Gas alam Pertamina SPG Merbau

8/15/2019 Gas alam Pertamina SPG Merbau

1/15

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan pustaka penunjang penelitian ini meliputi beberapa penjelasan

mengenai proses pemurnian pada gas, proses dehidrasi gas yang terdapat di SPG

Merbau, larutan Triethylene Glycol (TEG), dan pemodelan.

2.1 Proses Pemurnian Gas

Pemurnian gas dilakukan untuk menghilangkan pengotor yang tidak

diinginkan didalam gas bumi sebelum dikirimkan ke konsumen. Tujuan dari

pemurnian gas tersebut adalah untuk meningkatkan kualitas dari gas bumi dan

menurunkan bahaya pada sistem proses & perpipaan. Komposisi dari gas bumi

merupakan faktor yang mempengaruhi proses pemurnian gas yang akan

dilakukan. Pada umumnya, proses pemurnian gas yang dilakukan adalah gas

sweetening (CO2 removal) dan gas dehydration.

2.1.1 Gas Sweetening (CO2 Removal)

Gas sweetening bertujuan untuk menurunkan kadar CO2 dan H2S dalam raw

gas yang dapat mengganggu pada proses selanjutnya. CO2 dapat membeku pada

suhu rendah sehingga dapat menyumbat peralatan dan perpipaan. Selain itu, CO2

tidak memiliki nilai bakar sehingga menurunkan nilai bakar (heating value) dari

gas bumi. H2S merupakan gas beracun yang sangat korosif sehingga dapat

menyebabkan korosi pada peralatan proses dan sistem perpipaan (Muhammad

Fauzi, 2009).

Proses ini terdiri dari proses absorpsi yang terjadi pada menara kontaktor

(CO2 Absorber) dan proses distilasi pada regenerator untuk proses regenerasi

larutan absorben. Beberapa absorben yang biasa digunakan diantaranya adalah :

larutan K2CO3;

larutan Monoetanolamine (MEA);

larutan Diethanolamine (DEA);


2/15

Bab II Tinjauan Pustaka 7

Studi Optimasi Dehidration Gas Unit (DHU) Plant

di Stasiun Pengumpul Gas Merbau PT Pertamina EPRegion Sumatera Field Prabumulih

larutan Triethanolamine (TEA);

larutan Methyldiethanolamine (MDEA);

larutan Diisopropylamine (DIPA); dan

larutan Aminoethoxyethanol (DGA®).

2.1.2 Gas Dehydration

Dehidrasi pada gas dilakukan untuk menghilangkan kandungan air pada gas,

sehingga dapat mengurangi masalah yang berkaitan dengan kandungan air dalam

gas, mengurangi penginjeksan inhibitor ke dalam proses produksi gas bumi dan

untuk meningkatkan kemurnian dari gas bumi yang diproduksi. Kandungan air

dalam gas dapat menyebabkan korosi, ice formation, dan terbentuknya gas

hydrates pada peralatan proses dan perpipaan (Dan Laudal Christensen, 2009).

2.1.2.1 Korosi

Air yang terdapat pada gas dapat menjadi faktor terbentuknya korosi. Korosi

dapat terjadi pada perpipaan dan peralatan yang dilewati oleh gas. Korosi

menyebabkan kerusakan pada perpipaan dan peralatan serta mengurangi umur

pakai peralatan. Hal ini akan berdampak pada besarnya biaya investasi peralatan

dan meningkatnya biaya produksi.

2.1.2.2 Pembentukan Es

Air di dalam gas bumi akan menjadi padat (membeku) dan akan menghambat

pada proses pendinginan gas bumi selanjutnya. Es yang terbentuk akan

menyumbat perpipaan dan menjadi masalah pada peralatan proses dan katup (Dan

Laudal Christensen, 2009).

