Proses Pembuatan Amonia

By All About Knowledge at September 28, 2017

Metode katalitik steam reforming ini digunakan untuk membentuk amoniak anhidrat yang diproduksi dengan mereaksikan gas hidrogen dan nitrogen dengan rasio 3:1. Dengan metode katalitik steam reforming ada 6 langkah dalam tahapannya, yaitu:

 

1. Pengolahan Gas Alam

Pada proses ini, terdapat beberapa tahapan yaitu pengolahan natural gas (CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H_20­ dan H₂S) masuk ke tangki Preheater yang mana dilakukan pemanasan awal. Kemudian, dari Preheater dimasukkan ke dalam tangki Desulfurizer yang berfungsi untuk mereduksi sulfur yang ikut bercampur pada gas alam.

Sulfur dihilangkan diawal proses karena sulfur dapat mengganggu proses pembuatan amoniak dan zat yang dapat merusak alat-alat pada proses karena sulfur bersifat asam. Proses ini bertujuan untuk menghilangkan kadar sulfur sebagai pengotor yaitu gas hidrogen sulfide yang harus diturunkan sampai dibawah 280 microgram/m³.

Hal ini dilakukan agar mencegah meracuni katalis (Nikel) yang digunakan dalam proses desulfurisasi. Proses desulfurisasi ini dijalankan dengan menggunakan karbon aktif atau Zinc Oksida. Gas alam yang keluar dari proses Desulfurizer ialah CH₄, C₂H₆, C₃H₈ dan C₄H_20­.

 

2. Primary Reformer

Pada proses Primary Reformer, yaitu proses pembuatan gas H₂. Pada proses ini gas alam setelah keluar dari Desulfurizer akan dicampurkan dengan steam (uap air/H₂O) kemudian dimasukkan ke dalam tungku furnace.

Bahan bakar yang digunakan pada furnace ialah memakai fuel gas (gas alam). Terlihat pada gambar di atas sebelum masuk ke dalam vassel campuran gas alam dan steam mengalami pemanasan awal pada pipa yang berada sebelum masuk kedalam tangki reaksi kemudian dimasukkan ke dalam tangki untuk dilakukan pereaksian gas alam dan steam.

Reaksi yang terjadi pada tangki yaitu:

CH₄ (g)  +  H₂O (g)    ↔    CO (g)  +  H₂ (g)

 

Reaksi diatas berlangsung pada suhu tinggi (reaksi endotermis) dengan kondisi reaksi berlangsung pada suhu 700 – 750 ^oC dan tekanan 35 atm dengan bantuan katalis Cobalt-Molibdenium.

Pada tahap ini, 70% metana dikonversi menjadi hidrogen dan CO₂ serta ada sebagian yang terkonversi menjadi CO. Kandungan gas yang keluar dari Primary Reformer ialah H₂ (sangat besar), CO (sangat kecil) dan sisanya adalah CH₄, C₂H₆, C₃H₈ dan C₄H_20­.

 

3. Secondary Reformer 

 

Pada proses secondary reformer yaitu proses selanjutnya setelah primary reformer yang mana pada proses ini bertujuan untuk menghilangkan kandungan hidrokarbon dilakukan dengan mereaksikannya dengan udara.

Yang mana nantinya dari reaksi antara gas alam dan udara akan menghasilkan panas yang dapat digunakan untuk memurnikan kandungan N₂. Pada bagian ini terbagi 2 bagian reaksi yang pertama yaitu reaksi pada seksi oksidasi partial yang mana oksidasi ini akan mereaksikan semua hidrokarbon dengan oksigen dan menghasilkan karbon dioksida dan air.

Berbeda pada bagian seksi reforming akan terjadi reaksi antara metana dan air yang menghasilkan karbon monoksida dan hidrogen. Berikut reaksi yang terjadi:

Seksi Oksidasi Partial:

-          CH₄   +  2 O₂   →    CO₂   +  2 H₂O

-          C₂H₆    +  3/2 O₂   →   2 CO₂   +  3 H₂O

-          C₃H₈    +  5 O₂  →   3 CO₂   +  4 H₂O

-          C₄H₁₀   +  13/2 O₂ →   4 CO₂   +  5 H₂O

-          H₂   +  1/2 O₂   →   H₂O

-          CO  +  1/2 O₂   →   CO₂  

Seksi Reforming:

-         CH₄  +  H₂O  →   CO  +  3 H₂

 

Kondisi reaksi pada seksi reforming ialah berlangsung pada suhu 950 ^oC, tekanan 32 atm dan dengan menggunakan katalis Cobalt-Molibdenium. Kandungan yang keluar dari Secondary Reformer ialah kandungan H₂, N₂ dan CO dalam jumlah banyak dan sisanya CO₂ dan H₂O dalam jumlah yang sangat sedikit.

