk dihisap ejector (301 –L) bersamaan dengan umpan ammonia untuk bersama – sama dimasukkan ke dalam HPCC (302 – C). sedangkan gas inert yang masih sedikit mengandung gas ammonia dan CO2 dibuang ke atmosfir melalui inert vent 307 –E. Inert Vent berfungsi sebagai ‘silencer’ dan juga sebagai catch pot, jika terjadi carry over larutan carbamate karena level terlalu tinggi di HP Scrubber. Variable – variable proses sintesis yang penting adalahm : a. Molar ratio NH3/CO2 (fase gas) atau ratio N/C (fase cair ) pada gas outlet dari reactor atau cairan di dalam reactor. b. Tekanan sintesa. Kondisi sintesa akan optimum bila : a. Ratio N/C berada diantara 2,9 – 3,0 atau ratio NH3 / CO2 berada diantara 3,0 – 3,7 b. Tekanan sintesa berada disekitar 145 kg/cm2 Pada kondisi ini akan diperoleh : a. Konversi CO2 menjadi urea di dalam reactor antara 59 % s/d 60 % b. Efisiensi Stripping di dalam HP. Stripper sekitar 80 %. 4.2.3. UNIT RESIRKULASI Unit resirkulasi berfungsi untuk memanfaatkan kembali ammonia dan karbondioksida hasil pemurnian urea ke synthesis loop dengan cara mengubahnya menjadi karbamat. Unit

resirkulasi juga berfungsi sebagai

memekatkan urea yang terbentuk dari sekitar 56% menjadi 73 %. Larutan urea – carbamate yang keluar dari bagian bawah HP.Stripper kemudian tekanannya diekspansi sampai 4,2 kg/cm2 dengan bantuan expansion valve sehingga sebagian karbamat akan terurai menjadi ammonia Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

56

Deskripsi Proses

dan karbondioksida. Panas penguraian berasal dari larutan itu sendiri, sehingga temperature larutan turun dari 165 oC menjadi 113 oC. kemudian larutan yang telah terurai dispraykan dari bagian atas top rectifying column 301 E ( di atas bed pall ring ), gas yang terpisah langsung mengalir ke LP. Carbamate Condensore ( 307 – C), sedang cairan urea dan karbamat yang tidak terurai kontak dengan gas panas dari rectifying column heater 306 CA/CB untuk melucuti sisa ammonia dan karbondiokasida. Larutan dipanaskan di rectifying heater sampai temperature 135

o

C

dengan

menggunakan LP Steam dan cooling water dari HP.Scrubber. akibat pemanasan karbamat akan terurai dan kontak. Kemudian vapor hasil penguraian mengalir ke LPCC. Di LPCC vapor didinginkan air dari unit Waste Water Treatment (WWT). Di LPCC ini campuran dikondensasikan untuk membentuk karbamat, yang selanjutnya mengalir ke LPCC level tank 305 –F dan selanjutnya dipompakan kembali menuju kembali ke HP Scrubber (304 – C). gas – gas yang tidak terkondensasi diserap terlebih dahulu di absorber (302 – E) dengan menngunakan ammonia water sebelum dibuang ke atmosfer. Kemudian larutan hasil penyerapan ditampung di ammonia water tank (308 – F). Larutan yang keluar dari flash tank lalu mengalir secara grafitasi ke urea solution tank 304 F. larutan ini mengandung sekitar 73 % urea, sisanya adalah air dan sedikit ammonia dan karbondioksida sebagai umpan unit evaporasi. 4.2.4. EVAPORASI dan PRILLING Unit evaporasi berfungsi untuk menghilangkan kandungan air yang berada dalam urea solution. Larutan yang mengandung sekitar 73 % urea dari urea solution tank dipompa dengan pompa 308- J/JA ke evaporator tingkat 1 yang beroperasi pada tekanan vacuum (0,35 kg/cm2).larutan urea masuk melalui bagian heater dan dipanaskan hingga temperature 135 oC dengan menggunakan LS steam, sehingga air yang terkandung didalamnya menguap. Larutan urea dan uap ini kemudian masuk ke dalam evaporator sehingga uapnya terpisah dari larutannya. Uap air kemudian didinginkan di kondensat

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

57

Deskripsi Proses

tingkat satu (312 – C) dengan menggunakan FCW. Yang hasil kondensasi dimasukkan ke tangki 308 – F(Tangki ammonia water). Larutan urea keluar dari evaporator tingkat satu akan mengalir ke second stage evaporator ( 310 – C) melalui bagian heater karena adanya perbedaan tekanan. Evaporator tingkat 2 memiliki tekanan 0,03 kg/cm2. Di heater evaporator tingkat 2 larutan dipanaskan hingga temperature 140 oC dengan menngunakan MS steam. Dengan adanya pemanasan , air yang tersisa dari evaporator tingkat satu akan menguap. Campuran larutan ini masuk ke evaporator tingkat 2. Di evaporator tingkat kedua, uap air terpisah dari larutan urea dimana hasil atas berupa uap air akan dihisap dengan ejector untuk dikondensasikan di condensate evaporator tingkat dua. Hasil kondensasi ditampung di tangki 308 – F sedangkan uap yang tidak terkondensasi dari kondensor tingkat pertama dan kedua akan dialirkan ke absorber (302-E). Larutan yang keluar dari evaporator tingkat 2 dengan komposisi 99,7 % urea melt. Kemudian larutan ini dipompakan dengan pompa 309-J/JA ke menara prilling tower 401 –A. Unit prilling tower berfungsi untuk membutirkan urea melt menjadi urea prill. Unit urea prill dilengkapi dengan prilling bucket, ID Fan, Scrapper, belt conveyor, dan unit seeding system. Larutan urea melt masuk kedalam prilling bucket yang berputar, prilling bucket berbentuk kerucut dengan lubang-lubang kecil yang berfungsi sebagai pencetak urea prill. Prilling bucket yang berisi urea melt berputar dengan kecepatan tertentu sesuai dengan flow rate yang masuk. Kemudian urea melt kluar melalui lubang – lubang kecil di prilling bucket membentuk tetesan – tetesan yang menyebar ke seluruh prilling tower. Tetesan – tetesan ini akan turun ke bawah tower. Dari bawah tower udara yang dihisap ke atas oleh ID Fan akan mendinginkan urea prill. Di prilling tower ditambahkan seeding. Seeding merupakan debu urea yang bertujuan untuk membentuk inti prill yang kuat dan homogen. Selain untuk mencegah terjadinya caking pada urea, maka dilakukan injeksi UFC atau coating dengan urea soft. Injeksi ini dilakukan di outlet evaporator tingkat 2 sebanyak 0,17 – 0,2%.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

58

Deskripsi Proses

4.2.5. Waste Water Treatment Tahap ini berfungsi mengolah kembali proses kondensat dari proses kondensasi untuk mendapatkan kembali NH3 dan CO2 sehingga tidak mencemari lingkungan. tangki penyimpanan ammonia water terbagi menjadi dua bagian, yaitu bagian besar dan kecil. Kondensat dari condensate evaporator tingkat dua (310-C) dimasukkan ke bagian besar karena kandungan ureanya masih tinggi. Kondensat dari bagian besar ini kemudian dialirkan ke unit LPCC untuk melarutkan gas NH3 dan CO2 sebelum bereaksi menjadi karbamat. Ammonia water dari tangki bagian kecil sebagian dipompakan ke first desorber (304-EA) menggunakan pompa 313J/JA dan sebagian lagi ke 307E. Ammonia water masuk melalui bagian first desorber kemudian mengalir turun melalui tray-tray. Pada saat yang bersamaan dari bagian bawah dimasukkan LS steam untuk menguraikan dan melucuti NH3 dan CO2 yang masih terdapat dalam ammonia water. LS steam dimasukkan dari bagian bawah desorber tingkat dua yang selanjutnya akan mengalir naik ke atas menuju desorber tingakt satu untuk membawa NH3 dan CO2. Uap tersebut kemudian dikondensasikan di refluks condenser (305-C). Pada reflux condenser, karbamat hasil pendinginan kemudian dipisahkan antara gas dan kondensatnya di reflux condensate level tank. Gas yang tidak terkondensasi kemudian dialirkan ke absorber (302-E), sedangkan kondensat atau karbamat dikirm ke LPCC dengan pompa 305J/JA dan sebagian dikembalikan lagi sebagai refluks di desorber tingkat satu. Cairan yang tidak teruapkan di desorber tingkat satu akan menuju ke bawah dan dipompa ke bagian atas hydrolizer dengan pompa 314-J. Sebelum masuk ke hydrolizer, cairan dipanaskan terlebih dahulu dengan cairan keluaran hydrolizer. Di dalam hydrolizer, cairan dipanaskan oleh HP steam, sehingga urea yang terkandung akan terhidrolisis. Uap akan keluar lewat bagian atas hydrolizer yang kemudian masuk ke bagian atas desorber akan tingkat dua untuk kontak dengan LS steam. Cairan yang mengalir ke bagian bawah desorber tingkat dua akan dibuang ke sewer dengan Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

