Proses Pembutan Gas Amonia Tahap 1

Amonia (gas) tu terdiri dr hidrogen & nitrogen-yg biasanya perbandingan molarnya 3:1-, trus ada metan, argon, & lil’ CO₂. Amonia disintesis pake reaksi reversibel antara hidrogen dengan nitrogen. Reaksinya persis kayak yg dibawah:

Seperti halnya reaksi reversible: lain, reaksi pembentukan ammonia juga menghabiskan tenaga dan pikiran untuk mengeset reaksi spy bisa ngeset jmlh amonia pd kstmbngn pd macam2 temperatur & tekanan. Yang pasti berhubungan dengan konstanta kesetimbangan reaksinya.
Kp (konstanta kesetimbangan) tersebut tdk hny tergantung ke temperatur & tekanannya, tp jg ke perbandingan komposisi nitrogen & hidrogen.
Sumber nitrogen tu biasanya udara. Dan sumber hidrogen biasanya di dpt dr berbagai jenis bahan mentah seperti air, hidrokarbon ringan/berat hasil dari pemurnian minyak mentah, gas alam, maupun kombinasi dr bahan2 itu yang memiliki kandungan hydrogennya.
Tabel berikut dibawah nunjukin macam2 reaksi u macam2 bahan mentah yg dipakai u produksi hidrogen.
Reaksi2 tersebut, kecuali elektrolisis air, diikuti dengan reaksi pergeseran CO (water-gas shift reaction=WGSR).

[GAMBAR 1b:Tabel reaksi pembuatan hidrogen]

Sumber : Kirk – Othmer Encyclopedia, 1998.
Berikut gue akan menjelaskan salah satu tahapan2 proses pembuatan ammonia yang gue tahu (secara garis besarnya tentu). nitrogennya berasal dari udara dan hidrogennya berasal dari Natural Gas. Tahap-tahapan pembuatan ammonia:

[GAMBAR 2: Tahap pembuatan ammonia]

Tahap 1:Persiapan bahan baku gas sintesis
Terdiri dari 4 tahap yang besar:

[GAMBAR3:flowchart persiapan bahan baku syn Gas]

Tahap 1.1: Persiapan bahan baku NG:

[GAMBAR4:flowchart persiapan bahan baku NG]

bahan baku NG bisa saja mengandung partikel(solid)/liquid yang mengganggu proses compressionnya, sehingga seluruh partikel yang mengganggu tadi harus di remove di KO Drum terlebih dulu. Kemudian di coalescer terlebih dahulu untuk make sure tidak ada liquid yang terikut. Dari situ baru di kompresi untuk menaikkan tekanan. Inti dari reaksi steam reforming adalah tekanan dan suhu operasi yang optimum sehingga dapat mengoptimalkan produk yang diinginkan. Setelah di kompresi, Feed gas kemudian di preheating. Panas yang digunakan bisa diambil dari panas primary reformer untuk menghemat biaya utilitas. FG kemudian dimasukkan hydrotreater yang mengandung katalis (e.g. CoMo, katalis ini bisa berumur 3-5 tahun untuk kemudian harus diregenerasi.), untuk mengubah merkaptan (disulfide) yang terkandung dalam HC, menjadi H2S yang terpisah dari HC dan bisa diserap pada tahap selanjutnya yaitu tahap desulfurisasi. Pada tahap desulfurisasi ini menggunakan katalis ZnO. kalo mau tahu ttg contoh packed bed catalystnya silahkan klik disini… *bukan maksud promosi lo yah…*
Tahapan reaksinya:

[GAMBAR5: reaksi hydrotreating dan desulfurisasi]

