FORUM IPTEK Vol 13 No. 03 STUDI PENGAMATAN PROSES DEHIDRASI PADA PROSES PEMURNIAN GAS

(1)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

69 FORUM IPTEK Vol 13 No. 03

1. Pendahuluan

Dalam proses pencairan gas alam,

natural gas atau

associated gas

yang diproduksi

mengandung H

2

O, H

2

S, dan CO

2

, sebagai

impurities dalam pemrosesan gas. Maka

kandungan

impurities

tersebut

harus

dihilangkan atau minimal dikurangi prosentase

kandungannya, sehingga dehydration menjadi

tahap awal proses pengolahan gas.

1.1 Proses

dehydration

secara

umum

bertujuan:

• Mencegah terjadinya

free-water

yang

dapat membentuk hidrat pada bagian

pendinginan

• Mencegah terjadinya korosi, akibat

asam yang terbentuk dari

free-water

dan H

2

S

• Mencapai suatu kualitas gas yang

diinginkan

Kandungan

air

pada

suatu

gas

tergantung dari temperatur, tekanan, komposisi

gas, salinitas. Hidrat berfasa solid terbentuk

dari proses pengkristalan terhadap hidrokarbon

ringan yang mengandung air (

free water

).

Hidrat ini dapat menutupi filter, menyumbat

tube, dan mengakibatkan jatuh tekanan

(

pressure drop

).

1.2 Variabel-variabel

kecepatan

pembentukan hidrat:

1. Tekanan. Makin tinggi tekanan makin

cepat terbentuk hidrat.

2. Temperatur. Makin rendah temperatur

makin cepat terbentuk hidrat.

3. Derajat

agitasi.

Adanya

proses

pengadukan

mempercepat

pembentukan hidrat.

4. Adanya tempat untuk terbentuknya

kristal (misalnya elbow, bekas las, dll).

Adanya

tonjolan

akan

memicu

terbentuknya hidrat pertama kali.

Hidrat pada mulanya terbentuk di

tempat yang tidak halus, misalnya pada bekas

las pipa, kemudian hidrat makin menumpuk di

tempat tersebut dan akhirnya dapat menyumbat

pipa. Pembentukan hidrat dapat dicegah dengan

cara mengurangi kandungan uap air dalam unit

dehidrator atau menginjeksikan glikol atau

methanol untuk mengikat air pada aliran gas.

2. Teknik Dehidrasi

Ada beberapa teknik dehidrasi antara lain :

1. Absorbsi,

menggunakan

liquid

dessicant

, seperti glycol.

2. Adsorpsi,

menggunakan

solid

dessicant

, seperti alumina dessicant.

Pemilihan

proses

dehidrasi

adalah

berdasarkan

dew point

yang diharapkan

dari proses tersebut dan nilai ekonomis.

2.1 Glycol Dehydration

Dew point dari glycol dehydration

tergantung laju sirkulasi TEG dan jumlah

tahap kesetimbangan. Pada umumnya

glycol dehydration dapat mencapai dew

point ±70

o

F. Glycol yang keluar dari

proses dehydration (

rich glycol

) perlu

di-STUDI PENGAMATAN PROSES DEHIDRASI PADA PROSES

PEMURNIAN GAS

Oleh : Risdiyanta ST

Abstrak

Dalam proses pengolahan gas alam (natural gas) maka di lakukan proses

pemurnian mulai dari pemisahan H

2

S (H

S

S Removal), CO

2

(CO

2

Removal) dan air

(dehidrasi). Proses penghilangan air (Dehidrasi) adalah salah satu proses yang terakhir

dari pemurnian yang bertujuan untuk mencegah terjadinya free Water, korosi dan

tercapainya kualitas gas yang d iinginkan. Proses penghilangan air terdiri dari beberapa

tahap mulai dari penyerapan air dengan menggunakan dessicant, drying dan regenerasi.

