Gas Handling

32
DEHYDRATE NATURAL GAS D. SUBYAR MUJIHANDONO, ST

description

Teknik gas handling

Transcript of Gas Handling

Gas handling

Dehydrate natural gas

D. SUBYAR MUJIHANDONO, STDehydrate Natural GasAlasan utama dilakukan dehidrasi pada gas adalah :Natural gas yang bercampur dengan cairan atau air bebas yang membentuk hidrat bisa menyebabkan valve fitting tersumbat atau bahkan pipeline.Jika tidak dipisahkan dari air yang terproduksi, natural gas bersifat korosif, apalagi jika terdapat CO2 dan atau H2S.Jika bisa terkondensasi di dalam pipe line yang pada akhirnya bisa mengakibatkan terjadinya aliran slug dan memungkinkan erosi dan korosi.Uap air dapat meningkatkan volume dan menurunkan heating value dari gas.Pada kontrak penjualan gas, nilai maksimum water content biasanya adalah 7 lb. H2O per MMscf pada dew point.Mencapai suatu kualitas gas yang diinginkanMetoda Dehidrasi Dalam Industri PerminyakanTerdapat beberapa metoda yang bisa digunakan untuk menghidrasi natural gas dari air, yaitu :Solid Dessicant (alumina, silica gel, molecular sieves)Liquid Dessicant (glycol)Expansion RefrigenerationCalcium Chloride.

Liquid Dessicant (Glycol)

Proses pemisahan natural gas dari uap air secara liquid dessicant disini maksudnya adalah pemisahan uap air dengan menggunakan glycol. Glycol merupakan zat cair yang mempunyai daya serap yang tinggi terhadap air. Bahan dasarnya berupa alkohol, tidak berbau, tidak berwarna, kekentalannya rendah dan titik didihnya tinggi yaitu 546 F.

JENIS-JENIS GLYCOL1. Ethylen Glycol (EG)2. Diethylen Glycol (DEG)3. Triethylene Glycol (TEG)4. Tetraethylene Glycol (TREG)Jika dibanding 4 macam glycol di atas maka jenis yang paling umum digunakan adalah Triethylene Glycol (TEG).Keunggulan utama dari TEG, selain biaya lebih murah adalah :TEG lebih mudah diregenerasi, juga bisa untuk dew-point depression natural gas dalam range 80-150 F.Temperatur dekomposisi = 404 F,sementara DEG= 328 FLebih banyak menyerap uap air dibanding EG atau DEGCapital cost dan operating cost lebih rendah.TEG tidak terlalu viscous diatas 70 F.

Sedangkan kekurangan dari glycol adalah :

1. Glycol mudah terkontaminasi2. Water dew pont dibawah -25 F membutuhkan stripping gas dan stilll colom3. Glycol akan bersifat korosif jika terkontaminasi atau terdekomposisi.Tempat terjadinya penyerapan uap air oleh Glycol ini disebut kontaktor atau menara absorber, yang didalamnya berisi beberapa tray. Glycol yang sedikit mengandung uap air (Dry Glycol) masuk kontaktor dari bagian atas dan wet gas masuk kontaktor dari bagian bawah. Di dalam tray inilah terjadi kontak antara gas yang mengalir keatas dan glycol yang mengalir ke bawah, Glycol yang keluar dari bagian bawah kontactor ini relatif banyak mengandung air, yang disebut Wet Glycol dan gas yang keluar dari atas kontactor disebut dry gas.LANJUTAN.Wet Glycol ini agar dapat dipakai untuk menyerap uap air lagi maka harus dipisahkan lagi airnya dengan jalan dipanaskan/di didihkan agar air dapat menguap dan terpisah sehingga diperoleh dry glycol. Proses pemisahan air air dari glycol ini disebut proses Distilasi, yaitu proses pemisahan zat cair berdasarkan perbedaan titik didih. Titik didih air 212 F, sedangkan titik didih glycol (TEG) 546 F. Dengan memanaskan wet glycol diatas titik didih air dan dibawah sedikit titik didih glycol maka air akan menguap terpisahkan dari cairan glycol, alat untuk memanaskan wet glycol ini disebut Reboiler, yang diatasnya berdiri menara distilasi, bagian bawah berisi Packing, sedangkan bagian atas coil yang didalamnya mengalir wet glycol dingin.

