3 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Proses Pengolahan Crude Oil PPSDM Migas Cepu
PPSDM Migas Cepu bertugas mengolah crude oil atau minyak mentah yang berasal dari Lapangan Kawengan dan Ledok menjadi produk antara lain pertasol CA, pertasol CB, pertasol CC, solar, dan residu dengan proses pengolahan yang disajikan pada Gambar II.1 :
Gambar II.1 Diagram Alir Proses Pengolahan Crude Oil A. Proses Distilasi Atmosferik
Proses distilasi atmosferik bertujuan untuk memisahkan fraksi – fraksi yang terkandung dalam minyak mentah menjadi produk – produk yang diinginkan berdasarkan trayek didihnya pada tekanan atmosfer. Proses distilasi atmosferik ini meliputi beberapa proses yaitu :
a. Pemanasan awal pada Heat Exchanger
Crude oil dari tangki penampungan T-101 dan T-102 dipompa menuju heat exchanger. Terdapat 5 heat exchanger yaitu HE-1, HE-2, HE-3, HE-4, dan HE-5 untuk mendapatkan pemanasan awal (preheater). commit to user
4
HE-1 dan HE-2 dipasang secara horizontal sedangkan HE-3, HE-4, dan HE-5 secara vertikal. Crude oil mengalir pada shell HE-1 dengan media pemanas nafta, sedangkan untuk HE yang lain crude oil mengalir pada tube dengan media pemanas untuk HE-2 dan HE-3 yaitu produk solar yang diproduksi dari bottom C4 (Solar stripper), serta media pemanas untuk HE-4 dan HE-5 yaitu produk bawah kolom C5 (Residu stripper).
b. Pemanasan pada Furnace
Crude oil dari HE pada suhu ± 155˚C dialirkan menuju ke furnace untuk dipanaskan lebih lanjut hingga temperatur crude oil mencapai ± 330˚C. Sebelum masuk dalam furnace, crude oil dilewatkan stabilizer agar aliran dan tekanannya stabil dan terkontrol. Furnace pada unit kilang ini menggunakan bahan bakar berupa residu dan fuel gas.
c. Pemisahan pada Evaporator
Dari furnace, crude oil masuk ke evaporator yang akan terjadi proses secara fisika yaitu proses pemisahan uap minyak dan cairannya atau pemisahan antara fraksi berat dan fraksi ringannya. Pada evaporator ini, fraksi ringan berupa uap akan menuju ke atas dan fraksi berat berupa cairan menuju ke bawah. Pada alat ini dilengkapi steam stripping yang berfungsi untuk menaikkan fraksi ringan atau menurunkan tekanan parsial.
d. Distilasi dalam Kolom Fraksinasi dan Stripper
Fraksi cair dari bottom evaporator diumpankan ke residu stripper (C5) untuk mengambil kembali fraksi ringan yang terbawa oleh aliran dengan bantuan steam stripping. Sebelum didinginkan, produk residu dialirkan ke HE-4 dan HE-5 sebagai bahan pemanas karena temperaturnya masih cukup tinggi sekitar 270˚C. Kemudian produk residu dialirkan ke box cooler (BC 1) untuk didinginkan dan selanjutnya ditampung dalam tangki T-122 dan T-123. Fraksi ringan yang keluar dari top evaporator (V-1) dan top residue stripper (C5) akan diproses dalam kolom fraksinasi C1. Pada alat ini terdapat alat kontak berupa bubble cap tray dengan jumlah tray sebanyak 21 buah. Dalam kolom fraksinasi C1 commit to user
5
fraksi ringan berupa uap naik ke atas dengan bantuan alat kontak bubble cap, uap dibelokkan arahnya sehingga menembus cairan. Selanjutnya fraksi tersebut diproses dalam kolom fraksinasi C2 yang bentuknya sama dengan kolom fraksinasi C1 hanya saja jumlah traynya lebih sedikit yaitu 16 buah. Seluruh kolom fraksinasi dilengkapi steam stripping yang berfungsi untuk menaikkan fraksi ringan atau menurunkan tekanan parsial.
