pengeringan gas

Proses Pengeringan Gas

       Cairan dan uap yang di kandung oleh gas alam yang di produksikan dari reservoir harus di pisah kan agar memenuhi syarat lebih kecil dari 2 – 4 lb/MMSCF.

       Jika produksi gas kandungan airnya lebih besar dari syarat maka harus di lakukan proses lebih dahulu sebelum di jual, di bakar sebagai bahan bakar dan di kirim ke konsumen, tujuan proses ini adalah :

1.    Mencegah terjadinya hydrate dalam pipa transmisi.

2.    Menyesuaikan syarat kontrak yang telah di tetapkan.

3.    Mencegah korosi dan

4.    Mencegah terjadinya pembekuan pada proses pendinginan.

Dehydration adalah adalah proses pengolahan gas alam untuk mengurangi dan mengeluarkan kandungan air. Teknik dehydration tediri dari :

1.    Absortion menggunakan liquid desiccant (desikan cair)

2.    Adsorption menggunakan solid desiccant (desikan padat)

3.    Dehydration dengan menggunakan pendingin.

2.2  Deskripsi Proses Dehidrasi

       Secara garis besar proses adsorpsi di lakukan pada sebuah fixed bed (unggun tetap) yang berisi solid desiccant (adsorbent). Gas bumi yang akan dikeringkan di masukan kedalam fixed bed yang berisi solid desiccant, selama melewati solid desiccant uap air yang terkandung dalam gas terserap oleh solid desiccant baik pada permukaan luar maupun di dalam pori pori nya, gas bumi terus mengalir dan keluar di bagian bawah kolom.

       Setelah beberapa waktu solid desiccant menyerap air maka akan tercapai suatu keadaan solid desiccant jenuh, supaya solid desiccant jenuh dapat di gunakan lagi maka perlu di panasi sehingga air yang menempel menguap. Proses terakhir regenerasi ini, suatu gas panas di alirkan ke dalam kolom melalui bagian bawah ke atas sambil mengalir gas panas ini menguapkan air yang menempel pada solid desiccant. Jadi bila didinginkan proses nya kontinyu, maka di perlukan minimal 2 buah kolom fixed bed, satu untuk proses adsorpsi dan satu lagi sebagai proses regenerasi. Contoh diagram alir unit pengeringan secara adsorpsi.

Gas bumi basah mengalir ke scrubber, scrubber berfungsi untuk memisahkan fasa cair dan gas dari scrubber, gas mengalir masuk ke dalam adsorber di dalam kolom tersebut gas bumi basah mengalir mengalir dari atas ke bawah melewati tumpukan solid desiccant, uap air yang terdapat di dalam aliran gas akan terserap oleh solid desiccant, uap air tersebut akan terkondensasi dan melekat keluar kolom menuju unit proses unit proses berikutnya (unit pencairan gas bumi ).

       Sekitar 5 sampai dengan 15% dari aliran gas bumi kering di alirkan ke heater untuk di hasil kan dengan temperature 400 – 600⁰ C. gas ini selanjutnya di gunakan sebagai gas regenerant yaitu gas untuk menyerap air pada proses regenerasi pada kolom adsorber. Jika solid desiccant yang digunakan adalah slika gel maka suhu pemanasan 400⁰ C, sedangkan jika solid desiccant nya adalah molekuler sieve pemanasan pada temperature 600⁰ C.

       Di dalam kolom adsorber gas regenerant mengalir dari bawah ke atas melewati tumpukan solid desiccant sambil menguapkan air yang terdapat dalam pori pori solid desiccant, kolom ini selanjutnya di sebut kolom desorber, dari kolom desorber gas regenerant mengalir ke cooler, akibat pendinginan di dalam cooler sebagian uap air yang terbawa oleh gas regenerator akan terkodensasi kemudian di pisahkan di water kock out drum, dan gas regenerant kemudian di recycle inlet scrubber bergabung dengan aliran gas basah.

       Pada waktu yang telah di tentukan suplai bahan bakar ke heater di hentikan sehingga gas regenerator tidak mengalami pemanasan lagi, kemudian gas ini berfungsi untuk mendinginkan solid desiccant di kolom adsorber.

       Setelah solid desiccant di dalam kolom desorber mengalami pendinginan, selanjutnya pada waktu yang telah di tentukan semua valve yang semula tertutup di buka kembali, demikian juga semua valve yang semula terbuka kini di tutup sehingga terjadi perubahan aliran pada unit pengeringan yang akibatnya adsorber mengalami regenerasi (berubah menjadi desorber) sedangkan desorber berfungsi sebagai adsorber.

