SIMULASI TEKNO-EKONOMI UNTUK MODIFIKASI RANCANGAN PADA PROSES REGENERASI GLIKOL DI FASILITAS PENGOLAHAN GAS ALAM
Akbar Jati, Bambang Heru Susanto, ST., MT.
Teknik Kimia, Fakultas Teknik Kimia, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok 16424, Indonesia
Abstrak: Pengolahan gas alam bertujuan memenuhi spesifikasi gas jual. Dehidrasi absorpsi menggunakan glikol mampu menghasilkan kadar air di dalam gas alam kurang dari 7 lb/MMscf dan kehilangan glikol maksimum adalah 0,10 gal/MMscf saat regenerasi. Namun, proses regenerasi glikol dengan metode konvensional destilasi atmosferik saat ini terjadi kehilangan glikol sebesar 56,37 gal/MMscf. Simulasi
modifikasi rancangan pada kolom stripping gas dan penambahan unit TEG cooler pada masukan TEG flash
drum mampu mengurangi kehilangan glikol sebesar 0,0849 gal/MMscf. Analisa kelayakan ekonomis menunjukkan bahwa IRR yang didapat sebesar 27,42 % dengan MARR sebesar 21,87 % sehingga modifikasi layak untuk dijalankan.
Kata kunci: Modifikasi, Glikol, Stripping gas I. Pendahuluan
Kebutuhan energi di Indonesia akan semakin meningkat dari tahun ke tahun yang mana diprediksi pada tahun 2015 kebutuhan energi Indonesia akan meningkat sebesar 1,7 MMSBM. Saat ini gas alam mendapatkan perhatian dan menjadi pilihan alternatif utama energi dunia karena lebih murah dan ramah lingkungan, serta lebih mudah dalam pengolahannya. Secara umum pengolahan gas alam dilakukan melalui beberapa proses, yaitu: purifikasi (pemurnian), separasi (pemisahan), dan liquefaction (pencairan) untuk gas yang didistribusikan dalam bentuk cair. Uap air dapat menyebabkan korosi ketika berhubungan
dengan hidrogen sulfida (H2S) dan karbondioksida
(CO2) yang senantiasa terkandung didalam gas
alam. Uap air juga dapat menyebabkan pembentukan hidrat pada temperatur rendah dan
tekanan tinggi. Metode umum untuk
menghilangkan kandungan air dari gas alam adalah dehidrasi absorpsi menggunakan glikol. Dalam
proses ini glikol yang dipakai adalah triethylene
glikol (TEG). TEG yang telah menyerap kandungan air akan mengalir ke kolom regenerasi untuk proses pemurnian TEG (regenerator) yang selanjutnya
dialirkan kembali ke kolom TEG contactor
sehingga tetap mampu bekerja mengurangi kadar
air didalam sale gas kurang dari 7 lb/MMscf.
permasalahan yang sedang terjadi pada proses
regenerasi glikol di PT X, yaitu hilangnya TEG
saat proses regenerasi TEG (Loss of Glycol), dekomposisi atau kerusakan TEG akibat temperatur berlebih pada kolom reboiler ( Thermal Decomposotion of Glycol ), pH Control dan Dew Point Control. Penelitian ditujukan pada pencarian
solusi untuk mengatasi hilangnya TEG saat
regenerasi. Sebagian besar proses regenerasi TEG dirancang untuk kerugian TEG kurang dari 0,10 gal/MMscf gas alam. Saat ini kehilangan TEG dapat mencapai 1,39 usgpm atau sebesar 2000 gal/hari. Dengan laju alir gas 35,48 MMscfd, maka kehilangan TEG mencapai 56,37 gal/MMscf. II. Metode
Pada penelitian ini dilakukan simulasi modifikasi
untuk mencari rancangan yang mampu
menghasilkan kehilangan TEG kurang dari 0,10
gal/MMscf. Tahapan penelitian meliputi proses pengumpulan data, dew point control, simulasi dan optimasi rancangan proses regenerasi TEG, modifikasi rancangan dilakukan sampai kehilangan TEG memenuhi spesifikasi, dilanjutkan analisis kelayakan ekonomi pada tahap akhir.
III. Hasil dan Pembahasan
A. Proses Penentuan Terjadinya Hidrat (Dew Point Control)
Karakteritis sale gas yang ada di proses dehidrasi
absorpsi PT X memiliki tekanan 3,8 MPa [556
psia] dan temperatur 47oC [116,6oF] dengan laju
alir gas dari sumur minyak 1.000.000 std m3/day
[35,48 MMscfd]. Untuk mengetahui kondisi dimana akan terjadi hidrat maka kita perlu terlebih dahulu mengetahui pada kondisi tekanan dan temperatur berapa gas tersebut akan dialirkan dan
komposisi sale gas. Untuk mengetahui kadar air
maksimum tersebut maka simulasi dapat dilakukan dengan menggunakan basis massa gas kering (dry
gas atau sale gas) dan kondisi tekanan dan
temperatur operasi didalam jaringan pipa distribusi.
