Instructor:  Dr.  Istadi  (http://tekim.undip.ac.id/staf/istadi    )  Email:  istadi@undip.ac.id  

Course  Syllabus:  (Part  1)  1.  Definitions  of  Natural  Gas,  Gas  Reservoir,  Gas  Drilling  

and  Gas  production  (Pengertian  gas  alam,  gas  reservoir,    gas  drilling,  dan  produksi  gas)  

2.  Overview  of  Gas  Plant  Processing  (Overview  Sistem  Pemrosesan  Gas)  and  Gas  Field  Operations  and  Inlet  Receiving  (Operasi  Lapangan  Gas  dan  Penerimaan  Inlet)  

3.  Gas  Treating:  Chemical  Treatments  (Pengolahan  Gas:  secara  kimia)  and  Sour  Gas  Treating  (Pengolahan  Gas  Asam)  

4.  Gas  Treating:  Physical  Treatments  (Pengolahan  Gas:  secara  fisika)  

5.   Gas  Dehydration  (Dehidrasi  Gas)  6.   Gas  Dehydration  (Dehidrasi  Gas)  7.  Hydrocarbons  Recovery  (Pengambilan  Hidrokarbon)  

Pen4ngnya  Proses  Dehidrasi  Gas  !  Untuk  menghindari  pembentukan  hidrat:  

!  Hidrat  merupakan  padatan  yang  terbentuk  akibat  bergabungnya  molekul  air  (90%)  dengan  molekul-­‐molekul  hidrokarbon  (10%).    

!  Hidrat  akan  terbentuk  sedikit  demi  sedikit  dalam  bentuk  kristal  di  orifice,  valve,  dan  pipa  sehingga  dapat  menyebabkan  penyumbatan.    

!  Kondisi-­‐kondisi  yang  memicu  terbentuknya  hidrat  adalah  temperatur  rendah  dan  tekanan  tinggi.  

!  Untuk  menghindari  masalah  korosi:    !  Korosi  dapat  terjadi  jika  cairan  air  ada  bersama  dengan  gas  asam  yang  mudah  larut  dalam  air  dan  membentuk  larutan  asam  yang  bersifat  sangat  korosif,  terutama  terhadap  carbon  steel  yang  merupakan  bahan  konstruksi  yang  banyak  digunakan  dalam  fasilitas  pemrosesan  hidrokarbon.  

Pen4ngnya  Dehydra4on…  !  Persyaratan  kualitas  komersial  gas  alam  (sales  gas):    

!  Gas  alam  yang  akan  dijual,  baik  yang  penyalurannya  melalui  pipa  atau  dengan  moda  pengangkutan  lain  dituntut  untuk  memenuhi  persyaratan  tertentu,  seperti  impuritas,  heating  value,  dew  point,  dll.    

!  Diantara  persyaratan-­‐persyaratan  tersebut,  yang  paling  krusial  adalah  kandungan  air.    

!  Pada  umumnya  kandungan  air  dalam  sales  gas  dipersyaratkan  berkisar  4  –  8  lb/MMSCF  (1  lb/MMSCF  =  16  mg/Sm3  =  16  ppmv).    

!  Persyaratan  downstream  processing:    !  Air  dapat  menyebabkan  reaksi  samping,  foaming,  atau  deaktivasi  katalis.    

!  Oleh  karena  itu  LNG  atau  LPG  yang  akan  diproses  lebih  lanjut  disyaratkan  memiliki  kandungan  air  sebesar  0,1  ppmv  atau  kurang.  

WATER  CONTENT  OF  HYDROCARBONS  

! Water  content  is  stated  in  a  number  of  ways:  ! Mass  of  water  per  volume  of  gas,  lb/MMscf  (mg/Sm3)  ! Dew  point  temperature,  °F  (°C  !  Concentration,  parts  per  million  by  volume  (ppmv)  !  Concentration,  parts  per  million  by  mass  (ppmw)  

!  First  assume:  ideal  behavior  !  In  any  mixture,  where  both  the  gas  and  liquid  phases  are  in  equilibrium  !  non  ideal  

! Karl-­‐Fischer  titration  (kadar  air  dalam  minyak)  

Thermodinamika  –  Vapor  Liquid  Equilibria  !  Langkah  pertama  dalam  proses  dehidrasi  gas  alam  adalah  penghilangan  cairan  yang  ikut  bersama  aliran  gas.  Jika  ditinjau  dari  aspek  termodinamis,  maka  peristiwa  yang  terjadi  di  dalam  separator  adalah  suatu  keseimbangan  

!  Apabila  diasumsikan  bahwa  air  yang  berada  dalam  gas  berada  dalam  keadaan  jenuh,  maka  dengan  menggunakan  konsep  keseimbangan  fasa,  komposisi  air  dalam  fasa  cair  dan  uap  dinyatakan  dengan  persamaan:  

!     

!  xi  :  fraksi  mol  komponen  i  dalam  fasa  cair;    γI  :  koefisien  aktifitas  komponen  i;  Pi

sat  :  tekanan  uap  jenuh  komponen  i;  yi  :  fraksi  mol  komponen  i  dalam  fasa  gas;    P:  tekanan  total  

 

PyPx iisatiii φ=γ

Thermodinamika….  ! Penyederhanaan  terhadap  persamaan  tersebut  dapat  dilakukan  apabila  tekanan  total  kurang  dari  500  psia  (35  bar).  Jika  hidrokarbon  dianggap  tidak  ada  yang  berada  dalam  fasa  cair,  maka  xi  dan  γI  untuk  air  masing-­‐masing  nilainya  sama  dengan  satu.    

