1

Pengolahan Gas Bumi

Tugas 2

Problem 1

Suatu gas alam dg spesifikasi berikut

Temperatur : 800F

Pressure : 615 psia

Water saturation : 100%

Composition (water free basis):

Komponen % mol Komponen % mol

Methane

Ethane

Propane

i-Butane

n-Butane

i-Pentane

88,34 %

7,72 %

1,14 %

0,12 %

0,21 %

0,06 %

n-Pentane

n-Hexane

n-Heptane

n-Octane

CO2

H2S

0,06 %

0,05 %

0,05 %

0,03 %

2,21 %

0,01 %

akan dipindahan dari lokasi A ke lokasi B, diperkirakan terjadi pressure drop sebesar 200

psi. Oleh karena itu,sebelum ditransfer gas alam tsb dikompresi hingga mencapai

tekanan 1200 psi. Jika gas tsb mengalir dg laju 200 MMSCFD, hitunglah:

a. Densitas gas alam setelah sampai di Lokasi B.

b. Simulasi P vs z

c. Simulasi XCO2 vs z

Jawab:

a. #Cara 1

Simulasi menggunakan Unisim.

Gas alam dikirim dari titik A ke titik B dengan kondisi seperti Gambar 1. Fluid package

yang digunakan adalah Soave-Redlich-Kwong.

Anggota kelompok:

Afdal Adha

Denis Yanuardi

Tulus Setiawan

Kristian Ari Prabowo

2

Gambar 1. Simulasi Aliran Gas Alam menggunakan Unisim

Dari simulasi di atas, pada titik B (P=1000 psia dan T=800F) diperoleh hasil :

Densitas = 3,682 lb/ft3

Viskositas = 0,0132 cP

#Cara 2

Korelasi Katz dan Aturan Kay (untuk kandungan CO2 dan H2S yang rendah)

Kandungan CO2 dan H2S pada gas alam cukup kecil yaitu 2,21% dan 0,01%. Maka

untuk mencari densitas dan viskositas dapat menggunakan korelasi Katz yang cukup

sederhana.

Kondisi gas alam:

Flow 200 MMSCFD

P 1000 psia

T 539,67 R

Tabel 1. Perhitungan z dengan Korelasi Katz dan Aturan Kay

Comp yi Pci Pc' Tci Tc' MW MW'

C1 0,8834 668 590,1112 343 303,0062 16,043 14,17239

C2 0,0772 708 54,6576 550 42,46 30,07 2,321404

C3 0,0114 616 7,0224 665 7,581 44,097 0,502706

i-C4 0,0012 529 0,6348 735 0,882 58,124 0,069749

C4 0,0021 551 1,1571 766 1,6086 58,124 0,12206

i-C5 0,0006 490 0,294 829 0,4974 72,151 0,043291

C5 0,0006 489 0,2934 846 0,5076 72,151 0,043291

C6 0,0005 427 0,2135 914 0,457 86,178 0,043089

3

C7 0,0005 397 0,1985 973 0,4865 100,205 0,050103

C8 0,0003 361 0,1083 1024 0,3072 114,232 0,03427

CO2 0,0221 1071 23,6691 548 12,1108 44,01 0,972621

H2S 0,0001 1306 0,1306 673 0,0673 34,076 0,003408

1 678,4905 psia 369,9716 0R 18,37838

Dari Tabel 1, kemudian dapat dihitung nilai Pr dan Tr untuk mencari z.

z dapat dicari dari Gambar 2 menggunakan data Tr dan Pr

.

z = 0,86

Gambar 2. Faktor kompresibilitas gas (z) dengan Korelasi Katz

(sumber: Gas Conditioning Process vol 1, halaman 52)

Densitas gas dapat dicari dari persamaan

4

Viskositas gas alam dapat dicari menggunakan persamaan

Tabel 2. Viskositas Gas Alam

Comp yi M

C1 0,8834 0,013 16,043 0,045998486 3,538345089

C2 0,0772 0,0095 30,07 0,004021681 0,423334842

C3 0,0114 0,0083 44,097 0,00062833 0,075702352

i-C4 0,0012 0,0075 58,124 6,86152E-05 0,009148692

C4 0,0021 0,0073 58,124 0,000116875 0,01601021

i-C5 0,0006 0,007 72,151 3,56755E-05 0,005096505

C5 0,0006 0,007 72,151 3,56755E-05 0,005096505

C6 0,0005 0,0065 86,178 3,01704E-05 0,004641605

C7 0,0005 0,0058 100,205 2,90297E-05 0,005005122

C8 0,0003 0,0056 114,232 1,79557E-05 0,003206381

CO2 0,0221 0,0149 44,01 0,002184511 0,146611473

H2S 0,0001 0,0129 34,076 7,53033E-06 0,000583747

0,053174535 4,232782524

Sehingga = 0,01256 cP

Namun viskositas ini adalah untuk kondisi udara ambien. Untuk mencari viskositas pada

