Sistem Refrigerasi Amoniak
Fungsi
utama dari sistem refrigerasi adalah untuk mengondensasi amoniak produk yang
terbentuk. Selain untuk mengondensasi produk amoniak, sistem refrigerasi ini
juga bertujuan untuk mendinginkan purge gas, let down gas , dan gas inert.
Tahap terakhir proses pembuatan amoniak di
Pabrik Amoniak Kaltim 1A ini bertugas menghasilkan amoniak cair dengan
kemurnian tinggi (sesuai dengan persyaratan) dan mengirimnya ke pabrik urea
serta ke bagian penyimpanan amoniak cair. Amoniak cair yang dikirim ke pabrik
Urea mempunyai temperature ± 36oC, sedangkan yang menuju ke
penyimpanan mempunyai temperature ± -33oC. Proses refrigerasi
terdiri proses kompresi, kondensasi, ekspansi, dan evaporasi. Kompresi gas
amoniak terjadi pada kompresor gas amoniak yang terdiri dari tingkat kompresi.
Tekanan gas amoniak yang masuk ke dalam kompresor adalah 0,05 kg/cm2g
1,8 kg/cm2g, dan 6 kg/cm2g. Sedangkan tekanan gas amoniak
keluaran kompressor sebesar 15 kg/cm2g.Selanjutnya gas amoniak yang
telah dikompresi dikondnesasi menjadi amoniak cair di dalam kondensor amoniak
oleh aliran air pendingin.Ekspansi amoniak cair terjadi pada valve-valve yang
terletak pada bagian downstream alat-alat penukar panas.Tahap berikutnya adalah
tahap evaporasi, yaitu tahap dimana aliran amoniak yang telah menjadi cair
dipanaskan sehingga terbentuk kembali uap amoniak.
Panas
yang diperoleh aliran amoniak ini berasal dari aliran amoniak produk
reaktor.Dengan demikian, tahap evaporasi bagi aliran amoniak di seksi
refrigerasi menjadi tahap pendinginan dan kondensasi bagi aliran amoniak produk
reaktor.Alat-alat utama yang terdapat pada sistem refrigerasi adalah empat buah
Chiller (E-0506, E-0508, E-0511, dan
E-0514).Refrigeration Compressor
(K-0411), Amoniak Condenser (E-0510A/B),
dan Amoniak Accumulator (V-0504). Deskripsi proses di unit sistem refigerasi dapat dilihat di gambar berikut :
Uraian Proses
Setelah mengalami berbagai pendinginan dengan
BFW dan cooling water, amoniak masuk ke dalam 1St amoniak chiller,
di alat penukar panas ini cairan amoniak mendinginkan amoniak gas yang keluar
dari unit sintesis amoniak. Akibat penyerapan panas ini, cairan amoniak kembali
menguap sebagian.Uapnya menuju separator (V-0443) untuk selanjutnya mengalami
kompresi di kompresor tingkat ketiga dan kondensasi kembali.Cairan amoniak yang
keluar dari 1St amoniak chiller
mengalir ke 2nd Amoniak Chiller (E-0508).Di alat penukar panas
ini cairan amoniak mendinginkan gas make-up yang masuk ke unit sintesis
amoniak.Akibat penyerapan panas ini, cairan amoniak kembali menguap sebagian.Uapnya
menuju separator (V-0422) untuk selanjutnya mengalami kompresi di kompressor
tingkat kedua dan kondensasi kembali.Cairan amoniak dari chiller mengalir ke
Flash Vessel (V-0501).Di dalam vessel ini juga terbentuk dua fasa amonia.Fasa
gas kembali masuk ke reaktor amoniak, dan fasa cair menuju ke (V-0502), dengan
penurunan tekanan terjadi terbentuk 2 fasa juga pada tangki ini, fasa cair
menuju ke separator (V-0503) dengan diturunkan tekanannya. Fasa gas yang
terbentuk, dengan tekanan ± 0,02 kg/cm2g, langsung mengalir ke
kompressor amoniak tingkat pertama. Sedangkan fasa cairnya menuju unit
penyimpanan amoniak.
Setelah uap amoniak
masuk ke Refrigeration Amoniak Compressor
(K-0441) tiga tingkat untuk dikompresi, dari tekanan ± 5,7 kg/cm2g
menjadi ±18 kg/cm2g. Setelah dikompresi, uap amoniak, dengan
temperature ± 149oC, mengalir ke Amoniak Condenser (I-E-0510 A/B) untuk dikondensasi menjadi amoniak cair.
Temperature aliran hasil kondensasi ini ± 45oC.Selanjutnya amoniak
cair mengalir ke Amoniak Accumulator (V-0504).Dari
sisi amoniak cair menuju Refrigerator
Amoniak Cooler (E-0511).