LANJUTAN.Proses absorbsi di kontaktor akan berjalan secara efektif apabila suhu glycol relatif rendah. Oleh sebab itu dry glycol yang keluar dari reboiler itu harus didinginkan dahulu menggunakan beberapa seri Heat Exchanger sebelum masuk kontaktor.

hydrateHydrate adalah suatu zat padat yang merupakan campuran antara air dan hidrokarbon ringan yang dapat terjadi diatas titik beku air. Semua kristal hidrat berbentuk kubus atau gabungan antara beberapa kubus sehingga molekul hidrokarbon terperangkap. Molekul-molekul methan, ethan, dan hidrogen sulfida dapat menempati rongga-rongga yang ukurannya kecil, sedangkan molekul-molekul propan dan butane hanya menempati rongga yang berkuran besar. Bila dalam piping sistem/proses terbentuk hydrate, maka akan timbul berbagai kesulitan yakni mulai dari pressure drop yang besar sampai kondisi ekstrim yang terjadi penyumbatan. Hydrat akan terbentuk bila dipenuhi 2 (dua) kondisi berikut:Ada air bebas (free water)Suhu operasi gas berada pada atau dibawah suhu pembentukan hidratLANJUTAN.Secara popular Hidrat disebut sebagai kristal serupa dengan salju-kotor yang sangat keras. Terdiri dari 90% fasa air dan 10% fasa komponen gas HC dan molekul-molekul non HC, misalnya gas CO dan atau H S. Secara mikro molekul-molekul fasa air pada suhu dibawah 4 der.Celcius ( 39 der.F) mengalami peristiwa anomali sifat air, yaitu memuai. Pengembangan ini menyebabkan jarak antara molekul air membentuk rongga-rongga atau sarang-sarang (water lattices) dimana molekul-molekul gas HC/non HC pembentuk hidrat mengisi dan embedded didalamnya dan stabil.

LANJUTAN.Komponen-komponen gas HC yang dapat membentuk hidrat adalah : Methane (C1), Ethane (C2), Propane (C3), Iso/Normal Butane (i C4 dan n-C4).Rumus-rumus molekul hidrat gas adalah:Hidrat Metana: CH4.7H OHidrat Etana : C2 H6.8H OHidrat Propana: C3 H8.18 H O

2.5.1 Efek-Efek Negatif Pembentukan HydrateMasalah-masalah dan efek-efek negatif yang ditimbulkan dari pembentukan hidrat yang menyebabkan kebuntuan didalam system aliran produksi gas harus menjadi perhatian yang serius dari perusahaan produksi dan pemrosesan gas. Agas dapat melaksanakan dan mempertahankan (maintain) operasional yang aman, efektif dan cukup handal (reliable) secara keseluruhan. Untuk itu dibutuhkan informasi dan data yang akurat antara lain mengenai lokasi atau titik-titik rawan pembentukan hidrat, jumlah dan skala pertumbuhan hidrat dan process flow diagram dan berbagai scenario penanganan dan produksi.

LANJUTAN.Hidrat pada umumnya dapat terbentuk didalam aliran produksi gas yang dinginkan sampai pada atau dibawah suhu pembentukan hidrat pada tekanan tertentu. Hal mana juga akan sangat dimungkinkan bilamana didalam sistem terdapat kondensasi sejumlah liquida air bebas. Terjadinya penyumbatan atau pembuntuan didalam pipa-pipa aliran produksi gas dan kemungkinan terjadi interupsi atau gangguan pengaliran (down time) pasok gas karena kerusakan peralatan oleh hidrat. Keduanya merupakan masalah operasional yang harus dihindarkan.

