klp_21_simulasi pengambilan kondensat dari gas alam

i

TK 4101

PERANCANGAN PROSES KIMIA

TUGAS 4 – SIMULASI PENGAMBILAN KONDENSAT DARI

GAS ALAM

Kelompok 21

Anggota :

Rizkyanto Nugroho (13012056)

Indra Zaki Achirudin (13012076)

Novika Suwardana (13012099)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015

1

BAB I

DESKRIPSI PROSES

Setelah melalui pengolahan awal, aliran gas alam layak jual (“gas jual”) tersedia

dengan karakteristik sebagai berikut :

Tekanan : 700 psig

Temperatur : 120oF

Komposisi :

Tabel 2.1. Komposisi gas alam awal

Komponen Komposisi (%-mol)

N2 0,77

CO2 2,77

C1 87,7

C2 3,81

C3 2,69

i-C4 0,51

n-C4 0,66

i-C5 0,30

n-C5 0,05

n-C7 0,76

Seiring dengan adanya kenaikan harga minyak mentah, fraksi kondensat dari aliran

gas tersebut direncanakan akan diekstrak terlebih dahulu dengan cara pengembunan

parsial. Tiga alternatif proses dasar yang mungkin digunakan untuk keperluan ini

adalah :

a. Mechanical refrigeration

b. J-T expansion

c. Turbo-expander

Sebagai bahan studi perbandingan, konfigurasi proses dari ketiga alternatif tersebut

dirancang dengan memperhatikan bahwa gas residu (sisa gas setelah ekstraksi) harus

memenuhi persyaratan jual sebagai berikut:

2

Kandungan energi minimum 1000 Btu/scf

Tekanan pengiriman minimum 700 psig

Temperatur pengiriman 1200F

Sebelum diproses, kelembapan umpan ditingkatkan dengan mendispersikan air pada

aliran gas umpan. Selanjutnya, umpan didinginkan menggunakan heat exchanger,

lalu dialirkan menuju separator untuk memisahkan fasa uap dan cair yang terbentuk.

Aliran fasa uap tersebut dikondensasi lebih lanjut menggunakan salah satu alternatif

proses : mechanical refrigeration, J-T valve, atau turbo-expander. Kondensat yang

terbentuk dipisahkan melalui separator. Kondensat tersebut kaya akan komponen C4

– C7 dan diharapkan terbebas dari komponen C1 – C3. Oleh karena itu, kondensat

tersebut perlu distabilkan melalui kolom condensate stabilizer untuk mendapatkan

kondensat yang sesuai dengan spesifikasi dan persyaratan jual.

3

BAB II

RUMUSAN MASALAH DAN TUJUAN

2.1. Rumusan Masalah

Berikut ini adalah rumusan masalah pada penyusunan laporan ini:

1. Bagaimana gambar PFD dan deskripsi dasar penyusunan fitur-fitur

utamanya?

2. Bagaimana analisis sensitivitas variabel kunci proses untuk setiap proses

alternatif terhadap parameter kinerja proses?

3. Bagaimana ulasan aspek tekno-ekonomi dari setiap alternatif proses?

4. Alternatif proses mana yang direkomendasikan?

2.2. Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijelaskan sebelumnya, berikut ini

merupakan tujuan dari penyusunan laporan ini:

1. Menyusun gambar PFD dan menentukan alasan penyusunan fitur-fitur

utamanya.

2. Menentukan alternatif proses yang paling baik untuk proses ekstraksi

kondensat berdasarkan analisis sensitivitas variabel kunci proses terhadap

parameter kinerja proses, dan analisis aspek tekno-ekonomi.

