1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Industri Pupuk

Pupuk adalah semua bahan yang ditambahkan pada tanah dengan

maksud untuk memperbaiki sifat fisis, kimia dan biologis. Sebagai tempat

tumbuhnya tanaman, tanah harus subur, yaitu memiliki sifat fisis, kimia, dan

biologi yang baik. Sifat fisis menyangkut kegemburan, porositas, dan daya

serap. Sifat kimia mennyangkut pH serta ketersedian unsure - unsur hara.

Sedangkan sifat biologis menyangkut kehidupan mikroorganisme dalam tanah.

Seperti makhluk hidup yang lain, tumbuhan memerlukan nutrisi baik zat

organik maupun zat anorganik. Nutrisi organik diperoleh melalui proses

fotosintesis, sedangkan nutrisi anorganik semuanya diperoleh melalui akar dari

dalam tanah dalam bentuk zat-zat terlarut berupa kation dan anion yang

mampu masuk ke dalam pembuluh xilem akar. Tumbuhan memiliki zat-zat

penyusun yang sangat penting bagi kelangsungan hidupnya. Kekurangan unsur-

unsur hara tersebut dapat mengakibatkan pertumbuhan tanaman secara

keseluruhan akan terganggu atau tidak sempurna. Oleh karena itu digunakan

pupuk untuk menambahkan unsur-unsur yang diperlukan bagi tumbuhan untuk

dapat tumbuh subur.

Pupuk mengganti komponen kimia yang diambil dari tanah oleh tanaman

yang tumbuh. Pupuk sangat menunjang dalam bidang pertanian. Seiring dengan

kebutuhan akan pupuk meningkat, dikembangkan industri pupuk untuk

meningkatkan produktivitas pupuk. Industri pupuk sangat penting dalam upaya

pencapaian ketahanan pangan nasional.

2

1.2 Sejarah Industri Pupuk

Tabel 1.2 Sejarah Industri Pupuk

Tahun Keterangan

1730 Charles Townshend Viscount (1674-1738) Dia pertama

kali meneliti efek meningkatkan rotasi tanaman sistem

yang digunakan di Flanders diamati dalam 4 tahap. Untuk

melakukan ini, dia mendapat julukan Lobak Townshend.

1842 Sir Jhon Bannet Lawes telah mencoba melakukan

eksperimen terhadap tanaman dan memupuk kebunnya di

Harpenden dan telah mampu memproduksi pupuk-pupuk

super phospat yang diperoleh dari bebatuan dan fosil

hewani. Dia memperkerjakan Sir Joseph Henry Gilbert

yang belajar dari Liebig dari universitas Giessen sebagai

direktur penelitian. Hingga saat ini pusat penelitian

Rotham Sted telah meneliti dampak dari pemakaian pupuk

organic dan anorganik terhadap hasil panen.

1900 Pada awal abad kedua puluh, Nobel Prize dimenangkan

oleh ahli kimia  Carl Bosch dari  IG Farben dan Fritz

Haber yang telah mengembangkan sebuah proses yang

memungkinkan nitrogen dapat disintesa secara murah

menjadi ammonia, selanjutnya dioksidasi menjadi nitrat

dan nitrit.

1927 Erlinng Johnson telah mengembangkan metode industry

untuk memproduksi nitro phospat yang juga dikenal

sebagai proses Odda. Proses ini melibatkan batu phospat

dengan asam nitrat untuk menghasilkan asam pospat dan

kalsium nitrat dan dapat digunakan sebagai pupuk nitrogen

3

( Urea).

Di Indonesia, pupuk organik sudah lama dikenal para petani. Penduduk

Indonesia sudah mengenal pupuk organik sebelum diterapkannya revolusi hijau di

Indonesia pada tahun 1960-an. Sedangkan pupuk hayati dikenal para petani sejak

proyek intensifikasi kedelai pada tahun 1980-an. Pupuk organik adalah nama

kolektif untuk semua jenis bahan organik asal tanaman dan hewan yang dapat

dirombak menjadi hara tersedia bagi tanaman. Sedangkan pupuk hayati

merupakan inokulan berbahan aktif organisme hidup yang berfungsi untuk

menambah hara tertentu atau memfasilitasi tersedianya hara dalam tanah bagi

tanaman.

Setelah revolusi hijau, kebanyakan petani lebih suka menggunakan pupuk

buatan karena praktis menggunakannya karena jumlahnya jauh lebih sedikit dari

pupuk organik, harganyapun relatif murah, dan mudah diperoleh. Kebanyakan

petani sudah sangat tergantung pada pupuk buatan, sehingga dapat berdampak

negatif terhadap perkembangan produksi pertanian. Tumbuhnya kesadaran para

petani akan dampak negatif penggunaan pupuk buatan dan sarana pertanian

modern lainnya terhadap lingkungan telah membuat mereka beralih dari pertanian

konvensional ke pertanian organik. Pertanian organik hanya mengandalkan

kebutuhan hara melalui pupuk organik dan masukan-masukan alami lainnya.

Penggunaan pupuk hayati untuk membantu tanaman memperbaiki nutrisinya.

1.3 Pabrik Industri Pupuk di Indonesia

1. PT. PETROKIMIA GRESIK

Berdiri 31 Mei 1975, produk utama PT Petrokimia Gresik adalah pupuk

Urea, SP-36, ZA, NPK, Phonska, DAP, ZK dan kimia lainnya. Kapasitas

produksi per tahun 445.000 ton Amonia, 460.000 ton urea, 650.000 ton ZA,

300.000 ton Phonska, SP 36 1.000.000 ton , 22 5.000 ton DAP, 160.000 ton

NPK “Kebomas” dan 10.000 ton ZK. Perusahaan yang berada di bawah

Petrokimia Gresik adalah PT. Petrosida Gresik, PT. Petrocentral, PT.

4

Petronika, PT. Petrowidada, PT. Kawasan Industri Gresik, PT. Puspetindo dan

PT. Petrokimia Kayaku. (www.petrokimia-gresik.com)

(Gambar 1. Logo PT. PETROKIMIA GRESIK)

2. PT. PUPUK SRIWIDJAJA

Didirikan pada tanggal 24 Desember 1959 dengan kegiatan usaha produksi

dan pemasaran pupuk serta industri kimia lainnya. Kapasitas

produksi per tahun pupuk urea sebanyak 2.262.000 ton dan 1.499.000 ton

amonia. Beberapa anak perusahaan yang berada di bawahnya menghasilkan

melamin, fabrikasi peralatan pabrik serta bisnis hotel dan apartemen. Anak

perusahaan tersebut adalah PT. Sri MelaminRejeki, PT. Slipi Sri Indopuri dan

PT. Puspetindo. (www.pusri.co.id)

(Gambar 2. Logo PT. PUSRI)

3. PT. PUPUK KUJANG

Perusahaan ini diresmikan pada tanggal 9 Juni 1975 di Dawuan,

Cikampek, dengan bidang usaha industri pupuk urea dan industri kimia

lainnya. Memiliki dua unit pabrik pupuk urea dengan kapasitas terpasang

5

1.156.000 ton/tahun dan 713.000 ton/tahun amonia. Anak perusahaan PT.

Pupuk Kujang adalah PT. Sintas Kurama Perdana, PT. Kujang Sud Chemie

Catalyst, PT. Peroksida Indonesia Pratama, PT. Multi Nitrotama Kimia dan

PT. Kawasan Kujang Cikampek. (www.pupuk-kujang.co.id)

(Gambar 3. Logo PT. PUPUK KUJANG)

4. PT. PUPUK KALTIM

PT Pupuk Kalimantan Timur beroperasi sejak tanggal7 Desember 1977 di

Bontang, Kalimantan Timur, dengan bidang usaha industri pupuk urea dan

kimia lainnya. Pada tahun 2006, kapasitas terpasang per tahun produksi

pupuk urea sebanyak 2.980.000 ton dan 1.848.000 ton amonia.Perusahaan ini

memiliki beberapa anak perusahaan, yaitu PT Kaltim Industrial Estate, PT

DSM Kaltim Melamin, PT Rekayasa Industri dan PT Kaltim Sahid

Baritosodakimia. (www.pupukkaltim.com)

(Gambar 4. Logo PT. PUPUK KALTIM)

6

5. PT. PUPUK ISKANDAR MUDA

Produsen pupuk urea dan kimia lainnya ini didirikan pada 24 Februari

1982 di Lhokseumawe, Nangroe Aceh Darussalam. Kapasitas terpasang PIM-

1 dan PIM-2 per tahun adalah 1.170.000 ton urea dan 762.000

amonia. Perusahaan ini mempunyai satu anak perusahaan, yakni PT. Ima

Persada. (www.pim.co.id)

(Gambar 5. Logo PT. PUPUK ISKANDAR MUDA)

Tabel 1.3 Daftar Pabrik Pupuk di Indonesia

Nama LokasiKapasitas Produksi

(Ton/tahun)

PT. Pupuk

Sriwijaya

Palembang pupuk urea sebanyak

2.262.000 ton dan

1.499.000 ton amonia.

