FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
STUDI PENGAMATAN PROSES DEHIDRASI PADA PROSES PEMURNIAN GAS Oleh : Risdiyanta ST Abstrak Dalam proses pengolahan gas alam (natural gas) maka di lakukan proses pemurnian mulai dari pemisahan H2S (HSS Removal), CO2 (CO2 Removal) dan air (dehidrasi). Proses penghilangan air (Dehidrasi) adalah salah satu proses yang terakhir dari pemurnian yang bertujuan untuk mencegah terjadinya free Water, korosi dan tercapainya kualitas gas yang d iinginkan. Proses penghilangan air terdiri dari beberapa tahap mulai dari penyerapan air dengan menggunakan dessicant, drying dan regenerasi. 1. Pendahuluan Dalam proses pencairan gas alam, natural gas atau associated gas yang diproduksi mengandung H2O, H2S, dan CO2, sebagai impurities dalam pemrosesan gas. Maka kandungan impurities tersebut harus dihilangkan atau minimal dikurangi prosentase kandungannya, sehingga dehydration menjadi tahap awal proses pengolahan gas. 1.1 Proses dehydration secara umum bertujuan: • Mencegah terjadinya free-water yang dapat membentuk hidrat pada bagian pendinginan • Mencegah terjadinya korosi, akibat asam yang terbentuk dari free-water dan H2S • Mencapai suatu kualitas gas yang diinginkan Kandungan air pada suatu gas tergantung dari temperatur, tekanan, komposisi gas, salinitas. Hidrat berfasa solid terbentuk dari proses pengkristalan terhadap hidrokarbon ringan yang mengandung air (free water). Hidrat ini dapat menutupi filter, menyumbat tube, dan mengakibatkan jatuh tekanan (pressure drop). 1.2 Variabel-variabel kecepatan pembentukan hidrat: 1. Tekanan. Makin tinggi tekanan makin cepat terbentuk hidrat. 2. Temperatur. Makin rendah temperatur makin cepat terbentuk hidrat.
3. Derajat agitasi. Adanya proses pengadukan mempercepat pembentukan hidrat. 4. Adanya tempat untuk terbentuknya kristal (misalnya elbow, bekas las, dll). Adanya tonjolan akan memicu terbentuknya hidrat pertama kali. Hidrat pada mulanya terbentuk di tempat yang tidak halus, misalnya pada bekas las pipa, kemudian hidrat makin menumpuk di tempat tersebut dan akhirnya dapat menyumbat pipa. Pembentukan hidrat dapat dicegah dengan cara mengurangi kandungan uap air dalam unit dehidrator atau menginjeksikan glikol atau methanol untuk mengikat air pada aliran gas. 2.
Teknik Dehidrasi Ada beberapa teknik dehidrasi antara lain : 1. Absorbsi, menggunakan liquid dessicant, seperti glycol. 2. Adsorpsi, menggunakan solid dessicant, seperti alumina dessicant.
Pemilihan proses dehidrasi adalah berdasarkan dew point yang diharapkan dari proses tersebut dan nilai ekonomis. 2.1
Glycol Dehydration
Dew point dari glycol dehydration tergantung laju sirkulasi TEG dan jumlah tahap kesetimbangan. Pada umumnya glycol dehydration dapat mencapai dew point ±70 oF. Glycol yang keluar dari proses dehydration (rich glycol) perlu di-
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
69
FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
regenerasi agar glycol tersebut dapat digunakan kembali (lean glycol). Proses regenerasi glycol dilakukan dengan pemanasan sehingga air yang diikat glycol menguap. Melalui regenerasi, dapat diperoleh glycol dengan kemurnian mencapai 98%. Design yang ekonomis adalah 2,5 gal TEG/lb H2O. 2.2
