Proses Kellogg

PROSES KELLOG Melia Stefani T / 5203010003

Calista / 5203010004 Ezra Ariella W / 5203010021 Reinard Dona T / 5203010028 Felicia Salim / 5203010032 Rossiana Dwiki L / 5203010034 Mario Ariesta M / 5203010047

KELLOGG PROSES Sintesis amonia dari gas alam dengan reformasi steam

Proses Kellogg Penyiapan Masukan (Sintesis gas)

i) Desulfurisasi ii)

Reformasi steam primer

iii)

Reformasi steam sekunder

CO2 Removal

i) CO2 removal ii)

Metanasi

Sintesis NH3 dan pemurnian

i) Sintesis NH3 ii)

Proses Recycle

Proses Kellogg membutuhkan energi BUKAN karena REAKSI tetapi untuk membuat STEAM

a. Unit persiapan gas umpan Bahan baku Gas Alam (Metana)     

Kadar CH4 Temperatur Tekanan Kandungan Total Sulfur Berat Molekul

: : : :

85,76% vol : 15,6 - 30ºC 19,3 kg/cm2 25 ppm 19,66

Udara diambil N2 pada tekanan atmosfir 79%

Cont’d Desulfurisasi  Untuk menghilangkan kandungan Sulfur dan klorin yang ada dalam feed gas  Proses ini berjalan pada tekanan 40 kg/cm2 dan suhu 350-400ºC  Sulfur dalam feed gas  diadsorpsi dengan H2O  Bila temperatur di bawah akan terjadi reaksi metanasi yang menyebabkab kenaikan temperatur di Desulfurizer sendiri,  Bila temperatur di atas akan terbentuk karbamat karena ada kandungan NH3 dalam gas H2 recycle dan CO2 dalam gas umpan

B. UNIT PEMBUATAN GAS SINTESA Primary Reforming  Proses pemecahan gas alam dengan steam sehingga terbentuk CO2 dan H2  Proses berjalan pada tekanan 33 kg/cm2 dan suhu 500 - 600ºC  Katalis yang digunakan adalah nikel  % konversi gas metana pada primary reformer  3040%  CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 ∆H0 = 206 kJ.mol-1 CO + H2O ↔ CO2 + H2 ∆H0 = -41 kJ.mol-1

Cont’d Secondary Reforming  Proses pemecahan gas alam dengan steam sehingga terbentuk CO, CO2 dan H2  Proses pada tekanan 33 kg/cm2 dan temperature 827 - 1100ºC dengan katalis nikel  Gas H2 yang terbentuk sebagian dibakar dengan udara menghasilkan gas N2 dan H2O

 % konversi gas metana mencapai 99%  CH4 + H2O  3H2 + CO 2H2 + [O2 + N2]  2H2O + N2

Cont’d Water-gas shift conversion( konversi reaksi CO) • Untuk mengkonversi sisa gas CO (12-15%) dari bagian secondary reformer menghasilkan gas H2 dan H2O. Ada 2 tahapan proses : • HTS ( High Temperature Shift) Mereaksikan CO dan steam menjadi CO2 pada suhu tinggi (351 - 435ºC) dengan tekanan setinggi 33 kg/cm2 dengan katalis Fe CO + H2O Fe CO2 + H2O

• LTS (Low Temperature Shift) Mereaksikan CO dan steam menjadi CO2 pada suhu rendah (203 - 225ºC) dengan tekanan sama dengan HTS, yaitu 33 kg/cm2 dengan katalis Cu CO + H2O Cu CO2 + H2O • Karena tidak semua CO dapat dikonversikan menjadi CO2 di HTS, maka reaksi tersebut disempurnakan di LTS setelah sebelumnya gas proses didinginkan

Cont’d Water-gas shift conversion (pemisahan CO2) • Pada unit ini CO dan CO2 dipisahkan dari gas sintesa, karena CO dan CO2 dapat meracuni katalis ammonia konverter • CO2 merupakan produk samping (side product) dari pabrik ammonia dan digunakan sebagai bahan baku pabrik urea

Unit Pemurnian Gas Sintesa • Absorber

▫ Memisahkan CO2 dari kumpulan gas

• Stripper

▫ Memisahkan antara CO2 dan absorben, contohnya MDEA (Methyl – Diethanol Amine) • Metanator

▫ Untuk mengkonversi CO2 menjadi CH4

Absorber dan Stripping • Gas pada suhu 70°C • CO2 yang keluar pada suhu 48 °C dengan komposisi 0,1 %vol • Proses penyerapan CO2 di absorber dilakukan pada tekanan tinggi dan suhu rendah, sedangkan pada stripping dilakukan pada tekanan rendah dan suhu tinggi.

Metanator • Reaksi :

▫ CO + 3H2 → CH4 + H2O ▫ CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

• Beroperasi pada tekanan 26,7 kg/cm2G dan temperatur 330 °C. Karena panas yang dihasilkan dari reaksi ini, maka temperatur naik menjadi 366 °C. • Absorber dibatasi maksimal 0,1% vol agar tidak terjadi overheating. • Gas hasil keluaran (H2, N2, dan CH4) mempunyai batas kandungan 10ppm.

