Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Hidrogen dari Gas Alam dengan Proses Cracking dengan Kapasitas 100 kg/Jam

PRA RANCANGAN PABRIK
PEMBUATAN GAS HIDROGEN DARI NATURAL GAS
DENGAN PROSES CRACKING
DENGAN KAPASITAS 720 TON/TAHUN

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Ujian Sarjana Teknik Kimia

Oleh:

HERTINA PANDO T
NIM : 070425005

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010

Universitas Sumatera Utara

PRAKATA
Syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan
anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul
Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Hidrogen dari Gas Alam dengan Proses
Cracking dengan Kapasitas 100 kg/Jam. Tugas Akhir ini dikerjakan sebgai syarat
untuk kelulusan dalam sidang sarjana.
Selama mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini perkenankanlah
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Dosen Pembimbing I dan juga sebagai
Ketua Departemen Teknik Kimia FT USU yang telah membimbing dan
memberikan masukan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Ibu Farida Hanum, ST,MT sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan
arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Dr. Ir. Irvan, MSi sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik
Kimia FT USU.
4. Seluruh Dosen Pengajar Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan ilmu kepada penulis selama menjalani
studi.
5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan

bantuan kepada penulis selama mengenyam pendidikan di Deparetemen Teknik
Kimia.
6. Dan yang paling istimewa Orang tua dan Saudara-saudara penulis , yang tidak
pernah lupa memberikan motivasi dan semangat kepada penulis.
7. Seluruh Pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu namanya yang juga turut
memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Universitas Sumatera Utara

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan
dan ketidaksempurnaan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan
kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan pada penulisan berikutnya.
Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Januari 2010
Penulis,

Hertina P Tampubolon
070425005

Universitas Sumatera Utara

INTISARI
Gas Hidrogen diperoleh melalui proses Cracking atau yang biasa disebut
Steam reforming antara Gas alam dengan steam dengan bantuan katalis Nikel
didalam reaktor

tungku pipa

pada temperatur tinggi dan tekanan yang tinggi

sehingga akan dihasilkan gas hidrogen dan carbon monoksida, karena carbon
monoksida tidak diinginkan maka karbon monoksida di reaksikan dengan steam
didalam catalytic fixed multibed reactor yang disebut high temperatur shift dan low
temperatur shift dimana di hasilkan gas hidrogen dengan karbon dioksida.
Pabrik pembuatan gas hidrogen ini direncanakan berproduksi dengan
kapasitas 100 kg/jam dengan masa kerja 300 hari dalam satu tahun. Lokasi pabrik
direncanakan di daerah Dumai, Pekanbaru, Riau dengan luas areal 9350 m2. Tenaga
kerja yang dibutuhkan 150 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas
(PT) yang dipimpin oleh seorang Direktur dengan struktur organisasi sistem garis

dan staff.




















Hasil analisa ekonomi pabrik pembuatan Hidrogen ini adalah sebagai berikut:
Modal Investasi

: Rp 139.953.771.861,-

Biaya Produksi

: Rp 79.672.599.442,-

Hasil Penjualan

: Rp 136.152.110.000,-

Laba Bersih

: Rp 39.553.157.391,-

Profit Margin

: 41,48%

Break Event Point

: 42,84 %

Return of Investment

: 28,26 %

Return on Network

: 47,10 %

Pay Out Time

: 3,5 tahun

Internal Rate of Return

: 45,43 

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Gas Hidrogen dengan Proses Cracking ini layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Hal
PRAKATA ................................................................................................................... i
INTISARI .................................................................................................................. iii
DAFTAR ISI .............................................................................................................. iv
DAFTAR TABEL .................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xiii
BAB I

BAB II

PENDAHULUAN .................................................................................. I-1

1.1

Latar Belakang ............................................................................... I-1

1.2

Perumusan Masalah ....................................................................... I-2

1.3

Tujuan Pra Rancangan Pabrik ........................................................ I-2

1.4

Ruang Lingkup Perancangan ......................................................... I-3

1.5

Manfaat Perancangan ..................................................................... I-3

TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... II-1
2.1

Gambaran Umum Hidrogen ......................................................... II-1

2.2

Penggunaan Hidrogen .................................................................. II-3

2.3

Gas Alam ..................................................................................... II-4

2.4

Pemanfaatan Gas Alam ................................................................ II-6

2.5

Cadangan Gas Alam Dunia .......................................................... II-7

2.6

Proses Pembuatan Hidrogen ........................................................ II-8

2.7

Pemilihan Proses ........................................................................ II-14

2.8

Deskripsi Proses ......................................................................... II-14

2.9

Spesifikasi Bahan Pendukung .................................................... II-18

BAB III

NERACA MASSA.................................................................................. III

BAB IV

NERACA PANAS ............................................................................... IV-1

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN ............................................................. V-1

BAB VI

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA .................... VI-1
6.1

Instrumentasi............................................................................... VI-1

6.2

Keselamatan Kerja ..................................................................... VI-8

6.3

Keselamatan Kerja Pabrik Pembuatan Hidrogen ...................... VI-9

Universitas Sumatera Utara

BAB VII UTILITAS......................................................................................... V11-1

BAB VIII

BAB IX

BAB X

7.1

Kebutuhan Uap (Steam) ............................................................ VII-1

7.2

Kebutuhan Air .......................................................................... VII-2

7.3

Kebutuhan Listrik ................................................................... VII-13

7.4

Kebutuhan Bahan Bakar ......................................................... VII-13

7.5

Unit Pengolahan Limbah ........................................................ VII-14

7.6

Spesifikasi Peralatan Utilitas .................................................. VII-22

LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK .................................... VIII-1
8.1

Lokasi Pabrik ........................................................................... VIII-1

8.2

Tata Letak Pabrik ..................................................................... VIII-3

8.3

Perincian luas tanah ................................................................. VIII-4

ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN ................... IX-1
9.1

Organisasi Perusahaan .............................................................. IX-1

9.2

Manajemen Perusahaan .............................................................. IX-3

9.3

Bentuk Hukum Badan Usaha...................................................... IX-4

9.4

Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab ........................ IX-6

9.5

Sistem Kerja................................................................................ IX-8

9.6

Jumlah Karyawan dan Tingkat Pendidikan .............................. IX-10

9.7

Sistem Penggajian ..................................................................... IX-11

