Pencairan gas.docx

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

LNG merupakan singkatan dari Liquefied Natural Gas atau bisa diartikan

sebagai gas alam yang dicairkan. Prinsip utama pencairan ini adalah menurunkan

suhu gas dari 22 °C menjadi -160 °C dengan proses pendinginan dan expansi pada

temperatur rendah sekali yang disebut cryogenic temperatur yaitu 160 °C pada

tekanan di bawah 1 atm.

Tujuan dari pencairan adalah untuk mempertinggi efesiensi pengangkutan

dan penyimpanan (Loading & Storage), karena volume gas sebelum dan sesudah

dicairkan adalah 620:1 artinya kita akan mendapatkan 1 cuft LNG jika kita

mencairkan gas alam sebanyak 620 cuft. Pada masa-masa lalu pemakaian gas

alam sebagai sumber energi masih belum mendapat perhatian karena kesulitan

dalam pengangkutan dan penyimpanan.

LNG merupakan alternatif energi yang mempunyai prospek cukup baik

dewasa ini, karena hasil pembakarannya memiliki tingkat polusi yang rendah,

efisiensi pembakarannya cukup tinggi sehingga mudah dikontrol.

Bagi masyarakat Indonesia, LNG merupakan sumber daya alam yang

potensial. Semula sumber daya alam ini berbentuk endapan gas bumi sangat luas

yang terpendam didalam perut bumi. Kemudian gas bumi tersebut diproses

menjadi bahan bakar cair. Tanpa LNG, gas bumi yang berjumlah ratusan triliyun

kaki kubik akan tetap terperangkap di dalam perut bumi.

Gas alam selain mengandung gas-gas hidrokarbon juga mengandung

senyawa yang dapat mengkontaminasi seperti gas CO2 dan H2S, N2 serta uap air

dengan kadar CO2 sebesar 19,2 % volume dan uap air yang relatif besar

dibandingkan H2S sebesar 10 ppm dan N2 yang bernilai trace.

Pada umumnya gas yang diperoleh dari lapangan atau dari perut bumi,

masih mengandung gas-gas atau materi lain yang tidak diinginkan tersebut, ini

disebut impurities atau zat pengotor. Gas CO2 dan H2S tergolong impurities yang

sangat merugikan.

1

2

Seiring dengan menipisnya cadangan gas alam dari sumber ladang gas,

maka kadar CO2 dan H2S akan semakin tinggi. Oleh karena itu harus dilakukan

upaya untuk meminimalisasikan kandungan gas-gas tersebut dengan

meningkatkan efisiensi proses penyerapan gas tersebut dengan menggunakan

larutan benfield.

1.2 Tujuan Penulisan

1. Untuk mengetahui proses pencairan gas alam.

2. Untuk mengetahui aplikasi dari hasil pencairan gas alam.

3. Untuk mengetahui alat-alat yang digunakan dalam proses pencairan gas

alam.

1.3 Manfaat Penulisan

1. Dapat mengetahui proses dalam industri pencairan gas alam.

2. Dapat mengenal alat-alat dalam proses pencairan gas alam.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Gas Alam

Gas Alam atau yang sering disebut dengan gas bumi adalah bahan atau materi

yang terdiri dari fosil-fosil dan terbentuk dalam wujud gas. Gas alam dapat ditemukan

di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara yang diambil dengan cara

pengeboran (drilling). Komponen (utama ) dalam gas alam yaitu metana 80-95%,

etana 5-15%, propana dan butana <5%.

Gas alam juga merupakan campuran hidrokarbon ringan yang terbentuk

secara alami yang bercampur dengan beberapa senyawa non-hidrokarbon. Gas

alam tak terasosiasi dihasilkan dari cadangan yang tidak mengandung minyak

(sumur kering). Di sisi lain, gas alam terasosiasi bersinggungan dengan dan/atau

terlarut dalam minyak bumi serta merupakan produk yang dihasilkan bersama

minyak. Komponen prinsip dari kebanyakan gas alam adalah metana.

Hidrokarbon parafinik berberat molekul lebih tinggi (C2-C7) biasanya ada dalam

jumlah kecil dalam campuran gas alam, dan kadarnya sangat bervariasi tergantung

pada lapangan gas asalnya. Gas alam tak-terasosiasi normalnya mengandung

kadar metana lebih tinggi daripada gas alam terasosiasi. Gas alam terasosiasi

mengandung hidrokarbon lebih berat dengan kadar lebih tinggi.

Zat non-hidrokarbon dalam gas alam bervariasi dari satu lapangan gas ke

lapangan lainnya. Beberapa senyawa ini merupakan asam lemah, seperti hidrogen

sulfida dan karbon dioksida. Yang lain merupakan bahan inert, seperti nitrogen,

helium dan argon. Beberapa cadangan gas alam berisi cukup banyak helium untuk

diproduksi komersial.

Hidrokarbon berberat molekul lebih tinggi dalam gas alam merupakan

bahan bakar dan juga bahan baku kimia yang penting dan biasanya dihasilkan

dalam bentuk cairan gas alam. Sebagai contoh, etana mungkin dipisahkan untuk

dipakai sebagai bahan baku perengkahan kukus untuk memroduksi etilena.

Propana dan butana diambil dari gas alam dan dijual sebagai gas petroleum

dicairkan (LPG). Sebelum gas alam digunakan ia harus diproses atau diolah untuk

4

Memisahkan zat pengotor dan mengambil hidrokarbon lebih berat (lebih

berat dari metana).

