Transcript PROSES PEMBUATAN LNG Dr. Ir. Slamet, MT. Departemen Teknik Kimia, FTUI Depok

PROSES PEMBUATAN LNG
Dr. Ir. Slamet, MT.
Departemen Teknik Kimia,
FTUI Depok
April 2008
Pada kondisi bagaimana LNG disimpan ?




LNG yang disimpan dalam kilang jumlahnya sangat besar di
dalam Tangki LNG.
Contoh:
– Ukuran Tangki yang ada di Arun: 800.000 barrel
– Ukuran tangki di Bontang: 600.000, 800.000, dan 786.000
barrel
– Kapasitas tanker LNG rata-rata 786.000 barrel = 125 000
m3
Untuk tangki yang besar (>1670 barrel = 265000 lt), tidak
dapat dirancang sebagai tangki bertekanan.
Lebih praktis bila dirancang tangki dengan tekanan rendah
(mendekati atmosferik)
Pada kondisi bagaimana LNG disimpan ?



Untuk tangki dengan
– V = 600 000 barrel (3 360 000 cu.ft)
– H = sekitar 125 ft
– Di = 185 ft
– PLNG = 1000 psi (agar suhu tidak terlalu rendah)
– S = 30 000 psi (tensile strength)
– maka tebal tangkinya adalah
 t> PDi/(2S)
 t  (1000)(185)(12)/(2 x 30 000) = 37 in.
Jadi tebal dari tangki minimum bila kita ingin menyimpan
LNG pada 1000 psi adalah 37 in (92.5 cm).
Hal ini sangatlah tidak praktis.
Pada kondisi bagaimana LNG disimpan ?






Bila tebal tangki yang tersedia adalah 12 in maka:
D  2St/P  (2)(30 000) (12)/1000  720 in  60 ft
H = V/A = V/(3.14 x D2 /4) = (3 360 000)/(3.14 x 602 /4)
= 1188 ft (392 m)
Berarti tinggi tangki tersebut adalah 392 meter, dan ini juga
sangat tidak praktis.
Jadi menyimpan LNG pada tekanan tinggi (agar suhunya juga
tinggi) tidaklah praktis, terutama utk kapasitas besar.
Solusi: LNG disimpan pada tekanan sedikit di atas tekanan
atm (sehingga suhunya kriogenik, sekitar – 160 oC).
LNG pada tekanan sekitar atm











Banyak komponen–komponen lain (selain metana) yang terdapat pada gas
alam yang mempunyai titik beku di atas – 260 oF.
Pada Gambar 1a & 1b (Reading for LNG Processing I) diperlihatkan
kelarutan beberapa komponen dalam metana sebagai fungsi suhu.
Pada –260oF, kelarutan CO2 = 200 ppm.
Untuk keperluan proses, CO2< 50 ppm sebelum gas alam tsb dicairkan.
Di kilang < 10 ppm
kelarutan C6+ < 1 % , C5- > 1 %, dan C4 = 20 %.
Jadi keterbatasan kelarutan proses pembuatan LNG hanya untuk C5+
sehingga LNG akan didominasi oleh C1, C2, C3 dan C4, dengan C5 paling
banyak 1 % dan C6+ < 0.1 %.
Syarat heating value LNG berdasarkan kontrak  1107 BTU/scf
C3 dan C4 lebih menguntungkan dijual sebagai LPG
 kandungan C3 dan C4 dalam LNG diusahakan seminimal mungkin tapi
masih memenuhi syarat heating value.
Hydrate






Air selain dapat membeku menjadi es, juga dapat membentuk padatan
yang berupa hidrat dengan komponen hidrokarbon.
Rumus umum molekul hidrat tersebut adalah (HC).8H2O, yang
merupakan senyawa kimia dengan panas pembentukan yang kecil.
Gambar 4 sampai 7 mengilustrasikan hasil percobaan untuk
menentukan batas kondisi dimana hidrat dapat terbentuk.
Pada Gambar 4 dan 6 terlihat untuk komponen C2, C3, C4 dan CO2
membentuk hidrat pada suhu yang lebih rendah dibandingkan C1 pada
tekanan kurang dari 2000 psi.
Gambar 5 dan 6 memperlihatkan tekanan yang tinggi juga akan
menaikkan suhu pembentukan hidrat.
Gambar ini juga memperlihatkan bahwa pada daerah tekanan dibawah
800 psi, hidrat tidak akan terbentuk pada gas alam yang mempunyai
berat molekul dibawah 29, selama suhunya lebih tinggi dari 65 oF.
LIQUEFIED NATURAL GAS
(LNG ?)