59

Deskripsi Proses

kandungan maksimum NH3 dan urea yang diijinkan adalah 50 ppm dan 100 ppm. Namum, sebelum dibuang ke sewer, panas dari cairan outlet dimanfaakan untuk menaikkan suhu umpan desorber dari ammonia water tank di 316-CA/CB dan ammonia di 323-C. Cairan kemudian didinginkan di 317-C. Untuk meningkatkan efisiensi air proses, yaitu dengan memanfaatkan air yang dihasilkan sebagai air umpan boiler, ditambahkan ke unit second hydrolizer (308-E). Dengan adanya penambahan ini, cairan yang keluar dari first hydrolizer akan dialirkan ke second hydrolizer, lalu dikirim ke bagian atas desorber tingkat dua melalui alat penukar panas hydrolizer.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

60

BAB V UNIT PENUNJANG DAN PENGOLAHAN LIMBAH

5.1

Unit Utilitas Pabrik Utilitas PT. Pupuk Kalimantan Timur (Utility Plant) bertugas untuk menyediakan bahan bahan baku dan penunjang untuk kebutuhan operasi dan sistem produksi di PT. Pupuk Kalimantan Timur seperti air bersih, air pendingin, air proses, steam, tenaga listrik, pengolahan udara pabrik dan instrument, nitrogen, gas dan mengolah limbah cair. Di PT. Pupuk Kalimantan Timur unit utilitas telah terintegrasi dengan unit utilitas pabrik lainnya (K-1/K3/K-4 dan POPKA). Jadi apabila salah satu pabrik terdapat trouble atau masalah di unit utilitas pabrik yang lain dapat membantu (tie in). Untuk memenuhi kebutuhan tersebut Pabrik Utilitas Pupuk Kalimantan Timur ini dibagi dalam 11 unit yaitu :

5.1.1. Sea Water Intake Unit sea water intake (SWI) adalah tempat masuknya air laut yang berfungsi untuk menyediakan bahan air laut untuk keperluan air pendingin dan bahan baku proses. Air laut yang sebagai pendingin digunakan dengan sekali pakai (once through), baik secara langsung seperti pada desalinasi dan tidak langsung seperti pada fresh cooling water. Sementara air laut sebagai bahan proses harus diolah terlebih dahulu menjadi air tawar di unit desalinasi. Selain dikarenakan jumlah air tanah yang terbatas, alasan pemilihan air laut sebagai bahan baku juga disebabkan oleh lokasi pabrik yang dekat dengan laut sebagai sumber air. Tetapi air laut yang digunakan harus bebas dari kotoran karena dapat menyumbat aliran pada pipa atau peralatan dan tidak menimbulkan korosi akibat adanya pencemar atau organisme. Agar persyaratan air laut sebagai bahan baku terpenuhi maka dilakukan beberapa tahapan sebelum air tersebut digunakan, antara lain: perlakuan secara fisik dengan penyaringan dan pengambilan kotoran, perlakuan secara kimia dengan menginjeksi larutan Natrium Hypochorite (NaOCl) untuk mematikan/mengurangi aktifitas mikroorganisme dan karang laut, dan

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

61

perlakuan preventif untuk memonitoring air limbah pabrik yang kembali ke laut. Adapun peralatan yang digunakan sebagai penunjang berlangsungnya pada sea water intake ini adalah basin sebagai tempat/kolam penampung air laut bersih sebelum dipompakan ke pemakai, outfall sebagai tempat/kolam penampung air laut yang akan dibuang ke laut bebas setelah digunakan, screening sebagai penyaring kotoran yang terikut oleh air laut, dan pompa sebagai media mengalirkan dan menaikkan tekanan air laut. Proses dari sea water intake dimulai dengan air laut diinjeksikan dengan larutan Natrium Hypoclorite secara terus menerus dengan konsentrasi 1 ppm dan laju alir 32,8 m3/jam pada masing-masing aliran pompa. Selanjutnya mengalami penyaringan terlebih dahulu di screnning jenis bar screen untuk menyaring kotoran yang ukuran relatif besar yang berada di permukaan air laut. Pada daerah saringan ini dilengkapi juga dengan trash basket (2202HA/B/C) untuk menampung kotoran dan travershing trash rake (2202-L) untuk mengambil kotoran yang ada.

Gambar 5.1.1. Proses Sea water intake Kemudian air laut melewati screening yang kedua yaitu jenis Rotary screen (2201-LA/B/C) dimana kotoran-kotoran relatif kecil yang lolos pada saringan pertama, tersaring disini. Screening ini berkerja dengan cara berputar dan disemprotkan air dari bagian dalam agar kotoran-kotoran yang Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

62

tertempel terlepas dan terkumpul di trash basket. Air laut yang relatif bersih disalurkan ke user dengan pompa pabrik. Terdapat 4 pompa (2201JA/B/C/D), dengan 3 pompa yang bekerja dan 1 pompa stand by auto start jika tekanan salah satu pompa kurang dari 3,1 kg/cm2 dengan masingmasing berkapasitas 10.500 m3/jam. Dengan adanya pompa maka tekanan akan naik menjadi 3,1-4 kg/cm2 sesuai dengan yang diinginkan. Aliran air laut tersebut akan tergabung menjadi satu di sea water header air laut yang kemudian diinjeksikan lagi dengan shock dosing larutan Natrium Hypoclorite konsentrasi 10 ppm dengan laju alir 328 ppm agar mikroorganisme yang ada tersebut tidak kebal karena adanya continue dosing di awal. Air tersebut akan distribusikan ke user seperti untuk unit utilitas sendiri yaitu, air pendingin fresh cooling water sebesar 19.900 m3/jam, air proses klorinasi sebesar 50 m3/jam, desalinasi A/B/C sebesar 730 m3/jam dan desalinasi D 700 m3/jam, serta untuk air unit ammonia dan urea lainnya. 5.1.2. Klorinasi Unit klorinasi adalah tempat penghasil larutan Natrium Hypoclorite dengan konsentrasi 960 ppm dengan bahan baku air laut. Larutan Natrium Hypoclorite yang dihasilkan digunakan di sea water intake dan header untuk mematikan atau mencegah dan menghambat pertumbuhan mikroorganisme dan karang laut agar peralatan tidak terjadi penyumbatan dan korosi. Pembuatan larutan Natrium Hypoclorite ini menggunakan prinsip elektrolisa dimana suatu zat akan mengalami dekomposisi yang diikuti reaksi kimia yang berlangsung dengan adanya aliran listrik pada larutan elekrolit (NaCl). Alat utama yang digunakan di unit klorinasi ini adalah cell electroliser atau kumpulan cell-cell yang terdiri dari katoda dan anoda yang tersusun secara paralel sebagai tempat terjadinya reaksi penguraian garam NaCl. Selain itu dibutuhkan tangki sebagai penampung hasil larutan dan blower udara untuk mengusir H2 hasil sampingan yang ada di dalam tangki dengan jalan menghembuskan udara. Arus listrik DC yang digunakan disuplay menggunakan rectifier dengan mengubah arus AC.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

63

Gambar 5.1.2.a Cell elektroliser Reaksi elektrolisa yang terjadi : Penguraian garam

NaCl

Na + Cl

Anoda (O)

: 2Cl

Cl2 + 2e

Katoda (R)

: 2H2O(l) + 2e

2OH

Larutan

: 2 Na

2NaOH(aq)

+ 2OH

+ H2(g)

NaOH(l) + Cl2

NaOCl(l)+NaCl(aq)+H2O(l)

NaCl(aq) + H2O

NaOCl(l) + H2(g)

Air laut dengan laju alir 50 m3/jam dari sea water header mengalami penyaringan terlebih dahulu pada strainer dan masuk ke dalam cell elektroliser melewati celah antara elektroda yang di aliri arus listrik DC (searah). Pada permukaan anoda akan terbentuk khlorine, dan caustic soda dan hidrogen pada permukaan katoda. Dalam celah (ruangan) antara katoda dan anoda inilah chlorine dan caustic soda bereaksi membentuk natrium hypochlorite. Konsentrasi larutan natrium hypochlorite yang terbentuk agar sesuai dengan yang diharapkan dapat dilakukan dengan mengatur arus atau voltage yang mengalir ke electroliser. Larutan natrium hypochlorite dengan konsentrasi sekitar 960 ppm yang terbentuk dikirim ke tangki storage untuk ditampung sementara dan kemudian akan distribusi ke sea water basin dan sea water header. Di dalam tangki di hembuskan udara udara menggunakan blower untuk mengusir hidrogen (sekitar 1%) agar tidak terjadi ledakan akibat kelebihan gas hidrogen (4%).

