Reformer primer dan sekunder menyerap porsi energi terbesar di pabrik amonia-urea. Bukti lapangan menunjukkan kombinasi peningkatan perpindahan panas, katalis reforming generasi baru, dan pemulihan panas gas buang dapat memangkas konsumsi gas dan emisi secara nyata.
Rata-rata pabrik amonia berbasis gas alam saat ini menghabiskan sekitar 36–37 GJ per ton NH₃ (GJ/t‑NH₃, energi per ton amonia) menurut IIP Network, sementara pelaku terbaik beroperasi di ~28–33 GJ/t (sumber sama). Desain Best Available Techniques (BAT) bahkan membidik ~28 GJ/t, kira-kira 25% di bawah rata-rata (IIP Network). Di balik angka-angka ini ada satu pusat gravitasi: reformer primer berbahan bakar (SMR, steam methane reformer) dan reformer sekunder berbasis udara/oksigen (ATR/POX, autothermal/partial oxidation).
Data teknik dan studi kasus menunjukkan tiga tuas efisiensi paling berdampak: 1) meningkatkan efisiensi termal di SMR (transfer radiasi dan konveksi), 2) beralih atau mengoptimalkan ATR/POX untuk menurunkan steam‑to‑carbon ratio (S/C, rasio uap terhadap karbon), dan 3) memaksimalkan pemulihan panas gas buang untuk pemanas pendahulu (preheat) dan pembangkitan uap.
Baca juga:
Blueprint Dewatering Tambang: Pompa Tahan Abrasi & Pengolahan Air
Benchmark energi proses reforming
SMR modern mentransfer hanya 45–60% panas bahan bakar ke reaksi reforming (transfer radiasi ke tube katalis), sedangkan 35–50% panas tungku direcup melalui seksi konveksi untuk memanaskan umpan atau uap (Integrated Global Services). Dengan optimasi, peningkatan 2–5% efisiensi termal saja dapat menghemat 0,5–1,5 GJ/t‑NH₃.
Efisiensi reformer primer (SMR)
Coating keramik ber‑emisivitas tinggi (high‑ε) di dinding radiant section SMR meningkatkan transfer radiasi, menurunkan temperatur gas buang (stack) dan konsumsi bahan bakar. Aplikasi komersial melaporkan penghematan ≈1–5% bahan bakar atau kenaikan kapasitas (Integrated Global Services). Dalam satu kasus nyata, IGS Cetek mencatat pengurangan bahan bakar 2% dan penurunan CO₂ sebanding (~~2%) serta ~9% reduksi NOₓ (Integrated Global Services); flue gas yang lebih dingin juga memangkas emisi thermal NOₓ ≈20–30% (Integrated Global Services). Payback satu tahun lazim terjadi berkat throughput lebih tinggi atau tagihan gas lebih rendah.
Di level operasi, burner terpelihara baik (excess O₂ rendah, staging tepat), sealing yang rapat, dan geometri furnace yang memaksimalkan paparan radiasi (mis. sidewall/terrace firing) membantu mendorong efisiensi radiant ke kisaran atas (~60%) (Integrated Global Services; Integrated Global Services).
Fouling jelaga dan “scale” pada pipa konveksi menggerus pemulihan panas. Pembersihan konveksi secara online (abrasif/sootblowers) mampu memulihkan ~1–3% efisiensi lewat peningkatan produksi uap; operator melaporkan kenaikan output uap 0,5–2% tanpa shutdown (Integrated Global Services; Integrated Global Services).
Upgrade katalis juga berbuah efisiensi. Katalis SMR berbasis nikel (Ni) dengan formulasi/geometri baru menaikkan konversi CH₄ pada duty tungku lebih rendah. Contoh, Clariant “ReforMax LDP Plus” dengan struktur delapan lubang menurunkan pressure drop bed katalis ~20%, membuka opsi throughput gas ~11% lebih tinggi tanpa menaikkan temperatur atau menurunkan beban kompresi recycle (Digital Refining). Promotor lebih aktif atau doping alkali (mis. ReforMax 210 LDP Plus dengan alkali) memperpanjang usia dan stabilitas; umumnya formulasi ini menekan methane slip dan memungkinkan temperatur dinding tube sedikit lebih rendah, memperpanjang umur tube (Digital Refining). Catatan: katalis komersial ini tetap beroperasi di ~800–900°C; katalis low‑temperature sejati masih banyak bersifat eksperimental (ACS Publications).
