Tabel 1.1 Komposisi Gas Alam. Komponen Persentase mol (%)

Transkripsi

1 SIMULASI TEKNO-EKONOMI UNTUK MODIFIKASI RANCANGAN PADA PROSES REGENERASI GLIKOL DI FASILITAS PENGOLAHAN GAS ALAM Akbar Jati, Bambang Heru Susanto, ST., MT. Teknik Kimia, Fakultas Teknik Kimia, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, Indonesia Abstrak: Pengolahan gas alam bertujuan memenuhi spesifikasi gas jual. Dehidrasi absorpsi menggunakan glikol mampu menghasilkan kadar air di dalam gas alam kurang dari lb/mmscf dan kehilangan glikol maksimum adalah, gal/mmscf saat regenerasi. Namun, proses regenerasi glikol dengan metode konvensional destilasi atmosferik saat ini terjadi kehilangan glikol sebesar, gal/mmscf. Simulasi modifikasi rancangan pada kolom stripping gas dan penambahan unit TEG cooler pada masukan TEG flash drum mampu mengurangi kehilangan glikol sebesar,89 gal/mmscf. Analisa kelayakan ekonomis menunjukkan bahwa IRR yang didapat sebesar, % dengan MARR sebesar,8 % sehingga modifikasi layak untuk dijalankan. Kata kunci: Modifikasi, Glikol, Stripping gas I. Pendahuluan Kebutuhan energi di Indonesia akan semakin meningkat dari tahun ke tahun yang mana diprediksi pada tahun kebutuhan energi Indonesia akan meningkat sebesar, MMSBM. Saat ini gas alam mendapatkan perhatian dan menjadi pilihan alternatif utama energi dunia karena lebih murah dan ramah lingkungan, serta lebih mudah dalam pengolahannya. Secara umum pengolahan gas alam dilakukan melalui beberapa proses, yaitu: purifikasi (pemurnian), separasi (pemisahan), dan liquefaction (pencairan) untuk gas yang didistribusikan dalam bentuk cair. Uap air dapat menyebabkan korosi ketika berhubungan dengan hidrogen sulfida (H S) dan karbondioksida (CO ) yang senantiasa terkandung didalam gas alam. Uap air juga dapat menyebabkan pembentukan hidrat pada temperatur rendah dan tekanan tinggi. Metode umum untuk menghilangkan kandungan air dari gas alam adalah dehidrasi absorpsi menggunakan glikol. Dalam proses ini glikol yang dipakai adalah triethylene glikol (TEG). TEG yang telah menyerap kandungan air akan mengalir ke kolom regenerasi untuk proses pemurnian TEG (regenerator) yang selanjutnya dialirkan kembali ke kolom TEG contactor sehingga tetap mampu bekerja mengurangi kadar air didalam sale gas kurang dari lb/mmscf. permasalahan yang sedang terjadi pada proses regenerasi glikol di PT X, yaitu hilangnya TEG saat proses regenerasi TEG (Loss of Glycol), dekomposisi atau kerusakan TEG akibat temperatur berlebih pada kolom reboiler ( Thermal Decomposotion of Glycol ), ph Control dan Dew Point Control. Penelitian ditujukan pada pencarian solusi untuk mengatasi hilangnya TEG saat regenerasi. Sebagian besar proses regenerasi TEG dirancang untuk kerugian TEG kurang dari, gal/mmscf gas alam. Saat ini kehilangan TEG dapat mencapai,9 usgpm atau sebesar gal/hari. Dengan laju alir gas,8 MMscfd, maka kehilangan TEG mencapai, gal/mmscf. II. Metode Pada penelitian ini dilakukan simulasi modifikasi untuk mencari rancangan yang mampu menghasilkan kehilangan TEG kurang dari, gal/mmscf. Tahapan penelitian meliputi proses pengumpulan data, dew point control, simulasi dan optimasi rancangan proses regenerasi TEG, modifikasi rancangan dilakukan sampai kehilangan TEG memenuhi spesifikasi, dilanjutkan analisis kelayakan ekonomi pada tahap akhir. III. Hasil dan Pembahasan A. Proses Penentuan Terjadinya Hidrat (Dew Point Control) Karakteritis sale gas yang