Amonia global ~140 Mt/tahun bergantung pada penghilangan CO₂ ≥90%. Tiga kubu teknologi—activated MDEA, hot potassium carbonate, dan PSA—bertarung di angka energi 2,2–3,6 GJ/tCO₂, kemurnian produk 97–99,999%, dan biaya puluhan €/t.
Di jantung pabrik amonia—dari reformer uap atau gasifier—gas sintesis (syngas: H₂+N₂+CO₂+CO) harus dibersihkan dari “acid gas” CO₂, biasanya hingga ≥90% removal, agar selaras dengan reaksi Haber–Bosch (sintesis amonia) dan integrasi ke urea. Secara global, kapasitas amonia ~140 Mt pada 2018 (www.sciencedirect.com), dan mayoritas pabrik memakai chemical absorption (absorpsi kimia).
Tiga opsi besar tampil menonjol: (a) solvent amina teraktivasi (activated MDEA—methyldiethanolamine—dengan promotor), (b) hot potassium carbonate (K₂CO₃; Benfield/Catacarb), dan (c) pemisahan fisik dengan pressure swing adsorption atau PSA (adsorpsi–desorpsi bertekanan) yang menghasilkan tail gas kaya CO₂. Ringkasan performa, energi, dan biaya dari literatur utama www.mdpi.com, emis.vito.be, www.researchgate.net, dan brosur PSA www.airproducts.ie.
Desain Konverter Amonia: Siapa Paling Efisien di Industri Modern?
Activated MDEA: energi regenerasi dan efisiensi
Activated MDEA (campuran MDEA dengan activator seperti piperazine/Pz) adalah tulang punggung untuk bulk CO₂ removal di syngas amonia. Proses lean‑rich dengan stripper (kolom regenerasi pelarut) menuntut steam signifikan: basis industri ~3,2–3,6 GJ per ton CO₂ (GJ/tCO₂; setara 3,2–3,6 MJ/kg) menurut www.researchgate.net dan www.mdpi.com. Simulasi Khan dkk. pada campuran 35% MDEA/15% Pz dengan 90% capture menunjukkan beban reboiler 3,235 MJ/kg CO₂ (www.researchgate.net), dan skema lanjutan (splits/compression) dapat menurunkannya hingga ~2,78 MJ/kg (www.researchgate.net).
Efisiensi penangkapan CO₂ tipikal ~90–99% (produk keluar ≈100% CO₂ setelah kondensasi air) pada sistem amina yang dioperasikan baik (www.mdpi.com). Keuntungan: teknologi matang, loading CO₂ tinggi, kehilangan uap pelarut rendah, dan rekam jejak operasi luas. Kekurangan: duty termal steam tinggi, kolom besar, isu korosi/degradasi amina, dan biaya operasi pelarut moderat; CAPEX moderat; biaya capture total untuk amina lanjutan di kisaran 50–100 €/tCO₂ (bergantung harga steam dan skala). Sebagai konteks, MEA murni sering ~3,5–4 GJ/tCO₂ (www.mdpi.com), sehingga MDEA/Pz relatif lebih efisien. Untuk kategori pelarut komersial, lihat juga amine solvent untuk CO₂/H₂S removal.
Hot potassium carbonate: profil energi dan biaya
Larutan K₂CO₃ panas (Benfield/Catacarb; “hot carbonate”) menyerap CO₂ pada 90–130 °C dan tekanan tinggi. Duty panas berada pada ~2,2–2,5 GJ/tCO₂, dengan konsumsi listrik sekitar 770 kWh/tCO₂ untuk pompa (emis.vito.be). Efisiensi capture tipikal 80–95% (terutama pada tekanan feed ≥20 bar), menghasilkan aliran CO₂ ~99% murni (emis.vito.be dan emis.vito.be).
Dari sisi ekonomi, EMIS melaporkan CAPEX ~24 €/tCO₂ dan OPEX ~60 €/tCO₂ untuk kasus capture 85% (emis.vito.be), sehingga total biaya ≈84 €/t untuk capture 95%. Kelebihan hot‑K₂CO₃ datang dari volatilitas pelarut anorganik yang rendah dan panas reaksi yang lebih bersahabat; cocok untuk aliran besar bertekanan tinggi (lazim pada pabrik amonia berbasis gas) dan sifat ketahanan korosi yang baik. Namun, laju reaksi lebih lambat sehingga kolom lebih besar; praktiknya memakai packing yang dioptimasi dan operasi pada tekanan ≳25 bar untuk meningkatkan absorpsi. Contoh industri: Andritz Catacarb® digunakan untuk CO₂ removal, dengan “hot potash” ~2,3 GJ/t duty panas (emis.vito.be).
