Bab Iv - Tugas Khusus 244c4z
This document was ed by and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this report form. Report r6l17
Overview 4q3b3c
& View Bab Iv - Tugas Khusus as PDF for free.
More details 26j3b
- Words: 3,132
- Pages: 16
Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
BAB IV TUGAS KHUSUS ANALISA PENURUNAN KONVERSI PADA AMMONIA CONVERTER (105-D) DI PABRIK PUSRI II 4.1. Pendahuluan 4.1.1. Latar Belakang Amoniak merupakan salah satu senyawa penting yang banyak digunakan dalam industri kimia sebagai bahan baku dan produk. Amoniak (NH 3) adalah gas basa tidak bewarna,lebih ringan dari udara dan memiliki aroma tajam dan unik. Di alam amoniak terbentuk pada saat zat-zat organik yang mengandung nitrogen membusuk, oleh sebab itu sedikit terdapat dalam udara. Bahan baku yang digunakan untuk sintesa amoniak yaitu gas alam, udara dan steam (uap air). Teknologi sintesis ammonia dari bahan baku hidrogen dan nitrogen yang pertama kali adalah proses Haber-Bosch. Sintesis amoniak pada PT Pupuk Sriwijaya Palembang dilakukan pada Ammonia Converter (105-D). Dalam proses pembuatan amoniak dari hidrogen dan nitrogen ditentukan oleh beberapa kondisi operasi seperti temperatur, tekanan dan perbandingan molar antara H 2 dan N2 dalam gas umpan. Di pabrik Amoniak, proses yang paling menentukan adalah sintesis amoniak dari gas H2 dan gas N2 yang terjadi di dalam ammonia converter (105-D) dengan bantuan katalis promoted iron. Pada ammonia converter terjadi reaksi sebagai berikut : N2 + 3H
2NH3 +Q
Katalis promoted iron berpotensi mengalami deaktivasi yang dapat menyebabkan terjadinya penurunan jumlah konversi amoniak. Deaktivasi katalis dapat terjadi akibat tersumbatnya pori-pori dari katalis atau telah habisnya life-time dari katalis. Reaksi di atas berlangsung pada temperatur sekitar 400-500oC dan tekanan 140-150 kg/cm2. Apabila ditinjau dari segi keseimbangan termodinamika, reaksi ini akan berlangsung baik pada temperatur yang relatif rendah dan tekanan yang
104
105 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
tinggi. Akan tetapi bila ditinjau dari segi kinetika reaksi kimianya, temperatur yang rendah justru akan memperlambat terjadinya reaksi. Oleh sebab itu, perlu ditekankan kondisi operasi yang optimum untuk memperoleh hasil amoniak sesuai dengan yang diharapkan. Untuk mengontrol temperatur dalam konverter dilakukan penambahan umpan dengan sistem quench pada setiap selang antar bed agar diperoleh konversi yang maksimal. Konversi yang dicapai dalam Ammonia converter hanya sekitar 15%. Untuk meningkatkan jumlah produk amoniak maka digunakan sistem pereaksian kembali yang sering disebut sebagai synthesis loop atau syn-loop. Didalam sistem looping untuk menjaga agar tidak terjadi akumulasi gas inert di dalam ammonia converter yang justru akan menurunkan konversi di dalam ammonia converter, maka sebagian gas proses harus dibuang atau di-purge. Namun ternyata pada tanggal 27 November 2014 – 3 Desember 2015 terjadi penurunan konversi amoniak secara drastis maka judul ini diambil untuk menganalisa penyebab dari menurunnya konversi reaksi pada ammonia converter (105-DA dan 105-DB) Pusri II (2A-105D). 4.1.2. Tujuan Menganalisa penyebab penurunan konversi reaksi pada ammonia converter dari data aktual mulai dari 27 November 2014 hingga 3 Desember 2014. 4.1.3. Permasalahan Apakah penyebab dari penurunan konversi reaksi pada ammonia converter Pusri II (2A-105D) pada bulan November 2014? 4.2. Tinjauan Pustaka Kini banyak sekali perusahaan mengkhususkan diri pada desain dan konstruksi pabrik ammonia sehingga berkembanglah beberapa jenis reaktor ammonia (ammonia converter). Pada dasarnya semua bentuk desain ammonia converter mempunyai tujuan yang sama yaitu ingin mengatasi dua masalah pokok yang timbul dalam rangka meningkatkan hasil amoniak. Dua masalah itu adalah menjaga temperatur optimum dan reaksi yang terjadi pada tekanan tinggi. Synthesis converter yang dibuat oleh Haber-Bosch mula-mula dirancang untuk beroperasi pada tekanan sekitar 200 atm. Converter lainnya beroperasi pada
106 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
tekanan kira-kira 1000 atm untuk versi Mont Cenis. Setelah synthesis loop dikembangkan tekanan operasi yang ekonomis adalah sekitar 4500-5200 psig atau 300-380 atm. Beberapa dekade kemudian setelah sistem energy recovery dengan sistem turbine centrifugal compressor dikembangkan dan dintegrasikan dengan syn-loop, tekanan operasi menjadi lebih rendah yaitu sekitar 2000-2100 psig atau 130-240 atm. Saat ini setelah peralatan untuk energy recovery dan penerapannya sudah semakin baik dibandingkan sebelumnya, tekanan operasi yang paling ekonomis adalah sekitar 4500-5000 psig. Semua converter dirancang untuk mengikuti salah satu dari dua pendekatan umum, yaitu mendapatkan profil temperatur terbaik yang mungkin untuk perpindahan panas dengan gas yang bereaksi dan quench dari gasgas tersebut dengan sintesis segar. Heat exchanged converter diproduksi oleh Tennesse Valley Authority (TVA) di Amerika dan oleh Montecatini Edison. Sedangkan converter tipe quench ditawarkan oleh Pullman-Kellog, Chemico, Foster-Wheeler, Uhde, Humprey and Glasgow, Haldor, Topsoe, Imperial Chemical Industries (ICI) dan BASF. Beberapa converter di atas antara lain : 1) TVA Counter-Current Converter yang dirancang oleh TVA ini merupakan counter-current converter. 2) NEC-TVA Converter adalah jenis converter dengan aliran counter current. 3) Fa-Montecatini
dan
Osw-Uhde
Converter
dikembangkan
oleh
Osterreichische Stickstoffwerke (OSW) dan Frederick Uhde. 4) Chemico Cocurrent Converter, desain converter ini menunjukkan bahwa pola aliran dalam converter dapat diatur untuk memberikan jumlah yang bervariasi pada perpindahan panas pada saat gas-gas reaktan melewati bed-bed katalis secara kontinyu. 5) Quench Converter oleh Chemico, ICI, BASF telah dikembangkan oleh Chemico, ICI dan BASF. 6) Topsoe Converter, Haldor Topsoe Co. telah menyempurnakan pola aliran yang lain pada converter. Pola aliran ini sebenarnya banyak mempunyai kesamaan dengan converter-converter yang lain.
