sintesa gas sintesis dan turunannya

Upload: nurkhairiati

Post on 09-Oct-2015

132 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

gj

TRANSCRIPT

Sintesa Gas Sintesis dan Turunannya Hidrogen Amonia Methanol

Sintesa Gas Sintesis dan TurunannyaKelompok 8 :

Sintesa Gas Sintesis dan Turunannya Hidrogen

Teknik memproduksi hidrogen dari hidrokarbon dan bahan baku organik :Steam Methane Reforming (SMR) atau CrackingOksidasi ParsialIntegrated Gasification Combined Cycle (IGCC)PirolisisElektrolisis Air

Steam Methane Reforming (SMR)Proses Steam Methane Reforming (SMR) terdiri atas 4 langkah proses: Pemanasan stok umpan dan pemurnian (dibutuhkan karena katalis memiliki sensitivitas yang tinggi oleh ketidakmurnian, contohnya: sulfur, mercury, dan logam lainnya) Steam reformer CO shift PSA purification (menyerap campuran lainnya selain dari H2 untuk menghasilkan H2 mencapai 80 90%.

Steam reforming

Oksidasi ParsialHidrogen juga dapat dibentuk oleh non-katalisis oksidasi parsial hidrokarbon. Banyak umpan hidrokarbon yang dapat dimampatkan atau dipompa mungkin digunakan. Efisiensi proses secara keseluruhan adalah hanya 50% (dibandingkan SMR pada 65 75%). Oksigen murni diperlukan sebagai umpan.

Reaksi reformer oksidasi parsial : Gas alam : CH4 + O2 CO + 2H2 (1350 oC) Batu bara : C + O2 CO (1350 oC)

PROSES TEXACO

PROSES SHELL

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC)Efisiensi operasi adalah diantara 29 41%, tergantung pada karakteristik bahan bakar (yaitu kandungan sulfur, kandungan abu, dan nilai kalori), tipe dari sistem IGCC (yaitu entrained, moving-bed atau fluidized bed) dan puncak suhu turbin gas. Dalam kaitan efisiensi rendah dan biaya, IGCC hanya merupakan teknologi demonstrasi, akan tetapi hal itu diharapkan bahwa teknologi generasi kedua akan merealisasikan efisiensi dari 45 50% dan mengurangi biaya.

PirolisisHidrokarbon dapat dikonversi menjadi hidrogen tanpa menghasilkan CO2, jika hidrokarbon tersebut didekomposisi pada suhu yang tinggi dalam ketidakhadiran oksigen (pirolisis). Sebagai contoh methana dapat di cracked dalam katalis seperti karbon (golongan karbon, seperti jelaga C60, grafit atau karbon aktif). Dalam prinsipnya, pirolisis dapat juga diaplikasikan lebih jauh kedalam hidrokarbon kompleks, biomassa, limbah padat kota.

Elektrolisis AirHidrogen dapat dihasilkan dari air yang dielektrolisis. Jika elektrolitas dihasilkan dari teknologi renewable (seperti solar, hidro, angin, pasang surut), maka proses tersebut disebut bebas karbon. Pemecahan elektrokimia dari air telah diketahui melalui reaksi : H2O H2 + O2

Pabrik elektrolisis komersial secara umum mencapai efisiensi 70 75%.

AmoniaAmmonia diproduksi dengan mereaksikan gas Hidrogen (H2) dan Nitrogen (N2) dengan rasio H2:N2 = 3:1. N2 + 3H2 2NH3Tahapan Proses Sintesa Amonia :Persiapan bahan baku synthesis gasPemurnian synthesis gas yang telah terbentukAmonia synthesisPersiapan Bahan Baku Synthesis GasPada tahap ini, terdapat dua metode yang digunakan, yaitu :Oksidasi Parsial dengan OksigenCH4 + 3/2 O2 CO + 2 H2O CO + H2O CO2 + H2 b. Steam Reforming Hidrokarbon CnHm + (4n-m) H2O 1/8(4n+m)CH4 + 1/8(4n-m)CO2 CH4 + H2O CO + 3 H2 CO + H2O CO2 + H2

Oksidasi Parsial Dengan Oksigen

Steam Reforming Hidrokarbon

PerbedaanOksidasi ParsialSteam Reforming HidrokarbonBahan bakufuel oil / coalnatural gas (naphta )Cara pelepasan COdengan nitrogen cairdengan treatment menggunakanturunan tembagaH2S removalAdatidak adaNitrogen scrubbingAdatidak adaMetanasitidak adaadaDistilasi udaraOksidasi parsial Penghilangan karbonPenghilangan sulfurPenghilangan CO2Shift conversionPenghilangan sisa CO (nitrogen scrubbing)Primary reformingSecondary reformingShift conversionPenghilangan CO2Penghilangan sisa CO (metanasi)

Proses ProduksiOksidasi ParsialSteam ReformingPemurnian Synthesis Gas Yang Telah TerbentukPada tahap ini, bahan baku dalam pembuatan amonia di-treatment untuk menghilangkan kotoran atau senyawa kimia lain yang dapat mengganggu jalannya proses sintesa amonia selanjutnya.