 

4. Shift Converter

Pada proses shift converter ini akan memproses gas hasil keluaran dari secondary reformer yang mana bertujuan untuk mereaksikan gas CO → CO₂ yang kemudian nantinya akan dipisahkan pada proses selanjutnya.

Pada proses ini terdapat 2 proses yang berbeda yaitu HTS (High Temperature Shift Converter) dan LTS (Low Temperature Shift Converter). Pada gambar di atas terlihat bahwa gas CO yang masuk dan keluar dari shift converter mengalami perubahan.

 

Perbedaan antara HTS dan LTS yaitu pada kondisi berjalannya reaksi yang mana pada HTS reaksi berlangsung pada suhu dan tekanan tinggi sedangkan LTS reaksi berlangsung pada suhu dan tekanan yang lebih rendah. Hal ini disebabkan karena gas sebelum masuk ke kolom LTS mengalami penurunan suhu oleh heat exchanger.

 

Berikut reaksi-reaksi yang terjadi pada kolom shift converter:

-          Reaksi pada HTS:

CO  +  H₂O  ↔  CO₂  +  H₂

Kondisi berlangsungnya reaksi: T = 350 – 450^oC, P = 30 atm dan katalis : Fe₂O₂ ; Cr₂O₃.

-          Reaksi pada LTS:

CO  +  H₂O ↔ CO₂  +  H₂

Kondisi berlangsungnya reaksi: T = 250^oC, P = 25 atm dan katalis : CuO ; N₂O₃.

 

Dari reaksi di atas pada HTS dan LTS sama-sama mengubah gas CO menjadi CO₂ sehinngga komponen gas CO tinggal sedikit sedangkan gas CO₂ mengalami penambahan dari hasil reaksi pada kolom HTS dan LTS. Setelah proses ini gas keluarannya akan menuju ke proses CO₂ removal.

 

Sehingga gas yang keluar dari proses shift converter ialah kandungan H₂ ; N₂ ; CO₂ sangat besar dan sisanya adalah H₂O dan CO dalam jumlah kecil.

 

5. CO₂ Removal

Pada proses CO₂ removal terdapat 2 proses yaitu CO₂ absorption yang mana berfungsi untuk memisahkan gas CO₂ yang masuk dari LTS dengan bantuan CO₂ absorption. Dengan menggunakan 2 senyawa CO₂ absorption yang sering digunakan yaitu: larutan amine (MDEA = mono diethanol amine) dan larutan Benfield (K₂CO₃).

 

Pada proses kali ini kita menggunakan larutan Benfield dengan reaksi yang terjadi yaitu:

CO₂  +  K₂CO₃  +  H₂O  →  2 KHCO₃

 

Dari reaksi di atas terlihat gas CO₂ yang direaksikann dengan larutan Benfield dan air aka membentuk senyawa kalium bikarbonat. Dengan kata lain senyawa inlet yang masuk ke CO₂ absorber akan berikatan dengan larutan Benfield dan air sehingga membentuk senyawa baru dan terpisah dari gas H₂ ; N₂ dan CO.

 

Setelah terbentuk senyawa KHCO₃ maka akan diumpan ke dalam kolom CO₂ Stripper, kolom ini berfungsi untuk memisahkan KHCO₃ dengan CO₂ sehingga akan kembali membentuk larutan Benfield (K₂CO₃) yang dapat digunakan kembali sebagai CO₂ absorption.

Sedangkan gas CO₂ dikeluarkan dari kolom. Biasanya pabrik pembuatan amonia akan berdampingan dengan pabrik pupuk urea, yang mana CO₂ yang dikeluarkan dari kolom akan dikirim ke pabrik CO₂ untuk proses pembuatan pupuk urea.

