BAB IV

PROSES PRODUKSI GAS LPG

4.1 Gas Alam

Gas yang dikeluarkan dalam bumi terdiri dari berbagai macam komposisi.

Komposisi yang memberikan nilai kalori adalah gas yang mengandung unsur

hidrokarbon, sedangkan unsur-unsur lainnya tidak memberikan nilai kalori yang

biasanya disebut dengan impuritis seperti CO2, H2S, H2O, N2 dan sebagainya. Malah

diantaranya dapat memberikan efek korosi. Untuk memisahkan gas yang kita

butuhkan dari unsur impuritis yang harus dibuang perlu peralatan pemisahan, dimana

unsur yang akan dipisahkan dalam fasa yang sama yaitu fasa gas.

Gas hidrokarbon yang telah terbebas dari impurities tersebut terbagi atas tiga

jenis gas berdasarkan pemakaiannya yaitu LNG (Liquified Natural Gas), CNG

(Compresses Natural Gas), LPG (Liquified Petroleum Gas), dan tersisa dalam

bentuk kondensat atau crude oil. Perbedaan pemakaian dari unsur hidrokarbon

tersebut disebabkan oleh perbedaan persentase dari komponen-komponen

hidrokarbon ringan, menengah sampai berat.

LNG diisyaratkan mempunyai komponen CH4 (C1) minimal 85% kemudian

sisanya mengandung C2H6 (C2), C3H8 (C3) serta yang lebih berat lagi. Dengan syarat

tambahan C4+ tidak lebih dari 2%, C5+ tidak lebih dari 0,1%, N2 tidak lebih dari 1%,

H2S maksimum 0,25 grains/100 SCF, dan total sulfur 1,3 grains/100 SCF. Sedangkan

CNG memiliki komposisi yang hampir sama dengan LNG tetapi dalam proses

pencairannya tidak menggunakan pendinginan temperatur sampai -100 oF seperti

pada LNG tetapi dengan memberikan tekanan yang sangat tinggi sampai dengan

3000 psi.

LPG (liquefied petroleum gas) terdiri dari campuran utama propan (C3H8) dan

butan (C4H10) dengan sedikit persentase hidrokarbon tidak jenuh (propilen dan

butilen) dan beberapa fraksi C2 yang lebih ringan dan C5 yang lebih berat. LPG

merupakan campuran dari hidrokarbon tersebut yang berbentuk gas pada tekanan

atmosfir, namun dapat diembunkan menjadi bentuk cair pada suhu normal, dengan

tekanan yang cukup besar. Uap LPG lebih berat dari udara. Butan beratnya sekitar

dua kali berat udara dan propan sekitar satu setengah kali berat udara. Sehingga, uap

dapat mengalir di dekat permukaan tanah dan turun hingga ke tingkat paling rendah

dari lingkungan.

Kandungan LPG memiliki perbandingan komposisi C3 : C4 sebesar 70% : 30%,

dimana dilakukan pemberian tekanan sampai dengan 300 psi sehingga unsur tersebut

berubah fasa menjadi cair.

Dan unsur yang lebih berat berikutnya dapat berupa kondensat atau crude oil

dengan unsur dominan pada C5H12 (C5) sampai dengan unsur terberat (residu).

Pemisahan pertama pada suatu minyak atau gas (Oil and Gas Processing) dimulai

dengan separator untuk memisahkan unsur-unsur pembentuk cair baik dalam bentuk

H2O maupun hidrokarbon. Jika pada kasus dimana sumur menghasilkan air sangat

banyak, maka proses awalnya sering ditambahkan alat FWKO (Free Water Knock

Out).

Untuk memisahkan unsur-unsur yang ringan dan berat, dapat dipakai alat

Fractionator, dimana Methane (C1), Ethane (C2), Propane (C3), dan Butane (C4)

dapat dipisahkan secara sendiri-sendiri. Kemudian unsur-unsur tersebut dapat

dipergunakan atau diolah sesuai dengan kebutuhan, seperti halnya LNG mengambil

unsur C1 yang dominan, LPG unsur C3 dan C4 yang dominan, dan lain-lain.

4.2 MINI LPG-PLANT

Komponen yang diperlukan pada suatu Mini LPG-Plant disesuaikan dengan

komposisi dari unsur yang dikandungnya, serta banyaknya gas yang harus diolah.

