Evaluasi Kinerja Unit Sekunder pada Kilang Minyak dengan Integrasi Panas
Veni Indah Christiana Syennie Puspitasari
2308100167 2308100168
Dosen Pembimbing: Ir. Musfil Ahmad Syukur, M.Eng.Sc
Outline Pembahasan Pendahuluan Tinjauan Pustaka Metodologi penelitian Hasil Penelitian & Pembahasan Kesimpulan
Pendahuluan
Latar Belakang Residue Catalytic Cracking & Unsaturated Gas Plant
Industri Perminyakan Heat Integration
Evaluasi Kembali
Teknik Optimasi
Simulasi Kebutuhan Steam dan Air Pendingin
Biaya operasional & Total Annual Cost
1
Perumusan Masalah
Bagaimana merancang model integrasi jaringan penukar panas pada Residue Catalytic Cracker (RCC) dan Unsaturated Gas Plant untuk mendapatkan Total Annual Cost (TAC) yang lebih kecil
2
Batasan Masalah Sistem yang ditinjau adalah Residue Catalytic Cracker (RCC) dan Unsaturated Gas Plant di salah satu kilang minyak di Indonesia. Metode yang digunakan untuk perancangan HENs adalah metode Pinch. Simulasi dilakukan menggunakan software HYSYS dan software HINT.
Optimasi dilakukan dengan membandingkan Capital Cost dan Energy Cost dari desain yang ada dengan desain yang telah diintegrasi panasnya yang bertujuan untuk memperoleh Total Annual Cost (TAC).
3
Tujuan Penelitian Merancang desain integrasi panas pada Residue Catalytic Cracker (RCC) dan Unsaturated Gas Plant yang lebih optimum. Membandingkan Energy Cost dari konfigurasi sistem Base Case pada Residue Catalytic Cracker (RCC) dan Unsaturated Gas Plant dan sistem integrasi panas yang lebih optimum. Membandingkan Capital Cost dari konfigurasi sistem Base Case pada Residue Catalytic Cracker (RCC) dan Unsaturated Gas Plant dan sistem integrasi panas yang lebih optimum. Mengetahui Total Annual Cost (TAC) masing-masing sistem.
4
Manfaat Penelitian Mengetahui dan memahami proses Residue Catalytic Cracker (RCC) dan Unsaturated Gas Plant pada industri pengolahan minyak bumi.
Evaluasi energy cost dari sistem base case dan sistem integrasi panas yang optimum. Evaluasi capital cost dari sistem base case dan sistem integrasi panas yang optimum Mendapatkan Total Annual Cost (TAC) dari sistem base case dan sistem integrasi panas yang optimum.
5
Tinjauan Pustaka
Integrasi Panas Metode Pinch Analysis untuk memperkirakan kebutuhan minimum utilitas panas dan dingin, jumlah minimum Heat Exchanger dan biaya investasi minimum untuk setiap aliran proses. Tujuan : mencari struktur jaringan alat penukar panas yang optimum dengan menetapkan ΔTmin, untuk mendapatkan Maximum Heat Recovery (MER), luas area jaringan minimum dan jumlah penukar panas minimum. 7
Proses Kilang Minyak Primary Processing • unit yang hanya melibatkan peristiwa fisis
Secondary Processing • unit yang melibatkan reaksi kimia Recovery Processing • unit yang bertujuan memperoleh kembali minyak yang diproduksi atau chemical yang digunakan di unit primary dan secondary processing atau mengolah limbah cair atau gas sebelum dibuang ke laut atau udara luar/lingkungan sekitar
8
Residue Catalytic Cracking
Proses pada unit ini bertujuan untuk merengkah minyak bumi dengan rantai C yang panjang menjadi lebih rendah dengan menggunakan katalis Proses utama pada RCC terdiri dari: Reaktor Regenerator Main Fractionation
9
2
Unsaturated Gas Plant Proses pada unit ini bertujuan untuk memisahkan produk puncak column RCC unit menjadi stabilized gasoline, LPG, dan non condensable lean gas, yang sebagian akan dipakai sebagai lift gas sebelum di-treating di Amine Unit sebagai off gas.
Proses utama pada RCC terdiri dari: Wet Gas Compressor Primary Absorber Sponge Absorber Amine Gas Stripper Debutanizer
11
2
Total Annual Cost (TAC) Adalah : Total biaya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan suatu proses industri Utility Cost Total Utility Cost = Ʃ mu x Cu Annual Capital Cost Dapat diketahui dari semua harga alat yang ada. TAC = Annualized Capital Cost + Utility Cost/Energy Cost
13
Peneliti Terdahulu Ferawati S. Handayani dan Rully E. Ardianto (2006) • Merancang integrasi panas pada jaringan Separation Split-Blend pada aliran sumber dan produk multikomponen yang hemat energi untuk mendapatkan Total Annual Cost minimal. I Gede Dharma Susila dan Yan Dwi Septadi (2009) • Simulasi kinerja reaktor dan regenerator unit FCC yang didesain oleh UOP dengan menggunakan Hysys yang bertujuan untuk mengetahui produk hasil dari reaktor dengan kapasitas yang berbeda-beda. Panggy Aji Pratama dan Ferlyn Fachlevie (2010) • Pengendalian reaktordan regenerator pada Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU) menggunakan MPC dengan suhu reaktor dan regenerator serta level katalis sebagai variabel pengendalinya.