!  Selanjutnya  jika  fasa  gas  dianggap  ideal,  maka  γI  juga  sama  dengan  satu,  sehingga:  

PP

ysati

i =

Thermodinamika….  !  Temperatur  dan  tekanan  sangat  berpengaruh  terhadap  jumlah  air  

yang  dapat  dipisahkan  dari  gas  !  Temperatur:    Semakin  tinggi  temperatur,  maka  tekanan  uap  air  

murni  (Pairsat)  juga  semakin  tinggi.  Jadi  untuk  tekanan  operasi  yang  

sama,  kenaikan  temperatur  operasi  separator  akan  menyebabkan  konsentrasi  air  dalam  gas  (y)  semakin  besar,  dan  jumlah  air  yang  dipisahkan  semakin  kecil.  

!  Tekanan:  Pada  temperatur  operasi  yang  sama,  jika  tekanan  (P)  semakin  besar,  maka  menurut  persamaan  (2)  konsentrasi  air  dalam  fasa  gas  (y)  akan  semakin  kecil,  atau  air  yang  dapat  dipisahkan  menjadi  semakin  besar.  

!  Gas  yang  keluar  dari  separator  ini  jenuh  dengan  uap  air,  sesuai  dengan  tekanan  dan  temperatur  operasinya.    

!  Disamping  dipengaruhi  oleh  tekanan  dan  temperatur,  kandungan  maksimal  air  dalam  gas  juga  dipengaruhi  oleh  keberadaan  gas  H2S  dan  CO2  

Gas  gravity  and  salinity  correc4ons  to  water  content  in  hydrocarbon  gases  

Example  6.1  ! Problem:  Calculate  the  water  content  of  the  sweet  natural  gas  shown  in  Table  6.1  at  300  psia  (20.7  bar)  and  80°F  (26.7°C)  by  use  of  Equation  6.2  and  Figure  6.1.  

! Equation  6.2  using  vapor-­‐pressure  data  from  Appendix  B  gives:  

!  convert  to  lb  Water/MMscf:  

!  From  Table  6.1,  the  MW  of  the  gas  mixture  is  18.41  and  the  specific  gravity  is:  

!  From  Figure  6.1(a).  Wsat=  85  lb/MMscf  (1,400  mg/Sm3).    

! Correct  for  specific  gravity:  by  obtaining  Cg  from  Figure  6.19b)  (Cg  =  0.99),  and  multiplication  gives:  

Main  Process  of  Gas  Dehydra4on  !  1.  Absorpsi  menggunakan  desikan  cair  (solvent)  !  2.  Adsorpsi  menggunakan  desikan  padat  (adsorbent)  !  3.  Dehidrasi  dengan  CaCl2  !  4.  Dehidrasi  dengan  permeasi  membran  

1.  ABSORPTION  PROCESSES  !  Dengan  metoda  ini  kandungan  air  dalam  gas  dapat  diturunkan  sampai  10  ppmv  !  Kriteria  Solvent  untuk  Absorbsi  :  

!  Afinitas  yang  besar  terhadap  air  dan  kecil  terhadap  hidrokarbon.    !  Mudah  diregenerasi,  biasanya  dengan  menggunakan  panas  untuk  

“mengusir”  semua  air  yang  telah  diserap,  sehingga  akan  diperoleh  desikan  dengan  konsentrasi  lebih  tinggi.  

!  Tekanan  uap  yang  rendah  pada  temperatur  operasi  absorber  untuk  mengurangi  kehilangan  akibat  penguapan.  

!  Viskositas  yang  rendah  agar  mudah  dipompa  dan  terjadi  kontak  yang  baik  antara  fasa  gas  dan  cair.  

!  Stabilitas  termal  yang  baik  untuk  menghindari  dekomposisi  pada  waktu  regenerasi.  

!  Tidak  membeku  pada  rentang  temperatur  yang  digunakan  dalam  proses  absorpsi  dan  regenerasi.  

!  Tidak  korosif  terhadap  material  yang  digunakan  untuk  peralatan,  terutama  ruang  uap  reboiler,  kolom  stripper,  dan  dasar  absorber.  

!  Tidak  bereaksi  dengan  komponen  gas,  termasuk  CO2  dan  senyawa  sulfur  

Absorbents  Yang  biasa  digunakan  

! The  glycols:  !  ethylene  glycol  (EG),    !  diethylene  glycol  (DEG),    !  Triethylene  glycol  (TEG),    !  tetraethylene  glycol  (TREG)    !  and  propylene  glycol  (PG)  

Glycols  Used  in  Dehydra4on  

Sifat  fisik  senyawa  glycol    MEG   DEG   TEG   TREG  

Rumus kimia   C2H6O   C4H10O3   C6H14O4   C6H18O5  Berat molekul   62.1   106.1   150.2   194.2  Titik beku pada 760 mm Hg (°F)   8   17   19   22  Titik didih pada 760 mm Hg (°F)   387,1   472,6   545,9   597,2  Tekanan uap pada 25°C (mm Hg)   0,12   < 0,01   < 0,01   < 0,01  Density (g/cc)  •  Pada 25°C  •  Pada 60°C  

1,110  

1,085  

1,113  

1,088  

1,119  

1,092  

1,120  

1,092  

Viskositas (cP)  •  Pada 25°C  •  Pada 60°C  

16,5  

4,68  

28,2  

6,99  

37,3  

8,77  

44,6  

10,2  

Specific heat (Btu/lb °F)   0,58   0,55   0,53   0,52  Temperatur mulai terdegradasi (°F)   330   330   405   460  

Dipole moment (D)   2,28   2,69   2,99   3,25  

Schema4c  of  typical  glycol  dehydra4on  unit  

TEG  -­‐  Absorbent  !  Senyawa  TEG  memiliki  karakteristik  yang  sesuai  dengan  kriteria  

cairan  penyerap,  diantaranya:  !  TEG  lebih  mudah  diregenerasi  pada  tekanan  atmosferis  sampai  

konsentrasi  98-­‐99,95%  karena  titik  didih  dan  temperatur  dekomposisinya  tinggi.  Ini  akan  dapat  menghasilkan    penurunan  dew  point  gas  alam  sampai  80  –  150  oC.  