Jadi sifatnya kasus per kasus. Agar mini LPG-Plant ini berlaku untuk jumlah gas

yang sangat kecil antara 1 sampai dengan 10 MMSCFD maka diisyaratkan yang

akan diolah hanya yang mengandung CO2 dan H2S yang tidak terlalu tinggi sehingga

tidak diperlukan Sweetener dan mengurangi ongkos produksi.

Begitu pula Deethanizer digabung menjadi Demethanizer/Deethanizer yang

diatur setara dengan Deethanizer yang berfungsi memisahkan C1 dan C2 bersama-

sama. Begitu pula Depropanizer digabung menjadi Depropanizer/Debuthanizer yang

berfungsi untuk mengambil unsur C3 dan C4 dari residu yang akan dikondensasi.

Kedua alat tersebut temperatur dan tekanan kerjanya dipilih kondisi optimum yang

sangat tergantung dari komposisi gas yang harus diolah.

Karena yang diolah adalah gas bertekanan rendah maka diperlukan kompressor

jenis dua tingkat, agar tercapai tekanan keluaran yang diperlukan oleh alat

Deethanizer serta alat Depropanizer.

Kemudian diperlukan alat-alat pelengkap lainnya seperti tangki LPG, tangki

kondensat, pompa LPG dan kondensat, serta pipa-pipa penyambung dan monifold.

Dalam memilih dan mengoptimasikan temperatur dan tekanan kerja dari peralatan

yang sedang didesain dapat dilakukan dengan prinsip flash calculation.

Flash Calculation adalah suatu cara perhitungan dengan menggunakan prinsip

hukum kekekalan masa dan perubahan fasa yang dapat menampilkan keadaan

stabil/setimbang beberapa fasa dalam suatu sistem. Perhitungan ini sering dilakukan

pada saat menentukan laju alir dari tiap-tiap fasa yang masuk dan keluar dari bejana

bertekanan atau alat-alat lainnya.

Karena dalam keadaan nyata bukan dalam keadaan ideal, maka salah satu jalan

untuk memecahkan persoalan-persoalan mengenai kesetimbangan fasa adalah

dengan konsep angka kesetimbangan (EquilibriumConstant). Jumlah dari seluruh

fraksi mol dalam masing-masing fasa adalah satu sehingga dengan persamaan

tersebut, komposisi daripada cairan dan gas suatu sistem multi komponen non-ideal

dapat dihitung dengan cara Trial & Error.

Adapun langkah-langkah proses produksi pada Mini LPG Plant Pertamina

adalah sebagai berikut :

4.2.1 Gas Umpan Kompresor (Feed Gas Compressor)

Gas yang diproses di kilang LPG pada mulanya berasal dari beberapa

stasiun pengumpul yang sebelumnya dipisahkan dari campuran minyak dari

sumur. Gas ini selanjutnya dikirim melalui pipa ke kilang LPG untuk

pengolahan lebih lanjut. Adapun laju umpan masuk gas yang dimiliki adalah

rata-rata 3,26 MMSCFD (Million Standard Cubic Feet per Day). Gas tersebut

dimampatkan/dikompresi (C-101???) dari tekanan 15 psig hingga tekanan 440

psig dimana suhu keluaran gas 89,08 oF (Isotermis). Tujuannya adalah untuk

mengubah fasa gas menjadi cair.

4.2.2 Pemisahan Suhu Rendah (Low Temp. Separator)

Sebelum melalui proses pemisahan, bahan baku gas terlebih dahulu

dilewatkan melalui scrubber.Tujuannya adalah untuk mengabsorbsi pengotor

dan mengeringkan gas guna menghindari hydrate/plugging pada peralatan yang

menimbulkan korosi dan sumbatan. Gas kemudian dialirkan ke dalam flash

drumyaitu proses pemisahan awal. Pada proses ini, terjadi penurunan tekanan

yang cukup drastis sehingga fraksi-fraksi berat dari gas alam akan tetap pada

fasa cair, sedangkan fraksi ringan berubah fasa menjadi gas.

4.2.3 Sistem Pendinginan (Refrigeran System)

Tahap selanjutnya adalah tahap pendinginan. Pada tahap ini, gas

didinginkan pada serangkaian alat penukar panas (heat exchanger). Terdapat

tiga buah heat exchanger yang digunakan dengan media pendingin yang

berbeda. Heat exchanger yang pertama, menggunakan media pendingin gas

keluaran separator (V-101). Heat exchanger yang kedua, menggunakan media

pendingin kondensat keluaran separator (V-101). Sedangkan pendinginan yang

ketiga, terjadi pada Chiller (E-103) dengan menggunakan propon sebagai media

pendinginnya. Penurunan suhu terjadi secara drastis dari 65,52 oF hingga -

30,00oF.

