Abstrak—Sebagai  salah  satu  bahan  baku  utama  dari  industri pupuk,  konsumsi  amonia  dunia  sejak  tahun  2010  hingga  tahun 2020  terus  mengalami  peningkatan,  yaitu  sekitar  1,81%  tiap tahunnya.  Adapun  konsumsi  amonia  dalam  negeri  juga mengalami  peningkatan.  Selain  konsumsi  amonia  dalam  negeri yang  terus  meningkat,  pemerintah  juga  sedang  menawarkan proyek  pembangunan  pabrik  pupuk  dan  petrokimia  di  Papua Barat.  Pabrik  ini  direncanakan  beroperasi  pada  tahun  2025 dengan kapasitas produksi 2500 ton amonia/hari dan berlokasi di Kabupaten  Teluk  Bintuni,  Papua  Barat,  seperti  program  yang telah  didukung  oleh  Pemerintah  Indonesia.  Adapun  proses produksi  amonia  terbagi  menjadi  empat  tahapan  utama,  yaitu Feed Gas Pre-Treatment, Syngas Generation, Syngas Purification, dan Ammonia Synthesis. Bahan baku yang diperlukan dari proses produksi  amonia  ini,  antara  lain  gas  alam,  steam,  dan  udara. Untuk  memenuhi  kapasitas  produksi  tahunannya,  diperlukan nilai  OPEX  (operating  expenditures)  sebesar  $      513.097.665,87 dan nilai CAPEX (capital expenditures) sebesar $ 740.000.997,05. Selain itu, didapatkan nilai Internal Rate of Return (IRR) sebesar 19,04%  dengan  bunga  deposito  bank  sebesar  2%.  Waktu pengembalian modal atau Pay Out Time (POT) yang dibutuhkan dalam  pendirian  pabrik  ini  adalah  selama  8  tahun  7  bulan  dan nilai  BEP  sebesar  33,44%,  serta  nilai  NPV  sebesar  $ 817.824.352,85
Kata Kunci—Amonia, Gas Alam, Pupuk.

## I. PENDAHULUAN
ADA tahun 2025, populasi penduduk di dunia diperkirakan akan  mencapai  angka  8,1  juta  jiwa  [1].  Hal  itu  menjadi tantangan  perekonomian  dunia  dalam  ketahanan  pangan dimana pertambahan jumlah populasi manusia akan mengurangi  jumlah  lahan  pertanian  [2].  Sebagai  salah  satu kebutuhan  dasar  dari  tumbuhan,  ketersediaan  nitrogen  dalam bentuk  pupuk  sangat  memengaruhi  efisiensi  dari  produksi produk  pertanian  yang  juga  akan  menekan  kebutuhan  lahan pertanian  [1].  Kebutuhan  akan  nitrogen  dalam  bentuk  pupuk harus  diimbangi  dengan  ketersediaan  bahan  utamanya,  yaitu amonia.  Amonia  merupakan  bahan  baku  untuk  produksi akrilonitril yang merupakan produk intermediate dari berbagai produk kimia, seperti plastik ( polyacrylonitrile dan isocyanates untuk polyurethanes ),  karet  ( nitrile  butadiene ),  dan  fiber ( hexamethylenedaimen untuk  nilon 66 dan caprrlactam untuk nilon 6) [3].
Secara  global,  konsumsi  amonia  sejak  tahun  2010  hingga tahun tahun 2020 terus mengalami peningkatan dengan grafik yang  dapat  dilihat  pada  Gambar  1.  Secara  rata-rata,  kenaikan konsumsi amonia dunia berkisar pada angka 1,81%. Kenaikan konsumsi amonia dunia ini juga diikuti dengan kenaikan harga jual di berbagai area di dunia seperti yang terlihat pada Gambar 2  [4].  Kenaikan  harga  amonia  ini  dapat  mengindikasikan naiknya  permintaan  amonia  dunia.  Laporan  tahunan  Pupuk Indonesia  selama  5  tahun  terakhir,  konsumsi  dan  produksi
amonia  Indonesia,  baik  untuk  industri  pupuk  maupun  untuk dijual  sebagai  produk  non-pupuk  memiliki  grafik  yang  terus meningkat.  Sedangkan  untuk  kapasitas  ekspor  dan  impor amonia Indonesia, grafiknya juga menunjukkan peningkatkan. Grafik dari data konsumsi, produksi, ekspor, dan impor terdapat pada Gambar 3.
Penawaran ini bertujuan untuk mengembangkan perekonomian  wilayah  Papua  sekaligus  mengulang success story pendirian pabrik pupuk dan petrokimia di kawasan remote Bontang. Rencana pemerintah ini direalisasikan dengan adanya pelebaran  usaha  PT  Pupuk  Kalimantan  Timur  di  kawasan Papua Barat [5].
Ditinjau dari tingkat konsumsi amonia dalam negeri maupun global yang terus meningkat, harga jual amonia secara global dalam  dua  tahun  terakhir  yang  terus  mengalami  kenaikan, ketersediaan  bahan  baku  yang  melimpah,  dan  dukungan pemerintah akan pengembangan industri pupuk dan petrokimia menjadikan amonia menjadi salah satu komoditi yang memiliki

## Pra-Desain Pabrik Amonia dari Gas Alam
Sri Rani Kusumaningrum, Nidya Ahmadya Rosalin, Annas Wiguno, dan Gede Wibawa Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : gwibawa@chem-eng.its.ac.id
P
Gambar 1. Konsumsi amonia dunia.
Gambar 2. Trend harga amonia dunia.
Gambar 3. Produksi, konsumsi, ekspor, dan impor amonia Indonesia.
pasar yang menjanjikan. Maka dari itu dibuatlah rancangan Pra- Desain  Pabrik  Amonia  dari  gas  Alam  untuk  mengetahui prospek pendirian pabrik kedepannya.