ada di proses dehidrasi absorpsi PT X memiliki tekanan,8 MPa [ psia] dan temperatur o C [, o F] dengan laju alir gas dari sumur minyak.. std m /day [,8 MMscfd]. Untuk mengetahui kondisi dimana akan terjadi hidrat maka kita perlu terlebih dahulu mengetahui pada kondisi tekanan dan temperatur berapa gas tersebut akan dialirkan dan komposisi sale gas. Untuk mengetahui kadar air maksimum tersebut maka simulasi dapat dilakukan dengan menggunakan basis massa gas kering (dry gas atau sale gas) dan kondisi tekanan dan temperatur operasi didalam jaringan pipa distribusi. Tabel. Komposisi Gas Alam Komponen Persentase mol (%) Metana 8,8 Etana,8 Propana,9 i-butana,9 n-butana, i-pentana, n-pentana, Heksana,8 Nitrogen, Karbondioksida, Air, Umumnya keberadaan air dalam gas akan mempercepat proses terjadinya hidrat, semakin Simulasi tekno, Akbar Jati, FT UI,

2 tinggi kadar air yang terkandung didalam aliran gas, maka pada tekanan yang sama akan mudah terjadi proses hidrat. Hasil fluida gas yang telah mengalami kesetimbangan uap air jenuh tersebut sekaligus dapat dijadikan sebagai fluida inlet wet gas pada simulasi dehidrasi gas. Hasil simulasi kesetimbangan uap air jenuh dapat dilihat pada tabel. Tabel. Kesetimbangan Uap Air Jenuh Gas Parameter Data Kadar Air inlet Wet Gas (lb/day) 99, Laju Alir inlet Wet Gas (MMscf),8 Kadar Air (lb/mmscf), Hasil simulasi dew point control menunjukkan bahwa dengan kadar air sale gas lb/mmscf dan tekanan operasi,8 MPa [, psia] maka hidrat (dew point) akan terjadi saat gas berada pada temperatur, o F [-, o C]. Untuk mencegah hal tersebut maka ada beberapa hal yang bisa dilakukan, yaitu menjaga temperatur gas diatas o F ( o F diatas temperatur hidrat) dan menaikkan tekanan operasional diatas,8 MPa [, psia]. Water Dew Point (lb/ MMscf) Temperatur- Inlet Wet Gas ( o F) Gambar. Grafik Dew Point Control pada Aliran Gas B. Simulasi dan Optimasi Rancangan Proses Regenerasi TEG Gambar. Diagram Alir Proses Regenerasi Glikol B. Tekanan dan Temperatur Inlet Wet Gas Pada temperatur tertentu suatu zat akan memiliki tekanan parsial yang merupakan titik kesetimbangan dinamis gas zat tersebut pada bentuk cair Kadar Air (lb/mmscf) Gambar. Grafik Hubungan Temperatur dengan Kadar Air Sale Gas Pada kenaikan temperatur maka fase cair dari air akan berubah pada fase gas. Sebaliknya pada penurunan temperatur akan membuat zat pada fase gas tersebut akan kembali mengembun dan menaikkan kadar air didalam fase gasnya. Dengan menaikkan tekanan akan membuat air terpisah karana perbedaan tekanan uap. Kadar Air (lb/mmscf) 8 Tekanan - Inlet Wet Gas (Psia) 8 8 Temperatur- Inlet Wet Gas ( o F) Gambar. Grafik Hubungan Tekanan dengan Kadar Air Sale Gas Dengan menurunkan temperatur maka uap air yang telah terpisah akan berubah ke fase cair sebelum dikontakkan dan diserap larutan inhibitor (glikol). Dengan menaikkan tekanan maka uap air didalam akan berkurang. Hal ini disebabkan pada perbedaan tekanan uap antara gas hidrokarbon dengan air. Gas yang memiliki tekanan uap lebih besar akan melepaskan air yang terserap didalamnya. B. Laju Alir Sirkulasi TEG Penentuan laju alir Kolom TEG Contactor yang digunakan dalam proses dehidrasi memiliki jumlah tray sebanyak tray [N=]. Hasil perhitungan manual menggunakan rumus persamaan dasar absorpsi didalam buku Gas Conditioning and Processing (Campbell, ) didapat nilai laju alir Simulasi tekno, Akbar Jati, FT UI,

