Nelson Complexity Index

Nelson Complexity Index (NCI) merupakan ukuran relatif jumlah dan biaya relatif unit upgrading terhadap kapasitas unit distilasi. Indeks ini dikembangkan oleh Wilbur L. Nelson pada tahun 1960an guna mengukur biaya relatif komponen untuk mengembangkan suatu kilang. NCI membandingkan biaya pada berbagai unit upgrading, misalnya catalytic cracker ataupun reformer yang merupakan unit andalan kilang modern terhadap biaya yang diperlukan oleh Crude Distillation Unit (CDU).

Setelah minyak umpan diproses di CDU, sebagian komponen minyak akan diproses pada berbagai unit upgrading maupun unit-unit proses lainnya. Kapasitas kilang ditentukan berdasarkan kapasitas CDU-nya. NCI tersebut digunakan untuk menghitung biaya relatif berbagai unit upgrading berdasarkan kapasitas kilang.

Kapasitas kilang dinyatakan dalam dua jenis satuan, yakni Barrels per Calendar Day (BCD) dan Barrels per Stream Day (BSD). BCD menggunakan dasar jumlah hari kalender selama setahun kilang beroperasi. BSD menggunakan dasar 330 hari. Sehingga, pada umumnya nilai BSD 6% lebih besar dibandingkan BCD. Kapasitas kilang, pada berbagai situasi lebih lazim dinyatakan dalam BSD, meskipun jika disebutkan kapasitas kilang pada satuan BPD (Barrels per Day) kita tidak akan tahu apakah perhitungannya menggunakan calendar day atau stream day.

Pengaruh NCI Terhadap Biaya

Sebagai contoh di Amerika, rata-rata NCI kilang di sana adalah berkisar 10. Kilang dengan NCI sebesar 10 merupakan kilang dengan fasilitas unit konversi menengah. Kilang dengan NCI 12% membutuhkan biaya pembangunan 20% dibandingkan unit dengan kapasitas yang sama. Namun pada kenyataannya, NCI tidak memperhitungkan penggunaan kapasitas operasi dan juga usia kilang yang sebenarnya sangat mempengaruhi biaya dan operasional kilang itu sendiri. Setidaknya dengan adanya NCI, estimasi biaya dan value suatu kilang dapat dilakukan dengan mudah.

Duplikasi dan Skala Ekonomi

Nelson sangat berhati-hati dalam menentukan biaya kilang berkapasitas 50 MBSD dengan NCI sebesar 12%, tidak akan sama dengan kilang berkapasitas 100 MBSD dengan NCI sebesar 6%. Masih banyak faktor yang diperhitungkan. Informasi yang ada tidak menunjukkan jumlah unit yang dibutuhkan untuk proses tertentu. Unit proses yang kecil memiliki biaya konstruksi perunit yang relatif lebih tinggi. Nelson memperkirakan duplikasi dua buah unit dengan masing-masing kapasitas 40 MBSD dengan satu unit berkapasitas 80 MBSD akan meningkatkan biaya konstruksi sebesar 25%. Empat buah unit dibandingkan satu unit meningkatkan biaya konstrukis hingga 60% nya.

Berikut ini adalah perbandingan kompleksitas kilang di beberapa region. 

Nelson Complexity Index Kilang di Beberapa Regional

Berikut ini adalah perbandingan kompleksitas kilang di dunia.

Nelson Complexity Index Kilang di Dunia

Off Sites

Perhitungan kompleksitas di sini tidak memperhitungkan fasilitas off sites, seperti tangki timbun, tanah, perpipaan, terminal, dan utilities. Informasi-informasi tersebut jarang dipublikasikan. Meskipun sebenarnya Nelson telah mengevaluasi hubungan antara berbagai kilang yang berbeda dan fasilitas off sites yang terkait dan dikembangkan suatu hubungan agar secara empiris  dapat diperkirakan kompleksitas total suatu kilang termasuk di dalamnya kompleksitas proses dan juga off sites. Untuk itu, Nelson menambahkan faktor pengali terhadap sejumlah nilai kompleksitas sebagai berikut.