Adapun jumlah propan yang diperlukan adalah 0,847 MMBTU/hr (Million

British Thermal Unit per Hour). Sebelum digunakan sebagai media pendingin,

propan tersebut didinginkan secara khusus pada sistem refrigeran.

Propan yang telah digunakan pada chilling system dipanaskan (V-106)

menggunakan hot oil guna meningkatkan tekanan gas propan, sehingga propan

akan sepenuhnya berfasa gas karena diimbangi oleh kenaikan suhu. Setelah itu,

propan dikompressi pada (C-102) untuk mencapai tekanan 1000 psi pada suhu

tetap. Hal ini menimbulkan propan yang tadinya berfasa gas, berubah menjadi

fasa cair. Propan kemudian diekspansi pada flash drum(V-107) ke tekanan 300

psi sehingga terjadi penurunan suhu -100 oF. Hal ini menimbulkan perubahan

fasa dari cair menjadi gas. Propan kemudian didinginkan kembali pada sebuah

cooler (A-101/A-105) sehingga propan kembali mencair. Propan diekspansi

kembali pada sebuah flash drum untuk menurunkan suhu dan tekanan. Hal ini

jelas akan merubah fasa propan menjadi gas. Selanjutnya propan didinginkan

pada sebuah cooler (M-104) hingga propan berubah fasa menjadi cair. Propan

cair yang memiliki suhu dan tekanan yang sangat rendah kembali diekspansikan

pada flash drum (V-111) guna menurunkan suhu dan tekanan. Pada tahap inilah

sebagian propan berada pada kondisi kesetimbangan antara fasa gas dan cair.

Propan yang tidak berubah fasa lagi (tetap fasa cair) digunakan langsung pada

chilling system sedangkan yang masih berupa fasa gas, dikembalikan ke unit

kompresor untuk didinginkan kembali.

4.2.4 Pemisahan Gas (Product Recovery)

Pemisahan gas yang dilakukan, berada pada tiga unit berbeda yaitu

separator tiga fasa (V-101), deethanizer (T-101), dan depropanizer. Terdapat

tiga komponen yang dipisahkan pada separator (V-101) yaitu komponen gas (C1

dan C2), fasa cair (kondensat dan propilen glikol). Gas keluaran separator akan

ditampung sebagai Gas LNG karena mengandung kadar (C1 dan C2) yang cukup

tinggi. Gas ini selanjutnya akan ditampung pada tangki penyimpanan gas (V-

105). Namun, untuk keperluan proses produksi, sebagian produk LNG

digunakan sebagai bahan bakar (fuel gas system). Cairan pada separator,

dipisahkan berdasarkan berat jenis fluida (fluid level) tersebut yaitu kondensat

minyak (≥ C3, ρ< 1 g/cm3) berada pada bagian atas fluida, dan propilen glikol (ρ

= 1,036 g/cm3) berada pada bagian bawah fluida.

Fluida cair yang berasal dari separator (V-101 dan V-106) selanjutnya akan

didistilasi pada unit deethanizer. Tujuannya adalah untuk memisahkan gas

ringan (C1 dan C2) dari kondensat. Gas pada aliran atas dikondensasi pada suhu

5oF dan tekanan 250 psig, dengan rasio 2:1. Gas tersebut dialirkan ke heat

exchanger (E-101/E-103) dan dipisahkan lagi dari kondensat pada separator (V-

101) sebelum disimpan. Hal ini perlu dilakukan karena aliran atas fluida gas,

masih mengandung C3 yang cukup tinggi, yaitu sekitar 15,400 bbl/day

(barrel/day). Kondensat pada aliran bawah, dipanaskan kembali pada suhu184,3 oF dan tekanan 252,2 psig, dengan rasio 2:1. Pada aliran bawah masih

mengandung C2 sebesar 0,145 bbl/day. Namun, karena dalam konsentrasi kecil,

tidak perlu dipisahkan lagi.Adapun pendingin yang digunakan pada kondensor

adalah propan yang berasal dari refrigeran system dengan laju 0,253

MMBTU/hr sedangkan pemanas pada reboiler mengunakan hot oil dengan laju

0,606 MMBTU/hr.

