Pages

Thermal Cracking Process

Thermal Cracking Process ( Proses Perengkahan Termal) Proses perengkahan thermal (thermal Cracking) adalah suatu proses pemecahan rantai hydrocarbon dari senyawa rantai panjang menjadi hydrocarbon dengan rantai yang lebih kecil melalui bantuan panas. Suatu proses perengkahan thermal bertujuan untuk mendapatkan fraksi minyak bumi dengan boiling range yang lebih rendah dari feed (umpannya). Dalam proses ini dihasilkan: gas, gasoline (naphtha), gas oil (diesel), residue atau coke. Feednya dapat berupa gas oil atau residue.
Setelah mengalami pemanasan awal dan ditampung dalam akumulator, proses pemanasan selanjutnya dilakukan dalam suatu furnace (dapur) sampai mencapai temperatur rengkahnya. Keluar dari furnace, minyak yang sudah pada suhu rengkah tadi dimasukkan dalam suatu soaker, yaitu suatu alat berbentuk drum tegak yang berguna untuk memperpanjang reaksi perengkahan yang terjadi. Selanjutnya hasil perengkahan dimasukkan kedalam suatu menara / kolom pemisah (fractionator) dimana berikutnya akan dipisahkan masing-masing fraksi yang dikehendaki. Ada juga bagian yang dikembalikan lagi untuk direngkah lebih lanjut yang disebut recycle stock. Selain menghasilkan produk BBM (bahan bakar minyak) dan gas, dalam proses perengkahan thermal juga dihasilkan cokes. Cokes yang diharapkan hanya terbentuk di dalam chamber (coke drum) dapat pula terbentuk di dinding tubes heater/furnace dan transfer line (pipa transfer). Cokes tersebut terbentuk sedikit demi sedikit dan pada akhirnya akan terakumulasi. Jika akumulasi sudah dianggap mengganggu jalannya operasi, maka unit perengkahan thermal tersebut harus dihentikan untuk proses penghilangan akumulasi cokes atau SAD (Steam Air Decoking). Untuk memperkirakan apakah akumulasi cokes sudah berlebihan dan mengganggu operasi atau belum biasanya dilihat dari tanda-tanda sbb :
  1. Penurunan tekanan antara inlet dan outlet furnace sampai tingkat maksimum tertentu.
  2. Tekanan soaker/reaction chamber yang makin tinggi sampai tingkat maksimum tertentu.
  3. Temperatur tube metal (tube skin) makin naik.
Pembersihan akumulasi cokes tersebut disamping secara proses (SAD), dapat juga dilakukan secara mekanis menggunakan pompa bertekanan tinggi (aquadyne/hammelmann). I. UNIT VISBREAKINGAdapun alat utama dari unit ini adalah sebagai berikut : 1. FLASH CHAMBER Fungsi utama flash chamber adalah memisahkan residue dari recycle untuk menghindari coking dalam heater/furnace. Agar residue tidak overcracking, maka dapat dilakukan quenching dari inlet flash chamber agar tempeaturnya menjadi kurang lebih 450 degC saja. Kadang-kadang hal ini dihilangkan jika sudah dilengkapi dengan sistem washing di top column dari flash chamber, karena dianggap cukup membantu mendinginkan bottom temperature. Sistem washing ini mempunyai keuntungan antara lain :
  • Mencuci atau menahan residue yang akan ikut keatas bersama uap.
  • Residue tidak terlalu melekat dengan coke terutama sepanjang dinding chamber.
Bahan pencuci biasanya adalah sidecut yang dingin dari fractionator. Untuk mengurangi residence time dari residue didalam flash chamber, dibuat suatu bentuk leher yang memanjang pada bagian bottom dengan menjaga level kurang lebih 50%. Typical bottom temperature didalam first stage flash chamber adalah 425 degC dengan overhead temperature 390 degC. Sedangkansecond stage flash chamber bottom suhunya 400 degC dan overheadnya 296 degC. 2. REACTION CHAMBER Reaction Chamber membantu fungsi furnace agar tidak terlalu besar. Dalam reaction chamber proses perengkahan terjadi tanpa harus menambah panasan. Temperatur keluar furnace kira-kira 480 degC dan keluar reaction chamber akan turun menjadi kurang lebih 465 degC. Tekanan reaction chamber dijaga kurang lebih 16.2 kg/cm2g untuk menjaga agar semua material masih dalam fase liquid hingga pembentukan coke minimum. Reaction chamber juga membantu berfungsi sebagai surge chamber yang dapat menahan fluktuasi operasi. 3. PROCESS VARIABLE Seperti dijelaskan didepan bahwa visbreaker ini menghasilkan light dan haeavy fraction. Yang diutamakan sebenarnya bukan light fractionnya tetapi heavy heavy fractionnya diinginkan seminimum mungkin tetapi masih memenuhi spec fuel oil. Variabel-variabel utamanya adalah :
  • Charge stock properties
  • Cracking temperature
  • Residence time
