Pengaruh Penurunan Udara Pasivasi Terhadap Kinerja CO2 Compressor Pabrik Urea IA Petrokimia Gresik Dengan Menggunakan Simulasi Aspen HYSYS

Pinandita, Indrawan (2026) Pengaruh Penurunan Udara Pasivasi Terhadap Kinerja CO2 Compressor Pabrik Urea IA Petrokimia Gresik Dengan Menggunakan Simulasi Aspen HYSYS. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6008241025-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Reaksi pembentukan urea menghasilkan produk antara ammonium carbamate yang bersifat sangat korosif. Untuk mencegah korosi pada bagian sintesis, dilakukan injeksi oksigen terkontrol dalam bentuk udara pasivasi melalui sisi suction tingkat kedua CO₂ Compressor (GB101) yang merupakan kompresor sentrifugal empat tingkat. Oksigen memungkinkan terbentuknya lapisan pelindung kromium oksida (Cr₂O₃) pada permukaan baja tahan karat, namun plant air yang diinjeksi sebagai udara pasivasi juga meningkatkan beban gas inert dan akibatnya meningkatkan konsumsi power kompresor. Setelah dilakukan penggantian material pada Pabrik Urea IA PT Petrokimia Gresik dari SS 316L UG menjadi material berbasis duplex yang lebih tahan korosi (25Cr Duplex dan DP28W), konsentrasi oksigen yang dibutuhkan berpotensi untuk diturunkan. Penelitian ini akan mengevaluasi pengaruh penurunan konsentrasi oksigen dari normalnya 5000 ppm (sebagai baseline) menjadi 4000, 3000, 2000, dan 1000 ppm terhadap kinerja kompresor, konsumsi energi menggunakan simulasi Aspen HYSYS, dan perhitungan potensi peningkatan produksi. Validasi model terhadap data operasi aktual pabrik menunjukkan bahwa kebutuhan total power kompresor pada konsentrasi oksigen 5000 ppm adalah sebesar 5335,68 kW. Simulasi sensitivitas menunjukkan bahwa pengurangan udara pasivasi menghasilkan penurunan total power kompresor secara konsisten. Pada 4000 ppm, daya total menurun menjadi 5324,33 kW (−11,35 kW); pada 3000 ppm menjadi 5312,98 kW (−22,70 kW); pada 2000 ppm menjadi 5301,63 kW (−34,05 kW); dan pada 1000 ppm menjadi 5290,28 kW (−45,40 kW). Penurunan maksimum ini setara dengan 0,85% dari baseline. Data tren yang mendekati linear ini mengonfirmasi bahwa beban gas inert secara langsung mempengaruhi kerja poros kompresor dalam rentang operasi ini. Karena kompresor digerakkan oleh steam turbine, pengurangan power sebesar 45,40 kW tersebut secara langsung menghasilkan penurunan konsumsi steam sehingga berkontribusi pada peningkatan efisiensi energi keseluruhan pabrik dan pengurangan biaya utilitas. Selain itu polytropic efficiency tetap berada dalam batas operasi yang dapat diterima. Efisiensi tingkat 1 tetap konstan pada 72,77%, sedangkan tingkat 2 sedikit menurun dari 93,60% menjadi 93,37%. Tingkat 3 menurun dari 74,82% menjadi 74,40%, dan tingkat 4 dari 46,11% menjadi 43,60% pada kondisi 1000 ppm. Ketika margin power yang diperoleh dikonversikan menjadi peningkatan feed bahan baku CO₂ dengan mempertahankan total power mendekati kondisi baseline, laju alir bahan baku CO₂ meningkat menjadi 45,00 ton/jam pada kondisi 1000 ppm, yang setara dengan peningkatan sebesar 0,80%. Peningkatan ini berdampak pada kenaikan produksi urea dan peningkatan gross profit. Oleh karena itu, skenario 1000 ppm memberikan keuntungan paling optimal secara kombinasi dalam hal penurunan power, pengurangan konsumsi steam, serta kapasitas produksi. Sebagai kesimpulan, simulasi kuantitatif menunjukkan bahwa penurunan konsentrasi udara pasivasi hingga 1000 ppm memberikan penghematan energi maksimum sebesar 45,40 kW. Pada kondisi optimum ini, penurunan konsentrasi oksigen hingga 1000 ppm memungkinkan peningkatan produksi urea sebesar 3.692.374 kg/tahun, yang setara dengan tambahan pendapatan sebesar IDR 21.495.608.269,- per tahun, atau sebagai alternatif menghasilkan penghematan konsumsi steam tahunan sebesar 4.080.162 kg/tahun yang setara dengan penghematan biaya utilitas (OPEX) sebesar IDR 956.634.815,- per tahun. Dari analisis tekno ekonomi dengan melakukan penggantian perpipaan unit synthesa secara keseluruhan didapatkan nilai NPV sebesar IDR 21.241.268.335, IRR sebesar 31,38%, dan payback period selama 2,63 tahun. Penurunan konsumsi steam yang terkait serta peningkatan laju alir CO₂ menunjukkan bahwa optimasi udara pasivasi merupakan strategi efisiensi energi yang secara teknis layak dan secara ekonomi menarik untuk pabrik urea yang telah melakukan upgrade material dengan baja tahan karat berbasis duplex.