Peralatan utama yang digunakan di unit synthesis adalah
sebagai berikut :
1. Ammoniak
Converter (R-0501)
Ammoniak Converter
(R-0501) adalah seri S-200 dengan type radial yang terdiri dari dua bed dan
satu buah inter bed exchanger. Bed pertama berisi pereduce katalis (KMIR)
dimana katalis tersebut direduksi selama pembuatan, tetapi bagian luar katalis
(skin) tetap dalam kondisi oksidasi (kandungan O2±2%) agar tetap
stabil diudara.
2. Amoniak
Converter (R-0502)
Ammoniak Converter
(R-0502) adalah seri S-50 yang hanya terdiri dari satu bed tanpa inter bed
exchanger, volume katalis pada R-0502 sebanyak 137,5 M3
3. Start-Up Heater
(H-0501)
Dipakai untuk
menaikkan temperature bed catalyst hingga temperature reaksi ±360oC
dan hanya digunakan pada saat start-up saja.Pemanas yang digunakan adalah fuel
NG yang disupply ke burner dengan pengontrol PIC-0501.
4. Steam Generation Steam Superheated
(E-0500)
Digunakan untuk mendinginkan gas outlet R-0501
untuk menaikkan temperature saturated steam dari V-0201 (steam drum) yang
menuju coil E-0203.
5. Exchanger dan
Cooler
Digunakan untuk
mengambil pas yang terkandung dalam syn gas dalam proses kondensasi.
6. Amoniak
Separator (V-0501)
Berfungsi untuk memisahkan
amoniak yang sudah terbentuk dari amoniak converter yang sebelumnya melewati
beberapa pendinginan/chiller sehingga diharapkan di V-0501 amoniak bisa
terkondensasi. Peralatan ini juga dilengkapi dengan inter clock system. Bila
terjadi high/flow level maka interlock akan aktif.
7. Compressor Gas
Synthesis (K-0431)
Untuk mengkompresi
gas synthesis sampai tekanan operasi 140 kg/cm2g agar dapat
direaksikan di amoniak converter R-0501 dan R-0502, syn gas compressor
digerakkanoleh HP steam yang bertekanan 110 kg/cm2g. Jenis
kompressor K-0431 adalah extraction steam dan condensing steam turbine.
Extraction yang dihasilkan adalah bertekanan 42,5 kg/cm2. Pada
suction 3rd stage dimasukkan sejumlah H2 produk hasil
dari recovery H2 di HRU.
8. Purge Gas
Separator (V-0514)
Berfungsi untuk
mengkondensasikan ammoniak yang terikut pada aliran purge gas dan liquidannya
dimasukkan ke V-0501, sedangkan purge gas dikirim ke ARU/HRU atau fuel pada
system reformer.
9. Water Cooler
(E-0504)
Untuk menurunkan
suhu gas proses keluar converter dengan
menggunakan cooling water sebagai media pendinginnya.
10. Amoniak
Chiller (E-0506, E-0508,E-0511,E-0514)
Sebagai pendingin
gas outlet converter dengan menggunakan amoniak sebagai media pendinginnya.
Amoniak yang menerima panas akan menguap dan kemudian uap amoniak tersebut di
kompresi oleh kompresor NH3 dan didinginkan kembali menjadi amoniak
cair.
11. SG Steam
Superheater (E-0500) dan SG Waste Heat Boiler (E-051)
Dipakai untuk
membuat tekanan tinggi dengan memanfaatkan panas gas outlet converter.
12. Boiler Feed Water Preheater (E-0502)
Untuk memanaskan air umpan Boiler (air
demin) dengan memanfaatkan panas gas proses yang berasal dari outlet WHB.
Normal Operasi dan Besaran Kondisi di Unit Syntesa
Amoniak :
1. Feed gas setelah
keluar dari methanator dengan tekanan 26 kg/cm2g dikompresikan
dengan syn gas compressor sampai pada tekanan 145 kg/cm2g, masuk ke
outlet E-0507 sebagai make up gas.
2. Kandungan CO+CO2
< 10 ppm bereaksi dengan amoniak membentuk amonium karbamat,
dikondensasikan di V-0501 bercampur dengan amoniak produk kemudian di let down
melalui LV-0506 1 atau 2 range ke V-0502.
3. Besarnya jumlah make
up gas adalah sebanding dengan jumlah amoniak yang terkonden di V-0501
4. Sedangkan gas yang
tidak terkonden di V-0501, selanjutnya keluar melalui bagian atas V-0501
disirkulasikan kembali ke converter dengan sirkulator kompresor.
5. Temperature gas
masuk ke converter R-0501 360oC yang bisa diatasi dengan cold shot
TV-0514. Gas-gas tersebut melalui 2 bed catalyst lalu bereaksi menjadi amoniak
secara exotermis. Panas hasil reaksi di R-0501 418oC pada outlet bed
2 digunakan untuk memanasi saturated steam HP steam drum, sedangkan panas
reaksi di R-0502 digunakan untuk memanaskan HP BFW di E-0502.
