A. Gas Alam
Gas Alam pada prinsipnya adalah energi yang berwujud gas. Tanpa wujud yang bisa dilihat namun kandungan gas nya itulah yang membuat gas alam itu ada. Bila kita membayangkan sebuah wadah dengan berbentuk kubus atau kotak dengan ukuran 1 meter x 1 meter x 1 meter maka gas apapun yang terisi didalam kota itu maka volumenya sekitar 1 m3 (meter kubik) saja.
Bisa dibayangkan apabila dibutuhkan 3000 m3 gas maka akan dibutuhkan sebuah alat transportasi semacam truk dengan volume muatan 3000 m3. Dengan asumsi bahwa 1 kontainer ukuran 20 kaki mempunyai volume 25 m3 maka akan dibutuhkan truk trailer sebanyak lebih dari 100 buah. Sedangkan volumenya sangatlah kecil. Akhirnya biaya transportasinya pun akan sangat mahal.
Atas dasar itulah maka Gas Di Tekan (compressed) pada tekanan tertentu, dalam hal ini Gas Alam biasanya di compressed pada tekanan 200 bar - 250bar pada sebuah wadah atau bejana tekan yang mampu menahan tekanan sebesar tersebut, agar dapat di transportasikan dalam jumlah yang lebih ekonomis.
Pada ilustrasi sederhana diatas, apabila dalam keadaan biasa sebuah wadah bervolume 1M3 apabila di tekan pada tekanan 200-250 bar akan berisi volume yang jauh lebih banyak.
Gas Alam yang diperlakukan sedemikian rupa ini disebut denganCompressed Natural Gas atau dikenal dengan CNG.
A. Gas Alam Yang Terkompresi
Compressed Natural Gas (CNG) adalah gas cair yang dikompresikan dimana maksudnya sebagai pengganti bahan bakar fosil untuk bensin (gasoline), solar (diesel fuel), atau propana/LPG. Walaupun hasil pembakaran dari gas alam juga menghasilkan gas efek rumah kaca, namun yang perlu diperhatikan adalah hasil pembakrannya yang lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan bahan bakar lain, sehingga bisa dijadikan bahan bakar alternatif. Gas alam jauh lebih aman daripada bahan bakar lainnya dalam hal jika tertumpah (densitas gas alam lebih ringan dari udara, dan menyebar luas dengan cepat). CNG juga dapat dicampur dengan biogas, yang dihasilkan dari tempat pembuangan sampah atau limbah organik, sehingga konsentrasi karbon di atmosfir dapat dikurangi sedemikian rupa.
CNG dibuat dengan memadatkan gas alam (yang terutama terdiri dari metana [CH4]), hingga kurang dari 1% dari volume ketika berasa pada tekanan atmosfer standar. CNG disimpan dan didistribusikan dalam tabung padat dengan kisaran tekanan 200-250 bar (2900-3600 psi), biasanya tempat penyimpanannya dalam bentuk silinder atau bola.
CNG digunakan dalam mobil pembakaran mesin bensin sederhana yang telah dikonversi menjadi kendaraan bi-fuel (bensin/CNG). Kendaraan gas alam semakin banyak digunakan di kawasan Asia-Pasifik, Amerika Latin, Eropa, dan Amerika karena kenaikan harga bensin yang melonjak. Menanggapi harga BBM yang tinggi dan masalah lingkungan., CNG ini mulai digunakan juga di kendaran-kendaran transportasi bermesin berat.
Kepadatan energi volumetrik CNG diperkirakan 42% dari LNG's (karena tidak cair), dan 25% dari diesel.BAB II
PERKEMBANGAN COMPRESSED NATURAL GAS
A. Komposisi CNG
Natural Gas dalam bahasa Indonesia disebut dengan gas alam atau gas rawa. Gas alam sendiri merupakan campuran beberapa gas dengan komposisi terbesar adalah metana. Gas alam dari sumber yang berbeda akan mempunyai komposisi yang berbeda pula. Karena itu nilai Heating Value juga akan bervariasi tergantung dari komposisi campuran gas masing-masing. Berikut adalah contoh komposisi gas alam :
Natural Gas, batubara dan minyak bumi pada umumnya disebut dengan hydrocarbons. Disebut demikian karena dalam rangkaian kimianya mengandung Hydrogen (H) dan Carbon (C). Natural gas adalah hasil dari fossil yang melalui proses panjang berjuta-juta tahun di dasar bumi.Didalam sebuah explorasi gas alam biasanya terdapat beberapa kandungan gas yang didapat sbb :
Propane = C3H8
Butane = C4H10
Ethane = C2H6
Methane = C1H4
Butane = C4H10
Ethane = C2H6
Methane = C1H4
Methane adalah komponen terbesar dalam gas alam. Dalam sebuah produksi/explorasi gas biasanya kandungan methane terdapat sebanyak 70%-90%. Dengan demikian bisa disimpulkan bahwa Gas Alam adalah Methane atau Metana atau Gas Rawa
Sedangkan Propane dan Butane adalah bahan dasar LPG.
