Abstrak —Pupuk Urea adalah pupuk kimia mengandung Nitrogen (N)  berkadar  tinggi.  Unsur  Nitrogen  merupakan  zat  hara  yang sangat  diperlukan  tanaman.  Bahan  baku  utama  pada  proses pembuatan pupuk urea adalah gas alam. Namun ketersediaan gas alam  semakin  menipis  jumlahnya,  sehingga  perlu  dikembangkan teknologi  proses  yang  memungkinkan  substitusi  bahan  baku  gas sintesis.  Bahan  baku  yang  paling  memungkinkan  untuk menggantikan  gas  alam  adalah  batubara,  baik  melalui  teknologi CBM ( Coal Bed Methane ) maupun teknologi gasifikasi. Produksi pupuk  urea  melalui  4  tahapan  yaitu  pembentukan syngas , pemisahan  sulphur  dari syngas ,  pembentukan  ammonia,  dan pembentukan  urea.  Perbedaan  dari  proses  yang  ada,  lebih  pada perlakuan awal untuk pembentukan syngas (CO dan H 2 ). Hal ini disesuaikan  kondisi  bahan  baku  yang  digunakan  (batubara,  gas alam,  dan  biomassa).Dari  hasil  analisa  ekonomi  tersebut  terlihat bahwa  IRR  sebesar  34,84%,  dengan  POT  pada  tahun  ketiga menginjak  tahun  keempat.  Selain  itu,  terlihat  bahwa  fluktuatif bahan  baku  tidak  memberikan  pengaruh  yang  cukup  signifikan terhadap  kenaikan  atau  penurunan  nilai  IRR  pabrik.  Sehingga pabrik  pupuk  urea  dari  bahan  batubara  kelas  rendah berkapasitas  1.25  Juta  ton  urea/tahun  dan  590000  ton ammonia/tahun  ini  layak  didirikan  di  Tanjung  Enim,  Muara Enim, Sumatra Selatan pada tahun 2019.
Kata Kunci —Gasifikasi, Batubara Kelas Rendah, Pupuk Urea.

## I. PENDAHULUAN
NDUSTRI  petrokimia  merupakan  industri  strategis  yang menghasilkan  bahan  baku  industri  manufaktur.  Indonesia memiliki Sumber Daya Alam yang cukup besar sebagai bahan baku  industri  petrokimia.  Namun,  di  Indonesia,  industri petrokimia  turunan  gas  alam  masih  sangat  terbatas.  Di  sektor hulu,  industri  yang  sudah  ada  adalah  industri  ammonia dan methanol.  Turunan  ammonia  hanya  urea  beserta  produksi lanjutannya,  sedangkan  turunan  methanol  adalah  industri formaldehyde,  potensi  produk  turunan  lainnya  adalah acrylonitrile, caprolactam, methionine, dan sebagainya.
Pupuk  Urea  digunakan untuk sektor perkebunan dan sektor pertanian  di  seluruh  dunia.  Hampir  70%  penggunaan  pupuk urea  di  dunia  terpusat  di  negara  China  (28%),  India  (16%), USA  (12%),  EU  (10%)  dan  Brazil  (6%).  Permintaaan  pupuk urea  di  dunia  pada  tahun  2016  meningkat  3%  menjadi  111 Megaton,  dan  diprediksi  pada  tahun  2020/2021  permintan pupuk urea di dunia mencapai 200 Megaton. Kebutuhan pupuk
urea di Indonesia mencapai 11.923 juta ton di tahun 2011 [1]. Semua pabrik pupuk urea di Indonesia menggunakan gas alam sebagai  bahan  baku,  padahal  Ketersediaan  gas  alam  yang semakin  menipis  jumlahnya,  sehingga  perlu  dikembangkan teknologi  proses  yang  memungkinkan  substitusi  bahan  baku gas  alam.  Bahan  baku  yang  paling  memungkinkan  untuk menggantikan  gas  alam  adalah  batubara.  Cadangan  batubara Indonesia  didominasi  oleh  batubara  dengan  kualitas  medium dan  kualitas  rendah.  Sumber  daya  batubara kelas rendah (low rank  coal)  di  Indonesia  mencapai  30,57  milyar  ton  dan  perlu dioptimalkan  menjadi  produk  yang  bernilai  jual  lebih.    Oleh karena itu, pendirian pabrik pupuk urea dari batubara kualitas rendah sangat potensial dan penting untuk terus dikembangkan.
Lokasi  pabrik  pupuk  urea  dari  Batubara  Kelas  Rendah direncanakan  akan  didirikan  di  Tanjung  Enim,  Kabupaten Muara  Enim,  Sumatera  Selatan.  Ketersediaan  batu  bara  kelas rendah  di  provinsi  Sumatera  Selatan  memiliki  potensi  salah satu yang terbesar di Indonesia yaitu sebesar 51.90 Milyar Ton [2].  Pabrik  didirikan  dekat  dengan  sumber  bahan  baku  untuk tetap menjamin kontinuitas pasokan bahan baku dan menekan biaya  transportasi.  PT.  Bukit  Asam  dipilih  sebagai  pemasok bahan  baku,  karena  kualitas  bahan  baku  yang  sesuai  dan daerah operasinya berada di provinsi Sumatera Selatan dengan spesifikasi sebagai berikut [3].
Tabel 1. Spesifikasi Batubara PT. Bukit Asam Tipe 45 Parameter Nilai Total Moisture (%, ar) 30 Ash Content (%, ar) 6 Volatile Matter (%, ar) 35 Fixed Carbon (%, ar) 29 Calorific Value (kkal/kg, ar) 4500 Total Sulfur (%, adb) Max . 1 Ash Fusion Temperature (deformation) ( o C) 1216 Hardgrove Grindable Index 52 Reactivity High Caking Characteristic Non-caking
Pabrik  dirancang  dengan  kapasitas  produksi  pupuk  urea sebanyak 1.25 juta ton/tahun dan produksi ammonia sebanyak 590000 ton/tahun.