2.1.2.3 Pembentukan Gas Hidrat

Gas hidrat adalah kristal gas bumi dan air yang dapat terbentuk diatas

temperatur terbentuknya es (Dan Laudal Christensen, 2009). Gas hidrat terbentuk

dari air yang mengikat gas misalnya methane. Struktur gas hidrat merupakan


3/15




caged structure dimana caged terbentuk dari air dan gas akan terikat didalamnya.

Berikut ini merupakan gambar yang menunjukkan gas hidrat :

Gambar 2.1 Gas Hidrat

Sumber : Dan Laudal Christensen, 2009.

Pembentukan gas hidrat ini akan menyumbat perpiapan dan akan mengurangi

produksi gas bumi yang dihasilkan.

Beberapa cara dapat dilakukan untuk menghilangkan air pada gas bumi

seperti proses adsorpsi, proses absorpsi, membrane processes, dan refrigeration

(Dan Laudal Christensen, 2009).

A. Adsorpsi

Adsorpsi ialah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan

maupun gas) terikat pada padatan dan akhirnya membentuk suatu

lapisan tipis pada permukaan tersebut (Robert, 1981). Proses ini

menghasilkan akumulasi konsentrasi zat tertentu di permukaan media

setelah terjadi kontak antarmuka atau bidang batas (paras, interface)

cairan dengan cairan, cairan dengan gas atau cairan dengan padatan

dalam waktu tertentu.

Atas dasar fenomena kejadiannya, adsorpsi juga dibedakan

menjadi tiga macam. Yang pertama disebut chemisorption, terjadi

karena ikatan kimia (chemical bonding) antara molekul zat terlarut

(solute) dengan molekul adsorban. Adsorpsi ini bersifat sangat


4/15


5/15




Proses absorpsi terdiri dari dua tahap yaitu proses absorpsi dan

proses regenerasi larutan absorben. Proses absorpsi dilakukan di

menara kontaktor. Jenis dari menara yang digunakan dapat berupa

packing, tray, atau kombinasi keduanya. Gas umpan akan masuk dari

bagian bawah menara, sedangkan larutan absorben akan masuk

melalui bagian atas menara (counter current).

Proses regenerasi dilakukan untuk menghilangkan kandungan air

dari larutan absorben dengan prinsip distilasi. Distilasi atau

penyulingan adalah suatu metode pemisahan campuran berdasarkan

perbedaan kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam

penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini

kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang

memiliki titik didih lebih rendah akan menguap terlebih dahulu

(McCabe, 1993). Jenis distilasi yang dilakukan untuk proses regenerasi

adalah distilasi fraksionasi. Fungsi distilasi fraksionasi adalah

memisahkan komponen-komponen cair, dua atau lebih, dari suatu

larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya (Syukri, 1999).

C. Membrane Processes

Membran adalah lapis tipis, mempunyai stuktur planar dan

merupakan material yang memisahkan dua lingkungan. Karena

membran terletak diantara dua lingkungan atau dua fasa dan

mempunyai volume yang terbatas, maka membran lebih layak disebut

sebagai interphase daripada interface. Membran secara selektif

mengontrol transport massa antara dua fasa atau lingkungan (material-

sciences.blogspot.com, 15 Mei 2012).

Dalam proses membran, gas dilewatkan ke dalam membran yang

dapat memisahkan air. Membran dapat membentuk suatu polymeric

interphases yang secara selektif hanya mengijinkan spesies kimia

tertentu untuk melewatinya.

http://material-sciences.blogspot.com/http://material-sciences.blogspot.com/http://material-sciences.blogspot.com/http://material-sciences.blogspot.com/


6/15




D. Refrigeration

Sistem pendinginan menggunakan proses refrigeration ini

berdasarkan pada prinsip pertukaran panas antara fluida yang

didinginkan (gas bumi) dengan pendingin luar (refrigerant) melalui

suatu siklus refrigerasi. Efek pendinginan dapat dicapai melalui siklus

sebagai berikut; ekspansi, evaporasi, kompresi, dan kondensasi. Proses

pertukaran panas dengan gas alam terjadi pada tahap evaporasi dimana

sebagian panas dari gas alam diserap oleh pendingin (refrigerant)

(Inayah Fatwa Kurnia Dewi, 2009).Dehidrasi gas dengan metode pendinginan (refrigeration)

merupakan metode dehidrasi dengan biaya yang cukup rendah. Air

akan mengembun jika didinginkan, air ini kemudian dipisahkan dalam

separator. Metode ini paling efisien dilakukan pada tekanan tinggi.

