i
TK 4101
PERANCANGAN PROSES KIMIA
TUGAS 4 – SIMULASI PENGAMBILAN KONDENSAT DARI
GAS ALAM
Kelompok 21
Anggota :
Rizkyanto Nugroho (13012056)
Indra Zaki Achirudin (13012076)
Novika Suwardana (13012099)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
1
BAB I
DESKRIPSI PROSES
Setelah melalui pengolahan awal, aliran gas alam layak jual (“gas jual”) tersedia
dengan karakteristik sebagai berikut :
Tekanan : 700 psig
Temperatur : 120oF
Komposisi :
Tabel 2.1. Komposisi gas alam awal
Komponen Komposisi (%-mol)
N2 0,77
CO2 2,77
C1 87,7
C2 3,81
C3 2,69
i-C4 0,51
n-C4 0,66
i-C5 0,30
n-C5 0,05
n-C7 0,76
Seiring dengan adanya kenaikan harga minyak mentah, fraksi kondensat dari aliran
gas tersebut direncanakan akan diekstrak terlebih dahulu dengan cara pengembunan
parsial. Tiga alternatif proses dasar yang mungkin digunakan untuk keperluan ini
adalah :
a. Mechanical refrigeration
b. J-T expansion
c. Turbo-expander
Sebagai bahan studi perbandingan, konfigurasi proses dari ketiga alternatif tersebut
dirancang dengan memperhatikan bahwa gas residu (sisa gas setelah ekstraksi) harus
memenuhi persyaratan jual sebagai berikut:
2
Kandungan energi minimum 1000 Btu/scf
Tekanan pengiriman minimum 700 psig
Temperatur pengiriman 1200F
Sebelum diproses, kelembapan umpan ditingkatkan dengan mendispersikan air pada
aliran gas umpan. Selanjutnya, umpan didinginkan menggunakan heat exchanger,
lalu dialirkan menuju separator untuk memisahkan fasa uap dan cair yang terbentuk.
Aliran fasa uap tersebut dikondensasi lebih lanjut menggunakan salah satu alternatif
proses : mechanical refrigeration, J-T valve, atau turbo-expander. Kondensat yang
terbentuk dipisahkan melalui separator. Kondensat tersebut kaya akan komponen C4
– C7 dan diharapkan terbebas dari komponen C1 – C3. Oleh karena itu, kondensat
tersebut perlu distabilkan melalui kolom condensate stabilizer untuk mendapatkan
kondensat yang sesuai dengan spesifikasi dan persyaratan jual.
3
BAB II
RUMUSAN MASALAH DAN TUJUAN
2.1. Rumusan Masalah
Berikut ini adalah rumusan masalah pada penyusunan laporan ini:
1. Bagaimana gambar PFD dan deskripsi dasar penyusunan fitur-fitur
utamanya?
2. Bagaimana analisis sensitivitas variabel kunci proses untuk setiap proses
alternatif terhadap parameter kinerja proses?
3. Bagaimana ulasan aspek tekno-ekonomi dari setiap alternatif proses?
4. Alternatif proses mana yang direkomendasikan?
2.2. Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijelaskan sebelumnya, berikut ini
merupakan tujuan dari penyusunan laporan ini:
1. Menyusun gambar PFD dan menentukan alasan penyusunan fitur-fitur
utamanya.
2. Menentukan alternatif proses yang paling baik untuk proses ekstraksi
kondensat berdasarkan analisis sensitivitas variabel kunci proses terhadap
parameter kinerja proses, dan analisis aspek tekno-ekonomi.
