KOROSI DAN PENCEGAHANNYA DI UNIT REFORMER GAS ALAM

Oleh : Manik Priandani
Process & Corrosion Engineer
Bontang


A. Proses Yang terjadi di Unit Reformer Gas Alam :
Setelah dibersihkan dari senyawa belerang, gas alam dipanaskan dan dicampur dengan kukus sampai mencapai temperatur 550°. Campuran gas-kukus ini bereaksi secara endothermik dalam buluh-buluh reformer primer yang berisi katalis berbasis Nikel menurut persamaan berikut :
CH4 + H2O → CO + 3 H2

Kalor dipasok dari pembakaran gas alam atau bahan bakar yang lain. Dalam reformer primer, gas alam terkonversi sekitar 70 %.
Gas hasil reformasi primer yang keluar dari reformer pada temperatur 730-820°C memasuki reformer sekunder dan dicampur dengan udara untuk menghasilkan gas sintesis dengan perbandingan hidrogen : nitrogen = 3 : 1.

Kalor yang diperlukan untuk menuntaskan reformasi, diperoleh dari pembakaran campuran gas dan udara pada katalis berbasis Nikel seperti katalis pada reformer primer. Gas yang keluar Reformer Sekunder pada temperatur 950 - 1000°C, didinginkan dalam sebuah Waste Heat Boiler sampai 360°C.

Karena reformasi katalitik dengan kukus berlangsung pada temperatur tinggi (700-1000°C), maka material konstruksi reformer menjadi rawan terhadap korosi temperatur tinggi yang berdasar pada oksidasi logam. Belerang dan garam-garam terlarut dalam air umpan boiler yang terbawa dalam gas proses dapat mengakibatkan sulfidasi dan serangan garam-leleh pada buluh katalis dan jalur aliran fluida proses.

Jika perbandingan metana : kukus tidak tepat, Methana dan hidrokarbon lain dalam aliran umpan dapat mengakibatkan karburisasi logam pada temperatur operasi reformer. Fluktuasi harga perbandingan Metana / Kukus, bahkan dapat menimbulkan siklus karburisasi – oksidasi yang berakibat seperti pada metal dusting. Pengotor seperti Pb (timbal) dalam paduan bahan buluh reformer akan mempercepat reaksi oksidasi.

Endapan abu bahan bakar yang mengandung belerang, sodium, vanadium, di sisi luar buluh dapat mengakibatkan korosi oleh lelehan garam. Sulfidasi adalah masuknya sulfur ke dalam paduan sebagai kontaminan dalam lingkungan bersifat reduktif pada temperatur tinggi.

Karburisasi adalah peningkatan kadar karbon pada suatu logam / paduan logam akibat masuknya atom-atom C dari lingkungan ke dalam logam.Metal dusting adalah bentuk kasus karburisasi katastropik yang terjadi pada logam dasar besi dan nikel bila terpaparkan ke dalam lingkungan karburisatif dalam selang temperatur 450 - 950°C.

Lingkungan karburisatif adalah lingkungan yang dapat mengendapkan C ke permukaan logam, contohnya lingkungan yang mengandung CO-CO2, CH4 – H2 (atau hidrokarbon lain), CO – H2, atau campurannya.

Korosi lelehan Garam adalah korosi dalam lingkungan oksidatif yang diperhebat akibat adanya endapan garam di permukaan material yang meleleh (peningkatan laju korosi hanya dalam selang temperatur pada saat garam yang mengendap mencair. Lingkungan oksidatif adalah lingkungan dengan tekanan parsial oksigen dalam lingkungan lebih besar dari tekanan parsial oksigen kesetimbangan.

B. Penanggulangan Korosi di Unit Reformer
1). Dipakai konstruksi material tube yang dikenal sebagai HK 40, yaitu baja paduan yang mengandung 25 % Cr dan 20 % Ni, bahkan saat ini sudah diketemukan material yang jauh lebih baik lagi dibandingkan dengan HK 40.

2). Untuk melindungi bahan konstruksi perpipaan dan peralatan penunjang, digunakan linings dari bahan castable dan bata tahan api.


3). Untuk mencegah erosi terhadap bahan refraktori tersebut oleh aliran gas panas dan kecang, ditambahkan serutan baja tahan karat tipe 304 dan 321 pada refraktori dengan temperatur di bawah 900°C, dan serutan baja tahan karat tipe 310 pada refraktori dengan temperatur 900-1000°.


