SIMULASI TEKNO-EKONOMI UNTUK MODIFIKASI RANCANGAN PADA PROSES REGENERASI GLIKOL DI FASILITAS PENGOLAHAN GAS ALAM Akbar Jati, Bambang Heru Susanto, ST., MT. Teknik Kimia, Fakultas Teknik Kimia, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok 16424, Indonesia
Abstrak: Pengolahan gas alam bertujuan memenuhi spesifikasi gas jual. Dehidrasi absorpsi menggunakan glikol mampu menghasilkan kadar air di dalam gas alam kurang dari 7 lb/MMscf dan kehilangan glikol maksimum adalah 0,10 gal/MMscf saat regenerasi. Namun, proses regenerasi glikol dengan metode konvensional destilasi atmosferik saat ini terjadi kehilangan glikol sebesar 56,37 gal/MMscf. Simulasi modifikasi rancangan pada kolom stripping gas dan penambahan unit TEG cooler pada masukan TEG flash drum mampu mengurangi kehilangan glikol sebesar 0,0849 gal/MMscf. Analisa kelayakan ekonomis menunjukkan bahwa IRR yang didapat sebesar 27,42 % dengan MARR sebesar 21,87 % sehingga modifikasi layak untuk dijalankan. Kata kunci: Modifikasi, Glikol, Stripping gas I. Pendahuluan gal/MMscf. Tahapan penelitian meliputi proses Kebutuhan energi di Indonesia akan semakin pengumpulan data, dew point control, simulasi dan meningkat dari tahun ke tahun yang mana optimasi rancangan proses regenerasi TEG, diprediksi pada tahun 2015 kebutuhan energi modifikasi rancangan dilakukan sampai kehilangan Indonesia akan meningkat sebesar 1,7 MMSBM. TEG memenuhi spesifikasi, dilanjutkan analisis Saat ini gas alam mendapatkan perhatian dan kelayakan ekonomi pada tahap akhir. menjadi pilihan alternatif utama energi dunia karena lebih murah dan ramah lingkungan, serta III. Hasil dan Pembahasan lebih mudah dalam pengolahannya. Secara umum A. Proses Penentuan Terjadinya Hidrat (Dew pengolahan gas alam dilakukan melalui beberapa Point Control) proses, yaitu: purifikasi (pemurnian), separasi Karakteritis sale gas yang ada di proses dehidrasi (pemisahan), dan liquefaction (pencairan) untuk gas absorpsi PT X memiliki tekanan 3,8 MPa [556 yang didistribusikan dalam bentuk cair. Uap air psia] dan temperatur 47oC [116,6oF] dengan laju alir gas dari sumur minyak 1.000.000 std m3/day dapat menyebabkan korosi ketika berhubungan [35,48 MMscfd]. Untuk mengetahui kondisi dengan hidrogen sulfida (H2S) dan karbondioksida (CO2) yang senantiasa terkandung didalam gas dimana akan terjadi hidrat maka kita perlu terlebih alam. Uap air juga dapat menyebabkan dahulu mengetahui pada kondisi tekanan dan pembentukan hidrat pada temperatur rendah dan temperatur berapa gas tersebut akan dialirkan dan tekanan tinggi. Metode umum untuk komposisi sale gas. Untuk mengetahui kadar air menghilangkan kandungan air dari gas alam adalah maksimum tersebut maka simulasi dapat dilakukan dehidrasi absorpsi menggunakan glikol. Dalam dengan menggunakan basis massa gas kering (dry proses ini glikol yang dipakai adalah triethylene gas atau sale gas) dan kondisi tekanan dan glikol (TEG). TEG yang telah menyerap kandungan temperatur operasi didalam jaringan pipa air akan mengalir ke kolom