Evaluasi Kinerja Proses

8/19/2019 Evaluasi Kinerja Proses

1/20


2/20

TINJUAN PUSTAA

1! Pr"s#s P#n$airan %as

Salah satu cara pengolahan gas alam adalah mengubah gas alam tersebut menjadi cair atau

disebut juga dengan Natural Gas Liquefaction. Gas alam yang telah dicairkan atau yang biasa

disebut LNG ( Liquefied Natural Gas) digunakan sebagai bahan bakar maupun diperdagangkan.

LNG secara umum merupakan gas alam yang telah dibersihkan dari pengotor-pengotor seperti

Hg, HS, H!, serta "!, serta dihilangkan dari #raksi beratnya sehingga sebagian besar dari

LNG terdiri dari metana.

$roses pembentukan LNG dimulai dengan penghilangan gas alam dari H S dan "! sebagai acid

gas, kemudian dilanjutkan penghilangan H! dan Hg. Setelah pengotor-pengotor dihilangkan,

gas alam di #raksionasi, untuk menghilangkan #raksi-#raksi berat yaitu butana, propana, serta

etana, dan sehingga hanya menyisakan metana. Gas metana yang tersisa selanjutnya dicairkan

dengan cara didinginkan dan dan dikondensasi sehingga menjadi cair (LNG). %iagram alir

proses dari pembuatan LNG secara umum ditampilkan pada Gambar &.

Gambar &. %iagram alir proses LNG


3/20

$roses pencairan gas metana, saat ini dikenal melalui beberapa paten teknologi yang telah ada,

antara lain Linde Process serta Claude Process. Secara umum kedua proses tersebut

menggunakan prinsip yang sama yaitu mencairkan gas metana dengan peningkatan tekanan gas

yang diikuti pendinginan, kemudian gas tersebut dikondensasi dengan cara menurunkan

tekanannya. Claude Process merupakan pengembangan dari Linde Process dimana terdapat

beberapa perbedaan yang berpengaruh pada e#ekti#itas prosesnya. 'erikut merupakan penjabaran

dari Linde Process serta Claude Process.

1!1! Pr"s#s &ind#

$roses Linde atau bisa disebut pula Joule-Thomson Process merupakan proses pencairan gas

yang dikembangkan oleh "arl Linde pada tahun &*, dan dapat digunakan pada proses

re#rigerasi pada le+el temperatur nitrogen. Linde Process merupakan proses pencairan gas

dengan prinsip self-refrigeration, dimana gas tersebut didinginkan menggunakan gas itu sendiri,

sehingga tidak memerlukan gas re#rigeran lain. nit utama yang digunakan pada proses ini

antara lain multistage compressor dengan intercoolers dan a#tercooler, heat echanger dengan

tipe counter-current, serta throttling +al+e (oule-/homson +al+e). %iagram alir prose dari $roses

Linde ditampilkan dalam Gambar .

Gambar . %iagram alir $roses Linde


4/20

$roses Linde dia0ali dengan mengkompresi gas umpan menggunakan kompresor multistage

sampai tekanan yang cukup tinggi, nilai dari tekanan yang dituju bergantung pada gas yang

digunakan. Gas bertekanan tinggi didinginkan menggunakan aftercooler hingga temperatur

rendah (ambient ). 1emudian gas didinginkan sampai temperatur yang sangat rendah (diba0ah

23") menggunakan heat exchanger . 4liran gas keluaran heat exchanger kemudian di ekspansi

secara isentalpi menggunakan JT-valve untuk menurunkan tekanannya (proses kondensasi)

sehingga dapat terbentuk #asa cairnya. 1emudian antara gas dan cairan yang terbentuk

dipisahkan menggunakan separator dua #asa. $roduk ba0ah dari separator dua #asa merupakan

produk LNG yang dikehendaki, sedangkan produk atas merupakan gas dingin. Gas dingin

tersebut dikembalikan ke aliran umpan, dan digunakan pula sebagai refrigerant pada heat

exchanger . Hal tersebut bertujuan untuk meman#aatkan gas keluaran atas separator yang bersuhu

sangat rendah untuk mendinginkan gas umpan melalui heat exchanger . Gambar 5 menunjukkan

siklus JT Thomson yang digunakan pada proses Linde.