(2)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

70 FORUM IPTEK Vol 13 No. 03

regenerasi agar glycol tersebut dapat

digunakan kembali (

lean glycol

). Proses

regenerasi

glycol

dilakukan

dengan

pemanasan sehingga air yang diikat glycol

menguap.

Melalui

regenerasi,

dapat

diperoleh

glycol

dengan

kemurnian

mencapai 98%. Design yang ekonomis

adalah 2,5 gal TEG/lb H2O.

2.2 Solid Dessicant Dehydration

Dehidrasi

tipe

ini

membutuhkan

minimum 2 tower, yang digunakan untuk

proses adsorpsi dan proses regenerasi. Proses

regenerasi terjadi sebelum dessicant jenuh oleh

air.

Terdapat 3 jenis solid dessicant yang

sering dipakai, yaitu:

1. Silica Gel, dapat mencapai dew point

-70°F s.d. -80°F.

2. Allumina Dessicant, digunakan untuk

proses dehidrasi gas mencapai dew point

-100

0

F. Biasanya

digunakan

pada

plant

pengolahan LPG seperti di LEX Plant.

3. Molecular Sieve, merupakan dessicant

dengan kemampuan menyerap air terbesar,

dewpoint yang dicapai lebih kecil dari –260

o

F,

lebih mahal dari tipe yang lain. Molecular sieve

biasa digunakan pada plant pengolahan LNG.

Berikut ini adalah proses dehidrasi yang

terjadi di Liquid extraction Plant ( LEX

Plant Santan) Chevron Indonesia Company,

Balik papan

3 Dehydrator LEX Plant

Proses dehidrasi di LEX Plant dilakukan

di dalam unit dehydrator yang terdiri dari 3

buah tower. Feed Gas Dehydrator V-41 A/B/C

merupakan

unit

untuk

menghilangkan

kandungan uap air dari feed gas menggunakan

media penyerap (

adsorbent

) alumina desiccant.

Dehydrator ini berjalan dengan tiga siklus

operasi yaitu Lead, Guard, dan Regeneration

yang diatur dengan Program Cycle Controller

(PCC) yang menggerakkan posisi buka tutup 34

valve yang mengatur aliran feed gas maupun

regeneration gas. Sepuluh valve berkorelasi

langsung dengan operasi masing-masing tower

V-41 A/B/C, 3 valve (KV 25,26,27) untuk

mengendalikan aliran dari regeneration gas

pada siklus pemanasan maupun pendinginan

dan valve terakhir (KV 84) mengatur aliran Hot

Oil menuju Regeneration Gas Heater E-41.

Sistem dehidrator ini terdiri dari:

Feed Gas Dehydrator (V-41 A/B/C)

,

merupakan tempat terjadinya proses

penyerapan

moisture

yang ada dalam gas

umpan. Pada unit ini terdapat alumina

desiccant sebagai media penyerap air

(

adsorbent

). Sistem ini dilengkapi dengan

34 valve untuk mengatur siklus operasi

dari tower tersebut yang diatur dengan

Program Cycle Controller (PCC) yang

dapat

dioperasikan

secara

otomatis

maupun semi otomatis.

Regeneration Gas Heater (E-41)

, suatu

unit Heat Exchanger

shell and tube

yang

digunakan

untuk

memanaskan

regeneration gas (C1) pada saat proses

regenerasi alumina desiccant. Media

pemanas yang digunakan adalah hot oil.

Regeneration

Gas

Cooler

(E-42)

,

merupakan

unit

Air

Cooled

Heat

Exchanger

untuk

mendinginkan

regeneration gas yang telah digunakan

untuk proses regenerasi alumina desiccant

setelah keluar dari dehydrator dan

sebelum masuk Regeneration Gas KOD

V-42.

Regeneration Gas Inlet Cooler (E-43)

,

merupakan unit Heat Exchanger tipe

shell

and

tube

untuk

mendinginkan

regeneration gas yang digunakan untuk

proses pendinginan (

cooling

) pada saat

regenerasi alumina desiccant. Media

pendingin yang digunakan adalah Propane

Refrigerant.

