PROSES PENCAIRAN GAS ALAM

A.   Latar Belakang

LNG merupakan singkatan dari Liquefied Natural Gas atau bisa diartikan sebagai gas alam yang dicairkan. Prinsip utama pencairan ini adalah menurunkan suhu gas dari 22 °C menjadi -160 °C dengan proses pendinginan dan expansi pada temperatur rendah sekali yang disebut cryogenic temperatur yaitu 160 °C pada tekanan di bawah 1 atm.

Tujuan dari pencairan adalah untuk mempertinggi efesiensi pengangkutan dan penyimpanan (Loading & Storage), karena volume gas sebelum dan sesudah dicairkan adalah 620:1 artinya kita akan mendapatkan 1 cuft LNG jika kita mencairkan gas alam sebanyak 620 cuft. Pada masa-masa lalu pemakaian gas alam sebagai sumber energi masih belum mendapat perhatian karena kesulitan dalam pengangkutan dan penyimpanan.

LNG merupakan alternatif energi yang mempunyai prospek cukup baik dewasa ini, karena hasil pembakarannya memiliki tingkat polusi yang rendah, efisiensi pembakarannya cukup tinggi sehingga mudah dikontrol.

LNG merupakan sumber daya alam yang potensial. Semula sumber daya alam ini berbentuk endapan gas bumi sangat luas yang terpendam didalam perut bumi. Kemudian gas bumi tersebut diproses menjadi bahan bakar cair. Tanpa LNG, gas bumi yang berjumlah ratusan triliyun kaki kubik akan tetap terperangkap di dalam perut bumi.

Gas alam selain mengandung gas-gas hidrokarbon juga mengandung senyawa yang dapat mengkontaminasi seperti gas CO₂ dan H₂S, N₂ serta uap air dengan kadar CO₂ sebesar 19,2 % volume dan uap air yang relatif besar dibandingkan H₂S sebesar 10 ppm dan N₂ yang bernilai trace.

Pada umumnya gas yang diperoleh dari lapangan atau dari perut bumi, masih mengandung gas-gas atau materi lain yang tidak diinginkan tersebut, ini disebut impurities atau zat pengotor. Gas CO₂ dan H₂S tergolong impurities yang sangat merugikan.

Seiring dengan menipisnya cadangan gas alam dari sumber ladang gas, maka kadar CO₂ dan H₂S akan semakin tinggi. Oleh karena itu harus dilakukan upaya untuk meminimalisasikan kandungan gas-gas tersebut dengan meningkatkan efisiensi proses penyerapan gas tersebut dengan menggunakan larutan benfield.

B.     Tujuan

1.           Mengetahui proses fraksinasi untuk gas alam

2.           Mengetahui proses pencairan gas alam

C.   Manfaat

1.           Dapat mengetahui proses dalam industri pencairan gas alam.

2.           Dapat mengenal alat-alat dalam proses pencairan gas alam

TINJAUAN PUSTAKA

A.   Pengertian Gas Alam

Gas Alam atau yang sering disebut dengan gas bumi adalah bahan atau materi yang terdiri dari fosil-fosil dan terbentuk dalam wujud gas. Gas alam dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara yang diambil dengan cara pengeboran (drilling). Komponen (utama ) dalam gas alam yaitu metana 80-95%, etana 5-15%, propana dan butana <5%.

Gas alam juga merupakan campuran hidrokarbon ringan yang terbentuk secara alami yang bercampur dengan beberapa senyawa non-hidrokarbon. Gas alam tak terasosiasi dihasilkan dari cadangan yang tidak mengandung minyak (sumur kering). Di sisi lain, gas alam terasosiasi bersinggungan dengan dan/atau terlarut dalam minyak bumi serta merupakan produk yang dihasilkan bersama minyak. Komponen prinsip dari kebanyakan gas alam adalah metana. Hidrokarbon parafinik berberat molekul lebih tinggi (C2-C7) biasanya ada dalam jumlah kecil dalam campuran gas alam, dan kadarnya sangat bervariasi tergantung pada lapangan gas asalnya. Gas alam tak-terasosiasi normalnya mengandung kadar metana lebih tinggi daripada gas alam terasosiasi. Gas alam terasosiasi mengandung hidrokarbon lebih berat dengan kadar lebih tinggi.

Zat non-hidrokarbon dalam gas alam bervariasi dari satu lapangan gas kelapangan lainnya. Beberapa senyawa ini merupakan asam lemah, seperti hidrogensulfida dan karbon dioksida. Yang lain merupakan bahan inert, seperti nitrogen,helium dan argon. Beberapa cadangan gas alam berisi cukup banyak helium untukdiproduksi komersial.