Amonia synthesisTahap ini merupakan tahap yang utama. Secara umum, tahapan tahapan proses pembuatan amonia dapat diuraikan sebagai berikut :Feed Treating & DesulfurisasiReforming SectionGas PurificationSynthesis Loop & Amonia Refrigerant

Feed Treating & DesulfurisasiGas alam sebagai bahan baku utama dalam pembuatan Amonia dinetralkan terlebih dahulu untuk menghilangkan Sulfur organik yang dapat mengganggu jalannya proses melalui beberapa tahapan yaitu: Desulfurization Sponge Iron CO2 Removal Pretreatment SectionCo-M /ZnO Desulfurizer

Reforming SectionPrimary ReformerProses Primary Reformer bertujuan untuk mengubah Feed gas menjadi gas sintesa secara ekonomis melalui Reaktor Reformer. b. Secondary ReformerGas yang keluar dari Primary Reformer masih berkadar CH4 yang cukup tinggi, yaitu 1213%, sehingga akan direaksikan menjadi H2 dengan perantaraan katalis NiO pada temperatur 1002,5oC

Gas Purificationa. High Temperature Shift Converter (HTS)Setelah terjadi reaksi pembentukan H2, maka gas proses didinginkan hingga temperatur 371oC untuk mengubah CO menjadi CO2.b. LowTemperature Shift Converter (LTS)Tidak semua CO dapat dikonversikan menjadi CO2 di HTS, maka reaksi tersebut disempurnakan di LTS setelah sebelumnya gas proses didinginkan hingga temperatur 210oC c. CO2 Removald. MethanasiGas sintesa yang keluar dari puncak Absorber masih berkadarkan CO2 dan CO yang relatif kecil, yakni 0,3% mol Dry Basis yang selanjutnya akan diubah menjadi Metana di Methanator pada temperatur sekitar 316oC.

Synthesis Loop & Amonia Refrigeranta. Synthesis LoopGas sintesa yang akan masuk ke Synthesis Loop harus memiliki perbandingan H2:N2 = 2,53:1. Gas sintesa pertama-tama akan dinaikkan tekanannya menjadi 177.5kg/cm2 oleh Syn Gas Compressor dan dipisahkan komposisi airnya melalui sejumlah K.O Drum dan diumpankan ke Ammonia Converter dengan katalis Promoted Iron.b. Ammonia RefrigerantAmonia cair yang dipisahkan dari gas sintesa masih memiliki sejumlah gas-gas terlarut tertentu. Gas-gas Inert ini akan dipisahkan ditahap Ammonia Refrigerant.

Haber- Bosch

Bahan Baku: Batu KapurMenggunakan Tekanan Besar 700 atm dan Ammonia yang terbentuk dapat dipisahkan Langkah pertama dalam proses ini adalah untuk membuat kapur dari batu kapur:CaCO3 + panas CaO + CO2 Kemudian dipanaskan dengan Batubara dalam lingkungan yang anoxic untuk membuat Kalsium Carbide:CaO + 3C + panas CaC2 + CO Nitrogen berasal dari Carbide Kalsium bereaksi dengan nitrogen murni, sehingga agar proses ini dapat menjadi industri praktis dibutuhkan proses Linde fraksinasi udara cair. Reaksi berlangsung pada 2atm atau 0.2MPa, dipanaskan oleh melalui pemanasan ohmik dari batang Karbon:CaC2 + N2 CaCN2 + C Akhirnya dalam upaya untuk membuat Amoniak, Kalsium sianamida dicampur dengan air dan NaOH (sebagai katalis) untuk hidrolisis:CaCN2+3H2O2NH3+CaCO3

Methanol Metanol atau metil alkohol diproduksi dari distilasi wood atau dengan oksidasi langsung dari hidrokarbon. Kebanyakan metanol disintesis dari campuran H2, CO dan CO2..Reaksi sintesa metanol : CO + 2 H2 CH3OH CO2 + 3 H2 CH3OH + H2OGas sintesis untuk produksi metanol : Hidrogen (H2) dan Carbon monoksida (CO)

Bahan baku pada sintesa metanol : Gas Alam atau Hidrokarbon

Preparasi Gas Sintesis untuk Produksi Metanol, dengan cara : Oksidasi Parsial dengan oksigen Steam Reforming terhadap Hidrokarbon

Preparasi Gas SintesisProduksi methanol dari gas alam

Produksi methanol dari gas sintetis

Oksidasi Parsial dengan oksigenUntuk sintesis metanol, rasio H2/CO 2,25. Nilai ini dapat diperoleh dengan mengatur aliran gas ke shift converter yang menyingkirkan kelebihan CO dan menyuplai sejumlah hidrogen (reaksi Shift Conversion). Dengan proses absorpsi dapat diperoleh CO2 maksimal, yang tidak mengganggu katalis pada sintesis metanol.