Gas Alam yang dicairkan pada tekanan ambient dengan suhu sekitar
–160oC (-260oF) dalam kondisi cair jenuh.
Spesifikasi Produk :
- Nilai Bakar (HHV)
: 1105-1165 Btu/scf
- Densitas
: 435 KG/LT
- Komposisi (Badak) : C1  90%, C2 = 8%, C3 = 1,5%, iC4 & nC4 = 0,5%
Tujuan Pencairan Gas Alam:
- Mudah Disimpan
- Memudahkan Transportasi
Produk LNG menarik karena :
- Hasil Pembakaran Lebih Bersih (Clean Energy)
- Harga Bersaing dengan sumber energi yang lain.
TIPIKAL KARAKTERISTIK
GAS UMPAN & LNG (Badak)
KOMPOSISI
GAS UMPAN (%mol)
LNG (%mol)
N2
C1
CO2
0,12
84
5
0,1
91
0
C2
C3
iC4
5
3
0,7
8
1,3
0,1
nC4
C5+
0,8
1,38
0
0
TIPIKAL KARAKTERISTIK
GAS UMPAN & LNG (lanjutan)
KOMPOSISI
GAS UMPAN
LNG
HHV, Btu/scf
1095
1107
H2S
2,2
0
Hg,  gr/ nM3
0,05
0,001
Aromatik, ppm
0,2
0
H2O
Sat. pada 86oC
0
Suhu, oC
30
-160
Tekanan, psi
675
25
Proses Pembuatan LNG di Badak
Schematic flow diagram of Badak LNG Plant
(R.F. Bukacek, 1982)
Pemurnian Gas Alam
Penghilangan CO2 dan H2S
• Batasan maksimum : 50 ppm CO2 & nil H2S
• Tujuan: - menghindari pembekuan CO2 pd proses lebih lanjut
- menghindari masalah korosi, lingkungan, dan kesehatan karena H2S
• Seleksi proses  berdasarkan kandungan CO2 dlm gas umpan:
• Sistem Amine : CO2 < 10%
• Sistem Benfield : CO2 = 10-20%
• Sistem Pelarut fisika : CO2 = 10-50%
• Sistem Membran : CO2 > 50%
• Distilasi Kriogenik : CO2 > 50%
• Masih banyak faktor lain yg perlu dipertimbangkan dlm seleksi
proses gas sweetening.
Benfield Process
Pemurnian Gas Alam
Penghilangan H2O
 Batasan maksimum : 0,5 ppm H2O
 Tujuan: - menghindari pembekuan H2O pd proses lebih lanjut
- menghindari masalah korosi,
- mencegah pembentukan hydrate
 Teknologi yg biasa dipakai  Adsorpsi, Absorpsi, Membrane
• Gas dehydration di PT Badak dg teknologi ADSORPSI, di
kilang lain banyak pakai Absorpsi Amine. Why ???
• Pemilihan adsorben: tgt pada batasan maksimum uap air
• Pada kilang LNG batasan tsb adalah 0,5 ppm
• Adsorben yg biasa dipakai di kilang: Molecular sieve (dpt
diregenerasi)
• Jenis adsorben lain: silika gel, alumina, glikol
Pemurnian Gas Alam
Penghilangan Hg




