MAKALAH KELOMPOK

PENGOLAHAN GAS

REVIEW DAN STUDI KASUS SELEKSI

TEKNOLOGI GAS SWEETENING

ANGGOTA KELOMPOK:

Febrian Tri Adhi W. (1006679586)

Martinus (1006759334)

Meyda Astria (1006679743)

Mohamad Irfan (1006660604)

Selvi Sanjaya (1006759403)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

2013

Review

Teknologi Gas Sweetening

1. Pendahuluan

1.1 Proses Penghilangan Gas Asam pada Gas Alam

Penghilangan gas asam (CO2, H2S, dan komponen sulfur lainnya) dari

gas alam sering disebut sebagai proses gas sweetening. Gas asam yang hadir

dalam gas alam perlu dihilangkan untuk: meningkatkan nilai kalor gas,

mencegah korosi pipa dan peralatan proses gas, dan kristalisasi gas asam

(CO2) selama proses kriogenik/pencairan.

Penghapusan gas asam dapat dicapai dengan banyak cara. Variasi dan

pengembangan masing-masing proses telah dikembangkan selama bertahun-

tahun untuk menghilangkan beberapa jenis gas dengan tujuan

mengoptimalkan biaya modal dan operasional, memenuhi spesifikasi gas, dan

untuk tujuan lingkungan (Tennyson et. at 1977).

Proses utama yang tersedia dapat dikelompokkan sebagai berikut

(Maddox, 1982):

Proses Absorpsi (Absorpsi Fisika dan Kimia)

Proses Adsorpsi (Solid Surface)

Pemisahan Fisika (Membran, Pemisahan Kriogenik)

Larutan Hybrid (Campuran Larutan Fisika dan Kimia)

1.2. Faktor Pemilihan Proses

Saat ini, proses penghilangan gas asam sudah begitu luas dan tersedia

begitu banyak, sehingga pemilihan proses optimum menjadi masalah. Setiap

proses memiliki kelebihan relatif terhadap yang lain untuk aplikasi tertentu,

sehingga dalam pemilihan proses yang sesuai, faktor-faktor berikut harus

dimasukkan ke dalam pertimbangan:

Jenis dan konsentrasi dari pengotor dalam gas umpan;

Konsentrasi masing-masing kontaminan dan tingkat penghilangan

(gas asam) yang diperlukan;

Komposisi hidrokarbon dari gas;

Spesifikasi akhir (untuk komposisi gas asam) yang diinginkan;

Biaya modal dan biaya operasional;

Volume gas yang akan diproses;

Selektivitas yang diperlukan untuk menghilangkan gas asam;

Kondisi di mana gas umpan tersebut tersedia untuk pengolahan.

Pengambilan keputusan dalam memilih proses penghilangan gas asam

dapat disederhanakan berdasarkan komposisi gas dan kondisi operasi. Tinggi

tekanan parsial CO2 dalam gas umpan (345kPa) meningkatkan kemungkinan

menggunakan pelarut fisik, sementara di lain pihak, kehadiran sejumlah besar

hidrokarbon berat menghambat penggunaan absorpsi fisika. Sebaliknya,

tekanan parsial CO2 yang rendah dan tekanan outlet rendah dari aliran produk

dapat mendukung penerapan absorpsi kimia (Tennyson et al 1977). Proses

seleksi bisa terbukti sangat sulit, ada sejumlah variabel yang harus

dipertimbangkan untuk mendapatkan proses seleksi akhir.

2. Teknologi Gas Sweetening

2.1. Proses Adsorpsi

Proses adsorpsi melibatkan adsorpsi gas asam dengan menggunakan

adsorben padat. Proses penghilangan dilakukan dengan reaksi kimia atau

ikatan ion partikel padat dengan gas asam. Umumnya, proses adsorpsi berupa

ferrum oksida, oksida zinc, dan seolit (molecular sieve). Assorben biasanya

ditentukan oleh struktur mikropori yang menahan komponen yang akan

dipisahkan. Ketika unggun jenuh dengan gas asam, vessel dihilangkan dari

sistem untuk regenerasi dengan mengalirkan aliran gas panas yang sudah

bersih melalui unggun. Pada proses adsorpsi yang disebutkan di atas, hanya

molecular sieve yang sesuai untuk penghilangan konsentrasi CO2 yang kecil

dari gas alam.

Molecular sieve menggunakan crystalline zeolite padat sintesis untuk

menghilangkan pengotor gas. Struktur kristal membuat sejumlah kutub polar

yang besar yang disebut sis aktif. Molekul gas yang polar seperti H2S dan

H2O dari ikatan asam lemah pada sisi aktif. Molekul non-polar seperti

hidrokarbon tidak akan terikat dengan sisi aktif. Meskipun molekul karbon

dioksida bersifat non-polar dan tidak akan terikat dengan sisi aktif, karbon

dioksida dalam jumlah yang kecil akan terjebak dalam pori dikareakan

struktur linear CO2. Proses tersebut lebih sesuai untuk gas umpan dengan

konsentrasi CO2 yang kecil.

Kelebihan proses Adsorpsi:

Molecular sieve tidak mengalami degradasi mekanis.

Pengoperasian proses terbilang mudah

Dehidrasi simultan terhadap pengilangan gas asam mungkin terjadi

Regenerasinya murah.

Kecepatan pemisahan gas asamnya tinggi.

Kekurangan proses adsorpsi:

Prosesnya terbatas pada aliran gas yang sedikit pada tekanan sedang.

Tidak sesuai untuk sirkulasi kontinyu dikarenakan pengurangan.

Desain proses terbilang kompleks.

Faktor ekonomi dalam proses pengolahan gas

Laju sirkulasi adalah faktor paling penting dalam aspek ekonomi.