Secara umum dapat dikatakan bahwa kenaikan baik temperatur maupun residence time maka visbreaking severity akan naik. Kenaikan dari severity of cracking akan menaikkan produksi gas dan gasoline dan mengurangi viscosity dari cracked residu. Feed stock dengan harga K rendah, hasil gas dan gasoline makin rendah, tetapi makin tinggi viscosity residuenya dan makin tinggi BS&W pada cracking temperature dan residence time tertentu. II. DELAYED COKINGProses delayed coking dikembangkan dalam rangka me-minimize residue yang dihasilkan dari pengolahan minyak mentah melalui thermal cracking yang lebih severe. Jadi pada dasarnya proses delayed coking adalah juga proses thermal cracking yang dilakukan pada temperatur yang relatif sangat tinggi. Sebagai feed untuk unit ini kebanyakan adalah vacuum residue (short residue) . Pada operasi sebelum adanya delayed coking unit, operasi thermal cracking dijaga sedemikian rupa sehingga tidak akan terbentuk coke dalam heater/furnace. Namun dengan berkembangnya teknologi dan semakin meningkatnya kebutuhan oil product, telah dapat dikembangkan suatu proses dimana pada pemanasan residue sampai temeperatur yang tinggi didalam heater/furnace tetapi coke tetap tidak terbentuk didalam heater/furnace tubes. Hal ini dilakukan dengan memberikan velocity yang tinggi (residence time yang minimum) di dalam heater dan menambah drum/chamber di outlet heater untuk tempat terjadinya coking, sehinga proses ini kemudian disebut "Delayed coking". Dari segi reaksi kimiawi sebenarnya tidak berbeda dengan reaksi didalam proses thermal cracking yang lain, hanya disini sebagai salah satu produk akhir adalah carbon (coke). Coke dalam kenyataannya masih mengandung sejumlah volatile matter (VM) atau Hydrocarbon (HC) dengan boiling point tinggi. Untuk menghilangkan atau mengurangi kandungan volatile matter didalamnya, coke dipanasi lebih lanjut sampai 2000 - 2300 degF didalam suatu tanur/kiln yang berputar (Unit Calciner). Telah banyak kilang-kilang didunia yang memiliki unit delayed coking baik dengan tujuan untuk memproduksi calcined coke maupun dalam rangka maximizing oil products. Produk yang lain seperti unsaturated LPG, naphtha, gas oil kemudian diproses lebih lanjut untuk mendapatkan produk akhir yang on-spec. Selanjutnya naphtha diolah lebih lanjut di NHDT (Naphtha Hydrotreater), gas oil di proses di Hydrocracker. 1. DISKRIPSI PROSES Umpan vacuum residue yang berasal dari bottom vacuum column pertama-tama dimasukkan kedalam fractionator pada tray ke 2 sampai ke 4 dari bawah. Tujuannya adalah :
  • Untuk mendinginkan uap hydrocarbon yang datang dari coke chamber ke fractionator untuk mencegah terbentuknya coke didalamnya dan sekaligus untuk mengkondensasikan sebagian heavy oil yang akan di-recycle.
  • Adanya lighter material didalam vacuum residue feed sudah dapat stripped out.
  • Untuk preheating feed.
Fresh feed yang telah bercampur dengan heavy oil yang condenser di bottom factionator dipompakan kedalam coker heater yang kemudian masuk kedalam salah satu dari dua coke chamber (drum). Untuk mengontrol velocity dan mencegah terbentuknya deposit coke didalam tube diinjeksikan steam kedalam tube heater. Sejumlah tertentu dari material yang tidak menguap dalam fluida yang keluar dari heater akan tinggal didalam coke drum dan oleh karena adanya efek temperatur dan residence time akan menyebabkan terbentuknya coke. Uap yang keluar dari puncak coke drum akan dialirkan ke bottom fractionator. Dalam uap yang keluar dari coke drum, mengandung steam danhasil cracking yang terdiri dari gas, naphtha, gas oil. Uap akan mengalir ke top column melalui quench tray, kemudian produk gas oil akan ditarik dari tray diatas feed tray. Sebagaimana dalam crude fractionator, dalam delayed coker fractionator juga dilengkapidengan sistem hot dan cold reflux dengan maksud selain untuk memperbaiki distilasi juga untuk memanfaatkan panas yang didapat dalam column sehingga dapat digunakan untuk preheating dll. Akibatnya yang juga merupakan suatu keuntungan, bahwa beban overhead condensor akan lebih kecil. Untuk menarik naphtha biasa dilakukan pada 8-10 tray diatas gas oil draw-off. 2. OPERASI PENGAMBILAN COKE. Bila coke drum yang in-service (coking) telah penuh dengan coke, aliran feed kemudian dipindahkan (switch) ke drum yang telah kosong dengan mengoperasikan three way valve (switching