!  TEG  memiliki  temperatur  dekomposisi  405  oF,  sementara  DEG  hanya  330  oF.  

!  TEG  memiliki  tekanan  uap  yang  lebih  rendah  daripada  MEG  dan  DEG,  sehingga  kehilangan  akibat  penguapan,  terutama  dalam  stripper,  juga  lebih  rendah.    

!  Biaya  modal  dan  operasi  lebih  rendah.  !  Secara  umum,  TEG  memiliki  sifat-­‐sifat  fisik  sebagai  berikut:  

!  1.  Tidak  berwarna  !  2.  Volatilitas  rendah  !  3.  Higroskopis  !  4.  Larut  dalam  air  

Sifat  Kimia  TEG  !  Adapun  sifat  kimia  TEG  adalah:  

!  Stabil  pada  temperatur  kamar  !  Tidak  kompatibel  dengan  asam  kuat,  basa  kuat,  dan  oksidator  kuat.  

!  Terdekomposisi  pada  temperatur  tinggi.  Hasil  dekomposisi  tergantung  pada  temperatur  dan  zat  lain  yang  ada  bersama  dengan  TEG.  Hasil  dekomposisi  TEG  meliputi  aldehid,  keton,  dan  asam  organik  (asam  format  dan  asam  oksalat)  

!  TEG  sudah  dipakai  untuk  men-­‐dehidrasi  gas  alam  selama  lebih  dari  50  tahun.  Penurunan  dew-­‐point  yang  dihasilkan  berkisar  antara  40  –  150  oF,  sementara  tekanan  dan  temperatir  gas  masuk  berkisar  antara  75  –  2600  psig  dan  55  –  160  oF.  

Contactor/Absorber  !  Proses  yang  terjadi  di  dalam  Absorber  adalah  absorpsi  uap  air  oleh  cairan  

glycol.  Pada  temperatur  tertentu,  jumlah  maksimum  air  yang  dapat  diabsorp  oleh  cairan  glycol  adalah  tertentu.    

!  Variabel-­‐variabel  proses  yang  berpengaruh  terhadap  kinerja  absorber:  !  Temperatur:  Temperatur  gas  yang  masuk  tidak  boleh  terlalu  rendah  karena  

beberapa  alasan:  "  Untuk  menghidari  kondensasi  gas  "  Jika  temperatur  gas  rendah,  maka  temperatur  glycol  juga  rendah,  sedangkan  pada  

temperatur  rendah  (di  bawah  50  oF)  glycol  menjadi  sangat  kental  dan  lebih  sulit  dipompa.  

"  Pada  temperatur  60  –  70  oF  glycol  dapat  membentuk  emulsi  yang  stabil  dengan  gas  hidrokarbon  dan  dapat  menimbulkan  foaming.  

!  Sebaliknya,  temperatur  gas  juga  tidak  boleh  terlalu  tinggi  karena:  "  Temperatur  tinggi  berarti  volume  gas  menjadi  lebih  besar,  sehingga  diperlukan  kolom  

yang  lebih  besar.  "  Kemungkinan  kehilangan  glycol  akibat  penguapan  menjadi  semakin  besar.  

#  Oleh  karena  itu  temperatur  gas  masuk  biasanya  berkisar  antara  60  –  110  oF.    

Contactor….  !  Tekanan:    Tekanan  sangat  berpengaruh  terhadap  kandungan  air  dalam  gas  

masuk.  Pada  temperatur  yang  sama,  semakin  rendah  tekanan,  maka  semakin  tinggi  kandungan  uap  air  dalam  gas  yang  masuk  ke  Absorber.  Sementara  itu,  pengaruh  tekanan  terhadap  mekanisme  absorpsi  tidak  terlalu  signifikan  untuk  tekanan  di  bawah  3000  psi.  Tekanan  Absorber  ditentukan  oleh  tekanan  gas  masuk,  yang  biasanya  berkisar  antara  4000  –  8500  kPa  (600  –  1200  psia).  

!  Laju  alir  glycol:    Laju  alir  glycol  tergantung  pada  jumlah  air  yang  akan  dihilangkan;  biasanya  berkisar  antara  2  –  6  galon  TEG  per  lb  air  yang  akan  dihilangkan.  Laju  alir  yang  terlalu  rendah  akan  menyebabkan  jumlah  air  yang  diserap  tidak  sesuai  dengan  yang  diharapkan.  Sebaliknya,  laju  alir  yang  semakin  tinggi  tidak  akan  begitu  berpengaruh  terhadap  jumlah  air  yang  dapat  dihilangkan,  tetapi  justru  akan  menambah  beban  reboiler  dan  tenaga  untuk  pompa  sirkulasi.    

