BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG

Prarancangan Pabrik Ammonia dari Batubara dan Udara Kapasitas 500.000 ton per tahun Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Pertumbuhan penduduk menyebabkan peningkatan konsumsi. Untuk memenuhi konsumsi dibutuhkan persediaan pangan yang cukup. Hal ini mendorong semakin bertambahnya kebutuhan akan pupuk sebagai salah satu faktor peningkatan produksi pertanian. Selama ini, pupuk menjadi kebutuhan dasar sebagai media penyuburan tanah untuk daerah pertanian dan perkebunan. Pupuk yang digunakan pun beragam, dari UREA, NPK, hingga pupuk organik. Di Indonesia, industri-industri yang memproduksi pupuk sudah cukup banyak, seperti PT Pupuk Sriwijaya Palembang, PT Pupuk Kalimantan Timur, PT Pupuk Kujang, PT Petrokimia Gresik, dan lain-lain. Jika kebutuhan pupuk meningkat, secara otomatis kebutuhan bahan baku pembuatan pupuk seperti UREA dan NPK juga akan meningkat. Pupuk jenis tersebut membutuhkan amonia sebagai salah satu bahan dasar. Sehingga untuk memproduksi baik UREA maupun NPK, industri-industri pupuk umumnya memiliki pabrik tersendiri

yang berfungsi khusus untuk

memproduksi amonia atau disebut ammonia plant. Amonia yang diproduksi secara besar-besaran oleh industri-industri pupuk saat ini kebanyakan menggunakan gas alam sebagai bahan baku. Meskipun banyak sekali alternatif bahan baku pembuatan amonia, gas alam masih menjadi pilihan yang masih mungkin mengingat harganya yang relatif lebih murah dan teknologinya yang mudah. Akan

tetapi

cadangan

gas

alam

semakin

lama

semakin

menipis.Terlebih lagi pemerintah sedang mewacanakan untuk konversi pemakaian bahan bakar minyak ke gas, baik untuk konsumsi rumah tangga maupun sebagai bahan bakar kendaraan. Hal ini tentu akan menambah beban

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 1


pasokan gas alam di Indonesia dan kemungkinan besar akan terjadi kelangkaan. Apabila hal ini terjadi tentu akan mengganggu produktivitas amonia di Indonesia. Sehingga untuk mengkonversi bahan baku pembuatan amonia merupakan pilihan yang tidak terhindarkan. Pemilihan bahan baku tersebut tentunya harus mempertimbangkan banyak aspek. Perkembangan konsumsi gas bumi sebagai energi final diperlihatkan pada Gambar 1. Dalam 10 tahun terakhir konsumsi gas bumi meningkat ratarata 4,6% per tahun. Gas bumi sebagai energi final hampir seluruhnya digunakan di sektor industri, sebagai bahan bakar dan juga sebagai bahan baku (feedstock). Pemanfaatan gas bumi di sektor rumah tangga dan komersial terus meningkat namun pangsanya masih sangat kecil karena keterbatasan infrastruktur gas. Permintaan gas pada kedua sektor ini di masa mendatang kemungkinan akan terus meningkat bila infrastruktur gas telah berkembang.

Sumber: Pusdatin ESDM 2010, Handbook of Energy & Economic Statistic of Indonesia Gambar I.1. Perkembangan Konsumsi Gas Bumi Konsumsi LPG di Indonesia saat ini didominasi oleh sektor rumah tangga (Gambar 2). Perkembangan pesat konsumsi energi terjadi dalam periode 2005-2009 sebagai hasil pelaksanaan program konversi minyak tanah ke LPG. Pada perioda tersebut konsumsi LPG tumbuh rata-rata 31% per tahun.

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 2


Konsumsi LPG sektor komersial dan industri cenderung turun. Dalam 10 tahun terakhir konsumsi LPG sektor komersial dan industri turun rata-rata 7,5% dan 6,9% per tahun. Penurunan tersebut kemungkinan karena pengalihan konsumsi LPG ke gas bumi (pipa). Sedangkan untuk industri rumah tangga konsumsi LPG cenderung meningkat dari tahun 2007. Didasari oleh cadangan minyak tanah yang semakin langka, pemerintah mencanangkan program konversi minyak tanah ke LPG sehingga sebagian masyarakat beralih kekompor gas dari yang sebelumnya menggunakan kompor minyak.