Sirkulasi pelarut memengaruhi ukuran pompa, pipa, alat penukar kalor, dan

menara regenerasi sehingga memiliki efek yang besar terhadap biaya kapital

pabrik. Sirkulasi juga memengaruhi kebutuhan energi untuk regenerasi

pelarut karena kebutuhan panas reboiler berhubungan langsung dengan laju

cairan. Faktor lainnya adalah korosivitas larutan yang menentukan material

konstruksi khususnya pada flash separator dan regenerator dikarenakan suhu

tinggi dan keasaman.

Secara umum, CAPEX untuk proses penghilangan gas asam dengan

adsorpsi cenderung sama dengan metode-metode yang lain. Sementara dari

segi OPEX, metode adsorpsi cenderung murah dibandingkan dengan metode

lain dengan mempertimbangkan pemilihan adsorben yang murah dan

terjangkau. Selain itu, metode ini tidak menggunakan banyak energi karena

proses regenerasinya cenderung murah.

Aspek lingkungan

Proses penghilangan karbon dioksida menghasilkan emisi berupa

komponen organik volatil (VOCs), karbon monoksida, sulfur oksida, nitrogen

oksida, partikulat, ammonia, H2S, logam, pelarut yang terbawa, dan lain-lain.

Polutan-polutan ini kemungkinan terbuang sebagai emisi udara, limbah cair,

atau limbah padat. Semua limbah ini diolah termasuk emisi udara meskipun

sulit untuk ditampung.

Dalam proses adsorpsi, regenerasi yang mudah memungkinkan

pengolahan limbah dari hasil regenerasi yang cukup mudah. Emisi udara bisa

diolah dengan proses oksidasi termal terlebih dahulu, kemudian di-vent ke

udara setelah terlebih dahulu dihilangkan gas-gas berbahaya, sementara

limbah padat maupun cair bisa diolah dengan mudah karena berupa

komponen organik.

2.2 Proses Absorpsi

2.2.1 Absopsi Fisika

Process absorpsi fisika dilakukan dengan menggunakan pelarut

organik untuk mengabsorpsi gas asam secara fisik. Process absorpsi gas

asam seperti CO2 bergantung pada tekanan dan suhu umpan.

Penghilangan CO2 secara absorpsi ini secara optimum dilakukan pada

tekanan yang sangat tinggi dan suhu yang rendah. Hal ini dikarenakan

pada keadaan ini, tekanan parsial CO2 akan meningkat sedangkan

tekanan uapnya menurun sehingga pemisahan menjadi sangat efektif.

Setelah pemakaian pelarut sebagai absorben gas asam. Pelarut ini dapat

diregenerasi. dengan proses flashing ke tekanan rendah atau dengan

stripping menggunakan uap atau gas inert, sementara sebagian pelarut

lain bisa diregenerasi hanya dengan proses flashing tanpa panas

tambahan (seperti dimetil eter dari polietilen glikol). Proses ini

berlangsung pada tekanan yang rendah dan suhu yang tinggi.

Pemilihan dari proses absorpsi fisika untuk menghilangkan CO2

dari gas alam untuk proyek LNG diinginkan memiliki ketentuan

sebagai berikut:

Tekanan parsial CO2 dalam umpan harus 50 psi atau lebih

tinggi.

Konsentrasi hidrokarbon berat dalam umpan harus rendah.

Hidrokarbon berat yang dimaksud adalah C3+.

Hanya sebagian gas asam yang perlu dihilangkan.

Selektivitas penghilangan gas asam berfokus pada CO2.

Ada berbagai proses fisika untuk menghilangkan CO2 dari gas

alam, namun tidak semua proses yang tersedia mampu menyisihkan

CO2 sampai ke spesifikasi dari LNG standar, yaitu 50-100 ppmv of

2.5% CO2 sebagai produk. Proses absorpsi Fisika ini diantaranya:

a. Process dengan Selexol (Selexol Process)

Proses absorpsi ini menggunakan pelarut carbide selexol, yaitu

pelarut yang terbuat dari dimetil eter dari polietilen glikol [CH3

(CH2CH2O) nCH3], dengan n adalah nilai antara 3 sampai 9

(Johnson and Homme, 1984). Proses absorpsi dengan selexol ini

harus didahului dengan proses gas dehydration sebelum memasuki

unit absorpsi selexol.

Keuntungan dari proses selexol:

Kenaikan panas pelarut dalam absorber rendah karena tidak

ada panas dari reaksi kimia.

Sweet gas dari absorber kering karena afinitas dari pelarut

selexol dengan air tinggi.

Biaya pabrik dan biaya operasi minimal.

Regenerasi dari pelarut adalah dengan stripping menggunakan

udara, sehingga tidak diperlukan panas dari reboiler.

Proses selexol memungkinkan untuk pembangunan sebagian

besar pabrik dengan material carbon-steel (baja karbon) karena

karakternya yang tidak berair dan sifat kimianya yang inert.

Kekurangan dari proses selexol:

Pelarut memiliki afinitas tinggi pula untuk hidrokarbon berat

yang akan dihilangkan pula sekaligus dengan CO2, sehingga

akan terjadi kerugian hidrokarbon berat (kondensat).

Proses ini lebih efisien dioperasikan pada tekanan yang tinggi.

b. Proses dengan rectisol

Proses rectisol menggunakan metanol dingin sebagai pelarut,

dan karena tekanan uap tinggi dari metanol, proses ini biasanya

dioperasikan pada rentang suhu -30 sampai -100F. Kondisi tersebut

merupakan kondisi yang sangat cocok, karena jumlah senyawa

hidrokarbon rantai yang lebih panjang, seperti etana dan komponen

yang lebih berat sangat terbatas (Weiss, 1988). Ada banyak proses

konfigurasi yang mungkin untuk proses rectisol tergantung pada

proses persyaratan/spesifikasi dan skalabilitas. Proses rectisol

sekarang ini banyak digunakan dalam industri gas alam untuk

menghilangkan CO2.