## Desain Pabrik Pupuk Urea berbahan baku Batubara Kelas Rendah di Kabupaten Muara Enim Sumatera Selatan
Andika Dwimasputra, Naomi Hurayah Aden, Rizky Tetrisyanda, dan Gede Wibawa Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : gwibawa@chem-eng.its.ac.id
I

## II. URAIAN PROSES
Proses  produksi  pupuk  urea  dengan  bahan  baku  batubara kelas rendah terdiri dari beberapa unit sebagai berikut.

## A. Coal Preparation Unit
Sebelum memasuki proses gasifikasi, batubara kelas rendah harus  dipersiapkan  terlebih  dahulu  agar  kondisinya  sesuai dengan  kebutuhan  Gasifier  yaitu  dengan  menggunakan hammer  mill  untuk  mengubah  ukuran  batubara  menjadi  1-6 mm.  Kemudian  low  rank  coal  yang  telah  dihaluskan dimasukkan ke dalam Screener untuk memisahkan bahan baku yang  tidak  sesuai  ukuran  untuk  kemudian  diproses  kembali dalam  Hammer  Mill.  Sedangkan  batubara  yang  telah  sesuai ukurannya  dialirkan  menuju  Screw  Conveyor  Dryer  untuk dikeringkan dengan memanfaatkan arus syngas hasil gasifikasi. Batubara  kemudian  masuk  ke  Lock  Hopper  untuk  diubah menjadi pulverized coal dari tekanan atmosfer (1 bar) menjadi 30 bar, sesuai dengan kondisi operasi di Gasifier.