PT. Pupuk

Kalimantan Timur

Kalimantan

Timur

pupuk urea sebanyak

2.980.000 ton dan 1.848.000

ton amonia

PT. Pupuk Iskandar

Muda.

Aceh 1.170.000 ton urea dan

762.000 amonia.

PT. Pupuk Kujang Jawa Barat Pupuk urea

1.156.000 ton/tahun dan

713.000 ton/tahun amonia

7

PT. Petrokimia

Gresik

Jawa Timur 445.000 ton Amonia, 460.000

ton urea, 650.000 ton ZA,

300.000 ton Phonska, SP 36

1.000.000 ton , 22 5.000 ton

DAP, 160.000 ton NPK

“Kebomas” dan 10.000 ton ZK

Gambar 1.3 Pupuk Indonesia

8

BAB II

PEMILIHAN PROSES

2.1 Jenis-jenis Proses Pembuatan Industri Pupuk

Proses Pembuatan Amonia

A.     Proses Haber – Bosch yang termodifikasi

Industri yang menggunakan proses ini adalah Nitrogen

Engineering Coorporation. Konsentrasi ammonia sirkulasi sekitar 10 – 14

% mol. Penurunan konsentrasi dilakukan dengan kondensasi pada

kesetimbangan pada tempratur keluaran kondensor. Ammonia yang

terkondensasi dipisahkan dari sirkulasi dan gas dinaikkan tekanannya

dengan kompresor sirkulasi untuk memenuhi pressure drop pada loop.

B.     Proses Claude

Proses Claude merupakan proses pertama yang menggunakan

tekanan operasi tinggi, yaitu 1000 atm dengan tempratur 500 – 650 oC dan

katalis besi oksida sehingga menghasilkan konversi ammonia 40 %,

konversi hidrogen 30 – 40 % tanpa recycle pada proses awal. Proses

Claude menggunakan hidrogen murni yang berasal dari fraksinasi gas

oven coke dan nitrogen dari liquefaksi udara.

C.     Proses Casale

Proses ini bereaksi pada tekanan antara 500 – 600 atm, sedangkan

untuk meresirkulasi gas di sekitar sintesis loop menggunakan proses yang

sama dengan proses Haber. Seperti pada proses Claude, tekanan tinggi

akan menghasilkan pendinginan ammonia pada tempratur yang dapat

dikontrol melalui air pendingin. Basis pengendalian panas katalis ini

adalah dengan membuang 2 -3 % ammonia di dalam gas konverter,

melalui penurunan laju pembentukkan amonia dan menghilangkan panas

berlebih yang terdapat dalam katalis.

 

9

D.     Proses Fauser

Proses ini menggunakan hidrogen hasil elektrolisis dengan sel

Fauser dan nitrogen dari unit udara cair atau unit pemurnian tail

gases yang berasal dari menara absorbsi didalam ammonia oxidation

plant. Campuran hidrogen dan nitrogen dikompresi hingga tekanan 200 –

300 atm dan setelah melewati pemisahan minyak (oil separator) akan

menuju ke pembakar oksigen (oxygen burner).

Didalam Pembakaran Oksigen, setiap oksigen yang terkandung

dalam campuran gas dicampur dengan hidrogen melalui katalis tembaga.

Sehingga air yang terbentuk dikondensasi melalui pendingin dan

dikeluarkan melalui unit pemisah air (water separator).

E.      Proses Mont Cenis

Proses ini pada awalnya dikembangkan untuk menggunakan

hidrogen yang dipisahkan dari cake oven gas melaluiliquefaction. Ciri

Utama dari Proses Mont Cenis ini adlah tekanan operasinya kurang lebih

100 atm dan temperatur katalis mencapai 400 oC.

Campuran nitrogen dan hidrogen setelah ditekan hingga 100 atm

lalu dipanaskan pada temperatur 300 oC dalam interchanger dan

dilewatkan melalui unit pemurnian tersebut. Karbon monoksida dan

oksigen yang terkandung dalam jumlah kecil pada gas ketika dikontakan

dengankatalis nikel bereaksi dengan hidrogen dan membentuk gas metana

serta air.

F.      Proses Kellog

Proses Kellog merupakan proses pembuatan ammonia

menggunakan bahan baku gas alam dengan tekanan yang relatif rendah.

Pada langkah pertama reaksi yang dilangsungkan adalah

pembentukkan hidrogen dari senyawa hidrokarbon dan steam pada

primary reformer. Gas yang keluar diharapkan mempunyai tempratur

484 oC dengan tekanan 36,8 Kg/cm2 yang siap dimasukkan ke dalam tube

– tube di seksi radiant. Pada primary reformer terdapat 9 buah header yang

10

masing – masing terdiri dari 42 tube katalis. Katalis yang dipakai adalah

NiO dengan reaksi:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)  DH= 49,3 kkal/mol

CO(g) + H20(g)                 O2(g) + H2(g)       DH= -9,8 kkal/mol 

Gas kemudian dikirim ke secondary reformer. Fungsi

dari secondary reformer adalah sebagai tempat berlangsungnya

reaksi reforming. Reaksi yang terjadi sama dengan reaksi yang terjadi

pada primary reformer, tetapi panas yang diperlukan diperoleh dari

pembakaran langsung dengan udara didalam reaktor. Gas dan udara

dicampur dalam mixing zone, dimana terjadi reaksi pembakaran sebagai

berikut:

CH4 (g) + O2 (g) CO2(g) + 2H2O(g) DH=-191.73 kkal/mol

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O                      DH=-57.58 kkal/mol

Untuk memproduksi urea, diperlukan bahan baku NH3 dan CO2.

Oleh karena itu, gas CO yang ada perlu diubah menjadi CO2. Fungsi shift

converter adalah sebagai tempat terjadinya konversi CO menjadi CO2.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

CO(g) + H2O(g) O2(g) + H2(g) DH=-98 kkal/mol 

Unit ini berfungsi sebagi tempat untuk memepersiapkan bahan

baku sebelum masuk ke ammonia converter, yang berupa gas N2 dan

H2 sehingga gas-gas lain yang ada harus dipisahkan dahulu. Gas CO2 yang

diperlukan dalam pembuatan urea diambil dengan cara diserap

menggunakan larutan penyerap,  kemudian dilepaskan kembali sehingga

diperoleh gas CO2 yang siap untuk umpan reaktor sintesis urea. Gas CO

dan CO2 sisa dapat menyebabkan rusaknya katalis di ammonia converter,

oleh karena itu perlu diubah menjadi CH4 yang tidak meracuni katalis.

11

Proses Pembuatan Urea

A. Proses Sekali Lewat (Once Through Process)

Pada proses ini, ammonia yang tidak terkonversi (tidak beraksi

dengan CO2) dinetralkan dengan asam, misalnya asam nitra, untuk

membuat garam ammonium nitrat, sebagai hasil samping dari produksi

urea. Karbamat yang tidak terdekmomposisi di konversi menjadi gas

NH3 dan CO2 dengan menggunakan panas yng dihasilkan reaktor sintesis

dengan tekanan rendah. Gas NH3 dan CO2 dipisahkan dari larutan urea dan

diutilisasi untuk memproduksi garam ammonia lewat absorbsi NH3 dengan

larutan nitrat atau sulfat sebagai absorben. Proses ini cukup sederhana.

Kelemahan metode ini yaitu terbentuknya produk samping yang sangat

besar (garam ammonium) dan konversi CO2 yang kecil yang dapat dicapai.