Keuntungan dari proses rectisol:

Pelarut metanol tidak berbusa dan benar-benar larut dengan air

sehingga bisa mengurangi losses.

Memiliki stabilitas termal dan kimia yang tinggi.

Pelarut non-korosif.

Tidak ada masalah degradasi.

Baja karbon dapat secara luas digunakan untuk peralatan

absorber jenis ini.

Pelarut kaya dapat dengan mudah diregenerasi dengan flashing

pada tekanan rendah, sehingga mengeliminasi kebutuhan untuk

panas reboiler.

Kekurangan dari proses rectisol:

Pelarut metanol dingin yang digunakan mampu menyerap jejak

logam komponen seperti merkuri (Hg) untuk membentuk

amalgam dalam proses suhu rendah.

Skema kompleks rectisol dan kebutuhan untuk mendinginkan

hasil pelarut mengunjuk kepada biaya modal dan operasional

pabrik.

c. Proses dengan Flour

Proses dengan pelarut fluor adalah salah satu proses yang

cukup terkenal untuk menghilangkan gas asam saat tekanan parsial

gas CO2 pada umpan tinggi (>60 psia), atau saat gas asam yang ingin

dihilangkan kandungan CO2-nya cukup tinggi. Proses ini didasarkan

pada sifat fisik pelarut propilen karbonan (FLUORTM) untuk

penghilangan propylene karbonat (C4H6O3), adalah pelarut polar

dengan afinitas tinggi untuk CO2 dan nilai ij untuk C1 or C2 tinggi,

sehingga kehilangan hidrokarbon dalam aliran CO2 yang keluar bisa

diminimalisasi.

Pada awalnya proses fluor terbatas hanya untuk

menghilangkan gas asam dengan komposisi dari C5+ dalam aliran

gas alam rendah. Namun, penelitian baru-baru ini telah

menngembangkan konfigurasi baru untuk gas treating, sehingga

mampu menjangkau kondisi-kondisi yang lebih ekstrem. Misalnya,

sekarang ada proses fluor untuk gas alam dengan kandungan CO2

rendah sampai medium, dan proses fluor untuk gas alam dengan

kandungan CO2 medium sampai tinggi.

Keuntungan dari proses fluor:

Proses fluor mengharuskan energi bukan dari sumber api untuk

meregenerasi pelarut.

Pelarut fluor memiliki kelarutan CO2 yang tinggi dan

kemampuan tinggi untuk mengikat CO2.

Tidak dibutuhkan air tambahan untuk meregenerasi pelarut.

Operasinya sederhana dan keluarannya berupa gas kering.

Saat CO2 pada umpan meningkat, tidak diperlukan banyak

modifikasi pada sistem.

Kekurangan dari proses fluor:

Sirkulasi pelarut untuk proses fluor tinggi.

Pelarut fluor sangat mahal (SPE 14057).

Pelarut memiliki afinitas tinggi untuk hidrokarbon berat yang

akan dihilangkan bersama dengan CO2 sehingga menghasilkan

kerugian senyawa hidrokarbon rantai panjang (kondensat).

2.2.2 Absorpsi Kimia

Proses absorpsi kimia adalah proses pemisahan gas asam

berdasarkan pada reaksi eksotermis dari pelarut untuk menghilangkan

keberadaan CO2 dari gas alam. Kebanyak absorpsi kimia merupakan

reaksi kimia reversibel. Bahan reaktif (pelarut) menghilangkan CO2

berada dalam kontaktor pada tekanan tinggi dan diharapkan pada suhu

rendah. Reaksi ini kemudian dibalik oleh proses stripping endotermis

pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Proses absorpsi kimia sangat

aplikatif saat tekanan parsial gas asam (CO2) rendah dan spesifikasi

akhir gas alam yang diinginkan rendah. Dalam proses ini, Kadar air

dalam gas meminimalisir absorpsi senyawa hidrokarbon rantai panjang

, sehingga membuat pelarut lebih cocok untuk men-treating gas umpan

dengan kandungan senyawa hidrokarbon rantai panjang yang cukup

tinggi. Mayoritas pelarut kimia proses absorpsi ini menggunakan baik

amina maupun karbonat.

a. Absorpsi Kimia dengan Potassium Carbonate (K2CO3)

Proses absorpsi ini menggunakan pelarut kalium karbonat dan

bekerja lebih baik pada tekanan gas parsial CO2 berkisar antara 30-

90 psi. reaksi utama dari proses ini adalah sebagai berikut:

Namun, (Ruziska, 1973) mengatakan bahwa persamaan reaksi

di atas sebenarnya merupakan proses dengan dua tahapan. Tahap

pertama adalah tahap hidrolisis dari kalium karbonat seperti reaksi di

bawah ini:

sementara tahapan kedua adalah reaksi yang membuat kalium

hidroksida terbentuk selama proses hidrolisis dengan CO2 untuk

membentuk kalium bikarbonat.

Reaksi dengan karbondioksida memberikan dua bagian (mol)

kalium bikarbonat saat masing-masing kalium karbonat bereaksi.

Karena itu konsentrasi dari pelarut (K2CO3) untuk penghilangan CO2

dikontrol dengan kelarutan kalium bikarbonat.

Keuntungan dari proses kalium karbonat:

Steam yang digunakan dalam sistem tidaklah banyak karena

masing-masing kolom absorber dan stripper dioperasikan pada

temperatur yang hampir sama (sistem isotermal).

Operasinya murah.

Degradasi dari pelarut minimal.

Operasinya merupakan operasi sistem sirkulasi yang

berkesinambungan dengan bahan kimia yang murah.

Kekurangan dari proses kalium karbonat:

Kalium karbonat menyebabkan tekanan korosi pada unit-

unitnya.

