Gas Dehydration System EvaluationRangkuman Diskusi Mailing List Migas Indonesia – Januari 2003

Pertanyaan :

Seperti kita ketahui bersama bahwa proses dehidrasi natural gas dilakukan untuk berbagai macam alasan : menghindari terbentuknya hidrat pada pipeline, korosi akibat CO2 dan H2S, slugging, penurunan heating value, dan lain sebagainya.

Selain itu tentu saja untuk memenuhi standar 'sales gas' yang akan dijual yaitu sebesar 7 lbm/MMSCF. Dengan latar belakang tersebut terlihat betapa pentingnya sistem dehidrasi gas ini bagi perusahaan-perusahaan yang memproduksi gas. Mohon komentarnya untuk pertanyaan-pertanyaan berikut:

1. Untuk evaluasi, biasanya parameter-parameter apa saja yang perlu diungkapkan untuk menjamin bahwa sistem dehidrasi gas yang kita miliki sudah berjalan dengan baik?

2. Di tempat saya, gas yang akan dikirim ke terminal onshore dipisahkan menjadi 2 junction (Low Pressure/LP dan Intermediate Pressure/IP) sebelum masuk ke dehydration system. Yg LP lewat unit dehidrasi, sedangkan yg IP cuma numpang lewat langsung ke OGGL. Nah, setelah melewati junction, ternyata mixing diantara keduanya membuat dew point-nya naik cukup besar. Kira-kira penyebabnya apa ya? apakah ini berarti sistem dehidrasi yang kita miliki kapasitasnya terlalu kecil atau malah sudah tidak efektif sama sekali.

3. Apakah ada semacam temperatur maksimum glycol untuk untuk menyerap air? Maksud saya apakah si glycol-nya bisa jenuh?

4. Jika saya menambahkan stripping gas dengan cara di 'spray' kan pada line setelah regenerator untuk menaikkan konsentrasi lean glycol sebelum masuk ke contactor, apakah ini cukup aman (mengingat akan timbul hot spot)?

5. Untuk memperbesar kapasitas, salah satu caranya mungkin dengan menaikkan circulation rate dari TEG(glycol), namun ini akan menambah beban dari Waste Heat Recovery Unit (WHRU). Adakah solusi yg lainnya selain menambah WHRU?

Tanggapan 1 :

Glycol dehydration, suatu topik yang nampaknya menjadi bagian sehari-hari proses di pabrik minyak dan gas bumi.

Saya mencoba menjawab pertanyaan bapak. Saya sangat berterima kasih kalau ada feedback dari bapak, karena saya kerap melihat jawaban terhadap suatu pertanyaan terkadang tidak ada feedback-nya sehingga tidak diketahui pasti apakah jawaban tersebut benar atau salah atau perlu dimodifikasi. Point-nya bukanlah mencari benar atau salah, karena kondisi di lapangan, karakteristik proses serta dll sangat mungkin tidaklah sama meskipun alatnya sama, dan juga itu tidaklah sejalan dengan semangat didirikannya milis ini. Jadi dengan adanya feedback, kita bisa menggali atau bahkan menemukan suatu cara yang lebih efisien dan manjur. Biasa, the truth is out there, dan bukan di dunia milis yang maya ini…

Anyway, berikut tanggapan saya terhadap 5 pertanyaan bapak:

Evaluasi kinerja glycol yaitu :dew point keluaran dehidrator, dew point inlet dehidrator, gas rate, glycol rate, glycol purity, glycol loss, serta contaminant seperti condensate, solid, garam, oksigen,foam stability, iron content dll. Harga-harga contaminant ini tentu saja ada standardnya dan itu harusnya bisa diketemukan di buku manual glycol dehydration juga masukan bagi para process design engineer untuk “memaksa” vendor memasukkannya sebagai bagian yang tak-terpisahkan dari manual. Kenapa, agar supaya bisa dimasukkan ke dalam regular plant maintenance. Terus terang, dulu saya pernah punya, tapi entah sekarang di mana.

Jawaban no. 2 bisa ditelaah dengan melakukan perhitungan neraca massa di daerah inlet-outlet perpipaan tempat mixing kedua jenis gas tersebut (LP dan IP). Anggaplah kandungan air di gas LP di keluaran dehidrator-nya adalah x lbm/MMSCF dengan laju alir gas pada keadaan standard Qlp (MMSCFD). Kandungan air di gas IP yang notabene dalam berada kesetimbangan bisa dicari via kurva terkenal McKetta-Wehee, anggaplah y Lbm/MMSCF. Laju alir gas IP pada keadaan standard anggaplah Qip MMSCFD. Maka, neraca massa air keluaran mixing adalah: laju alir massa air di gas LP + laju alir massa air di gas IP = laju massa air di keluaran mixing.

Atau dalam bahasa matematika: (x lbm/MMSCF) (Qlp MMSCFD) + (y lbm/MMSCF) (Qip MMSCFD) = (xQip)+(yQip). Kandungan air keluaran mixing tentunya adalah laju alir massa air keluaran mixing dibagi dengan total gas LP dan IP, atau = ((xQlp)+(yQip))/(Qlp+Qip).

Dari hasil tersebut, maka kandungan air di keluaran mixing bisa dikonversikan ke harga dew point air, kembali via kurva McKetta-Wehee.

Selanjutnya, berbekal hal itu , maka hal berikut di bawah bisa dilakukan, secara sendiri-sendiri atau kombinasi di antaranya tergantung faktor-faktor tertentu supaya tetap menjadikan gas masih di dalam batas on-specs:

1. Turunkan laju alir gas IP (dengan resiko produksi berkurang = asset manager marah-marah he..he..)

2. Naikkan laju alir LP (kalau sistemnya masih memungkinkan)3. Turunkan kadar air di gas LP keluaran dehidrator (mis: naikkan sirkulasi glycol

rate, naikkan purity glycol, dst)4. Turunkan kadar air di gas IP (via pendinginan)

Jawaban no. 3.Glycol tentu saja bisa jenuh karenanya butuh di regenerasi di reboiler. Maksimum glycol temperatur? Setahu saya, batasan temperatur glycol di inlet glycol contactor adalah 10 F di atas outlet gas keluaran dehidrator. Jika tidak, TEG-nya bisa terbawa gas.

No. 4. Stripping gas? Setahu saya, stripper gas dimasukkan di bagian bawah reboiler guna ikut menyerap air yang ada di badan glycol. Prinsipnya adalah, gas stripper yang bertemperatur relatif normal akan menyerap berlipat-lipat air jika dipanaskan. Balik lagi, ini sebenarnya bisa diterjemahkan via kurva Mc-Ketta Wehee tadi.

Tetapi kalau diinjek di keluaran regenerator? Saya belum lihat faedahnya, karena gas tersebut harus dilepas ke atm sebelum masuk ke kontaktor. Jika tidak, maka dia bisa membuat masalah.

Nomor 5. Kapasitas.

Menurut teori kuno absorpsi yang tentunya bisa diaplikasikan di glycol kontaktor, maka kapasitas adalah fungsi kuat dari laju alir gas dan bukan laju alir glycol. Sehingga dalam penentuan diameter contactor, besaran laju alir gas sangat menentukan.

Di lain pihak, kualitas gas keluaran contactor ditentukan oleh 3 factor, yaitu jumlah tahap kesetimbangan di dalam contactor (biasanya diwujudkan dalam baki-baki khusus, seperti bubble cap, sieve tray, valve tray, dst) serta laju alir glycol plus purity dari glycol itu sendiri.

Jadi jika ingin menambah kapasitas kolom contactor, maka harus menambah contactor baru, atau menggantinya dengan diameter yang lebih besar, atau menggunakan contactor jenis packing.

Karena design suatu kapasitas contactor menyertakan allowable gas velocity, di situ rumus untuk contactor yang memakai packing, terutama konstantanya, menyebabkan untuk suatu laju alir gas yang sama, maka contactor jenis packing mempunyai diamater yang lebih kecil daripada contactor glycol yang menggunakan tray. Artinya, untuk diameter yang sama, maka dia bisa menghandle laju alir gas yang lebih besar.

Contactor packing punya dua jenis, yaitu random dan structure. Kelemahan sejati dari random packing adalah kecenderungannya membentuk channel, sehingga bisa mengakibatkan kontak antara gas dan glycol menjadi tidak efisien. Itulah sebabnya random packing hanya disarankan untuk diameter contactor yang kecil.

Untuk skala besar dan diameter yang besar, maka structure packing lebih joss karena efek chanellingnya bisa diminimasi. Tetapi untuk kedua jenis packing hati, hati-hati saja ketika overhaul, apalagi jika gas bapak banyak mengandung H2S, maka ada kemungkinan ketika di overhaul (kontak dengan oksigen), dia menghasilkan reaksi pyrophoric yang sangat berbahaya itu.