9.8

Fasilitas Tenaga Kerja .............................................................. IX-11

ANALISA EKONOMI ........................................................................ X-1
10.1 Modal Investasi ............................................................................ X-1
10.2 Biaya Produksi Total (BPT)/Total Cost (TC) .............................. X-4
10.3 Total Penjualan (Total Sales)....................................................... X-5
10.4 Perkiraan Rugi/Laba Usaha ......................................................... X-5
10.5 Analisa Aspek Ekonomi .............................................................. X-5

BAB XI

KESIMPULAN .................................................................................... XI-1

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. xiv

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 1.1

Kebutuhan Impor Hidrogen di Indonesia ........................................... I-2

Tabel 2.1

Sifat Termodinamiks dan Fisik dari Hidrogen Padatan ................... II-2

Tabel 2.2

Sifat Termodinamiks dan Fisik dari Hidrogen Cair ........................ II-2

Tabel 2.3

Komposisi Natural Gas (Gas Alam) ................................................. II-5

Tabel 3.1

Neraca Massa pada Desulfurisasi (R-101) ...................................... III-1

Tabel 3.2

Neraca Massa pada Pencampur Gas (X-101) .................................. III-2

Tabel 3.3

Neraca Massa pada Reformer furnaces (R-201) ............................. III-2

Tabel 3.4

Neraca Massa pada High Temperatur Shift (R-202) ....................... III-3

Tabel 3.5

Neraca Massa pada Low Temperatur Shift (R-203) ........................ III-3

Tabel 3.6

Neraca Massa pada Knok Out Drum I (KOD-301) ........................ III-4

Tabel 3.7

Neraca Massa pada Knok Out Drum II (KOD-302) ...................... III-5

Tabel 3.8

Neraca Massa pada Pressure Swing Adsorpsi (D-401) ................... III-5

Tabel 3.9

Neraca Massa pada Mixing Point (X-102) ...................................... III-6

Tabel 3.10

Neraca Massa pada Untuk Pembakaran di Reformer Furnace ........ III-6

Tabel 4.1

Neraca Panas pada Heater 1 (E-101) .............................................. IV-1

Tabel 4.2

Neraca Panas pada Desulfurisasi (R-101) ...................................... IV-1

Tabel 4.3

Neraca Panas pada Pencampur Gas (X-101) ................................... IV-2

Tabel 4.4

Neraca Panas pada Heater 2 (E-102) ............................................... IV-2

Tabel 4.5

Neraca Panas pada Reformer Furnace (R-201) ............................... IV-2

Tabel 4.6

Neraca Panas pada Waste Heat Boiler (E-103) ............................... IV-3

Tabel 4.7

Neraca Panas pada High Temperatur Shift (R-202) ........................ IV-3

Tabel 4.8

Neraca Panas pada Low Temperatur Shift (R-203) ......................... IV-3

Tabel 4.9

Neraca Panas pada Cooler (E-104)................................................ IV-4

Tabel 4.10

Neraca Panas pada Cooler (E-105).................................................. IV-4

Tabel 4.11

Neraca Panas pada PSA (D-401) ..................................................... IV-5

Tabel 4.12

Neraca Panas pada Kompresor 1 (G-101) ....................................... IV-5

Tabel 4.13

Neraca Panas pada Kompresor 2 (G-111) ...................................... IV-4

Tabel 6.1

Daftar Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan
Hidrogen ....................................................................................... VI-4

Tabel 7.1

Kebutuhan Uap pada 388 oC, 30 bar ............................................. VII-1

Universitas Sumatera Utara

Tabel 7.2

Kebutuhan Air Pendingin pada Alat.............................................. VII-2

Tabel 7.4

Kebutuhan air proses pada alat ...................................................... VII-3

Tabel 7.5

Pemakaian Air Untuk Berbagai Kebutuhan .................................. VII-4

Tabel 7.6

Kualitas Air Sungai Rokan, Riau .................................................. VII-5

Tabel 7.7

Perincian Kebutuhan Listrik ........................................................ VII-13

Tabel 8.1

Perincian Luas Tanah ................................................................... VIII-4

Tabel 9.1

Jadwal Kerja Karyawan Shift .......................................................... IX-9

Tabel 9.2

Jumlah Karyawan dan Kualifikasinya ........................................... IX-10

Tabel 9.3

Perincian Gaji Karyawan ............................................................... IX-11

Tabel LA.1

Neraca Massa Desulfurisasi ........................................................... LA-4

Tabel LA.2

Neraca Massa Mixing Point ........................................................... LA-5

Tabel LA.3

Neraca Massa pada Reformer furnaces (R-201) .......................... LA-11

Tabel LA.4

Neraca Massa pada High Temperatur Shift (R-202) ................... LA-12

Tabel LA.5

Neraca Massa pada Low Temperatur Shift (R-203) ..................... LA-14

Tabel LA.6

Persamaan Antoin untuk komponen tekanan uap murni pada
T = 166 0C ................................................................................... LA-15

Tabel LA.7

Komponen fraksi uap aliran keluar pada T = 166 0C dan tekanan
26,1 bar ......................................................................................... LA-16

Tabel LA.8

Neraca Massa pada Knok Out Drum I (KOD-301) .................... LA-17

Tabel LA.9

Persamaan Antoin untuk komponen tekanan uap murni pada
T = 166 0C .................................................................................... LA-18

Tabel LA.10 Komponen fraksi uap aliran keluar pada T = 166 0C dan tekanan
24,4 bar.......................................................................................... LA-19
Tabel LA.11

Neraca Massa pada Knok Out Drum I (KOD-302) .................... LA-20

Tabel LA.12 Neraca Massa di PSA ................................................................... LA-22
Tabel LA.13 Neraca Massa Mixing Point 2 ..................................................... LA-25
Tabel LB.1

Kapasitas Panas Gas ....................................................................... LB-1

Tabel LB.2

Panas reaksi pembentukan faa gas ................................................. LB-2

Tabel LB.3

Data air pemanas dan air pendingin yang digunakan ..................... LB-2

Tabel LB.4

Panas Keluar Kompresor 1 ............................................................. LB-4

Tabel LB.5

Neraca Panas Kompresor 1 ............................................................ LB-4

Tabel LB.6

Panas Masuk heater 1 (E-101) ....................................................... LB-6