107 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
7) Pullman-Kellog
Vertical
Converter
mempunyai
banyak
keunggulan
dibandingkan dengan converter sejenis. Converter ini telah berdiri di lebih dari 100 pabrik amoniak. 8) Horizontal Converter dirancang juga oleh Kellog untuk kapasitas pabrik sekitar 1700 ton/hari, dan sedikitnya sebuah converter jenis ini telah dioperasikan. 9) Braun
Converter,
C.
F
Braun
Co.
menyatakan
bahwa
ia
telah
menyempurnakan converter dengan dua buah shell converter yang beroperasi secara seri. Kedua shell tersebut identik dan hanya berbeda ukurannya. Reaksi sintesa amoniak yang dibantu katalis dapat dituliskan sebagai berikut : N2 + 3H2
2NH3 + Q
Titik kesetimbangan dari reaksi ini sedemikian rupa bahwa pada kondisi operasi yang diusulkan, kadar ammonia dalam gas keluar reaktor kira-kira 15% mol. Gas yang tidak terkonversi dikembalikan ke reaktor untuk mendapatkan produksi maksimal. Kondisi yang mempengaruhi reaksi di converter yaitu : a. Temperatur Sebagai akibat dari perubahan temperatur terhadap reaksi sintesa amoniak adalah dua kali lipat karena mempengaruhi derajat kesetimbangan maupun kecepatan reaksi. Karena reaksi sintesa eksotermis, kenaikan temperatur akan menurunkan derajat kesetimbangan dari ammonia dan pada waktu yang sama mempercepat reaksi. Hal ini berarti bahwa pada kondisi jauh dari kesetimbangan, kenaikan akan menuju konversi yang lebih tinggi, sedangkan untuk sistem sintesa yang memberikan konversi dekat dengan kesetimbangan kenaikan temperatur akan menuju pada konversi yang lebih rendah. Efisiensi selalu berubah sebanding dengan temperatur jika perubahan aktivitas katalis tidak diperhitungkan. Efisiensi konversi didefinisikan sebagai perbandingan persentase NH3 sebenarnya di dalam gas yang keluar dari converter dengan persentase NH3 yang mungkin secara teoritis pada kondisi tersebut.
108 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
Gambar 4.1. Pengaruh quenching pada garis operasi konversi amoniak
b. Tekanan Karena sintesa amoniak disertai dengan berkurangnya volume (penurunan jumlah molekul), derajat kesetimbangan amoniak akan naik apabila tekanan naik. Pada saat yang bersamaan kecepatan reaksi dipercepat oleh kenaikan tekanan, karena itu konversi akan bertambah baik pada tekanan yang lebih tinggi. c. Space velocity Jika jumlah gas proses semakin bertambah (space velocity yang lebih besar dalam converter) reaksi sintesa mempunyai waktu yang lebih sedikit untuk berlangsung dan menghasilkan kadar amoniak (pada gas keluar converter) yang tidak setinggi dibandingkan apabila gas mengalir, melalui katalis lebih lambat. Akan tetapi pengurangan dari hasil jauh lebih sedikit dari kenaikan space velocity. Kenaikan produksi ammonia disebabkan karena lebih banyak gas yang masuk ke dearah reaksi mempunyai pengaruh yang lebih besar daripada tendensi pengurangan produksi disebabkan karena reaksi yang kurang sempurna (residence time yang rendah). Karena itu pada keadaan normal atau pengurangan operasi, kenaikan jumlah gas masuk converter (pada kondisi - kondisi lainnya yang tetap) akan
109 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
memberikan kenaikan produksi. Metode yang biasa untuk merubah space velocity yaitu dengan mengubah jumlah gas recycle (sirkulasi). Dengan menambah sirkulasi temperatur di katalis pada bed akan turun disebabkan oleh turunnnya konversi per ; tekanan akan turun disebabkan karena total produksi amoniak bertambah. Sirkulasi ditambah dengan menutup MIC-34. Sirkulasi maksimum dicapai jika MIC-34 tertutup rapat. d. Perbandingan H2 dan N2 Gas sintesa yang segar (make up, tidak termasuk recycle) yang menuju ke seksi sintesa harus mempunyai perbandingan H2 terhadap N2 kira-kira 3,0 : 1,0. Hal ini demikian karena pembentukan amoniak berasal dari H 2 dan N2 dengan perbandingan 3,0 : 1,0. e. Gas – gas inert Pengeluaran gas-gas inert secara kontinyu harus dijaga melaui pipa header yang masuk ke kompresor recycle dikirim ke sistem purge gas. Aliran purge gas diperlukan untuk mengontrol konsentrasi CH4 dan gas-gas inert lainnya agar tidak menjadi tinggi di daerah sintesa karena akan mengakibatkan penurunan konversi, kenaikan tekanan dan mengurangi kapasitas produksi. f. Kecepatan gas sintesa Dengan hanya menaikkan kecepatan gas sintesa yang segar (make up) menghasilkan amoniak yang lebih banyak dan mengakibatkan hal-hal tersebut di bawah ini terhadap kondisis-kondisi di atas: 1)
Tekanan sistem alarm naik
2) Temperatur katalis bed akan naik 3) Kadar gas inert akan naik 4) Perbandingan gas H2 dan N2 akan berubah Sebaliknya pengurangan gas sintesa akan memberikan efek yang berlawanan. Dibawah kondisi operasi normal, rate gas sintesa ditentukan oleh permintaan produksi. Penambahan dari gas umpan ke daerah sintesa biasanya didapat dengan menaikkan rate produksi di daerah pembuatan gas sintesa.
110 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
Gambar 4.2. Pengaruh kondisi operasi terhadap kesetimbangan NH3 Jenis katalis yang digunakan memiliki pengaruh terhadap laju reaksi.