## B. Coal Gasification Unit
Setelah  tahap  persiapan,  serbuk  batubara  diumpankan  ke dalam Gasifier. Gasifier yang digunakan berjenis fluidized bed gasifier  dengan  tipikal  proses  U-Gas  yang  bekerja  pada kondisi temperatur 900˚C dan tekanan 30 bar [4]. Gasifier tipe ini  memiliki  sistem  fluidisasi  yang membuat heat transfer dan mass  transfer  antara  gas  dan  partikel  batubara  solid  lebih sempurna.  Penggunaan  temperatur  yang  tidak  terlalu  tinggi juga  membuatnya  lebih  mudah  dikontrol  dan  dikendalikan. Oksidan  yang  digunakan  berupa  O2  dengan  tekanan  30  bar. Reaksi yang terjadi pada gasifier adalah [4]:
1) Zona Devolatilisasi
Batubara       C + H 2 + O 2 + S + N 2 + H 2 O + Ash
2) Zona Pembakaran C + O 2 CO 2 2C + O 2 2CO 2H 2 + O 2 2H 2 O
3) Zona Gasifikasi a. Reaksi Boudourd C + CO 2 2CO
b. Steam Gasification C + H 2 O        CO + H 2 c. Water Gas Shift CO + H 2 O       CO 2 + H 2
4) Reaksi Samping
a. Sulphur Combustion S + O 2
SO 2 b. H 2 S Formation SO 2 + 3H 2 H 2 S + 2H 2 O
c. COS Formation
CO + S       COS d. NO 2 Formation
N 2 + 2O 2 2NO 2 e. COS Hidrolisis
COS + H 2 O        H 2 S + CO 2 Batubara yang terbawa dalam syngas dipisahkan menggunakan  Cyclone  dan  dikembalikan  ke  dalam  Gasifier.
Karbon  (char)  yang  tidak  bereaksi  pada  zona  gasifikasi  dan semua  ash  turun  sebagai  slag  di  bagian  bottom  sedangkan syngas  yang  keluar  dari  Gasifier  akan  dialirkan  ke  dalam Screw  Conveyor  Dryer  untuk  menurunkan  suhu  syngas  dari 1000˚C menjadi 350˚C sekaligus mengeringkan feed batubara sebelum  masuk  Gasifier.  Syngas  kemudian  menuju  COS Hydrolyzer  untuk  mengkonversi  COS  menjadi  H 2 S,  dan Syngas akan menuju Desulphurizer tank.
Syngas  yang  telah  tidak  ada  kandungan  COS,  kemudian dialirkan  ke  dalam Desulfurizer  Tank untuk  menyerap kandungan  impurities  berupa  H 2 S  pada  syngas.  Hal  ini dilakukan karena H 2 S sangat korosif dan dapat merusak katalis pada reaktor. Adsorban yang digunakan adalah adsorban ZnO dengan reaksi sebagai berikut:
H2S + ZnO        H2O + ZnS Syngas  yang  telah  bersih  dari  pengotor  H 2 S  kemudian diumpankan menuju water gas shift unit .
C. Water Gas Shift Unit
Reaksi shift dilaksanakan  dalam  2  tahap  yaitu  pada  suhu tinggi  dan  suhu  rendah.  Reaksi  tersebut  merupakan  reaksi eksotermis  reversible.  Reaksi shift ini  membutuhkan temperatur  tinggi  agar  laju  reaksi  tinggi  dan  cepat  untuk mencapai  kesetimbangan  tetapi  membutuhkan  temperatur rendah  agar  menghasilkan  konversi  yang  maksimal.  Oleh karena  itu  reaksi  shift  terbagi  menjadi  dua  bagian  yaitu  pada suhu tinggi dan suhu rendah. High Temperature Shift Reactor berfungsi  untuk  mengubah  CO  menjadi  CO 2 dengan  bantuan katalis  Fe 2 O 3 pada  suhu  560.8 o C.  Keluaran  HTS Reactor kemudian  didinginkan  dengan  menggunakan heat  exchanger sebelum  memasuki Low  Temperature  Shift  Reactor. LTS Reactor berfungsi  untuk  mengubah  CO  menjadi  CO 2 yang belum  terkonversi  di  HTS Reactor dengan  bantuan  katalis tembaga    Chromium  alumina.  Aliran  keluar  LTS Reactor ini akan  menuju  CO 2 Removal  Unit ,  untuk  proses  penghilangan CO 2 [5].

