Natural Gas Processing (Process Overview)

Catatan berikut adalah lanjutan dari catatan kuliah saya sebelumnya di Natural Gas Processing (Introduction).

PRINSIP PEMROSESAN GAS ALAM

Penggunaan utama gas alam adalah sebagai bahan bakar (fuel) dan bahan baku industri petrokimia (feedstock) semisal dalam industri pupuk. Ada tiga prinsip dalam pemrosesan gas alam :

  1. Purifikasi (pemurnian)
  2. Separasi (pemisahan)
  3. Liquefaction (pencairan)

Komposisi gas alam bervariasi antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain. Karena itu spesifikasi produk gas alam biasanya dinyatakan dalam komposisi dan kriteria performansi-nya. Kriteria-kriteria tersebut antara lain : Wobbe Number, Heating Value, inert total, kandungan air, oksigen, dan sulfur. Wobbe Number dan Heating Value merupakan kriteria dalam pembakaran, sedangkan kriteria lain terkait dengan perlindungan perpipaan dari korosi dan plugging.

Istilah purifikasi dan separasi sendiri mengacu pada proses yang terjadi. Jika removal H2S dalam jumlah kecil, maka proses bisa disebut dengan purifikasi. Akan tetapi jika jika H2S yang hendak dihilangkan ada dalam jumlah besar dan akan dikonversi menjadi elemental sulfur yang mempunyai nilai jual, maka proses yang terjadi dikategorikan sebagai separasi. Overview dari material yang ada dalam natural gas bisa dilihat pada Gambar berikut :

Gambar 1. Material dalam Pemrosesan Gas Alam

PROCESS OVERVIEW

Blok diagram pemrosesan gas alam secara umum ditunjukkan pada Gambar berikut :

Gambar 2. Skema pemrosesan gas alam


1. Compression

Tekanan memainkan peranan yang sangat penting dalam industri gas, khususnya dalam transportasi perpipaan, baik dari field menuju gas plant ataupun dalam transport sales gas. Stream yang melibatkan proses kompresi antara lain :

  1. Gas dari Inlet Receiving. Untuk memaksimalkan recovery liquid maka gas harus bertekanan antara 850 – 1.000 psi (60 – 70 bar) ketika memasuki bagian hydrocarbon recovery. Tetapi gas cukup bertekanan 600 – 650 psi jika hanya propane dan komponen lebih berat yang akan direcovery
  2. Gas dari Vapor Recovery. Pada umumnya merupakan gas bertekanan rendah yang akan dikompresi untuk proses hydrocarbon recovery
  3. Gas keluar dari bagian Hydrocarbon Recovery dan menuju pipeline. Untuk gas plant yang memproses gas dengan flow yang lebih besar dari 5 MMscfd, biasanya digunakan turboexpander untuk pendinginan gas. Outlet kompresi tambahan biasanya juga diperlukan agar gas memenuhi spesifikasi tekanan pada perpipaan

Pengeluaran terbesar dalam pendirian gas plant baru adalah unit kompresi ini. Setidaknya 50-60 % Total Installed Cost dihabiskan untuk unit ini. Selain itu, ongkos maintenance terbesar juga dihabiskan untuk kompresor.

Secara umum, kompresor dikategorikan menjadi dua jenis yaitu positive displacement dan dynamic compressor. Perbedaan mendasar dari dua jenis kompresor ini adalah positive displacement copressor merupakan volume displacement device yang meningkatkan tekanan dengan jalan menurunkan volume. Sedangkan dynamic compressor merupakan pressure/pum head device yang performansinya tergantung pada aliran dan kebutuhan tekanan pada sisi outlet. Dynamic compressor merubah kecepatan gas (energi kinetik) menjadi tekanan.

Pembagian kompresor secara detail bisa dilihat pada skema berikut :

Gambar 3. Pembagian Kompresor

Sedangkan termodinamika kompresor bisa dilihat secara detail pada buku-buku Thermodinamika.