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.7

Panas Keluar Heater 1 (E-101) ...................................................... LB-7

Tabel LB.9

Panas Keluar Desulfurisasi (R-101 ) .............................................. LB-8

Tabel LB.10 Neraca Panas Desulfurisasi (R-101) .............................................. LB-9
Tabel LB.11

Panas Keluar Mixing Point (X-101) ........................................... LB-10

Tabel LB.12

Neraca Panas Mixing Point (X-101) ........................................... LB-9

Tabel LB.13 Panas Keluar Heater 2 (E-102) ..................................................... LB-11
Tabel LB.14 Neraca Panas Heater 2 (E-102) .................................................... LB-12
Tabel LB.15 Panas Keluar Reformer Furnace (R-201).................................... LB-13
Tabel LB.16 Neraca Panas Reformer Furnace (R-201) .................................... LB-14
Tabel LB.17 Panas Keluar Waste Heat Boiler (E-103) ..................................... LB-17
Tabel LB.18 Neraca Panas Waste Heat Boiler (E-103) .................................... LB-18
Tabel LB.19 Panas Keluar HTS (R-202) ........................................................... LB-19
Tabel LB.20 Neraca Panas HTS (R-202).......................................................... LB-20
Tabel LB.22 Panas Masuk LTS (R-203) ............................................................ LB-21
Tabel LB.23 Panas Keluar LTS (R-203) ............................................................ LB-22
Tabel LB.24 Neraca panas LTS (R-203)............................................................ LB-23
Tabel LB.25 Panas Keluar Cooler 1 (E-104) .................................................... LB-24
Tabel LB.26 Neraca panas Cooler 1 (E-104) .................................................... LB-25
Tabel LB.27 Panas Masuk Cooler 2 (E-105) .................................................... LB-26
Tabel LB.28 Panas Keluar Cooler 2 (E-105) .................................................... LB-26
Tabel LB.29 Neraca Panas Coole 2 (E-105) ..................................................... LB-27
Tabel LB.30 Panas Masuk PSA (D-401) ........................................................... LB-28
Tabel LB.31 Panas Keluar PSA (D-401) Alur 19 ............................................. LB-28
Tabel LB.32 Panas Keluar PSA (D-401) Alur 20 ............................................. LB-29
Tabel LB.33 Neraca panas PSA (D-401) .......................................................... LB-29
Tabel LB.34 Panas Keluar Kompresor 2 (G-111) ............................................. LB-30
Tabel LB.35 Neraca Panas Kompresor 2 (G-111)............................................. LB-30
Tabel LC.1

Viskositas Bahan Heater I pada tc = 419 0F .................................. LC-8

Tabel LC.2

Viskositas Bahan Heater I pada tc = 599 0F ................................... LC-8

Tabel LC.3

Komposisi bahan masuk Heater II ............................................... LC-15

Tabel LC.4

Viskositas Bahan Heater II pada tc = 833,9 0F............................. LC-17

Tabel LC.5

Komposisi umpan masuk (R-201) ................................................ LC-22

Universitas Sumatera Utara

Tabel LC.6

Viskositas Bahan Heater II pada tc = 391,1 0F............................. LC-31

Tabel LC.7

Komposisi Umpan Masuk pada Knock-out Drum I (KOD-301).. LC-37

Tabel LC.8

Viskositas Bahan Heater II pada tc = 220,1 0F............................. LC-42

Tabel LC.9

Komposisi Umpan Masuk pada Knock-out Drum II (KOD-302) LC-48

Tabel LC.10 Komposisi Gas keluar dari PSA alur 19 ...................................... LC-58
Tabel LE.1

Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ........................... LE-1

Tabel LE.2

Harga Indeks Marshall dan Swift ................................................... LE-3

Tabel LE.3

Estimasi Harga Peralatan Proses .................................................... LE-8

Tabel LE.4

Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ........... LE-8

Tabel LE.5

Biaya Sarana Transportasi ............................................................ LE-12

Tabel LE.6

Perincian Gaji Pegawai................................................................. LE-15

Tabel LE.7

Perincian Biaya Kas ..................................................................... LE-17

Tabel LE.8

Perincian Modal Kerja .................................................................. LE-19

Tabel LE.9

Aturan Depresiasi Sesuai UU Republik Indonesia
No.17 Tahun 2000 ........................................................................ LE-20

Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi Sesuai UU RI
No. 17 Tahun 2000 ....................................................................... LE-21
Tabel LE.11 Data Perhitungan BEP .................................................................. LE-29
Tabel LE.12 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR).......................... LE-31

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 6.1

Instrumentasi Reaktor .................................................................... VI-4

Gambar 6.2

Instrumentasi Tangki Gas .............................................................. VI-5

Gambar 6.3

Instrumentasi Exanger dan cooler .................................................. VI-5

Gambar 6.4

Instrumentasi Kompresor ............................................................... VI-6

Gambar 6.5

Instrumentasi Blower ..................................................................... VI-6

Gambar 6.6

Instrumentasi Knock out drum (KOD ) ......................................... VI-7

Gambar 6.7

Instrumentasi Pressure swing adsorpsion ...................................... VI-7

Gambar 8.1

Tata Letak Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Hidrogen ............ VIII-5

Gambar 9.1

Bagan Struktur Organisasi Perusahaan Pra Rancangan
Pabrik Pembuatan Hidrogen ....................................................... IX-13

Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen .......................................................... LD-2
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) ............... LE-5
Gambar LE.4 Grafik BEP ................................................................................. LE-28

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN
Hal
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA ....................................... LA-1
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS ........................................ LB-1
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN ...................... LC-1
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS ................ LD-1
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI ...................................... LE-1

Universitas Sumatera Utara

INTISARI
Gas Hidrogen diperoleh melalui proses Cracking atau yang biasa disebut
Steam reforming antara Gas alam dengan steam dengan bantuan katalis Nikel
didalam reaktor

tungku pipa

pada temperatur tinggi dan tekanan yang tinggi

sehingga akan dihasilkan gas hidrogen dan carbon monoksida, karena carbon
monoksida tidak diinginkan maka karbon monoksida di reaksikan dengan steam
didalam catalytic fixed multibed reactor yang disebut high temperatur shift dan low
temperatur shift dimana di hasilkan gas hidrogen dengan karbon dioksida.
Pabrik pembuatan gas hidrogen ini direncanakan berproduksi dengan
kapasitas 100 kg/jam dengan masa kerja 300 hari dalam satu tahun. Lokasi pabrik
direncanakan di daerah Dumai, Pekanbaru, Riau dengan luas areal 9350 m2. Tenaga
kerja yang dibutuhkan 150 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas
(PT) yang dipimpin oleh seorang Direktur dengan struktur organisasi sistem garis
dan staff.




