Btw, tujuan menghilangkan Sulfur ini adalah sematamata karena sulfur mengganggu reaksi sintesis ammonia. Dan dari reaksi kedua yang ada di hydrotreater terlihat ada CO yang terbentuk. Hal ini bisa jadi bertambahnya beban pada methanator nantinya (lihat penjelasan berikutnya). Tapi tidak ada cara lain. Selain itu juga bila kandungan CO2 atau ammonia di FG besar, akan menghambat penyerapan H2S oleh ZnO karena ZnO akan terlebih dulu bereaksi dengan CO2 menghasilkan hidratnya, dan ammonia akan menghambat kerja
Tahap 1.2:Steam Reforming
NG bebas sulfur dari tahap 1.1 dicampur dengan steam medium pressure dengan ratio Steam/Carbon atau S/C tertentu, untuk kemudian disteam reforming, hingga intermediate levelnya terbentuk. Karena membutuhkan steam, makanya disebut Steam reforming. Steam reforming ini dilakukan dalam primary reformer catalyst tubes yang ada didalam furnace. Panas yang diperoleh dari membakar fuel gas.
Reaksi yang terjadi dalam primary reformer:

[GAMBAR6: reaksi dalam primary reformer]

Overall reaksi diatas adalah endoterm. Sebenarnya karena heat yang dibutuhkan oleh reaksi endoterm jauh lebih besar daripada heat yang dihasilkan oleh reaksi eksoterm yang lainnya, sehingga tetap dibutuhkan panas dari hasil pembakar fuel gas. Katalis yang digunakan adalah Nikel. kalo mau tahu ttg contoh packed bed catalystnya silahkan klik disini… *bukan maksud promosi lo yah…*
Tahap 1.3:Secondary Reforming
Secondary reforming dilakukan dalam secondary reformer. Diproses ini metana yang masih bersisa di kurangi dengan reaksi steam reformer hingga level yang sangat kecil, dan mulai menyampurkan udara dg NG. didalam secondary reformer ini O2 dalam udara dibakar hingga menghasilkan panas yang bisa digunakan untuk reaksi steam reforming yang tersisa. Udara yang dimasukkan mengikuti ratio Nitrogen-hydrogen yang dibutuhkan untuk optimasi sintesis ammonia.
dari reaksi steam reforming diatas (baik pada primary maupun secondary) ada produk sampingan yang tidak diinginkan berupa CO, walaupun dalam tempat yang sama juga terjadi reaksi shift reaction, yang mengubah CO menjadi CO2, tetap saja masih banyak CO yang tersisa. CO dan CO2 adalah zat yang racun terhadap sintesa ammonia nantinya sehingga kedua zat ini harus dihilangkan. Prosesnya lebih lengkapnya akan dibahas dibagian selanjutnya.
Katalis yang digunakan adalah kalo mau tahu ttg contoh packed bed catalystnya silahkan klik disini… *bukan maksud promosi lo yah…*
Tahap 1.3:Shift Conversion:High temperature and Low temperature.
Shift Conversion dibagi menjadi 2 tahap. HTSC (high temperature shift conversion) baru kemudian LTSC (low temperature shift conversion). See gambar 6 untuk reaksi shift reaction yang terjadi. Konsep dr tahap ini adalah mengubah semua CO menjadi CO2. Pada tahapan selanjutnya akan ada tahapan CO2 removal. Sehingga baik CO maupun CO2 kandungannya sangat minim dalam Syn Gas yang akan dijadikan ammonia. Pertanyaan berikutnya adalah kenapa harus ada HTS dan LTS? Kenapa juga harus HTS dulu baru LTS dulu?
Seperti yang tertera di gambar 6 diatas shift reaction adalah reaksi eksoterm. Sehingga seharusnya reaksi tersebut dilakukan di Low Temperature. Tapi kenapa kok malah HTS yang didulukan? Itu pertanyaan bagus. Sebenernya jawabannya ada pada rate reaksinya. Pada temperature tinggi rate reaksi akan meningkat. Sehingga tujuan HTS ini adalah untuk meningkatkan rate reaksi dulu. Setelah rate reaksinya sudah cepat, maka produknya dikejar (reaksi eksoterm kan melepas panas, bila suhu sekitar lebih rendah maka panas yg dikeluarkan semakin besar, reaksi ditarik ke arah produk -> reaksi reversible), dengan menurunkan suhu di LTSnya. Memangnya kenapa gak LTS dulu baru HTS dulu? Kan bisa juga analognya dikejar produknya dulu baru dipercepat reaksinya. Ini baru konyol (I’ve asked that too). Masalahnya ada pada reaksi shift reaction itu reaksinya reversible yang bersifat eksoterm ke arah produk, bila suhu dinaikkan akan bergeser kearah reaktan. Selain itu HTS menaikkan rate reaksi. Sehingga pergeseran ke arah reaktan tersebut akan berlangsung dg rate yg relative tinggi. Bagaikan habis jatuh ketimpa tangga pula bukan? Nah that’s why gak boleh LTS dulu baru HTS.
Katalis HTS tidak sama dengan katalis LTS. Katalis untuk HTSC lebih murah dan lifetimenya lebih lama dari katalis yang untuk LTS.