Oh yach pak, mungkin saran saya sebelum memustuskan perubahan yang akan dilakukan, ada baiknya dilakukan performance test unit dehidrasi pada pelbagai laju alir glycol. Hanya saja hati-hati, jika desain contactor bapak dekat dengan daerah flood, maka kenaikan jalu alir glycol bisa mengakibatkan glycol loss (hilang) yang lumayan.

Tanggapan 2 :

Sekedar menambahkan informasi...Temperatur di regenerator merupakan salah satu faktor yang menentukan kemurnian 'Lean Glycol' karena disinilah air yang telah di-absorb di contactor tower dilepaskan kembali. Bila temperatur terlalu rendah maka mungkin sebagian air masih terbawa dalam glycol, untuk TEG kalau saya tidak salah ingat sekitar 280 F. Injeksi stripping gas bila perlu juga dilakukan di kolom regenerator untuk membantu 'melepaskan' air yang terbawa dalam glycol. Pada operasinya kita juga perlu melihat kondisi filter-filyrt nya (cartridge dan charcoal--nya). Karena glycol yang 'kotor' juga akan berkurang kinerjanya..dapat mengakibatkan fouling dalam contactornya sehingga absorpsi tidak berjalan dengan baik. Salah satu hal yang paling 'ditakuti' oleh system contactor tower adalah liquid hidrokarbon. Liquid hidrokarbon ini akan memperbesar kemungkinan terjadinya fouling dan kemungkinan 'merusak' cartridge filter sehingga glycol yang masuk ke tower berkurang kemampuannya. Jadi salah satu yang perlu diperhatikan adalah adanya separator yang bekerja dengan baik di

upstream contactor untuk meminimalkan kemungkinan adanya liquid hidrokarbon ke contactor.

Kemudian perlu juga diperhatikan kondisi operasi sistem tersebut, berapa pressure dan temperatur operasinya, saya lupa berapa pressure yang optimum tapi kalau tidak salah minimal 300 psig sedang temperatur antara 100-130 F.

Tanggapan 3 :

Cuma sedikit meluruskan, bahwa larutan air-TEG itu praktisnya dididihkan pada rentang 370 – 390 F. Pada kondisi ini, kemurnian TEG berkisar 98.5 – 98.9 % weight tanpa menggunakan gas pelucut (stripper). Jika temperatur dinaikkan lagi, maka dikhawatirkan terjadi dekomposisi glycol. Tanda degradasi kalau tidak salah bau glycolnya akan seperti bau pisang…..Untuk meninggikan kemurnian TEG tanpa menaikkan temperatur pendidihan, adalah dengan memasukkan gas pelucut.

Kondisi operasi beserta problem-problemnya? Rasanya saya pernah mem-posting ttg hal ini ke milist migas dari buku John Campbell plus komentar-komentar saya berdasar pengalaman di lapangan. Sayangnya, file-nya tertinggal i komputer saya di laut.

Re: [Oil&Gas] dehydration Vs condensate

Hanya nambahin...

kunci utama proses dehidrasi berbasis glycol yangmenggunakan kolom jejal (packing) ataupun baki (tray)adalah pengetahuan kita tentang batasan dew point airdi keluaran kontaktor yang masih diperbolehkan sertakondisi dew point air di feed-nya. Satu lagi adalah,jumlah tahap kesetimbangan yang harus tersedia.

diperlukan pula kondisi di mana perubahan operatingparameter bisa mempengaruhi dew point air di badan gastersebut.

Jika suhu gas-nya semakin panas dan dalam keadaanjenuh, berarti jumlah massa air yang masuk semakinbanyak. Pada kontaktor existing (artinya jumlahbaki/kolom jejalnya tetap), maka menaikkan laju alirglycol adalah salah satu cara guna tetapmempertahankan jumlah tahap kesetimbangannya.Terkadang, meskipun sudah dinaikkan sampai di batasmaksimum laju alir sirkulasi glycolnya, tetap sajaproduknya off specs. Kenapa? bisa jadi suhu panas taditelah merubah kesetimbangan glycol dengan uap air dibadan gas. Biasanya sih, temperatur reboiler harusdinaikkan guna meningkatkan konsentrasi/purity glycolsehingga kesetimbangan yang baru di dalam contactorterjadi , yang memungkinkan terjadinya proses

perpindahan massa air dari badan gas gas menuju badanglycol.

Dan memang benar seperti dikatakan Pak Sulton,peristiwa absorpsi air oleh glycol bersifateksotermik, yang artinya melepaskan panas.

nb: Rasanya dulu oret-oretan saya ketika presentasi diKMI cabang Jabar (kurang lebih 3 bulan yang lalu)tentang gas dehydration masih disimpan di file di www.migas-indonesia.com. Mungkin bisa dilirik kembali buatnambah-nambahin. Di sana ada kinerja glycol contactoryg divisualkan via kurva modifikasi Mc Cabe-Thieleyang tujuannya mempermudah kita dalam mendesainataupun troubleshooting.

Semoga berguna.

Vivat Process EngineeringCahyo Hardo

--- sulton amrullah <sulton_amrullah@...> wrote:> Pak Mahardi,>> Saya juga pernah mempelajari bahwa ada beberapa> faktor> yang berpengaruh dalam perencanaan Dehydration Unit> yaitu:> 1. Suhu Penyerapan dalam Contactor> Suhu gas masuk contactor sangat dominan dalam> penentuan suhu penyerapan,sebab masa gas lebih> besar.> Semakin rendah suhunya, proses penyerapan akan> semakin> baik. Suhu gas keluar contactor umumnya naik, tetapi> tidak lebih 2 C.> 2. Konsentrasi Lean Glycol> Konsentrasi Lean Glycol yang diperlukan dipengaruhi> oleh suhu efektif contactor. Suhu efektif tersebut> adalah merupakan dew point dari gas. Pada kondisi> dew> point terjadi kesetimbangan antara uap air dalam gas> dan cairan air. Temperature tersebut tidak mungkin> dicapai dalam contactor sehingga dalam> perencanaannya> diambil suhu dibawahnya, yakni antara 10-15 F.

> 3. Sirkulasi Glycol> Sirkulasi glycol akan menentukan juga penurunan dew> point dari gas pada % Lean Glycol tertentu.> 4. Glycol Regenerator> Hal ini tergantung apakah Regenerator tersebut> didesign No strippping (P=atm), with Stripping> (P=atm), No stripping gas (P=vakum) & with stripping> gas (P=vakum).>> Pak Mahardi adakah faktor-faktor lain yang> diperhitungkan selain faktor di atas dalam> perencanaan> DHU, kalau ada mohon info-nya.>>> Salam> Sulton Amrullah

Hidrat Gas Alam

Teorinya….

Ditemukan pertama kali di tahun 1811 oleh Sir HumphreyDavy. Hidrat adalah senyawaan kimia antara molekultamu (gas2 alam, O2, N2, Kripton, Xenon, Argon, CO2,H2S, dst) dengan air.

Pada temperatur yang relatif rendah, molekul aircenderung berkumpul membentuk suatu rongga yang diikatoleh ikatan hydrogen antar molekul air. Rongga atausarang2 air tersebut terbentuk dan luruh karena tidakstabil. Via ikatan van der waals, molekul tamu masukke dalam sarang tersebut dan terbentuklah hidrat.Bentuknya mirip es dan agak keruh. Reaksi hidratadalah reaksi fisika. Setelah hidrat terbentuk, diadapat dihilangkan kembali dengan cara diturunkantekanannya atau dipanaskan. Dengan cara demikian,ikatan van der waals (antara molekul tamu dengansarang air) serta ikatan hydrogen (antar molekul air)akan luruh dan pecah. Hanya ikatan kovalen antarmolekul hidrogen dan oksigen sajalah yang tetapbertahan. Maklum, diperlukan energi yang relatif besaruntuk memecahkannya.

Menurut hukum alam, kecuali hydrogen sulfida dan

karbon dioksida, kelarutan para molekul tamu di dalamair, yang sebagian besar gas2 tsb, tidaklah besar.Untuk menaikkan kelarutan gas2 tsb, dibutuhkan tekananyang lebih tinggi. Tidaklah heran, umumnya hidratterjadi pada tekanan tinggi (untuk menaikkan kelarutanmolekul tamu) dan pada temperatur rendah (supayamolekul2 air terangsang untuk membuat sarang2 air).Dua kondisi ini sangat fundamental bagi terbentuknyahidrat. Jika ingin hidrat terbentuk pada temperaturyang lebih tinggi, maka dibutuhkan tekanan yang lebihtinggi pula.