Regeneration Gas Knock Out Drum

(V-42)

, merupakan unit untuk memisahkan

regeneration gas (C1) dengan uap air dan

hidrokarbon yang terikut pada saat proses

regenerasi alumina desiccant.

(3)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

71 FORUM IPTEK Vol 13 No. 03

Operasi drying menggunakan 2 tower

sebagaimana disebutkan di atas, dimana sebuah

tower sebagai

lead

dan sebuah tower sebagai

guard

yang berhubungan secara seri.

1. Lead

, merupakan kondisi dimana

alumina desiccant bed dalam tower

tersebut berperan sebagai pengadsorb

utama (

primary adsorber

). Tower

dalam posisi lead menerima feed gas

(dengan water dew point sekitar 87

°

F)

dari

feed

gas

untuk

didehidrasi

sehingga water dew pointnya turun

menjadi

-90

°

F

dan

kemudian

meneruskan gas ke tower dalam posisi

guard.

2. Guard

, merupakan kondisi dimana

alumina desiccant bed dalam tower

tersebut berperan sebagai pengadsorb

kedua (

secondary adsorber

). Tower

dalam posisi guard menerima feed gas

dari lead dan kembali mengeringkan

gas sehingga water dew pointnya turun

menjadi < -130

°

F. Dari tower guard ini

feed gas dialirkan menuju Chill Down

Feed Gas Filter F-51 A/B dan

temperatur dew point menjadi -148 °F.

5 Regeneration Operation

Regeneration

,

merupakan

kondisi

dimana alumina desiccant bed tidak melakukan

proses dehidrasi (tidak menerima feed gas)

tetapi melakukan proses regenerasi alumina

desiccant untuk menghilangkan kandungan air

pada

alumina

desiccant.

Tower

yang

diregenerasi diisolasi terhadap aliran feed, dan

dihubungkan dengan aliran gas regenerasi.

Regeneration gas

merupakan gas yang

digunakan untuk proses regenerasi (desorpsi)

air dari alumina desiccant. Proses regenerasi

gas ini menggunakan residu gas (C1/Methane)

dengan

rate

sebesar

26-28

MMSCFD

bertekanan 200 psig dan memiliki temperatur

90 °

F yang keluar dari

discharge compressor

section

EC-51 sebagai regeneration gas baik itu

dalam step

heating

maupun

cooling

.

Pada step

heating cycle

,

regeneration

gas

mengalami pemanasan menggunakan hot

oil pada Regeneration Gas Heater E-41 hingga

regeneration gas ini bersuhu antara 450 - 475

°

F, untuk kemudian memasuki tower yang akan

diregenerasi dengan aliran dari bawah ke atas

selama 4 jam untuk mengembalikan aktifitas

penyerapan (desorpsi) alumina desiccant.

Keluar dari tower, regeneration gas tersebut

kemudian dialirkan menuju Regeneration Gas

Cooler E-42 untuk didinginkan. Setelah

didinginkan gas kemudian mengalir menuju

V-42 Regeneration Gas Knock Out Drum untuk

dipisahkan antara fraksi berat (kondensat dan

air) dan fraksi ringannya (gas). Kondensat

dialirkan kembali menuju V-5, Solution Gas

KOD, air dibuang ke closed drain sedangkan

gasnya dialirkan menuju Compressor Station

bersama C1 dan C2 (residu gas).

Pada step Cooling cycle, regeneration

gas mengalami pendinginan menggunakan

refrigerant propana hingga output gas bersuhu

±70

_°

F. Gas yang telah didinginkan ini

kemudian digunakan untuk mendinginkan

kembali bed yang telah mengalami step

Heating. Kemudian gas mengalir menuju

Regeneration

Gas

Cooler

E-42

untuk

didinginkan

dan

kembali

menuju

V-42

Regeneration Gas Knock Out Drum untuk

mengalami proses seperti yang telah diuraikan

diatas. Pada tahap ini dilakukan proses sebagai

berikut :

a.