## II. DATA DASAR PERANCANGAN

## A. Ketersediaan dan Kualitas Bahan Baku dan Produk
Bahan baku pembuatan amonia adalah hidrogen yang dapat diperoleh  dari  gas  alam  maupun  batu  bara,  serta gas  nitrogen yang dapat diperoleh dari udara. Penggunaan gas alam sebagai bahan baku pembuatan amonia memiliki presentase yang lebih besar  dibanding  batu  bara,  yaitu  sebesar  65%.  Hal  ini disebabkan  karena  banyaknya  cadangan  gas  alam  yang melimpah di berbagai daerah, harga yang kompetitif, dan emisi CO 2 yang rendah.
Gas  alam  atau  gas  bumi  merupakan  energi  primer  paling banyak  ketiga  yang  digunakan  di  Indonesia  setalah  minyak bumi  dan  batubara.  Cadangan  gas  bumi  per  Januari  2017  di Indonesia  mencapai  142,72  TSCF  ( Trilliun  Standars  Cubic Feet )  dengan  cadangan  terbukti  sebesar  100,36  TSCF  dan cadangan  potensial  sebesar  42,36  TSCF.  Cadangan  terbesar berada di Region II sebesar 74,83 TSCF termasuk East Natuna sebesar 46 TSCF, Region VI sebesar 40,61 TSCF, serta Region V sebesar 15,35 TSCF. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral,  Direktorat  Jenderal  Minyak  dan  Gas  Bumi, memperkirakan pasokan gas bumi nasional untuk tahun 2018- 2027 yang disebut sebagai Neraca Gas Bumi Indonesia 2018- 2027 seperti yang ditampilkan pada Tabel 1 [6].

## B. Penentuan Kapasitas
Penentuan  kapasitas  produksi  pabrik  ini  didasarkan  pada beberapa  pertimbangan,  seperti  tren  harga  jual  amonia;  data produksi, konsumsi, impor, dan ekspor Indonesia; tahun mulai
beropreasinya  pabrik  dan life  span -nya;  serta  ketersediaan bahan baku. Pabrik ini direncakan akan mulai beroperasi pada tahun 2025. Data produksi amonia dari 5 pabrik pupuk di bawah naungan PT Pupuk Indonesia, yaitu PT Pupuk Iskandar Muda, PT Pupuk Sriwidjaja, PT Pupuk Kujang, PT Pupuk Petrokimia Gresik,  dan  PT  Pupuk  Kalimantan  Timur  dijadikan  sebagai referensi  data  produksi  amonia  di  Indonesia. Sedangkan  data konsumsi  amonia  Indonesia  didapat  melalui  persamaan  di bawah ini:
𝐾𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑎 ( 𝑡𝑜𝑛 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛 ) = 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 𝑢𝑟𝑒𝑎 ( 𝑡𝑜𝑛 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛) × 0,566 𝑡𝑜𝑛 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑎 80%
Data  produksi,  konsumsi,  ekspor,  dan  impor  pada  Tabel  2 kemudian diolah untuk mengetahui peluang kapasitas produksi amonia pada pada tahun 2025, yaitu sebesar 1.253.522,83 ton. Untuk memenuhi peluang kapasitas produksi amonia tersebut, pabrik  ini  akan  memiliki  kapasitas  produksi  2500  ton amonia/hari  dengan  basis  waktu  operasi  selama  330  hari kerja/tahun dan waktu kerja pabrik selama 24 jam/hari.
Untuk memproduksi 2500 ton amonia/hari dibutuhkan 62,25 MMSCFD gas alam. Hal ini didukung oleh besarnya cadangan gas  alam  di  Region  VI,  wilayah  dimana  pabrik  ini  akan didirikan,  yang  tersaji  pada  Tabel  1  sebesar  2.277,71 MMSCFD.  Sehingga  untuk  mengoperasikan  pabrik  amonia kapasitas  2500  ton/hari  selama  25  tahun  dibutuhkan  total
Tabel 1.
Produksi, Konsumsi, Ekspor, dan Impor Amonia pada Tahun 2011-2020 dalam Ribu Ton
Tahun Produksi Amonia Konsumsi Amonia Ekspor Amonia Impor Amonia 2011 4.508,23 4.686,67 1.067,93 86.67 2012 4.560,72 4.800,52 959,88 338,65 2013 4.588,80 4.655,35 793,51 171,16 2014 5.058,18 4.685,94 683,53 59,12 2015 5.524,68 4.807,01 1.032,35 42,99 2016 5.239,15 4.491,74 1.114,47 45,73 2017 5.422,15 4.752,45 1.055,33 36,42 2018 5.805,66 5.174,06 1.395,56 21,58 2019 5.906,38 5.367,34 1.792,83 12,30 2020 6.013,01 5.548,21 1.611,94 20,45 Tabel 2. Perkiraan Pasokan Gas Alam Indonesia 2018 - 2027 Region Tahun (MMSCFD) 2018 2021 2024 2027 Region I 303,74 395,55 436,38 321,88 Region II 2.832,66 2.946,05 2.055,96 2.433,20 Region III 79,98 52,50 50,00 0,00 Region IV 628,66 873,26 668,38 508,30 Region V 1.994,14 2.104,36 2.363,30 2.087,11 Region VI 1.613,49 2.253,49 2.277,71 2.697,72
Gambar 4. Diagram blok proses produksi amonia dari gas alam.
Gambar 5. Unit proses feed gas pre-treatment terdiri dari gas dehydrator (H-111), feed gas compressor (G-112), dan desulfurizer (R-110).
Gambar 6. Unit proses syngas generation terdiri dari primary gas reformer (R-210) dan secondary reformer (R-220).
544,68 BSCF, yang mana bisa dipenuhi oleh cadangan gas alam total di Region VI.

