Desain Sour Water Stripper: Pangkas H₂S/NH₃, Hemat Uap, dan Buka Jalan Reuse Air di Kilang

Di belakang layar unit hydrotreating dan reforming, ada “sour water” (air asam proses) yang sarat H₂S (hydrogen sulfide, gas beracun berbau telur busuk) dan NH₃ (ammonia). Di kilang, varian non‑phenolic dari air ini—umumnya berasal dari hydrotreating—hampir seluruhnya berisi NH₃ dan H₂S, dengan CO₂ yang minim (www.digitalrefining.com). Secara praktik, kadar H₂S jarang melampaui ammonia: umpan sour water lazimnya memiliki rasio mol H₂S:NH₃ hanya 0,5–0,8 (www.digitalrefining.com).

Kontrasnya, sour water phenolic (mis. dari coker/FCC) membawa fenol, sianida, dan garam yang lolos dari stripping, sehingga umumnya tidak untuk reuse karena risiko korosi katalis (www.bcinsight.crugroup.com). Target desain SWS ditetapkan oleh batas reuse dan buang: sering kali ≲1 mg/L H₂S dan ≲10 mg/L NH₃ di aliran bawah (bottoms) (www.bcinsight.crugroup.com). Banyak desain mengejar NH₃ akhir ~30–80 ppmw dan H₂S nyaris “undetectable” (<0,1 ppmw) (www.digitalrefining.com)—selaras dengan rujukan regulasi (mis. PermenLH) sekitar 10 mg/L NH₃‑N dan 1 mg/L sulfida.

Alur proses stripper dan beban uap

Umpan sour water (~30–40 °C) dipretreatment (degasifikasi dan penghilangan minyak bebas) lalu dipompa ke SWS. “Stripping” (memisahkan komponen volatil ke fase uap) dicapai dengan memanaskan ke titik didih ~115–125 °C memakai reboiler atau injeksi uap langsung. Dalam konfigurasi konvensional dengan reboiler, pemanasan dari ~32 °C ke ~120 °C membutuhkan sekitar 16 wt% uap—kira‑kira 1,3–1,4 lb uap per galon air bottoms (≈0,15 kg/L) (www.digitalrefining.com).

Gas overhead (campuran acid gas dan NH₃) diarahkan ke reaktor termal SRU (Claus incinerator) untuk dibakar sebelum pemulihan sulfur (www.bcinsight.crugroup.com). Banyak kilang modern menyederhanakan skema pemanas: sirkulasi termosifon atau pemanas injeksi langsung dapat berfungsi sebagai “kettle” reboiler (pdfcoffee.com) (pdfcoffee.com). Sekitar 50% kilang kini menginjeksikan uap bertekanan rendah langsung ke bottoms dan meninggalkan kettle reboiler (pdfcoffee.com).

Konsekuensinya, injeksi langsung menambah ~10–12% laju air (dari kondensasi uap) namun menghilangkan fouling pipa reboiler (pdfcoffee.com) dan menyederhanakan desain. Kolom SWS modern cenderung tinggi: 35–45 tray nyata dengan efisiensi pemisahan total 25–45% per tray (www.digitalrefining.com). Simulasi menunjukkan menambah tray—mis. dari 18 menjadi 32—dapat memangkas kebutuhan uap ~20% (pdfcoffee.com), meski efisiensi tray riil tetap moderat. Injeksi uap umumnya counter‑flow dengan internal reflux (pump‑around di tray atas) alih‑alih loop reflux eksternal (www.digitalrefining.com).

Kendali pH proses stripping

pH berpengaruh langsung pada bentuk kimia: HS⁻ pada pH lebih tinggi, NH₄⁺ pada pH lebih rendah. Idealnya, sistem dua tahap dipakai: kolom pH rendah (<5) untuk membebaskan H₂S (mencegah pembentukan HS⁻), lalu kolom pH tinggi (>10) untuk men‐strip NH₃ (mencegah NH₄⁺) (www.yokogawa.com). Dalam praktik, sebagian besar kilang memakai satu stripper pada pH ~7–9 (sering ~8) sebagai kompromi yang memadai (www.yokogawa.com). Dosis kaustik atau CO₂ lazim dipakai untuk setel pH umpan/bottoms; penginjeksian kimia yang presisi dibantu dosing pump untuk stabilitas kendali.

Kualitas bottoms dan opsi reuse internal

Stripper yang didesain baik menghasilkan bottoms rendah H₂S dan NH₃ level puluhan ppm. Target desain tipikal: ≲1 ppm H₂S dan ≲10 ppm NH₃ (www.bcinsight.crugroup.com). Di lapangan, NH₃ lebih sulit diturunkan daripada H₂S, sehingga kerap diterima ~30–80 ppmw NH₃ (0,003–0,008 wt%) versus H₂S nyaris nol (www.digitalrefining.com). Bottoms kemudian didinginkan (penukar panas umpan/produk dan cooler) sebelum dikirim off‑plot.

Bila feasible (non‑phenolic), bottoms SWS direcycle sebagai air proses. Praktik umum: untuk crude desalting atau wash water. Contohnya, air HDS yang telah di‑strip sering jadi once‑through desalter wash untuk menurunkan chlorida; bahkan, penyederhanaan desain lama adalah meniadakan menara desalter wash dan langsung memakai bottoms SWS hangat ke unit crude (www.digitalrefining.com) (www.bcinsight.crugroup.com). Unit hydrotreating juga kerap me‑reuse wash water‑nya sendiri. Tren industri ini menghemat air ketel/boiler dan makeup lainnya (www.watertechonline.com).