PSA: kemurnian H₂ ekstrem dan tail CO₂
PSA (pressure swing adsorption—adsorpsi pada tekanan tinggi, desorpsi pada tekanan rendah) umumnya dipakai untuk memurnikan H₂ dan sekaligus menghilangkan CO₂, CO, dan H₂O. Unit PSA menghasilkan H₂ 99,9–99,999% dengan recovery 80–90% (tergantung siklus) dan tail gas yang kaya N₂, CO₂, dan gas ringan pada tekanan mendekati tekanan adsorpsi (www.airproducts.ie).
Konfigurasi multi‑tahap bisa menghasilkan CO₂ pekat: studi pada gas buang baja menunjukkan ~96,9% CO₂ (75% recovery) pada satu produk dan 99,3% H₂ (80% recovery) pada produk lain (www.mdpi.com). Energi termal PSA rendah, tetapi butuh daya listrik untuk kompresor/vakum; struktur biaya berbeda: kolom adsorber intensif modal tanpa reboiler besar atau sirkulasi pelarut. Biaya capture PSA dapat serendah £17/tCO₂ (≈20 €/t) pada kasus gas baja (www.mdpi.com), meski sangat bergantung skala dan tekanan.
Keunggulan tambahan: produk CO₂ sudah pada tekanan menengah–tinggi (menguntungkan untuk kompresi/transport). Kekurangan: PSA biasanya dirancang untuk umpan kaya H₂; bila N₂ hadir di hulu (mis. syngas dari SMR/shift), perlu pemisahan awal atau pengelolaan ko‑adsorpsi N₂. Dalam praktik, banyak pabrik amonia dengan PSA memisahkan H₂ terlebih dahulu (PSA pasca‑shift), lalu menggabungkan dengan N₂ dari ASU (air separation unit) untuk tahap Haber (www.mdpi.com).
Perbandingan kinerja: angka kunci
- Efisiensi penangkapan CO₂: solvent system 80–99% (contoh MDEA/Pz 90% capture, www.mdpi.com; hot K₂CO₃ hingga 95+%, emis.vito.be). PSA dapat mengalihkan hampir seluruh H₂, menyisakan tail kaya CO₂; studi menunjukkan ~75% CO₂ masuk produk CO₂ pada ~97% kemurnian (www.mdpi.com).
- Kemurnian produk: MDEA/K₂CO₃ menghasilkan CO₂ nyaris murni (pasca-kondensasi) dan H₂ murni; PSA langsung memberikan H₂ 99,3–99,999% (www.mdpi.com, www.airproducts.ie) dan CO₂ ~97% (www.mdpi.com).
- Energi: hot K₂CO₃ ~2,2–2,5 GJ/tCO₂ + ~770 kWh/tCO₂ (emis.vito.be). MDEA/Pz ≈3,2–3,6 GJ/t (basis), bisa turun ~2,78 GJ/t dengan skema lanjutan (www.researchgate.net, www.mdpi.com). PSA: beberapa ratus kWh/tCO₂ (kompresor), duty termal sangat rendah.
- Biaya: hot K₂CO₃ ~55–84 €/t (emis.vito.be). Amines (MDEA/Pz) sering ≥70–100 €/t. PSA dapat kompetitif—mis. ~£17/tCO₂ pada analisis tertentu (www.mdpi.com)—namun sangat bergantung harga energi dan skala.
- Skala: unit amina dari ~10 MMSm³/h (million standard m³ per jam) hingga sangat besar; hot‑carbonate menyukai aliran syngas besar (banyak plant >100 MMSm³/h sejak 1960‑an). PSA modular tersedia ~1.000 hingga >100.000 Nm³/h feed; beberapa train dapat diparalel (www.airproducts.ie).
Pemisahan Amonia Multi-Flash untuk Kemurnian dan Efisiensi Maksimal
Panduan seleksi berbasis ukuran dan energi
Ukuran plant dan laju alir: pabrik amonia kecil (mis. <100 tpd NH₃) cenderung memilih solvent unit yang lebih sederhana (kolom baja yang diskalakan), karena bed PSA punya ukuran minimum praktis (~1–10 ktpa H₂). Aturan praktis: di bawah ~30–50 MMSm³/h syngas, amina lebih umum; di atasnya, baik solvent maupun PSA layak dipertimbangkan.
Biaya energi dan integrasi: bila low‑pressure steam (10–15 bar) melimpah atau bahan bakar untuk reboiler murah, regenerasi solvent ekonomis. Jika listrik sangat murah/hijau, PSA (electric‑driven) makin menarik. Dalam operasi dengan cogeneration, proses berbasis panas (amines/carbonate) memanfaatkan waste heat; sebaliknya, situs dengan nilai steam tinggi dan panas terbatas bisa condong ke PSA + kompresi mekanis. Analisis plant H₂+PSA 100 kNm³/h menunjukkan steam untuk MDEA stripper mendominasi konsumsi energi (www.mdpi.com).