Hasil analisa ekonomi pabrik pembuatan Hidrogen ini adalah sebagai berikut:
Modal Investasi

: Rp 139.953.771.861,-

Biaya Produksi

: Rp 79.672.599.442,-

Hasil Penjualan

: Rp 136.152.110.000,-

Laba Bersih

: Rp 39.553.157.391,-

Profit Margin

: 41,48%

Break Event Point

: 42,84 %

Return of Investment

: 28,26 %

Return on Network

: 47,10 %

Pay Out Time

: 3,5 tahun

Internal Rate of Return

: 45,43 

Dari hasil analisa aspek ekonomi dapat disimpulkan bahwa Pabrik Pembuatan
Gas Hidrogen dengan Proses Cracking ini layak untuk didirikan.

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PEDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Kemajuan industri di Indonesia dewasa ini cukup pesat, terutama dalam bidang
pemanfaatan hasil-hasil pertanian, perkebunan, pertambangan, dan berbagai jenis
hasil hutan. Kemajuan tersebut ditujukan untuk mendukung program pemerintah
dalam pemanfaatan sumber daya bagi keperluan industri baik dalam negeri maupun
luar negeri. Salah satu sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui adalah gas
alam, yang biasanya diperoleh dari dalam sumur dibawah perut bumi yang biasanya
bergabung dengan minyak bumi. Indonesia berpotensi sebagai produsen bahan-bahan
produksi gas alam bila di kelola secara intensif dan berpola pada permintaan pasar
dalam negeri dan peluang ekspor.
Gas alam (natural gas) dewasa ini menjadi sumber alternatif yang banyak
digunakan oleh masyarakat dunia untuk berbagai keperluan, baik untuk perumahan,
komersial maupun industri. Di dalam dunia

industri gas alam

(natural gas)

dipergunakan untuk bahan baku plastik, bahan baku pabrik pupuk, petrokimia, dan
bahan dasar pembuatan hidrogen. Salah satu jenis produk industri non pangan yang
dibutuhkan dan pemakaiannya terus meningkat akibat permintaan semakin banyak
adalah hidrogen. Pada pra rancangan pabrik ini, pembuatan hidrogen dilakukan
dengan menggunakan bahan baku berupa gas alam (natural gas ) dengan proses
cracking.
Kebutuhan hidrogen di Indonesia dapat dilihat pada tabel 1.1. Hidrogen
bukanlah sumber energi (energy source) melainkan pembawa energi (energy carier),
artinya hidrogen tidak tersedia bebas di alam atau dapat ditambang layaknya sumber
energi fosil tetapi dapat dihasilkan melalui proses-proses tertentu. Salah satu cara
untuk menghasilkan gas hidrogen adalah dengan proses cracking gas alam.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 1.1 Kebutuhan impor hidrogen di Indonesia
Tahun Impor

Jumlah (kg)

2007

37.819

2006

353.363

2005

918.869

2004

286.675

2003

11.210

Sumber : Biro Pusat Statistik Indonesia
Dari tabel 1.1 kebutuhan impor hidrogen di Indonesia pada tahun 2003-2007
selalu fluktuatif. Impor hidrogen mengalami penurunan pada tahun 2003 dan
mengalami peningkatan pada tahun 2005 dan mengalami penurunan kembali pada
tahun 2007.

1.2 Perumusan Masalah
Untuk memenuhi kebutuhan hidrogen di dalam negeri sampai saat ini
Indonesia masih mengimpor, maka diperlukan suatu usaha agar permintaan hidrogen
dapat dipenuhi dengan cara mendirikan pabrik hidrogen. Pra rancangan pabrik
hidrogen ini menggunakan bahan baku utama gas alam (natural gas), dimana bahan
bakunya diperoleh dari perusahan gas alam atau pertamina. Pemilihan bahan baku ini
didasarkan atas pertimbangan bahwa proses cracking gas alam (natural gas) atau
yang biasa disebut steam reforming merupakan salah alternatif untuk menghasilkan
hidrogen yang kemurniannya lebih tinggi dan gas alam memiliki komposisi metana
yang tinggi yang merupakan salah satu komponen yang dibutuhkan dalam
pembuatan hidrogen.
1.3 Tujuan Perancangan
Tujuan perancangan pabrik pembuatan hidrogen dari gas alam (natural gas)
dengan proses cracking adalah untuk mengaplikasikan ilmu teknik kimia yang
meliputi neraca massa, neraca energi, spesifikasi peralatan, operasi teknik kimia,
utilitas, dan bagian ilmu teknik kimia lainnya, juga gambaran untuk memenuhi aspek
ekonomi dalam pembiayaan pabrik sehingga memberikan gambaran kelayakan pra
perancangan pabrik pembuatan hidrogen dari gas alam (natural gas) dengan proses
cracking.

Universitas Sumatera Utara

1.4 Ruang Lingkup Perancangan
Ruang lingkup dari perancangan pabrik hidrogen dari gas alam (natural gas)
dengan proses cracking adalah sebagai berikut:
a. Proses persiapan bahan baku yang bertujuan untuk menghilangkan
kandungan sulfur (H2S) yang terdapat didalam gas alam.
b. Proses pembentukan hidrogen dimana gas alam dicampur dengan steam dari
boiler di dalam reformer
c. Recovery panas dari proses gas keluar, dimana dalam proses recovery panas
yang dihasilkan dari reaksi pembentukan gas hidrogen untuk keperluan
proses melalui beberapa alat penukar panas.
d. Proses pemurnian hidrogen dengan sistem PSA (pressure swing adsorption )
yaitu pemisahan gas hidrogen dari impuritisnya seperti H2O, CO, CO2 dan
CH4 yang tidak bereaksi.
e. Untuk

menyempurnakan pra-rancangan pabrik juga dilakukan atau

disampaikan pembahasan tentang aspek-aspek :

instrumentasi dan

keselamatan kerja, utilitas pabrik, lokasi dan tata letak pabrik, organisasi dan
manajemen perusahaan, dan analisa ekonomi perusahaan.