Kondisi lain dari pembentukan hidrat adalah“kecocokan” lubang sarang dengan ukuran molekul tamuitu sendiri. Menurut Prof. Sloan, supaya lubangpembentuk hidrat dapat distabilkan oleh molekul tamu,maka rasio dari diameter molekul tamu terhadapdiameter lubang sarang hidrat haruslah antara 0, 77sampai dengan 1. Di bawah 0,77, molekul tamu terlalukecil dan susah untuk membentuk hidrat karena tidakmampu menstabilkan sarang air, kecuali ada molekultamu lain yang punya rasio yang masuk dalam rentang.Di atas 1, molekul tamu terlalu besar sehingga tidakdapat masuk ke sarang air tanpa berdistorsi. Artinya,gas2 seperti metana, H2S, CO2, ethylene, propylene,N2, Argon, Xenon, dst bisa membentuk hidrat karenanisbah-nya masuk dalam rentang. Tetapi sepertipentane, decane, nonane, hexane, heptane, toluene,benzene, dst tidak dapat membentuk hidrat.

Data kurva kesetimbangan hidrat-gas alam bisadiperoleh dengan mudah di mana2. Proses simulasi jugabisa memberikan datanya. Kurva tersebut umumnyamemotong phase envelope gas (yang bentuknya sepertibukit itu looh). Daerah di bawah kurva kesetimbanganhidrat-gas alam, hidrat tidak akan terbentuk. Mulaidari kurva tersebut dan menuju ke atas kurva, secaratermodinamika, hidrat akan terbentuk (?)

Kenapa harus disebut secara termodinamika? Karenasejatinya pembentukan hidrat adalah fungsi waktu.Seperti dikatakan pada pelbagai buku bahwa pembentukanes dari air itu terjadi pada temperatur 0 C dantekanan 1 atmosfer, tetapi di laboratorium, penulispernah membuktikan bahwa pada temperatur tersebut, esbelumlah terbentuk. Baru jika temperatur diturunkan ke

–1 C, es terbentuk. Es ini tetap stabil padatemperatur 0 C dan mulai meluruh jika temperaturdinaikkan ke 1 C. Jadi, supaya es dapat terbentukdengan cepat, maka diperlukan temperatur operasi yanglebih rendah dari titik beku normalnya. Beda antaratemperatur operasi dengan titik beku es, dikenalsebagai derajat pendinginan.

Kesimpulan adalah, hidrat tidak akan langsungterbentuk pada derah kesetimbangannya karena pada saatitu tidak ada derajat pendinginan. Jika hidratdiketahui akan terbentuk pada temperatur 5 C, makapendinginan temperatur menuju 0 C akan mempercepatterjadinya hidrat.

Di Lapangan…..

Suatu unit pabrik pemroses gas mentah menjadi gas siapjual, tiba2 terganggu prosesnya. Power disruptionkatanya. Untungnya emergency generator berhasilmengambil alih sebelum www.hantu-blackout.com terjadihe..he… Selidik punya selidik, ternyata fuel gas yangdiambil setelah unit dehidrasi (downstream daridischarge kompressor) adalah penyebabnya. Tapianehnya, itu tidak terjadi secara kontinu.

Anyway, tekanan sembur dari kompresor2 yang ada dipabrik tersebut bervariasi, tergantung dari kelakuanhidrolik aliran gas menuju pusat pengumpulan. Apalagidalam perjalanan menuju tempat penampungan, gas daripabrik ini dicampur dengan gas2 dari pabrik lain(karena menggunakan pipeline yang sama). Pada suatukondisi, yaitu pada saat high-rate, fuel gas mulaimembuat masalah. PCV yang ada di fuel gas treatment,yang akan menurunkan tekanan dari unit dehidrasi ketekanan yang diinginkan oleh turbin2 gas, tiba2terblock. Aktualnya, tidak ada aliran gas menujuturbin2 gas kompresor dan generator. Kenapa pula?Kenapa pula hidrat terjadi pada saat high-rateproduction? Karena pada saat tersebut, tekanan semburkompresor lagi besar2nya untuk mengantisipasi headyang dibutuhkan guna mendorong gas ke konsumen. Iniberarti hilang tekan yang melewati fuel gas controlvalve juga lagi besar2nya. Hilang tekan atau pressuredrop yang besar, menurut hukum J-T (di mana harga

koefisiennya untuk gas2 alam tekanan menengah adalahpositif), akan menghasilkan penurunan temperatursecara significant.

Tetapi, untuk membentuk hidrat, katanya, dibutuhkanair bebas. Dari manakah air bebas itu berasal?Bukahkah fuel gas tersebut sudah di-dehidrasi? A-ha,gas yang sudah dilewatkan ke unit dehidrasi akanmengandung uap air yang dalam keadaan tidak jenuh padakondisi tekanan tersebut. Pada kondisi tekanan yangberbeda, bisa kembali jadi jenuh, mengikuti kaidahkurva kesetimbangan uap air-gas alam McKetta-Wehe.(McKetta-Wehe menghubungkan kandungan uap air di badangas sebagai fungsi tekanan dan dew point air, yangmana kurvanya bisa ditemukan dengan mudah di pelbagailiteratur). Jadi, setelah tekanannya diturunkan,kemungkinan besar air dapat terkondensasi kembali, danitu berarti ada media untuk pembentukan hidrat. Padakasus ini, jika ingin menyakinkan bahwa apakah adahidrat yang terbentuk, drain-lah via scrubber, danperhatikan, apakah ada air. Es yang menyelimuticontrol valve bukanlah petunjuk yang pasti bahwahidrat telah terbentuk.

Platform besar yang berdiri kokoh di tengah lautanbisa juga bergetar jika hidrat terbentuk. Fenomenayang terjadi di lapangan serupa pula dengan yangditunjukkan oleh reactor mini skala laboratorium,yaitu turunnya tekanan secara tiba2, tanpa pengumumanterlebih dahulu he..he..Skala laboratorium memangtidak berefek ke proses, tapi di pabrik, waduuh, bisashutdown lintang pukang.

Choke valve yang merupakan kendali laju alir darisumur adalah daerah di mana terjadi penurunan tekanan(dari sistem tekanan di silang sembur (X’mas tree)plus flowline kemudian di drop menuju tekanan diplant). Akibatnya adalah penurunan temperatur yangcukup significant. Umumnya sih lancar2 saja, sampaitiba2 terdengar bunyi ledakan yang cukuplah untukmenggetarkan platform. Hilangnya tekanan secara tiba2,mau tidak mau memaksa recycle plant control valveuntuk membuka guna menstabilkan proses. Celakanya jikaanti-surge valve juga membuka, walah prosesnya gonjangganjing, overshoot engga karuan. …….Semuanya karena

hidrat gas alam.

Akibat dinginnya temperatur keluaran choke valve,merangsang air dari reservoir untuk berkumpulmembentuk sarang2 air. Dan karena ada molekul tamuyang cukup (gas alam) , jadilah kristal hidrat.Kristal hidrat ini mungkin dengan cepat menutup trimdari control valve. Pada saat tertutup semua,hilanglah tekanan di inlet separator. Bunyi yangbergetar adalah kristal hidrat yang terlepas darimulut choke valve karena didorong oleh energi tekanandari sub sea well yang mau masuk. Yach mirip2 peloryang ditembakkan…jdeng2.

Cara praktis, untuk kedua kasus di atas adalahdiinjeksikan methanol di upstream choke valve/controlvalve untuk menghambat pertumbuhan hidrat di valvetersebut. Ini adalah salah satu metode inhibisi(penghambatan) terjadinya hidrat.

Safety Concern – Autorefrigeration di outlet PressureSafety Valve (PSV)

Menurut API RP 521 atau 14J, salah satu option yangharus diperhitungkan dalam pemasangan PSV adalahautorefrigeration di outlet PSV. Ketika PSVteraktifkan karena terjadi overpressure, makakelebihan tekanan dilepaskan ke system pembuangan yangaman yang tekanan operasinya jauh lebih rendah darisetting tekanan PSV tersebut. Artinya, PSV itu kinimenjadi sebuah J-T valve. Perbedaan tekanan yang besarantara inlet dan outlet PSV tersebut mengakibatkanterjadinya penurunan temperatur secara tajam. Ini yangdisebut oleh dua recommended practice di atas sebagaiautorefrigeration.

Jika anda punya PSV yang materialnya terbuat daripaduan logam beserta outlet pipe plus flangesnya, bisajadi karena prediksi persamaan adiabatic di sekitarPSV tersebut menyatakan bahwa temperatur keluarannyalebih rendah dari –20 F, suatu harga batas bagimaterial jenis carbon steel. Itu dari sisimaterialnya…

Temperatur yang sangat rendah berarti pula kesempatanhidrat untuk terbentuk. Kalau hidrat terbentuk dikeluaran PSV, wah cilaka dua belas, bisa2 dapatmengurangi kapasitas dari si PSV ini, atau jangan2malah menyumbatnya! Untunglah kebanyakan gas alambebas dari bahaya pembentukan hidrat di keluaran PSV,yach karena tertolong oleh komposisinya sedemikianrupa sehingga hidrat tidak mungkin terbentuk padatekanan dan temperatur di keluaran PSV.