4). Baja tahan karat austenitik ini dipilih sebagai pelindung refraktori karena cukup tahan oksidasi, nitridasi, dan karburisasi dan harganya tidak semahal paduan Nikel tinggi yang memenuhi syarat ketahanan korosi temperatur tinggi.

5). Pemilihan bahan konstruksi yang tepat.

Korosi logam akan terus berjalan, namun dapat diperlambat atapun dikurangi dengan memanfaatkan akal budi manusia dalam memahami fenomena alam, lingkungan, maupun sifat logam itu sendiri (Manik Priandani).

Bontang, MP, 31 Januari 2011.

APA SAJA ISI KATALIS ITU?

Oleh : Manik Priandani
Process & Corrosion Engineer,
Bontang


Katalis adalah suatu bahan yang membantu meningkatkan kecepatan suatu reaksi sehingga mencapai kesetimbangan. Katalis pada umumnya lebih stabil bila dalam bentuk padatan. Pembuatan katalis padatan hampir mirip dengan membuat adonan kue kering. Bahan-bahan atau campuran di dalam katalis ini harus mengandung :
1.Bahan Utama
2.Bahan Penyangga (Support)
3.Bahan Aktivator

Bahan Utama: Unsur logam yang mampu untuk mereaksikan suatu reaksi yang dikehendaki, jadi misalnya untuk reaksi steam reforming diperlukan bahan atau unsure utama yang cocok dan sangat bagus dalam mempercepat reaksi Steam Reforming, antara lain Ni dan Co; atau unsur Fe untuk reaksi di Ammonia Converter.

Campuran berikutnya adalah :
Senyawa pendukung : yakni senyawa yang membantu agar bahan utama dapat terdistribusi dengan baik, antara lain Al2O3, CaO, MgO. Fungsi-fungsi lain dari senyawa pendukung ini adalah menjaga kestabilan fisik katalis, menginhibisi katalis dari sintering (seperti Cr2O3 yang dikonbinasikan dengan magnetite (Fe3O4), dan juga menangkap racun sehingga tidak mencapai “active sites” dari katalis.

Tanbahan lain adalah Bahan Aktivator :
Yakni unsur logam untuk meningkatkan kemampuan bahan utama, antara lain K, Ce, La. Kalium berfungsi mengurangi pembentukan carbon pada permukaan Nikel.
Komposisi katalis: tergantung pabrik pembuatnya. Pada umumnya , untuk katalis Steam Refoming mempunyai komposisi sebagai berikut :
NiO : 10 % – 34 %, Aktivator: 0 – 5 %, Sisanya support.


Secara umum, active catalyst agent harus disiapkan melalui satu atau lebih step proses kimia, seperti precipitation, leaching, thermal decomposition, dan thermal fusion.

Bentuk Geometri berpengaruh terhadap luas permukaan katalis dan pressure drop, sehingga ada yang berbentuk single hole, multi hole, tak beraturan, dsb-nya.
Ukuran katalis juga berpengaruh terhadap luas permukaan katalis dan pressure drop.

Untuk katalis yang memerlukan support, agent ini diproses agar mengendap pada support dengan cara disemprot (spraying atau soaking), kemudian diikuti pengeringan, kalsinasi, dan bila diperlukan dilanjutkan dengan aktivasi dengan metoda seperti reduksi dan oksidasi.
Produk-produk yang familiar terhadap kehidupan manusia dan dalam pembuatannya memerlukan bantuan katalis antara lain adalah : pupuk anorganik, sabun, obat-obatan, makanan, dsb-nya.

Begitulah….pembuatan katalis memang cukup ribet. Namun dengan kemampuan dan kemauan manusia yang telah dinobatkan sebagai kalifatullah di bumi dan dikarunia oleh Yang Maha Pandai kemampuan berpikir dan beradaptasi, maka manusia mampu me-rekayasa apa saja yang diciptakanNYA di dunia ini untuk kesejahteraan hidupnya.

Seperti tercantum dalam Al Qur’an, antara lain :

"Katakanlah: Adakah sama orang-orang yang yang mengetahui dengan orang-orang yang tidak mengetahui? Sesungguhnya orang yang berakallah yang dapat menerima pelajaran". (az-Zumar 39: 9).


"…Dan Kami turunkan besi yang padanya terdapat kekuatan yang hebat dan berbagai manfaat bagi manusia ...." (Al Hadiid, 57:25)


Bontang, MP, 18 Januari 2011

MENGAPA LOGAM TERKOROSI ?

Oleh : Manik Priandani
Process and Corrosion Engineer


Logam (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan mirip dengan kation di awan elektron. Metal atau logam adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan non logam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari Boron (B) ke Polonium (Po) untuk membedakan logam dari non logam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semi-logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam.

