sip

1. PROCEEDING SIMPOSIUM NASIONAL IATMI 2001
Yogyakarta, 3-5 Oktober 2001
IATMI 2001-24
OPTIMASI KONDISI OPERASI PERALATAN PADA MINI LPG PLANT
DENGAN PROGRAM KOMPUTER
Rudi Rubiandini R.S., Kalwant Singh, Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan
Teknik Perminyakan, ITB,
rrr@bdg.centrin.net.id
Kata kunci : LPG Plant, flash calculation, depropanizer / debuthanizer, demethanizer/deethanizer.
ABSTRAK
Gas bertekanan rendah yang tidak ekonomis selama ini dibuang dengan cara dibakar di flarestack. Saat ini, unit Mini LPG Plant
mulai diterapkan di berbagai lapangan gas ataupun minyak sebagai unit pemroses utama maupun sebagai unit pemroses sampingan
untuk mencegah pembuangan gas flare yang berlebihan.
Hasil produksi LPG yang optimum dipengaruhi oleh variabel-variabel seperti komposisi gas masukan, tekanan, temperatur, dan
disain peralatan. Untuk mengantisipasi hal-hal tersebut maka telah coba dikembangkan sebuah program komputer yang menggunakan
metoda flash calculation dan korelasi-korelasi tertentu lainnya. Program komputer ini dapat membantu melakukan pemilihan kondisi
operasi peralatan yang cocok agar diperoleh LPG dan kondensat yang optimum. Setelah diperoleh kondisi operasi peralatan yang
paling cocok maka program ini juga dapat mempresentasikan perkiraan jumlah produksi natural gas, LPG, dan kondensat yang akan
dihasilkan suatu LPG Plant. Lebih lanjut, perkiraan jumlah produksi tersebut dapat digunakan untuk menghitung nilai ekonomis suatu
disain LPG Plant.
Pada studi kasus untuk komposisi gas di lapangan Cemara dapat diindikasikan bahwa untuk memperoleh jumlah LPG yang
maksimal, maka fraksinator depropanizer /debuthanizer diatur pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Hal ini dilakukan agar
liquid yang terbentuk dari demethanizer /deethanizer dapat mencapai titik didih fraksi C3 dan C4, sehingga pembentukan kedua fraksi
tersebut dalam bentuk gas makin banyak.
1. PENDAHULUAN
Flare-Gas adalah sejumlah gas yang dibakar pada suatu
Oil/Gas Processing Plant yang merupakan hasil produksi
sampingan yang dianggap tidak bermanfaat. Dimaksud tidak
bermanfaat, walaupun juga mempunyai nilai kalori yang sama
dengan gas yang dipasarkan akan tetapi mempunyai tekanan
yang rendah sehingga tidak mampu sampai di tempat sang
pemakai/pembeli.
Pada umumnya transportasi gas melalui pipa, dalam
pemeliharaan tekanannya dibantu dengan alat kompressor,
akan tetapi harga kompressor yang cukup mahal tidak
ekonomis bila dipergunakan pada suatu laju aliran gas yang
kecil.
Dilain pihak jumlah flare-gas yang terbakar percuma di
Indonesia sebesar 617 MMSCFD (Juta Standard Cubic-Feet
per Hari) atau sekitar 8,7 % total Produksi Gas Indonesia
(Sofyan Farhan, 1993), jauh lebih besar dari penggunaan LPG
ibu-ibu rumah tangga yang hanya mengkonsumsi 1,1 % atau
PLTG sebesar 0,8 % atau Gas-Kota 0,0008 % atau BBG
0,0008 %, sedangkan Gas yang dipakai industri seperti pabrik
pupuk, petrokimia , pabrik baja dan pabrik metanol total
konsumsinya baru mencapai10,8 %.
Jumlah Gas sebesar 617 MMSCFD tersebut setara dengan
125 buah sumur gas dengan rata-rata produksi 5 MMSCFD.
Bila harga Gas $2000 per MMSCFD maka nilai dari gas yang
terbakar adalah sekitar $1.234.000 per hari atau sekitar Rp
10,489 Milyar perhari atau Rp 3,83 Triliun per tahun.
