Refinery 02 - Crude Distillation Unit

(1)

BAB II

CRUDE DISTILLATION UNIT

(CDU)

I . P e n d a h u l u a n

Crude Distillation Unit (CDU) beroperasi dengan prinsip dasar pemisahan Crude Distillation Unit (CDU) beroperasi dengan prinsip dasar pemisahan berdasarkan titik didih komponen penyusunnya. Kolom CDU memproduksi berdasarkan titik didih komponen penyusunnya. Kolom CDU memproduksi produk

produk LLPPG, G, naphtnaphtha, kerosene, dan diesel sha, kerosene, dan diesel sebesar 50-60% vebesar 50-60% volumolume feed,e feed, sedangkan produk lainnya sebesar 40-50% volume feed berupa atmospheric sedangkan produk lainnya sebesar 40-50% volume feed berupa atmospheric residue.

residue.

Atmospheric residue pada kilang lama, yang tidak memiliki Vacuum Distillation Atmospheric residue pada kilang lama, yang tidak memiliki Vacuum Distillation Unit/VDU, biasanya hanya dijadikan fuel oil yang value-nya sangat rendah atau Unit/VDU, biasanya hanya dijadikan fuel oil yang value-nya sangat rendah atau dijual ke kilang lain untuk dioleh lebih lanjut di VDU. Sedangkan pada kilang dijual ke kilang lain untuk dioleh lebih lanjut di VDU. Sedangkan pada kilang modern, atmospheric residue dikirim sebagai feed Vacuum Distillation Unit atau modern, atmospheric residue dikirim sebagai feed Vacuum Distillation Unit atau sebagai feed Residuel Catalytic Cracking (setelah sebagiannya di-treating di sebagai feed Residuel Catalytic Cracking (setelah sebagiannya di-treating di Atmospheric Residue Hydro Demetalization unit untuk menghilangkan Atmospheric Residue Hydro Demetalization unit untuk menghilangkan kandungan metal atmospheric residue).

kandungan metal atmospheric residue).

II.

II. Teori Teori Crude Crude Distillation Distillation UnitUnit

II.1.

II.1. Crude Crude Oil Oil CompositionComposition

Crude oil terdiri dari atom carbon dan hydrogen yang bergabung membentuk Crude oil terdiri dari atom carbon dan hydrogen yang bergabung membentuk molekul hydrocarbon. Berdasarkan struktur molekuler umum, hydrocarbon molekul hydrocarbon. Berdasarkan struktur molekuler umum, hydrocarbon dikelompokkan menjadi 4 macam, yaitu paraffin, naphthene, aromatic, dan dikelompokkan menjadi 4 macam, yaitu paraffin, naphthene, aromatic, dan olefin.

olefin.

II.1.1.Paraffin

Senyawa paraffin paling simple adalah methane (CH

Senyawa paraffin paling simple adalah methane (CH44). Contoh). Contoh

senyawa parafin lain adalah ethane (C

senyawa parafin lain adalah ethane (C22HH66) atau biasa disebut dry) atau biasa disebut dry

gas, propane (C

gas, propane (C33HH88), butane (C), butane (C44HH1010), pentane (C), pentane (C55HH1212), hexane), hexane

(C

(C66HH1414), heptane (C), heptane (C77HH1616), octane (C), octane (C88HH1818) ) dan dan seteruseterusnya. snya. MolekulMolekul

paraffin mempunyai formula standard C

paraffin mempunyai formula standard CnnHHn+2n+2 dengan n adalahdengan n adalah

jum

jumlah lah atom atom carbon. carbon. PP enamaan enamaan sesenyawa nyawa parafin parafin mmemempunyaipunyai keunikan, yaitu diberi akhiran “-ane”.

keunikan, yaitu diberi akhiran “-ane”.