Jumlah air yang dihilangkan pada proses ini kurang efisien.

Dua metode yang paling banyak digunakan adalah proses adsorpsi dan proses

absorpsi. Dari kedua proses tersebut, proses yang lebih banyak digunakan di

industri adalah proses absorpsi karena lebih ekonomis dibanding proses adsorpsi.

Proses absorpsi dilakukan dengan melarutkan bahan kimia pada wet gas yang

mempunyai kelarutan besar pada air. Pertimbangan diterapkannya proses absorpsi

adalah sebagai berikut :

1) Biaya investasi alat proses absorpsi lebih murah dibandingkan dengan

proses adsorpsi. Hal ini dikarenakan kandungan air pada gas bumi

cukup banyak sehingga dibutuhkan adsorben yang cukup besar.

Sehingga diperlukan peralatan yang besar dan ruang operasi yang luas.

Sedangkan, proses absorpsi menggunakan pelarut yang tidak

membutuhkan tempat yang terlalu besar, sehingga biaya investasi alat

dapat ditekan.

2) Adsorben lebih mahal dibandingkan pelarut yang digunakan pada

proses absorpsi (umumnya glikol).


7/15




3) Membutuhkan lebih banyak energi untuk regenerasi adsorben

dibanding glikol. Selain itu, regenerasi adsorben membutuhkan lebih

banyak biaya dibanding regenerasi glikol. Glikol dapat diganti secara

kontinyu sementara penggantian adsorben memerlukan penghentian

proses.

4) Proses absorpsi merupakan proses kontinyu yang umumnya lebih

disukai dibandingkan proses batch.

Pada proses dehydration gas dengan menggunakan metode absorpsi

dilengkapi dengan proses flashing. Terdapat dua bagian utama pada proses

flashing ini yaitu flash valve dan flash separator. Flash valve terletak setelah

contactor yang berfungsi untuk menurunkan tekanan rich glycol sebelum

memasuki regenerator. Flash separator terletak setelah flash valve yang berfungsi

untuk merilis sebagian hidrokarbon dan air yang terserap oleh glikol sehingga

hidrokarbon dapat digunakan sebagai gas proses di plant. Jika tidak tedapat proses

flashing maka hidrokarbon dan air seluruhnya akan dilepaskan di proses

regenerasi dan dibuang ke atmosfer, sehingga dapat meningkatkan emisi udara

(Dan Laudal Christensen, 2009).

2.2 Proses Dehydration Gas di SPG Merbau

Proses dehydration gas di SPG Merbau dilakukan dengan prinsip absorpsi.

Larutan absorben yang digunakan adalah larutan Triethylen Glycol (TEG). Gas

umpan yang masuk ke proses ini merupakan gas yang berasal dari CO2 Removal

Unit dimana kandungan CO2 pada gas telah diturunkan menjadi 5 % mol.