A. Sejarah CNG
Cina merupakan negara yang pertama kali menggunakan gas alam secara komersial sekitar 2.400 tahun yang lalu. Gas diperoleh dari tambang kemudian ditransportasikan dengan menggunaan pipa-pipa bambu dan digunakan untuk memproduksi salt brine pada gas-fired evaporator. Penggunaan gas alam secara luas dan komersial terjadi sekitar antara abad 17-18. Meskipun penggunaan gas alam yang utama adalah sebagai bahan bakar (fuel), gas alam merupakan sumber hidrokarbon dan sulfur yang merupakan senyawa penting dalam industri kimia. Dampak penggunaan gas alam terhadap lingkungan juga lebih menguntungkan dibandingkan penggunaan petroleum oil maupun batubara. Karbon dioksida (CO2) sebagai gas penyebab efek rumah kaca pemanasan global yang dihasilkan oleh oil dan batubara sekitar 1,4 sampai 1,75 kali lebih tinggi daripada emisi yang dihasilkan dengan penggunaan gas alam.
B. Satuan CNG
Satuan yang umum dipakai dalam industri gas juga spesifik. Volume gas umumnya dinyatakan dengan standard cubic feet (scf), yaitu kondisi standar pada 600F dan 14,7 psia. Singkatan M mengacu pada nilai 103; sedangkan MM, B, dan T mengacu pada nilai 106, 109, dan 1012. Hal ini yang sedikit membedakan antara satuan dalam industri gas dengan satuan SI. Untuk molar flow, satuan yang biasa dijumpai adalah MMSCF (Million Million Standard Cubic Feet) atau MMSCFD (Million Million Standard Cubic Feet per Day). Satuan umum yang biasa digunakan untuk energi adalah MMBTUD dan BBTU. Sebagai informasi, gas alam tidak dijual berdasarkan nilai volume atau molar flow nya. Gas alam dihargai berdasarkan nilai energi atau Heating Value-nya (US$/MMBTU).
MMBTU adalah satuan kalor yaitu : Million Metric British Thermal Unit. 1 MMBTU = 28.316 M3 gas alam
C. Spesifikasi
Spesifikasi gas alam secara umum dibagi menjadi 3, yaitu : (1) Pipeline Gas Specification, (2) General Metric Specification, dan (3) Special Specification.
(1) Pipeline Gas Specification
Berikut adalah contoh pipeline gas specification :
Tabel Pipeline Gas Specification
Dari Tabel di atas bisa dilihat bahwa meskipun Heating Value (HV) menjadi dasar nilai jual gas alam, range Heating Value yang disyaratkan juga harus memenuhi spesifikasi standar, yaitu sekitar 950 – 1.150 BTU/scf (35.400 – 42.800 kJ/Sm3 (Engineering Data Book, (2004)
Selain HV, spesifikasi lain yang penting adalah Dew Point, yaitu titik pengembunan tepat dimana suatu gas alam dalam fasa gas mulai berubah ke fasa cair (moisture) melewati phase envelope. Untuk standar dew point yang digunakan adalah 15 oF 800 psia. Persyaratan spesifikasi dew point di perpipaan sendiri bertujuan agar dalam transportasi gas di perpipaan tetap berfase gas.
(1) General Metric Specification
Tabel General Metric Specification
(1) Special Specification
Salah satu contoh special specification adalah Wobbe Index yang merupakan pengukuran kualitas pembakaran gas. Campuran gas harus memiliki Wobbe Index sebesar kurang lebih 10 %.
dimana IW adalah Wobbe Index, VC adalah Higher Heating Value (nilai kalor), dan GSadalah speseifik gravity. Wobbe Index sangat bermanfaat dalam blending fuel gas dan untuk memperoleh heat flow yang konstan dari berbagai komposisi gas yang bervariasi.