3 lean TEG 99,8% sebesar usgpm yang dibutuhkan untuk mengurangi dan mendapatkan spesifikasi kadar air lb/mmscf. Water Content (lb/mmscf) 8 TEG CirculaBon Rate ( USGPM ) Gambar. Grafik Hubungan Laju Sirkulasi TEG vs Dew Point & Kehilangan TEG B. Temperatur Lean TEG TEG (gal/mmscf) Water Content TEG di dalam TEG semakin menurun. Namun hasil dari peningkatan laju stripping gas dapat meningkatkan kehilangan TEG di dalam kolom stripping gas. Hal ini kemungkinan besar karena TEG ikut terbawa oleh aliran stripping gas yang mengalir secara counter current. Water Content (Lb/MMscf) Laju Stripping Gas (MMscf) TEG (gal/ MMscf) Water content TEG Gambar. Grafik Hubungan Laju Alir Stripping Gas vs Dew Point dan Kehilangan TEG Water Content (lb/mmscf) Temperatur TEG ( o F) 8 TEG (gal/mmscf) Water Content Make Up TEG Hasil optimasi menunjukkan bahwa kadar air sale gas yang didapat adalah,8 lb/mmscf dengan kehilangan TEG sebesar,9 gal/mmscf. C. Modifikasi Rancangan Proses Regenerasi Glikol. Gambar. Grafik Hubungan Temperatur TEG vs Dew Point dan Kehilangan TEG Salah satu variabel bebas yang sangat berpengaruh didalam proses dehidrasi dan regenerasi TEG adalah temperatur TEG. Temperatur kolom absorpi harus diusahakan memiliki temperatur minimum C lebih tinggi daripada suhu terbentuknya hidrat. Sementara Wet gas yang masuk ke dalam inlet contactor harus berada pada temperatur yang lebih rendah sekitar F dari temperatur inlet lean TEG. Apabila lean TEG berada pada temperatur yang lebih rendah dari wet gas, maka gas akan terkondensasi (Polak, 9). Hasil simulasi menunjukkan bahwa dengan meningkatnya temperatur maka efektifitas TEG dalam mengabsorpsi gas semakin turun. Hal ini disebabkan dengan meningkatnya temperatur TEG maka viskositas TEG semakin turun sehingga tidak mampu mengkondensasikan air didalam wet gas. B. Laju Stripping Gas Gambar. menunjukkan bahwa dengan meningkatnya laju stripping gas, maka efektifitas pemisahan air dari TEG semakin besar. Hal ini dapat dilihat dengan kecenderungan nilai kadar air Gambar.8 Diagram Alir Proses Regenerasi Glikol Setelah Modifikasi Modifikasi difokuskan untuk menyediakan reflux condensor yang mampu menangkap uap TEG yang kemungkinan besar dapat terbawa oleh aliran stripping secara counter current. Modifikasi dilakukan dengan cara memutus keluaran kolom stripping gas yang masih terhubung dengan unit acid gas flare header untuk dipindah dan disambungkan dengan unit TEG flash drum. Unit TEG flash drum adalah unit yang memiliki fungsi seperti expander dan pressur valve yang mampu memberi efek joule thompson pada aliran fluida fase gas. Penurunan tekanan pada TEG flash drum sebesar psia diharapkan mampu mengakibatkan uap TEG terkondensasi dan Simulasi tekno, Akbar Jati, FT UI,

4 terpisah dari fase uap air sebelum dialirkan kembali menuju reboiler. Pemisahannya didasarkan pada perbedaan tekanan uap yang mana air memiliki tekanan uap yang lebih rendah daripada TEG. Uap air yang terpisah selanjutnya mengalir kebagian atas TEG flash drum menuju acid gas flare header, sedangkan TEG yang terkondensasi akan bercampur kembali dan masuk bersama aliran fluida rich TEG menuju kolom regenerator. Modifikasi dengan menghubungkan kolom stripping gas dengan unit TEG flash drum sebagai media reflux tentu saja mengakibatkan temperatur didalam unit TEG flash drum meningkat. Temperatur fluida yang tinggi dari kolom stripping gas akan meningkatkan temperatur didalam TEG flash drum dan ada kecenderungan tekanan