regenerasi untuk proses distribusi. pemurnian TEG (regenerator) yang selanjutnya dialirkan kembali ke kolom TEG contactor Tabel 1.1 Komposisi Gas Alam sehingga tetap mampu bekerja mengurangi kadar Komponen Persentase mol (%) air didalam sale gas kurang dari 7 lb/MMscf. permasalahan yang sedang terjadi pada proses Metana 85,5458 regenerasi glikol di PT X, yaitu hilangnya TEG saat proses regenerasi TEG (Loss of Glycol), Etana 5,4178 dekomposisi atau kerusakan TEG akibat temperatur Propana 3,6390 berlebih pada kolom reboiler ( Thermal i-butana 0,9555 Decomposotion of Glycol ), pH Control dan Dew Point Control. Penelitian ditujukan pada pencarian n-butana 0,1047 solusi untuk mengatasi hilangnya TEG saat i-pentana 0,0356 regenerasi. Sebagian besar proses regenerasi TEG dirancang untuk kerugian TEG kurang dari 0,10 n-pentana 0,0142 gal/MMscf gas alam. Saat ini kehilangan TEG Heksana 0,0284 dapat mencapai 1,39 usgpm atau sebesar 2000 Nitrogen 2,1244 gal/hari. Dengan laju alir gas 35,48 MMscfd, maka kehilangan TEG mencapai 56,37 gal/MMscf. Karbondioksida 2,1346 Air
II. Metode Pada penelitian ini dilakukan simulasi modifikasi untuk mencari rancangan yang mampu menghasilkan kehilangan TEG kurang dari 0,10
0,0000
Umumnya keberadaan air dalam gas akan mempercepat proses terjadinya hidrat, semakin
1
Simulasi tekno …, Akbar Jati, FT UI, 2013
tinggi kadar air yang terkandung didalam aliran gas, maka pada tekanan yang sama akan mudah terjadi proses hidrat. Hasil fluida gas yang telah mengalami kesetimbangan uap air jenuh tersebut sekaligus dapat dijadikan sebagai fluida inlet wet gas pada simulasi dehidrasi gas. Hasil simulasi kesetimbangan uap air jenuh dapat dilihat pada tabel 1.2
B.1 Tekanan dan Temperatur Inlet Wet Gas
Kadar Air (lb/MMscf)
Pada temperatur tertentu suatu zat akan memiliki tekanan parsial yang merupakan titik kesetimbangan dinamis gas zat tersebut pada bentuk cair
Tabel 1.2 Kesetimbangan Uap Air Jenuh Gas Parameter
Data
Kadar Air inlet Wet Gas (lb/day)
5099,27
Laju Alir inlet Wet Gas (MMscf)
35,48
Kadar Air (lb/MMscf)
143,72
7.10 7.05 7.00 6.95 6.90 24.90
25.20
25.50
150 100 50 0 500 550 600 650 700 750 800 Tekanan -‐ Inlet Wet Gas (Psia)
Gambar 1.3 Grafik Hubungan Temperatur dengan Kadar Air Sale Gas Pada kenaikan temperatur maka fase cair dari air akan berubah pada fase gas. Sebaliknya pada penurunan temperatur akan membuat zat pada fase gas tersebut akan kembali mengembun dan menaikkan kadar air didalam fase gasnya. Dengan menaikkan tekanan akan membuat air terpisah karana perbedaan tekanan uap. Kadar Air (lb/MMscf)
Water Dew Point (lb/ MMscf)
Hasil simulasi dew point control menunjukkan bahwa dengan kadar air sale gas 7 lb/MMscf dan tekanan operasi 3,8 MPa [556,1 psia] maka hidrat (dew point) akan terjadi saat gas berada pada temperatur 25,24oF [-3,76oC]. Untuk mencegah hal tersebut maka ada beberapa hal yang bisa dilakukan, yaitu menjaga temperatur gas diatas 25oF (10oF diatas temperatur hidrat) dan menaikkan tekanan operasional diatas 3,8 MPa [556,1 psia].
