OPTIMALISASI PEROLEHAN MINYAK MENGGUNAKAN PEMISAHAN SECARA BERTAHAP Reza Fauzan 1 1 *Emal: reza.fauzan@gmal.com Abstrak Peneltan tentang penngkatan jumlah produks mnyak yang dperoleh dar sumur produks dengan penggunaan separator untuk memsahkan fluda pada fasa yang berbeda dengan metode bertahap dan tekanan yang optmum telah dlakukan. Untuk mendapatkan jumlah tahap dan tekanan yang optmum dgunakan metode komputas dengan perhtungan teras Newton dan perhtungan pemsahan secara flash dan menggunakan bahasa pemograman C++ dengan menggunakan data dar sumur produks d Myanmar. Hasl yang dperoleh menunjukkan bahwa produks mnyak yang optmum ddapatkan dengan menggunakan tga tahap separator dengan menggunakan tekanan 500 psa pada separator pertama, tekanan 30 psa pada separator kedua dan tekanan 14.7 psa pada tank penympanan. Kata Kunc: multstage separator, C++, ol recovery, The enhancement of ol produced at the producton well have been study by usng separator for separatng flud n dfferent phases wth gradual and optmum pressure. To get the number of stages and the optmum pressure used computatonal methods usng calculaton of the Newton teraton wth flash and separaton calculatons usng the C++ programmng language. The results showed that the optmum ol producton obtaned usng the three-stage separator pressure of 500 psa at the frst separator, the second separator 30 psa and 14.7 psa and the storage tank. Keywords: multstage separator, C++, ol recovery, 1
PENDAHULUAN Hdrokarbon yang dhaslkan dar sumur mengandung komposs dalam bentuk car, gas dan juga pasr. Pasr n harus dhlangkan untuk mengurang pengaruh yang tdak dngnkan pada sumur produks. Hdrokarbon yang dhaslkan juga akan dpsahkan ke dalam bentuk fase yang berbeda, terutama dalam fasa gas dan car. Dalam bentuk fasa sepert n, fluda akan menghaslkan konds yang stabl dkarenakan hdrokarbon yang terpsah berada pada temperature dan tekanan pada permukaan yang berbeda dengan konds d dalam sumur. Operas pemsahan fase gas dan car akan melbatkan proses separas dan stablsas untuk menghaslkan produk yang sap untuk djual. Pemsahan gas dan caran merupakan proses utama pada unt proses mnyak dan gas. Separator dgunakan untuk melepaskan tekanan yang berlebh dkarenakan gas yang bergabung dengan mnyak dan gas yang telah dpsahkan dar mnyak. Proses pemsahan dapat berjalan dua, tga atau lebh tahap, dmana dua tahap pemsahan berart menggunakan satu separator dan tga tahap menggunakan dua separator dan masng masng mempunya satu tangk penympanan. Jumlah tahap yang dperlukan untuk proses pemsahaan n tergantung pada karakterstk dan tekanan reservor tu sendr. Perkraan dar jumlah gas dan caran d dalam proses separas dapat dperhtungkan dar komposs campuran hdrokarbon pada nlet separator. Hal n dapat tercapa dengan menggunakan kesetmbangan uap-car dan neraca massa. Teknk n yang akan dgunakan untuk memperkrakan sfat fluda pada berbaga tekanan dan temperatur. Mnyak mentah dar sumur produks mengandung gas terlarut dan basanya dalam tekanan yang tngg, tetap ketka mnyak mentah mendekat permukaan, tekanan menjad lebh rendah dan gas terlarut keluar dar caran sehngga gas n yang dharapkan agar terpsah dar mnyak tanpa mengurang jumlah mnyak tersebut. Pemsahan gas dan caran yang d peroleh menggunakan pengaruh dar tekanan, temperature dan komposs dar umpan fluda yang menuju separator. Dar referens, ketka pressure menngkat atau temperature menurun, akan ada sejumlah besar caran yang ddapatkan, sampa pada ttk optmum. Perhtungan secara flash untuk kesetmbangan uap-car akan mendapatkan tekanan dan temperature optmum secara mudah. Bagamanapun, tdak memungknkan mengoperaskan pada ttk optmum n dkarenakan masalah baya, ketka pelaksanaannya atau system penympanannya. Secara umum, dengan penngkatan tekanan, kapastas gas dar separator juga menngkat. Sebaga akbat dar pengaruh tekanan pada denstas gas dan caran, volume fluda yang mengalr dan kapastas yang 2