Depressurizing

, yaitu penurunan tekanan

tower dari 550 psig hingga mencapai

tekanan regeneration gas (±200 psig).

Proses ini berlangsung selama 25 menit.

Depressurizing

bertujuan

untuk

menurunkan

tekanan

dalam

tower

menjadi sedikit lebih rendah dari

pressure gas regen sehingga gas regen

dapat mengalir.

b.

Pre-heating

, merupakan tahap dimana

regeneration gas yang belum dipanaskan

mulai masuk ke bed. Tahap ini

dimaksudkan untuk menghindari kejutan

thermal

(

thermal

shock

)

akibat

peningkatan panas secara tiba-tiba dari

bed. Proses ini berlangsung selama 5

menit.

(4)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

72 FORUM IPTEK Vol 13 No. 03

c.

Heating

, yaitu proses pemanasan untuk

meregenerasi alumina desiccant atau

mengembalikan kemampuan adsorpsi

dari

desiccant.

Pemanasan

ini

menggunakan regeneration gas berupa

residu

gas

(C1/Methane)

yang

dipanaskan di E-41 Regeneration Gas

Heater dengan media pemanas Hot Oil

hingga temperatur gas sekitar 450

°

F. Regeneration gas ini akan menguapkan

liquid yang terkandung di dalam alumina

desiccant dengan pola aliran dari bawah

ke atas untuk membawa semua uap air

terbawa keluar dari bed. Proses ini

berlangsung selama 4 jam. Pada proses

pemanasan ini diharapkan temperatur

merata dari bottom tower sampai top

tower

sehingga

diyakinkan

semua

dessicant mendapat panas 450 °F.

Gas regen mengalir dari bawah tower

juga bertujuan agar debu-debu yang

terjadi saat proses drying dapat terbawa

gas regen dan proses heating dari

dessicant yang mempunyai kejenuhan air

paling kecil.

d.

Post-heating

, merupakan tahap dimana

regeneration gas yang tidak dipanaskan

dengan hot oil dialirkan. Seperti tahap

pre-heating, tahap ini juga dimaksudkan

untuk menghindari ‘

thermal shock’

akibat perubahan temperatur secara

drastis. Tahap ini memerlukan waktu 5

menit.

e.

Cooling

, yaitu proses pendinginan bed

hingga temperatur normal operasinya

(85

°

F)

dengan

menggunakan

regeneration gas yang didinginkan di

Regeneration Gas Cooler E-43 dengan

media Propane Refrigerant dan mengalir

dari atas ke bawah bed. Proses ini untuk

menghindari terjadinya ‘

thermal shock

’

akibat

kejutan

karena

perbedaan

temperatur sewaktu feed gas yang

ber-temperatur kurang dari 100

°

F memasuki

bed. Proses ini berlangsung selama 2

jam. Proses

cooling

dengan mengalirkan

gas regen dari atas bertujuan agar

dessicant mampat dan kompak.

f.

Pressurizing

, yaitu proses pemberian

tekanan hingga tekanan pada operasi

normalnya (580 psig). Proses ini untuk

menghindari

terjadinya

‘

bumping

’

(teraduknya desiccant) yang disebabkan

oleh perubahan tekanan secara drastis.

Feed gas diatur mengalir perlahan-lahan

ke dalam bed sampai tekanan menjadi

cukup tinggi atau sama dengan tekanan

operasi normal. Proses ini berlangsung

selama 25 menit.

g.

Parallel Guard

, merupakan tahapan

transisi

dimana

regenerated

bed

diparalel dengan guard bed. Pada tahap

ini

regenerated bed

berubah fungsi

menjadi guard. Tahap ini berlangsung

selama 40 menit untuk memungkinkan

operasi berjalan normal.

h.