2. Gas Treating

Unit gas treating merupakan unit reduksi ‘acid gas‘ karbon dioksida (CO2) dan hidrogen silfida (H2S) agar memenuhi spesifikasi proses dan menghindari permasalahan korosi dan plugging. Nilai spesifikasi gas asam ini bisa dilihat pada catatan saya sebelumnya.

Hidrogen sulfida sangat beracun, dengan adanya air maka akan membetuk asam lemah dan korosif. Nilai Threshold Limit Value (TLV) gas ini adalah 10 ppmv. Pada konsentrasi yang lebih besar dari 1.000 ppmv akan menyebabkan kematian dalam hitungan menit. Ketika konsentrasi H2S di atas level ppmv, maka senyawa sulfur yang lain akan muncul seperi karbon disulfida (CS2), mercaptan (RSH), dan sulfida (RSR).

Karbon dioksida bersifat non-flammable dan dalam jumlah yang besar sangat tidak diharapkan dalam fuel. Seperti halnya H2S, dengan adanya air maka karbon dioksida akan membentuk asam lemah dan bersifat korosif.

Proses reduksi gas asam yang biasa digunakan pada umumnya diklasifikasikan menjadi :

  • Solvent absorption (Chemical, Physical, dan Hybric)
  • Solid absorption (molecular sieve, iron sponge, dan zinc oxide)
  • Membrane (cellulose acetate, polyamide, dan polysulfone)
  • Direct concersion
  • Cryogenic Fractionation

Pemilihan proses yang digunakan harus memperhatikan hal-hal sebagai berikut :

Jenis dan konsentrasi impuritis dan komposisi hidrokarbon pada sour gas. Misalnya COS, CS2, dan mercaptan dapat mempengaruhi desain fasilitas gas dan liquid treating. Pemilihan penggunaan physical solvent cenderung menyebabkan larutnya hirdrokarbon berat, dan dengan adanya senyawa berat dalam jumlah yang cukup besar ini menyebabkan kecenderungan pemilihan chemical solvent.

  1. Temperatur dan tekanan sour gas. Gas asam dengan tekanan parsial tinggi (50 psi/3,4 bar) disarankan untuk menggunakan psysical solvent, sedangkan untuk tekanan parsial yang rendah disarankan penggunaan amina.
  2. Spesifikasi outlet gas
  3. Volume gas yang akan diproses
  4. Spesifikasi gas residue, acid gas, dan liquid product
  5. Selectivity acid gas removal
  6. Faktor biaya kapital dan operasi
  7. Kebijakan/standar lingkungan, yang meliputi peraturan mengenai polusi udara dan bahan kimia berbahaya

3. Gas Dehydration

Dehydration sangat penting dalam tiga aspek :

  1. Gas Gathering. Air harus dihilangkan untuk mengurangi korosi perpipaan dan mengurangi penyumbatan pipa (line blockage) karena pembentukan hidrat. Dew point air haruslah lebih rendah daripada temperatur perpipaan terendah untuk mencegah terbentuknya air.
  2. Product dehydration. Baik produk gas dan liquid memiliki spesifikasi kandungan air (water content) tersendiri. Sales gas dari plant biasanya dalam kondisi kering jika digunakan cryogenic hydrocarbon liquid recovery. Kebanyakan dari spesifikasi produk mensyaratkan free water content (Engineering Data Book, 2004a). Dengan demikian, kandungan air maksimum dalam sales gas adalah 4 – 7 lb/MMscf (60 – 110 mg/Sm3). Untuk liquid, kandungan air adalah 10 – 20 ppmv
  3. Hydrocarbon recovery. Kebanyakan plant gas alam menggunakan proses cryogenic untuk recovery fraksi C2+ dari inlet gas. Jika gas asam dihilangkan dengan menggunakan proses penggunaan amina, maka gas yang keluar akan meninggalkan air dalam kondisi saturated (jenuh). Untuk mencegah terbentuknya hidrat dalam unit cryogenic ini, maka konsentrasi air hendaknya kurang dari 0,1 ppmv.

