Pengantar Teknik Kimia Sesi 2 Pabrik Kimia

1. PengantarTeknik KimiaSesi 2 Pabrik Kimia Ir. Abdul Wahid Surhim, MT.

2. KELOMPOK I • BRALIN DWIRATNA • NURIZ ZAMAN • HERMAN DINATA S. • YOGI PUTRA WIRANDI • AGRIAN PEBY

3. PABRIK PUPUK UREA Unit utilitas Unit amonia Unit urea Unit pengantongan

4. PENDAHULUAN • Industri petrokimia adalah industri kimia yang mengolah bahan baku minyak bumi, gas alam ataupun batubara melalui proses kimia fisika, yang menghasilkan berbagai produk kimia,baik produk petrokimia dasar/hulu,produk petrokimia antara maupun produk petrokimia hilir. • Salah satu produk dari industri petrokimia adalah pupuk urea, yang mana akan kita bahas dalam presentasi kali ini

5. UNIT UTILITAS

6. UTILITY PABRIK UTILITY ADALAH PABRIK YANG MENYEDIAKAN BAHAN BAKU DAN PENUNJANG UNTUK KEBUTUHAN OPERASI SELURUH PABRIK PUPUK DIANTARANYA ADALAH AIR MINUM, AIR BERSIH, AIR PENDINGIN, ,AIR PROSES, STEAM , TENAGA LISTRIK, IA/PA, NITROGEN GAS DAN MENGOLAH LIMBAH CAIR.

7. KEBUTUHAN INI DIHASILKAN OLEH UNIT-UNIT : 1. WATER INTAKE 2. PENGOLAHAN AIR 3. PEMBANGKIT UAP 4. PEMBANGKIT LISTRIK 5. AIR PENDINGIN 6. INSTRUMENT AIR / PLANT AIR ( IA / PA ) 7. PEMISAHAN UDARA 8. PENGOLAHAN AIR LIMBAH

8. PENGOLAHAN AIR • TERDIRI DARI UNIT : • PRETREATMENT. • DEMINERALIZATION.

9. 1. WATER TREATMENT Unit ini mengolah air baku menjadi air bersih dengan proses ; Coagulasi, Flokulasi, Sedimentasi, dan Filtrasi sehingga menghasilkan air bersih yang mempunyai PH 7.0 – 7,5 dan kekeruhan maximal 2,0 ppm. • Penggunan Air bersih untuk : • Air Proses. • Air Pendingin. • Air Umpan Ketel. • Air Pemadam Kebakaran ( hydrant ). • Air minum untuk pabrik dan perumahan.

10. ALUR PROSES Water Treatment MAIN Alum sulfate Coag-aid AGITATOR Caustic RAW WATER FLOCTREATER PREMIX CLEAR WELL Sand fiter A~ F Filter Water Storage SKP KUNISEAL Potable Water PERUMAHAN ANAK PERUSAHAAN PABRIK MNK AKZO PIP Demineralizer service water Hydrant

11. DEMINERALIZER UNIT DEMINERALISASI INI MEMPROSES AIR DARI F W S ( FILTER WATER STORAGE) MENJADI AIR BEBAS MINERAL ( DEMINERALIZED WATER ) UNTUK PROSES WATER. PROSES DEMIN CARBON FILTER CATION EXCHANGER ANION EXCHANGER MIX BED POLISHER DEMIN WATER DESIGN FWS UNTUK DI PROSES DI DEMIN ADALAH : TOTAL ANION : 51,0 PPM. TOTAL IRON ( FE +++ ) : < 0,2 PPM CARBON DIOXIDE TOTAL : 3,0 PPM. SILICA : 22,0 PPM TURBIDITY ( MG/L SIO2 ) : < 3,0 PPM.

12. ANION CATION MIX BED DEMIN TANK DEMINERALIZER CONDENSATE RETURN : 404 cuft 268 cuft CARBON FILTER TB. CAP. PROD : 2.200 M3 DESIGN MB. CAP. PROD : 32.000 M3 DESIGN ACID CAUSTIC

13. PROSES YANG TERJADI : DI CATION EXCHANGER UNTUK MENGIKAT ION-ION POSITIP SEPERTI CA++ , NA+ , K+ DAN MG++ , DARI AIR DAN MELEPAS ION HYDROGEN ( H+ ) . • PROSES YANG TERJADI : DI ANION EXCHANGER • MENGIKAT ION-ION NEGATIP SEPERTI : • SO4--, CL-,SIO3-- DAN CO3--. DIIKAT OLEH RESIN • DAN MENGGANTIKAN DENGAN ION HYDROKSIL ( OH- ). PROSES YANG TERJADI : MIX BED POLISHER UNTUK MENGIKAT ION-ION POSITIP & NEGATIP YANG MASIH LOLOS DARI CATION DAN ANION EXCHANGER DAN JUGA BERFUNGSI SEBAGAI PENGAMAN BILA TERJADI KERACUNAN DARI CATION & ANION.