!  Kemurnian  lean  glycol:    Kemurnian  lean  glycol  sangat  berpengaruh  terhadap  laju  absorpsi  uap  air.  Penyerapan  akan  berkurang  apabila  kemurnian  lean  glycol  rendah.  Semakin  tinggi  konsentrasi  lean  glycol  maka  akan  semakin  banyak  air  yang  dapat  diserap.  Yang  sering  digunakan  adalah  lean  glycol  dengan  konsentrasi  yang  berkisar  antara  97  –  99%,  dan  yang  keluar  dari  Absorber  memiliki  konsentrasi  antara  80  –  90%.  

Heat  Exchangers  (HE)  !  HE  mengambil  panas  dari  lean  glycol  yang  panas  dan  memindahkannya  ke  

rich  glycol  yang  lebih  dingin.    

!  HE  harus  dirancang  dengan  memenuhi  syarat-­‐syarat  berikut:  

$  Temperatur  lean  glycol  yang  keluar  dari  HE  harus  5  –  150  oF  lebih  tinggi  daripada  temperatur  gas  kering  yang  keluar  dari  absorber.  

$  Dapat  mempertahankan  temperatur  puncak  stripper  pada  210  oF,  atau  sedikit  lebih  rendah  daripada  dew  point  air  murni.    

$  Mengontrol  pemanasan  awal  terhadap  rich  glycol  yang  akan  masuk  ke  stripper.  Jika  temperaturnya  terlalu  tinggi,  maka  air  dalam  rich  glycol  akan  menguap  dan  dalam  aliran  akan  terbentuk  2  fasa.  Temperatur  di  ujung  panas  dari  HE  ini  harus  dijaga  antara  60  –  90  oF.    

!  HE  ini  memiliki  beda  temperatur  antar  aliran  yang  sangat  besar,  yaitu  temperatur  rich  glycol  yang  keluar  dari  HE  jauh  lebih  rendah  daripada  temperatur  lean  glycol  yang  juga  keluar  dari  HE.    

!  Tipe  aliran  seperti  ini  memerlukan  pola  aliran  yang  benar-­‐benar  counter-­‐current.  Type  HE  yang  digunakan  biasanya  adalah  double-­‐pipe  atau  plate-­‐and-­‐frame.  

Filter  !  Kandungan  padatan  dalam  glycol  harus  dijaga  kurang  dari  0,01%  berat  

untuk  menghindari  kerusakan  pompa,  plugging  di  heat  exchanger,  foaming,  dan  korosi  pada  tray  dalam  absorber  dan  packing/tray  dalam  stripper,  korosi  dan  hot  spot  pada  pipa  api  dalam  reboiler.  

!  Pada  filter  yang  dipakai  untuk  cloth  atau  sock  filter.  Filter  dirancang  untuk  memisahkan  par?kel-­‐par?kel  berukuran  >  5    μm.  Filter  diletakkan  setelah  glycol/glycol  exchanger  dimana  viskositas  larutan  glycol  ?dak  terlalu  besar.    

!  Filter  dirancang  untuk  pressure  drop  sebesar  3  –  6  psi  dan  harus  digan?  jika  pressure  drop  telah  mencapai  15  –  25  psi.  Filter  juga  harus  sering  dicek,  apakah  ada  penyumbatan  oleh  parafin.  

!   Filter  dari  ac4vated  carbon  juga  digunakan  untuk  menghilangkan  senyawa  hidrokarbon,  surfaktan,  senyawa-­‐senyawa  yang  ditambahkan  di  sumur  untuk    yang  berbagai  keperluan  seper?  an?korosi  dan  pencegah  pembentukna  hidrat,  dan  minyak  pelumas  kompresor,  dan  lain-­‐lain  yang  terlarut  dalam  glycol.  

Flash  Tank  !  Unit  dehidrasi  gas  dilengkapi  dengan  flash  tank  untuk  menghilangkan  

hidrokarbon  yang  terlarut  dalam  rich  glycol.  Jumlah  hidrokarbon  yang  terlarut  tergantung  pada  kondisi  operasi  (tekanan  dan  temperatur)  absorber,  komposisi  gas  umpan,  dan  apakah  dalam  unit  dehidrasi  tersebut  digunakan  pompa  glycol  bertekanan  tinggi  atau  tidak.    

!  Kelarutan  hidrokarbon  dalam  glycol  sangat  tergantung  pada  tekanan  dan  temperatur.  Pada  temperatur  100  oF  dan  tekanan  1000  psig,  kelarutan  gas  alam  dalam  TEG  adalah  1  scf/gal  pada  tekanan  1000  psig  dan  temperatur  100  oF,  sementara  untuk  senyawa  hidrokarbon  dengan  berat  molekul  besar,  termasuk  senyawa  aromatis,  kelarutannya  dalam  TEG  lebih  besar.  

!  Penggunaan  pompa  bertenaga  besar  akan  menyebabkan  adanya  off-­‐gas  yang  masuk/terlarut  ke  dalam  glycol,  biasanya  sekitar  3  scf/gal  untuk  tekanan  500  psig  dan  6  scf/gal  untuk  tekanan  1000  psig.  Pemisahan  off-­‐gas  ini  paling  baik  dilakukan  pada  temperatur  140  –  160  oF.  Apabila  dalam  rich  glycol  terdapat  pula  hidrokarbon  cair,  maka  di  dalam  flash  tank  akan  terbentuk  3  fasa,  yaitu  rich  glycol,  cairan  hidrokarbon,  dan  gas.    Retention  time  yang  diperlukan  berkisar  antara  20  –  45  menit.  