2.2 Proses Pengolahan Gas Alam

Gas alam mentah mengandung sejumlah karbon dioksida, hidrogen

sulfida, dan uap air yang bervariasi. Adanya hidrogen sulfida dalam gas alam

untuk konsumsi rumah tangga tidak bisa ditoleransi karena sifat racunnya. Zat ini

juga menyebabkan karat pada peralatan logam. Karbon dioksida tidak diinginkan,

karena zat ini akan mengurangi nilai panas gas dan akan memadat pada tekanan

tinggi dan temperatur rendah yang dipakai pada pengangkutan gas alam. Untuk

mendapatkan gas manis atau gas alam kering, maka gas-gas asam harus diambil

dan uap air dikurangi. Sebagai tambahan, gas alam dengan sejumlah berarti

hidrokarbon berat harus diolah untuk mendapatkan cairan-cairan gas alamnya.

2.2.1 Proses Pengolahan Gas Alam Cair

Pencairan gas alam menjadi LNG/LPG bertujuan untuk memudahkan

dalam penyimpanan dan transportasi. Gas alam yang diolah di kilang LNG/LPG.

Proses awal yaitu Process Train adalah unit pengolahan gas alam hingga

menjadi LNG serta produk-produk lainnya (pencairan fraksi berat dari gas alam).

Dalam pengolahan gas alam di process train dilakukan proses pemurnian,

pemisahan H2O dan Hg, serta pendinginan dan penurunan tekanan secara

bertahap hingga hasil akhir proses berupa LNG. Terdiri beberapa tahapan yaitu:

Plant 1 - Gas Purification

PENCAIRAN GAS ALAM

5

Proses di Plant 1 adalah pemurnian gas dengan pemisahan kandungan CO2

(Karbon Dioksida) dari gas alam. Kandungan CO2 tersebut harus dipisahkan agar

tidak mengganggu proses selanjutnya. Pemisahan CO2 dilakukan dengan proses

absorbsi larutan Mono Ethanol Amine (MEA), yang sekarang diganti dengan

Methyl De Ethanol Amine (MDEA) produksi Ucarsol. Proses ini dapat

mengurangi CO2 sampai di bawah 50 ppm dari aliran gas alam. Batas maksimum

kandungan CO2 pada proses selanjutnya adalah 50 ppm.

Plant 2 - Gas Dehydration And Mercury Removal

Selain CO2, gas alam juga mengandung uap air (H2O) dan Mercury (Hg)

yang akan menghambat proses pencairan pada suhu rendah. Pada Plant 2,

kandungan H2O dan Hg dipisahkan dari gas alam. Kandungan H2O pada gas alam

tersebut akan menjadi padat dan akan menghambat pada proses pendinginan gas

alam selanjutnya karena dapat menyumbat pipa dan alat lainnya saat mengalami

pembekuan, serta untuk mengurangi masalah karat dan mencegah terbentuknya

hidrat. Hidrat adalah senyawa padat berwarna putih yang terbentuk dari reaksi

kimia-fisik antara hidrokarbon dan air pada tekanan tinggi dan temperatur rendah

yang digunakan untuk mengangkut gas alam melalui jalur pipa. Hidrat

mengurangi efisiensi jalur pipa. Untuk mencegah pembentukan hidrat, gas alam

bisa diolah dengan glikol, yang melarutkan air secara efisien. Etilena glikol (EG),

dietilena glikol (DEG), dan trietilena glikol (TEG) merupakan contoh pelarut

untuk pengambilan air. Trietilena glikol (TEG) lebih baik jika dipakai pada proses

fasa-uap karena tekanan uapnya yang rendah, yang mengakibatkan sedikit saja

kehilangan glikol. Absorber TEG normalnya berisi 6 hingga 12 nampan (tray)

bubble-cap untuk melakukan proses absorpsi air.

Cara lain untuk menghilangkan hidrat gas alam adalah dengan

menyuntikkan metanol ke dalam jalur gas untuk menurunkan temperatur

pembentukan hidrat hingga di bawah temperatur atmosfer. Air juga bisa dikurangi

atau diambil dari gas alam dengan memakai adsorben padat seperti saringan

molekular atau gel silika.

Pemisahan kandungan H2O (Gas Dehydration) dilakukan dengan cara

absorbsi menggunakan molecullar sieve hingga kandungan H2O maksimum 0,5

PENCAIRAN GAS ALAM

6

ppm. Kandungan mercury (Hg) pada gas alam tersebut jika terkena peralatan yang

terbuat dari aluminium akan terbentuk amalgam. Sedangkan tube pada Main Heat

Exchanger 5E-1 yang merupakan alat pendingin dan pencairan utama untuk

memproduksi LNG adalah terbuat dari aluminium. Pemisahan kandungan Hg

(Mercury Removal) dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan adsorben. Bed

Mercury Removal yang berisi Sulfur Impregnated Activated Charcoal dimana

merkuri akan bereaksi membentuk senyawa HgS, hingga kandungan Hg

maksimum 0,1 ppm.

Plant 3 - Fractination

Sebelum gas alam didinginkan dan dicairkan pada Main Heat Exchanger

5E-1 pada suhu yang sangat rendah hingga menjadi LNG, proses pemisahan

(fractination) gas alam dari fraksi-fraksi berat (C2, C3, ..., dst) perlu dilakukan.