Aktivitas dan selektivitas katalis mempengaruhi laju reaksi dan juga besarnya konversi yang bisa dicapai. Untuk katalis dengan active material yang sama, promoter memiliki pengaruh terhadap aktivitas dan selektivitas katalis. Untuk katalis Fe berpromotor yang umum digunakan pada reaktor sintesis amonia, beberapa promotor katalis yang bisa dipakai, beserta pengaruhnya terhadap reaksi ditunjukan oleh Tabel 4.1. Tabel 4.1. Pengaruh jenis promotor pada katalis Fe
Jenis Promotor
%amoniak P = 30 atm
P = 100 atm
1,01% Al2O3
5,02
9,00
0.35% K2O + 0.84% Al2O3
5,82
13,60
0,61% ZrO2
4,88
7,72
0.96% K2O + 2,76% ZrO2
5,43
12,63
0,51% SiO2
4,67
7,49
0,57% K2O + 0,75% SiO2
5,33
10,90
111 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
4.3. Data dan Perhitungan Perhitungan konversi: Berdasarkan data aktual tanggal 27-11-2014 0:00 Komponen Ar N2 CH4 H2 NH3 Basis perhitungan: 100 mol Mula-mula Komponen (mol) Ar 2.18 N2 21.74 CH4 10.16 H2 63.45 NH3 2.47 Total 100
Inlet Outlet 105-D 105-D (%mol) (%mol) 2.18 2.67 21.74 19.07 10.16 11.53 63.45 50.41 2.47 16.32 Bereaksi (mol) 0 -1/3x 0 -x +2/3x -2/3x
Setimbang (mol) 2.18 21.74 - 1/3x 10.16 63.45 – x 2.47 + 2/3x 100 - 2/3x
Basis %mol output H2 aktual= 50.41% Basis %mol output NH3 aktual= 6.32%
Tabel 4.2. Data Analisa Laboratorium Inlet 105-D
Waktu 11/27/2014 0:00 11/27/2014 7:00 11/28/2014 0:00 11/28/2014 7:00 11/29/2014 0:00 11/29/2014 7:00 11/30/2014 0:00 11/30/2014 7:00 11/30/2014 15:00 12/1/2014 0:00 12/1/2014 7:00 12/1/2014 15:00 12/2/2014 0:00 12/2/2014 7:00 12/2/2014 15:00 12/3/2014 0:00 12/3/2014 7:00 12/3/2014 15:00 12/4/2014 0:00
Inlet 105-D, %mol Ar N2 CH4 2.18 21.74 10.16 2.07 21.24 9.76 2.10 20.97 10.69 2.11 21.73 10.51 2.10 22.18 10.41 2.06 19.97 10.37 2.13 21.86 10.48 2.21 21.21 10.81 2.07 21.05 10.34 2.02 21.00 9.84 2.08 19.60 10.18 2.13 20.00 10.18 2.18 21.43 9.93 2.12 22.54 9.50 2.10 20.62 9.60 2.15 22.26 10.07 2.08 21.68 9.89 2.14 20.68 10.13 2.08 22.24 9.67
H2 63.45 64.13 63.58 62.80 62.78 65.13 63.53 63.63 64.33 64.98 65.60 65.37 64.19 62.57 65.46 63.22 64.03 64.78 63.61
NH3 2.47 2.80 2.66 2.85 2.53 2.47 2.00 2.14 2.21 2.16 2.54 2.32 2.27 3.27 2.22 2.30 2.32 2.27 2.40
Tabel 4.3. Data Analisa Laboratorium Outlet 105-D
Waktu 11/27/2014 0:00 11/27/2014 7:00 11/28/2014 0:00 11/28/2014 7:00 11/29/2014 0:00 11/29/2014 7:00 11/30/2014 0:00 11/30/2014 7:00 11/30/2014 15:00 12/1/2014 0:00 12/1/2014 7:00 12/1/2014 15:00 12/2/2014 0:00 12/2/2014 7:00
Outlet 105-D, %mol Ar N2 CH4 2.67 19.07 11.53 2.44 18.15 11.44 2.71 18.94 12.16 2.47 18.71 12.26 2.45 18.96 11.88 2.41 16.59 11.90 2.51 18.31 12.13 2.63 18.15 12.49 2.46 18.10 12.00 2.41 18.11 11.51 2.48 16.49 11.93 2.50 16.93 11.83 2.59 18.60 11.62 2.47 19.82 11.30
H2 50.41 51.83 50.01 50.26 50.33 52.72 51.32 50.93 51.71 52.26 53.47 53.11 51.46 50.78
NH3 16.32 16.14 16.18 16.30 16.38 16.38 15.73 15.80 15.73 15.71 15.63 15.63 15.73 15.63
12/2/2014 15:00
2.48
53.00
15.57
17.68
11.27
12/3/2014 0:00 12/3/2014 7:00 12/3/2014 15:00 12/4/2014 0:00
2.56 2.47 2.55 2.44
19.50 19.05 17.71 19.43
11.80 11.58 11.84 11.19
50.47 51.47 52.41 51.21
15.67 15.43 15.49 15.73
Tabel 4.4. Konversi H2 dan NH3
Waktu 11/27/2014 0:00 11/27/2014 7:00 11/28/2014 0:00 11/28/2014 7:00 11/29/2014 0:00 11/29/2014 7:00 11/30/2014 0:00 11/30/2014 7:00 11/30/2014 15:00 12/1/2014 0:00 12/1/2014 7:00 12/1/2014 15:00 12/2/2014 0:00 12/2/2014 7:00 12/2/2014 15:00 12/3/2014 0:00 12/3/2014 7:00 12/3/2014 15:00 12/4/2014 0:00
%H2 30.95 29.31 32.02 30.03 29.85 29.38 29.21 30.22 29.94 30.04 28.73 29.04 30.19 28.49 29.43 30.39 29.86 29.35 29.60
%NH3 28.15 26.87 27.45 27.62 28.43 27.53 28.01 27.81 27.24 27.03 25.89 26.41 27.18 25.63 26.47 27.43 26.61 26.51 27.16
4.4. Pembahasan Pada studi kasus ini, pengamatan difokuskan pada parameter yang menyebabkan penurunan konversi pada ammonia converter. Pada pengamatan diperlukan data konversi untuk menghitung jumlah persen konversi reaksi dalam ammonia converter menggunakan perhitungan dengan basis mol. Data diperoleh dari kondisi operasi Ammonia Plant Pusri-II dan analisa komponen dari Laboratorium Control Pusri-II. Melalui hasil perhitungan data, didapat konversi reaksi secara perhitungan aktual selama 8 hari cenderung turun. Berikut ini merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi penurunan konversi reaksi yang terjadi pada ammonia converter Pusri-II yaitu : 1. Temperatur
Gambar 4.3. Grafik Perubahan Temperatur Per Bed 105-DA
Ditinjau dari perubahan temperatur per bed pada ammonia converter 105DA, temperatur tiap bed (bed I, bed II, dan bed III) mengalami peningkatan yang mengindikasi bahwa terjadi reaksi eksotermis pada masing-masing bed. Maka peningkatan temperatur pada masing-masing bed di ammonia converter 105-DA ini bukan merupakan penyebab turunnya konversi.