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

64

Pada spesifikasi alat, pembersihan senyawa-senyawa Mg(OH)2 dan CaCO3 yang dapat membentuk deposit baiasanya dibersihkan dengan acid cleaning (H3NSO3) selama 3 bulan sekali, dan jika tegangan mencapai 24 V, serta masing-masing cell telah mencapai 6 V. Tapi sekarang setiap satu bulan sekali di lakukan pembersihan. 5.1.3. Fresh Cooling Water Fresh cooling water (FCW) adalah unit yang berfungsi sebagai penyedia air pendingin untuk berbagai proses seperti pada ammonia dan urea serta untuk peralatan. Bahan baku yang digunakan adalah air desal, karena relatif tidak banyak menimbulkan korosi dibandingkan air laut. Prinsipnya adalah penukaran panas antar fluida yang lebih panas dengan fluida yang lebih dingin, media pendingin yang digunakan adalah air laut. Fresh cooling water ini bekerja secara tidak langsung dengan sirkulasi tertutup dimana air pendingin yang telah dipakai oleh user didinginkan kembali di alat penukar panas. User yang menggunakan terdiri dari Big user untuk melayani pendingin di exchanger proses, dan small user untuk melayani lube oil dan sealing pompa. Untuk mengatisipasi adanya kebocoran yang menyebabkan berkurangnya jumlah fresh cooling water agar jumlah tetap selama proses maka disediakan air make up yang telah diisi penuh terlebih dahulu di make up (2009-F). Peralatan utama yang digunakan adalah 4 pompa (2218JA/JB/JC/JD) dengan 2 running yang digerakan turbine dan motor, penukar panas tipe marine plate, dan surface condenser untuk mengkondensasikan steam yang mengerakkan pompa turbine.

Gambar 5.1.3 Fresh Cooling Water

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

65

Air desal yang sudah dihilangkan mineral dan telah dingin sebagai fresh cooling water dialir menggunakan pompa ke user sesuai kebutuhan. Air fresh cooling water yang telah digunakan temperaturnya akan naik sekitar 40-46°C kemudian dilewatkan ke marine plate (2201-CA-CJ) melalui shell sementara air laut dengan temperatur 40-49°C sebagai media pendingin di lewatkan melalui tube berlawanan arah dan langsung dibuang untuk mengambil panas air fresh cooling water, sehingga air fresh cooling water yang temperatunya turun sesuai kondisi operasi (<36,5°C) dan tekanan 3,03,7 kg/cm2 yang dapat dipakai kembali untuk proses. 5.1.4. Desalinasi Desalinasi merupakan unit penghasil air tawar sebagai bahan baku pembuatan steam. Unit ini berfungsi untuk mengubah bahan baku air laut menjadi air tawar (raw condensate water). Raw condensate atau hasil desalinasi dapat diperoleh dengan cara penguapan air laut dalam kondisi ruangan di bawah tekanan atmosfer (vakum) dengan bantuan alat penukar panas ejector condenser. Desalinasi yang digunakan ada 4 buah dengan tipe cross tube, dimana 3 buah tipe Multi flash evaporation (2005-LA/LB/LC) dan 1 buah tipe reheat (2005-LD). Selain perbedaan tipe dari desal A/B/C dengan desal D juga terdapat perbedaan yang jelas yaitu letak brine heater dan jumlah stage penguapan, dimana desal A/B/C di luar dengan jumlah stage 8 dan D di dalam dengan jumlah stage 3. Masing unit desalinasi dilengkapi dengan brine heater, ejector dan pompa. Desalinasi 2005-LA/B/C Air laut dari sea water header laju alir 730 m3/jam masuk dengan bantuan pompa ke alat desalinasi yang terlebih dahulu di injeksi anti foam (Belite 3 ppm) dan anti scale (belgard 1 ppm) yang kemudian melalui cross tube dari stage 8 sampai stage 1 dan keluar dengan temperatur 70-80°C menuju brine heater melalui tube side untuk menaikan temperatur hingga 80-90°C dengan bantuan steam LS (3,8 kg/cm2) pada shell side.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

66

Gambar 5.1.4a ruang evaporasi Selanjutnya air yang keluar brine heater masuk ke dalam evaporator melalui stage 1 hingga stage 8 dan terjadi penguapan. Uap (sekitar 8%) akan terkondensasi ketika bertemu dengan air laut yang masuk melalui tube side pada evaporator dan air destilat mengalir ke talang yang ada disisi samping. Gas-gas yang tidak terkondensasi akan terhisap oleh ejector yang diletakan pada stage 1, 2 dan 8. Air destilat dengan conductivity (< 30 µs) kemudian di alirkan ke raw condensate water tank (2009-F) untuk di tampung. Steam yang terkondensasi akan masukkan juga ke dalam tempat penampung apabila conductivity > 20 µs. Raw condensate akan diolah terlebih dahulu di unit demineralisasi sebelum menjadi boiler feed water.

Gambar 5.1.4b unit desalinasi

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

67

Desalinasi 2005LD Unit desalinasi sistem reheat berbeda dengan sistem multi effect distillation. Pada multi effect distillation memiliki banyak ruang evaporator sebaliknya dengan system ini menggunakan tiga ruang evaporator untuk menghasilkan jumlah produk yang sama dengan umpan yang hampir sama. Sistem ini menggunakan marine plate exchanger pada ruangan evaporator untuk perpindahan panas penguapannya. Sea water masuk ke distilasi pada final kondensor dengan tekanan 3,5-4 bar abs. Umpan sea water yang akan diuapkan mendapatkan pemanasan awal (pre heating) di dalam final kondensor sedangkan fungsi utama dari sea water pada final kondensor adalah sebagai media pendinginan. Pemanasan awal ini dari umpan diperlukan untuk mempertahankan “concentration factor” dari brine dalam evaporator pada kondisi desain. Setelah keluar dari final kondensor, sea water diinjeksikan dengan chemical anti scale kemudian diumpankan masuk ke bagian atas masingmasing evaporator effect sea water didistribusikan secara merata pada permukaan plate evaporator. Sea water mengalir dari atas ke bawah sesuai dengan prinsip “falling film” dan kehomogenan dari liquid film selalu terjaga pada permukaan plate. Pertukaran panas didalam plate terjadi, dimana sisi sea water yang membentuk liquid film mendapatkan panas dari uap yang terkondensasi dari sisi yang lain pada plate, sehingga terjadi perbedaan temperatur pada dinding plate. Hal ini menyebabkan liquid film mengalami penguapan sebagian. Uap air yang terbentuk di dalam ruangan evaporasi keluar dari plate melalui kedua sisi yang terbuka pada plate packed. Kemudian uap ini menuju ke effect (stage) berikutnya melalui demister. Uap yang dihasilkan pada effect (stage) pertama dipergunakan sebagai pemanas pada effect kedua uap yang dihasilkan pada effect kedua dipergunakan sebagai effect ketiga. Uap yang dihasilkan pada effect ketiga dialirkan ke final kondensor dan sebagian dialirkan ke steam ejector. Di dalam ejector uap (low steam) tercampur dengan steam kemudian terkondensasi di dalam plate evaporator effect pertama. Sedangkan uap yang berasal dari effect ketiga dan berada pada final kondensor terkondensasi menjadi distillat produk yang kemudian membentuk level dan dipompakan ke Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

68

tangki raw kondensat. Sedangkan sea water yang sebagian besar tidak menguap (sisa) terkumpul pada effect ketiga dan membentuk level yang kemudian dipompakan ke outfall.

Gambar 5.1.4.c Desal 2005-LD 5.1.5. Stripper Stipper adalah tempat untuk menghilangkan gas NH3 dan CO2 serta gas-gas lain yang terlarut. Air condensate yang berasal dari ammonia plant masuk ke dalam stripper melalui atas yang kemudian kontak secara langsung di poll ring dengan steam LS yang masuk melalui bawah. Maka gas-gas tersebut akan terlepas dan menguap pada titik didihnya ke atas. Air kondensat hasil proses stripping akan dicampur dengan raw condensate digunakan sebagai umpan demin.

