ATOMIC ABSORPTION SPECTROPHOTOMETER (AAS)

Dasar Teori 

Sejarah singkat tentang serapan atom pertama kali diamati oleh Frounhofer, yang pada saat itu menelaah garis-garis hitam pada spektrum matahari. Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh di tahun 1950. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung pada cara-cara spektrofotometrik atau metode spektrografik. Beberapa cara ini dianggap sulit dan memakan banyak waktu, kemudian kedua metode tersebut segera digantikan dengan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). Atomic Absorption Spectrophotometer merupakan suatu instrument yang menggunakan spektrum cahaya sebagai komponen utama pegukuran, dimana fungsi dari alat ini adalah untuk menganalisa adanya kandungan suatu ogam dalam sampel baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Prinsip kerja AAS adalah absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom bebas menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu tergantung sifat unsurnya. Dengan abosrpsi cahaya (energi) berarti memperoleh lebih banyak energi. Suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan tingkat energinya ke tingkat eksitasi. Elektron valensi akan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Tingkat-tingkat eksitasinya pun bermacam-macam. Misal unsur Na dengan nomor atom 11 mempunyai konfigurasi elektron 1s¹ 2s² 2p⁶ 3s¹, tingkat dasar untuk electron valensi 3s, artinya tidak memiliki kelebihan energi. Elektron ini dapat tereksitasi ketingkat 3p dengan energi 2.2 eV ataupun ketingkat 4p dengan energi 3.6 eV. Masing-masing sesuai dengan panjang gelombang sebesar 589 nm dan 330 nm. Kita dapat memilih diantara panjang gelombang ini yang menghasilkan garis spektrum yang tajam dan dengan intensitas maksimum, yang dikenal dengan garis resonansi. Garis-garis lain yang bukan garis resonansi dapat berupa pita-pita lebar ataupun garis tidak berasal dari eksitasi tingkat dasar yang disebabkan proses atomisasinya. Apabila cahaya dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan pada suatu sel yang mengandung atom-atom bebas yang bersangkutan maka sebagian cahaya tersebut akan diserap dan intensitas penyerapan akan berbanding lurus dengan banyaknya atom bebas logam yang berada pada sel. Hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi diturunkan dari:  

Hukum Lambert: bila suatu sumber sinar monokromatik melewati medium transparan, maka intensitas sinar yang diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang mengabsorbsi. 

Hukum Beer: intensitas sinar yang diteruskan berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar tersebut. Dari kedua hukum tersebut diperoleh suatu persamaan: 

It = I0e -abc A= -log [It / I0] = Ebc 

Dimana:

l_o = intensitas sumber sinar 

l_t = intensitas sinar yang diteruskan 

E = absortivitas molar 

b = panjang medium 

c = konsentrasi atom-atom yang menyerap sinar 

A = absorbans  

Prinsip Kerja

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa metode AAS berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) mengukur cahaya yang diserap atom. Cahaya sebagai sumber energi tersebut merupakan cahaya visible atau ultraviolet pada spektrum elektromagnetik. Energi yang diserap dapat digunakan untuk mengetahui frekuensi dan panjang gelombang suatu material. Lalu hasil perhitungan gelombang cahaya yang diserap tersebut dibandingkan dengan gelombang kalibrasi untuk mengetahui kuantitas material dalam sampel. Hubungan antara serapan yang dialami oleh sinar dengan konsentrasi analit dalam larutan standar bisa dipergunakan untuk menganalisa larutan sampel yang tidak diketahui, yaitu dengan mengukur serapan yang diakibatkan oleh larutan sampel tersebut terhadap sinar yang sama. Terdapat hubungan yang linier antara absorbansi (A) dengan konsentrasi (c) dalam larutan yang diukur dan koefisien absorbansi (a). Sedangkan b adalah ketebalan medium. A = a . b. c Cara sederhana untuk menemukan konsentrasi unsur logam dalam sampel adalah dengan membandingkan nilai absorbansi (Ax) dari sampel dengan absorbansi zat standar yang diketahui konsentrasinya. Ax = Cx As = Cs Sehingga, Dimana: Ax adalah abosrbansi sampel As adalah absorbansi standar Cx adalah konsentrasi sampel Cs adalah konsentrasi standar

Gambar 1.1 Skema dari Atomic Absorption Spetrophotometer

Dari Gambar 1.1 dapat dilihat bagian-bagian dari AAS dan juga bagaimana sistem yang ada pada alat tersebut. Sampel memasuki spray chamber melalui capillary tube untuk kemudian dicampur dengan fuel gas dan oxidant. Kemudian disemprotkan ke pemantik api sehingga terjadilah nyala api dan atomisasi dari larutan sampel tersebut. Atom-atom bebas tersebut menyerap cahaya monokromatis yang dipancarkan dari lampu katoda spesifik. Besarnya cahaya (energi) yang diserap atau absorpsi berbanding lurus dengan konsentrasi zat dalam sampel.  

Komponen Alat

1. Lampu Katoda

 

Gambar 1.2 Lampu Katoda Berongga

Lampu katoda merupakan sumber cahaya pada AAS. Lampu katoda memiliki masa pakai atau umur pemakaian selama 1000 jam. Lampu katoda pada setiap unsur yang akan diuji berbeda-beda tergantung unsur yang akan diuji, seperti lampu katoda Cu, hanya bisa digunakan untuk pengukuran unsur Cu. Lampu katoda berongga terdiri atas tabung gelas yang diisi dengan gas Argon (Ar) atau Neon (Ne) bertekanan rendah (4-10 torr) dan di dalamnya dipasang sebuah katoda berongga dan anoda. Rongga katoda berlapis logam murni dari unsur obyek yang akan dianalisis. Misalnya untuk pengukuran Fe diperlukan lapisan logam Fe. Batang anoda terbuat dari logam wolfram atau tungsten.      

2. Ruang Pengkabutan (Spray Chamber)

Merupakan bagian di bawah burner di mana larutan diubah menjadi aerosol. Dinding dalam spray chamber ini dibuar dari plastik/teflon. Dalam ruangan ini dipasang peralatan yang terdiri atas:

1. Nebulizer glass bead atau impact bead yang berfungsi untuk memecahkan larutan menjadi partikel butir yang halus.
2. Flow spoiler atau baffle yang berupa baling-baling berputar untuk menggemburkan butir/partikel larutan yang kasar.
3. Inlet dari fuel gas dan drain port (lubang pembuangan).

 

3. Burner

Merupakan tempat diamana campuran gas dan oksida dinyalakan. Dalam nyala yang bersuhu tinggi itulah terjadi pembentukan atom-atom analit yang akan diukur. Alat ini terbuat dari logam yang tahan panas dan tahan korosi. Desain burner harus dapat mencegah masuknnya nyala ke dalam spray chamber. Hal ini disebut flow back dan amat berbahaya. Burner untuk nyala udara dengan asetilen memiliki suhu 2000-2200 ^oC, sedangkan untuk nyala asetilen dengan gas nitrous oksida memiliki suhu 2900-3000 ^oC. Burner harus selalu bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi dan repeatability yang baik.

 

Gambar 1.3 Burner

Nilai eksitasi dari setiap logam memiliki nilai yang berbeda-beda. Warna api yang dihasilkan berbeda-beda bergantung pada tingkat konsentrasi logam yang diukur. Bila warna api merah, maka menandakan bahwa terlalu banyaknya gas. Dan warna api paling biru, merupakan warna api yang paling baik, dan paling panas.  

4. Tabung Gas

Tabung gas pada AAS yang digunakan merupakan tabung gas yang berisi gas asetilen. Gas asetilen pada AAS memiliki kisaran suhu 2000-2200 ^oC, dan ada juga tabung gas yang berisi gas N₂O yang lebih panas dari gas asetilen, dengan kisaran suhu 2900-3000 ^oC. Regulator pada tabung gas asetilen berfungsi untuk pengaturan banyaknya gas yang akan dikeluarkan. Speedometer pada bagian kanan regulator merupakan pengatur tekanan yang berada di dalam tabung.  