4

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Process Flow Diagram dan Pemilihan Fitur Utama Proses

3.1.1. Alur Proses Ekstraksi Kondensat Melalui Mechanical Refrigeration

Process flow diagram proses ekstraksi kondensat dengan menggunakan mechanical

refrigeration disajikan pada Gambar 3.1. Komposisi umpan ditampilkan pada Tabel

2.1. Pada alternatif proses mechanical refrigeration, dilakukan penambahan

kelembaban pada gas umpan dengan penambahan air pada unit op-100. Selanjutnya

aliran didinginkan dengan heat exchanger E-100. Umpan yang sudah didinginkan

tersebut selanjutnya dipisahkan antara fasa uap dan cairnya di separator V-100. Fasa

uap masih masih mengandung komponen C4 – C7. Dengan metode mechanical

refrigeration, fasa uap keluaran V-100 dikondensasi oleh sistem refrijerasi hingga

suhu -40oC, kemudian dialirkan menuju separator V-101 untuk dipisahkan antara

fasa uap dan fasa cairnya. Fasa uap (produk utama) keluaran V-101 sudah terbebas

dari komponen C4 – C7. Suhu aliran fasa uap tersebut adalah -40oC sehingga

dimanfaatkan sebagai fluida pendingin pada unit heat exchanger E-100.

Fasa liquid (residu) keluaran separator V-100 dan V-101 dicampur untuk diproses

lebih lanjut agar memenuhi persyaratan jual. Campuran tersebut masih mengandung

komponen C1-C3, sehingga perlu dipisahkan melalui serangkaian distilasi. Pada

simulasi HYSYS, campuran dialirkan menuju kolom de-ethanizer untuk

memisahkan komponen C1 dan C2. Produk bawah kolom de-ethanizer diharapkan

sudah terbebas dari komponen C1 dan C2, sehingga pada simulasi HYSYS

digunakan fitur component splitter untuk menghilangkan C1 dan C2 dari aliran

tersebut. Selanjutnya komponen LPG (C3 dan C4) dipisahkan melalui kolom de-

buthanizer. Komponen LPG terpisahkan pada produk atas, dan produk bawah kolom

tersebut kaya akan kondensat.

5

Gambar 3.1. Alur proses ekstraksi kondensat melalui mechanical refrigeration

De-buthanizer

6

3.1.2. Alur Proses Ekstraksi Kondensat Melalui J-T Expansion

Process flow diagram proses ekstraksi kondensat dengan menggunakan J-T

expansion disajikan pada Gambar 3.2. Pada alternatif proses J-T expansion,

dilakukan penambahan kelembapan pada gas umpan dengan penambahan air pada

unit op-100. Selanjutnya aliran didinginkan dengan heat exchanger E-100. Umpan

yang sudah didinginkan tersebut selanjutnya dipisahkan antara fasa uap dan cairnya

di separator V-100. Untuk mengkondensasi lebih lanjut komponen C4 – C7 dari

aliran fasa uap keluaran V-100, digunakan J-T valve VLV-100. Tekanan aliran

diturunkan oleh J-T valve VLV-100 dari 697 psig hingga 236,5 psig. Kondensat

dipisahkan melalui separator V-101. Fasa uap keluaran V-101 (produk utama) sudah

terbebas dari komponen C4 – C7 dan digunakan sebagai media pendingin pada heat

exchanger E-100. Suhu aliran fasa uap tersebut adalah -22oF sehingga dimanfaatkan

sebagai fluida pendingin pada unit heat exchanger E-100. Tekanan alliran tersebut

masih rendah akibat ekspansi oleh J-T valve, sehingga kompresor K-101 dipasang

untuk menaikkan kembali tekanan aliran.



komponen C1-C3, sehingga perlu dipisahkan melalui serangkaian distilasi. Pada PFD

hasil simulasi HYSYS yang ditampilkan pada Gambar 3.2, campuran dialirkan

menuju kolom T-101 untuk memisahkan komponen C1 dan C2. Produk bawah

kolom T-101 diharapkan sudah terbebas dari C1 dan C2. Pada simulasi HYSYS,

kinerja distilasi pada T-101 dapat dibandingkan dengan distilasi menggunakan fitur

Shortcut Column dan Component Splitter. Selanjutnya, komponen LPG (C3 dan C4)

pada produk bawah T-101 dipisahkan melalui kolom T-103. Komponen LPG (C3

dan C4) terpisahkan pada produk atas, dan produk bawah kolom tersebut kaya akan

kondensat.