6. Komposisi gas di
inlet dan outlet converter :
Tabel Komposisi gas di inlet dan outlet converter
R-0501 | R-0502 | ||
Inlet | Outlet | Outlet | |
H2 | 65,91 | 55,18 | 52,52 |
N2 | 21,97 | 18,39 | 17,51 |
Ar | 2,28 | 2,57 | 2,64 |
CH4 | 5,72 | 6,45 | 6,69 |
NH3 | 4,12 | 17,4 | 20,70 |
Besarnya kandungan NH3 inlet converter akan sangat mempengaruhi
kesetimbangan reaksi, semakin besar kangungan NH3 inlet converter
maka akan memperkecil konversi NH3 yang didapatkan. Untuk menjaga
kandungan NH3 pada inlet converter sebanyak 4% akan sangat
tergantung pada performance dari pendinginan di refrigerant unit, senmakin
bagus pendinginan di refrigerant unit maka akan memperekecil kandungan amoniak
inlet converter. Akan tetapi performance refrigerant unit juga akan sangat
tergantung dari beberapa hal antara lain:
1.Performance
masing-masing chiller dan cooler
2. Kondisi air
pendingin
3. Performance
dari refrigerant compressor
Bila reaksi di converter tidak optimum, akan semakin banyak
gas-gas yang terakumulasi di syn loop. Kandungan inert dalam sistem akan
semakin banyak dan akan menaikkan tekanan sistem. Untuk menghindari hal
tersebut, sejumlah purge gas akan dibuang dan dialirkan ke HRU sebagai bahan
baku di HRU.
Komposisi purge gas:
H2 = 63,12%
N2 = 21,16 %
CH4 = 7,79%
Ar = 3,19%
NH3 = 4,19%
Selanjutnya purge gas di unit HRU akan
diserap kadar NH3 nya serta akan dimurnikan H2 nya sampai
purity H2 88% dan dimasukkan ke suction 3rd stage syn gas
compressor. Dengan dimasukkan H2 dari HRU maka ratio H2/N2
di converter perlu diatur dengan menambah udara proses di secondary reformer.
Dengan demikian penambahan H2 dari HRU akan menaikkan produk amoniak
di unit syn loop.
Pada kondisi normal operasi yang perlu
diperhatikan pada pengoperasian syn loop meliputi beberapa hal antara lain :
1. Kandungan gas outlet methanator CO+CO2<
10 ppm karena CO+CO2 adalah racun catalyst di amoniak konverter.
2. Temperature bed catalyst. Temperature
gas inlet catalyst bed I R-0501 dijaga 360oC dengan mengatur cold
shot TIC-0514. Sedangkan temperature gas inlet bed 2 sebesar 368oC
diatur oleh HIC-0501 dan TIC-0542 by pass E-0502.Temperature inlet R-0502 sebesar 370oC dengan
mengontrol TIC-0502. Temperature inlet R-0502 sebesar 370oC dengan
mengontrol TIC-0523 steam ke E-0500 walau bagaimana pun temperature bed
catalyst harus dijaga pada kondisi optimum, karena temprature bed akan sangat
mempengaruhi kecepatan reaksi dan konversi.
3. Kandungan amoniak inlet converter harus
dijaga 4% dengan mengoptimalkan untuk kerja refrigerant unit dengan
memperhatikan kondisi air pendingin pada masing-masing cooler serta tekanan di
masing-masing chiller.
4. Kandungan inert CH4 + AR =
10% volume, harus selalu dijaga agar tidak terakumulasi di convertor dengan
mengatur jumlah purge gas melalui FIC-0502.
5. Level separator V-0501 harus selalu
dimonitor karena apabila liquid amoniak banyak yang terikut pada recycle gas,
akan menaikkan kadar amoniak inlet di converter, serta kenaikan level pada
V-0501 harus dihindari karena bila terjadi high level akan mematikan syn loop.
6. Level separator masing-masing stage kompresor syn gan K-0431
juga harus di monitor levelnya agar condensate yang terbentuk tidak masuk ke
dalam casing kompresor. Hal ini harus dicegah karena akan merusak impeler
kompreso, disamping itu juga untuk menghindari
tripnya kompresor.
7. Demikian juga dengan level separator
V-0503 harus pada kondisi manual level
60%, bila di V-0503 habis, akan berakibat buruk terhadap pompa amoniak produk
P-0501 A/B. Walaupun pada V-0503 dipasang interlock LSL-0511 yang akan
mematikan pompa, namun untuk mengantisipasi kehabisan level operator harus
selalu mengontrol level secara periodik.
8. Pengaturan level di unit refigerasi diatur
oleh FIC-0503 dan kelebihannya dimasukkan ke V-0503 dan selanjutnya dipompa
dengan P-0501 A/B ke storage.