2.3  Kandungan Air Dalam Gas Bumi

       Air (H₂O) merupakan salah satu senyawa impurities yang terdapat di dalam gas bumi, kemampuan gas bumi dalam melarutkan air tergantung pada tekanan dan temperature, makin tinggi temperature dan makin rendah tekanan maka makin tinggi kemampuan gas tersebut dalam melarutkan uap air.

       Apabila pada suatu tekanan dan temperature kandungan uap air di dalam gas bumi telah mencapai maksimum maka pada tekanan dan temperature tersebut gas bumi di katakan telah jenuh dengan uap air. Gas bumi yang jenuh dengan uap air di katakana sebagai saturated gas, jika kandungan uap air sedikit lebih banyak dari kandungan maksimum nya, maka kelebihan uap air ini akan mengembun, oleh karena itu pada tekanan ini gas bumi di katakan berada dalam ke adaan titik embun atau dew point water.

       Selain di pengaruhi oleh tekanan dan temperature kemampuan gas bumi melarutkan air juga tergantung dari kandungan gas gas seperti CO₂ dan H₂S, untuk sweet gas yaitu gas bumi yang kandungan CO₂  dan H₂S kurang dari 5% mol, kandungan uap air maksimum dari gas bumi tersebut dapat di perkirakan atau di cari dengan gambar 2.2, sedangkan untuk sour gas yaitu gas bumi yang mengandung CO₂ dan H₂S lebih dari 5% mol, kandungan uap air maksimum dari gas bumi ini dapat di cari dengan persamaan berikut :

                   W =Y_Hc – W_HC + Y_CO +Y_{H S} xW_{H S}

       Dimana :

       W        = Kandungan uap air di dalam gas, lb H₂O/MMscf gas.

       W_HC      = Kandungan uap air didalam sweet gas (gambar 2.2)

       W_CO2    = Kandungan uap air di dalam gas bumi yang mengandung CO₂ (gambar 2.3)

       W_H2S    = kandungan uap air di dalam bumi yang mengandung H₂S (gambar 2.4)

       Y_HC      = Fraksi mol hydrogen didalam gas.

       W_CO2   = Fraksi mol, co₂ didalam gas alam.

       Y_H2s     = Fraksi H₂S didalam gas alam.

       Jika pada suatu tekanandan temperature, suatu gas bumi telah mencapai keadaan saturated dan kemudian temperature nya di turunkan atau tekanan nya dinaikan maka sebagian uap air yang terdapat di dalam gas bumi tersebut akan mencair atau terkondensasi. Di dalam system perpipaan gas uap air yang terkondensasi tersebut di namakan sebagai free water, di dalam flow line sebagian free water dan komponen komponen hydrocarbon ringan akan saling terikat membentuk persenyawaaan padat yang di sebut hydrate. Pada flow line hydrate tersebut dapat menimbulkan masalah pada peralatan peralatan yang di gunakan pada proses pembuatan LPG, karena dapat menempel dan terakumulasi pada valve meter dan memudahkan terjadinya korosi pada flow line terutama jika gas alam mengandung H₂S dan CO_2. 

       Berdasarkan pertimbangan pertimbangan tersebut di atas maka gas bumi yang akan di alirkan pada pipa harus di keringkan, yaitu di kurangi kandungan uap air nya agar drew point dari gas tesebut menjadi rendah, dew point dari gas yang di keringkan harus di buat jauh lebih rendah dari temperature operasi pipa sehingga tidak memungkinkan terjadinya kondensasi uap air pada flow line, gas bumi yang telah di keringkan di sebut sebagai gas bumi kering atau dry gas.

       Kandungan uap air dari gas bumi kering yang akan di alirkan pada pipa transmisi gas besar nya tergantung dari temperature ambient di mana pipa transmisi itu di pasang.

Ø  Untuk pipa transmisi gas yang di pasang di daerah daerah seperti southerm U.S Southeast Asia, Southherm Europe dan West Africa kandungan uap air maksimumnya  adalah 7 lb/MMscf.

Ø  Untuk daerah di Northerm U.S.A Northerm Europe, Canada, dan Northem Asia kandungan uap air maksimum nya adalah 2 – 4 lb/MMscf.