Solid Dessicant Dehydration Dehidrasi tipe ini membutuhkan minimum 2 tower, yang digunakan untuk proses adsorpsi dan proses regenerasi. Proses regenerasi terjadi sebelum dessicant jenuh oleh air. Terdapat 3 jenis solid dessicant yang sering dipakai, yaitu: 1. Silica Gel, dapat mencapai dew point 70°F s.d. -80°F. 2. Allumina Dessicant, digunakan untuk proses dehidrasi gas mencapai dew point 1000F. Biasanya digunakan pada plant pengolahan LPG seperti di LEX Plant. 3. Molecular Sieve, merupakan dessicant dengan kemampuan menyerap air terbesar, dewpoint yang dicapai lebih kecil dari –260oF, lebih mahal dari tipe yang lain. Molecular sieve biasa digunakan pada plant pengolahan LNG. Berikut ini adalah proses dehidrasi yang terjadi di Liquid extraction Plant ( LEX Plant Santan) Chevron Indonesia Company, Balik papan 3
Dehydrator LEX Plant Proses dehidrasi di LEX Plant dilakukan di dalam unit dehydrator yang terdiri dari 3 buah tower. Feed Gas Dehydrator V-41 A/B/C merupakan unit untuk menghilangkan kandungan uap air dari feed gas menggunakan media penyerap (adsorbent) alumina desiccant. Dehydrator ini berjalan dengan tiga siklus operasi yaitu Lead, Guard, dan Regeneration yang diatur dengan Program Cycle Controller (PCC) yang menggerakkan posisi buka tutup 34 valve yang mengatur aliran feed gas maupun regeneration gas. Sepuluh valve berkorelasi langsung dengan operasi masing-masing tower
V-41 A/B/C, 3 valve (KV 25,26,27) untuk mengendalikan aliran dari regeneration gas pada siklus pemanasan maupun pendinginan dan valve terakhir (KV 84) mengatur aliran Hot Oil menuju Regeneration Gas Heater E-41. Sistem dehidrator ini terdiri dari: Feed Gas Dehydrator (V-41 A/B/C), merupakan tempat terjadinya proses penyerapan moisture yang ada dalam gas umpan. Pada unit ini terdapat alumina desiccant sebagai media penyerap air (adsorbent). Sistem ini dilengkapi dengan 34 valve untuk mengatur siklus operasi dari tower tersebut yang diatur dengan Program Cycle Controller (PCC) yang dapat dioperasikan secara otomatis maupun semi otomatis. Regeneration Gas Heater (E-41), suatu unit Heat Exchanger shell and tube yang digunakan untuk memanaskan regeneration gas (C1) pada saat proses regenerasi alumina desiccant. Media pemanas yang digunakan adalah hot oil. Regeneration Gas Cooler (E-42), merupakan unit Air Cooled Heat Exchanger untuk mendinginkan regeneration gas yang telah digunakan untuk proses regenerasi alumina desiccant setelah keluar dari dehydrator dan sebelum masuk Regeneration Gas KOD V-42. Regeneration Gas Inlet Cooler (E-43), merupakan unit Heat Exchanger tipe shell and tube untuk mendinginkan regeneration gas yang digunakan untuk proses pendinginan (cooling) pada saat regenerasi alumina desiccant. Media pendingin yang digunakan adalah Propane Refrigerant. Regeneration Gas Knock Out Drum (V42), merupakan unit untuk memisahkan regeneration gas (C1) dengan uap air dan hidrokarbon yang terikut pada saat proses regenerasi alumina desiccant.
4.
