Produksi Gas Sintesis (Reforming)
Pada seksi Reforming, gas alam yang telah dihilangkan kandungan sulfurnya diubah menjadi Reforming Gas melalui reaksi antara steam (H2O) dengan gas alam terutama methane (CH4) menjadi Hidrogen (H2) dan Karbon monoksida (CO).
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam reaksi steam reforming adalah :
1. Temperature
Karena reaksi bersifat Endotermis , maka reaksi lebih baik berlangsung pada suhu tinggi, suhu outlet Primary Reformer sekitar 794oC. Suhu Outlet Secondary Reformer sekitar 966oC. Pada pengoperasian Reformer, suhu merupakan variabel yang sering diatur untuk mendapatkan kondisi proses yang optimal dengan cara menambah pembakaran dari Burner.
2. Tekanan
Jumlah koefisien produk lebih besar dibanding jumlah koefisien rektan sehingga secara teoritis konversi reaksi akan lebih tinggi bila dilangsungkan pada tekanan rendah, tapi secara keseluruhan lebih menguntungkan bila proses dilakukan di tekanan tinggi.
3. Rasio steam / Carbon (S/C).
Reaksi steam reforming pada pabrik Amoniak berlangsung di Primary Reformer dan Secondary Reformer. Pada Primary Reformer panas reaksi diperoleh dari Burner, untuk memperoleh distribusi suhu yang merata dan perpindahan panas yang besar, maka reaksi dilangsungkan dalam tube yang berisi katalis Ni. Pada Secondary Reformer dimasukkan udara untuk mendapatkan bahan baku N2 dan panas reaksinya diambilkan dari panas pembakaran gas H2 pada gas proses dengan O2 dari udara.
A. Primary Reformer
Berfungsi untuk melakukan proses steam reforming terhadap proses gas alam untuk memperoleh gas H2 sebagai bahan baku yang digunakan dalam reaksi pembuatan amoniak.
Reaksi yang berlangsung dengan menggunakan
katalis Nikel. Gas proses keluar dari Desulfurizer
R-0202 dikirim ke Primary Reformer, kemudian dicampur kedalam sebuah Mixer dengan MP steam bertekanan 41
kg/cm2g, laju alir MP steam dijaga pada ratio S/C 2,8-2,95,
selanjutnya campuran steam dan gas ini dipanaskan di E-0204A dan E-0201 sampai
suhu 520oC, kemudian dimasukkan kedalam tube-tube Primary Reformer yang berisi katalis Ni
untuk dipanaskan sampai temperature 794oC.
Primary Reformer (H-0201) terdiri dari Radiant
Section dan Convection Section.
Proses terjadi di tube katalis yang berada di sisi radian. Sedangkan di sisi
konveksi terdapat coil-coil pemindah panas yang digunakan untuk pre-heating dan steam generationdengan memanfaatkan panas flue gas dari Radiant Section,sehingga akan dicapai
efisiensi panas yang maksimum. Radiant
Section terdiri dari tube katalis Primary
Reformer berjumlah 240 buah yang terbagi dalam dua Furnace, tube-tube
memanjang ke bawah dengan membentuk formasi single row.Setiap Furnace terdapat
dua sisi Burner dengan masing-masing sisi terdiri dari tujuh row/tingkat, setiap
row terdiri dari 25 Burner.Tekanan di dalam Furnace dijaga lebih rendah dari 1
atm dengan menempatkan dua IDFAN (K-0201 AB) di bagian atas dari Convection Section agar udara bebas
dapat mengalir melalui kisi-kisi (distributor) masing-masing Burner yang
selanjutnya digunakan sebagai pembakaran di Burner, sehingga flue gas dari
masing-masing Burner mengalir ke atas memanasi tube-tube katalis. Selanjutnya,
melalui Convection Section panas yang
tersisa dimanfaatkan oleh coil-coil pre-heater,
sehingga flue gas yang keluar dari Convection
section ke atmosfer menjadi 193oC.
Adapun
reaksi-reaksi yang terjadi di Primary Reformer :
CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 (Endotermis)
CO + H2O ↔ CO2 + H2 (Eksotermis)
Sedangkan reaksi yang harus
dihindari, yaitu reaksi deposit karbon
2 CO ↔ C +
O2
CO + H2 ↔ C + H2O
B. Secondary Reformer
Secondary Reformerberisi katalis Nikel yang berfungsi untuk
mengubah sisa-sisa metana dari Primary
Reformer menjadi CO dan CO2,serta untuk mendapatkan N2 dengan
memasukkan udara dari Kompressor Udara (K-0421). Sebelum dimasukkan ke Secondary Reformer, terlebih dahulu
dipanaskan melalui seksi konveksi hingga mencapai temperature 550oC.
Di sini terjadi dua reaksi yaitu di bagian atas dan bawah reaktor:
a. Bagian Atas
Reaksi yang terjadi antara hidrogen dengan
oksigen dari udara.Reaksi ini berifat eksotermis sehingga menghasilkan panas
yang tinggi.Udara yang sebagian besar terdiri dari O2 dan N2 dimasukkan
dari bagian atas kemudian bereaksi dengan gas hidrogen (suhu 812oC)
yang berasal dari Primary Reformer. Oksigen akan bereaksi secara spontan dengan
hidrogen. Gas N2 lalu diperoleh sebagai salah satu bahan baku di
amoniak converter karena tidak
bereaksi dengan H2.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut :
2H2 + O2 → 2H2O (Eksotermis)
CH4 + 2O2 → CO2
+ H2O (Eksotermis)
2CO + O2 → 2CO2 (Eksotermis)
b. Bagian Bawah
Reaksi yang terjadi hampir sama
dengan yang terjadi di Primary Reformer,
yang membedakan adalah panas yang digunakan untuk bereaksi diperoleh dari panas
reaksi di bagian atas. Reaksi :
CH4 + H2O
→ CO + 3H2 (Endotermis)
Vessel ini dilapisi dengan refractorylined dan jacket water (hanya
bersifat emergency) yang berguna untuk mengisolasi panas yang dihasilkan dari
reaksi.Gas keluar dari Secondary Reformer
pada suhu sekitar 966oC dengan maksimal 1010oC untuk
menghindari adanya deaktivasi katalis karena sintering atau peleburan penyangga
katalis akibat panas yang berlebihan.
Pada saluran udara masuk di bagian atas Secondary Reformerdilengkapi distributor agar pencampuran udara
dengan gas dari Primary Reformer
dapat terjadi sebaik mungkin untuk menghindarkan terjadinya panas yang
berlebihan di titik-titik tertentu di dalam reaktor. Dengan demikian diharapkan
O2 habis bereaksi dengan gas keluaran Primary Reformeragar tidak kontak dengan katalis yang dalam kondisi
tereduksi. Apabila terjadi kontak tersebut, katalis akan teroksidasi dan
membebaskan panas yang cukup besar hingga mencapai titik lebur katalis . Reaksi
yang terjadi :
2Ni + O2 → 2NiO + Panas
