Pengilangan Minyak Bumi

Sampai saat ini minyak bumi masih menjadi pilihan utama pemenuhan kebutuhan energi indonesia. Dan mungkin juga dunia. Minyak bumi masih dianggap layak menjadi sumber energi meskipun telah banyak penemuan-penemuan lain yang berhubungan dengan sumber energi baru. Sebenarnya secara naluri  saya kurang setuju dengan pemanfaatan minyak bumi yang dilakukan secara besar-besaran. Karena bisa dipastikan akan muncul dampak-dampak negatif dari penggunaan yang terlalu besar. Bahkan sekarang pun sudah muncul wacana wacana Indonesia krisis energi. Saya lebih setuju jikal pemerintah kita mengupayakan pengadaan energi dengan sumber energi alternatif. Ya, tapi apalah arti dari seorang mahasiswa Teknik Kimia semester VIII, tetap saja itu menjadi angan-angan saya pribadi. Kapan Indonesia bisa mengembangkan sumber energi alternatif nya secara besar-besaran. 

Kembali ke judul  Lalu bagaimana kah sebenarnya proses dari pengilangan minyak itu sendiri. Nah mungkin video hasil browsing-an ini bisa sedikit menjelaskan tentang teori dasar pengilangan minyak bumi. Silahkan di tonton deh video yang berdurasi gak lama ini. Jangan nonton FTv sama sinetron terus.... hehhheheheheee
 

Semoga bermanfaat....

Hydrocracking Process

Hydrocracking merupakan suatu proses yang mengkonversi umpan menjadi produk yang lebih ringan dengan bantuan katalis dan gas hidrogen. Selain itu hydrocracking dapat didefinisikan sebagai proses produksi fraksi-fraksi ringan berkualitas tinggi dari minyak berat dengan bantuan hidrogen.

Proses hydrocracking (unicracking) memiliki aplikasi yang cukup luas antara lain untuk konversi :

- Naphtha ==> propane dan butane (LPG) - Kerosene ==> naphtha - Straight run diesel ==> naphtha – jet fuel - Atm. gas oil ==> naphtha, jet fuel, distillates - Natural gas condensate ==> naphtha - Vacuum gas oil ==> naphtha, jet fuel, distillates, lube oil - Deasphalted/Demetalized oil ==> naphtha, jet fuel, distillates, lube oil - Cat. cracked light cycle oil ==> naphtha - Cat. cracked heavy cycle oil ==> naphtha, distillates - Coker distillates ==> naphtha - Coker heavy gas oil ==> naphtha, distillates Semua aplikasi ini secara umum memiliki kesamaan kondisi operasi yaitu : - Mengkonsumsi hidrogen - Beroperasi pada tekanan tinggi (100 – 200 kg/cm2) - Beroperasi pada temperatur tinggi (300 – 450 oC) - Secara keseluruhan, reaksi adalah eksotermik - Menggunakan katalis

I. TEORI HYDROCRACKING

Hydrocracking merupakan proses yang dikembangkan oleh Universal Oil Product untuk merengkahkan minyak fraksi berat menjadi fraksi yang lebih ringan dan bernilai ekonomi tinggi secara katalitik. Pada umumnya umpan proses hydrocracking adalah heavy atmospheric gas oil, heavy vacuum gas oil, atau cracked gas oil (catalytic maupun thermal). Umpan ini kemudian dikonversikan menjadi produk dengan berat molekul lebih rendah (pada umumnya naphtha atau middle distillates). Bersamaan dengan terjadinya reaksi perengkahan, terjadi pula reaksi hydrotreating yaitu reaksi untuk menghilangkan senyawa sulfur, nitrogen, oksigen dan penjenuhan olefin.

Berdasarkan penjelasan di atas, reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses konversi dapat dibeadakan menjadi dua, yaitu :

- Hydrotreating : penghilangan senyawa nitrogen, oksigen, sulfur, logam, halida, penjenuhan olefin dan aromatik

- Hydrocracking : perengkahan parafin, naphthene, aromatik

Reaksi hydrotreating terjadi pada metal site katalis sedangkan reaksi hydrocracking terjadi pada acid site katalis. Reaksi hydrotreating memiliki laju reaksi yang lebih cepat dari reaksi hydrocracking.