A. Sistem Produksi
Penggunaan utama gas alam adalah sebagai bahan bakar (fuel) dan bahan baku industri petrokimia (feedstock) semisal dalam industri pupuk. Ada tiga prinsip dalam pemrosesan CNG:
1. Purifikasi (pemurnian)
2. Separasi (pemisahan)
3. Compressification (pencairan)
Komposisi gas alam bervariasi antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain. Karena itu spesifikasi produk gas alam biasanya dinyatakan dalam komposisi dan kriteria performansi-nya. Kriteria-kriteria tersebut antara lain : Wobbe Number, Heating Value, inert total, kandungan air, oksigen, dan sulfur. Wobbe Number dan Heating Value merupakan kriteria dalam pembakaran, sedangkan kriteria lain terkait dengan perlindungan perpipaan dari korosi dan plugging.
Istilah purifikasi dan separasi sendiri mengacu pada proses yang terjadi. Jika removal H2S dalam jumlah kecil, maka proses bisa disebut dengan purifikasi. Akan tetapi jika jika H2S yang hendak dihilangkan ada dalam jumlah besar dan akan dikonversi menjadi elemental sulfur yang mempunyai nilai jual, maka proses yang terjadi dikategorikan sebagai separasi. Overview dari material yang ada dalam natural gas bisa dilihat pada Gambar berikut :
Gambar Material dalam Pemrosesan Gas Alam
Blok diagram pemrosesan gas alam secara umum ditunjukkan pada Gambar berikut :
Gambar Skema pemrosesan gas alam
1. Compression
Tekanan memainkan peranan yang sangat penting dalam industri gas, khususnya dalam transportasi perpipaan, baik dari field menuju gas plant ataupun dalam transport sales gas. Stream yang melibatkan proses kompresi antara lain :
1. Gas dari Inlet Receiving. Untuk memaksimalkan recovery liquid maka gas harus bertekanan antara 850 – 1.000 psi (60 – 70 bar) ketika memasuki bagian hydrocarbon recovery. Tetapi gas cukup bertekanan 600 – 650 psi jika hanya propane dan komponen lebih berat yang akan direcovery
2. Gas dari Vapor Recovery. Pada umumnya merupakan gas bertekanan rendah yang akan dikompresi untuk proses hydrocarbon recovery
3. Gas keluar dari bagian Hydrocarbon Recovery dan menuju pipeline. Untuk gas plant yang memproses gas dengan flow yang lebih besar dari 5 MMscfd, biasanya digunakan turboexpander untuk pendinginan gas. Outlet kompresi tambahan biasanya juga diperlukan agar gas memenuhi spesifikasi tekanan pada perpipaan
Pengeluaran terbesar dalam pendirian gas plant baru adalah unit kompresi ini. Setidaknya 50-60 % Total Installed Cost dihabiskan untuk unit ini. Selain itu, ongkos maintenance terbesar juga dihabiskan untuk kompresor.
Secara umum, kompresor dikategorikan menjadi dua jenis yaitu positive displacementdan dynamic compressor. Perbedaan mendasar dari dua jenis kompresor ini adalah positive displacement copressor merupakan volume displacement device yang meningkatkan tekanan dengan jalan menurunkan volume. Sedangkan dynamic compressor merupakan pressure/pum head device yang performansinya tergantung pada aliran dan kebutuhan tekanan pada sisi outlet. Dynamic compressor merubah kecepatan gas (energi kinetik) menjadi tekanan.
Pembagian kompresor secara detail bisa dilihat pada skema berikut :
Gambar Pembagian Kompresor
Sedangkan termodinamika kompresor bisa dilihat secara detail pada buku-buku Thermodinamika.
1. Gas Treating
Unit gas treating merupakan unit reduksi ‘acid gas‘ karbon dioksida (CO2) dan hidrogen silfida (H2S) agar memenuhi spesifikasi proses dan menghindari permasalahan korosi dan plugging. Nilai spesifikasi gas asam ini bisa dilihat pada catatan saya sebelumnya.
Hidrogen sulfida sangat beracun, dengan adanya air maka akan membetuk asam lemah dan korosif. Nilai Threshold Limit Value (TLV) gas ini adalah 10 ppmv. Pada konsentrasi yang lebih besar dari 1.000 ppmv akan menyebabkan kematian dalam hitungan menit. Ketika konsentrasi H2S di atas level ppmv, maka senyawa sulfur yang lain akan muncul seperi karbon disulfida (CS2), mercaptan (RSH), dan sulfida (RSR).
Karbon dioksida bersifat non-flammable dan dalam jumlah yang besar sangat tidak diharapkan dalam fuel. Seperti halnya H2S, dengan adanya air maka karbon dioksida akan membentuk asam lemah dan bersifat korosif.
