Amoniak diproduksi dengan mereaksikan gas Hydrogen (H₂) dan Nitrogen (N₂) dengan rasio H₂/N₂ = 3 : 1 . Disamping dua komponen tersebut campuran juga berisi inlet dan gas-gas yang dibatasi kandungannya, seperti Argon (Ar) dan Methan (CH4).

Secara umum tahapan-tahapan proses pembuatan Amoniak dapat diuraikan sebagai berikut :

1. Feed Treating dan Desulfurisasi

2. Reforming Section

3. Gas Purification

4. Synthesa Loop dan Amoniak Refrigerant

1. Feed Treating dan Desulfurisasi

Natural Gas sebagai bahan baku utama dalam pembuatan Amoniak haruslah di treatment terlebih dahulu untuk menghilangkan kotoran-kotoran dan senyawa kimiawi yang dapat mengganggu jalannya proses melalui beberapa tahapan berikut :

1.1. Desulfurization Sponge Iron

Sejumlah H₂S dalam feed gas diserap di Desulfurization Sponge Iron dengan sponge iron sebagai media penyerap.

Reaksi :

Fe2O3.6H2O + H₂S Fe2S3 6 H₂O + 3 H₂O

1.2. CO₂ Removal Pretreatment Section

Feed Gas dari Sponge Iron dialirkan ke unit CO₂ Removal Pretreatment Section

Untuk memisahkan CO₂ dengan menggunakan larutan Benfield sebagai penyerap. Unit ini terdiri atas CO₂ absorber tower, stripper tower dan benfield system.

1.3. Co-Mo /ZnO Desulfurizer

Seksi ini bertujuan untuk memisahkan sulfur organik yang terkandung dalam feed gas dengan cara mengubahnya terlebih dahulu mejadi Hydrogen Sulfida dan mereaksikannya dengan ZnO.

Reaksi :

RSH + H₂ H₂S + RH

H₂S + ZnO ZnS + H₂O

2. Reforming Section

2.1. Primary Reformer

Seksi ini bertujuan untuk mengubah feed gas menjadi gas sintesa secara ekonomis melalui dapur reformer dengan tube-tube berisi katalis nikel sebagai media kontak feed gas dan steam pada temperature (824 ^oC)dan tekanan (45 – 46 kg/cm²) tertentu . Adapun kondisi operasi acuan adalah perbandingan steam to carbon ratio 3,2 : 1.

Reaksi :

CH₄ + H₂O CO + 3 H₂ - Q

CO + H₂O CO₂ + H₂ + Q

Secara overall reaksi yang terjadi adalah reaksi endothermic sehingga membutuhkan burner dan gas alam sebagai fuel.

2.2. Secondary Reformer

Gas yang keluar dari primary reformer masih mengandung kadar CH₄ yang cukup tinggi, yaitu 12 – 13 %, sehingga akan diubah menjadi H₂ pada unit ini dengan perantaraan katalis nikel pada temperature 1002,5 ^oC.

Reaksi :

CH₄ + H₂O 3 H₂ + CO

Kandungan CH₄ yang keluar dari Secondary reformer ini diharapkan sebesar 0.34 % mol dry basis.

Karena diperlukan N₂ untuk reaksi pembentukan Amoniak maka melalui media compressor dimasukkan udara pada unit ini.

Reaksi ;

2H₂ + O₂ 2H₂O

CO + O₂ 2CO₂

3. Gas Purification

3.1. High Temperature Shift Converter (HTS)

Setelah mengalami reaksi pembentukan H₂ di Primary dan Secondary Reformer maka gas proses didinginkan hingga temperature 371 ^oC untuk merubah CO menjadi CO₂ dengan reaksi sebagai berikut :

CO + H₂O CO₂ + H₂ + heat

Kadar CO yang keluar dari unit ini adalah 3,5 % mol dry basis dengan temperature gas outlet 432 ^oC– 437 ^oC.

3.2. Low Temperature Shift Converter (LTS)

Karena tidak semua CO dapat dikonversikan menjadi CO₂ di HTS, maka reaksi tersebut disempurnakan di LTS setelah sebelumnya gas proses didinginkan hingga temperature 210 ^oC. Diharapkan kadar CO dalam gas proses adalah sebesar 0,3 % mol dry basis.

3.3. CO₂ Removal

Karena CO₂ dapat mengakibatkan degradasi di Amoniak Converter dan merupakan racun maka senyawa ini harus dipisahkan dari gas synthesa melalui unit CO₂ removal yang terdiri atas unit absorber, striper serta benfield system sebagai media penyerap. System penyerapan di dalam CO₂ absorber ini berlangsung secara counter current, yaitu gas synthesa dari bagian bawah absorber dan larutan benfield dari bagian atasnya. Gas synthesa yang telah dipisahkan CO₂-nya akan keluar dari puncak absorber, sedangkan larutan benfield yang kaya CO₂ akan diregenerasi di unit CO₂ stripper dan dikembalikan ke CO₂ absorber. Sedangkan CO₂ yang dipisahkan digunakan sebagai bahan baku di pabrik urea.

Adapun reaksi penyerapan yang terjadi :

K₂CO₃ + H₂O + CO₂ 2KHCO₃

3.4. Methanasi

Gas synthesa yang keluar dari puncak absorber masih mengandung CO₂ dan CO relative kecil, yakni sekitar 0,3 % mol dry basis yang selanjutnya akan diubah menjadi methane di methanator pada temperature sekitar 316 ^oC.

Reaksi :

CO + 3H₂ CH₄ + H₂O + heat

CO₂ + 4H₂ CH₄ + 2H₂O + heat

4. Synthesa Loop dan Amoniak Refrigerant

4.1. Synthesis Loop

Gas synthesa yang akan masuk ke daerah ini harus memenuhi persyaratan perbandingan H₂/N₂ = 2,5 – 3 : 1. gas synthesa pertama-tama akan dinaikkan tekanannya menjadi sekitar 177.5 kg/cm² oleh syn gas compressor dan dipisahkan kandungan airnya melalui sejumlah K.O. Drum dan diumpankan ke Amoniak Converter dengan katalis promoted iron.

Reaksi :

3H2 + N₂ 2NH₃ + heat

Kandungan Amoniak yang keluar dari Amoniak Converter adalah sebesar 12,05-17,2 % mol.

4.2. Amoniak Refrigerant

Amoniak cair yang dipisahkan dari gas synthesa masih mengandung sejumlah tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di seksi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk :

Ø Mem-flash amoniak cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut.

Ø Sebagai bagian yang integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari gas synthesa untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop Synthesa dengan memanfaatkan tekanan dan temperature yang berbeda di setiap tingkat refrigeration.

5. Produk Amoniak

Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua, yakni :

ü Warm Ammonia Product (30 ^oC) yang digunakan sebagai bahan baku untuk pabrik urea.

ü Cold Ammonia Product (-33 ^oC) yang disimpan dalam Ammonia Storage Tank.