Produk Migas - Overview

Produk migas merupakan semua produk turunan dari minyak bumi yang telah mengalami serangkaian proses pengolahan. Secara garis besar, proses pengolahan minyak bumi dibagi dalam tiga kelompok proses, yakni separasi, konversi, dan treating. Proses separasi merupakan proses pemisahan secara fisika fraksi-fraksi penyusun minyak bumi menjadi produk sesuai karakteristik minyak bumi yang diolah. Proses konversi merupakan proses lanjutan dari proses separasi yang mengolah minyak umpan yang kurang bernilai menjadi produk-produk yang lebih bernilai ekonomis. Pada reaksi konversi terjadi pengubahan struktur hidrokarbon penyusun minyak bumi. Proses treating merupakan proses perbaikan mutu produk migas. Dengan proses ini, produk yang dihasilkan dari proses separasi maupun proses konversi yang masih belum memenuhi spesifikasi misalnya karena kandungan impurities yang melebihi batasan dapat diperbaiki kualitasnya sehingga memenuhi spesifikasi produk yang dipersyaratkan.

Unit separasi yang selalu ada di suatu kilang adalah unit distilasi. Pada unit ini, proses pemisahan fraksi minyak bumi terjadi. Minyak bumi yang awalnya dipanaskan hingga temperatur tertentu akan dialirkan dalam suatu kolom distilasi yang dilengkapi dengan tray dan sistem draw off. Prinsip pemisahan yang terjadi pada tray di dalam kolom distilasi adalah berdasarkan kesetimbangan uap dan kesetimbangan massa. Akan terjadi transfer masa dan transfer panas dari fase liquid dan uap umpan yang masuk kolom distilasi. Tiap-tiap komponen hidrokarbon memiliki tekanan uap dan komposisi yang berbeda-beda. Hal inilah yang akan menimbulkan terjadinya pemisahan fraksi. Kelompok hidrokarbon (fraksi) yang memiliki titik didih lebih rendah dari temperatur suatu tray, maka fraksi tersebut akan berada pada fase uap dan bergerak ke tray di atasnya. Fraksi yang titik embunnya sama dengan temperatur suatu tray akan berupa fase liquid pada tray tersebut dan akan keluar menjadi produk melalui draw off.

Untuk mempertajam pemisahan fraksi minyak bumi di dalam kolom fraksinasi, dibutuhkan pengaturan kondisi operasi yang tepat. Variabel proses yang paling menentukan antara lain temperatur tiap tray, flow cold reflux, hot reflux, maupun internal reflux, tekanan kolom, temperatur kondenser dan reboiler. Pengaturan temperatur tray ditentukan berdasarkan profil kurva distilasi EFV minyak umpan. Pengaturan temperatur tray sangat mempengaruhi cutting range produk yang dihasilkan. Berikut ini tipikal cutting range fraksi produk migas.

Untuk perancangan dan pengaturan kondisi operasi di dalam kolom distilasi akan dibahas pada kesempatan yang lain.

Di dalam suatu unit pengolahan minyak bumi, dikenal istilah raw materials, intermediate products, dan finished products. Raw materials merupakan bahan baku dalam hal ini minyak bumi/crude oil atau disebut juga sebagai feedstock. Intermediate products merupakan produk antara atau produk dari suatu proses yang akan diproses dengan suatu proses lanjutan sebelum menjadi produk jadi siap jual. Finished products merupakan produk akhir pengolahan minyak bumi yang siap untuk dijual. Masing-masing jenis produk dan bahan baku tersebut memiliki spesifikasi masing-masing yang mana satu sama lainnya saling berkaitan. Perubahan kualitas feedstock dapat mempengaruhi intermediate products dan finished products setidaknya dibutuhkan perubahan perlakuan/kondisi operasi supaya kualitas produk tetap memenuhi spesifikasi. Oleh karenanya, dibutuhkan inspeksi secara berkesinambungan terhadap kualitas masing-masing feedstock dan produk.

Pengujian sifat minyak bumi dan produknya bergantung kebutuhan feedstock dan produk itu sendiri. Untuk feedstock unit distilasi berikut ini adalah beberapa pengujian yang harus dilakukan.