Batasan maksimum : 0,01 ppb
Tujuan: menghindari korosi merkuri thd bahan
aluminium pd main heat exchanger (MHE)
Dilakukan dg cara adsorpsi ke dlm pori-pori
karbon aktif yg mengandung sulfur. Hg tsb
bereaksi dg S membentuk HgS (amalgam) yg tdk
dpt diregenerasi
Penggantian adsorben  dilakukan setelah
adsorben jenuh. Contoh di PT. Badak kapasitas
adsorben tsb = 6 kg Karbon/kg Hg
UNIT FRAKSIONASI
1. PEMISAHAN METANA (C1)
- DILAKUKAN DI SCRUB COLUMN.
- TUJUAN : MENGHASILKAN SEBAGIAN BESAR C1 SEBAGAI UMPAN
PROSES PENCAIRAN, SHG PRODUK LNG SESUAI SPESIFIKASI.
2. PEMISAHAN ETANA (C2)
- DILAKUKAN DI DE-ETHANIZER
- TUJUAN : MENGHASILKAN C2 SBG MAKE-UP MCR REFRIGERANT
3. PEMISAHAN PROPANA (C3)
- DILAKUKAN DI DE-PROPANIZER
- TUJUAN : MENGHASILKAN PROPANA UNTUK MAKE UP PROPANE
REFRIGERANT DAN PRODUK SAMPING LPG.
4. PEMISAHAN BUTANA (C4)
- DILAKUKAN DI DE-BUTANIZER
- TUJUAN : MENGHASILKAN BUTANA UTK REFLUX SCRUB COLUMN
DAN PRODUK SAMPING LPG.
UNIT REFRIJERASI
TEKNOLOGI YG DIPAKAI DLM PENYEDIAAN REFRIJERASI DI
KILANG LNG BADAK ADALAH
SISTEM KOMBINASI :
- REFRIJERAN PROPANA
- MULTI COMPONENT REFRIGERANT (MCR)
1. SISTEM REFRIJERASI PROPANA 3 LEVEL TDD HIGH , MEDIUM
& LOW PRESSURE PROPANE YG DILAKUKAN DLM SUATU
SISTEM REFRIJERASI TERPADU. REFRIJERASI INI DIGUNAKAN
UTK MENDINGINKAN GAS UMPAN SBLM MASUK KE SISTEM
REFRIJERASI MCR. KANDUNGAN PROPANA YG DIGUNAKAN
ADALAH > 99%.
2. SISTEM REFRIJERASI MCR TDD 2 TAHAP KOMPRESI YG
BERTUJUAN UTK MENDINGINKAN GAS UMPAN HASIL
PENDINGINAN REFRIJERASI PROPANA, UTK MENGHASILKAN
PRODUK LNG DI UNIT PENCAIRAN.
TIPIKAL KOMPOSISI REFRIJERASI MCR (MOLE%) ADALAH :
- NITROGEN : 3%
- ETANA
: 50%
- METANA
: 45%
- PROPANA
: 2%
DIAGRAM ALIR UNIT REFRIJERASI
PROPANA (BADAK)
DIAGRAM ALIR SEDERHANA
UNIT REFRIJERASI PROPANA
ACCUMULATOR
V1
V2
V3
E1
L4
COMPRESSOR
DESUPERHEATER
Q1
E2
L1
Q2
E3
L2
Q3
EVAPORATORS 1,2 and 3
REFRIGERATION
SYSTEMS
 Several basic processes of gas
refrigeration system are:
1. Compression refrigeration
2. Absorption refrigeration
3. Expansion across a turbine
4. Expansion across a valve
 Compression refrigeration with
PROPANE refrigerant will be discussed
herein.
Basic Concept
Qc
3
2
2
Comp
Condenser
3
JT-valve
Qr
1
4
1
4
Evaporator
Mass and energy Balance
(Evaporator)
F=L+V
V, HV
Q
L, HL
E
FH F+Q=VH
V
+LHL
=VH
V
+ (F – V) H
F (H F – H L) + Q = V (H
V, HV
E
– H L)
 HF - HL 
Q
+
V=F 
 HV - HL  HV - HL
F, HF
Q
V
L’, V’
(1)
Joule-Thompson valve = J-T valve
L, HL
DH = 0
F H F = V’ H V + L’ H L
F = V’ + L’
V '=
F ( H F - H L ) (2)
HV - H L
V =V' +
F, HF
L
Q
HV - H L
(3)
Mass and energy Balance
(Overall)
Qc
2
Comp
Condenser
3



JT-valve
Qr
1
4
Evaporator

Comp. : H2 – H1 = -WS
Cond. : H3 – H2 = QC
J-T valve: H4 – H3 = 0
Evap. : H1 – H4 = QR
Total : 0 = QC+QR -WS
Mass and energy Balance
(3-Stage Evaporators)