e. Pengembunan dalam Kondensor dan Pendinginan dalam Cooler
Pada puncak kolom C2 temperaturnya dijaga 80 – 90˚C, fraksi yang mampu keluar dari puncak kolom akan dikondensasikan pada kondensor (CN-1, CN-2, CN-3, dan CN-4) selanjutnya fraksi yang terkondensasi akan didinginkan pada cooler (CL-15 dan CL-16) serta box cooler 3, 4, 5, dan 6 (BC 3-6) yang setelah didinginkan akan dialirkan menuju separator 1 (S1) untuk dipisahkan air, minyak, dan gas. Produk yang telah dipisahkan dari airnya akan ditampung dalam tangki T-115 sebagai produk berupa pertasol CA yang digunakan sebagai refluks kolom C2. Bagi fraksi yang tidak terkondensasi pada CN-1, CN-2, CN- 3, dan CN-4 akan dikondensasikan pada CN 5-12 yang selanjutnya produk akan didinginkan pada cooler (CL-3 dan CL-4). Dari cooler produk dialirkan ke separator 3 (S3) untuk dipisahkan dari airnya ditampung dalam tangki T-115 sebagai produk berupa pertasol CA.
f. Pemisahan pada Separator
Side stream atau hasil samping kolom fraksinasi C2 berupa pertasol CB akan didinginkan pada cooler 1, 2, 5, dan 9 (CL 1,2,5,9) kemudian dialirkan ke separator 4 (S4) untuk dipisahkan dari airnya yang selanjutnya produk dialirkan ke tangki T-109. Hasil bottom C2 berupa pertasol CB juga sebelum didinginkan dialirkan terlebih dahulu ke separator 9 (S9) untuk dipisahkan dari airnya kemudian didinginkan dalam CL-13 dan CL-14 lalu dialirkan ke separator 2 (S2) untuk dipisahkan kembali dengan airnya.dari separator 2 (S2) produk dialirkan
commit to user
6
ke tangki T-109 sebagai produk berupa pertasol CB yang akan digunakan sebagai refluks C1.
Produk pertasol CC diambil dari side stream No. 8 kolom fraksinasi C1 setelah mengalami pendinginan dalam cooler 1 dan 2 (CL 1,2) dialirkan ke separator 8 (S8) untuk dipisahkan dari air yang terbawa.
Selanjutnya pertasol CC ditampung dalam tangki T-112. Pertasol CC hanya diproduksi apabila ada permintaan dari konsumen.
Produk solar diambil dari side stream C1 bagian bawah yang kemudian dialirkan ke solar stripper (C4). Dari bottom C4, solar dimanfaatkan sebagai pemanas pada HE-2 dan HE-3 kemudian solar didinginkan dalam cooler 6, 7, 8, 10, 11, dan 12 (CL 6,7,8,10,11,12) serta dipisahkan dari air yang terbawa pada separator 5 dan 6 (S5 dan S6) yang kemudian produk solar akan ditampung dalam tangki T-106, T-111, T-120, T-124, T-125, T-126, dan T-127.
B. Proses Treating
Minyak mentah dan produk olahannya masih mengandung kotoran atau impuritas berupa hydrogen sulfide (H2S), mercaptan (RSH), MgCl2, NaCl dan lain – lain dalam jumlah tertentu. Impuritas harus dihilangkan karena dapat menyebabkan korosi pada peralatan proses, menurunkan kualitas produk yang dihasilkan, bau tidak enak saat pembakaran, dan penurunan stabilitas penyimpanan. Untuk mencegah hal itu maka unit pengolahan PPSDM Migas Cepu melakukan proses treating yang merupakan proses penghilangan impuritas yang terdapat dalam minyak bumi dan produk. Proses treating dilakukan hanya pada produk pertasol CA dan pertasol CB yaitu dengan cara injeksi NH3 pada puncak kolom fraksinasi C2 serta pencucian menggunakan soda NaOH atau disebut dengan soda treating.