 

Gas hasil keluaran CO₂ removal yaitu hanya tinggal kandungan: H₂ ; N₂ dan CO.

 

6. Methanator

Pada proses ini akan mengubah gas CO menjadi metana yang memiliki tujuan untuk mencegah terjadinya reaksi antara katalis yang digunakan saat mensistesis N₂ dan mempermudah proses sintesis amonia nantinya. Dengan kata lain CO, bila bereaksi dengan katalis (Fe) maka akan menghambat pembentukan amonia.

 

Reaksi yang terjadi pada proses ini yaitu:

       CO  +  3 H₂  ↔  CH₄  +  H₂O

Kondisi reaksi berlangsung pada suhu 200 – 250^oC, tekanan 20 atm dengan bantuan katalis Cobalt-Molibdenium.

 

Metana yang terbentuk tidak akan bereaksi pada proses selanjutnya sehingga proses pembuatan amonia sudah dapat dilakukan karena gas keluaran dari methanator hanya tinggal gas untuk pembuatan amonia yaitu :  H₂ ; N₂ ; CH₄ dan H₂O.

 

7. Synthesis Gas Compressor

Dalam proses pembuatan amonia, nantinya akan berlangsung pada tekanan tinggi, sehingga untuk mencapai tekanan tinggi gas hasil keluaran metahanator akan diumpankan kea lat synthesis gas compressor, yang berfungsi untuk menaikkan tekanan. Pada proses pembuatan amonia nantinya akan berlangsung pada tekanan tinggi yaitu 135 atm. 

 

Synthesis Gas Compressor disusun secara bertahap (stage) yang mana berfungsi agar kinerja alat untuk menaikkan tekanan lebih mudah dilakukan dan life time alat juga akan semakin panjang karena kinerjanya tidak terlalu berat dibandingkan hanya menggunakan synthesis gas compressor secara tunggal.

 

8. Amonia Converter

Pada proses pembuatan amonia setelah gas keluar dari proses synthesis gas compressor maka pada proses pertama akan langsung diumpan ke dalam proses synthesis converters yang mana proses ini akan mengubah/mensistesis gas N₂ dan H₂ menjadi amonia dengan reaksi sebagai berikut:

N₂  +  3 H₂  ↔  2 NH₃

Reaksi berlangsung pada suhu 400 – 500^oC, tekanan 135 atm dengan bantuan katalis Fe₂O₃

 

Konversi reaksi pembentukan amonia hanya mencapai 12%. Dan amonia yang terbentuk tidak dapat langsung didapatkan hasil amonianya. Gas hasil keluaran dari synthesis converters (H₂ ; N₂ ; CH₄ dan NH₃) yang mana sebagian akan diumpan ke kolom HRU (Hydrogen Recovery Unit).

Proses ini dilakukan untuk memisahkan gas CH₄ dan merecovery gas H₂. Karena CH₄ tidak ikut bereaksi selama sintesis pembuatan amonia maka jumlahnya selama masuk dan keluar akan tetap sama.

 

Sehingga untuk mencegah bertambahnya CH₄, jumlah komponen CH­₄ yang direvovery dan nantinya akan diumpan ke gas recycle ke pengolahan gas alam harus sama dengan jumlah komponen CH₄ yang masuk ke dalam sintesis converters.

Gas keluaran HRU akan dimasukkan ke dalam synthesis gas compressor untuk menaikkan tekanan dan dicampur dengan fresh gas kemudian diolah kemblai ke synthesis converters untuk membentuk NH₃.

 

Untuk proses selanjutnya gas NH₃ yang masih bercampur dengan gas H₂ ; N₂ ; CH₄ dan sedikit H₂O akan melewati refrigerator section yang akan mengubah NH₃ dan H₂O menjadi fase cair lalu diumpankan ke kolom separator yang akan memisahkan fase gas dan fase cairan.

Sehingga NH₃ dan H₂O akan terpisah dan keluar menuju storage sedangkan gas H₂ ; N₂ ; CH₄ akan masuk kembali ke proses synthesis converters untuk membentuk NH₃. Dan begitulah siklus seterusnya. Konsentrasi NH₃ yang keluar dari tangki separator dapat mencapai 99% kemurniannya.

 

Demikian penjelasan Proses Pembuatan Amonia. Semoga bermanfaat ya !!!.

1 2 3