Gambar 5.1.5 unit stripper

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

69

5.1.6. Demineralisasi Unit ini adalah penghasil boiler feed water yang mengolah air dari destilat, air kondensat dan air dari pabrik ammonia menjadi air bebas mineral. Pada unit ini parameter utama adalah conductivity produk harus < 1,2 µs. Prinsip yang digunakan adalah menghilang kation (Na, Ca, Mg, NH4 dan Fe) dan anion (OH, CO3, Cl, dan SO4) dalam larutan yang sering disebut Total Dissolved Solid dengan bantuan resin penukar ion (resin kation dan anion). Peralatan yang digunakan utama adalah vessel atau bejana yang terisi resin (mixed bed polisher 2001-U) dengan bantuan 2 chemical drum (NaOH 4% dan H2SO4 4%) untuk meregenerasi resin yang telah jenuh. Raw condesante yang berasal dari raw condesante water tank dan dari air proses stripping dialirkan masuk ke bagian atas bed dan melewati resin penukar ion (resin kation dan anion) yang tersusun secara acak didalam bed. Proses penghilangan TDS ini berlangsung seperti reaksi berikut : Kation

: R-H

+M

Anion

: R-OH + A

R-M + H R-A + OH

Ion-ion yang terdapat dalam larutan akan menempel pada masing-masing resin dimana ion positif ditangkap oleh resin kation begitu juga ion negatif tertangkap oleh resin anion.

Gambar 5.1.6 Unit Demineralisasi

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

70

Selanjutnya air hasil demineralisasi di bed polisher keluar pada bagian bawah yang kemudian di tampung pada demi water tank (2001-F) dengan kapasitas 1200 m3. Produk air demineralisasi yang keluar dari bed harus di pantau apabila conductivity telah mencapai 1,2 µs/cm atau dan total flow 5256 m3 maka harus diregenerasi. Regenerasi dapat dilakukan dengan jalan mengalirkan larutan kimia ke dalam bed. Adapun langkah-langkah regenerasi adalah sebagai berikut : 1.

1st Partial Drain

Air demin yang masih tertinggal di mixed bed polisher dihilangkan terlebih dahulu sebelum dilakukan regenerasi. Pengosongan dihentikan saat level air berada sekian persen dengan level resin. 2.

1st Air Mixing

Udara dimasukkan ke mixed bed lewah bawah agar resin yang berada di dalamnya teraduk oleh udara. Blower mix pada bagian bawah bed mengalir melalui disk yang letaknya di bawah line drain dan system distributor dan keluar menuju ke atmosfer. 3.

1st Settling

Bubble yang terbentuk mampu memisahkan kotoran resin anion dan resin kation saat settling pertama. Anion resin akan berada di atas, sedangkan resin kation akan berada di bawah sesuai dengan specific gravity masingmasing. Sedangkan kotoran kemungkinan berada pada paling atas karena paling ringan yang nantinya akan dibersihkan dengan back washing. 4.

Back washing

Raw condensate dialirkan dari bawah bed agar dapat mengaduk kembali anion dan kation yang juga berfungsi untuk memisahkan kotoran dari resin. Aliran air bersama kotoran ini diarahkan ke neutralizer pond. Berdasarkan prinsip settling maka partikel resin yang berat jenisnya lebih besar akan berada dibawah, sedangkan yang lebih ringan akan berada di bagian atas. 5.

2nd Settling

Back washing selesai maka aliran air akan menutup dengan tiba-tiba, menyebabkan resin akan settling pelan-pelan dan tersusun dengan posisi kation dibawah dan aniaon di atas. Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

71

6.

Chemical feed

Bahan kimia yang digunakan adalah asam sulfat (H2SO4) 4% dan caustic soda (NaOH) 4%. Keduanya dialirkan serentak, asam sulfat melalui bagian bawah bed sedangkan caustid soda melalui bagian atas. Sehinga aliran caustic soda searah dengan aliran saat in-service dan aliran acid berlawanan arah saat in-service. Kedua aliran bercampur di aliran keluar bed dan diteruskan menuju neutralizer pond. 7.

Slow rinse

Air demin dialirkan untuk pembilasan awal untuk membersihkan caustic dan asam yang menempel di resin yang sudah aktif kembali saat chemical feed. Kation

: R-M

+H

R-H + M

Anion

: R-A

+ OH

R-OH + A

8.

Fast rinse

Sama dengan slow rinse hanya saja air yang digunakan untuk membilas adalah air dari raw condensate. 9.

2nd partial drain

Air yang ada di atas permukaan resin akan di drain. Seperti saat langkah pertama regenerasi.

10.

2nd air mixing

Pengandukan oleh udara yang prinsipnya sama dengan 1st air mixing. 11.

Water refilling

Pengisian kembali mixed bed yang resin di dalalmya telah bercampur kembali melalui distributor bagian atas. 12.

Final rinse

Pada tahap terakhir ini aliran air raw condensate menuju ke bed lewat distributor bagian atas, dimana aliran keluar melalui tempat dimana resin telah diaduk sempurna. Aliran buangan berada di bagian bawah pada polisher mengalir ke pembuangan dan masuk ke neutralizer pond. Langkah terakhir adalah mengamati konduktivitas air yang keluar lewat bagian bawah bed memastikan proses regenerasi berjalan sempurna.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

72

5.1.7. Deaerasi Deaerasi adalah unit yang bertugas untuk menghilangkan sisa-sisa gas yang terlarut di dalam air yang akan digunakan sebagai umpan boiler di dalam alat deaerator. Kandungan gas-gas yang sangat penting untuk dihilangkan adalah oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2). Gas-gas ini perlu dihilangkan karena menyebabkan korosi dan kerak pada sistem perpipaan

serta

memyebabkan

pemanasan

berlebih

akibat

adanya

gelembung-gelembung udara. Prinsip dasar dari proses ini adalah dilakukan dengan cara perlakuan mekanik dan kimia. Alat ini memiliki 2 vessel yang disusun saling tegak lurus, bagian atas adalah vessel vertikal yang terjadi proses penghilangan Gas-gas O2 dan CO2 secara mekanik dengan stripping menggunakan steam bertekanan rendah (LS) pada tray-tray yang terdapat pada vessel. Sementara vessel bagian bawah yang horizontal terjadi proses penghilangan gas-gas O2 dan CO2 secara kimia dengan penambahan hidrazyne yang membentuk reaksi sebagai berikut : N2H4 + O2

N2 + H2 O

Pada temperatur tinggi hidrazyne akan dekomposisi menjadi : 3N2H4

4NH3 + N2

Air demin masuk melalui bagian atas vessel vertikal yang dispray dan mengalami stripping dengan steam pada tekanan 0,7 kg/cm2 dan temperatur 115°C.

Gambar 1.5.7a Ruang pada Deaerator Gas-gas O2 dan CO2 akan menguap pada titik didihnya bersama steam yang kemudian dibuang melalui vent. Selanjutnya air mengalir melalui pipa Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

73

down comer ke vessel horizontal karena meluap yang kemudian diinjeksikan bahan kimia hidrazyne (N2H4) dengan jumlah yang berlebih agar semua gas O2 dapat bereaksi sempurna (indikasi sisa hidrazyne 0,02-0,2 ppm).

Gambar 5.1.7b Unit Deaerasi Setelah keluar dari vessel deaerator, selama proses operasi normal larutan amine diinjeksikan dalam jumlah tertentu untuk menjaga pH boiler feed water 8,5-9,5. 5.1.8. Pembangkit Steam PKB & WHB Pada unit penghasil steam kaltim-2 terdapat 2 jenis boiler yang digunakan yaitu : a.