Gambar 4.4. Grafik Perubahan Temperatur Per Bed 105-DB
Ditinjau dari perubahan temperatur per bed pada ammonia converter 105DB, temperatur pada bed I mengalami penurunan sedangkan pada bed II dan III mengalami peningkatan. Perubahan temperatur pada bed I diindikasi merupakan parameter yang menyebabkan menurunnya konversi pada ammonia converter Pusri II. Turunnya temperatur pada bed I mengindikasi bahwa terjadi penurunan kinerja pada katalis bed I ammonia converter 105-DB. Penurunan kinerja ini kemungkinan dapat disebabkan akibat tersumbatnya pori-pori katalis oleh carryover oli yang terikut pada fluida gas saat kompresi gas di 103-J dan oleh adanya deaktivasi pada katalis di bed I ammonia converter 105-DB. 2. Tekanan
Gambar 4.5. Grafik Pressure Drop Pada Ammonia Converter
Ditinjau dari pressure drop pada ammonia converter 105-DA dan 105-DB, pressure drop mengalami peningkatan. Semakin banyak flow feed yang masuk ke dalam reaktor maka pressure drop akan semakin meningkat, begitu pula sebaliknya. Namun bila pressure drop mengalami peningkatan secara tiba-tiba atau drastis, hal ini diduga kemungkinan telah terjadi deaktivasi katalis yang akan menyebabkan penurunan konversi pada reaktor. Pada data aktual, pressure drop tidak mengalami peningkatan secara drastis namun secara bertahap sehingga pressure drop tidak menjadi parameter yang menyebabkan penurunan konversi.
Gambar 4.6. Grafik Tekanan Loop
Ditinjau dari tekanan loop pada proses looping feed gas, tekanan mengalami peningkatan. Tekanan loop yang meningkat pada sistem loop secara teoritis akan menyebabkan konversi reaksi pada ammonia converter semakin meningkat. Hal ini tidak terjadi pada kondisi aktual ammonia converter Pusri II dimana konversi justru mengalami penurunan pada saat tekanan loop meningkat. Pada reaksi pembentukan amoniak, peningkatan tekanan akan cenderung untuk meningkatkan konversi pada ammonia converter. Maka, peningkatan tekanan loop tidak menjadi parameter yang menyebabkan penurunan konversi. 3. Gas Inert
Gambar 4.7. Grafik Jumlah Gas Inert
Peningkatan jumlah gas inert mengindikasikan bahwa jumlah gas yang dipurge semakin sedikit. Jumlah gas inert pada sistem dikontrol secara kontinyu dengan cara mengirim sebagian gas menuju sistem purge gas untuk mengurangi gas inert dalam sistem loop. Dampak yang dihasilkan secara teoritis terhadap konversi adalah semakin banyak jumlah inert di dalam sistem loop akan mengakibatkan konversi semakin menurun dan sebaliknya. Ditinjau dari grafik, jumlah gas inert pada sistem loop cenderung mengalami penurunan. Maka, jumlah gas inert bukan menjadi parameter yang menyebabkan menurunnya konversi pada ammonia converter. 4. Ratio H2/N2 Perubahan pada rasio H2/N2 baik mengalami peningkatan atau penurunan
akan berdampak pada perubahan konversi di ammonia converter. Gas sintesa yang menuju ke reaksi sintesa akan dikontrol sehingga mempunyai perbandingan H2 terhadap N2 kira-kira 3,0 : 1,0. Nilai range ratio H2/N2 optimum adalah 2,8 3,2. Perbandingan rasio antara H2 dan N2 dapat dikontrol dengan mengatur jumlah udara tie-in, LP H2 dan H2 dari PGRU. Ditinjau dari grafik, perubahan rasio H 2/N2 tidak mengalami perubahan dan cenderung konstan. Maka, ratio antara H2/N2 bukan menjadi parameter yang menyebabkan menurunnya konversi pada ammonia converter.
Gambar 4.8. Grafik Ratio H2/N2
5. Space Velocity
Gambar 4.9. Grafik Space Velocity Peningkatan gas proses yang masuk ke dalam ammonia converter dan peningkatan tekanan proses dan looping akan meningkatkan kecepatan dari gas didalam ammonia converter (space velocity). Peningkatan kecepatan gas ini akan menurunkan waktu tinggal (residence time) reaktan didalam reaktor. Menurunnya waktu tinggal reaktan didalam reaktor akan menyebabkan berkurangnya waktu reaktan didalam reaktor untuk bereaksi membentuk amoniak. Namun penurunan konversi akibat peningkatan space velocity dibanding banyaknya jumlah gas proses yang masuk akan memberikan pengaruh space velocity yang sangat kecil, sehingga penurunan konversi akibat peningkatan space velocity dapat diabaikan. Langkah-langkah yang memungkinkan untuk mengoptimalisasi kinerja ammonia converter (105-D) antara lain: 1. Temperatur Secara simulasi kenaikan temperatur sebesar 1oC pada ammonia converter akan menurunkan konversi hidrogen sebesar lebih dari 0.0086% dan temperatur produk (oulet ammonia converter) meningkat sebesar 0.923oC pada tekanan dan komposisi umpan konstan. Sehingga untuk mengoptimalkan kinerja dari ammonia converter dapat dilakukan dengan melakukan penurunan temperatur umpan dengan pertimbangan penurunan temperatur umpan tidak melebihi range temperatur converter design sekitar 400-480oC.
2. Tekanan Secara simulasi peningkatan tekanan umpan pada ammonia converter akan meningkatkan konversi secara keseluruhan pada ammonia converter, peningkatan tekanan 1 bar akan meningkatkan konversi N2 sebesar 0.063% dan diikuti dengan peningkatan pada temperatur produk ammonia converter sebesar 0.65oC pada temperatur dan komposisi inlet konstan. Sehingga untuk meningkatkan konversi dapat dilakukan dengan meningkatkan tekanan dalam converter dengan pertimbangan tekanan tidak melebihi tekanan range design 130-140 kg/cm2. 4.5. Kesimpulan dan Saran 4.5.1. Kesimpulan 1. Konversi reaksi pada ammonia converter mengalami penurunan dari tanggal 27 November 2014 hingga 3 Desember 2014. 2. Penurunan konversi dipengaruhi oleh beberapa parameter diantaranya adalah temperatur, tekanan, perbandingan H2/N2, jumlah gas inert serta space velocity. 3. Dari beberapa parameter tersebut terdapat satu parameter yang memungkinkan terjadinya penurunan konversi ammonia converter pada tanggal 27 November 2014 hingga 3 Desember 2014 yakni penurunan perubahan temperatur pada bed I di ammonia converter 105-DB. 4.5.2. Saran 1.
Perlunya
dilakukan
penurunan
temperatur
umpan
untuk
meningkatkan konversi dalam ammonia converter dengan peningkatan sebesar 0.0086%/oC. 2.
Perlunya dilakukan peningkatan tekanan loop pada sistem untuk meningkatkan konversi N2 dalam ammonia converter dengan peningkatan sebesar 0.063%/bar.
3.
Perlu dilakukan evaluasi terhadap kinerja katalis pada tiap bed di ammonia converter.