Pelarut kalium karbonat bereaksi dengan sejumlah corrosion

inhibitor (zat kimia yang berfungsi untuk menghalangi

terjadinya korosi) sehingga menyebabkan erosi pada unit-

unitnya.

Kecenderungan untuk foaming dan terbentuknya suspensi

padat cukup tinggi dalam mengurangi CO2 pada pelarut (di

kolom stripper).

Pelarut yang meninggalkan kolom stripper berpada pada

kondisi temperatur jenuh dan sebagian tervaporisasi di pompa

penghisap, sehingga menyebabkan vibrasi dan keausan yang

berbahaya bagi impeller dari pompa yang digunakan.

b. Absorpsi Kimia dengan Pelarut Amine (MEA, DEA, MDEA)

Proses penghilangan gas asam CO2 dan H2S dengan

menggunakan amine merupakan teknik absorbsi secara kimia.

Dalam absorbsi secara kimia, Proses penghilangan polutan tersebut

dilakukan dengan melibatkan reaksi kimia pada tekanan tinggi dan

suhu rendah. Senyawa amina adalah pelarut yang paling banyak

digunakan pada proses absorpsi ini karena senyawa amina dapat

bereaksi dengan CO2 membentuk senyawa kompleks (ion karbamat)

dengan ikatan kimia terputus yang lemah (Wang 2003). Ikatan kimia

ini dapat dengan mudah terputus dengan pemanasan (mild heating)

sehingga memudahkan proses regenerasi absorben (senyawa amina).

Solvent yang umumnya digunakan dalam proses ini diantaranya

adalah,

1. Monoethanol amine (MEA)

2. Diethanolamine (DEA)

3. Monodiethanol amine (MDEA)

Ketiga senyawa amina tersebut memiliki kemampuan

menyerap CO2 yang baik, laju absorpsi yang cepat, dan mudah untuk

diregenerasi (Astarita 1983, Barth 1984, Yu 1985). Berikut ini

adalah perbandingan kekurangan dan kelebihan dari masing-masing

pelarut tersebut:

Tabe1 1. Perbandingan karakteristik MEA, DEA, MDEA

No Sifat/Karakteristik

MEA DEA MDEA

1 Senyawa amina paling

ekonomis

Harganya tidak terlalu

mahal

Harganya paling

mahal diantara

MEA dan DEA

2 Memiliki sifat yang

reaktif dengan CO2

karena paling basa,

namun korosif

Merupakan senyawa yang

moderat dan tidak terlalu

korosif

Tidak korosif

3 Memiliki tekanan uap

yang paling tinggi, sulit

diregenerasi

Memiliki tekanan uap

yang cukup rendah

Mudah

diregenerasi

2.3 Pemisahan Fisik

2.3.1 Pemisahan Membran

Separasi membran merupakan salah satu jenis teknik separasi fisika.

Membran pada proses di sini berperan sebagai lapisan semi-permeable dan

membran ini mengendalikan laju dari berbgai molekul antara dua fasa cair,

dua fasa gas, ataupun fasa cair-gas. Aliran yang terjadi yaitu aliran

hidrodinamik.

Gambar 1. Proses pemisahan CO2 dari gas umpan menggunakan membran

Membran secara umum terdiri dari membran alami dan membran

sintetis. Pada dasarnya, membran adalah sebuah pemisah, yang memisahkan

konsentrasi zat-zat yang bereaksi dengan membran. Molekul-molekul

membran dapat berupa pori atau molekul dengan kerapatan tinggi,

bergantung pada zat apa yang akan diseleksinya. Jenis-jenis membran antara

lain:

a. Membran Isotropik

Mikroporos membran

Membran dengan struktur molekul yang berpori dan pori ini

terdistribusi secara merata diseluruh bagian membran. Pori berupa padatan

(rigid) dan memiliki ukuran diameter sebesar 0,0110 m. Jadi untuk

molekul yang lebih besar dari poros ini akan diseleksi.

Dense Membran

Membran dengan molekul berupa film tipis yang berguna

memisahkan zat berdsarkan perbedaan konsentrasi, difusifitas

kelarutannya dalam membran ini. Membran ini banyak digunakan

dalam pemisahan gas, pervavorasi, pemisahan dengan tekanan osmosis,

dan sebagainya.

Membran Elektrik

Membran dengan molekul berupa mikroporos dan film tipis.

Bentuk fine mikroporos lebih dominan dan setiap dinding poros mampu

menghantarkan aliran ion positif dan negatif. Membran jenis ini banyak

digunakan dalam pemisahan dengan perbedaan konsentrasi ion dalam

zat.

b. Membran Anisotropic

Membran anisotropik dikembangkan dalam bentuk yang sangat tipis

(20m). Hal ini bertujuan untuk agar laju pemisahan berlangsung lebih

cepat dan pemisahan tetap berjalan dengan efektif. Banyak proses komersil

menggunakan membran jenis ini karena sifat kecepatan pemisahan yang

tinggi sehingga produk terbentuk lebih cepat.

Gambar 2. Visualisasi dari berbagai lapisan membran

Deskripsi proses

Membran umumnya digunakan pada operasi lapangan gas dalam

menghilangkan CO2 dan H2O untuk memenuhi spesifikasi LNG dan

perpipaan. Agar dapat melewati membran, gas harus terlarut pada sisi

membran yang bertekanan tinggi, berdifusi di sepanjang dinding membran

dan terevaporasi dari sisi yang bertekanan rendah. Oleh karena itu, pemisahan

gas bekerja dengan prinsip bahwa gas yang lebih larut lebih siap melewati

membran polimerik daripada gas yang lain.