5. Ducting

Ducting merupakan bagian cerobong asap untuk menyedot asap atau sisa pembakaran pada AAS, yang langsung dihubungkan pada cerobong asap bagian luar pada atap bangunan, agar asap yang dihasilkan oleh AAS, tidak berbahaya bagi lingkungan sekitar. Asap yang dihasilkan dari pembakaran pada AAS, diolah sedemikian rupa di dalam ducting, agar polusi yang dihasilkan tidak berbahaya.  

6. Monokromator

Berfungsi mengisolasi salah satu garis resonansi atau radiasi dari sekian banyak spektrum yang dihasilkan oleh lampu piar hollow cathode. Macam-macam monokromator yaitu prisma, kaca untuk daerah sinar tampak, kuarsa untuk daerah UV, rock salt (kristal garam) untuk daerah IR dan kisi difraksi.  

7. Detektor

Detektor yang biasa digunakan adalah jenis photomultiplier tube yang jauh lebih peka daripada phototube biasa dan responnya juga sangat cepat (10^-9 detik). Fungsinya untuk mengubah energu radiasi yang jatuh pada detektor menjadi sinyal elektrik/perubahan panas.

Atomisasi

Merupakan cara mengatomkan unsur logam dengan energi panas. Ada dua cara yang dapat dipakai yaitu flame atomization dan graphite furnace atomization. Untuk menghasilkan uap teratomisasi yang optimum maka suhu harus diatur dengan baik. Pada flame atomization umumnya digunakan bahan bakar gas asetilen dan udara (pengoksidasi) dimana dapat menghasilkan suhu maksimal sekitar 2200 ^oC. Apabila dibutuhkan suhu lebih tinggi maka udara diganti dengan nitrous oksida dimana dapat mencapai suhu maksimal hingga 3000 ^oC. Cara kerjanya yaitu bahan bakar dan pengoksidasi dimasukkan ke mixing chamber melalui beberapa baffle. Tujuannya adalah supaya pencampuran sempurna. Kemudian larutan sampel disuntikkan ke mixing chamber dengan air jet, lalu sampai pada nyala api di burner akan mengalami pengatoman. Kelemahan dari flame atomization antara lain adalah banyaknya sampel yang teratomisasi hanya sekitar 10%, sebagian besar keluar melalui drain. Waktu tinggal atom dalam nyala kira-kira hanya 10^-5 – 10^-4 detik dan banyaknya sampel untuk suatu analisis yaitu ±20 mL. Cara ini tidak cocok untuk trace element atau elemen dengan jumlah sangat sedikit dalam suatu sampel. Selain itu, cara ini juga tidak cocok untuk unsur-unsur yang volatil (contoh Hg) dan metalloid (contoh Te, Se,As, Sb). Pada suhu 1700-2400 ^oC, hanya sampel yang mudah terdekomposisi yang dapat teratomkan. Pada umumnya dekomposisi sampel perlu suhu yang lebih tinggi. Sedangkan kecepatan pembakaran atau burning velocity juga penting, karena nyala yang stabil hanya diperoleh pada gas flame rate tertentu. Kecepatan aliran gas harus mencapai kecepatan pembakaran. Beberapa faktor yang berpengaruh pada besar kecilnya absorbansi pada pengukuran dengan flame atomization AAS antara lain:

• Panjang gelombang sinar.
• Kuat arus lampur.

Kepekaan absorbansi berkurang dengan meningkatnya kuat arus lampu. Kuat arus yang rendah juga akan memperpanjang umur lampu. Oleh karena itu sebaiknya pengukuran dilakukan pada kuat arus rendah.

• Kondisi nyala burner.

Suhu nyala burner dapat diatur dengan memilih kombinasi bahan bakar dengan oksidan yang sesuai dengan suhu atomisasi unsur yang akan diukur.

• Laju alir bahan bakar.

Untuk beberapa unsur semakin tinggi kecepatan aliran gas asetilen maka kepekaan pengukuran juga besar, tetapi ada juga semakin rendah kecepatan aliran gas asetilen akan memperbesar kepekaan pengukuran.

• Ketinggian burner.

Perlu dipilih tinggi burner optimum agar kepekaan pembacaan absorbansi tinggi.

• Posisi sudut burner head terhadap arah lintasan sinar dari lampu.

Jika burner head diputar 90^o terhadap arah lintasan sinar, kepekaan berkurang 1/10 atau 1/20 tergantung unsur yang dianalisis. Kepekaan pembacaan abosrbansi pada analisis dengan metode flame dapat ditingkatkan dengan STAT (Slotted Tube Atom Trap).

 

Gambar 1.4 STAT

Graphite Furnace Atomization berfungsi sebagai tempat sampel digunakan tabung graphit dengan diameter beberapa mm dan panjang kira-kira 1 cm. Di bagian atas tabung terdapat lubang untuk memasukkan sampel. Tabung tersebut dipanaskan dalam furnace dengan arus listrik. Kuat arus yang digunakan ±300 A dan 10 V. Untuk dapat mencapai suhu 3000 ^oC diperlukan daya hingga 3 kW. Kelebihan dari cara ini yaitu semua sampel dapat teratomisasi sehingga tidak ada yang terbuang. Waktu tinggal sampel mencapai 10^-3-10^-2 detik. Sedangkan untuk sensitivitas pembacaan konsentrasi 1000 kali lebih baik dari sensitivitas pada sistem flame. Untuk volume sampel yang diperlukan hanya dibutuhkan beberapa mikroliter saja. Dan cara ini dapat digunakan untuk trace element dan juga untuk unsur yang volatil. [caption id="attachment_597" align="aligncenter" width="640"] Skema Graphite Furnace Atomization[/caption]

Gambar 1.5 Skema Graphite Furnace Atomization

Sensitivitas dan batas deteksi merupakan 2 parameter yang sering digunakan dalam AAS. Sensitivitas didefinisikan sebagai konsentrasi suatu unsur dalam larutan air (µg/ml) yang mengabsorpsi 1% dari intensitas radiasi yang datang. Sedangkan batasan deteksi adalah konsentrasi suatu unsur dalam larutan yang memberikan sinyal setara dengan 2 kali deviasi standar dari suatu seri pengukuran standar yang konsentrasinya mendekati larutan blank.  

Metode

Dalam pengukuran konsentrasi dengan AAS, terdapat beberapa metode yang dapat digunakan. Metode-metode tersebut yaitu:

1. Metode kurva kalibrasi.

Sebuah kurva kalibrasi diperlukan untuk memperoleh hubungan antara konsentrasi dan absorbansi yang dibaca pada AAS. Cara ini paling banyak digunakan dalam aplikasi alat AAS. Adapun langkah-langkah pada metode ini antara lain:

• Membuat larutan standar yang konsentrasinya diketahui dengan pasti dengan cara mengencerkan larutan standar pekat dengan aquabidest serta menyiapkan sampel.
• Mengukur absorbansi larutan standar dan sampel dengan AAS.
• Membuat grafik hubungan antara konsentrasi dengan absorbansi (kurva kalibrasi).
• Membaca konsentrasi sampel pada kurva kalibrasi yang sudah dibuat.

Gambar 1.6 Kurva Kalibrasi

Pada kurva kalibrasi tersebut ada beberapa hal yang harus diperhatikan, antara lain:

• Kurva standar harus linier.
• Konsentrasi sampel terletak pada kisaran kurva standar.
• Kurva kalibrasi minimal 4 atau 5 titik.
• Komposisi larutan standar sama dengan komposisi sampel.

Contoh pada larutan standar Cu dalam air, sampel mengandung Cu,Pb, dan Ca dalam air. Pb dan Ca menyebabkan terjadinya kesalahan pengukuran akibat adanya interferensi. Cara mencegah hal tersebut antara lain dengan memisahkan unsur yang akan ditentukan konsentrasinya, atau dapat juga dengan menghilangkan unsur-unsur yang dapat menyebabkan interferensi. Jika unsur yang dapat menekan interferensi sudah diketahui, maka dapat ditambahkan zat pada larutan sampel. Contohnya Ca diinterferensi oleh adanya fosfat. Dengan menambahkan LaCl₃ akan membentuk kompleks lanthanum fosfat yang stabil, kalsiumnnya dapat direduksi menjadi atom Ca.