7

Gambar 3.2. Alur proses ekstraksi kondensat melalui J-T expansion

8

3.1.3. Alur Proses Ekstraksi Kondensat Melalui Turbo-Expander

Process flow diagram proses ekstraksi kondensat dengan menggunakan turbo-

ekspander disajikan pada Gambar 3.3. Pada alternatif proses turbo-expander juga

dilakukan penambahan kelembapan pada gas umpan dengan penambahan air pada

unit op-100. Selanjutnya aliran didinginkan dengan heat exchanger E-100. Umpan

yang sudah didinginkan tersebut selanjutnya dipisahkan antara fasa uap dan cairnya

di separator V-100. Untuk mengkondensasi lebih lanjut komponen C4 – C7 dari

aliran fasa uap keluaran V-100, digunakan turbo-expander K-100. Tekanan aliran

diturunkan oleh turbo-expander K-100 dari 697 psig hingga 448 psig. Kondensat

dipisahkan melalui separator V-101. Fasa uap keluaran V-101 (produk utama) sudah

terbebas dari komponen C4 – C7 dan digunakan sebagai media pendingin pada heat

exchanger E-100. Suhu aliran fasa uap tersebut adalah -22oF sehingga dimanfaatkan

sebagai fluida pendingin pada unit heat exchanger E-100. Tekanan alliran tersebut

masih rendah akibat ekspansi oleh turbo-expander, sehingga kompresor K-101

dipasang untuk menaikkan kembali tekanan aliran.



komponen C1-C3, sehingga perlu dipisahkan melalui serangkaian distilasi. Pada PFD

hasil simulasi HYSYS yang ditampilkan pada Gambar 3.3, campuran dialirkan

menuju kolom T-101 untuk memisahkan komponen C1 dan C2. Produk bawah

kolom T-101 diharapkan sudah terbebas dari C1 dan C2. Pada simulasi HYSYS,

kinerja distilasi pada T-101 dapat dibandingkan dengan distilasi menggunakan fitur

Shortcut Column dan Component Splitter. Selanjutnya, komponen LPG (C3 dan C4)

pada produk bawah T-101 dipisahkan melalui kolom T-103. Komponen LPG (C3

dan C4) terpisahkan pada produk atas, dan produk bawah kolom tersebut kaya akan

kondensat.

9

Gambar 3.3. Alur proses ekstraksi kondensat melalui turbo-expander

10

3.2. Perbandingan Alternatif Proses Esktraksi Kondensat

3.2.1. Analisis Sensitivitas Variabel Kunci Proses dan Rekomendasi Alternatif

Proses

Perbandingan kinerja ekstraksi kondensat melalui mechanical refrigeration, J-T

valve, dan tubo expander ditampilkan pada Tabel 3.1

Tabel 3.1. Perbandingan kinerja ekstraksi kondensat melalui mechanical

refrigeration, J-T valve, dan tubo expander

Berdasarkan Tabel 3.1, dapat dilihat bahwa laju alir gas residu terbanyak dihasilkan

dengan menggunakan proses JT-Valve. Selain itu, jika analisis ditinjau dari kualitas