Karena kelebihan-kelebihannya, maka logam sudah dipakai orang sejak ribuan tahun lalu. Unsur-unsur pertama yang dipakai oleh manusia secara langsung adalah emas dan tembaga, yakni dua logam yang ditemukan di alam bebas dalam keadaan murni. Emas terlalu lembek untuk dipakai sebagai perkakas atau senjata, namun di sekitar tahun 8000 Sebelum Masehi, tembaga sudah dapat ditempa menjadi perkakas-perkakas kasar. Tahun 4000 SM, orang Mesir mengetahui bahwa tembaga dapat diperoleh dengan memanaskan bijih tembaga ke dalam tungku, dan pada sekitar tahun 3000 SM, diketahui bahwa tembaga bila dipadukan dengan timah dapat dijadikan senjata ampuh dibandingkan bila dibuat dari logam murni.

Ikatan logam dalam struktur padatnya berbeda dengan ikatan bahan-bahan bukan logam. Perbedaan paling nyata adalah pada bahan bukan logam, elektron-elektron terlokalisasi secara kuat di sekitar atom-atom atau ion-ion induknya, kalau logam memiliki sejumlah elektron bebas yang bergerak ke seluruh bahan. Sehingga logam memiliki sifat penghantaran listrik.

Ada banyak alasan mengapa logam lebih bermanfaat dibandingkan unsur lain. Selain tidak tembus cahaya dan mengkilap, sifat khusus yang lain adalah ulet, menghantarkan panas dan listrik, serta kuat. Namun sayang, logam sangat dipengaruhi oleh korosi.

Apa itu korosi?
Korosi adalah penurunan mutu logam akibat reaksi Elektrokimia dengan lingkungannya.
Sedangkan lingkungan adalah keadaan sekeliling yang kontak dengan material / logam.
Lingkungan bisa berupa padatan, cairan, atau gas dengan kondisi komposisi kimia, temperatur, kecepatan alir, dsb-nya yang tertentu.

Apa itu reaksi elektrokimia?
Reaksi elektrokimia adalah reaksi yang melibatkan elektron, dan elektron mengalir dari anoda ke katoda.


Bagaimana Korosi Terjadi ?
Korosi terjadi bila ada 4 faktor yang saling melengkapi :
1.Anoda : di mana reaksi oksidasi (korosi) terjadi dan arus mengalir ke lingkungan.
2.Katoda : Di mana reaksi reduksi terjadi.
3.Elektrolit (Ionic Current Path) : pembawa arus (jembatan arus) antar anoda dan katoda
4.Transfer elektron (Electronic Path) / Hubungan Listrik : arus (antara katoda dan anoda) melewati metal (logam), untuk melengkapi sirkuit.

Keempat faktor di atas disebut elemen SEL (korosi) ELEKTROKIMIA.

Mekanisme Korosi Besi Dalam Larutan Asam :
Bila Logam (mis : besi) dicelupkan ke dalam larutan asam, maka reaksi yang terjadi adalah sbb :

Reaksi anodik : Fe <=> Fe 2+ + 2e-

Reaksi katodik :
2H+ + 2e- <=> H2 (asam)
2H2O + 2e- <=> H 2 + 2OH- (netral/basa)
O2 + 2H2O + 4e- <=> 4OH- (netral/basa)
O 2 + 4H+ + 4e- <=> 2H2O (asam)


Bagaimana korosi dicegah ?
Dengan menghilangkan salah satu dari keempat faktor (anoda, katoda, jembatan arus, transfer elektron) tersebut di atas.

Langkah-langkah pencegahan korosi antara lain adalah :
a. Menggunakan material yang lebih tahan korosi.
b. Memberi lapisan pelindung yang tahan korosi pada permukaan material.
c. Menambah inhibitor, menghilangkan elemen-elemen yang bersifat korosif (misalnya : air).
d. Proteksi Anodik / Katodik.
e. Memperbaiki desain , dsb-nya.


Bontang, MP, 08 Januari 2011

GIRRAFE NECKING DI TUBE KATALIS REFORMER

Oleh : Manik Priandani
Process Engineering, PT Pupuk Kaltim, Bontang


Reformer adalah reaktor tempat terjadinya reaksi “steam reforming”. Yakni reaksi yang melibatkan gas bumi dengan steam atau air, dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

CnHm + n H2O === n CO + (n + m/2) H2 (-∆Ho298<0)
CH4 + H2O === CO + 3H2 (-∆Ho298 = -49.27 kcal/mol)
CO + H2O === CO2 + H2 (-∆Ho298 = 9.84 kcal/mol)

Reaksi steam reforming membutuhkan panas karena reaksinya endotermis. Kebutuhan panasnya sangat besar sehingga dibutuhkan perpindahan panas yang baik. Untuk mendapatkan perpindahan panas yang baik dibutuhkan luas permukaan yang besar. Oleh karena itu reaktor reformer dibuat dalam bentuk buluh (tubular).