Satu contoh korporat menunjukkan blended reuse ~33% SWS (15% ke hydrocracker wash, 18% ke crude desalter wash) tanpa gangguan operasi, menghemat sekitar US$1 juta dalam satu tahun biaya boiler‑feed water (www.watertechonline.com). Pengalaman operasional di Ras Tanura (Saudi Aramco) menunjukkan pemakaian 50% stripped sour water di crude wash menghasilkan kualitas air stabil dan penghematan besar (www.watertechonline.com) (www.watertechonline.com). Monitoring mereka menunjukkan performa SSW setara dengan 100% fresh makeup di kondisi pabrik (www.watertechonline.com).

Catatan penting: hanya non‑phenolic yang umumnya di‑reuse. Air phenolic membawa organik terlarut (fenol, sianida, heavy oils) bahkan setelah stripping (www.bcinsight.crugroup.com) yang merugikan katalis (mis. HDS) dan boiler, sehingga diarahkan ke pengolahan limbah lengkap (www.bcinsight.crugroup.com) (www.bcinsight.crugroup.com). Di kilang baru, jalur SWS terpisah kerap disediakan untuk phenolic vs non‑phenolic, dengan hanya bottoms non‑phenolic yang didaur ulang (www.bcinsight.crugroup.com).

Perlakuan lanjut sebelum reuse atau WWTP

Setelah stripping, air masih mengandung NH₃ sisa (puluhan mg/L) dan pengotor non‑volatil. Untuk disalurkan ke IPAL kilang atau lingkungan, diperlukan langkah lanjutan berikut:

- Penghilangan ammonia: NH₃ tersisa (praktiknya sebagai NH₄⁺ pada ~pH 8) dapat dihilangkan via chemical stripping (pH swing dan air‑stripping) atau nitrifikasi biologis. Sebagian besar IPAL kilang memiliki sistem activated sludge yang menitrifikasi NH₄⁺ menjadi nitrat di kondisi aerob (www.scielo.br). Di beberapa kasus, pra‑aerasi atau kolom air‑strip dipakai untuk melepaskan NH₃ sebelum tahap biologis.

- Minyak dan partikel: Jejak minyak/hidrokarbon yang terikut dapat menyebabkan fouling. Lazimnya minyak bebas dihilangkan (API separator, koaleser) sebelum SWS atau pada tahap polishing agar aliran ke IPAL minim free oil (www.pall.com). Minyak bebas di efluen memicu gangguan unit dan isu keandalan flare (www.pall.com). Perangkat pemisah minyak seperti oil removal membantu menjaga batas ini konsisten.

- Organik dan COD refrakter: Bahkan sour water “bersih” punya organik terlarut (hidrokarbon sisa, merkaptan, produk oksidasi). Analisis menemukan DOC (dissolved organic carbon) sekitar 500–1000 mg/L dengan rasio BOD/COD ~0,27 (www.scielo.br), menunjukkan sebagian besar karbon sukar terurai biologis. Untuk mengatasinya, AOP (advanced oxidation) seperti UV/H₂O₂ atau Fenton dapat memecah organik; studi menunjukkan UV/H₂O₂ menghilangkan 90–95% DOC (www.scielo.br). Menggabungkan AOP dengan pretreatment—misalnya menyaring padatan untuk menurunkan kekeruhan—membuat reuse jadi feasible; satu kasus menemukan air pasca UV/H₂O₂ layak sebagai makeup cooling tower setelah penghilangan kekeruhan (www.scielo.br). Solusi UV dapat memanfaatkan modul ultraviolet, sementara prapenyaringan kekeruhan lazim memakai media filtrasi seperti sand silica dual media.

- Penyesuaian pH: Bottoms kerap keluar pada pH 8–10. Sebelum biologis, pH disetel (mis. dengan CO₂ atau asam) ke netral agar nitrifikasi optimal dan menghindari toksisitas mikroba.

Standar efluen lokal harus terpenuhi. Di Indonesia, baku mutu (PermenLH) umumnya membatasi sulfida (H₂S) ~1,0 mg/L dan ammonia‑N ~5–10 mg/L (www.pengolahanlimbah.com). SWS didesain agar efluen mudah memenuhi target ini (H₂S <0,1–1 mg/L, NH₃ ~5–10 mg/L) (www.digitalrefining.com) (www.bcinsight.crugroup.com). Sisa kontaminan—mis. fenol jejak atau minyak—kemudian ditangani di IPAL hilir, lazimnya kombinasi air‑stripping, oksidasi biologis, dan polishing akhir.

Dampak energi, operasional, dan angka ringkas

Desain SWS modern menargetkan removal H₂S/NH₃ tinggi dengan beban uap dan kompleksitas minimal. Konfigurasi sederhana—uap langsung, tanpa reflux eksternal, tray yang andal—kian umum (pdfcoffee.com) (pdfcoffee.com). Dampaknya nyata: satu studi kasus melaporkan penghematan hampir US$1 juta/tahun dengan mengganti sebagian fresh boiler feed water menggunakan stripped sour water (www.watertechonline.com). Stripping yang efisien juga mencegah upset mahal (overload incinerator SRU atau beban IPAL berlebih).

Intinya: SWS yang dirancang baik memakai uap sekitar 0,15–0,20 kg per liter sour water (~16% berat), menargetkan <1 ppm H₂S dan ~10 ppm NH₃ di efluen, dan—bila diintegrasikan cermat dalam neraca air kilang—memungkinkan reuse signifikan serta penghematan biaya (www.digitalrefining.com) (www.watertechonline.com). Untuk menjaga konsistensi operasi dari hulu ke hilir, integrasi perangkat pemisahan awal seperti separator minyak dan kontrol kimia terukur via dosing pump menjadi pasangan teknis yang relevan di sekitar SWS.