Tabel 1.1 Komposisi Gas Alam Komponen Persentase mol (%)
Metana 85,5458 Etana 5,4178 Propana 3,6390 i-butana 0,9555 n-butana 0,1047 i-pentana 0,0356 n-pentana 0,0142 Heksana 0,0284 Nitrogen 2,1244 Karbondioksida 2,1346 Air 0,0000
Umumnya keberadaan air dalam gas akan mempercepat proses terjadinya hidrat, semakin
tinggi kadar air yang terkandung didalam aliran gas, maka pada tekanan yang sama akan mudah terjadi proses hidrat. Hasil fluida gas yang telah mengalami kesetimbangan uap air jenuh tersebut
sekaligus dapat dijadikan sebagai fluida inlet wet
gas pada simulasi dehidrasi gas. Hasil simulasi
kesetimbangan uap air jenuh dapat dilihat pada
tabel 1.2
Tabel 1.2 Kesetimbangan Uap Air Jenuh Gas
Parameter Data
Kadar Air inlet Wet Gas (lb/day) 5099,27
Laju Alir inlet Wet Gas (MMscf) 35,48
Kadar Air (lb/MMscf) 143,72
Hasil simulasi dew point control menunjukkan
bahwa dengan kadar air sale gas 7 lb/MMscf dan
tekanan operasi 3,8 MPa [556,1 psia] maka hidrat (dew point) akan terjadi saat gas berada pada
temperatur 25,24oF [-3,76oC]. Untuk mencegah hal
tersebut maka ada beberapa hal yang bisa dilakukan, yaitu menjaga temperatur gas diatas
25oF (10oF diatas temperatur hidrat) dan menaikkan
tekanan operasional diatas 3,8 MPa [556,1 psia].
Gambar 1.1 Grafik Dew Point Control pada Aliran Gas
B. Simulasi dan Optimasi Rancangan Proses Regenerasi TEG
Gambar 1.2 Diagram Alir Proses Regenerasi Glikol
B.1 Tekanan dan Temperatur Inlet Wet Gas Pada temperatur tertentu suatu zat akan memiliki
tekanan parsial yang merupakan titik
kesetimbangan dinamis gas zat tersebut pada bentuk cair
Gambar 1.3 Grafik Hubungan Temperatur dengan Kadar Air Sale Gas
Pada kenaikan temperatur maka fase cair dari air akan berubah pada fase gas. Sebaliknya pada penurunan temperatur akan membuat zat pada fase gas tersebut akan kembali mengembun dan menaikkan kadar air didalam fase gasnya. Dengan menaikkan tekanan akan membuat air terpisah karana perbedaan tekanan uap.
Gambar 1.4 Grafik Hubungan Tekanan dengan Kadar Air Sale Gas
Dengan menurunkan temperatur maka uap air yang telah terpisah akan berubah ke fase cair sebelum dikontakkan dan diserap larutan inhibitor (glikol). Dengan menaikkan tekanan maka uap air didalam akan berkurang. Hal ini disebabkan pada perbedaan tekanan uap antara gas hidrokarbon dengan air. Gas yang memiliki tekanan uap lebih besar akan melepaskan air yang terserap didalamnya.
B.2 Laju Alir Sirkulasi TEG
Penentuan laju alir Kolom TEG Contactor yang digunakan dalam proses dehidrasi memiliki jumlah tray sebanyak 12 tray [N=3]. Hasil perhitungan manual menggunakan rumus persamaan dasar
absorpsi didalam buku Gas Conditioning and
Processing (Campbell, 2002) didapat nilai laju alir
6.90
6.95
7.00
7.05
7.10
24.90
25.20
25.50
25.80
W ater Dew Point (lb/ MMscf)Temperatur-‐Inlet Wet Gas
( oF)
0
50
100
150
200
500 550 600 650 700 750 800
Kadar Air (
lb/MMscf
)
Tekanan -‐ Inlet Wet Gas (Psia)
0
50
100
150
200
80 100 120 140 160 180
Kadar Air ( lb/MMscf )lean TEG 99,8% sebesar 20 usgpm yang dibutuhkan untuk mengurangi dan mendapatkan spesifikasi kadar air 7lb/MMscf.