1.5 Manfaat Perancangan
Manfaat pra rancangan pabrik pembuatan pembuatan hidrogen dari gas alam
dengan proses cracking adalah memberi gambaran kelayakan (feasibility) dari segi
rancangan dan ekonomi pabrik ini untuk dikembangkan di Indonesia. Dimana
nantinya gambaran tersebut menjadi patokan untuk pengambilan keputusan terhadap
pendirian pabrik tersebut. Pembuatan hidrogen dari gas alam dengan proses cracking
diharapkan memenuhi kebutuhan dalam negeri Indonesia di masa yang akan datang.
Manfaat lain yang ingin dicapai adalah terbukanya lapangan kerja dan
memacu rakyat untuk meningkatkan produksi dalam negeri yang pada akhirnya akan
meningkatkan kesejahteraan rakyat.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gambaran umum hidrogen
Hidrogen telah digunakan bertahun-tahun sebelum akhirnya dinyatakan
sebagai unsur yang unik oleh Cavendish di tahun 1776. Dinamakan hidrogen oleh
Lavoisier, hidrogen adalah unsur yang terbanyak dari semua unsur di alam semesta.
Elemen-elemen yang berat pada awalnya dibentuk dari atom-atom hidrogen atau dari
elemen-elemen yang mulanya terbuat dari atom-atom hidrogen. Hidrogen
diperkirakan membentuk komposisi lebih dari 90% atom-atom di alam semesta
(sama dengan tiga perempat massa alam semesta). Dalam keadaan yang normal, gas
hidrogen merupakan campuran antara dua molekul, yang dinamakan ortho- dan parahidrogen, yang dibedakan berdasarkan spin elektron-elektron dan nukleus.Hidrogen
normal pada suhu ruangan terdiri dari 25% para hidrogen dan 75% ortho-hidrogen.
Bentuk ortho tidak dapat dipersiapkan dalam bentuk murni. Karena kedua bentuk
tersebut berbeda dalam energi, sifat-sifat kebendaannya pun juga berbeda. Titik-titik
lebur dan didih parahidrogen sekitar 0.1 derajat Celcius lebih rendah dari hidrogen
normal.
Hidrogen (hidrogenium, simbol H), dalam tabel periodik unsur memiliki Ar =
1,00797, nomor atom 1, konfigurasi elektron 1s1. Biasanya dalam oksidasi
dinyatakan +1, tapi dalam garam tipe hidrida -1 adalah juga mungkin. Tiga isotop
dengan Ar 1, 2 dan 3 telah diketahui; isotop dengan Ar 3 adalah tidak stabil.
Perbedaan dalam massa isotop relatif adalah sedemikian besar sehingga sifat kinetika
dan fisik juga sangat berbeda. Isotop dengan massa relatif 2 dinamakan Deuterium
(simbol D), dan pada massa relatif 3 dinamakan Tritium (Simbol T). Pada atom
nukleus, semua muatan positif tunggal dinamakan proton, deuteron, dan triton. Sifat
termodinamika dan fisik dari hidrogen padatan dapat dilihat pada Tabel 2.1, sifat
termodinamika dan fisik dari hidrogen cair dapat dilihat pada Tabel 2.2 serta sifat
termodinamika dan fisik dari hidrogen gas dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Sifat termodinamika dan fisik dari hidrogen padatan
Hidrogen
Normal
ParaTitik lebur, K (triple point)
13,803
13,947
Tekanan uap pada titik lebur, kPaa
7,04
7,20
a
Tekanan uap pada 10 K, kPa
0,257
0,231
Densitas pada titik lebur, (mol/cm3) × 103
42,91
43,01
Panas peleburan pada titik lebur , J/molb
117,5
117,1
Panas sublimasi pada titik lebur, J/molb
1023,0
1028,4
b
20,79
20,79
Cp pada 10 K, J/(mol.K)
-740,2
321,6
Entalpi pada titik lebur, J/molb c
-740,4
317,9
Energi dalam pada titik lebur, J/molb c
bc
1,49
20,3
Entropi pada titik lebur, J/(mol.K)
Konduktivitas termal pada titik lebur, 9,0
9,0
mW/(cm.K)
Konstanta dielektrik pada titik lebur
1,286
1,287
b
Panas disosiasi pada 0 K, kJ/mol
431,952
430,889
Catatan : a untuk konversi kPa ke mm Hg, dikali dengan 7,5
b
untuk konversi ke cal, dibagi dengan 4,184
c
titik dasar (nilai nol) untuk entalpi, energi dalam, dan entropi adalah 0 K
untuk gas ideal pada tekanan 101,3 kPa (1 atm)
Sumber : Othmer, 1967
Sifat

Tabel 2.2 Sifat termodinamika dan fisik dari hidrogen cair
Hidrogen
Sifat
ParaTitik lebur, K (triple point)
13,803
Titik didih normal, K
20,268
Suhu kritis, K
32,976
a
Tekanan kritis, kPa
1298,8
Densitas pada titik didih, mol/cm3
0,03511
3
Densitas pada titik lebur, mol/cm
0,038207
Faktor kompresibilitas, Z = PV/RT
pada titik lebur
0,001606
titik didih
0,01712
Titik kritis
0,3025
Kompresibilitas adiabatik, (–∂V/V∂P)s, MPa-1 b
pada triple point
0,00813
titik didih
0,0119
-1
Koefisien ekspansi volume, (–∂V/V∂T)p, K
pada triple point
0,0102
titik didih
0,0164
Panas penguapan, J/molc
pada triple point
905,5

Normal
13,947
20,380
33,18
1315
0,03520
0,03830
0,001621
0,01698
0,3191
0,00813
0,0119
0,0102
0,0164
911,3

Universitas Sumatera Utara

titik didih
Cp, J/(mol.K) c
pada triple point
titik didih
Cv, J/(mol.K) c
pada triple point
titik didih
Entalpi, J/mol c d
pada triple point
titik didih
Energi dalam, J/mol c d
pada triple point
titik didih
Entropi , J/(mol.K) c d
pada triple point
titik didih
Kecepatan suara, m/s
pada triple point
titik didih
Viskositas, mPas (=cp)
pada triple point
titik didih
Konduktivitas termal, mW/(cm.K)
pada triple point
titik didih
Konstanta dielektrik
pada triple point
titik didih
Tegangan muka, mN/m(=dyne/cm)
pada triple point
titik didih
Kompresibilitas isotermal, 1/V(∂V/V∂P)T , Mpa1b