4
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Process Flow Diagram dan Pemilihan Fitur Utama Proses
3.1.1. Alur Proses Ekstraksi Kondensat Melalui Mechanical Refrigeration
Process flow diagram proses ekstraksi kondensat dengan menggunakan mechanical
refrigeration disajikan pada Gambar 3.1. Komposisi umpan ditampilkan pada Tabel
2.1. Pada alternatif proses mechanical refrigeration, dilakukan penambahan
kelembaban pada gas umpan dengan penambahan air pada unit op-100. Selanjutnya
aliran didinginkan dengan heat exchanger E-100. Umpan yang sudah didinginkan
tersebut selanjutnya dipisahkan antara fasa uap dan cairnya di separator V-100. Fasa
uap masih masih mengandung komponen C4 – C7. Dengan metode mechanical
refrigeration, fasa uap keluaran V-100 dikondensasi oleh sistem refrijerasi hingga
suhu -40oC, kemudian dialirkan menuju separator V-101 untuk dipisahkan antara
fasa uap dan fasa cairnya. Fasa uap (produk utama) keluaran V-101 sudah terbebas
dari komponen C4 – C7. Suhu aliran fasa uap tersebut adalah -40oC sehingga
dimanfaatkan sebagai fluida pendingin pada unit heat exchanger E-100.
Fasa liquid (residu) keluaran separator V-100 dan V-101 dicampur untuk diproses
lebih lanjut agar memenuhi persyaratan jual. Campuran tersebut masih mengandung
komponen C1-C3, sehingga perlu dipisahkan melalui serangkaian distilasi. Pada
simulasi HYSYS, campuran dialirkan menuju kolom de-ethanizer untuk
memisahkan komponen C1 dan C2. Produk bawah kolom de-ethanizer diharapkan
sudah terbebas dari komponen C1 dan C2, sehingga pada simulasi HYSYS
digunakan fitur component splitter untuk menghilangkan C1 dan C2 dari aliran
tersebut. Selanjutnya komponen LPG (C3 dan C4) dipisahkan melalui kolom de-
buthanizer. Komponen LPG terpisahkan pada produk atas, dan produk bawah kolom
tersebut kaya akan kondensat.
6
3.1.2. Alur Proses Ekstraksi Kondensat Melalui J-T Expansion
Process flow diagram proses ekstraksi kondensat dengan menggunakan J-T
expansion disajikan pada Gambar 3.2. Pada alternatif proses J-T expansion,
dilakukan penambahan kelembapan pada gas umpan dengan penambahan air pada
unit op-100. Selanjutnya aliran didinginkan dengan heat exchanger E-100. Umpan
yang sudah didinginkan tersebut selanjutnya dipisahkan antara fasa uap dan cairnya
di separator V-100. Untuk mengkondensasi lebih lanjut komponen C4 – C7 dari
aliran fasa uap keluaran V-100, digunakan J-T valve VLV-100. Tekanan aliran
diturunkan oleh J-T valve VLV-100 dari 697 psig hingga 236,5 psig. Kondensat
dipisahkan melalui separator V-101. Fasa uap keluaran V-101 (produk utama) sudah
terbebas dari komponen C4 – C7 dan digunakan sebagai media pendingin pada heat
exchanger E-100. Suhu aliran fasa uap tersebut adalah -22oF sehingga dimanfaatkan
sebagai fluida pendingin pada unit heat exchanger E-100. Tekanan alliran tersebut
masih rendah akibat ekspansi oleh J-T valve, sehingga kompresor K-101 dipasang
untuk menaikkan kembali tekanan aliran.
Fasa liquid (residu) keluaran separator V-100 dan V-101 dicampur untuk diproses
lebih lanjut agar memenuhi persyaratan jual. Campuran tersebut masih mengandung
komponen C1-C3, sehingga perlu dipisahkan melalui serangkaian distilasi. Pada PFD
hasil simulasi HYSYS yang ditampilkan pada Gambar 3.2, campuran dialirkan
menuju kolom T-101 untuk memisahkan komponen C1 dan C2. Produk bawah
kolom T-101 diharapkan sudah terbebas dari C1 dan C2. Pada simulasi HYSYS,
kinerja distilasi pada T-101 dapat dibandingkan dengan distilasi menggunakan fitur
Shortcut Column dan Component Splitter. Selanjutnya, komponen LPG (C3 dan C4)
pada produk bawah T-101 dipisahkan melalui kolom T-103. Komponen LPG (C3
dan C4) terpisahkan pada produk atas, dan produk bawah kolom tersebut kaya akan
kondensat.