Yang menjadi permasalahan selama ini adalah karena gas
yang terbuang tersebut tersebar kecil-kecil di seluruh
Indonesia, sehingga bila menginginkan seratus persen gas
tersebut diambil maka diperlukan biaya yang sangat besar
karena perlu kompressor dan pemipaan yang sangat banyak
sekali untuk mengumpulkannya.
Usaha untuk memanfaatkan haltersebut telah dilakukan untuk
laju gas yang marginal. Sebagai contoh perusahaan Petromer-
Trend Irian Jaya dengan laju alir gas sebesar 20 MMSCFD
(Haryono T.R., 1992) yang diolah selain menjadi gas
bertekanan, juga menghasilkan LPG (type ini biasa disebut
Mini LPG-Plant, karena biasanya suatu LPG-Plant
memproses minimal 100 MMSCFD). Akan tetapi kebanyakan
Flare-Gas yang ada di Indonesia pada umumnya berkisar pada
1 s/d 10 MMSCFD, maka harus dicari jalan tengah yang lain.
Untuk menjawab masalah tersebut munculah gagasan “Mini
LPG-Plant”, yaitu dengan menggunakan pendekatan data
komposisi gas per Lapangan dan mendisain peralatan yang
disesuaikan dengan kebutuhan minimal untuk memproses gas
menjadi LPG, Condensate dan Gas bertekanan yang dapat
dikonsumsi.
Proses pembuatan LPG dan Condensate, perhitungan Kondisi
Optimum dan kebutuhan peralatan, serta contoh kasus akan
ditampilkan dalam tulisan ini.
2. PROSES LPG
Gas yang dikeluarkan perut bumi terdiri dari berbagai macam
komposisi, dimana komposisi yang memberikan nilai kalori
adalah gas yang mengandung unsur Hidro-Carbon, sedangkan
unsur-unsur lainnya tidak memberikan nilai kalori yang biasa
disebut impurities seperti CO2, H2S, H2O, N2, dll. Malah
diantaranya memberikan efek korosi ganas. Untuk
memisahkan gas hidrokarbon yang kita butuhkan dari unsur
impurities yang harus dibuang perlu peralatan pemisahan,
dimana unsur yang dipisahkan dalam kondisi fasa gas dari
unsur hidrokarbon dalam fasa gas pula. Peralatan yang biasa

2. Optimasi Kondisi Peralatan Pada Mini LPG Plant Dengan Program Komputer Rudi Rubiandini R. S., Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan
IATMI 2001-24
digunakan ialah Dehydrator untuk menangkap uap H2O, Gas
Sweetener (CO2/H2S Remover) untuk menangkap CO2 dan
H2S, Scruber untuk menangkap fasa cair baik dari H2O
maupun dari unsur hidrokarbon berat.4,9)
Gas hidrokarbon yang telah bebas dari impurities tersebut
dalam pemakaiannya dapat berupa LNG (Liquified Natural
Gas), CNG (Compresses Natural Gas), LPG (Liquified
Petroleum Gas), dan tersisa dalam bentuk Condensate atau
Crude-Oil.
Perbedaan pemakaian dari unsur hidrokarbon tersebut
disebabkan oleh perbedaan prosentase dari komponen-
komponen hidrokarbon ringan, menengahsampaiberat.
LNG disyaratkan mempunyai komponen CH4 (C1) minimal
85 % kemudian disusul C2H6 (C2), serta sisanya C3H8 (C3)
serta yang lebih berat lagi, dimana C4+ tidak lebih dari 2 %
dan C5+ tidak lebih dari 0,1 %, serta N2 tidak lebih dari 1 %,
dengan syarat tambahan yaitu H2S maksimum 0,25 grains /
100 SCF, serta Total Sulfur 1,3 grains / 100 SCF. Sedangkan
CNG adalah dengan komposisi yang hampir sama tetapi
dalam proses pencairannya tidak menggunakan pendinginan
temperatur sampai –100 o
F seperti pada LNG tetapi dengan
memberikan tekanan yang sangat tinggi sampai dengan 3000
psi.1)
LPG adalah Gas yang terbentuk dari unsur dominan C3H8 (C3)
dengan C4H10 (C4) dengan perbandingan komposisi C3 dan C4
sebesar 70 % : 30 %, dimana dilakukan pemberian tekanan
sampai dengan 300 psi sehingga unsur tersebut berubah fasa
menjadi cair.