dbolehkan melalu separator (Kumar, 1987). Fluda yang keluar dar sumur produks akan menjad dua fase, uap dan car dalam konds tekanan tngg. Ddalam produks, tekanan akan menurun dan fluda yang akan keluar sebaga campuran dar mnyak mentah dan gas dmana sebagan dalam bentuk bebas dan dalam bentuk larutan. Sebelum fluda menuju ke gas ol separator, tekanan fluda harus drendahkan dan kecepatan dkurang untuk mendapatkan bentuk yang stabl d dalam separator. C1/C2 Lght Group Classfcaton of HC Intermedate C3/C4 Group C5/C6 Group Heavy Group Gambar 1. Klasfkas hdrokarbon yang dtemukan pada sumur C7+ Campuran hdrokarbon terbag dalam tga group utama: Lght group, terdr dar CH4 (methane) dan C2H6 (ethane), Intermedate group, terdr dar propane/butane group and pentane/hexane group dan Heavy group, terdr dar C7H16 +. Dalam duna permnyakan, target utama dalam pemsahan mnyak dan gas adalah untuk mencapa: 1. memsahkan C1 and C2, lght group dar mnyak 2. maksmalkan perolehan heavy group dar ntermedate group dalam mnyak mentah 3. mengambl heavy group dalam produk car Untuk mencapa target n, ada dua metode yatu pemsahan secara dfferental dan pemsahan secara flash. Pemsahan secara dfferensal, lght gas dpsahkan dar mnyak secara bertahap, total tekanan dalam keluaran sumur dkurang (uap dhlangkan segera setelah terbentuk) sedangkan pemsahan secara flash, caran dan uap tetap djaga kondsnya sampa ttk kesetmbangan tercapa. Gas bebas dar mnyak djaga tetap kontak dengan fase car. Perbandngan dar dua metode n, pada pemsahan secara dfferental, group hdrokarbon ntermedate dan heavy group akan dperoleh maksmal dan volume mnyak yang hlang ddalam tank penympanan akan mnmal. In terjad karena pemsahan dar gas lght yang domnan terjad pada tahap awal pada tekanan yang tngg. Pemsahan secara flash tdak lah sebak pemsahan secara dffental karena berdasarkan pengalaman kehlangan jumlah besar hdrokarbon heavy grup yang terbawa keluar dengan lght gas dkarenakan konds kesetmbangan. Tetap konsep pemsahan secara dffental tdak bsa dmplementaskan pada konds sebenarnya karena baya yang sangat tngg dan membutuhkan banyak tahapan pemsahan. Rato Kesetmbangan Rato kesetmbangan K untuk setap komponen adalah fraks mol dar 3
komponen dalam fase gas y dbag dengan fraks mol dar komponen dalam fase car x. dapat ddefnskan sebaga berkut: K = y x (1) Dmana: K = rato kesetmbangan komponen y = fraks mol komponen dalam fase gas x = fraks mol komponen dalam fase car Jumlah mol total dalam system sama dengan jumlah mol car dan gas, jka dpsahkan sepert pada persamaan n: n = n_l + n_v z n = x n L + y n V Dmana: n = total mol umpan nl= total mole fase car nv= total mole fase uap z = fraks mol dar setap komponen ddalam total alran umpan Sehngga: m m m (2) (3) =1 x = =1 y = =1 z = 1 (4) n1 nv1 nl1 nv2 nl2 nv3 nl3 Rato kesetmbangan dar komponen akan tergantung kepada konds dar temperature dan tekanan pada separator dan juga komposs fluda dalam sumur. Nla n akan lebh akurat ketka dambl dar tes d laboratorum. Nla dar K dtentukan dengan bantuan metode dagram. Dengan metode n akan dhubungkan dengan komposs dar system tu sendr yang akan menuju tekanan yang konvergen. Jad untuk menemukan nla K, perlu dtentukan nla tekanan konvergen terlebh dahulu. Faktor yang mempengaruh perolehan mnyak dalam separator 1. Pemsahan secara bertahap (Stage