Regenerator/Stripper  !  Sistem  regenerasi  TEG  pada  dasarnya  hanya  merupakan  sistem  distilasi  sistem  biner  dengan  titik  didih  masing-­‐masing  komponen  yang  jauh  berbeda  dan  tidak  membentuk  azeotrop.  Satu-­‐satunya  kesulitan  dalam  sistem  ini  adalah  kemungkinan  terjadinya  dekomposisi  TEG  apabila  temperatur    operasi  terlalu  tinggi.  Kolom  distilasi  untuk  TEG  dapat  dioperasikan  pada  temperatur  190  –  205  oC.  

! TEG  dan  air  memiliki  perbedaan  titik  didih  yang  sangat  besar  sehingga  stripping  hanya  memerlukan  beberapa  stage  keseimbangan.  Kebutuhan  tray  teoritis  hanya  berkisar  antara  3  –  4  dengan  salah  satu  di  antaranya  adalah  reboiler  

Pengaruh  tekanan  dan  temperatur  stripper  terhadap  kemurnian  lean  glycol  

Reboiler  !  Reboiler  merupakan  peralatan  utama  yang  memegang  peran  penting  dalam  proses  regenerasi.  Reboiler  bertugas  memasok  panas  untuk  memisahkan  glycol  dan  air  dengan  konsep  distilasi  sederhana.    

!  Biasanya  reboiler  untuk  regenerasi  glycol  berupa  type  ‘pipa-­‐api’  dan  di  dalamya  ada  ‘weir’  untuk  menjamin  bahwa  pipa  api  tersebut  tercelup  seluruhnya  dalam  cairan  glycol  untuk  menghindari  terjadinya  overheating  pada  pipa  yang  lebih  lanjut  dapat  menyebabkan  kerusakan  dan/atau  dekomposisi  glycol.  

!  Temperatur  maksimum  yang  disarankan  adalah  205  oC.  Secara  teoritis,  glycol  yang  dihasilkan  pada  temperatur  ini  memiliki  konsentrasi  98,5%.  Dalam  praktek,  konsentrasi  glycol  dapat  mencapai  99.1%  karena  adanya  hidrokarbon  yang  terlarut  yang  akan  menambah  efek  stripping.    

Opera4ng  Problem  !  Absorber:  Masalah  utama  yang  timbul  dalam  Absorber  meliputi  

dehidrasi  yang  kurang,  foaming,  dan  kelarutan  hidrokarbon  dalam  glycol  !  Insufficient  Dehydration:    Jika  dehidrasi  tidak  mencukupi  maka  gas  

hasil  hasil  dehidrasi  masih  mengandung  air  dengan  kadar  cukup  tinggi.  Penyebab  hal  ini  meliputi  kandungan  air  dalam  lean  glycol  terlalu  besar,  desain  absorber  yang  tidak  memadai,  temperatur  gas  masuk  yang  terlalu  tinggi,  temperatur  lean  glycol  yang  terlalu  rendah,  dan  overcirculation/undercirculation  dari  glycol.    

!  Foaming:  Foaming  akan  menyebabkan  terbawanya  glycol  oleh  aliran  gas  keluar  dari  Absorber.  Foaming  dapat  terjadi  secara  mekanis  maupun  kimiawi  

!  Kelarutan  Hidrokarbon  dalam  Glycol:  Dalam  absorber,  larutan  TEG  akan  menyerap  sejumlah  senyawa  aromatis  yang  ada  dalam  gas  (BTEX:  benzene,  toluene,  ethyl  benzene,  dan  xylene),  yang  akan  akan  terlepas  ke  atmosfer  melalui  unit  regenerator  

Problem…  ! Beberapa  faktor  penyebab  foaming  di  antaranya  adalah:  $ Konsentrasi  glycol  yang  terlalu  rendah  dalam  Absorber  $ Beda  temperatur  yang  terlalu  besar  antara  gas  basah  yang  masuk  Absorber  dengan  lean  glycol  yang  masuk  Absorber.  

$ pH  glycol  yang  terlalu  tinggi  (pH  >  9  akan  menyebabkan  foaming  dan  terbentuknya  emulsi)  

$ Adanya  kondensat  hidrokarbon  $ Adanya  suspended  solid  yang  sangat  halus  $ Kontaminasi  garam  $ Corrosion  inhibitor  

Problem….  !  Stripper:    Masalah  operasional  utama  dalam  Stripper  adalah  kehilangan  glycol  yang  berlebihan  akibat  penguapan.  Konsentrasi  glycol  dalam  uap  (yang  berarti  kehilangan  glycol  akibat  penguapan)  meningkat  dengan  tajam  kalau  temperaturnya  di  atas  250  oF.  

!  Reboiler:    Masalah  operasional  dalam  reboiler  meliputi  kontaminasi  garam,  degradasi  glycol,  dan  masalah  yang  berhubungan  dengan  gas  asam  

!  Kontrol  Terhadap  Dew  Point:  'Dew  Point'  adalah  temperatur  dimana  uap  air  mulai  mengembun.  Dalam  industri,  dew  point  digunakan  untuk  mengindikasikan  kandungan  air  dalam  aliran  gas.  Jika  dew  point  digunakan  utuk  menyatakan  kandungan  air  dalam  gas,  maka  tekanan  dari  gas  tersebut  harus  disebutkan.    