14. DEAERATOR Pengolahan Air Umpan Ketel CONDENSATE RETURN dari Urea plant VENT DEMIN STEAM LS 2001 JT 2001 JM HYDRAZINE 2002 U BFW ke 2003-U 2007-U 2007-UA NH3 2003 JT 2003 JM

15. PEMBANGKIT LISTRIK Unit Pembangkit Listrik ini berfungsi menghasilkan tenaga listrik adalah salah satu penunjang yang sangat penting untuk proses pembuatan pupuk di Sumber tenaga listrik yang tersedia adalah dari : 1. Gas turbin generator Hitachi ( 2006 J ) Capasitas Power 18,350 MW Tegangan 13,6 - 13,8 KV / 50 Hz. 2. Dan sebagai tenaga listrik cadangan dari PLN (Perusahaan Listrik Negara ) cap. 10 MW. 3. Standby Generator 2 ( dua ) buah, generator diesel masing-masing kapasitas 750 KW. 4. Emergency generator kapasitas 375 KW, 440 V , 50 Hz. Operasi standby auto. 5. U P S ( Uninterupted Power Supply ).

16. FILTER HOUSE REDUCTION GEAR COMPRESSOR GEN. AUX. CONTROL CONTROL PACKAGE GENERATOR STARTING TURBIN GAS TURBIN COMBUSTION CHAMBER GAS BUANG KE WHB GAS TURBIN GENERATOR HITACHI ( 2006 J )

17. MAIN DATA-DATA TEHNIK KOMPRESOR UDARA : 16 TINGKAT COMBUSTION CHAMBER : 10 BUAH TURBIN GAS : 2 TINGKAT GAS TURBIN HITACHI DIBUAT OLEH : HITACHI LTD. JAPAN KAPASITAS DAYA : 14,89 MW. SPEED TURBIN GAS : 5100 RPM SPEED GENERATOR : 3000 RPM. LICENSI GENERAL ELECTRIC . USA. SYSTEM CONTROL MENGGUNAKAN : SPEED TRONIC CONTROL . LICENSI DARI G.E..

18. P L N ( PERUSAHAAN LISTRIK NEGARA ) MAIN 150 KV TRAFO STEP DOWN 13,7 KV CB 52-13 PLN CB 52-12 13,7 KV SWITCH GEAR

19. 5. AIR PENDINGIN / COOLING TOWER • Unit Air Pendingin ini mengolah air dari proses pendinginan yang suhunya 46°C menjadi 32°C,untuk dapat digunakan lagi sebagai air proses pendinginan pada Cooler-cooler ( pertukaran panas ) pada peralatan yang membutuhkan pendinginan. • Menara pendingin ini terbuat dari kerangka kayu yang kokoh dari jenis kayu Red wood yang telah diproses agar tahan air asam dan basa. BAHAN KIMIA YANG DI INJEKSIKAN : •  Senyawa fosfat, untuk mencegah timbulnya kerak pada pipa exchanger. •  Senyawa chlor, untuk menbunuh bakteri dan mencegah timbulnya lumut pada menara pendingin. •  Asam sulfate dan caustic, untuk mengatur pH air pendingin. •  Dispersant, untuk mencegah penggumpalan dan mengendap kotoran -kotoran yang terdapat pada air pendingin dan mencegah terjadi fouling pada pipa exchanger.