tekanan dan temperatur tertentu, perlu dilakukan koreksi yang dengan menggunakan

grafik pada Gambar 3.

5

Gambar 3. Grafik Koreksi Suhu dan Tekanan terhadap Viskositas

(sumber: Gas Conditioning Process vol 1, halaman 73)

Dari grafik pada Gambar 3, diperoleh

Perbandingan hasil dari kedua cara di atas

Simulasi (SRK) Perhitungan (Katz dan Kay)

Faktor kompresibilitas (z) 0,8617 0,86

Densitas () lb/ft3 3,682 3,689

Viskositas ( ) cP 0,0132 0,0143

6

b. Simulasi P vs z

#Cara 1 : Simulasi menggunakan study case software Unisim.

Dengan menggunakan proses simulator Unisim, kita dapat melihat pengaruh perubahan

suatu variabel terhadap variabel yang lain, seperti pengaruh perubahan suhu terhadap

faktor kompresibiitas Z. Setelah memasukkan komposisi yang diminta, didapatkan hasil

pada Gambar 4.

Gambar 4. Hasil Simulasi Pengaruh T terhadap z

#Cara 2 : Metode Katz & Kay

Data tabel korelasi Katz sama seperti Tabel 1, namun dengan kondisi T dan P berikut:

P = 615 psia

T = 539,7 0R

Sehingga nilai Tr dan Pr

Menggunakan Gambar 2, didapatkan factor kompresibilitas Z pada kondisi tersebut

adalah 0,9.

7

Kemudian dilakukan variasi suhu dari 500 - 580 0R dengan variabel yang lain konstan,

didapatkan hasil pada Gambar 5.

Gambar 5. Hasil Perhitungan Pengaruh T terhadap z

Dari kedua cara yang dipakai, keduanya memberikan hasil yang sama, yaitu nilai faktor

kompresibilitas z semakin meningkat, seiring dengan meningkatnya suhu. Hal ini terjadi

karena saat suhu semakin dinaikkan, energi kinetik dari molekul-molekul gas ikut

meningkat, yang menyebabkan pergerakan dari molekul-molekul gas tadi semakin cepat.

Sehingga, interaksi antar molekul gas menjadi semakin kecil. Interaksi yang sedikit ini

membuat gas menjadi semakin mirip dengan sifat gas ideal, yang tergambarkan oleh

nilai faktor kompresibilitas z yang semakin besar.

0,8750,88

0,8850,89

0,8950,9

0,9050,91

0,9150,92

0,9250,93

480 500 520 540 560 580 600

Z

T (Rankine)

Pengaruh T terhadap z

8

c. Simulasi XCO 2 vs z

Simulasi dilakukan menggunakan Unisim dengan variasi komposisi CO2 dari 10%

hingga 60%.

Gambar 6. Simulasi Aliran Gas Alam menggunakan Unisim

Setelah diperoleh datanya, maka selanjutnya hasil variasi kandungan CO2 terhadap faktor

kompresibilitas z digambarkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Grafik Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Z Factor

0,82

0,83

0,84

0,85

0,86

0,87

0,88

0,89

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Z Fa

cto

r

XCO2 (%Mole)

Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Z Factor

9

Seperti yang dinyatakan dalam teori, bahwa pengaruh gas asam termasuk CO2, akan

menurunkan faktor kompresibilitas. Grafik di sebelah kanan menunjukkan hasil yang

serupa dimana dalam simulasi ketika kita mengubah presentase komponen CO2, maka

dengan urutan dari kecil ke besar akan menghasilkan grafik menurun yang menunjukkan

bahwa semakin besar presentase komponen CO2 yang dikandung oleh gas alam, maka

faktor kompresibilitas (Z) dari gas alam tersebut akan semakin kecil.