Setiap gas memiliki tahanan yang unik untuk pembawa gas oleh

membran tertentu. Tahanan ini bergantung pada 2 faktor, pertama adalah

ukuran dan bentuk molekul gas karena faktor ini mengontrol difusivitas gas

saat melewati membran. Kedua, tingkat interaksi molekul antara membran

dan gas menentukan kelarutan molekul dalam membran.

Selektivitas keseluruhan dari proses membran bergantung pada

ketahanan dalam sejumlah lapisan batas, film, dan struktur yang berpori. Gas

yang memiliki ketahanan yang rendah untuk dibawa disebut fast gas yang

mana menyerap dengan selektif melalui membran sedangkan gas yang

memiliki ketahanan yang tinggi disebut slow gas. Dalam gas alam, karbon

dioksida disebut fast gas dikarenakan orientasi molekul yang linier dan

kelarutannya tinggi dalam beberapa membran polimerik khususnya membran

polisulfon.

Permeasi membran merupakan proses yang ditentukan oleh tekanan.

Tekanan parsial antara sisi umpan dan sisi permeate memiliki pengaruh yang

besar terhadap performa separator membran. Driving force untuk transportasi

melalui membran merupakan selisih dari tekanan parsial gas umpan

sepanjang membran. Semakin besar tekanan parsial, semakin besar driving

force. Perbedaan tekanan ini memengaruhi jumlah luasan area membran yang

dibutuhkan untuk mencapai pemisahan yang diinginkan pada suhu umpan

tertentu. Kriteria proses lain yang penting adalah rasio tekanan umpan

terhadap tekanan permeate. Kriteria ini penting terkait dengan selektivitas

membran yang bertujuan untuk mencapai pemisahan yang efisien.

Tabel 2. Permeabilitas dari Berbagai Gas Dalam Membran

Gas umpan membran umumnya dipanaskan terlebih dahulu sebelum

memasuki sistem membran untuk memastikan operasi berjalan dengan

efisien. Peralatan pre-treatment bervariasi tergantung kondisi dan komposisi

gas umpan. Gas umpan disaring melalui high coalesing filter untuk

menghilangkan partikel atau aerosol termasuk pasir atau pipe scale. Gas

umpan didinginkan oleh pendingin. Liquid yang terkondensasi dihilangkan

dalam separator gas/liquid dan disalurkan kembali ke discharge scrubber.

Setelah penghilangan liquid, gas umpan memasuki pre-heater, trietilen glikol

terkadang digunakan sebagai medium pemanas untuk meningkatkan suhu gas.

Pengontrolan suhu dilakukan untuk memantau gas pada suhu operasi serat

membran yang diinginkan. Gas yang telah panas kemudian memasuki

separator bermembran dimana aliran akan terpisah menjadi dua; permeate

atau produk CO2 bertekanan rendah, aliran kaya CO2 dan non-permeate atau

residu, aliran kaya hidrokarbon bertekanan tinggi.

Kelebihan

Membran memiliki massa dan efisiensi ruang yang baik yang membuat

membran tersebut sesuai untuk lingkungan offshore.

Membran memiliki kemampuan adaptasi tinggi terhadap variasi CO2

dalam gas umpan.

Penghilangan dan penanganan pelarut atau adsorben yang digunakan

secara periodik membuat sistem lebih ramah lingkungan.

Membran memiliki bagian yang terbatas/tak bergerak sehingga

membuat proses lebih signifikan terjadi.

Separasi membran hanya membutuhkan waktu dalam hitungan menit

untuk melakukan start-up.

Karena tidak ada regenerasi membran selama proses, maka sistemnya

terjadi secara continuous.

Desain dari separasi membran ini sangat cocok untuk di-scale-up.

Separasi membran membutuhkan minimal maintenance dan pengawasan

operator.

Kekurangan

Separasi membran biasanya tidak dapat mendapatkan derajat separasi

yang tinggi, oleh karena itu sangat diperlukan multiple stages dan juga

recycle dari salah satu arus.

Karena adanya multiple stages dan recycle, maka operasinya akan

membutuhkan energi lebih besar dan juga cost yang lebih mahal.

2.3.2 Pemisahan Kriogenik

Distilasi suhu rendah (distilasi kriogenik) adalah proses komersial

yang umumnya digunakan untuk mencairkan dan memurnikan CO2 dari

sumber kemurnian relatif tinggi ). Proses ini melibatkan

pendinginan gas menuju suhu yang sangat rendah ( ) sehingga

CO2 dapat dibekukan atau dicairkan dan dipisahkan.

Gambar 3. Proses pemisahan CO2 dari gas umpan menggunakan separasi kriogenik

Deskripsi Proses

Berbagai proses dibutuhkan dalam separasi kriogenik ini, di

antaranya yaitu compression, purification, heat exchanging, distillation,

dan poduct.

Gambar 4. Proses-Proses yang Terlibat Dalam Separasi Kriogenik

Tabel 3. Proses kriogenik dan rinciannya

Proses Fungsi Tipe Alat

Compression

Menekan gas umpan

untuk mendapatkan hasil

yang diinginkan

Kompresor

Purification

Memurnikan gas dengan

memisahkan H2O dan

CO2

Revesible exchanger/

sieve adsorbers

Heat Exchanging

Mendinginkan gas

umpan dengan cara cold

recovery dari produk

keluaran

Heat exchanger

Distillation Memisahkan produk-

produknya Distillation column

Product

Menekan poduk yang

keluar untuk memenuhi

spesifikasi user

Kompresor

Keuntungan

Separasi kriogenik cocok untuk gas umpan dengan konsentrasi CO2

yang tinggi.

Proses kriogenik ini menghasilkan CO2 cair yang siap untuk

ditransportasikan dengan pipa, ataupun transportasi melalui kapal.]

Kelemahan

Energi yang dibutukan untuk regenerasi sangat besar, terutama untuk

aliran dilute gas.