## D. CO 2 Removal Unit
Syngas  akan  dihilangkan  kandungan  CO 2 dengan  cara absorbsi  menggunakan  solvent  MDEA  pada  CO 2 Absorber. Sebelum  memasuki  absorber  syngas  ditekan  sampai  tekanan 56  bar  pada  Syngas  Compressor,  dan  kemudian  didinginkan sampai  suhu  32 o C  pada  Syngas  Cooler,  dan  akan  terbentuk campuran  vapor-liquid  yang  akan  dipisahkan  menggunakan High Pressure Separator. Vapor dari separator akan menuju ke Absorber,  sedangkan  bagian  liquidnya  akan  berupa  waste water, yang akan di treatment lebih lanjut.
Poduk  atas  pada  CO 2 Absorber  ini  akan  menuju  H 2 Purification  Unit.  Produk  bawah  yang  banyak  kandungan CO 2 nya  akan  menuju  CO 2 Stripper  untuk  dipisahkan  dengan solvent  MDEA,  solvent  yang  telah  dipisahkan  dengan  CO 2 akan  direcycle  kembali  ke  absorber,  dengan  tambahan  make up  MDEA  untuk  mengganti  MDEA  yang  hilang.  Produk  atas CO 2 Stripper  yang  mempunyai  kandungan  CO 2 tinggi  akan menuju Urea Unit untuk digunakan sebagai bahan baku Urea .

## E. H 2 Purification Unit
Produk  atas  dari  CO2  Absorber  akan  menuju Pressure Swing  Adsorption untuk  dimurnikan  kandungan  hidrogennya sehingga  nantinya  akan  didapatkan  hydrogen  dengan kemurnian 99.99%. Pressure Swing Adsorption ini menggunakan adsorben Zeolite 5A dari UOP [5].

## F. Ammonia Synthesis Unit
Sintesa Ammonia dilakukan  terlebih  dahulu  dengan mencampur  gas  keluaran  dari  PSA  yang  mengandung  H 2 dengan gas N 2 dari unit pemisahan udara dengan perbandingan 3:1  pada Ammonia  Reactor. Sebelum  masuk  ke  area  sintesa Ammonia,  N 2 dan  H 2 melalui  kompresor  multistage  agar tekanan  nya  mencapai  186,3  bar.    Tujuan  dari  menaikkan tekanan  ini  yaitu  agar  konversi  pembentukan  Ammonia  dapat maksimal.  Selanjutnya  masuk  ke  heat  exchanger  untuk dipanaskan  hingga  mencapai  300 o C.  Setelah  itu  masuk  ke reaktor Ammonia dengan reaksi :
N 2 + 3H 2 2NH 3 Ammonia  Reactor terdiri  dari  4  bed  dengan  katalis Promoted  Iron berupa Ruthenium  Base menggunakan teknologi kellog.

## G. Ammonia Purification Unit
Pemurnian  bertujuan  untuk  memurnikan  Ammonia  yang terbentuk  dan  untuk  mendinginkan  gas  keluaran  reaktor Ammonia  agar  gas  hasil  reaksi  dapat  dipisahkan  dengan  gas yang  belum  bereaksi,  sehingga  kadar  Ammonia  produk  dapat lebih  maksimal.  Pada  proses  pemurnian  ini  terdapat refrigerant  system yang  memakai  pendingin  propane  untuk menghasilkan  Ammonia  bersuhu  -33.33 o C.  Kemurnian Ammonia  liquid  keluaran Ammonia  Purification  Unit ini sebesar  99.9  % mol. Kemudian Ammonia ini disimpan dalam Ammonia storage.