Unit Sintesa Amonia • Konverter amonia ▫ Mereaksikan H2 dan N2 menjadi NH3

• Separator ▫ Memisahkan cairan NH3 dengan gas CH4 (gas kilat)

Konverter Amonia • Perbandingan H2 dan N2 adalah 3:1. • Ada 2 jenis kompresor yaitu LPC (Low Pressure Case) dan HPC (High Pressure Case). • LPC : ▫ Masuk : suhu 38 °C dan tekanan 24,1 kg/cm2G ▫ Keluar : sehu 67,4 °C dan tekanan 63,4 kg/cm2G

• HPC ▫ Masuk : Gas campuran (H2, N2, dan CH4) bercampur dengan gas recycle dari konverter. Terjadi pada suhu 141 °C dan tekanan 147 kg/cm2G melalui samping.

Con’t • Reaksi : N2 + 3H2 → 2NH3 • Menggunakan katalis Fe (Promoted Iron) dan dioperasikan pada temperatur 480 °C dan tekanan 150 kg/cm2G

e. Unit Pendinginan Ammonia (Ammonia Referigration Unit)

• Proses refrigerasi adalah proses pencairan gas NH3 hasil reaksi. • Dengan terkondensasinya NH3, gas-gas lain keluaran converter ammonia akan terpisah dari NH3 product. • NH3 akan dicairkan pada suhu -33ºC tekanan 0,05 kg/cm2. Sebagian besar NH3 akan mencair. • Untuk memberikan pendinginan pada ammonia diperlukan suatu system pendinginan untuk mengkondensasikan ammonia yang ada dalam gas sintesa, gas buang, serta gas pada interstage kompressor gas sintesa.

f. Unit Daur Ulang Ammonia ( Ammonia Recycle Unit ) • untuk menyerap NH3 yang terkandung didalam gas buang sehingga diperoleh effisiensi produk ammonia yang lebih tinggi • Penyerapan kandungan ammonia yang ada dalam campuran gas buang dilakukan dalam dua packed absorber dengan sirkulasi yang berlawanan arah antara gas-gas dengan air. • Gas-gas yang keluar dari menara absorber dikirim ke primary reformer sebagai bahan bakar. • Kadar NH3 dalam gas yang dikembalikan (recycled) dalam proses sintesis ammonia sebesar 1,34%.

Kondisi Reformasi Steam  Komposisi keluaran 

H 2 + gas Karbon CH 4

= 21 sampai 24 (Volume)

 Katalis : Nikel / Alumina  meningkatkan konversi CH4 pada dilute medium

Con’t • Tujuan : produksi H2 sampai N2 : H2 = 1 : 3 Mengapa? • Bagaimana?

Aspek Termodinamika • Stokiometri reaksi N2 + 3 H2  2 NH3 ∆Ho298 = -92 kJ/mol • ∆HoT = -77,24 – 54,24 T + 0,19 T2 Sehingga ∆Ho500 = -107,8 kJ/mol • Konstanta ekuilibrium

2940 log (Kp) =  6,178 T • Berlaku, Jika salah satu gas Feed limited, maka proses harus bekerja pada tekanan tinggi. Suhu rendah ↓ konversi tinggi  laju rendah

Con’t  Katalis sintesis N2 + 3H2  2 NH3

Fe (magnetit) dan support : Al2O3, K2O, MgO, CaO  Reaksi sangat bergantung pada T,P  Yield NH3 pada setimbang,

Variabel yang mempengaruhi sintesa ammonia Temperatur tekanan, laju alir gas sintesis, perbandingan antara H2 dan N2, jumlah inert serta katalis.  Temperatur Jika suatu sistem berada dalam kesetimbangan, suatu kenaikan temperatur akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke arah zat yang menyerap kalor

Cont’d  Tekanan

Kenaikan tekanan menyebabkan reaksi bergeser ke kanan, tetapi jika tekanan berkurang maka kecepatan tumbukkan molekul berkurang, sehingga kecepatan reaksi menurun.  Laju gas sintesa Kenaikkan laju alir gas akan meningkatkan kecepatan aliran gas melalui katalisator, sehingga mengurangi waktu reaksi.

Cont’d  Perbandingan antara H2 dan N2 Menurut reaksi kesetimbangan pembentukkan ammonia dalam memproduksi 1 mol gas NH3 membentuk ½ mol N2 dan 3/2 mol H2. Perbandingan N2 : H2 = 1 : 3.  Jumlah gas inert

Peningkatan gas inert dari metana dan argon mengakibatkan turunnya produksi pembentukan ammonia. Oleh karena itu, gas inert dibuang dari recycle secara kontinu melalui sistem purge gas.

Cont’d  Katalis

Katalis adalah zat yang dapat mempercepat jalannya reaksi (tidak ikut bereaksi). Peran katalis sebenarnya adalah menurunkan energi aktifasi reaksi.

Thank

YOU For watching us ...