BAB IV TUGAS KHUSUS ANALISA PENURUNAN KONVERSI PADA AMMONIA CONVERTER (105-D) DI PABRIK PUSRI II 4.1. Pendahuluan 4.1.1. Latar Belakang Amoniak merupakan salah satu senyawa penting yang banyak digunakan dalam industri kimia sebagai bahan baku dan produk. Amoniak (NH 3) adalah gas basa tidak bewarna,lebih ringan dari udara dan memiliki aroma tajam dan unik. Di alam amoniak terbentuk pada saat zat-zat organik yang mengandung nitrogen membusuk, oleh sebab itu sedikit terdapat dalam udara. Bahan baku yang digunakan untuk sintesa amoniak yaitu gas alam, udara dan steam (uap air). Teknologi sintesis ammonia dari bahan baku hidrogen dan nitrogen yang pertama kali adalah proses Haber-Bosch. Sintesis amoniak pada PT Pupuk Sriwijaya Palembang dilakukan pada Ammonia Converter (105-D). Dalam proses pembuatan amoniak dari hidrogen dan nitrogen ditentukan oleh beberapa kondisi operasi seperti temperatur, tekanan dan perbandingan molar antara H 2 dan N2 dalam gas umpan. Di pabrik Amoniak, proses yang paling menentukan adalah sintesis amoniak dari gas H2 dan gas N2 yang terjadi di dalam ammonia converter (105-D) dengan bantuan katalis promoted iron. Pada ammonia converter terjadi reaksi sebagai berikut : N2 + 3H
2NH3 +Q
Katalis promoted iron berpotensi mengalami deaktivasi yang dapat menyebabkan terjadinya penurunan jumlah konversi amoniak. Deaktivasi katalis dapat terjadi akibat tersumbatnya pori-pori dari katalis atau telah habisnya life-time dari katalis. Reaksi di atas berlangsung pada temperatur sekitar 400-500oC dan tekanan 140-150 kg/cm2. Apabila ditinjau dari segi keseimbangan termodinamika, reaksi ini akan berlangsung baik pada temperatur yang relatif rendah dan tekanan yang
104
105 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
tinggi. Akan tetapi bila ditinjau dari segi kinetika reaksi kimianya, temperatur yang rendah justru akan memperlambat terjadinya reaksi. Oleh sebab itu, perlu ditekankan kondisi operasi yang optimum untuk memperoleh hasil amoniak sesuai dengan yang diharapkan. Untuk mengontrol temperatur dalam konverter dilakukan penambahan umpan dengan sistem quench pada setiap selang antar bed agar diperoleh konversi yang maksimal. Konversi yang dicapai dalam Ammonia converter hanya sekitar 15%. Untuk meningkatkan jumlah produk amoniak maka digunakan sistem pereaksian kembali yang sering disebut sebagai synthesis loop atau syn-loop. Didalam sistem looping untuk menjaga agar tidak terjadi akumulasi gas inert di dalam ammonia converter yang justru akan menurunkan konversi di dalam ammonia converter, maka sebagian gas proses harus dibuang atau di-purge. Namun ternyata pada tanggal 27 November 2014 – 3 Desember 2015 terjadi penurunan konversi amoniak secara drastis maka judul ini diambil untuk menganalisa penyebab dari menurunnya konversi reaksi pada ammonia converter (105-DA dan 105-DB) Pusri II (2A-105D). 4.1.2. Tujuan Menganalisa penyebab penurunan konversi reaksi pada ammonia converter dari data aktual mulai dari 27 November 2014 hingga 3 Desember 2014. 4.1.3. Permasalahan Apakah penyebab dari penurunan konversi reaksi pada ammonia converter Pusri II (2A-105D) pada bulan November 2014? 4.2. Tinjauan Pustaka Kini banyak sekali perusahaan mengkhususkan diri pada desain dan konstruksi pabrik ammonia sehingga berkembanglah beberapa jenis reaktor ammonia (ammonia converter). Pada dasarnya semua bentuk desain ammonia converter mempunyai tujuan yang sama yaitu ingin mengatasi dua masalah pokok yang timbul dalam rangka meningkatkan hasil amoniak. Dua masalah itu adalah menjaga temperatur optimum dan reaksi yang terjadi pada tekanan tinggi. Synthesis converter yang dibuat oleh Haber-Bosch mula-mula dirancang untuk beroperasi pada tekanan sekitar 200 atm. Converter lainnya beroperasi pada
106 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
tekanan kira-kira 1000 atm untuk versi Mont Cenis. Setelah synthesis loop dikembangkan tekanan operasi yang ekonomis adalah sekitar 4500-5200 psig atau 300-380 atm. Beberapa dekade kemudian setelah sistem energy recovery dengan sistem turbine centrifugal compressor dikembangkan dan dintegrasikan dengan syn-loop, tekanan operasi menjadi lebih rendah yaitu sekitar 2000-2100 psig atau 130-240 atm. Saat ini setelah peralatan untuk energy recovery dan penerapannya sudah semakin baik dibandingkan sebelumnya, tekanan operasi yang paling ekonomis adalah sekitar 4500-5000 psig. Semua converter dirancang untuk mengikuti salah satu dari dua pendekatan umum, yaitu mendapatkan profil temperatur terbaik yang mungkin untuk perpindahan panas dengan gas yang bereaksi dan quench dari gasgas tersebut dengan sintesis segar. Heat exchanged converter diproduksi oleh Tennesse Valley Authority (TVA) di Amerika dan oleh Montecatini Edison. Sedangkan converter tipe quench ditawarkan oleh Pullman-Kellog, Chemico, Foster-Wheeler, Uhde, Humprey and Glasgow, Haldor, Topsoe, Imperial Chemical Industries (ICI) dan BASF. Beberapa converter di atas antara lain : 1) TVA Counter-Current Converter yang dirancang oleh TVA ini merupakan counter-current converter. 2) NEC-TVA Converter adalah jenis converter dengan aliran counter current. 3) Fa-Montecatini
dan
Osw-Uhde
Converter
dikembangkan
oleh
Osterreichische Stickstoffwerke (OSW) dan Frederick Uhde. 4) Chemico Cocurrent Converter, desain converter ini menunjukkan bahwa pola aliran dalam converter dapat diatur untuk memberikan jumlah yang bervariasi pada perpindahan panas pada saat gas-gas reaktan melewati bed-bed katalis secara kontinyu. 5) Quench Converter oleh Chemico, ICI, BASF telah dikembangkan oleh Chemico, ICI dan BASF. 6) Topsoe Converter, Haldor Topsoe Co. telah menyempurnakan pola aliran yang lain pada converter. Pola aliran ini sebenarnya banyak mempunyai kesamaan dengan converter-converter yang lain.
107 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
7) Pullman-Kellog
Vertical
Converter
mempunyai
banyak
keunggulan
dibandingkan dengan converter sejenis. Converter ini telah berdiri di lebih dari 100 pabrik amoniak. 8) Horizontal Converter dirancang juga oleh Kellog untuk kapasitas pabrik sekitar 1700 ton/hari, dan sedikitnya sebuah converter jenis ini telah dioperasikan. 9) Braun
Converter,
C.