Gambar 1.5 Grafik Hubungan Laju Sirkulasi TEG vs Dew Point & Kehilangan TEG B.3 Temperatur Lean TEG
Gambar 1.6 Grafik Hubungan Temperatur TEG vs
Dew Point dan Kehilangan TEG Salah satu variabel bebas yang sangat berpengaruh didalam proses dehidrasi dan regenerasi TEG adalah temperatur TEG. Temperatur kolom absorpi harus diusahakan memiliki temperatur minimum 10 °C lebih tinggi daripada suhu terbentuknya hidrat.
Sementara Wet gas yang masuk ke dalam inlet
contactor harus berada pada temperatur yang lebih rendah sekitar 10°F dari temperatur inlet lean TEG.
Apabila lean TEG berada pada temperatur yang
lebih rendah dari wet gas, maka gas akan
terkondensasi (Polak, 2009). Hasil simulasi
menunjukkan bahwa dengan meningkatnya
temperatur maka efektifitas TEG dalam mengabsorpsi gas semakin turun. Hal ini disebabkan dengan meningkatnya temperatur TEG maka viskositas TEG semakin turun sehingga tidak mampu mengkondensasikan air didalam wet gas. B.4 Laju Stripping Gas
Gambar 1.5 menunjukkan bahwa dengan
meningkatnya laju stripping gas, maka efektifitas pemisahan air dari TEG semakin besar. Hal ini dapat dilihat dengan kecenderungan nilai kadar air
di dalam TEG semakin menurun. Namun hasil dari peningkatan laju stripping gas dapat meningkatkan kehilangan TEG di dalam kolom stripping gas. Hal ini kemungkinan besar karena TEG ikut terbawa
oleh aliran stripping gas yang mengalir secara
counter current.
Gambar 1.7 Grafik Hubungan Laju Alir Stripping Gas vs Dew Point dan Kehilangan TEG Hasil optimasi menunjukkan bahwa kadar air sale gas yang didapat adalah 6,683 lb/MMscf dengan kehilangan TEG sebesar 4,92 gal/MMscf.
C. Modifikasi Rancangan Proses Regenerasi Glikol.
Gambar 1.8 Diagram Alir Proses Regenerasi Glikol Setelah Modifikasi Modifikasi difokuskan untuk menyediakan reflux condensor yang mampu menangkap uap TEG yang kemungkinan besar dapat terbawa oleh aliran
stripping secara counter current. Modifikasi
dilakukan dengan cara memutus keluaran kolom stripping gas yang masih terhubung dengan unit acid gas flare header untuk dipindah dan disambungkan dengan unit TEG flash drum.
Unit TEG flash drum adalah unit yang memiliki
fungsi seperti expander dan pressur valve yang
mampu memberi efek joule thompson pada aliran fluida fase gas. Penurunan tekanan pada TEG flash drum sebesar 10 psia diharapkan mampu mengakibatkan uap TEG terkondensasi dan
6.6
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.8
0
2
4
6
8
10
15
20
25
W at er Con ten t ( lb/MMscf )TEG CirculaBon Rate ( USGPM )
Water Content Make up TEG
Make up TEG (gal/MMscf)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
1
2
3
4
5
6
7
100 125 150 175 200 225 250
Wa te r C on te nt ( lb/MMscf )Temperatur TEG (oF) Water Content
Make Up TEG Make up TEG (gal/MMscf)
0
5
10
15
20
0
1
2
3
4
5
6
7
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
W at er Con ten t ( Lb/MMscf )Laju Stripping Gas (MMscf)
Water content Make up TEG Make up TEG (
gal
/
MMscf)
terpisah dari fase uap air sebelum dialirkan kembali menuju reboiler. Pemisahannya didasarkan pada perbedaan tekanan uap yang mana air memiliki tekanan uap yang lebih rendah daripada TEG. Uap air yang terpisah selanjutnya mengalir kebagian atas TEG flash drum menuju acid gas flare header,
sedangkan TEG yang terkondensasi akan
bercampur kembali dan masuk bersama aliran fluida rich TEG menuju kolom regenerator.
Modifikasi dengan menghubungkan kolom
stripping gas dengan unit TEG flash drum sebagai
media reflux tentu saja mengakibatkan temperatur
didalam unit TEG flash drum meningkat.