B. Proses Lewat – Berulang (Conventional Recycle Process)

Gas NH3 dan CO2diambil dari campuran keluaran reaktor sintesis

urea di bagian dekomposisi bartahap dengan tekanan yang divariasikan

didalam air dan didaur ulang kembali ke reaktor lain untk membentuk

larutan ammonia dari ammonium karbamat. Dari beberapa proses ini,

terdapat dua proses lama yang masih tetap digunakan, yaitu:

UTI (Urea Technologies Inc.)

Ammonia, Recycle  Carbamat dan 60%

CO2 sebagai feed dimasukkan melalui bagian atas reaktor

dengan tekanan 210 bar. Amonium carbamat terbentuk di

dalam reaktor yang dilengkapi dengan coil dan keluar lewat

bagian bawah dengan aliran yang berputar. Bahan yang

keluar reaktor didinginkan kemudian gas dilepaskan dan

masuk dekomposer. Sebelum masuk dekomposer, gas ini

dicampurkan dengan 40% CO2 didalam separator dan

diembunkan dalam heat recovery. Gabungan dari gas

tersebut diembunkan kembali sehingga terbentuk aliran

12

carbamat recycle. Larutan karbamat hasil evaporasi

mempunyai konsentrasi 86-88% sebelum kemudian di

granulasi pada proses prilling. Proses UTI hanya digunakan

pada skala kecil dan medium.

Proses konvensional Mitsui Toatsu Co. (MTC) dan Toyo

Engineering Co (TEC)

Pada proses total recycle seluruh ammonia dan

CO2 yang tidak terkonversi dikembalikan lagi ke reaktor.

Proses ini bergantung pada suplai NH3 dan CO2.

Berdasarkan prinsip recyclenya, proses total recycle

dapat dibagi menjadi 5 yaitu:

Hot Gas Mixture Recycle

Pada proses ini campuran karbondioksida, ammonia,

dan air ditekan dalam beberapa tahap hingga mencapai 20-

130 atm, kemudian dikondensasikan dan dikembalikan ke

reaktor.

Separated Gas Recycle

Pada proses ini karbondioksida dipisahkan dari

ammonia dan ditekan secara terpisah sebelum dikembalikan

ke reaktor. Keuntungan proses ini adalah konversinya tidak

berkurang karena air tidak ikut di recycle dan dapat

menghindari masalah korosi

Slurry Recycle

Proses ini jarang dilakukan karena sulit dalam

merecovery energi dan mahalnya biaya untuk make up. Pada

proses ini ammonia dan karbondioksida dipisahkan dari

larutan urea yang keluar dari reaktor kemudian

dikondensasikan agar terbentuk amonium karbamat. Kristal

ini dipompakan dari reaktor dalam bentuk suspensi minyak.

Carbamat Solution Recycle

13

Proses ini melibatkan dekomposisi carbamat pada 2

atau 3 tahap penurunan tekanan. Pada tiap tahap, gas yang

dilepaskan (karbondioksida dan amonia) diabsorpsi oleh

larutan hasil kondensasi tahap sebelumnya dan larutan yang

dihasilkan dikembalikan ke reaktor.

Stripping

Perbedaan mendasar proses ini dengan keempat

proses lainnya yaitu dengan cara merecovery amonium

carbamat yang tidak terkonversi dari larutan urea yang

keluar reaktor. Pada proses ini larutan karbamat di stripping

dari larutan urea pada tekanan yang sama dengan tekanan

reaktor. Gas hasil stripping dikondensasikan dan

dikembalikan ke reaktor.

C. Interval Carbamat recycle urea process

Karbamat yang tidak bereaksi dan amonia berlebih dilucuti dari

aliran keluar reaktor sintesa urea melalui gas panas CO2 atau NH3 pada

tekanan reaktor dan dikondensasikan kembali ke reaktor melalui aliran

yang menggunakan gaya gravitasi untuk recovery. Pengeluaran reaktor

dan recycle amonium carbamat pada umumnya berupa larutan dengan

konsentrasi 70-75% lb mol dan diproses lebih lanjut menjadi padatan.

Terdapat 2 cara untuk mengubah urea menjadi padatan, yaitu:

Evaporasi

Evaporasi air dilakukan pada tekanan vakum, atau

dengan tekanan rendah menggunakan udara panas sebagai

pengering atau atmosferic air sweep evaporation dengan

penurunan tekanan dan pemanasan steam, maka cairan akan

terpisah dari uap. Tetapi hal ini akan mempercepat

pembentukan biuret yang rata-rata mencapai 0,4 % lb mol.

Proses evaporasi ini hanya digunakan pada proses

pembuatan urea untuk fertilizer

14

Kristalisasi

Hasil dari aliran ini lebih murni dan lebih bagus

untuk keperluan industri. 75 % larutan urea diumpankan

ke vacum crystalizer, beroperasi pada 72,5 mmHg absolut

dan 60oC, uap air dikondensasikan dengan pendingin vakum

slurry yang keluar dari dasar crystalizer mengandung 30 %

kristal urea diumpankan ke centrifuge sehingga kristal urea

terpisah dan dicuci dengan air lalu dikeringkan, kemudian

dinaikkan ke prilling tower dan dilelehkan. Lelehan urea ini

mengandung 0,3 % biuret dan 0,2 % moisture. Lelehan urea

didistribusikan kebawah prilling tower dan berupa butiran

seragam yang dikirim ke unit pengantongan. Sedangkan

urea yang mempunyai ukuran yang lebih besar dari yang

diinginkan di recycle dengan cara melarutkan

dalam dissolving tank untuk direcycle ke mother liquor tank.

D. Proses Stamicarbon CO2 – stripping

Proses ini, tekanan oprimum pada reaktor adalah 140 bar, dan ratio

molar NH3 : CO2 adalah 3 : 1. Karbamat yang tidak terdekomposisi pada

reaktor akan terdekomposisikan pada stripper, menghasilkan amonia dan

karbon dioksida. Aksi pelucutan (stripping) dipengaruhi adanya kontak

antara karbon dioksida dan urea. Proses ini menggunakan kalor

pembentukan karbamat untuk menjalankan reaksi dekomposisi yang

endotermik, dengan sisa untuk membangkitkan uap. Ammonia cair dan

karbon dioksida gas, dan bahan daur ulang bertemu pada reaktor

penukaran kalor pada tekanan 140 Mpa dan suhu 170oC sampai 190oC,

sehingga membentuk karbamat.

E. ACES Process

15

ACES (Advanced Process for Cost and Energy Saving)

dikembangkan oleh Toyo Engineering Co. Komponennya terdiri atas

reaktor, stripper, dua karbamat kondensor paralel dan scrubber (semuanya

beroprasi pada tekanan 175 bar)

Reaktor beroprasi pada suhu 190oC dan ratio stoikiometri NH3 :

CO4 adalah 4 : 1. Ammonia cari langsung diumpankan ke reaktor,

sedangkan CO2 dimasukan setelah dikompres terlebih dahulu. Campuran

hasil reaktor, yang mengandung urea, ammonium karbamat yang tidak

terkonversi, kelebihan ammonia, dan air, diumpakan ke stripper.

Tabel 2.1 Jenis-Jenis Proses pupuk urea

16

2.2 Perbandingan Proses Pembuatan Industri Pupuk Urea

Tabel 2.2 Perbandingan proses pembuatan pupuk urea

Jenis Proses Keunggulan dan kelemahan proses

Conventional Process

Once Trough Process

Proses sederhana

Garam ammonia yang terbentuk dalam

jumlah besar sebagai produk samping

Konversi karbon dioksida rendah

Kebutuhan energi tinggi

Polusi lingkungan tinggi

Conventional Process -

Conventional Recycle

Process

Konversi CO2 tinggi

Biaya produksi tinggi

Kebutuhan energi tinggi

Polusi lingkungan tinggi

Stamicarbon CO2 –

Stripping process

Urea yang dihasilkan cukup tinggi

Kemurnian produk tinggi

Biaya produksi tinggi

Biaya energy tinggi

17

Snamprogertti ammonia Konsumsi tekanan uap rendah

Biaya produksi tinggi

Biaya energi tinggi

ACES process Biaya produksi rendah

Pemulihan energi yang tinggi

Rendah polusi

Efecient tinggi

BAB III

18

BAHAN BAKU DAN PRODUK

3.1 Sifat fisik dan kimia bahan baku dan penunjang

Bahan Baku

1. Bahan baku pembuatan amonia

Natural Gas / Gas alam

Uap air

2. Bahan baku pembuatan urea

Amonia (NH3)

Karbon dioksida (CO2)

Bahan Penunjang

1. Bahan penunjang pembuatan amonia

ZnO : Adsorben pada proses desulfurisasi

Ni : Kalatis pada Primary Reformer

Cobalt-Molidbenium : Katalis pada reforming process dan proses

sintesis H2 dan O2

Fe2O3 dan Cr2O3 : Katalis pada proses HTS (high temprature shift

converter)

CuO dan H2O3 : Katalis pada proses LTS (low temprature shift

converter)

K2CO3 : larutan benfield

Fe2O3 : Katalis pada Amonia Converter Process

2. Bahan penunjang pembuatan urea

H2O

Recycle Karbamat : sisa dari proses resirkulasi tekanan medium

dan rendah

Mother Liquor : Adsorben

GAS ALAM

19

Komponen utama dalam gas alam adalah metana (CH4), yang

merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam

juga mengandung molekul-molekul hidrokarbon yang lebih berat

seperti etana (C2H6), propana (C3H8) dan butana (C4H10), selain juga gas-

gas yang mengandung sulfur (belerang).