II.1.2.Naphthene

Struktur hydrocarbon jenis ini lebih kompleks daripada struktur Struktur hydrocarbon jenis ini lebih kompleks daripada struktur hydrocarbon jenis paraffine karena atom carbon tersusun dalam hydrocarbon jenis paraffine karena atom carbon tersusun dalam sua

suatu tu cincin. cincin. CContoh ontoh struktustruktur r hydrocarbon hydrocarbon jenis naphthene jenis naphthene adalaadalahh sebagai berikut :

(2)

C C C C C C H H H H H H H H H H H H Cyclohexane (C6H12) C C C C C C H H H H H H H H H H H C H H C H H H Ethyl Cyclohexane (C8H16)

Formula umum dari senyawa naphthene adalah CnH2n dengan n adalah

jumlah atom carbon.

II.1.3.Aromatic

Senyawa aromatik yang paling sederhana dan yang memiliki boiling

point paling rendah adalah benzene (C6H6). Senyawa ini serupa

dengan senyawa naphthene dalam hal struktur ring namun berbeda dalam hal jumlah atom hydrogen yang hanya satu yang terikat pada atom carbon (naphthene memiliki 2 atom hydrogen yang terikat pada atom carbon).

C C C C C C H H H H H H Benzene (C6H6)

(3)

C C C C C C H H H C H H H H H H H C Ethylbenzene (C8H10) II.1.4.Olefin

Olefin sangat jarang ditemukan dalam crude oil karena komponen ini merupakan produk dekomposisi dari jenis hydrocarbon lainnya. Konsentrasi olefin terbesar ditemukan dalam produk thermal cracking dan catalytic cracking. H C C C C H H H H H H H Butene (C4H8) H H H H H C C C C H Butadiene (C4H6)

Seperti pemberian nama pada jenis paraffin, penamaan jenis olefin mempunyai keunikan. J ika senyawa memiliki 1 ikatan rangkap disebut dengan akhiran ”-ene” (seperti propene, butene) dan jika senyawa memiliki 2 ikatan rangkap disebut dengan akhiran ”-adiene” (seperti butadiene, propadiene).

II.1.5.Senyawa Lain

Selain mengandung senyawa-senyawa hydrocarbon seperti tersebut di atas, crude oil juga mengandung senyawa-senyawa lain dalam jumlah kecil yang dikelompokkan sebagai impurities, seperti

sebagai berikut :

• Salts/Garam

Senyawa garam yang paling banyak adalah senyawa chloride, seperti sodium chloride, magnesium chloride, dan calcium chloride. Senyawa garam ini dapat membentuk asam yang dapat menimbulkan korosi pada bagian atas kolom CDU. Senyawa garam juga bisa menyebabkan plugging pada peralatan seperti heat exchanger dan tray kolom fraksinasi.

(4)

• Senyawa sulfur

J ika sulfur content suatu crude tinggi disebut ”sour crude”. Senyawa sulfur yang paling ringan adalah hydrogen sulfide

(H2S ) yang selain korosif juga merupakan deadly gas. S enyawa

lain adalah mercaptan yang merupakan nama umum untuk paraffinic hydrocarbon yang satu atom hydrogennya diganti dengan radikal – S H. S enyawa s ulfur lainnya mempunyai s truktur ring olefin dan biasanya diberi nama depan “thio”.

H C C C C SH H H H H H H H H Butyl Mercaptan (C4H9SH) Mercaptan (RSH) C C C S C H H H H Thiophene (C4H4S) C-C-S-C-C Sulfide (RSR) H C C S S C C H H H H H H H H H Disulfide (RSSH) • Metal

J enis metal yang biasa ditemukan di crude oil adalah arsenic, lead (timbal), vanadium, nikel, dan besi. Sebagian besar metal dalam umpan CDU akan keluar bersama atmospheric residue. Arsenic dan lead merupakan racun paling mematikan dari katalis unit catalytic reforming, sedangkan vanadium, nikel, dan besi akan mendeaktivasi katalis catalytic cracking.