Parallel Lead

, merupakan tahap transisi

dimana

guard bed

yang lama diparalel

dengan lead bed. Pada tahap ini guard

bed yang lama berubah fungsi menjadi

lead, dan bed yang berposisi lead

sebelumnya akan menjadi regeneration

bed. Tahap ini berlangsung selama 10

menit hingga operasi berjalan normal.

Setiap step memiliki waktu jeda

(

travelling

time

) yaitu 45 detik sebelum masuk

ke tahap berikutnya. Hal ini dikarenakan proses

buka/tutup valve untuk mencapai posisi

fully

open

ataupun

fully close

.

Desiccant

Desiccant berperan sebagai media

penyerap (

adsorbent

) air pada proses dehidrasi.

Desiccant haruslah memiliki kemampuan

menyerap (aktifitas adsorpsi) yang baik dengan

memiliki luas permukaan yang besar, memiliki

laju perpindahan massa yang baik, memiliki

kekuatan mekanis (

mechanical strength

) yang

baik untuk menghindari hancurnya desiccant,

mudah dan ekonomis untuk diregenerasi dan

tentunya menguntungkan secara ekonomi serta

tidak korosif. Beberapa media yang dapat

digunakan untuk penyerapan air ini diantaranya

(5)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

73 FORUM IPTEK Vol 13 No. 03

adalah bauxite, alumina, silica gel, dan

molecular sieve.

Media penyerap air (desiccant) yang

yang digunakan di LEX Plant ini adalah

Alumina Desiccant ALCOA F-200 Activated

Alumina Sphere yang memiliki ukuran 3/16“

dengan panjang bed 22 ft. Alumina desiccant

ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Size

: 3/16 ” (uniform)

Surface area

: 340 m

2

/g

Pore opening diameter : 3.2 Amstrong

(minimum)

Packed bulk density

: 48 lb/ft

3

Crush strength

: 55 lbs

Lifetime

: 3 years (minimum)

Al

2

O

3

:

93 %

(minimum)

Alumina Desiccant mempunyai sifat

bahwa daya adsorpsi uap airnya menurun

dengan meningkatnya temperatur dan daya

adsorpsi ini dapat dikembalikan ke kemampuan

awalnya setelah melalui proses pendinginan.

Namun, daya adsorpsi akan rusak secara

permanen pada temperatur di atas 600

o

F. Dengan demikian suhu regenerasi harus dijaga

agar tidak melebihi dari yang ditentukan. Selain

oleh temperatur yang berlebihan, daya adsorpsi

alumina juga akan rusak secara permanen jika

desiccant mengadsorp minyak atau kondensat.

Dengan demikian harus dijaga agar tidak terjadi

condensate

carry-over

dari V-233.

Agar panas yang diterima desiccant

tidak berlebihan akibat proses pemanasan pada

saat

regenerasi

dan

untuk

mencegah

terbawanya desiccant akibat aliran feed gas

maupun regeneration gas, maka bed pada tower

ini dilengkapi dengan support ball yang terbuat

dari keramik yaitu NORTON D-57 berukuran

¼”, ½” dan ¾” dengan spesifikasi sebagai

berikut :

Size of balls

: ¼ inch, ½ inch and ¾

inch

Particle density : 2.3 gram/cc

Specific heat

: 0.25 BTU/lb

°

F

Crush Strength – ¼ inch

: 120

lb

Crush Strength – ½ inch

: 370

lb

Crush Strength – ¾ inch

: 950

lb

Perilaku dessicant

Dessicant dalam tower ketika proses

drying dibagi dalam 3 zone, yaitu:

• Saturated zone,

adalah zone dimana

dessicant sudah jenuh dan tidak dapat

menyerap uap air lagi.

• Mass transfer

zone, adalah zone

dimana dessicant masih dapat

menyerap uap air, atau dessicant belum

jenuh.

• Active zone,

adalah zone dimana

dessicant masih 100% belum menyerap

air.

