Karakteristik Gas BumiGas bumi merupakan campuran senyawa hidrokarbon dengan senyawa non combustible dalam fasa gas, dengan komposisi utamanya adalah metana (CH4), etana (C2H6) dan sejumlah kecil gas hidrokarbon lain. Dalam keadaan jenuh, tanpa penambahan tekanan atau temperatur, hidrokarbon-hidrokarbon tersebut berada dalam kondisi stabil dan tidak bereaksi dengan unsur-unsur senyawa lain. Di samping alkana, komponen-komponen yang terkandung dalam gas bumi, antara lain adalah air (H2O), H2, CO2, N2 dan lainnya. Dengan demikian, komposisi gas bumi adalah sangat bervariasi, tergantung pada sumber dan tempat gas bumi tersebut diperoleh. Menurut asalnya, gas bumi dapat dibedakan menjadi 2 (dua) jenis, yaitu gas bumi yang berasal dari sumber minyak (associated gas) dan gas bumi yang berasal dari sumber gas (non-associated gas).

Secara umum karakteristik gas bumi antara lain adalah:

Campuran beberapa jenis gas, dengan komposisi utama gas metana dan etana, yang mencapai sekitar 80 - 90%, selebihnya adalah gas propana, butana, pentana, heksana, nitrogen, Karbondioksida dan lainnya, Tidak berwarna, Tidak terasa, Tidak beracun, Mudah terbakar, dengan batas nyala (flammabilitas) antara 4,5% sampai dengan 14,5%,

Lebih ringan dari udara, dengan berat jenis sekitar 0,55 0,80,

Tidak berbau, untuk faktor keselamatan dalam penggunaannya biasanya diberi zat pembau (odor),

Mempunyai nilai oktan sekitar 120, dengan nilai kalor pembakaran antara 9.000 11.000 Kcal/ Kg atau 38 - 47 MJ/Kg.

2.1. Sifat sifat Fisika dan Kimia Gas bumi

Fluida hidrokarbon merupakan senyawa hidrokarbon yang sangat komplek komposisi kimianya. Di reservoir, fluida ini dapat berada dalam fasa gas maupun fasa cair (minyak mentah) tergantung pada tekanan dan temperatur. Perubahan tekanan dan temperatur tersebut dapat mengakibatkan terjadinya perubahan sifat-sifat fisik fluida hidrokarbon.

Gas merupakan fluida yang homogen, mempunyai massa jenis dan viskositas yang sangat rendah serta mudah dimampatkan. Gas tidak mempunyai bentuk dan volume tertentu, tergantung pada ruangan atau wadah yang ditempatinya.

Melalui analisis komposisi, berbagai sifat-sifat fisika dan kimia gas bumi dapat diketahui atau ditentukan nilainya seperti komposisi hidrokarbon, kontaminan, specific gravity, volatilitas, viskositas, tekanan uap, faktor kompresibilitas, nilai kalor, flammabilitas dan lainnya.

2.1.1. Komponen dalam Gas bumi

Komposisi Hidrokarbon

Gas bumi umumnya dianggap sebagai campuran dari senyawa-senyawa hidrokarbon parafinik rantai lurus atau bercabang, walaupun terkadang dalam gas bumi juga terkandung senyawa siklis atau aromatik. Sebagian besar komponen gas bumi adalah metana yang merupakan senyawa hidrokarbon dengan satu atom karbon yang mudah terbakar secara sempurna, etana merupakan komponen utama gas bumi berikutnya setelah metana.

Metana dan etana merupakan suatu senyawa alkana non polar dan merupakan senyawa hidrokarbon parafin yang berupa hidrokarbon jenuh. Senyawa ini mempunyai sifat-sifat kimia yang stabil pada temperatur normal. Karena sangat rendahnya titik didih komponen-komponen gas bumi, semua hidrokarbon dalam gas bumi pada tekanan atmosfir dan temperatur ruang berbentuk gas, kecuali komponen C5+.

Komposisi Hidrokarbon adalah suatu komposisi senyawa yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen yang terdapat dalam gas bumi mulai dari rantai C1 sampai dengan C6+ dalam berbagai bentuk senyawa seperti parafin (hidrokarbon jenuh) , olefins (hidrokarbon tidak jenuh), naphtenics (hidrokarbon siklis jenuh) dan aromatics (hidrokarbon siklis tidak jenuh), yang ditunjukkan dalam %mol dan atau %volume.