200
25.80
Temperatur-‐Inlet Wet Gas ( oF)
200 150 100 50 0 80 100 120 140 160 180
Gambar 1.1 Grafik Dew Point Control pada Aliran Gas
Temperatur-‐Inlet Wet Gas (oF)
Gambar 1.4 Grafik Hubungan Tekanan dengan Kadar Air Sale Gas
B. Simulasi dan Optimasi Rancangan Proses Regenerasi TEG
Dengan menurunkan temperatur maka uap air yang telah terpisah akan berubah ke fase cair sebelum dikontakkan dan diserap larutan inhibitor (glikol). Dengan menaikkan tekanan maka uap air didalam akan berkurang. Hal ini disebabkan pada perbedaan tekanan uap antara gas hidrokarbon dengan air. Gas yang memiliki tekanan uap lebih besar akan melepaskan air yang terserap didalamnya. B.2 Laju Alir Sirkulasi TEG Penentuan laju alir Kolom TEG Contactor yang digunakan dalam proses dehidrasi memiliki jumlah tray sebanyak 12 tray [N=3]. Hasil perhitungan manual menggunakan rumus persamaan dasar absorpsi didalam buku Gas Conditioning and Processing (Campbell, 2002) didapat nilai laju alir
Gambar 1.2 Diagram Alir Proses Regenerasi Glikol
2
Simulasi tekno …, Akbar Jati, FT UI, 2013
15
20
25
Water Content Make up TEG
TEG CirculaBon Rate ( USGPM )
Gambar 1.5 Grafik Hubungan Laju Sirkulasi TEG vs Dew Point & Kehilangan TEG
Laju Stripping Gas (MMscf)
Water content Make up TEG
Gambar 1.7 Grafik Hubungan Laju Alir Stripping Gas vs Dew Point dan Kehilangan TEG
7 8 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 100 125 150 175 200 225 250
Hasil optimasi menunjukkan bahwa kadar air sale gas yang didapat adalah 6,683 lb/MMscf dengan kehilangan TEG sebesar 4,92 gal/MMscf.
Make up TEG (gal/MMscf)
Water Content (lb/MMscf)
B.3 Temperatur Lean TEG
Temperatur TEG (oF)
7 20 6 15 5 4 10 3 2 5 1 0 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
Make up TEG (gal/ MMscf)
7.8 7.6 7.4 7.2 7 6.8 6.6
Water Content (Lb/MMscf)
10 8 6 4 2 0
di dalam TEG semakin menurun. Namun hasil dari peningkatan laju stripping gas dapat meningkatkan kehilangan TEG di dalam kolom stripping gas. Hal ini kemungkinan besar karena TEG ikut terbawa oleh aliran stripping gas yang mengalir secara counter current.
Make up TEG (gal/MMscf)
Water Content (lb/MMscf)
lean TEG 99,8% sebesar 20 usgpm yang dibutuhkan untuk mengurangi dan mendapatkan spesifikasi kadar air 7lb/MMscf.
C.
Modifikasi Rancangan Proses Regenerasi Glikol.
Water Content Make Up TEG
Gambar 1.6 Grafik Hubungan Temperatur TEG vs Dew Point dan Kehilangan TEG
Salah satu variabel bebas yang sangat berpengaruh didalam proses dehidrasi dan regenerasi TEG adalah temperatur TEG. Temperatur kolom absorpi harus diusahakan memiliki temperatur minimum 10 °C lebih tinggi daripada suhu terbentuknya hidrat. Sementara Wet gas yang masuk ke dalam inlet contactor harus berada pada temperatur yang lebih rendah sekitar 10°F dari temperatur inlet lean TEG. Apabila lean TEG berada pada temperatur yang lebih rendah dari wet gas, maka gas akan terkondensasi (Polak, 2009). Hasil simulasi menunjukkan bahwa dengan meningkatnya temperatur maka efektifitas TEG dalam mengabsorpsi gas semakin turun. Hal ini disebabkan dengan meningkatnya temperatur TEG maka viskositas TEG semakin turun sehingga tidak mampu mengkondensasikan air didalam wet gas.
