Pengantar Teknik Kimia Sesi 2 Pabrik Kimia

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

2. PABRIK METANOL KELOMPOK V DEWI ANGGRAINI DIANDRA NOVITA DIDIT KUNCOROJATI DIPANKARA APJ DWI AGUSTINO M.

3. DIAGRAM ALIR PEMBUATAN METANOL DI PT MEDCO METANOL BUNYU

4. BAHAN BAKU • GAS ALAM DIDAPAT DARI SUMBER MINYAK YANG ADA DI BUNYU DAN TARAKAN, SENYAWA YANG DIGUNAKAN ADALAH GAS CH4 • AIR PROSES DIAMBIL DARI DAM-DAM DAN PENAMPUNGAN YANG TERDAPAT DI LUAR LOKASI PABRIK DAN DIOLAH LEBIH DULU DI UNIT PENANGANAN AIR.

5. PRODUK YANG DIHASILKAN • METANOL,DENGAN SPESIFIKASI WUJUD : CAIRAN BAU : ALKOHOL KUAT WARNA: TIDAK BERWARNA MASSA JENIS: 786.6 KG/M3 TITIK BEKU/DIDIH: -97.88/64.76 C

6. PROSES PEMBUATAN METANOL • DISTILASI-KERING(PIROLISIS) KAYU • SINTESA DARI CAMPURAN GAS HIDROGEN DENGAN OKSIDA KARBON • OKSIDASI PARSIAL METANA

7. PIROLISIS KAYU • SERPIHAN SERBUK KAYU DIPANASKAN TANPA UDARA DALAM BEJANA BESI DALAM TEMP 500 C • CAMPURAN UAP DITAMPUNG DAN DIDINGINKAN • SELANJUTNYA DI DISTILASI UNTUK MENDAPATKAN METANOL.

8. SINTESA CAMPURAN GAS HIDROGEN DAN OKSIDA KARBON • CO +2H2 CH3OH • CO2 +3H2 CH3OH OKSIDASI PARSIAL METANA CH4 + ½ O2 CH3OH

9. UNIT 100 (REFORMASI GAS) • Unit reformasi gas adalah tempat pengubahan/pengorversian gas alam (natural gas) menjadi gas sintetis yang umumnya terdiri dari CO, CO2, dan H2

10. PARAMETER PROSES UNIT 100

11. ASPEK KIMIA Gas alam yang terdiri dari dari campuran hidrokarbon dikonversi gas reformasi oleh kukus (steam) dan dibantu oleh katalis nikel menurut reaksi: • CH4 + H2O  CO + 3H2 • CO + H2O  CO2 + H2

12. ASPEK TERMODINAMIKA Kesetimbangan reaksi yang terjadi di reformer sangat bergantung pada : • Tekanan • Temperatur • Perbandingan kukus/karbon

13. ASPEK KINETIKA REAKSI Pada kondisi aktual, laju rekasi di reformer dengan katalis yang baru terjadi dengan sangat cepat sehingga konversi kesetimbangan untuk kedua reaksi tersebut tercapai secara praktek. Jadi, kondisi operasional dapat dievaluasi hanya dengan melihat aspek termodinamika

14. PENGARUH TEKANAN Kesetimbangan reaksi reformasi metana oleh kukus akan bergeser ke kiri jika tekanan dinaikkan sehingga reformasi metana semakin berkurang. Akan tetapi, secara praktek akan lebih praktis jika digunakan tekanan tinggi karena pada unit 200 diperlukan input tekanan tinggi. Di samping itu, tekanan tinggi akan menyebabkan temperatur dinding pembuluh katalis meningkat.

15. PENGARUH TEMPERATUR Kesetimbangan reaksi reformasi metana akan bergeser ke kanan dengan meningkatnya temperatur reaksi karena reaksi endotermik menghasilkan lebih banyak CO2 dan H2. Dengan kata lain, pada tekanan dan perbandingan kukus/karbon konstan, kenaikan temperatur akan menghasilkan konversi metana yang lebih besar.

16. PENGARUH PERBANDINGAN KUKUS/KARBON Perbandingan kukus/karbon berkaitan sangat erat dengan katalis. Pembentukan karbon (coke) sedapat mungkin dicegah karena dapat merusak katalis. Untuk mencegah pembentukan karbon, operasi sebaiknya dilaksanakan dengan kondisi kukus berlebih. Kelebihan kukus yang diberikan juga sebaiknya diatur seoptimum mungkin agar lebih ekonomis dan tidak memecahkan katalis.