2. Metode penambahan/addisi standard.

Metode ini dapat mengurangi kesalahan hasil pengukuran karena adanya perbedaan komposisi antara larutan standar dan sampel. Langkah-langkah penyiapan sampel, yaitu:

• Siapkan 5 buah labu takar dengan volume tertentu.
• Isilah masing-masing labu dengan sampel dengan volume yang sama.
• Ke dalam 4 buah labu ditambahkan larutan standar dengan volume yang berbeda.
• Tambahkan aquabidest ke dalam semua labu sampai tanda garis, lalu dikocok sampai homogen.
• Ukurlah absorbansi masing-masing larutan dengan AAS.
• Buat kurva hubungan antara konsentrasi dengan absorbansi.

 

Gambar 1.7 Langkah penyiapan sampel

Kurva pada metode ini berupa garis lurus yang tidak melalui titik nol. Nilai konsentrasi larutan yang diukur terletak pada sumbu x positif dan negatif dengan skala yang sama. Nilai abosrbansi dicantumkan pada sumbu y. Buatlah kurva linier, lalu perpanjang kurva sampai memotong nilai absorbansi sama dengan 0. Titik potong garis dengan sumbu x menunjukkan konsentrasi larutan sampel (setelah dikalikan dengan banyaknya pengenceran). Yang perlu diperhatikan pada metode ini adalah kurva kalibrasi harus lurus dan konsentrasi larutan standar harus dekat dengan sampel. Berikut merupakan kurva pada metode penambahan standar.

Gambar 1.8 Kurva Metode Penambahan Standar

 

3. Metode pembacaan konsentrasi secara langsung.

Langkah-langkah yang harus dilakukan pada metode pembacaan konsentrasi secara langsung antara lain:

• Membuat satu set larutan standar.
• Mengukur absorbansi masing-masing larutan standar.
• Nilai absorbansi untuk masing-masing larutan standar diatur pada nilai konsentrasinya.
• Jika AAS digunakan untuk mengukur absorbansi sampel, maka nilai abosrbansi dapat langsung diubah ke bentuk konsentrasi (yang terbaca langsung konsentrasi).

Yang perlu diperhatikan pada metode ini hanya untuk daerah kurva kalibrasi yang lurus.  

Cara Uji Kinerja

Dalam melakukan uji kinerja alat Atomic Absorption Spectrophotometer dilakukan penentuan daerah linear dan kepekaan serta penentuan limit deteksi alat. Prosedur penentuan daerah linear dan kepekaan:

1. Siapkan larutan blank yaitu dengan memipet 5 mL HNO₃5 M ke dalam labu ukur 100 ml dan encerkan dengan aquabidest sampai tanda batas.
2. Siapkan 6 buah larutan kalibrasi (konsentrasi Cu : 0.4,1,2,3,4 dan 5 mg/L).
3. Nol-kan skala absorbans dengan menggunakan larutan blank.
4. Ukur serapan setiap larutan masing-masing sebanyak 8 kali.
5. Hitung koefisien korelasi (r) dari persamaan garis regresi linear.
6. Tentukan daerah linear penentuan Cu.
7. Hitung RSD (%) dari setiap konsentrasi untuk memeriksa repeatibilitas pengukuran.

  Prosedur penentuan limit deteksi alat:

1. Siapkan larutan sstandar Cu 0,02 mg/L.
2. Nol-kan skala absorbans dengan menggunakan larutan blank.
3. Ukur serapan setiap larutan.
4. Hitung Standar Deviasi (SD)
5. Hitung IDL.

 

Cara Pengoperasian

Beberapa langkah-langkah pengoperasian Atomic Absorption Spectrophotometer secara umum adalah sebagai berikut:

1. Persiapan sampel dan larutan standar.
2. Persiapan alat seperti dan membuka software yang terhubung pada AAS.
3. Memasang lampu katoda spesifik sesuai dengan analisis yang ingin dilakukan.
4. Lakukan personalisasi pada software sesuai dengan logam yang akan diuji.
5. Mengatur supaya posisi lampu sudah pada posisi center line.
6. Melakukan initial zero dengan menggunakan larutan blank.
7. Menyalakan burner.
8. Pindahkan selang ke larutan standar kemudian lakukan analisa.
9. Pindahkan selang ke larutan sampel kemudian lakukan analisa. Ulangi sesuai dengan banyaknya sampel yang ingin dianalisis hingga selesai.

 

Cara Pemeliharaan

Beberapa cara pemeliharaan secara umum yang harus dilakukan adalah:

1. Memastikan sumber arus listrik yang digunakan sesuai dengan spesifikasi alat.
2. Meja yang digunakan untuk meletakkan AAS harus datar, kuat dan permanen.
3. Sumber cahaya yang digunakan harus monokromatis.
4. Lampu katoda dijaga pemeliharaannya jangan sampai pecah.
5. Intensitas pemakaian alat tidak boleh melebihi aturan yang telah ditentukan.
6. Setelah alat digunakan cuci dengan air deionisasi selama 10 menit.
7. Setelah digunakan, burner dibersihkan dan dikeringkan dengan lap bersih untuk menghilangkan karbonnya.
8. Alat harus disimpan dalam ruangan yang kelembaban dan suhunya terjaga sepertu pada ruangan yang menggunakan AC.

 

Pengendalian Mutu

1. Gunakan bahan kimia berkualitas murni.
2. Gunakan alat gelas bebas kontaminasi.
3. Gunakan alat ukur yang terkalibrasi.
4. Dikerjakan oleh analis yang kompeten.
5. Lakukan analisis dalam jangka waktu yang tidak melampaui waktu penyimpanan maksimum.
6. Lakukan Instrument Performance Check (IPC) dengan maksimum deviasi sebsar 10%.

 

Gangguan-gangguan

1. Gangguan kimia : terjadi apabila unsur yang ingin dianalisis mengalami reaksi kimia dengan kation atau anion tertentu. Sehingga sampel tidak dapat teratomisasi secara sempurna. Hal yang bisa dilakukan adalah menggunakan suhu nyala yang lebih tinggi dan bisa juga dengan penambahan zat kimia lain yang dapat melepaskan kation atau anion pengganggu.
2. Gangguan matrik : terjadi apabila kandungan larutan sampel dan standar berbeda. Untuk mengatasinya dapat digunakan cara analisis penambahan standar.
3. Gangguan ionisasi : terjadi apabila suhu nyala api terlalu tinggi sehingga mampu melepaskan elektron dari atom netral dan membentuk ion positif. Pembentukan ion ini mengurangi jumlah ion netral sehingga syarat absorpsi akan berkurang juga. Untuk mengatasi dapat dilakukan dengan penambahan larutan unsur yang mudah diionkan atau atom yang lebih elektropositif dari atom yang dianalisis.

 

Keuntungan dan Kelemahan Alat

Keuntungan metode AAS dibandingkan dengan spektrofotometer biasa yaitu spesifik, batas deteksi yang rendah dari larutan yang sama bisa mengukur unsur-unsur yang berlainan, pengukurannya langsung terhadap sampel, output dapat langsung dibaca, cukup ekonomis, dapat diaplikasikan pada banyak jenis unsur, serta batas kadar penentuan luas (dari ppb sampai %). Sedangkan kelemahannya yaitu pengaruh kimia dimana AAS tidak mampu menguraikan zat menjadi atom misalnya pengaruh fosfat terhadap Ca, pengaruh ionisasi yaitu bila atom tereksitasi (tidak hanya disosiasi) sehingga menimbulkan emisi pada panjang gelombang yang sama, serta pengaruh matriks misalnya pelarut.  