Proses fraksinasi tersebut dilakukan di Plant 3. Pemisahan gas alam dari fraksi

beratnya dilakukan pada Scrub Column 3C-1. Setelah dipisahkan dari fraksi

beratnya, gas alam didinginkan terlebih dahulu hingga temperatur sekitar -50°C

dan selanjutnya diproses di Plant 5 untuk didinginkan lebih lanjut dan dicairkan.

Sedangkan fraksi beratnya dipisahkan lagi sesuai dengan titik didihnya dengan

beberapa alat (Deethanizer, Deprophanizer dan Debuthanizer) untuk mendapatkan

prophane, buthane dan condensate.

Plant 4 - Refrigeration

Selain penurunan tekanan, proses pencairan gas alam dilakukan dengan

menggunakan sistem pendingin bertingkat. Bahan pendingin yang digunakan:

Propane dan Multi Component Refrigerant (MCR). MCR adalah campuran

Nitrogen, Methane, Ethane, Prophane dan Buthane yang digunakan untuk

pendinginan akhir dalam proses pembuatan LNG. Plant 4 menyediakan pendingin

Prophane dan MCR. Baik prophane maupun MCR sebagai pendingin diperoleh

dari hasil sampingan pengolahan LNG.

Siklus Pendingin Prophane

Cairan prophane akan berubah fase menjadi gas prophane setelah

temperaturnya naik karena dipakai mendinginkan gas alam maupun MCR. Sesuai

dengan kebutuhan pendinginan bertingkat pada proses pengolahan LNG, kondisi

PENCAIRAN GAS ALAM

7

cairan prophane yang dipakai pendinginan ada 3 tingkat untuk MCR dan 3

tingkat untuk gas alam. Gas prophane setelah dipakai untuk pendinginan

dikompresikan oleh Prophane Recycle Compresor 4K-1 untuk menaikkan

tekanannya, kemudian didinginkan oleh air laut, dan selanjutnya dicairkan dengan

cara penurunan tekanan. Demikian siklus pendingin propane diperoleh.

Siklus Pendingin MCR

Cairan MCR berubah fase menjadi gas MCR dengan kenaikan temperatur karena

dipakai pendinginan gas alam pada Main Heat Exchanger 5E-1. Gas MCR

tersebut dikompresikan secara seri oleh MCR First Stage Compresor 4K-2 dan

MCR Second Stage Compressor 4K-3 untuk menaikkan tekanannya. Pendinginan

dengan air laut dilakukan pada interstage 4K-2 dan 4K-3 serta pada discharge 4K-

3.

Plant 5 - Liquefaction

Pada Plant 5 dilakukan pendinginan dan pencairan gas alam setelah gas alam

mengalami pemurnian dari CO2, pengeringan dari kandungan H2O, pemisahan

Hg serta pemisahan dari fraksi beratnya dan pendinginan bertahap oleh prophane.

Gas alam menjadi cair setelah keluar dari Main Heat Exchanger 5E-1 dan

peralatan lainnya selanjutnya ditransfer ke storage tank.

PENCAIRAN GAS ALAM

8

Diagram Alur dari Sebuah Proses Pengolahan Gas Alam

Aliran blok diagram di atas adalah konfigurasi umum untuk pengolahan

gas alam mentah dari non-associated gas well dan bagaimana gas alam mentah

diolah menjadi gas jual kepada end user atau pasar. Hasil pengolahan gas alam

mentah dapat berupa :

1. Gas alam kondensat

2. Sulfur

3. Etana

4. Gas alam cair (NGL): propana, butana dan C5 + (istilah yang umum

digunakan untuk pentana ditambah dengan molekul hidrokarbon yang

lebih tinggi)

Proses yang dijelaskan pada diagram di atas:

1. Gas alam mentah berasal dari beberapa sumur yang berdekatan,

dikumpulkan dan proses pengolahan pertama yang terjadi adalah proses

PENCAIRAN GAS ALAM

9

menghilangkan kandungan air dan gas alam kondensat. Hasil kondensasi biasanya

dialirkan kilang minyak dan air dibuang sebagai waste water.

2. Gas alam mentah kemudian dialirkan ke pabrik pengolahan di mana

pemurnian awal biasanya menghilangkan kandungan asam (H2S dan CO2).

Proses yang dipakai pada umumnya adalah Amine Treating yang biasa disebut

Amine Plant.

3. Proses berikutnya adalah untuk menghilangkan uap air dengan

menggunakan proses penyerapan dalam trietilen glikol cair (TEG).

4. Proses berikutnya adalah untuk mengubah menjadi fase gas alam cair

(NGL) yang merupakan proses paling kompleks dan menggunakan pabrik

pengolahan gas modern.

2.2.2 Pengolahan Gas Asam

Gas-gas asam dapat dikurangi atau diambil dengan satu atau beberapa cara

berikut:

1. Absorpsi fisik dengan memakai pelarut absorpsi selektif.

Proses komersial penting yang digunakan adalah proses Selexol, Sulfinol,

dan Rectisol. Pada proses-proses ini, tidak ada reaksi kimia yang terjadi antara gas

asam dan pelarutnya. Pelarutnya, atau absorben, adalah cairan yang selektif

menyerap gas-gas asam tetapi membiarkan hidrokarbonnya. Sebagai contoh, pada

proses Selexol, pelarutnya adalah dimetil eter dari polietilena glikol. Gas alam

mentah dilewatkan berlawanan arah melalui pelarut yang mengalir ke bawah.