separaton) Jka jumlah tahap pemsahan lebh dar dua, proses pemsahan n akan menngkatkan jumlah mnyak dengan konds stabl dalam tangk. Oleh karena tu, kehlangan dalam bentuk uap dalam tangk terbuka akan berkurang setelah tahap pemsahan. Penngkatan jumlah tahap dar 2 hngga 3 membawa penngkatan yang cukup bak. Pada penngkatan jumlah stage 3 ke 4, perbakan dalam pemulhan cenderung jauh lebh sedkt dan empat tahap pemsahan basanya tdak ekonoms. Dalam stud n, penngkatan perolehan mnyak dengan pemsahan bertahap akan dpelajar dengan menggunakan pemodelan perhtungan secara flash untuk menemukan tekanan optmum yang dgunakan dalam proses pemsahan pada separator. Gambar 2. Proses pemsahan dengan tga tahap 4
2. Pertmbangan tahap pemsahan Fluda yang berasal dar sumur produks berada dalam dua fase: uap dan car pada tekanan yang relatf tngg. Caran yang muncul sebaga campuran mnyak mentah dan gas yang sebagan bebas dan sebagan dalam larutan. Tekanan fluda harus dturunkan dan kecepatannya harus dkurang agar mendapatkan mnyak dalam konds yang stabl dalam tank penympanan. Setelah penurunan tekanan d proses pemsahan mnyak dan gas, beberapa komponen hdrokarbon rngan dan lebh yang bernla secara ekonom akan terhndarkan hlang bersama dengan gas ke fase uap. Hal n menempatkan langkah pemsahan mnyak dan gas sebaga tahap pertama d serangkaan operas perawatan lapangan mnyak mentah. D sn, tujuan utama adalah untuk memungknkan sebagan besar gas untuk membebaskan dr dar hdrokarbon yang berharga, sehngga menngkatkan recovery mnyak mentah (Abdel, 2003). Proses pemsahan yang dlakukan secara bertahap adalah proses campuran hdrokarbon yang akan terpsah menjad fasa uap dan car dengan menggunakan beberapa kesembangan secara flash. Dmana proses pemsahan n menggunakan satu separator dan tangk penympanan, hal n yang dsebut pemsahan dua tahap. Sedangkan pemsahan tga tahap membutuhkan dua pemsah dan satu tangk penympanan. Tahap akhr dar pemsahan selalu menuju ke dalam tangk penympanan. Penambahan tahap pemsahan akan menakkan baya sepert perppaan, control, ruang, dan kompressor. Sehnga untuk setap fasltas yang ada perlu dcarkan jumlah optmal dar tahap pemsahan dan dalam beberapa kasus nla n sult untuk dtentukan dkarekan perbedaan fluda antara sumur dan pengaruh penurunan tekanan dengan waktu (Arnold, 1999). Dalam proses n tekanan akan berkurang sedkt dem sedkt, dalam langkah-langkah atau tahapan, dan mengakbatkan caran tangk lebh stabl. Knerja separator dalam sstem pemsahan multstage dapat dpredks dengan menggunakan model komputer dmana komposs sumur awal dan suhu operas dan tekanan d setap tahap. n n V Separator n L Storage Tank Gambar 3. Flow dagram untuk dua tahap pemsahan Secara teor, menngkatnya jumlah pemsahan tahap akan menngkatkan perolehan mnyak sepert pada tahap 3 dan 4, pemsahan yang terjad lebh bak dar dua tahap pemsahan namun proses n memerlukan baya yang lebh. Persentase penngkatan perolehan mnyak untuk dua tahap pemsahan dbandngkan dengan pemsahan satu tahap basanya bervaras dar 2 sampa 12 persen, meskpun 20 sampa 25 persen penngkatan perolehan mnyak telah dlaporkan. 5