Proses reduksi gas asam yang biasa digunakan pada umumnya diklasifikasikan menjadi :
· Solvent absorption (Chemical, Physical, dan Hybric)
· Solid absorption (molecular sieve, iron sponge, dan zinc oxide)
· Membrane (cellulose acetate, polyamide, dan polysulfone)
· Direct concersion
· Cryogenic Fractionation
Pemilihan proses yang digunakan harus memperhatikan hal-hal sebagai berikut :
1. Jenis dan konsentrasi impuritis dan komposisi hidrokarbon pada sour gas. Misalnya COS, CS2, dan mercaptan dapat mempengaruhi desain fasilitas gas dan liquid treating. Pemilihan penggunaan physical solvent cenderung menyebabkan larutnya hirdrokarbon berat, dan dengan adanya senyawa berat dalam jumlah yang cukup besar ini menyebabkan kecenderungan pemilihan chemical solvent.
2. Temperatur dan tekanan sour gas. Gas asam dengan tekanan parsial tinggi (50 psi/3,4 bar) disarankan untuk menggunakan psysical solvent, sedangkan untuk tekanan parsial yang rendah disarankan penggunaan amina.
3. Spesifikasi outlet gas
4. Volume gas yang akan diproses
5. Spesifikasi gas residue, acid gas, dan liquid product
6. Selectivity acid gas removal
7. Faktor biaya kapital dan operasi
8. Kebijakan/standar lingkungan, yang meliputi peraturan mengenai polusi udara dan bahan kimia berbahaya
2. Gas Dehydration
Dehydration sangat penting dalam tiga aspek :
1. Gas Gathering. Air harus dihilangkan untuk mengurangi korosi perpipaan dan mengurangi penyumbatan pipa (line blockage) karena pembentukan hidrat. Dew point air haruslah lebih rendah daripada temperatur perpipaan terendah untuk mencegah terbentuknya air.
2. Product dehydration. Baik produk gas dan liquid memiliki spesifikasi kandungan air (water content) tersendiri. Sales gas dari plant biasanya dalam kondisi kering jika digunakan cryogenic hydrocarbon liquid recovery. Kebanyakan dari spesifikasi produk mensyaratkan free water content (Engineering Data Book, 2004a). Dengan demikian, kandungan air maksimum dalam sales gas adalah 4 – 7 lb/MMscf (60 – 110 mg/Sm3). Untuk liquid, kandungan air adalah 10 – 20 ppmv
3. Hydrocarbon recovery. Kebanyakan plant gas alam menggunakan proses cryogenic untuk recovery fraksi C2+ dari inlet gas. Jika gas asam dihilangkan dengan menggunakan proses penggunaan amina, maka gas yang keluar akan meninggalkan air dalam kondisi saturated (jenuh). Untuk mencegah terbentuknya hidrat dalam unit cryogenic ini, maka konsentrasi air hendaknya kurang dari 0,1 ppmv.
Kandungan air pada umumnya dinyatakan dalam beberapa cara :
· Massa air per volume gas, lb/MMscf (mg/Sm3)
· Temperatur dew point, oF (oC)
· Konsentrasi, parts per million by volume (ppmv)
· Konsentrasi, parts per million by mass (ppmv)
Proses gas dehydration yang umum dipakai dalam industri gas adalah absorpsi,adsorpsi, dessicant, dan membra. Dalam proses absorpsi, pada umumnya digunakan absorbent ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), triethylene glycol (TEG), tetraethylene glycol (TREG), dan propylene glycol. Sedangkan tiga tipe komersial adsorbent yang biasa digunakan adalah silica gel yang dibuat dari SiO2, activated alumina (dari Al2O3), dan molecular sieve terbuat dari aluminosilicate
4. Hydrocarbon Recovery
Salah satu stnadar dalam pipeline specification gas alam adalah kandungan siulfur dan air serta higher heating value yang harus berkisar antara 950 – 1.150 Btu/scf (35.400 – 42.800 kJ/Sm3).