## H. Urea Synthesis Unit
Proses  produksi  urea  dengan  Aces  21  (Advanced  Process for  Cost  and  Energy  Saving).  Dibagi  menjadi  3  bagian. Sintesa, Dekomposisi, dan Prilling.
1) Sintesa
Peralatan  utama  yang  digunakan  pada  Aces  21  antara lain.  Reaktor,  stripper,  dan  carbamate  condenser.  Urea fasa  liquid  diumpankan  kedalam  reactor  melalui  HP carbamate  ejector,  yang  memberikan  driving  force untuk  sirkulasi  pada  bagian  synthesis  loop.  Reaktor beroperasi  pada  N/C  rasio  3,7.  Suhu  182  °C  dan tekanan  163  kg/cm 2 .  Reaksi  yang  terjadi  di  dalam reactor  adalah  reaksi  pembentukan  karbamat  dari  NH 3 dan CO 2 , serta reaksi dehidrasi karbamat menjadi urea, sebagai berikut.
CO 2 + 2NH 3 NH 2 COONH 4 NH 2 COONH 4 NH2CONH2 + H2O Larutan  dari  reactor  ini  diumpankan  kedalam  stripper. Karbamat yang tidak terkonversi mengalami dekomposisi secara termal, dan kelebihan NH 3 dan CO 2 dipisahkan secara effisien dengan cara stripping dengan
gas  CO 2 .  Reaksi  yang  terjadi  saat  proses  stripping adalah
NH 2 COONH 4 CO 2 + 2NH 3 Untuk  memenuhi  kebutuhan  energy  dari  reaksi dekomposisi  karbamat  tersebut,  maka  disuplai  steam kedalam  stripper.  Reaksi  dekomposisi  karbamat tersebut  terjadi  pada  bagian  stripper.  Vapor  dari stripper  dialirkan  menuju  Carbamate  Condenser, sedangkan  liquid  dari  stripper  dialirkan  menuju  MP Decomposer.  Gas  hasil  stripping  dari  stripper diumpankan  kedalam  Vertical  Submerged  Carbamate Condenser  (VSCC)  yang  beroperasi  pada  N/C  rasio  3 suhu 180 °C, dan tekanan 155 kg/cm 2 . Amonia dan gas CO 2 terkondensasi dan membentuk ammonium karbamat  dimana  ammonium  karbamat  yang  terbentuk tersebut  mengalami  dehidrasi  untuk  membentuk  urea pada bagian shell. Reaksi yang terjadi  pada Carbamate Condensor adalah
NH 2 COONH 4 NH 2 CONH 2 + H 2 O Vapor yang keluar dari Carbamate Condensor dialirkan menuju  bagian  Absorbsi  bersama  dengan  vapor  dari bagian  dekomposisi  yang  lain  yang  akhirnya  direcycle kembali  menuju  Carbamate  Condensor,  sedangkan liquidnya dialirkan menuju reactor sebagai recycle.

## 2) Dekomposisi
Pada  bagian  dekomposisi  peralatan  utama  yang digunakan  adalah  MP  Decomposer,  LP  Decomposer, Urea  Solution  Heater,  Urea  Evaporator.  Dalam  bagian dekomposisi carbamate yang tidak bereaksi didekomposisi  menjadi  NH 3 dan  CO 2 .  Unit  MP Decomposer  dioperasikan  pada  tekanan  17.5  kg/cm 2 sedangkan  LP  Decomposer  diperasikan  pada  tekanan 2.5  kg/cm 2 .  Reaksi  yang  terjadi  pada  bagian  MP Decomposer dan LP Decomposer adalah
NH 2 COONH 4 CO2 + 2NH 3 fraksi  liquid  keluaran  dari  LP  Decomposer  dialirkan menuju Urea Solution Heater. Larutan urea yang keluar dari  LP  Decomposer  selanjutnya  akan  melalui  proses evaporasi  untuk  meningkatkan  konsentrasi  urea.  Pada proses  evaporasi  pada  unit  Urea  Evaporator  (V-630) dihasilkan  larutan  urea  dengan  konsentrasi  97%  dan dialirkan menuju priling tower untuk mengalami proses prilling untuk menghasilkan urea prill.

## 3) Prilling
Pada  bagian  ini  larutan  urea  yang  konsentrasinya sekitar  97%  di  masukan  kedalam  Distributor  untuk selanjutnya  dibentuk  menjadi  urea  prill  dengan menyemburkan  udara  secara  berlawanan  dari  bagian bawah prilling tower sehingga terjadi proses pendinginan  dan  larutan  urea  menajdi  padatan berbentuk prill dengan diameter 1-3,35 mm. Udara dari untuk proses prilling disuplai dari udara sekitar dengan Blower  Fludizing  Cooler,  yang  kemudian  dipanaskan pada  Air  Heater  sampai  suhu  37  °C.  Udara  tersebut dimanfaatkan  untuk  mendinginkan  larutan  urea  pekat dari 140 °C menjadi sekitar 42 °C.

## III. MATERIAL BALANCE
Hasil  perhitungan  material  balance  menunjukkan  bahwa kapasitas produksi Pupuk Urea sebesar 1.25 juta ton/tahun dan produksi  ammonia  sebesar  590000  ton/tahun  membutuhkan bahan  baku  batubara  kelas  rendah  sebesar  4.3  juta  ton/tahun [6][7][8][9].