Metana adalah gas rumah kaca yang dapat

menciptakan pemanasan global ketika terlepas ke atmosfer, dan umumnya

dianggap sebagai polutan ketimbang sumber energi yang berguna.

Meskipun begitu, metana di atmosfer bereaksi dengan ozon,

memproduksi karbon dioksida dan air, sehingga efek rumah kaca dari

metana yang terlepas ke udara relatif hanya berlangsung sesaat. Sumber

metana yang berasal dari makhluk hidup kebanyakan berasal dari rayap,

ternak (mamalia) dan pertanian (diperkirakan kadar emisinya sekitar 15,

75 dan 100 juta ton per tahun secara berturut-turut). Metana dapat

ditemukan di ladang minyak, ladang gas Bumi dan juga tambang batu

bara. 

Tabel 1. Komponen gas alam

Komponen %

Metana (CH4) 80-95

Etana (C2H6) 5-15

Propana (C3H8) and Butana (C4H10) < 5

Pemanfaatan gas alam di Indonesia dimulai pada tahun 1960-an

dimana produksi gas alam dari ladang gas alam PT Stanvac Indonesia di

Pendopo, Sumatera Selatan dikirim melalui pipa gas ke pabrik pupuk Pusri

IA, PT Pupuk Sriwidjaja di Palembang. 

Salah satu daerah penghasil gas alam terbesar di Indonesia

adalah Aceh. Sumber gas alam yang terdapat di daerah Kota

Lhokseumawe dikelola oleh PT Arun NGL Company. Gas alam telah

20

diproduksikan sejak tahun 1979 dan diekspor keJepang dan Korea Selatan.

Selain itu di Krueng Geukuh, Nanggröe Aceh Barôh (kabupaten Aceh

Utara) juga terdapat PT Pupuk Iskandar Muda pabrik pupuk urea, dengan

bahan baku dari gas alam.

AMONIA (NH3)

Tabel 2. Sifat fisik dan kimia ammonia

Amonia

Umum

Nama sistematis AmoniaAzana[1]

Nama lain

Hidrogen nitridaspiritus HartshornNitrosilVaporol [2]

Rumus molekul NH3

Massa molar 17.0306 g/mol[1]

Penampilan Gas tak berwarnaberbau tajam

Nomor CAS [7664-41-7]

Sifat-sifat

Massa jenis and fase 0.6942 g/L, gas.[3]

Kelarutan dalam air 89.9 g/100 ml pada 0 °C.

Titik lebur -77.73 °C (195.42 K)

Temperatur autosulutan 651 °C

Titik didih -33.34 °C (239.81 K)

Keasaman (pKa) 9.25

Kebasaan (pKb) 4.75

Struktur

21

Bentuk molekul piramida segitiga

Momen dipol 1.42 D

Sudut ikatan 107.5°

Bahaya

Bahaya utama berbahaya, kaustik, korosif

NFPA 704 130

Flash point Tidak ada[4]

Pernyataan R/SR: R10, R23, R34, R50S: (S1/2), S16, S36/37/39,S45, S61

Angka RTECS BO0875000

KARBON DIOKSIDA (CO2)

Karbon dioksida dihasilkan oleh semua hewan, tumbuh-tumbuhan,

fungi, dan mikroorganisme pada proses respirasi dan digunakan oleh

tumbuhan pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, karbon dioksida

merupakan komponen penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga

dihasilkan dari hasil samping pembakaran bahan bakar fosil. Karbon

dioksida anorganikdikeluarkan dari gunung berapi dan

proses geotermal lainnya seperti padamata air panas.

22

Tabel 3. Sifat fisik dan kimia karbon dioksida

Karbon dioksida

Nama IUPAC[sembunyikan]

Karbon dioksida

Nama lain[sembunyikan]

Gas asam karbonat; karbonat anhidrida; es

kering (bentuk padat); zat asam arang

Identifikasi

Nomor CAS [124-38-9]

PubChem 280

Nomor EINECS 204-696-9

Nomor RTECS FF6400000

SMILES C(=O)=O

InChI 1/CO2/c2-1-3

Sifat

Rumus molekul CO2

Massa molar 44,0095(14) g/mol

Penampilan gas tidak berwarna

Densitas 1.600 g/L (padat)

23

1,98 g/L (gas)

Titik lebur −57 °C (216 K)(di bawah tekanan)

Titik didih −78 °C (195 K)(menyublim)

Kelarutan dalam air 1,45 g/L

Keasaman (pKa) 6,35 dan 10,33

Viskositas 0,07 cP pada −78 °C

Momen dipol Nol

Struktur

Bentuk molekul linear

3.2 Sifat fisik dan kimia produk

Gambar 3.2 Pupuk Urea

Sifat Fisik Pupuk Urea

Bentuk : Kristal

Warna : Putih

Senyawaan : Anorganik

24

Kelarutan : Cepat

Higrokopis : Higorkopis

Grade pupuk: (46-0-0)

Sifat Kimia Pupuk Urea

Rumus Kimia : Co(NH2)2

Kadar Hara : 46%

Sifat Fisiologis : Asam

Spesifikasi Pupuk Urea

Kadar air maksimal 0,50%

Kadar biuret maksimal 1%

Kadar nitrogen minimal 46%

Bentuk butiran tidak berdebu

Warna putih

BAB IV

25

URAIAN PROSES

4.1 Proses Persiapan Bahan Baku

Pada proses pembuatan pupuk urea, bahan baku yang di perlukan adalah Amonia (NH3) dan Karbondioksida (CO2). Kedua bahan tersebut diperoleh dari proses pembuatan amonia. Amonia diperoleh dari persenyawaan antara gas Hidrogen dan gas Nitrogen. Gas hidrogen didapatkan dari gas alam (khususnya metana) yang telah melewati beragam proses. Gas Nirogen didapatkan dari udara.

4.2 Proses Pembuatan Amonia

Pada proses pembuatan Amoniak (NH3) dan Gas alam melalui beberapa

tahapan ialah sebagai berikut :

Rumus molekul amoniak adalah NH3. Terlihat amoniak terbentuk dari

gugus N dan H yang masing-masing dapat diperoleh dari H2 (Hidogen) dan N2

(Nitrogen). H2 adalah salah satu komponen gas synthesa yang diperoleh dari

pemrosesan gas alam yang mengandung 80 – 95 % CH4 (Metan), sedang N2

diperoleh dari udara yang mengandung 79% N2 dan 21% O2.

Secara umum digambarkan dalam diagram berikut

Proses pembuatan amonia

Gas Alam

NH3

CO2

26

Gambar 4.2 Diagram umum proses pembuatan ammonia

1. Desulfurisasi

Gas alam pada umumnya mengandung sulfur dalam bentuk H2S / Sulfur

Anorganik dan Sulfur Organik seperti mercaptan yang rumus molekulnya RS.

Kadar sulfur anorganiknya di dalam gas alam yang diterima industri pupuk

adalah relatif kecil yaitu berkisar 0,18 -0.3 ppm sedang sulfur organiknya

relatif tidak ada.