Dan unsur yang lebih berat berikutnya dapat berupa
Kondensat atau Crude-Oil dengan unsur dominan pada C5H12
(C5) sampaidengan unsur terberat (residu).
Pemisahan pertama pada suatu Oil/Gas Processing dimulai
dengan Separator untuk memisahkan unsur-unsur pembentuk
cair baik dalam bentuk H2O maupun Hidrokarbon. Cairan
yang tertangkap (yang dihasilkan) biasanya disebut Crude-
Oil, tetapi pada kasus dimana sumurnya menghasilkan air
sangat banyak, maka proses awalnya sering ditambahkan alat
FWKO (Free Water Knock Out).
Untuk memisahkan unsur-unsur yang ringan dan berat, dapat
dipakai alat Fractinator, dimana Methane (C1), Ethane (C2),
Propane (C3), dan Butane (C4) dapat dipisahkan secara
sendiri-sendiri. Kemudian unsur-unsur tersebut dapat
dipergunakan atau dijual atau diolah sesuai dengan
kebutuhan, seperti halnya LNG mengambil unsur C1 yang
dominan, LPG unsur C3 dan C4 yang dominan, dll.
Seperti telah terurai di atas, bahwa banyak sekali peralatan
yang dibutuhkan untuk menghasilkan kualitas gas yang dapat
dijual, lebih-lebih bila gas yang akan diproses asalah gas yang
mempunyai tekanan sangat rendah karena keluar dari Low-
Pressure Separator atau Flarestack, sehingga masih diperlukan
lagi alat kompressor untuk menaikan tekanan sampai sekitar
400 psi supaya mampu diproses dalam peralatan pemisah
Fractinator.
Ide dalam tulisan ini, adalah Mini LPG-Plant yaitu
merangsang suatu alat yang mempunyai tahapan pemisahan
yang lebih singkat dengan menggabungkan beberapa tahapan
serta menghilangkan beberapa tahap yang dianggap tidak
terlalu riskan untuk menghasilkan suatu LPG yang dipakai di
rumah-rumah serta menggunakan peralatan lainnya dengan
ukuran cukup kecil, sehingga mampu mengolah gas dengan
jumlah yang sangat kecil sekalipun sampai 1 MMSCFD.
Dengan harapan untuk mengolah gas yang bertekanan rendah
dan tersebar di seluruh lapangan di Indonesia menjadi suatu
hal yang nyata, maka Intensifikasi Energi tercapai dengan
metoda ini.
3. MINI LPG-PLANT
Komponen yang diperlukan pada suatu Mini LPG-Plant
disesuaikan dengan komposisi dari unsur yang dikandungnya,
serta banyaknya gas yang harus diolah. Jadi sifatnya kasus per
kasus. Agar mini LPG-Plant ini berlaku untuk jumlah gas
yang sangat kecil antara 1 s/d 10 MMSCFD maka disyaratkan
yang akan diolah hanya yang mengandung CO2 dan H2S yang
tidak terlalu tinggi sehingga tidak diperlukan Sweetener.
Begitu pula Demethanizer digabung menjadi
Demethanizer/Deethanizer yang diatur setara dengan
Deethanizer yang berfungsi memisahkan C1 dan C2 bersama-
sama. Begitu pula Depropanizer digabung menjadi
Depropanizer/Debutanizer yang berfungsi untuk mengambil
unsur C3 dan C4 dari residu yang akan menjadi kondensat.
Kedua alat tersebut temperatur dan tekanan kerjanya dipilih
kondisi optimum yang sangat tergantung dari komposisi gas
yang harus diolah.
Karena yang diolah gas bertekanan rendah maka diperlukan
kompressor jenis dua tingkat, agar tercapai tekanan keluaran
yang diperlukan oleh alat Demethanizer / Deethanizer serta
alat Depropanizer / Debutanizer.