Komposisi gas umpan pada proses dehydration unit adalah sebagai berikut :

Tabel 2.2 Komposisi Gas Umpan

Komposisi

Glycol % - mol 0,0000

H2O % - mol 0,2341

Nitrogen % - mol 2,2913

Oxygen % - mol 0,0000


8/15




H2S % - mol 0,0000

CO2 % - mol 4,9883Methane % - mol 84,9961

Ethane % - mol 3,9670

Propane % - mol 1,9033

i-Butane % - mol 0,3650

n-Butane % - mol 0,5850

i-Pentane % - mol 0,2326

n-Pentane % - mol 0,1979n-Hexane % - mol 0,1591

n-Heptane % - mol 0,0802

n-Octane % - mol 0,0798Sumber : Techical Data Book Volume IV Operating Manual Book 1 of 2

Berikut ini skema proses dehidrasi gas yang terdapat di SPG Merbau :

Gambar 2.2 Skema Proses Penghilangan H2O dalam Gas

Sumber : Techical Data Book Volume IV Operating Manual Book 1 of 2


9/15




1) Proses penyerapan air

Proses penyerapan air dilakukan di menara kontaktor (Glycol

Contactor). Gas dialirkan menuju bagian bawah dari menara kontaktor

pada tekanan 644 psig dengan suhu 110oF dan larutan TEG dari bagian

atas menara (counter current) pada tekanan 650 psi dengan suhu 122 oF.

Perbedaan suhu antara gas yang masuk dengan larutan TEG yang masuk

harus dijaga antara 5-20oF (Dan Laudal Christensen, 2009). Hal ini

ditujukan untuk menghindari terkondensasinya hidrokarbon pada gas.

Suhu operasi yang rendah dimaksudkan agar sebagian air yang

terkandung dalam gas dapat berubah fasa menjadi fasa cair sehingga

memudahkan proses absorpsi.

Pada alat ini terdapat Packing Ring yang bertujuan untuk

memperluas kontak antara TEG dan wet gas. Pada bagian atas kontaktor

terdapat Mist Extractor yang berfungsi untuk menangkap TEG yang

terbawa pada aliran dry gas. Bagian bawah menara (bottom side Glycol

Contactor) berfungsi juga sebagai Scrubber dimana bagian atasnya

tedapat Demister yang berfungsi untuk menangkap hidrokarbon cair

yang mungkin terbawa aliran dan pelepasan sebagian kandungan air

yang terkandung dalam inlet gas. Pada bagian bawah Glycol Contactor

terjadi pemisahan fasa antara fasa hidrokarbon cair dengan air. Dibagian

ini hidrokarbon cair dikirim ke Close Drain Drum dan air dikirim ke

Open Drain System. Kedua buangan liquid tersebut diatur dengan Level

Control Valve (LCV) yang terdapat pada Glycol Contactor.

Aliran gas yang keluar telah memiliki kandungan air kurang dari 7 lb

/MMSCF dan biasa disebut dengan dry gas. Aliran dry gas yang keluar

dari aliran upstream masuk ke Heat Exchanger (HE). Pada aliran Heat

Exchanger ini terdapat pemanfaatan panas yang berasal dari lean TEG

(TEG yang tidak mengandung air). Gas hasil proses dikontakan dengan

lean TEG di Heat Exchanger secara counter current. Selain itu,

pertukaran panas dilakukan untuk mendinginkan larutan lean TEG

sebelum masuk ke menara kontaktor. Gas mengalami pemanasan dari


10/15




114 oF hingga 116 oF dan lean TEG yang masuk ke menara mengalami

pendinginan hingga 122oF. Heat Exchanger yang digunakan adalah jenis

Strike Shell and Tube. Aliran dry gas masuk di bagian Tube dan lean

TEG masuk di bagian shell.

2) Regenerasi TEG

Rich TEG (TEG yang mengandung banyak air) dialirkan menuju

proses Glycol Regeneration. Proses ini terdiri dari Glycol Reboiler,

Glycol Still Column, Glycol Reflux Condenser , dan Stripping Column.

Rich TEG dialirkan menuju Glycol Reflux Condenser untuk

mendapatkan pemanfaatan panas dari proses kondensasi uap air hasil

proses regenerasi. Dari proses ini rich TEG mengalami peningkatan

suhu dari 120 oF menjadi 132 oF.

Setelah itu rich TEG dipanaskan pada dua Heat Exchanger (HE).