Reformer sekunder dan autothermal reforming
Reformer sekunder berbasis udara bersifat eksoterm (membakar CH₄) dan menyetel rasio H₂/N₂. Efisiensi dipengaruhi desain burner, penggunaan oksigen, dan integrasi. Dua pendekatan utama: dua langkah konvensional (SMR + secondary reformer udara/ATR) dan satu langkah ATR/POX (membakar in‑process). Pada konfigurasi SMR+ATR tradisional, S/C lazimnya ≈2,5–3 untuk mendorong konversi dan mencegah kokas (Ammonia Energy).
Desain ATR modern memangkas S/C jauh lebih rendah. Topsoe SynCOR ATR beroperasi pada S/C≈0,6 (dibanding ~3,0 pada SMR+ATR), memotong volume uap dan beban boiler ~80% (Ammonia Energy). Trade‑off: butuh ASU (air separation unit) dan capex lebih tinggi, umumnya ekonomis di skala besar (≥1 Mtpa NH₃) (Ammonia Energy; Ammonia Energy).
ATR/POX menggabungkan pembakaran dan reforming dalam satu bejana; karena sebagian feed dibakar, konsumsi gas per H₂ lebih rendah. Dua langkah konvensional “butuh lebih banyak gas” dibanding ATR/POX satu langkah untuk output H₂ yang sama (Ammonia Energy). Contoh aktual: pabrik 4.000 t/hari CF Industries memakai Topsoe SynCOR ATR (S/C 0,6) untuk meminimalkan konsumsi gas (Ammonia Energy). Pada >6.000 t/hari, Air Liquide/KBR juga memilih desain berbasis ATR bertekanan tinggi (Ammonia Energy). ATR tipikal beroperasi 30–40 bar, mirip SMR; tekanan lebih tinggi menghemat ruang dan mempermudah penangkapan CO₂, meski menurunkan konversi kesetimbangan sedikit (Ammonia Energy). Secara keseluruhan ATR dapat mengurangi konsumsi bahan bakar ~5–10% dibanding desain dua langkah lama (tergantung target penangkapan CO₂) (Ammonia Energy).
Menambah katalis di tahap sekunder (Catalytic Partial Oxidation/CPOX) memungkinkan operasi pada ~800–900°C ketimbang >1200°C; temperatur api lebih rendah berarti kehilangan panas burner per ton amonia menurun. Pemasok seperti Air Products “HyCO”, Air Liquide, Casale, Shell menawarkan ATR/POX; Casale HyPOX menggunakan burner berpendingin air dengan keluaran ~30 bar (Ammonia Energy; Ammonia Energy). Linde/Air Liquide melaporkan methane slip nyaris nol dari reaktor POX mereka, meminimalkan purge dan menaikkan efisiensi menyeluruh (Ammonia Energy).
Keandalan komponen juga berperan. Johnson Matthey menyebut umur nozzle burner >27 tahun pada reformer sekunder air‑fired berkat desain long‑neck, menekan shutdown perawatan (Ammonia Energy).
Geobag vs Belt Filter Press: Solusi Hemat untuk Dewatering Lumpur Tambang
Katalis reforming generasi lanjut
Riset katalis menargetkan operasi lebih “dingin” atau S/C lebih rendah. Studi Ni–CeO₂–Al₂O₃ nanocluster menunjukkan reaksi SMR mulai aktif di ~400°C dan turn‑over tinggi di 500°C; konversi CH₄ mendekati 100% (H₂ ≈3× CH₄) pada 500°C dan stabil 8 jam (ACS Publications). Jika diskalakan, penurunan 300–400°C dari praktik kini berpotensi menghemat ~15–20% panas endotherm; saat ini, SMR komersial tetap butuh ~800–900°C (katalis low‑T masih tahap awal) (ACS Publications).
Penopang dengan kapasitas simpan oksigen (mis. CeO₂, ZrO₂) membantu reforming CO₂ dalam feed (dry reforming) dan efektif menurunkan S/C. Katalis bi‑reforming (steam+CO₂) seperti Ni–ZrO₂/Al₂O₃ hierarkis menunjukkan konversi penuh pada temperatur “ultra‑rendah” (dilaporkan hingga ~520°C) dengan uap rendah (ACS Omega). Tren laboratorium ini—(Ni + alkali/rare‑earth) yang resistan kokas pada S/C ≈1—sedang diinkorporasi oleh pengembang (Clariant, Johnson Matthey) ke formulasi baru, namun data lapangan masih terbatas.