Sumber : Pusdatin ESDM 2010, Handbook of Energy & Economic Statistic of Indonesia Gambar I.2. Perkembangan Konsumsi LPG

Batubara secara perlahan mulai menggantikan peranan minyak bumi sebagaisumber energi utama di sektor industri. Peningkatan harga minyak bumi membuat pelakuindustri beralih ke batubara yang harganya lebih murah. Dalam perioda 1999-2009,konsumsi batubara sebagai energi final mengalami peningkatan yang sangat pesat dari 27juta SBM (Setara Barel Minyak) di tahun 1999 menjadi 160 juta SBM di tahun 2008 atau tumbuh rata-rata 21% pertahun, namun data di tahun 2009 menunjukkan adanya penurunan konsumsi batubara (Gambar 3). Pemanfaatan batubara sebagai energi final

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 3


dapat dikatakan seluruhnyadigunakan di sektor industri. Beberapa tahun lalu pemerintah telah berupaya untukmemperkenalkan pemanfaatan batubara di sektor rumah tangga dan komersial skala kecilnamun karena berbagai kendala hingga saat ini pemanfaatan batubara di kedua sektortersebut masih sangat kecil. Bila dibandingkan dengan gas yang ± 54% diekspor dan sisanya di gunakan untuk memenuhi kebutuhan domestik Indonesia, sedangkan pada batubara ± 73 % diekspor dan sisanya 27 % untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri.

Sumber: Pusdatin ESDM 2010, Handbook of Energy & Economic Statistic of Indonesia Gambar I.3. Perkembangan Konsumsi Batubara

B. TINJAUAN PUSTAKA Amonia adalah senyawa yang terbentuk dari ikatan atom hidrogen dan nitrogen dengan rumus kimia NH3 dan merupakan senyawa berbentuk gas yang berbau tajam. Kegunaan utama senyawa amonia adalah sebagai bahan pembuat pupuk UREA dengan rumus molekul (NH2)2CO. Selain itu, amonia juga biasa digunakan sebagai refrigerant dan dalam bidang farmasi digunakan sebagai bahan obat-obatan. Titik didih amonia pada tekanan atmosferis adalah-33,34 ˚C (-28,012 ˚F) dan berfase gas. Sehingga untuk menyimpan

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 4


amonia cair umumnya disimpan dengan tekanan tinggi atau pada temperature yang rendah. Pendirian pabrik amonia ini diharapkan dapat memenuhi kebutuhan amonia di Indonesia terutama sebagai bahan baku pembuatan pupuk pengganti gas alam yang semakin menipis. Sehingga diharapkan produksi amonia di Indonesia dapat meningkat. Dewasa ini, pembuatan amonia dalam skala besar yang paling sering digunakan adalah proses Haber-Bosch. Dasar teori pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen ditemukan oleh Fritz Haber (1908), seorang ahli kimia dari Jerman. Sedangkan proses industri pembuatan amonia untuk produksi secara besar-besaran ditemukan oleh Carl Bosch, seorang insinyur kimia juga dari Jerman. Persamaan reaksi sintesis amonia adalah: N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) Berdasarkan

prinsip

(1) kesetimbangan,

kondisi

yang

menguntungkan untuk ketuntasan reaksi kekanan (pembentukanNH3) adalah suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500 ˚C sekalipun. Dipihak lain,karena reaksi ke kanan bersifat eksotermis, penambahan suhu akan mengurangi yield/ hasil reaksi (NH3). Proses Haber-Bosch semula dijalankan pada suhu sekitar 500 ˚C dan tekanan sekitar 150-350 atm dengankatalisator, yaitu serbuk besi dicampur dengan Al2O3, MgO, CaO, dan K2O. Dalam produksi secara komersial, telah banyak diciptakan teknologi untuk sintesis amonia agar didapatkan konversi yang lebih baik dan konsumsi energi yang lebih rendah. Beberapa energi tersebut antara lain: 1.

Kellogg Brown & Root Proses ini memproduksi amonia dari hidrokarbon dan udara. Kunci utamanya adalah menggunakan primary reforming dengan beban ringan, secondary reforming dengan udara berlebih, pemurnin kriogenik gas

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 5


sintesis dan sintesis amonia dalam konverter Brown. Sebanyak 25 pabrik di seluruh dunia telah menggunakan proses Brown (1995) dan 14 diantaranya adalah penghasil amonia terbesar dengan kapasitas produksi 1800 ton per hari.

2.

