Efisiensi Uap Pabrik Urea: Teknologi Hemat Energi hingga 35%

Bagi pabrik urea, uap (steam) adalah “mata uang” sehari-hari. Bedanya dengan dekade 1980-an, pabrik modern bisa hidup hemat. Desain baru menurunkan kebutuhan energi ke kisaran ~0,4–0,6 Gcal/ton urea (≈400–600 kg uap ~24 bar/ton), jauh dari pabrik lawas yang menghabiskan ~0,8–1,1 Gcal/t atau lebih (www.bcinsight.crugroup.com).

Contohnya, sebuah pabrik ammonia‑stripping era 1980‑an di India tercatat ~1,1 Gcal/t (termasuk daya kompresor CO₂) sebelum revamp (www.bcinsight.crugroup.com). Sebaliknya, desain mutakhir seperti Ultra–Low Energy milik Stamicarbon hanya memakai ~567 kg/t uap HP (≈0,38 Gcal/t)—sekitar 35% lebih rendah dari desain tradisional (www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com). Casale lewat HYPER‑U bahkan memotong beban HP stripper ~20% dibanding self‑stripping lawas (www.bcinsight.crugroup.com).

Baca juga:

Hydrolyzer + Steam Stripper: Solusi 98% Penghilangan Amonia Kondensat Pupuk

Lanskap teknologi proses urea

Pabrik urea umumnya terbagi dua keluarga proses: self‑stripping (ammonia stripping: amonia dipakai sebagai agen stripping untuk melepaskan CO₂ dari larutan karbamat) dan CO₂‑stripping (CO₂ sebagai agen stripping). Keduanya menggunakan reaktor tekanan tinggi (HP, high pressure ~150–250 bar) untuk membentuk ammonium carbamate yang kemudian terdekomposisi menjadi urea, lalu dikonsentrasikan.

Efisiensi konversi dan intensitas energi berjalan beriringan. Di pabrik total‑recycle tipikal, konversi CO₂ per pass hanya ~60–64%. Skema Casale High‑Efficiency Combined (HEC) mengangkat konversi ke ~72–73% dan memangkas kebutuhan uap MP (medium pressure) dari ≈1.550 menjadi 1.100 kg/t (≈30% penghematan energi) (www.bcinsight.crugroup.com). Unit self‑stripping terintegrasi modern lazimnya menggunakan <700 kg/t uap MP (tidak termasuk penggunaan kompresor) (www.bcinsight.crugroup.com).

Di kubu CO₂‑stripping (mis. Toyo ACES), historisnya butuh uap HP berat (~850–900 kg/t pada 20 bar) untuk mengejar konversi hampir lengkap (www.bcinsight.crugroup.com). Varian baru ACES21‑LP menurunkan tekanan reaksi (mis. dari 152 ke 136 bar) dan memotong uap HP ~3–5% (www.bcinsight.crugroup.com). Studi retrofit menunjukkan konversi pabrik total‑recycle lama ke sintesis ala ACES (menambah HP stripper dan condenser) bisa mendongkrak kapasitas ~50% sambil memangkas energi >30% (www.bcinsight.crugroup.com). Mengganti stripper konvensional dengan desain Stamicarbon terbaru memberi ~20% kapasitas ekstra pada konsumsi uap HP 15–20% lebih rendah, serta ukuran peralatan lebih kecil (www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com).

Kalkulus biaya: uap bukan komponen terbesar

Dari sisi biaya, feedgas amonia mendominasi ekonomi urea—sekitar 80–85%—sementara uap dan listrik hanya ~10–16% (www.bcinsight.crugroup.com). Pada harga 2020, energi bernilai sekitar US$25–40 per ton urea (www.bcinsight.crugroup.com). Artinya, pemangkasan uap 20–30% “hanya” menambah profit kira‑kira US$5–10/t (www.bcinsight.crugroup.com). Namun di tengah harga bahan bakar naik dan target karbon, mengurangi energi (dan emisi CO₂) menjadi mendesak. UNIDO mencatat empat perusahaan pupuk Indonesia memangkas ~328.000 ton CO₂e/tahun melalui efisiensi, berpotensi menghemat US$47 juta (indonesia.un.org). Kemenperin menerapkan standar Green Industry untuk amonia/urea (peraturan.bpk.go.id), sejalan target nasional menurunkan emisi industri pupuk 3,95 MtCO₂e pada 2030 (indonesia.un.org).