Waste Heat Boiler (WHB) Waste Heat Boiler adalah unit yang bekerja menerima panas dari sisa

pembakaran gas turbin untuk menghasilkan steam. Selain itu panas pembakaran dilakukan sendiri dengan fuel gas dan gas pembakar O2 sisa gas turbin yang berfungsi sebagai pengotrol temperatur steam yang diinginkan. Umpan yang digunakan adalah BFW dari unit deaerasi dengan produk yang dihasilkan steam kering bertekanan 80 kg/cm2. Steam ini selanjutnya di let down menjadi tekanan 40 kg/cm2 dan 3,5-3,8 kg/cm2. Prinsip dari unit ini adalah seperti memanaskan air, dimana air akan menguap pada titik didihnya pada tekanan tertentu. Peratalan-peralatan yang terlibat adalah steam drum,

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

74

water drum, burner, economizer, down comer, riser, superheater coil, dan furnace. Air BFW dipompakan dari unit deaerasi masuk kedalam steam drum yang sebelumnya dipanasi untuk menaikkan temperatur terlebih dahulu pada economizer yang terdapat pada cerobong gas buang dari flue gas. Di steam drum BFW akan mengalami pemanasan (panas sensibel) sampai mencapai titik didihnya yang kemudian diinjeksi phosfat untuk mengumpalkan garamgaram seperti Mg, Ca, dan Si yang selanjutnya dibuang dengan cara blow down. Kemudian BFW akan dipanaskan lanjut di steam generator, yaitu di down comer dimana sebagian air yang tidak teruapkan pada yang akan tertampung pada water drum dibagian bawah dan tempat pengumpul endapan. Uap basah (saturated steam) yang terbentuk akan naik melalui riser pipe dengan pemanasan (Laten) oleh gas buangan turbin dan sumber panas lainnya menuju steam drum. Steam berisi campuran uap dan air BFW. Steam basah yang terbentuk selanjutnya dilewatkan ke superheated coil yang dipanaskan oleh fuel gas (ruang bakar utama) untuk diubah menjadi steam kering. Steam kering ini kemudian didistribusikan sesuai dengan kebutuhan ke masing-masing plant yang ada.

. Gambar 5.1.8a Waste heat boiler

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

75

b.

Package Boiler (PKB) Perbedaan Waste Heat Boiler dengan package boiler yang sangat

mencolok adalah asal panas pembakaran dan gas pembakar, serta pengontrol temperatur steam kering yang dihasilkan. Pada package boiler panas diperoleh dari pembakaran sendiri fuel gas pada furnace dan gas pembakar O2 diperoleh dari luar dengan bantuan FD fan. Prinsipnya sama untuk menghasilkan steam kering dengan memanaskan umpan BFW dari unit deaerasi. Air BFW yang berasal dari unit deaerasi dilewatkan economizer I terlebih dahulu untuk memanfaatkan panas sisa dan menaikkan temperatur. Kemudian masuk ke steam drum dan menghasilkan saturated steam. Air yang belum menguap akan tertampung di water drum bagaian bawah, sementara saturated steam pada steam drum akan mengalir ke economizer II dinaikkan temperaturnya. Desuperheated sebagai pengontrol temperatur steam yang akan dihasilkan akan menyemprotkan air BFW sesuai dengan kebutuhan.

Campuran uap-air

dari

desuperheater

akan

mengalami

pemanasan lanjutan diruang bakar utama untuk menghasilkan steam kering. Steam kering yang dihasilkan akan disalurkan ke steam header bersamasama hasil steam dari WHB yang kemudian di let down.

Gambar 5.1.8.b Package Boiler

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

76

5.1.9. Pembangkit Tenaga Listrik Unit penghasil listrik sebagai penunjang proses produksi di Kaltim-2 menggunakan gas turbin generator GE (2010-U) dengan kapasitas power 30,9 Mwatt, tegangan 11 kV dan frekuensi 50 Hz. Generator ini terdiri dari kompressor, turbin, mesin diesel, dan reducing gear 5100 rpm ke 3100 rpm. Prinsip dasar adalah kecepatan putaran turbin dengan memanfaatkan hembusan gas panas. Alat ini dilengkapi dengan rotor penghubung antara turbin, kompressor dan generator apabila turbin berputar maka yang lain akan ikut berputar. Udara sebagai sumber gas pembakar akan terhisap masuk oleh kompressor melewati filter. Udara tersebut akan mengalir masuk kedalam ruang pembakaran dan bercampur dengan fuel gas akan dinyalakan dengan bantuan busi menghasilkan gas panas. Gas panas dari combustion chamber akan mengalir ke transition piece (10 buah) yang terletak pada combustion shamber line yang mengalir ke turbin yang memiliki 3 stage. Disetiap stage terdiri dari jajaran nozzle yang dilengkapi dengan turbine bucket. Di nozzle-nozzle ini kecepatan gas meningkat dan menggerakan turbine bucket sehingga seluruh rotor beputar. Turbine bucket inilah yang nantinya menggerakan generator sebagai penghasil listrik.

Gambar 5.1.9 Gas Turbin Generator

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

77

5.1.10. Udara Pabrik (PA) dan Udara Instrument (IA) Unit udara pabrik (PA) adalah unit yang mengotrol penyediaan udara pabrik dan udara instrument untuk keperluan pabrik utilitas, ammonia dan urea. Sementara udara instrument (IA) adalah unit yang memproses udara pabrik menjadi udara instrument yang berfungsi sebagai penggerak control valve tekanan, aliran, level, dan lainnya. Prinsipnya ialah mengurangi kandungan uap air (humidity) dalam udara agar tidak mudah terkondensasi sepanjang tubing dan alat instrumentasi. Alat yang digunakan pada unit ini adalah air receiver, 2 dryer (2 on, 1 stan by), dan kompressor darurat. Dalam kondisi normal operasi, plant air (IA) diperoleh dari kompressor ammonia, yang dialirkan masuk ke dalam air receiver (penampung) yang berupa silinder yang dilengkapi condensate trap utnuk mengelurkan uap air yang terkondensasi. Setelah melalui receiver plant air akan didistribusikan sesuai dengan kebutuhannya pada tekanan normal operasi 8 kg/cm2. Apabila tekanan minimum turun (7 kg/cm2) maka kompressor darurat akan start untuk mensuply udara ke air receiver.

Gambar 5.1.9 Plant Air dan Instrument Air Untuk unit Instrument air (IA), udara tersebut dihilangkan dahulu kadungan uap airnya di dalam dryer yang telah dilengkapi dengan pre filter dan after filter. Filter ini berfungsi untuk menyaring debu-debu, minyak/oil, dan kotoran-kotoran lain. Di dalam dryer berisi desiccant alumina dengan bentuk butiran bening diameter 2-4 mm dengan kapasitas penyerapan 260 g H2O/kg desiccant. Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

78

Udara masuk mengalami penyerapan pada pre filter sehingga dew pointnya turun dari -25°C menjadi -40°C. selanjtnya udara masuk dryer yang berkontak dengan alumina didalamnya sehingga uap air yang masih terkandung terserap dan dibuang melalui vent dan udara yang keluar menjadi udara kering. Udara isntrument ini akan distribusikan ke unit utilitas, ammonia dan urea. 5.1.11. Urea Formadehyde Concentrated Unit ini berfungsi menghasilkan urea formaldehyde concentrate 85 sebagai komponen tambahan untuk meningkatkan strength dan memperbaiki sifat butiran urea agar tidak mudah caking. Bahan baku yang digunakan ialah metanol dan oksigen dengan prinsip dasar adalah reaksi oksidasi. Unit ini dibagi menjadi 4 bagian : a. Persiapan raw material b. Sintesa c. Absorbsi d. Penyimpanan produk

Gambar 5.1.11 Unit Urea Formaldehyde Concentrated Metanol dari metanol receiving tank dialirkan ke metanol buffer menggunakan pompa dengan condensate steam sebagai pemanas. Metanol tersebut kermudian masuk ke dalam evaporator sehingga menjadi uap. Uap metanol dicampur dengan udara dan recycle gas yang telah melalui filter dan dikompresikan oleh blower sehingga di peroleh udara proses sekitar 50°C. Dalam pencampuran tersebut harus diperhatikan fraksi mol masing-masing

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

79

uap metanol dan O2 agar tidak memasuki daerah flammability. Hal ini dapat dilakukan dengan menjaga %mol metanol 8% dan %mol oksigen 10%. Campuran tersebut masuk ke dalam reaktor yang berisi katalis Fe2 (MoO4)2 MoO3 atau FK-2 (ferry molbdate molydenum oxide) yang sebelumnya telah dipanasi terlebih dahulu dengan menggunakan uap oil (downterm) di gas heater. Reaktor type fixed bed reaktor tempat berlangsungnya reaksi oksidasi sebagai berikut : Pembentukan formaldehyde CH3OH(g) + O2(g)

CHOH(g) + H2O(l)

Sebagian dari CHOH ajan teroksidasi menjadi asam formid, yang selanjutmya akan terurai menjadi CO dan O2 serta terbentuk dimetil eter. CHOH(g) + 2O2(g)

HCOOH(l)

CO(g) + H2O(l)

