BAB-III-lah

7/21/2019 BAB-III-lah

http://slidepdf.com/reader/full/bab-iii-lah 1/11

BAB III

TUGAS KHUSUS

3.1 Judul

Menghitung evaluasi kinerja pada alat methanator (106-D) pada

pemurnian gas sintesa di Ammonia plant PUSRI-II

3.2 Latar belakang

P! Pupuk Sri"idjaja Palem#ang merupakan salah satu industri #esar dan

merupakan pa#rik urea pertama di Ind$nesia! Pr$duki P! Pupuk Sri"idjaja

Palem#ang terus mengalami perkem#angan pesat setelah di#angunn%a #e#erapa

pa#rik #aru sehingga meningkatkan kapasitas hasil pr$duksin%a!

Dengan men%andang predikat se#agai salah satu industri #esar& tentun%a

P! PUSRI haruslah mengutamakan kualitas pr$duk %ang dihasilkan! Untuk

menghasilkan atau mempertahankan kualitas %ang #aik& salah satu %ang menjadi

pandangan penting %aitu reakt$r! Reakt$r merupakan tempat terjadin%a reaksi

kimia& dalam skala #esar seperti di P! PUSRI salah satu reakt$r %aitu metanat$r!

Pada unit metanat$r #ertujuan menghilangkan kandungan ' dan '

%ang masih terdapat dalam gas pr$ses melalui reaksi pem#entukan inert metana

(metanasi) di dalam metanat$r (106-D)! Pen%empurnaan pr$ses penghilangan

$ksida-$ksida kar#$n dari gas sintesis sangat penting karena merupakan ra*un

#agi katalis di ammonia converter !

Metanasi merupakan istilah %ang dipakai untuk reaksi ' dan ' untuk

mem#entuk '+, dan air! ikel se#agai katalis untuk metanasi kar#$n $ksida #aru

dikenal pada tahun 1.1! Reaksi metanasi dalam pa#rik amm$nia #erlangsungdalam suatu fixed bed reactor dengan memakai katalis nikel (i)! Reaksi ini

dimaksudkan untuk men%empurnakan pem#uangan $ksida-$ksida kar#$n dari gas

sintesis! /as sintesis keluar dari metanat$r dengan kandungan ' dan '

dengan ketentuan 10 ppm untuk kemudian dikirim ke sintesa amm$nia (sintesa

l$$p)!

3.3 Tujuan

ujuan dari tugas khusus ini adalah

6



63

1! Mengetahui kinerja alat methanat$r 106-D

! Menghitung k$nversi reaksi ' dan '

2! Menghitung panas t$tal pada methanat$r 106-D2! Mengevaluasi kinerja alat methanat$r 106-D

3.4 Manfaat

Man3aat dari tugas khusus ini adalah

1! 4gar dapat mengetahui 3ungsi metanat$r (106-D) dan metanasi

! 4gar dapat mengetahui reaksi %ang terjadi di metanat$r (106-D)

2! Dapat mengevaluasi kinerja alat metanat$r (106-D)

3. !u"u#an "a#ala$

1! 4pa %ang dimaksud dengan unit metanasi

! Mengapa ' dan ' harus diu#ah menjadi '+, (metan)2! 5agaimana kinerja alat metanat$r dalam mengu#ah ' dan ' menjadi

'+,

3.% T&njauan 'u#taka

3.%.1 !eakt(r

Reakt$r merupakan tempat terjadin%a reaksi kimia& #aik dalam ukuran

ke*il seperti ta#ung reaksi sampai ukuran #esar seperti reakt$r skala industri

dimana reakt$r ini memiliki #e#erapa jenis& klasi3ikasi& dan tipe %ang #er#eda-

#eda sesuai dengan sudut pandang reakt$r terse#ut dilihat!

Salah satu met$de dasar dalam klasi3ikasi reakt$r adalah menggunakan

jumlah 3ase (s$lid& liuid& dan gas) %ang #erada didalam reakt$r! Reaktan& pr$duk&

dan katalis %ang #erada dalam reakt$r #ias saja dalam keadaan %ang #er#eda 3ase&

dimana hal terse#ut %ang akan mem#erikan pengaruh n%ata pada jenis dari reakt$r

%ang ada!

1! Reakt$r +$m$gen

Isi dari reakt$r ini merupakan dalam keadaan satu 3asa dalam keseluruhan!

Dengan kata lain& reaktan& pr$duk& dan katalis #erada dalam 3asa %ang

sama!