Desain modern dan integrasi panas multi‑tahap

Strategi kuncinya: dekomposisi karbamat multi‑tahap, condenser efisien, dan evaporasi vakum memakai uap proses. Casale HEC menambahkan HP carbamate condenser yang menghasilkan uap LP 5,5 bar untuk keperluan downstream (www.bcinsight.crugroup.com). Di proyek Trombay, reinvestasi panas internal membuat hampir seluruh kebutuhan uap LP dipasok kondensor, memungkinkan peralihan dari ekstraksi turbin uap ke low‑pressure steam cleaning (www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com).

Sering kali Casale menambah pre‑decomposer bertekanan menengah (~30 bar): setelah flash dari larutan HP, reaktor tube‑bundle memakai uap karbamat HP untuk mendorong konversi lanjutan pada ~30 bar sehingga beban stripper MP turun. Dalam satu kasus, penambahan pre‑decomposer 30 bar di aliran flash 18 bar “mendebottleneck” seksi MP sehingga bisa beroperasi tanpa injeksi uap apa pun (www.bcinsight.crugroup.com).

Konsentrasi vakum (low‑pressure concentration) kini standar. Alih‑alih uap LP, larutan urea diuapkan bertahap dengan panas kondensasi uap karbamat. Contoh, Casale menambahkan evaporator vakum pada feed concentrator pertama, memakai uap karbamat MP ketimbang uap 3,5 bar—menghemat sekitar 200–230 kg/t uap 3,5 bar (www.bcinsight.crugroup.com). Dua heat‑recovery exchanger tambahan (satu mengkondensasikan karbamat LP, satu memanaskan feed) makin mengangkat keluaran HP condenser dan mengurangi beban cooling (www.bcinsight.crugroup.com). Secara keseluruhan, revamp Casale memangkas specific energy ~27%, menyamai “best‑available” untuk ammonia‑strip (www.bcinsight.crugroup.com).

Stamicarbon “ULTRA‑LOW ENERGY” dengan pool‑reactor (kombinasi reaktor dan kondensor) memanfaatkan panas tiga tahap (konsep urea melt) (www.worldfertilizer.com; www.bcinsight.crugroup.com). Pabrik Jinjiang dengan desain ini mencapai hanya 567 kg/t (23 bar) uap HP—~0,38 Gcal/t—bahkan pada beban tinggi (www.bcinsight.crugroup.com), 35% di bawah pool design konvensional setempat, dengan 16% lebih sedikit air pendingin (www.bcinsight.crugroup.com). Keunggulannya datang dari pertukaran panas langsung proses‑ke‑proses (mis. combi‑reactor yang mencelupkan uap HP pada bundle reaksi, seperti Saipem “HYPER‑U” www.bcinsight.crugroup.com) dan pemanfaatan aliran limbah—uap dari water‑treatment dipakai untuk low‑pressure decomposer terakhir pada HYPER‑U milik Casale (www.bcinsight.crugroup.com).

Jaringan uap multi‑pressure dan pemulihan internal

Intinya: setiap tahap dimanfaatkan. HP carbamate condenser memasok uap LP ke distiller; MP condenser memanaskan umpan; HP/MP condenser memberi panas ke tahapan vakum; bahkan kondensasi “waste” (termasuk uap WWT) dipulihkan. Banyak pabrik modern mengoperasikan jaringan uap tiga‑atau empat‑tekanan, sembari mengurangi ketergantungan pada turbin uap. Pada satu pabrik yang di‑upgrade, menambah header LP 5,5 bar dari HP condenser ekstra memungkinkan mid‑pressure decomposer baru dan menutup “kesenjangan” uap LP (www.bcinsight.crugroup.com). Integrasi organic Rankine/power recovery jarang; fokusnya meminimalkan pemanasan eksternal.

Baca juga:

Panduan QA Sanitasi No-Rinse Brewery Packaging: PAA, ClO₂ & ATP

Panduan identifikasi dan implementasi penghematan

Patokan (benchmarking) dulu. Ukur konsumsi uap HP/MP (kg/t atau Gcal/t) dan konversi per pass. Jika ammonia‑stripping memakai jauh di atas 700 kg/t uap MP atau >800 kg/t uap HP, atau CO₂‑stripping >850 kg/t uap HP, berarti boros dibanding state‑of‑art (www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com). Contoh ROI: pemotongan 25–30% uap (mis. 1,1 ke ~0,8 Gcal/t) tercapai di Trombay (www.bcinsight.crugroup.com); upgrade Ultra‑Low Energy menargetkan ~30–35% penurunan (www.bcinsight.crugroup.com).