898,3

899,1

13,13
19,53

13,23
19,70

9,50
11,57

9,53
11,60

-622,7
-516,6

438,7
548,3

-622,9
-519,5

435,0
545,7

10,0
16,08

28,7
34,92

1273
1093

1282
1101

0,026
0,0133

0,0256
0,0133

0,73
0,99

0,73
0,99

1,252
1,230

1,253
1,231

2,99
1,93

3,00
1,94

–0,0110
–0,0199

–0,0110
–0,0199

pada triple point
titik didih
Catatan : a untuk konversi kPa ke mm Hg, dikali dengan 7,5
b
untuk konversi Mpa ke atm, dibagi dengan 0,101
c
untuk konversi J ke cal, dibagi dengan 4,184
d
titik dasar (nilai nol) untuk entalpi, energi dalam, dan entropi adalah 0 K
untuk gas ideal pada tekanan 101,3 kPa (1 atm)
Sumber : Othmer, 1967
2.2 Penggunaan Hidrogen
Sejumlah besar H2 diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia.
Penggunaan terbesar H2 adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan dalam
pembuatan ammonia. Konsumen utama dari H2 di kilang petrokimia meliputi

Universitas Sumatera Utara

hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi, dan penghidropecahan (hydrocracking). H2
memiliki beberapa kegunaan yang penting. H2 digunakan sebagai bahan hidrogenasi,
terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam lemak tak jenuh dan minyak nabati
(ditemukan di margarin), dan dalam produksi metanol. Ia juga merupakan sumber
hidrogen pada pembuatan asam klorida. H2 juga digunakan sebagai reduktor pada
bijih logam. Selain digunakan sebagai pereaksi, H2 memiliki penerapan yang luas
dalam bidang fisika dan teknik. Ia digunakan sebagai gas penameng di metode
pengelasan seperti pengelasan hidrogen atomik. H2 digunakan sebagai pendingin
rotor di generator pembangkit listrik karena ia mempunyai konduktivitas termal yang
paling tinggi di antara semua jenis gas. H2 cair digunakan di riset kriogenik yang
meliputi kajian superkonduktivitas. Oleh karena H2 lebih ringan dari udara, hidrogen
pernah digunakan secara luas sebagai gas pengangkat pada kapal udara balon.
Baru-baru ini hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan nitrogen
(kadangkala disebut forming gas) sebagai gas perunut untuk pendeteksian kebocoran
gas yang kecil. Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif, kimia, pembangkit
listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi. Hidrogen adalah zat aditif yang
diperbolehkan penggunaanya dalam ujicoba kebocoran bungkusan makanan dan
sebagai antioksidan.
Isotop hidrogen yang lebih langka juga memiliki aplikasi tersendiri.
Deuterium (hidrogen-2) digunakan dalam reactor candu sebagai moderator untuk
memperlambat neutron. Senyawa deuterium juga memiliki aplikasi dalam bidang
kimia dan biologi dalam kajian reaksi efek isotop. Tritium (hidrogen-3) yang
diproduksi oleh reaktor nuklir digunakan dalam produksi bom hidrogen, sebagai
penanda (www. Wikipedia.com).

2.3 Gas alam (natural gas)
Gas alam sering juga disebut sebagai gas bumi atau gas rawa, adalah bahan
bakar fosil berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana CH4). Ia dapat ditemukan
di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara. Ketika gas yang
kaya dengan metana diproduksi melalui pembusukan oleh bakteri anaerobik dari
bahan-bahan organik selain dari fosil, maka ia disebut biogas. Sumber biogas dapat

Universitas Sumatera Utara

ditemukan di rawa-rawa, tempat pembuangan akhir sampah, serta penampungan
kotoran manusia dan hewan.
Komponen utama dalam gas alam adalah metana (CH4), yang merupakan
molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam juga mengandung
molekul-molekul hidrokarbon yang lebih berat seperti etana (C2H6), propana (C3H8)
dan butana (C4H10), selain juga gas-gas yang mengandung sulfur (belerang). Gas
alam juga merupakan sumber utama untuk sumber gas helium.
Metana adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global
ketika terlepas ke atmosfer, dan umumnya dianggap sebagai polutan ketimbang
sumber energi yang berguna. Meskipun begitu, metana di atmosfer bereaksi dengan
ozon, memproduksi karbon dioksida dan air, sehingga efek rumah kaca dari metana
yang terlepas ke udara relatif hanya berlangsung sesaat. Sumber metana yang berasal
dari makhluk hidup kebanyakan berasal dari rayap, ternak (mamalia) dan pertanian
(diperkirakan kadar emisinya sekitar 15, 75 dan 100 juta ton.
Tabel 2.3 komposisi natural gas
Komponen

mol%

Metana (CH4)

94,3996

Etana (C2H6)

3,1

Propana (C3H8)

0,5

Isobutana

0,1

N-butana

0,1

pentana

0,2

H2S

0,0004

CO2

0,5

N2

1,1

Sumber : (Spath and Mann,2000)

Universitas Sumatera Utara

Nitrogen, helium, karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S), dan air
dapat juga terkandung di dalam gas alam. Merkuri dapat juga terkandung dalam
jumlah kecil. Komposisi gas alam bervariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya.
Campuran organosulfur dan hidrogen sulfida adalah kontaminan (pengotor)
utama dari gas yang harus dipisahkan . Gas dengan jumlah pengotor sulfur yang
signifikan dinamakan sour gas dan sering disebut juga sebagai "acid gas (gas asam)".
Gas alam yang telah diproses dan akan dijual bersifat tidak berasa dan tidak berbau.
Akan tetapi, sebelum gas tersebut didistribusikan ke pengguna akhir, biasanya gas
tersebut diberi bau dengan menambahkan thiol, agar dapat terdeteksi bila terjadi
kebocoran gas. Gas alam yang telah diproses itu sendiri sebenarnya tidak berbahaya,
akan tetapi gas alam tanpa proses dapat menyebabkan tercekiknya pernafasan karena
ia dapat mengurangi kandungan oksigen di udara pada level yang dapat
membahayakan.
Gas alam dapat berbahaya karena sifatnya yang sangat mudah terbakar dan
menimbulkan ledakan. Gas alam lebih ringan dari udara, sehingga cenderung mudah
tersebar di atmosfer. Akan tetapi bila ia berada dalam ruang tertutup, seperti dalam
rumah, konsentrasi gas dapat mencapai titik campuran yang mudah meledak, yang
jika tersulut api, dapat menyebabkan ledakan yang dapat menghancurkan bangunan.
Kandungan metana yang berbahaya di udara adalah antara 5% hingga 15%.
Ledakan untuk gas alam terkompresi di kendaraan, umumnya tidak
mengkhawatirkan karena sifatnya yang lebih ringan, dan konsentrasi yang diluar
rentang 5 - 15% yang dapat menimbulkan ledakan (http://www. Wikipedia.com).