Hidrokarbon berberat molekul lebih tinggi dalam gas alam merupakan bahan bakar dan juga bahan baku kimia yang penting dan biasanya dihasilkan dalam bentuk cairan gas alam. Sebagai contoh, etana mungkin dipisahkan untuk dipakai sebagai bahan baku perengkahan kukus untuk memroduksi etilena. Propana dan butana diambil dari gas alam dan dijual sebagai gas petroleum dicairkan (LPG). Sebelum gas alam digunakan ia harus diproses atau diolah untuk memisahkan zat pengotor dan mengambil hidrokarbon lebih berat (lebih berat dari metana).

B.   Proses Pengolahan Gas Alam

Gas alam mentah mengandung sejumlah karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan uap air yang bervariasi. Adanya hidrogen sulfida dalam gas alam untuk konsumsi rumah tangga tidak bisa ditoleransi karena sifat racunnya. Zat ini juga menyebabkan karat pada peralatan logam. Karbon dioksida tidak diinginkan,karena zat ini akan mengurangi nilai panas gas dan akan memadat pada tekanan tinggi dan temperatur rendah yang dipakai pada pengangkutan gas alam. Untuk mendapatkan gas manis atau gas alam kering, maka gas-gas asam harus diambil dan uap air dikurangi. Sebagai tambahan, gas alam dengan sejumlah berarti hidrokarbon berat harus diolah untuk mendapatkan cairan-cairan gas alamnya.

1.      Proses Pengolahan Gas Alam Cair

Pencairan gas alam menjadi LNG/LPG bertujuan untuk memudahkan dalam penyimpanan dan transportasi. Gas alam yang diolah di kilang LNG/LPG.

Proses awal yaitu Process Train adalah unit pengolahan gas alam hingga menjadi LNG serta produk-produk lainnya (pencairan fraksi berat dari gas alam). Dalam pengolahan gas alam di process train dilakukan proses  pemurnian, pemisahan H2O dan Hg, serta pendinginan dan penurunan tekanan secara bertahap hingga hasil akhir proses berupa LNG. Terdiri beberapa tahapan yaitu:

i.                    Plant 1 - Gas Purification 

Proses di Plant 1 adalah pemurnian gas dengan pemisahan kandungan CO₂ (Karbon Dioksida) dari gas alam. Kandungan CO₂ tersebut harus dipisahkan agar tidak mengganggu proses selanjutnya. Pemisahan CO₂ dilakukan dengan proses absorbsi larutan Mono Ethanol Amine (MEA), yang sekarang diganti dengan Methyl De Ethanol Amine (MDEA)  produksi Ucarsol. Proses ini dapat mengurangi CO₂ sampai di bawah 50 ppm dari aliran gas alam. Batas maksimum kandungan CO₂ pada proses selanjutnya adalah 50 ppm.

ii.                  Plant 2 - Gas Dehydration And Mercury Removal

Selain CO₂, gas alam juga mengandung uap air (H₂O) dan Mercury (Hg) yang akan menghambat proses pencairan pada suhu rendah. Pada Plant 2, kandungan H₂O dan Hg dipisahkan dari gas alam. Kandungan H₂O pada gas alam tersebut akan menjadi padat dan akan menghambat pada proses pendinginan gas alam selanjutnya karena dapat menyumbat pipa dan alat lainnya saat mengalami pembekuan, serta untuk mengurangi masalah karat dan mencegah terbentuknya hidrat. Hidrat adalah senyawa padat berwarna putih yang terbentuk dari reaksi kimia-fisik antara hidrokarbon dan air pada tekanan tinggi dan temperatur rendah yang digunakan untuk mengangkut gas alam melalui jalur pipa. Hidrat mengurangi efisiensi jalur pipa. Untuk mencegah pembentukan hidrat, gas alam bisa diolah dengan glikol, yang melarutkan air secara efisien. Etilena glikol (EG), dietilena glikol (DEG), dan trietilena glikol (TEG) merupakan contoh pelarut untuk pengambilan air. Trietilena glikol (TEG) lebih baik jika dipakai pada proses fasa-uap karena tekanan uapnya yang rendah, yang mengakibatkan sedikit saja kehilangan glikol. Absorber TEG normalnya berisi 6 hingga 12 nampan (tray) bubble-cap untuk melakukan proses absorpsi air.

Cara lain untuk menghilangkan hidrat gas alam adalah dengan menyuntikkan metanol ke dalam jalur gas untuk menurunkan temperatur pembentukan hidrat hingga di bawah temperatur atmosfer. Air juga bisa dikurangi atau diambil dari gas alam dengan memakai adsorben padat seperti saringan molekular atau gel silika.