Gambar 5. Siklus JT Thomson


5/20

$roses Linde memiliki beberapa kelebihan dibandingan proses pencairan gas menggunakan

teknologi lain, yaitu 6

• Gas tere+aporasi pada temperatur konstan, sehingga temperatur pendinginan relati# stabil

• %ensitas dari cairan lebih tinggi dibandingkan densitas gas, maka salah satunya dapat

menggunakan small cooling channel

• 1apasitas panas +olumetrik dari cairan lebih besar

• 1oe#isien perpindahan panas untuk boliling liquid tinggi

• 4danya kemungkinan untuk memperoleh cairan dari back-up purpose.

Selain itu kelemahan dari proses Linde adalah membutuhkan tekanan yang relati# tinggi, dimana

dibutuhkan high-pressure multistage compressor .

1!2! Pr"s#s 'laud#

$ada proses pencairan gas alam terdapat proses yang juga biasa digunakan, yaitu proses "laude.

$roses "laude menggabungkan keunggulan yang ada pada siklus oule-/homson (proses Linde)

dan siklus 'rayton sehingga terbentuk siklus seperti pada Gambar 7. $roses "laude dapat

mencairkan gas alam melalui tahap oule-/homson dan memiliki tahap pendinginan yang sangat

e#isien menggunakan turbin ekspansi. Hal ini membuat proses "laude lebih e#isien jika

dibandingkan dengan proses Linde.

Gambar 7. Siklus "laude

Seperti halnya proses pencairan gas lain, proses "laude terdiri dari tahap kompresi dan ekspansi

untuk mencapai tekanan #luida yang tinggi dan temperatur sangat rendah. /ahap kompresi pada

proses "laude dilakukan sebanyak satu kali untuk menaikkan tekanan gas alam sebelum


6/20

memasuki tahap penurunan temperatur maupun ekspansi. /ahap ekspansi pada proses "laude

dilakukan sebanyak dua kali melalui ekspansi isentropi menggunakan /urboepander dan

ekspansi isentalpi menggunakan / 8al+e. 9kspansi isentropi memungkinkan penurunan

temperatur yang lebih besar daripada ekspansi isentalpi pada nilai turun tekan yang sama.

%iagram alir proses "laude ditunjukkan pada Gambar * berikut.

Gambar *. %iagram alir proses "laude

$roses "laude dia0ali dengan mengkompresi gas umpan menggunakan kompresor sampai

tekanan tertentu. Gas bertekanan tinggi didinginkan menggunakan cooler hingga temperatur

rendah (ambient). 1emudian gas didinginkan sampai temperatur yang sangat rendah (diba0ah

23") menggunakan heat exchanger dengan meman#aatkan aliran pendingin produk yang didaur

ulang. 4liran gas keluaran heat exchanger kemudian dibagi menjadi dua aliran menggunakan

splitter 4liran pertama akan didinginkan kembali melalui heat exchanger! sedangkan aliran

kedua akan diekspansi menggunakan /urboepander untuk didaur ulang sebagai aliran pendingin

maupun umpan. 4liran pertama didinginkan oleh aliran produk yang didaur ulang, lalu

diekspansi secara isentalpi menggunakan /-+al+e untuk menurunkan tekanannya (proses

kondensasi) sehingga terbentuk #asa cairnya. 1emudian antara gas dan cairan yang terbentuk

dipisahkan menggunakan separator dua #asa untuk menghasilkan produk LNG.


7/20

$roduk ba0ah dari separator dua #asa merupakan produk LNG yang dikehendaki, sedangkan

produk atas merupakan gas dingin. Gas dingin tersebut merupakan #luida yang didaur ulang ke

aliran umpan, dan digunakan pula sebagai pendingin pada heat exchanger . Hal ini bertujuan

untuk meman#aatkan gas keluaran atas separator yang bersuhu sangat rendah untuk

mendinginkan gas umpan melalui heat echanger.