Tahapan Preparasi dengan Oksidasi Parsiala) Katalis yang digunakan tidak dapat mentoleransi sulfur. Umpan harus terlebih dahulu didesulfurisasi sampai kandungan sulfur bersisa 0,05 0,1 ppm. Sebagian gas kemudian dilewatkan ke unit konversi CO dan kemudian dicampur kembali dengan fraksi yang tidak ditreating dan didekarbonisasi.b) Katalis tahan terhadap sulfur. Partial CO convertion dilakukan simultan dengan desulfurisasi dan dekarbonisasi.

Oksidasi Parsial dengan oksigen

Katalis yang digunakan tidak tahan sulfurKatalis yang digunakan tahan sulfurSteam Reforming Hidrokarbon

Dua tipe proses sintesis MethanolBeroperasi pada tekanan tinggi ( 30 35 . 106 Pa absolute) pada T=350 400oC pada reaktor:Isothermal (dengan pipa katalis, pendinginan eksternal dengan sirkulasi gas atau coolant fluid)Adiabatis (dengan multi-stage bed katalis dengan intermediate cooling by injection of quenching fluid)

2. Operasi pada P rendah antara 5-10.106 Pa absolute pada T=240-270oCTeknologi-teknologi yang berkembang pada industri untuk operasi ini adalah :ICI : Single catalyst bed, pendinginan dengan injeksi gas quenchLurgi : Reaktor isothermal, katalis di tube dan boiler feed water di shell sehingga diperoleh HP steam.Ammonia-Casale : Reaktor Multiple catalyst bed dengan intermediate cooling gas.Proses Tekanan Rendah KellogTopsoe : Reaktor dengan aliran radial saling silang 3 bed katalis konsentris dalam tangki tepisah. Mitsubishi

ICIICICampuran gas sintesis umpan segar ditekan dari 50-100 atm melalui sebuah kompressor dan diumpan kedalam reaktor berpendingin (quench type converter) yang beroperasi pada 270OCQuench converter berupa single bed yang mengandung katalis pendukung yang bersifat inert.Aliran produk kemudian didinginkan dan methanol akan terkondensasi. Aliran gas purge direcycle ke reformer untuk mengubah methanol yang terakumulasi dalam gas sintesisCrude methanol akan dipurifikasi dengan cara distilasiLURGIDalam proses yang ditawarkan oleh Lurgi untuk sintesis methanol: reaktor sintesis dioperasikan pada rentang suhu dari 230-270OC dan dengan tekanan operasi 50-100bar.Proses Lurgi akan menghasilkan methanol yang murni dengan proses sintesis methanol dan proses pemurniannya

Proses Tekanan Rendah KellogM.W Kellog Co. memperkenalkan reaksi sintesis yang sangat berbeda, tetapi pada dasarnya merupakan reaktor tipe adiabatikReaktor berbentuk bulat dan didalamnya berisi unggun katalis tunggalSintesis gas mengalir melalui beberapa bed reaktor yang tersusun aksial berseri.Kebalikan dari proses ICI, panas reaksi yang dihasilkan dikontrol dengan pendingin intermediat (intermediate coolers)Proses ini menggunakan katalis tembaga dan beroperasi pada rentang suhu 200-280OC serta tekanan 100-150 atmSuhu didalam unggun katalis dikendalikan melalui penggunaan sebuah reaktor berpendingin (quench type converter) dengan menyerap panas reaksi dalam intermediate stage boiler.

Proses Tekanan Sedang Nissui-TopsoeReaktor bertipe adiabatis dengan aliran radial berjumlah 3 masing-masing memiliki 1 unggun radial dan penukar panas internalTiap reaktor mengandung 1 unggun katalisTekanan operasi dari proses ini diatas 150 bar dab suhu 200-310OCProduk pertama perlu didinginkan sebelum reaktor kedua, hasil pendinginan berupa uap (steam) bertekanan rendah.Katalis yang digunakan berupa Cu-Zn-Cr yang aktif pada 230-280OC dan 100-200 atmSintesis gas mengalir secara radial melalui katalis bed

Proses Tekanan Sedang Mitsubishi Gas CompanyPerusahaan Jepang MGC pada awalnya menggunakan proses dengan tekanan sedang yang beroperasi pada 150 atm kemudian dikembangkan untuk tekanan kurang dari 100 atm.Saat ini MGC menggunakan rentang tekanan 50-200 atm dan suhu 235-270OCPerbandingan teknologiTeknologiICI

LurgiKellogTopsoeMitsubishiTekanan (bar)50-10050-100100-150>15050-200Suhu (OC)270230-270200-280200-310235-270Jenis reaktorTube berpendinginShell and tubeTipe adiabatik berbentuk bulatTipe adiabatik dengan aliran radial