bab x visbreaking process -...

BUKU PINTAR MIGAS INDONESIA

BAB X VISBREAKING PROCESS

I. Pendahuluan

Proses perengkahan panas (thermal cracking process) adalah suatu proses pemecahan rantai hydrocarbon dari senyawa rantai panjang menjadi hydrocarbon dengan rantai yang lebih pendek dengan bantuan panas. Proses perengkahan panas bertujuan untuk mendapatkan fraksi minyak bumi dengan boiling range yang lebih rendah dari feed (umpannya). Dengan melalui proses ini dihasilkan gas, LPG, gasoline (naphtha), gas oil (diesel), residue atau coke. Feednya dapat berupa gas oil atau residue.

Visbreaking Unit biasanya didisain untuk mengolah Vacuum Distillation Unit residue (atau dapat juga untuk mengolah gas oil). Proses perengkahan residue ini dimungkinkan dengan pemanasan umpan menggunakan visbreaking unit fired heater dan rapid quenching fluida keluar fired heater, yang memudahkan terjadinya perengkahan panas dan perubahan viscosity untuk proses lebih lanjut. Produk visbreaking unit adalah overhead tail gas, naphtha, dan bottom.

II. Teori Perengkahan Panas dan Proses Visbreaking

Saat hydrocarbon dipanaskan dan didekomposisi dalam kondisi perengkahan panas, hydrocarbon dapat diasumsikan terpecah menjadi dua atau lebih radikal bebas. Radikal-radikal bebas tersebut kemudian bereaksi menghasilkan total produk yang mencakup rentang berat molekul yang besar mulai dari hydrogen hingga bitumen dan coke. Terkait dengan teori perengkahan panas, reaksi-reaksinya, sebagai contoh, dapat digambarkan sebagai berikut :

C10H22 C8H17* + C2H5* (1)

Radikal-radikal yang sangat reaktif tidak keluar sebagai effluent produk perengkahan panas, tetapi tergantung ukuran dan lingkungannya : (a) bereaksi dengan hydrocarbon lain, (b) terdekomposisi menjadi olefin, (c) bergabung dengan radikal-radikal lain, dan (d) bereaksi dengan permukaan logam.

Secara umum, radikal-radikal kecil lebih stabil daripada radikal-radikal yang lebih besar, dan akan lebih siap bereaksi dengan hydrocarbon lain dengan menangkap satu atom hydrogen, sebagai contoh :

C2H5* + C6H14 C2H6 + C6H13* (2)

Radikal-radikal besar tidak stabil dan terdekomposisi untuk membentuk olefin dan radikal-radikal yang lebih kecil, sebagai contoh :

Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 1 dari 11 Kontributor : Adhi Budhiarto


C6H13* C5H10 + CH3* (3) C8H17* C4H8 + C4H9* (4) C4H9* C4H8 + H* (5)

Reaksi-reaksi rantai radikal bebas tersebut berakhir saat dua radikal bergabung, sebgai contoh :

C8H17* + H* C8H18 (6)

Atau saat sebuah radikal bereaksi dengan suatu logam atau racun.

Reaksi-reaksi kondensasi dan polimerisasi yang terjadi pada kondisi perengkahan panas dapat menjadi aromatic tar, sebagai contoh :

xC4H8 + yC4H8 + zC3H6 multi-aromatic-ring (7) Coke dan bitumen adalah jenis polimer utama. Molekul-molekul tersebut bisa menjadi sangat besar. Kekurangan hydrogen dan berat molekul yang besar mengurangi kelarutannya dalam hydrocarbon. Coke mempunyai rasio atom hydrogen-carbon sekitar 2:1.

III. Feed dan Produk Visbreaking

Spesifikasi produk visbreaking process unit harus disesuaikan dengan spesifikasi blending fuel oil dan sifat komponen blending lainnya. Jika viscosity visbroken bottom tinggi, maka fuel oil blending memerlukan lebih banyak fuel dan temperature keluar fired heater yang lebih tinggi. Hal tersebut akan meningkatkan kecenderungan terbentuknya coking pada tube fired heater. Oleh karena itu, spesifikasi produk harus disesuaikan berdasarkan maksimalisasi keuntungan untuk keseluruhan kilang.

