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 0,12 0,1 C1 84 91 CO2 5 C2 8 C3 3 1,3 iC4 0,7 nC4 0,8 C5+ 1,38

TIPIKAL KARAKTERISTIK GAS UMPAN & LNG (lanjutan) KOMPOSISI GAS UMPAN LNG HHV, Btu/scf 1095 1107 H2S 2,2 Hg,  gr/ nM3 0,05 0,001 Aromatik, ppm 0,2 H2O Sat. pada 86oC 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 kese- hatan 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 SISTEM KOMBINASI : - REFRIJERAN PROPANA 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 V3 V1 V2 ACCUMULATOR DESUPER- HEATER EVAPORATORS 1,2 and 3 E1 E2 E3 COMPRESSOR Q1 L2 L1 L4 Q2 Q3

REFRIGERATION SYSTEMS Several basic processes of gas refrigeration system are: Compression refrigeration Absorption refrigeration Expansion across a turbine Expansion across a valve Compression refrigeration with PROPANE refrigerant will be discussed herein.

Basic Concept Qc Qr 1 4 3 2 Evaporator Condenser Comp JT-valve

Mass and energy Balance (Evaporator) F (H F = L + V F H F + Q = V H V + L H L = V H + (F – V) H – H ) + Q = V (H ) V, HV L, HL F, HF E Q L V F H Q - + ÷ ø ö ç è æ = (1) V, HV L, HL F, HF E Q L’, V’ Joule-Thompson valve = J-T valve D H = 0 F H F = V’ H V + L’ H L F = V’ + L’ (2) (3)

Mass and energy Balance (Overall) Qc Qr 1 4 3 2 Evaporator Condenser Comp JT-valve 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) V3 V1 V2 ACCUMULATOR DESUPER- HEATER EVAPORATORS 1,2 and 3 E1 E2 E3 COMPRESSOR Q1 L2 L1 L4 Q2 Q3

Mass and energy Balance (3-Stage Evaporators) V3 V1 V2 ACCUMULATOR DESUPER- HEATER EVAPORATORS 1,2 and 3 E1 E2 E3 COMPRESSOR Q1 L2 L1 L4 Q2 Q3 Antoinne Equation: Enthalpy:

3-Stage Propane Refrigeration

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 E 1 2 3 EVAPORATORS INTERCOOLER STAGE 1 STAGE 2 COMPRESSORS AFTER COOLER PHASE SEPARATOR E2 E3

P-H Diagram GAS ALAM P H HL HV A H D C B MRV MRL E I G F 1 2 3 4 1 2 3 Fuel Gas (Reject Gas) LNG MAIN EXCHANGER NATURAL GAS E1 E2 E3 EVAPORATORS INTERCOOLER STAGE 1 STAGE 2 COMPRESSORS AFTERCOOLER PHASE SEPARATOR A H D C B MRV MRL E I G F 1 2 3 4 P-H Diagram GAS ALAM 1 2 3 4 P1 P3 P4 P H HL HV

P-H Diagr. MRV P-H Diagr. MRL Fuel Gas (Reject Gas) LNG MAIN EXCHANGER NATURAL GAS E1 E2 E3 EVAPORATORS INTERCOOLER STAGE 1 STAGE 2 COMPRESSORS AFTERCOOLER PHASE SEPARATOR A H D C B MRV MRL E I G F 1 2 3 4 P-H Diagr. MRV P-H Diagr. MRL

APCI Propane Precooled Mixed Refrigerant Process

PRICO Technology Beberapa Teknologi (LNG) lain 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)

P-H Diagram P H B C E D A F B C A D E F P=300 psi T=175 F P=80 psi

The ConocoPhillips Optimized Cascade Process Beberapa Teknologi (LNG) lain The ConocoPhillips Optimized Cascade Process

The Linde-Statoil Mixed Fluid 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