20. PROSES COOLING WATER 46°C HW MENARA PENDINGIN EXCHANGER PROSES IN CL2 J - 12 BETZ 25 K BETZ 445 BASIN POMPA PROSES OUT PERALATAN DI COOLING TOWER ID FAN : 5 BUAH POMPA : 5 BUAH TURBIN : 2 BUAH MOTOR : 3 BUAH 32°C CW

21. COOLING TOWER 2209 JAT / JBT / JCM / JDM / JEM 2204 U

22. 6. PEMISAHAN UDARA ASP ( AIR SEPARATION PLANT) PLANT INI MENGHASILKAN GAS NITROGEN ( N2 ) DAN OKSIGEN ( O2 ) UNIT INI MEMBUTUHKAN BAHAN BAKU UDARA YANG MENGANDUNG 21% O2 ( OKSIGEN ), 78 % N2 ( NITROGEN ) DAN 1% GAS LAINNYA. PROSES YANG DIGUNAKAN ADALAH CRYOGENIC, DIMANA UDARA DIPISAHKAN PADA COLOUM PADA KONDISI TEMPERATUR DAN TEKANAN TERTENTU, SEHINGGA O2 DAN N2 DAPAT DIPISAHKAN

23. 7. PENGOLAHAN LIMBAH CAIR • DI PABRIK PUPUK INI LIMBAH DAPAT DIKELOMPOKAN SEBAGAI BERIKUT : • 1) BERACUN • 2) BERBAU • 3) BERDEBU • 4) BERMINYAK. MENURUT JENISNYA : 1) PADAT 2) CAIR 3) GAS. DI PABRIK PUPUK INILIMBAH YANG MEMERLUKAN PENANGANAN SERIUS ADALAH LIMBAH CAIR YANG DIAKIBATKAN DARI BEBERAPA KONDISI : .BOCORAN DARI SUATU PERALATAN BOCORAN DARI TUMPAHAN SAAT PENGISIAN. PENCUCIAN ATAU PERBAIKAN DARI SUATU PERALATAN.

24. 9. PENGOLAHAN AIR LIMBAH MAIN BW SAND FILTER RE USE KE W.TREATMENT BD CLARIFIER K. BIOLOGIS PESAWAHAN BD BOILER KANDUNGAN NH3 : < 20 PPM OILY SEPARATOR K.TAMPUNG/ K.IKAN KANDUNGAN NH3 : < 50 PPM UNIT NH 3 REMOVAL POND SEWER BD C.TOWER UTILITY/ UREA SUNGAI NETRALISASI BASIN SEWER PO VII UNIT SANITASI

25. BURNING PIT UNIT OILY SEPARATOR 2403 L MAIN PA 2404 JB 2404 JC 2404 JD K.BIOLOGIS Ammonia Removal P-9 2404 J - AB/AC

26. MAIN UNIT AMMONIA REMOVAL 2202 E VENT Ke K.Biologis LS OILY SEPARATOR P.III A/B

27. UNIT AMONIA

28. SINTESIS • Reaksi yang terjadi dalam pembuatan ammonia adalah: • CH4(g) + 2H2O (l) 4H2 (g) + CO2 (g) – 60 kkal • ( 4/3 N2 (g) + 1/3 O2 ) + 1/6 CH4 (g) 4/3 N2(g) + 1/6 CO2 (g) + 1/3 H2)( g) + 32 kkal • Adsorpsi CO2  sedikit mengandung CO2,CO • Metanator  CH4+H2+N2 • 4H2(g) + 4/3 N2 (g) 8/3 NH3 (l) + 42 kkal

29. purge Katalitik konverter kondenser amonia sirkulator Make up gas kompresor Flowsheet sederhana dari sintesis amonia

30. Variabel – variable penting dalam mendesain dan mengoperasikan proses sintesis ammonia : • Tekanan • Temperatur konverter • Laju sirkulasi gas • Temperature pengembunan ammonia • Kandungan inert dalan gas • Volume katalis • Aktivitas katalis

31. Tekanan • Semakin tinggi tekanan, konversi semakin meningkat. • Masing – masing memiliki kelebihan dan kekurangan

32. Tekanan tinggi Umur katalis rendah Kontrol temperatur lebih sulit Jumlah stage kompresor lebih banyak Energi yang dibutuhkan lebih besar Perpipaan lebih kompleks Efisiensi kompresor lebih rendah Tekanan rendah Volume katalis leibh besar Kebutuhan akan refrigerasi lebih besar Laju alir gas lebih besar Peralatan yang dibutuhkan lebih besar Perbedaan

33. Temperatur • Temperatur yang tinggi akan menurunkan konversi pada kesetimbangan

34. Laju sirkulasi gas • Semakin besar laju sirkulasi maka akan meningkatkan produksi karena semakin banyak reaksi yang terjadi

35. Temperatur pendinginan ammonia • Temperatur kondensasi ini sangat penting untuk menetukan jumlah amonia dalam gas yang dikembalikan. Ammonia dari condenser biasanya dialirkan ke bagian penyimpanan pada suhu -28F