2! Spesifik Brake Horse Power (S)HP*

tekanan (bar)

SBHP (kWt!n)

%ari pembahasan

sebelumnya diketahui bah0a proses pencairan gas dapat dilakukan dengan beberapa teknologi

yang sudah ada, yaitu contohnya Linde Process dan Claude Process. %ari kedua proses tersebut

membutuhkan daya yang cukup besar, daya tersebut digunakan untuk kerja kompresor. %aya

pada proses pencairan gas, khususnya proses LNG dinamakan Spesi#ic 'rake Horse $o0er

(S'H$) dengan satuan k:att per ton produk yang dihasilkan (k:;ton). %isini nilai S'H$ dari

proses LNG dapat dioptimasi dengan mengubah tekanan keluaran kompresor sehingga nantinya

berpengaruh pada nilai S'H$nya. ntuk Claude Process S'H$ juga dipengaruhi oleh #lo0 rasio

splitter yang digunakan. Gambar < dan gambar = menunjukkan niali S'H$ terhadap parameter

yang mempengaruhi.


8/20

Gambar


9/20

RU+USAN +ASA&AH

%iketahui suatu gas metana pada suhu 52"" dengan tekanan &, kg;cm

akan dicairkan denganmenggunakan proses Linde. Gas umpan ditekan hingga $5 kg;cm, kemudian didinginkan hingga

/7 > 52"" dan diekspan menggunakan JT valve ke tekanan a0al. 9ksplorasi pengaruh

perubahan tekanan $5 dengan rentang 2-&22 kg;cm terhadap "pesific #rake $orse Po%er

(S'H$) untuk & ton;hari LNG. &inimal approach yang digunakan yaitu *"", serta ?$ peralatan

> 2 kg;cm . Process 'lo% (iagram proses Linde yang digunakan ditampilkan oleh gambar .

Gambar . $@% proses Linde

Setelah optimasi proses Linde selesai, kemudian dilanjutkan dengan membuat kasus tersebut

dengan proses "laude. $ada proses "laude digunakan parameter-parameter hasil optimasi dari

proses Linde, dan dioptimasi kembali. Process 'lo% (iagram proses "laude ditampilkan pada

gambar .


10/20

Gambar . $@% proses "laude

$roses Linde serta proses "laude yang telah dioptimasi dibandingkan kee#ekti#annya, sehingga

dapat ditentukan proses pembuatan LNG yang paling e#ekti#.


11/20

+,T-.-&-%I


12/20

P,+)AHASAN

1. Pr"s#s &ind#

$embuatan LNG menggunakan proses Linde sesuai rumusan masalah, disimulasikan

menggunakan soft%are $)")" **. Gambar &2 menampilkan $@% dari proses Linde yang dibuat.

Gambar &2. $@% proses Linde

$roses dia0ali dengan memasukkan umpan berupa gas metana murni kedalam mixer dimana

dicampur dengan aliran rec+cle gas metana. 1emudian aliran keluaran mixer dikompresi

menggunakan kompresor dan dilanjutkan dengan pendinginan menggunakan cooler . Gas yang

sudah bertekanan tinggi dan bersuhu rendah didinginkan kembali menggunakan heat exchanger .

$eat exchanger menggunakan gas metana rec+cle sebagai gas r efrigerant . Gas keluaran heat

exchanger kemudian dikondensasi menggunakan JT-valve sehingga tekanan gas turun dan

membentuk #asa cair. Gas dan cairan pada aliran dipisahkan menggunakan separator dua #asa,

dimana produk ba0ahnya adalah metana cair yang merupaka produk LNG, sedangkan produk

atas adalah gas metana yang bertemperatur rendah. Gas mentana dingin tersebut di alirkan

kembali sebagai aliran rec+cle ke mixer , namun sebelumnya gas ini diman#aatkan sebagai

refrigerant oleh heat exchanger . 1ondisi operasi tiap aliran pada simulasi proses Linde

ditunjukkan oleh tabel &.