Aplikasi

Penggunaan AAS sendiri sangat beragam pada analisis-analisis kimia. Untuk di laboratory Badak LNG sendiri penggunaan AAS umumnya untuk menganalisis kandungan logam pada sampel air dan aMDEA.  

Untuk Para Secret Admirer, Wajib Baca!

hello word!
Tengah malem ini, gatau harus ngapain. Niat awalnya megang laptop mau ngerjain tugas. Tapi tiba-tiba keserang virus males. And long time udah ga pernah ngeposting tulisan di sini. Mungkin ini adalah satu random posting.

Tiba-tiba kepikiran aja sesuatu tentang yang namanya secret admirer LOL.
Mungkin ga sedikit dari cewek yang ketika dia suka sama cowok dan diem-diem jadi secret admirer. Karena diakui yang namanya di Indonesia tercintaa ini masih banyak yang menganggap tabu kalo cewek harus maju duluan.

Sebenernya kepikiran hal ini gara-gara keinget sama film kesukaanku, filmnya abang Mario Maurer yang judulnya a crazy little thing called love (aka first love). Nam yang bisa berubah jauuuh lebih baik, ketika dia suka ama pi shone.

Tapi berubah yang dimaksud di sini bukan merubah pribadi kita, berubah disini maksudnya adalah memperbaiki diri menjadi lebih baik. Kadang banyak cewek yang nganggep untuk bisa dapetin perhatian dari cowok yang dia suka, mereka berubah jadi orang lain yang sesuai dengan harapan si cowok. Bukan bermaksud menggurui sih, tapi di sini aku termasuk orang yang kontra dengan pendapat itu.

Menurutku sih, kalo kita suka sama seseorang just be the beautiful us deh. Tapi bukan berarti juga kita ga memperbaiki diri kita untuk bisa sama baiknya sama cowok yang kita suka. As we know lah, kalo dalam islam lelaki yang baik untuk wanita yang baik dan sebaliknya.

Ga perlu repot-repot merubah jati diri, tapi cukup memperbaiki diri. Apapun jati diri kita, itu merupakan hal paling unik dan paling indah untuk masing-masing kita karena itu lah yang ngebedain kita sama orang lain.

Back to the first topic, about secret admirer. LOL
Emang konyol sih kalo kita tau ada seseorang yang jadi secret admirer dari orang lain. Rasanya kok bego banget, ngapain lo pake acara ngumpet-ngumpet, nahan-nahan dan mendem perasaan. Hahaha. Suka ya suka aja kali. But, that's just a theory. Emang yang namanya ngomong lebih gampang dari pada ngelakuinnya.

Malu, takut, khawatir ditolak, ga ngebayangin jadi awkward moment kalo lo ketauan suka ama dia. Nano-nano deh pasti. Hahaha. Ane sotak-sotak aja nih gan.
Ya begitulah cewek, yang katanya sih hatinya seluas samudera dan sedalam palung di lautan #tsaaaah. Ya dinikmati ajaa perasaan berdebar-debar ketika harus bisa muka ga ada apa-apa padahal kita kenapa-kenapa waktu ada si dia. LOL
Ngelakuin hal-hal kecil yang konyol dan ga akan kepikiran pake logika. Yaa dinikmati aja, karena perasaan emang ga bisa memilih.

Tapi ada hal kecil yang kadang kita lupa. Show your feeling! jangan terlalu lama juga asyik jadi secret admirer. Seiring jadi secret admirer, perbaiki diri jadi lebih baik. Dan ketika siap, show your feeling! perasaan yang tulus, tunjukanlah! Katanya sih gitu kalo di film nya bang mario maurer.

Karena kita lupa hal yang terpenting ketika suka sama seseorang adalah bagaimana kita berani buat nunjukin perasaan kita. Hal itu yang sering ngebuat kita broken heart sendiri. Kalo udah kayak gitu, jangan salahin pihak manapun, apalagi salahin keadaan. So, be brave girls! ;)

Makalah Gas Chromatograph

Chromatografi Gas merupakan salah satu alat yang sangat banyak diaplikasikan didunia industri. Salah satu industri yang mengunakan alat ini adalah industri LNG dimana untuk dapat menghitung HHV dari LNG diperlukan analisis dari komposisi LNG tersebut. Untuk menganalisis komposisi dari LNG digunakanlah chromatografi gas. 

Untuk mengetahui lebih lengkap mengenai alat tersebut download Makalah Gas Chromatography_Melly Chandra F_6512010015

INPEX Research and Development

Menyediakan sumber energi yang stabil
Digunakan untuk konservasi minyak yang terbatas, antara lain :
a. Menggunakan energi secara efisien;

• Menggunakan EOR, menggunakan CO2 dan injeksi udara. Injeksi ke dalam ladang minyak, selain dapat recovery juga dapat menurunkan emisi co2. Air injeksi dapat efektifitas yang tinggi
• Teknologi hidrogen, konversi gas alam ke dalam bentuk lain dengan teknologi hidrogen. GTL: natural gas ke dalam fuel berfase liquid ( metanol). DME, properti sama seperti LPG, ramah lingkungan karena tidak menghasillkan emisi berupa Sox
• Teknologi dalam transport dan storage. Natural gas hidrate, jumlah natural gas besarnay 170x dibanding natural gas, bisa meringkas volume untuk pengiriman, kelebihan bisa dimaintain pada temperatur -20, bisa digunakan untuk ladang minyak yang terpencil. Underground Gas storage, memanfaatkan ladang gas yang sudah tidak terpakai.

b. Mengembangkan sumber energi baru

• Pengembangan Minyak fraksi berat. Agar bisa digunakan sebagai fuel, perlu cracking jadi fraksi ringan
• Tight gas development
• Methane Hydrate

Konservasi Lingkungan

• Mengurangi co2 agar proses ramah lingkungan
• CCS (carbon dioxide capture and storage), ditangkap dan disimpan kembali ke reservoir, selain mengurangi emisi juga dapat menjaga reservoir pada tekanan tidak turun

Gabungan untuk menghasilkan kesetimbanganMenyeimbangkan suplay energi dan menjaga lingkungan ada dua cara

• Recycling metana menggunakan mikroba. Mikroba mengkonversi CO2 menjadi metana dengan bakteri hidrogen. Merupakan reaksi biologi dan kimiawi, mikroba yg digunakan :mikroba penghasil hidrogen dan juga mikroba penghasil metana (CO2 + H2 )
• Mengembangkan energi yang baru dan terbaharukan

Teknologi LNG : Liquefin

TEKNOLOGI LNG

TIPE BASE LOAD PLANTS

Oleh :

MELLY CHANDRA FRAYEKTI ( 65120010015 )

Teknik Pengolahan Gas - LNG Academy

Pendahuluan

I. Latar Belakang

Kebutuhan energi di seluruh dunia terus mengalamin peningkatan seiring dengan bertambahnya angka pertumbuhan industri. Hal tersebut tidak sebanding dengan ketersediaan sumber daya energi untuk memenuhi kebutuhan tersebut, dimana minyak bumi sebagai salah satu favorit sumber energi kini telah berkurang ketersediannya dan akan tergantikan oleh sumber daya alam lain yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan. Gas alam merupakan salah satu alternative sumber energi yang memiliki harga lebih murah dan emisi jauh lebih rendah dibandingkan dengan minyak bumi. Kebutuhan energi di dunia pada saat ini sebagian besar bergantung pada minyak bumi yang ketersediaan jumlahnya semakin lama semakin berkurang, sedangkan gas alam dalam penggunaannya belum semaksimal mungkin. Terbatasnya kapasitas produksi gas bumi dan meningkatnya angka pertumbuhan industri menyebabkan harga minyak bumi yang semakin melonjak tinggi. Dari sisi industri LNG, keberadaan dan peranan minyak bumi jelas tidak akan tergantikan oleh gas, tetapi dinamisasi keseimbangan neraca energi dunia yag terus berfluktuasi memberikan pilihan dan peluang menarik bagi pengembangan industri LNG dengan demikian pilihan pengembangan lapangan gas untuk diproyeksikan menjadi industri LNG bisa dipandang mampu memberikan keuntungan finansial, selain itu pilihan atas LNG menjadi semakin menarik karena dihubungkan dengan issue industri yang ramah lingkungan. Permintaan pasar akan LNG sebagai salah satu clean energi semakin meningkat 6% setiap tahunnya. Perkembangan yang pesat tersebut memungkinkan terjadi dengan mencapai pengurangan biaya yang besar sepanjang LNG chain. Secara perhitungan Plant Liquefaction mendekati hingga 50% dari biaya kilang LNG. Sehingga terdapat incentive yang tinggi dalam rangka upaya meningkatkan kapasitas train dan meminimalisir biaya dari segmen ini. Selain terdapat konsentrasi untuk meningkatan kapasitas train dan meminimalisir biaya, dibutuhkan pula teknologi sederhana dan handal yang dapat memenuhi kebutuhan untuk dapat dioperasikan pada daerah yang beriklim buruk. Oleh karena itu proses yang digunakan haruslah proses yang mengandalkan kesederhanaan dan konsep yang kuat di mana mudah untuk dioperasikan dan memiliki faktor ketersediaan yang tinggi. Begitu juga dengan peralatan yang digunakan haruslah aman, dan terbukti dengan baik serta ketersediannya banyak.

