BAB III VACUUM DISTILLATION UNIT (VDU)

BAB III VACUUM DISTILLATION UNIT (VDU) I. Pendahuluan Pada awalnya kilang hanya terdiri dari suatu Crude Distillation Unit (CDU) yang beroperasi dengan prinsip dasar pemisahan berdasarkan titik didih komponen penyusunnya. Dengan hanya memiliki CDU, maka CDU hanya memproduksi produk LPG, naphtha, kerosene, dan diesel sebesar 50-60% volume feed, sedangkan 40-50% volume feed yang berupa atmospheric residue biasanya hanya dijadikan fuel oil yang value-nya sangat rendah. Secara umum temperatur cracking minyak mentah/crude adalah sekitar 370 o C (UOP menyebut 385 o C) pada tekanan 1 atmosfer (sebenarnya bervariasi tergantung jenis crude, tetapi secara umum rata-rata pada temperatur tersebut). Oleh karena itu pemisahan minyak yang dilakukan di Crude Distillation Unit tidak boleh melebihi temperature 370 o C agar minyak tidak mengalami cracking. Ide dasar operasi VDU adalah bahwa titik didih (boiling point) semua material turun dengan menurunnya tekanan. Sebagai contoh, pada tekanan 1 atmosfer air mempunyai titik didih 100 o C, sedangkan pada tekanan 10 atmosfer air mempunyai titik didih 180 o C. Jika tekanan dikurangi hingga 1 psia maka titik didih air akan menjadi 39 o C. II. Teori Vacuum Distillation Unit Crude oil mengandung berbagai macam komponen yang mempunyai titik didih berbeda-beda, seperti tergambar dalam gambar berikut : Gambar 1. Komposisi Crude Oil Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 1 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto

Seperti terlihat pada gambar di atas, crude oil mengandung komponen yang mempunyai titik didih > 370 o C. Jika bottom CDU (atau biasa disebut atmospheric residue atau long residue atau reduced crude) pada tekanan atmosferis dipanaskan hingga temperature > 370 o C untuk dapat menguapkan komponen vacuum gas oil yang terkandung dalam long residue, maka akan terjadi thermal decomposition. Dengan menurunkan tekanan, hingga < 1 psia, maka komponen vacuum gas oil tersebut dapat dipisahkan dari bottom VDU (atau biasa disebut vacuum residue atau short residue) tanpa mengalami thermal decomposition. Kemudian keduanya (vacuum gas oil dan vacuum residue) dapat dipisahkan menjadi 2 stream yang bebeda untuk dapat meningkatkan margin kilang. Terdapat 2 jenis Vacuum Distillation Unit, yaitu : 1. Fuel type Vacuum Distillation Unit fuel type merupakan fraksinasi terbatas, yang biasanya menghasilkan 3 macam produk, yaitu Light Vacuum Gas Oil, Heavy Vacuum Gas Oil, dan Vacuum Residue. Produk Light Vacuum Gas Oil biasanya sudah memenuhi spesifikasi diesel dan dapat langsung dikirim ke tangki penyimpanan. Produk Heavy Vacuum Gas Oil biasanya dikirim ke unit Hydrocracker atau Fluid Catalytic Cracking / FCC. Sedangkan vacuum residue dapat diolah di Delayed Coking Unit atau Visbraker atau sebagai komponen blending Low Sulfur Waxy Residue (LSWR) atau sebagai komponen blending fuel oil. 2. Lubes type Vacuum Distillation Unit lubes type memerlukan pemisahan yang baik diantara lube cuts. Umpan VDU jenis ini sudah sangat tertentu karena produk-produk lubes cut mempunyai spesifikasi yang sangat sempit. VDU lubes type biasanya mempunya pressure drop yang lebih tinggi dan cut point yang lebih rendah daripada VDU fuel type. VDU lubes type biasanya memproduksi 3-4 macam lube base oil dengan spesifikasi yang jauh lebih ketat jika dibandingkan produk VDU fuel type (terutama dalam hal spesifikasi viscosity dan viscosity index). Perbedaan antara CDU dan VDU dapat dilihat pada tabel berikut ini : Tabel I. Perbedaan antara CDU dan VDU Parameter CDU VDU Flash Zone Pressure 1 atm (760 mmhg) 30 mmhga Flash Zone Temp. 330-350 oc 400-410 o C Heater COT 330-350 o C 416-427 o C Produk LPG, Naphtha, Kerosene, Diesel, Atmospheric Residue Light Vacuum Gas Oil, Heavy Vacuum Gas Oil, Vacuum Residue (untuk VDU fuel type) dan Lube Cut-1, Lube Cut-2, Lube-Cut-3 (untuk VDU lubes type; nama tergantung viscosity atau viscosity index-nya). Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 2 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto

III. Feed dan Produk Vacuum Distillation Unit III.1. Feed dan Produk VDU Fuel Type Seperti telah dijelaskan diatas, feed VDU fuel type adalah atmospheric residue yang berasal dari CDU (boiling range 370 s/d 540 o C+), sedangkan produknya berupa Light Vacuum Gas Oil (boiling range 243 s/d 382 o C), High Vacuum Gas Oil (boiling range 365 s/d 582 o C), dan Vacuum Residue (boiling rang 582 o C+). Gambar 2. Typical Product CDU dan VDU III.2. Feed dan Produk VDU Lubes Type Feed VDU lubes type dapat berupa atmospheric residue yang berasal dari CDU (untuk Lube Base Oil plant yang memproduksi lube base oil grade rendah/non-sintetis) atau berupa unconverted oil yang berasal dari unit Hydrocracker (untuk Lube Base Oil plant yang memproduksi lube base oil grade tinggi/sintetis). Produk-produk VDU lubes type tergantung jenis grade lube base oil yang ingin dihasilkannya, biasanya ada 3 jenis grade yang dapat dihasilkan oleh VDU lubes type. Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 3 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto

IV. Aliran Proses Vacuum Distillation Unit IV.1. Aliran Proses VDU Fuel Type Aliran proses VDU Fuel Type secara umum dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 3. Process Flow Diagram VDU Fuel Type IV.2. Aliran Proses VDU Lubes Type Aliran proses VDU Lubes Type secara umum dapat digambarkan sebagai berikut : Gambar 4. Process Flow Diagram VDU Lubes Type Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 4 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto

V. Variabel Proses Vacuum Distillation Unit Variabel proses yang berpengaruh pada operasi Vacuum Distillation Unit adalah tekanan kolom VDU, temperature flash zone, temperature draw off produk (LVGO-HVGO untuk VDU fuel type atau Lube Cut-1, Lube Cut-2, Lube Cut-3 untuk VDU lubes type). V.1. Tekanan Variabel proses utama yang mempengaruhi operasi VDU dan yield produk gas oil adalah tekanan kolom VDU. Semakin vacuum tekanan kolom VDU, maka semakin banyak yield produk gas oil dapat dihasilkan. Tekanan kolom VDU yang dijadikan acuan adalah tekanan top kolom VDU. Biasanya tekanan top kolom VDU diatur sekitar 15 mmhg untuk dapat memaksimalkan yield produk. Semakin tinggi tekanan kolom maka yield produk gas oil akan semakin sedikit dan yield produk vacuum bottom semakin banyak. Untuk tekanan top kolom VDU sebesar 15 mmhg, maka tekanan bottom kolom VDU/tekanan flash zone biasanya sekitar 30 mmhg (untuk kondisi tray yang bersih). V.2. Flash Zone Temperature Setelah tekanan, maka temperatur flash zone menjadi variabel proses lain yang penting. Semakin tinggi flash zone temperature maka semakin banyak pula yield produk gas oil yang dihasilkan. Namun flash zone temperature tidak boleh terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan kecenderungan pembentukan coke pada sekitar flash zone (terutama di area slop wax) menjadi tinggi. Best practice yang biasa dipakai adalah temperature flash zone dijaga agar temperature draw off slop wax tidak lebih dari 380 o C atau temperature stack slop wax tidak lebih dari 400 o C. Namun jika kondisi packing tray sangat kotor maka best practice ini menjadi hampir tidak mungkin dipakai, karena dengan menjaga kondisi operasi seperti ini yield gas oil akan sangat rendah dan yield vacuum bottom akan menjadi sangat tinggi. Best practice ini dapat sedikit diabaikan sambil menunggu kedatangan packing tray dan plant stop untuk penggantian packing tray. Kenaikan temperature draw off slop wax sebesar 10 o C akan menaikkan kecepatan pembentukan coking sebanyak 2 kali lipat (UOP Engineering Design Seminar, Des Plaines Materi Vacuum Unit Design). Biasanya flash zone temperature dijaga antara 397 s/d 410 o C. Flash zone temperature diatur secara tidak langsung, yaitu dengan mengatur Combined Outlet Temperatur/COT fired heater. V.3. Temperatur Bottom Kolom VDU Temperatur bottom kolom VDU harus dijaga antara 370-380 o C dengan alasan yang sama seperti telah dijelaskan pada point V.2. Pengendalian temperatur bottom kolom VDU ini dilakukan dengan mengatur jumlah produk bottom kolom VDU yang dikembalikan lagi ke bottom kolom VDU setelah sebagian panasnya diserap di feed/bottom heat exchanger. Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 5 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto

V.4. Residence Time Produk Bottom di Bottom Kolom VDU Semakin tinggi level bottom kolom VDU maka semakin tinggi juga residence time-nya. Biasanya level bottom kolom VDU dijaga sekitar 50 % yang merupakan optimasi antara residence time dan menghindari terjadinya loss suction pada pompa bottom kolom VDU. V.5. Temperatur Slop Wax Slop wax section pada kolom VDU berfungsi untuk menghilangkan 5% gas oil terberat dari aliran uap yang mengalir ke atas dari flash zone. Kepentingan penghilangan 5% gas oil terberat adalah untuk menghilangkan kandungan metal dan asphaltene yang biasanya terkandung di dalam fraksi terberat gas oil. Pengaturan temperature slop wax tidak dilakukan secara langsung tetapi dengan cara mengatur temperature flash zone/combined outlet temperature fired heater. Best practice pengaturan temperature slop wax adalah seperti telah dijelaskan pada point V.2. V.6. Jumlah/Temperature Hot Reflux HVGO Hot reflux HVGO biasa disebut juga sebagai HVGO wash karena aliran reflux ini berfungsi untuk mencuci/membasahi packing tray yang berada pada bagian bawah HVGO accumulator agar pada packing tray tidak terjadi coking. Best practice UOP, jumlah hot reflux HVGO adalah 0,3-0,5 gpm/ft 2 luas permukaan packing tray (2006 UOP Engineering Design Seminnar, Des Plaines, USA). V.7. Jumlah/Temperature Cold Reflux HVGO Cold reflux HVGO berfungsi untuk mengatur spesifikasi produk HVGO. Semakin tinggi temperature cold reflux HVGO (dan/atau semakin banyak jumlah cold reflux HVGO) maka semakin banyak fraksi yang lebih berat yang terkandung di dalam produk HVGO sehingga akan berefek pada kualitas HVGO seperti end point HVGO dan kandungan metal meningkat. V.8. Gas Oil Draw off Temperature Gas oil draw off temperature diatur untuk dapat menghasilkan yield produk gas oil (LVGO-HVGO untuk VDU fuel type atau Lube Cut-1, Lube Cut-2, Lube Cut- 3 untuk VDU lubes type). Untuk VDU fuel type dapat diatur dengan memaksimalkan produk LVGO atau dengan memaksimalkan produk HVGO. Jika spesifikasi produk LVGO sudah dapat memenuhi spesifikasi produk diesel, maka lebih baik unit VDU dioperasikan dengan memaksimalkan produk LVGO dan meminimalkan produk HVGO. Namun jika spesifikasi produk LVGO tidak dapat memenuhi spesifikasi produk diesel dan hanya digunakan sebagai salah satu komponen blending diesel, maka lebih baik unit VDU dioperasikan dengan memaksimalkan HVGO, karena HVGO dapat diolah di unit Hydrocracker yang akan meng-crack HVGO menjadi produk-produk yang bernilai lebih tinggi, yaitu, LPG, Naphtha, Kerosene, dan Diesel. Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 6 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto

VI. Troubleshooting Tabel II. Contoh Permasalahan, Penyebab, dan Troubleshooting Vacuum Distillation Unit Permasalahan Penyebab Troubleshooting Pour Point LVGO tinggi. Adanya fraksi HVGO yang terikut sebagai produk LVGO. Naikkan jumlah reflux LVGO, dan/atau Turunkan temperature reflux LVGO. Terbentuk coking pada packing tray sehingga proses kontak uap-cair dalam kolom VDU Naikkan temperature flash zone. Naikkan kevakuman kolom VDU (turunkan Yield produk gas oil rendah/yield produk vacuum bottom tinggi terganggu. Kevakuman kolom VDU kurang (tekanan top kolom VDU naik). Temperature flash zone rendah. Temperature draw off gas oil rendah. tekanan top kolom VDU dengan mengatur operasi steam ejector). Naikkan temperature draw off gas oil. Leaking pada downstream top kolom VDU (biasanya di daerah condenser). Loss suction pompa bottom VDU. Kondensasi gas yang mengandung senyawa korosif. Kebocoran pada sisi pendingin yang medianya biasanya adalah air laut. Level indicator bottom VDU bermasalah. Jika masih mungkin mem-bypass condenser, maka dilakukan bypass condenser dan kemudian dilakukan perbaikan condenser. Biasanya disain VDU masih tersedia spare untuk condenser, sehingga dapat dilakukan change over condenser untuk kemudian condenser yang bermasalah dilakukan perbaikan. Jika tidak mungkin mem-bypass condenser atau tidak ada spare condenser, maka unit harus stop untuk dilakukan perbaikan. Perbaiki level indicator bottom VDU. Jika perbaikan level indicator bottom VDU memakan waktu lama atau sudah tidak dapat diperbaiki, maka gunakan acuan temperature pada bottom kolom VDU (biasanya bottom kolom VDU didisain memiliki 3 level indicator). Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 7 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto

VII. Istilah-istilah COT Combined Outlet Temperatur, yaitu temperature gabungan pada outlet dari tiap flow pass fired heater. Flash zone temperature Temperatur inlet kolom (VDU/CDU/fraksinasi). Reflux Aliran produk kolom fraksinasi yang dikembalikan ke kolom fraksinasi untuk mengatur spesifikasi dan jumlah produk yang dihasilkan oleh kolom fraksinasi. Temperature draw off Temperature tarikan produk dari kolom (VDU/CDU/fraksinasi). UCO Unconverted oil, yaitu minyak yang tidak konversi (biasanya sebutan UCO ini adalah untuk bottom kolom fraksinasi unit Hydrocracker). VIII. Daftar Pustaka 1. Operating Manual High Vacuum Unit PERTAMINA Unit Pengolahan II Dumai. 2. Operation Manual for Unit 110 Vacuum Distillate Unit, Pakistan-Arabian Refinery Limited, Mid-Country Refinery Project (PARCO), Mahmood Kot, Pakistan. 3. 2006 UOP Engineering Design Seminar, Des Plaines, USA. Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 8 dari 8 Kontributor : Adhi Budhiarto