didalam TEG flash drum akan meningkat pula. Jika hal ini terjadi maka TEG flash drum akan mengalami penurunan efektifitas didalam proses pemisahan antar fase fluida. Untuk mencegah hal tersebut maka modifikasi selanjutnya adalah menambah unit pendingin (Rich TEG cooler) yang dipasang untuk mendinginkan fluida keluaran TEG reflux condensor dan Cold TEG exchanger sebelum memasuki TEG flash drum. Fluida tersebut terdiri dari uap air, uap TEG, dan gas stripping. Hal yang diharapkan dengan penurunan temperatur dan tekanan tersebut adalah kondisi operasi didalam TEG flash drum akan berada pada kondisi maksimum yang mampu melakukan pemisahan antar fase material stream uap air dan Uap TEG berdasarkan perbedaan tekanan uap. Temp- TEG Flash Drum (F).E+.E+.E+ Q- Rich TEG Cooler (btu/hr).... Gambar.9 Grafik Hubungan Rich TEG Cooler dengan Temperatur Inlet TEG Flash Drum dan Kehilangan TEG Gambar. menunjukkan pengaruh rich TEG cooler terhadap temperatur inlet TEG flash drum dan kehilangan TEG. Meningkatnya kinerja rich TEG cooler akan menyebabkan penurunan temperatur didalam inlet TEG flash drum yang merupakan kolom separator fase. Temperatur yang rendah menyebabkan kehilangan TEG dalam fase uap akan dapat direcovery pada fase cair didalam TEG flash drum. Tabel. Hasil Modifikasi Regenerasi Glikol TEG (gal/ MMscf) Temp- Inlet TEG Flash Drum Parameter Sebelum Modifikasi Setelah Modifikasi Temp- TEG ( o F) Laju Alir-TEG (USGPM) Temp-Reboiler ( o F) 8 8 Kadar Air Sale Gas (lb/mmscf),8,9 Kehilangan TEG (gal/mmscf),9,89 Hasil modifikasi menunjukkan kehilangan TEG kurang dari, gal/mmscf terjadi pada kondisi operasi rich TEG rich cooler sebesar, MMBtu/hr dengan laju alir stripping,8 MMscfd, Temperatur dan laju alir Lean TEG o F dan usgpm, dan Temperatur 8 o F. D. Analisis Kelayakan Ekonomi Base Premium for Equity Market atau Indonesia Government Bond Rate Seri FR, Rf =,% Equity Beta, β (HESS) =, (Nasdaq, ) Indonesia Country Risk Premium, RICRP =,% Didapat Total Equity Market =,9% Dengan menggunakan model CAPM, target IRR atau Cost of Equity dapat dihitung sebagai berikut: IRR equity = Rf + β ( Total Equity Risk Premium) IRR equity =,% +, (,9) =,% Weighted Average Cost of Capital (WACC) atau Minimum Attractive Rate of Return (MARR) tersusun oleh komponen Cost of Equity (IRR) yang besarnya,% dan Cost of Debt yang besarnya dihitung dari bunga bank yang diasumsikan sebesar % dan pajak pendapatan sebesar % sesuai undang-undang dirjen pajak. Maka struktur pendanaannya akan optimum pada persentase pinjaman,8% dari bank komersial dan, % dari ekuitas. Besarnya Cost of Debt dan WACC (MARR) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: Cost of Debt = Interest of Debt x (-Income Tax Rate) Cost of Debt = % x (-%) =,%!"#$!"#$%"&!"## =!"#$%!"#$%"&!"#$%&!"#$%"&!"#$%!"#$%"&!"#$!"!"#$%&!"#$!"!"#$ + WACC =,8% x,% +,% x,% =,8% Kriteria kelayakan investasi proyek modifikasi adalah NPV, dan IRR WACC Simulasi tekno, Akbar Jati, FT UI,