8
3.1.3. Alur Proses Ekstraksi Kondensat Melalui Turbo-Expander
Process flow diagram proses ekstraksi kondensat dengan menggunakan turbo-
ekspander disajikan pada Gambar 3.3. Pada alternatif proses turbo-expander juga
dilakukan penambahan kelembapan pada gas umpan dengan penambahan air pada
unit op-100. Selanjutnya aliran didinginkan dengan heat exchanger E-100. Umpan
yang sudah didinginkan tersebut selanjutnya dipisahkan antara fasa uap dan cairnya
di separator V-100. Untuk mengkondensasi lebih lanjut komponen C4 – C7 dari
aliran fasa uap keluaran V-100, digunakan turbo-expander K-100. Tekanan aliran
diturunkan oleh turbo-expander K-100 dari 697 psig hingga 448 psig. Kondensat
dipisahkan melalui separator V-101. Fasa uap keluaran V-101 (produk utama) sudah
terbebas dari komponen C4 – C7 dan digunakan sebagai media pendingin pada heat
exchanger E-100. Suhu aliran fasa uap tersebut adalah -22oF sehingga dimanfaatkan
sebagai fluida pendingin pada unit heat exchanger E-100. Tekanan alliran tersebut
masih rendah akibat ekspansi oleh turbo-expander, sehingga kompresor K-101
dipasang untuk menaikkan kembali tekanan aliran.
Fasa liquid (residu) keluaran separator V-100 dan V-101 dicampur untuk diproses
lebih lanjut agar memenuhi persyaratan jual. Campuran tersebut masih mengandung
komponen C1-C3, sehingga perlu dipisahkan melalui serangkaian distilasi. Pada PFD
hasil simulasi HYSYS yang ditampilkan pada Gambar 3.3, campuran dialirkan
menuju kolom T-101 untuk memisahkan komponen C1 dan C2. Produk bawah
kolom T-101 diharapkan sudah terbebas dari C1 dan C2. Pada simulasi HYSYS,
kinerja distilasi pada T-101 dapat dibandingkan dengan distilasi menggunakan fitur
Shortcut Column dan Component Splitter. Selanjutnya, komponen LPG (C3 dan C4)
pada produk bawah T-101 dipisahkan melalui kolom T-103. Komponen LPG (C3
dan C4) terpisahkan pada produk atas, dan produk bawah kolom tersebut kaya akan
kondensat.
10
3.2. Perbandingan Alternatif Proses Esktraksi Kondensat
3.2.1. Analisis Sensitivitas Variabel Kunci Proses dan Rekomendasi Alternatif
Proses
Perbandingan kinerja ekstraksi kondensat melalui mechanical refrigeration, J-T
valve, dan tubo expander ditampilkan pada Tabel 3.1
Tabel 3.1. Perbandingan kinerja ekstraksi kondensat melalui mechanical
refrigeration, J-T valve, dan tubo expander
Berdasarkan Tabel 3.1, dapat dilihat bahwa laju alir gas residu terbanyak dihasilkan
dengan menggunakan proses JT-Valve. Selain itu, jika analisis ditinjau dari kualitas
gas residu yang dihasilkan, Kualitas gas residu terbaik dihasilkan dengan
menggunakan proses mechanical refrigeration. Dilihat dari aspek kondensat,
kondensat terbanyak dihasilkan dengan menggunakan mechanical refrigeration
Selain itu, dilihat dari sisi Reid Vapour Pressure (RVP) kondensat, kondensat
dengan kualitas RVP yang paling mendekati ketentuan (RVP = 12) dihasilkan dari
Parameter Mechanical
Refrigeration JT-Valve Expansion Turbo Expander
Laju alir gas residu
(MMSCFD) 95.02 97.39 96.98
Perolehan gas residu (%) 95.02 97.39 96.98
Komposisi Metana di gas
residu (%-mol) 90.44 89.33 89.58
Heating Value Gas
Residu (Btu/Scf) 1034 1053 1048
Laju alir kondensat
(MMSCFD) 1.202 0.9707 1.055
Perolehan kondensat (%) 1.202 0.9707 1.055
RVP kondensat @ 100oF
(psia) 11.94 6.343 8.337
Kebutuhan listrik (hp) 408.7 7288 2697
11
proses mechanical refrigeration. Dari sisi kebutuhan energi, energi listrik yang
dibutuhkan untuk proses mechanical refrigeration jauh lebih sedikit jika
dibandingkan dengan proses yang menggunakan JT-Valve dan Turbo Expander.
