Untuk reforming metana dengan uap di pabrik amonia/urea, standar air-umpan boiler harus setara “ultrapure” agar uap tidak membawa racun ke katalis Ni. Targetnya ekstrem: silika ≤0,02 mg/L, oksigen terlarut ke level ppb, dan total padatan dalam uap 10–30 ppb.
Pabrik amonia/urea hidup dari uap bertekanan tinggi—sering 20–50+ bar—untuk steam–methane reforming. Sisi tak terlihat yang menentukan performanya: kemurnian air-umpan boiler sedemikian ketat hingga praktis “kering” ion. Literatur operasi menyebut ini “Type I” demineralized water—konduktivitas di kisaran 0,1 µS/cm atau kurang—dengan kekerasan nol, klorida/sulfat/metal nyaris nol, dan silika dijaga hanya puluhan ppb (www.forbesmarshall.com; www.watertechnologies.com).
Satu studi kasus menunjukkan spesifikasi boiler mensyaratkan silika <0,02 mg/L (20 ppb); ketika gagal dipenuhi, terjadi fouling dan konsumsi bahan bakar meningkat. Begitu demineralizer dikoreksi untuk mencapai <20 ppb SiO₂, konsumsi bahan bakar turun dan output uap (serta laju reformer) melonjak signifikan (www.researchgate.net).
Standar Kemurnian CO₂ Urea-Grade dan Teknologi Pemurniannya
Target kualitas air umpan dan uap
Untuk boiler bertekanan >≈300 psig (≈20 bar), literatur teknik menekankan padatan uap (steam solids) harus 10–30 ppb (0,01–0,03 mg/L) agar superheater/turbin tetap bersih (www.watertechnologies.com). Praktisnya, ini menuntut silika umpan ≤0,02 mg/L (www.researchgate.net), Na/Cl/SO₄ ≈ 0 (level µg/L), dan O₂ di kisaran beberapa ppb (www.forbesmarshall.com; www.watertechnologies.com).
Praktik umum: deaerator memanaskan air-umpan ke >90 °C untuk menurunkan O₂ terlarut ke ~2 ppm atau kurang, lalu bahan kimia scavenger atau deaerasi vakum menekan O₂ ke <0,01 mg/L (www.forbesmarshall.com). Demin plant modern rutin menghasilkan resistivitas “tak terhingga” ~16 MΩ·cm (≈≪0,05 µS/cm), setara TDS jauh di bawah 0,01 ppm—bahkan setelah konsentrasi dalam boiler, uap praktis bebas padatan. Sebagai ilustrasi, carryover 1% dari umpan dengan TDS 0,01 mg/L hanya memuat 0,0001 mg/L padatan—jauh di bawah batas berbahaya (www.watertechnologies.com).
Standar Indonesia (mis. SNI 7268:2009) mengadopsi spesifikasi serupa dengan pedoman ASME/ABMA (m.antpedia.com). Rujukan lain untuk batas silika <0,02 ppm tersedia di www.lenntech.com.
Rangkaian pengolahan dari pretreatment ke demin
Rantai tipikal mencakup filtrasi kasar dan pelunakan (softening) untuk menghilangkan Ca/Mg dan partikel tersuspensi, kemudian reverse osmosis atau demineralisasi multi-tahap (ion exchange atau EDI), diakhiri dengan deaerasi (www.forbesmarshall.com). Pada bagian pretreatment, media dual‑layer seperti sand silica lazim dipakai untuk menangkap partikel 5–10 mikron sebelum proses lanjutan.
Untuk kesadahan, unit softener mengeluarkan ion kalsium/magnesium guna mencegah scale. Banyak pabrik mengandalkan RO air payau seperti brackish-water RO sebagai penggerak utama penurunan TDS ke level sangat rendah, sering didahului pretreatment membran seperti ultrafiltration agar RO lebih stabil.
Sebagai alternatif atau pelengkap RO, paket demin ion‑exchange—misalnya demineralizer (kation/anion kuat/lemah) dengan resin ion‑exchange resin—mencapai level konduktivitas “Type I”. Untuk polishing akhir, unit mixed bed mampu menurunkan silika hingga <20 ppb dan TDS sangat rendah, setara keluaran demin berkelas.
Jejak organik dan minyak wajib disingkirkan. Panduan boiler menegaskan “oil and other organic contaminants… must be removed from the boiler feedwater” karena bahkan jejak organik memicu foam stabil dan carryover (www.watertechnologies.com). Untuk itu, adsorber activated carbon sering dimasukkan di jalur pra‑RO.
Deaerasi dan kontrol kimia pendukung
Deaerator—yang menaikkan suhu air umpan ke >90 °C—menurunkan O₂ ke ~2 ppm atau kurang; dikombinasikan scavenger, target <0,01 mg/L realistis (www.forbesmarshall.com). Dosis kimia presisi bertumpu pada dosing pump agar injeksi konsisten.
Dalam praktik, program kimia boiler menyertakan scavenger seperti oxygen scavengers untuk menekan O₂ ke level ppm/ppb, pengendalian pH melalui neutralizing amine, stabilisasi alkalinitas dengan alkalinity control, dan proteksi kerak via scale control. Peralatan pendukung seperti water-treatment ancillaries menjaga operasi harian aman dan repeatable.