Audit proses: petakan seluruh aliran massa‑panas. Cek neraca uap di jaringan HP/MP/LP. Cari uap berlebih yang dibakar/dibuang (mis. vent uap karbamat tak terkondensasi). Ukur kualitas kondensat proses; kadar amonia/urea tinggi sinyal inefisiensi. Analisis pinch membantu mengungkap panas “menganggur”. Untuk polishing kondensat uap, unit seperti condensate polisher lazim dipertimbangkan di utilitas pabrik. Resin penukar ion seperti ion-exchange resin digunakan pada banyak sistem polishing/de‑mineralisasi.

Seksi reaktor: naikkan konversi untuk menekan recycle. Upgrade internal reaktor (mis. HET trays, vortex mixers) dapat menaikkan konversi dan memungkinkan operasi pada tekanan lebih rendah; beberapa pabrik melaporkan ~0,05–0,1 Gcal/t penghematan dari upgrade internals (www.ijert.org). Optimalkan rasio N/C (nitrogen/karbon) dan H/C; minimalkan pengenceran oleh air recycle—panduan Energy Star menekankan “no water recycle in loop” dan NH₃/CO₂ optimum (manuals.plus). Pasang pemantauan daring kadar amonia/urea di kondensat (analyzer generasi baru, www.bcinsight.crugroup.com) dan advanced control N/C (APC) (www.bcinsight.crugroup.com).

Retrofit pemulihan panas: tambah/perbesar heat exchanger internal. Opsi umum: HP carbamate condenser tambahan untuk menghasilkan lebih banyak uap proses, memanfaatkan turbin‑ekstraksi atau ejektor untuk daur ulang uap LP, hingga heat pump bila layak. Casale menambah HP condenser kedua untuk membagi generasi uap LP menjadi header 5,5 dan 3,5 bar, sehingga uap internal naik dan injeksi uap MP dapat dihapus (www.bcinsight.crugroup.com). Menambahkan vacuum pre‑concentrator (memakai uap karbamat MP) sering high‑return: Casale mengkreditkan penghematan ~210 kg/t uap 3,5 bar dengan menggantikan evaporasi tahap pertama (www.bcinsight.crugroup.com). Mesin/turboexpander di port flash jarang; mechanical vapor recompression mungkin berlaku di tahap vakum jika daya murah.

Stripper & condenser upgrade: TOYO mencatat pemasangan ACES® stripper terbaru (perbaikan distribusi internal) menurunkan uap HP dan beban amonia di absorber hilir (www.bcinsight.crugroup.com). Pool‑reactor double‑bundle Stamicarbon (dipakai pada ULE) memadukan reaktor HP dengan coil kondensasi terendam; retrofit pool condenser ke pabrik eksisting dilaporkan memberi 35% penghematan uap (www.bcinsight.crugroup.com). Pastikan exchanger di‑resize/dibersihkan; fouling pada carbamate condenser/evaporator memicu ekstra uap. Bila belum ada, pertimbangkan train dekomposisi multi‑pressure (mis. konversi one‑step HP stripper ke isobaric double‑recycle/IDR). Konsep IDR dikenal menghemat energi (manuals.plus).

Loop pemurnian & side‑stream: periksa purge amonia/inert. Stripping amonia dari purge gas dengan air (atau membakarnya kembali sebagai fuel) bisa memulihkan energi; IPTS melaporkan “NH₃ washing from inerts” memulihkan panas burner (manuals.plus). Fines/granulator dust: alihkan kembali ke urea melt ketimbang dikeringkan, untuk menghemat beban burner (manuals.plus). Optimalkan beban kondensat proses ke boiler; kadar urea lebih rendah di kondensat (melalui perbaikan treatment/penggunaan) meningkatkan efisiensi boiler. Untuk kualitas make‑up dan kontrol boiler, peralatan utilitas seperti demineralizer dan akurasi injeksi kimia dengan dosing pump sering menjadi bagian dari “higiene” sistem.