Media pemanasnya merupakan lean TEG yang berasal dari Stripping

Column. Rich TEG melewati HE pertama dengan suhu masuk 132oF

dan suhu keluar 150 oF. Pemanas pada HE 1 berfungsi untuk

mengefektifkan proses pelepasan hidrokarbon dan air di Glycol Flash

Drum. Pada Glycol Flash Drum terjadi pelepasan hidrokarbon yang

terbawa pada aliran TEG (loss methane) dan sebagian air pada rich

TEG. Alat ini merupakan separator tiga fasa yang berfungsi memisahkan

cairan, hidrokarbon, dan gas. Hidrokarbon liquid dihasilkan dari proses

kondensasi gas yang terbawa aliran TEG. Fasa gas yang dipisahkan

merupakan gas yang ikut terbawa dalam aliran TEG dan sebagian air

yang teruapkan.

Setelah melewati Glycol Flash Drum aliran rich TEG dialirkan ke

Glycol Solid Filter dan Charcoal Filter untuk menghilangkan partikel

padatan pada aliran rich TEG.

Setelah melewati proses penyaringan, rich TEG dipanaskan kembali

di HE 2 dengan media pemanas yang sama. Pada HE 2 ini suhu gas

ditingkatkan dari 150 oF menjadi 322 oF. Kedua HE yang digunakan


11/15




berbentuk U Tube Double Pipe Heat Exchanger. Setelah melewati HE 2

rich TEG masuk ke Glycol Still Column dan masuk ke Glycol Reboiler.

Pada Glycol Reboiler terjadi pemanasan larutan TEG sehingga air

yang terkandung dalam rich TEG teruapkan. Jenis Reboiler yang

digunakan adalah Fire Tube Reboiler. Reboiler bekerja pada tekanan 3,1

psig dan suhu 400oF. Pemanasan dilakukan dengan bahan bakar gas. Air

yang terkandung dalam TEG akan berubah fasa menjadi uap yang

dikarenakan adanya pemanasan pada Reboiler. Uap ini akan mengalir ke

Glycol Still Column dan mengalami kontak dengan rich TEG. Pada

tahap ini terjadi proses penguapan air yang dibantu oleh Packing yang

terdapat pada Glycol Still Column.

Uap air akan menuju Glycol Reflux Condenser untuk merubah fasa

uap air menjadi fasa cair. Media pendingin yang digunakan adalah rich

TEG yang keluar dari menara kontaktor. Rich TEG yang berasal dari

reboiler mengalir ke Stripping Column untuk membantu penguapan air

menggunakan fuel gas. Hasil dari proses regenerasi merupakan lean

TEG yang telah memiliki kandungan air sekecil mungkin. Lean TEG

kemudian melewati dua Heat Exchanger sebagai media pemanasan

untuk rich TEG.

Setelah melewati Heat Exchanger lean TEG masuk ke Glycol

Accumulator dan dipompakan oleh Glycol Circulation Pump menuju

menara kontaktor. Tekanan lean TEG dinaikan oleh Glycol Circulation

Pump dari 230 psi menjadi 653 psi.

Sebelum masuk ke menara kontaktor lean TEG didinginkan dari

175,13 oF menjadi 122 oF di Heat Exchanger dengan dikontakkan

dengan dry gas. Make up TEG dimasukan ke Glycol Sump Drum untuk

kemudian dialirkan ke Glycol Day Tank . Jika volume TEG pada proses

berkurang penambahan TEG berasal dari Glycol Day Tank ke Glycol

Reboiler.