valve), sementara itu drum yang telah penuh dengan coke diisolate untuk operasi pengambilan/pembongkaran coke. Mula-mula dialirkan steam untuk menghilangkan uap hydrocarbons yang masih ada didalam drum, kemudian didinginkan dengan mengisi air secara pelan-pelan sesuai dengan cooling rate yang dianjurkan agar tidak mengalami shock cooling. Pelaksanaan pengambilan/ pembongkaran coke (decoking), dimulai dengan membuka coke chamber, kemudian dengan mechanical drill atau hydraulic system yang menggunakan air bertekanan tinggi. Dengan sistem mechanical & water jet sedikit demi sedikit coke yang mengisi hampir seluruh coke drum akan terpotong masuk kedalam coke pit atau gerobag yang memang telah disediakan untuk selanjutnya diangkut ke storage. 3. SIFAT FISIS DAN PENGGUNAAN COKE Kebanyakan coke dihasilkan sebagai bahan yang keras, porous, bentuknya tidak teratur dengan ukuran dari 20 inch sampai kecil seperti debu. Coke type ini dikenal sebagai sponge coke. Penggunaan dari coke jenis ini adalah untuk :
  • Pembuatan electrode untuk digunakan dalam electrical furnace dalam pabrik Titanium oxide, baja.
  • Pembuatan anode untuk cell electrolytic dipabrik alumina.
  • Digunakan sebagai sumber carbon didalam pembuatan elemen phosphor, calcium carbide, silica carbide.
  • Pembuatan graphite.
Typical analysis dari Petroleum sponge coke adalah sebagai berikut : Wt % Wt % (Dari Delayed Coker) (Setelah Calcining) Air 2 – 4 nil Volatile matter 7 – 10 2 - 3 Fixed carbon 85 – 91 95 Kandungan sulfur 0.5 – 1.0 1 – 2 Kandungan sulfur didalam petroleum coke yang dihasilkan adalah bervariasi tergantung pada sulfur yang ada didalam feed stock. Biasanya antara 0.3- 1.5 wt % tapi kadang-kadang juga bisa mencapai 6%. Selain sponge coke, dikenal pula jenis coke lain yang disebut needle coke. Needle coke dihasilkan dari feed stock yang mengandung aromatic yang sangat tinggi. Needle coke ini lebih disenangi daripada sponge coke untuk digunakan sebagai electrode karena ia mempunyai electrical resistively dan coeficient thermal expansion yang lebih rendah sehingga tidak mudah berubah bentuk dan tidak boros pemakaiannya. 4. OPERASI DELAYED COKER Sebagaimana telah disinggung dalam decoking, coke drum diisi dan dikosongkan atas dasar suatu time cycle tertentu, sedang fraksinator dioperasikan secara kontinyu untuk memproduksi LPG, coker naphtha dan coker gas oil. Paling sedikit harus ada dua coke drum, namun ada pula yang lebih seperti di UP II Dumai yang mempunyai empat coke drum dengan pembagian : dua diisi / in operation (coking) dan dua yang lain dikosongkan (decoking) Typical waktu pengoperasian dari coke drum adalah sbb : Operasi Waktu (jam) Pengisian dengan coke 24 Memindah (switch) dan steaming out 03 Pendinginan (cooling down) 03 Drain 02 Buka tutup dan decoking 05 Tutup kembali dan test 02 Pemasangan kembali 07 Spare time 02 48 Operating variable dalam delayed coker antara lain adalah :
  • Temperatur outlet heater
  • Tekanan fractionating tower
  • Temperatur uap ex coke drum yang masuk fractionator
  • Free carbon content dalam feed.
Semakin tinggi temperatur yang keluar heater akan menaikkan proses cracking dan reaksi coking sehingga akan menaikkan pula jumlah gas dan coker naptha yang dihasilkan dan sebaliknya produksi coker gas oil yang berkurang. Menaikkan tekanan di fractionator mempunyai pengaruh yang sama dengan menaikkan temperatur outlet heater, karena dengan kenaikan tekanan di fractionator akan menambah jumlah vapor yang terkondensasi termasuk gas oil yang akan dikembalikan sehingga di-recycle bersama feed ke heater. Temperatur dari uap hydrocarbon ex coke drum yang semakin tinggi akan menaikkan end point dari produk coker gas oil sehingga jumlah gas oil yang direcycle menjadi berkurang akibatnya produksi coke akan berkurang pula. Dalam operasi delayed coker secara umum dapat dinyatakan bahwa semakin banyak gas oil yang direcycle akan menaikkan cracking yang selanjutnya akan menghasilkan gas, coker naphtha, dan coke yang lebih banyak dan menurunnya produksi coker gas oil. Refferences : 
  1. “How to predict coker yield”; Castiglioni,B.P.; Hydrocarbon Processing, September 1983.
  2. UOP Operating Manual , “Delayed Coking Unit”
 

0 comments:

Poskan Komentar

Share it

 
Copyright © Chemical Engineer. Design by Best Website Design
Buy Traffic and Templates On Sales