13/20

/abel &. 1ondisi operasi aliran

Nomor

aliran

/emperatur ("") /ekanan (bar) Laju alir (ton;hari) 8apour #raction

&

5

7

*

<

=

$rod LNG

Nilai S'H$ dari proses ini akan menurun dengan meningkatnya tekanan aliran keluaran

kompresor. Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan aliran keluaran kompresor maka

semakin banyak produk yang dihasilkan dan semakin sedikit aliran recycle yang masuk bersama

umpan. %ari optimasi proses Linde yang telah dibuat didapatkan nilai "pesific #rake $orse

Po%er (S'H$) sebesar & k:;ton.

2! Pr"s#s 'laud#

$roses "laude untuk mencairkan gas alam disimulasikan menggunakan HASAS . yang

ditunjukkan pada Gambar && berikut.

Gambar &&. Simulasi HASAS . proses "laude


14/20

mpan gas alam sebesar & ton;hari masuk pada aliran & dan bercampur dengan gas alam hasil

daur ulang produk LNG. 1emudian, gas dikompresi untuk menaikkan tekanan dan didinginkan

menggunakan cooler hingga temperatur *o". 4liran gas didinginkan melalui heat exchanger

sebelum memasuki splitter . 4liran keluraran splitter dibagi menjadi dua, yaitu aliran yang

didinginkan melalu heat exchanger lalu diekspansi menggunakan / 8al+e sehingga

menghasilkan #asa cair (LNG) dan aliran yang diekspansi menggunakan /urboepander untuk

didaur ulang. 4liran gas alam yang telah mengandung #raksi cair hasil ekspansi / 8al+e masuk

ke dalam separator dua #asa untuk dipisahkan #asa gas dan cairnya. $roduk atas dari separator

tersebut berupa gas yang akan didaur ulang menjadi umpan, sedangkan produk ba0ah berupa

produk LNG yang diharapkan dengan laju & ton;hari. 1ondisi operasi dan spesi#ikasi aliran dapat

dilihat pada /abel .

/abel . 1ondisi operasi aliran proses "laudeAliran T#m/#ratur ("'* T#anan (ar* &aju alir (t"nhari* a/"r fra$ti"n

&

5

7

*

*a

*b

*c

*d

<

$roduk

LNG

&2

&&

&

$ada proses ini dilakukan optimasi ob,ect function berupa S'H$ dengan mem+ariasikan +ariabel

proses berupa tekanan keluaran kompresor dan flo% ratio splitter . /etapi proses optimasi diberi

batasan berupa process constraint berupa minimum approach H9 9-&2& dan 9-&2 sebesar o"

serta vapor fraction aliran suction kompresor sebesar &,22. Hal ini dilakukan untuk menurunkan

nilai S'H$ sehingga proses pencairan gas alam menjadi e#isien. Hasil optimasi proses "laude

dapat dilihat pada /abel 5 berikut.

/abel 5. Hasil optimasi proses "laude


15/20

Param#t#r Nilai

S)HP .5


16/20

$2 $2% $2* $2*% $23 $23% $2+ $2+% $2% $2%%$

*

3

+

%

#

&

'

!/ rati! splitter

SBHP (./t!nne 0a1)

Gambar &5. $engaruh flo% ratio terhadap S'H$

Gambar &5. menunjukkan hasil pengaluran nilai S'H$ proses "laude terhadap +ariasi +ariabel

proses berupa flo% ratio dalam rentang 2,&-2,&7. 'lo% ratio merupakan perbandingan aliran *a

terhadap *b. 'erdasarkan hasil tersebut, nilai S'H$ cenderung turun seiring kenaikan flo% ratio

dan tidak didapatkan nilai minimum. Namun, berdasarkan hasil optimasi didapatkan flo% ratio

optimum sebesar 2,&2.

