Konfigurasi Kilang Minyak

Kilang minyak merupakan tempat pengolahan minyak mentah (crude oil) menjadi produk-produknya seperti LPG, naphtha, kerosene, diesel, dan lain sebagainya. Konfigurasi antara kilang yang satu dan lainnya tentunya bisa saja berbeda. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor sebagai berikut.

• Kualitas Minyak Mentah dan Crude Assay

Kualitas crude dunia kini semakin “berat”. Kilang yang ada harus memiliki fleksibilitas untuk mengolah crude dengan range titik didih yang lebih lebar dan fraksi yang lebih berat dengan dilengkapi unit upgrading (unit pengolahan produk fraksi berat, misalnya long residue) untuk menghasilkan produk fraksi ringan yang bernilai tinggi dari crude yang lebih murah. Selain dari segi keekonomian, fleksibilitas kilang juga akan menjamin kontinuitas ketersediaan bahan baku yang tentunya juga akan mempengaruhi produktivitas.

Kualitas crude yang akan diolah dapat dilihat dari crude assay-nya. Berdasarkan evaluasi crude assay itulah dapat diketahui kebutuhan unit proses serta konfigurasinya untuk dapat menghasilkan produk yang diharapkan.

Contoh Crude Assay Banyu Urip

• Jenis Produk yang Diharapkan

Pada umumnya proses yang dilakukan bertujuan untuk meningkatkan H/C ratio (rasio hidrogen terhadap carbon) melalui proses hidrogenasi misalnya hydrotreating, hydrocracking, atau juga melalui carbon rejection seperti thermal cracking dan FCC. Sebagai contoh untuk mendapatkan produk fraksi naphtha dengan ON yang tinggi dari minyak umpan fraksi berat misal long residue ataupun short residue dapat diperoleh melalui proses pada unit FCC. 

Beberapa produk dengan kualitas tertentu juga dapat diperoleh melalui proses catalytic reforming, isomerization dan alkylation. Oleh karena itu jenis dan kualitas produk yang diharapkan akan sangat mempengaruhi pemilihan unit proses dan konfigurasi kilang yang akan dibuat.

• Regulasi terkait Aspek Lingkungan

Spesifikasi yang membatasi kadar kontaminan pada produk misalnya sulfur saat ini semakin rendah. Hal ini tentunya membutuhkan perubahan severity atau desain dari unit hydroconversion untuk menghasilkan ultra low sulphur products. 

Selain produk, penanganan limbah pun juga semakin ketat dengan berkembangnya aturan aspek lingkungan terkait emisi dan limbah air.

Read more »

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 »

Analisis Minyak Bumi dan Produknya

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. Minyak bumi tersusun atas senyawa hidrokarbon (hidrogen dan karbon) serta senyawa impurities lainnya (senyawa oksida, sulfida, logam, dsb.). Jenis senyawa hidrokarbon yang secara alami terdapat dalam minyak mentah adalah senyawa Parafin, Naften, dan Aromat. Senyawa Olefin hanya terbentuk karena adanya pemrosesan minyak bumi tersebut.

Komposisi dan karakteristik minyak bumi sangat beragam. Hal ini bergantung pada lokasi sumur di mana minyak mentah tersebut diambil. Pada sumur minyak yang sama pun komposisi dan karakteristiknya dapat berbeda jika diambil pada kedalaman yang berbeda. Kondisi yang demikian menyebabkan upaya karakterisasi minyak bumi menjadi sangat penting, mengingat setiap minyak bumi yang berbeda akan menghasilkan produk migas dengan kualitas dan kuantitas yang berbeda pula.

Produk migas merupakan semua produk yang merupakan hasil pengolahan minyak mentah. Proses-proses utama untuk mengolah produk migas ada tiga, yakni: proses separasi, proses konversi, dan finishing (treating). Proses separasi merupakan pemisahan fraksi penyusun minyak bumi menjadi berbagai macam produk bergantung pada jenis minyak bumi yang diolah. Proses konversi merupakan proses menghasilkan produk yang memiliki nilai guna lebih tinggi dengan proses pengubahan struktur senyawa hidrokarbon minyak yang diolah. Proses finishing (treating) merupakan proses pengolahan produk migas untuk menghasilkan produk migas dengan kualitas lebih baik atau dengan kata lain proses perbaikan mutu sifat-sifat produk migas.