Tetapi jika ternyata prediksi menyatakan bahwa akanterbentuk hidrat di keluaran PSV, what should I do?Inject methanol atau pipanya dipanasi? Terus2an atausekali-sekali saja? ….Saran saya sih (itupun jika maunurut), jikalau sistemnya memungkinkan, buanglahfluida keluaran PSV ke system yang tekanannya lebihrendah tetapi tidak terlalu rendah, seperti darisystem high pressure (HP) ke system Mediumpressure(MP) baru ke system LP. Dengan demikian,penurunan temperatur secara tajam bisa dihindari, yachdicicil-lah maksudnya he..he….

Tetapi, konsep tersebut butuh perhatian atas kapasitasPSV yang bersangkutan. Karena untuk kapasitaspembuangan yang sama, maka pembuangan ke system MPpasti butuh lebih besar PSV (atau lebih banyak PSV).Jika PSV existing yang keluaran sebelumnya ke flaresystem, maka new re-direction dari PSV ini ke systemMP (misalnya) bisa2 malah akan menambah PSV yangbaru…Syukur2 kalau cuma memperbesar orificenya saja,bisa jadi juga akan nambah dua PSV he..he.. yach ituterserah management sich, mau yang mana? High qualitykhan umumnya high cost. Low quality yach murah donk!

Safety Concern – Blowdown Valve

Blowdown system juga merupakan system yang relatifrentan terhadap pembentukan hidrat. Alatnya umumnyadiwujudkan oleh Blowdown Valve (BDV). BDV akanteraktifkan jika terjadi fire, ESD, hi-hi flammablegas concentration, etc tergantung dari safetyphilosophy pabrik yang bersangkutan. BDV juga bisadianggap sebagai J-T valve ketika bekerja.Perhatikanlah, ada beberapa pipa keluaran BDV yangterbuat dari stainless steel, kenapa? Yach karena

dingiiin bo’. Kalau dingin dan ada air bebas, hidratboleh terbentuk khan? Secara umum, gas2 alam bebasdari resiko hidrat ini, tetapi, jika ternyata lagi2prediksi menyatakan akan terbentuk hidrat, cilaka euy…

Menurut API RP 521, waktu depressuring system suatuvessel adalah 10 menit (tapi harga ini boleh ditawarkoq, wong namanya juga recommended practice!).Beberapa pabrik ingin lebih aman sehingga waktunyadipercepat. Akibatnya adalah, dibutuhkan begitu banyakBDV untuk mengejar waktu pemblowdonan ini.

Kalau BDV membuka bersamaan, berarti resikonya menjadibegitu besar untuk terjadinya hidrat. Bisa di BDVkompressor, di metering system, di unit dehidrasi,refrjerasi, exchanger, etc. Pertanyaan mendasar,apakah yang harus dilakukan? Inject methanol, bingungapa dasarnya, berapa ratenya, kontinu apa tidak?

Pasang electric heater atau dililiti kawat pemanasjuga bingung? Terus2an atau intermittent. Gimana jikablackout, dari mana sumber panasnya? Apalagi sejatinyaperpindahan panas ke fasa gas adalah buruk kinerjanya.Jangan2 heaternya besar sekali dan digunakan untukmemanasi fluida yang akan dibuang…kacian…Anyway,tulisan ini tidak membahas detail ke situ. Let yourengineer to think about, not me he..he…

Di lapangan, untuk suatu BDV yang sudah terpasang,cara pengecekan apakah ada hidrat atau tidak,perhatikanlah jika BDV itu akan menutup kembalisehabis membuang gas. Untuk system yang dirancangotomatis, maka pada harga pressure drop tertentu(misalnya 0, 5 , 10 psi), BDV akan menutup kembali.Jika anda desainer yang smart, pasanglah delay timeruntuk penutupan BDV ini kembali, guna memberikesempatan hidrat yang terbentuk di daerah2 trim BDVtersebut luruh dengan sendirinya karena adanya panasdari lingkungan. Kecuali jika anda adalah orang yangtidak sabaran, siramlah BDV tersebut dengan air atauair panas, dijamin BDV anda bisa menutup kembalidengan cepat he..he….

Berkaca dari hal2 tersebut, saya jadi teringat konsep

passive protection dan konsep penggunaan HIPPS (highintegrity pressure protection system) di dalammendesain suatu pabrik. Dengan kedua system tersebut,saya percaya akan banyak sekali PSV dan BDV yang didelete.

Antisipasi Pembentukan Hidrat

Tak kenal maka tak sayang. Tak sayang maka tak cinta.Tak cinta jangan harap ada pengorbanan. Sebuah pepatahyang berlaku di mana-mana. Pun jua dengan hidrat.Untuk antisipasi hidrat, butuh “melek” tentang sejarahpembentukannya. Kita sudah tahu bahwa supaya hidratdapat terbentuk maka:

1. dibutuhkan air2. temperatur yang relatif rendah3. tekanan yang relatif tinggi.

Nomor 1

Kalau hidrat butuh air, tentu saja penghilangan airsangat membantu untuk menghindari terjadinya hidrat.Airnya bisa berupa air bebas (fasa cair) atau air yangberada dalam fasa uap (setimbang dengan gas alam). Airbebas umumnya dipisahkan di dalam separator sebelummelangkah lebih jauh ke proses berikutnya. Sedangkanpengurangan kadar air dalam bentuk uap di badan gasumumnya dilakukan via proses yang dikenal sebagaidehidrasi.

Unit operasi dehidrasi gas alam salah satu tujuannyaadalah supaya gas alam memenuhi stardard spesifikasiyang diperlukan oleh buyer, dan bisa juga karena hallain, misalnya untuk antisipasi pembentukan hidratataupun korosi. Operasi dehidrasi gas yang umum adalahmenggunakan kolom pengontak antara gas alam denganabsorbant. Biasanya kolom tersebut dinamakan contactordan absorbant-nya menggunakan zat kimia dari keluarga–diol, yaitu alkohol yang punya gugus hidroksil (-OH)lebih dari satu, seperti mono ethylene glygol (MEG),Diethylene Glycol (DEG), TriEthylene Glycol (TEG)bahkan ada pula yang menggunakan Tetra Ethylene Glycol(TREG). Secara umum, TEG adalah favorit.

Di dalam kontaktor, terjadi perpindahan massa air daribadan gas menuju badan glycol. Air di dalam glycolkemudian akan dilepas kembali ke atmosfer setelahdipanasi di glycol reboiler atau glycol regenerator.Jika pemrosesan gas tsb tidak terlalu concern dengantitik embun hidrokarbon, maka operasi dengan kontaktorTEG menjadi sangat sederhana. Apalagi jika bataskeluaran water content di badan gas bukanlah fungsiutama dari proses selanjutnya. Jika air tidakterkondensasi sampai ke unit operasi berikutnya, itusudah cukup, begitulah kira2. Wah jika proses andacuma sedemikian, berbahagialah anda he..he.. Karenatidak ada proses pelucutan hidrokarbon berat antarasistem dehidrasi dengan pengolahan lanjutan, makadapat dipastikan akan terjadi kondensasi hidrokarbondiantara keduanya.

Sedikit ngelantur…Operasi pemasokan gas dari beberapa PSC ke pabrikpencairan gas di Kaltim menganut filosofi tersebut.Kondensasi hidrokarbon sepanjang perpipaan antarakeluaran TEG unit menuju Bontang inlet LNG plantmemang disengaja. Kondensat yang dihasilkan akandiolah dahulu di Bontang supaya harga reid vaporpressure-nya (RVP) memenuhi standard, dan kemudiandikembalikan lagi menuju terminal penjualan di TanjungSantan, Unocal untuk dijual. Harganya?? Setahu saya,dari semua minyak bumi yang dihasilkan di Indonesia,Bontang Return Condensate (BRC) punya harga perbarrelnya tertinggi (Laporan harga jual minyak bumipertamina, Maret 2002). Minyak dari Anoa saja cumamenduduki rangking dua, yach lumayanlah he..he..