Ketika pelarut menjadi jenuh dengan gas-gas asam, tekanannya diturunkan,

sehingga hidrogen sulfida dan karbon dioksida dilepaskan kembali. Pelarutnya

kemudian didaur ulang ke menara absorpsi.

PENCAIRAN GAS ALAM

10

Gambar memperlihatkan proses Selexol

Proses Selexol untuk pengambilan gas asam: (1) absorber, (2) drum

flash, (3) kompresor, (4) drum tekanan-rendah, (5) stripper, (6) pendingin.

2. Adsorpsi fisik dengan memakai adsorben padat.

Pada proses ini, suatu padatan digunakan dengan luas permukaan besar.

Saringan molekular (zeolita) banyak dipakai karena bisa menyerap sejumlah besar

gas. Biasanya, lebih dari satu unggun adsorpsi dipakai untuk operasi sinambung.

Satu unggun digunakan sedangkan yang lainnya diregenerasi. Regenerasi

dilakukan dengan melewatkan bahan bakar panas melewati unggun.

Saringan molekular hanya bisa bersaing jika jumlah hidrogen sulfida dan

karbon disulfidanya rendah. Saringan molekular juga bisa menyerap air, bukan

hanya gas asam.

3. Absorpsi kimia (Chemisorption) dengan memakai pelarut (suatu bahan

kimia) yang bisa bereaksi reversibel dengan gas-gas asam.

Proses ini dikenal akan kemampuannya yang tinggi dalam menyerap

sejumlah besar gas-gas asam. Proses ini memakai larutan basa yang relatif lemah,

seperti monoetanolamina. Gas asam akan membentuk ikatan lemah dengan basa

ini yang kemudian bisa mudah diregenerasi. Mono- dan dietanolamina sering

digunakan pada proses ini. Konsentrasi amina biasanya pada rentang 15 dan 30%.

Gas alam dilewatkan melalui larutan amina sehingga membentuk sulfida,

PENCAIRAN GAS ALAM

11

karbonat, dan bikarbonat. Dietanolamina adalah pelarut yang lebih disukai karena

laju karatnya rendah, kemungkinan hilangnya amina lebih kecil, memerlukan

utilitas lebih sedikit, dan memerlukan dietanolamina tambahan yang minimal.4

Dietanolamina juga bereaksi reversibel dengan 75% karbonil sulfida (COS),

sedangkan mono- bereaksi irreversibel dengan 95% COS serta membentuk

produk penguraian yang mesti dibuang. Diglikolamina (DGA), adalah pelarut

amina lain yang digunakan dalam proses Econamina (Gbr. 1-2).4 Absorpsi gas-

gas asam terjadi dalam absorber yang berisi larutan DGA aqueous, dan larutan

panas yang kaya (jenuh dengan gas asam) dipompakan ke regenerator. Larutan

diglikolamina memiliki titik beku yang rendah, sehingga cocok untuk digunakan

di daerah beriklim dingin. Larutan basa kuat merupakan pelarut gas-gas asam

yang efektif. Namun, larutan ini biasanya tidak dipakai untuk pengolahan gas

alam volume besar karena gas-gas asam ini membentuk garam stabil, yang tidak

gampang diregenerasi. Sebagai contoh, karbon dioksida dan hidrogen sulfida

bereaksi dengan larutan natrium hidroksida aqueous menghasilkan natrium

karbonat dan natrium sulfida.

Namun, larutan basa kuat bisa digunakan untuk mengambil merkaptan dari

aliran gas dan cairan. Sebagai contoh, pada Proses Merox, pelarut kaustik yang

mengandung katalis seperti kobalt, yang dapat merubah merkaptan menjadi

disulfida yang tak terlarut dalam kaustik, dipakai untuk aliran yang kaya

merkaptan setelah pengambilan H2S. Udara dipakai untuk mengoksidasi

merkaptan menjadi disulfida. Larutan kaustik kemudian didaur-ulang untuk

regenerasi.

2.3 Produk Gas Alam

1. LNG (Liquefied Natural Gas)

LNG atau gas alam adalah gas hasil ekstraksi yang telah dipisahkan dari

kandungan metananya, komponen utamanya yaitu metana (CH4).

2. LPG (Liquefied Petrolium Gas)

PENCAIRAN GAS ALAM

12

LPG (Liquefied Petrolium Gas) atau gas minyak bumi yang dicairkan

adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam,

komponen utamanya yaitu propana (C3H8) dan butana (C4H10).

3. Dan lain sebagainya seperti: CNG, HSD, MFO, IFO

CNG (Compressed Natural Gas) atau gas alam terkompresi adalah

alternatif bahan bakar selain bensin atau solar, komponen utamanya yaitu metana

(CH4).

2.4 Peyimpanan dan Transportasi Gas Alam

Pada dasarnya sistem transportasi gas alam meliputi:

1. Transportasi melalui pipa salur.

2. Transportasi dalam bentuk LNG (Liquefied Natural Gas) dengan kapal

tanker LNG untuk pengangkutan jarak jauh.

3. Transportasi dalam bentuk CNG (Compressed Natural Gas), di daratan

dengan road tanker sedangkan di laut dengan kapal tanker CNG, untuk

pengangkutan jarak dekat dan menengah (antar pulau).