Kontaminan Gas bumi

Kontaminan gas bumi adalah komponen-komponen non hidrokarbon yang terkandung dalam gas bumi dan merupakan komponen-komponen yang tidak dikehendaki keberadaannya, karena sifatnya yang merugikan dalam proses pembakaran, proses pembentukan hidrat atau proses lainnya. Hal tersebut disebabkan karena sifat dari kontaminan yang umumnya korosif atau sifatnya yang dapat meracuni aktivitas katalis dalam proses reaksi hidrokarbon. Jenis-jenis komponen kontaminan tersebut diantaranya adalah kandungan H2O, CO, CO2, N2, H2S, RSH, COS, Fe dan Hg.

a. Kandungan Oksigen

Kandungan oksigen di dalam gas bumi sebaiknya tidak melebihi 0,1 % volume. Secara alami oksigen tidak terkandung dalam gas bumi, tetapi dalam sistem transportasi gas bumi bertekanan rendah, dapat saja terjadi kebocoran dari lingkungan yang mengakibatkan oksigen bercampur dengan gas bumi. Oksigen sangat korosif bahkan dalam konsentrasi beberapa ppm saja, tergantung pada kondisi lingkungan.

b. Kandungan CO2Kandungan CO2 dalam gas bumi berdasarkan spesifikasi kualitas gas bumi internasional sebaiknya kurang dari 2 % mol, namun di beberapa jaringan pipa transmisi dan distribusi di Indonesia kandungan CO2 berkisar antara 1 5 %mol.

c. Kandungan Nitrogen (N2)Kandungan nitrogen (N2) di dalam gas bumi dapat mempengaruhi nilai kalor, nilai densitas relatif dan faktor kompresibilitas gas bumi tersebut. Kandungan nitrogen dalam gas bumi berdasarkan spesifikasi kualitas gas bumi internasional sebaiknya kurang dari 3 % mol.d. Kandungan Senyawa Sulfur (H2S, RSH dan COS)

Gas bumi sering mengandung senyawa-senyawa sulfur yang dapat berbentuk asam sulfida ataupun merkaptan, disamping senyawa-senyawa pengotor lainnya. Asam sulfida merupakan gas yang sangat beracun. Dengan adanya air, keberadaan asam sulfida akan mengakibatkan terjadinya korosi pada peralatan.

Batas maksimum kandungan hidrogen sulfida (H2S) dan merkaptan (RSH) dalam gas yang diperbolehkan adalah sebesar 0.25 1 grain/100 scf (standard cubic feet), yang setara dengan 4 16 ppm volume.

e. Kandungan Logam (Hg dan Fe)

Salah satu unsur logam berat yang berbahaya bagi kesehatan adalah merkuri, karena uap merkuri bersifat racun dan dapat mengakibatkan kerusakan pada saraf. Merkuri dapat terserap melalui kulit dan paru-paru yang selanjutnya tersirkulasi melalui darah dan tertimbun di dalam hati, ginjal dan tulang. Merkuri terbagi menjadi tiga bentuk senyawa, yaitu logam merkuri, merkuri anorganik dan merkuri organik. Untuk menganalisis logam ini digunakan metode Spektrometri Serapan Atom (AAS).

Kandungan unsur Besi (Fe) dalam gas bumi tidak diharapkan, karena dengan adanya air, Fe dapat membentuk senyawa Fe(OH)2 dan Fe(OH)3 atau terjadinya proses korosi. Adanya kandungan unsur tersebut dalam gas bumi terkadang tidak dapat dihindari, akibat pengaruh kondisi operasional seperti tekanan gas, temperatur dan sumber gas tersebut berasal.

f. Kandungan Uap Air (H2O)

Adanya uap air dalam gas bumi dengan konsentrasi yang cukup tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan. Uap air tersebut dapat terkondensasi atau membentuk metana hidrat. Kondensasi uap air disertai adanya CO2 dan H2S akan mengakibatkan terjadinya korosi. Uap air juga mempengaruhi nilai panas gas bumi, hal ini berhubungan dengan energi penguapan air pada gas tersebut. Uap air yang terkandung dalam gas bumi sebaiknya tidak melebihi 7 lb/MMSCF. Untuk mengetahui terjadinya atau tidak terjadinya pengembunan uap air tersebut, perlu diperhatikan tekanan dan temperatur minimum operasional gas bumi, mengingat pada temperatur di bawah titik embun akan terjadi kondensasi. Salah satu metode untuk mengurangi kandungan uap air (H2O) dalam gas bumi adalah dengan mengoptimalkan pemanfaatan Gas Dehydration System Unit.2.1.2. Sifat-sifat Fisika Gas bumi

Specific Gravity

Specific Gravity gas bumi adalah perbandingan densitas gas bumi terhadap densitas udara pada kondisi standar, yaitu pada temperatur 60 0F dan tekanan 14,7 Psia, dimana densitas udara pada kondisi tersebut adalah sebesar 0,0763 lb/cuft. Besarnya nilai Specific Garvity gas bumi tergantung dari komposisinya.