1. Injeksi Amonia
Injeksi ammonia bertujuan untuk mencegah dan mengurangi korosi karena adanya kotoran – kotoran dalam minyak bumi. Reaksinya adalah : commit to user
7 NH3 + H2O NH4OH
MgCl2 + 2 H2O Mg(OH)2 + 2 HCl NH4OH + HCl NH4Cl + H2O 2 NH4OH + H2S (NH4)2S + 2 H2O
2. Soda treating
Produk pertasol yang keluar dari separator dan ditampung dalam tangki produk masih mengandung kotoran belerang antara lain H2S dan RSH. Dari senyawa ini meskipun sudah diinjeksikan ammonia pada saat keluar kolom fraksinasi tetapi masih terdapat kandungan sulfur karena tidak semua ammonia bereaksi. Sehingga untuk memperoleh produk dengan kandungan sulfur sekecil mungkin dilakukan pencucian dengan larutan NaOH dengan kadar 15 – 25 %. Reaksi yang terjadi :
RSH + NaOH RSNa + H2O
H2S + 2 NaOH Na2S + 2 H2O
II.2 Produk PPSDM Migas Cepu
Unit kilang PPSDM Migas Cepu mengolah minyak mentah yang menghasilkan produk berupa pertasol CA, pertasol CB, pertasol CC atau kerosin, solar, dan residu. Dengan spesifikasi produk sebagai berikut :
1. Pertasol CA
Pertasol CA merupakan campuran hidrokarbon cair yang memiliki trayek didih 30 – 200 ˚C. kapasitas produksi pertasol CA yaitu ± 23 kl/hari. Pertasol atau gasoline merupakan produk terpenting karena digunakan sebagai solvent/pelarut, pembersih, dan lain – lain. Kegunaan pertasol CA antara lain adalah :
• Industri cat, lacquers, dan varnish
• Untuk tinta cat sebagai pelarut dan diluen
• Industri cleaning dan degreasing
commit to user
8 Tabel II.1 Spesifikasi Pertasol CA
No. Parameter Uji Satuan
Metode
ASTM/ Spek Pertasol CA
Lain Baru
Min Maks
1. Density at 15 ˚C Kg/m3 D – 1298 720 735 2.
Distilasi : D – 86
IBP ˚C 45
End Point ˚C 150
3. Warna Saybolt D – 156 +25
4. Korosi bilah tembaga
2 hours/ 100 ˚C D – 130 No. 1
5. Doctor test D – 4952 Negative
6. Aromatic content % volume D - 1319 20
2. Pertasol CB
Pertasol CB digunakan untuk cat, thinner, lacquer, tinta cetak, dry cleaning solvent dan industri tekstil (printing). Kapasitas produksi dari pertasol CB yaitu ± 8,7 kl/hari. Berikut merupakan spesifikasi pertasol CB yang telah ditentukan oleh Pertamina :
Tabel II.2 Spesifikasi Pertasol CB
No. Parameter Uji Satuan
Metode
ASTM/ Spek Pertasol CB
Lain Baru
Min Maks
1. Density at 15 ˚C Kg/m3 D – 1298 765 780 2.
Distilasi : D – 86
IBP ˚C 100
End Point ˚C 200
3. Warna Saybolt D – 156 +18
4. Korosi bilah tembaga
2 hours/ 100 ˚C D – 130 No. 1
5. Doctor test D – 4952 Negative
6. Aromatic content % volume D - 1319 20
commit to user
9 3. Pertasol CC atau Kerosin
Pertasol CC digunakan sebagai bahan pelarut dalam industri thinner, cat, varnish, tinta cetak, insektisida dan pestisida. Pertasol CC diproduksi dalam waktu tertentu atau hanya memproduksinya on demand. Kapasitas produksi pertasol CC tidak bisa ditentukan tetapi ketika ada permintaan biasanya sekitar 15 % per hari. Pertasol CC memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Tabel II.3 Spesifikasi Pertasol CC