1. II. Rumusan Masalah
   1. Bagaimanakah proses pendinginan dan pencairan gas alam?
   2. Apa saja kah macam-macam teknologi pendinginan dan pencairan gas alam?
   3. Bagaimanakah deskripsi proses dari teknologi LNG tipe base load plants tersebut?
   4. Bagaimanakah skema dari proses-proses tersebut?
   5. Apa saja kah keuntungan dari penggunaan masing-masing teknologi proses tersebut?
   6. Pada kilang LNG manakah teknologi tersebut diaplikasikan?

1. III. Tujuan
   1. Untuk mengetahui dasar teori mengenai pendinginan dan pencairan gas alam.
   2. Untuk meetahui macam-macam teknologi pendinginan dan pencairan gas alam.
   3. Untuk mengetahui tentang deskripsi proses dari teknologi LNG tipe base load plants.
   4. Untuk mengetahui skema proses dari teknologi LNG tersebut.
   5. Untuk mengetahui keuntungan dari masing-masing penggunaan teknologi.
   6. Untuk mengetahui aplikasi teknologi LNG tipe base load plants di kilang LNG di seluruh dunia.

Pembahasan

1. I. Dasar Teori

Gas alam yang memiliki fasa gas, untuk dapat ditransportasikan lebih mudah dalam penggunaan dan pendistribusiannya diperlukan suatu proses teknologi untuk dapat merubah fasa gas menjadi liquid. Dimana ketika berada pada fasa liquid gas alam akan lebih stabil dan aman untuk ditransportasikan ke daerah lain guna pemanfaatannya sebagai sumber energi . Sistem refrigerasi merupakan salah satu upaya dalam tahapan proses pendinginan dan pencairan gas alam menjadi LNG (Liquefied Natural Gas). Sebelum didinginkan gas terlebih dahulu menjalani proses treatment untuk dapat menghilangkan impurities-impurities yang terkandung dalam gas alam yang nantinya dapat mengganggu proses pendinginan dan pencairan gas alam. Selain itu, impurities-impurities yang terkandung dalam gas alam juga tidak memiliki nilai bakar sehingga perlu dihilangkan dari gas alam. Proses treatment pada kilang LNG antara lain terdiri dari pemisahan fraksi berat dari hidrokarbon, penghilangan gas asam dan penghilangan kandungan air dan mercury. Sistem refrigerasi adalah suatu system memindahkan energi thermal dari daerah suhu rendah ke daerah suhu tinggi. Siklus pendinginan yang paling umum digunakan adalah siklus kompresi uap yang terdiri dari 4 komponen utama yaitu : compressor, condenser, katup ekspansi (JT-valve) , dan evaporator yang secara sederhana dapat dilihat pada diagram berikut : Secara sederhana digambarkan pada PH diagram berikut :  

Proses 1-2 : Proses Kompresi dalam Compressor. Pada proses kompresi ideal dianggap tidak ada perpindahan panas yang terjadi antara refrigerant dan sekelilingnya ( Proses Adiabatik ), dianggap juga tidak ada pengaruh gesekan antara refrigerant dengan komponen-komponen compressor. Proses ini juga disebut dengan proses isentropic, yaitu suatu proses dimana nilai dari entropinya adalah konstan. Proses ini merubah dari kondisi uap jenuh P₁ ( Low Side Pressure ) menjadi uap kering pada P₂ ( High Side Pressure).  

Proses 2-3 : Proses Pembuangan Energi Kalor pada Komdenser. Pada proses ini dianggap tidak terjadi penurunan tekanan ( pressure drop ) sehingga proses disebut isobaric, yaitu proses di mana tekanannya konstan. Proses ini merubah refrigerant dari kondisi uap lanjut ke fasa cair jenuh kemudian ke fasa cair. Dilakukan dengan jalan mengalirkan udara/cooling water melalui condenser,sehingga terjadi perpindahan panas antara refrigerant dengan udara/cooling water.  

Proses 3-4 : Proses Ekspansi. Pada proses ekspansi terjadi penurunan tekanan tanpa terjadi perubahan enthalpy dari kondisi cair jenuh (titik 3) menjadi kondisi campuran (titik 4). Dengan turunnya tekanan menyebabkan temperatur refrigerant turun. Refrigerant dengan suhu yang sangat dingin dialirkan ke evaporator.  

Proses 4-1 : Proses Pendinginan Fluida Proses oleh Refrigerant. Pada proses ini dianggap tidak terjadi penurunan tekanan seperti pada condenser, proses ini merubah kondisi refrigerant dari kondisi campuran (titik 4) menjadi uap jenuh (titik 1) dengan jalan melewatkan fluida proses (fluida yang ingin didinginkan) ke evaporator. Di sini terjadi perpindahan panas antara refrigerant dengan fluida proses. Temperatur refrigerant naik sampai menjadi uap jenuh, sedangkan temperature fluida proses menjadi lebih rendah karena telah melepas panas/kalor ke refrigerant.

1. II. Teknologi Pendinginan dan Pencairan Gas Alam.

Teknologi pendinginan dan pencairan gas alam menjadi LNG pada dasarnya adalah proses pendinginan gas metana oleh pendingin (refrigerant/coolant) sampai mencapai suhu -160 ^oC sehingga fasenya berubah menjadi cair. Beberapa lisensi teknologi pencairan gas alam yang sudah banyak digunakan dalam kilang LNG di dunia anatara lain adalah :

1. APCI C3/MR (Air Product)

Proses pencairan ini adalah proses pencairan gas alam yang paling umum digunakan di dunia. Hampir 80% kilang LNG yang dibagun di dunia memakai proses pencairan ini termasuk PT Badak NGL. Proses pencairan APCI memiliki efisiensi termodinamik yang tinggi. Ciri khas dari proses ini adalah menggunakan Main Heat Exchanger. Proses ini menggunakan propan sebagai pendingin awal (pre-cooling) gas alam dan mixed refrigerant/multi component refrigerant sebagai pendingin lanjutan dan pencair gas alam. MCR tersebut terdiri dari nitrogen, metana,etana, dan propan.

1. Optimized Cascade (Conoco Philips)

Proses pencairan ini adalah proses pencairan yang paling banyak membutuhkan equipment diantara proses yang lain karena memakai tiga siklus refrigerant murni. Proses ini memakai tiga refrigeran murni, yaitu: Propan, Etilen, dan Metan, sehingga efisiensi termodinamikanya sedikit lebih rendah daripada proses yang memakai refrigeran campuran. Etilen sebagai salah satu refrigerannya, juga tidak dapat diproduksi sendiri, karena etilen hanya dapat diproduksi di industri petrokimia. Jadi proses ini tidak cocok untuk kilang LNG yang berdiri sendiri jauh dari pabrik petrokimia yang memproduksi etilen.