Drying Operation
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
70
FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
Operasi drying menggunakan 2 tower sebagaimana disebutkan di atas, dimana sebuah tower sebagai lead dan sebuah tower sebagai guard yang berhubungan secara seri. 1. Lead, merupakan kondisi dimana alumina desiccant bed dalam tower tersebut berperan sebagai pengadsorb utama (primary adsorber). Tower dalam posisi lead menerima feed gas (dengan water dew point sekitar 87 °F) dari feed gas untuk didehidrasi sehingga water dew pointnya turun menjadi -90 °F dan kemudian meneruskan gas ke tower dalam posisi guard. 2. Guard, merupakan kondisi dimana alumina desiccant bed dalam tower tersebut berperan sebagai pengadsorb kedua (secondary adsorber). Tower dalam posisi guard menerima feed gas dari lead dan kembali mengeringkan gas sehingga water dew pointnya turun menjadi < -130 °F. Dari tower guard ini feed gas dialirkan menuju Chill Down Feed Gas Filter F-51 A/B dan temperatur dew point menjadi -148 °F. 5
Regeneration Operation Regeneration, merupakan kondisi dimana alumina desiccant bed tidak melakukan proses dehidrasi (tidak menerima feed gas) tetapi melakukan proses regenerasi alumina desiccant untuk menghilangkan kandungan air pada alumina desiccant. Tower yang diregenerasi diisolasi terhadap aliran feed, dan dihubungkan dengan aliran gas regenerasi. Regeneration gas merupakan gas yang digunakan untuk proses regenerasi (desorpsi) air dari alumina desiccant. Proses regenerasi gas ini menggunakan residu gas (C1/Methane) dengan rate sebesar 26-28 MMSCFD bertekanan 200 psig dan memiliki temperatur 90°F yang keluar dari discharge compressor section EC-51 sebagai regeneration gas baik itu dalam step heating maupun cooling. Pada step heating cycle, regeneration gas mengalami pemanasan menggunakan hot
oil pada Regeneration Gas Heater E-41 hingga regeneration gas ini bersuhu antara 450 - 475 °F, untuk kemudian memasuki tower yang akan diregenerasi dengan aliran dari bawah ke atas selama 4 jam untuk mengembalikan aktifitas penyerapan (desorpsi) alumina desiccant. Keluar dari tower, regeneration gas tersebut kemudian dialirkan menuju Regeneration Gas Cooler E-42 untuk didinginkan. Setelah didinginkan gas kemudian mengalir menuju V42 Regeneration Gas Knock Out Drum untuk dipisahkan antara fraksi berat (kondensat dan air) dan fraksi ringannya (gas). Kondensat dialirkan kembali menuju V-5, Solution Gas KOD, air dibuang ke closed drain sedangkan gasnya dialirkan menuju Compressor Station bersama C1 dan C2 (residu gas). Pada step Cooling cycle, regeneration gas mengalami pendinginan menggunakan refrigerant propana hingga output gas bersuhu ±70 °F. Gas yang telah didinginkan ini kemudian digunakan untuk mendinginkan kembali bed yang telah mengalami step Heating. Kemudian gas mengalir menuju Regeneration Gas Cooler E-42 untuk didinginkan dan kembali menuju V-42 Regeneration Gas Knock Out Drum untuk mengalami proses seperti yang telah diuraikan diatas. Pada tahap ini dilakukan proses sebagai berikut : a. Depressurizing, yaitu penurunan tekanan tower dari 550 psig hingga mencapai tekanan regeneration gas (±200 psig). Proses ini berlangsung selama 25 menit. Depressurizing bertujuan untuk menurunkan tekanan dalam tower menjadi sedikit lebih rendah dari pressure gas regen sehingga gas regen dapat mengalir. b. Pre-heating, merupakan tahap dimana regeneration gas yang belum dipanaskan mulai masuk ke bed. Tahap ini dimaksudkan untuk menghindari kejutan thermal (thermal shock) akibat peningkatan panas secara tiba-tiba dari bed. Proses ini berlangsung selama 5 menit.
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
71
FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
c. Heating, yaitu proses pemanasan untuk meregenerasi alumina desiccant atau mengembalikan kemampuan adsorpsi dari desiccant. Pemanasan ini menggunakan regeneration gas berupa residu gas (C1/Methane) yang dipanaskan di E-41 Regeneration Gas Heater dengan media pemanas Hot Oil hingga temperatur gas sekitar 450 °F. Regeneration gas ini akan menguapkan liquid yang terkandung di dalam alumina desiccant dengan pola aliran dari bawah ke atas untuk membawa semua uap air terbawa keluar dari bed. Proses ini berlangsung selama 4 jam. Pada proses pemanasan ini diharapkan temperatur merata dari bottom tower sampai top tower sehingga diyakinkan semua dessicant mendapat panas 450 °F. Gas regen mengalir dari bawah tower juga bertujuan agar debu-debu yang terjadi saat proses drying dapat terbawa gas regen dan proses heating dari dessicant yang mempunyai kejenuhan air paling kecil. d. Post-heating, merupakan tahap dimana regeneration gas yang tidak dipanaskan dengan hot oil dialirkan. Seperti tahap pre-heating, tahap ini juga dimaksudkan untuk menghindari ‘thermal shock’ akibat perubahan temperatur secara drastis. Tahap ini memerlukan waktu 5 menit. e. Cooling, yaitu proses pendinginan bed hingga temperatur normal operasinya (85°F) dengan menggunakan regeneration gas yang didinginkan di Regeneration Gas Cooler E-43 dengan media Propane Refrigerant dan mengalir dari atas ke bawah bed. Proses ini untuk menghindari terjadinya ‘thermal shock’ akibat kejutan karena perbedaan temperatur sewaktu feed gas yang bertemperatur kurang dari 100 °F memasuki bed. Proses ini berlangsung selama 2 jam. Proses cooling dengan mengalirkan