2.4 Pemanfaantan Gas alam (natural gas)


Secara garis besar pemanfaatan gas alam dibagi atas 3 kelompok yaitu :
Gas alam sebagai bahan bakar, antara lain sebagai bahan bakar Pembangkit
Listrik Tenaga Gas/Uap, bahan bakar industri ringan, menengah dan berat,
bahan bakar kendaraan bermotor (BBG/NGV), sebagai gas kota untuk



kebutuhan rumah tangga hotel, restoran dan sebagainya.
Gas alam sebagai bahan baku, antara lain bahan baku pabrik pupuk,
petrokimia, metanol, bahan baku plastik (LDPE = low density polyethylene,
LLDPE = linear low density polyethylene, HDPE = high density polyethylen,

Universitas Sumatera Utara

PE= poly ethylene, PVC=poly vinyl chloride, C3 dan C4-nya untuk LPG,
CO2-nya untuk soft drink, dry ice pengawet makanan, hujan buatan, industri


besi tuang, pengelasan dan bahan pemadam api ringan.



Gas (LNG).

Gas alam sebagai komoditas energi untuk ekspor, yakni Liquefied Natural

Teknologi mutakhir juga telah dapat memanfaatkan gas alam untuk air
conditioner (AC=penyejuk udara), seperti yang digunakan di bandara
Bangkok, Thailand dan beberapa bangunan gedung perguruan tinggi di
Australia.

Pemanfaatan gas alam di Indonesia dimulai pada tahun 1960-an dimana produksi
gas alam dari ladang gas alam PT Stanvac Indonesia di Pendopo, Sumatera Selatan
dikirim melalui pipa gas ke pabrik pupuk Pusri IA, PT Pupuk Sriwidjaja di
Palembang. Perkembangan pemanfaatan gas alam di Indonesia meningkat pesat
sejak tahun 1974, dimana PERTAMINA mulai memasok gas alam melalui pipa gas
dari ladang gas alam di Prabumulih, Sumatera Selatan ke pabrik pupuk Pusri II, Pusri
III dan Pusri IV di Palembang. Karena sudah terlalu tua dan tidak efisien, pada tahun
1993 Pusri IA ditutup,dan digantikan oleh Pusri IB yang dibangun oleh putera-puteri
bangsa Indonesia sendiri. Pada masa itu Pusri IB merupakan pabrik pupuk paling
modern di kawasan Asia, karena menggunakan teknologi tinggi. Di Jawa Barat, pada
waktu yang bersamaan, 1974, PERTAMINA juga memasok gas alam melalui pipa
gas dari ladang gas alam di lepas pantai (off shore) laut Jawa dan kawasan Cirebon
untuk pabrik pupuk dan industri menengah dan berat di kawasan Jawa Barat dan
Cilegon Banten. Pipa gas alam yang membentang dari kawasan Cirebon menuju
Cilegon, Banten memasok gas alam antara lain ke pabrik semen, pabrik pupuk,
pabrik keramik, pabrik baja dan pembangkit listrik tenaga gas dan uap.
Selain untuk kebutuhan dalam negeri, gas alam di Indonesia juga di ekspor dalam
bentuk LNG (Liquefied Natural Gas)
Salah satu daerah penghasil gas alam terbesar di Indonesia adalah Nanggröe
Aceh Darussalam. Sumber gas alam yang terdapat di di daerah Kota Lhokseumawe
dikelola oleh PT Arun NGL Company. Gas alam telah diproduksikan sejak tahun
1979 dan diekspor ke Jepang dan Korea Selatan. Selain itu di Krueng Geukuh,
Nanggröe Aceh Barôh (kabupaten Aceh Utara) juga terdapat PT Pupuk Iskandar

Universitas Sumatera Utara

Muda pabrik pupuk urea, dengan bahan baku dari gas alam (http://www.
Wikipedia.com diakses tanggal1 Mei 2009).

2.5 Cadangan gas alam dunia
Berdasarkan data dari Natural Gas Fundamentals, Institut Francais Du
Petrole pada tahun 2002, cadangan terbukti (proved reserves) gas alam dunia ada
sekitar 157.703 109 m3 atau 142 Gtoe (1000 m3 = 0,9 toe). Jumlah cadangan ini jika
dengan tingkat konsumsi sekarang akan dapat bertahan sampai lebih dari 60 tahun.
Apabila kita bandingkan dengan cadangan minyak dunia, maka berdasarkan tingkat
konsumsi sekarang, minyak bumi hanya akan dapat bertahan sampai 40 tahun ke
depan saja. Namun demikian, penemuan baru cadangan gas alam umumnya lebih
cepat daripada tingkat konsumsinya. Pada tahun 1970, cadangan terbukti gas alam
dunia hanya sekitar 35 Gtoe. Dengan asumsi konsumsi sebesar 47 Gtoe, berarti
selama 30 tahun terakhir tambahan cadangan gas alam adalah sebesar 154 Gtoe.
Dengan menggunakan metode estimasi yang konvensional, total sumber gas alam
dunia dapat mencapai 450 gtoe, sedangkan apabila estimasi berdasarkan
unconventional yang tingkat ketidakpastiannya lebih tinggi maka sumber gas alam
dapat mencapai 650 gtoe. Cadangan gas alam tersebar di seluruh benua, dengan
cadangan terbukti (proved reserves) terbesar berada pada negara-negara pecahan Uni
Soviet dan Timur Tengah (http://www. Wikipedia.com diakses tanggal1 Mei 2009)..