## IV. ANALISA EKONOMI
Analisa  ekonomi  dimaksudkan  untuk  dapat  mengetahui apakah  suatu  pabrik  yang  direncanakan  layak  didirikan  atau tidak.  Untuk  itu  dilakukan  evaluasi  atau  studi  kelayakan  dan penilaian  investasi.  Faktor-faktor  yang  perlu  ditinjau  untuk memutuskan hal ini adalah laju pengembalian modal (Internal Rate  of  Return  /  IRR), net  present  value (NPV)  waktu pengembalian  modal  minimum  (Pay  Out  Time  /  POT),  titik impas  (Break  Even  Point  /  BEP)  dan  Sensitivitas.  Dari  hasil perhitungan  analisa  ekonomi  diperoleh  Total  Cost  Investment (TCI) sebesar 313,63 MUSD dengan bunga pinjaman 12% per tahun  dan  inflasi  6%  per  tahun.  Selain  itu  diperoleh  IRR sebesar  34,84%,  POT  selama  3,34  tahun,  dan  BEP  sebesar 36,52%.  Berdasarkan  analisa  kepekaan  terhadap  4  paramater sensitifitas  yaitu  fluktuasi  biaya  investasi,  harga  bahan  baku, harga  jual  dari  produk  dan  kapasitas  produksi,  terdapat  4 variabel yang sangat peka terhadap fluktuasi yaitu yaitu harga bahan  batubara,  harga  bahan  oksigen,  harga  produk  pupuk urea, dan kapasitas produksi pupuk urea. Umur dari pabrik ini diperkirakan  selama  10  tahun  dengan  masa  pembangunannya selama  2  tahun  di  mana  operasi  pabrik  ini  330  hari/tahun [10][11].

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Dari  hasil  analisa  ekonomi  didapatkan  nilai  IRR  sebesar 34,84%  yang  lebih  tinggi  dari  suku  bunga  bank  per  tahun sebesar  12%  dengan  pengembalian  modal  selama  3.34  tahun, Selain  itu,  terlihat  pula  bahwa  fluktuasi  bahan  baku  tidak memberikan  pengaruh  yang  cukup  signifikan  terhadap kenaikan  atau  penurunan  nilai  IRR  pabrik.  Sehingga  pabrik pupuk urea dari bahan batubara kelas rendah berkapasitas 1,25 Juta  ton  urea/tahun  dan  590.000  ton  ammonia/tahun  ini  layak didirikan di Tanjung Enim, Sumatra Sealatan pada tahun 2019.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] I. K. E. dan S. D. M. P. D. dan Informasi, Handbook of Energy & Economic Statistics of Indonesia . Jakarta: Pusat Data dan Informasi Kementrian ESDM, 2014.
[2] A.  Soemanto,  “Indonesia  Pathway  2050  Calculator:  Penyediaan Minyak dan Gas Bumi,” J. Miner. Energi , 2014.
[3] Adimnistrator,  “Adaro  Envirocoal  Coal  Specifications,”  2016. [Online]. Available: http://www.ptba.co.id.
[4] M. Higman, Christopher and Van Der Burgt, Gasification 2nd Ed .
Boston: Gulf Profesional Publishing, 2008.
[5] S.  Ahn,  “Layered  Two-  and  Four-Bed  PSA  Processes  for  H2 Recovery from Coal Gas,” Elseiver , 2011.
[6] J.  B.  Himmelblau,  David  M.  Riggs, Basic  Principles  and Calculations  in  Chemical  Engineering .  New  Jersey:  Prentice  Hall International  Series  in  the  Physical  and  Chemical  Engineering Sciences, 2004. [7] S. Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics , 4th editio. Singapore: McGraw Hill Inc, 1967.
[8] D. W. Perry, R. H. Green, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th Ed . New York: Mc Graw-Hill, 1984.
[9] D.  Q.  Kern, Process  Heat  Transfer ,  Internatio.  Tokyo:  McGraw- Hill Book Company, 1965.
[10] R.  E.  W.  M.S.  Peters,  K.D.  Timmerhaus, Plant  Design  and Economics for Chemical Engineers . Boston: Mc Graw Hill, 2003. [11] G.  D.  Ulrich, A  Guide  to  Chemical  Engineering  Process  Design and Economic . Canada: John Wiley & Sons, 1984.