F
Braun
Co.
menyatakan
bahwa
ia
telah
menyempurnakan converter dengan dua buah shell converter yang beroperasi secara seri. Kedua shell tersebut identik dan hanya berbeda ukurannya. Reaksi sintesa amoniak yang dibantu katalis dapat dituliskan sebagai berikut : N2 + 3H2
2NH3 + Q
Titik kesetimbangan dari reaksi ini sedemikian rupa bahwa pada kondisi operasi yang diusulkan, kadar ammonia dalam gas keluar reaktor kira-kira 15% mol. Gas yang tidak terkonversi dikembalikan ke reaktor untuk mendapatkan produksi maksimal. Kondisi yang mempengaruhi reaksi di converter yaitu : a. Temperatur Sebagai akibat dari perubahan temperatur terhadap reaksi sintesa amoniak adalah dua kali lipat karena mempengaruhi derajat kesetimbangan maupun kecepatan reaksi. Karena reaksi sintesa eksotermis, kenaikan temperatur akan menurunkan derajat kesetimbangan dari ammonia dan pada waktu yang sama mempercepat reaksi. Hal ini berarti bahwa pada kondisi jauh dari kesetimbangan, kenaikan akan menuju konversi yang lebih tinggi, sedangkan untuk sistem sintesa yang memberikan konversi dekat dengan kesetimbangan kenaikan temperatur akan menuju pada konversi yang lebih rendah. Efisiensi selalu berubah sebanding dengan temperatur jika perubahan aktivitas katalis tidak diperhitungkan. Efisiensi konversi didefinisikan sebagai perbandingan persentase NH3 sebenarnya di dalam gas yang keluar dari converter dengan persentase NH3 yang mungkin secara teoritis pada kondisi tersebut.
108 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
Gambar 4.1. Pengaruh quenching pada garis operasi konversi amoniak
b. Tekanan Karena sintesa amoniak disertai dengan berkurangnya volume (penurunan jumlah molekul), derajat kesetimbangan amoniak akan naik apabila tekanan naik. Pada saat yang bersamaan kecepatan reaksi dipercepat oleh kenaikan tekanan, karena itu konversi akan bertambah baik pada tekanan yang lebih tinggi. c. Space velocity Jika jumlah gas proses semakin bertambah (space velocity yang lebih besar dalam converter) reaksi sintesa mempunyai waktu yang lebih sedikit untuk berlangsung dan menghasilkan kadar amoniak (pada gas keluar converter) yang tidak setinggi dibandingkan apabila gas mengalir, melalui katalis lebih lambat. Akan tetapi pengurangan dari hasil jauh lebih sedikit dari kenaikan space velocity. Kenaikan produksi ammonia disebabkan karena lebih banyak gas yang masuk ke dearah reaksi mempunyai pengaruh yang lebih besar daripada tendensi pengurangan produksi disebabkan karena reaksi yang kurang sempurna (residence time yang rendah). Karena itu pada keadaan normal atau pengurangan operasi, kenaikan jumlah gas masuk converter (pada kondisi - kondisi lainnya yang tetap) akan
109 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
memberikan kenaikan produksi. Metode yang biasa untuk merubah space velocity yaitu dengan mengubah jumlah gas recycle (sirkulasi). Dengan menambah sirkulasi temperatur di katalis pada bed akan turun disebabkan oleh turunnnya konversi per ; tekanan akan turun disebabkan karena total produksi amoniak bertambah. Sirkulasi ditambah dengan menutup MIC-34. Sirkulasi maksimum dicapai jika MIC-34 tertutup rapat. d. Perbandingan H2 dan N2 Gas sintesa yang segar (make up, tidak termasuk recycle) yang menuju ke seksi sintesa harus mempunyai perbandingan H2 terhadap N2 kira-kira 3,0 : 1,0. Hal ini demikian karena pembentukan amoniak berasal dari H 2 dan N2 dengan perbandingan 3,0 : 1,0. e. Gas – gas inert Pengeluaran gas-gas inert secara kontinyu harus dijaga melaui pipa header yang masuk ke kompresor recycle dikirim ke sistem purge gas. Aliran purge gas diperlukan untuk mengontrol konsentrasi CH4 dan gas-gas inert lainnya agar tidak menjadi tinggi di daerah sintesa karena akan mengakibatkan penurunan konversi, kenaikan tekanan dan mengurangi kapasitas produksi. f. Kecepatan gas sintesa Dengan hanya menaikkan kecepatan gas sintesa yang segar (make up) menghasilkan amoniak yang lebih banyak dan mengakibatkan hal-hal tersebut di bawah ini terhadap kondisis-kondisi di atas: 1)
Tekanan sistem alarm naik
2) Temperatur katalis bed akan naik 3) Kadar gas inert akan naik 4) Perbandingan gas H2 dan N2 akan berubah Sebaliknya pengurangan gas sintesa akan memberikan efek yang berlawanan. Dibawah kondisi operasi normal, rate gas sintesa ditentukan oleh permintaan produksi. Penambahan dari gas umpan ke daerah sintesa biasanya didapat dengan menaikkan rate produksi di daerah pembuatan gas sintesa.
110 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
Gambar 4.2. Pengaruh kondisi operasi terhadap kesetimbangan NH3 Jenis katalis yang digunakan memiliki pengaruh terhadap laju reaksi.
