Prosess Pabrik Gas Nitrogen, Oksigen, Argon

  

A.    Komposisi Gas di Atmosfer.

Atmosfer merupakan selimut bumi yamg berupa udara dan memiliki komposisi senyawa berakega ragam. Senyawa yang paling banyak di atmosfer adalah N₂ dan urutan ke-2 adalah O₂. Kedua

senyawa ini memiliki sifat yang stabil meskipun N_2­ lebih stabil daripada O₂. Berikut tabel komposisi atmosfer.

Tabel 1 : Komposisi Udara.

NO.	Nama Gas	Formula kimia	Persen Volume
1.	Nitrogen	N2	78,08%
2.	Oksigen	O2	20,95%
3.	Air	H2O	0 sampai 4%
4.	Argon	Ar	0,93%
5.	Karbon Dioksida	CO2	0,0360%
6.	Neon	Ne	0,0018%
7.	Helium	He	0,0005%
8.	Metana	CH4	0,00017%
9.	Hidrogen	H2	0,00005%
10.	Nitro Oksida	NO2	0,00003%
11.	Ozon	O3	0,000004%

Seperti yang elah dijelaskan di atas, gas nitrogen memiliki persen komposisi yang paling banyak. Nitrogen salah satu gas yang dibutuhkan oleh makhluk hidup di bumi, misalnya pada tumbuhan. Nitrogen yang di serap oleh tumbuhan bukan berupa N₂ melainkan berupa senyawa amonia, ion nitrit (NO₂^-), atau ion nitrat (NO₃^-). Senyawa ini dapat diperoleh dari N₂ yang diproses oleh mikroorganisme nitrogen yang berada di akar tanaman tertentu. Sedangkan amonia (NH₃) dapat dihasilkan dengan bantuan energi petir/kilat yang bereaksi dengan Hidrogen. Untuk jenis gas kedua berupa oksigen, gas ini merupakan kebutuhan pokok makhluk hidup khususnya untuk jenis mahkluk hidup aerob. Oksigen berbeda dengan nitrogen, gas ini dapat langsung diserap oleh makhluk hidup dalam bentok O₂. Siklus O₂ sangat di pengaruhi oleh tumbuhan yang merupakan sumber utama O₂. Siklus O₂ berhubungan langsung terhadap proses respirasi makhluk hidup. Berikut reaksi yang terjadi pada siklus oksigen.

6H₂O + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6O₂   dan   C₆H₁₂O₆ → H₂O + CO₂ + Energi

Untuk gas-gas yang lain memiliki peran pada perubahan iklim. Seperti CO₂ dan CH₄ yang setiap tahunnya meningkat memberikan efek peningkatan suhu bumi, sedangkan O₃ atau ozon yang befungsi sebagai filter UV-C yang membahayakan manusia semakin tahunya berkurang sehingga menyebabkan sinar UV-C masuk kedalam bumi.

  

B.    Klasifikasi Proses Industri Gas.

3     1  Proses Kriogenik.

Proses kriogenik merupakan proses produksi gas nitrogen, oksigen dan beberapa gas lain yang berdasarkan titik didih masing-masing gas. Proses ini prinsipnya sama dengan proses destilasi bertingkat tetapi suhu yang digunakan sangat rendah yaitu mencapai -185^oC dan tekan yang besar yaitu 6 atm (UIG, 2009).

Proses kriogenik merupakan proses yang paling banyak digunakan oleh industri-industri besar dengan kapasitas produk yang sangat besar. Dengan menggunakan proses ini akan di peroleh gas dengan kemurnian yang tinggi sekitar ± 99,9%.

Pada proses kriogenik bahan baku yang digunkan berupa udara bebas yang diambil dari atmosfer. Ada tiga tahapan yang pelu dilalui sebelum mendapatkan prokduk, yang pertama penyaringan dan kompresi, kedua kolom pemisahan, ketiga pemurnian produk.

 

          a. Proses Penyaringan dan Kompresi

Udara sebagai bahan baku dilewatkan kebagian adsorben untuk menghilangkan kotoranya. Adsorben yang digunakan berupa zeolit dan silika gel yang kemudian akan menyerap karbon dioksida dan hidrokarbon yang memiliki molekul lebih berat serta sisa air yang ada. Selain itu juga dapat mengunakan alumium dibrazing yang merupakan senyawa penukar kalor sehingga karbondioksida dan air akan membeku terlebih dahulu kemudian dipisahkan, cara yang kedua ini cukup efektif sehingga banyak diterapkan pada industri-industri gas yang lain.

Setealah udara di bersihkan dari kotoran udara akan dikompresi dan diturunkan suhunya hingga mencair kemudian ditransferkan ke kolom pemisahan.

Proses pendinginan dilakukan dengan cara penukaran suhu pada proses yang lain yang diharuskan adanya suhu tinggi seperti pada proses penguapan pada kolom pemisahan.

           b. Proses Di Kolom Pemisahan.

Proses yang terjadi di dalam kolom meliputi pemisahan destilasi yang berdasarkan titik didihnya beriut titik didih masing-masing gas.