(5)

• Sand, Mineral Matter and Water

Senyawa-senyawa ini dikelompokkan bersama sebagai Base Sediment and Water (BS&W), dan biasanya berjumlah kurang dari 0,5 %wt total crude.

II.2. Desalter

Seperti telah dijelaskan di atas, crude oil mengandung salt water dan sediment. S alt content crude oil biasanya dilaporkan sebagai pounds salt (diukur sebagai sodium chloride) per thousand barrels minyak (ptb). Range salt content bervariasi antara 0 s/d 1000 ptb, biasanya antara 10 s/d 200 ptb.

Pada sebagian besar crude oil, sekitar 95% total salt content ditemukan dalam BS&W crude oil. Salt terjadi dalam bentuk highly concentrated brine droplet yang terdispersi dalam crude oil. Droplet ini sangat kecil dan sangat susah terpisah dari crude oil. P roses desalting berfungsi untuk mengencerkan high salt content brine dengan menambahkan fresh water pada crude oil untuk memproduksi low salt content water.

Agar fresh water dapat berkontak dengan efektif dengan concentrated brine atau BS&W, suatu emulsi harus terbentuk untuk mendispersi air yang ada pada crude. Emulsi diproduksi dengan melewatkan liquid pada kecepatan tinggi melalui orifice kecil yang kemudian melalui mixing valve. Setelah demulsifikasi dan settling, BS&W yang tersisa dalam crude adalah diluted water, bukan lagi concentrated brine. LC MIXING VALVE PDC PDC MIXING VALVE BRINE RAW CRUDE LC 2ND STAGE 1ST STAGE ELECTRODES ELECTRODES STRIPPED WATER NNF PLANT WATER DESALTED CRUDE

Gambar 1. Two S tage Desalter

III. Feed dan Produk Crude Distillation Unit

J enis umpan CDU dapat berupa ”sour” crude atau “sweet” crude tergantung dari disainnya. P enggunaan crude non-disain tetap dimungkinkan namun terlebih dahulu harus dilakukan uji coba

pemakaian untuk mengetahui efeknya terhadap unit-unit

(6)

Typical produk C DU adalah sebagai berikut : Tabel I. Typical P roduk C DU

Jenis Produk Cut Range Normal TBP, oC

Overhead product (Gas, LP G) < 30

Naphtha 30-150

Kerosene 150-250

Diesel 250-370

Atmospheric residue 370+

Tingkat ketajaman pemisahan ditentukan berdasarkan gap antara 95% temperatur distilasi ASTM fraksi dengan boiling point lebih rendah dan 5% temperatur distilasi ASTM fraksi dengan boiling point lebih tinggi. Best practice gap tersebut adalah sebagai berikut:

• S traight run naphtha/Kerosene : 20 oF (11 oC ).

• Kerosene/Diesel : 10 oF (5,6 oC).

IV. Aliran Proses Crude Distillation Unit

Process Flow Diagram CDU dapat dilihat pada gambar berikut :

(7)

V. Variabel Proses Crude Distillation Unit

Beberapa variabel proses yang berpengaruh pada operasi CDU adalah sebagai berikut :

V.1. Flash Zone Temperature

Semakin tinggi flash zone temperature maka semakin banyak yield produk yang dihasilkan, dan sebaliknya semakin sedikit yield bottom CDU. Namun flash zone temperatue tidak boleh terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan terjadinya thermal decomposition/cracking umpan. Temperature thermal decomposition/cracking tergantung jenis umpan. P ada umumnya temperature

thermal decomposition/cracking crude adalah sekitar 370 oC (UOP

menyebutkan 385 oC). Flash zone temperature diatur secara tidak langsung,

yaitu dengan mengatur Combined Outlet Temperatur/COT fired heater.