Aktivitas dan selektivitas katalis mempengaruhi laju reaksi dan juga besarnya konversi yang bisa dicapai. Untuk katalis dengan active material yang sama, promoter memiliki pengaruh terhadap aktivitas dan selektivitas katalis. Untuk katalis Fe berpromotor yang umum digunakan pada reaktor sintesis amonia, beberapa promotor katalis yang bisa dipakai, beserta pengaruhnya terhadap reaksi ditunjukan oleh Tabel 4.1. Tabel 4.1. Pengaruh jenis promotor pada katalis Fe
Jenis Promotor
%amoniak P = 30 atm
P = 100 atm
1,01% Al2O3
5,02
9,00
0.35% K2O + 0.84% Al2O3
5,82
13,60
0,61% ZrO2
4,88
7,72
0.96% K2O + 2,76% ZrO2
5,43
12,63
0,51% SiO2
4,67
7,49
0,57% K2O + 0,75% SiO2
5,33
10,90
111 Universitas Sriwijaya Laporan Kerja Praktek Unit Operasi PUSRI - II Periode 1 Desember 2014 – 15 Januari 2015
4.3. Data dan Perhitungan Perhitungan konversi: Berdasarkan data aktual tanggal 27-11-2014 0:00 Komponen Ar N2 CH4 H2 NH3 Basis perhitungan: 100 mol Mula-mula Komponen (mol) Ar 2.18 N2 21.74 CH4 10.16 H2 63.45 NH3 2.47 Total 100
Inlet Outlet 105-D 105-D (%mol) (%mol) 2.18 2.67 21.74 19.07 10.16 11.53 63.45 50.41 2.47 16.32 Bereaksi (mol) 0 -1/3x 0 -x +2/3x -2/3x
Setimbang (mol) 2.18 21.74 - 1/3x 10.16 63.45 – x 2.47 + 2/3x 100 - 2/3x
Basis %mol output H2 aktual= 50.41% Basis %mol output NH3 aktual= 6.32%
Tabel 4.2. Data Analisa Laboratorium Inlet 105-D
Waktu 11/27/2014 0:00 11/27/2014 7:00 11/28/2014 0:00 11/28/2014 7:00 11/29/2014 0:00 11/29/2014 7:00 11/30/2014 0:00 11/30/2014 7:00 11/30/2014 15:00 12/1/2014 0:00 12/1/2014 7:00 12/1/2014 15:00 12/2/2014 0:00 12/2/2014 7:00 12/2/2014 15:00 12/3/2014 0:00 12/3/2014 7:00 12/3/2014 15:00 12/4/2014 0:00
Inlet 105-D, %mol Ar N2 CH4 2.18 21.74 10.16 2.07 21.24 9.76 2.10 20.97 10.69 2.11 21.73 10.51 2.10 22.18 10.41 2.06 19.97 10.37 2.13 21.86 10.48 2.21 21.21 10.81 2.07 21.05 10.34 2.02 21.00 9.84 2.08 19.60 10.18 2.13 20.00 10.18 2.18 21.43 9.93 2.12 22.54 9.50 2.10 20.62 9.60 2.15 22.26 10.07 2.08 21.68 9.89 2.14 20.68 10.13 2.08 22.24 9.67
H2 63.45 64.13 63.58 62.80 62.78 65.13 63.53 63.63 64.33 64.98 65.60 65.37 64.19 62.57 65.46 63.22 64.03 64.78 63.61
NH3 2.47 2.80 2.66 2.85 2.53 2.47 2.00 2.14 2.21 2.16 2.54 2.32 2.27 3.27 2.22 2.30 2.32 2.27 2.40
Tabel 4.3. Data Analisa Laboratorium Outlet 105-D
Waktu 11/27/2014 0:00 11/27/2014 7:00 11/28/2014 0:00 11/28/2014 7:00 11/29/2014 0:00 11/29/2014 7:00 11/30/2014 0:00 11/30/2014 7:00 11/30/2014 15:00 12/1/2014 0:00 12/1/2014 7:00 12/1/2014 15:00 12/2/2014 0:00 12/2/2014 7:00
Outlet 105-D, %mol Ar N2 CH4 2.67 19.07 11.53 2.44 18.15 11.44 2.71 18.94 12.16 2.47 18.71 12.26 2.45 18.96 11.88 2.41 16.59 11.90 2.51 18.31 12.13 2.63 18.15 12.49 2.46 18.10 12.00 2.41 18.11 11.51 2.48 16.49 11.93 2.50 16.93 11.83 2.59 18.60 11.62 2.47 19.82 11.30
H2 50.41 51.83 50.01 50.26 50.33 52.72 51.32 50.93 51.71 52.26 53.47 53.11 51.46 50.78
NH3 16.32 16.14 16.18 16.30 16.38 16.38 15.73 15.80 15.73 15.71 15.63 15.63 15.73 15.63
12/2/2014 15:00
2.48
53.00
15.57
17.68
11.27
12/3/2014 0:00 12/3/2014 7:00 12/3/2014 15:00 12/4/2014 0:00
2.56 2.47 2.55 2.44
19.50 19.05 17.71 19.43
11.80 11.58 11.84 11.19
50.47 51.47 52.41 51.21
15.67 15.43 15.49 15.73
Tabel 4.4. Konversi H2 dan NH3
Waktu 11/27/2014 0:00 11/27/2014 7:00 11/28/2014 0:00 11/28/2014 7:00 11/29/2014 0:00 11/29/2014 7:00 11/30/2014 0:00 11/30/2014 7:00 11/30/2014 15:00 12/1/2014 0:00 12/1/2014 7:00 12/1/2014 15:00 12/2/2014 0:00 12/2/2014 7:00 12/2/2014 15:00 12/3/2014 0:00 12/3/2014 7:00 12/3/2014 15:00 12/4/2014 0:00
%H2 30.95 29.31 32.02 30.03 29.85 29.38 29.21 30.22 29.94 30.04 28.73 29.04 30.19 28.49 29.43 30.39 29.86 29.35 29.60
%NH3 28.15 26.87 27.45 27.62 28.43 27.53 28.01 27.81 27.24 27.03 25.89 26.41 27.18 25.63 26.47 27.43 26.61 26.51 27.16
4.4. Pembahasan Pada studi kasus ini, pengamatan difokuskan pada parameter yang menyebabkan penurunan konversi pada ammonia converter. Pada pengamatan diperlukan data konversi untuk menghitung jumlah persen konversi reaksi dalam ammonia converter menggunakan perhitungan dengan basis mol. Data diperoleh dari kondisi operasi Ammonia Plant Pusri-II dan analisa komponen dari Laboratorium Control Pusri-II. Melalui hasil perhitungan data, didapat konversi reaksi secara perhitungan aktual selama 8 hari cenderung turun. Berikut ini merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi penurunan konversi reaksi yang terjadi pada ammonia converter Pusri-II yaitu : 1. Temperatur
Gambar 4.3. Grafik Perubahan Temperatur Per Bed 105-DA
Ditinjau dari perubahan temperatur per bed pada ammonia converter 105DA, temperatur tiap bed (bed I, bed II, dan bed III) mengalami peningkatan yang mengindikasi bahwa terjadi reaksi eksotermis pada masing-masing bed. Maka peningkatan temperatur pada masing-masing bed di ammonia converter 105-DA ini bukan merupakan penyebab turunnya konversi.