gas regen dari atas bertujuan agar dessicant mampat dan kompak. f. Pressurizing, yaitu proses pemberian tekanan hingga tekanan pada operasi normalnya (580 psig). Proses ini untuk menghindari terjadinya ‘bumping’ (teraduknya desiccant) yang disebabkan oleh perubahan tekanan secara drastis. Feed gas diatur mengalir perlahan-lahan ke dalam bed sampai tekanan menjadi cukup tinggi atau sama dengan tekanan operasi normal. Proses ini berlangsung selama 25 menit. g. Parallel Guard, merupakan tahapan transisi dimana regenerated bed diparalel dengan guard bed. Pada tahap ini regenerated bed berubah fungsi menjadi guard. Tahap ini berlangsung selama 40 menit untuk memungkinkan operasi berjalan normal. h. Parallel Lead, merupakan tahap transisi dimana guard bed yang lama diparalel dengan lead bed. Pada tahap ini guard bed yang lama berubah fungsi menjadi lead, dan bed yang berposisi lead sebelumnya akan menjadi regeneration bed. Tahap ini berlangsung selama 10 menit hingga operasi berjalan normal. Setiap step memiliki waktu jeda (travelling time) yaitu 45 detik sebelum masuk ke tahap berikutnya. Hal ini dikarenakan proses buka/tutup valve untuk mencapai posisi fully open ataupun fully close. Desiccant Desiccant berperan sebagai media penyerap (adsorbent) air pada proses dehidrasi. Desiccant haruslah memiliki kemampuan menyerap (aktifitas adsorpsi) yang baik dengan memiliki luas permukaan yang besar, memiliki laju perpindahan massa yang baik, memiliki kekuatan mekanis (mechanical strength) yang baik untuk menghindari hancurnya desiccant, mudah dan ekonomis untuk diregenerasi dan tentunya menguntungkan secara ekonomi serta tidak korosif. Beberapa media yang dapat digunakan untuk penyerapan air ini diantaranya
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
72
FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
adalah bauxite, alumina, silica gel, dan molecular sieve. Media penyerap air (desiccant) yang yang digunakan di LEX Plant ini adalah Alumina Desiccant ALCOA F-200 Activated Alumina Sphere yang memiliki ukuran 3/16“ dengan panjang bed 22 ft. Alumina desiccant ini memiliki spesifikasi sebagai berikut: Size : 3/16 ” (uniform) Surface area : 340 m2/g Pore opening diameter : 3.2 Amstrong (minimum) Packed bulk density : 48 lb/ft3 Crush strength : 55 lbs Lifetime : 3 years (minimum) Al2O3 contents : 93 % (minimum) Alumina Desiccant mempunyai sifat bahwa daya adsorpsi uap airnya menurun dengan meningkatnya temperatur dan daya adsorpsi ini dapat dikembalikan ke kemampuan awalnya setelah melalui proses pendinginan. Namun, daya adsorpsi akan rusak secara permanen pada temperatur di atas 600oF. Dengan demikian suhu regenerasi harus dijaga agar tidak melebihi dari yang ditentukan. Selain oleh temperatur yang berlebihan, daya adsorpsi alumina juga akan rusak secara permanen jika desiccant mengadsorp minyak atau kondensat. Dengan demikian harus dijaga agar tidak terjadi condensate carry-over dari V-233. Agar panas yang diterima desiccant tidak berlebihan akibat proses pemanasan pada saat regenerasi dan untuk mencegah terbawanya desiccant akibat aliran feed gas maupun regeneration gas, maka bed pada tower ini dilengkapi dengan support ball yang terbuat dari keramik yaitu NORTON D-57 berukuran ¼”, ½” dan ¾” dengan spesifikasi sebagai berikut :
Size of balls : ¼ inch, ½ inch and ¾ inch Particle density : 2.3 gram/cc Specific heat : 0.25 BTU/lb °F Crush Strength – ¼ inch : 120 lb
Crush Strength – ½ inch lb Crush Strength – ¾ inch lb
:
370
:
950
Perilaku dessicant Dessicant dalam tower ketika proses drying dibagi dalam 3 zone, yaitu: • Saturated zone, adalah zone dimana dessicant sudah jenuh dan tidak dapat menyerap uap air lagi. • Mass transfer zone, adalah zone dimana dessicant masih dapat menyerap uap air, atau dessicant belum jenuh. • Active zone, adalah zone dimana dessicant masih 100% belum menyerap air. Ketika gas masuk dari atas, maka dessicant paling atas akan menyerap uap air terlebih dahulu daripada dessicant yang terletak dibawahnya, begitu seterusnya sehingga dessicant paling atas akan mengalami kejenuhan terlebih dahulu. Apabila dessicant telah jenuh maka dessicant tidak dapat menyerap uap air lagi. Sebuah tower Dehidrator dioperasikan tidak mengalami kejenuhan secara keseluruhan tetapi cukup mass transfer zone menjadi jenuh, diperkirakan operasi ini 9 jam sebagai lead.
vessel 41 saturated Mass transfer active zone Screen Gambar 1. Pembagian zone desiccant dalam tower
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
73
FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
Siklus Dehydrator Dehydrator ini dalam kondisi normal operasinya menggunakan mode 3 tower dengan siklus Lead, Guard dan Regeneration yang diatur dengan Program Cycle Controller yang mengatur posisi buka tutup dari 34 valve yang mengatur aliran feed gas dan regeneration gas. Siklus tower ini berjalan sebagai berikut Tabel 1. Siklus dehydrator Tower A
Tower B
Tower C
Lead
Guard
Regeneratio n
Regeneration
Lead
Guard
Guard
Regeneration
Lead
Tabel 2. Regeneration Steps Description Timer Set Hours Depressurize
6
25 menit
Pre Heating
7
5 menit
Heating
8
240 menit
Post Heating
4
5 menit
Cooling
3
120 menit
Pressurize
5
25 menit
Parallel Guard
1
40 menit
Parallel Lead
2
10 menit
Kondisi operasi khusus • Operasi 2 tower mode Selain normal operasi menggunakan 3 buah tower dengan siklus Lead, Guard dan Regeneration, system dehidrasi ini juga dimungkinkan untuk operasi dengan 2 buah tower apabila salah satu tower tidak dapat diooperasikan karena kerusakan ataupun keperluan maintenance lainnya seperti penggantian alumina desiccant, penggantian valve yang bocor, dsb. Operasi menggunakan 2 tower ini hanya menggunakan 2 siklus yaitu satu
•
sebagai dehydrator dan yang lainnya sebagai regeneration. Pergantian siklus untuk mode operasi 2 tower ini menggunakan 52 step dengan 26 step untuk setiap towernya. Selain itu rate gas yang masuk LEX Plant juga disesuaikan (diturunkan) dengan kondisi tower setelah diadakan saturation test sebelumnya. Jika Refrigerant Shut Down Jika refrigeran Shut Down maka E-43 Regen Gas Cooler tidak mendapatkan media pendinginan propana. Maka pada proses pendinginan dessicant regen didapatkan dari gas guard outletnya sendiri melalui start-up bypass. Hal ini pendinginan hanya mencapai temperatur feed gasnya ± 100 °F. Hal ini membuat penyerapan air oleh dessicant tidak dapat mencapai nilai maksimum. (Temperatur lebih rendah penyerapan lebih baik).
Daftar Pustaka : 1) C. george Segeler “ Gas Engineer Hand Book “, Industrial Press Inc, New York 1995. 2) Donald katz, “ Handbook Of natural Gas Engineering” Mc Graw – Hill Company, New York 1960. 3) RL, Huntington “ Natural Gas and Natural Gasoline” Mc Graw – Hill Company, New York 1960. 4) ……….., Chevron Indonesia Company, Kaltim 2000 *) Risdiyanta St adalah Fungsional Widyaiswara Pertama Pusdiklat Migas
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
74
FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
75
FORUM IPTEK
Vol 13 No. 03
Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas
76