Kadar sulfur dalam gas alam yang diijinkan untuk memasuki Primary

Reformer maksimum adalah 0,1 ppm. Untuk menyerap sulfur dari gas yang

dari gas alam digunakan ZnO sebagai adsorbent, reaksinya sebagai berikut :

27

Keberhasilan adsorbsi sulfur anorganik praktis diadsorbsi pada temperatur

yang lebih rendah (200-250oC) dibandingkan dengan sulfur organik (250-

400oC).

Pada proses pengolahan Gas Alam, proses ini terdapat beberapa

tahapan yaitu pengolahan natural gas (CH4 , C2H6 , C3H8 , C4H10 dan H2S)

masuk ke tangki Preheater yang mana pada proses ini dilakukan

pemenasan awal. Kemudian, dari preheater dimasukan ke dalam tangki

Desulfurizer yang berfungsi untuk mereduksi (menghilangkan) sulfur yang

ikut bercampur pada gas alam. Sulfur dihilangkan diawal proses karena

sulfur sendiri dapat mengganggu proses pembuatan amoniak dan

merupakan zat yag dapat merusak alat-alat pada proses karena sulfur

bersifat asam. Yang mana asam sendiri dapat menyebabkan korosi pada

perpipaan dan tangki yang terbuat dari logam tanpa lapisan steinless steel.

Gas alam yang keluar dari proses Desulfurizer ialah CH4 , C2H6 , C3H8 dan

C4H10.

Kondisi operasi di Desulfurisasi:

Pressure : 35-40 kg/cm2G

Temperature Inlet : 350-400oC

Temperature Outlet : 330-380oC

Gas Alam :CH4

C2H6

C3H8

C4H10

H2SCH4

C2H6

C3H8

C4H10

CH4C2H6C3H8C4H10H2

COCH4C2H6 C3H8C4H10

28

2. Primary Reformer

Ke dalam Primary Reformer dimasukan Steam bersama gas alam

yang keluar dari Desulfurisasi. Sebelum bertemu katalis yang berada

dalam tube yang dipanasi secara radiasi oleh burner-burner (seperti burner

pada kompor gas), campuran steam dan gas terlebih dahulu dipanasi

hingga temperatur reaksi 530-650oC. Hal ini sesuai dengan jenis reaksinya

yang endotermis. Disamping reaksi reforming, reaksi shift juga terjadi di

Primary Reformer seperti pada reaksi berikut :

Untuk menjamin bahwa reaksi berjalan sesempurna mungkin rasio

steam terhadap carbon yang ada dalam gas alam (S/C) dijaga sekitar 3,1-4

(mol/mol)

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 dimasukan kedalam tungku

29

furnace. Terlihat pada gambar disamping sebelum masuk ke dalam vassel

campuran gas alam dan steam mengalami pemanasan awal pada pipa yang

berada sebelum masuk kedalam tangki reaksi, kemudian dimasukan

kedalam tangki untuk dilakukan perekasian gas alam dan steam.

Kondisi operasi Primary Reformer

Pressure : 35 – 40 kg/cm2G

Temperature Inlet : 530 – 650oC

Temperature Outlet : 770 – 811oC

Kadar CH4 Outle : 9 – 16 % berat

Kadar CO Outlet : 8 – 9 % berat

Kadar H2 Outlet : 65 – 70 % berat

3. Scondary Reformer

Pada dasarnya Scondary Reformer berfunggsi untuk

menyempurnakan reaksi reforming yang telah terjadi di Primery

Reforming. Kalau Primery Reformer sumber panas untuk reaksi reforming

yang endotermis disuplay oleh burner-burner yang memberikan panasnya

secara radiasi, maka sumber panas di Scondary Reformer disuplay oleh

udara yang dimasukkan ke Scondary Reformer menggunakan kompresor

udara.

Reaksi pembakaran O2 dari udara dengan H2 hasil reaksi

reforming di Primary Reformer :

O2 + H2 à H2O + Panas ( exothermic)

Akan menghasilkan panas yang akan dipakai oleh reaksi reforming

Scondary Reformer. Campuran hasil reaksi di Scondery Reformer ini

akan menyisakan N2 yang praktis tidak/belum bereaksi dengan H2 dan

campuran gas lainnya. N2 akan bereaksi dengan H2 nantinya di Converter

Amoniak setelah menjalani berbagai proses pemurnian berikutnya.

H2COCH4C2H6 C3H8C4H10

N2& O2

Seksi Oksidasi partial

Seksi Reforming

30

Pada proses secondary reformer yaitu proses selanjutnya setelah

proses primary reformer yang mana pada proses ini bertujuan untuk

menghilangkan kandungan hidrokarbon. Pereduksian 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 pada oksidasi ini akan mereksikan

semua hidrokarbon dengan oksigen dan menghasilkan karbon dioksida dan

air . Berbeda pada bagian seksi reforming akan terjadi rekasi antara

methan 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

Gas:H2 >>>N2>>>CO >>>CO2<<<H2O <<<

Gas:H2>>>N2>>>CO2>>>H2O<<<CO<<<

HTS

LTS

31

- H2 + ½ O2 → H2O

- CO + ½ O2 → CO2

Seksi Reforming :

- CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2

Kondisi rekasi 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 :

- H2 >>> - CO2<<<

- N2 >>> - H2O <<<

- CO >>>

Kondisi operasi di Scondary Reformer :

- Pressure : 35-40 kg/cm2G

- Temperature Inlet : 520-560oC

- Temperature Outlet : 950-1050oC

- CH4 Outlet : 0,2-1,0 % berat

- CO Outlet : 10-13 % berat

- H2 Outlet : 54-56 % berat

Shift converter

32

Pada proses shift converter ini akan memproses gas hasil keluaran

dari secondary reformer yang mana akan bertujuan untuk mengubah gas

CO CO2 yang kemudian nantinya akan dipisahkan pada proses

selanjutnya. Pada proses ini terdapat 2 proses yang berbeda yaitu HTS

(high temprature shift converter) dan LTS (low temprature shift

converter). Pada gambar disamping 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 pada LTS

reaksi berlansung 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 oC – 450 oC

P = 30 atm

Katalis : Fe2O3 , Cr2O3

Reaksi pada LTS :

CO + H2O ↔ CO2 + H2

Kondisi berlangsungnya reaksi : T = 250 oC

P = 25 atm

Katalis : CuO , N2O3

Dari hasil reaksi diatas pada HTS dan LTS sama-sama mengubah

gas CO menjadi CO2 sehingga 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

CO2removal.

33

Sehingga gas yang keluar dari proses shift converter yaitu :

- H2 >>> - H2O <<<

- N2>>> - CO <<<

- CO2>>>

Kondisi operasi HTS :

Pressure : 35-40 kg/cm2G

Temperature Inlat : 340-380oC

Temperature Outlet : 420 – 440oC

CO Inlet : 12-14,5 % berat

CO Outlet : 2,5-4,5 % berat.

Kondisi operasi LTS :

Pressure : 35-40 kg/cm2G

Temperature Inlet : 190-210oC

Temperature Outlet : 220-240oC

CO Inlet : 2,5-4,5 % berat

CO Outlet : 0,2-0,4 % berat

CO2 Outlet : 16-18 % berat

H2>>> CO2>>>CO<<<N2>>> H2O<<<

H2CON2

CO2Stippper

34

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)

larutan benfield : K2CO3

Pada proses kali ini kita menggunakan larutan benfield dengan

reaksi yang terjadi yaitu sbb:

Dari reaksi diatas terlihat gas CO2 yang direaksikan dengan larutan

benfield dan air akan membentuk senyawa kalium bikarbonat. Dengan

kata lain senyawa inlet yang masuk ke CO2 absorber akan berikatan

35

dengan larutan benfielddan air sehingga membentuk senyawa baru

danterpisah dari gas H2 , N2 dan CO.

Pada gambar, setelah terbentuk senyawa KHCO3maka akan

diumpan ke dalam kolom CO2 Stipper, 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 dikelurakan 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.

Penyerapan CO2 di menara Absorber berlangsung dengan kondisi :

Pressure : 27-35 kg/cm2G

Temperatur Gas Inlet : 100-130 oC

Temperatur Gas Outlet : 65-70 oC

Temperature Larutan Karbonat inlet

Ke Top menara : 65-70 oC

Ke Middle Menara : 115-117 oC

CO2 Inlet : 16-18 % berat

CO2 Outlet : 0,04-0,1 % berat.