! Reakt$r +eter$gen

Dalam reakt$r ini terdapat dua atau le#ih 3asa %ang #er#eda! Seperti dalam

se#uah reakt$r& mungkin ada reaktan& pr$duk& dan katalis %ang masing-

masing #er#eda 3ase! Semua reaktan dan pr$duk #erada dalam 3ase %ang



64

sama& namun katalisn%a #er#eda dalam 3asa %ang #er#eda (+a%es& 001)!

Ditinjau dari 3asen%a& Metanat$r %ang #erada di PUSRI-II ini merupakan

jenis reakt$r heter$gen& dimana reaktan dan pr$duk #erupa gas& sedangkan

katalisn%a merupakan padatan!

3.%.2 !eakt(r Berkatal&#

7atalis adalah se#uah 8at %ang %ang dapat meningkatkan atau menurunkan

ke*epatan reaksi! Suatu katalis dapat menjadi suatu alternati3 %ang sangat #erguna

untuk peran*angan teknik& "alaupun katalis dan reakt$r katalitik %ang digunakan

mempun%ai #entuk %ang #eragam! Reakt$r katalitik %ang menggunakan katalis

padat diklasi3ikasikan se#agai reakt$r heter$gen %ang sangat penting #agi pr$ses

industri kimia! Reakt$r dengan katalis padat tersedia dalam variasi ran*angan

%ang #eragam& diantaran%a adalah reakt$r unggun diam ( fixed bed reactor)dan

reakt$r unggun #ergerak ( fluidized bed rector)!

1. Reakt$r unggun diam (fixed bed rector)

Reakt$r unggun diam terdiri dari se#uah unggun partikel katalis padat

stati$ner melalui reaksi aliran 3luida! 9luidan%a dapat #erupa gas& *airan&

ataupun *ampuran dari keduan%a! ipe umum dari reakt$r %ang

terdapatdi industri %ang paling penting adalah katalitik unggun dimana

reaktan dalam #entuk gas! Reakt$r #iasan%a menjulang se*ara tegak

lurus& dengan aliran gas mengarah ke#a"ah melalui unggun! Meskipun

aliran dalam reakt$r terse#ut telah k$mpleks& p$la aliran dapat

men%um#at plug!

2. Reakt$r unggun #ergerak ( fluidized bed rector)!

Ran*angan reakt$r katalitik #iasan%a terdiri dari unggun katalis ke*il

dalam se#uah #ejana (vessel)! 7e*epatan (velocity) gas tinggi keatas

menuju dasar unggun pada hamparan 3luidi8ed! Partikel katalis

diletakkan se*ara signi3ikan& dimana terdapat pen*ampuran dan

perpindahan panas dalam #ed! 7elemahan dari sistem ini adalah partikel

katalis %ang #erperan untuk menahan se#uah gesekan tingkat tinggi&

mengaki#atkan kehilangan katalis (+a%es& 001)!



65

Reaksi metanasi #erlangsung dalam suatu fixed bed reactor & dimana gas

sintesa akan masuk dari atas reakt$r dan keluar dari #a"ah reakt$r! Reakt$r ini

sangat sesuai untuk reaksi gas dalam skala #esar tanpa pengaduk! Reaktan masuk

pada salah satu ujung t$p reakt$r dan pr$duk akan keluar dari salah satu ujung

#$tt$m reakt$r dimana terdapat katalis di#agian tengah reakt$r!

Pemilihan tipe 3i:ed #ed ini dise#a#kan $leh #entuk dan $perasin%a %ang

sangat sederhana& rendahn%a #ia%a k$nstruksi& #ia%a pemeliharaan dapat ditekan&

dan tidak perlu memiliki unit pemisahan katalis! 7erugian dalam penggunaan

reakt$r 3i:ed #ed ini adalah adan%a heat trans3er pr$#lem& karena laju energi %ang

dilepaskan atau dik$sumsi tidak sama sehingga harus dik$ntr$l dalam jumlah

tertentu! Untuk reaksi dengan keadaan eks$termis akan terdapat #atasan

maksimum temperatur! Pada metanat$r keadaan ini di*egah dengan mem#atasi

;' dan ;' %ang masuk ke reakt$r %ang dapat men%e#a#kan $ver heat

sehingga reakt$r harus dilengkapi dengan vent gas dan alarm& sehingga dapat

dik$ntr$l! Selain ; umpan %ang masuk& ke*epatan umpan juga perlu diatur atau

dik$ntr$l sehingga tidak terjadi chanelling pada katalis %ang dapat men%e#a#kan

k$nversi menurun!