17. DESKRIPSI PROSES DALAM UNIT 100

18. PEMANASAN AWAL NATURAL GAS DAN DESULFURISASI Gas alam untuk proses dan bahan bakar diumpankan pada tekanan 27 bar dan suhu 30°C. Gas alam ini dipanaskan hingga bersuhu 385°C dan dimasukkan ke dalam unit desulfurisasi berkatalis CoMo untuk menghilangkan kandungan belerang yang dapat merusak katalis nikelpada reformer. Setelah proses ini, gas alam memiliki tekanan 24,3 bar dan suhu 385°C. Sebagian besar gas alam ini diumpankan untuk proses reformasi dan sisanya diumpankan sebagai bahan bakar burner.

19. PROSES REFORMASI DAN UNDERFIRING Sebelum memasuki reformer, kukus proses dan gas alam yang telah memenuhi syarat menjadi umpan reformer dicampur untuk mendapatkan umpan reformer yang lebih homogen. Setelah itu, campuran kukus proses dan gas alam dialirkan ke pemanas hingga temperaturnya mencapai 500°C. Katalis yang digunakan dalam proses ini berupa katalis berbasis nikel. Selanjutnya, gas sisa pembakaran (flue gas) bertemperatur 900°C dilewatkan menuju sistem pemanfaatan panas buangan (waste heat recovery).

20. REFORMED GAS WASTE HEAT RECOVERY Gas reformasi meninggalkan reformer dengan suhu 870°C dan tekanan 19,1 bar. Panas dari gas ini kemudian digunakan untuk pemanasan awal gas alam, menghasilkan kukus proses, dan reboiler dalam unit distilasi (unit 300). Setelah dimanfaatkan sebagai pemanas dalam seluruh proses tersebut, suhu gas reformasi turun menjadi 103°C. Selanjutnya, gas reformasi masih harus menjalani proses pendinginan karena unit 200 (reaktor konversi metanol) membutuhkan gas reformasi bertemperatur rendah. Setelah itu, barulah gas reformasi diumpankan ke unit 200.

21. PEMANFAATAN PANAS GAS HASIL PEMBAKARAN Gas hasil pembakaran (flue gas) yang keluar dari reformer memiliki temperatur 900°C. Panas dari gas ini digunakan dalam pembangkit kukus bertekanan tinggi dan menengah hingga temperaturnya menjadi 485°C. Setelah itu, flue gas didinginkan kembali hingga mencapai suhu 147°C dan dibuang ke atmosfer.

22. UNIT 200 (REAKTOR KONVERSI METANOL) • Unit reaktor sintesis metanol adalah unit pembentukan metanol dari gas sintesis reformer. Reaksi-reaksi di menghasilkan 3 produk sampingan, yaitu air, aseton, dan etanol. Untuk memisahkan produk-produk sampingan ini, produk reaktor harus dialirkan lagi ke unit 300 (unit distilasi) • Proses-proses utama pada unit 200 : • Kompresi gas sintetis • Lingkar sintesis • Pembuangan gas

23. PARAMETER PROSES DALAM UNIT 200 ASPEK KIMIA • Reaksi yang terjadi dalam unit 200 adalah : CO + 2 H2 CH3OH CO2 + 3 H2 CH3OH + H2O CO + H2O  CO2 + H2 • Ketiga reaksi di atas bersifat eksotermis. Perbandingan jumlah reaktan gas sintesa yang baik terjadi apabila bilangan SN (stoichiometry number) bernilai 2

24. ASPEK TERMODINAMIKA DAN KINETIKA • Konversi CO dan CO2 akan meningkat pada tekanan yang lebih tinggi • Pada temperatur reaksi yang semakin bertambah, konversi CO akan menurun dan konversi CO2 akan meningkat

25. ASPEK DAUR ULANG (RECYCLE) • Daur ulang yang dilakukan pada sintesa metanol bertujuan untuk mendapatkan konversi yang tinggi sehingga operasi berlangsung ekonomis. Recycle dilakukan terhadap gas sintesa keluaran reaktor yang tidak terkonversi dan telah dipisahkan dari kondensatnya. • Perbandingan gas sintesa yang direcycle terhadap tambahan gas sintesa dinyatakan sebagai rasio recycle yang bernilai antara 2,5-5. • Semakin tinggi rasio recycle menyatakan kenaikan produksi metanol

26. ASPEK KATALISATOR • Dalam reaktor unit 200 digunakan katalis Cu-ZnO. Katalis ini memiliki keaktifan sangat tinggi sehingga kecepatan reaksi tinggi pada temperatur relatif rendah (225°-255°C) • Katalis yang digunakan pada kilang metanol ini harus memiliki selektivitas sintesa metanol yang tinggi untuk memperkecil jumlah produk sampingan yang dihasilkan