No. Parameter Uji Satuan
Metode
ASTM/ Spek Pertasol CB
Lain Baru
Min Maks
1. Density at 15 ˚C Kg/m3 D – 1298 782 796 2.
Distilasi : D – 86
IBP ˚C 124
End Point ˚C 250
3. Warna Saybolt D – 156 +16
4. Korosi bilah tembaga
2 hours/ 100 ˚C D – 130 No. 1
5. Doctor test D – 4952 Negative
6. Aromatic content % volume D - 1319 25
4. Residu
Residu merupakan fraksi berat dari minyak bumi yang mempunyai titik didih paling tinggi yaitu 350 ˚C dan merupakan hasil bawah dari residu stripper.
Residu biasanya digunakan sebagai bahan bakar dalam pabrik karena mempunyai heating value yang tinggi. Kapasitas produksi yang dihasilkan yaitu
± 58 kl/hari.
Produk residu di kilang PPSDM Migas Cepu dikenal dengan nama Minyak Bakar Cepu (MBC). Berikut merupakan spesifikasi dari Minyak Bakar Cepu (MBC) :
commit to user
10
Tabel II.4 Spesifikasi Minyak Bakar Cepu (Residu)
No. Parameter Uji Satuan Metode Hasil Uji
1. Nilai kalori MJ/kg ASTM D 240 42,23
2. Densitas pada 15 ˚C Kg/m3 ASTM D 1298 934,4 3. Viskositas kinematic mm3/det ASTM D 445 129,58 4. Kandungan sulfur % m/m ASTM D 1552/2622 0,124
5. Titik tuang ˚C ASTM D 97 45
6. Titik nyala ˚C ASTM D 93 130
7. Kandungan air % volume ASTM D 95 0,15
5. Solar (Jenis minyak solar 48)
Solar memiliki trayek didih 250 – 350 ˚C. kapasitas produksi yang dihasilkan untuk solar yaitu ± 180 kl/hari. BBM jenis solar 48 memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Tabel II.5 Spesifikasi Solar
No. Karakteristik Satuan Batasan Metode
ASTM Min Maks
1. Bilangan cetana: - - - -
Angka cetana - 48 - D-613-95
Indeks cetana - 45 - D-4737-96A
2. Berat jenis (suhu 15 ˚C) Kg/m3 815 870 D- 1298/4052 3. Viskositas (suhu 40 ˚C) mm3/s 2 5 D-445-97
4. Kandungan sulfur % m/m - 0,5 D-2622-9B
5. Distilasi - - - -
T95 ˚C - 370 -
6. Titik nyala ˚C 60 - D-93-99C
7. Titik tuang ˚C - 18 D-97
8. Residu % m/m - 0,1 D-4530-93
9. Kandungan air mg/kg - 500 D-1744-92
10. Biological growth - - Nihil -
11. Kandungan fame % v/v - 10 -
12. Kandungan methanol
dan etanol % v/v Tidak
terdeteksi D-4185
commit to user
11
13. Korosi bilah tembaga menit - Kelas
1 D-130-94
14. Kandungan abu % m/m - 0,1 D-482-95
15. Kandungan sedimen % m/m - 0,1 D-473
16. Bilangan asam kuat mg KOH/g - 0 D-664
17. Bilangan asam total mg KOH/g - 0,6 D-664
18. Particular mg/l - - D-2278-99
19. Penampilan visual - Jernih &
Terang -
20. Warna No. ASTM - 3 D-1500
II.3 Flash Drum
Flash drum adalah tipe vessel yang digunakan untuk menguapkan seluruh atau sebagian dari cairan (liquid) yang bertekanan tinggi dengan menempatkannya pada vessel yang bertekanan rendah.