Melihat beragamnya jenis produk migas hasil pengolahan minyak bumi, maka dibutuhkan karakterisasi produk yang tepat dan akurat. Hal ini sangat penting dikarenakan spesifikasi produk sangat berkaitan dengan pengkondisian proses pengolahan dan tentunya sangat penting bagi konsumen. Produk-produk yang tidak memenuhi syarat spesifikasi (off-specification) tentunya tidak akan diterima konsumen dan hal ini menimbulkan kerugian bagi unit pengolahan minyak  bumi (refinery unit). Jika off-spec yang terjadi sudah tidak bisa ditanggulangi dengan proses blending, maka produk-produk tersebut akan dimasukkan pada tangki slop dan akan diproses ulang untuk menghasilkan produk yang memenuhi syarat spesifikasi. Tentunya dengan demikan membutuhkan biaya produksi yang lebih besar. 

Analisis dan Spesifikasi

Analisis minyak bumi dan produknya merupakan serangkaian metode pengujian sifat dan karakteristik minyak bumi dan produknya. Hasil analisis tersebut berupa serangkaian data yang menunjukkan sifat dan karakter minyak bumi yang dapat memberikan gambaran karakteristik tersebut. Batasan-batasan nilai dari sifat dan karakteristik minyak bumi serta produknya terdapat dalam spesifikasi. Untuk spesifikasi produk migas di Indonesia diatur dan ditetapkan oleh Dirjen Migas. Di dalam spesifikasi tersebut tercantum berbagai sifat, metode uji, dan batasan nilai yang harus dipenuhi oleh suatu produk supaya dapat dipasarkan.

Dalam melakukan analisis minyak bumi dan produk-produknya, terdapat 4 faktor yang harus terpenuhi agar hasil pengujian/analisis validitasnya terjamin.

1. Pengukuran

Proses pengukuran sifat dan karakteristik minyak bumi dan produknya dilakukan dengan sasaran menghasilkan hasil pengukuran dengan kualitas hasil yang tinggi. Pengukuran sifat dan karakter minyak bumi tersebut mengikuti prosedur standar yang telah ditetapkan. Pengkondisian baik itu sampel dan aparatus pengujian serta penggunaan metode pengujian yang tepat merupakan kunci pengukuran yang baik.

2. Akurasi

Akurasi dalam pengukuran menunjukkan seberapa dekat hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya sifat yang diukur. Akurasi juga dapat dinyatakan sebagai bias atau deviasi antara nilai hasil pengukuran dengan nilai yang sebenarnya. Untuk menganalisis akurasi hasil pengukuran dapat dilakukan dengan memplotkan dalam grafik maupun dengan analisis deviasi menggunakan metode statistik.

3. Presisi

Presisi hasil pengukuran ditunjukkan oleh variasi hasil pengukuran dengan sampel dan metode yang sama. Presisi suatu pengukuran dinyatakan dengan pengulangan (repeatability) dan reproduktivitas (reproducibility). Pengulangan atau interval pengulangan (r) merupakan deviasi maksimum yang diizinkan dari dua hasil pengujian sampel yang sama di laboratorium yang sama. 

Reproduktivitas atau interval reproduktivitas (R) merupakan deviasi maksimum yang diizinkan dari dua hasil pengujian sampel yang sama di laboratorium yang berbeda.

Interval pengulangan maupun reproduktivitas secara statistik dinyatakan dengan tingkat probabilitas sebesar 95%. Artinya, dalam 100 kali pengujian, deviasi yang diizinkan tidak lebih dari 5 kali.

4. Validasi Metode

Validasi metode merupakan proses pembuktian bahwa metode analisis yang digunakan dapat memenuhi tujuan pengujian. Salah satu organisasi yang yang melakukan validasi metode adalah ASTM (American Society for Testing and Materials). Dalam proses validasi harus mencakup studi kekhususan (specificity), linearitas, akurasi, presisi, rentang (range), batas pengukuran, dan batasan kuantitas. Validasi metode ini sangat penting guna meminimalisasi masalah yang muncul selama pengukuran.