L4 = V1 + V2 + V3
(1)
L4 = L1 + V1
(2)
L1 = V2 + L2
(3)
L2 = V3
(4)
L4 HL4 + Q1 = V1 HV1 +
L1 HL1
(5)
L1 HL1 + Q2 = V2 HV2 +
L2 HL2
(6)
L2 HL2 + Q3 = V3 HV3
(7)
ACCUMULATOR
V1
V2
V3
E1
COMPRESSOR
DESUPERHEATER
L4
Q1
E2
L1
Q2
E3
L2
Q3
EVAPORATORS 1,2 and 3
Mass and energy Balance
(3-Stage Evaporators)
L2 = V3 =
V2 =
Q3
H v3 - H L 2
ACCUMULATOR
V1
Q2 + L2 ( H L1 - H L 2 )
H v 2 - H L1
Antoinne Equation:
Enthalpy:
V3
E1
COMPRESSOR
Q1 + L1 ( H L 4 - H L1 )
V1 =
H v1 - H 4
V2
DESUPERHEATER
L4
Q1
E2
L1
Q2
E3
L2
Q3
EVAPORATORS 1,2 and 3
HV = 18.453 + 0.48763T - 0.00023817T 2
H L = -142.588 + (0.1471)T + (0.0004599)T 2
3-Stage Propane Refrigeration
m
T
QD/C =
65.09
MBtu/j
DESUPERHEATER
270.76
ACCUMU
LATOR
V1
CONDENSER
560.38 R
216.92 Btu/lb
L4
100
514.88
206.38
608566
190
560.38
84.26
2041030
psi
R
Btu/lb
lb/j
V2
53
476.95
196.85
691560
psi
R
Btu/lb
lb/j
V3
psi
R
Btu/lb
lb/j
E1
4.6E+04 lbmol/j
190
908
248.81
psi
R
Btu/lb
Q1
32.5
MBtu/j
55.07 Btu/lb
1432464 lb/j
E2
L1
COMPRESSOR
-Wc =
111.65 MBtu/j
4.39E+04 hp
INPUT
Q1 (Mbtu/j) =32.5
Q2 (Mbtu/j) =81.1
Q3 (Mbtu/j) =110.6
Q2
P1 (psi) =
P2 (psi) =
P3 (psi) =
100
53
16.5
81.1
MBtu/j
32.19 Btu/lb
740903 lb/j
E3
L2
Q3 110.6
HASIL
Laju Propana (lb/j) = 2041030
-Wc + Q1 +Q2 + Q3 =335.85
QD + QC
335.85
=
MBtu/j
MBtu/j
MBtu/j
16.5
420.78
181.47
740903
psi
R
Btu/lb
lb/j
UNIT pencairan gas alam
(PROSES APCI DI KILANG LNG BADAK)
STLH DILAKUKAN PENDINGINAN PD SISTEM REFRIJERASI
PROPANA 3 LEVEL, GAS ALAM DICAIRKAN UTK MENGHASILKAN
PROD. LNG. PENDINGINAN DILAKUKAN SCR BERTAHAP PD ALAT
PENUKAR PANAS UTAMA (MAIN HE) OLEH REFRIJERAN MCR
REFRIJERAN MCR.
(SIMPLIFIED of APCI LNG Badak)
FUEL GAS
(Reject gas)
LNG
MAIN EXCHANGER
NATURAL GAS
E1
E2
E3
INTERCOOLER
E1
E2
E3
AFTER
COOLER EVAPORATORS
PHASE
SEPARATOR
STAGE 1
STAGE 2
COMPRESSORS
Fuel Gas
(Reject Gas)
G
4
P-H Diagram GAS ALAM
3
F
P
LNG
I
2
H
MAIN
EXCHANGER
1
NATURAL
GAS
E1
E
AFTERCOOLER
C
D
E1
E2
E3
EVAPORATO
RS
A
STAGE 1
STAGE 2
COMPRESSO
RS
1
3
A
E3
E2
INTERCOOLER
B
2
P1
P3
MR
V
PHASE
SEPARATO
R
P4
4
MR
L
H
H
L
V
H
Fuel Gas
(Reject Gas)
G
4
3
F
LNG
I
2
H
MAIN
EXCHANGER
1
NATURAL
GAS
E1
E
AFTERCOOLER
C
D
E1
E2
E3
EVAPORATO
RS
A
STAGE 1
STAGE 2
COMPRESSO
RS
A
E3
E2
INTERCOOLER
B
P-H
Diagr.
MRV
MR
V
PHASE
SEPARATO
R
MR
L
P-H
Diagr.
MRL
APCI Propane Precooled Mixed Refrigerant
Process
Beberapa Teknologi (LNG) lain
PRICO Technology



The process is very simple,
efficient, reliable and cost-effective
mixed-refrigerant cycle.
A mixed-refrigerant, composed of
N2 and C1-C5, is circulated in a
closed refrigerant loop.
This loop contains a compressor
(1), a partial condenser (2), an
accumulator (3), a refrigerant HE
(4), a J-T valve (5), a refrigerant
suction drum (6), a centrifugal
pump (7), and fractionation unit (8)
to remove C2+.
PRICO mixed refrigerant loop (Hydrocarbon Processing, April 1998)
B
C
A
P-H Diagram
D
E
C
F
B
P=300 psi
T=175 F
P
E
F
P=80 psi
P=20 psi
D
A
T= -30 F
H
Beberapa Teknologi (LNG) lain
The ConocoPhillips Optimized Cascade Process
Beberapa Teknologi (LNG) lain
The Linde-Statoil Mixed Fluid Cascade Process
STUDI KASUS
 Pembahasan rinci berbagai teknologi LNG
 Pemecahan masalah aktual di berbagai
LNG Plant
 LNG Plant design (Tangguh, Natuna, dll)
 Mini & Remote Area LNG Plant
 dll