Variabel-variabel kecepatanpembentukan hidrat:1. Tekanan. Makin tinggi tekanan makin cepat terbentuk hidrat.2. Temperatur. Makin rendah temperatur makin cepat terbentuk hidrat.3. Derajat agitasi. Adanya proses pengadukan mempercepat pembentukan hidrat.4. Adanya tempat untuk terbentuknya kristal (misalnya elbow, bekas las, dll). Adanya tonjolan akan memicu terbentuknya hidrat pertama kali.Hidrat pada mulanya terbentuk di tempat yang tidak halus, misalnya pada bekas las pipa, kemudian hidrat makin menumpuk di tempat tersebut dan akhirnya dapat menyumbat pipa. Pembentukan hidrat dapat dicegah dengan cara mengurangi kandungan uap air dalam unit dehidrator atau menginjeksikan glikol atau methanol untuk mengikat air pada aliran gas.LANJUTAN.Pembentukan hidrat sangat tidak diinginkan dikarenakan antara lain :Hidrat yang keras dan akumulasi deposit akan menyempitkan dan membuntukan diameter pipa aliran, check valve, P.V.C, valve dan pipe-fittings.Mengurangi kapasitas dan laju aliran produksi gas.Menyebabkan korosi internal pipa dan peralatan besi-baja, khususnya bilamana ada kandungan CO dan atau H2S.Merusak dan mendisfungsikan valve dari kompressor, coolers, efisiensi Heat Exchanger tubes dan shells, Pipe line gas, unit-unit pengukuran/meter, dan lain-lain.Menyebabkan terjadinya back pressure yang tinggi pada transmisi gas.

Pencegahan Pembentukan HydrateSeperti telah diuraikan dimuka bahwa terbentuknya hidrat harus dihindarkan, karena akan menimbulkan kesulitan operasional. Salah satu pendorong terbentuknya hidrat adalah adanya air bebas dalam piping sistem.Gas bumi yang baru keluar dari sumur gas atau bersama-sama dengan minyak selalu jenuh dengan uap air dan suhunya relatif tinggi dari suhu perpipaan dimana gas tersebut akan dialirkan, misalnya didalam tanah atau didasar laut. Akibatnya akan terjadi air bebas didalam sistem perpipaan tersebut.Ada 3 metode pencegahan terbentuknya hidrat yakni :Dengan menginjeksikan bahan kimia.Dengan membangun unit Gas Dehydration Dengan memanaskan piping sistem dimana gas akan melewati

Menginjeksikan Bahan Kimia (inhibitor)Bahan kimia yang dipakai adalah Metanol atau Glycol. Fungsi kedua bahan kimia tersebut adalah untuk melarutkan air bebas tersebut diatas, sehingga tidak akan terbentuk hidrat. Banyaknya inhibitor yang harus diinjeksikan kedalam gas ditentukan oleh :Banyaknya air yang akan mengembun pada suhu terendah dimana gas akan lewat.Penurunan suhu pembentukan hidrat. Adalah perbedaan antara suhu pembentukan hidrat dengan suhu terendah dimana gas akan lewat.

Membangun Unit Gas Dehydration

Unit gas dehydration dibangun dengan tujuan untuk mengambil atau menyerap uap air (H2O) dari gas bumi sampai pada batas-batas tertentu, sehingga kemungkinan terbentuknya hydrat disepanjang pipa sebagai sarana transportasi atau selama proses pendinginan gas dapat dicegah.Pada umumnya produsen gas menjual gas melalui pipa transmisi yang dimiliki oleh perusahaan lain. Perusahaan lain tadi bisa memakai gas atau perusahaan yang khusus bergerak dalam penyediaan sarana transportasi gas (Misalnya PGN). Perusahaan transportasi ini mensyaratkan kandungan uap air maksimum dalam gas bervariasi antara 5-7 Lb/mmscf.Ada 3 jenis unit gas Dehydration yaitu:Proses Adsorpsi dengan zat cair (Glycol Gas Dehydration)Proses Adsorpsi dengan zat padatProses Refrigerasi

LANJUTAN.Sistem proses peralatan-peralatan produksi yang rawan terhadap serangan pembentukan hidrat dapat dimulai pada :Sistem aliran prodiksi gas di sumur dan well head.Sistem gas flowlines dari sumur-sumur ke gas plantSistem manifold dan separator Sistem kompresi gasSistem pendinginanSistem pengalihan panas (heat Exchanger)Sistem transmisi gas (pipe line).Oleh karena itu, pembentukan kristaline hidrat harus selalu mampu dideteksi, dikontrol, dan dicegah di tempat-tempat tertentu pada kondisi suhu dan tekanan tertentu.