Cost operasi.yang tinggi karena kriogenik menggunakan alat-alat

dengan teknologi tinggi.

Beberapa fluida kriogenik bersifat mudah terbakar dan beracun seperti

asetilen dan etana.

Proses yang rumit karena senyawa seperti H2O harus dihilangkan

terlebih dahulu agar tidak terjadinya penyumbatan.

Separasi kriogenik membutuhkan waktu sampai beberapa jam untuk

melakukan start-up.

2.4. Pelarut Hybrid

Proses ini merupakan proses yang mengombinasikan sifat fisik dan

kimia pelarut untuk penghilangan gas asam yang efektif. Proses hibrid yang

berhasil salah satunya adalah proses sulfinol dibawah lisensi Shell E&P.

Sulfinol merupakan campuran sulfolan (tetrahidrotiofen1-1 dioksida), air, dan

diisopropanolamin (DIPA) atau metildietanolamin (MDEA). Duo fungsional

dan kemampuan dari campuran pelarut kimia dan fisik pada sulfinol membuat

pelarut tersebut lebih efisien. Teknologi ini dapat digunakan untuk

menghilangkan H2S, CO2, COS, CS2, merkaptan, dan lain-lain. Sulfinol

digunakan ketika rasio H2S terhadap CO2 20% mol karbon dioksida. Teknologi ini

dipadukan dengan absorber terintegrasi untuk meningkatkan kandungan H2S

dalam gas asam sebagai gas buang. Penggunaan sulfinol tentunya

mempermudah proses penghilangan gas pengotor karena mempersingkat

langkah pengolahan gas.

Gambar 5. Grafik Rasio H2S/CO2 vs Produksi Sulfur

Gambar 6. Grafik Rasio H2S/CO2 vs Produksi Sulfur

Gambar 7. Perkembangan Penggunaan Sulfinol di Berbagai Negara

Studi Kasus

Seleksi Teknologi Gas Sweetening

Studi kasus

Berdasarkan tes sumur yang tersedia dan hasil simulasi awal reservoir,

desain fasilitas Dayung memerlukan laju alir rata-rata 35,8 MMSCFD dari

sembilan sumur pada kondisi pengiriman awal tekanan 1785 psig dan suhu 220

oF. Sumur-sumur tersebut dapat mengirimkan 322 MMSCFD gas mentah melalui

singel atau multi jalur sumur ke kepalan stastiun dari stasiun Dayung pada

perusahaan CP. Berikut adalah informasi lainnya:

Tabel 4. Informasi aliran gas mentah

Dari studi kasus di atas, akan dilakukan seleksi teknologi untuk gas

sweetening terbaik, dengan produk keluaran gas yang memiliki komposisi CO2

paling kecil. Seleksi yang dilakukan adalah memberikan uraian untuk setiap

teknologi dengan kriteria segi aplikasi, keuntungan, kerugian, CAPEX dan OPEX,

lingkungan, serta maturity. Berikut ini tabel seleksi teknologi Gas Sweetening.

Dilakukan penilian terhadap teknologi yang ada untuk setiapn kriteria yang

telah ditentukan. Penilaian ini berupa angka yang berkisar antara 1-5 dengna nilai

5 tertinggi. Setiap kriteria memiliki bobot yang berbeda dilihat dari seberapa

utaam kriteria tersebut dalam suatu pemilihan teknologi. Selanjutnya akan

diakumulasikan untuk mendapatkan nilai tertinggi.

Bila didasarkan pada literatur, terutama pada saat kuliah, terdapat beberapa

rule of thumb yang secara garis besar dapat kita jadikan acuan. Berikut adalah

proses seleksi teknologi gas sweetening.

Tabel 5. Proses seleksi berdasarkan CO2

Berbasis CO2 pada gas alam

Pelarut amine CO2 < 10%

Proses benfield CO2 = 10-20%

Pelarut fisika CO2 = 10-50%

Distilasi kriogenik CO2 > 50%

Sistem membran CO2 > 50%

Table 6. Kriteria penilain selesi teknologi

kriteria 1 2 3 4 5

Keuntungan

Tidak

menguntung

kan

Sedikit

menguntug

kan

Cukup

menguntung

kan

menguntung

kan

Sangat

mengungtung

kan

Kerugian merugikan Agak

merugikan normal

Tidak cukup

merugikan

tidak

merugikan

Capex + Opex

merugikan Kurang baik normal baik Sangat baik

Lingkungan

Tidak aman Agak aman Cukup aman aman Aman sekali

Maturity Masih baru Studi belum

banyak

Cukup lama

dan dipakai

beberapa

Sudah lama,

sedikit

penguna

Sudah lama

dan banyak

digunkan

Tabel 7. Seleksi teknologi gas sweetening adsorpsi dan hybrid

Kriteria Teknologi

Molecular Sieve Adsorption (Metode Adsorpsi) Pelarut Hybrid

Keuntungan Molecular sieve tidak mengalami degradasi mekanis.

Pengoperasian proses terbilang mudah

Dehidrasi simultan terhadap pengilangan gas asam mungkin

terjadi

Kecepatan pemisahan gas asamnya tinggi.

Kebutuhan energinya rendah

Sifat pelarutnya rendah foaming dan non-korosif

Menghilangkan gas asam dalam jumlah yang besar

Kerugian Prosesnya terbatas pada aliran gas yang sedikit pada tekanan

sedang.

Desain proses terbilang kompleks.

Co-Absorbsi hidrokarbon berat dalam jumlah yang tinggi

Harus menghilangkan produk oksazolidon sebagai reaksi

sampingan DIPA dengan karbon dioksida.