Problem…  !  Jika  penurunan  dew  point  dari  gas  yang  di-­‐dehidrasi  terlalu  

kecil,  kemungkinan  ada  beberapa  penyebab,  seperti:  "  laju  sirkulasi  glycol  yang  rendah;    " konsentrasi  lean  glycol  yang  rendah  akibat  sistem  regenerasi  yang  

tidak  baik;    "  foaming  (menyebabkan  kurang  baiknya  kontak  antara  gas  basah  dan  

lean  glycol);    "  alat-­‐alat  kontak  dalam  Absorber  kotor  atau  tersumbat;    " kecepatan  gas  terlalu  tinggi  dalam  Absorber,  dll.    

!  Untuk  menjamin  tidak  terjadi  hal  yang  tidak  diinginkan  tersebut,  maka  hal-­‐hal  yang  perlu  dilakukan  adalah:  " Cek  laju  sirkulasi  larutan  glycol  " Cek  temperatur  reboiler  dan  yakinkan  bahwa  temperatur  tersebut  

telah  diset  dengan  benar.  Jika  setting  dari  temperatur  sudah  benar,  verifikasi  temperatur  reboiler  dengan  menggunakan  termometer  dan  yakinkan  bahwa  sistem  kontrol  temperatur  bekerja  dengan  baik  

Problem…    !  Kontrol  Terhadap  pH  Glycol:  pH  sangat  berpengaruh  terhadap  korosi.  

Penyebab  turunnya  pH  di  antaranya  adalah  karena  pembentukan  senyawa  asam  organik  hasil  oksidasi  glycol,  hasil  dekomposisi  glycol,  atau  gas  asam  yang  terbawa  bersama  aliran  gas.  Oleh  karena  itu  pH  glycol  harus  dicek  secara  periodik  dan  dijaga  tetap  dalam  kondisi  sedikit  basa  dengan  cara  menetralkannya  menggunakan  borax,  ethanolamine,  atau  zat-­‐zat  kimia  bersifat  basa  lainnya  yang  cocok,  untuk  mempertahankan  pH  antara  7,5  –  8,0.  (1  lb  amine/400  gallon  glycol).  Larutan  glycol  yang  terlalu  basa,  dapat  menyebabkan  mengendapnya  senyawa  basa  yang  ditambahkan,  berbusa  dan  terbentuk  emulsi.  

!  Pembentukan  Sludge:  Debu,  pasir,  kerak  pipa,  partikel  halus  dari  tangki  penyimpanan  glycol,  dan  hasil-­‐hasil  korosi  seperti  FeS  dan  karat  akan  terbawa  oleh  aliran  glycol  jika  tidak  dipisahkan  terlebih  dahulu  dalam    inlet  separator.  Filtrasi  yang  bagus  dan  efektif  menjaga  konsentrasi  padatan  dalam  glycol  berada  di  bawah  0,01%  berat,  sehingga  akan  mencegah  terbentuknya  sludge  dalam  sistem  glycol.  

! Oxygen  reacts  with  the  glycols  to  form  corrosive  acidic  compounds.    

! The  products  also  increase  the  potential  for  foaming  and  glycol  carryover  

! A  dry  natural  gas  blanket  is  often  put  over  the  storage  and  surge  tanks  !  to  minimize  air  intrusion.    

!  low  pH  accelerates  glycol  decomposition  !suggestion:  addition  of  trace  amounts  of  basic  hydrocarbons  

Other  Factors  That  Affect  Glycol  Dehydrator  Performance  

2.  ADSORPTION  PROCESSES  ! The  two  types  of  adsorption  are:  

!  physical  adsorption    !  Chemisorption  

! Physical  adsorption:  the  bonding  between  the  adsorbed  species  and  the  solid  phase  is  called  van  der  Waals  forces,  the  attractive  and  repulsive  forces  that  hold  liquids  and  solids  together  and  give  them  their  structure.    

! Chemisorption:    a  much  stronger  chemical  bonding  occurs  between  the  surface  and  the  adsorbed  molecules.  

Physical  Adsorp4on  !  Adsorbate  concentrations  are  usually  low  !  only  a  few  layers  of  molecules  will  build  up  on  the  surface.    

!  Thus,  adsorption  processes  use  solids  with  extremely  high  surface-­‐to-­‐volume  ratios.  (synthetic  zeolites  (i.e,  molecular  sieves)  have  surface-­‐to-­‐volume  ratios:    750  cm2/cm3.    

!  Molecular  sieves  !  the  adsorbent  consists  of  extremely  fine  zeolite  particles  held  together  by  a  binder.    

!  Therefore,  adsorbing  species  travel  through  the  macropores  of  the  binder  into  the  micropores  of  the  zeolite.    

!  Adsorbents  such  as  silica  gel  and  alumina  are  formed  in  larger  particles  and  require  no  binder.  

!  Pore  openings  that  lead  to  the  inside  of  commercial  adsorbents  are  of  molecular  size  (4  Å  (1  Å  =  10−8  cm)  to  100  Å).  

!  In  addition  to  concentration  (i.e.,  partial  pressure  for  gases),  two  properties  of  the  adsorbate  dictate  its  concentration  on  the  absorbent  surface:  polarity  and  size.    

! Unless  the  adsorbent  is  nonpolar,  which  is  not  the  case  for  those  used  in  gas  plants,  polar  molecules,  like  water,  will  be  more  strongly  adsorbed  than  weakly  polar  or  nonpolar  compounds.    