Gambar 1.8 Diagram Alir Proses Regenerasi Glikol Setelah Modifikasi Modifikasi difokuskan untuk menyediakan reflux condensor yang mampu menangkap uap TEG yang kemungkinan besar dapat terbawa oleh aliran stripping secara counter current. Modifikasi dilakukan dengan cara memutus keluaran kolom stripping gas yang masih terhubung dengan unit acid gas flare header untuk dipindah dan disambungkan dengan unit TEG flash drum. Unit TEG flash drum adalah unit yang memiliki fungsi seperti expander dan pressur valve yang mampu memberi efek joule thompson pada aliran fluida fase gas. Penurunan tekanan pada TEG flash drum sebesar 10 psia diharapkan mampu mengakibatkan uap TEG terkondensasi dan
B.4 Laju Stripping Gas Gambar 1.5 menunjukkan bahwa dengan meningkatnya laju stripping gas, maka efektifitas pemisahan air dari TEG semakin besar. Hal ini dapat dilihat dengan kecenderungan nilai kadar air
3
Simulasi tekno …, Akbar Jati, FT UI, 2013
terpisah dari fase uap air sebelum dialirkan kembali menuju reboiler. Pemisahannya didasarkan pada perbedaan tekanan uap yang mana air memiliki tekanan uap yang lebih rendah daripada TEG. Uap air yang terpisah selanjutnya mengalir kebagian atas TEG flash drum menuju acid gas flare header, sedangkan TEG yang terkondensasi akan bercampur kembali dan masuk bersama aliran fluida rich TEG menuju kolom regenerator. Modifikasi dengan menghubungkan kolom stripping gas dengan unit TEG flash drum sebagai media reflux tentu saja mengakibatkan temperatur didalam unit TEG flash drum meningkat. Temperatur fluida yang tinggi dari kolom stripping gas akan meningkatkan temperatur didalam TEG flash drum dan ada kecenderungan tekanan didalam TEG flash drum akan meningkat pula. Jika hal ini terjadi maka TEG flash drum akan mengalami penurunan efektifitas didalam proses pemisahan antar fase fluida. Untuk mencegah hal tersebut maka modifikasi selanjutnya adalah menambah unit pendingin (Rich TEG cooler) yang dipasang untuk mendinginkan fluida keluaran TEG reflux condensor dan Cold TEG exchanger sebelum memasuki TEG flash drum. Fluida tersebut terdiri dari uap air, uap TEG, dan gas stripping. Hal yang diharapkan dengan penurunan temperatur dan tekanan tersebut adalah kondisi operasi didalam TEG flash drum akan berada pada kondisi maksimum yang mampu melakukan pemisahan antar fase material stream uap air dan Uap TEG berdasarkan perbedaan tekanan uap.
Parameter Temp- TEG (oF) Laju Alir-TEG (USGPM) Temp-Reboiler (oF) Kadar Air Sale Gas (lb/MMscf) Kehilangan TEG (gal/MMscf)
Sebelum Modifikasi 240
Setelah Modifikasi 245
20
20
380
380
6,682
4,229
4,92
0,0894
Hasil modifikasi menunjukkan kehilangan TEG kurang dari 0,1 gal/MMscf terjadi pada kondisi operasi rich TEG rich cooler sebesar 0,1650 MMBtu/hr dengan laju alir stripping 0,028 MMscfd, Temperatur dan laju alir Lean TEG 110oF dan 20 usgpm, dan Temperatur 380oF. D.