Capex + Opex Secara umum, CAPEX untuk proses penghilangan gas asam

dengan adsorpsi cenderung sama dengan metode-metode

yang lain. Sementara dari segi OPEX, metode adsorpsi

cenderung murah dibandingkan dengan metode lain dengan

mempertimbangkan pemilihan adsorben yang murah dan

terjangkau. Selain itu, metode ini tidak menggunakan banyak

energi karena proses regenerasinya cenderung murah.

Dikarenakan kemudahan penggunaan dan kelebihannya

yang mempersingkat pengolahan gas maka mengurangi

biaya operasi

Tabel 7. Seleksi teknologi gas sweetening adsorpsi dan hybrid (lanjutan)

Kriteria Teknologi

Molecular Sieve Adsorption (Metode Adsorpsi) Pelarut Hybrid

Lingkungan Dalam proses adsorpsi, regenerasi yang mudah

memungkinkan pengolahan limbah dari hasil regenerasi yang

cukup mudah. Emisi udara bisa diolah dengan proses oksidasi

termal terlebih dahulu, kemudian di-vent ke udara setelah

terlebih dahulu dihilangkan gas-gas berbahaya, sementara

limbah padat maupun cair bisa diolah dengan mudah karena

berupa komponen organik.

Teknologi ini menghilangkan gas pengotor dalam jumlah

yang besar dengan jalan mengingkatkan kandungan H2S

pada gas buangan yang akan diolah menuju sulfur recovery

unit sehingga dampak pada lingkungan tidak berbahaya

Maturity Metode ini sudah digunakan sejak lama. Efisisensi dan

efektivitasnya sudah dibuktikan oleh banyak perusahaan gas

alam di dunia

Teknologi ini mulai dikembangkan pada tahun 1964 saat

Shell menyelesaikan masalah pengolahan gas di

Arzew,Algeria.

Kesimpulan Metode ini sudah sangat terbukti dalam penghilangan gas

asam, tidak menyebabkan degradasi mekanis pada,

memungkinkan dehidrasi gas asam secara simultan pada gas

alam, dan cenderung bersaing dalam aspek ekonomis, dan

lingkungan dengan metode lainnya

Tabel 8. Seleksi teknologi gas sweetening untuk proses absorpsi (fisika dan kimia)

Kriteria Teknologi

Selexol Rectisol Flour K2CO3 MEA DEA MDEA

Keuntungan -Kenaikan panas

rendah

-regenerasi

mudah

- stabilitas termal

dan kimia tinggi

-pelarut non korosif

dan mudah

diregenerasi

-operasi sederhana dan

keluarannya gas kering

-Tidak membutuhkan

tambahan air u/

regenerasi

-Tidak

memerlukan

banyak steam

-Sifat yang

reaktif

dengan CO2

-Tidak

terlalu

korosif

-Tidak

korosif

-Mudah

diregeneras

i

Kerugian -afinitas pelarut

tinggi

-lebih efisien pada

tekanan tinggi

-membentuk

amalgam pada

suhu rendah

-sirkulasi pelarut

tinggi

-menyebabkan

korosi, erosi

pada unit-

unitnya

-Korosif

-Sulit

diregenerasi

-Kurang

reaktif jika

dibanding

kan

dengan

MEA

-Kurang

reaktif

Capex +

Opex

-Investasi rendah

-Biaya operasional

rendah

-Invesatasi besar

-Operasional besar

-Invesatasi besar

-biaya operasional

rendah

-Investasi

rendah

-Operasional

rendah

-Invetasi

rendah

-Biaya

operasional

tinggi

-Investasi

rendah

-Biaya

operasion

al tinggi

-Investasi

tinggi

-Biaya

operasion

al rendah

Tabel 8. Seleksi teknologi gas sweetening untuk proses adsorpsi (fisika dan kimia) (lanjutan)

Kriteria Teknologi

Selexol Rectisol Flour K2CO3 MEA DEA MDEA

Lingkungan - Tidak terlalu

berbahaya

-cukup bahaya -Tidak terlalu

berbahaya

-Cukup bahaya -Cukup

berbahaya

-Tidak

terlalu

berbahaya

-Tidak

berlalu

berbahaya

Maturity -Sudah cukup

banyak dipakai

- Sudah cukup

banyak dipakai

- Sudah cukup banyak

dipakai

-Sudah cukup

banyak dipakai

-Sudah cukup

banyak

dipakai

-Sudah

cukup

banyak

dipakai

-jarang

dipakai

Tabel 9. Penjelasan seleksi teknologi separasi membran dan kriogenik

Kriteria Teknologi

Seleksi Teknologi Membran Seleksi Teknologi Kriogenik

Keuntungan Separasi membran mampu untuk menangani gas dengan

kandungan CO2 di atas 50%, jadi untuk kasus ini yaitu

30,5% CO2, bukan merupakan hal yang sulit untuk

diseparasi oleh membran.

Menggunakan solvent atau absorben yang ramah

lingkungan.

Dengan mengaplikasikan tabung-tabung membran, maka

proses terjadinya separasi CO2 lebih signifikan terjadi.

Waktu start-up lebih cepat dibandingkan teknologi yang

lain. Desain separasi membran dapat di-scale-up, sesuai

dengan kebutuhan kapasitas separasi.

Separai kriogenik mampu menghaapi CO2 dan gas lebih

dari 50%, maka dengan kasus pada ConocoPhillips

Indonesia - Onshore Gas Operations yang mencapai

30,5%, hal ini dapat digunakan dengan baik.

CO2 yang sudah terpisahkan yaitu dalam fasa cair, dengan

kondisi ini CO2 dapat langsung dijual atau dialirkan

melalui pipa.

Kerugian Karena separasi membran lebih unggul digunakan di

lingkungan offshore, sedangkan sumur di ConocoPhillips

Indonesia merupakan Onshore Gas Operations.

Jika terdapat dilute gas seperti CO2 dalam gas, maka

energi yang digunakan akan sangat besar.