1. Mixed Fluid Cascade Process (MFCP) (StateOil/Linde)

Proses ini memiliki tiga pendinginan campuran digunakan untuk mendinginkan dan mencairkan gas alam. Pre-cooling dilakukan di Plate-Fin Heat Exchanger dengan pendingin campuran yang pertama, sedangkan Liquefaction (pencairan) dan subcooling terjadi di spiral wound exchanger atau lebih familiar dengan sebutan Main Heat Exchanger oleh dua pendingin campuran lainnya.

1. Dual Mixed Refrigerant (DMR) (Shell)

Konfigurasi proses ini mirip dengan teknologi proses APCI, dimana memiliki perbedaan pre-cooling menggunakan mixed refrigerant yang sebagian besar terdiri dari etana dan propane. Perbedaan lainnya adalah dimana proses pre-cooling terjadi di spiral wound exchanger.

1. Liquefin^TM (IFP/Axens)

Merupakan salah satu teknologi proses pendinginan dan pencairan gas alam terbaru dan memiliki efisiensi yang lebih tinggi sehingga dapat menghasilkan kapasitas train LNG yang lebih besar dengan cost yang lebih rendah. Pertukaran panasnya menggunakan Plate-Fin Heat Exchanger.

1. III. Teknologi Pendinginan dan Pencairan Liquefin^TM

Liquefin^TM merupakan suatu teknologi baru yang dipercayai memiliki efisiensi tinggi sehingga memiliki kemampuan memiliki kapasitas train yang lebih besar dengan biaya yang lebih murah. Operasi dari proses ini dapat dilihat dari skema di bawah ini : Pre-cooling Mixed Refrigerant : Liquefaction Mixed Refrigerant : Pre-cooling refrigeration dari gas dicapai dengan menggunakan mixed refrigerant sebagai ganti propane pada dual-siklus konvensional. Pada proses ini, pre-cooling cycle dioperasikan pada temperature yang lebih rendah bila dibandingkan dengan dual-siklus konvensional. Temperature diturunkan hingga range -50^o C sampai -80^oC atau 60^oF sampai -110^oF. Pada temperature tersebut , cryogenic mixed refrigerant dapat terkondens secara sempurna. Tidak ada pemisahan fasa yang dibutuhkan dan selain itu kuantitas dari cryogenic mixed refrigerant berkurang banyak. Molar ratio antara cryogenic mixed refrigerant dengan LNG (dalam beberapa kasus) akan lebih rendah dari satu. Sedangkan untuk power yang dibutuhkan secara keseluruhan juga berkurang, sebagai dampak dari energi yang dibutuhkan untuk mengkondensasikan cryogenic mixed refrigerant tergeser dari siklus cryogenic ke siklus pre-cooling. Selain itu, hal ini mengarah ke distribusi yang lebih baik dari area perpindahan panas yang dibutuhkan : dengan jumlah core parallel yang sama dapat digunakan antara lingkungan (ambient) dan bagian cryogenic exchange. Pada proses liquefin, kedua mixed refriegerant digunakan pada cara yang sama sebagai komponen murni. Mixed refrigerant dikondensasikan dan divaporasikan pada level tekanan yang berbeda di setiap section, tanpa ada nya pemisahan fasa atau fraksinasi. Cara ini membuat exchange line menjadi sangat sederhana dan kompak. Untuk mixed refrigerant yang digunakan terdiri dari metana, etana, propane, butane dan nitrogen. Keuntungan yang sangat significant dari skema teknologi baru ini adalah kemungkinan untuk mengatur power balance dari 2 siklus. Dengan demikian memungkinkan untuk menggunakan secara langsung keseluruhan energi yang disediakan dari 2 gas turbin yang identic, tanpa adanya transfer power dari satu siklus ke siklus yang lain. Liquefin^TM memiliki semua sisi positif dari proses cascade dengan efisiensi yang jauh lebih baik dan jumlah peralatan yang lebih sedikit. Berikut ringkasan dari keuntungan proses liquefin : a) No integrated cascade Karena mixed refrigerant dari siklus yang kedua terkondensasi sempurna, dua mixed refrigerant dapat digunakan dengan cara yang sama dengan refrigerant murni yang digunakan di proses cascade. b) A balanced power Proses yang sangat mudah untuk dikondisikan untuk mendapatkan power yang sama untuk masing-masing siklus. Dengan dua gas turbine yang identic, akan menghindari kesulitan yang ditemui silkus C3/MR yang harus mengirimkan power dari gas turbine pre-cooling ke siklus cryogenic. c) A compact heat-exchange line Proses Liquefin^TM juga telah menetapkan untuk penggunaan terbaik dari plate-fin heat exchanger (PFHE). Single heat exchange line digunakan untuk mendinginkan gas dari temperature ambient hingga temperature cryogenic. Proses ini telah disusun untuk membuat jalur perpindahan panas yang sederhana dan compact. Pengaturan dari PFHE adalah pada jantung teknologi pencairan ini dan upaya yang significant telah dilakukan untuk menjamin operasi yang optimal dan sangat miudah dijalankan. d) High conductivity and efficiency Alumunium memiliki resistensi yang diabaikan untuk mentransfer panas antara fluida. Selain luas permukaan perpindahan panas yang diperluas oleh fin pada PFHE menyebabkan efisiensi transfer panas yang sangat tinggi sehingga memungkinkan terjadinya pertukaran panas yang sangat baik dan perbedaan suhu yang rendah. Densitas permukaan yang tinggi hingga mencapai 2000 m²/m³ dapat dicapai. Hal ini sangat penting dalam rangka pengurangan footprint, berat dan juga pada akhirnya pengurangan biaya. e) Design Flexibility Tidak seperti shell and tube heat exchanger, di mana satu single stream dapat digunakan pada sisi shell, PFHE dapat menangani sejumlah aliran panas dan dingin di berbagai tekanan secara bersamaan. Pada saat ini, teknik fabrikasi PFHE telah didirikan dan operasi dari PFHE sendiri juga telah dibuktikan dalam berbagai aplikasi cryogenic dengan kapasitas yang besar. Proses Liquefin^TM secara khusus diadaptasi untuk penggunaan PFHE, semua fluida yang masuk pada jalur utama pertukaran panas kecuali keluaran dari JT valve yang merupakan dalam keadaan single phase – vapor atau subcooled liquid. Selain itu, pengaturan khusus pada outlet JT valve memastikan jumlah dari refrigerant dengan tepat pada masing-masing core parallel dan distribusi antara saluran yang berbeda dengan core. Distribusi yang baik adalah salah satu parameter kunci untuk menjamin efisiensi penuh dari sebuah proses. Untuk kapasitas yang besarnya sekitar 4,5 MTPA, total pre-cooling dan liquefaction pertukaran panas disebarkan pada 4 cold boxes yang masing-masing memiliki 6 jalur parallel yang tersusun dari 2 PFHE cores setiap serinya. Total pertukaran panas dari trrain yang besar kemudian dikumpulkan pada luas 250 m² dengan tinggi tidak melebihi 15 m. Jalur pertukaran ( exchange line ) merupakan sesuatu utama yang baru dari proses ini. Selain pengalaman yang luas dari manufacturer PFHE dengan peralatan yang similar, studi penelitian dan pengembangan lanjutan dilakukan pada PFHE oleh IFP-Axens, terkait dengan efisiensi thermal, fluids dynamic dan perilaku mekanik. Stress analysis yang canggih pada semua bagian dari perakitan cryogenic telah dilakukan dalam kerjasama yang erat dengan manufacturer dari PFHE.  

Jalur Pertukaran Panas ( Heat Exhange Line ) Semua pertukaran panas antara gas dengan dua mixed refrigerant dan juga antara kedua mixed refrigerant terjadi pada single exchange line PFHE di dalam cold boxes dengan jumlah yang terbatas.