Temperatur fluida yang tinggi dari kolom stripping gas akan meningkatkan temperatur didalam TEG flash drum dan ada kecenderungan tekanan didalam TEG flash drum akan meningkat pula. Jika hal ini
terjadi maka TEG flash drum akan mengalami
penurunan efektifitas didalam proses pemisahan antar fase fluida. Untuk mencegah hal tersebut maka modifikasi selanjutnya adalah menambah unit
pendingin (Rich TEG cooler) yang dipasang untuk
mendinginkan fluida keluaran TEG reflux condensor dan Cold TEG exchanger sebelum memasuki TEG flash drum. Fluida tersebut terdiri dari uap air, uap TEG, dan gas stripping. Hal yang diharapkan dengan penurunan temperatur dan tekanan tersebut adalah kondisi operasi didalam
TEG flash drum akan berada pada kondisi
maksimum yang mampu melakukan pemisahan antar fase material stream uap air dan Uap TEG berdasarkan perbedaan tekanan uap.
Gambar 1.9 Grafik Hubungan Rich TEG Cooler dengan Temperatur Inlet
TEG Flash Drum dan Kehilangan TEG Gambar 1.7
menunjukkan pengaruh rich TEG cooler terhadap
temperatur inlet TEG flash drum dan kehilangan
TEG. Meningkatnya kinerja rich TEG cooler akan
menyebabkan penurunan temperatur didalam inlet TEG flash drum yang merupakan kolom separator 3 fase. Temperatur yang rendah menyebabkan kehilangan TEG dalam fase uap akan dapat di-recovery pada fase cair didalam TEG flash drum.
Tabel 1.3 Hasil Modifikasi Regenerasi Glikol
Parameter Sebelum Modifikasi Setelah Modifikasi Temp- TEG (oF) 240 245 Laju Alir-TEG (USGPM) 20 20 Temp-Reboiler (oF) 380 380
Kadar Air Sale Gas
(lb/MMscf) 6,682 4,229
Kehilangan TEG
(gal/MMscf) 4,92 0,0894
Hasil modifikasi menunjukkan kehilangan TEG kurang dari 0,1 gal/MMscf terjadi pada kondisi operasi rich TEG rich cooler sebesar 0,1650 MMBtu/hr dengan laju alir stripping 0,028
MMscfd, Temperatur dan laju alir Lean TEG 110oF
dan 20 usgpm, dan Temperatur 380oF.
D. Analisis Kelayakan Ekonomi
• Base Premium for Equity Market atau Indonesia Government Bond Rate Seri FR0053, Rf = 10,25%
• Equity Beta, β (HESS) = 1,33 (Nasdaq, 2013) • Indonesia Country Risk Premium, RICRP =
2,66% Didapat
• Total Equity Market = 12,91%
Dengan menggunakan model CAPM, target IRR atau Cost of Equity dapat dihitung sebagai berikut:
IRR equity = Rf + β ( Total Equity Risk Premium)
IRR equity = 10,25% + 1,33 ( 12,91) = 27,42% Weighted Average Cost of Capital (WACC) atau Minimum Attractive Rate of Return (MARR) tersusun oleh komponen Cost of Equity (IRR) yang
besarnya 27,42% dan Cost of Debt yang besarnya
dihitung dari bunga bank yang diasumsikan sebesar 15% dan pajak pendapatan sebesar 30% sesuai undang-undang dirjen pajak. Maka struktur pendanaannya akan optimum pada persentase pinjaman 32,78% dari bank komersial dan 67,22 %
dari ekuitas. Besarnya Cost of Debt dan WACC
(MARR) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
Cost of Debt = Interest of Debt x (1-Income Tax Rate) Cost of Debt = 15% x (1-30%) = 10,50% !"## = !"#$ !"#$%"& !"#$% !"#$%"& !"#$ !" !"#$ + !"#$%& !"#$%"& !"#$% !"#$%"& !"#$ !" !"#$%& WACC = 32,78% x 10,50% + 67,22% x 27,42% = 21,87%
Kriteria kelayakan investasi proyek modifikasi adalah
NPV ≥ 0, dan IRR ≥WACC
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0
50
100
150
200
250
300
2.00E+04 1.70E+05 3.20E+05
Temp-‐ TE
G Flash Drum (
F)
Q-‐Rich TEG Cooler (btu/hr)
Temp-‐Inlet TEG Flash Drum
Make up TEG (
gal
/
MMscf)
Diketahui harga TEG (PT X, 2013) adalah US$ 2,5 per mol liter atau $ 0, 66 per galon, dengan indek harga 2015 maka didapat harga TEG sebesar US$ 0,74 per gal. Berdasarkan data simulasi diketahui penghematan TEG sebanyak 56,37 gal/MMscf atau 18.602 gal/tahun maka penerimaan awal dari proyek modifikasi regenerasi TEG di tahun pertama adalah sebesar US$ 13.790/tahun. Karena proyek modifikasi adalah sebuah investasi yang dikerjakan pada suatu industri atau perusahaan yang sudah berjalan maka beberapa komponen dalam TCI sudah tidak perlu dimasukkan dalam perhitungan. Total modal investasi sebesar US$ 1.988.267 yang dibutuhkan pada proyek modifikasi regenerasi TEG. Dengan umur operasi selama 7 tahun maka
nilai Capital Expenditure (CAPEX) per tahun
adalah sebesar US$ 443.185 dengan tingkat bunga
15%. Total biaya operasional atau Operational
Expenditure (OPEX) yang dibutuhkan pada proses hasil modifikasi sebesar US$ 217.127.