Operasi pengiriman gas seperti ini umumnya mengandungresiko liquid hold-up yang justru bisa menghambat lajupengiriman gas ke konsumen. Empat pipa besar sepanjang60 km dari Badak export manifold menuju Bontangternyata punya aturan main sendiri. Jika flow berkisarantara sekian BCFD sampai sekian BCFD, maka gunakanempat pipa. Jika kurang dari segitu, gunakan tigapipa, jika kurang lagi gunakan dua pipa, dst. Usahatersebut dilakukan untuk menjaga supaya kecepatan gasdi dalam pipa cukup untuk “menyapu” kondensat yangterkumpul selama perjalanan gas dari pabrik pemasokmenuju pabrik pencairan gas. Jika salah2

mengoperasikannya, mmh, bisa banjir kondensat.Ujungnya2 uang bisa terbakar percuma (=baca:kondensatnya dibakar)

Environmental Concern

Operasi absorbsi air menggunakan glycol ternyata punyakelemahan sejati dari sisi lingkungan. Selain menyerapair dari badan gas, glycol ternyata juga menyeraphidrokarbon berat. Beberapa di antaranya dikenal didunia kesehatan sebagai zat pemicu kanker. Empatserangkai tersebut adalah benzene, toluene,ethylbenzene, dan xylene (BTEX). BTEX dilepas ke udarabebas bersamaan dengan uap air di glycol reboiler(regenerator). Jadi kalau sudah tahu hal ini, saransaya sih jangan deket2 dech ke glycol reboiler, udahbaunya engga enak, eh malah bisa menyebabkan kankerhiiii…

Beberapa pabrik yang menggunakan sistem glycol,berusaha “mengakali” pencemaran tidak terlihat inidengan cara mengalirkan gas2 keluaran dari “stillcolumn” glycol regenerator menuju flare system untukdibakar. Hanya saja dengan cara ini, anda harusmemikirkan pressure drop yang pasti bertambah karenamau tidak mau anda harus memasang pipa dari glycolregenerator tersebut menuju flare pit. Besarnya pipatersebut adalah kritis bagi kinerja reboiler itusendiri. Ingatlah jika pipa anda kekecilan, makatekanan di reboiler akan meninggi supaya dapatmengalirkan uap air dan BTEX yang akan dibakar diflare. Akibatnya, sesuai hukum alam, titik didih airjuga akan meninggi. Artinya, anda butuh energi kalorlebih banyak, sehingga, anda harus men-cek, apakahburner system anda punya heat duty yang cukup untukkasus ini. Kalau tidak cukup, yach terpaksa anda harussedikit mengorbankan proses dengan cara mengurangilaju sirkulasi glycol….yach namanya juga usaha, bolehkhan….

Sudah selesaikah, a-ha ternyata belon. Ingatkah andagas2 keluaran reboiler tersebut banyak mengandung uapair sehingga layak disebut sebagai kukus (steam).Kukus tentu saja tidak punyai nilai bakar (heatingvalue), artinya tidak bisa dibakar. Dengan komposisi

kukus yang sedemikian besar relatif terhadap BTEX,bagaimana cara membakarnya dengan benar. Susah atuh‘Cep! Butuh metode yang khusus kali yach. Anyway, jikaitupun ada, belum tentu dari kacamata manajemen akandi-approve karena semua yang anda lakukan itu tidakada nilai ekonomisnya ha..ha.. Tapi ini sih untukmanajemen yang tidak berwawasan lingkungan. Sayayakin, semua manajemen PSC pasti berwawasan lingkungan(benarkah? he..he..he..)

Kembali ke hidrat – Integrasi proses yang rentangangguan

Untuk proses2 yang membutuhkan syarat titik embunhidrokarbon, maka kinerja contactor haruslah bagussekali supaya di area proses penurunan titik embunhidrokarbon (J-T valve, turbo expander ataurefrijerasi) tidak terjadi hidrat. Umumnya prosesdehidrasi dilakukan sebelum proses hidrocarbon dewpoint (HCDP) treatment, atau bisa pula dilakukanberbarengan ….dan inilah yang bermasalah (setidaknyamenurut saya).

Operasi pengiriman gas bawah laut melewati pipa yangpanjang, umumya punya spesifikasi tertentu. Salahsatunya adalah free liquid. Baik itu liquid waterataupun hidrokarbon. Strategi desain yang diterapkanadalah berusaha mengurangi kandungan air danhidrokarbon berat di gas sedemikian rupa sehinggatitik embun air dan hidrokarbon menjadi rendah, lebihrendah dari minimum temperatur operasi yang mungkinterjadi.

Untuk itu, kita bisa menggunakan J-T valve, turboexpander atau refrijerasi. Mengikuti kaidah prosespemisahan, jika ada komponen yang mengganggu, sepertitoxic, korosif, dll, hilangkanlah dia duluan di huluproses, sebelum melangkah lebih jauh. Maka, air harusdikurangi kadarnya terlebih dahulu sebelum memasukihidrocarbon dew point (HCDP) treatment. Prosespengurangan kadar air di badan gas, seperti yang telahtersebut di atas, umumnya berupa dehidrasi dengankolom TEG. Dari contactor, maka gas dialirkan ke HCDPtreatment, kemudian masuk ke separator, dan barudipasok ke konsumen. Karena temperatur keluaran HCDP

treatment tersebut adalah titik embun dari hidrokarbonitu sendiri, maka dibutuhkan pemanasan supaya gaskeluarannya mempunyai temperatur di atas titik embuntersebut. Energi kalor yang harus disediakan akandisuplai dari sistem gas itu sendiri. Jadi gas yangakan masuk HCDP treatment, akan memanasi gas dinginyang keluar dari HCDP treatment itu sendiri. Prosespertukaran panas itu terjadi di heat exchanger (HE).Suatu integrasi proses yang umum. Jadi alur-alirprosesnya adalah demikian: gas ke dehidrator, masuk keHE, masuk ke HCDP treatment, masuk ke separator, lalubalik lagi masuk ke HE, baru dikirim ke konsumen.Cantik!

Masalahnya kemudian, orang mulai melirik bahwa kolomdehidrasi yang besar tersebut dinilai kemahalan. Maka,dipikirkan untuk menggabungkan antara kolom dehidrasi(contactor) dengan HE. Dan jadilah heat exchanger yangdilengkapi dengan spray nozzle. Spray nozzle ini akanmenyemprotkan glycol. Nozzle2 tersebut di pasangsedemikian rupa sehingga semprotannya bisa membasahigas yang masuk ke HE. Proses keseluruhan berubah jadi:gas masuk HE yang dilengkapi nozzle (yangmenyemprotkan glycol), lalu masuk ke HCDP treatment,lalu masuk ke separator 3 fasa (gas , kondensat,glycol-air), gas dimasukkan kembali ke HE, baru dikirmke konsumen. Glycol-air dipisahkan di sebuah sistemregenerasi yang serupa dengan sistem glycol yengmenggunakan contactor.

A-h-a, disinilah problem dimulai. Kenapa?

Pertama: kita sudah mulai menggantikan proses absorbsidi kolom dengan model spray. Artinya, jumlah baki(tray) di dalam absorber, yang merepresentasikan tahapkesetimbangan perpindahan massa, digantikan hanyadengan semprotan beberapa nozzle. Apa yakin hasilnyabagus? Tapi orang akan debat ke saya, yach, bisa kitalebihkan semprotan glycolnya donk ‘Yo, untuk coverketidak-efisienan proses absorbsi tersebut.

Yang kedua: biasanya temperatur operasi HE relatifrendah,TEG akan menderita di laju alirnya, karenasifatnya bisa jadi pekat (viscous) ketikatemperaturnya rendah. Ah, orang akan debat lagi, gantidonk TEG-nya dengan yang lebih compatible di

temperatur rendah, seperti DEG. Oke dech ka-ka!.

Pertanyaan ketiga: glycol itu, salah satu penyakitnyaadalah kerap membentuk foaming, apalagi temperaturnyarendah. Lha, apa antisipasinya??? He..he…Kalaufoaming, sebesar apapun separator kita, carry overliquid pasti terjadi. Ujung2nya gas kita tidakmemenuhi titik embun yang dipersyaratkan.

So, silakan memilih sendiri, anda suka proses yangmana…..

Nomor 2

Hidrat terbentuk pada temperatur yang rendah. Caramengantisipasinya bisa dengan menaikkan temperatur.Ingatkah anda akan kurva kesetimbangan multikomponen(phase envelope) yang pernah saya tulis terdahulu dimiling list migas (baca: sometimes I hate J-T valve).Bentuknya seperti bukit, daerah di dalam bukittersebut berupa dua fasa dalam kesetimbangan. Kurvatersebut di plot dengan sumbu tegaknya, y, adalahtekanan, dan sumbu rebahnya, x, adalah temperatur.

Kurva kesetimbangan hidrat, pada umumnya akan memotongkurva bukit itu menjadi dua bagian yang tidaksimetris. Tapi bisa juga, tergantung komposisi danbesaran operasi yang diperlakukan (tekanan dantemperatur), kurva hidrat dapat berada di luar kurva“bukit” tadi.