Haldor Topsoe A/S Umpan proses Haldor Topsoe A/S dari hidrokarbon mulai dari gas alam hingga nafta berat. Mula-mula, kandungan hidrogen pada hidrokarbondisingkirkan dan dikonversi menjadi gas sintesis dengan reformasi steam melalui primary reforming dan secondary reforming (jika diinginkan dapat digunakan proses pre-reforming). Konversi melalui reaksi pergeseran, penyingkiran CO2 dengan MEA, MDEA, atau kalium karbonat, kemudian diakhiri dengan metanasi. Reformer steam dipanaskan dari dua sisi dan merupakan lisensi dari Topsoe. Katalis dalam reformer juga disediakan dari Topsoe. Proses Topsoe telah digunakan oleh lebih dari 50 pabrik komersial. Sejak tahun 1980, 45 % dari semua produksi amonia terbaru menggunakan teknologi Topsoe.

3.

ICI AMV Bahan baku yang digunakan adalah hidrokarbon. Bahan baku dan gas alam yang dibutuhkan berkisar antara 6,5 – 7,0 Gcal/ton. Efisiensi energi proses ini sangat baik, proses sederhana, dan biaya rendah untuk kapasitas pabrik 1.000 hingga 1.750 ton/hari. Biaya produksi didominasi oleh harga bahan baku, bahan bakar, dan biaya modal. Proses telah digunakan oleh 3 pabrik komersial.

4.

MW Kellogg Proses ini memproduksi amonia dari hidrokarbon menggunakan proses reformasi steam bertekanan tinggi. Efisiensi proses dalam penggunaan energi sangat baik, yaitu kurang dari 25 MMBtu (LHV). Proses telah digunakan oleh 170 pabrik amonia berkapasitas besar.

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 6


Untuk pemilihan proses diatas dipilih proses Haldor-Topsoe karena memiliki range bahan baku yang cukup luas dan murah. Selain itu bahan yang digunakan disini adalah batubara, sehingga dibutuhkan proses yang melibatkan syn-gas sebagai bahan baku. Batubara sebagai bahan baku utama penghasil hidrogen juga banyak menghasilkan hasil samping seperti CO dan CO2. Di Indonesia sendiri, beberapa perusahaan yang memproduksi amonia masing-masing menggunakan teknologi yang berbeda-beda yang dirangkum dalam tabel berikut: Tabel I.1. Teknologi Sintesis Amonia di Indonesia Nama Pabrik

Teknologi yang Digunakan

PT Pupuk Sriwijaya, Palembang PT Pupuk Kujang, Cikampek PT Pupuk Iskandar Muda, Banda Aceh PT Petrokimia Gresik PT Pupuk Kalimantan Timur, Bontang

Kellogg Brown & Root Kellogg Brown & Root Kellogg Brown & Root MW Kellogg MW Kellogg (Plant 2) Haldor Topsoe A/S (Plant 1,3,4)

Jadi jika ditinjau dari reaksi pembuatan amonia, bahan baku atau reaktan yang dibutuhkan adalah gas nitrogen (N2) dan gas hidrogen (H2). Gas nitrogen terdapat di udara dengan kadar yang cukup tinggi yakni kurang lebih 79 %. Sedangkan gas hidrogen dapat diperoleh dengan berbagai pemecahan beberapa senyawa tertentuyang memiliki unsur hidrogen seperti senyawasenyawa hidrokarbon dan air. Berikut ini merupakan beberapa metode pembuatan gas hidrogen antara lain:

1.

Steam reforming Pada proses ini, nafta atau gas alam direaksikan dengan uap air pada suhu tinggi antara 700 – 1000 ˚C dengan bantuan katalis untuk

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 7


menghasilkan gas hidrogen dan carbon monoksida yang ditunjukkan dengan reaksi berikut: CnH(2n+2) + nH2O → nCO +(2n+1)H2

(2)

Dalam proses tersebut juga terjadi reaksi samping antara gas karbon monoksida dengan uap air membentuk gas hidrogen dan karbon dioksida seperti berikut: CO + H2O → CO2 + H2 2.

(3)

Gasifikasi biomassa Metode ini menggunakan bahan berupa limbah padat organik yang dapat berupa jerami, limbah rumah tangga, atau kotoran organik. Mulamula biomassa dipanaskan dalam reaktor kedap udara dengan suhu tinggi. Proses ini mengakibatkan pemecahan molekul biomassa menjadi gas sintesis yang terdiri dari gas hidrogen, karbon monoksida, dan metana. Dengan cara yang sama seperti steam reforming pada reaksi (2), gas metana direaksikan dengan steam untuk membentuk karbon monoksida dan hidrogen.

3.