10

Resume ASTM D 3588-98

Panduan Standar untuk Menghitung Heat Value, Compressibility Factor

dan Relative Density Bahan Bakar Gas

Ruang Lingkup

Meliputi prosedur untuk menghitung heating value, relative density, dan compressibility

factor pada kondisi dasar (14,696 psia dan 60oF (5,6oC)) untuk campuran gas alam dari

analisis komposisi. Metode ini dapat diaplikasikan untuk semua gas pada umumnya, seperti

dry natural gas, reformed gas, oil gas (Btu tinggi maupun rendah), propane-air, carbureted

water gas, coke oven gas, dan retort coal gas.

Ringkasan

Heating value dan relative density pada kondisi dasar (14,696 psia dan 60oF (5,6oC)) dihitung

dari komposisi molar dan nilai komponen gas ideal secara berurutan, kemudian

menyelesaikannya dengan menghitung compressibility factor.

Metode Analisis

Menentukan komposisi molar gas dengan metode ASTM atau GPA dimana hasil komposisi

seluruhnya, kecuali air, tetapi mencakup keseluruhan komponen dengan jumlah 0,1% atau

lebih. Properties komponen natural gas tercantum di tabel 1.

11

Perhitungan Ideal Gas Values; Ideal Heating Value

Ideal Combustion Reaction

Sebuah reaksi ideal combustion dalam keadaan umum untuk fuel dan air dalam keadaan gas

ideal :

di mana id menunjukkan keadaan gas ideal dan l menunjukkan fasa liquid. Ideal net heating

value dihasilkan ketika semua komponen air berada dalam kondisi gas ideal. Ideal gross

heating value dihasilkan ketika semua komonen air terbentuk dari reaksi kondensasi menjadi

liquid. Untuk air, reduksi dari H2O (id) ke H2O (l) adalah

, entalpi ideal

vaporisasi, dimana lebih besar dari entalpi vaporisasi

.

Karena gross heating value dihasilkan dari reaksi indeal combustion, maka hubungan gas

ideal dapat diaplikasikan. Ideal gross heating value per unit massa untuk campuran yaitu

:

di mana xj adalah fraksi mol komonen j, Mj adalah massa molar komponen j dari tabel 1 dan

n adalah jumlah total komponen

adalah komponen murni, ideal gross heating value per unit massa untuk komponen j

(pada 60oF (5,6oC) di tabel 1). Nilai independen terhadap tekanan, tetapi bervariasi

terhadap temperatur.

Ideal Gas Density

di mana M adalah massa molar dari campuran

P adalah tekanan dasar dalam satuan absolut (psia), R adalah konstanta gas, 10,7316

psia.ft3/(lb mol.oR), T adalah temperatur dasar dalam unit absolut (oR = oF + 459,67). Nilai

ideal gas density pada 60oF (15,6 oC) dan 14,696 ada di GPA Standard 2145.

Gross Heating Value per Unit Volume

Perkalian antara gross heating value per unit massa dengan ideal gas density menghasilkan

gross heating value per unit volume,

adalah gross heating value per unit volume untuk komponen j (tabel 1).

Konversi

Real Gas Values Compressibility Factor

di mana B adalah second virial coefficient untuk campuran gas.

12

Persamaan 9 dan 10 untuk menghitung compressibility factor untuk variasi tekanan, tapi

tidak akurat untuk tekanan di atas 2 atm. Alternatif :

Real Gas Density

di mana dan Z dievaluasi pada temperatur dan tekanan yang sama

Real Relative Density

Gross Heating Value of Water Wet Gas

Koreksi fraksi mol

di mana

adalah vapor pressure air (0,25636 psia pada 60 oF (15,6 oC)).

Perhitungan Ideal Energy Terlepas sebagai Kalor

Kalor pada pembakaran

Laju alir gas yang ideal

Presisi

Properties dari praktik ini ditentukan dari entalpi percobaan pembakaran, akurat 1 part in

1000.

Nilai properties dari praktik ini dapat dilihat di GPA Standard 2172-97, Fig 23-2 GPSA

Engineering Data Book, GPA TP-17, and the TRC Thermodynamic Tables-Hydrocarbons.

13

Repeability

Jika semua komonen dianalisis dan hasil di normalisasi, maka repeability heating value :

Jika hasil analisis dibuat dengan menjumlahkan menjadi 1 dengan menghitung fraksi mol

metan sebagai perbedaan di antara 1 dan jumlah fraksi mol dari komponen lain, maka