• Semua vendor PFHE utama dapat membuat cold boxes tersebut tetapi IFP/Axens telah membatasinya untuk Chart, Nordon Cryogenic, dan Kobe Steel. IFP/Axens telah bekerja sama dengan manufacturer tersebut untuk mendapatkan jalur pertukaran panas utama yang mirip dengan arsitektur dari PFHE yang didalamnya terdapat cold boxes. Namun sayangnya, sekarang Chart sudah tidak lagi memenuhi syarat untuk Iran. Sehingga cold boxes dapat diperoleh dari dua manufacturer yang lainnya tanpa berdampak pada desain kilang ataun P&ID.
• Desain dari main heat exchanger berdasarkan dari jumlah minimum cold boxes yang masing-masing ditata secara compact sehingga meminimalkan cryogenic piping. Sedangkan dalam cold boxes sendiri, piping antara cores juga diminimalkan.
• Semua fluida didistribusikan pada single phase di antara cold boxes dan di antara cores yang terdapat di dalam cold boxes. Pada JT valve di mana dua fase dihasilkan, terdapat satu JT valve setiap cold box dengan peralatan khusus di dalam cold box yang memisahkan liquid dan vapor sebelum didistribusikan secara terpisah di antara cores.
• Jalur pertukaran (the exchange line) nya modular : di mana masing-masing cold box berisi beberapa parallel lines dari dua cores setiap serinya. Jumlah dari cores dan cold box tergantung pada kapasitas unit dan kondisi tempat.
• Dengan konsep modular, keterbatasan dalam hal ukuran yang ada pada spiral-wound exchanger dapat dihilangkan.

Keuntungan Utama dari Liquefin^TM

Efisiensi

Keuntungan pertama dari proses ini adalah efisiensinya yang tinggi. Jika dilakukan perbandingan, proses ini akan dapat menghasilkan sekitar 15% LNG lebih banyak dengan penggunaan gas turbine yang sama. Perkembangan efisiensi ini terkait dengan penggunaan dari mixed refrigerant pada proses pre-cooling serta pemilihan PFHE sebagai media pertukaran panasnya. Perbedaan temperature yang rendah pada cores di antara sisi panas dan dingin memberikan improvement dari efisiensi energi dan oleh sebab itu power yang dibutuhkan untuk menghasilkan LNG per ton berkurang. Dengan kata lain, untuk penggunaan driver turbine yang sama pada teknologi proses yang berberda, proses liquefin akan menghasilkan jumlah LNG lebih banyak. Cryogenic mixed refrigerant yang memasuki section cryogenic keseluruhan sudah menjadi liquid sehingga tidak ada energi pada siklus ini yang terbuang untuk mengkondensasikan mixed refrigerant. Kuantitas dari cryogenic mixed refrigerant lebih sedikit dibandingkan proses C3/MR sehingga efisiensi secara keseluruhan mengalami improvement. Kurang lebih 1 mol cryogenic mixed refrigerant untuk 1 mole gas alam. Pressure drop yang rendah pada kedua sisi panas dan dingin dari PFHE sehingga membuat terjadinya penambahan efisiensi yang menguntungkan dari proses liquefin ini. Seperti yang kita tahu bahwa pada proses liquefin tidak terdapat pembatasan pada jumlah media penukar panasnya. Sehingga semakin besar kapasitas train menghasilkan LNG maka akan lebih efisien.

Biaya

Beberapa faktor yang menyebabkan biaya yang lebih sedikit pada proses Liquefin^TM antara lain :

• Kemampuan untuk meningkatkan kapasitas train.
• Penggunaan single PFHE yang menggantikan spiral-wound heat exchanger dan kettle type heat exchanger.
• Plot area yang kompak, sehingga dapat mengurangi panjang pipa yang bekerja pada suhu rendah.
• Mengurangi ukuran dari air cooler condenser.
• Multi sumber dari semua peralatan, termasuk jalur pertukaran panas utama.

Studi yang dilakukan oleh Kontraktor yang familiar dengan industri LNG menunjukkan bahwa biaya unit pencairan itu sendiri dapat menurun hingga sekitar 15%. Secara keseluruhan, termasuk unit utilitas, pre-treatment, penyimpanan, dll, terdapat perbedaan yaitu berkurangnya biaya hingga 7%. Dengan mempertimbangkan peningkatan kapasitas untuk turbin gas yang diberikan, biaya per ton LNG lebih rendah hingga sekitar 20% bila dibandingkan dengan proses lainnya.  

Kapasitas yang Lebih Besar

Dengan skala ekonomi, biaya per ton LNG akan menurun ketika kapasitas produksi meningkat. Hal ini telah mendorong terjadinya peningkatan jumlah kapasitas train yang sedikitnya 1 MTPA pada 30 tahun yang lalu menjadi 4 MTPA hingga pada saat ini. Dapat dilihat pada grafik di bawah ini yang menunjukkan kenaikan kapasitas train Iran LNG. Bagaimanapun kapasitas train di atas juga dapat dicapai oleh proses C3/MR hanya dengan memungkin sejumlah besar flash gas untuk dapat meningkatkan efisiensi. Keterbatasan yang pertama dalam peningkatan kapasitas disebabkan oleh spiral-wound exchanger yang digunakan pada siklus konvensional C3/MR. Jika konstruksi dari exchanger tersebut di atur menjadi parallel akan membuat kita kehilangan keuntungan dalam skala ekonomi. Tetapi dengan menggunakan proses Liquefin^TM pertukaran dilakukan secara modular, tidak pembatasan tersebut yang harus diperhitungkan. Peningkatan kapasitas memerlukan peningkatan jumlah cold box secara parallel. Sebagai contoh untuk memproduksi dengan kapasitas 6 MTPA pada South Pars gas dibbutuhkan 4 cold box. Sedangkan untuk dapat memiliki kapasitas hingga 8 MTPA dibutuhkan 6 cold box. Keterbatasan lainnya adalah mach number pada kompresor propane. Senakin besar laju flow rate pada inlet kompresor, maka semakin lama rotor berputar dan semakin tinggi kecapatan peripheralnya. Pada gambar di bawah ini mendeskripsikan karakteristik dari banyaknya kompresor propane. Unit yang besarnya sekitar 4,5 MTPA sekarang dalam tahap pembangunan yang digambarkan pada lingkaran biru. Sedangkan untuk kasus Liquefin^TM yang kapasitasnya sedikit lebih besar 4,8 MTPA ditunjukkan pada lingkaran merah. Untuk kapasitas yang sama kompresor ini akan lebih mudah untuk mendirikan proses Liquefin^TM, sebaliknya kompresor dengan kapasitas terbesar dapat dicapai dengan karakteristik dari kompresor terbaru. Secara mudah digambarkan : campuran dari etana dan propane digunakan pada siklus pertama ( bukan menggunakan propane ) , sehingga berat molekulnya lebih lebih rendah dengan demikian mach number dari kompresor juga lebih rendah. Di sisi lain , besarnya tekanan lebih tinggi sehinga volume inlet lebih kecil. Keterbatasan yang paling parah adalah pada ukuran kompresor axial untuk mixed refrigerant kedua. Seperti yang kita tahu bahwa pada proses Liquefin^TM terdapat power balance pada kedua siklusnya. Kuantitas dari mixed refrigerant kedua akan berkurang hingga 30% jika dibandingkan dengan proses C3/MR dengan kapasitas yang sama. Dengan kompresor axial yang sama, akan memungkinkan untuk membangun sebuah kilang dengan kapasitas meningkat sekitar 30% jika dibandingkan dengan proses actual C3/MR, dengan semua kondisi yang sama. Proses C3/MR dengan versi dasar menggunakan 2 siklus memiliki kapasitas di bawah 5 MTPA, sedangkan untuk kapasitas train dengan gas turbine yang sama proses Liqurefin^TM dapat menghasilkan hingga 6 MTPA. Sebuah skema pencairan baru : siklus C3/MR/Nitrogen telah digunakan di pasar baru-baru ini. Ini dimaksudkan gas turbine ketiga yang digunakan untuk siklus nitrogen untuk dapat mencapai kapasitas kurang lebih hingga 7 MTPA. Tiga siklus seri tersebut berarti menambah kompleksitas dan mengurangi ketersediaan jika dibandingkan dengan skema yang sebelumnya. Sekalipun terdapat perubahan komposisi mixed refrigerant mungkin untuk dilakukan pada pengurangan kapasitas tanpa menggunakan siklus nitrogen. Tentu saja diperlukan full shutdown pada proses C3/MR jika terdapat kerusakan pada driver ataupun kompresor. Dengan tiga penggerak yang sama, skema proses Liquefin^TM akan lebih sederhana seperti yang ditunjukkan oleh gambar dibawah. Gas turbine pertama menggerakkan kompresor untuk pre-cooling. Sedangkan dua gas turbin lainnya disusun secara parallel untuk pada siklus liquefaction. Hal ini memungkinkan untuk dapat mencapai kapasitas hingga 8 MTPA. Ketersediaan ini mengalami improvement jika dibandingkan skema dasar, karena sebelumnya jika terjadi kegagalan pada kompresor single liquefaction haruslah dilakukan plant shutdown keseluruhan. Dimana dengan skema di bawah ini, jika terjadi kerusakan pada salah satu kompresor, akan tetap memungkinkan kilang untuk beroperasi tetapi dengan kapasitas yang berkurang ( minimum 50% dengan cara merubah temperature pre-cooling dan komposisi dari mixed refrigerant ). Masalah yang ada hanya terdapat pada kompresor MR1 atau penggeraknya yang akan mematikan secara total unit tersebut. Teknologi Liquefin^TM merupakan proses yang fleksibel, menawarkan lebih dari satu kemungkinan untuk dapat mencapai kapasitas yang luas dan memiliki kompetitif yang tinggi :