gas residu yang dihasilkan, Kualitas gas residu terbaik dihasilkan dengan

menggunakan proses mechanical refrigeration. Dilihat dari aspek kondensat,

kondensat terbanyak dihasilkan dengan menggunakan mechanical refrigeration

Selain itu, dilihat dari sisi Reid Vapour Pressure (RVP) kondensat, kondensat

dengan kualitas RVP yang paling mendekati ketentuan (RVP = 12) dihasilkan dari

Parameter Mechanical

Refrigeration JT-Valve Expansion Turbo Expander

Laju alir gas residu

(MMSCFD) 95.02 97.39 96.98

Perolehan gas residu (%) 95.02 97.39 96.98

Komposisi Metana di gas

residu (%-mol) 90.44 89.33 89.58

Heating Value Gas

Residu (Btu/Scf) 1034 1053 1048

Laju alir kondensat

(MMSCFD) 1.202 0.9707 1.055

Perolehan kondensat (%) 1.202 0.9707 1.055

RVP kondensat @ 100oF

(psia) 11.94 6.343 8.337

Kebutuhan listrik (hp) 408.7 7288 2697

11

proses mechanical refrigeration. Dari sisi kebutuhan energi, energi listrik yang

dibutuhkan untuk proses mechanical refrigeration jauh lebih sedikit jika

dibandingkan dengan proses yang menggunakan JT-Valve dan Turbo Expander.

Oleh karena itu, dari analisis yang telah dijabarkan di atas, proses condensate

extraction dengan menggunakan mechanical refrigeration terlihat lebih menjanjikan

dibanding dua proses lainnya. Karena hasil simulasi ketiga alternatif proses

menghasilkan nilai RVP di bawah 12, maka tidak diperlukan penambahan unit

Condensate Stabilizer pada alternatif proses.

3.3. Neraca Massa dan Kondisi Aliran Proses

Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan mechanical

refrigeration, J-T valve, dan tubo expander ditampilkan pada Tabel 3.2 s.d Tabel 3.4.

Tabel 3.2. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan

Mechanical Refrigeration

Parameter Umpan Top De-

Ethanizer LPG Kondensat

Gas

Residu

Laju Alir

(MMSCFD) 100 2.355 1.47 1.202 95.02

Komposisi Metana

(%-mol) 87.68 75.77 0 0 90.44

Komposisi Etana

(%-mol) 3.81 17.14 1.27 0 3.57

Komposisi Propana

(%-mol) 2.69 0.58 57.6 0.29 1.92

Komposisi

i-butana

(%-mol)

0.51 0

17.68 2.5 0.23

Komposisi

n-butana

(%-mol)

0.66 0 23.44 8.47 0.22

Komposisi

i-pentana

(%-mol)

0.3 0 0 21.81 0.04

Komposisi

n-pentana

(%-mol)

0.05 0 0 3.82 0

12

Tabel 3.2. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan

Mechanical Refrigeration (lanjutan)



Gas

Residu

Komposisi

n-heptana

(%-mol)

0.76 0 0 63.1 0

Komposisi

N2

(%-mol)

0.77 0.2 0 0 0.81

Komposisi

CO2

(%-mol)