Target produk dan pemanfaatan CO₂: untuk CO₂ murni (umpan urea atau dijual), solvent secara natural menghasilkan CO₂ yang mudah dikondensasikan/kompres. PSA memberi CO₂ bertekanan lebih tinggi, menghemat kompresi untuk pipa atau likuifikasi. Untuk H₂ ultra‑murni (mis. amonia berkualitas tinggi atau ekspor H₂), PSA unggul dengan 99,9%+ H₂ (www.airproducts.ie). Purifikasi amina memberi H₂ dengan beberapa ppm CO₂/N₂ (umumnya masih sesuai untuk Haber). Dalam kategori solvent komersial, rujuk CO₂/H₂S amine solvent.
Kompleksitas operasi dan fleksibilitas: solvent system perlu manajemen korosi/kontaminan serta packing bertingkat di tower tinggi. PSA memerlukan sequencing valve presisi dan conditioning adsorben. Retrofit bisa rumit: menambah skid PSA dapat mengubah pipa/pompa besar‑besaran; memperbesar absorber/regenerator juga mahal bila ruang/steam terbatas.
Regulasi dan pasar: di wilayah dengan harga karbon atau mandat CCUS (mis. dorongan “blue ammonia”), efisiensi capture dan biaya jadi krusial. Indonesia, misalnya, mendorong clean ammonia untuk pasar Jepang/Korea (www.reccessary.com), menuntut removal CO₂ lebih ketat.
Contoh panduan: plant 200 ktpa NH₃ (~220 t/hari H₂) dapat memakai skema kombinasi—solvent (MDEA/Pz) untuk menghilangkan CO₂ hingga <0,1% CO₂, lalu polishing PSA di produk H₂ untuk 99,9% H₂ bila diperlukan. Plant kecil 50 ktpa dapat cukup dengan MDEA dan downflow trays. Jika biaya energi condong (mis. gas alam $3/MMBtu vs listrik $0,03/kWh), optimasi kerap menunjukkan titik potong (cut‑over) amina vs PSA atau hot carbonate vs MDEA di kisaran beberapa puluh MMSm³/h.
Kesimpulan ringkas
Activated MDEA dan hot potassium carbonate adalah scrubber CO₂ skala besar yang terbukti, dengan efisiensi ≈80–95% dan konsumsi panas sekitar 2,2–3,5 GJ per ton CO₂ (www.researchgate.net; emis.vito.be). PSA menawarkan alternatif tanpa regenerasi termal (serba listrik) dengan H₂ >99% dan CO₂ ~97% secara langsung (www.airproducts.ie; www.mdpi.com). Bagi engineer proses, pertimbangan kunci adalah throughput, harga steam/listrik, dan kebutuhan produk: plant kecil/terintegrasi panas cenderung ke amina/carbonate; plant besar atau berfokus CSR/“blue ammonia” makin mempertimbangkan PSA atau skema hibrida. Kapasitas amonia global (~140 Mt/tahun) berarti ratusan train CO₂ removal beroperasi hari ini (www.sciencedirect.com), sementara biaya capture dan penalti energi tetap menjadi penggerak utama dekarbonisasi dan inisiatif “blue” ammonia (www.mdpi.com; www.reccessary.com).
Ammonia Hemat Energi: Optimasi Tekanan, Kompresor & Refrigerasi
Sumber dan tautan
- Su, W. et al., Applied Energy 259 (2020) 114135. “Techno-economic comparison of green ammonia production processes.” DOI:10.1016/j.apenergy.2019.114135 (www.sciencedirect.com).
- Moioli, S. & Pellegrini, L., Energies 17 (2024) 3089. “CO₂ Removal in Hydrogen Production Plants.” DOI:10.3390/en17133089 (www.mdpi.com; www.mdpi.com).
- Khan, B. A. et al., Sustainability 12 (2020) 8524. “Energy Minimization in Piperazine-Promoted MDEA-Based CO₂ Capture.” DOI:10.3390/su12208524 (www.researchgate.net; www.mdpi.com).
- EMIS (European Institute for Industrial Sustainability), “Hot Potassium Carbonate Process,” diakses 2024. Data efisiensi, duty energi, CAPEX/OPEX (emis.vito.be; emis.vito.be; emis.vito.be).
- Air Products Ltd., “Pressure Swing Adsorption (PSA) Hydrogen Purification,” brosur. H₂ >99,9% dan modular PSA (www.airproducts.ie).
- Bashir, F. I. et al., Energies 18 (2025) 2440. “Performance and Cost Analysis of PSA for H₂, CO, and CO₂ Recovery from Steel Off-Gases.” H₂ 99,3% @ 80% recovery; CO₂ 96,9% @ 75% recovery; biaya ~£17/tCO₂ (www.mdpi.com).
- Reccessary News, “Pupuk Indonesia expands clean ammonia production…,” 19 Juni 2024. (www.reccessary.com).