Kemudian diperlukan alat-alat pelengkap lainnya seperti :
Tangki LPG, Tangki Kondensat, Pompa LPG dan Kondensat,
serta pipa-pipa penyambung dan Monifold (Lihat Gambar-1)
Dalam memilih dan mengoptimasikan Temperatur dan
Tekanan kerja dari peralatan yang sedang didesain dapat
dilakukan dengan Prinsip Flash Calculation.
Flash Calculation adalah suatu cara perhitungan dengan
menggunakan prinsip hukum kekekalan masa dan perubahan
fasa yang dapat menampilkan keadaan stabil/setimbang
beberapa fasa dalam suatu sistem. Perhitungan ini sering
dilakukan dan harus dilakukan pada saat menentukan laju alir
dari tiap-tiap fasa yang masuk dan keluar dari bejana
bertekanan atau alat-alat lainnya.11)
Karena dalam keadaan nyata bukan dalam keadaan ideal,
maka salah satu jalan untuk memecahkan persoalan-persoalan
mengenai kesetimbangan fasa adalah dengan Konsep Angka
Kesetimbangan (Equilibrium Constant) :
ix
TP
i
0
P
iy = ..................................................................(1)
ixiKiy = ...................................................................... (2)
vniKln
niz
ix
+
= ........................................................... (3)
iKlnvn
niz
iy
+
= ........................................................ (4)

3. Optimasi Kondisi Peralatan Pada Mini LPG Plant Dengan Program Komputer Rudi Rubiandini R. S., Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan
IATMI 2001-24
Jumlah dari seluruh Fraksi mole dalam masing-masing fasa
adalah satu sehingga:
1nx..........2x1xix =+++=∑ ................................(5)
1ny..........2y1yiy =+++=∑ ................................(6)
sehingga :
∑
+
=∑
v
n
i
K
v
n
n
i
z
ix ......................................................(7)
∑
+
=∑
iKlnvn
niz
iy .................................................(8)
Dengan persamaan tersebut, komposisi daripada cairan dan
gas suatu sitem multi komponen non-ideal dapat dihitung
dengan cara Trial & Error (Coba-Coba). Untuk memudahkan
perhitungan-perhitungannya, maka n diambil sama dengan 1
(satu) atau nl + nv = 1.
Dalam menentukan harga Equilibrium Constant (Ki)
digunakan Wilson’s Correlation, dimana harga Ki merupakan
fungsi dari temperatur, tekanan dan physical properties dari
masing-masing komponen yang dikandung :
a = 1,2 + 0,00045.P + 15.10-8
.P2
.......................................(9)
c = 0,89 – 0,00017.P + 3,5.10-8
.P2
...................................(10)
( )
( )ciT1biT1
7,14ciPLog
ib
−
= .................................................(11)
( )T1biT1ibiF −= ....................................................(11)
i
cFa
10
P
1
iK
+
= ...........................................................(12)
Program Optimasi dibuat degan menggunakan 4 (empat)
tahapan proses utama yang dikondisikan pada tekanan dan
temperatur tertentu (Lihat Gambar-2), adapun perincian
proses tersebut adalah :
1. Proses fractinator pada Demethanizer dan Deethanizer.
2. Proses pada Demethanizer dan Deethanizer.
3. Proses pada tangki kondensat.
4. Proses pada tangki LPG
LPG Plant Simulator menggunakan Delphi sebagai dasar
pembuatannya. Gambar-3 adalah gambar penampakan
Program LPG Plant Simulator yang dapat digunakan dengan
aplikasiWindows.
Program yang sudah terintegrasi, diuji coba dengan data-data
yang sudah ada di literatur maupun dari laporan-laporan
lapangan. Setelah uji Coba berhasil baru dimodifikasi untuk
keperluan Disain LPG-Plant, dimana urut-urutan pengaliran
Gas dan cairannya berbeda dengan Gas Process Plant atau Oil
Process Plant biasa.