Kandungan air pada umumnya dinyatakan dalam beberapa cara :

  • Massa air per volume gas, lb/MMscf (mg/Sm3)
  • Temperatur dew point, oF (oC)
  • Konsentrasi, parts per million by volume (ppmv)
  • Konsentrasi, parts per million by mass (ppmv)

Untuk konversi satuan dalam industri gas, bisa dilihat di sini. Sedangkan konversi satuan konsentrasi bisa dilihat di sini.

Proses gas dehydration yang umum dipakai dalam industri gas adalah absorpsi, adsorpsi, dessicant, dan membran

Dalam proses absorpsi, pada umumnya digunakan absorbent ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), triethylene glycol (TEG), tetraethylene glycol (TREG), dan propylene glycol.

Sedangkan tiga tipe komersial adsorbent yang biasa digunakan adalah silica gel yang dibuat dari SiO2, activated alumina (dari Al2O3), dan molecular sieve terbuat dari aluminosilicate

4. Hydrocarbon Recovery

Salah satu stnadar dalam pipeline specification gas alam adalah kandungan siulfur dan air serta higher heating value yang harus berkisar antara 950 – 1.150 Btu/scf (35.400 – 42.800 kJ/Sm3).

Gas yang telah di-treating biasanya masih mengandung konsentrasi inert (N2, CO2) yang tinggi, selain itu heating value juga tinggi karena adanya fraksi C2+. Hyrocarbon recovery section ini diperlukan untuk menurunkan kandungan fraksi C2+ dan mengontrol dew point. Kontrol dew point juga diperlukan karena dikhawatirkan terjadi kondensasi proses karena temperatur atau pressure drop. Hal ini karena campuran gas alam mengandung hidrokarbon berat yang menunjukkan karakteristik yang disebut retrogade condensation yang ditunjukkan oleh diagram P-T berikut :

Gambar 4. Diagram P-T Retrogade Condensation

Envelope merupakan garis buble point-dew point campuran. Pada berbagai kondisi temperatur dan tekanan di luar envelope, campuran dalam kondisi 1 fase. Pada berbagai temperatur dan tekanan di dalam envelope maka campuran terdapat dalam 2 fase. Tiga point penting pada envelope adalah :

  • Cricondentherm, yaitu temperatur maksimum dimana dua fase terbentuk
  • Cricondenbar, tekanan maksimum dimana dua fase terbentuk
  • Critical point, temperatur dan tekanan dimana fase vapor dan liquid memiliki konsentrasi yang sama.

Proses dalam hydrocarbon recovery sangat bervariasi tergantung spesifikasi produk yang diinginkan, volume gas, komposisi inlet dan tekanan proses. Proses yang umum dijumpai dalam hydrocarbon recovery ini antara lain :

1. External Refrigeration : Propane refrigeration

External refrigeration memainkan peranan yang sangat penting dalam proses recovery hydrocarbon, digunakan untuk mendinginkan stream gas untuk recovery C3+ dan untuk menurunkan temperatur gas pada stage berikutnya.

Siklus refrigerasi terdiri dari 4 tahapan sebagai berikut :

Gambar 5. Siklus refrigerasi

Gambar 6. Contoh propane refrigeration loop

v Kompresi uap jenuh refrigerant (A) ke tekanan di atas tekanan uap pada temperatut ambient (B)

  • Kondensasi ke C dengan pertukaran panas fluida pendingin
  • Ekspansi (biasanya menggunakan J-T valve) untuk mendinginkan dan refrigerasi ke D
  • Pertukaran panas dengan fluida yang akan didinginkan dengan evaporasi refrigerant ke A

2.Turboexpansion

3.Heat Exchanger

4.Fraksinasi

5. Nitrogen Rejection

Tiga metode yang sering dijumpai untuk removal nitrogen yaitu :

  1. Cryogenic distillation
  2. Adsorption
  3. Membrabe separation

Perbandingan ketiga metode tersebut ditunjukkan dalam Tabel berikut :