Desain Konverter Amonia: Siapa Paling Efisien di Industri Modern?
Dampak kontaminan terhadap katalis reformer
Setiap kontaminan yang terbawa uap berpotensi mengendap atau meracuni katalis berbasis Ni. Literatur menyebut racun umum meliputi sulfur, halogen (Cl, F), arsenik, fosfor, dan logam berat seperti Cu, Pb, As (chempedia.info). Praktisi juga mengenal batas S residual di gas alam harus <0,2 ppm agar Ni tidak terdeaktivasi (chempedia.info).
Yang krusial untuk topik ini: “steam is another potential source of contaminants… chemicals from the boiler feedwater… are poisons to the reformer catalyst, so steam quality must be carefully monitored.” (chempedia.info). Panduan boiler juga menegaskan residu organik/minyak di umpan memicu deposit “lengket” (soap/foam) yang menyeret air ke jalur uap (www.watertechnologies.com).
Dalam praktik, carryover ionik/partikulat—misalnya produk korosi tembaga/besi—dapat menyumbat pori atau meracuni situs aktif katalis. Karena itu, target operasional sering dinyatakan “0 mg/L” untuk Fe, Cu, klorida, dll. Bahkan sisa Mg/Ca dilarang (membentuk scale yang cepat mengelupas). Manfaatnya terukur: memperketat silika/konduktivitas ke desain meningkatkan pembangkitan uap dan memangkas bahan bakar (www.researchgate.net), yang berimbas pada umur katalis dan yield hidrogen. Sebagai skala kasar, pabrik amonia 500 MTPD dapat memuat banyak ton katalis Ni pada kisaran ~$50–100/kg; peningkatan kecil dalam umur katalis berdampak besar pada biaya.
Desain boiler dan steam drum untuk kemurnian uap
Boiler water‑tube modern mengandalkan pemisahan multi‑tahap. Geometri menghindari turbulensi: pipa pembawa uap (riser) melepaskan di atas permukaan air (atau melalui baffle) agar fase uap dipisahkan halus—desain lama yang melepaskan di bawah permukaan air “cause severe turbulence” dan entrainment ditinggalkan (www.watertechnologies.com).
Di dalam drum, separator sentrifugal (cyclone) memutar campuran uap/air: aliran masuk tangensial, air berpilin turun di dinding sementara uap naik—sering beberapa tahap cyclone (“fore‑separators”) mengeluarkan droplet besar, lalu scrubber sekunder/demister pad (wire mesh atau vane pack) menangkap droplet ultrahalus. Contoh rancangan handbook menunjukkan 2–3 tahap untuk mencapai spesifikasi (www.watertechnologies.com).
Efektivitasnya tercermin di neraca sirkulasi: tiap 1 kg uap, 15–20 kg air bersirkulasi dalam loop; maka >99,97% air harus disisihkan dari uap untuk kemurnian desain—hanya ~0,03% air drum yang boleh ikut (www.watertechnologies.com). Secara numerik, dryness 99,97% atau lebih sering dicapai; di layanan tekanan tinggi, target padatan uap di kisaran 10–30 ppb lazim (www.watertechnologies.com).
Carryover residual dikendalikan lewat blowdown kontinu dan pemantauan kemurnian uap; TDS drum dijaga sangat rendah (sering <1–10 ppm). Pedoman gaya ABMA bahkan menunjukkan bahwa menaikkan laju blowdown dapat mengizinkan TDS drum lebih tinggi tanpa melampaui batas uap. Fitur desain lain: preheating + deaerasi sebelum masuk boiler, kontrol kimia (termasuk blowdown “liberal” untuk menekan siklus impuritas), serta penempatan spray attemperation secara hati‑hati (sering di mud drum tertutup atau upstream) agar aditif air tidak bocor ke jalur uap. Beberapa unit memakai “external steam polishers” (cyclone di luar drum) untuk purity yang sangat kritis (www.watertechnologies.com).
Pemisahan Amonia Multi-Flash untuk Kemurnian dan Efisiensi Maksimal
Rekap angka kunci dan implikasi
Intinya: reformer amonia/urea butuh air umpan deionisasi/ultrapure agar boiler menghasilkan uap dengan kontaminan nyaris nol. Target desain: silika ≤0,02 mg/L, O₂ terlarut <0,01 mg/L, dan padatan uap 10–30 ppb; rujukan operasional dan studi mendukung angka ini (www.watertechnologies.com; www.researchgate.net). Desain drum dengan separator siklon, demister, dan tata letak riser/baffle yang tepat memungkinkan pencapaian ini (www.watertechnologies.com; www.watertechnologies.com), sementara literatur katalis memperingatkan uap sebagai sumber kontaminan potensial yang harus dipantau ketat (chempedia.info). Hasil bisnisnya nyata: kemurnian tinggi menaikkan output reformer, memperpanjang umur katalis, dan menekan OPEX—dibuktikan oleh kasus penurunan silika yang memangkas konsumsi bahan bakar dan meningkatkan pembangkitan uap (www.researchgate.net).