Sebagian besar K2CO3 dalam larutan Karbonat yang telah banyak

menyerap CO2 (Rich Solution) berubah menjadi KHCO3 seperti terlihat

pada reaksi no. 5. Selanjutnya KHCO3 ini harus kembali diubah menjadi

K2CO3 agar bisa disirkulasikan ke Absorber untuk menyerap CO2.Hal ini

dilakukan di Menara Regenerator dan reaksi yang tejadi adalah

Dari Absorber yang bertekanan 27-35 kg/cm2G larutan Karbonat

(Rich Solution) dikirim ke regenarator yang tekanan operasinya 0,4-0,8

kg/cm2G. Penurunan pressure yang cukup besar ini akan menggeser

Gas :H2N2CO

Gas :H2N2CH4H2O

36

kesetimbangan reaksi no. 6 ke kanan atau ke arah pelepasan CO2 dan

pembentuan K2CO3.

Di samping dengan penurunan tekanan, pelepasan CO2 dari larutan

karbonat (Rich Solution) juga dibantu dengan pemberian panas yang

disuplay dari steam yang masuk dan dibangkitkan di Reboiler-reboiler

yang terletak di bagian bawah Regenator.

Kondisi operasi Regenarator :

Pressure : 0,4-0,8 kg/cm2G

Temberature Bottom : 120-130 oC

Larutan Karbonat yang telah bebas CO2 (Lean Solution) ini

kemudian dikirim kembali ke Absorber, sedangkan CO2 yang keluar dari

Regenarator dikirim ke Pabrik Urea.

3. Metanasi

Setelah keluar dari CO2 Removal gas synthesa masih mengandung 0,3 % CO dan 0,1 % CO2 yang harus dikurangi lagi kadarnya hingga total CO+CO2 maksimum 10 ppm. Pada dasarnya reaksi metanasi yang terjadi adalah kebalikan dari reaksi reforming, seperti reaksi berikut

37

Pada proses ini akan mengubah gas CO menjadi methana,

yang mana tujuan dari penguabahan CO yaitu untuk mencegah terjadinya

reaksi antara katalis yang digunakan saat mensitesis N2 dan H2 pada proses

sintesis amonia nantinya. Dengan kata lain CO bila bertemu dengan katalis

(Fe) pada proses produksi amonia maka mereka akan bereaksi sehingga

menghambat pembentukan amonia.

Reaksi yang terjadi pada proses ini yaitu :

CO + 3 H2 ↔ CH4 + H2O

Kondisi reaksi berlangsun pada suhu: 200 oC – 250 oC ,

tekanan : 20 atm dengan bantuan katalis Cobalt-Molibdenium.

Methana (CH4) 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 : N2 , H2 , CH4 , H2O.

Amonia Converter

Dalam proses pembuatan amonia, nantinya akan berlangsung pada

tekanan tinggi, sehingga untuk mencapai tekanan tinggi gas hasil keluaran

methanatorakan diumpankan ke alat synthetic gas compressor, yang

berfungsi untuk menaikkan tekanan. Pada proses pembuatan amonia

nantinya akan berlangsung pada tekanan tinggi yaitu 135 atm. Nah dengan

menggunakan synthetic gas compressor akan dapat mencapai tekanan

tersebut. synthetic gas compressordisusun secara beratahap (stage) yang

mana berfungsi agar kinerja alat untuk menaikan tekanan lebih mudah

N2 , H2 , CH4 , NH3

Gas:N2H2CH4H2O

Gas:N2H2CH4NH3 : 12%

38

dilakukan, dan life time alat juga akan semakin panjang karena kinerjanya

tidak terlalu berat dibandingkan hanya menggunakan synthetic gas

compressorsecara tunggal.

Amonia Converter

Pada proses pembuatan amonia setelah gas keluar dari proses

synthetic gas compressor maka pada proses pertama akan langsung

diumpan ke dalam proses synthesis converters yang mana proses ini akan

mengubah / mensintesis gas N2 dan H2 menjadi amonia dengan reaksi sbb:

N2 + H2 ↔ 2 NH3

Reaksi berlagsung 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(N2 , H2 , CH4 dan NH3) yang

mana sebahagian 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 semakin bertambah, jumlah komponen CH4

yang direcovery dan nantinya akan diumpan ke gas recycle ke pengolahan

(NH3

cair 99%)

39

gas alam harus sama dengan jumlah komponen CH4 yang masuk ke dalam

kolomsynthesis converters. Gas hasil keluaran HRU akan di masukan ke

dalam synthetic gas compressoruntuk menaikan tekanan dan dicampur

dengan dengan fresh gas kemudian diolah kembali ke synthesis

convertersuntuk membentuk NH3.

Untuk proses selanjutnya gas NH3 yang masih bercampur dengan

gas N2 ,H2 , CH4 dan sedikit H2O akan melewati refrigeration section yang

akan mengubah NH3 dan H2O menadi fase cair lalu diumpankan ke kolom

separator yang akan memisahkan fase gas dan fase cairan, sehingga NH3

dan H2O akan terspisah dan keluar menuju storage sedangkan gas N2 , H2

dan 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.

Note : hal yang harus diperhatikan dalam proses pembuatan amonia ialah :

- Konsentrasi fuel gas

- Konsentrasi steam

- Konsentrasi udara

4.2 Proses Pembuatan Pupuk UreaPrinsip Pembuatan Urea

Sintesa urea dapat berlangsung dengan bantuan tekanan tinggi.

Sintesa ini dilaksanakan untuk pertama kalinya oleh BASF pada tahun 1941

dengan bahan baku karbon dioksida (CO2) dan amoniak (NH3).

Sintesa urea berlangsung dalam dua bagian. Selama bagian reaksi

pertama berlangsung, dari amoniak dan karbon dioksida akan terbentuk

amonium karbamat. Reaksi ini bersifat eksoterm.

2NH3 (g) + CO2 (g) NH2COONH4 (s) ΔH = -159,7 kJ

Pada bagian kedua, dari amonium karbamat terbentuk urea dan air.

Reaksi ini bersifat endoterm.

NH2COONH4 (s) NH2CONH2 (aq) + H2O (l) ΔH = 41,43 kJ

Sintesa dapat ditulis menurut persamaan reaksi sebagai berikut:

40

2NH3 (g) + CO2 (g) NH2CONH2 (aq) + H2O (l) ΔH = -118,27 kJ

Kedua bagian reaksi berlangsung dalam fase cair pada interval

temperatur mulai 170-190°C dan pada tekanan 130 sampai 200 bar. Reaksi

keseluruhan adalah eksoterm. Panas reaksi diambil dalam sistem dengan

jalan pembuatan uap air. Bagian reaksi kedua merupakan langkah yang

menentukan kecepatan reaksi dikarenakan reaksi ini berlangsung lebih

lambat dari pada reaksi bagian pertama.

Industri Urea

Bahan baku dalam pembuatan urea adalah gas CO2 dan NH3 cair yang

dipasok dari pabrik amoniak. Proses pembuatan urea dibagi menjadi enam

unit. Unit-unit proses tersebut adalah sintesa unit, purifikasi unit, kristaliser

unit, prilling unit, recovery unit, dan terakhir proses kondesat treatment unit.

Blok diagram proses pembuatan urea di pabrik PT. PUSRI

1. Sintesa Unit

Unit ini merupakan bagian terpenting dari pabrik urea untuk

mensintesa dengan mereaksikan NH3 cair dan gas CO2didalam urea

reactor dan kedalam reaktor ini dimasukkan juga larutan recycle

41

karbamat yang berasal dari bagian recovery. Tekanan operasi proses

sintesa adalah 175 kg/cm2. Hasil sintesa urea dikirim ke bagian

purifikasi untuk dipisahkan ammonium karbamat dan kelebihan

amonianya setelah dilakukan stripping oleh CO2.

2. Purifikasi Unit

Amonium karbamat yang tidak terkonversi dan kelebihan amonia

di unit sintesa diuraikan dan dipisahkan dengan cara penurunan tekanan

dan pemanasan dengan dua langkah penurunan tekanan, yaitu pada 17

kg/cm2 dan 22,2 kg/cm2. Hasil penguraian berupa gas CO2 dan NH3

dikirim ke bagian recovery sedangkan larutan urea dikirim ke bagian

kristaliser.