3.%.3 Un&t Metanat(r

3.%.3.1 Metana#&

Metanasi merupakan istilah %ang dipakai untuk reaksi antara ' dan '

untuk mem#entuk '+, dan air! Reaksi metanasi telah dipelajari sejak tahun 1.0&

ketika Sa#atier dan Sanderus untuk pertama kalin%a mempr$duksi '+, dan +

dengan mele"atkan *ampuran '& ' dan + melalui ser#uk l$gam! ikel

se#agai katalis untuk metanasi kar#$n $ksida #aru dikenal pada tahun 1.1!

Metanasi dipergunakan pertama kali dalam amm$nia plant untuk preparasi gas

sintesa pada tahun 1.<2 $leh Mississippi 'hemi*al '$rp$rati$n! Dengan adan%a

reaksi metanasi se#agai unit pr$ses tam#ahan& maka $verall pr$duk +2

meningkat 0; pada tahun 1.60& hampir semua pa#rik amm$nia telah memakai

metanasi untuk men%empurnakan pem#uangan residual ' dan '!

Reaksi metanasi mengeluarkan panas %ang tinggi $leh karena itu

metanat$r harus dilengkapi dengan valve inlet %ang $t$matis dapat tertutup pada



66

suhu tinggi! 5ila suhu pada lapisan #ed melampaui suhu setting dari salah satu

alarm& maka kerangan masuk 3eed gas akan menutup!

=enting gas se#elum masuk metanat$r tidak han%a untuk melindungi

katalis untuk metanasi& tetapi juga mem#atasi kemungkinan l$l$sn%a ' dan '

masuk ke l$$p sintesis& dimana sen%a"a ini merupakan ra*un di amm$nia

*$nverter! Disamping ra*un #agi katalis dan menurunkan mutu katalis& ' dan

' dapat men%e#a#kan kesukaran di sintesis gas k$mpres$r! Dengan sisa '

%ang relative #esar keluar dari metanat$r& memungkinkan mem#uat dep$sit

amm$nium kar#amat dan amm$nium kar#$nat di dalam k$mpres$r!

Reaksi metanasi dalam pa#rik amm$nia #erlangsung dalam suatu 3i:ed #ed rea*t$r dengan memakai katalis nikel (i)! Reaksi ini dimaksudkan untuk

men%empurnakan pem#uangan $ksida-$ksida kar#$n dari gas sintesa& karena '

dan ' merupakan ra*un #agi katalis dalam sintesa amm$nia! /as sintesa keluar

dari metanat$r dengan kandungan ' dan ' 10 ppm kemudian dikirim ke

sintesa amm$nia (sintesis l$$p)!

/am#ar .! Methanat$r

3.%.3.2 )r(#e# Metana#&



67

Pr$ses metanasi %ang terjadi pada metanat$r merupakan pr$ses peru#ahan

' dan ' menjadi '+, dengan reaksi& se#agai #erikut

' > 2+ '+, > + (?+3 @ -06&1,6 kjAm$l)

' > ,+ '+, > + (?+3 @ -<2&010 kjAm$l)

5ila suhu melampaui setting maka katu# masuk umpan gas akan menutup

mengatur tekanan pada line masuk ke metanat$r %ang akan ter#uka setelah

tekanan naik dan gas umpan akan di#uang (kell$g& 1..)

/as pr$ses (%ang pada hakikatn%a ' %ang telah dipisahkan dengan

pen%erapan pada ' rem$val) meninggalkan menara a#s$r#er melalui pen%aring

*airan (demisting pad) %ang #erada pada k$l$m 7! pada #agian atas! Pen%aring*airan ini akan memisahkan #utiran-#utiran larutan 5en3ield %ang ter#a"a! 9l$"

pr$ses meninggalkan a#s$r#er masuk ke metanat$r dik$ntr$l dengan

menggunakan #% pass dan dik$ntr$l hingga distri#usi 3l$" dapat diatur sesuai

kemampuan atau ke#utuhan %ang diperlukan! 4rus 3l$" atau umpan masuk %ang

telah dipanasi se#elumn%a akan masuk melalui #agian t$p dari metanat$r dimana

umpan terse#ut melalui high nikel *atal%st dan meninggalkan reakt$r metanat$r

pada #agian #$tt$m!

3.%.4 Katal&#

7atalis merupakan suatu #ahan kimia %ang dapat meningkatkan laju reaksi

tanpa #ahan terse#ut ikut #ereaksi& dan setelah meningkatkan reaksi #ahan

terse#ut akan kem#ali ke#entuk a"aln%a tanpa adan%a peru#ahan kimia!