## C. Lokasi dan Ketersedian Utilitas
Lokasi suatu pabrik menjadi salah satu faktor penting dalam kelangsungan  operasinya.  Penentuan  lokasi  pabrik  harus disesuaikan  dengan  kebutuhan  pabrik  sehingga  pabrik  dapat berjalan  lancar,  efektif,  dan  efisien,  serta  diharapkan  dapat memberikan  keuntungan  yang  signifikan  baik  untuk  pabrik, pemerintah,  atau  masyarakat.  Lokasi  pabrik  ditentukan berdasarkan faktor – faktor tertentu yang dapat mempengaruhi besarnya  biaya  produksi  dan  distribusi.  Berikut  merupakan faktor – faktor dalam menentukan lokasi pabrik: ketersediaan bahan  baku,  lokasi  pemasaran,  aksebilitas  dan  fasilitas transportasi,  tenaga  kerja,  utilitas,  iklim  dan  topografi, ketersediaan lahan.
Berdasarkan ketersediaan bahan baku gas alam yang tersedia di wilayah Indonesia terlihat bahwa daerah Region VI memiliki cadangan  gas  alam  tebesar.  Selain  itu,  dilihat  dari  pendirian pabrik  pupuk  di  Indonesia  maka  wilayah  Papua  Barat  akan menjadi  lokasi  pendirian  pabrik  amonia  ini  dengan  potensi cadangan  gas  alamnya  dan  belum  adanya  pabrik  pupuk  di sekitar  wilayah  Papua  Barat.  Terdapat  dua  kemungkinan pendirian  lokasi  yang  lebih  spesifik  di  Papua  Barat  yaitu wilayah Kabupaten Fakfak dan Kabupaten Teluk Bintuni.
Berdasarkan  beberapa  faktor  yang  telah  ditentukan, penentuan lokasi pabrik dapat dilakukan dengan menggunakan metode  analytical  hierarchy  process  (AHP)  dengan  bantuan software  Expert  Choice.  Hasil  dari  AHP  didapatkan  bahwa Kabupaten  Teluk  Bintuni  dipilih  sebagai  lokasi  pendirian pabrik.

## III. URAIAN PROSES
Secara umum, proses produksi amonia dari gas alam terdiri dari beberapa tahap, yaitu tahap feed gas pre-treatment , syngas generation, syngas purification, dan ammonia synthesis seperti yang terlihat pada Gambar 4
A. Feed Gas Pre-Treatment
Feed Gas Pre-Treatment meliputi sebagai berikut:
1) Condensate Removal
Feed  gas dialirkan  ke gas  dehydrator (H-111)  untuk menghilangkan  kondensat  yang  terbawa.  H-111  beroperasi pada tekanan dan suhu yang sama dengan aliran feed gas .
2) Feed Gas Compression
Feed  gas yang  sudah  tidak  megandung  kondensat  akan dinaikan tekanannya menjadi  50,99 bar dengan menggunakan feed  gas  compressor (G-112).  G-112  merupakan  kompresor jenis single stage centrifugal compressor dan digerakan dengan turbine (Gambar 5).