Analisis Kelayakan Ekonomi
• Base Premium for Equity Market atau Indonesia Government Bond Rate Seri FR0053, Rf = 10,25% • Equity Beta, β (HESS) = 1,33 (Nasdaq, 2013) • Indonesia Country Risk Premium, RICRP = 2,66% Didapat • Total Equity Market = 12,91% Dengan menggunakan model CAPM, target IRR atau Cost of Equity dapat dihitung sebagai berikut:
300 250 200 150 100 50 0 2.00E+04 1.70E+05 3.20E+05 Q-‐Rich TEG Cooler (btu/hr)
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
IRR equity = 10,25% + 1,33 ( 12,91) = 27,42% Weighted Average Cost of Capital (WACC) atau Minimum Attractive Rate of Return (MARR) tersusun oleh komponen Cost of Equity (IRR) yang besarnya 27,42% dan Cost of Debt yang besarnya dihitung dari bunga bank yang diasumsikan sebesar 15% dan pajak pendapatan sebesar 30% sesuai undang-undang dirjen pajak. Maka struktur pendanaannya akan optimum pada persentase pinjaman 32,78% dari bank komersial dan 67,22 % dari ekuitas. Besarnya Cost of Debt dan WACC (MARR) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
Make up TEG (gal/ MMscf)
Temp-‐ TEG Flash Drum (F)
IRR equity = Rf + β ( Total Equity Risk Premium)
Temp-‐Inlet TEG Flash Drum
Gambar 1.9 Grafik Hubungan Rich TEG Cooler dengan Temperatur Inlet
Cost of Debt = Interest of Debt x (1-Income Tax Rate)
TEG Flash Drum dan Kehilangan TEG Gambar 1.7 menunjukkan pengaruh rich TEG cooler terhadap temperatur inlet TEG flash drum dan kehilangan TEG. Meningkatnya kinerja rich TEG cooler akan menyebabkan penurunan temperatur didalam inlet TEG flash drum yang merupakan kolom separator 3 fase. Temperatur yang rendah menyebabkan kehilangan TEG dalam fase uap akan dapat direcovery pada fase cair didalam TEG flash drum.
Cost of Debt = 15% x (1-30%) = 10,50% !"## =
!"#$ !"#$%"&
!"#$% !"#$%"& !"#$%& !"#$%"& !"#$% !"#$%"&
!"#$ !" !"#$ +
!"#$ !" !"#$%&
WACC = 32,78% x 10,50% + 67,22% x 27,42% = 21,87% Kriteria kelayakan investasi proyek modifikasi adalah NPV ≥ 0, dan IRR ≥WACC
Tabel 1.3 Hasil Modifikasi Regenerasi Glikol
4
Simulasi tekno …, Akbar Jati, FT UI, 2013
Diketahui harga TEG (PT X, 2013) adalah US$ 2,5 per mol liter atau $ 0, 66 per galon, dengan indek harga 2015 maka didapat harga TEG sebesar US$ 0,74 per gal. Berdasarkan data simulasi diketahui penghematan TEG sebanyak 56,37 gal/MMscf atau 18.602 gal/tahun maka penerimaan awal dari proyek modifikasi regenerasi TEG di tahun pertama adalah sebesar US$ 13.790/tahun. Karena proyek modifikasi adalah sebuah investasi yang dikerjakan pada suatu industri atau perusahaan yang sudah berjalan maka beberapa komponen dalam TCI sudah tidak perlu dimasukkan dalam perhitungan. Total modal investasi sebesar US$ 1.988.267 yang dibutuhkan pada proyek modifikasi regenerasi TEG. Dengan umur operasi selama 7 tahun maka nilai Capital Expenditure (CAPEX) per tahun adalah sebesar US$ 443.185 dengan tingkat bunga 15%. Total biaya operasional atau Operational Expenditure (OPEX) yang dibutuhkan pada proses hasil modifikasi sebesar US$ 217.127.