• Untuk kompleksitas 3, gunakan faktor pengali 3,25 untuk total kompleksitas sebesar 9,8.
• Untuk kompleksitas 4, gunakan faktor pengali 2,70 untuk total kompleksitas sebesar 10,8.
• Untuk kompleksitas 6, gunakan faktor pengali 2,26 untuk total kompleksitas sebesar 13,6.
• Untuk kompleksitas 10, gunakan faktor pengali 1,96 untuk total kompleksitas sebesar 19,6.   
• Untuk kompleksitas 16, gunakan faktor pengali 1,77 untuk total kompleksitas sebesar 28,3.

Meskipun demikian kompleksitas total seperti ini jarang digunakan, kebanyakan kilang masih fokus terhadap kompleksitas proses yang disebut sebagai indeks kompleksitas Nelson tersebut (NCI). Perhitungan tersebut berimplikasi pada suatu kilang grassroots dengan indeks 10, biaya untuk off sites akan bersaing dengan unit proses (unit distilasi dan upgrading).

Produk Kilang

Salah satu kelebihan dari kilang dengan tingkat konversi yang tinggi (ditunjukkan dengan NCI yang tinggi) adalah menghasilkan produk dengan nilai yang lebih tinggi. Residue dan produk lain yang secara ekonomis dan pemanfaatannya rendah, dikonversi menjadi produk-produk dengan fraksi hidrokarbon yang lebih rendah dengan nilai produk yang lebih tinggi.

Sementara kilang dengan indeks kompleksitas 3-5 mengalami defisit produk secara volumetrik, misalnya dari intake sebesar 100 MBCD, diperoleh hasil produk sejumlah 95 MBCD. Nilai tambah dan pertambahan kuantitas volumetrik produk merupakan basis penetapan dan pemilihan proses konversi dengan unit upgrading.

Berikut ini adalah tipikal produk berdasarkan klasifikasi NCI.

• Konversi Rendah (NCI = 2-3)-20% gasolin, 35% middle distillates, 30% fuel oil, 10% produk lainnya (termasuk refinery gas, LPG, solvent, coke, lubes, wax, dan bitumen), dan 5% loss
• Konversi Menengah (NCI = 5-6)-30% gasolin, 30% middle distillates, 30% fuel oil, 15% produk lain, dan 5% gain
• Konversi tinggi (NCI = 9-10+)-50% gasolin, 30% middle distillates, 15% fuel oil, 15% produk lain, 10% gain

Pengembangan di Masa Mendatang

Melihat perkembangan di dunia refining selama ini, diketahui bahwa total kapasitas kilang di seluruh dunia mencapai kurang lebih 74 juta BCD dengan Indeks Kompleksitas Keseluruhan berkisar 5,9. Tren peningkatan kemampuan konversi pada berbagai kilang akan meningkatkan indeks kompleksitas tersebut sehingga pemenuhan kebutuhan pasar dunia akan produk dengan fraksi hidrokarbon ringan dapat terpenuhi. Penggunaan kapasitas kilang (kurang dari 70% pada awal 1980-an) sudah mencapai 87% pada awal 1990-an. Hal ini ke depannya akan terus meningkat seiring meningkatnya efisiensi produksi kilang. Namun tetap saja permasalahan yang dihadapi kilang grassroots adalah rendahnya margin produksi. Inilah tantangan ke depannya bagi dunia refining.

source: Reliance Industries Limited – Nelson Complexity Index

contoh perhitungan Nelson Complexity Index

 Source: En*Vantage & OGJ presented in the 16th Annual PFAA Conference November 12, 2009

References:

David C. Johnston,Daniel Johnston, Intorduction To Oil Company Financial Analysis

Reliance Industries Limited – Nelson Complexity Index

http://www.ogj.com/articles/print/volume-94/issue-12/in-this-issue/general-interest/refining-report-complexity-index-indicates-refinery-capability-value.html

Catatan Kuliah Refinery IV

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 »