Reaksi sangat eksotermis sehingga untuk menjaga kondisi temperatur yang optimum dan membatasi reaksi samping, maka panas dari reaksi harus dicegah selama berlangsung reaksi dengan cara mesirkulasikan oil sebagai pendingin. Larutan dari reaktor yang bersuhu 290°C didinginkan menjadi 130°C di waste heat boiler yang beroperasi pada tekanan steam minimum 0,06 kg/cm2 dan temperatur 102°C. kemudian formaldehyde yang mengandung gas dialirkan ke UF absorber untuk memproduksi UFC atau ke AF absorber untuk memproduksi AF. Pada UF absorber, formaldehyde yang mengandung gas diserap dengan 70% larutan urea. Absorber dilengkapi dengan satu bed stainless steel packing ring dan 10 valve tray upper. Reaksi larutan urea dengan formaldehyde adalah sebagai berikut : 2NH2CONH2 + (Urea) NH2CONH2 +

CHOH

NH2CONH.CO.NHCONH2

(Formaldehide) CHOH

(1)

(Methylol di urea) HOCH2.NHCONH2

(2)

(Methylol Urea) NH2CONH2 +

CHOH

HOCH2.NHCONH.CH2OH

(3)

(Dimethylol Urea) Reaksi yang diinginkan adalah no 2, oleh karena itu perbadingan metanol dan larutan urea pada produk harus 1 : 4,8. Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

80

5.2

Pengolahan Limbah PT. Pupuk Kalimantan Timur melaksanakan prinsip pengolahan limbah dengan zero waste dan 3R (Reduce, Reuse dan Recycle). Sistem tang digunakan ialah dengan pendekatan inplant treatment dan end of pipe treatment. Inplant treatment adalah upaya pengolahan limbah yang menyatu dengan proses pabrik sehingga terjadi pemanfaatan, seperti Neutralizing Pond, dan reuse, sedangkan end pipe treatment merupakan upaya pengolahan limbagh pabrik sebelum dibuang ke lingkungan, seperti chemical pond. Neutralizing Pond merupakan sebuah bak penampung yang berfungsi sebagai penetral limbah asam dan basa yang berasal operasional unit utilitas dan ammonia. Pengolahan yang dilakukan terhadap limbah asam adalah dengan penambahan Caustic soda (NaOH), sedangkan pengolahan yang dilakukan untuk limbah basa berupa penambahan asam sulfat (H 2SO4). Apabila pH telah netral yaitu bila pH meter yang dipasang di bak menunjukkan angka 5,8 – 8,6 maka air limbah dapat dibuang ke laut bebas melalui sewer. Contoh dari recovery adalah proses waste water treatment dan pemanfaatan limbah yang mengandung oli, sedangkan contoh dari reuse adalah pemanfaatan katalis. Chemical pond merupakan unit pengolahan limbah yang disediakan oleh pabrik untuk mengatisipasi terjadi lonjakan beban buangan ammonia dengan proses aerasi dan stabilisasi secara natural. Apabila NH3 loses yang dihasilkan oleh pabrik melebihi 0,3 kg NH3/ton makan limbah tersebut harus diolah di chemical pond. Desain chemical pond Kaltim 2 adalah sebagai berikut : 

Luas kolam

: 50 x 50 m2



Volume kolam

: 50 x 50 x 2 = 5000 m3



Kedalaman air

:2m



Maksimum air yang boleh masuk

: 50 x 50 x 1 = 2500 m3



Kedalaman air minimal untuk operasi batch aerator adalah 1,6 m

5.2.1. Pengolahan Limbah Cair Limbah cair pada pabrik Kaltim-2 berasal dari : 1.

Unit utilitas, yang berupa air yang tidak terkontaminasi dan yang terkontaminasi yang berasal dari unit khlorinasi, fresh cooling water, desalinasi, dan demineralisasi.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

81

2.

Pabrik ammonia dan urea, yang berupa air terkontaminasi

3.

Mesin-mesin dan penampang pelumas yang berupa air dengan kandungan minyak sangat tinggi Pengolahan air buangan dilakukan dalam sebuah bak yang disebut

neutralization pond. Air buangan berupa larutan regeneran resin penukar ion, buangan Benfield, buangan dari penampang asam dan basa serta buangan dari unit ammonia dan urea dengan kandungan CO2 yang tinggi. Kondesat-kondesat air dari berbagai proses kondensasi, absorbsi atau scrubing mengandung sejumlah urea, ammonia, dan CO2 terlarut. Ammonia dan CO2 yang terlarut dalam air dikeluarkan dengan proses desorpsi. Sementara urea dihidrolisis terlebih dahulu menjadi ammonia dan CO2. Kandungan ammonia dan urea pada air setelah mengalami proses desorpsi diharapkan hanya mengadung urea 100 ppm dan ammonia 50 ppm. Khusus Limbah Oli akan dikumpulkan di oil catcher dan ditampung didrum. Oil ini digunakan untuk latihan pemadam kebakaran, sedangkan yang amsih ekomonis dibuang. 5.2.2. Pengolahan Limbah Padat Limbah padat yang dihasilkan di pabrik Kaltim-2 adalah debu yang berasal dari unit prilling tower urea dengan konsentrasi debu yang diemisikan rata-rata 80,6 mg/m3 dengan kapasitas fan 44,552 Nm3/jam. Debu urea yang lolos dari system dust chamber ke atmosfer pada unut prilling tower diminimalisi dengan menghembuskan kembali ke prilling tower dengan ejector debu tanpa mengalami proses pengolahan terlebih dahulu. Debu urea juga bermanfaat sebagai nutrient mangrove dan tumbuhan yanag ada di sekitar pabrik. 5.2.3. Pengolahan Limbah Gas Limbah gas pada pabrik Kaltim-2 berupa gas NH3 dan CO2 yang dihasilkan dari proses kondensasi pada condensate stripper ataupun yang dihasilkan oleh separator-separator di pabrik ammonia dan pabrik urea. Limbah gas ini umunya dimanfaatkan kembali untuk meningkatkan efisiensi bahan baku dan mengurangi pencemaran lingkungan. Adapun untuk limbah gas yang mengandung sedikit NH3 dan CO2 dapat langsung dibuang ke

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

82

udara bebas melalui ID fan tanpa ada proses pengolahan terlebih dahulu karena diasumsikan limbah tersebut masih diambang batas.

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

83

DAFTAR PUSTAKA

M.W. Kellog Company. 1998. Kaltim – 2 Ammonia – Urea Project, Operating Manual. PT. Pupuk Kalimantan timur : Bontang PT.Pupuk Kalimantan Timur Tbk. 2005. Company Profile PT.Pupuk Kalimantan Timur Tbk. PT.Pupuk Kalimantan Timur Tbk. 2005. Diktat Bahan Bacaan Utility PT.Pupuk Kalimantan Timur Tbk. 2005. Diktat Bahan Bacaan Urea PT.Pupuk Kalimantan Timur Tbk. 1992. Hand-out Pabrik Amoniak Kaltim-2

Laporan Kerja Praktek Politeknik Negeri Samarinda

84

TUGAS KHUSUS KERJA PRAKTEK

“ DISTRIBUSI SUHU DI PRILLING TOWER KALTIM – 2 “

OLEH: Ayu Practica Ceriah Solikhawati Nim : 08 614 024

JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI OLEO DAN PETROKIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA 2010

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Pupuk urea yang diproduksi oleh Pabrik PT. Pupuk Kalimantan Timur dalam bentuk prill dan

granul adalah salah satu jenis pupuk yang paling banyak digunakan dalam pertanian. Bentuk urea prill dan granul merupakan bentuk yang disukai karena mudah penanganannya. Pabrik urea Kaltim – 2 memproses urea dalam bentuk prill dengan sistem menara pembutir (Prilling Tower). Proses pembutiran dilakukan terhadap urea melt yang keluar dari evaporator. Urea melt yang memasuki prilling bucket akan terdistribusi membentuk tetesan – tetesan urea dikarenakan prilling bucket berputar. Tetesan – tetsan tersebut akan didinginkan oleh udara yang mengalir dari bawah ke atas. Udara – udara tersebut dihisap oleh ID – Fan. Tetesean – tetesan urea yang kontak dengan udara akan mengalami pendinginan dan perubahan fasa. Dengan menara yang tinggi, urea dalam bentuk prill sudah cukup kuat dan dingin. Setiap ketinggian tertentu terjadi perpindahan panas yang menyebabkan temperature urea akan menurun dan peada suatu ketinggian tertentu temperature akan tetap tetapi akan terjadi perubahan fase dari melt ke padat. Prilling Tower Kaltim 2 memiliki ketinggian 80,768 m yang belum diketahui pada ketinggian berapa terjadi perubahan fase dari melt menjadi fase padat (priil) 1.2