====================================================================================================================================
The urea formation reaction produces ammonium carbamate as an intermediate, which is highly corrosive. To prevent corrosion in the synthesis section, controlled oxygen injection is applied as passivation air through the second-stage suction of the four-stage centrifugal CO₂ Compressor (GB101). While oxygen enables the formation of a protective chromium oxide (Cr₂O₃) layer on stainless steel surfaces, the injected plant air increases inert gas loading and consequently raises compressor power consumption. Following material upgrades in Urea Plant IA PT Petrokimia Gresik from SS 316L UG to higher corrosion-resistant duplex alloys (25Cr Duplex and DP28W), the required oxygen concentration can potentially be reduced. This study evaluates the effect of reducing oxygen concentration from 5000 ppm as base case to 4000, 3000, 2000, and 1000 ppm on compressor thermodynamic performance, energy consumption using Aspen HYSYS simulation, and production capacity. Model validation against actual plant operating data shows that the current total compressor power requirement at 5000 ppm oxygen concentration is 5335.68 kW. Sensitivity simulations indicate that reduction of passivation air results in a consistent decrease in total compressor power. At 4000 ppm, total power decreases to 5324.33 kW (−11.35 kW); at 3000 ppm to 5312.98 kW (−22.70 kW); at 2000 ppm to 5301.63 kW (−34.05 kW); and at 1000 ppm to 5290.28 kW (−45.40 kW). The maximum reduction corresponds to 0.85% of baseline power. This nearly linear trend confirms that inert gas loading directly affects compressor shaft work. Because the compressor is driven by a steam turbine (GT101), the 45.40 kW reduction translates directly into lower steam consumption. Under continuous operation, this reduction represents a measurable decrease in steam demand, contributing to improved overall plant energy efficiency and reduced utility cost. From a thermodynamic standpoint, polytropic efficiency remains within acceptable operational limits. Stage 1 efficiency remains constant at 72.77%, while Stage 2 decreases marginally from 93.60% to 93.37%. Stage 3 decreases from 74.82% to 74.40%, and Stage 4 from 46.11% to 43.60% at 1000 ppm. When the recovered power margin is converted into increased CO₂ throughput while maintaining total power near the base-case level, CO₂ feed increases to 45.00 ton/hour at 1000 ppm, corresponding to a 0.80% increase. This improvement translates into an increase in urea production and associated annual economic benefit. Therefore, the 1000 ppm scenario provides the highest combined advantage in terms of power reduction, steam consumption decrease, and production intensification. In conclusion, quantitative simulation confirms that reducing passivation air concentration to 1000 ppm provides the maximum achievable energy saving of 45.40 kW. Under this optimum scenario, reducing oxygen concentration to 1000 ppm enables an increase in urea production of 3,692,374 kg/year, corresponding to IDR 21,495,608,269,- per year in gross profit or alternatively in annual steam savings of 4,080,162 kg/year, equivalent to reducing the utility operational cost by IDR 956,634,815 per year. The techno-economic analysis of a full piping replacement in the synthesis unit yielded an NPV of IDR 21,241,268,335, an IRR of 31.38%, and a payback period of 2.63 years. The associated reduction in steam turbine consumption and increase in CO₂ feed demonstrate that passivation air optimization constitutes a technically feasible and economically attractive energy-efficiency strategy for high-pressure urea plants equipped with advanced duplex stainless-steel materials.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	CO2 Compressor, Kinerja, Oksigen, Pasivasi, Urea, CO2 Compressor, Performance, Passivation, Oxygen, Urea
Subjects:	T Technology > TP Chemical technology > TP155.7 Chemical processes.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Chemical Engineering > 24101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Indrawan Pinandita
Date Deposited:	01 Aug 2026 02:05
Last Modified:	01 Aug 2026 02:05
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/141793

Actions (login required)

View Item