2.77 6.31 0 0 2.76

Tabel 3.3. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan JT-

Valve Expansion



Gas

Residu

Laju Alir

(MMSCFD) 100 0.9844 0.6521 0.9707 96.98

Komposisi Metana

(%-mol) 87.68 69.46 0.01 0 89.33

Komposisi Etana

(%-mol) 3.81 15.73 0.43 0 3.75

Komposisi Propana

(%-mol) 2.69 9 41,21 0 2.39

Komposisi i-butana

(%-mol) 0.51

0

21,41 0.22 0.38

Komposisi n-butana

(%-mol) 0.66 0 32,75 2.63 0.43

Komposisi i-entana

(%-mol) 0.3 0 4,14 16.05 0.12

Komposisi n-pentana

(%-mol) 0.05 0 0.05 3.57 0.02

Komposisi n-heptana

(%-mol) 0.76 0 0 77.53 0.01

Komposisi N2

(%-mol) 0.77 0.19 0 0 0.79

Komposisi CO2

(%-mol) 2.77 5.61 0.01 0 2.79

13

Tabel 3.4. Neraca massa proses condensate extraction dengan menggunakan Turbo

Expander



Gas

Residu

Laju Alir

(MMSCFD) 100 0.9846 0.9855 1.055 96.98

Komposisi Metana

(%-mol) 87.68 82.51 0.02 0 89.58

Komposisi Etana

(%-mol) 3.81 10.50 9.45 0 3.73

Komposisi Propana

(%-mol) 2.69 0 46.09 0.17 2.3

Komposisi i-butana

(%-mol) 0.51

0

17.11 1.06 0.34

Komposisi n-butana

(%-mol) 0.66 0 26.16 3.97 0.37

Komposisi i-pentana

(%-mol) 0.3 0 1.11 19.34 0.09

Komposisi n-pentana

(%-mol) 0.05 0 0.01 3.78 0.01

Komposisi n-heptana

(%-mol) 0.76 0 0 71.68 0

Komposisi N2

(%-mol) 0.77 0.22 0 0 0.79

Komposisi CO2

(%-mol) 2.77 6.77 0.05 0 2.79

3.4. Konfigurasi Kolom De-Ethanizer dan De-Buthanizer

Konfigurasi kolom de-ethanizer ditampilkan pada Tabel 3.5 berikut ini.

Tabel 3.5. Konfigurasi kolom de-ethanizer


Refrigeration JT-Valve Turbo Expander

Tekanan Top (psig) 400 400 400

Tekanan Bottom

(psig) 420 420 420

Temperatur Top

(oF) -49.43 -2.24 -82.64

Temperatur Bottom

(oF) 324.7 354.9 299.6

14

Penentuan kondisi operasi tersebut didasari dengan terlebih dahulu mencari kondisi

operasi di unit component splitter dan shortcut distillation pada hysis. Parameter

yang dicapai pada proses pemisahan adalah pada kolom de-ethanizer, komposisi

metana pada bagian distilat yang ingin dicapai harus tinggi. Selain itu, ketersedian

utilitas juga menjadi parameter penentuan kondisi operasi

Konfigurasi kolom de-butthanizer ditampilkan pada Tabel 3.6 berikut ini.

Tabel 3.6. Konfigurasi kolom de-butthanizer


Refrigeration JT-Valve Turbo Expander

Tekanan Top (psig) 120 120 120

Tekanan Bottom

(psig) 140 140 140

Temperatur Top

(oF) 134.4 139.9 121.8

Temperatur Bottom

(oF) 330.4 349.5 334.1

Penentuan kondisi operasi tersebut didasari dengan terlebih dahulu mencari kondisi

operasi di unit component splitter dan shortcut distillation pada hysis. Berbeda

dengan kolom de-ethanizer, pada kolom debuthanizer Parameter yang ingin dicapai

pada proses pemisahan komposisi propana dan butana pada bagian distilat yang

dicapai harus tinggi. Selain itu, ketersedian utilitas juga menjadi parameter

penentuan kondisi operasi

15

BAB IV

ANALISIS EKONOMI

4.1. Harga Utilitas

Tabel 4.1 menunjukkan perbandingan harga utilitas ketiga alternatif proses ekstraksi

kondensat. Secara umum utilitas yang digunakan pada ketiga alternatif proses

tersebut dibagi menjadi tiga yaitu, cold utility berupa udara sebagai media pendingin

di kondensor pada unit distilasi, hot utility berupa LP steam dan MP steam sebagai

media pemanas di reboiler pada unit distilasi, serta daya listrik untuk

mengoperasikan kompresor. Berdarkan evaluasi ekonomi yang telah dilakukan

melalui program HYSYS, proses Turbo Expander membutuhkan biaya utilitas yang

paling kecil diantara ketiga alternatif proses ekstraksi kondensat.