Teknologi ini kurang fleksibel jika dalam gas terdapat

kandungan H2O, karena H2O harus dihilangkan terlebih

dahulu agar tidak terjadi penyumbatan. Proses kriogenik

membutuhkan waktu yang relatif lama untuk start-up.

Tabel 9. Penjelasan seleksi teknologi separasi membran dan kriogenik (lanjutan-1)

Kriteria Seleksi Teknologi Membran Seleksi Teknologi Kriogenik

Capex + Opex Untuk biaya Capex, separasi membrane hampir sama dengan

chemical absorption. Tetapi untuk Opex, separasi membran

lebih murah karena tidak membutuhkan maintenance yang

lebih sering dibandingkan teknologi yang lain. Dan juga

membrane dapat dengan mudah diganti dengan yang baru

tanpa harus ada integrasi yang dapat memakan biaya tambahan

yang mahal.

Capex kriogenik sangat mahal, karena cold utility seperti ini

menggunakan teknologi yang kompleks dengan ketelitian

yang tinggi pula, sehingga membuat alatnya mahal. Kemudian

untuk Opex-nya pun mahal, karena maintenance dari alat

kriogenik merupakan maintenance yang spesifik.

Lingkungan Separasi membrane lebih cocok untuk diaplikasikan di

lingkungan onshore.

Untuk lingkungannya, teknologi kriogenik kurang cocok

karena kriogenik menggunakan fluida yang mudah terbakar

dan beracun seperti asetilen dan etana, dan ini membahayakan

bagian sekitarnya seperti manusia (user) dan lingkungannya

(environment).

Maturity Separasi membrane tidak se-mature jika dibandingkan dengan

chemical absorption. Walaupun begitu, teknologi ini sudah

cukup terpercaya, sudah banyak perusahaan di dunia yang

lebih memilih teknologi membrane ketimbang dengan

teknologi yang lain atas dasar pertimbangan maintenance dan

kerja operator yang lebih sedikit.

Teknologi kriogenik ini belum cukup mature, karena sampai

saat ini para ilmuan terus mencoba untuk meningkatkan

efisiensi dari teknologi kriogenik ini. Jika dibandingkan

dengan hot utility, kriogenik (cold utility) masih tertinggal

dibawah karena harganya yang mahal dan efisiensi yang masih

rendah.

Tabel 9. Penjelasan seleksi teknologi separasi membran dan kriogenik (lanjutan-2)

Kriteria Seleksi Teknologi Membran Seleksi Teknologi Kriogenik

Kesimpulan Untuk kasus ConocoPhillips Indonesia - Onshore Gas

Operations, teknologi membrane cocok untuk

diaplikasikan karena mampu memurnikan gas dari CO2

yang mencapai 30,5%, dengan biaya Capex dan Opex

yang bersaing dengan teknologi lainnya

Untuk kasus ConocoPhillips Indonesia - Onshore Gas

Operations, teknologi kriogenik ini tidak cocok, karena

jumlah CO2 yang terkandung di gas masih 30,5%, dan

juga teknologi ini masih terlalu mahal dan juga sulit

untuk pengoperasiannya.

Table 10. Penilaian teknologi gas sweetening

Kriteria Bobot

%

Teknologi

Adsorpsi

Absorpsi fisika Absorpsi Kimia Pemisahan Fisika Pelarut Hybrid Selexol Rectisol Flour K2CO3 MEA DEA MDEA Membran Kriogenik

Keuntungan 25 4 5 3 3 3 3 3 3 4 4 2

Kerugian 20 3 4 3 2 4 2 2 2 2 1 3

Capex + Opex 15 4 4 2 3 4 3 3 2 4 1 4

Lingkungan 20 4 4 3 4 2 5 5 3 2 2 5

Maturity 20 3 3 4 4 4 4 4 4 3 4 3

Total Nilai 100 360 405 305 320 335 340 340 285 300 255 330

Berdasarkan Tabel 10 dapat dilihat nilai terbesar dimiliki oleh teknologi

absorpsi fisika selexol. Selexol dianggap mampu memberikan hasil terbaik untuk

Gas sweetening untuk kasus di atas dimana CO2 yang ingin dipisahkan sebesar

30%. Berdasarkan perbandingan dengan rule of thumb yang diberikan, hasil ini

sesuai dengan literatur yang ada dengan penjelasan untuk CO2 yang lebih besar

dari 30%, maka proses seleksi terbaik adalah mengguakan pelarut fisika. Untuk

analisis teknologi yang lain, masing-msing memiliki kekurangan terutama dalam

memberikan keuntungan. Contohnya pelarut amine tidak dapat mengurangi CO2

bila kadarnya hingga 30%. Amine hanya mampu mengurangi CO2 pada kadar

10% dalam gas alam.

DAFTRA PUSTAKA

Anonim. Cryogenic Air Separation. Electrical, Electronic, and Computer

Engineering. University of Pretoria.

Anonim. 2009. Membran Zeolit Katalitik Untuk Pembentukan Syngas. Institut

Teknologi Bandung.

Anonim. 2008. Three Basic Methods to Separate Gases. CO2 Capture Project.

Anonim. Membrane Separation Technologies. RTI International.

Anonim, 2012. Sour Gas Processing. Shell Global Solutions

Bradley, Adam. 2010. Innovation in the LNG Industry: Shell's Approach

Nguyen, Thao. 2012. Degradation of Poly-1-trimethylsilyl Propyne under

Ultraviolet Irradiation and Chemical Solvent Exposure.

Reza Abedini, Amir Nezhadmoghadam. 2010. Application of Membrane in Gas

Separation Processes: Its Suitability and Mechanisms. Department of

Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of

Mashhad, Mashhad, Iran.

Xijun Hu. Membrane Separation Processes. Advanced Physio-Chemical

Treatment Processes.