Gasifikasi batubara Prinsipnya sama seperti gasifikasi biomassa, yakni pirolisis pada suhu tinggi untuk merubah batubara menjadi fase gas. Dan dengan mereaksikan produk gas menggunakansteam dan gas oksigen yang terbatas, akan terbentuk gas sintesis berupa gas hidrogen, karbon monoksida, dan krbon dioksida. Beberapa reaksi terjadi dalam proses gasifikasi batubara yang ditunjukkan seperti berikut: C + ½O2 ↔ CO

(4)

C + CO2 ↔ 2CO

(5)

C + H2O ↔ CO + H2

(6)

C + 2H2 ↔ CH4

(7)

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 8


4.

Elektrolisis air Elektrolisis air memanfaatkan arus listrik untuk menguraikan air menjadi unsur-unsurnya yakni H2 dan O2 berdasarkan reaksi dekomposisi berikut: H2O → H2 + ½O2

(8)

Gas hidrogen muncul di kutub negatif atau katoda dan gas oksigen muncul di kutub positif atau anoda.

Metode pertama (steam reforming) masih banyak digunakan secara komersial untuk membuat gas hidrogen. Proses tersebut biasa digunakan di pabrik pupuk dan pabrik hidrogen peroksida (H2O2). Akan tetapi proses ini sangat bergantung pada ketersediaan gas alam dan menghasilkan produk samping berupa gas CO2 yang merupakan gas rumah kaca. Metode kedua (gasifikasi biomassa) menghasilkan emisi gas CO2 yang lebih sedikit sehingga lebih ramah lingkungan. Selain itu bahan bakunya juga merupakan bahan yang terbarukan (renewable). Biaya produksinya juga lebih murah dibandingkan proses lain. Namun cara ini belum bisa digunakan untuk produksi secara besar-besaran. Metode ketiga (gasifikasi batubara) merupakan metode tertua untuk membuat gas hidrogen. Ketersediaan batubara masih berlimpah dibandingkan dengan gas alam. Tapi proses ini memerlukan gasifikasi terlebih dahulu. Selain itu emisi yang dihasilkan juga lebih banyak selain CO 2, yakni senyawa sulfur dan nitrogen. Metode keempat (elektrolisis air) juga dapat dijadikan altrenatif sebagai proses produksi gas hidrogen dan menghasilkan zero waste. Hanya saja proses ini masih terbilang mahal dan kompleks. Dengan membandingkan kelebihan dan kekurangan dari masingmasing proses, maka dipilih proses ketiga (gasifikasi batubara) untuk membuat gas hidrogen sebagai bahan baku pembuatan amonia karena dari segi bahan bakunya yang masih banyak dan tersedia di dalam negeri. Penggunaan batubara ini diharapkan dapat mengganti ketergantungan gas alam yang semakin menipis untuk memproduksi gas hidrogen.

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 9


C. MARKET ANALYSIS 1. Ketersediaan bahan baku Potensi tambang batubara nasional yang mencapai sebesar 161 miliar ton, sebanyak 53% berada di Pulau Sumatera dan sebanyak 47% sisanya berada di Pulau Kalimantan. Namun saat ini 92% eksplorasi dan eksploitasi tambang batubara ada di Kalimantan, sedangkan di Sumatera hanya sebesar 8% Produksi batubara nasional dari Januari-Desember 2012 mencapai 386 juta ton. Produksi tahun lalu itu naik sekitar 9,3% dibandingkan dengan jumlah produksi pada 2011 lalu yang sebanyak 353 juta ton. Seperti diketahui, untuk 2012, alokasi penjualan batubara masih didominasi untuk memenuhi pasar ekspor, seperti ke China, Jepang, dan India. Tahun lalu, Indonesia mengekspor batubara sebanyak 304 juta ton atau 73% dari total produksi 2012.Sedangkan sisa produksi sebanyak 82 juta ton atau 27% dari total produksi untuk memenuhi kewajiban suplai ke pasar lokal atau domestic market obligation (DMO).

2. Permintaan produk 

Dalam negeri

Berikut adalah data impor amonia Indonesia dari data Kementerian Perindustrian Republik Indonesia pada tabel 2. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa adanya peningkatan impor amonia tiap tahunnya. Peningkatan impor amonia murni (anhydrous ammonia) tiap tahunnya meningkat rata-rata 160,14 %. Angka ini terbilang sangat tinggi mengingat Indonesia memiliki banyak pabrik amonia dan pupuk yang tidak sedikit.