1.1. Reaksi Penghilangan Sulfur

Senyawa sulfur yang terdapat dalam umpan biasanya berbentuk merkaptan, sulfida, disulfida, sulfida siklik dan thiophene. Senyawa-senyawa tersebut mengalami hidrogenasi dan sulfur terkonversi menjadi H2S.

1.2. Reaksi Penghilangan Nitrogen

Senyawa-senyawa nitrogen yang terdapat dalam umpan biasanya berupa pyridine, quinoline dan pyrrole. Reaksi denitrogenasi lebih sulit daripada reaksi desulfurisasi. Reaksi denitrogenasi diawali dengan penjenuhan ikatan aromatik kemudian pemutusan rantai kemudian diakhiri dengan denitrogenasi. Dari proses denitrogenasi ini dihasilkan ammonia.

1.3. Reaksi Penghilangan Oksigen

Senyawa oksigen organik dihilangkan dengan reaksi hidrogenasi ikatan hidroksil karbon dan menghasilkan air.

1.4. Reaksi Penjenuhan Olefin

Penjenuhan olefin berlangsung sangat cepat dan menghasilkan panas reaksi yang besar.

1.5. Reaksi Penghilangan Logam

Pada dasarnya mekanisme dekomposisi senyawa organometalik tidak diketahui dengan pasti. Walaupun demikian diketahui bahwa logam yang terdekomposisi akan tertinggal di permukaan katalis.

1.6. Reaksi Penjenuhan Aromatik

Reaksi penjenuhan senyawa aromatik paling sulit dilakukan karena keterbatasan kesetimbangan. Reaksi ini menghasilkan panas yang sangat besar.

1.7. Reaksi Penghilangan Senyawa Halida

Senyawa halida organik terdekomposisi dan membentuk garam ammonium halida. Garam tersebut kemudian dilarutkan dengan injeksi wash water.

1.8. Reaksi Hydrocracking

Reaksi hydrocracking dari parafin, naphthene dan aromatik dapat dibagi menjadi tahap pembentukan olefin di pusat metal katalis, kemudian pembentukan dan perengkahan ion karbonium serta hidrogenasi pada pusat acid katalis.

II. KATALIS

Katalis adalah substansi yang mempercepat laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi reaksi tersebut tanpa ikut bereaksi. Kemampuan atau kinerja katalis dapat diukur dari aktivitas, selektivitas, stabilitas dan kualitas produk yang dihasilkan. Aktivitas merupakan ukuran terhadap tingkat konversi umpan, yang diukur dengan temperatur bed katalis. Selektivitas merupakan ukuran kemampuan katalis untuk menghasilkan produk yang diinginkan, biasanya dinyatakan dalam %-yield (perolehan). Kinerja katalis ini dapat ditingkatkan dengan mengatur kondisi operasi antara lain meningkatkan tekanan parsial hidrogen, menaikkan combined feed ratio, endpoint produk yang lebih tinggi dan LHSV yang rendah.

Crude Oil Compositions

The composition of crude oil varies according to where it was obtained. This largely has to do with the type of ground in which the oil was formed, and what contaminants were present and in what relative concentrations. In addition to color variations, there are also various contaminant levels and various flowing properties. Variations aside, crude oil, on average, has the composition shown in Table 2 - 1, Crude Oil Composition (wt%).

Carbon (C) 84-87 Hydrogen (H) 11-14 Sulfur (S) 0.1-4.5+ Nitrogen (N) 0.01-0.8+ Metals 0.0-0.01 Crude oil is comprised of:

1. Paraffins
2. Oleffins
3. Naphthenes
4. Aromatics

1. Paraffins

• Paraffins (Alkanes) are single bonded hydrocarbons
• Name ending in – ane
• Examples are propane, butane, iso-butane, and octane
• Chemical Symbols : CnH2n+2
• Ranging from C1 to C50+

2. Oleffins

Olefins are double bonded hydrocarbons. This double bond occurs between carbon atoms. It is weaker than a single bond, and is therefore subject to reactions that eliminate the double bond.