LANJUTAN.Mekanisme model penyumbatan hidrat pada pipa dikenal sebagai :Penyumbatan Hidrat Rekah-rekahSumbat hidrat ini menempel pada dinding dalam pipa dengan bentuk rekah-rekah yang masih dapat dialiri gas.Penyumbatan Hidrat RadialSumbat hidrat ini tidak menempel pada dinding dalam pipa, akan tetapi membentuk diameter pipa yang mengecil.

CorrosionTerjadinya korosi pada metal merupakan penyebab awal terhadap kerusakan peralatan, ditandai dengan terjadinya permukaan metal yang kasar, pitting, dan rust.Korosi disini bersifat kimiawi, yakni disebabkan oleh adanya gas oksigen dalam sistem dan gas asam (H S,CO ). Air berada dalam glycol unit dalam bentuk uap air, air bebas dan air yang terlarut dalam glycol. Adanya CO dalam gas dan dengan adanya air bebas akan menyebabkan terbentuknya senyawa asam karbonat (H CO ) yang bersifat korosif.LANJUTAN.Korosi dapat terjadi diseluruh sistem glycol, misalnya pada still column, reflux coil dan pada tempat venting/filling connection dari surge tank. Untuk memperlambat terjadinya korosi pada peralatan gas dehydration, perlu diinjeksikan corrosion inhibitor baik pada phase liquid maupun gas. Disamping itu jenis material yang dipakai harus yang bersifat non-corrosive.Ada cara lain,dengan cara menjaga larutan glycol agar tidak bersifat asam dengan menginjeksikan senyawa alkanolamines,Dehidrasi Dengan Proses Adsorpsi Zat PadatProses adsorpsi uap air adalah proses penyerapan uap air yang terikut dalam gas oleh zat penyerap berbentuk padat (adsorpbent). Proses penyerapan tersebut berlangsung pada permukaan pori-pori zat padat. Oleh sebab itu makin luas permukaan pori makin banyak uap air yang dapat diserap persatuan masa adsorbent. Adsorbent tersebut pada umumnya berupa butiran berbentuk bola atau silinder.Kemampuan adsorbent padat untuk menurunkan water content/dew point gas lebih baik dibanding glycol, artinya dapat dicapai dew point gas yang sangat rendah.LANJUTAN.Beberapa jenis adsorbent dan kemampuannya menurunkan dew point: a. Alumina : penyusun AL O Dew point-100 F b. Silica Gels : penyusun SI Dew Point 76 F c. Molekuler Sieve : Penyusun AL O , SIO, CA,NA Dew Point-130 F

Sifat-sifat adsorbent yang dikehendaki:1. Luas permukaan besar persatuan masa2. Sifat penyerapan selektif3. Mudah diregenerasi4. Kecepatan transfer masa tinggi5. Kuat tidak mudah hancur6. Pressure drop yang ditimbulkan rendah7. Bulk dencity tinggi8. Tidak beracun,tidak korosif 9. Harga relatif murah, mudah didapatTahapan Proses AdsorbsiPada prinsipnya ada 2 (dua) tahapan proses adsorbsi, yaitu proses adsorbsi dan proses regenerasi. Proses Adsorbsi adalah proses penyerapan uap air dari gas oleh absorben. Proses adsorbsi berlangsung dalam menara adsorber (kontaktor I) yang didalamnya berisi adsorbent aktif. Wet gas masuk kontaktor dari atas dan dry gas keluar dari bagian bawah. Proses penyerapan akan efektif apabila tekanan operasi tinggi dan suhu operasi rendah. Suatu saat adsorbent akan jenuh (saturated) dengan uap air atau tidak aktif lagi, sehingga tidak mampu lagi menyerap uap air dari gas. Pada saat kontaktor ini mendekati saturated maka proses adsorbsi dialihkan ke kontaktor II, sedangkan kontaktor I diregenerasi.