Oleh karena itu, dari analisis yang telah dijabarkan di atas, proses condensate
extraction dengan menggunakan mechanical refrigeration terlihat lebih menjanjikan
dibanding dua proses lainnya. Karena hasil simulasi ketiga alternatif proses
menghasilkan nilai RVP di bawah 12, maka tidak diperlukan penambahan unit
Condensate Stabilizer pada alternatif proses.
3.3. Neraca Massa dan Kondisi Aliran Proses
Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan mechanical
refrigeration, J-T valve, dan tubo expander ditampilkan pada Tabel 3.2 s.d Tabel 3.4.
Tabel 3.2. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan
Mechanical Refrigeration
Parameter Umpan Top De-
Ethanizer LPG Kondensat
Gas
Residu
Laju Alir
(MMSCFD) 100 2.355 1.47 1.202 95.02
Komposisi Metana
(%-mol) 87.68 75.77 0 0 90.44
Komposisi Etana
(%-mol) 3.81 17.14 1.27 0 3.57
Komposisi Propana
(%-mol) 2.69 0.58 57.6 0.29 1.92
Komposisi
i-butana
(%-mol)
0.51 0
17.68 2.5 0.23
Komposisi
n-butana
(%-mol)
0.66 0 23.44 8.47 0.22
Komposisi
i-pentana
(%-mol)
0.3 0 0 21.81 0.04
Komposisi
n-pentana
(%-mol)
0.05 0 0 3.82 0
12
Tabel 3.2. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan
Mechanical Refrigeration (lanjutan)
Parameter Umpan Top De-
Ethanizer LPG Kondensat
Gas
Residu
Komposisi
n-heptana
(%-mol)
0.76 0 0 63.1 0
Komposisi
N2
(%-mol)
0.77 0.2 0 0 0.81
Komposisi
CO2
(%-mol)
2.77 6.31 0 0 2.76
Tabel 3.3. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan JT-
Valve Expansion
Parameter Umpan Top De-
Ethanizer LPG Kondensat
Gas
Residu
Laju Alir
(MMSCFD) 100 0.9844 0.6521 0.9707 96.98
Komposisi Metana
(%-mol) 87.68 69.46 0.01 0 89.33
Komposisi Etana
(%-mol) 3.81 15.73 0.43 0 3.75
Komposisi Propana
(%-mol) 2.69 9 41,21 0 2.39
Komposisi i-butana
(%-mol) 0.51
0
21,41 0.22 0.38
Komposisi n-butana
(%-mol) 0.66 0 32,75 2.63 0.43
Komposisi i-entana
(%-mol) 0.3 0 4,14 16.05 0.12
Komposisi n-pentana
(%-mol) 0.05 0 0.05 3.57 0.02
Komposisi n-heptana
(%-mol) 0.76 0 0 77.53 0.01
Komposisi N2
(%-mol) 0.77 0.19 0 0 0.79
Komposisi CO2
(%-mol) 2.77 5.61 0.01 0 2.79
13
Tabel 3.4. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan Turbo
Expander
Parameter Umpan Top De-
Ethanizer LPG Kondensat
Gas
Residu
Laju Alir
(MMSCFD) 100 0.9846 0.9855 1.055 96.98
Komposisi Metana
(%-mol) 87.68 82.51 0.02 0 89.58
Komposisi Etana
(%-mol) 3.81 10.50 9.45 0 3.73
Komposisi Propana
(%-mol) 2.69 0 46.09 0.17 2.3
Komposisi i-butana
(%-mol) 0.51
0
17.11 1.06 0.34
Komposisi n-butana
(%-mol) 0.66 0 26.16 3.97 0.37
Komposisi i-pentana
(%-mol) 0.3 0 1.11 19.34 0.09
Komposisi n-pentana
(%-mol) 0.05 0 0.01 3.78 0.01
Komposisi n-heptana
(%-mol) 0.76 0 0 71.68 0
Komposisi N2
(%-mol) 0.77 0.22 0 0 0.79
Komposisi CO2
(%-mol) 2.77 6.77 0.05 0 2.79
3.4. Konfigurasi Kolom De-Ethanizer dan De-Buthanizer
Konfigurasi kolom de-ethanizer ditampilkan pada Tabel 3.5 berikut ini.