2.7. Proses Pembuatan hidrogen
Kriteria seleksi proses dalam pembuatan gas hidrogen difokuskan dalam
beberapa faktor : kandungan hidrogen dalam umpan; hidrogen yang dihasilkan dari
proses; yang meliputi biaya dari umpan; biaya modal dan operasi; energi yang
dibutuhkan; pertimbangan lingkungan; penggunaan yang diharapkan dari hidrogen.
Secara mendasar, spesifikasi proses komersial untuk pabrik hidrogen
diperoleh dari steam reforming, oksidasi parsial, gasifikasi batubara, dan elektrolisa
air. Di seluruh dunia, hidrogen sebagai bahan baku untuk industri kimia diperoleh
sebagai berikut: 77% dari gas alam/petroleum, 18% dari batubara, 4% dari elektrolisa
air, dan 1% dari proses lain.

Universitas Sumatera Utara

Semua proses ini menghasilkan hidrogen dari hidrokarbon dan air.
Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut :

(Othmer, 1967)
Sekarang ini hidrogen digunakan hampir secara eksklusif sebagai suatu bahan
kimia industri, dimana kapasitas itu diterapkan untuk suatu penggunaan yang luas,
mencakup produksi amoniak (untuk pabrik fertilizer), refineri yang digunakan untuk
proses desulfurisasi dan lain-lain, serta untuk produksi methanol. Produksi tahunan
dunia adalah sekitar 500 milyar Nm3. Produsen yang paling besar adalah produk
udara, yang beroperasi lebih dari 50 pabrik individu, yang menghasilkan lebih dari
25 juta Nm3 per hari, dan 7 sistem perpipaan secara total lebih dari 340 juta. Produksi
curah hidrogen (hampir 50%) dihasilkan oleh proses Steam Methane Reforming,
yang mana proses tersebut adalah dalam skala besar merupakan rute ekonomis.
(Dutton, G., 2002)

2.7.1

Steam Methane Reforming (SMR) atau cracking

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

Universitas Sumatera Utara

CH4 + 2H2O

CO2 + 4H2 (ΔH0 = +164kJ /mol; secara umum beroperasi pada
suhu 850 oC)

CH4 + H2O

CO2 + 3H2 (ΔH0 = +205kJ /mol )

-

Beroperasi pada tekanan < 40 bar

-

Reaksi sangat endotermis

-

Konversi penguapan oleh steam dan suhu yang tinggi; konversi akan
berkurang dengan tekanan yang tinggi.

-

Membutuhkan katalis nikel yang aktif

-

Kemungkinan untuk tingkatan reaksi oleh adsorpsi CO2, memungkinkan suhu
reaksi untuk menjadi berkurang sampai 550 oC.

Reaksi CO shift :
CO + H2O
-

CO2 + H2

Menggunakan katalis CO shift : besi oksida (secara konvensional suhu tinggi
340 – 460 oC), (suhu sedang) besi + tembaga oksida (suhu tinggi dimodifikasi
310 – 370 oC), tembaga, seng, aluminium (suhu rendah 180 – 280 oC)

-

Ukuran pabrik kecil dan sedang yang memiliki reactor shift suhu sedang yang
tunggal

-

Pabrik skala besar memiliki 2 reaktor suhu sedang atau suhu tinggi ditambah
reaktor suhu sedang

Ukuran pabrik yang umum :
Kecil

500 - 3000 Nm3/jam

Sedang

mencapai 25,000 Nm3/jam

Besar

lebih dari 25,000 Nm3/jam

Sangat besar over 150,000 Nm3/jam
(Dutton, G., 2002)

2.7.2

Oksidasi parsial
Hidrogen 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 :

Universitas Sumatera Utara

Gas alam :

CH4 + ½ O2

CO + 2H2

(1350 oC)

Batu bara :

C + ½ O2

CO

(1350 oC)

-

Proses gas sintesis

-

Menggunakan banyak bahan bakar fosil dan dapat beroperasi pada tekanan
tinggi (>100 bar)

Daftar sumber hidrogen terdiri atas tiga model teknologi :
a. Catalytic Steam Reforming (CSR) melibatkan reaksi bahan bakar
hidrokarbon dan steam dalam kehadiran katalis dimana dibutuhkan sumber
panas eksternal. Proses ini memiliki efisiensi yang tinggi.
b. Auto Thermal Reforming (ATR) melibatkan reaksi bahan bakar hidrokarbon
dan steam dalam kehadiran katalis dan oksigen dimana beberapa bahan bakar
yang digunakan untuk menghasilkan hidrogen dibutuhkan panas untuk reaksi.
Proses ini dapat digunakan pada banyak perbedaan tipe dari bahan bakar.

c. Catalytic Partial Oxidation Reforming (CPOX) adalah serupa seperti auto
thermal reforming (ATR) tetapi menggunakan sistem operasi yang lebih
simpel dan sederhana.
(Dutton, G., 2002)

2.7.3

Integrated gasification combined cycle (IGCC)
Dalam sistem IGCC, gasifier batubara konversi batubara di pulverisasi

kedalam gas sintesis (campuran H2 dan CO) dengan penambahan steam dan oksigen.
Gas sintesis ini selanjutnya dibersihkan dari kotorannya dan digunakan untuk
menghasilkan energi dalam turbin gas. (secara alternatif gas yang diproduksi dapat
digunakan untuk menghasilkan hidrogen, bahan kimia, atau bahan bakar lainnya).
Panas yang terbuang dari turbin gas digunakan dalam turbin steam untuk
menghasilkan banyak elektrisitas. Telnologi gasifier terintegrasi dengan siklus yang
dikombinasikan dalam jalan ini menawarkan efisiensi sistem yang tinggi dan
tingkatan polusi yang sangat rendah. Sistem dirancang untuk menangani berbagai
umpan, mencakup batubara dengan kandungan sulfur yang tinggi dan rendah,
antrasit, dan biomassa. Secara umum sistem memiliki rentang dalam ukuran dari 200

Universitas Sumatera Utara

– 800 MWe. Secara umum pabrik menawarkan suatu peningkatan 10% dalam
efisiensi suhu melebihi stasiun pembakaran batubara konvensional.
Efisiensi operasi dalah 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.
(Dutton, G., 2002)

2.7.4

Pirolisis
Hidrokarbon 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 d