5 Diketahui harga TEG (PT X, ) adalah US$, per mol liter atau $, per galon, dengan indek harga maka didapat harga TEG sebesar US$, per gal. Berdasarkan data simulasi diketahui penghematan TEG sebanyak, gal/mmscf atau 8. gal/tahun maka penerimaan awal dari proyek modifikasi regenerasi TEG di tahun pertama adalah sebesar US$.9/tahun. Karena proyek modifikasi adalah sebuah investasi yang dikerjakan pada suatu industri atau perusahaan yang sudah berjalan maka beberapa komponen dalam TCI sudah tidak perlu dimasukkan dalam perhitungan. Total modal investasi sebesar US$.988. yang dibutuhkan pada proyek modifikasi regenerasi TEG. Dengan umur operasi selama tahun maka nilai Capital Expenditure (CAPEX) per tahun adalah sebesar US$.8 dengan tingkat bunga %. Total biaya operasional atau Operational Expenditure (OPEX) yang dibutuhkan pada proses hasil modifikasi sebesar US$.. $,. $,. $- $(,.) $(,.) $(,.) Gambar. Grafik Net Cash Flow Modifikasi Regenerasi TEG Suatu proyek dianggap layak apabila IRR lebih besar daripada MARR yang mencerminkan tingkat resiko dari proyek serta ditambah tingkat keuntungan yang diharapkan perusahaan. Adapun Net Present Value (NPV) yang mampu didapat adalah sebesar US$.9. Dalam hal situasi beresiko tinggi, payback period menjadi indikator yang lebih menentukan, didapat nilai pengembalian modal investasi terjadi pada tahun ke- dengan tingkat profitabilitas pada proyek modifikasi regenerasi TEG adalah sebesar,8%. E. Kesimpulan BTCF ATCF Hasil modifikasi rancangan proses regenerasi glikol menghasilkan kehilangan TEG sebesar,89 gal/mmscf dan kadar air didalam sales gas saat dehidrasi absorpsi sebesar,9 MMscf. Hasil modifikasi dilakukan dengan menyambung keluaran gas stripping pada kolom stripping untuk dimasukkan kedalam unit TEG flash drum dan melakukan penambahan unit TEG cooler pada keluaran cold TEG exchanger. Untuk mencapai hasil optimum tersebut maka kondisi operasi yang disyaratkan antara: laju alir lean TEG usgpm dengan temperatur o F dan tekanan psia, laju alir inlet wet gas,8 MMscfd pada temperatur, o F dan tekanan psia, laju alir stripping gas sebesar,8 MMscfd, tekanan dan temperatur TEG flash drum psia dan o F, serta kondisi operasi TEG reboiler pada tekanan psia dan temperatur 8 o F. Analisa kelayakan ekonomi menghasilkan total biaya investasi yang dibutuhkan pada modifikasi rancangan proses regenerasi TEG sebesar US$.988. dan total biaya operasional sebesar US$.. Berdasarkan total equity risk premium sebesar,9% untuk masa investasi selama tahun (-) dan bunga pinjaman bank sebesar % maka hasil optimum investasi akan tercapai apabila perusahaan melakukan pinjaman modal ke bank sebesar,8% dari total biaya investasi yang dibutuhkan dengan IRR yang akan didapat sebesar,% dan NPV US$.9 dengan MARR sebesar,8% dan masa balik modal selama tahun. F. Daftar Pustaka Assosiation, G. P.. GPSA Engineering Data Book Ed:. Tulsa: Gas Processor Supplier Assosiation. -8. Campbell, J. M.. Gas Conditioning and Processing Vol : The Equipment Modules. Texas: John M Campbell and Company. -. Hicks, R. L., and Senules, E. A. 99. New Gas- Water-TEG Equilibria. Hydrocarbon Processing. 8. Kazemi P and Hamidi R.. Sensitivity Analysis of A Natural Gas Try Ethylene Glikol Dehydration Plant in Persian Gulf Region, Petroleum & Coal. -. Luyben, W. L. 99. Process Modelling, Simulation, and Control for Chemical Engineers. Singapore: McGraww-Hill Inc. -. Manning, W. P., and Wood, H. S. 99. Guidelines for Glikol Dehydrator Design Part. Hydrocarbon Processing.. Mohamadbeigy, K. 8. Studying of Effectiveness Paramaters on Gas Dehydration Plant. Petroleum and Coal. -. P. Gandhidasan.. Parametric Analysis of Natural Gas Dehydration by a Tri Ethylene Glikol Solution, Energy Sources Seider, W. D., Seader, J.d., Lewin, D. R.. Product and Process Design Principles. John Wiley & Sons. -8. Simulasi tekno, Akbar Jati, FT UI,

6 Simulasi tekno, Akbar Jati, FT UI,