Ketika gas masuk dari atas, maka

dessicant paling atas akan menyerap uap air

terlebih dahulu daripada dessicant yang terletak

dibawahnya,

begitu

seterusnya

sehingga

dessicant

paling

atas

akan

mengalami

kejenuhan terlebih dahulu.

Apabila dessicant telah jenuh maka

dessicant tidak dapat menyerap uap air lagi.

Sebuah tower Dehidrator dioperasikan tidak

mengalami kejenuhan secara keseluruhan tetapi

cukup mass transfer zone menjadi jenuh,

diperkirakan operasi ini 9 jam sebagai lead.

Gambar 1. Pembagian zone desiccant

dalam tower

saturated

active zone

Mass transfer

vessel

41 Screen

(6)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

74 FORUM IPTEK Vol 13 No. 03

Siklus Dehydrator

Dehydrator ini dalam kondisi normal

operasinya menggunakan mode 3 tower dengan

siklus Lead, Guard dan Regeneration yang

diatur dengan Program Cycle Controller yang

mengatur posisi buka tutup dari 34 valve yang

mengatur aliran feed gas dan regeneration gas.

Siklus tower ini berjalan sebagai berikut

Tabel 1. Siklus dehydrator

Tower A

Tower B

Tower C

Lead

Guard

Regeneratio

n

Regeneration

Lead

Guard

Regeneration

Lead

Tabel 2. Regeneration Steps

Description

Timer

Set Hours

Depressurize

6 25 menit

Pre Heating

7 5 menit

Heating

8 240 menit

Post Heating

4 5 menit

Cooling

3 120 menit

Pressurize

5 25 menit

Parallel Guard

1 40 menit

Parallel Lead

2 10 menit

Kondisi operasi khusus

• Operasi 2 tower mode

Selain normal operasi menggunakan 3

buah tower dengan siklus Lead, Guard

dan Regeneration, system dehidrasi ini

juga dimungkinkan untuk operasi

dengan 2 buah tower apabila salah satu

tower tidak dapat diooperasikan karena

kerusakan

ataupun

keperluan

maintenance

lainnya

seperti

penggantian

alumina

desiccant,

penggantian valve yang bocor, dsb.

Operasi menggunakan 2 tower ini

hanya menggunakan 2 siklus yaitu satu

sebagai dehydrator dan yang lainnya

sebagai regeneration. Pergantian siklus

untuk mode operasi 2 tower ini

menggunakan 52 step dengan 26 step

untuk setiap towernya. Selain itu rate

gas yang masuk LEX Plant juga

disesuaikan

(diturunkan)

dengan

kondisi

tower

setelah

diadakan

saturation test sebelumnya.

• Jika Refrigerant Shut Down

Jika refrigeran Shut Down maka E-43

Regen Gas Cooler tidak mendapatkan

media pendinginan propana. Maka

pada proses pendinginan dessicant

regen didapatkan dari gas guard

outlet-nya sendiri melalui start-up bypass. Hal

ini

pendinginan

hanya

mencapai

temperatur feed gasnya

±

100 °F. Hal

ini membuat penyerapan air oleh

dessicant tidak dapat mencapai nilai

maksimum. (Temperatur lebih rendah

penyerapan lebih baik).

Daftar Pustaka :

1)

C. george Segeler “ Gas Engineer Hand

Book “, Industrial Press Inc, New York

1995.

2)

Donald katz, “ Handbook Of natural

Gas Engineering” Mc Graw – Hill

Company, New York 1960.

3)

RL, Huntington “ Natural Gas and

Natural Gasoline” Mc Graw – Hill

Company, New York 1960.

4)

……….., Chevron Indonesia Company,

Kaltim 2000

*) Risdiyanta St adalah Fungsional

Widyaiswara Pertama Pusdiklat Migas

(7)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

75

(8)

Lembaran Publikasi Ilmiah Pusdiklat Migas

76