Tabel 3.5. Konfigurasi kolom de-ethanizer
Parameter Mechanical
Refrigeration JT-Valve Turbo Expander
Tekanan Top (psig) 400 400 400
Tekanan Bottom
(psig) 420 420 420
Temperatur Top
(oF) -49.43 -2.24 -82.64
Temperatur Bottom
(oF) 324.7 354.9 299.6
14
Penentuan kondisi operasi tersebut didasari dengan terlebih dahulu mencari kondisi
operasi di unit component splitter dan shortcut distillation pada hysis. Parameter
yang dicapai pada proses pemisahan adalah pada kolom de-ethanizer, komposisi
metana pada bagian distilat yang ingin dicapai harus tinggi. Selain itu, ketersedian
utilitas juga menjadi parameter penentuan kondisi operasi
Konfigurasi kolom de-butthanizer ditampilkan pada Tabel 3.6 berikut ini.
Tabel 3.6. Konfigurasi kolom de-butthanizer
Parameter Mechanical
Refrigeration JT-Valve Turbo Expander
Tekanan Top (psig) 120 120 120
Tekanan Bottom
(psig) 140 140 140
Temperatur Top
(oF) 134.4 139.9 121.8
Temperatur Bottom
(oF) 330.4 349.5 334.1
Penentuan kondisi operasi tersebut didasari dengan terlebih dahulu mencari kondisi
operasi di unit component splitter dan shortcut distillation pada hysis. Berbeda
dengan kolom de-ethanizer, pada kolom debuthanizer Parameter yang ingin dicapai
pada proses pemisahan komposisi propana dan butana pada bagian distilat yang
dicapai harus tinggi. Selain itu, ketersedian utilitas juga menjadi parameter
penentuan kondisi operasi
15
BAB IV
ANALISIS EKONOMI
4.1. Harga Utilitas
Tabel 4.1 menunjukkan perbandingan harga utilitas ketiga alternatif proses ekstraksi
kondensat. Secara umum utilitas yang digunakan pada ketiga alternatif proses
tersebut dibagi menjadi tiga yaitu, cold utility berupa udara sebagai media pendingin
di kondensor pada unit distilasi, hot utility berupa LP steam dan MP steam sebagai
media pemanas di reboiler pada unit distilasi, serta daya listrik untuk
mengoperasikan kompresor. Berdarkan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan
melalui program HYSYS, proses Turbo Expander membutuhkan biaya utilitas yang
paling kecil diantara ketiga alternatif proses ekstraksi kondensat.
Tabel 4.1. Perbandingan harga utilitas ketiga alternatif proses ekstraksi kondensat
Alternatif Proses Utilitas Aliran Energi (kcal/h)
Laju Alir Massa (ton/jam)
Harga (USD/jam)
Mechanical Refrigeration
Udara -752240,9 629,5 0,0
LP Steam 503971,9 1,0 4,0
MP Steam 1328664,0 2,8 12,2
Power 262253,4 17,3
Very Low Temperature -1904105,1 5940,9 70,9
Total Cost (USD/year) 1.408.940
Turbo Expander
Udara 671112,7 0,0
LP Steam 1397329,0 2,7 11,1
Power 1730729,7 114,4
Total Cost (USD/year) 1.102.100
J-T Expansion
Udara -779387,4
LP Steam 1372476,4 2,6 10,9
Power 4676263,3 309,1
Total Cost (USD/year) 2.822.940
16
4.2. Harga Peralatan
Rincian harga peralatan yang digunakan pada ekstraksi kondensat dengan ketiga
alternatif proses disajikan pada Tabel 4.2 s.d 4.4.