14
Metodologi Penelitian
Start
Tahapan Penelitian
Pengumpulan Data Assay Crude Oil dalam Software HYSYS Pembuatan Data Assay Crude Oil dalam Software HYSYS Simulasi Steady State Pembuatan Base Case Menggunakan Software HYSYS Simulasi Integrasi Base Case Menggunakan Software Heat Integration Mendesain Integrasi Panas Menggunakan Metode Pinch Menggunakan Software Heat Integration Simulasi Integrasi Panas Menggunakan Software HYSYS
Menghitung Total Annual Cost
End
16
Hasil Penelitian & Pembahasan
Simulasi Menggunakan Hint
18
Integrasi Panas Base Case
19
Integrasi Panas Base Case
20
Integrasi Panas Optimum Nama
Integrasi Aliran Dingin
A
13
14
19
(m2)
Konfigurasi 1
6
6
7
520,054
Konfigurasi 2
6
7
6
518,416
Konfigurasi 3
6
7
7
519,252
Konfigurasi 4
7
6
7
518,973
Konfigurasi 5
7
7
6
518,457
Konfigurasi 6
9
6
7
519,726
Konfigurasi 7
9
7
6
518,832
Konfigurasi 8
9
7
7
520,353
21
Integrasi Panas Optimum
22
Integrasi Panas Optimum
23
Perhitungan TAC Sistem Base Case
a. Capital Cost Perhitungan Capital Cost didapat dari Literatur (Timmerhaus edisi 5,2002) Asumsi : 1 $ = Rp 9.520 (BI, 22 Juni 2012)
Untuk heat exchanger tipe Shell and Tube dengan liquida sebagai hot fluid dan cold fluid maka : UD = 50 - 250 BTU/hr.ft2.0F (tabel 8.5 Walas, hal 176) ditetapkan UD = 176 BTU/hr.ft2.0F = 1.000 W/m2.K Maka Q 6.391 x 1.000 A = = = 152 m2 UD x LMTD 1.000 x 42
24
Perhitungan TAC Sistem Base Case No. HE Cooler-1 Heat Exchanger-2 Cooler-3 Cooler-4 Heat Exchanger-5 Cooler-6 Heat Exchanger-7 Cooler-8 Cooler-9 Cooler-10 Cooler-11 Cooler-12 Cooler-13 Cooler-14 Cooler-15 Cooler-16 Cooler-17 Cooler-18 Cooler-19 Cooler-20 Cooler-21 Cooler-22 Cooler-23
Q (kW) 12.444,00 6.391,00 7.100,96 2.612,94 1.829,00 1.449,06 8.817,00 24,00 1.115,00 27.077,00 52.375,00 17.875,00 16.226,00 1.228,00 17.368,00 337,00 22.849,00 1.964,00 519,00 424,00 1.989,06 4.113,75 4.430,19 TOTAL
A ( m2 ) 26,768 151,790 20,739 6,135 33,001 4,200 139,220 0,059 2,442 64,518 98,733 30,683 26,943 2,050 51,581 0,896 67,315 6,010 1,620 1,367 3,529 8,309 11,075 758,981
25
Perhitungan TAC Sistem Base Case No. HE
A ( m2 )
Cooler-1 Heat Exchanger-2 Cooler-3 Cooler-4 Heat Exchanger-5 Cooler-6 Heat Exchanger-7 Cooler-8 Cooler-9 Cooler-10 Cooler-11 Cooler-12 Cooler-13 Cooler-14 Cooler-15 Cooler-16 Cooler-17 Cooler-18 Cooler-19 Cooler-20 Cooler-21 Cooler-22 Cooler-23
26,768 151,790 20,739 6,135 33,001 4,200 139,220 0,059 2,442 64,518 98,733 30,683 26,943 2,050 51,581 0,896 67,315 6,010 1,620 1,367 3,529 8,309 11,075
Harga $ 5.200 30.000 4.100 2.100 6.700 2.100 28.000 2.100 2.100 10.400 20.000 6.300 5.400 2.100 10.500 2.100 12.000 2.100 2.100 2.100 2.100 2.100 2.200
Rp 49.504.000 285.600.000 39.032.000 19.992.000 63.784.000 19.992.000 266.560.000 19.992.000 19.992.000 99.008.000 190.400.000 59.976.000 51.408.000 19.992.000 99.960.000 19.992.000 114.240.000 19.992.000 19.992.000 19.992.000 19.992.000 19.992.000 20.944.000 1.560.328.000
26
Perhitungan TAC Sistem Base Case Dengan indeks indeks harga tahun 2012 = 443,278 Maka harga tahun 2012 adalah Rp. 1.771.667.713,07 Asumsi : Umur Peralatan (n) = 10 tahun interest Rate (i) = 10 %
Sehingga Capital Cost Per tahun adalah Rp.