Pendekatan lain seperti pirolisis metana (menghasilkan H₂ + karbon padat) atau katalis dekomposisi amonia menghindari SMR sama sekali, tetapi masih R&D/pilot dan akan mengubah alur proses pabrik. Untuk saat ini, peningkatan katalis SRM bertahap paling realistis.
Pemulihan panas gas buang dan integrasi uap
Keduanya—SMR dan ATR—melepaskan gas buang sangat panas (sering 500–700°C setelah seksi konveksi). Tanpa pemulihan, ≈40–50% energi bahan bakar terbuang. SMR yang dirancang baik merecup 35–50% panas tungku di konveksi untuk preheat gas alam/udara bakar, menghasilkan uap tekanan tinggi, dan mensuperheat uap umpan; target temperatur gas buang setelah konveksi serendah praktis (~200–300°C) (Integrated Global Services). Pembersihan periodik offline pada pipa membantu mengembalikan output uap saat fouling muncul (Integrated Global Services; Integrated Global Services).
Di ATR/POX, panas nyala 800–1000°C dialirkan ke waste‑heat boiler (WHB) untuk menghasilkan uap makeup. Pemasok ketel ZBG menyebut flue “gas‑making” dapat membangkitkan seluruh kebutuhan uap reforming, menjadikan plant self‑sufficient (ZBG Boiler). Pada konfigurasi Air Products POX, WHB dimaksimalkan; opsi “quench” (injeksi air bertekanan tinggi) menghindari WHB namun menambah kebutuhan uap di hulu (Ammonia Energy).
Integrasi uap umumnya memakai beberapa level tekanan—mis. uap tekanan tinggi 100–140 bar, 480°C untuk turbin atau uap proses, serta level menengah—agar 75–90% energi bahan bakar reformer berubah menjadi uap/preheat bermanfaat; rugi stack tersisa ≈10–20% tak terelakkan (Integrated Global Services). Setiap ton uap dari gas buang “mengganti” ≈3–4 GJ jika dibandingkan membangkitkan uap dengan gas tambahan. Gas buang lebih dingin juga berarti CO dan NOₓ lebih rendah ke atmosfer. Banyak WHB membayar diri dalam 1–2 tahun karena biaya fuel‑to‑steam yang rendah dibanding ketel baru atau tambahan bahan bakar.
Di sekitar sistem uap ini, utilitas pendukung yang relevan secara proses termasuk peralatan injeksi kimia; sebagai contoh, pompa seperti dosing pump dipakai untuk pengaturan kimia utilitas. Untuk kualitas air umpan ketel, pemrosesan berbasis penukar ion seperti demineralizer sering menjadi bagian dari ekosistem utilitas. Pada sisi pemulihan kondensat, unit polishing seperti condensate polisher dapat disejajarkan dengan strategi pemulihan panas guna menjaga kinerja jangka panjang.
Konteks kebijakan Indonesia
Pemerintah menetapkan arah “green industry”. Permenperin No. 11/2023 membentuk Green Industry Standards untuk pabrik amonia dan urea—mencakup efisiensi sumber daya, pembatasan emisi, dan potensi target kogenerasi (BPK RI). Pada 2024, Menko Perekonomian menyoroti pergeseran Pupuk Kaltim ke teknologi hijau dan peran amonia dalam transisi energi Indonesia (Kemenko Perekonomian; Kemenko Perekonomian). Kalkulus investasi kini kian condong pada retrofit efisiensi: kebijakan karbon dan insentif akan menguntungkan plant yang memangkas GJ per ton NH₃.
Dewatering Tambang Batubara: Solusi Modular Cepat & Efektif
Implikasi bisnis dan angka hasil
Contoh konkret: penghematan bahan bakar SMR 2% ≈ 0,6 GJ/t‑NH₃ (≈0,17 MWh/t) dan memotong CO₂ sekitar 2%. Menurunkan S/C dari 3,0 ke 0,6 pada plant 3.000 t/hari dapat menghemat puluhan MW kapasitas pembangkitan uap. Upgrade katalis/pemulihan panas 5–10% berpotensi bernilai jutaan dolar per tahun di plant besar. Semua ini sejalan dengan bukti dari IIP Network, whitepaper teknik (Integrated Global Services; Ammonia Energy), serta regulasi nasional (BPK RI).
Kesimpulannya tegas: reformasi di reformer membayar dirinya—melalui pembelian gas yang lebih kecil, kepatuhan emisi (termasuk CO₂, NOₓ), dan throughput amonia yang lebih tinggi per unit energi.