Perumusan Masalah Adapun perumusan permasalahan yangh dibahas disini adalah belum diketahuinya pada

ketinggian berapa urea melt akan berupa fasenya menjadi urea prill 1.3

Tujuan Tujuan pengerjaan tugas khusus ini adalah ingin mengetahui distribusi suhu di Prilling Tower dan pada ketinggian berapa terjadinya pendinginan dan perubahan fasa dari urea melt menjadi urea prill. 1.3

Ruang lingkup Pengerjaan tugas khusus mencakup perhitungan neraca panas di Prilling Tower dengan

menngunakan data design yang didapat dari manual operating book.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Prilling Tower

Bagian akhir dari proses pembuatan urea di Departement Operasi Kaltim 2 adalah pembutiran. Untuk merubah urea melt menjadi urea prill digunakan menara pembutir prilling tower. Urea melt yang keluar dari evaporator dipompakan menuju bagian atas prilling tower. Urea melt dimasukkan ke dalam prill bucket yang berputar sehingga membentuk tetesan-tetesan urea melt. Kemudian dari bawah udara dihisap oleh ID-Fan hingga udara akan berkontak langsung dengan urea melt sehingga terjadi perpindahan panas dari urea ke udara. Sehingga ada saatnya saat terjadi perpindahan panas dari urea melt ke udara, temperature urea melt akan turun hingga mencapai temperature perubahan fasanya. Pada keadaan ini, temperature urea tidak akan turun. Temperature urea tetap, namun urea akan mengalami perubahan fase dari melt menjadi padat. Setelah urea menjadi padat, temperature urea akan turun kembali. Agar proses pendinginan ini dapat berjalan sesuai dengan yang diinginkan, maka diperlukan udara pendingin yang mencukupi, yang diambil dari 4 buah ID Fan pada puncak menara.

2.2

Dasar Teori

2.2.1 Perpindahan Panas Proses yang terjadi di dalam Prilling Tower adalah proses perubahan fase urea melt menjadi urea prill dan proses pendinginan. Udara digunakan sebagai media pendingin yang mengalir berlawanan arah dengan jatuhnya urea. Selama urea jatuh di dalam Prilling Tower, Proses perpindahan panas urea ke udara meliputi 3 bagian yaitu : 1. Pendinginan urea melt ( zona 1) Pendinginan urea melt dalam hal ini adalah penurunan temperature urea melt dari temperature inlet 140 oC sampai dengan temperature perubahan fasenya, yaitu 132, 6 oC. Panas yang diserap merupakan panas sensible. Besarnya panas tersebut adalah : Q = ML x CPL x (T1 – T2) Dimana : Q: Panas yang dilepas urea ML

: Massa urea

CPL

: Kapasitas panas urea melt

T1

: Temperature urea melt masuk ke Prilling Tower

T2

: Temperature perubahan fase urea melt

2. Perubahan Fase urea ( zona 2) Perubahan fase dimulai sejak awal urea melt mengalami perubahan fase dari melt hingga keseluruhan bentuknya menjadi padat (prill) pada temperature yang sama, yaitu 132,6 oC. Panas yang dilepaskan merupakan panas laten. Panas laten adalah panas yang dilepaskan temperature tetap tetapi terjadi perubahan fase. Besarnya panas laten yang dilepas adalah :

Q = ML x λ Dimana : Q: Panas yang dilepas urea ML

: Massa urea

λ : Panas laten 3.

Pendinginan urea prill ( zona 3) Pendinginan urea prill dalam hal ini adalah penurunan tempersture urea prill dari

temperature 132,6 oC (temperature perubahan fase) hingga temperature outlet Prilling Tower (50 o

C desain). Panas yang dilepaskan merupakan panas sensible. Besarnya panas tersebut adalah: Q = MS x CPS x (T2 – T3)

Dimana : Q: Panas yang dilepas urea MS

: Massa urea

CPS

: Kapasitas panas urea prill

T2

: Temperature Perubahan fase

T3

: Temperature outlet Prilling Tower

4. Panas Konveksi Perpindahan panas yang terjadi, yang dilepas dari urea ke udara diterima dalam bentuk panas konveksi. Besarnya panas yang dipindahkan dapat dinyatakan dengan hukum Newton tentang perpindahan panas antara permukaan padatan dan fluida, yaitu : Q = -h x A x ( T2 – T1)

……………….. (1)

Dimana : Q: Panas konveksi yang dipindahkan h : Koefisien perpindahan panas konveksi urea dengan udara A: Luas perpindahan panas konveksi T2 T1

: Temperature urea

: Temperature udara Nilai A ( Luas perpindahan panas konveksi ) biasanya sulit untuk dievaluasi. Untuk mengevaluasinya dengan menggunakan luas spesifik (a). luas spesifik dapat dinyatakan luas permukaan urea prill per volum menara. Dengan demikian persamaan perpindahan panas dapat dinyatakan sebagai :

Q = -h x a x (T2 – T1) Dimana :

-

a=

-

θ=

Dengan : F : laju alir massa urea Θ: waktu tinggal butir urea Z : Tinggi Prilling Tower D

: Diameter Prilling Tower

ds

: Diameter Urea prill

ρl: Density Urea melt

BAB III METODOLOGI

3.1

Metode Pengambilan Data Dalam penyusunan tugas khusus ini, data yang digunakan adalah data yang diperoleh dari manual book operating(data desain) dan studi literature umum.

Data – data tersebut adalah : a. Temperature urea melt outlet Evaporator II (TL) : 140 oC : 50 oC

b. Temperature urea Prill di dasar menara (Ts) c. Temperatur udara masuk (Tg in )

: 35 oC

d. Temperature udara keluar (Tg out)

: 75 oC

e. Flow urea melt (F)

: 72090 kg/h

f.

: 726900 kg/h

Laju alir udara (G)

g. Massa Jenis urea melt (ρl) h. Specific Heat urea melt ( Cpl )

: 1220 kg/m3 : 0,6421 J/Kg.oC

i.

Specific Heat urea prill (Cps)

: 0,4861 J/Kg. oC

j.

Specific Heat udara (Cpg)

: 0,255 J/Kg. oC

k. Panas laten urea (λ) l.

3.2

Diameter urea prill

: 1,7.10-3 m

Metode Pengolahan Data Perpindahan panas yang terjadi di sepanjang Prilling Tower dibagi menjadi 3 periode : 1. Zone I

: Transfer panas dari urea melt ke udara pendingin hingga titik leleh urea

2. Zone II

: Transfer panas dari urea leleh ke udara pendingin pada titik leleh urea sampai

terjadi perubahan fase dari fase melt menjadi fase padat 3. Zone III

: Transfer panas dari urea padat pada titik leleh urea hingga tepat jatuh di atas

scrapper. Pendekatan yang digunakan untuk mengevaluasi distribusi temperature di Prilling Tower dilakukan dengan menganggap Prilling Tower diisi seragam oleh butiran – butiran urea, demikian juga dinding pembatas yang imajiner disusun oleh butir urea ( bukan oleh dinding Prilling Tower). Pendekatan ini lebih bisa diterima karena yang ingin diketahui adalah temperature urea pada ketinggian tertentu dalam Prilling Tower, Bukan temperature dinding Prilling Tower. Perpindahan panas urea dan udara dipandang hanya terjadi secara konveksi. Kecepatan jatuh butir urea sangat tinggi sehingga waktu tinggal suatu butir urea sangat kecil, hal ini mengakibatkan panas yang hilang dari butir urea ke dinding Prilling Tower sangat kecil pula, sehingga dapat diabaikan. Asumsi yang digunakan adalah : 1. Kapasitas panas urea melt dan prill bukan fungsi suhu 2. Jari – jari butir urea sangat kecil sehingga distribusi suhu dalam butir diabaikan 3. Butir urea terdistribusi seragam sepanjang menara.