No.	Gas	Titik Didih (oC)
1.	N2	-195
2.	O2	-185
3.	Ar	-185,6

 Untuk menghasilkan Nitrogen cukup dengan satu kolom sedangkan untuk memisahkan okigen dan argon sangat sulit hal ini dapat dilihat dari tabel di atas yang menyatakan titik didih kedua gas ini berdekatan sehingga biasanya untuk mendapatkan oksigen atau argon dengan menggunkan beberapa kolom pemisahan. Biasanya argon murni diperoleh dari argon mentah yang merupakan campuran argon dan oksigen yang dipisahkan secara katalis dalam suatau reaktor.

                       c. Proses Pemurnian dan Pengemasan Produk. 

 Gas yang dihasilkan dari kolom pemisahan memiliki kemurnian ± 85% untuk argon dan oksigen, sedangkan untuk nitrogen gas yang dihasilkan dari kolom pemisahan sebesar ± 99,9% sehingga untuk produk gas nitrogen dapat langsun dikemas. Sedangkan untuk argon akan mengalami proses pemurnian dengan cara memasukan argon mentah hasil pemisahan kolom 1 ke kolom khusus untuk pemurnian gas argon

 Setelah melalui proses pemurnian maka gas akan dikemas sesuai dengan kuantitas pesanan. Semakin besar kuantias maka di perlukan tempat yang luas maka dari itu perusahan gas melakukan liquifikasi gas-gas produknya dan di kemas dalam tabung maupun truk tanki yang berisi gas cair. Hasil gas produk akan di bahas lebih lanjut pada bagian berikutnya. Sedangkan proses liquifikasi merupakan proses pencairan udara dengan cara menurunkan suhunya dengan cara melewatkan gas melalui kondensor sehingga suhu akan turun, kalor yang di peroleh dari proses ini akan di gunakan untuk gasifikasi kembali untuk kemasan dengan kuantitas yang lebih rendah atau dalam bentuk gas, sehingga sistem ini akan lebih efektif.

 

2. Proses Non-Kriogenik.

Salah satu proses industri gas selain dengan cara kriogenik ada juga dengan proses non-kriogenik. Proses kali ini sangat berbeda dengan proses sebelumnya, proses ini tidak menggunakan suhu sebagai patokannya tetapi mengunakan perbedaan ukuran molekul dan masa dari senyawa gas tersebut. Proses ini memiliki kemurnian yang lebih rendah dibandingkan dengan produk hasil kriogenik. Sehingga baik diproduksi untuk skala kecil dan permintaan yang terbatas. Proses non-kriogenik di bagi lagi menjadi 3 jenis yaitu PSA (Pressure Swing Adsorption), VPSA (Vacuum-Pressure Swing Adsorption) dan Pemisahan dengan membran polime.

a. PSA (Preassue Swing Adsorption). 

Proses non kriogenik ini dapat dilakukan untuk memperoleh gas oksigen maupun nitrogen tetapi tidak dapat dilakukan dalam satu proses. Hal tersebut disebabkan karena absorban yang digunan itu berbeda. Pada proses ini yang paling berperan adalah tekan dan jenis absorban yang digunakan. 

Pada proses produksi Nitrogen absorban yang digunkan berupa moleculer serve karbon aktif, fungsi dari adsorben ini untuk mengikat oksigen dan zat pengtor lain, tekanan yang digunkan sekitar 6-8 atm. Sedangkan untuk menghasilkan oksigen absorban yang digunkan berupa alumina dan zeolit, fungsi absorban ini mengikat uap air dan nitrogen yang terdapat di udara sedangkan tekan yang digunkan sebesar 1-3 atmosfer.  

Absorban yang digunkan memiliki 2 model penempetan ada 2 lembara dan 3 lembaran, masing-masing penempatan memiliki keuntungan dan kerugian. Untuk penempatan 2 lembar akan menghasilkan biaya yang lebih rendah dan kemurnian yang rendah  tetapi jika 3 lembar biaya tinggi dengan kemurnian yang lebih tinggi. Setiap absorban memiliki tenggang waktu absorbsi yang berbeda tergantung pengotor dan kondisinya sehingga adsorben agan di regenerasi dalam rentang waktu tertentu .

b. VPSA (Vacuum Preasure Swing Adsorption) 

Untuk proses yang kedua pada non-kriogenik adalah gabungan dari proses pertama dengan tambahan proses vacum yang berfungsi untu memaksimalkan adsorpsi yang terjadi sehingga biaya yang di perlukan lebih sedikit dan lebih efisien. 

Proses ini biasanya untuk menghasilkan gas oksigen dengan kosentrasi 90-94% dengan pengotor berupa nitrogen dan argon. Proses ini meiliki alur yang hampir sama dengan proses pertama tetapi memiliki blower yang berfungsi untuk menurunkan tekanan pada proses sehingga adsorben memiliki umur regenerasi yang lebih lama . Proses ini cocok untuk industri yang menghasilkan produk dengan kuatitas sekitar 20 ton perhari.

 

c. Pemisahan dengan Membran Polimer. 

Jenis proses yang ketiga berbeda dengan proses-proses sebelumnya, proses kali ini tidak menggunakan adsorben tetapi menggunakan membran polimer dioksida. Prinsip pemisahanya adalah berdasarkan sifat pemeabilitas masing-masing gas. Pemisahan ini digunkan untuk ndustri gas oksigen, oksigen memiliki permeabilitas yang lebih tinggi dari pada gas argon dan nitrogen. Proses ini memiliki biaya produksi yang relatif rendah sehingga cocok untuk industri yang bersekala kecil.