References:

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

Catatan Kuliah Refinery I

Read more »

Specific Gravity (SG)

Pada awal jam kuliah Proses Pengolahan Migas 3 oleh Bapak Suparno waktu itu dibuka dengan sebuah pertanyaan menarik.

"Lebih menguntungkan mana, membeli bensin pada pagi hari atau siang hari?"

Kelas pun mulai ramai dengan berbagai jawaban dan alasan para mahasiswa Refinery II kala itu. Ada yang berpendapat pagi hari, ada yang berpendapat siang hari. Akhirnya Pak Parno, dosen matakuliah Proses Pengolahan 3 kami menjelaskan bahwa hal ini sangat berkaitan dengan karakteristik produk migas, terutama Specific Gravity (SG).

Specific Gravity (SG) merupakan perbandingan densitas suatu fluida terhadap fluida standar (reference). Di dalam proses pengolahan migas, istilah ini banyak dijumpai terutama berkaitan dengan analisis karakteristik atau spesifikasi feed dan produk. SG suatu fluida dinyatakan dalam angka dengan 4 digit di belakang koma dan tidak bersatuan.

Fluida standar untuk zat cair adalah air dengan densitas 1 g/cm3 atau 1000 kg/m3 (densitas terbesar pada suhu 3,98 degC). Sedangkan untuk gas, fluida standarnya adalah udara dengan berat molekul 28,964 g/mol. 

SG zat cair diukur dengan hydrometer. Pada pengukurannya, selain menggunakan hydrometer, digunakan juga termometer untuk mengetahui temperatur fluida saat diukur. Hal ini sangat penting karena SG berubah seiring perubahan temperatur. 

Sebagaimana yang tercantum dalam rumus SG di atas, bahwa SG merupakan perbandingan densitas zat terhadap densitas zat standar. Densitas merupakan perbandingan massa zat dengan volume zat. Volume zat sangat dipengaruhi oleh suhu. Kenaikan suhu akan mengakibatkan pemuaian zat sehingga volumenya bertambah. Dengan demikian densitas zat yang sama pada temperatur yang lebih tinggi akan lebih rendah. Oleh karenanya besarnya SG zat tersebut pun berubah.

Guna kepentingan transaksi jual beli, khususnya di bidang migas supaya pembeli dan penjual tidak ada yang dirugikan maka ditetapkan standar SG 60/60 sebagai dasar perhitungan transaksi jual beli. SG 60/60 berarti perbandingan densitas zat pada suhu 60 degF dengan densitas zat standar pada suhu yang sama. Namun kenyataannya, sangat sulit mengkondisikan suhu pengukuran tepat pada 60 degF. Oleh karena itu pengukuran dilakukan pada suhu ruangan (berapapun) yang nantinya hasil pengukuran tersebut dikonversi ke SG 60/60 dengan suatu koreksi suhu. Untuk memperoleh besaran faktor koreksi suhu dapat dihitung dengan formula sebagai berikut.

C =1.313454 - 0.132674*T + 2.057793e-3*T² - 2.627634e-6*T³

(Lyons, 1992, the Handbook of Chemistry and Physics (CRC))

dengan suhu pada derajat Fahrenheit.

kemudian diperoleh SG terkoreksi suhu dengan melakukan perhitungan sebagai berikut.

SG_Corrected = SG_observed + (0,001C)

Perhitungan SG terkoreksi juga dapat dilakukan dengan menggunakan tabel sebagai berikut.

Tabel di atas merupakan tabel koreksi SG tiap derajat Fahrenheit. Penggunaannya menggunakan rumus sebagai berikut. Untuk nilai koreksi pada rentang di luar yang terdapat di tabel dapat dilakukan ekstrapolasi.

Selain tabel tersebut ada pula vendor hydrometer yang mengeluarkan tabel koreksi sendiri dan penggunaannya pun praktis. Contohnya adalah sebagai berikut.

[dirangkum dari berbagai sumber]

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 »