288.330.761,56
27
Perhitungan TAC Sistem Base Case
b. Utilitas Cost Plant beroperasi 330 hari Dari Tabel 6.14 Timmerhaus : • Harga steam 4,4 $ / 1000 kg • Harga air pendingin 0,08 $ / 1000 kg Sehingga, Total Biaya Steam = Rp. 677.439.544,30 Total Biaya Air Pendingin = Rp. 50.026.871.144,45 Total Energy Cost = Rp. 50.704.310.688,77
28
Perhitungan TAC Sistem Base Case
C. Total Annual Cost
Capital Cost = Rp. 288.303.761,56 Total Energy Cost = Rp. 50.704.310.688,75 Total Annual Cost (TAC) = Rp. 50.992.641.450,33
29
Perhitungan TAC Sistem Integrasi Panas Optimum Dengan cara yang sama maka untuk sistem konfigurasi 2 dapat diperoleh: No. HE Heat Exchanger-1 Heat Exchanger-2 Heat Exchanger-3 Cooler-4 Cooler-5 Cooler-6 Cooler-7 Cooler-8 Cooler-9 Cooler-10 Cooler-11 Cooler-12 Cooler-13 Cooler-14 Cooler-15 Cooler-16 Cooler-17 Cooler-18 Cooler-19
Q (kW) 1.829,00 8.817,00 6.391,00 1.115,00 27.077,00 52.375,00 25.936,00 8.841,00 9.655,00 7.409,00 1.228,00 10.533,00 17.368,00 337,00 22.849,00 1.964,00 5.891,00 519,00 424,00 TOTAL
A ( m2 ) 6,172 39,308 25,708 2,442 64,518 98,733 63,724 19,263 17,101 12,541 2,050 22,913 51,581 0,896 67,315 6,010 15,155 1,620 1,367 518,416
30
Perhitungan TAC Sistem Integrasi Panas Optimum No. HE
A ( m2 )
Heat Exchanger-1 Heat Exchanger-2 Heat Exchanger-3 Cooler-4 Cooler-5 Cooler-6 Cooler-7 Cooler-8 Cooler-9 Cooler-10 Cooler-11 Cooler-12 Cooler-13 Cooler-14 Cooler-15 Cooler-16 Cooler-17 Cooler-18 Cooler-19
6,172 39,308 25,708 2,442 64,518 98,733 63,724 19,263 17,101 12,541 2,050 22,913 51,581 0,896 67,315 6,010 15,155 1,620 1,367
Harga $ 2.100 8.000 5.100 2.100 13.000 19.000 14.000 4.100 3.900 3.500 2.100 4.200 11.000 2.100 14.000 2.100 3.700 2.100 2.100
Rp 19.992.000 76.160.000 48.552.000 19.992.000 123.760.000 180.880.000 133.280.000 39.032.000 37.128.000 33.320.000 19.992.000 39.984.000 104.720.000 19.992.000 133.280.000 19.992.000 35.224.000 19.992.000 19.992.000 1.125.264.000
31
Perhitungan TAC Sistem Integrasi Panas Optimum
Total Biaya Steam = Rp. 677.439.544,32 Total Biaya Air Pendingin = Rp. 50.026.881.484,80 Total Energy Cost = Rp. 50.704.321.029,12
Capital Cost Total Energy Cost Total Annual Cost (TAC)
= Rp. 207.805.506,08 = Rp. 50.704. 321.029,10 = Rp. 50.992.126.535,20
32
Total Annual Cost
Keterangan
Total Capital
Total Energy Cost
Total Annual
Cost
(106 Rp./year)
Cost
(106 Rp./year) Sistem base Case Sistem
(106 Rp./year)
288
50.704
50.992
208
50.704
50.912
integrasi
panas optimum asumsi : umur peralatan (n) interest rate (i)
= 10 tahun = 10 %
33
Kesimpulan & Saran
Kesimpulan Pada simulasi RCC dan Unsaturated Gas Plant menggunakan software HYSYS dan HINT diperoleh konfigurasi yang lebih optimum dengan nilai A = 518,416 m2 lebih kecil dibandingkan sistem base case dengan nilai A = 758,981 m2.
Energy Cost untuk sistem base case Rp.50.704.310.688,77 dan energy cost untuk sistem integrasi panas yang optimum (konfigurasi 2) sebesar Rp.50.704.321.029,12.
Capital cost untuk sistem base case Rp.288.330.761,56 dan capital cost untuk sistem integrasi panas yang optimum (konfigurasi 2) sebesar Rp.207.805.506,08 atau dapat mereduksi
27,93 % dari sistem base case.
TAC untuk sistem base case Rp.50.992.641.450,33 dan TAC untuk sistem integrasi panas yang optimum (konfigurasi 2) sebesar Rp.50.912.126.535,20 atau tiap tahunnya dapat mereduksi
0,16 % dari sistem base case.
35
Saran Perlu adanya recycle cooling water untuk mengurangi jumlah cooling water yang digunakan sehingga dapat menekan energy cost .
Mengurangi pemakaian cooler sehingga capital cost dapat dioptimalkan. 36
Terima Kasih