Tabel 4.1. Perbandingan harga utilitas ketiga alternatif proses ekstraksi kondensat

Alternatif Proses Utilitas Aliran Energi (kcal/h)

Laju Alir Massa (ton/jam)

Harga (USD/jam)

Mechanical Refrigeration

Udara -752240,9 629,5 0,0

LP Steam 503971,9 1,0 4,0

MP Steam 1328664,0 2,8 12,2

Power 262253,4 17,3

Very Low Temperature -1904105,1 5940,9 70,9

Total Cost (USD/year) 1.408.940

Turbo Expander

Udara 671112,7 0,0

LP Steam 1397329,0 2,7 11,1

Power 1730729,7 114,4


J-T Expansion

Udara -779387,4

LP Steam 1372476,4 2,6 10,9

Power 4676263,3 309,1


16

4.2. Harga Peralatan

Rincian harga peralatan yang digunakan pada ekstraksi kondensat dengan ketiga

alternatif proses disajikan pada Tabel 4.2 s.d 4.4.

Tabel 4.2. Harga peralatan pada proses ekstraksi kondensat dengan turbo-expander

Unit Jenis Alat Equipment Cost (USD) Installed Cost (USD)

K-101 Kompresor sentrifugal 1160900 1356800

V-101 Vertical process vessel (separator) 43100 162300

K-100 Turbo-expander 353600 521200


E-100 TEMA shell and tube exchanger 16400 88300

Reboiler_@T-101 TEMA shell and tube exchanger 16400 82000

Main TS_@T-101 Multiple diameter trayed tower 62100 202300

Condenser_@T-101 TEMA shell and tube exchanger 10700 121400




Tabel 4.3. Harga peralatan pada proses ekstraksi kondensat dengan mechanical

refrigeration

Unit Jenis Alat Equipment Cost (USD)

Installed Cost (USD)







Main TS_@De-Ethanizer Multiple diameter trayed tower 142700 326000

Reboiler_@De-Ethanizer TEMA shell and tube exchanger 85900 211600

Condenser_@De-Ethanizer TEMA shell and tube exchanger 10600 115900

Reboiler_@De-Propanizer TEMA shell and tube exchanger 12700 77700

Main TS_@De-Propanizer Multiple diameter trayed tower 122700 304300

Condenser_@De-Propanizer TEMA shell and tube exchanger 14900 81500

mailto:Condenser_@De-Ethanizer

mailto:Condenser_@De-Ethanizer

17

Tabel 4.4. Harga peralatan pada proses ekstraksi kondensat dengan JT-valve

expansion

Sementara itu, perbandingan nilai Capital Cost untuk ketiga alternatif proses

ekstraksi kondensat berdasarkan hasil evaluasi ekonomi dengan software HYSYS

ditampilkan pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Perbandingan Capital Cost ketiga alternatif proses ekstraksi kondensat

Alternatif Proses Capital Cost (USD)

Turbo-expander 9219090

Mechanical refrigeration 8535810

JT-valve expansion 10685200

Berdasarkan data yang tersaji pada Tabel 4.5 dapat disimpulkan bahwa proses

ekstraksi kondensat dengan mechanical refrigeration lebih menarik untuk dipilih

karena membutuhkan utility cost yang relatif rendah, serta capital cost yang paling

rendah diantara ketiga alternatif proses yang dibahas.

Unit Jenis Alat Equipment Cost (USD)

Installed Cost (USD)











18

BAB V

KESIMPULAN

Berdasarkan analisis sensitivitas variabel kunci proses terhadap parameter kinerja

proses, dan analisis aspek tekno-ekonomi, maka dapat disimpulkan alternatif proses

yang paling baik untuk proses ekstraksi kondensat adalah dengan proses mechanical

refrigeration.

Selain itu, karena hasil simulasi ketiga alternatif proses menghasilkan nilai RVP di

bawah 12, maka tidak diperlukan penambahan unit Condensate Stabilizer pada

alternatif proses yang dipilih.

19

LAMPIRAN

FOTO PENYUSUN

Rizkyanto Nugroho (13012056)

Indra Zaki Achirudin (13012076)

Novika Suwardana (13012099)

klp_21_simulasi pengambilan kondensat dari gas alam

Documents