• The chemical symbol for olefins with one double bond is C_nH_2n.
• The chemical names for olefins end in –ene.
• An olefin is not a saturated molecule, in that it is lacking some hydrogen due to the double bond

3. Naphthenes

• Symbol - C_nH_2n
• Ringed saturated hydrocarbons
• May have one ring or several combined
• May contain impurities such as Nitrogen (N) and Sulfur (S)
• Benzene precursors in catalytic reformer
• About 100% of cyclohexane and 50% of methylcyclopentane are converted to Benzene in the reformers.

4. Aromatics Aromatics are widely used in the chemical industry. However, we need to minimize them in the gasoline pool. They are detrimental to distillate product properties.

What is Hydrogen ?

When most people hear the word "hydrogen" they have flashing images of an exploding blimp. Hydrogen is a fuel that requires energy to retrieve it. In other words, you have to extract hydrogen from another substance....that's the bad news. The good news is that many chemicals (including water) contain hydrogen.

Just the Facts

• Energy Content: 1 kg of hydrogen equals 3.5 L of petroleum
• Energy to Volume ratio is 1/4 that of petroleum and 1/3 that of natural gas
• Water consists of 11.2% hydrogen by mass
• Hydrogen burning temperatures can reach 3000 ⁰C in an oxygen atmosphere
• Explosive region for hydrogen is 13%-59%
• Diffusion coefficient for hydrogen is 0.61 cm³/s (4 times that of methane)
• Hydrogen's lower heating value is 120,000 kJ/kg
• Combustion of pure hydrogen yields water as a by-product

Production Methods (Conventional)

Currently, the vast majority of hydrogen is produced from fossil fuel sources as a by-product or reforming.

Steam Reforming of Natural Gas

Steam reforming of natural gas is an endothermic, catalytic process carried out at about 850 ⁰C and around 2.5 MPa according to the following reactions:

CH₄ + H₂O -----> CO + 3H₂

CO + H₂O -----> CO₂ + H₂

The carbon monoxide is removed by absorption or membrane separation.

Partial Oxidation of Hydrocarbons

Partial oxidation of hydrocarbons is the exothermic reaction with oxygen and steam. The amounts of oxygen and water vapor are controlled so that the reaction proceeds without the need for external energy. An example reaction for this process is:

C₈H₁₈ + H₂O + 9/2O₂ -----> 6CO + 2CO₂ + 10H₂

Plasma Arc Process

Plasma arc processing of natural gas or oil uses electricity to produce pure carbon and hydrogen at temperatures near 1600 ⁰C. A pilot plant utilizing this technology produced 500 kg/h of carbon and 2000 m³/h of hydrogen from 1000 m³/h of natural gas and 2100 KW of electricity.

Production Methods (Renewables)

Several production methods are used to make hydrogen that utilize a renewable resource as their main fuel source. These renewable resources include biomasses and water.

Steam Gasification of Biomass

Biomass can be used to produce hydrogen via pyrolysis (thermal decomposition) and gasification. The pyrolysis reaction yields coke, methanol, and other gases. With the addition of air the gasification reaction then results is a stream of 20% H₂, 20% CO, 10% CO₂, 5% CH₄, and 45% N₂. This stream can be further processed by reacting it with steam to produce more hydrogen from the carbon monoxide:

CO + H₂O -----> CO₂ + H₂

Biological Hydrogen Production

Various types of biological hydrogen production methods are in the research stages. Forms of synthetic photosynthesis and fermentation are receiving special attention. One system that seems to be leading the way is an algae-bacteria system that should be ready for the market in around 5 years. A final technology worth noting is the simple electrolysis of water into it's component gases, oxygen and hydrogen Source : http://www.cheresources.com/hydrogenzz.shtml

Proses pembuatan LNG

Sebelum membahas tentang pembuatan LNG, ada baiknya kita bahas dulu apa itu LNG. Kepanjangan dari LNG adalah LIQUEFIED NATURAL GAS, dimana artinya adalah gas alam yang dicairkan. Beda LNG dan LPG adalah LNG merupakan gas alam yang sebagian besar senyawanya didominasi oleh methane (selanjutnya kita sebut C1) dan ethane (selanjutnya kita sebut C2), sedangkan LPG didominasi oleh propane (selanjutnya kita sebut C3) dan butane (selanjutnya kita sebut C4). Dan komponen hidrokarbon rantai yang lebih panjang dari butane biasa kita sebut CONDENSATE.