• Carbon residue, asphaltene content
• Density (Specific Gravity)
• Distillation
• Light Hydrocarbons
• Metallic Constituents
• Salt Content
• Sulfur Content
• Viscosity & Pour Point
• Water & Sediment
• Wax Content
• Pengujian lainnya (RVP, Acid number, aniline point, dll.)

References:

James G. Speight, 2002, Handbook of Petroleum Product Analysis, John Willey & Sons, Inc. Publication

Catatan Kuliah Refinery I

Read more »

Crude Oil (Part 4) - Interpretasi Data Distilasi

Sebagaimana yang telah saya bahas sebelumnya mengenai macam-macam distilasi laboratorium, berikut ini adalah pembahasan mengenai interpretasi data distilasi.

Karakterisasi komponen penyusun suatu campuran dilakukan dengan melakukan pengeplotan data temperatur dan jumlah volume yang terekoveri. Sebagai contoh, suatu campuran, tersusun atas komponen A sebanyak 30% dan komponen B sebanyak 70%. Komponen A mendidih pada Ta dan komponen B mendidih pada Tb. Kurva distilasinya adalah sebagai berikut.

Pada campuran dengan komponen penyusun yang lebih banyak, maka hasil kurva distilasinya akan diperoleh sebagaimana gambar di bawah ini.

Korelasi Kurva Distilasi ASTM - TBP - EFV

Dengan karakter pengujian yang berbeda, maka hasil kurva distilas dari ketiga metode distilasi lab yang dilakukan juga akan berbeda. Namun ketiga metode distilasi tersebut memiliki korelasi satu sama lainnya. Korelasi tersebut yang pada akhirnya dapat digunakan untuk memprediksi kurva distilasi lainnya jika salah satu data distilasi sudah diketahui.

Kurva korelasi data distilasi ASTM - TBP - EFV dapat dilihat di buku Distillation karangan Mathew Van Winkle maupun buku karangan Edmister, Applied Hydrocarbon Thermodynamics.

Interpretasi Data Kurva Distilasi
Kembali lagi berbicara mengenai crude assay, di mana di dalam crude assay terdapat data distilasi serta cutting product dari crude yang dievaluasi. Sebagai contoh adalah Crude Oil Dulang yang pernah saya analisis sewaktu AKA III. Kebetulan pada analisis crude oil ini, data distilasi yang diperoleh langsung berupa data distilasi TBP. Apabila data yang ada adalah data distilasi ASTM, maka perlu dikonversi ke data distilasi TBP dengan menggunakan kurva korelasi data distilasi ASTM - TBP (Edmister). Berikut ini adalah data distilasi Hempel/TBP dari Crude Oil Dulang.

Berikut ini adalah data cut point product yang dipersyaratkan. % volume yield on crude diperoleh dari cutting kurva TBP berdasarkan cut point masing-masing produk.

 Berikut ini adalah kurva distilasi Hempel/TBP Crude Oil Dulang. Dengan mengeplotkan cut point (temperatur) produk pada sumbu Y (ordinat kurva), maka setelah ditarik secara horizontal memotong kurva kemudian dari perpotongan tersebut ditarik secara vertikal dan dibaca persen volume produk dari crude yang didistilasi. Dengan demikian, persentase volume produk yang diperoleh dari crude oil tersebut sudah diperoleh.

Selanjutnya adalah menentukan temperatur umpan masuk kolom distilasi. Dasar penentuan temperatur umpan masuk kolom distilasi adalah cutting kurva distilasi EFV dengan dasar %volume distilat yang diharapkan (diperoleh dari data kurva distilasi TBP). Sebelum melakukan cutting, tentunya kita harus membuat kurva distilasi EFV-nya. Berhubung data distilasi yang ada hanya kurva distilasi TBP, maka harus kita konversi data distilasi TBP ke EFV dengan menggunakan kurva korelasi data distilasi TBP - EFV (Edmister). Hasil konversi kurva TBP ke EFV adalah sebagai berikut.

Berikut ini adalah kurva distilasi TBP dan EFV hasil konversi dari kurva distilasi TBP.