## 3) Feed Gas Desulfurization
Desulfurisasi  merupakan  langkah  untuk  menghilangkan senyawa sulfur yang terkandung di gas alam sebagai senyawa H 2 S. Hidrogen sulfida (H 2 S) merupakan senyawa yang bersifat toxic terhadap katalis dan korosif sehingga dapat merusak pipa. Sebelum masuk desulfurizer, campuran gas dipanaskan di feed preheat  coil yang  berada  di convection  section  primary reformer sampai 371 ℃ dan 50,89 bar. Setelah dipanaskan, gas akan dimasukkan ke proses desulfurisasi  yang berlangsung di desulfurizer (R-110).  R-110  merupakan  sebuah packed  bed reactor yang  berisi  adsorben  seng  oksida.  Hidrogen  sulfida diserap hingga menjadi seng sulfida dengan reaksi berikut:
𝐻 2 𝑆 + 𝑍𝑛𝑂 → 𝑍𝑛𝑆 + 𝐻 2 𝑂
Kandungan sulfur yang dihasilkan dari proses ini mencapai < 0,1 ppmv total sulfur.
B. Syngas Generation
Tahap syngas  generation melibatkan  dua  proses  yaitu primary reformer dan secondary reformer. Adanya secondary reformer bertujuan  untuk  meningkatkan  produksi  hidrogen.
Gambar  7.  Unit  proses syngas  purification terdiri  dari high  temperature shift  converter (R-230), low  temperature  shift  converter (R-240),  CO 2 absorber (D-310), CO 2 stripper (D-320), methanator (R-410), dan syngas purifier (D-420).
Gambar 8. Unit proses ammonia synthesis terdiri dari syngas compressor (G-511), ammonia converter (R-510), dan ammonia chiller (E-610).
Gambar 9. Break even point.
Primary  reformer (R-210)  merupakan gas  fired  furnace yang terdiri  dari radiant dan convection  section .  Gas  hasil desulfurisasi  akan  dicampurkan  dengan high  pressure  steam (HPS) pada suhu 356 ℃ dengan rasio 2,97 mol steam/mol gas. Gas yang sudah bercampur dengan steam akan mencapai suhu 301,5 ℃ dan  tekanan  45  bar.  Campuran  gas  dan steam selanjutnya dipanaskan di mixed feed coil di bagian convection section sehingga mencapai suhu 488 ℃ dan tekanan 44,89 bar. Campuran gas akan dimasukkan ke dalam tube berupa packed bed berisi katalis nikel. Posisi tube dipasang memanjang secara vertikal.  Di  bagian  atas tube terdapat arch  burner yang  akan menyuplai  kebutuhan  panas  reaksi.  Gas  campuran  akan mengalir di sepanjang tube katalis dan bereaksi menghasilkan H 2 dan CO dengan reaksi endotermis.
𝐶𝐻 4 + 𝐻 2 𝑂 ↔ 𝐶𝑂 + 3𝐻 2
Gas yang keluar dari tube katalis berkisar 722 ℃ dan 40,97 bar dengan  kandungan  metana  sebesar  11,13  mol%.  Selanjutnya, gas dialirkan ke secondary reformer (R-220).
Proses yang terjadi di R-220 yaitu reaksi antara syngas hasil primary  reformer dengan  udara  proses  untuk  menghasilkan nitrogen.  Nitrogen  yang  diperlukan  untuk  sintesis  amonia bersumber dari udara atmosfer yang masuk proses dengan air compressor (G-221).  G-221  merupakan  kompresor  jenis multistage dengan jumlah stage sebanyak empat. Udara proses yang  keluar  G-221  berada  pada  tekanan  43,48  bar.  Sebelum bereaksi  di  R-220,  udara  proses  dicampurkan  dengan high pressure steam pada suhu 280,4 ℃ dan tekanan 45 bar. Steam digunakan untuk memastikan adanya aliran ke ruang bakar jika terjadi  kehilangan  udara  proses,  sehingga  udara  proses mencapai  suhu  147,1  ℃  dan  tekanan  43,48  bar. Selanjutnya, udara  proses  akan  dipanaskan  di air  preheat  coil sampai  497 ℃. Udara proses yang telah dipanaskan akan dinjekasikan ke R-220 untuk menghasilkan panas reaksi dan kinetika reaksi di R-220. Syngas akan bercampur dengan udara proses dan terjadi reaksi  pembakaran  secara  spontan  dan  menghasilkan  suasana dengan suhu 1224 ℃ . Reaksi pembakaran yang terjadi adalah sebagai berikut.
𝐻 2 + 0,5𝑂 2 ↔ 𝐻 2 𝑂
Gas  panas  akan  mengalir  melalui bed katalis  nikel  dimana reaksi steam  reforming dan shift  reaction terjadi.  Reaksi  ini terjadi  secara  endotermis  sehingga  suhu  gas  yang  keluar menjadi  896,5 ℃ dan  tekanannya  40,27  bar.  Reaksi steam reforming dan shift reaction yang terjadi adalah sebagai berikut.
𝐶𝐻 4 + 𝐻 2 𝑂 + ℎ𝑒𝑎𝑡  ↔ 𝐶𝑂 + 3𝐻 2 𝐶𝑂 + 𝐻 2 𝑂  ↔ 𝐶𝑂 2 + 𝐻 2 + 𝐻𝑒𝑎𝑡

