OPTIMASI PROSES PENYERAPAN H2S DAN CO2

DALAM GAS ALAM

Teknik Fisika – Program Magister

Pembimbing

Akademisi DR. Dhany Arifianto, S.T., M.Eng.DR. Bambang L Wijiantoro, M.T.

Non-Akademisi Ir. Ricky Riswandri

Abstrak

Gas alam (Natural Gas) adalah sumber energi yang umum digunakan saat ini, dengan kebutuhan yang tinggi memacu industri pengolahan gas alam untuk meningkatkan produksinya dengan membuka lahan-lahan baru. Setiap sumber yang didapat tentunya mempunya perbedaan komposisi terutama kandungan gas asam (Sour Gas) didalamnya. Gas alam dikategorikan sebagai Sweet Gasapabila memenuhi kriteria H2S kurang dari atau sama dengan 4 ppm.

Abstrak (lanjut….)

Penelitian saat adalah melakukan proses optimasi dengan menggunakan metoda Simplex Linear Programming. Berdasarkan literatur dan jurnal penelitian tentang proses penyerapan gas alam ini, telah dikembangkan model matematis untuk melihat fenomena perpindahan massa H2S dan CO2 secara simultan kedalam larutan Methyldiethanolamine (MDEA) yang disertai reaksi. Proses perpindahan massa menggunakan model film cocok untuk proses penyerapan yang reaktif. Dari model matematis ini akan digunakan sebagai validasi data yang diambil dari salah satu perusahaan pengolahan gas alam di kota Gresik, Jawa Timur. Hasil Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi perbaikan proses pada industri pengolahan gas alam dan dapat diselesaikan secara teknis.

Latar belakang dan Tujuan

Memberikan kontribusi terhadap analisa dan penelitian yang akan datang.

Proses pemurnian gas alam pada industri pengolahan gas alam sangat vital

Topik yang hangat di industri pengolahan gas dalam pengoptimalan pengunaan larutan amine

Skema diagram proses pemurnian

Hipotesa

Hipotesa pertama adalah Suhu feed gas dan suhu larutan amine menentukan kesempurnaan proses absoprsi. Tabel 1 dan Gambar 1 adalah pengaruh suhu feed gas dan larutan amine yang menentukan kesempurnaan proses absorpsi. Data ke-8 (jam 18:00) suhu amine turun ke 42,69 oC dari 48,79 oC (data ke-1, jam 11:00) dan suhu gas turun ke 36,23 oC dari 41,08 oC, dengan menghasilkan konsentrasi H2S 0 ppm dari konsentrasi awal 5,88 ppm setelah mengalami 1 jam proses absorpsi. Tabel 2 juga memberikan informasi yang sama dengan table 1 dan gambar 1

Hipotesa

Hipotesa kedua adalah Larutan amine yang terkontaminasi hidrokarbon yang terserap pada proses absorpsi gas asam. Suhu larutan amine harus memiliki perbedaan 3-6oC diatas suhu feed gas, untuk menghindari kondensasi hidrokarbon didalam larutan amine. Suhu yang terlalu rendah menyebabkan pembentukan busa didalam kolom (foaming). Pada tabel 2, jam 13:00 perbedaan suhu antara larutan amine dan gas adalah 14,59 oC. Hal ini memberikan terserapnya hidrokarbon didalam larutan amine dan foaming didalam Amine Contactor

DataTabel 1. Pengaruh suhu terhadap penyerapan H2S saat suhu ambien dingin

22 Juni 2008

11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00

ppm H2S 10.87 11.26 10.66 10.27 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.07

Flow Gas 82.50 84.54 84.49 82.50 82.00 88.03 83.05 83.11 83.50 83.51 83.04 83.91

Suhu Gas 33.24 33.52 33.68 33.59 33.12 32.75 32.20 31.38 30.93 30.72 30.59 30.44

Flow Amine 28.97 28.99 28.97 29.00 28.91 29.04 28.97 28.98 29.00 29.02 28.96 29.03

Suhu Amine 45.58 45.13 44.79 44.57 43.96 43.65 43.28 42.75 43.32 43.17 43.15 43.35

Tabel 2 Pengaruh suhu terhadap penyerapan H2S saat suhu ambien panas

16 Agustus 2010

11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00

ppm H2S 6.07 9.48 11.96 11.06 10.21 9.48 6.60 5.33 4.45 4.45 3.98 3.51

Flow Gas 46.00 47.25 47.00 47.75 45.25 47.00 47.00 46.25 44.50 44.75 44.75 46.75

Suhu Gas 40.70 41.13 41.75 41.85 41.51 40.16 38.95 37.88 37.31 37.08 37.02 36.89

Flow Amine 26.92 27.06 26.90 26.91 26.93 27.08 27.12 27.10 27.08 27.14 26.90 26.91

Suhu Amine 47.69 54.52 56.34 52.29 49.48 47.88 46.68 46.09 45.82 45.76 45.64 45.50

Data

Data H2S dari online Analyzer

Data H2S dari online Analyzer

Data uniformance PHD Trend Honeywell

Methydiethanolamine (MDEA)

Menghasilkan H2S maksimum 10 ppmv Konsenstrasi operasi 45% berat yang

efisien pada 50±5% berat◦ Pengoperasian diatas batas atas, maka Penyerapan gas asam tidak efektif Hidrokarbon yang terserap didalam amine menjadi tinggi Efisiensi transfer panas yang kurang baikMembutuhkan daya pemompaan yang tinggi

◦ Pengoperasian dibawah batas bawah, makaMenaikkan laju sirkulasiMembutuhkan energy yang lebih banyak dipemanas (Reboiler)

Methydiethanolamine (MDEA)

Suhu harus memiliki perbedaan 5-6oC diatas suhu feed gas, untuk menghindari kondensasi hidrokarbon didalam larutan amine. Suhu yang terlalu rendah menyebabkan pembentukan busa didalam kolom (foaming). Batasan suhu yang diperbolehkan adalah 23,7-54,4oC. Sedangkan suhu yang didesian masuk kedalam Amine Contactor adalah 43oC.