Sedangkan pemilihan peralatan lainnya menggunakan cara-
cara standar yang sudah ada dalam Standar Internasional,
antara lain seperti penentuan :
Ü Kompressor
Ü Refrigerant
Ü HP-Vertical Separator
Ü Demethanizer/Deethanizer
Ü Depropanizer/Debuthanizer
Ü Fin-Fan Cooler
Ü Flash Tank
Ü Tangki Kondensat dan LPG
Ü Pipa-pipa
Ü Pompa Kondensat dan LPG
Ü Generator
Dimana peralatan tersebut ukurannya tergantung dari hasil
optimasi Flash Calculation (LPG-Plant Simulator Program)
4. STUDI KASUS
Kasus yang dipakai adalah menggunakan Gas dari suatu
lapangan yang dibuang dari flarestack yang ada dengan
komposisiseperti pada Tabel-1.
Data-data lainnya adalah :
Laju Gas yang harus diolah = 9,626 MMscfd
Tekanan Tabung LPG = 250 psia
Tekanan Main Line = 350-400 psia
Umur Produksi Minimal =10 tahun
Harga Lean Gas / MMBTU = $ 1,5
Harga Kondensat / BBL = $ 20
Harga LPG / Ton = $ 150
Hasil Optimasi
Setelah menggunakan beberapa iterasi dan menggunakan
input tekanan / temperatur yang berbeda-beda, dicari hasilan
yang maksimum dengan syarat semua LPG yang sudah
dimasukkan kedalam Tangki bertekanan 300 psia pada saat
dipakai dengan tekanan 14,7 psia harus semuanya (100 %)
berubah jadi gas, 0 % yang tersisa. Kondisi optimum dicapai
sbb :
Tekanan Demethan-/Deethanizer, psia = 340
Temp. Atas Demethan-/Deethanizer, o
F = 70
Temp. Bawah Demethan-/Deethanizer, o
F = 230
Tekanan Depropan-/Debuthanizer, psia = 220
Temp. Depropan-/Debuthanizer, o
F = 220
Temperatur Reflux, o
F = 150
Lean Gas, MMscfd = 8,037
Kondensate di Tangki, STBPD = 14,53
LPG, Ton/Hari = 53,87
Flare/Stripping, MMscfd = 0,456
Study Keekonomian
Study yang dipakai untuk menentukan apakah suatu pekerjaan
/ proyek dianggap prospek atau tidak, adalah menggunakan
parameter ekonomi (Tabel-2) sbb:
Ü Pay Out Time (POT)
Ü Profit to Investment Ratio (PIR)
Ü Rate of Return (ROR)
Ü Net Present Value (NPV)
Ü Analisa Keekonomian
Hasil Perhitungan dapat dilihat pada Tabel-3
Hasil Analisa Sensitivitas menunjukkan bahwa Recovery
Factor dan Plant Efficiency mempunyai pengaruh yang paling
penting dominan dalam semua fluktuasi yang diperoleh,
seperti terlihat pada Gambar-4.

4. Optimasi Kondisi Peralatan Pada Mini LPG Plant Dengan Program Komputer Rudi Rubiandini R. S., Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan
IATMI 2001-24
5. KESIMPULAN
1. Penggunaan Program yang terintegrasi antara Flash
Calculation dengan Process LPG sangat membantu dalam
mengoptimasi Tekanan dan Temperatur operasi LPG-
Plant dengan waktu yang sangat singkat walaupun
menggunakan parameter yang banyak.
2. Pendekatan korelasi dari Wilson setelah dikombinasikan
dengan Flash Calculation pada test run memberikan hasil
yang cocok (match) dengan kondisi lapangan.
3. Sistim Perencanaan LPG-Plant secara kasus per kasus
setiap lapangan akan memberikan hasil desain peralatan
yang presisinya sesuai dengan kebutuhan.
4. Dengan sistem Mini-LPG dimungkinkan lapangan yang
membuang gas dengan laju produksi antara 1 s/d 10
MMSCFD dapat dimanfaatkan.
5. Dengan sistem Mini-LPG, energi yang selama ini sia-sia
terbakar dapat dimanfaatkan malah memberikan nilai
tambah.
6. Parameter ekonomi dari sistem Mini-LPG ini
mengisyaratkan bahwa sistem ini layak direalisasikan.