Dari hasil cutting kurva TBP sebelumnya, diketahui bahwa jumlah distilat yang diharapkan (jumlah % volume produk LPG, Naphta, Kerosine, Light Gasoil, dan Heavy Gasoil) adalah sebesar 67,84% volume. Maka dengan mengeplotkan %volume dan menari garis vertikal hingga memotong kurva distilasi EFV, kemudian ditarik garis secara horizontal dan diperoleh temperatur umpan masuk adalah 325 C. Dengan asumsi heat loss perpipaan outlet furnace hingga inlet kolom fraksinasi adalah sebesar 10 C, maka COT (Coil Outlet Temperature) yang diharapkan adalah sebesar 335 C. 

Referensi:
Mathew Van Winkle. 1967. Distillation. USA: McGraw-Hill, IncEdmister, Applied Hydrocarbon Thermodynamics
Materi Kuliah AKAMIGAS-STEM: Perancangan Proses Migas - D IV





Crude Oil (Part 1) - Klasifikasi Crude
Crude Oil (Part 2) - Evaluasi Crude
Crude Oil (Part 3) - Pengujian Distilasi

Read more »

Crude Oil (Part 3) - Pengujian Distilasi

Setelah pembahasan mengenai klasifikasi crude oil dan juga evaluasi crude, kali ini saya akan sharing mengenai macam-macam pengujian distilasi. Hal ini sangat penting untuk diketahui apalagi bagi para refiners, mulai dari field operator, panelman, apalagi process engineer. Hasil pengujian distilasi tersebut merupakan dasar penentuan spesifikasi umpan & produk, serta yang tidak kalah pentingnya adalah digunakan sebagai dasar penentuan kondisi operasi dan perancangan proses yang terkait, terutama Distilasi atmosferis dan vacuum.

• Distilasi ASTM (American Society for Testing and Materials) 

Distilasi ASTM dilaksanakan dalam suatu labu Engler. Pada distilasi ini, tidak dipergunakan struktur tray maupun packing serta refluks yang ada merupakan efek kehilangan panas (heat loss) pada struktur leher labu engler. Metode distilasi ini paling banyak digunakan karena biayanya murah, lebih sederhana, membutuhkan jumlah sample yang sedikit, serta waktu pengujian yang lebih singkat dibandingkan distilasi TBP (kurang lebih 1/10 kali waktu pengujian TBP). Distilasi ASTM dilakukan guna mengetahui kualitas produk (product quality control). Beberapa metode distilasi ASTM adalah sebagai berikut.
            a. ASTM method D86
Metode distilasi ini digunakan untuk menguji motor gasoline, aviation gasoline, aviation turbine, naphta,  kerosine, diesel, distillate fuel oil dan produk-produk yang serupa. Pengujiannya dilakukan pada tekanan atmosferis. Digunakan termometer yang dipaparkan langsung dalam labu engler dan hasil pembacaannya tidak ada koreksi stem.
            b. ASTM method D216
Metode distilasi ini digunakan untuk menguji natural gasoline. Dilakukan pada tekanan atmosferis.
            c. ASTM method D1160
Metode distilasi ini digunakan untuk menguji produk migas fraksi berat yang dapat diuapkan secara parsial maupun keseluruhan pada suhu maksimal 750 F pada tekanan absolut hingga 1 mmHg dan dikondensasikan menjadi fase liquid pada tekanan pengujian. Tekanan operasi pengujian berkisar antara 1-760 mmHg absolut. Temperatur diukur dengan perangkat thermocouple.
            d. ASTM method D2887
Metode ini merupakan metode simulasi distilasi yang dilakukan dengan gas chromatography (GC). Metode ini merupakan metode yang paling sederhana yang dapat melakukan analisis cut point dan boiling range fraksi hidrokarbon dengan ketelitian tinggi.

• Distilasi TBP (True Boiling Point)

Distilasi TBP dilakukan dalam sebuah kolom distilasi dengan 15 - 100 plates (trays) teoritis dengan reflux ratio yang tinggi (5 : 1 atau lebih). Tingkat fraksinasi yang tinggi pada pengujian ini memberikan distribusi komponen campuran yang akurat. Kekurangan distilasi TBP adalah tidak adanya standadisasi alat dan prosedur pengujian. Meskipun demikian, variasi antara laboratorium pengujian yang ada hanya sedikit karena pemisahan komponen campuran dapat tercapai dengan baik dengan pengujian yang dilakukan. Distilasi TBP ini dilakukan untuk mengetahui % volume produk yang diperoleh dari cutting kurva berdasarkan cut point produk yang dihaapkan.