Thermal EquilibriumMenurut Al-Baghli [2001], salah satu asumsi yang

digunakan untuk melakukan perhitungan desainkolom,

Suhu gas yang keluar yaitu sweet gas sama ataumendekati suhu liquida amine yang masuk, yaitudapat dilihat pembacaan suhu pada 135-TIC-212 mendekati pembacaan suhu pada 135-TI-211.

Untuk menyatakan kesetimbangan panas(Thermal Equlibrium) yaitu suhu gas yang masukdan melewati tray yang pertama mendekati suhuamine yang keluar dari bagian bawah kolom. Pembacaan terdapat pada 135-TI-188 dan 135-TI-123

Amine Contactor

Lapisan Film Gas-Liquid

Flux pada interface gas-liquid (y = o) dan lapisan film pada bulk liquid (y =δ) dibutuhkan untuk menghitung jumlah perpindahan massa H2S, CO2 didalam larutan amine

Lapisan Film Gas-Liquid

Asumsi komposisi dari komponen yang di transfer dalam bulk liquid sbb,

Maka komposisi HS- dapat dihitung sbb,

Suhu dapat dihitung

Lapisan Film Gas-Liquid

Ilustrasi reaksi yang terjadi didalam kolom,

Perpindahan massa

Diperkenalkan kasiri (2008) untuk menentukan konsentrasi H2S, CO2 secara linier. Didalam liquid film dibagi menjadi beberapa segmen, yaitu mulai dari segmen 1, segmen m dan m+1, dan segmen n

Ilustrasi ini diberikan secara bertahap atau slow motion.

Model matematika

Persamaan pada segmen 1

Perasamaan pada segmen m, m+1

Perasamaan pada segmen n

Model matematika

Matrik dari model pada segmen 1, m, m+1 dan n

Laju aliran gas = 149 MMscfdLaju aliran amine = 54 m3/hrSuhu aliran gas = 28 oCSuhu aliran amine = 43 oCBatasan konsentrasi = 6 – 8 ppmKonsentrasi Sweet = 4 ppm

Objective Function dan Constraint

y8x6f += konsentrasi H2S

4y149x54 ≥+

28y149x54 =+

43y149x54 =+

laju alir – konsentrasi H2S

laju alir – suhu gas

laju alir – suhu larutan amine

Objective Function dan Constraint

yxf 84 += konsentrasi H2S

453320 ≤+ yx

434033 ≤+ yx

353325 ≥+ yx

laju alir larutan amine

suhu larutan amine

Suhu ambient

X dan y = konstanta

164 ≤≤ f

Constraint

To be continue….

I do Apologies

Daftar Pustaka Kohl, Arthur and Nielsen, Richard (1997), Gas Conditioning, 5th

edition, Gulf Publishing, Houston, Texas.

Lunsford, Kevin. dan Mcintyre, Gavin. (1999) “Decreasing Contactor Temperature Could Increase Performance”, Proceedings of the Seventhy-Eight GPA Annual Convention, Gas Processors Association, Nashville, TN, hal. 121-127.

Anderson, M.D., Hegarty, M.J. dan Johnson, J.C. (1992) “Flexible Selective Solvent Design”, Proceedings of the 71st GPA Annual Convention, Anaheim, California hal 292-300.

Law, Danny (1994), “New MDEA Design in Gas Plant Improve Sweetening, Reduces CO2”, Oil and Gas Jounal, hal. 83-86.

Arby, R.G.F dan Dupart, M.S (1993),”Amine Plant Troubleshooting and Optimization: A Practical Guide”, Proceeding from the 43rd

Annual Laurance Reid Gas Conditioning Conference, Norman, Oklahoma, hal. 157-182.

Daftar Pustaka

Street, D.E (1995), “Alkanolamine: Operational Issue and Design Considerations” Sulfur Recovery Symposium, Vail, Colorado.

Thomas, J.C (1997),”Improved Selectivity Achieved with UCARSOL Innovator Solvent 111”, Proceeding from Laurance Reid Gas Conditioning Conference 1951-1988, University of Oklahoma, Norman, Oklahoma, binder II, hal. 406-419.

Smith, R. (Robin), (2005), Chemical Process-Design and Integration, John Wiley & Sons, Inc., New York.

David S.J. “Stan” Jones and Peter R. Pujado, (2006), Handbook of Petroleum Processing, Springer.

American Institute of Chemical Engineers, (2000), Optimization Distillation Column. www.aiche.org.

Enrique del Castillo, (2007), Process Optimization A Statistical Approach, Springer.