! Thus,  methane  is  displaced  by  the  weakly  polar  acid  gases  that  are  displaced  by  the  strongly  polar  water  

Equilibrium  Condi4ons  for  water  on  a  commercial  molecular  sieve  

Syarat-­‐syarat  desikan  padat  untuk  dehidrasi  gas  

! Mempunyai  kapasitas  adsorpsi  yang  tinggi  pada  keseimbangan  

! Mempunyai  selektivitas  tinggi  ! Mudah  diregenerasi  !  Pressure  drop  rendah  ! Mempunyai  sifat  mekanik  yang  baik  (kuat,  tidak  mudah  remuk,  stabilitas  yang  tinggi  selama  penyimpanan)  

! Murah,  tidak  korosif,  tidak  beracun,  inert,  density  bulk  yang  besar,  dan  tidak  mengalami  perubahan  volume  pada  saat  meng-­‐adsorp  maupun  men-­‐deadsorp  air  

Pemilihan  Jenis  Desikan  Padat  !  Silica  gel  paling  banyak  digunakan  apabila  konsentrasi  uap  air  dalam  gas  umpan  cukup  tinggi  (>  1  %  mol)  dan  kandungan  air  dalam  gas  hasil  dehidrasi  diinginkan  tidak  terlalu  rendah.    

!  Alumina  bersifat  sangat  polar  dan  akan  mengikat  air  dan  gas-­‐gas  asam  dengan  kuat.  Alumina  digunakan  bila  kandungan  air  dalam  gas  umpan  tidak  terlalu  tinggi  dan  tidak  diperlukan  kandungan  air  yang  terlalu  rendah  dalam  gas  produk.    

!  Jika  gas  yang  didehidrasi  akan  diproses  lebih  lanjut  dalam  unit  cryogenic,  maka  satu-­‐satunya  adsorben  yang  cocok  adalah  molecular  sieve.  Yang  paling  sering  digunakan  adalah  molecular  sieve  dengan  ukuran  pori  4  Å.  

Mekanisme  Adsorpsi  !  Langkah  pertama  adalah  kontak  antara  komponen  tersebut  dengan  permukaan,  dan  langkah  kedua  adalah  perjalanan  komponen  tersebut  melalui  pori-­‐pori  adsorben.    

!  Langkah  pertama  berlangsung  cepat,  sedangkan  langkah  kedua  relatif  lambat,  sehingga  waktu  untuk  mencapai  keadaan  keseimbangan  pada  proses  adsorpsi  dengan  adsorben  padat  lebih  lama  daripada  absorpsi.  

!  Dalam  praktek,  proses  adsorpsi  berlangsung  dalam  kolom  vertikal  dengan  bahan  isian  adsorben  (fixed  bed).  Gas  mengalir  ke  arah  bawah  melalui  bed.    

!  Proses  ini  berlangsung  lambat,  sehingga  akan  terbentuk  satu  zona  transfer  massa  (ZTM)  di  dalam  bed  sebagaimana  ditunjukkan  pada  Gambar  

Vapor-­‐phase  concentra4on  profile  of  an  adsorbate  in  the  three  zones  of  an  adsorp4on  bed.  

Mekanisme…  !  Zona  keseimbangan:  tempat  dimana  adsorbat  pada  permukaan  

adsorben  berada  dalam  keseimbangan  dengan  adsorbat  yang  ada  dalam  gas  masuk,  sehingga  pada  zona  ini  tidak  terjadi  adsorpsi  lagi.  

!  Zona  transfer  massa  (ZTM):  tempat  dimana  transfer  massa  dan  adsorpsi  berlangsung.  

!  Zona  aktif:  tempat  dimana  adsorpsi  belum  terjadi.  !  Dalam  ZTM,  konsentrasi  adsorbat  dalam  fasa  gas  turun  dari  yin  

menjadi  yout  dengan  profil  penurunan  konsentrasi  yang  berbentuk  S.  Jika  laju  transfer  massa  berlangsung  cepat  tak  terhingga,  maka  tebal  ZTM  sama  dengan  nol.  

!  Ketebalan  ZTM  biasanya  berkisar  antara  0,5  –  6  ft,  dan  gas  berada  dalam  zona  ini  selama  0,5  –  2  detik.    

!  Untuk  memaksimalkan  kapasitas  bed,  maka  ZTM  harus  setipis  mungkin  karena  zona  ini  hanya  mengadsorp  50%  adsorbat  yang  dapat  diadsorp  pada  zona  keseimbangan.    

!  Bed  yang  tinggi  dan  diameternya  kecil  akan  mengurangi  persentase  bed  dalam  ZTM,  dan  ukuran  partikel  adsorben  yang  kecil  akan  meingkatkan  efektivitas  bed,  tetapi  keduanya  akan  meningkatkan  pressure  drop  

Faktor  yang  berpengaruh  terhadap  proses  adsorpsi  

!  Konsentrasi  atau  tekanan  parsial  uap  air:  Yang  berpengaruh  adalah  tekanan  parsial  dari  gas  yang  akan  diadsorp,  bukan  tekanan  total  dari  sistem.  Pada  temperatur  yang  sama,  semakin  besar  tekanan  parsial  komponen  tersebut,  maka  semakin  cepat  keadaan  keseimbangan  akan  tercapai.  