Saya jelaskan terlebih dulu mengapa methane kita sebut C1, ethane kita sebut C2, dan seterusnya. Hidrokarbon gas alam sebagian besar merupakan senyawa alkana, dimana rumus alkana CnH2n+2 (n=1,2,3,4,...). Jadi methane rumusnya CH4. Karena ion Carbon dari methane hanya 1, maka kita biasa sebut C1. Begitu juga untuk yang lain.

sekarang kita menuju PROSES PEMBUATAN LNG

 Pembuatan LNG: 

LNG didapat dari sumur gas. Dari sumur tersebut gas alam mengandung komponen dari C1, C2, C3, C4, C5, C6, dan rantai yang lebih tinggi lagi serta (biasanya ) CO2, H2O, dan H2S. Untuk mendapatkan LNG kita harus separasi C1 dan C2 dari C yang lain. Separasi ini didasarkan pada perbedaan titik didih masing2 komponen.

Gas alam dari sumur gas dilewatkan ke LPG Plant terlebih dulu. Untuk proses lebih jelasnya lihat thread saya mengenai PROSES PEMBUATAN LPG. setelah terambil C3 (propane, butane, pentane, dst) ke atas dan tersisa sebagian besar C1 dan C2 yang masih berupa gas, baru diproses untuk pembuatan LNG.

Pembuatan LNG sebenarnya hanya mengenai pencairan gas alam C1 dan C2 dari yang tadinya berbentuk gas.
Proses pencairan gas alam menggunakan MCR ( multi component refrigeration). MCR adalah refrigerant yang komponennya terdiri dari bermacam2 refrigerant, seperti : methane, ethane, propane, butane, dan nitrogen yang di-mix.

Berikuit adalah tahapan utama dari pencairan gas alam :

Tahap1:

1. Gas alam yang berasal dari sumur gas di lewatkan kedalam knock out drum untuk memisahkan cairan kondensat sebelum gas diproses di plant.

Tahap 2:

2. Karbon dioksida (CO2) dan H2S dihilangkan dengan menggunakan absorbsi kimia menggunakan proses amine.

Tahap 3:

3. Air dihilangkan dengan menggunakan molekular sieve

Tahap 4:

4. Propan, butan dan kondensat dipisahkan dengan menggunakan kolom fraksinasi. Alias pembuatan LPG.

Tahap 5: 

5. LNG Feed di Precooling dengan pendingin propan.

Tahap 6:

6. Pendinginan tahap akhir dan pencairan LNG berlangsung di Main Cryogenic Heat Exchanger dengan menggunakan multi komponen refrigerant sebagai media pendingin

Dari Mana Datangnya Minyak Bumi

Bagaimana terjadinya minyak dan gas bumi ?

Ada tiga faktor utama dalam pembentukan minyak dan/atau gas bumi, yaitu : Pertama, ada “bebatuan asal” (source rock) yang secara geologis memungkinkan terjadinya pembentukan minyak dan gas bumi.



Kedua, adanya perpindahan (migrasi) hidrokarbon dari bebatuan asal menuju ke “bebatuan reservoir” (reservoir rock), umumnyasandstone ataulimestone yang berpori-pori (porous) dan ukurannya cukup untuk menampung hidrokarbon tersebut. Ketiga, adanya jebakan (entrapment) geologis. Struktur geologis kulit bumi yang tidak teratur bentuknya, akibat pergerakan dari bumi sendiri (misalnya gempa bumi dan erupsi gunung api) dan erosi oleh air dan angin secara terus menerus, dapat menciptakan suatu “ruangan” bawah tanah yang menjadi jebakan hidrokarbon. Kalau jebakan ini dilingkupi oleh lapisan yangimpermeable, maka hidrokarbon tadi akan diam di tempat dan tidak bisa bergerak kemana-mana lagi. Temperatur bawah tanah, yang semakin dalam semakin tinggi, merupakan faktor penting lainnya dalam pembentukan hidrokarbon. Hidrokarbon jarang terbentuk pada temperatur kurang dari 65oC dan umumnya terurai pada suhu di atas 260oC. Hidrokarbon kebanyakan ditemukan pada suhu moderat, dari 107 ke 177oC.