V.2. Temperature Top Kolom CDU

Temperature top kolom CDU diatur dengan mengembalikan sebagian naphtha yang telah dikondensasi sebagai reflux kembali ke top kolom CDU . J ika temperature flash zone dinaikkan, maka reflux rate harus dinaikkan untuk menjaga temperature top tetap. Temperature top kolom merupakan salah satu petunjuk endpoint

naphtha. Untuk memperoleh endpoint overhead produk yang lebih rendah maka top temperature harus diturunkan dengan cara menambah jumlah top reflux.

V.3. Tekanan Top Kolom CDU

Meskipun tekanan top kolom tidak pernah divariasikan, namun perubahan kecil pada tekanan top kolom akan menghasilkan perubahan besar pada temperature pada komposisi umpan yang tetap. J ika tekanan top kolom tidak dapat dijaga tetap dan operasi

CDU hanya mengandalkan quality control produk hanya

berdasarkan pengaturan temperature tray/temperature draw off, maka komposisi produk akan berubah cukup signifikan. P ressure swing yang sangat sering akan membuat operasi CDU menjadi tidak stabil. Untuk menjaga stabilitas tekanan top kolom maka dipasang temperature controller yang di-cascade dengan flow top reflux.

V.4. Stripping Steam

J umlah stripping steam (superheated) yang dimasukkan ke bottom tiap side cut product stripper digunakan untuk menghilangkan uap ringan yang terlarut dalam produk, yang akan menentukan flash point produk. Stripping steam dapat juga dimasukkan ke bagian bawah/bottom kolom CDU sebagai pengganti reboiler dengan fungsi sama, yaitu menghilangkan fraksi ringan yang ada dalam produk bottom kolom CDU.

VI. Troubleshooting

Beberapa contoh permasalahan, penyebab, dan troubleshooting yang terjadi di Crude Distillation Unit dapat dilihat dalam table II berikut ini :

(8)

Teknologi Proses Kilang Minyak Bumi Halaman 8 dari 9 Kontributor : Adhi Budhiarto

Permasalahan Penyebab Troubleshooting

Endpoint produk naphtha tinggi.

• Adanya fraksi kerosene terikut dalam produk naphtha.

• Turunkan temperture top kolom CDU dengan menambah jumlah top reflux. • Turunkan temperature draw off kerosene

dengan tidak sampai mengganggu spesifikasi produk kerosene. Derajat pemisahan

naphtha-kerosene atau kerosene-diesel rendah.

• Perubahan komposisi umpan. • Perubahan temperature flash zone. • Perubahan temperature draw off produk.

• Atur temperature flash zone.

• Atur temperature draw off masing-masing produk.

Korosi pada overhead line kolom CDU.

• Senyawa-senyawa garam tidak terpisahkan dengan sempurna di desalter.

• Evaluasi pemakaian corrosion inhibitor/filming amine.

Supply air laut pendingin top kolom CDU bermasalah/tidak ada

supply air laut.

Pompa supply di unit utilities bermasalah.

• Turunkan feed hingga temperature/ tekanan top kolom tidak terlalu tinggi. J ika tidak dapat terkontrol, maka unit

harus di-shutdown.

Pompa feed kavitasi. Terikutnya air dari tangki crude oil ke dalam umpan.

• Cek dan drain tangki umpan untuk mengurangi air yang mungkin ada di bagian bawah tangki.

• Over tangki umpan.

• J ika tidak dapat terkontrol, maka unit harus di-shutdown.

BUKU PINTAR MIGAS INDONESIA

VII. Istilah-istilah

• S our crude Crude oil yang mengandung impurities

(terutama sulfur) yang tinggi.

• S weet crude Crude oil yang mengandung impurities

(terutama sulfur) yang rendah. (VDU/CDU/fraksinasi).

• TBP True Boiling P oint

VIII. Daftar Pustaka

1. Operating Manual Crude Distillation Unit PERTAMINA Unit Pengolahan II Dumai.

2. Operation Manual for Unit 100 Crude Distillation Unit, Pakistan-Arabian Refinery Limited, Mid-Country Refinery Project (PARCO), Mahmood Kot, Pakistan.

(9)