Dasar perhitungan pada Prilling Tower terdiri dari : Neraca panas pada sebutir urea : Zone 1 : Panas yang masuk – Panas yang keluar = Panas akumulasi -

Panas yang masuk : mL x CPL x T1I z ( urea melt dari evaporator memasuki Prilling Tower pada ketinggian 0 meter)

-

Panas yang keluar : mL x CPL x T1I z + ∆Z (urea melt hingga temperature perubahan fase yang akan memasuki zone 2 pada ketinggian tertentu )

-

Panas akumulasi : -h x A1 x ( T1- T g )

Persamaan : -

mL x CPL x T1I z - mL x CPL x T1I z + ∆Z = -h x A1 x ∆t x ( T1- T g )

mL x CPL x (T1I z - T1I z + ∆Z )

= -h x A1 x ∆z x ( T1- T g )

mL x CPL x v x (T1I z - T1I z + ∆Z ) = -h x A1 x ∆z x ( T1- T g )

= …………….. (2)

=

Zone III : Panas yang masuk – Panas yang keluar = Panas akumulasi -

Panas yang masuk : mL x CPL x TsI z ( urea prill yang keluar dari zona 2 di ketinggian tertentu)

-

Panas yang keluar : mL x CPL x TsI z + ∆Z (urea prill yang berada di dasar menara pada ketinggian 80,768 )

-

Panas akumulasi : -h x A1 x ( Ts- T g )

Persamaan : -

ms CPs x TsI z+∆z - ms x CPs x TsI z = -h x A1 x ∆t x ( Ts - T g ) mL x CPL x (TsI z+∆z – TsI z )

= -h x A1 x ∆z x ( Ts - T g )

mL x CPL x v x (TsI z+∆z - T1I z )

= -h x A1 x ∆z x ( Ts - T g ) =

…………….. (3)

= Neraca Panas udara

Panas masuk – Panas Keluar = Panas akumulasi G x Cpg x Tg Iz – G x Cpg x Tg Iz+∆z) = -h x Ap x ( T - Tg ) G x Cpg x ( Tg Iz - Tg Iz+∆z )

= -h x Am x a x ∆z x ( T - T g )

= = Dimana : Am =

¶ x D2 a=

…………….. (4)

θ= Dengan : F

: laju alir massa urea

Θ: waktu tinggal butir urea Z : Tinggi Prilling Tower D

: Diameter Prilling Tower

ds

: Diameter Urea prill

ρl: Density Urea melt T :Temperature melting point (132,6 oC )

Kecepatan Terminal (v) Untuk mendapatkan kecepatan terminal gunakan metode grafik untuk diameter butiran urea 1,7 mm dan suhu 35 oC diperoleh kecepatan terminal (Vt).

Grafik Diameter Prill vs Kecepatan Terminal (Vt) Diperoleh kecepatan terminal sebesar : V = 6.2 m/s = 6.2 m/s x 3600 s/jam

= 22320 m/jam

Sehingga dapat diketahui waktu tinggal butiran urea = θ =

= 3.6x 10-3 jam

Penyelesaian Persamaan Differensial Zona I,II, dan III Persamaan diferensial Zona I,II,III tidak bisa diselesaikan dengan intregal biasa, maka persamaan diferensial diselesaikan dengan metode numeris yaitu metode runge kutta. Dengan menggunakan metode runge kutta orde 4, maka diambil haraga ∆x tertentu yang selanjutnya

harga ∆y dan ∆z dapat dihitung : ∆y = 1/6 ( k1 + 2k2 + 2k3 + k4 ) ∆z = 1/6 ( l1 + 2l2 + 2l3 + l4 ) Dengan : K1 = f1 (y,z) ∆x L1 = f2 (y,z) ∆x K2 = f1 (y +

,z+

) ∆x

L2 = f2 (y +

,z+

) ∆x

K3 = f1 (y +

,z+

) ∆x

L3 = f2 (y +

,z+

) ∆x

K4 = f1 (y +

,z+

) ∆x

L4 = f2 (y +

,z+

) ∆x

Dengan metode diatas dapat diperoleh distribusi suhu sepanjang menara, baik suhu urea maupun udara.

Langkah Perhitungan :

Mencari Koefisien heat transfer konveksi urea - udara

Perhitungan Koefisien menngunakan data : Tg in : 35 oC TL in : 140 oC

Tg out : 75 oC

TL out : 50 oC

r prilling : 9,347 m

Zone I :

= =

Zone II :

=

Zone III :

= =

Hasil Perhitungan

BAB IV HASIL dan PEMBAHASAN

4.1

Distribusi Suhu di sepanjang Prilling Tower T urea oC

Z (m)

T udara oC

0

139.8

74.9

0.09

139.5

74.9

0.18

139.3

74.8

0.27

139.1

74.8

0.36

138.8

74.7

0.45

138.6

74.7

0.54

138.4

74.6

0.63

138.1

74.6

0.72

137.9

74.5

0.81

137.7

74.5

0.9

137.4

74.4

0.99

137.2

74.4

1.08

137.0

74.3

1.17

136.8

74.3

1.26

136.5

74.2

1.35

136.3

74.2

1.44

136.1

74.1

1.53

135.9

74.1

1.62

135.6

74.0

1.71

135.4

74.0

1.8

135.2

73.9

1.89

135.0

73.9

1.98

134.7

73.8

2.07

134.5

73.8

2.16

134.3

73.7

2.25

134.1

73.7

2.34

133.9

73.6

2.43

133.6

73.6

2.52

133.4

73.5

2.61

133.2

73.5

2.7

133.0

73.4

2.79 2.88

132.8

73.4

132.6

73.4

5

132.6

71.5

7.12

132.6

70.5

9.24

132.6

69.5

11.36

132.6

68.5

13.48

132.6

67.5

15.6

132.6

66.4

17.72

132.6

65.4

19.84

132.6

64.3

21.96

132.6

63.2

24.08

132.6

62.1

26.2

132.6

61.0

28.32

132.6

59.8

30.44

132.6

58.7

32.56

132.6

57.5

34.68

132.6

56.3

36.8

132.6

55.1

38.92

132.6

53.8

41.04

132.6

52.6

43.16

132.6

51.3

45.28

132.6

50.0

47.28

116.1

47.2

49.28

108.6

45.9

51.28

101.9

44.7

53.28

95.7

43.6

55.28

90.1

42.7

57.28

85.0

41.8

59.28

80.3

41.0

61.28

76.0

40.2

63.28

72.2

39.6

65.28

68.7

39.0

67.28

65.4

38.4

69.28

62.5

37.9

71.28

59.9

37.4

73.28

57.4

37.0

75.28

55.2

36.6

77.28

53.2

36.3

79.28

51.4

36.0

80.768

49.7

35.7

Grafik distribusi suhu sepanjang menara Pembahasan : Dari hasil perhitungan didapatkan : 1. Zona penurunan suhu urea melt sepanjang 2.88 m dari puncak prilling tower dengan temperature udara keluar menara 74.9 oC dan temperature udara masuk ke zona 2 adalah 73.4 oC . 2. Zona perubahan fase melt menjadi padat (prill) sepanjang 42.4 m ( dari ketinggian 2.88 m sampai 45.28 m) dengan temperature udara masuk zona 2 adalah 73.4 oC dan temperature udara keluar zona 2 adalah 50 oC 3. Zona pendinginan urea prill sepanjang 33.488 m (dari ketinggian 47.28 m – 80. 768 m) dengan temperature udara masuk zona 3 adalah 47.2 oC dan temperature akhir zona adalah 35.7 oC.

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan Dari hasil perhitungan dapat diambil kesimpulan : 1. Pendinginan urea melt didinginkan hingga ketinggian 2.88 m dari menara pembutir (Zona I) 2. Pada ketinggian 2.88 m dari menara telah terjadi perubahan fase dari fase melt ke fase padat (prill) hingga ketinggian 45.28 m (Zona II) 3. Pada ketinggian 45.28 hingga 80.768 m terjadi pendinginan urea prill (Zona III) Keterangan :

DAFTAR PUSTAKA

Cracken, Daniel D.Mc.1972.” Numerical Methods With Fourtan IV Case Studies”John Wiley & sons, Inc Kern, D.Q.1950.” Process Heat Transfer”, 1st ed., McGraw Hill International Book Co., Aucklan Smith,Julian C. 1993.” Unit Operation of Chemical Engineering “ 5 International

th

ed. McGraw Hill

LAMPIRAN

=

……….

=

……….

=

…………

= Xa (TL – Tg)

= Y (T – Tg )

= Xc (Ts – Tg)

Mencari nilai A,B, dan C : h= 177.9 J/m2. oC nilai A : 

Dengan :

= Xa

Al( luas permukaan urea prill ) = ¶ x (ds)2 = 3.14 x (1,7.10-3)2 = 9.0746.10-6 m2 V (kecepatan jatuh urea)

= 22320 m/s

Cpl

= 0,6421 J/Kg.oC

Ml (massa 1 butir urea)

= 2,8.10-5 Kg

= Xa 0.04023

= Xa

Nilai B :

 Dengan :

=Y = ¼ ¶ x D2

Am

= ¼ x 3.14 x (18.694 m)2 = 274.33 m2 a

=

=

= 0.0338 /m

=Y

=Y 0.0089

=Y

Nilai C :



= Xc

= Xc 0.0522

= Xc