Ø  Untuk gas alam yang akan di cairkan menjadi LNG, kandungan uap air maksimumnya adalah 1 ppm (0,05 lb/MMscf).

2.4  Dehydration Dengan Menggunakan Solid Desiccant

2.4.1 Prinsip Dasar

       Proses adsorpsi adalah suatu proses memanfaatkan gaya adhesi atau gaya antar aksi antara suatu permukaan benda padat dengan zat yang diserap, dalam proses pengeringan gas secara adsorpsi (zat yang di serap adalah uap air di sebut sebagai adsorpbat), sedangkan benda padat yang melakukan penyerapan atau solid desiccant di sebut sebagai adsorpbent

Table 2.1

PHYSYCAL PROPRTIES	Type of desiccant
	Silica gel	Silica base bead	Actifated aluminia	Moleculer sieve
True sfecipic gravity Bulk density, lb/cuft Dimeter Partikel Apparent specific gravity Average porosity (%) Specific heat, Btu/lb0F Thermal conductivity Btu/(sqft)(hr)(0F)(in) Water content (regenerated)% Reactivation temperature 0F Particle shape Surface area Static sorption at 60% RH, %	2.1 – 2.2 50 0,013 1,2 50 – 65 0,22 1,0 4,5 – 7 250 – 450 Granular 720 – 760 29	- 49 - - - 0,25 1,37 4 – 6 300 – 450 Spheriodal 650 33,3	3.3 52 – 55 0,013 – 0,00027 1,6 51 0,24 1,45 6,5 350 – 600 Granular 210 14 – 16	- 40 -45 0,00122 1,1 - 0,2 - Varies 300 – 600  Cylindris Pellets 22

Sifat Fisik Beberapa Solid Desiccant

Ø Silica Gel dan Silica Bed

Silica gel dijual berupa powder, granural atau spherical bed dengan berbagai ukuran. Tiap butirnya sangat keras dan bening seperti gelas. Material terdiri dari SiO₂ dan H₂O.

Proses penyerapan uap air dengan silica gel bergantung pada tekanan partikal uap air dan temperatur operasi. Semakin tinggi tekanan partikel uap air maka semakin besar uap air yang terserap. Begitu juga semakin tinggi temperatur semakin rendah air yang terserap.

Silica gel mampu menyerap air sampai 10 ppm dan paling mudah untuk diregenerasi. Selain mudah menyerap air silica gel juga mudah menyerap hidrokarbon fraksi berat.

Ø Activated Alumina

Activated Alumina material berpori terdiri dari aluminium oksida dan sedikit kandungan material lain.

Pada material ini memerlukan panas yang lebih banyak untuk proses regenerasi cenderung menyerap hidrokarbon fraksi berat. Mampu memperoduksi dew point air 100⁰F. Aluminq merupakan material basa yang mudah bereaksi dengan asam yang kadang dijumpai pada bahan kimia treating.

Dari beberapa jenis adsorbant jenis alumina memiliki sifat istimewa antara lain :

1.          Dapat memisahkan komponen-komponen berdasarkan besar molekulnya.

2.          Dapat memisahkan komponen berdasarkan polaritas dari senyawa.

3.          Tidak korosif

4.         Selektif terhadap air relatif tinggi, tidak beracun.

Apabila ada dua atau lebih molekul yang besarnya sama hingga keduanya dapat masuk ke pori-pori alumina, maka alumina tersebut akan mengutamakan menyerap molekul yang memiliki polaritas yang kuat. 

Ø Moleculer Sieve

Moleculer sieve adalah material yang berbentuk Kristal Sodium Alumina Silicate. Pori-porinya sangat kecil sehingga tidak mudah menyerap hidrokarbon fraksi berat tetapi mudah terjadi fouling dipermukaan (Kebuntuan) oleh adanya oil atau glicol yang terikut dalam aliran umpan.

Moleculer Sieve memerlukan panas tinggi untuk regenerasi. Dapat menyerap air sehingga kandungan uap air dalam gas 1 ppmv. Materialnya bersifat basa sehingga mudah bereaksi dengan asam.

2.4.2   Racun Desiccant

Beberapa senyawa yang terikut dalam feed maupun yang digunakan sebagai inhibator dapat meracuni atau menurunkan kemampuan desiccant yaitu :

Ø Senyawa Hidrokarbon Fraksi Berat

Adanya senyawa hidrokarbon fraksi berat yang dapat teradsorpsi baik dipermukaan maupun di pori-porinya. Adsorbate ini sangat sukar untuk diregenerasi. Adanya adsorbate ini akan menurunkan kapasitas adsorbatent.