Marilah ambil contoh kurva hidrat yang memotong phaseenvelope menjadi dua bagian. Daerah di bagian kiri danatas kurva adalah daerah di mana secara termodinamika,hidrat dapat terbentuk. Di luar daerah tersebut, bebashidrat. Anda mempunyai gas yang beroperasi pada daerahkurva di mana hidrat mungkin terjadi. Untukmengantisipasinya, anda memanasi gas tersebut sehinggatitik operasi bergeser pada tekanan yang tetap menujuke kanan, sampai menyentuh kurva kesetimbangan hidrat.Pada titik ini, energi pemanasan akan digunakan untukmembuyarkan hidrat (dissociation) dan kemudian teruslanjut sampai gas anda bergeser ke kanan menjauhikurva kesetimbangan hidrat tadi.

Yang harus dicermati adalah, anda harus segeramembuang air yang ada di sistem di mana gas andamenjadi hidrat tadi, supaya hidrat tidak mudahterbentuk kembali. Ada suatu teorema menurut ilmukinetika pembentukan hidrat. Jika air dibebaskan darihidrat, maka struktur sarang hidrat di air, masih sajatersisa. Jika kasus yang dipanasi itu pipa misalnya,lokasi pemanasan adalah hal yang kritis. Bisa jadi diarea beberapa km dari tempat pemanasan temperaturnyasudah turun kembali. Dan jika kondisinya memungkinkankembali membentuk hidrat, maka kecepatan reaksipembentukannnya akan jauh lebih cepat dari yangpertama kali. So, you must consider that.

Safety Concern – Overpressure karena pemanasan

Ketika hidrat terbentuk, biasanya, daerah disekitarnya akan turun tekanannya karena dengan tiba2gas “bergabung” dengan air membentuk fasa padat. Nah,jika dipanaskan, hidrat akan meleleh, dan gas2tersebut akan terlepas kembali serta akan menaikkantekanan di sekitarnya. Jika temperatur pemanasanterlalu tinggi, maka mengikuti hukum gay-lussac (hukumgas ideal), maka tekanan gas juga akan semakinmeninggi. Jika operasi pemanasan dilakukan dengansembrono, tidak mustahil, hidrat akan hilang darisistem, tapi sistem operasi anda juga “hilang” karenameledak, tak tahan dengan overpressure.

Menurut Prof Sloan, ada juga metode pemanasan hidratyang menggunakan chemical. Chemical tersebut, sebutlahnatrium nitrat yang direaksikan dengan amonium nitrat.Reaksi ini bersifat exotermik, artinya melepaskanpanas. Beauty! But, hasil reaksi ini tidak disukai,karena akan menghasilkan air, natrium nitrit, sertanitrogen. Udah ada panas dan ada gas nitrogen, makaancaman overpressure tetap selalu ada. Dan lihatlah,dia juga menghasilkan air lagi……mbulet!

Nomor 3

Operasi penurunan tekanan atau depressurising untukantisipasi pembentukan hidrat, normalnya tidakterkenal di unit pemrosesan gas. Teorinya memang

benar, karena hidrat terbentuk pada tekanan tinggi,mengapa tidak kita turunkan saja tekanannya? Tetapiseperti yang pernah saya paparkan terdahulu, operasipenurunan tekanan akan berefek pada penurunantemperatur (kecuali pada gas2 yang bertekanan sangattinggi , 8000 – 10000 psia, yang punya slop negatifdari joule-thomsonnya).

Penurunan temperatur dapat berakibat daerah operasigas anda justru lebih masuk ke dalam kurva pembentukanhidrat. Ini cilaka dua belas. Apalagi kalau anda nekatmenggunakan prinsip penurunan tekanan yang berbasisisentropik (adiabatic reversibel) seperti operasi diturboexpander, walah, semakin mungkin dia jauh masukke kurva kesetimbangan hidrat. Kenapa? Karena sloppenurunan tekanannya lebih landai dari depressuringvalve biasa (yang notabene isenthalpic itu looh!).

Itu dari sisi teorinya. Di lapangan, apakah anda akanmembiarkan gas di depressurise begitu saja meskipunoperasi sedang on-line. Khan tidak mungkin, bisa2plant shutdown donk dan anda akan langsung terkenalseantero platform he..he….

Sebenarnya, bisa saja anda menurunkan tekanan tapitemperaturnya tidak turun drastis, yaitu dengan caradicicil. Perhatikan contoh yang saya utarakan di depantentang fuel gas control valve yang pada kondisi lajualir gas yang besar bisa menghasilkan hidrat. Kalaukondisi tersebut jarang2 terjadi, lebih baik gunakansaja metanol (sbg inhibitor), tetapi jika kondisitersebut kontinu, uang untuk beli metanol sebaiknya“ditukar” untuk membeli separator dan control valvelagi. Kenapa? Karena bermodalkan kesetimbangan fasagas dan kurva pembentukan hidrat itu sendiri, gantiansekarang kita yang “mencuri” dari hukum alam itu.

Jadi, depressuringnya kita cicil. Lewat kontrol valveyang pertama, lalu masukin ke separator, dan masukanlagi kontrol valve yang kedua, selanjutnya baru menujuke proses. Diharapkan, dengan bantuan proses simulasitentunya (seperti hysys atau aspen atau sekarang jadiAssys kali yach… karena pabriknya hysys yaituhyprotech sudah dibeli Aspen, dll), kita bisamenebak2, dimana kira2 temperatur keluaran PCV yangtidak menghasilkan hidrat. Fungsi separator tentunya

untuk menampung cairan yang terbentuk ketika adakondensasi setelah lewat PCV, sekaligus untuk mengubahposisi kurva kesetimbangan fasa (phase envelope) agarlebih bergeser ke kiri. (catatan: semakin ringan suatuhidrokarbon, maka kurva kesetimbangannya akan bergeserke kiri, yang berarti dew pointnya juga semakinrendah!) Mudah2an dengan cara ini anda selamat darihidrat ?@#$%

Kenapa saya katakan mudah2an. Ingatlah bahwa sejatinyatidak semua komponen gas alam itu bisa membentukhidrat, dan umumnya yang bisa membentuk hidrattersebut adalah komponen yang ringan. Jadi, jika malahdipisahkan di separator, ada kemungkinan posisi kurvakesetimbangan hidratnya malah bergeser sedemikian rupasehingga masalahnya lebih ruwet dari sebelumnya. Jadiharus hati2. Ini juga berlaku jika anda hendak“mencicil” PSV seperti yang diterangkan di awal2cerita ini. Jadi, gampang2 susah juga rupanya….

Safety Concern – Bahayanya depressuring untukpenghilangan hidrat

Tetapi jika pipa anda misalnya, sudah jelas membentukhidrat, maka cara yang termurah memang cumadepressuring. Hanya saja, untuk melakukan hal ini,haruslah di blowdown dari kedua sisi pipa tersebut, diinlet dan outletnya. Jika cuma satu sisi,dikhawatirkan kristal hidrat yang masih ada akanterlontar seperti pelor di dalam pipatersebut…jdeng-jdeng, karena adanya gradien tekanan.Menurut orang yang mencobanya di lapangan, kecepatanhidrat yang di depressurise dari satu sisi saja bisamencapai 83 m/s atau sekitar 300 km/jam. Sepertibalapan formula 1 saja….Depressuring dari dua sisijuga tetap harus hati2 karena tetap saja ada gradientekanan, meskipun sekarang outletnya terbagi dua. Jadiyang paling aman adalah di depressurise dari dua sisidan jangan cepat-cepat, must be slowly and gently…..Antisipasi pembentukan hidrat yang lain – penggunananinhibitor termodinamika

Seperti yang diceritakan di muka, salah satu inhibitorhidrat yang terkemuka adalah metanol dan glycol.Selain itu ternyata amoniak juga pernah digunakan

sebagai inhibitor, bahkan air laut saja bisa (untukyang air laut ini, saya konfirm sekali karena pernahmelakukan percobaan di lab). Untuk itu bolehlah sayasedikit bercerita prinsip kerjanya….

Inhibitor dari keluarga alkohol yang terkenal adalahmetanol. Gugus hidroksil (-OH) dari metanol akanmengikat air via ikatan hidrogen serta gugushidrokarbonnya ternyata juga bisa mengorganisir supayasarang2 air mendekatinya. Jadi molekul gas yangterlarut di air harus berkompetisi dulu dengan metanolini. Biasanya molekul metanol-lah yang menang dalamkompetisi tersebut. Tetapi yang namanya kompetisipasti ada juga “runner-up”nya khan, maksudnya, hidrattetaplah dapat terbentuk meski ada inhibitor, tetapiterbentuknya pada daerah operasi yang lain. Maksudkita menambahkan inhibitor hanyalah supaya hidrattidak terbentuk pada daerah operasi yang diinginkan.Jika di plot di kurva kesetimbangan, hadirnyainhibitor akan menggeser kurva kesetimbangan ke arahkiri, maksudnya, lebih butuh tekanan yang lebih tinggilagi atau temperatur yang lebih rendah lagi supayahidrat terbentuk.