• Distilasi EFV (Equilibrium Flash Vaporization)

Distilasi EFV sangat identik dengan distilasi pada unit distilasi yang sebenarnya. Oleh karenanya hasil pengujian distilasi EFV ini dijadikan dasar penentuan kondisi operasi. Pada pengujian distilasi EFV ini, terjadi kesetimbangan vapor-liquid. Namun demikian, proses pengujian yang menargetkan terjadinya kesetimbangan vapor-liquid tersebut memakan waktu yang relatif lebih lama dibandingkan metode pengujian yang lainnya. Metode ini juga bersesuaian dengan perhitungan secara flash (flash calculation method). Distilasi EFV ini berfungsi untuk menentukan kondisi operasi unit distilasi.

Data hasil pengujian distilasi terdiri atas temperatur dan persen recovery. Dari data tersebut dapat dibuat kurva distilasi yang mana kurva tersebutlah yang digunakan dalam perancangan dan penentuan kondisi operasi proses distilasi. Kurva distilasi terbentuk oleh kombinasi data persen volume terekoveri yang ada di absis grafik, dan temperatur pada ordinat grafik.

Pembahasan lebih lanjut mengenai interpretasi data kurva distilasi akan dibahas pada posting berikutnya.

Referensi:
ASTM Standard for Distillation
Mathew Van Winkle. 1967. Distillation. USA: McGraw-Hill, Inc




Crude Oil (Part 1) - Klasifikasi Crude
Crude Oil (Part 2) - Evaluasi Crude
Crude Oil (Part 4) - Interpretasi Data

Read more »

Crude Oil (Part 2) - Evaluasi Crude

Evaluasi Crude
Crude oil dievaluasi guna menentukan potensi minyak bumi sebagai bahan baku kilang minyak untuk menghasilkan fraksi yang dikehendaki. Potensi ditunjukkan oleh jumlah fraksi terbanyak yang dinyatakan sebagai % volume perolehan (% vol. recovery) yang dihasilkan dari suatu distilasi Hempel atau distilasi TBP  (True Boilling Point). Hasil evaluasi crude oil dilaporkan dalam sebuah resume yang berisi data distilasi, cutting product, kandungan impurities, dan lain sebagainya yang disebut crude assay. Crude Assay itulah yang nantinya dijadikan acuan dalam merancang unit proses pengolahan yang akan dibuat atau untuk Refinery Unit yang sudah ada, crude assay digunakan sebagai dasar penentuan kondisi operasi maupun untuk menentukan komposisi blending umpan. Cakupan evaluasi crude meliputi:

1. Pengujian/analisis sifat umum minyak bumi, yaitu sesuai dengan tipe analisis (A, B, C, D)
2. Distilasi TBP (True Boiling Point), yaitu pemotongan suhu untuk memperoleh fraksi
3. Kurva distilasi, yaitu kurva yang digunakan untuk mengetahui potensi minyak bumi dalam menghasilkan fraksi yang dikehendaki  
4. Prediksi sifat fraksi (seperti SG, flash point, viskositas, pour point, kadar sulfur, dll) 

Terdapat empat tipe evaluasi atau analisis crude oil.

• Tipe A (Analisis Cepat)

Analisis Tipe A digunakan untuk memberi gambaran karakteristik minyak bumi yang baru diketemukan. Pengujian meliputi.