Tahap 2: Pemurnian Syn Gas

Konsep dasar pemurnian Syn Gas adalah menghilangkan impurities sebagai hasil dan sisa serta pengotor lainnya, yang akan mengganggu reaksi sintesa ammonia. misalnya CO2 dan CO, sehingga dapat menghasilkan syngas yang tingkat kemurnian hydrogen-nitrogennya sangat tinggi.

Sebelum ini CO yang terkandung dalam syngas telah diubah menjadi CO2. konsep dasarnya mengubah seluruh CO menjadi CO2. CO2 di remove di CO2 removal sehingga diasumsikan kandungannya kecil. Walaupun perlu juga di remove.

CO2 Removal unit disini menggunakan absorbent yang bisa menyerap CO2. tapi tidak larut/bereaksi dengan syngas yg akan dimurnikan. absorbent yang digunakan yang mengandung amin seperti aMDEA, Benfield.

Konsep dasarnya adalah:

[GAMBAR7: CO2 Removal]

Untuk melucuti CO2 dari Syn Gas, selain menggunakan absorbent, juga menggunakan pressure yang tinggi. Pressure yang tinggi ini dimaksudkan untuk meliquidkan CO2 sehingga kelarutannya dalam absorbent semakin besar. Selain itu juga temperature yang rendah.

Stripper digunakan untk melucuti CO2 dari absorbent sehingga absorbent bisa digunakan lagi, dan CO2 bisa digunakan sebagai bahan dasar urea. Kondisi operasi stripper berkebalikan dengan absorber. P rendah, untuk menjadikan CO2 gas, dan temperature tinggi.

Keluaran dari Absorber adlh syn gas yg kandungan CO2nya sangat kecil. tapi masih mengandung sedikit CO. yang pada akhirnya CO yang masih tersisa tersebut akan dihilangkan di methanation unit, dengan melakukan reaksi pembentukan metana dan air. Reaksi tersebut adalah reaksi kebalikan dari reaksi pembentukan hydrogen pertama yang ada digambar6 (steam reforming).

[GAMBAR8: methanation]

kalo mau tahu ttg contoh packed bed catalystnya silahkan klik disini… *bukan maksud promosi lo yah…*

Tahap 3: sintesa ammonia

Tahap ini adalah tahap yang sangat menentukan. Mengendalikan reaksi reversible selalu memberikan pertanyaan sendiri. Inti dari tahap ini sebenarnya adalah pada reaksi sintesa amonianya. seperti yang disebut diatas reaksi yang terjadi adalah reaksi pada gambar 1. yg sangat penting untuk dijaga pada reaksi tersebut adalah :

1. Kondisi operasi : pressure dan temperature
2. Ratio H/N
3. Katalis
4. Pure dari para racun2 bersodaranya. Sulfur, CO, dan CO2

Selain itu sebenernya juga ada faktor bentuk ammonia converternya. Ada vertikal dan ada horisontal (1 buah), seri atau paralelnya (lebih dari satu buah), serta jumlah dan susunan kompartemen dalam converter tersebut. Sementara ini due masih kurang begitu menguasai perbedaan itu. Some day kalo gue udah ngerti bakalan gue update lagi ni postingan..ok?

Karena pressure dan tekanan sangat berpengaruh maka konsentrasi besar ditaruh di pengaturan tekanan. Bisa menggunakan compressor.

Yang seru juga… di dalam unit ini biasanya ada sub unit refrigerant/liguefaction yang digunakan untuk mendinginkan ammonia hingga menjadi cair dan dapat dsimpan dalam volume kecil.

selanjutnya mengenai treatment produk dan treatment buangan sebenarnya bukan inti dari pembuatan ammonia.