Penggunaan katalis dapat juga menurunkan tingkat akti3asi energi %ang

di#utuhkan& mem#uat reaksi semakin *epat pada suhu %ang le#ih rendah dari %ang

seharusn%a! 9ungsi katalis adalah memper#esar ke*epatan reaksi (memper*epat

reaksi) dengan jalan memperke*il energ% pengakti3an suatu reaksi dan

di#entukn%a tahap-tahap reaksi %ang #aru& dengan menurunn%a energ%

pengakti3an terse#uat maka pada suhu %ang sama reaksi dapat #erlangsung le#ih

*epat! 7atalis #iasann%a di#agi #erdasarkan 3ase %aitu h$m$gen dan heter$gen!

7atalis h$m$gen adalah katalis %ang 3asen%a sama 8at #ereaksi maupun hasil dari

reaksi! Sedangkan katalis heter$gen adalah katalis %ang terdapat 3asen%a #er#eda

dengan 3ase 8at %ang #ereaksi maupun 8at hasil dari reaksin%a! 7atalis terdiri dari

#e#erapa k$mp$nen& %aitu



68

• Pen%$k$ng (supp$rt)

7$mp$nen pen%$k$ng memliki 3ungsi memelihara area permukaan

tinggi untuk k$mp$nen %ang akti3 atau untuk mem#erikan luas

permukaan %ang le#ih #esar #agi 3ase akti3!

• Pr$m$t$r (aditi3)

Pr$m$t$r adalah #agian k$mp$nen dari katalis %ang ditam#ahkan

dengan jumlah ke*il dan hasiln%a mempengaruhi akti3itas& selekti3itas

dan sta#ilitas!

7atalis dalam suatu reaksi akan memperke*il #esarn%a energ% akti3asi %ang

dimiliki $leh reaksi! 7atalis han%a mempengaruhi laju pen*apaian kesetim#angan&

#ukan p$sisi kesetim#angan!

a#le 11! Spesi3ikasi 7atalis ikel ksida

Parameter Satuan Bumlah

'atal%st 9r$m

'atal%st Si8e5ulk Den*it%

Sur3a*e 4rea

P$re =$lume

Diameter

i*kel '$mp$siti$n

-

In*h7gAC

mAg

'*Ag

7g

; "t

a#let

2A : 2A160!6

E<-100

0!-0!2

FE

0!0<Sumber : !"#$ atalyst seminar$ 1%%&

3.* )e"e+a$an "a#ala$

Permasalahan %ang dihadapi dalam menghitung evaluasi kinerja pada alat

metanat$r ini dapat diselesaikan dengan met$de se#agai #erikut

3.*.1 ,aktu dan Te"'at )enga"b&lan -ata

Pelaksanaan pengam#ilan data dilakukan di P! Pupuk Sri"ija%a Palem#ang

pada tanggal 6 Buli G 1, 4gustus 01<! Pengam#ilan data di ruang teknis P+P P-II

dan la#$rat$rium analisis! Data %ang diam#il di ruang teknis P+P P-II adalah 3l$"

inlet dari Methanat$r dan untuk k$mp$sisi syn gas di am#il di la#$rat$rium

analisis!

3.*.2 Meng$&tung k&nerja alat "etanat(r dengan k(ner#& /0 dan /02



69

Perhitungan k$nversi ' dan ' P! PUSRI dilakukan dengan

menggunakan data-data dari Departemen Pr$duksi dan k$ntr$l panel 4mm$nia

Pusri II! Data terse#ut dapat dilihat pada ta#el di#a"ah ini

a#el 1! S%n /as 9eed 9l$" Metanat$r

Bulan l( k"(l$r5

Banuari ,1,,&62<

9e#ruari ,1.&6.,

Maret ,0.0&2.0,

4pril 21&EMei ,011&<<2

Buni ,06<&1.,

Buli 2.20&26<

Sum#er ontrol panel Ammonia 'lant 'usri !!

3.6 Ha#&l k(ner#& reak#& /0 dan /02

Dalam menghitung k$nversi ' dan ' di dapat dari perhitungan nera*a massa

se#elumn%a!