LANJUTAN.Proses Regenerasi adalah proses pengaktifan kembali adsorbent dalam kontaktor yang telah saturated. Proses regenerasi dilakukan dengan cara mengalirkan sebagian dry gas yang dipanaskan, masuk dari bagian bawah kontaktor.Proses ini ada dua tahap yaitu:Heating (pemanasan), yaitu mengalirkan gas panas ke kontaktor. Sebagai pemanas adalah sebagian dari dry gas yang sebelumnya dipanaskan dalam heater. Dengan dipanaskan maka uap air yang terikat di permukaan pori-pori adsorbent akan lepas kembali.Colling (Pendinginan), yaitu mengalirkan dry gas dingin ke kontaktor setelah selesai setelah selasai porses heating. Dengan didinginkan ini maka proses penyerapan adsorbent berjalan efektifLANJUTAN.Siklus waktu operasi setiap menara diatur dengan mengatur lama operasi (on/off) masing-masing valve dari menara terkait.Untuk konfigurasi 2 menara, satu menara proses adsorbsi sedangkan menara kedua proses regenerasi. Pada umumnya proses adsorbsi berlangsung selam 8 jam, proses heating 5 jam, dan proses cooling 3 jam.Sedangkan untuk konfigurasi 3 menara, maka dalam waktu yang sama ada menara proses adsorbsi dan satu menara proses regenerasi. Disini siklus waktu regenerasi setengah waktu regenerasi setengah waktu adsorbsi.

Proses RegenerasiSelama proses adsorbsi, adsorbent menyerap uap air dari gas yang melewatinya. Setelah diserap maka uap air tersebut dalam permukaan adsorbent akan berubah dalam bentuk cair. Pada akhir periode adsorbsi, adsorbent akan jenuh dengan air. Dalam proses regenerasi air dalam permukaan adsorbent akan dididihkan bahkan diuapkan. Air akan mendidih pada suhu 100 C (212 F) pada tekanan atmosferis. Pada tekanan operasi lebih tinggi dari 1 atmosfer maka titik didih air akan lebih tinggi, sekitar 120 C (250 F). Panas penguapan air 970 BTU/LB. Sejumlah panas ini harus ditambahkan kedalam adsorbent agar air dapat menguap kembali.

Proses HeatingProses heating terdiri dari tiga tahap yaitu :1. Pemanasan adsorbent sampai titik didih air2. Pemanasan untuk penguapan air dari permukaan adsorbent, 90% dari air pada tahap ini akan teruapkan.3. Pemanasan adsorbent untuk menguapakan 10% air yang tersisa.Pada tahap yang ke tiga itu sangat penting dan umumnya lebih sulit dari tahapan lainnya. Sekitar 25% dari total panas selama proses regenerasi diperlukan untuk menguapkan 10% sisa air dalam adsorbent. Jika masih ada material yang tertinggal dalam adsorbent sewaktu tahap regenerasi maka akan menurunkan kapasitas adsorbent, bahkan akan menurunkan efisiensinya, akibat dew point dry gas akan naik.Pada tahap awal proses regenerasi piping sistem, vessel dan adsorbent menyerap panas dari hot gas yang dihasilkan dari heater.1/3 panas untuk pemanasan piping sistem dan vessel1/3 panas untuk pemanasan adsorbent sampai titik didih air1/3 panas untuk penguapan kembali air dalam adsorbentProses CoolingTahap pendinginan ini juga penting, sebab bila adsorbent suhunya masih tinggi kemudian dipakai untuk proses adsorbsi, maka kapasitas adsorbent menjadi rendah. Sebagai pendingin digunakan sebagian dry gas yang keluar dari kontaktor. Pada tahap pendinginan ini dry gas dingi akan mengalir keseluruh bed dalam kontaktor. Untuk bed yang pertama kontak dengan drygas dingin ini suhunya akan lebih rendah dibandingkan dengan bed yang kontak terakhir.Secara umum tahap regenerasi adsorbent yang meliputi pemanasan dan pendinginan ini hanyalah sebagian dari proses alir utama. Setelah selesai tahap pendinginan, maka tower segera melakukan tahap adsorbsi, yaitu mengalirkan wet gas dingin ke tower. Masa wet gas ini jauh lebih besar dibanding masa pendingin. Oleh sebab itu siklus waktu tatah pendinginan dapat diperpendek sekitar 15-30 menit. Pada periode tersebut bed akan didinginkan oleh wet gas, akan tetapi bila itu dilakukan, maka akan berakibat menaikkan suhu dry gas keluar kontaktor sekitar 45 F. Hal ini sangat besar pengaruhnya apabila dry gas ini akan dicairkan dengan cara didinginkan.