Ke unit purifikasi

Larutan recycle

CO2 dari pabrik ammonia

Udarapasivasi

Gambar 1. Aliran proses seksi sintesa

udara

udaraGambar 2. Aliran proses seksi dekomposisi/purifikasi

42

3. Kristaliser Unit

Larutan urea dari unit purifikasi dikristalkan di bagian ini secara

vakum kemudian kristal urea dipisahkan di pemutar sentrifugal. Panas

yang diperlukan untuk menguapkan air diambil dari panas sensibel

larutan urea maupun panas kristalisasi urea dan panas yang diambil dari

sirkulasi urea slurry ke HP absorber dari recovery.

4. Prilling Unit

Kristal urea keluaran pemutar sentrifugal dikeringkan sampai

menjadi 99,8 % dari berat dengan udara panas kemudian dikirimkan ke

bagian atas prilling tower untuk dilelehkan dan didistribusikan merata

ke distributor, dan dari distributor dijatuhkan kebawah sambil

didinginkan oleh udara dari bawah dan menghasilkan produk urea

butiran (prill). Produk urea dikirim ke bulk storage dengan belt

conveyor.

Gambar 3. Aliran proses seksi kristalisasi

43

5. Recovery Unit

Gas ammonia dan gas CO2 yang dipisahkan dibagian purifikasi

diambil kembali dengan dua langkah absorbsi dengan

menggunakanmother liquor sebagai absorben kemudian di recycle

kembali ke bagian sintesa.

6. Proses Kondensat Treatment Unit

Uap air yang menguap dan terpisahkan dibagian kristaliser

didinginkan dan dikondensasikan. Sejumlah kecil urea, NH3 dan CO2

kemudian diolah dan dipisahkan di stripper dan hydroliser. Gas CO2

dan gas NH3 dikirim kembali ke bagian purifikasi untuk direcover

sedang air kondensatnya dikirim ke utilitas.

Pabrik utilitas adalah pabrik yang menghasilkan bahan-bahan

pembantu maupun energi yang dibutuhkan oleh pabrik amoniak dan

urea. Produk yang dihasilkan dan diolah dari pabrik utilitas ini antara

Ke pengantongan

steamcondensate

steam

udara

udara

Gambar 4. Aliran proses seksi prilling

Steam condensateSteam

condensate

cw

cw

cw

cw

cwc

wcw c

w

Gambar 5. Aliran diagram unit recovery

44

lain air bersih, air pendingin, air demin, udara pabrik, udara instrumen,

tenaga listrik, dan uap air.

Alat dan Mesin Produksi Pupuk Urea

Peralatan yang digunakan dalam proses produksi pupuk urea, yaitu

1. Seksi Sintesa

Peralatan yang ada pada seksi sintesa antara lain :

Reaktor Sintesa

Reaktor sintesa berfungsi sebagai tempat reaksi antara NH3

dan CO2.

Knock Out Drum

Knock out drum berfungsi untuk menghilangkan partikel-

partikel padat dan tetesan cairan yang mungkin terdapat dalam gas

CO2.

CO2BoosterCompressor

CO2boostercompressorberfungsi untuk menaikan tekanan

gas CO2.

CO2Compressor

CO2compressor berfungsi untuk menaikkan tekanan gas

CO2.

Ammonia Preheater I

Ammonia preheater I berfungsi untuk memanaskan

ammonia dengan hot water sebagai media pemanasnya.

Ammonia Preheater II

45

Ammonia preheater II memanaskan ammonia dengan steam

condensate sebagai media pemanasnya.

Ammonia Condensor

Ammonia condenser berfungsi untuk mengkondensasikan

larutan ammonia.

Ammonia Reservoir

Ammonia reservoir berfungsi untukmenampung ammonia

cair make up dari ammonia plant.

2. Seksi dekomposisi/purifikasi

Peralatan yang ada pada seksi dekomposisi/purifikasi antara lain :

High Pressure Decomposer

High pressure decomposer berfungsi untuk memisahkan

kelebihan NH3 dari campuran reaksi dan mendekomposisi

ammonium karbamat menjadi NH3 dan karbondioksida.

Low Pressure Decomposer

Low pressure decomposer berfungsi untuk

menyempurnakan dekomposisi setelah keluar high pressure

decomposer.

Gas Separator

Gas separator berfungsi untuk memisahkan sisa NH3

dan CO2 yang masih terlarut dalam larutan urea.

Reboiler for High Pressure Decomposer

Reboiler for high pressure decomposer berfungsi untuk

memanaskan larutan dari low pressure decomposer.

Reboiler for Low Pressure Decomposer

Reboiler for low pressure decomposer berfungsi untuk

memanaskan larutan dari low pressure decomposer.

Air Compressor

46

Heat Exchanger for Low Pressure Decomposer

Heat exchanger for low pressure decomposer berfungsi

untuk mendinginkan larutan dari high pressure decomposer

menuju ke low pressure decomposer.

3. Seksi Recovery

Peralatan yang ada pada seksi recovery antara lain :

Off Gas Absorber

Off gas absorber berfungsi untuk menyerap gas NH3

dan CO2 dari gas separator, kemudian dikondensasikan dalam

packed bed bagian bawah oleh larutan recycle yang

didinginkan dalam off gas absorber cooler.

Off Gas Condenser

Off gas condenser berfungsi untuk mendinginkan gas

yang keluar dari gas separator.

Off Gas Absorber Pump

Off gas absorber pump berfungsi untuk memompa

larutan dan mengirimnya ke low pressure absorber.

Off Gas Absorber Recycle Pump

Off gas absorber recycle pump berfungsi untuk

memompa larutan dari off gas absorber dan dikembalikan lagi

ke bagian tengah off gas absorber.

Low Pressure Absorber

High Pressure Absorber Cooler

High pressure absorber cooler berfungsi untuk

mengembalikan lagi larutan karbamat ke reaktor.

High Pressure Absorber

High pressure absorber menyerap CO2 dari high

pressure decomposer oleh ammonia menjadi ammonium

karbamat.

Ammonia Recovery Absorber

47

Ammonia recovery absorber berfungsi untuk

menyerap ammonia dari recycle larutan, lalu mengirimkannya

ke ammonia reservoir.

High Pressure Absorber Pump

High pressure absorber pump berfungsi untuk

memompa larutan dari low pressure absorber ke high

pressure absorber.

Aqua Ammonia Pump

Aqua ammonia pump berfungsi untuk memompa

ammonia dari ammonia recovery absorber ke high pressure

absorber.

4. Seksi Kristalisasi dan Pembutiran

Peralatan pada seksi kristalisasi dan pembutiran antara lain:

Cristalizer

Cristalizer terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian atas

berupa vacum concentrator dengan vacum generator yang

terdiri dari sistem ajektor tingkat satu dan barometrik

kondensor tingkat satu dan dua. Sedangkan bagian bawah

berupa cristalizer dengan agitator.

a. Vacuum concentrator dengan vacuum generator

Vacuum concentrator dengan vacuum generator

berfungsi untuk menguapkan air dari larutan urea.

b. Crystallizer dengan agitator

Crystallizer dengan agitator berfungsi untuk

mengkristalkan urea.

Melter

Melter berfungsi untuk melelehkan kristal-kristal urea.

Dissolving tank I

NH3 = 44 875 kg

48

Dissolving tank I berfungsi sebagai tempat pelarutan

urea oversize.

Dissolving tank II

Dissolving tank II berfungsi sebagai tempat pelarutan

urea oversize.

Neraca Massa

Dalam proses produksi pupuk urea dibutuhkan ammonia (NH3) dan

karbondioksida (CO2). Berdasarkan prosesnya, neraca massa pada proses

produksi pupuk urea terdiri dari seksi sintesa, seksi dekomposisi/purifikasi,

seksi recovery dan seksi kristalisasi dan prilling.