Gambar 1.10 Grafik Net Cash Flow Modifikasi Regenerasi TEG
Suatu proyek dianggap layak apabila IRR lebih besar daripada MARR yang mencerminkan tingkat resiko dari proyek serta ditambah tingkat keuntungan yang diharapkan perusahaan. Adapun Net Present Value (NPV) yang mampu didapat adalah sebesar US$ 72.295. Dalam hal situasi
beresiko tinggi, payback period menjadi indikator
yang lebih menentukan, didapat nilai pengembalian modal investasi terjadi pada tahun ke-3 dengan tingkat profitabilitas pada proyek modifikasi regenerasi TEG adalah sebesar 17,28%.
E. Kesimpulan
Hasil modifikasi rancangan proses regenerasi glikol menghasilkan kehilangan TEG sebesar 0,0894 gal/MMscf dan kadar air didalam sales gas saat dehidrasi absorpsi sebesar 4,229 MMscf. Hasil
modifikasi dilakukan dengan menyambung
keluaran gas stripping pada kolom stripping untuk
dimasukkan kedalam unit TEG flash drum dan
melakukan penambahan unit TEG cooler pada
keluaran cold TEG exchanger. Untuk mencapai
hasil optimum tersebut maka kondisi operasi yang
disyaratkan antara: laju alir lean TEG 20 usgpm
dengan temperatur 245oF dan tekanan 556 psia, laju
alir inlet wet gas 35,48 MMscfd pada temperatur
110,6oF dan tekanan 700 psia, laju alir stripping
gas sebesar 0,028 MMscfd, tekanan dan temperatur TEG flash drum 10 psia dan 212oF, serta kondisi
operasi TEG reboiler pada tekanan 15 psia dan
temperatur 380oF.
Analisa kelayakan ekonomi menghasilkan total biaya investasi yang dibutuhkan pada modifikasi rancangan proses regenerasi TEG sebesar US$ 1.988.267 dan total biaya operasional sebesar US$
217.127. Berdasarkan total equity risk premium
sebesar 12,91% untuk masa investasi selama 7 tahun (2015-2022) dan bunga pinjaman bank sebesar 15% maka hasil optimum investasi akan tercapai apabila perusahaan melakukan pinjaman modal ke bank sebesar 32,78% dari total biaya investasi yang dibutuhkan dengan IRR yang akan didapat sebesar 27,42% dan NPV US$ 72.295 dengan MARR sebesar 21,87% dan masa balik modal selama 3 tahun.
F. Daftar Pustaka
Assosiation, G. P. 2002. GPSA Engineering Data
Book Ed:12. Tulsa: Gas Processor Supplier Assosiation. 201-248.
Campbell, J. M. 2004. Gas Conditioning and
Processing Vol 2: The Equipment Modules. Texas: John M Campbell and Company. 305-315.
Hicks, R. L., and Senules, E. A. 1991. New Gas-Water-TEG Equilibria. Hydrocarbon Processing. 55–58.
Kazemi P and Hamidi R. 2011. Sensitivity Analysis of A Natural Gas Try Ethylene Glikol Dehydration Plant in Persian Gulf Region, Petroleum & Coal. 71-77.
Luyben, W. L. 1996. Process Modelling, Simulation, and Control for Chemical Engineers. Singapore: McGraww-Hill Inc. 300-307.
Manning, W. P., and Wood, H. S. 1993. Guidelines
for Glikol Dehydrator Design—Part 1.
Hydrocarbon Processing . 106–114.
Mohamadbeigy, K. 2008. Studying of Effectiveness
Paramaters on Gas Dehydration Plant. Petroleum
and Coal. 47-51.
P. Gandhidasan. 2011. Parametric Analysis of Natural Gas Dehydration by a Tri Ethylene Glikol Solution, Energy Sources. 189-201.
Seider, W. D., Seader, J.d., Lewin, D. R. 2003. Product and Process Design Principles. John Wiley & Sons. 736-801.