6. Trace Component Removal

Sejumlah trace komponent dalam konsentrasi yang cukup tinggi bisa menurunkan kualitas produk dan menimbulkan permasalahan lingkungan. Komponen –komponen tersebut antara lain :

vHidrogen

Meski jarang sekali ada dalam konsentrasi yang besar, hidrogen tetap harus dihilangkan sehingga konsentrasinya menjadi serendah mungkin

vOksigen

Konsentrasi maksimum oksigen yang diperbolehkan adalah 1.0 % volume pada sales gas. Jika konsentrasi oksigen mencapai level 50 ppmv maka akan menimbulkan beberapa permasalahan sebagai berikut : menyebabkan korosi perpipaan dengan adanya air, bila bereaksi dengan amina pada proses gas treating akan membentuk garam yang stabil, bila bereaksi dengan glikol akan membentuk senyawa asam yang korosif, berekasi dengan hirokarbon selama proses high temperature regeneration akan membentuk air, yang akan mengurangi efektivitas dari proses ini, pada konsentrasi yang rendah, oksigen bisa dihilangkan dengan nonregenerative scavengers. Untuk konsentrasi yang lebih tinggi bisa digunakan metode katalitik.

  • Radon (NORM)
  • Arsenik
  • Helium
  • Merkuri
  • BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, dsan xylene)

7. Liquids Processing

8. Sulfur Recovery

9. Trasportation and Storage

to be continued, 😀

Sumber :

Kidnay, Arthur J; William R. Parish. Fundamentals of Natural Gas Processing. CRC Press. 2006

Advertisements

18 comments on “Natural Gas Processing (Process Overview)

  1. mbak aku minta tolong
    aku udah baca yg versi bukunya
    NGSPA engineering data book 8th edition 1967 tulsa okla
    boleh saya minta yg pdfnya ato saya boleh minta yg section fluid flow & piping sama diagramnya ato chart
    sebelumnya saya minta tolong

    makasih

  2. Saya ada pdf GPSA Engineering Data Book (Gas Processors Suppliers Association) 12th edition (Year 2004). Kl berminat silahkan berkunjung ke page E-books saya

  3. Assalamualaikum….

    Salam Kenal…

    Boleh ya aku link ke blog ku..

    trus mau tanya boleh kah??? punya referensi atau apapun ttg komposisi gas alam dari well yang banyak mengandung wax… trus pengolahannya seperti apa??

    thanks…
    Wassalam…
    Rupie E

  4. Assalamualaikum….

    Boleh saya bergabung kesini…
    mbak aku minta tolong
    boleh saya minta yg pdfnya ato saya boleh minta alur proses gas alam dan unit treating dengan diagramnya ato chart

    Syukran….
    Wassalam..
    Ghetfir

  5. Artikel yang sangat bermanfaat untuk pekerjaan saya, kalau anda berkenan jika ada artikel yang berhubungan dengan gas alam saya berharap di kirim juga ke email saya. thanks

  6. boleh minta tolong bagaimana proses destilasi kriogenik …n mw nanya juga nih ada ga cara lain memisahkan ethylene dan gas ethane selain dari destilasi kriogenik..please kasih tahu imfonya ya..thanks buaget..penting bwt skripsi…

  7. Alsalamu Alikum.

    The above overview seems to be simple and direct to the gas processing principles.

    I am from UAE and I am looking for an English version of this overview if available.

    • Wa Alaikum Salam Wr. Wb

      I am sorry there is no English version for this post. You may refer to the reference I mentioned above for more information. I wrote this articles simply because I took the course about Gas Processing.

  8. asalammualaikum…

    saya dapat tgs mata kuliah termo untuk mencari diagram mengenai process engineering dalam bidang industri. sebagai tgsnya, saya memakai diagram pembrosesan gas alam di posting kaka ini tapi saya butuh penjelasan skema yg lengkap sebagai bahan referensi saya. kakak, lanjutannya apakah sdh postingan kan? tolong kakak postingkan 🙂

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s