Aliran bawah unit deethanizer selanjutnya didistilasi pada unit

depropanizer. Aliran atas fluida gas (C3 dan C4) selanjutnya dikondensasi pada

temperatur 122,9 oF dan tekanan 165 psig, dengan rasio 8:1. Gas selanjutnya

dikompres dan ditampung pada tangki (T-704). LPG yang dihasilkan

mengandung butan (C4) sebesar 66,40 bbl/day dan pentan (C5) sebesar 1,63

bbl/day. Sedangkan pada aliran bawah, kondensat dipanaskan pada suhu 293,5 oF dan tekanan 172 psig, dengan ratio 8:1. Kondensat yang dihasilkan hampir

tidak mengandung propan (C3) yaitu 0,000 bbl/day, namun meskipun sedikit

masih mengandung butan sebesar 0,12 bbl/day.

Terdapat tiga produk akhir yang diperoleh pada kilang ini, yaitu Lean Gas

(LNG) dengan kapasitas 2,97 MMSCFD, LPG dengan kapasitas 13,32 ton/hari,

dan kondensat (crude oil) sebesar 62,79 bbl/hari.

4.2.5 Penggunaan Glikol (Glycol Injection / Recovery System)

Untuk mengurangi kadar air pada gas, maka perlu dilakukan proses absorpsi

air dari gas dengan menggunakan propylene gylcol (propane-1,2-diol). Glikol

memiliki densitas 1,036 g/m3 dan titik didih 188,2 oC (370,8 oF) pada keadaan

standar. Penggunaan glikol sebagai absorber dikarenakan sifat glikol yang larut

pada air dan sekaligus tidak bereaksi pada gas. Adapun kesetimbangan Absorpsi

glikol terhadap air, dapat dilihat berdasarkan grafik pada Gambar 4.1. Dapat

diamati bahwa kesetimbangan absorpsi dipengaruhi oleh suhu dan tekanan.

Gambar 4.1 Data Kesetimbangan Uap Air dari Gas Alam (Sweet Natural Gas)

Glikol pada temperatur tertentu, diinjeksikan secara berkala ke dalam pipa

gas sebelum gas masuk pada serangkaian cooler. Hal ini bertujuan agar glikol

dapat bekerja dengan optimal. Glikol yang kaya air, akan terpisah pada aliran

paling bawah, pada separator tiga fasa.

Aliran kaya air mengalir ke heat exchanger dan memasuki tangki pemisah

atau flash. Gas hidrokarbon yang terserap bersamaan dengan air pada kontaktor

dibebaskan/dialirkan kembali ke proses pengolahan awal. Akhirnya, glikol

mengalir ke stripper/filter untuk mendesorpsi air dari glikol menggunakan silica

gell sebelum masuk ke dalam kontaktor dan digunakan kembali.

4.2.6 Media Pemanas dan Bahan Bakar (Hot Oil and Fuel Gas System)

Suatu sistem pemanas fluida panas (Hot Oil) beroperasi pada sebuah loop

(putaran) dengan sistem tertutup dan tekanan rendah. Pemanasan dengan sistem

ini, dapat mencapai 750 oF sehingga membuatnya sebagai pilihan ideal untuk

banyak aplikasi proses. Pemilihan antara sistem uap atau sistem cairan panas

ditentukan oleh beberapa persyaratan proses. Penentu utama pemilihan sistem

adalah suhu. Jika sistem yang memerlukan panas di atas titik beku air (32 oF)

dan di bawah 350 oF, maka pada umumnya menggunakan media pemanas uap

(steam). Namun, apa bila di bawah 32 oF atau di atas 350 oF, cairan panas

mungkin lebih baik. Selain itu, pemilihan minyak (natural oil) sebagai media

pemanas adalah untuk mencegah dampak korosi terhadap asset yang dimiliki.

Adapun media pemanas yang disediakan pada Mini LPG Plant dibutuhkan

pada unit separator tiga fasa (V-101), reboiler (E-104/E105) pada deethanizer

dan depropanizer, sistem glikol, dan pemanas tambahan pada pengolahan

propan (refrigeran system).

Bahan bakar yang digunakan pada proses produksi adalah Liquid Natural

Gas (LNG) /Lean gas, yang diperoleh dari keluaran produk atas. Lean gas ini,

selain dijual, juga dapat digunakan sebagai bahan bakar pada coil ataupun

generator.