Pemisahan kandungan H₂O (Gas Dehydration) dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan molecullar sieve hingga kandungan H₂O maksimum 0,5 ppm. Kandungan mercury (Hg) pada gas alam tersebut jika terkena peralatan yang terbuat dari aluminium akan terbentuk amalgam. Sedangkan tube pada Main Heat Exchanger 5E-1 yang merupakan alat pendingin dan pencairan utama untuk memproduksi LNG adalah terbuat dari aluminium. Pemisahan kandungan Hg (Mercury Removal) dilakukan dengan cara absorbsi menggunakan adsorben. Bed Mercury Removal yang berisi Sulfur Impregnated Activated Charcoal dimana merkuri akan bereaksi membentuk senyawa HgS, hingga kandungan Hg maksimum 0,1 ppm.

iii.                Plant 3 - Fractination 

Sebelum gas alam didinginkan dan dicairkan pada Main Heat Exchanger 5E-1 pada suhu yang sangat rendah hingga menjadi LNG, proses  pemisahan (fractination) gas alam dari fraksi-fraksi berat (C2, C3, ..., dst) perlu dilakukan. Proses fraksinasi tersebut dilakukan di Plant 3. Pemisahan gas alam dari fraksi beratnya dilakukan pada Scrub Column 3C-1. Setelah dipisahkan dari fraksi beratnya, gas alam didinginkan terlebih dahulu hingga temperatur sekitar -50°C dan selanjutnya diproses di Plant 5 untuk didinginkan lebih lanjut dan dicairkan. Sedangkan fraksi beratnya dipisahkan lagi sesuai dengan titik didihnya dengan beberapa alat (Deethanizer, Deprophanizer dan Debuthanizer) untuk mendapatkan prophane, buthane dan condensate.

iv.                Plant 4 - Refrigeration

Selain penurunan tekanan, proses pencairan gas alam dilakukan dengan menggunakan sistem pendingin bertingkat. Bahan pendingin yang digunakan: Propane dan Multi Component Refrigerant (MCR). MCR adalah campuran  Nitrogen, Methane, Ethane, Prophane dan Buthane yang digunakan untuk  pendinginan akhir dalam proses pembuatan LNG. Plant 4 menyediakan pendingin Prophane dan MCR. Baik prophane maupun MCR sebagai pendingin diperoleh dari hasil sampingan pengolahan LNG.

v.                  Siklus Pendingin Prophane

Cairan prophane akan berubah fase menjadi gas prophane setelah temperaturnya naik karena dipakai mendinginkan gas alam maupu.cairan  prophane yang dipakai pendinginan ada 3 tingkat untuk MCR dan 3 tingkat untuk gas alam. Gas prophane setelah dipakai untuk pendinginan dikompresikan oleh Prophane Recycle Compresor 4K-1 untuk menaikkan tekanannya, kemudian didinginkan oleh air laut, dan selanjutnya dicairkan dengan cara penurunan tekanan. Demikian siklus pendingin propane diperoleh.

vi.                Siklus Pendingin MCR

Cairan MCR berubah fase menjadi gas MCR dengan kenaikan temperatur karena dipakai pendinginan gas alam pada Main Heat Exchanger 5E-1. Gas MCR tersebut dikompresikan secara seri oleh MCR First Stage Compresor 4K-2 dan MCR Second Stage Compressor 4K-3 untuk menaikkan tekanannya. Pendinginan dengan air laut dilakukan pada interstage 4K-2 dan 4K-3 serta pada discharge 4K-3.

vii.              Plant 5 - Liquefaction 

Pada Plant 5 dilakukan pendinginan dan pencairan gas alam setelah gas alam mengalami pemurnian dari CO2, pengeringan dari kandungan H2O,  pemisahan Hg serta pemisahan dari fraksi beratnya dan pendinginan bertahap oleh  prophane. Gas alam menjadi cair setelah keluar dari Main Heat Exchanger 5E-1 dan peralatan lainnya selanjutnya ditransfer ke storage tank.

C.   Proses Fraksinasi untuk Gas Alam

A.   Unit Fraksinasi dalam Proses LNG

Dalam proses pendinginan dan pencairan LNG, terdapat beberapa tahapan antara lain 

1.      Heavy Carbon removal unit Hidrokarbon berat C₅⁺ ke atas dipisahkan dari gas alam. Salah satu media pemisah bisa menggunakan KOD ( Knock Out Drum ) di mana hidrokarbon berat, glikol dan air dipisahkan dari gas alam. Setelah keluar dari KOD, diasumsikan komposisi gas alam menjadi sebagian besar C₁ ,lalu C₂, C₃ , sedikit iC₄ dan nC₄ kemudian C₅⁺ dalam jumlah yang sangat kecil. 

2.      CO₂ removal unit Disini impurities gas asam dipisahkan dari gas alam, salah satunya CO₂. Ada banyak cara untuk memisahkan kandungan CO₂ dari gas alam, antara lain menggunakan solvent (MEA,DEA,MDEA, aMDEA) ataupun teknologi membran.

3.      Water Content removal unit Kandungan air dalam gas alam harus dihilangkan karena dapat mengganggu proses salah satu contohnya freezing point air lebih rendah dari metan sehingga bisa membeku pada suhu cryogenic dan dapat mengalami kebuntuan pada tube-tube.

4.      Mercury removal unit