## C. Syngas Purification
Syngas Purification meliputi sebagai berikut:
1) Shift Conversion
Aliran syngas hasil  proses syngas  generation mengandung sejumlah CO dan CO 2 yang harus dihilangkan sebelum masuk ke  proses ammonia  synthesis. Karbon  monoksida  dapat dihilangkan  dengan  sebuah  proses  yang  dinamakan shift
conversion. Dengan  proses  ini,  karbon  monoksida  dikonversi menjadi karbon dioksida berdasarkan reaksi berikut
𝐶𝑂 + 𝐻 2 𝑂  ↔ 𝐶𝑂 2 + 𝐻 2
Reaksi  tersebut  bersifat  bolak  balik  dan  eksotermis  atau menghasilkan panas. Laju reaksi optimalnya dapat dicapai saat suhu  tinggi,  sedangkan  kesetimbangan  reaksi  optimal  dapat dicapai  saat  suhunya  rendah.  Maka  dari  itu,  proses shift conversion dilakukan  dalam  dua  tahap,  yaitu  pada  suhu  yang tinggi dan suhu yang rendah.
Pada proses shift conversion dengan suhu tinggi, packed bed reactor bernama high  temperature  shift  converter (R-230) digunakan  sebagai  media  terjadinya  reaksi.  Katalis  yang digunakan pada tahap ini adalah katalis copper promoted iron. Katalis ini akan aktif saat temperatur operasinya diatas 350 ⁰C. Maka  dari  itu,  aliran syngas keluaran  R-220  yang  memiliki suhu 896,5 ⁰C harus didinginkan terlebih dahulu. Pendinginan dilakukan  dalam  beberapa  tahap.  Pendinginan  pertama dilakukan pada secondary reformer waste heat boiler (E-231), dimana  aliran syngas keluaran  R-220  didinginkan  oleh boiler feed  water (BFW)  dari steam  drum (H-232)  hingga  suhunya menjadi  500  ⁰C.  Pendinginan  kedua  dilakukan  pada high pressure  steam  super  heater (E-233),  dimana  aliran syngas keluaran E-231 didinginkan oleh high  pressure steam dari  H- 323 hingga suhunya menjadi 371 ⁰C. Aliran syngas keluaran E- 233 selanjutnya akan memasuki R-230 untuk mengalami proses shift conversion suhu tinggi. Hasil konversi karbon monoksida menjadi karbon dioksida pada tahap ini adalah sebesar 73,41%.
Karena konversi karbon monoksida yang masih kecil, proses shift  conversion suhu  rendah  harus  dilakukan.  Proses  ini dilakukan  di low  temperature  shift  converter (R-240)  yang merupakan  sebuah packed  bed  reactor dengan  katalis copper/zinc. Seperti  namanya,  proses  yang  terjadi  di  R-240 berada pada suhu yang lebih rendah dari pada di R-230. Maka dari  itu,  aliran syngas keluaran  R-220  harus  didinginkan terlebih  dahulu.  Pendinginan  dilakukan  pada  HTS effluent steam  generator ,  dimana  aliran syngas keluaran  R-230  akan didinginkan dengan BFW dari E-234 hingga suhunya menjadi 205 ⁰C. Setelah itu aliran syngas akan masuk ke dalam R-240 untuk  mengalami  proses shift  conversion suhu  rendah.  Hasil konversi  karbon  monoksida  menjadi  karbon  dioksida  pada tahap ini adalah sebesar 91,26%.

## 2) CO 2 Removal
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, CO 2 tidak boleh ada  pada  aliran syngas yang  akan  masuk  ke  dalam  proses ammonia synthesis. Untuk menghilangkan kandungan CO 2 ini, dilakukan proses CO 2 removal . Proses CO 2 removal merupakan proses  yang  terdiri  dari  dua  proses  utama,  yaitu  absorpsi  dan stripping .
Absorpsi  merupakan  proses  pemisahan  CO2  dari  aliran syngas menggunakan larutan solvent yang terjadi dalam sebuah packed  column bernama  CO 2 absorber (D-310).  Larutan solvent yang  digunakan  terdiri  dari  MDEA  (wt%  30), piperazine (wt% 10), dan sisanya air.
Penambahan  piperazine  dilakukan  karena  senyawa  ini memiliki  beberapa  kelebihan,  diantaranya  tingkat  degredasi
termal dan oksidatif yang rendah, energi regenerasi yang tinggi, tingkat  penyerapan  CO 2 yang  cepat,  dan  korosivitas  relatif rendah dibanding amine. Proses absorpsi ini merupakan proses absoprsi  kimia  dimana  karbon  dioksida  akan  beraksi  dengan larutan solvent yang  nantinya  akan  dipisahkan  pada  proses regenerasi  larutan solvent. Proses  ini  terjadi  pada  suhu  yang rendah dan tekanan yang tinggi.
Setelah  larutan solvent digunakan  pada  proses  absorpsi, larutannya  akan  jenuh  dengan  karbon  dioksida  atau  biasa disebut  dengan rich  solution.  Rich  solution ini  harus diregenerasi agar dapat digunakan kembali untuk memisahkan karbon  dioksida  dari  aliran syngas. Regenerasi rich  solution inilah  yang  disebut  dengan  proses stripping. Sebelum memasuki  proses stripping,  rich  solution akan  diturunkan tekanannya  dari  38,8  bar  menjadi  6  bar  menggunakan rich solution JT- valve (K-321). Penurunan tekanan yang tiba-tiba ini akan  membuat  sebagian  kecil  gas  karbon  dioksida  terbentuk dan  kemudian  akan  dipisahkan  menggunakan rich  solution separator (H-322).  Produk  atas  dari  H-322  terdiri  dari  gas hidrogen,  CO 2 ,  CO,  dan  hidrokarbon  lain  dalam  bentuk  gas. Campuran  gas  ini  nantinya  akan  disalurkan  ke  pabrik  urea untuk diolah lebih lanjut. Setelah fraksi uapnya dipisahkan, rich solution selanjutnya akan dipanaskan menggunakan aliran lean solution keluaran  CO 2 stripper (D-320)  pada lean  solution exchanger (E-323).  Pemanasan  ini  dilakukan  karena  proses stripping dilakukan  pada  suhu  yang  tinggi  dan  tekanan  yang rendah. Rich solution yang sudah dipanaskan hingga suhunya mencapai 99 ⁰C akan memasuki kolom distilasi yang bernama CO 2 stripper (D-320)  dimana  proses stripping akan  terjadi. Kolom  distilasi  ini  memiliki  20 tray dan  dilengkapi  dengan condenser serta reboiler. Produk  atas  dari  D-320  merupakan gas  yang  didominasi  oleh  CO 2 yang  akan  digabung  dengan produk atas dari H-322 untuk selanjutnya disalurkan ke pabrik urea. Sedangkan produk bawah dari D-320 adalah lean solution yang  akan  digunakan  kembali  untuk  memisahkan  CO 2 dari aliran syngas pada D-310.
3) Methanation
Methanation merupakan  proses  penghilangan  CO  dan  CO 2 dari  aliran syngas yang  terakhir.  Meskipun  proses shift conversion dan CO 2 removal telah dilakukan, masih ada jejak kedua komponen di aliran syngas yang ada. Proses methanation merupakan  proses  yang  mereaksikan  karbon  monoksida  dan karbon dioksida menjadi metana sebagai berikut
𝐶𝑂 2 + 4 𝐻 2 ↔ 𝐶𝐻 4 + 2 𝐻 2 𝑂 𝐶𝑂 + 3 𝐻 2 ↔ 𝐶𝐻 4 + 𝐻 2 𝑂
Reaksi  ini  bersifat  eksotermis  dan  berlangsung  dengan konversi yang hampir sempurna.
Proses ini terjadi di packed bed reactor bernama methanator (R-410) yang berisi katalis nikel. Proses ini merupakan proses yang  sederhana  dan  dapat  diandalkan.  Meskipun  begitu, terdapat beberapa gas hidrogen yang hilang dan bertambahnya gas  metana  pada  aliran syngas. Namun  hal  ini  dapat  diatasi dengan adanya proses syngas purifier yang akan dibahas lebih lanjut.