36. Kandungan inert • Efek dari gas inert (biasanya metan dan argon) dalam loop sintesis adalah mengurangi tekanan parsial hydrogen dan nitrogen sehingga semakin besar gas inert, konversi semakin rendah

37. Katalis • Pada umumnya katalisyang digunakan mengandung Al2O3 dan MgO sebagai promotor untuk daya tahan terhadap panas dan racun, dan juga CaO atau K2O untuk meningkatkan aktivitas. • Salah satu katalis yang sering digunakan mengandung 93% Fe2O3, 3.3 % Al2O3, 0.67% MgO, 0.55% SiO2. 3.0 % CaO, dan 0.65% K2O

38. STATUS PRODUKSI • Untuk memenuhi permintaan dunia akan ammonia sebagai penyedia utama dari pupuk nitrogen pertumbuhan dalam produksi ammonia sangat diharapkan.

39. Produksi dan distribusi dari sisi ekonomis Faktor utama yang mempengaruhi segi ekonomi dari produksi ammonia adalah: • lokasi pabrik, berhubungan dengan lokasi sumber bahan baku • jenis umpan, bahan baku diharapkan memiliki biaya murah, kemurnian yang cukup, serta rasio H2:C tinggi • derajat ekonomi recovery yang didesain di pabrik • faktor desain lainnya, seperti : • endapan karbon di reformer • kegagalan piping • umur katalis yang rendah • konsumsi panas dalam CO2 removal • single-train vessel dengan ukuran yang besar

40. Pembuangan limbah • Dibandingkan dengan proses kimia yang lain, produksi ammonia relative bersih, kecuali jika bahan baku yang digunakan batubara.

41. UNIT UREA

42. Pendahuluan PHYSICAL PROPERTIES • Urea mempunyai rumus molekul (NH2)2CO • Berat jenis 1.335 kg/m3 pada suhu 20C, titik leleh 132.6C, panas jenis 126 J/molC • Berat molekul 60.056 gr/mol. • Bentuk fisik dari urea berupa prill, granular.

43. Tabel 1. Spesifikasi produk urea

44. KEGUNAAN • urea formaldehyde • perekat • busa • pernis • melanin • campuran makanan untuk sapi dan hewan pemamah biak lainnya • bahan dasar pada industri farmasi • bir (proses fermentasi)

45. Tabel 2. Produksi Urea dan Konsumsinya

46. SINTESIS UREA • REAKSI SINTESIS PERTAMA KALI NH3 + HCNO  (NH2)2CO • PROSES YANG DIGUNAKAN UNTUK KOMERSIAL 2 NH3 (g) + CO2 (g)  NH2COONH4 (l) H298 = -151 KJ/mol NH2COONH4 (l)  (NH2)2CO (l) + H2O (l) H298 = 32 KJ/mol Reaksi berlangsung pada suhu 150-200C dan tekanan 250 kg/cm2

47. Reaksi samping yang terjadi (Biuret) 2 NH2CONH2  NH2CONHCONH2 + NH3 • Dapat terjadi karena : • waktu tinggal yang lama dalam reactor • suhu reaksi yang terlalu tinggi

48. Pembagian Proses • Berdasarkan perlakukan terhadap bahan yang tidak terkonversi, proses pembuatan urea dibagi atas 3 kelompok, yaitu : • Once through process (Proses sekali lewat). • Partial recycle process (proses daur ulang sebagian). • Total recycle process (Proses daur ulang total)

49. Proses sekali lewat (Once through process) • Dalam proses ini, karbamat yang keluar dari reaktor yang tidak terkonversi menjadi urea diuraikan menjadi gas amoniak dan karbon dioksida (pada suhu 120-165C) dengan cara melakukan pemanasan karbamat pada tekanan rendah. • Kemudian gas-gas tersebut dipisahkan dari larutannya dan dipakai untuk menghasilkan garam-garam amonium di dalam unit yang terpisah. • Proses yang sederhana ini menyebabkan biaya investasi paling murah dibandingkan dengan 2 proses lainnya

50. Proses daur ulang sebagian (Partial recycle process) • Amonium karbamat sisa reaksi yang keluar dari reaktor didekomposisikan menjadi gas amoniak dan karbondioksida. • Kemudian gas-gas tersebut diabsorpsi dengan menggunakan air dan dikembalikan kembali ke dalam reaktor dalam bentuk larutan.