Apa saja komponen-komponen pembentuk minyak bumi ?









Minyak bumi merupakan campuran rumit dari ratusan rantai hidrokarbon, yang umumnya tersusun atas 85% karbon (C) dan 15% hidrogen (H). Selain itu, juga terdapat bahan organik dalam jumlah kecil dan mengandung oksigen (O), sulfur (S) atau nitrogen (N). Apakah ada perbedaan dari jenis-jenis minyak bumi ?. Ya, ada 4 macam yang digolongkan menurut umur dan letak kedalamannya, yaitu:young-shallow,old-shallow,young-deep danold-deep. Minyak bumiyoung-shallow biasanya bersifat masam (sour), mengandung banyak bahan aromatik, sangat kental dan kandungan sulfurnya tinggi. Minyakold-shallow biasanya kurang kental, titik didih yang lebih rendah, dan rantai paraffin yang lebih pendek.Old-deep membutuhkan waktu yang paling lama untuk pemrosesan, titik didihnya paling rendah dan juga viskositasnya paling encer. Sulfur yang terkandung dapat teruraikan menjadi H2S yang dapat lepas, sehinggaold-deep adalah minyak mentah yang dikatakan paling “sweet”. Minyak semacam inilah yang paling diinginkan karena dapat menghasilkan bensin (gasoline) yang paling banyak

Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk membentuk minyak bumi ?

Sekitar 30-juta tahun di pertengahan jaman Cretaceous, pada akhir jaman dinosaurus, lebih dari 50% dari cadangan minyak dunia yang sudah diketahui terbentuk. Cadangan lainnya bahkan diperkirakan lebih tua lagi. Dari sebuah fosil yang diketemukan bersamaan dengan minyak bumi dari jaman Cambrian, diperkirakan umurnya sekitar 544 sampai 505-juta tahun yang lalu. Para geologis umumnya sependapat bahwa minyak bumi terbentuk selama jutaan tahun dari organisme, tumbuhan dan hewan, berukuran sangat kecil yang hidup di lautan purba. Begitu organisme laut ini mati, badannya terkubur di dasar lautan lalu tertimbun pasir dan lumpur, membentuk lapisan yang kaya zat organik yang akhirnya akan menjadi batuan endapan (sedimentary rock). Proses ini berulang terus, satu lapisan menutup lapisan sebelumnya. Lalu selama jutaan tahun berikutnya, lautan di bumi ada yang menyusut atau berpindah tempat. Deposit yang membentuk batuan endapan umumnya tidak cukup mengandung oksigen untuk mendekomposisi material organik tadi secara komplit. Bakteri mengurai zat ini, molekul demi molekul, menjadi material yang kaya hidrogen dan karbon. Tekanan dan temperatur yang semakin tinggi dari lapisan bebatuan di atasnya kemudian mendistilasi sisa-sisa bahan organik, lalu pelan-pelan mengubahnya menjadi minyak bumi dan gas alam. Bebatuan yang mengandung minyak bumi tertua diketahui berumur lebih dari 600-juta tahun. Yang paling muda berumur sekitar 1-juta tahun. Secara umum bebatuan dimana diketemukan minyak berumur antara 10-juta dan 270-juta tahun.

Bagaimana caranya menemukan minyak bumi ?

Ada berbagai macam cara : observasi geologi, survei gravitasi, survei magnetik, survei seismik, membor sumur uji, atau dengan educated guess dan faktor keberuntungan.
Survei gravitasi : metode ini mengukur variasi medan gravitasi bumi yang disebabkan perbedaan densitas material di struktur geologi kulit bumi. Survei magnetik : metode ini mengukur variasi medan magnetik bumi yang disebabkan perbedaan properti magnetik dari bebatuan di bawah permukaan. Kedua survei ini biasanya dilakukan di wilayah yang luas seperti misalnya suatu cekungan (basin). Dari hasil pemetaan ini, baru metode seismik umumnya dilakukan. Survei seismik menggunakan gelombang kejut (shock-wave) buatan yang diarahkan untuk melalui bebatuan menuju target reservoir dan daerah sekitarnya. Oleh berbagai lapisan material di bawah tanah, gelombang kejut ini akan dipantulkan ke permukaan dan ditangkap oleh alatreceivers sebagai pulsa tekanan (olehhy dr ophone di daerah perairan) atau sebagai percepatan (olehgeophone di darat). Sinyal pantulan ini lalu diproses secara digital menjadi sebuah peta akustik bawah permukaan untuk kemudian dapat diinterpretasikan.

