Sistem Refrigerasi Amoniak

Sunday, March 5, 2017














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.

Reaksi: