OPTIMASI KONDISI OPERASI PERALATAN PADA MINI LPG PLANT DENGAN PROGRAM KOMPUTER

PROCEEDING SIMPOSIUM NASIONAL IATMI 2001 Yogyakarta, 3-5 Oktober 2001

OPTIMASI KONDISI OPERASI PERALATAN PADA MINI LPG PLANT DENGAN PROGRAM KOMPUTER Rudi Rubiandini R.S., Kalwant Singh, Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan Teknik Perminyakan, ITB, [email protected]

Kata kunci : LPG Plant, flash calculation, depropanizer / debuthanizer, demethanizer/deethanizer. ABSTRAK Gas bertekanan rendah yang tidak ekonomis selama ini dibuang dengan cara dibakar di flarestack. Saat ini, unit Mini LPG Plant mulai diterapkan di berbagai lapangan gas ataupun minyak sebagai unit pemroses utama maupun sebagai unit pemroses sampingan untuk mencegah pembuangan gas flare yang berlebihan. Hasil produksi LPG yang optimum dipengaruhi oleh variabel-variabel seperti komposisi gas masukan, tekanan, temperatur, dan disain peralatan. Untuk mengantisipasi hal-hal tersebut maka telah coba dikembangkan sebuah program komputer yang menggunakan metoda flash calculation dan korelasi-korelasi tertentu lainnya. Program komputer ini dapat membantu melakukan pemilihan kondisi operasi peralatan yang cocok agar diperoleh LPG dan kondensat yang optimum. Setelah diperoleh kondisi operasi peralatan yang paling cocok maka program ini juga dapat mempresentasikan perkiraan jumlah produksi natural gas, LPG, dan kondensat yang akan dihasilkan suatu LPG Plant. Lebih lanjut, perkiraan jumlah produksi tersebut dapat digunakan untuk menghitung nilai ekonomis suatu disain LPG Plant. Pada studi kasus untuk komposisi gas di lapangan Cemara dapat diindikasikan bahwa untuk memperoleh jumlah LPG yang maksimal, maka fraksinator depropanizer /debuthanizer diatur pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Hal ini dilakukan agar liquid yang terbentuk dari demethanizer /deethanizer dapat mencapai titik didih fraksi C3 dan C4, sehingga pembentukan kedua fraksi tersebut dalam bentuk gas makin banyak.

1. PENDAHULUAN Flare-Gas adalah sejumlah gas yang dibakar pada suatu Oil/Gas Processing Plant yang merupakan hasil produksi sampingan yang dianggap tidak bermanfaat. Dimaksud tidak bermanfaat, walaupun juga mempunyai nilai kalori yang sama dengan gas yang dipasarkan akan tetapi mempunyai tekanan yang rendah sehingga tidak mampu sampai di tempat sang pemakai/pembeli. Pada umumnya transportasi gas melalui pipa, dalam pemeliharaan tekanannya dibantu dengan alat kompressor, akan tetapi harga kompressor yang cukup mahal tidak ekonomis bila dipergunakan pada suatu laju aliran gas yang kecil. Dilain pihak jumlah flare-gas yang terbakar percuma di Indonesia sebesar 617 MMSCFD (Juta Standard Cubic-Feet per Hari) atau sekitar 8,7 % total Produksi Gas Indonesia (Sofyan Farhan, 1993), jauh lebih besar dari penggunaan LPG ibu-ibu rumah tangga yang hanya mengkonsumsi 1,1 % atau PLTG sebesar 0,8 % atau Gas-Kota 0,0008 % atau BBG 0,0008 %, sedangkan Gas yang dipakai industri seperti pabrik pupuk, petrokimia , pabrik baja dan pabrik metanol total konsumsinya baru mencapai 10,8 %. Jumlah Gas sebesar 617 MMSCFD tersebut setara dengan 125 buah sumur gas dengan rata-rata produksi 5 MMSCFD. Bila harga Gas $2000 per MMSCFD maka nilai dari gas yang terbakar adalah sekitar $1.234.000 per hari atau sekitar Rp 10,489 Milyar perhari atau Rp 3,83 Triliun per tahun. Yang menjadi permasalahan selama ini adalah karena gas yang terbuang tersebut tersebar kecil-kecil di seluruh Indonesia, sehingga bila menginginkan seratus persen gas tersebut diambil maka diperlukan biaya yang sangat besar

IATMI 2001-24

karena perlu kompressor dan pemipaan yang sangat banyak sekali untuk mengumpulkannya. Usaha untuk memanfaatkan hal tersebut telah dilakukan untuk laju gas yang marginal. Sebagai contoh perusahaan PetromerTrend Irian Jaya dengan laju alir gas sebesar 20 MMSCFD (Haryono T.R., 1992) yang diolah selain menjadi gas bertekanan, juga menghasilkan LPG (type ini biasa disebut Mini LPG-Plant, karena biasanya suatu LPG-Plant memproses minimal 100 MMSCFD). Akan tetapi kebanyakan Flare-Gas yang ada di Indonesia pada umumnya berkisar pada 1 s/d 10 MMSCFD, maka harus dicari jalan tengah yang lain. Untuk menjawab masalah tersebut munculah gagasan “Mini LPG-Plant”, yaitu dengan menggunakan pendekatan data komposisi gas per Lapangan dan mendisain peralatan yang disesuaikan dengan kebutuhan minimal untuk memproses gas menjadi LPG, Condensate dan Gas bertekanan yang dapat dikonsumsi. Proses pembuatan LPG dan Condensate, perhitungan Kondisi Optimum dan kebutuhan peralatan, serta contoh kasus akan ditampilkan dalam tulisan ini. 2. PROSES LPG Gas yang dikeluarkan perut bumi terdiri dari berbagai macam komposisi, dimana komposisi yang memberikan nilai kalori adalah gas yang mengandung unsur Hidro-Carbon, sedangkan unsur-unsur lainnya tidak memberikan nilai kalori yang biasa disebut impurities seperti CO2, H2S, H2O, N2, dll. Malah diantaranya memberikan efek korosi ganas. Untuk memisahkan gas hidrokarbon yang kita butuhkan dari unsur impurities yang harus dibuang perlu peralatan pemisahan, dimana unsur yang dipisahkan dalam kondisi fasa gas dari unsur hidrokarbon dalam fasa gas pula. Peralatan yang biasa

Optimasi Kondisi Peralatan Pada Mini LPG Plant Dengan Program Komputer

digunakan ialah Dehydrator untuk menangkap uap H2O, Gas Sweetener (CO2/H2S Remover) untuk menangkap CO2 dan H2S, Scruber untuk menangkap fasa cair baik dari H2O maupun dari unsur hidrokarbon berat.4,9) Gas hidrokarbon yang telah bebas dari impurities tersebut dalam pemakaiannya dapat berupa LNG (Liquified Natural Gas), CNG (Compresses Natural Gas), LPG (Liquified Petroleum Gas), dan tersisa dalam bentuk Condensate atau Crude-Oil. Perbedaan pemakaian dari unsur hidrokarbon tersebut disebabkan oleh perbedaan prosentase dari komponenkomponen hidrokarbon ringan, menengah sampai berat. LNG disyaratkan mempunyai komponen CH4 (C1) minimal 85 % kemudian disusul C2H6 (C2), serta sisanya C3H8 (C3) serta yang lebih berat lagi, dimana C4+ tidak lebih dari 2 % dan C5+ tidak lebih dari 0,1 %, serta N2 tidak lebih dari 1 %, dengan syarat tambahan yaitu H2S maksimum 0,25 grains / 100 SCF, serta Total Sulfur 1,3 grains / 100 SCF. Sedangkan CNG adalah dengan komposisi yang hampir sama tetapi dalam proses pencairannya tidak menggunakan pendinginan temperatur sampai –100 oF seperti pada LNG tetapi dengan memberikan tekanan yang sangat tinggi sampai dengan 3000 psi.1) LPG adalah Gas yang terbentuk dari unsur dominan C3H8 (C3) dengan C4H10 (C4) dengan perbandingan komposisi C3 dan C4 sebesar 70 % : 30 %, dimana dilakukan pemberian tekanan sampai dengan 300 psi sehingga unsur tersebut berubah fasa menjadi cair. Dan unsur yang lebih berat berikutnya dapat berupa Kondensat atau Crude-Oil dengan unsur dominan pada C5H12 (C5) sampai dengan unsur terberat (residu). Pemisahan pertama pada suatu Oil/Gas Processing dimulai dengan Separator untuk memisahkan unsur-unsur pembentuk cair baik dalam bentuk H2O maupun Hidrokarbon. Cairan yang tertangkap (yang dihasilkan) biasanya disebut CrudeOil, tetapi pada kasus dimana sumurnya menghasilkan air sangat banyak, maka proses awalnya sering ditambahkan alat FWKO (Free Water Knock Out). Untuk memisahkan unsur-unsur yang ringan dan berat, dapat dipakai alat Fractinator, dimana Methane (C1), Ethane (C2), Propane (C3), dan Butane (C4) dapat dipisahkan secara sendiri-sendiri. Kemudian unsur-unsur tersebut dapat dipergunakan atau dijual atau diolah sesuai dengan kebutuhan, seperti halnya LNG mengambil unsur C1 yang dominan, LPG unsur C3 dan C4 yang dominan, dll. Seperti telah terurai di atas, bahwa banyak sekali peralatan yang dibutuhkan untuk menghasilkan kualitas gas yang dapat dijual, lebih-lebih bila gas yang akan diproses asalah gas yang mempunyai tekanan sangat rendah karena keluar dari LowPressure Separator atau Flarestack, sehingga masih diperlukan lagi alat kompressor untuk menaikan tekanan sampai sekitar 400 psi supaya mampu diproses dalam peralatan pemisah Fractinator. Ide dalam tulisan ini, adalah Mini LPG-Plant yaitu merangsang suatu alat yang mempunyai tahapan pemisahan yang lebih singkat dengan menggabungkan beberapa tahapan serta menghilangkan beberapa tahap yang dianggap tidak terlalu riskan untuk menghasilkan suatu LPG yang dipakai di

IATMI 2001-24

Rudi Rubiandini R. S., Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan

rumah-rumah serta menggunakan peralatan lainnya dengan ukuran cukup kecil, sehingga mampu mengolah gas dengan jumlah yang sangat kecil sekalipun sampai 1 MMSCFD. Dengan harapan untuk mengolah gas yang bertekanan rendah dan tersebar di seluruh lapangan di Indonesia menjadi suatu hal yang nyata, maka Intensifikasi Energi tercapai dengan metoda ini. 3. MINI LPG-PLANT Komponen yang diperlukan pada suatu Mini LPG-Plant disesuaikan dengan komposisi dari unsur yang dikandungnya, serta banyaknya gas yang harus diolah. Jadi sifatnya kasus per kasus. Agar mini LPG-Plant ini berlaku untuk jumlah gas yang sangat kecil antara 1 s/d 10 MMSCFD maka disyaratkan yang akan diolah hanya yang mengandung CO2 dan H2S yang tidak terlalu tinggi sehingga tidak diperlukan Sweetener. Begitu pula Demethanizer digabung menjadi Demethanizer/Deethanizer yang diatur setara dengan Deethanizer yang berfungsi memisahkan C1 dan C2 bersamasama. Begitu pula Depropanizer digabung menjadi Depropanizer/Debutanizer yang berfungsi untuk mengambil unsur C3 dan C4 dari residu yang akan menjadi kondensat. Kedua alat tersebut temperatur dan tekanan kerjanya dipilih kondisi optimum yang sangat tergantung dari komposisi gas yang harus diolah. Karena yang diolah gas bertekanan rendah maka diperlukan kompressor jenis dua tingkat, agar tercapai tekanan keluaran yang diperlukan oleh alat Demethanizer / Deethanizer serta alat Depropanizer / Debutanizer. Kemudian diperlukan alat-alat pelengkap lainnya seperti : Tangki LPG, Tangki Kondensat, Pompa LPG dan Kondensat, serta pipa-pipa penyambung dan Monifold (Lihat Gambar-1) Dalam memilih dan mengoptimasikan Temperatur dan Tekanan kerja dari peralatan yang sedang didesain dapat dilakukan dengan Prinsip Flash Calculation. Flash Calculation adalah suatu cara perhitungan dengan menggunakan prinsip hukum kekekalan masa dan perubahan fasa yang dapat menampilkan keadaan stabil/setimbang beberapa fasa dalam suatu sistem. Perhitungan ini sering dilakukan dan harus dilakukan pada saat menentukan laju alir dari tiap-tiap fasa yang masuk dan keluar dari bejana bertekanan atau alat-alat lainnya.11) Karena dalam keadaan nyata bukan dalam keadaan ideal, maka salah satu jalan untuk memecahkan persoalan-persoalan mengenai kesetimbangan fasa adalah dengan Konsep Angka Kesetimbangan (Equilibrium Constant) : 0 P i yi = x i .................................................................. (1) PT y i = K i x i ...................................................................... (2) xi = yi =

zi n n l + Ki n v

........................................................... (3)

zi n n v + nl Ki

........................................................ (4)


Jumlah dari seluruh Fraksi mole dalam masing-masing fasa adalah satu sehingga: ∑ x i = x 1 + x 2 + .......... + x n = 1 ................................(5) ∑ y i = y1 + y 2 + .......... + y n = 1 ................................(6) sehingga : ∑ x i =∑

z n i n +K n v i v

∑ yi = ∑

......................................................(7)

zi n n v + nl Ki

.................................................(8)

Dengan persamaan tersebut, komposisi daripada cairan dan gas suatu sitem multi komponen non-ideal dapat dihitung dengan cara Trial & Error (Coba-Coba). Untuk memudahkan perhitungan-perhitungannya, maka n diambil sama dengan 1 (satu) atau nl + nv = 1. Dalam menentukan harga Equilibrium Constant (Ki) digunakan Wilson’s Correlation, dimana harga Ki merupakan fungsi dari temperatur, tekanan dan physical properties dari masing-masing komponen yang dikandung : a = 1,2 + 0,00045.P + 15.10-8.P 2 .......................................(9) c = 0,89 – 0,00017.P + 3,5.10-8.P 2 ...................................(10)

) .................................................(11) (1 Tbi − 1 Tci ) Fi = b i (1 Tbi − 1 T ) ....................................................(11)

bi =

Ki =

(

Log Pci 14 ,7

1

10

a + cF i ...........................................................(12)

P

Program Optimasi dibuat degan menggunakan 4 (empat) tahapan proses utama yang dikondisikan pada tekanan dan temperatur tertentu (Lihat Gambar-2), adapun perincian proses tersebut adalah : 1. Proses fractinator pada Demethanizer dan Deethanizer. 2. Proses pada Demethanizer dan Deethanizer. 3. Proses pada tangki kondensat. 4. Proses pada tangki LPG LPG Plant Simulator menggunakan Delphi sebagai dasar pembuatannya. Gambar-3 adalah gambar penampakan Program LPG Plant Simulator yang dapat digunakan dengan aplikasi Windows. Program yang sudah terintegrasi, diuji coba dengan data-data yang sudah ada di literatur maupun dari laporan-laporan lapangan. Setelah uji Coba berhasil baru dimodifikasi untuk keperluan Disain LPG-Plant, dimana urut-urutan pengaliran Gas dan cairannya berbeda dengan Gas Process Plant atau Oil Process Plant biasa. Sedangkan pemilihan peralatan lainnya menggunakan caracara standar yang sudah ada dalam Standar Internasional, antara lain seperti penentuan :

IATMI 2001-24


Ü Kompressor Ü Refrigerant Ü HP-Vertical Separator Ü Demethanizer/Deethanizer Ü Depropanizer/Debuthanizer Ü Fin-Fan Cooler Ü Flash Tank Ü Tangki Kondensat dan LPG Ü Pipa-pipa Ü Pompa Kondensat dan LPG Ü Generator Dimana peralatan tersebut ukurannya tergantung dari hasil optimasi Flash Calculation (LPG-Plant Simulator Program) 4. STUDI KASUS Kasus yang dipakai adalah menggunakan Gas dari suatu lapangan yang dibuang dari flarestack yang ada dengan komposisi seperti pada Tabel-1. Data-data lainnya adalah : Laju Gas yang harus diolah = 9,626 MMscfd Tekanan Tabung LPG = 250 psia Tekanan Main Line = 350-400 psia Umur Produksi Minimal =10 tahun Harga Lean Gas / MMBTU = $ 1,5 Harga Kondensat / BBL = $ 20 Harga LPG / Ton = $ 150 Hasil Optimasi Setelah menggunakan beberapa iterasi dan menggunakan input tekanan / temperatur yang berbeda-beda, dicari hasilan yang maksimum dengan syarat semua LPG yang sudah dimasukkan kedalam Tangki bertekanan 300 psia pada saat dipakai dengan tekanan 14,7 psia harus semuanya (100 %) berubah jadi gas, 0 % yang tersisa. Kondisi optimum dicapai sbb : Tekanan Demethan-/Deethanizer, psia = 340 Temp. Atas Demethan-/Deethanizer, oF = 70 Temp. Bawah Demethan-/Deethanizer, oF = 230 Tekanan Depropan-/Debuthanizer, psia = 220 Temp. Depropan-/Debuthanizer, oF = 220 Temperatur Reflux, oF = 150 Lean Gas, MMscfd = 8,037 Kondensate di Tangki, STBPD = 14,53 LPG, Ton/Hari = 53,87 Flare/Stripping, MMscfd = 0,456 Study Keekonomian Study yang dipakai untuk menentukan apakah suatu pekerjaan / proyek dianggap prospek atau tidak, adalah menggunakan parameter ekonomi (Tabel-2) sbb: Ü Pay Out Time (POT) Ü Profit to Investment Ratio (PIR) Ü Rate of Return (ROR) Ü Net Present Value (NPV) Ü Analisa Keekonomian Hasil Perhitungan dapat dilihat pada Tabel-3 Hasil Analisa Sensitivitas menunjukkan bahwa Recovery Factor dan Plant Efficiency mempunyai pengaruh yang paling penting dominan dalam semua fluktuasi yang diperoleh, seperti terlihat pada Gambar-4.



Handling Systems and Facilities, Gulf Publishing Company, Houston Texas, USA.

5. KESIMPULAN 1. Penggunaan Program yang terintegrasi antara Flash Calculation dengan Process LPG sangat membantu dalam mengoptimasi Tekanan dan Temperatur operasi LPGPlant dengan waktu yang sangat singkat walaupun menggunakan parameter yang banyak. 2. Pendekatan korelasi dari Wilson setelah dikombinasikan dengan Flash Calculation pada test run memberikan hasil yang cocok (match) dengan kondisi lapangan. 3. Sistim Perencanaan LPG-Plant secara kasus per kasus setiap lapangan akan memberikan hasil desain peralatan yang presisinya sesuai dengan kebutuhan. 4. Dengan sistem Mini-LPG dimungkinkan lapangan yang membuang gas dengan laju produksi antara 1 s/d 10 MMSCFD dapat dimanfaatkan. 5. Dengan sistem Mini-LPG, energi yang selama ini sia-sia terbakar dapat dimanfaatkan malah memberikan nilai tambah. 6. Parameter ekonomi dari sistem Mini-LPG ini mengisyaratkan bahwa sistem ini layak direalisasikan.

= Tekanan uap komponen murni dari-i; psi = Tekanan total, atau bubble point pressure; psi = Fraksi mole komponen i dalam fasa gas = Fraksi mole komponen i dalam fasa cair = Fraksi mole komponen i dalam fasa total = Jumlah total mole dalam fasa gas; mol = Jumlah total mole dalam fasa cair; mol = Jumlah total mole dalam sistem; mol = Equilibrium constant = Temperatur; oR = Boiling Point dari komponen-i; oR = Temperatur kritis komponen-i; oR = Tekanan; psi = Tekanan kritis; psi

DAFTAR PUSTAKA 1.

Ahmad, Tarek (1959) Hydrocarbon Phase Behavior, Gulf Publishing Company, Houston.

2.

Beggs H., Dale. (1984) Gas Publications, Tulsa.

3.

Bradley B., Howard (1987) Petroleum Engineering Handbook , Society of Petroleum Engineers, Richardson, TX, USA.

4.

Campbell M., John (1981) Gas Conditioning and Processing, Campbell Petroleum Series, Oklahoma.

5.

Craft, B.C. (1959) Petroleum Engineering, Prentice-Hall.

6.

Donald L., Katz et.al. (1990) Natural Gas Engineering Production and Storage, Mc Graw-Hill Publishing Company, Hamburg.

7.

Ikoku U., Chi (1984) Natural Gas Production Engineering, The Pennsylvania State University.

8.

Arnold, Ken dan Steward, Maurice (1989) Surface Production Operations vol.II – Design of Gas –

IATMI 2001-24

McCain D., William (1973) The Properties Of Petroleum Fluids, Petroleum Publishing Company, Tulsa.

10. Pertamina (1997) Studi Standardisasi Stasiun Pengisian Bahan Bakar, LPM, ITB. 11. Rubiandini R.S., Rudi (1993) Gas Processes Plant Operation, Diktat Kuliah, Jurusan Teknik Perminyakan, ITB, Bandung. 12. Rubiandini R.S., Rudi (1994) Micro LPG-Plant: Suatu Alternatif Pemanfaatan Flare-Gas Dalam Intensifikasi Energi, Jurnal Teknologi Mineral , Agustus, p 3-13. 13. Widjajono (2000) Diktat Kuliah : Pengelolaan Lapangan, Diktat Kuliah, Jurusan Teknik Perminyakan ITB, Bandung.

Tabel-1 Komposisi Gas yang terbuang (terbakar)

DAFTAR SIMBOL P oi PT yi xi zi nv nl n Ki T Tbi Tci P P ci

9.

Production, OGCI

Komposisi Karbondioksida Oksigen Nitrogen Hidrogen Sulfida Metan Etan Propan Iso Butan Normal Butan Iso Pentan Normal Pentan Hexan Plus Nilai Kalori Kompresibilitas

CO2 O2 N2 H2S C1 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5 C6+ BTU/cuft

,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol ,% mol

Tabel-2 Nilai Ekonomi Parameter POT, tahun NPV, $ 1000 PIR ROR, %

Hasil 3,47 1.806,02 1,61 27

Prosentase 1.8761 Nil 0.1244 Nil 55.9823 13.8962 16.6476 3.8821 4.9107 1.3389 1.1092 0.2325 1486 0.98065


IATMI 2001-24




Gambar-1 Process Flow Diagram

Gambar-2 Proses Optimasi Program Komputer

IATMI 2001-24

Gambar-3 Program LPG Plant Simulator


Gambar-4 Analisa Sensitivitas

IATMI 2001-24


OPTIMASI KONDISI OPERASI PERALATAN PADA MINI LPG PLANT DENGAN PROGRAM KOMPUTER

Recommend Documents