2.5 Pemanfaatan Gas Alam

2.5.1 Sebagai bahan bakar, antara lain:

1. Bahan bakar Pembangkit Listrik Tenaga Gas atauUap (PLTU).

2. Bahan bakar industri ringan, menengah dan berat.

3. Bahan bakar kendaraan bermotor (BBG/NGV).

4. Sebagai kebutuhan rumah tangga, hotel, restoran dan sebagainya.

2.5.2 Sebagai bahan baku, antara lain;

1. bahan baku pabrik pupuk petrokimia dan metanol.

2. bahan baku plastik (LDPE, LLDPE, HDPE, PE, PVC)

3. industri besi tuang, pengelasan dan bahan pemadam api ringan

2.5.3 Sebagai komoditas energi untuk ekspor, yakni Liquefied Natural Gas

(LNG).

PENCAIRAN GAS ALAM

13

2.6 Jenis Sumur Gas Alam

Gas alam mentah terutama berasal dari salah satu dari tiga jenis sumur:

1. Sumur minyak mentah;

2. Sumur gas;

3. Sumur kondensat.

Gas alam yang keluar dari sumur minyak mentah biasanya disebut

associated gas. Gas ini ada sebagai gas di atas minyak mentah yang terbentuk

didalam tanah, atau bisa saja larut dalam minyak mentah. Gas alam yang keluar

dari sumur gas dan sumur kondensat, di mana ada sedikit atau bahkan tidak ada

kandungan minyak mentah disebut non-associated gas. Sumur gas biasanya hanya

memproduksi gas alam mentah, sedangkan sumur kondensat menghasilkan gas

alam mentah bersama dengan hidrokarbon berat molekul rendah. Gas ini pada

fase cair pada kondisi ambien contoh pentana disebut sebagai gas alam kondensat

(kadang-kadang juga disebut bensin alami atau hanya kondensat). Gas alam bisa

disebut sweet gas ketika relatif bebas dari hidrogen sulfida, namun gas yang

mengandung hidrogen sulfida disebut sour gas.

Gas alam mentah juga dapat berasal dari cadangan metana dalam pori-pori

lapisan batubara, dan terutama teradsorpsi ke permukaan batubara itu sendiri. Gas

tersebut disebut sebagai coalbed gas atau coalbed methane. Coalbed gas telah

menjadi sumber energi penting di akhir akhir ini.

2.7 Kontaminan dalam Gas Alam Mentah

Gas alam mentah utamanya terdiri dari metana (CH4), molekul

hidrokarbon terpendek dan paling ringan juga sejumlah:

1. Gas hidrokarbon yang lebih berat: etana (C2H6), propana (C3H8), butana

normal (n-C4H10), isobutana (i-C4H10), pentana dan bahkan hidrokarbon dengan

berat molekul yang lebih tinggi. Ketika diproses dan dimurnikan menjadi produk

jadi, semua ini secara kolektif disebut sebagai NGL (Cairan Gas Alam).

2. Gas asam: karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S), methanethiol

(CH3SH) dan ethanethiol (C2H5SH).

3. Gas lain: nitrogen (N2) dan helium (He).

PENCAIRAN GAS ALAM

14

4. Uap air. Juga sebagai larutan garam dan gas terlarut (asam). Gas alam

mentah harus dimurnikan untuk memenuhi standar kualitas yang ditetapkan oleh

perusahaan pipa transmisi utama dan distribusi . Standar kualitas bervariasi dari

pipa ke pipa dan biasanya tergantung dari desain sistem pipa dan pangsa pasar

yang dilayaninya.

2.8 Sifat-Sifat Gas Alam

Gas alam yang diolah terutama mengandung metana; sifat keduanya (gas

alam dan metana) hampir serupa. Namun, gas alam bukanlah metana murni, dan

sifatnya terpengaruh oleh adanya zat pengotor, seperti N2 dan CO2 dan sejumlah

kecil hidrokarbon lebih berat yang tak terpisahkan. Salah satu sifat penting gas

alam adalah nilai panasnya. Jumlah nitrogen atau karbon dioksida yang relatif

lebih tinggi akan menurunkan nilai panas gas tersebut. Metana murni memiliki

nilai panas 1.671 kJ/m3. Nilai ini turun menjadi hampir 1.490 kJ/m3 jika gas

mengandung sekitar 10% N2 dan CO2. (Nilai panas nitrogen atau karbon dioksida

adalah nol.) Pada sisi lain, nilai panas gas alam bisa melebihi metana karena

adanya hidrokarbon berberat molekul lebih tinggi, yang memiliki nilai panas lebih

tinggi. Sebagai contoh, nilai panas etana adalah 2.981 kJ/m3, bandingkan dengan

1.671 kJ/m3 untuk metana. Nilai panas hidrokarbon yang biasanya terkandung

dalam gas alam ditunjukkan pada Tabel 1-4.

Gas alam biasa dijual sesuai dengan nilai panasnya. Nilai panas satu

produk gas merupakan fungsi dari zat yang ada dalam campuran tersebut. Pada

perdagangan gas alam, nilai panas satu juta BTU (1,055 juta kJ) hampir sama

dengan 1.000 ft3 (28,3 m3) gas alam.

PENCAIRAN GAS ALAM

15

BAB III

TUGAS KHUSUS

3.1 Prinsip Kerja Heat Exchanger

3.1.1 Prinsip dan Teori Dasar Perpindahan Panas

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu

tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali.

Dalam suatu proses, panas dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan suhu suatu

zat dan atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan.