## 4) Syngas Purifier
Komposisi gas yang diperbolehkan untuk memasuki proses ammonia synthesis terdiri dari gas hidrogen, dan nitrogen, serta sebagian  kecil  argon.  Selain  ketiga  komponen  tersebut, kandungan  lain  harus  dihilangkan  dari  aliran syngas dengan menggunakan proses syngas purifier. Proses syngas purifier ini terjadi  dalam  beberapa  tahap,  yaitu  tahap  pendinginan  dan tahap pemisahan komponen gas yang tidak diperlukan. Tahap pendinginan aliran syngas dilakukan dalam 5 tahap.
Tahap  pertama  dilakukan  pada methanator  effluent exchanger (E-411) dimana aliran syngas keluaran R-410 akan didinginkan oleh aliran syngas yang akan masuk ke dalam R- 410. Pada tahap ini suhu dari aliran syngas turun hingga 54,28 ⁰C. Selanjutnya aliran syngas akan didinginkan pada methantor effluent chiller 1 (E-412) dimana aliran syngas didinginkan oleh cooling  water hingga  suhunya  menjadi  25  ⁰C.  Setelah  itu didinginkan  lagi  di methanator  effluent  chiller 2  (E-413) menggunakan waste  gas hingga  suhunya  mencapai  4  ⁰C. Setelah  tahap  ini,  sebagian  aliran syngas telah  terkondensasi sehingga  perlu  dipisahkan  kondensatnya  menggunakan methanator effluent separator (H-414). Produk atas dari H-414 kemudian akan didinginkan lagi pada syngas purifier chiller (E- 421)  hingga  suhunya  mencapai  -129  ⁰C. Pada  G-423  terjadi penurunan  dari  37,98  bar  menjadi  30  bar.  Penurunan  tekanan yang tiba – tiba  ini juga akan mengakibatkan penurunan suhu aliran syngas dari  -129 ⁰C menjadi  -137,04 ⁰C. Aliran syngas kemudian  akan  didinginkan  untuk  yang  terakhir  kalinya sebelum  memasuki  proses  pemisahan  komponen  dengan menggunakan syngas  purifier  chiller 2  (E-422).  E-421 merupakan alat pemindah panas yang terdiri dari 3 aliran, yaitu aliran  panas syngas, aliran  dingin purified  syngas, dan  aliran dingin waste gas . Aliran syngas keluaran E-422 memiliki suhu -160 ⁰C.
Setelah  didinginkan,  selanjutnya  aliran syngas akan dipisahkan  komponen-komponen  yang  tidak  diinginkan  dan disesuaikan rasio  gas hidrogen :  nitrogen menjadi sebesar 3:1 dengan  menggunakan  Syngas  Purifier  (D-420).  D-420 merupakan  sebuah  kolom absorber tanpa reboiler atau  yang biasa disebut  dengan reflux absorber. Produk atas dari  D-420 ini  adalah  aliran syngas yang  rasio  gas  hidrogen  :  nitrogen sudah sesuai, yaitu 3:1. Sedangkan aliran bawahnya merupakan aliran waste  gas yang  nantinya  akan  dimanfaatkan  menjadi pendingin sebelum akhirnya digunakan sebagai fuel tambahan di R-210 (Gambar 6).