Gas yang telah di-treating biasanya masih mengandung konsentrasi inert (N2, CO2) yang tinggi, selain itu heating value juga tinggi karena adanya fraksi C2+. Hyrocarbon recovery section ini diperlukan untuk menurunkan kandungan fraksi C2+ dan mengontrol dew point. Kontrol dew point juga diperlukan karena dikhawatirkan terjadi kondensasi proses karena temperatur atau pressure drop. Hal ini karena campuran gas alam mengandung hidrokarbon berat yang menunjukkan karakteristik yang disebut retrogade condensation yang ditunjukkan oleh diagram P-T berikut :
Gambar Diagram P-T Retrogade Condensation
Envelope merupakan garis buble point-dew point campuran. Pada berbagai kondisi temperatur dan tekanan di luar envelope, campuran dalam kondisi 1 fase. Pada berbagai temperatur dan tekanan di dalam envelope maka campuran terdapat dalam 2 fase. Tiga point penting pada envelope adalah :
· Cricondentherm, yaitu temperatur maksimum dimana dua fase terbentuk
· Cricondenbar, tekanan maksimum dimana dua fase terbentuk
· Critical point, temperatur dan tekanan dimana fase vapor dan liquid memiliki konsentrasi yang sama.
Proses dalam hydrocarbon recovery sangat bervariasi tergantung spesifikasi produk yang diinginkan, volume gas, komposisi inlet dan tekanan proses. Proses yang umum dijumpai dalam hydrocarbon recovery ini antara lain :
1. External Refrigeration : Propane refrigeration
External refrigeration memainkan peranan yang sangat penting dalam proses recovery hydrocarbon, digunakan untuk mendinginkan stream gas untuk recovery C3+ dan untuk menurunkan temperatur gas pada stage berikutnya.
Siklus refrigerasi terdiri dari 4 tahapan sebagai berikut :
Gambar Siklus refrigerasi
Gambar Contoh propane refrigeration loop
· Kompresi uap jenuh refrigerant (A) ke tekanan di atas tekanan uap pada temperatut ambient (B)
· Kondensasi ke C dengan pertukaran panas fluida pendingin
· Ekspansi (biasanya menggunakan J-T valve) untuk mendinginkan dan refrigerasi ke D
· Pertukaran panas dengan fluida yang akan didinginkan dengan evaporasi refrigerant ke A
1. Turboexpansion
2. Heat Exchanger
3. Fraksinasi
5. Nitrogen Rejection
Tiga metode yang sering dijumpai untuk removal nitrogen yaitu :
1. Cryogenic distillation
2. Adsorption
3. Membrabe separation
Perbandingan ketiga metode tersebut ditunjukkan dalam Tabel berikut :
6. Trace Component Removal
Sejumlah trace komponent dalam konsentrasi yang cukup tinggi bisa menurunkan kualitas produk dan menimbulkan permasalahan lingkungan. Komponen –komponen tersebut antara lain :
a. Hidrogen
Meski jarang sekali ada dalam konsentrasi yang besar, hidrogen tetap harus dihilangkan sehingga konsentrasinya menjadi serendah mungkin
b. Oksigen
Konsentrasi maksimum oksigen yang diperbolehkan adalah 1.0 % volume pada sales gas. Jika konsentrasi oksigen mencapai level 50 ppmv maka akan menimbulkan beberapa permasalahan sebagai berikut : menyebabkan korosi perpipaan dengan adanya air, bila bereaksi dengan amina pada proses gas treating akan membentuk garam yang stabil, bila bereaksi dengan glikol akan membentuk senyawa asam yang korosif, berekasi dengan hirokarbon selama proses high temperature regeneration akan membentuk air, yang akan mengurangi efektivitas dari proses ini, pada konsentrasi yang rendah, oksigen bisa dihilangkan dengan nonregenerative scavengers. Untuk konsentrasi yang lebih tinggi bisa digunakan metode katalitik.
c. Radon (NORM)
d. Arsenik
e. Helium
f. Merkuri
g. BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, dsan xylene)
7. Sulfur Recovery
8. Trasportation and Storage
F. Sistem Distribusi
BAB III
KESIMPULAN
Dari data – data yang telah dipaparkan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa CNG memiliki keuntungan sebagai berikut :
· Harga gas lebih murah dibandingkan dengan harga BBM tak bersubsidi
· Mesin produksi lebih bersih sehingga dapat menekan biaya perawatan
· Lebih aman dibandingkan dengan BBM atau LPG karena gas lebih ringan dari udara sehingga tidak mudah terbakar
· Teknologi yang digunakan untuk mendistribusikan gas bumi dalam tabung bertekanan tinggi.
· Losses akibat sistem perubahan zat (LNG) dapat dikurangi, karena gas tidak didinginkan. Sehingga proses produksi lebih murah
· Tidak memerlukan receiving terminal dalam proses pendistribusian ke konsumen, sehingga biaya infrastruktur (biaya investasi) lebih murah
1 komentar:
Awesome post with perfect guidelines
difference between wobbe index and calorific value
Posting Komentar