n n v1 n L1 n v2 n L2 Separator-1 Separator-2 Storage Tank Gambar 4. Flow dagram untuk tga tahap pemsahan Flash Calculaton Perhtungan secara flash dperlukan untuk mengetahu jumlah hdrokarbon gas dan car dalam reservor atau tank pada suhu dan tekanan tertentu. Perhtungan flash dlakukan untuk menentukan komposs fase hdrokarbon yang ada atau secara umum untuk: - mole fase gas nv - mole fase car nl - Komposs dar fase car x - Komposs dar fase gas y Langkah langkah perhtungan flash untuk menentukan sepert yang tertera datas : Langkah 1: Perhtungan nv Neraca massa dar komponen : z n = x n L + y n V (5) dmana : zn = total moles Komponen pada sstem xnl = total moles Komponent pada fase car ynv = total moles Komponent pada fase uap untuk memperoleh nla x z x = n L + n v K (6) dmana: x y y = oleh karena tu, z K n L + n v K = x K z = = 1 n L +n v K (8) = z K = 1 n L +n v K (7) (9) z z K = 0 n L + n v K n L + n v K (10) atau z (K 1) n L + n v K = 0 (11) menggantkan nl dengan (1-nv): f(n v ) = z (K 1) = 0 n v (K 1) + 1 (12) nv dapat dselesakan dengan menggunakan teknk teras Newton- Raphson : (n v ) n = n v f(n v) f (n v ) (13) f (n v ) = z (K 1) 2 [n v (K 1) + 1] 2 (14) dmana (nv)n = nla nv yang baru yang dgunakan pada teras selanjutnya. 6
Prosedur tersebut dulang dengan nla nv yang baru sampa nlanya mencapa konvergen. Langkah 2: Perhtungan nl: n L = 1 n v (15) Langkah 3: Perhtungan x menggunakan persamaan 2.8: z x = n L + n V K (16) Langkah 4: Perhtungan y menggunakan persamaan 2.9: y = z K n L + n V K = x K (17) Predks knerja d masngmasng separator akan menggunakan model komputer yang merupakan teras metode Newton dengan menggunakan software Mcrosoft Vsual C++. Program n dplh untuk membuat perhtungan matemats yang lebh mudah pada pemsahan caran dan gas dalam reservor dengan nput awal dar komposs reservor, suhu dan tekanan operas. Data yang dgunakan dalam kasus n berasal dar sumur produks d Myanmar. Data n merupakan data nput pada program yang dgunakan untuk menentukan komposs caran dan uap dan tekanan dsetap separator. Data d sajkan dalam tabel 1. Tabel 1. Mol feed pada separator component mole fracton Methane 0.558 Ethane 0.0581 Gambar 5. Perbandngan antara mekansme pemsahan (Abdel, 2003) Metode Penngkatan jumlah tahap pemsahan akan menghaslkan lebh banyak hdrokarbon tetap dar sudut pandang ekonom, tdak layak untuk menggunakan banyak tahap pemsahan. Jad yang dbutuhkan adalah mencar jumlah optmal dar tahap separator dan tekanan optmum untuk mendapatkan penngkatan jumlah mnyak dalam reservor yang terbak. Propane 0.0642 I-Butane 0.0131 n-butane 0.0397 Pentane 0.0367 Hexane 0.0261 Heptane 0.2041 7
Hasl dan Pembahasan Proses pemsahan dua tahap melbatkan satu separator dan satu tangk penympanan, caran yang terpsah dengan metode flash dan outlet caran dar separator n akan terpsah lag secara flash d tangk penympanan. Hasl perhtungan jumlah mol dalam fase car dalam separator dan tangk penympanan adalah 0,23 mol dan 1,26 mol. Nla-nla n dperoleh dengan menggunakan metode teras Newton. Total perolehan caran untuk contoh n adalah L1 x L2 = 0,302549931 mol. Perhtungan perolehan mnyak menggunakan tekanan yang berbeda dar 30 psa ke 700 psa dan recovery mnyak yang optmal dperoleh ketka tekanan separator 50 psa dengan total perolehan mnyak 0,302 mol. Tekanan optmum pada separator pertama dan kedua adalah hal pentng untuk mendapatkan ol recovery yang maksmum pada pemsahan menggunakan tga tahap. Metode penentuan tekanan optmum d mana tekanan separator pertama adalah 500 psa, tekanan separator kedua adalah 50 psa dan tekanan tangk penympanan adalah 14,7 psa. Program C++ dgunakan untuk mendapatkan tekanan optmum dengan berbaga tekanan separator pertama dan kedua. Hasl perolehan mnyak maksmum pada pemsahan tga tahap dar contoh n adalah 0.272 mol. Hal n dperoleh dar L1 = 0.421mol, L2 = 0.714 dan L3 = 0.905 mol. Perolehan mnyak maksmum dtemukan dalam konds dmana tekanan separator pertama adalah 500 psa, tekanan separator kedua adalah 30 psa dan tekanan tangk penympanan adalah 14,7 psa, dmana perolehan mnyak total 0.346 mol. Raso kesetmbangan untuk masng-masng komponen (K) untuk berbaga tekanan dambl dar grafk tekanan konvergens. Nla-nla n dgunakan dalam perhtungan flash sepert dalam perhtungan teras menggunakan software C++. Berdasarkan perhtungan d atas, maka dapat dsmpulkan bahwa Gambar 6. Penentuan tekanan optmum pada dua tahap pemsahan 8