Yang dimaksud tubular reformer adalah reaktor (tempat terjadinya reaksi) dimana katalis dimasukkan ke dalam tube kemudian ditempatkan dalam furnace yang dilengkapi dengan burner lalu dibakar dengan menggunakan fuel gas / gas bumi pada umumnya.

Kasus terbentuknya pola Leher Jerapah (Girrafe Necking) dan pola-pola lain seperti Tiger Tailing, Hot Band, dan Hot Tube di Tube Katalis Reformer pada umumnya disebabkan oleh terbentuknya Carbon dan/atau terikutnya Sulfur yang terkandung dalam gas proses.

Mengapa Sulfur menjadi racun katalis Steam Reforming?
Pada umumnya katalis yang dipakai di Steam Reforming adalah Nikel. Nikel merupakan sulfur absorbent yang sangat baik. Dalam jumlah sangat sedikit saja akan menyebabkan deaktivasi katalis total. Deaktivasi artinya berkurangnya keaktifan katalis. Dapat terjadi secara kimiawi dan secara fisik.

A. Deaktivasi secara kimiawi:
- Oksidasi katalis: katalis mengalami oksidasi kembali ke NiO.
Dapat terjadi apabila H2 pada umpan kurang. Ni bereaksi dengan H2O membentuk NiO

- Keracunan (poisoning): terjadi apabila senyawa aktif (Ni) bereaksi dengan senyawa racun (misal S, Cl membentuk NiS, NiCl2) sehingga senyawa aktif tersebut tidak dapat mereaksikan gas bumi.

B. Deaktivasi secara fisik terjadi apabila katalis menjadi tidak aktif karena perubahan fisik atau adanya suatu benda/padatan yang menutupi senyawa aktif sehingga tidak dapat kontak dengan reaktan, antara lain :
- Karbonisasi
- Sintering

Yang perlu diperhatikan agar hal tersebut di atas tidak terjadi adalah :
*) Ratio S/C ( steam to carbon ratio), Pressure drop, Temperatur outlet gas, CH4 leak dijaga dalam kisaran yang dianjurkan.
*) T approach (Tapch) yaitu selisih Tout gas dengan T kesetimbangan, Tapch < 40oC (performance katalis masih baik).
*) Kandungan Sulfur gas proses yang masuk ke Reformer harus < 0,01 ppm.


Bila kejadian tersebut terlanjur terjadi, maka tindakan yang dilakukan disebut mereaktivasi Katalis. Prinsip dari Reaktivasi Katalis yaitu mereduksi kembali katalis yang telah teroksidasi. Reaktivasi katalis Reformer antara lain adalah dengan metode :
a). Decoking
- Proses penghilangan karbon (coke) pada katalis.
Dapat dilakukan dengan:
# Steam: Reaksi berjalan lambat.
# Udara (O2): Reaksi cepat, perlu hati-hati karena reaksi sangat eksotermis atau kenaikan T tinggi.

b). Sulfur Removal / Regenerasi
- Proses penghilangan racun Sulfur dari katalis.
- Dengan cara steaming atau reaksi dengan udara (O2).

Dengan tindakan di atas, diharapkan kinerja katalis akan membaik, karena Carbon dan Sulfur yang “menempel” telah hilang / berkurang sehingga reaksi Steam Reforming berlangsung dengan baik, dan selanjutnya tube katalis bebas dari hot spot dan sejenisnya karena biang penyebab hot spot telah dihilangkan.

Berikut reaksi sederhana dari istilah tersebut di atas :

Reduksi / Pengaktifan Katalis : NiO + H2 <=> Ni + H2O

Deaktivasi oleh Sulfur : Ni + S <=> NiS

Regenerasi Katalis (dari Sulfur) : NiS + H2O <=> NiO + H2S
H2S + 2H2O <=> SO2 + 3H2
NiO + H2 <=> Ni + H2O


Selamat mempelajari dan menikmati fenomena alam yang luar biasa. Hasil ciptaan Yang Maha Kuasa !


Bontang, Manik Priandani, 04 Januari 2011