disyaratkan antara: laju alir lean TEG 20 usgpm dengan temperatur 245oF dan tekanan 556 psia, laju alir inlet wet gas 35,48 MMscfd pada temperatur 110,6oF dan tekanan 700 psia, laju alir stripping gas sebesar 0,028 MMscfd, tekanan dan temperatur TEG flash drum 10 psia dan 212oF, serta kondisi operasi TEG reboiler pada tekanan 15 psia dan temperatur 380oF. Analisa kelayakan ekonomi menghasilkan total biaya investasi yang dibutuhkan pada modifikasi rancangan proses regenerasi TEG sebesar US$ 1.988.267 dan total biaya operasional sebesar US$ 217.127. Berdasarkan total equity risk premium sebesar 12,91% untuk masa investasi selama 7 tahun (2015-2022) dan bunga pinjaman bank sebesar 15% maka hasil optimum investasi akan tercapai apabila perusahaan melakukan pinjaman modal ke bank sebesar 32,78% dari total biaya investasi yang dibutuhkan dengan IRR yang akan didapat sebesar 27,42% dan NPV US$ 72.295 dengan MARR sebesar 21,87% dan masa balik modal selama 3 tahun.
$400,000.00
F. Daftar Pustaka
$200,000.00
Assosiation, G. P. 2002. GPSA Engineering Data Book Ed:12. Tulsa: Gas Processor Supplier Assosiation. 201-248.
$-‐ $(200,000.00) $(400,000.00)
0 1 2 3 4 5 6 7 BTCF
Campbell, J. M. 2004. Gas Conditioning and Processing Vol 2: The Equipment Modules. Texas: John M Campbell and Company. 305-315. Hicks, R. L., and Senules, E. A. 1991. New GasWater-TEG Equilibria. Hydrocarbon Processing. 55–58.
ATCF
$(600,000.00) Gambar 1.10 Grafik Net Cash Flow Modifikasi Regenerasi TEG
Kazemi P and Hamidi R. 2011. Sensitivity Analysis of A Natural Gas Try Ethylene Glikol Dehydration Plant in Persian Gulf Region, Petroleum & Coal. 71-77.
Suatu proyek dianggap layak apabila IRR lebih besar daripada MARR yang mencerminkan tingkat resiko dari proyek serta ditambah tingkat keuntungan yang diharapkan perusahaan. Adapun Net Present Value (NPV) yang mampu didapat adalah sebesar US$ 72.295. Dalam hal situasi beresiko tinggi, payback period menjadi indikator yang lebih menentukan, didapat nilai pengembalian modal investasi terjadi pada tahun ke-3 dengan tingkat profitabilitas pada proyek modifikasi regenerasi TEG adalah sebesar 17,28%.
Luyben, W. L. 1996. Process Modelling, Simulation, and Control for Chemical Engineers. Singapore: McGraww-Hill Inc. 300-307. Manning, W. P., and Wood, H. S. 1993. Guidelines for Glikol Dehydrator Design—Part 1. Hydrocarbon Processing . 106–114.
E. Kesimpulan
Mohamadbeigy, K. 2008. Studying of Effectiveness Paramaters on Gas Dehydration Plant. Petroleum and Coal. 47-51.
Hasil modifikasi rancangan proses regenerasi glikol menghasilkan kehilangan TEG sebesar 0,0894 gal/MMscf dan kadar air didalam sales gas saat dehidrasi absorpsi sebesar 4,229 MMscf. Hasil modifikasi dilakukan dengan menyambung keluaran gas stripping pada kolom stripping untuk dimasukkan kedalam unit TEG flash drum dan melakukan penambahan unit TEG cooler pada keluaran cold TEG exchanger. Untuk mencapai hasil optimum tersebut maka kondisi operasi yang
P. Gandhidasan. 2011. Parametric Analysis of Natural Gas Dehydration by a Tri Ethylene Glikol Solution, Energy Sources. 189-201. Seider, W. D., Seader, J.d., Lewin, D. R. 2003. Product and Process Design Principles. John Wiley & Sons. 736-801.
5
Simulasi tekno …, Akbar Jati, FT UI, 2013
6
Simulasi tekno …, Akbar Jati, FT UI, 2013