27. DESKRIPSI PROSES DALAM UNIT 200 KOMPRESI GAS SINTESIS Kompresi gas sintesis bertujuan untuk menaikkan tekanan umpan reaktor (gas sintesis) agar didapat konversi reaktor yang tinggi. Kompresor pertama menaikkan tekanan dan temperatur gas hasil sintesis reformasi kukus dari 17 bar 40°C menjadi 68,6 bar 118°C. Selanjutnya, kompresor kedua menaikkan tekanan gas sintesis hasil kompresi pertama menjadi 72,5 bar dan menurunkan temperaturnya menjadi 68°C. Penurunan temperatur dilakukan untuk mendapatkan hasil dengan temperatur setinggi mungkin dengan temperatur terendah.

28. TAHAP SINTESA METANOL PADA LOOP SINTESA Campuran gas sintesa tambahan dan gas daur ulang yang merupakan gas sintesa masukan reaktor diumpankan menuju kompresor gas daur ulang. Di dalmnya, gas sintesa itekan hingga 72,5 bar dan disalurkan melalui gas interchanger menuju bagian atas kedua reaktor untuk dipanaskan dari 68°C menjadi 225°C. Reaksi sintesis metanol yang terjadi antara gas H2, CO, dan CO2 yang bersifat eksotermis terjadi dalam pipa reaktor berkatalis tembaga. Setelah konversi one pass, aliran gas keluaran reaktor yang terdiri dari gas tidak terkonversi, metanol, dan sejumlah produk samping didinginkan dari 225°C menjadi 40°C. Pendinginan ini bertujuan untuk memisahkan metanol mentah dari gas terlarut di dalamnya. Sementara itu, sebagian besar gas tidak terkonversi didaur ulang kembali sebagai gas sintesa masukan reaktor dan sisanya dibuang dengan dialirkan menuju sistem flare untuk dibakar agar tidak terjadi akumulasi inert.

29. SISTEM GAS PEMBERSIH (PURGE GAS) Selain langsung dibakar dalam sistem flare, sebagian purge gas yang dihasilkan dari aliran gas-gas tidak terkonversi dimanfaatkan untuk keperluan-keperluan : • Digunakan sebagai gas hidrogenasi dalam tahap pemurnian belerang gas alam karena kandungan gas hidrogennya yang tinggi • Dimanfaatkan sebagai bahan bakar (fuel) pembakaran gas alam dan steam

30. UNIT 300 (PEMISAHAN DAN PEMURNIAN PRODUK) • Adanya unit 300 dimaksudkan untuk memisahkan metanol mentah yang dihasilkan dari gas-gas terlarut di dalamnya. • Proses pemisahan metanol mentah dari gas terlarut, air, dan senyawa lainnya dilakukan dalam kolom distilasi dengan prinsip perbedaan volatilitas antara senyawa-senyawa tersebut.

31. PARAMETER PROSES • TEKANAN OPERASI Kelarutan gas-gas dalam cairan adalah fungsi dari tekanan uap gas tersebut dalam temperatur tertentu. Semakin tinggi tekanan gas akan menyebabkan semakin banyak gas yang terlarut dalam cairan. Oleh karena itu, kenaikan tekanan operasi akan menyebabkan bertambahnya gas etrlarut dalam metanol yang tidak diinginkan.

32. NERACA PROSES Neraca panas kolom distilasi pada kondisi normal sangat dipengaruhi oleh perubahan parameter-parameter berikut: • Banyaknya umpan • Besarnya laju refluks • Konsentrasi umpan • Fluks panas reboiler • Penghilangan panas kondenser dan sub-cooler

33. DESKRIPSI PROSES • PENGHILANGAN GAS-GAS Metanol mentah pada suhu 40°C dan tekanan 68,7 bar yang mengalir dari metanol separator akan menuju ke bejana ekspansi yang beroperasi pada tekanan 6,5 bar. Dengan adanya penurunan tekanan ini, gas-gas terlarut akan lepas. Setelah itu, gas-gas terlarut yang telah dipisahkan dari cairan dijaga konstan dengan menggunakan pengontrol ketinggian.