1. Pengujian sifat umum crude oil
2. Klasifikasi crude oil

• Tipe B (Analisis Sederhana)

Analisis Tipe B digunakan untuk memberikan informasi tentang potensi minyak bumi sehubungan dengan minyak bumi yang baru diketemukan. Analisis meliputi:

1. Pengujian sifat umum minyak bumi
2. Klasifikasi minyak bumi 
3. Distilasi TBP narrow cut (hanya sampai fraksi kerosene) 

• Tipe C (Analisis Sedang)

Analisis Tipe C digunakan untuk memberikan informasi tentang potensi minyak bumi sehubungan dengan minyak bumi yang sedang diproduksi maupun yang dipasarkan . Analisis meliputi:

1. Pengujian sifat umum minyak bumi
2. Klasifikasi minyak bumi Distilasi TBP narrow cut (hanya sampai fraksi kerosene) dan wide cut (sampai fraksi minyak solar)
3. Analisis fraksi – fraksi dari TBP 

• Tipe D (Analisis Lengkap)

Analisis Tipe D digunakan untuk memberikan informasi tentang potensi minyak bumi sehubungan dengan minyak bumi akan diolah. Analisis ini meliputi:

1. Pengujian sifat umum minyak bumi
2. Klasifikasi minyak bumi 
3. Distilasi TBP narrow cut (hanya sampai fraksi Kerosene) dan wide cut (sampai fraksi minyak solar) 
4. Analisis fraksi – fraksi dari TBP 
5. Analisis logam (V, Pb, Ni, Cu, Na, dan lain – lain) 

Download contoh Crude Assay Basra Light Crude
Situs Monitoring Crude klik di sini

Crude Oil (Part 1) - Klasifikasi Crude
Crude Oil (Part 3) - Pengujian Distilasi
Crude Oil (Part 4) - Interpretasi Data

Read more »

Crude Oil (part 1) - Klasifikasi Crude Oil

Crude oil atau dalam Bahasa Indonesia disebut minyak mentah atau minyak bumi merupakan cairan kental, berwarna coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi (wikipedia). Penyusun utama crude oil adalah komponen hidrokarbon. Di samping ada juga unsur nonhidrokarbon lain dalam kadar yang sedikit seperti sulfur, oksigen, nitrogen, dan juga logam dalam bentuk senyawa garam. Unsur selain hidrokarbon tersebut disebut sebagai impurities. Impurities pada crude oil akan dihilangkan dengan proses treating.

Pada bidang refining, diketahui ada empat jenis hidrokarbon, yaitu parafin, naften, olefin, dan aromat. Dari keempat jenis hidrokarbon tersebut, hanya parafin, naften, dan aromat yang terdapat pada crude oil. Senyawa hidrokarbon olefin (CnH2n) merupakan senyawa yang terbentuk pada saat pemrosesan minyak bumi (refining). Karena sifatnya yang tidak stabil, senyawa ini cenderung reaktif dan mudah berpolimerisasi dan membentuk gum. Oleh karenanya, senyawa olefin tidak terdapat pada crude oil karena pada dasarnya, apa yang terbentuk di alam (secara alamiah) dalam keadaan stabil.

Berikut ini gambaran komposisi unsur penyusun crude oil

C          :  83,00 – 87,00 % wt

H          :  10,00 – 14,00 % wt
S          :  0,05 – 6,00 % wt
O         :  0,05 – 1,50 % wt
N         :  0,10 – 2,00 % wt
Logam  :  10^(-5) – 10^(-2) % wt

Klasifikasi Crude Oil
Crude oil diklasifikasikan guna mengetahui gambaran komponen hidrokarbon penyusunnya.

• Klasifikasi berdasarkan SG 60/60

          Crude Oil                       SG 60/60

          Ringan          < 0,830

          Medium Ringan 0,830 – 0,850

          Medium Berat 0,850 – 0,865

          Berat 0,865 – 0,905

          Sangat Berat > 0,905 

• Klasifikasi berdasarkan sifat penguapan

Untuk mengklasifikasi crude oil berdasarkan sifat penguapan, crude oil harus didistilasi hingga suhu 300 degC. Kemudian dihitung fraksi ringannya dengan rumus sbb.

Klasifikasi crude oil berdasarkan sifat penguapannya adalah sbb.

         Crude Oil                  Fraksi ringan, % volume

         Ringan        > 50

         Sedang    20 – 50

         Berat        < 20

• Klasifikasi berdasarkan kadar sulfur

         Crude Oil                  Kadar sulfur, % wt

         Ringan             < 0,1              (sweet crude)

         Sedang        0,1 – 2,0 

         Berat             > 2,0             (sour crude)

• Klasifikasi berdasarkan fakor K UOP

Untuk mengklasifikasikan crude oil berdasarkan faktor K UOP, digunakan langkah-langkah sebagai berikut.