Utilitas & sintesis: di luar loop urea, kopling ke sintesis amonia berpengaruh. Integrasi dengan boiler/cogeneration relevan. Pada pembangkit uap berbasis batubara atau turbin gas, tuning (mis. preheating feed, O₂ enrichment) termasuk rekomendasi tingkat pabrik—contoh: US DOE menyarankan optimalisasi excess‑air control dan turbine extraction optimization . Untuk air: RECP Indonesia mencatat PUSRI menurunkan konsumsi air dari 13,5 menjadi 3,6 m³/t (di bawah standar 5,5 m³/t), dan kebersihan proses semacam ini cenderung menurunkan uap yang dibutuhkan (indonesia.un.org). Dalam pengoperasian boiler, kimia utilitas seperti oxygen scavengers dan program scale control membantu menjaga kinerja—bagian dari paket efisiensi plant‑wide.

Regulasi & finansial: penuhi standar Indonesia. Permenperin No. 11/2023 mewajibkan sertifikasi Green Industry untuk pabrik amonia dan urea (peraturan.bpk.go.id), yang mengimplikasikan audit energi dan emisi. Proyek efisiensi biasanya balik modal cepat; pilot industri pupuk Indonesia mencatat potensi penghematan ~US$47 juta (indonesia.un.org). Bila uap dari boiler, peralihan bahan bakar (mis. dari diesel ke biomassa atau pemanfaatan waste heat) bisa dihitung sebagai penghematan energi. Dukungan pemerintah (loan, green bond) mungkin tersedia untuk proyek “blue/green ammonia‑urea”, termasuk integrasi CCUS/energi terbarukan; skala besar ini melampaui retrofit, tetapi sudah ada di roadmap Indonesia (indonesia.un.org).

Checklist ringkas untuk insinyur proses

• Kuantifikasi konsumsi energi saat ini: uap spesifik (kg/t per tekanan, Gcal/t) dan listrik (kWh/t). Bandingkan ke target: misalnya <600 kg/t uap HP dan <1,0 Gcal/t total adalah kelas dunia (www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com).
• Identifikasi rugi‑rugi: gunakan neraca energi untuk menemukan panas yang dibuang (cooler, flare, vent). Cari exchanger ber‑ΔT tinggi yang terlewat atau fouled.
• Optimasi kondisi operasi: jalankan pada rasio N/C terbaik (≈1,3–1,4) dan minimal air recycle. Hilangkan udara/kebocoran. Pakai advanced controller untuk menstabilkan reaktor dan absorber.
• Rencanakan revamp: jika gap besar (>10–20% di atas best practice), evaluasi penambahan HP/MP condenser, extra stripper, vacuum evaporator, dsb. Manfaatkan simulasi atau studi licensor (Casale, Stamicarbon, Toyo menawarkan skema revamp: www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com).
• CapEx vs OpEx: hitung ROI modifikasi integrasi panas. Bahkan penghematan uap 5–10% bisa layak saat harga bahan bakar tinggi (indonesia.un.org; www.bcinsight.crugroup.com). Pertimbangkan sinergi air‑energi; kualitas make‑up water via demineralizer dapat mendukung efisiensi boiler.
• Monitoring & penyempurnaan: pasang analyzer daring (mis. urea‑in‑water, www.bcinsight.crugroup.com) dan detektor kebocoran untuk mencegah degradasi kinerja. Dalam praktik utilitas, program kimia seperti oxygen scavengers atau scale control merupakan bagian dari disiplin operasi rutin.

Baca juga:

Pretreatment Limbah Packaging Bir: Perisai Awal Sebelum WWTP Utama

Ringkasan akhir dan implikasi

Literatur menunjukkan integrasi panas paling berdampak: menambah vacuum concentrator dan extra condenser memungkinkan satu pabrik menghasilkan seluruh uap LP secara internal dan memangkas uap MP ~27% (www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com). Desain seperti HYPER‑U memangkas kebutuhan uap LP hilir ~60% (dibanding self‑strip lawas) berkat pemulihan panas mendalam (www.bcinsight.crugroup.com). Secara keseluruhan, retrofit terarah—dari contactor yang ditingkatkan hingga exchanger pemulihan panas—dapat secara kumulatif memangkas separuh beban uap pabrik lawas, membantu memenuhi target Green Industry Indonesia dan benchmark energi global (www.bcinsight.crugroup.com; www.bcinsight.crugroup.com).

Sumber: data komparatif dan studi kasus berasal dari laporan industri dan paper teknis (Casale, TOYO, Stamicarbon, UNIDO) serta sumber regulasi. Setiap angka di atas didokumentasikan oleh literatur yang ditautkan.