1! Menghitung k$nversi 7ar#$nm$n$ksida

7$nversi ' @molCOmasuk −molCOkeluar

molCOmasuk : 100;

@

9.947124−0,000024

9.947124 : 100;

@ ..&...E ;

! Menghitung k$nversi 7ar#$ndi$ksida

7$nversi ' @molCO2masuk −molCO2keluar

molCO2masuk : 100;



70

@0,12972707−0.00002707

0,12972707 : 100;

@ ..&.E.1 ;

3.6.1 Ha#&l )er$&tungan K(ner#&

+asil %ang diper$leh dari perhitungan dapat dilihat pada ta#el

a#el 12! +asil k$nversi ' dan '

5ulan 7$nversi ' 7$nversi '

Banuari ..&...E ; ..&.E.1 ;

9e#ruari ..&...1 ; ..&..<, ;

Maret ..&...6 ; ..&..1< ;

4pril ..&...6 ; ..&..6. ;

Mei ..&...2 ; ..&..2, ;

Buni ..&...2 ; ..&..6 ;

Buli ..!... ; ..&..< ;

3.7 )e"ba$a#an etanator merupakan reakt$r %ang #er3ungsi menghilangkan ' dan '

dengan meru#ahn%a menjadi metana ('+,)& karena $ksida terse#ut dapat

mera*uni katalis pada Ammonia Synthesis! Metanat$r sangat penting se#agai alat

untuk pemurnian gas sintesa! Salah satu menentukan kinerja e3isiensi metanat$r

adalah dengan meninjau hasil k$nversi ' dan '! Reaksi pada metanat$r

menghasilkan '+, %ang merupakan gas inert %ang tidak #erpengaruh dalam

pem#uatan 4mm$nia! Penghilangan kar#$n ini melalui reaksi etanasi dengan

menggunakan ikel (i) se#agai katalis! Reaksi %ang terjadi pada alat metanat$r

106-D adalah

' > 2+ '+, > +

' > ,+ '+, > +

Reaksi %ang terjadi pada metanat$r ini merupakan reaksi eks$termis dan dapat

men%e#a#kan $verheating! Untuk menghitung k$nversi ' dan ' dengan

mengetahui m$l masuk dan m$l keluar ' dan '! Data %ang d$per$leh dari



71

pa#rik #ersatuan ppm maka untuk itu diu#ah menjadi ; v$lume& setelah

mengetahui ; v$lume inlet metanat$r maka perlu di*ari m$l masing-masing

k$mp$nen ! Setelah mengetahui inlet metanat$r& kemudian perlu di*ari $utlet

metanat$r dengan nera*a at$m untuk mengetahui nilai + dan + %ang keluar

metanat$r!

Setelah semua diketahui& kemudian menghitung k$nversi ' dan '!

7$nversi ' dan k$nversi ' %ang diper$leh tidak sta#il setiap #ulann%a! Dari

hasil perhitungan& didapat k$nversi ' dan ' diatas .. ; maka kinerja

metanat$r masih sangat #aik dengan adan%a k$nversi ' dan ' dalam jumlah

%ang #aik& dan dari re3erensi %ang didapat #ah"a $utlet metanat$r %ang

mengandung ' dan ' %ang akan menuju ke sintesa amm$nia %ang dii8inkan

harus kurang dari 10 ppm (10 ppm)! +al ini menunjukan #ah"a metanat$r 106-

D %ang #erada pada pa#rik Pusri-II masih dalam keadaan #aik dalam $perasin%a

mengu#ah ' dan ' menjadi metana ('+,)!

3.18 Ke#&"'ulan

5erdasarkan hasil analisa dan perhitungan %ang telah dilakukan dapat

diam#il #e#erapa kesimpulan& antara lain se#agai #erikut

1! Metanat$r adalah suatu reakt$r %ang #er3ungsi menghilangkan kandungan '

dan ' %ang masih terdapat dalam gas pr$ses melalui reaksi pem#entukan

!nert metana (metanasi)!

! ujuan penghilangan $ksida-$ksida kar#$n dari sintesa gas sangat penting

dilakukan agar tidak dapat merusak katalis %ang #erada Ammonia converter

karena ' dan ' akan menjadi ra*un jika masuk kedalam Ammonia

converter.

2! Dari hasil perhitungan didapat k$nversi ' dan ' dari #ulan Banuari- Buli

diatas .. ;! 7$nversi ini memperlihatkan #ah"a metanat$r masih dalam

keadaan #aik dan masih dapat mengu#ah ' dan ' menjadi metana ('+,)!

3.11 Saran



72

1! Untuk mempertahankan kinerja metanat$r se#aikn%a hal-hal %ang penting

reakt$r harus terus diperhatikan seperti katalis& jumlah ' dan ' %ang

masuk dalam metanat$r dan keluaran metanat$r!

! 7$ndisi $perasi metanat$r harus diperhatikan seiring degan pr$ses

#erlangsung!

Documents

BAB-III-lah