12/15


13/15




Triethylene Glycol (TEG) banyak digunakan sebagai larutan absorben pada

proses dehidrasi hal ini dikarenakan :

Biaya operasi dan investasi peralatan rendah

Stabilitas termal tinggi

Efisien jika diregenerasi pada temperatur reboiler yang tinggi

Losses vaporization rendah

Kelarutan yang tinggi pada air

Biaya yang murah

Tidak bersifat corrosive

Kelarutan yang rendah pada hidrokarbon dan acid gases

Viskositas rendah

Kecenderungan terbentuknya foaming rendah

Laju umpan larutan TEG pada proses dehidrasi gas dianjurkan antara 0.017

sampai 0.042 m3 lean TEG per kg air pada feed gas. Adanya rentang laju umpan

TEG bertujuan untuk meminimalisasi terbawanya gas ke aliran TEG dan

terbawanya larutan TEG ke aliran gas (Dan Laudal Christensen, 2009).

2.4 Pemodelan

Model didefinisikan sebagai suatu deskripsi logis tentang bagaimana

sistem bekerja atau komponen-komponen berinteraksi. Dengan membuat model

dari suatu sistem maka diharapkan dapat lebih mudah untuk melakukan

analisis. Hal ini merupakan prinsip pemodelan, yaitu bahwa pemodelan bertujuan

untuk mempermudah analisis dan pengembangannya.

Melakukan pemodelan adalah suatu cara untuk mempelajari sistem dan

model itu sendiri dan juga bermacam-macam perbedaan perilakunya.

2.4.1 Validasi

Penjelasan mengenai validasi (Harrell, 2003), yaitu sebagai berikut model

simulasi yang dibangun harus kredibel. Representasi kredibel sistem nyata oleh


14/15




model simulasi ditunjukkan oleh validasi model. Validasi adalah proses penentuan

apakah model sebagai konseptualisasi atau abstraksi merupakan representasi

berarti dan akurat dari sistem nyata.

Validasi model adalah usaha menyimpulkan apakah model sistem tersebut

merupakan perwakilan yang sah dari realitas yang dikaji yang dapat menghasilkan

kesimpulan yang meyakinkan. Validasi adalah suatu proses iteratif yang berupa

pengujian berturut-turut sebagai proses penyempurnaan model komputer.

Umumnya validasi dimulai dengan uji sederhana seperti (1) tanda aljabar, (2)

tingkat kepangkatan dari besaran, (3) format respons (linear, eksponensial,

logaritmik, dan sebagainya, (4) arah perubahan peubah apabila input atau

parameter diganti-ganti, dan (5) nilai batas peubah sesuai dengan nilai batas

parameter sistem.

2.4.2 Simulasi (Analisis Sensitivitas)

Simulasi merupakan suatu teknik meniru operasi-operasi atau proses-

proses yang terjadi dalam suatu sistem dengan bantuan perangkat komputer dan

dilandasi oleh beberapa asumsi tertentu sehingga sistem tersebut bisa

dipelajari secara ilmiah (Law and Kelton, 1991).

Dalam simulasi digunakan komputer untuk mempelajari sistem secara

numerik, dimana dilakukan pengumpulan data untuk melakukan estimasi

statistik untuk mendapatkan karakteristik asli dari sistem.

Simulasi merupakan alat yang tepat untuk digunakan terutama jika

diharuskan untuk melakukan eksperimen dalam rangka mencari komentar

terbaik dari komponen-komponen sistem. Hal ini dikarenakan sangat mahal dan

memerlukan waktu yang lama jika eksperimen dicoba secara riil. Dengan

melakukan studi simulasi maka dalam waktu singkat dapat ditentukan

keputusan yang tepat serta dengan biaya yang tidak terlalu besar karena

semuanya cukup dilakukan dengan komputer.

Pendekatan simulasi diawali dengan pembangunan model sistem nyata.

Model tersebut harus dapat menunjukkan bagaimana berbagai komponen dalam

sistem saling berinteraksi sehingga benar-benar menggambarkan perilaku sistem.


15/15




Setelah model dibuat maka model tersebut ditransformasikan ke dalam program

komputer sehingga memungkinkan untuk disimulasikan.

Gas alam Pertamina SPG Merbau

Documents

Transcript of Gas alam Pertamina SPG Merbau