Sifat umpan visbreaker process unit yang berupa vacuum residue dengan cut point 550 oC+ adalah sebagai berikut :

Parameter Value TBP Cut Point, ºC 550 Gravity, ºAPI (SpGr) 7.80 (1.0158) Total Sulfur wt% 3.90 Conradson Carbon, wt% 16.800 Kinetic Viscosity @ 50ºC, cst 20,500 Kinetic Viscosity @100ºC ,cst 480 Nitrogen, wtppm 3,200 Normal Pentane Insolubles, wt% 11.3



Ni + V, wtppm 89 Sodium, wtppm 10 max

Visbreaking process unit biasanya didisain untuk memproduksi produk-produk sebagai berikut : • Off gas yang akan diolah di Gas Concentration Process Unit • Unstabilized naphtha yang juga akan dioleh di Gas Concentration Process Unit • Visbroken bottom residue yang akan dikirim ke fuel oil blending (normal) atau

refinery fuel oil (jika diperlukan).

Produksi naphtha diminimumkan dengan tetap mempertahankan spesifikasi flash point fuel oil.

Spesifikasi off gas yang dihasilkan oleh visbreaker adalah sebagai berikut :

Parameter Case1 Berat molekul (wet) 35.12 H2S, wt% 6.75 Estimated Mercaptans in C3/C4 Fraction Methyl Mercaptan, wtppm (Design) 1,200 (1,600) Ethyl Mercaptan, wtppm (Design) 120 (150) Propyl Mercaptan, wtppm (Design) 30 (35)

Perkiraan komposisi off gas yang dihasilkan oleh visbreaker adalah sebagai berikut :

Komponen Komposisi, %mol

H2O 2.31 H2S 6.96 H2 4.01 C1 28.65

C2= 1.30 C2 17.43

C3= 5.07 C3 13.54 iC4 1.84 nC4 4.91 C4= 4.77 iC5 0.62 C5= 1.14 nC5 1.11 C6+ 6.34 Total 100.00



Spesifikasi unstabilized naphtha yang dihasilkan oleh visbreaker adalah sebagai berikut :

Parameter Value TBP Cut Points, ºC 21 - 150 Gravity, ºAPI @ 15.5ºC 64.72 Sulfur, wt% 0.85 Nitrogen, wt% 0.00 Bromine Number 85.8 Octane Number, Clear 73.7 Paraffins, vol% 33.3 Olefins, vol% 38.1 Naphthenes, vol% 22.7 Aromatics, vol% 5.8

Sedangkan analisa distilasi (ASTM D-86) unstabilized naphtha tersebut adalah sebagai berikut :

Distilasi, %LV Temperature, oC IBP -59 5 -1

10 21 30 70 50 92 70 113 90 134 95 148

FBP 159 Sedangkan spesifikasi visbroken bottom yang dihasilkan oleh visbreaking process unit adalah sebagai berikut :

Parameter Value TBP Cut Points, ºC 150+ Gravity, ºAPI @ 15.5ºC 10.38 Sulfur, wt% 3.92 Nitrogen, wt% 0.34 Concarbon, wt% 18.08 Ni + V, wtppm 94 Viscosity, cks @ 50ºC 1748 Viscosity, cks @ 100ºC 81 PMCC Flash Point, ºC 66




Analisa distilasi (ASTM D-1160 @ 760 mmHg) visbroken bottom tersebut adalah sebagai berikut :