## D. Ammonia Synthesis
Ammonia Synthesis meliputi di bawah ini:

## 1) Syngas Compression
Aliran syngas hasil  keluaran  D-420  kemudian  akan bergabung dengan recycle gas sehingga tekanannya akan turun dan memerlukan proses kompresi (Gambar 7). Aliran campuran ini  akan  ditekan  hingga  tekanannya  mencapai  154,87  bar menggunakan syngas  compressor (G-511).  G-511  merupakan multi  stage  centrifugal  compressor dengan  3 stage dan intercooler di setiap stage- nya.

## 2) Ammonia Synthesis
Setelah  ditekan  hingga  mencapai  tekanan  yang  diinginkan pada proses syngas compression, aliran syngas kemudian akan dipanaskan di ammonia converter effluent exchanger 2 (E-512) hingga  suhunya  mencapai  176  ⁰C.  Setelah  itu,  aliran syngas akan  memasuki ammonia  converter (R-510)  dimana  reaksi pembentukan amonia akan terjadi sebagai berikut:
3𝐻 2 + 𝑁 2 ↔ 2𝑁𝐻 3
Reaksi  yang  terjadi  merupakan  reaksi  eksotermis  dan dibatasi  oleh  kesetimbangan.  Suhu  yang  tinggi  akan mempercepat laju reaksi namun akan mengurangi kesetimbangannya.  D-510  merupakan horizontal  packed  bed reactor yang  berisi  katalis magnetite  iron .  Konversi  nitrogen menjadi amonia adalah sebesar 31,07%.

## 3) Ammonia Refrigeration
Untuk  memisahkan  produk  amonia  yang  terbentuk  dari aliran gas, diperlukan proses pendinginan dari  aliran keluaran R-510.  Proses  pedinginan  dilakukan  dalam  4  tahap.  Tahap pertama  adalah  proses  pendinginan  pada ammonia  converter effluent  exchanger 1  (E-513),  dimana  aliran  keluaran  R-510 didinginkan  oleh  BFW  sampai  suhunya  menjadi  197  ⁰C. Pendinginan  tahap  2  dilakukan  pada ammonia  converter effluent  exchanger 2  (E-512),  dimana  aliran  keluaran  E-512 didinginkan oleh compressed syngas sampai suhunya menjadi 129,9 ⁰C.
Pendinginan  tahap  3  dilakukan  pada ammonia  converter effluent  exchanger 3  (E-514),  dimana  aliran  keluaran  E-513 didinginkan oleh cooling water sampai suhunya menjadi 38 ⁰C. Pendinginan tahap 4 dilakukan pada ammonia chiller (E-610) hingga  suhunya  mencapai  -5  ⁰C.  Pendinginan  pada  E-610 dilakukan dengan menggunakan propane refrigerant.
Setelah didinginkan di E-610, aliran amonia akan diflash di dalam ammonia  flash  tank (H-611)  dimana  tekanannya diturunkan hingga 5 bar dan suhunya turun menjadi -44,91 ⁰C. Di H-611 juga akan terjadi pemisahan antara liquid  ammonia dengan recycle gas.
Recycle gas yang akan ditekan lagi tekanannya menjadi 137 bar pada recycle gas compressor (G-612) sebelum dimasukkan kembali  ke  proses ammonia  synthesis. Sedangkan  produk bawah  dari  E-610  adalah liquid  ammonia dengan  kemurnian 99,99% persen massa (Gambar 8).

## IV. NERACA MASSA
Perhitungan  neraca  massa  menggunakan  dasar  persamaan sebagai berikut:

## 𝐴𝑐𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛  = 𝐼𝑛– 𝑂𝑢𝑡 + 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛
Pabrik amonia yang akan didirikan memiliki kapasitas 2500 ton/hari  dengan  kebutuhan  gas  alam  sebagai  bahan  baku sebesar  62,429  MMSCFD.  Pabrik  beroperasi  dengan  waktu kerja  selama  330  hari/tahun  dan  24  jam/hari.  Proses  produksi synthesis  gas membutuhkan  udara  sebanyak  159.308,957 kg/jam dan steam sebanyak 169.096,340 kg/jam.