Ø Methanol

Adanya methanol didalam gas akan menurunkan kapasitas desiccant. Karenanya tekanan uap methanol harus diperhitungkan pada saat desain.

Ø Oksigen

Oksigen didalam gas umpan meskipun dalam jumlah yang sangat kecil akan menimbulkan masalah pada unit pengeringan, terutama pada gas yang disiapkan untuk proses cryogenic.

Gas oksigen bereaksi dengan senyawa hidrokarbon membentuk H₂O (air) dan karbon dioksida (CO₂). Yang mudah teradsorpsi sehingga pada beberapa kasus mempersulit tercapainya proses dew point air yang diinginkan.

Tabel 2.2

Basic type	Nominal pore diameter	Bulk density of pellets	H2O capacity	Molekuler absorber	Typical application
3A	3	47	20	H2O, NH3	Dehydration unsaturated hydrocarbon
4A	4	45	22	H2S, CO2, SO2, C3H4, C2H6	Static desiccant in refrigeration system drying saturated hydrocarbon
5A	5	43	21,5	n-C4H9OH	Separate n-parafine from branched and cyclic
10A	8	36	28	i-parafin olefin	Aromatic hydrocarbon separation
13A	10	28,5	28,5	Di-n- propilamine	Coadsorbtion of H2O, H2S, CO2

Berbagai Sifat dan Type Moleculer Sieve³

2.5  Mekanisme proses Adsorpsi di dalam adsorber

       Keadaan solid desiccant di dalam  adsorber ketika menyerap air dapat di gambar kan seperti pada gambar (2.4), di dalam kolom adsorber solid desiccant di bagi menjadi tiga daerah. Ke tiga daerah tersebut berturut turut adalah :

1.      Saturation atau Equilibrium zone.

2.      Mass transper zone

3.      Active zone.

Ø  Saturation zone

       Saturation zone adalah daerah di mana solid desiccant pada daerah ini telah jenuh dengan air atau dengan kata lain desiccant pada daerah ini mengalami kesetimbangan dengan wet stream, sehingga sudah tidak mampu lagi menyerap air.

Ø   Mass transper zone

       Mass transper zone adalah daerah dimana solid desiccant belum jenuh dengan air, pada bagian yang paling atas pada keadaan solid desiccant hampir mencapai jenuh, sedangkan makin kebawah tingkat ke jenuhan dari solid desiccant maikn rendah kadar airnya yang telah tertangkap oleh solid desiccant.

Ø   Active zone

       Active zone adalah daerah di mana pori pori pada solid desiccant belum terisi air, pada daerah ini desiccant belum berfungsi menyerap uap air.

       Proses pembentukan ke-3 daerah tersebut adalah sebagai berikut yaitu adsorber di operasikan, maka daerah di sepanjang kolom adsorber merupakan daerah active zone, setelah adsorber di operasikan maka pada bagian atas solid bed desiccant akan terbentuk mass transper zone, kemudian selang beberapa waktu berikutnya desiccant yang berada di bagian teratas dari daerah mass transper zone akan berangsur angsur menjadi jenuh dengan air dan mulailah daerah saturated zone.

Seiring dengan terbentuk nya daerah saturated zone di bagian atas maka akan diikuti dengan terbentuknya daerah mass transper zone baru pada bagian bawah. Jadi ketika adsorber di operasikan akan terjadi perubahan ke-3 daerah tersebut yaitu :

1.    Daerah saturated zone makin lama makin panjang.

2.    Daerah mass transper zone panjangnya tetap, tetapi daerah ini mengalami pergeseran dari atas ke bawah.

3.    Daerah aktifitas zone makin lama makin pendek.

       Pada saat batas bawah dari daerah mass transper zone mencapai ujung bawah dari tumpukan solid desiccant mencapai break trough dan waktu yang diperlukan oleh desiccant mencapai break trough di katakana sebagai break trough time jadi pada solid desiccant mencapai break trough, hanya terdapat 2 daerah saja yaitu, saturated zone dan mass transper zone.

Ø  Panjang mass transper zone

         Panjang mass transper zone di pengaruhi oleh banyak nya floow rate dan banyak nya uap air yang terkandung didalam nya untuk silica gel.