Tekanan Uap

Tekanan Uap (Vapor Pressure) parsial adalah tekanan yang ditimbulkan oleh masing-masing komponen yang terdapat di dalam gas bumi sesuai dengan temperaturnya. Tekanan uap total adalah tekanan gas bumi yang merupakan hasil interaksi dari seluruh tekanan uap parsial.

Faktor Kompresibilitas Gas

Faktor Kompresibilitas gas bumi adalah perbandingan densitas gas ideal dengan densitas gas bumi pada temperatur dan tekanan tertentu. Besaran ini berguna untuk mengetahui seberapa jauh penyimpangan sifat suatu gas terhadap sifat gas ideal. Faktor kompresibilitas gas ini sangat berkaitan erat dengan unsur volume, tekanan dan temperatur. Hal ini dapat dilihat pada persamaan hukum gas ideal (a), dan gas non ideal (b) berikut.

P V = n R T (a)

P V = Z n R T (b)

Dimana :

P =tekanan

V =volume

n =jumlah mol

Z =faktor kompresibilitas

R =konstanta gas

T =temperatur Nilai Kalor

Nilai kalor (Heating Value) adalah jumlah panas yang dihasilkan oleh reaksi pembakaran suatu bahan bakar pada temperatur dan tekanan tertentu, yang dinyatakan dalam satuan panas per satuan berat. Pembakaran gas bumi akan memberikan panas yang dapat digunakan sebagai energi. Kandungan energi adalah energi total yang diubah sebagai panas pada reaksi pembakaran ideal pada temperatur dan tekanan tertentu. Panas biasanya diukur dalam British Thermal Unit (BTU), dimana 1 BTU adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan 1 lb air, sebesar 1 (F pada permukaan air laut. Kandungan BTU bervariasi sesuai dengan komposisi gas bumi.

Terdapat 2 (dua) istilah untuk menentukan nilai kandungan energi yaitu, nilai kalor bersih (Net Heating Value) adalah nilai kalor yang dalam perhitungannya tidak mengikutsertakan jumlah panas yang dipakai dalam penguapan air, dan nilai kalor kotor (Gross Heating Value) adalah nilai kalor yang dalam perhitungannya termasuk jumlah panas yang diperlukan untuk penguapan air. Nilai Kalor ini biasanya juga digunakan sebagai standar transaksi harga gas bumi. Kandungan energi gas bumi dapat diukur dengan kalorimeter atau bisa dihitung berdasarkan kandungan energi komponen murni yang terdapat dalam gas bumi2.2. Batasan Karakteristik Gas bumi

Pemanfaatan atau penggunaan gas bumi disamping sebagai bahan bakar berbagai industri maupun rumah tangga juga dapat digunakan sebagai bahan baku untuk proses produksi beberapa jenis industri. Jenis-jenis industri yang menggunakan gas bumi sebagai bahan bakar antara lain adalah Industri Semen, Baja, Keramik, Kilang dan Pembangkit Listrik, sedangkan Industri yang menggunakan gas bumi sebagai bahan baku proses produksi adalah Industri Petrokimia, seperti Industri Olefin (ethylene dan propylene) dan Industri Pupuk (urea dan amonia). Gas bumi yang keluar dari lapangan masih mengandung bahan-bahan impurities yang tidak diinginkan, karena dapat mengganggu proses transportasi dan pemanfaatannya. Oleh karena itu, gas bumi yang disuplai ke konsumen harus memenuhi persyaratan atau batasan sesuai dengan yang disyaratkan, khususnya untuk batasan atau toleransi kandungan bahan-bahan impurities, sehingga keamanan dan keselamatan penggunaan gas bumi tersebut, khususnya oleh konsumen dapat terjamin. Tipikal batasan karakteristik gas bumi yang juga menjadi acuan di beberapa negara antara lain, seperti yang disebutkan dalam Natural Gas Measurement and Control adalah sebagai berikut :

1. Oksigen

< 0.1 % vol

2. Hidrogen Sulfida

< 0.25 grains / 100 cft

3. Merkaptan

< 0.25 grains / 100 cft

4. Total Sulfur (termasuk butir 2 + 3)< 2.00 grains / 100 cft5. Karbondioksida

< 2 % vol

6. Nitrogen

< 3 % vol

7. Hidrogen

400 ppm

8. Isopentan dan Hidrokarbon berat

0.20 gal./ 1000 cft

9. Nilai kalor rata-rata

975 s/d 1175 btu / cft

10. Temperatur Transmisi

40 oF s/d 20 oF

11. Gas secara komersial tidak mengandung debu, getah dan materi padat lainnya.

12. Gas harus bebas dari air dan bentuk cairan lain pada temperatur dan tekanan transmisi gas.

13. Gas tidak mengandung hidrokarbon yang dapat terkondensasi sebagai cairan bebas pada kondisi operasi normal dari pipa gas dan tidak mengandung uap air > 7 lb / mmscf.