1. Neraca massa pada seksi sintesa

Gambar 6 Neraca massa pada reaktor sintesa (Sholikin R, 2005)

Ke High Pressure DecomposerUrea = 48 639.073 kgNH3 = 30 700.066 kgCO2 = -H2O = 23 713.437 kgBiuret = 269.139 kgKarbamat = 23 957.731 kg

Larutan recycleUrea = 5 630.4 kgNH3 = 20 663.568 kgCO2 = 18 918.144 kgH2O = 10 810.368 kg

Reaktor Sintesa

CO2 = 26 100.446 kg

High Pressure DecomposerDari Reaktor Sintesa :Urea = 48 639.073 kgNH3 = 30 700.066 kgCO2 = -H2O = 23 713.437 kgBiuret = 269.139 kgKarbamat = 23 957.731 kg

Ke Low Pressure decomposerUrea = 48 211.493 kgNH3 = 3 985.493 kgCO2 = 316.849 kgH2O = 20 089.402 kgBiuret = 417.593 kgKarbamat = 7 187.319 kg

Ke High Pressure Absorber CoolerNH3 = 40 012.998 kgCO2 = 3 641.409 kgH2O = 3 407.945 kg

49

2. Neraca massa pada seksi dekomposisi/purifikasi

Gambar 7 Neraca massa pada high pressure decomposer (Sholikin R, 2005)

Dari High Pressure DecomposerNH3 = 5 524.978 kgCO2 = 3 117.599 kgH2O = 2 425.498 kg

Dari Off Gas AbsorberNH3 = 144.424 kgCO2 = 135.485 kgH2O = 933.343 kg

Low Pressure Absorber

Ke High Pressure AbsorberUrea = 3 864.624 kgNH3 = 5 686.808 kgCO2 = 3 626.493 kgH2O = 4 458.283 kgBiuret = 182.529 kg

Ke Off Gas AbsorberH2O = 201.781 kg

Dari Mother Liquor TankUrea = 43 864.624 kgNH3 = 17.406 kgCO2 = 9.409 kgH2O = 1 301.223 kgBiuret = 182.5298 kg

H2O = 181.588 kg

H2O = 201.781 kg

Dari Gas SeparatorNH3 = 899.296 kgCO2 = 219.952 kgH2O = 2 969.321 kg

Off Gas AbsorberKe Low Pressure AbsorberNH3 = 253.088 kgCO2 = 78.109 kgH2O = 1 101.559 kg

50

3. Neraca massa pada seksi recovery

Gambar 8 Neraca massa pada low pressure absorber (Sholikin R, 2005)

Ke Gas SeparatorNH3 = 178.699 kgH2O = 96.088 kg

Dari High Pressure Absorber CoolerNH3 = 92 733 kgH2O = 28 143 kg

Dari Ammonia RecoveryNH3 = 1 579.250 kgH2O = 507.129 kg

Dari Low Pressure AbsorberUrea = 3 864.624 kgNH3 = 5 686.808 kgCO2 = 3 262.493 kgH2O = 4 458.283 kgBiuret = 182.529 kg

High Pressure Absorber

Ke High Pressure Absorber CoolerNH3 = 17 277.165 kgCO2 = 3 262.493 kgH2O = 4 965.412 kgBiuret = 182.529 kg

Ke Ammonia CondenserNH3 = 39 882.241 kg

Dari Gas SeparatorUrea = 47 878.865 kgNH3 = 238.272 kgCO2 = 128.692 kgH2O = 18 803.096 kgBiuret = 519.524 kg

Ke CentrifugeUrea = 47 724.826 kgNH3 = 238.272 kgH2O = 18 803.906 kgCO2 = 128.692 kgBiuret = 519.524 kg

Crystallizer

51

Gambar 9 Neraca massa pada off gas absorber (Sholikin R, 2005)

Gambar 10 Neraca massa pada high pressure absorber (Sholikin R, 2005)

4. Neraca massa pada seksi kristalisasi dan prilling

Ke Low Pressure DecomposerNH3 = 460.817 kgCO2 = 141.847 kgH2O = 2 160.795 kg

Dari CrystallizerUrea = 47 724.826 kgNH3 = 238.272 kgH2O = 18 803.906 kgCO2 = 128.692 kgBiuret = 519.524 kg

Centrifuge

Ke Fluidizing DryerUrea = 40 099.826 kgH2O = 799.800 kgBiuret = 7.299 kg

52

Gambar 11 Neraca massa pada crystallizer (sumber : Riadhus Sholikin, 2005)

Gambar 12 Neraca massa pada centrifuge (Sholikin R, 2005)

4.4 Proses Penanganan Produk (Packing)

Urea yang sudah dalam bentuk prill dibawa ke gudang atau storage dengan

menggunakan bell conveyer untuk di packing. Satu karung pupuk urea diisi 10

Kg, 20 Kg, 50 Kg, hingga 100 Kg pupuk urea. Setelah di packing urea siap di

distribusi.

Ke Mother Liquor TankUrea = 47 724.826 kgNH3 = 238.272 kgH2O = 18 033.296 kgCO2 = 128.520 kgBiuret = 512.225 kg

53

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Pupuk adalah zat yang terdiri dari satu atau lebih unsur kimia yang sangat

dibutuhkan oleh tanaman untuk pertumbuhan serta dapat meningkatkan

produktivitas maupun kualitas hasil tanaman

Charles Townshend Viscount (1674-1738)Dia pertama kali meneliti efek

meningkatkan rotasi tanaman sistem yang digunakan di Flanders diamati

dalam 4 tahap.

Pabrik pupuk terbesar di Indonesia adalah PT. Petrokimia Gresik dengan

kapasitas produksi pertahun yaitu 445.000 ton Amonia, 460.000 ton urea,

650.000 ton ZA, 300.000 ton Phonska, SP 36 1.000.000 ton , 22 5.000 ton

DAP, 160.000 ton NPK “Kebomas” dan 10.000 ton ZK

Amonia didapatkan dari gas alam yang mengandung 90% Metana yang

proses sehingga menghasilkan NH3 dari pengubahan gas Nitrogen (N2)

dengan gas hidrogen (H2)

Pupuk urea berbahan baku gas CO2 dan NH3 cair yang dipasok dari pabrik

amoniak

Proses pembuatan amonia umumnya menggunakan process Haber-Bosch

Proses pembuatan pupuk urea umumnya menggunakan Proses

Konvensional Mitsui Toatsu Co. (MTC) dari Toyo Engineering Co. (TEC)

54

yang prosesnya terdiri dari sintesa unit, purifikasi unit, kristaliser unit,

prilling unit, recovery unit, dan proses kondensasi treatment unit

5.2 Saran

Bagi para pembaca untuk tidak menjadikan paper ini sebagai bahan acuan

dalam menuliskan paper lain yang sejenis, karena lebih baik mengambil

sumber dari media cetak (teks book)

Bagi teman-teman kelas mata kuliah PIK I untuk sama-sama berdiskusi

mengenai hal-hal yang masih belum jelas tentang isi dari paper ini

Bagi dosen mata kuliah PIK I untuk terus member bimbingan agar

kedepannya penulisan paper ini lebih baik lagi, baik dari segi materi dan

bahasanya. Diharapkan kepada dosen pembimbing dapat mengajak kami

untuk mengunjungi pabrik pupuk urea di Lhoksemawe, yaitu Pabrik

Pupuk Iskandar Muda (PIM)

55

DAFTAR PUSTAKA

https://nunulasa.wordpress.com/2011/03/09/pengetahuan-tentang-proses-

pembuatan-pupuk/

https://www.scribd.com/doc/251570885/Proses-Pembuatan-Amonia

https://www.scribd.com/doc/108686136/Bahan-Baku-Pembuatan-Pupuk-

Urea-Adalah-Amoniak-Dan-Karbondioksida

http://pupuk-indonesia.com/id/

https://www.scribd.com/doc/134789943/Makalah-PIK-Pembuatan-Urea

https://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alam

https://id.wikipedia.org/wiki/Amonia

http://cahayacinta7.blogspot.co.id/2011/02/unit-proses-urea-unit-urea-

memproduksi.html

http://edowartblogspotscom.blogspot.co.id/2011/09/industri-pupuk-di-

indonesia.html

Bella Prima Octavia. “Industri Pupuk Urea”

http://idpupuk.blogspot.co.id/2012/11/industri-pupuk-urea.html

http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._KIMIA/196802161994022-

SOJA_SITI_FATIMAH/Kimia_industri/INDUSTRI_PUPUK.pdf

56

LAMPIRAN 1FLOWSHEET PABRIK

57

58

LAMPIRAN 2DIAGRAM

A. Diagram Alir Amonia

B. Diagram Alir Pupuk Urea

59