Gambar 4.4. Grafik Perubahan Temperatur Per Bed 105-DB
Ditinjau dari perubahan temperatur per bed pada ammonia converter 105DB, temperatur pada bed I mengalami penurunan sedangkan pada bed II dan III mengalami peningkatan. Perubahan temperatur pada bed I diindikasi merupakan parameter yang menyebabkan menurunnya konversi pada ammonia converter Pusri II. Turunnya temperatur pada bed I mengindikasi bahwa terjadi penurunan kinerja pada katalis bed I ammonia converter 105-DB. Penurunan kinerja ini kemungkinan dapat disebabkan akibat tersumbatnya pori-pori katalis oleh carryover oli yang terikut pada fluida gas saat kompresi gas di 103-J dan oleh adanya deaktivasi pada katalis di bed I ammonia converter 105-DB. 2. Tekanan
Gambar 4.5. Grafik Pressure Drop Pada Ammonia Converter
Ditinjau dari pressure drop pada ammonia converter 105-DA dan 105-DB, pressure drop mengalami peningkatan. Semakin banyak flow feed yang masuk ke dalam reaktor maka pressure drop akan semakin meningkat, begitu pula sebaliknya. Namun bila pressure drop mengalami peningkatan secara tiba-tiba atau drastis, hal ini diduga kemungkinan telah terjadi deaktivasi katalis yang akan menyebabkan penurunan konversi pada reaktor. Pada data aktual, pressure drop tidak mengalami peningkatan secara drastis namun secara bertahap sehingga pressure drop tidak menjadi parameter yang menyebabkan penurunan konversi.
Gambar 4.6. Grafik Tekanan Loop
Ditinjau dari tekanan loop pada proses looping feed gas, tekanan mengalami peningkatan. Tekanan loop yang meningkat pada sistem loop secara teoritis akan menyebabkan konversi reaksi pada ammonia converter semakin meningkat. Hal ini tidak terjadi pada kondisi aktual ammonia converter Pusri II dimana konversi justru mengalami penurunan pada saat tekanan loop meningkat. Pada reaksi pembentukan amoniak, peningkatan tekanan akan cenderung untuk meningkatkan konversi pada ammonia converter. Maka, peningkatan tekanan loop tidak menjadi parameter yang menyebabkan penurunan konversi. 3. Gas Inert
Gambar 4.7. Grafik Jumlah Gas Inert
Peningkatan jumlah gas inert mengindikasikan bahwa jumlah gas yang dipurge semakin sedikit. Jumlah gas inert pada sistem dikontrol secara kontinyu dengan cara mengirim sebagian gas menuju sistem purge gas untuk mengurangi gas inert dalam sistem loop. Dampak yang dihasilkan secara teoritis terhadap konversi adalah semakin banyak jumlah inert di dalam sistem loop akan mengakibatkan konversi semakin menurun dan sebaliknya. Ditinjau dari grafik, jumlah gas inert pada sistem loop cenderung mengalami penurunan. Maka, jumlah gas inert bukan menjadi parameter yang menyebabkan menurunnya konversi pada ammonia converter. 4. Ratio H2/N2 Perubahan pada rasio H2/N2 baik mengalami peningkatan atau penurunan
akan berdampak pada perubahan konversi di ammonia converter. Gas sintesa yang menuju ke reaksi sintesa akan dikontrol sehingga mempunyai perbandingan H2 terhadap N2 kira-kira 3,0 : 1,0. Nilai range ratio H2/N2 optimum adalah 2,8 3,2. Perbandingan rasio antara H2 dan N2 dapat dikontrol dengan mengatur jumlah udara tie-in, LP H2 dan H2 dari PGRU. Ditinjau dari grafik, perubahan rasio H 2/N2 tidak mengalami perubahan dan cenderung konstan. Maka, ratio antara H2/N2 bukan menjadi parameter yang menyebabkan menurunnya konversi pada ammonia converter.
Gambar 4.8. Grafik Ratio H2/N2
5. Space Velocity
Gambar 4.9. Grafik Space Velocity Peningkatan gas proses yang masuk ke dalam ammonia converter dan peningkatan tekanan proses dan looping akan meningkatkan kecepatan dari gas didalam ammonia converter (space velocity). Peningkatan kecepatan gas ini akan menurunkan waktu tinggal (residence time) reaktan didalam reaktor. Menurunnya waktu tinggal reaktan didalam reaktor akan menyebabkan berkurangnya waktu reaktan didalam reaktor untuk bereaksi membentuk amoniak. Namun penurunan konversi akibat peningkatan space velocity dibanding banyaknya jumlah gas proses yang masuk akan memberikan pengaruh space velocity yang sangat kecil, sehingga penurunan konversi akibat peningkatan space velocity dapat diabaikan. Langkah-langkah yang memungkinkan untuk mengoptimalisasi kinerja ammonia converter (105-D) antara lain: 1. Temperatur Secara simulasi kenaikan temperatur sebesar 1oC pada ammonia converter akan menurunkan konversi hidrogen sebesar lebih dari 0.0086% dan temperatur produk (oulet ammonia converter) meningkat sebesar 0.923oC pada tekanan dan komposisi umpan konstan. Sehingga untuk mengoptimalkan kinerja dari ammonia converter dapat dilakukan dengan melakukan penurunan temperatur umpan dengan pertimbangan penurunan temperatur umpan tidak melebihi range temperatur converter design sekitar 400-480oC.
2. Tekanan Secara simulasi peningkatan tekanan umpan pada ammonia converter akan meningkatkan konversi secara keseluruhan pada ammonia converter, peningkatan tekanan 1 bar akan meningkatkan konversi N2 sebesar 0.063% dan diikuti dengan peningkatan pada temperatur produk ammonia converter sebesar 0.65oC pada temperatur dan komposisi inlet konstan. Sehingga untuk meningkatkan konversi dapat dilakukan dengan meningkatkan tekanan dalam converter dengan pertimbangan tekanan tidak melebihi tekanan range design 130-140 kg/cm2. 4.5. Kesimpulan dan Saran 4.5.1. Kesimpulan 1. Konversi reaksi pada ammonia converter mengalami penurunan dari tanggal 27 November 2014 hingga 3 Desember 2014. 2. Penurunan konversi dipengaruhi oleh beberapa parameter diantaranya adalah temperatur, tekanan, perbandingan H2/N2, jumlah gas inert serta space velocity. 3. Dari beberapa parameter tersebut terdapat satu parameter yang memungkinkan terjadinya penurunan konversi ammonia converter pada tanggal 27 November 2014 hingga 3 Desember 2014 yakni penurunan perubahan temperatur pada bed I di ammonia converter 105-DB. 4.5.2. Saran 1.
Perlunya
dilakukan
penurunan
temperatur
umpan
untuk
meningkatkan konversi dalam ammonia converter dengan peningkatan sebesar 0.0086%/oC. 2.
Perlunya dilakukan peningkatan tekanan loop pada sistem untuk meningkatkan konversi N2 dalam ammonia converter dengan peningkatan sebesar 0.063%/bar.
3.
Perlu dilakukan evaluasi terhadap kinerja katalis pada tiap bed di ammonia converter.
Related Documents 171j1w
Bab Iv - Tugas Khusus 244c4z
April 2020 19
Bab Iv Tugas Khusus Conveyor 635c2z
April 2020 24
Bab Iv Tugas Khusus (fixed) s695j
June 2020 3
Bab I-bab Iv 536511
November 2019 50
Bab Iv 386a39
August 2020 0
Bab Iv 386a39
July 2020 0More Documents from "NessaSelvianyLee" 4p264s