semakn banyak tahapan pemsahan, semakn banyak komponen akan lebh stabl dalam fase car dan tekanan pemsahan terbak adalah pada konds pemsahan yang menghaslkan produks caran maksmum. Tga-tahap pemsahan mencapa produks maksmum dmana tekanan berkurang secara bertahap d setap tahap tetap jka penurunan tekanan terlalu besar pada separator tunggal, maka akan menyebabkan pemsahan akan mengarah kepada ketdakstablan. Sepert pada perhtungan kesetmbangan yang dtunjukkan pada table dan grafk datas, tekanan produks caran lebh tngg dalam separator. Jka tekanan untuk pemsahan terlalu tngg, terlalu banyak komponen rngan akan tetap dalam fase car pada separator dan hlang ke fase gas d tangk. Jka tekanan terlalu rendah, tdak banyak dar komponen rngan akan stabl ke dalam caran d separator dan mereka akan hlang ke fase gas. Setap komponen dalam proses pemsahan menjad fase uap tergantung pada tekanan parsal yang ddefnskan sebaga jumlah molekul dalam ruang uap dbag dengan jumlah total molekul dar semua komponen dalam waktu ruang uap Gambar 7. Penentuan tekanan optmum pada pemsahan dengan tga tahap separator sangat efektf pada pemsahan gas dan caran sepert referens dar Arnold(1999). Tekanan separator awal akan berpengaruh terhadap efektf pemsahan. Semakn tngg tekanan pada pemsahan awal akan mendapatkan tekanan dalam tank. Fase car dtemukan lebh banyak ketka tekanan menngkat secara bertahap karena tekanan parsal untuk komponen akan tngg dan komponen akan cenderung menjad fase car. 9
Tap pada tangk penympanan, terjad penurunan dar fase car setelah mencapa tekanan optmal dengan menngkatkan tekanan operas separator karena keberadaan hdrokarbon rngan yang memlk kecenderungan kuat untuk flash ke fase gas dan mencptakan tekanan parsal rendah untuk rentang hdrokarbon menengah yang kecenderungannya pada konds tangk penympanan sangat rentan terhadap perubahan kecl dalam tekanan parsal. Semakn banyak tahapan pemsahan akan mendapatkan lebh stabl komponen rngan ke dalam fase car karena molekul hdrokarbon rngan yang terpsah secara flash akan dkeluarkan pada tekanan yang relatf tngg dan menjaga tekanan parsal hdrokarbon menengah bawah pada setap tahap. Molekul-molekul komponen yang lebh rngan akan hlang ketka mereka terbentuk dan tekanan parsal komponen menengah dmaksmalkan pada setap tahap. Smpulan Perhtungan secara flash merupakan perhtungan dasar untuk menemukan perolehan mnyak dan komposs caran dan dalam fase uap yang optmum. Tekanan yang optmum pada dua tahap pemsahan dperoleh 50 psa dengan maksmum total perolehan 0.3025 mol. Sedangkan pada tga tahap pemsahan dperoleh pada tekanan 500 psa pada separator pertama, 30 psa pada separator kedua dan dengan maksmum perolehan 0.346 mol. Kedua tahap menggunakan tank penympanan dengan tekanan 14.7 psa. Kenakan jumlah tahap akan menngkatkan juga perolehan pada tank penympanan dengan konds yang stabl. Tetap dengan penambahan lebh dar tga tahap, akan memperlhatkan jumlah penngkatan yang tdak ekonoms pada tank penympanan. Pemsahan dengan menggunakan tga tahap danjurkan untuk dgunakan karena tngkat perolehan mnyak pada konds maksmal. Daftar Pustaka Arnold, K. (1999). Surface Producton Operatons. Houston: Gulf Publshng Company. Abdel, E. (2003). Petroleum and Gas Feld Processng. New York: Marcell Dekker Inc. Kumar, S. (1987). Gas Producton Engneerng. Houston: Gulf Publshng Company 10