Aplikasi metode seismik :
1.Tahap eksplorasi : untuk menentukan struktur dan stratigrafi endapan dimana sumur nanti akan digali.
2.Tahap penilaian dan pengembangan : untuk mengestimasi volume cadangan hidrokarbon dan untuk menyusun rencana pengembangan yang paling baik.
3.Pada fase produksi : untuk memonitor kondisi reservoir, seperti menganalisis kontak antar fluida reservoir (gas-minyak-air), distribusi fluida dan perubahan tekanan reservoir.







Setelah mengevaluasi reservoir, selanjutnya tahap mengembangkan reservoir. Yang pertama dilakukan adalah membangun sumur (well-construction) meliputi pemboran (drilling), memasang tubular sumur (casing) dan penyemenan (cementing). Lalu prosescompletion untuk membuat sumur siap digunakan. Proses ini meliputi perforasi yaitu pelubangan dinding sumur; pemasangan seluruh pipa-pipa dan katup produksi beserta asesorinya untuk mengalirkan minyak dan gas ke permukaan; pemasangan kepala sumur (wellhead atau chrismast tree) di permukaan; pemasangan berbagai peralatan keselamatan, pemasangan pompa kalau diperlukan, dsb. Jika dibutuhkan, metode stimulasi juga dilakukan dalam fase ini. Selanjutnyawell-evaluation untuk mengevaluasi kondisi sumur dan formasi di dalam sumur. Teknik yang paling umum dinamakanlogging yang dapat dilakukan pada saat sumur masih dibor ataupun sumurnya sudah jadi.

Ada berapa macam jenis sumur ?

Di dunia perminyakan umumnya dikenal tiga macam jenis sumur : Pertama, sumur eksplorasi (sering disebut jugawildcat) yaitu sumur yang dibor untuk menentukan apakah terdapat minyak atau gas di suatu tempat yang sama sekali baru. Jika sumur eksplorasi menemukan minyak atau gas, maka beberapa sumur konfirmasi (confirmation well) akan dibor di beberapa tempat yang berbeda di sekitarnya untuk memastikan apakah kandungan hidrokarbonnya cukup untuk dikembangkan. Ketiga, sumur pengembangan (development well) adalah sumur yang dibor di suatu lapangan minyak yang telah eksis. Tujuannya untuk mengambil hidrokarbon semaksimal mungkin dari lapangan tersebut

Istilah persumuran lainnya :
• Sumur produksi : sumur yang menghasilkan hidrokarbon, baik minyak, gas ataupun keduanya. Aliran fluida dari bawah ke atas.
• Sumur injeksi : sumur untuk menginjeksikan fluida tertentu ke dalam formasi (lihat Enhanced Oil Recovery di bagian akhir). Aliran fluida dari atas ke bawah.
• Sumur vertikal : sumur yang bentuknya lurus dan vertikal.
• Sumur berarah (deviated well, directional well) : sumur yang bentuk geometrinya tidak lurus vertikal, bisa berbentuk huruf S, J atau L.
• Sumur horisontal : sumur dimana ada bagiannya yang berbentuk horisontal. Merupakan bagian dari sumur berarah

Apakah rig ? Apa saja jenis-jenisnya ?

Rig adalah serangkaian peralatan khusus yang digunakan untuk membor sumur atau mengakses sumur. Ciri utama rig adalah adanya menara yang terbuat dari baja yang digunakan untuk menaik- turunkan pipa-pipa tubular sumur.
Umumnya, rig dikategorikan menjadi dua macam menurut tempat beroperasinya :
1.Rig darat (land-rig) : beroperasi di darat.
2.Rig laut (offshore-rig) : beroperasi di atas permukaan air (laut, sungai, rawa-rawa, danau atau delta sungai).