Distilasi, %LV Temperature, oC

IBP 120 10 309 30 439 50 532 70 640 90 856 FBP 971


IV. Aliran Visbreaking Process Unit

Vacuum Column Visbreaker

Fractionator

FUEL

PIC

FUEL

PC

TIC

FIC

PC

TIC

LIC

LIC

FIC

FIC FIC

RESIDUE QUENCH

FIC

Gambar 1. Control Flow Plan Of Charge

E1A-D

HBM : Heater Burner Management

HBM

HBM

Pump

TIC

G.O QUENCH

Visbreaker Surge Drum Visbreaker

Fired Heater

H1A/B/C

Pump



TIC

LIC

FIC

FIC

LIC FIC

HEATER OUT

G. O PUMP AROUND

FIC

TIC

FIC

Cooler

FT BOTTOM

130-E7Pump GO Stripper

Pump

Visbreaker Fractionator

G. O QUENCH

FT

Gambar 2. Control Flow Plan Of Gas Oil Pumparound



TIC

FIC

FIC

G.O PRODUCT

LIC

TIC

HEATER OUT

RESIDUE QUENCH

Visbreaker Fractionator

BOTTOM QUENCH

TIC

Pump HE

HE

Cooler Cooler

VISBROKEN BOTTOMS

TO BLENDER

Gambar 3. Control Flow Plan Of Fractionator Bottom

FT




LIC TIC

PIC

LIC

FIC

PV

Fract Ovhd Drum

PV

Pump

Cooler Visbreaker Fractionator

HE

Gambar 4. Control Flow Plan Of Fractionator Overhead Pump

SOUR WATER

Pump

OFF GAS TO FLARE

UNSTAB NAPH TO GASCON

OFF GAS TO GASCON


V. Variabel Proses Hydrocracking V.1. Temperature

Fired heater memberikan panas reaksi visbreaking (endothermic). Semakin tinggi temperature outlet fired heater, maka semakin tinggi juga konversi umpan menjadi yield liquid yang lebih ringan. Semakin rendah temperature outlet fired heater, maka semakin rendah juga yield liquid yang lebih ringan.

Pembentukan coke di dalam tube fired heater tidak terhindarkan saat proses pemanasan umpan dalam tube fired heater yang dapat menyebabkan unit harus turun feed. Jika feed ke fired heater dikurangi, maka steam injeksi tekanan tinggi yang mengalir di dalam tube harus dinaikkan untuk mengurangi residence time (waktu tinggal) minyak di dalam furnace. Kenaikan jumlah injeksi steam tersebut juga harus dilakukan selama startup dan shutdown untuk mencegah pembentukan coke pada tube fired heater. Pada saat normal operasi pun steam ini diinjeksikan untuk meningkatkan velocity umpan dan mengurangi residence time umpan di dalam tube sehingga dapat menghindari pembentukan coke di dalam tube fired heater.

Inlet temperature fired heater adalah 316 oC, sedangkan temperature outlet fired heater sebelum quenching adalah 470 oC (maksimum outlet temperature = 496 oC). Setelah quenching, umpan dialirkan ke kolom fraksinasi visbreaker pada temperature 385 oC.

V.2. Tekanan

Tekanan inlet fired heater didisain pada tekanan 14 kg/cm2 saat tube fired heater dalam kondisi clean dan 21 kg/cm2 saat tube fired heater dalam kondisi kotor akibat pembentukan coke pada permukaan bagian dalam tube fired heater. Akibat pembentukan coke pada permukaan bagian dalam tube fired heater adalah meningkatnya tekanan inlet fired heater. Kenaikan tekanan inlet fired heater dari 14 s/d 18 kg/cm2 biasanya berlangsung lambat (trendingnya landai), tetapi jika sudah mencapai 18 kg/cm2, tekanan bisa sewaktu-waktu naik mendadak hingga > 21 kg/cm2. Jika hal tersebut terjadi maka visbraking process unit harus distop dan tube fired heater harus dilakukan steam-air decoking (SAD) atau pigging.

V.3. Stripping Steam Kolom Fraksinasi dan Fractionator Side Stripper (Gas Oil

Stripper) Jumlah stripping steam normal yang di-supply ke kolom fraksinasi visbraker adalah 1,9 kg steam setiap 100 kg jumlah gabungan quenching feed dan bottom kolom fraksinasi. Sedangkan jumlah stripping steam normal yang di-supply ke side stream stripper (steam gas oil stripper) adalah 2,9 kg steam setiap 100 kg produk gas oil.




VI. Istilah-istilah

• Fired heater : alat pemanas yang menggunakan bahan bakar berupa fuel oil

atau fuel gas untuk menaikkan temperatur minyak ke temperature yang cukup tinggi, biasanya digunakan jika tidak memungkinkan memanfaatkan panas produk menggunakan heat exchanger/alat penukar panas.

• LPG / Liquified Petroleum Gas : Fraksi ringan hasil reaksi di unit proses yang komponen utamanya adalah C3 dan C4. Pada kondisi ruang/atmosferik LPG berbentuk gas. Karena itu LPG biasanya diproses dan disimpan pada tekanan tinggi.

• Naphtha : Produk yang dihasilkan oleh CDU, HCU, FCC, atau DCU, yang merupakan komponen blending bensin/gasoline/premium.

• Quenching : pendinginan secara mendadak. VII. Daftar Pustaka

Operation Manual for Unit : 130 Visbraking Process Unit Pakistan-Arab Refinery Limited (PARCO), Mid-Country Refinery Project, Mahmood Kot, Pakistan

bab x visbreaking process -...

Documents