Proses terjadinya perpindahan panas dapat dilakukan secara langsung,

yaitu fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin

tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida panas

dan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi dipisahkan oleh sekat-sekat

pemisah. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3 cara

yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

a. Konduksi (hantaran)

Merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling

berdekatan antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh

perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik. Molekul-molekul benda yang

panas bergetar lebih cepat dibandingkan molekul-molekul benda yang berada

dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenaganya dilimpahkan

kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepat

maka akan memberikan panas.

Panas dipindahan sebagai energi kinetik dari suatu molekul ke molekul

lainnya, tanpa molekul tersebut berpindah tempat. Cara ini nyata sekali pada zat

padat.

Daya hantar panas konduksi (k) tiap zat berbeda-beda. Daya hantar tinggi

disebut penghantar panas (konduktor panas) dan yang rendah adalah penyekat

panas (isolator panas ).

PENCAIRAN GAS ALAM

16

Q = k * A * (T1-T2) / X

A : luas bidang perpindahan panas

X : Panjang jalan perpindahan panas(tebal)

q ; panas yang dipindahkan

b. Konveksi (aliran/edaran)

Perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan gerakan

partikel atau zat tersebut secara fisik.

Panas dipindahkan oleh molekul-molekul yang bergerak (mengalir). Oleh

karena adanya dorongan bergerak. Disini kecepatan gerakan (aliran) memegang

peranan penting. Konveksi hanya terjadi pada fluida

Q = h * A * (T2 – T1)

h = koefisien perpindahan panas suatu lapisan fluida.

Q = panas yang dipindahkan

A = luas perpindahan panas

Dalam melaksanakan operasi perpindahan panas, perlu diperhitungkan:

jumlah panas yang dipindahkan (q)

perbedaan suhu (T)

tahanan terhadap perpindahan panas (R).

Persamaan utama yg menghubungkan besaran – besaran diatas adalah::

q = A * (T2 – T1) / R = U * A * (T2 – T1)

q = jumlah panas yang dipindahkan

R = tahanan terhadap perpindahan panasU = 1/R = Koefisien perpindahan

panas keseluruhan, gabungan antara konduksi dan konveksi (k.W / m2. C )

Harga U atau R tergantung pada :

Jenis zat (daya hantar)

Kecepatan aliran

PENCAIRAN GAS ALAM

17

Ada tidaknya kerak.

c. Radiasi (pancaran)

Perpindahan panas tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu

energi dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke

benda yang dingin) dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga

elektromagnetik ini akan berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang

lain.

Gambar 1. Perpindahan Kalor pada Heat Exchanger

Panas dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Perpindahan

seperti ini tidak memerlukan zat antara/media.

Q = σ . T4

Q = jumlah panas yang dipancarkan

T = suhu mutlak

σ = tetapan Stefan – Boltzman, = 4,92 kkal / (jam. m2.K4 )

PENCAIRAN GAS ALAM

18

d. Hubungan U dengan k dan h

1/U = 1/ha + x/k + 1/hb

Atau

R = Ra + Rk + Rb

Adanya kotoran/endapan (kerak) akan memperbesar tahanan terhadap

perpindahan panas atau memperkecil U, sehingga persamaan menjadi:

1/U = R = Ra + Rk + Rb + Rf

Rf : tahanan karena fouling (kotoran)

e. Isolasi Panas

Mencegah kehilangan panas alat –alat, pipa-pipa steam/gas yang bersuhu

tinggi ke sekeliling yang suhunya lebih rendah, atau sebaliknya.

Untuk alat-alat dengan suhu rendah, isolasi mencegah masuknya panas

karena suhu sekitarnya yang lebih tinggi.Isolasi juga mencegah bahaya yang dapat

timbul bila orang menyentuh permukaan benda yang panas atau dingin sekali.

Bahan Isolasi: - daya hantar panas rendah

- dapat menahan arus konveksi

- disesuaikan dengan suhuPermukaan datar: makin tebal,

makin sedikit panas yang hilang

f. Perbedaan Suhu Rata-rata

Dalam perpindahan panas perbedaan suhu mengendalikan laju

pemindahan panas. Suhu fluida dalam alat sering tidak tetap. Untuk perhitungan

digunakan perbedaan suhu rata-rata.

(T2 – t2) – (T1 – t1)

∆T = --------------------------

Ln (T2 - t2) / (T1 - t1)

Perbedaan suhu ini disebut perbedaan suhu rata-rata logaritma (log mean

temperature diffrence) disingkat LMTD

PENCAIRAN GAS ALAM

19

Q = U * A *(Δ T) LMTD

Pada Dasarnya prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan

panas dari dua fluida padatemperatur berbeda di mana transfer panas dapat

dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.

a. Secara kontak langsung

panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan

kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida. Transfer panas

yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida. Contoh :

aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat

bercampur), gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.

b. Secara kontak tak langsung

Perpindahan panas terjadi antara fluida panas dandingin melalui dinding

pemisah. Dalam sistem ini, kedua fluida akan mengalir.

3.2 Jenis – jenis Heat Exchanger

Ada beberapa jenis heat exchanger yang banyak digunakan dalam industri,

yaitu:

a. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger )

Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis

penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik

dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruang annular dan

cairan lainnya dalam pipa.

Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang

dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat.

Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di

dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis

ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang

tinggi. Sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar digunakan penukar panas jenis

selongsong dan buluh ( shell and tube heat exchanger ).