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 10


Tabel I.2. Perkembangan Impor Amonia Dalam Negeri (Dalam Ribu US$) No 1

2

Komoditas Anhydrous ammonia

2007

2008

1.044,3

5.027,0

138,6

245,4

Ammonia in aqueous solution

2009

2010

2011

Pertumbuhan

10.580,5 38.986,1 44.681,2

231,9

348,5

498,5

160,15%

33,78%

Sumber: Kementrian Perindustrian RI 

Luar negeri

Berikut adalah grafik konsumsi amonia dunia dari tahun 2001 hingga tahun 2015 dengan

memperhitungkan kemungkinan

pertumbuhan

permintaan.

Gambar I.4. Grafik Kapasitas dan Kebutuhan Amonia Dunia

Seluruh data tersebut, oleh PotashCorp, dibagi menjadi 3 dekade dari tahun 2000 sampai tahun 2020 dengan perkiraan kenaikan kebutuhan amonia sebesar 3,2 %.

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 11


Tabel I.3. Data Ammonia Demand Dunia Tahun

Kapasitas Permintaan

Keterangan

(Juta Ton)

2000

96.44

2011

120.78

2020

160.1

Perkiraan berdasarkan pertumbuhan permintaan dunia sebesar 3,2 % per tahun Sumber: Fertecon, PotashCorp

Seperti yang terlihat pada tabel, mulai dari tahun 2000 konsumsi amonia di dunia terus bertambah karenaamonia merupakan bahan dasar yang paling diminati untuk industri berbasis nitrogen sebagai sumber bahan baku. Pada tahun 2020, perkiraan kebutuhan pasar dunia akan amonia sebesar 160,1 juta ton. Angka ini diperkirakan dengan kemungkinan kenaikan permintaan sebesar 3,2 %.

3. Kapasitas yang sudah ada a. Pabrik amonia di Indonesia Kapasitas produksi amonia untuk masing-masing pabrik di Indonesia dirangkum dalam tabel 4 berikut: Tabel I.4. Daftar Kapasitas Produksi Amonia di Indonesia No

1

Produsen

Kapasitas per tahun,

Kapasitas per hari,

ton

ton

PT Pupuk Kalimantan Timur

2.510.000

7.606

2

PT Kaltim Parna Industri

495.000

1.500

3

PT Petrokimia Gresik

445.000

1.350

4

PT Pupuk Kujang

330.000

1.000

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 12


b. Pabrik amonia diluar negeri

Gambar I.5. Data Kapasitas Industri Komoditas Amonia Dunia

Grafik pada gambar 5 menunjukkan kapasitas amonia dari 10 produsen amonia terbesar di dunia. Dapat dilihat bahwa produsen amonia terbesar pertama adalah Yara dengan kapasitas produksi sebesar 7,2 juta ton/tahun dan yang kedua CF Industries dengan kapasitas 7,1 juta ton/tahun. Setelahnya diikuti PotashCorp, Togliatti, Agrium, Sinopec, IFFCO, Koch, EuroChem, dan OCI dengan rataa-rata berkapasitas 3,0 juta ton/tahun.

D. PENENTUAN KAPASITAS Jumlah kebutuhan amonia di dunia yaitu lebih dari ± 200 juta MT per tahunnya dengan pertumbuhan sekitar 3,2 % per tahunnya. Artinya setiap tahun butuh tambahan amonia sebesar 6,4 juta ton. Mengingat saat ini impor tiap tahun PT. Petrokimia Gresik mengimpor amonia sekitar 370 ribu ton dari pasokan yang dibutuhkan setara 810 ribu ton per tahun. Selain itu adanya rencana pabrik pupuk baru antara lain PT Pupuk Kalimantan Timur (Kaltim) 5 dan PT Pupuk Sriwidjaja (Pusri) II B di Palembang. Selanjutnya pada 2013 juga akan dimulai pembangunan dua pabrik pupuk baru masing-masing satu unit di PT Petrokimia Gresik di Jawa Timur dan

PT Pupuk Kujang di Cikampek, Jawa Barat.

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 13


Pembangunan ini tentu akan menambah kebutuhan amonia di dalam negeri. Rencananya pembangunan keempat pabrik baru itu akan selesai pada 2015. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, serta untuk memenuhi kebutuhan amonia dunia, maka kapasitas yang dipilih adalah 1500 MT/hari atau 500 ribu MT/tahun (330 hari produksi).

Wahyu Wibowo (09/284575/TK/35383) 14

BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG

Recommend Documents