1. Melakukan pengujian distilasi ASTM D 86
2. Melakukan pengujian SG 60/60 oF 
3. Menghitung KUOP dengan rumus :         

hasil pengujian diklasifikasikan sebagai berikut.

           K UOP                           Jenis Crude

           K  =  10,1 – 10,5    aromatik

           K  =  10,5 – 11,5    naftenik

           K  =  11,5 – 12,1    campuran

           K  =  12,1 – 12,5    parafinik   

• Klasifikasi menurut US Bureau of Mines

Melakukan distilasi TBP dengan dua fraksi

    Fraksi I : fraksi kerosene 250 – 275 degC pada tekanan atmosfer, sebagai fraksi ringan

    Fraksi II : fraksi minyak lumas 275 – 300 degC pada tekanan 40 mm Hg, sebagai fraksi berat  

Melakukan pengukuran SG 60/60 degF dan derajat API untuk fraksi I 

Melakukan pengukuran SG 60/60 degF dan derajat API untuk fraksi II

Hasilnya diklasifikasikan menurut data berikut ini.

        Klasifikasi                                      Fraksi Kunci I                        Fraksi Kunci II

                                                      SG 60/60 oF     oAPI         SG 60/60 oF        oAPI

1.      Parafinic – Parafinic                < 0,825           >= 40            < 0,876            >= 30

2.     Parafinic – Interm.                   < 0,825           >= 40       0,876 – 0,934     20 – 30

3.     Interm.* – Parafinic             0,825 – 0,860   33 – 40          < 0,876             >= 30

4.     Interm. – Interm.                 0,825 – 0,860   33 – 40     0,876 –0,934      20 – 30

5.     Interm. – Naphthenic          0,825 – 0,860  33 – 40          > 0,934             <= 20

6.     Naphthenic – Interm.               > 0,860         <= 33        0,876 – 0,934     20 – 30

7.     Naphthenic – Naphthenic        > 0,860         <=  33             > 0,934             <= 20

8.     Parafinic – Naphthenic            < 0,825         <=  40             > 0,934             <= 20

9.     Naphthenic – Parafinic            > 0,860         <=  33             < 0,876             >= 30

*Interm. = Intermediate

• Klasifikasi berdasarkan Indeks Korelasi

Melakukan pengujian SG 60/60 degF minyak bumi

Melakukan distilasi ASTMD 86

Menghitung titik didih rata – rata dari distilasi ASTMD 86

Menghitung Indeks Korelasi dengan rumusan : 

      CI  = (473,7 G – 456,8) + (48.640 / T) 

      dimana  

           G  = SG 60/60 degF

           T  = titik didih rata – rata, degK

Hasil pengujian diklasifikasikan sebagai berikut.

       Correlation Index                     Klasifikasi

              CI  =  0             HC seri normal parafin 

              CI  = 100           HC benzena

              CI  =  0 – 15      HC dominan dalam fraksi:  parafinik

              CI  = 15 – 50     HC dominan dalam fraksi:  naftenik

                                        atau campuran parafinik, naftenik  

                                        dan aromatik 

               CI  > 50           HC dominan dalam fraksi: aromatik

• Klasifikasi berdasarkan VGC (Viscosity Gravity Constant)

Melakukan pengujian SG 60/60 degF minyak bumi

Melakukan pengujian viscosity Saybolt 

Menghitung VGC dengan rumusan : 

dimana :  G  =  SG 60/60 oF

              V  =  viscosity pada 200 oF (99 oC), SSU 

Hasil pengujian diklasifikasikan sebagai berikut.

            VGC                                   Klasifikasi

    0,800 – 0,840                     Hidrokarbon Parafinik

    0,840 – 0,876                     Hidrokarbon Naftenik

    0,876 – 1,000                     Hidrokarbon Aromatik

Crude Oil (Part 2) - Evaluasi Crude
Crude Oil (Part 3) - Pengujian Distilasi
Crude Oil (Part 4) - Interpretasi Data

[dirangkum dari berbagai sumber termasuk handout mata kuliah Produk Migas 7 AKAMIGAS]

Read more »