PENCAIRAN GAS ALAM

20

Gambar 2 . Penukar panas jenis pipa rangkap

(double pipe heat exchanger )

PENCAIRAN GAS ALAM

21

b. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat

exchanger )

Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa

yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel

(cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan

fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau

bersilangan. Kedua ujung pipa tersebut dilas pada penunjang pipa yang

menempel pada mantel. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas,

biasanya pada alat penukar panas cangkang dan buluh dipasang sekat

( buffle ). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan

menambah waktu tinggal ( residence time ), namun pemasangan sekat akan

memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa,

sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.

Gambar 3.Penukar panas jenis cangkang dan buluh

( shell and tube heat exchanger )

Tipe-tipe yang dikenal dari jenis heat exchanger ini adalah :

1. Fixed tube sheet

2. Floating tube sheet

3. Tipe pipa U

PENCAIRAN GAS ALAM

22

4. Tipe fixed tube sheet dengan sambungan (bagian) ekspansi pada shellnya.

Dengan heat exchanger jenis ini dapat diperoleh luas bidang perpindahan

panas yang besar dengan volume alat yang relative lebih kecil. Untuk pipa bisa

dibuat dari berbagai jenis bahan kontruksi, disesuaikan dengan alat sifat korosif

fluida yang ditangani. Heat exchanger ini dapat digunakan untuk

pemanasan/penguapan dan pendinginan atau kondensasi segala macam fluida.

1) Tubes

Pipa yang digunakan dalam heat exchanger bukanlah pipa – pipa biasa,

tetapi pipa-pipa yang khusus dibuat untuk heat exchanger, dibuat dari berbagai

material. Umumnya digunakan pipa berukutran diameter luar ¾ inch atau 1 inch.

Tetapi tersedia juga pipa-pipa dengan dengan diameter luar1/4; 1,75; 1,50 inch.

Tebal pipa dinyatakan dengan kode BWG (Birmingham Wire Gauge). Makin

besar bilangan BWG, makin tipis pipanya.

Misalnaya : untuk pipa 1 inch

BWG 8 mempunyai tebal 0,165 inch



Tersedia BWG mulai dari 8 sampai 18.

Tube terpasang pada tube – sheet dengan pitch 1,25 DO (diameter luar).

Formasi pipa dapat membentuk segitiga atau bujur sangkar.

2) Shell

Biasanya digunakan baja karbon untuk ukuran kecil dapat digunakan pada

standar baja karbon. Untuk ukuranbesardibuat dari pelat yang di roll atau dilas.

Untuk heat exchanger yang tidak beroperasi pada tekanan tinggi biasa digunakan :

Tebal 3/8 in untuk diameter 13 in

Tebal 7/8 in untuk diameter 31 in

Sering diberi kelebihan 1/8 in untuk kemungkinan korosi.

PENCAIRAN GAS ALAM

23

3) Baffle

Dipasang dengan tujuan untuk mengarahkan aliran didalam shell,

sehingga seluruh bagian terkena aliran. Adanya baffle juga memperbesar dan

membuat turbulen aliran sehingga didapatkan koefisien perpindahan panas yang

besar. Luas baffle lebih kurang 75% penampang shell. Spasi antar baffle tidak

lebih dekat dari 1/5 diameter shell, bila terlalu dekat alan didapat kehilangan

tekanan yang besar.

c. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )

Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak

lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang

penyekat lunak ( biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan

oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat 10 ( kebanyakan segi

empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida

dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain

mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.

PENCAIRAN GAS ALAM

24

Gambar 4. Penukar panas jenis pelat and Frame

d. SDAdiabatic wheel heat exchanger

Jenis keempat penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko

yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar

panas akan dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda

besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar

panas cairan.

e. Pillow plate heat exchanger

Sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu

untuk susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless

steel. Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh

permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar

tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas

ke permukaan selembar tebal dari logam.

Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola

serpentin garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan

yang cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan,

menyediakan ruang untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan

penampilan yang karakteristik bantal membengkak terbentuk dari logam.

f. Dynamic scraped surface heat exchanger

Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat

exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan

tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling

aplikasi. Kali berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores

permukaan, sehingga menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer

panas yang berkelanjutan selama proses tersebut.

g. Phase-change heat exchanger

PENCAIRAN GAS ALAM

25

Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar

panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih)

atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke

cairan. Pada pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan

umpan masuk untuk menara distilasi sering penukar panas.

Distilasi set-up biasanya menggunakan kondensor untuk

mengkondensasikan uap distilasi kembali ke dalam cairan.Pembangkit tenaga

listrik yang memiliki uap yang digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar

panas untuk mendidihkan air menjadi uap.

Heat exchanger atau unit serupa untuk memproduksi uap dari air yang

sering disebut boiler atau generator uap. Dalam pembangkit listrik tenaga nuklir

yang disebut reaktor air bertekanan, penukar panas khusus besar yang melewati

panas dari sistem (pabrik reaktor) primer ke sistem (pabrik uap) sekunder, uap

memproduksi dari air dalam proses, disebut generator uap. Semua pembangkit

listrik berbahan bakar fosil dan nuklir menggunakan uap yang digerakkan turbin

memiliki kondensor permukaan untuk mengubah uap gas buang dari turbin ke

kondensat (air) untuk digunakan kembali.