DAFTAR SIMBOL
Po
i = Tekanan uap komponen murni dari-i; psi
PT = Tekanan total, atau bubble point pressure; psi
yi = Fraksi mole komponen i dalam fasa gas
xi = Fraksi mole komponen i dalam fasa cair
zi = Fraksi mole komponen i dalam fasa total
nv = Jumlah total mole dalam fasa gas; mol
nl = Jumlah total mole dalam fasa cair; mol
n = Jumlah total mole dalam sistem; mol
Ki = Equilibrium constant
T = Temperatur; o
R
Tbi = Boiling Point dari komponen-i; o
R
Tci = Temperatur kritis komponen-i; o
R
P = Tekanan; psi
Pci = Tekanan kritis; psi
DAFTAR PUSTAKA
1. Ahmad, Tarek (1959) Hydrocarbon Phase Behavior,
Gulf Publishing Company, Houston.
2. Beggs H., Dale. (1984) Gas Production, OGCI
Publications, Tulsa.
3. Bradley B., Howard (1987) Petroleum Engineering
Handbook, Society of Petroleum Engineers, Richardson,
TX, USA.
4. Campbell M., John (1981) Gas Conditioning and
Processing, Campbell Petroleum Series, Oklahoma.
5. Craft, B.C. (1959) Petroleum Engineering, Prentice-Hall.
6. Donald L., Katz et.al. (1990) Natural Gas Engineering
Production and Storage, Mc Graw-Hill Publishing
Company, Hamburg.
7. Ikoku U., Chi (1984) Natural Gas Production
Engineering, The Pennsylvania State University.
8. Arnold, Ken dan Steward, Maurice (1989) Surface
Production Operations vol.II – Design of Gas –
Handling Systems and Facilities, Gulf Publishing
Company, Houston Texas, USA.
9. McCain D., William (1973) The Properties Of Petroleum
Fluids, Petroleum Publishing Company, Tulsa.
10. Pertamina (1997) Studi Standardisasi Stasiun Pengisian
Bahan Bakar, LPM, ITB.
11. Rubiandini R.S., Rudi (1993) Gas Processes Plant
Operation, Diktat Kuliah, Jurusan Teknik Perminyakan,
ITB, Bandung.
12. Rubiandini R.S., Rudi (1994) Micro LPG-Plant: Suatu
Alternatif Pemanfaatan Flare-Gas Dalam Intensifikasi
Energi, Jurnal Teknologi Mineral , Agustus, p 3-13.
13. Widjajono (2000) Diktat Kuliah : Pengelolaan
Lapangan, Diktat Kuliah, Jurusan Teknik Perminyakan
ITB, Bandung.
Tabel-1
Komposisi Gas yang terbuang (terbakar)
Komposisi Prosentase
Karbondioksida CO2 ,% mol 1.8761
Oksigen O2 ,% mol Nil
Nitrogen N2 ,% mol 0.1244
Hidrogen Sulfida H2S ,% mol Nil
Metan C1 ,% mol 55.9823
Etan C2 ,% mol 13.8962
Propan C3 ,% mol 16.6476
Iso Butan i-C4 ,% mol 3.8821
Normal Butan n-C4 ,% mol 4.9107
Iso Pentan i-C5 ,% mol 1.3389
Normal Pentan n-C5 ,% mol 1.1092
Hexan Plus C6+ ,% mol 0.2325
Nilai Kalori BTU/cuft 1486
Kompresibilitas 0.98065
Tabel-2
Nilai Ekonomi
Parameter Hasil
POT, tahun 3,47
NPV, $ 1000 1.806,02
PIR 1,61
ROR, % 27

5. Optimasi Kondisi Peralatan Pada Mini LPG Plant Dengan Program Komputer Rudi Rubiandini R. S., Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan
IATMI 2001-24

6. Optimasi Kondisi Peralatan Pada Mini LPG Plant Dengan Program Komputer Rudi Rubiandini R. S., Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan
IATMI 2001-24
Gambar-2
Proses Optimasi Program Komputer
Gambar-3
Program LPG Plant Simulator
Gambar-1
Process Flow Diagram

7. Optimasi Kondisi Peralatan Pada Mini LPG Plant Dengan Program Komputer Rudi Rubiandini R. S., Eko Awan Yudha F., Andrias Darmawan
IATMI 2001-24
Gambar-4
Analisa Sensitivitas