Keluarga glycol, seperti EG, DEG, TEG dan TREG bisamenyediakan kemampuan yang lebih dari metanol untukantisipasi pembentukan hidrat. Secara nalar saja gugushiroksil dan hidrokarbonnya saja lebih dari metanol(maklum, berat molekulnya kan lebih besar darimetanol). Sebagai akibat besarnya harga berat molekulglycol, do’i ini punya harga volatility yang rendah,sehingga relatif mudah di recovery. Engga heran jugajadinya harganya relatif lebih mahal darimetanol……hukum ekonomi…high quality-high cost, lowquality-low cost, mau dapat yang bagus, mana bisabayarannya murah! Jadi engga heran, metanol lebihsering diinject di choke2nya sumur ketimbang glycol.Dan kalau dibalik, tentunya ada pertimbangan yangsangat special, atau pasti anda adalah seorang yangtajir (=kaya) sekali he..he…

Kata orang2 pintar dahulu, amoniak pernah dijajalkinerjanya sebagai inhibitor hidrat. Awalnya amoniakmenunjukkan kinerja dua kali lebih bagus dari metanol.Tetap untuk jangka waktu yang lama, eh ternyata diamulai bereaksi dengan karbon dioksida dan air dan

membentuk padatan amonium karbamat, karbonat, sertabikarbonat. Ketiga zat tersebut ternyata lebih“menjengkelkan” ketimbang hidrat. Apalagi penangananamoniak sendiri butuh safety concern tersendiri. Soindustri kemudian menolaknya….

Ada satu lagi inhibitor hidrat yang jarang digunakankarena bisa menyebabkan korosi, yaitu air laut. Garamyang terkandung di air laut ternyata sanggup menarikmolekul2 air yang sedang “mengerubungi” hidrat.Tarikan ion2 garam tersebut lebih besar dari gaya vander waals yang mengikat molekul hidrokarbon (pembentukhidrat) dengan air. Dan lagipula, adanya garam di airternyata juga menurunkan kelarutan gas2 alam di dalamair. Seperti yang sudah2, dibutuhkan temperatur yanglebih rendah lagi dan tekanan yang lebih tinggi lagisupaya hidrat dapat terbentuk.

Inhibitor kinetika – Ilmu yang belum lengkap

Dari semua cerita tentang hidrat, umumnya berbicaratentang termodinamika pembentukannya, serta bagaimanacara menggeser atau menghindari kurva pembentukanhidrat tersebut. Padahal, ada satu cabang lain yangsedang dikembangkan, yaitu kinetika atau lajupertumbuhan hidrat. Hanya saja, katanya sih ilmu inibelum lengkap.

Teori kebimbangan metanaContoh sederhana adalah gas metana. Perhatikan kurvapembentukan hidrat dari gas metana murni sertabandingkan dengan gas yang terdiri dari metana danetana. Kurva dari metana tersebut akan berada jauh diatas kurva gas metana dan etana. Artinya, komposisigas metana dan etana lebih mudah membentuk hidratketimbang metana murni.

Selidik punya selidik, Prof Sloan bilang lagi, bahwakristal hidrat itu terdiri dari dua struktur, strukturI & II. Metana bisa menjadi hidrat yang berstruktur Iataupun yang II. Tetapi, rasio diameter molekul metanaterhadap diameter molekul sarang air, untuk struktur I& II cuma berbeda 0.5%. Dan pusinglah metana, mau

pilih yang mana? Akibatnya, pembentukan hidrat darimetana murni butuh waktu tertentu. Waktu ini dikenalsebagai waktu induksi. Jadi ketika metana dikasihetana, maka dia lebih cepat membentuk hidrat, karenaetana sukanya di struktur I. Kalau metana dicampurpropana atau isobutana, dia juga akan cepat membentukhidrat, tidak butuh waktu induksi, karena propana danisobutana cuma bisa membentuk struktur II. Maklumdiameter molekul kedua zat ini cuma bisa ditampungoleh struktur II. Perhatikan implikasinya terhadapgas2 alam yang ada, kan tidak ada yang murni metana.Berarti jika terbentuk hidrat, waktunya akan sangatcepat sekali, karena waktu induksinya mungkin tidakada. Benarkah?

Menurut Larry PhD, kawannya Prof Sloan, meskipun ilmukinetika hidrat belumlah lengkap, tetapi ternyataoperasi2 produksi gas di laut utara sudah ada yangmenggunakan inhibitor yang berbasis kinetika.Untungnya apa? (sebuah pertanyan yang wajar khan?)untungnya, tidak butuh laju alir inhibitor sebesarmetanol. Tahukah anda kebutuhan metanol untukinhibitor hidrat terkonsumsi jadi tiga bagian:pertama untuk inhibitor, kedua metanol yang loss difasa gas, dan yang ketiga adalah yang larut denganhidrokarbon cair. Walah, rugi donk awak!

Berdasarkan pertimbangan ekonomis inilah orang2 mulaimencari cara lain. Nampaknya teori waktu induksitidaklah cukup untuk dapat menjelaskan fenomena yangterjadi.

Allah itu Maha Besar – sungguh!

Ketika kondisi termodinamika sedemikian kondusifnya,molekul2 hidrokarbon mulai memasuki sarang2 air.Sarang2 tersebut kemudian berkumpul untuk membentuksuatu kristal hidrat, yaitu struktur I & II. Keduastruktur ini terus membentuk suatu inti dari kristal.Inti dari kristal inilah yang selanjutnya berbiakmenjadi hidrat yang padat.

Inhibitor kinetika jenis pertama, lucunya juga bernamasama, yaitu kinetic inhibitor atau ada juga yangmenyebutnya sebagai anti-nucleator. Tujuannya yaitu

memperlambat pembentukan inti dari kristal hidrat.Menurut kepala penelitian hidrat dari perusahaanminyak raksasa Shell, Pak Klomp, inhibitoranti-nucleator adalah mencuri salah satu kemurahanTuhan yang diberikan kepada ikan-ikan di sekitardaerah kutub.

Air laut akan membeku jika suhu mencapai di bawah –1.9C, tetapi mengapa ikan tidak membeku? Tuhan MahaKuasa, maka dengan enaknya dia bisa memberikan ikansuatu kelebihan, yaitu dapat mengeluarkan semacamprotein yang akan membungkus calon inti es, sehinggapertumbuhan kristal es menuju inti kritis menjaditerlambat, dan ini yang menyebabkan ikan tidakmembeku. Allahu Akbar!!

Mencermati hal tersebut, Shell mengembangkan suatuinhibitor yang berprinsip kerja serupa, yaitu denganmembungkus kristal2 hidrat tsb (struktur I & II)sehingga susah mencapai bentuk inti-nya, sehinggapadatan hidrat tidak terbentuk. Perkembangan risetselanjutnya membuktikan bahwa penggunaan protein tsbternyata tidak ekonomis untuk skala besar, dan mulailagilah orang2 Shell mencari2 chemical yang lebihmurah tapi berkinerja seperti protein ikan. Terpilihsuatu jenis polymer yang diharapkan berkinerja samadengan yang dipunyai ikan tadi. Ternyata, menurut PakKlomp lagi, kinerjanya malah lebih jelek. Tetapi inimemberikan suatu pencerahan, bahwa ternyataanti-nucleator punya keterbatasan, yaitu bahwa tidaksemua permukaan dari kristal hidrat dapat diselubungipada suatu dosis inhibitor yang ekonomis. So good byeanti-nucleator……..

Usaha Shell membuahkan hasil kembali, yaitu denganditemukannya inhibitor kinetika yang dinamakananti-agglomerant. Inhibitor ini bekerja justru denganmembiarkan inti kritis hidrat terjadi, tetapi dia akanmenghambat pertumbuhan inti tersebut menjadi padatanhidrat yang lebih besar. Prinsip kerjanya adalahdengan “menempelkan” bahan kimia khusus ke badan dariinti2 kristal hidrat sehingga ketika akan menyatumenjadi hidrat yang besar, tidak bisa jadinya, karenaterhalang oleh bahan kimia tadi. Mungkin kerjanyamirip2 surfactan seperti deterjen. Biarlah banyak intihidrat yang tersuspensi di air, asal jangan memblock

pipa, begitu kira2. Jenis inhibitor ini terbagi dua,satu yang larut di air, dan satu bisa larut dihidrokarbon. Dosisnya? Cuma 1% dari laju air yangada….joss juga nih. Katanya sih, Shell udah mendekatidua perusahaan chemical terkemuka yaitu BakerPetrolite dan Akzo Nobel untuk membuatnya dalam skalabesar, dan tentu saja menjualnya …

Anyway, storynya sampai di situ saja...