!  Ukuran  molekul  adsorbat:  Pengaruh  ukuran  molekul  adsorbat  terhadap  proses  adsorpsi  sangat  tergantung  pada  ukuran  pori  adsorben.  Apabila  molekul  adsorbat  lebih  besar  daripada  ukuran  pori  adsorben,  maka  adsorbat  hanya  akan  teradsorp  pada  permukaan  luar  adsorben,  yang  sebenarnya  hanya  sebagian  sangat  kecil  dari  keseluruhan  luas  permukaan  adsorben.  Jika  ukuran  molekul  adsorbat  jauh  lebih  kecil  daripada  ukuran  pori  adsorben,  maka  molekul  adsorbat  yang  kurang  volatil  (biasanya  ukurannya  lebih  besar)  akan  menggeser  molekul-­‐molekul  yang  lebih  volatil.      

!  Polaritas  adsorbat:  Adsorben  bersifat  polar,  sehingga  molekul-­‐molekul  polar  akan  teradsorp  lebih  kuat  daripada  molekul-­‐molekul  yang  kurang  polar.  Air  akan  teradsorp  lebih  kuat  daripada  senyawa-­‐senyawa  yang  sedikit  polar  atau  non  polar  

Advantages  ! When  used  as  a  purification  process,  adsorption  has  two  major  disadvantages:  !  It  is  a  fixed-­‐bed  process  that  requires  two  or  more  adsorption  beds  for  continuous  operation.  

!  It  has  limited  capacity  and  is  usually  impractical  for  removing  large  amounts  of  impurity.  

! However,  adsorption  is  very  effective  in  the  dehydration  of  natural  gas,  because  water  is  much  more  strongly  adsorbed  than  any  of  the  alkanes,  carbon  dioxide,  or  hydrogen  sulfide.    

! Generally,  a  higher  degree  of  dehydration  can  be  achieved  with  adsorbents  than  with  absorption  processes.  

Industrial  Adsorbents  for  Dehydra4on  

! Three  types  of  commercial  adsorbents  are  in  common  use  in  gas  processing  plants:  ! Silica  gel,  which  is  made  of  pure  SiO2  ! Activated  alumina,  which  is  made  of  Al2O3  ! Molecular  sieves,  which  are  made  of  alkali  aluminosilicates  and  can  be  altered  to  affect  adsorption  characteristics  

Proper4es  of  Commercial  Silica  Gels,  Ac4vated  Alumina,  and  Molecular  Sieve  4A  

Sifat-­‐sifat  Desikan  Padat  Silica gel   Activated

alumina  Molecular sieve  

Diameter pori (Å)   10 – 90   15   3, 4, 5, 10  Bulk density (lb/ft3)   49   48   40 – 45  Ukuran partikel   2 – 5 mm   3 mm; 5 mm; 6

mm  1,6 mm; 3,2 mm; 6,0

mm  Luas permukaan (m2/g)   650 – 750   325 – 360   600 – 800  Volume pori (cm3/g)   0,40 – 0,45   0,21   0,27  App. specific gravity   1,2   1,6   1,1  Heat capacity (Btu/lb °F)   0,24   0,24   0,24  Dew point minimum (°F)   – 70 sampai –

80  Sampai – 100   Sampai – 150  

Temperatur regenerasi (°C)   375   320 – 430   400 – 600  Panas adsorpsi (Btu/lb)   –   –   1800  Kandungan air minimum rata-rata dalam effluent gas (ppmv)  

5 – 10   10 – 20   0,1  

Adsorp4on  Process  Scheme  

Skema  Lainnya  

Typical  Opera4ng  Condi4ons  for  Molecular  Sieve  Dehydra4on  Units  

3.  DESICCANT  PROCESSES  !  Dengan  menggunakan  dehidrator  CaCl2  dapat  diperoleh  gas  dengan  kandungan  air  sampai  1  lb/MMCF.    

!  Kapasitas  CaCl2  adalah  0,3  lb  CaCl2  per  lb  H2O.  Kecepatan  superficial  dalam  bed  adalah  20  –  30  ft/min  dan  rasio  panjang  dengan  diameter  bed  sekurang-­‐kurangnya  antara  3  sampai  4:1.  

!  Dehidrator  CaCl2  merupakan  alternatif  untuk  unit  glycol  untuk  sumur  gas  yang  berada  di  daerah  terpencil  dan  dengan  laju  alir  rendah.    

!  CaCl2  harus  diganti  secara  periodik,  antara  2  –  3  minggu  sekali.    

!  Salah  satu  masalah  yang  timbul  dalam  dehidrator  ini  adalah  limbah  larutan  garam  

Gambar  Dehydrator  

4.  MEMBRANE  PROCESSES  ! Membranes  offer  an  attractive  option  for  cases  in  which  drying  is  required  to  meet  pipeline  specifications.    

!  Their  modular  nature,  light  weight,  large  turndown  ratio,  and  low  maintenance  make  them  competitive  with  glycol  units  in  some  situations  

!  The  inlet  gas  must  be  free  of  solids  and  droplets  larger  than  3  microns  

!  Inlet  gas  temperature  should  be  at  least  20°F  (10°C)  above  the  dew  point  of  water  to  avoid  condensation  in  the  membrane.  

! membranes  used  for  natural  gas  dehydration  are  economically  viable  only  when  dehydration  is  combined  with  acid-­‐gas  removal  

Membrane  Opera4on  ! Units  operate  at  pressures  up  to  700  to  1,000  psig  (50  –  70  barg)  with  feed  gases  containing  500  to  2,000  ppmv  of  water.    

! They  produce  a  product  gas  stream  of  20  to  100  ppmv  and  700  to  990  psig  (48  to  68  barg).    

! The  low-­‐pressure  (7  to  60  psig  [0.5  to  4  barg])  permeate  gas  volume  is  about  3  to  5%  of  the  feed  gas  volume