Flash distillation adalah salah satu proses distilasi di mana mula-mula cairan yang akan dipisahkan komponen-komponennya dipanaskan terlebih dahulu hingga uap yang dihasilkan mencapai kesetimbangan dengan cairan yang tersisa, lalu uapnya dipisahkan dari cairan, kemudian dikondensasi. Feed yang akan dipisahkan dipompa menuju heater untuk menaikkan temperaturnya. Sesudah dipanaskan, campuran itu lalu diturunkan tekanannya pada flash drum. Ketika campuran masuk ke flash drum, uap dan cairan akan terpisah akibat penurunan tekanan. Campuran tersebut didiamkan hingga terbentuk kesetimbangan. Sesudah itu baru uap dan cairan dikeluarkan dari flash drum secara terpisah (McCabe, dkk, 1993)
Flash distillation umum terdapat di industri yang digunakan untuk pre- separasi sebelum menuju ke proses separasi yang lain, untuk mengurangi beban dari proses separasi berikutnya.
Gambar II.2 Sistem Flash Distillation
Sumber : Separation Process Engineering commit to user
12
Steam stripping adalah proses yang digunakan di kilang minyak bumi dan petrokimia untuk menghilangkan kontaminan yang mudah menguap seperti hidrokarbon dan senyawa organik volatil lainnya yang biasanya dengan cara melewatkan aliran uap super panas. Steam stripping digunakan hanya pada keadaan tertentu yaitu apabila fraksi ringan banyak terbawa ke bottom atau terbawa ke fraksi berat.
II.4 Neraca Massa
Neraca massa merupakan salah satu bagian dari chemical engineering tools yang biasa digunakan untuk menghitung aliran bahan masuk dan bahan keluar dari suatu sistem. Selain itu, neraca massa dapat digunakan untuk menghitung kapasitas peralatan yang digunakan. Neraca massa meliputi seluruh bahan yang masuk, bahan yang hilang, bahan yang terakumulasi (tertimbun dalam suatu proses). Pada prinsipnya neraca massa dapat digunakan untuk proses baik dengan reaksi kimia maupun tanpa reaksi kimia (Himmelblau, 1982).
Massa Akumulasi = input – output + massa generasi – massa konsumsi Massa generasi adalah massa yang diperoleh karena adanya reaksi kimia sedangkan massa konsumsi adalah massa yang hilang karena reaksi kimia. Neraca massa disusun dalam interval waktu tertentu misalnya detik, jam, hari, dsb (Himmelblau, 1982). Jika dalam sistem tidak terjadi generasi dan konsumsi maka massanya dapat ditulis sebagai berikut :
𝑨𝒌𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒔𝒊 = 𝑰𝒏𝒑𝒖𝒕 − 𝑶𝒖𝒕𝒑𝒖𝒕
Akumulasi dianggap sama dengan nol apabila proses dalam keadaan steady state. Sistem merupakan suatu bagian dari keseluruhan proses yang akan ditetapkan. Dalam suatu sistem terdapat dua jenis proses yaitu continuous process dan batch process. Continuous process adalah proses dimana bahan masuk dan keluar sistem secara kontinu sedangkan batch process adalah proses dimana tidak ada bahan masuk maupun keluar selama proses berlangsung.
commit to user
13
Neraca massa secara umum dibedakan menjadi dua yaitu : a. Neraca massa total (overall)
Dalam neraca massa total, input dan output diperhitungkan dengan memandang proses dari awal sampai akhir atau keseluruhan proses.
b. Neraca massa komponen
Dalam neraca massa komponen hanya satu komponen yang diperhitungkan dimana juga berlaku Input = Output.
II.5 Neraca Energi
Neraca energi merupakan keseimbangan energi total masuk dengan energi yang keluar (Prayudi, 2016). Neraca energi dibuat pada peralatan yang berkaitan atau yang mengalami interaksi panas. Ada beberapa macam tujuan dalam perhitungan neraca energi antara lain untuk merancang spesifikasi alat proses, jumlah bahan utilitas yang diperlukan pada suatu alat proses dan total bahan utilitas yang diperhitungkan pada suatu pabrik. Neraca energi ini didasarkan pada panas yang masuk dan keluar dari suatu peralatan proses.
𝑄 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄 𝑀𝑎𝑠𝑢𝑘 + 𝑄 𝐾𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟
commit to user