34. PENGHILANGAN PRODUK SAMPING BERTEMPERATUR DIDIH RENDAH Volatile impurities seperti dimetil eter, metil format, dan gas-gas inert terlarut dipisahkan dari metanol mentah dan dinaikkan ke bagian atas kolom distilasi bersama sejumlah uap metanol. Uap tersebut akan melewati suatu kondenser di mana sebagian besar uap metanol yang terbawa mengalami kondensasi dan dikembalikan ke kolom distilasi sebagai refluks. Gas-gas ringan lainnya yang tidak terkondensasi akan dibuang. Metanol yang telah terstabilkan akan memasuki kolom pemurnian metanol pada kondisi 80°C dan1,5 bar. Pada kolom ini, metanol akan menjadi produk atas sedangkan air akan menjadi produk bawah. Air proses yang dihasilkan sebagai produk bawah kolom distilasi ini akan dipompa menuju pemanas air proses. Uap yang menuju puncak kolom distilasi akan didinginkan oleh suatu kondenser di mana uap metanol akan dikondensasikan secara total menjadi cairan bersuhu 69°C. Metanol terkondensasi ini selanjutnya didinginkan lagi hingga mencapai suhu 40°C dan ditampung pada suatu bejana penampung.

35. Sistem Proses dan Instrumentasi

36. Kolom Desulfurisasi • Desulfurisasi berarti proses pengurangan kandungan sulfur dalam metanol • Temperatur dalam proses desulfurisasi berada dalam rentang 300oC-400oC dengan suhu optimum di 385oC • Menggunakan dua katalis CoMo dan ZnO

37. Prinsip Kerja • Dilaksanakan di dalam dua kolom jejal D-101 dan D-102. D-101 berfungsi sebagai kolom desulfurisasi utama. D-102 berfungsi sebagai penyerap sisa-sisa sulfur yang belum hilang di D-101. • Dalam keadaan normal kedua kolom dipasang secara seri.

38. Reformer • Reformer ini digunakan untuk steam reforming ( pembentukan uap) • Reaksi yang terjadi CH4 + H2O → CO + 3H2 • Temperatur dalam reformer bisa mencapai 930oC • Menggunakan katalis Ni

39. Prinsip Kerja • Laju alir gas bahan bakar diatur dengan pengendali tekanan, buangannya menuju flare sedangkan udara pembakaran dengan pengendali laju alir (FC) dihubungkan dengan blower • Untuk mengontrol rasio steam karbon yang memasuki unit reforming kuantitas steam proses diatur dengan FC (Flow Controller)

40. Prinsip Kerja • Temperatur campuran steam/gas alam dijaga dengan membuang sebagian steam melalui quench cooler • Keadaan vakum dalam reformer harus dijaga benar-benar agar lidah api dalam reformer tidak mengarah ke luar

41. Skema Alat

42. Kompresor Gas Sintesa • Proses kompresi gas sintesis ini dalaksanakan dalam Syngas Compressor tipe sentrifugal yang digerakkan oleh extraction back pressure Turbine • Kapasitas kompresor pada operasi normal adalah 60 ton / jam

43. Gambar Alat • Syngas Compressor

44. Reaktor Metanol • Reaksi pembentukan metanol berasal dari gas sintesa yang berlangsung pada temperatur 225-270o dan tekanan kurang + 70 bar • Reaktor berbentuk tubular, bagian tube berisi katalis dan menjadi tempat berlangsungnya reaksi, sedangkan bagian shell berisi air pendingin

45. Skema Alat

46. Kolom Distilasi • Kolom distilasi digunakan untuk pemurnian metanol

47. Cara Kerja • Sebagian produk dicairkan dan dikembalikan lagi sebagai refluks. Gas yang tidak terkondensasi disatukan dengan aliran purge dan nantinya ditampung ke dalam penampung metanol.

48. Alat Penukar Panas • Berbagai alat penukar panas digunakan untuk mempertukarkan panas di antara aliran bahan sehingga proses produksi metanol menjadi lebih ekonomis • Ada sekitar 26 alat penukar panas yang digunakan dalam kilang ini

49. PRODUK • Kilang MMB (Medco Methanol Bunyu) didesain untuk memproduksi metanol sebanyak 1000 ton/hari pada kondisi 100%, namun karena pabrik ini cukup tua maka kilang ini efisiensinya hanya 83% dan menghasilkan 800-900 ton/hari. Pabrik ini juga memiliki spesifikasi metanol yang merupakan salah satu metanol berkualitas terbaik di Asia Tenggara

50. Sistem Penunjang Proses Produksi • Dalam mengolah gas alam menjadi metanol perusahaan ini dalam proses-prosesnya ditunjang oleh unit-unit lain • Unit-Unit penunjang itu antara lain: • Penampung Metanol • Penanganan dan Distribusi air