## V. ANALISA EKONOMI
Gambar  4  Analisa  ekonomi  dilakukan  dengan  tujuan memperkirakan  kelayakan  suatu  pabrik  yang  akan  didirikan. Beberapa  faktor  yang  dianalisa  meliputi capital  expenditure (CAPEX)  dan operating  expense (OPEX), net  present  value (NPV), laju pengembalian modal ( internal rate of return /IRR), waktu pengembalian modal minimum ( pay out time /POT), titik impas ( break event point /BEP).
A. Capital Expenditure (CAPEX) dan Operating Expenditure (OPEX)
Biaya yang dibutuhkan dalam membangun dan menjalankan pabrik dikategorikan mejadi capital expenditures (CAPEX) dan operational  expenditures (OPEX). Capital  expenditures (CAPEX)  merupakan  pembelian  yang  dilakukan  oleh perusahaan untuk memenuhi aset bagi perusahaan. Sementara, operational  expenditures (OPEX)  adalah  biaya  yang dikeluarkan  oleh  perusahaan  untuk  memenuhi  kebutuhan operasional.  Pada  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  CAPEX diperoleh  dari  total  harga  aset  –  aset  yang  dimiliki  oleh perusahaan.  Besar  nilai  CAPEX  yang  diperoleh  untuk  pabrik amonia  dari  gas  alam  sebesar  $  740.000.997,05.  Sedangkan, perhitungan OPEX didasarkan pada besar total production cost (TPC). Besar nilai OPEX yang diperoleh untuk pabrik amonia dari gas alam sebesar $ 513.097.665,87.
B. Net Present Value (NPV)
Net present value (NPV) merupakan analisa yang bertujuan untuk  membandingkan  nilai  investasi  sekarang  dengan  nilai investasi  pada  masa  mendatang.  Penentuan  nilai  NPV didasarkan  pada  nilai weighted  average  cost  of  capital (WACC). WACC merupakan perhitungan cost of capital untuk menguji  kelayakan investasi  berdasarkan struktur modal yang bervariasi  dari  nilai  modal  sendiri  dan  modal  pinjaman. Beradasarkan  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  nilai  NPV diperoleh sebesar  $ 817824352,9 dengan nilai WACC sebesar 8,70% Nilai NPV yang positif dapat menyatakan bahwa pabrik layak untuk didirikan.
C. Laju Pengembalian Modal (Internal Rate of Return/IRR) Internal  rate  of  return (IRR)  merupakan  tingkat  bunga tertentu dimana seluruh peneriman akan dapat menutup seluruh jumlah  modal  yang  dikeluarkan.  Pada  perhitungan  yang telah dilakukan  dapat  diperoleh  nilai  i  ( discounted  factor )  sebesar 19,04%.  Nilai  tersebut  lebih  besar  dibandingkan dengan  nilai WACC  yang  menunjukan  bahwa  pabrik  yang  akan  didirikan layak untuk dijalankan.

## D. Waktu Pengembalian Modal Minimum (Pay Out Time/POT)
Pay  out  time (POT)  merupakan  jangka  waktu  minimum secara  teoritis  yang  diperlukan  untuk  memulihkan  investasi modal awal dalam bentuk arus kas ke proyek berdasarkan total pendapatan  dikurangi  semua  biaya  kecuali  penyusutan. Perhitungan POT berdasarkan akumulasi arus kas yang masuk lebih  dari  nilai  CAPEX.  Berdasarkan  perhitungan  yang  telah dilakukan,  waktu  pengembalian  modal  didapatkan  pada  8,74
tahun.  Waktu  pengembalian  modal  tersebut  kurang  dari setengah umur pabrik sehingga pabrik layak untuk didirikan.
E. Titik Impas (Break Even Point/BEP)
Break  even  point (BEP)  merupakan  besarnya  kapasitas produksi  dimana  biaya  produksi  total  sama  dengan  hasil penjualan, tidak terjadi keuntungan atau kerugian. Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan, nilai BEP didapatkan sebesar 33,44% seperti yang tertera pada Gambar 9.

## VI. KESIMPULAN
Pabrik amonia dari gas alam dirancang untuk kapasitas 2500 ton/hari. Pabrik ini akan didirikan di Kabupaten Teluk Bintuni, Papua  Barat.  Proses  utama  meliputi feed  gas  pre-treatment , syngas generation , syngas purification , dan ammonia synthesis. Berdasarkan  perhitungan  analisis  ekonomi  yang  telah dilakukan,  dapat  diketahui  bahwa:  NPV  ( net  present  value ) sebesar $ 81.7824.352,9; IRR ( internal rate of return ) sebesar 19,04%; POT ( pay out time ) selama 8,74 tahun; dan BEP ( break even point ) sebesar 33,44% dari kapasitas total. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa pabrik amonia dari gas alam ini layak untuk didirikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  OECD  and  FAO, OECD-FAO  Agricultural  Outlook  2016-2025 .  United Nations:  Organisation  for  Economic  Cooperation  and  Development (OECD), 2016. doi: 10.1787/agr_outlook-2016-en.
[2]  M.  Klimczyk,  A.  Siczek,  and  L.  Schimmelpfennig,  “Improving  the efficiency  of  urea-based  fertilization  leading  to  reduction  in  ammonia emission,” Sci.  Total  Environ. ,  vol.  771,  p.  145483,  2021,  doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.145483.
[3]  IEA, Ammonia Technology Roadmap , 1st ed. Paris: International Energy Agency, 2021. [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/ammonia-technology-roadmap
[4]  E. Rokhayati and A. A. Kiss, “Unraveling the effect of variable natural gas feedstock on an industrial ammonia process,” Comput. Chem. Eng. , vol. 166, p. 107951, 2022, doi: 10.1016/j.compchemeng.2022.107951.
[5]  S.  Watanabe,  “Chemistry  of  H2S  over  the  surface  of  Common  solid sorbents in industrial natural gas desulfurization,” Catal. Today , vol. 371, pp. 204–220, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.05.064.
[6]  H.  Pashaei,  A.  Ghaemi,  M.  Nasiri,  and  B.  Karami,  “Experimental modeling  and  optimization  of CO2  absorption  into  piperazine  solutions using RSM-CCD methodology,” ACS Omega , vol. 5, no. 15, pp. 8432– 8448, 2020, doi: 10.1021/acsomega.9b03363.