3! P#randinan Pr"s#s &ind# d#nan Pr"s#s 'laud#

%ari pembahasan sebelumnya diketahui bah0a proses "alude merupakan pengembangan dari

proses Linde, sehingga dapat dipastikan bah0a kedua proses tersebut berbeda untuk kondisi

operasi yang dihasilkan maupun daya yang dibutuhkan. /abel 7 menunjukkan perbedaan dari

+apour #raction aliran keluaran /-+al+e antara proses Linde dengan proses "laude.

/abel 7. $erbandingan +apour #raction keluaran /-+al+e proses Linde dengan proses "laude

/ipe proses 8apour #raction

keluaran /-+al+e

$roses Linde 2,


17/20

%ari tabel diketahui bah0a +apour #raction dari proses "laude lebih rendah dari proses linde.

Hal tersebut dikarenakan pada proses "laude gas didinginkan menggunakan heat echanger

sebanyak dua kali, sedangkan pada proses Linde hanya satu kali, sehingga menyebabkan gasyang masuk ke /-+al+e pada proses "laude memiliki temperatur lebih rendah. %ikarenakan gas

yang masuk pada /-+al+e memiliki suhu yang lebih rendah, dengan usaha /-+al+e yang sama

maka +apour #raction yang dihasilkan proses "laude lebih rendah dari proses Linde.

Selain +apour #raction, parameter pembanding lain antara proses Linde dengan proses "laude

adalah nilai S'H$ hasil optimasi proses. Benurut hukum & dan termodinamika, nilai S'H$

untuk proses Linde dinyatakan sebagai berikut.

Nilai S'H$ untuk proses "laude dinyatakan sebagai berikut

dengan merupakan flo% ratio splitter dan komponen xh.-he / merupakan energi yang dihasilkan

dari ekspansi /urboepander. 1omponen energi ekspansi ini dapat menurunkan nilai S'H$ pada

proses "laude. Hal ini mengakibatkan nilai S'H$ proses "laude lebih kecil jika dibandingankan

dengan nilali S'H$ proses Linde.

$ada proses "laude, energi yang dimiliki gas sebagian digunakan untuk menghasilkan kerja

melalui ekspansi isentropik menggunakan /urboepander. Sebagian lainnya diekspansi

menggunakan / 8al+e sehingga dapat menghasilkan #asa cair yang lebih tinggi. Selain itu,

proses "laude lebih e#isien karena gas hasil ekspansi isentropi mampu menurunkan temperatur

yang cukup besar sehingga menge#ekti#kan pendinginan gas yang akan dicairkan. 1erja yang

dihasilkan oleh /urboepander dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan kerja kompresor

sehingga dapat menurunkan nilai S'H$ pula seperti yang dapat dilihat pada /abel *. berikut.


18/20

/abel *. 1erja kompresor dan epander serta S'H$ yang dihasilkan

W$"m/ W#/Nilai S)HP d#nan

W$"m/8W#/

- .5*< k: &.5= k:


19/20

,SI+PU&AN

$roses pencairan gas khususnya pada pembuatan LNG dapat dilakukan melalui dua pilihan

proses yaitu proses Linde dan proses "laude. 1edua proses tersebut menggunakan prinsip

operasi yang sama yaitu menekan gas ke tekanan yang tinggi kemudian mendinginkan gas

tersebut, namun proses "laude merupakan pengembangan dari proses linde sehingga alur

prosesnya lebih rumit. Setelah memperoleh hasil optimasi kedua proses tersebut dapat

disimpulkan bah0a proses yang dinilai lebih e#ekti# adalah proses "laude karena memiliki nilai

S'H$ yang lebih kecil. %engan nilai S'H$ yang kecil maka daya yang dibutuhkan proses

"laude lebih sedikit dibandingkan dengan proses Linde dengan jumlah produk yang sama. Baka

dari itu proses "laude dinilai lebih e#ekti#.


20/20

Evaluasi Kinerja Proses

Documents

Transcript of Evaluasi Kinerja Proses