Untuk menghemat energi dan kapasitas pendinginan dalam kimia dan

tanaman lainnya, penukar panas regeneratif dapat digunakan untuk mentransfer

panas dari satu aliran yang perlu didinginkan ke aliran yang perlu dipanaskan,

seperti pendingin distilat dan pakan reboiler pra-pemanasan.

Istilah ini juga dapat merujuk kepada penukar panas yang mengandung

bahan dalam struktur mereka yang memiliki perubahan fasa. Hal ini biasanya

padat ke fase cair karena perbedaan volume kecil antara negara-negara

ini. Perubahan fase efektif bertindak sebagai buffer karena terjadi pada suhu

konstan tetapi masih memungkinkan untuk penukar panas untuk menerima panas

tambahan. Salah satu contoh di mana ini telah diteliti untuk digunakan dalam

elektronik pesawat daya tinggi.

3. Tipe Aliran pada Alat Penukar Panas

PENCAIRAN GAS ALAM

26

Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran yaitu :

a. Counter current flow (aliran berlawanan arah)

b. Paralel flow/co current flow (aliran searah)

c. Cross flow (aliran silang)

d. Cross counter flow (aliran silang berlawanan)

3.3 Komponen Heat Exchanger

Pemindahan panas dalam heat exchanger dilakukan dengan

mengkontakkan dua fluida melalui suatu bidang pemanas. Fluida pemanas atau

pendingin berada dalam suatu jaket, didalampipa atau diluar pipa. Luas bidang

pemanas harus cukup (sesuai persamaan perpindahan panas dan kebutuhan

panas ). Adapun komponen-komponen dari heat exchanger antara lain:

1. Heat Exchanger (HE)

Alat untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida bagi pemanasan aliran

fluida lainnya.

2. Heater

Untuk memanaskan (menaikkan suhu) suatu fluida proses. Sebagai

pemanas digunakan steam atau fluida panas lain yang ada.

3. Cooler

Untuk pendinginan (menurunkan suhu) suatu fluida proses. Sebagai

pendingin digunakan air, udara, atau fluida lain yg perlu dipanaskan.

4. Condensor

Pendingin (cooler) untuk mengembunkan (mengambil) panas latennya.

5. Evaporator

Untuk menguapkan air dari larutan dan memperoleh larutan pekat.

6. Vaporazer

Untuk menguapkan cairan/pelarut yang bukan air.

7. Reboiler

PENCAIRAN GAS ALAM

27

Penyediankan panas untuk menguapkan sebagian cairan, misalnya untuk

distilasi, absorpsi, stripping.

3.4 Aliran Multi Pass

Alir fluida dalam tube sering dibuat beberapa kali melewati shell. Dengan

cara ini penampang aliran dalam tube menjadi lebih kecil dan laju linier menjadi

besar, sehingga diperoleh koefisien perpindahan panas besar.

3.5 Aspek Operasi dan Pemeliharaan

Salah satu masalah utama dalam pemeliharaan HE adalah pengendapan

kotoran (fouling) pada permukaan bidang perpindahan panas. Hal ini

menyebabkan peningkatan tahanan panas ( koef perpindahan panas mengecil).

Fouling juga menambahntahanan terhadap aliran fluida. Bertambahnya tambahan

memperbesar beda suhu rata-rata(LMTD).

Endapan yang membentuk kerak pada suatu tempat dapat mengakibatkan

pemanasan (meningkatkan suhu) yang berlebihan pada suatu tempat dan dapat

merusak pipa/tube (over heating).

Biasanya ”shelland tube heat exchanger” dirancangdengan luas bidang

pemanas yang berlebihan dari seharusnya sehingga penurunan koefisien

perpindahan panas tidak langsung mengakibatkan penyimpangan besar

kinerja(performance) heat exchanger tersebut.

Bila fouling telah melewati harga tertentu ( kerak semakin tebal),

kemampuan pelat/pipa sudah tidak lagi sebagaimana disyaratkan. Sebelum hal ini

terjadi , alat harus segera dihentikan untuk dibersihkan keraknya.

Kinerja (kemampuan kerja) heat exchanger dapat dievaluasi dengan

membuat neraca panas. Untukm itu dikumpulkan data. Untuk memudahkan

penetapan kapan penghentian harus dilakukan, dapat dilakukan pengamatan

perubahan LMTD dan kehilangan tekanan pada tube (lihat grafik Δ P atau Δ T

LMTD terhadap waktu. HE

Bila P dan / atau LMTD telah mencapai suatu harga tertentu, berarti

fouling sudah cukup banyak dan harus dihentikan untuk dibersihkan.

Tiap heat exchanger punya harga batasnya sendiri-sendiri yangb berlainan

dan perlu diamati untuk menetapkan jadwal pemvbersihan, operasi yang tepat

PENCAIRAN GAS ALAM

28

(sesuai petunjuk yang diberikan) akan memperpanjang selang waktu pembersihan

dan umur heat exchanger.

Saat yang paling menentukan justru pada saat ”start Up” dan ”shut down”,

pada saat ini bisa terjadi kejutan panas (perubahan panas tiba-tiba) dan hantaran

hidrolik yang dapat menimbulkan tegangan berlebihan dan tidak seimbang yang

dapat merusak sambungan-sambungan, pipa, packing dan atau timbul kebocoran.

Laju alir dalam sehell yang terlalu besar (berlebihan dari seharusnya)

dapat menimbulkan vibnrasi (getaran) yang sangat membahayakan.

PENCAIRAN GAS ALAM

Pencairan gas.docx

Documents

Transcript of Pencairan gas.docx