Tabel 4.2. Harga peralatan pada proses ekstraksi kondensat dengan turbo-expander
Unit Jenis Alat Equipment Cost (USD) Installed Cost (USD)
K-101 Kompresor sentrifugal 1160900 1356800
V-101 Vertical process vessel (separator) 43100 162300
K-100 Turbo-expander 353600 521200
V-100 Vertical process vessel (separator) 39800 146600
E-100 TEMA shell and tube exchanger 16400 88300
Reboiler_@T-101 TEMA shell and tube exchanger 16400 82000
Main TS_@T-101 Multiple diameter trayed tower 62100 202300
Condenser_@T-101 TEMA shell and tube exchanger 10700 121400
Reboiler_@T-103 TEMA shell and tube exchanger 16400 81500
Main TS_@T-103 Multiple diameter trayed tower 100700 283000
Condenser_@T-103 TEMA shell and tube exchanger 15000 81600
Tabel 4.3. Harga peralatan pada proses ekstraksi kondensat dengan mechanical
refrigeration
Unit Jenis Alat Equipment Cost (USD)
Installed Cost (USD)
K-100 Kompresor sentrifugal 740100 913100
V-100 Vertical process vessel (separator) 31700 139200
V-101 Vertical process vessel (separator) 39800 156300
E-100 TEMA shell and tube exchanger 16400 88300
E-101 TEMA shell and tube exchanger 17400 84300
E-102 TEMA shell and tube exchanger 33100 159900
Main TS_@De-Ethanizer Multiple diameter trayed tower 142700 326000
Reboiler_@De-Ethanizer TEMA shell and tube exchanger 85900 211600
Condenser_@De-Ethanizer TEMA shell and tube exchanger 10600 115900
Reboiler_@De-Propanizer TEMA shell and tube exchanger 12700 77700
Main TS_@De-Propanizer Multiple diameter trayed tower 122700 304300
Condenser_@De-Propanizer TEMA shell and tube exchanger 14900 81500
17
Tabel 4.4. Harga peralatan pada proses ekstraksi kondensat dengan JT-valve
expansion
Sementara itu, perbandingan nilai Capital Cost untuk ketiga alternatif proses
ekstraksi kondensat berdasarkan hasil evaluasi ekonomi dengan software HYSYS
ditampilkan pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5. Perbandingan Capital Cost ketiga alternatif proses ekstraksi kondensat
Alternatif Proses Capital Cost (USD)
Turbo-expander 9219090
Mechanical refrigeration 8535810
JT-valve expansion 10685200
Berdasarkan data yang tersaji pada Tabel 4.5 dapat disimpulkan bahwa proses
ekstraksi kondensat dengan mechanical refrigeration lebih menarik untuk dipilih
karena membutuhkan utility cost yang relatif rendah, serta capital cost yang paling
rendah diantara ketiga alternatif proses yang dibahas.
Unit Jenis Alat Equipment Cost (USD)
Installed Cost (USD)
V-101 Vertical process vessel (separator) 35100 158300
V-100 Vertical process vessel (separator) 39800 146600
E-100 TEMA shell and tube exchanger 528400 819200
K-101 Kompresor sentrifugal 1825300 2126500
Reboiler_@T-101 TEMA shell and tube exchanger 28200 124500
Main TS_@T-101 Multiple diameter trayed tower 83100 240900
Condenser_@T-101 TEMA shell and tube exchanger 24500 128200
Reboiler_@T-103 TEMA shell and tube exchanger 24500 125300
Main TS_@T-103 Multiple diameter trayed tower 100700 284700
Condenser_@T-103 TEMA shell and tube exchanger 24500 128200
18
BAB V
KESIMPULAN
Berdasarkan analisis sensitivitas variabel kunci proses terhadap parameter kinerja
proses, dan analisis aspek tekno-ekonomi, maka dapat disimpulkan alternatif proses
yang paling baik untuk proses ekstraksi kondensat adalah dengan proses mechanical
refrigeration.
Selain itu, karena hasil simulasi ketiga alternatif proses menghasilkan nilai RVP di
bawah 12, maka tidak diperlukan penambahan unit Condensate Stabilizer pada
alternatif proses yang dipilih.
Top Related