Uraian Proses Produksi Oksigen dan Nitrogen Cair

 Proses Produksi

Sebagian besar nitrogen dan oksigen dalam industri diproduksi dengan cara proses pemisahan udara pada suhu rendah atau proses adsorpsi. Produksi oksigen dan nitrogen cair pada kebanyakan industri digunakan proses pemisahan udara pada suhu rendah. Proses produksi nitrogen dan oksigen cair terdiri dari tiga tahapan proses yaitu proses pemurnian awal, proses pencairan, dan proses pemisahan. Selanjutnya sebagai tahapan akhir dilakukan proses pengisian gas ke dalam tabung pada Unit Filling Station.

1   Proses Pemurnian Awal

Proses pemurnian awal bertujuan untuk menghilangkan pengotor dari udara yang akan menyebabkan gangguan terhadap proses pemisahan udara pada suhu rendah. Udara dihisap oleh blower kemudian disaring dengan Air Filter. Lalu dikompresi sampai tekanan 5,8 barG pada Air Compressor dan didinginkan pada Reactivation Exchanger dari suhu 110^oC hingga suhu 77^oC, kemudian didinginkan kembali pada After Cooler hingga suhu 40^oC. 

Selanjutnya udara yang telah dikompresi didinginkan sampai 20^oC pada High Level Freon Refrigerator dan hasil kondensat dipisahkan. Lalu udara dialirkan melewati unit Molecular Sieves untuk menghilangkan air (H₂O) dan gas karbondioksida yang terdapat dalam udara. Unit Molecular Sieves terdiri dari dua menara (tower) yang bekerja secara bergantian. Pada masing-masing menara berisi ayakan (molecular sieves) pada bagian atas dan alumina gel pada bagian bawah. Udara yang telah bebas dari air, gas karbondioksida,  dan pengotor lainnya masuk ke dalam cold box.

2   Proses Pencairan

Udara yang telah bebas dari air, gas karbondioksida, dan pengotor lainnya didinginkan dalam Heat Exchanger sampai mendekati suhu pencairan sebesar -166^oC dengan tekanan 5,2 barG. Kemudian udara yang telah didinginkan dipisahkan menjadi komponen-komponenya pada kolom rektifikasi (distilasi terfraksi).

3   Proses Pemisahan

Rektifikasi atau distilasi terfraksi adalah salah satu metode yang digunakan untuk memisahkan komponen-komponen yang terdapat dalam suatu cairan yang mengandung dua atau lebih penyusun berdasarkan perbedaaan tekanan uap pada masing-masing penyusunnya. Udara yang telah didinginkan pada Heat Exchanger dikirim ke bagian bawah dari High Pressure Column. Pada High Pressure Column udara dipisahkan menjadi gas nitrogen murni di bagian atas, nitrogen tidak murni di bagian tengah, dan cairan yang kaya oksigen (disebut juga rich liquid) di bagian bawah. Gas nitrogen murni dikondensasi dalam Main Condenser. Sebagian nitrogen cair digunakan sebagai cairan refluks pada High Pressure Column, sedangkan sisa cairan nitrogen dikirim ke Reflux Pure Nitrogen Subcooler dan didinginkan oleh gas nitrogen pada tekanan rendah, kemudian cairan tersebut digunakan sebagai cairan refluks pada Low Pressure Column. Produk nitrogen cair diambil dari bagian atas High Pressure Column dan didinginkan oleh nitrogen tidak murni dalam Product Liquid Nitrogen Subcooler, lalu nitrogen cair yang telah didinginkan dikeluarkan secara langsung dari cold box dan dialirkan menuju tangki penyimpan nitrogen cair.

Produk gas nitrogen diambil dari bagian atas Low Pressure Column dan dipanaskan pada suhu lingkungan di dalam Reflux Pure Nitrogen Subcooler dan Heat Exchanger. Udara cair pada bagian bawah High Pressure Column didinginkan dalam Rich Liquid Subcooler lalu diekspansi sampai tekanan rendah. Cairan tersebut dikirim ke bagian tengah dari Low Pressure Column sebagai cairan umpan. Pemisahan terakhir dilakukan dalam Low Pressure Column. Gas nitrogen berada di bagian atas, gas buang dan crude argon (O₂ = 88-90% ; Ar = 12-10%) di bagian tengah, dan gas oksigen di bagian bawah kolom.

Oksigen cair diambil dari bagian bawah High Pressure Column, lalu melewati Oxygen Filter dimana asetilen dan hidrokarbon lainnya yang terkandung dalam cairan dihilangkan, kemudian dialirkan ke dalam Main Condenser dan dievaporasi oleh penukar panas dengan cairan nitrogen murni. Oksigen cair yang telah dievaporasi digunakan sebagai reboil gas pada Low Pressure Column. Oksigen cair diambil dari bagian bawah Low Pressure Column, lalu dipompa oleh Liquid Oxygen Process Pump dan didinginkan dalam Product Oxygen Subcooler. Kemudian oksigen cair yang telah didinginkan dikeluarkan secara langsung dari cold box dan dialirkan menuju tangki penyimpan oksigen cair.

4   Proses Pengisian

Pada Unit Filling Station, oksigen cair dan nitrogen cair yang telah dievaporasi dialirkan melalui pipa-pipa gas, lalu diisikan ke dalam tabung. Proses pengisian gas dilakukan dengan cara menekan (kompresi) gas tersebut sampai tekanan 165 barG ke dalam tabung-tabung gas dalam rak. Pada Unit Filling Station dilakukan pengisian untuk gas nitrogen, gas oksigen, gas argon, gas argon shield, karbondioksida, dan udara tekan.

5   Proses Daur Ulang Nitrogen

Pendingin yang diperlukan untuk operasi pada cold box disediakan oleh siklus pencairan. Nitrogen pada tekanan rendah (low pressure) dari cold box dikompresi oleh Nitrogen Makeup Compressor. Nitrogen dengan tekanan menengah (middle pressure) dari cold box dan Nitrogen Makeup Compressor dikompresi oleh Nitrogen Recycle Compressor sampai diperoleh tekanan nitrogen sebesar 40,4 barG dan suhu nitrogen sebesar 40^oC. Kemudian nitrogen  didinginkan pada Low Level Freon Cooler sampai diperoleh suhu keluaran nitrogen sebesar -40^oC. Setelah itu nitrogen didinginkan kembali pada Recycle Exchanger dengan tekanan tetap sampai diperoleh suhu keluaran nitrogen sebesar -101^oC lalu dimasukkan ke dalam Expansion Turbine sampai diperoleh tekan sebesar 4,9 barG dan suhu pencairan nitrogen sebesar -166^oC dengan tekanan 40 barG. Kemudian nitrogen cair dikirim ke bagian atas High Pressure Column.