Pertanyaan orang awam yang muncul adalah, kapan sihsaat yang tepat untuk memilih menggunakan inhibitortermodinamika atau kinetika. Well, saya juga tidaktahu, tapi melihat ulasannya Pak Klomp,anti-agglomerant baik digunakan jika operasihidrokarbon saudara jauh berada di dalam daerahpembentukan hidrat. Jika cuma sedikit masuk di daerahhidrat, yach pilih yang termodinamika dulu lah.. (itumaksudnya mungkin…). Tapi ada satu point yang mungkinberguna. Jika menggunakan anti-agglomerant yangberbasis larut di air, hati2 jika sumur anda highwater cut, bisa2 dia lebih memilih larut di airketimbang “bergabung” dengan inti kristal hidrat….

Step Ahead

Semua tulisan di atas ada satu benang merahnya, yaitumelulu menjelekkan hidrat. Tetapi benarkah dia tidakberguna sama sekali. Apa iya Tuhan menciptakan sesuatutanpa maksud? Tentu saja tidak.

Di daerah yang umumnya dingin, gas2 alam yang terjebakdi bumi ternyata ada yang membentuk hidrat. Menurutdua ahli hidrat terkemuka dunia, yaitu Prof. Makogonyang mewakili dunia timur serta Kvenvolden, yangmewakili dunia barat, menyatakan bahwa total jendraljumlah gas yang terjebak di perut bumi dalam bentukhidrat, adalah melebihi kandungan energi dari totalbahan bakar fosil yang ada dunia?? Meskipun mengatakanhal yang sama, namun Thomas M Quigley dari BP Sunburymengatakan jumlahnya tidak sebesar itu.

Masalah yang berat diselesaikan untuk kasus reservoirdalam bentuk hidrat adalah, letaknya yang tersebarserta kondisi pengeboran yang katanya lagi tidak

stabil, benarkah? Anyway, dalam bukunya, Sloan jugamenyebutkan bahwa ada beberapa field di Rusia yangmenghasilkan gas berbasis reservoir hidrat, dan sudahberoperasi lebih dari 27 tahun! Bagaimana metodaoperasinya? To be honest, I’m blind, tapi saya kirapasti akan menggunakan prinsip2 peluruhan hidrat,entah itu dipanasi, yaitu diinject pakai fluida yangpanas, atau di depressurise. Oke, kita tidak akanterlalu jauh ke situ….

Denger2 juga, masalah transportasi gas alam (pakaikapal tanker) dalam bentuk hidrat, ternyata bisaekonomis juga, benarkah? Setahu saya, ongkospengangkutan gas alam memakai pipa di offshore hanyaekonomis untuk jarak pipa yang kurang dari 2000 km (?)Apakah memang dengan merubahnya menjadi hidrat bisaterpecahkan? Bukankah juga BP sekarang lagimengembangkan pipa berjenis material tinggi (sampaigrade X100 kali yach) sehingga untuk suatu designpressure yang sama, pipanya jadi lebih tipis, yangmudah2an akan jadi lebih murah? Nah apakah dengan iniberarti jarak tempuh ekonomis dari pipa offshore akansemakin melebar? Ah, saya tidak tahu, mungkin istrisaya yang lagi ngulik2 masalah transportasi gas alamini bisa jelasin lebih lanjut. Mudah-mudahan diabersedia…

Alternatif mengurangi pencemaran karbondioksida diatmosfer.Ketika karbon dioksida mulai menggelisahkan masyarakatdunia, lantas orang mulai berpikir untukmenghilangkannya. Melihat strukturnya yang stabil,tentu saja energi untuk melepaskan ikatam molekulnyasangat besar. Pembakaran biasa tentunya tidak bisamenghancurkannya, malah menambahnya jadi lebih banyak,ingatkan, hasil pembakaran suatu zat yang mengandungatom karbon dan hidrogen pasti akan menghasilkan airdan…karbondioksida. Tidak heran pembakaran bahan bakarfossil dituding sebagai biang keladi dari akumulasigas efek rumah kaca ini.

Pabrik gas alam tak ayal juga adalah salah satupenghasil karbon dioksida sejati, karena umumnya pastiada pembakaran. Bayangkanlah, jika operasi blokAlpha-D di East Natuna dioperasikan oleh ExxonMobil,

mau dikemanakan-kah karbondioksidanya. Katanya, 70%kandungan gasnya adalah CO2. Mau di venting begitusaja ke udara? No way my friend, so what?

Jepang adalah salah satu negara yang jugamengkhawatirkan hal ini. Peneliti Jepang mulai menaruhperhatian pada laut sebagai “tempat” sampah dari CO2.Gas CO2 diinjeksikan ke dalam laut guna direaksikandengan air laut pada kedalaman tertentu. CO2 yangterlarut di air akan bereaksi membentuk hidrat dangaram2 karbonat yang mengendap di dasar laut.

Sayangnya, tidak semua CO2 ternyata bisa “diserap” airlaut. Tetap saja ada yang terlepas ke udara. Tetapikata peneliti jepang, Pak Sakai, jika andamenginjeksikan CO2 di kedalaman 3000 m, dipastikantidak akan ada CO2 yang terlepas ke udara, karena padasaat itu densitas CO2 lebih besar dari air laut. (lautmana yach yang kedalamannya segitu…..)

Anyway, tentu saja para ahli lingkungan sangat gusarmenanggapi ide penginjeksian CO2 ke laut. Memang sihsecara global, efek penginjeksian CO2 ke dalam lauthanya akan menambah sekitar 0.016% kandungan karbonper tahun di laut jika semua CO2 di bumi inidiinjeksikan. Tetapi secara lokal, injeksi CO2ternyata mempengaruhi perilaku organisme di dalamlaut. Aliran CO2 menyebabkan timbulnya aliran air lautdi sekitar lubang pembuangan sehingga menimbulkanaliran makanan bagi organisme tersebut. Bahkankatanya, saking banyaknya makanan di sekitar lubang,sampai2 lubang pembuangan itu bisa2 tertutup olehorganisme tadi. Engga aneh, ada gula ada semut. Tetapiyang tidak enak di dengar adalah pH air laut disekitar lubang pembuangan bisa turun jadi 3,5. Asamsekali air lautnya, dan ini merupakan ancaman seriusbagi semua yang hidup di sekitar lubang tersebut…….

Adakah cara lainnya yang lebih aman?Dengar2 ada metode untuk menyimpan CO2 dalam perutbumi, tepatnya di dalam aquifer (?). Di lapisan initerdapat banyak air yang jika ketemu CO2, maka hidratbisa terbentuk. Apalagi didukung oleh kelarutan CO2 diair yang relatif baik ketimbang komponen gas alam yangberbasis hidrokarbon. Jadi bukan produced water sajayang bisa diinjek ke perut bumi, CO2 juga bisa diinjek

untuk disimpan sebagai hidrat. Ide yang hebat! Sampaidi manakah hasil penelitian ini? I do not know,biarlah orang2 yang berkompeten menjawabnya. Saya cumasekedar bercerita…….

Viva Process Engineering

SalamCahyo Hardo

Note: Buat Redy & Pak Sanggono PhD, tulisan contekanini sekedar buat nostalgia masa lalu, meski ternyatamasih terpakai di dunia kerja saya hingga sekarang.Salam hormat dan sejahtera selalu.

Sumber Contekan:

1. Cahyo Hardo, Redy Ferryanto, Sanggono AdisasmitoPhD, “ Termodinamika dan Kinetika Pembentukan HidratKarbon Dioksida dan Hidrat Gas Alam Berkadar KarbonDioksida Tinggi dengan Air Laut”, TK-470 PenelitianS-1, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas TeknologiIndustri, Institut Teknologi Bandung, 1996.

2. E. Dendy Sloan Jr., “Clathrate Hydrates of NaturalGases”, Colorado School of Mines, Golden Colorado,Marcel Dekker Inc, New York, 1990.

3. Gas Conditioning & Processing, “Water-HydrocarbonPhase Behavior”, Larry L. Lily PhD, Vice PresidentJohn Campbell Company, Ho Chi Minh City, Vietnam,2002.

4. Technologies for The Gas Economy, Thomas M Quigley,Technology Vice President, Gas and Power, BP Sunbury,UK.

5. Holding Hydrates at Bay, Terry Knot, OilOnline,August 23, 2001.

6. Hydrate Dissociation in Pipeline by Two-sidedDepressurization: Experiment and Model, Peters, Selim,

and Sloan, E.D., Center for Hydrate Research, ColoradoSchool of Mines, Golden, CO 80401.