1. Dengan menggunakan gas turbine yang lebih besar. Turbine dengan frame 9 baru-baru ini telah memenuhi syarat sebagai mechanical driver. Dengan teknologi Liquefin^TM , memungkinkan untuk mencapai kapasitas 7-8 MTPA dengan hanya menggunakan dua penggerak utama. Meskipun volume laju alir yang tentu saja meningkat, sebuah kemungkinan yang ada agar kompresor sesuai pada kasus ini karena kecepatan dari frame 9 (3000 rpm) lebih rendah daripada kecepatan frame 7 (3500 rpm). Sebuah study yang mendalam harus dilakukan untuk meyakinkan segala kemungkinan yang bisa terjadi dan memastikan segala sesuatunya. Study tersebut sedang dikembangkan oleh IFP/Axens.
2. Atau menggunakan gas turbine yang sangat besar (siklus kombinasi) untuk menghasilkan listrik dan menggunakan motor elektrik yang besar ( hingga 70MW ) secara parallel pada masing-masing siklus. Dapat dilihat pada gambar di bawah. Hampir tidak ada batasan teknik untuk besarnya kapasitas karena digunakan skema yang sepenuhnya modular. Keuntungan dari skema tersebut antara lain : kompresor yang terbukti cocok, ukuran peralatan yang sedang, efisiensi yang sangat baik ( konsumsi fuel gas yang sangat rendah sebagai siklus kombinasi yang dapat mencapai 50%-60% efisiensi), dan availability yang baik dimana tidak perlu melakukan full shutdown jika terjadi kegagalan pada driver.

Daftar Pustaka

http://www.axens.net/product/technology-licensing/10097/liquefin.html http://www.igu.org/html/wgc2003/WGC_pdffiles/10508_1045736680_32648_1.pdf http://www.kgu.or.kr/download.php?tb=bbs_017 http://lontar.ui.ac.id http://id.swewe.com/word_show.htm/?83597_1

TEKNOLOGI LNG TIPE BASE LOAD PLANTS

 

TEKNOLOGI LNG

TIPE BASE LOAD PLANTS

       

Oleh :

CANDRA ADITYA WIGUNA ( 6512010005 )

MAGDA DWI APRIYANI ( 6512010014 )

MELLY CHANDRA FRAYEKTI ( 65120010015 )

SYAHIR MUZAKKI EKA PUTRA ( 6512010020 )

 

Pendahuluan

I. Latar Belakang

Kebutuhan energi di seluruh dunia terus mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya angka pertumbuhan industri. Hal tersebut tidak sebanding dengan ketersediaan sumber daya energi untuk memenuhi kebutuhan tersebut, dimana minyak bumi sebagai salah satu favorit sumber energi kini telah berkurang ketersediannya dan akan tergantikan oleh sumber daya alam lain yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan. Gas alam merupakan salah satu alternatif sumber energi yang memiliki harga lebih murah dan emisi jauh lebih rendah dibandingkan dengan minyak bumi. Kebutuhan energi di dunia pada saat ini sebagian besar bergantung pada minyak bumi yang ketersediaan jumlahnya semakin lama semakin berkurang, sedangkan gas alam dalam penggunaannya belum semaksimal mungkin. Terbatasnya kapasitas produksi gas bumi dan meningkatnya angka pertumbuhan industri menyebabkan harga minyak bumi yang semakin melonjak tinggi. Dari sisi industri LNG, keberadaan dan peranan minyak bumi jelas tidak akan tergantikan oleh gas, tetapi dinamisasi keseimbangan neraca energi dunia yag terus berfluktuasi memberikan pilihan dan peluang menarik bagi pengembangan industri LNG dengan demikian pilihan pengembangan lapangan gas untuk diproyeksikan menjadi industri LNG bisa dipandang mampu memberikan keuntungan finansial, selain itu pilihan atas LNG menjadi semakin menarik karena dihubungkan dengan issue industri yang ramah lingkungan. Permintaan pasar akan LNG sebagai salah satu clean energi semakin meningkat 6% setiap tahunnya. Perkembangan yang pesat tersebut memungkinkan terjadi dengan mencapai pengurangan biaya yang besar sepanjang LNG chain.Secara perhitungan Plant Liquefaction mendekati hingga 50% dari biaya kilang LNG. Sehingga terdapat incentive yang tinggi dalam rangka upaya meningkatkan kapasitas train dan meminimalisir biaya dari segmen ini. Selain terdapat konsentrasi untuk meningkatan kapasitas train dan meminimalisir biaya, dibutuhkan pula teknologi sederhana dan handal yang dapat memenuhi kebutuhan untuk dapat dioperasikan pada daerah yang beriklim buruk. Oleh karena itu proses yang digunakan haruslah proses yang mengandalkan kesederhanaan dan konsep yang kuat di mana mudah untuk dioperasikan dan memiliki faktor ketersediaan yang tinggi.Begitu juga dengan peralatan yang digunakan haruslah aman, dan terbukti dengan baik serta ketersediannya banyak.  

1. II. Rumusan Masalah
   1. Bagaimanakah proses pendinginan dan pencairan gas alam?
   2. Apa saja kah macam-macam teknologi pendinginan dan pencairan gas alam?
   3. Bagaimanakah deskripsi proses dari teknologi LNG tipe base load plants tersebut?
   4. Bagaimanakah skema dari proses-proses tersebut?
   5. Apa saja kah keuntungan dari penggunaan masing-masing teknologi proses tersebut?
   6. Pada kilang LNG manakah teknologi tersebut diaplikasikan?

 

1. III. Tujuan
   1. Untuk mengetahui dasar teori mengenai pendinginan dan pencairan gas alam.
   2. Untuk meetahui macam-macam teknologi pendinginan dan pencairan gas alam.
   3. Untuk mengetahui tentang deskripsi proses dari teknologi LNG tipe base load plants.
   4. Untuk mengetahui skema proses dari teknologi LNG tersebut.
   5. Untuk mengetahui keuntungan dari masing-masing penggunaan teknologi.
   6. Untuk mengetahui aplikasi teknologi LNG tipe base load plants di kilang LNG di seluruh dunia.

         

Pembahasan

I. Dasar Teori

Gas alam yang memiliki fasa gas, untuk dapat ditransportasikan lebih mudah dalam penggunaan dan pendistribusiannya diperlukan suatu proses teknologi untuk dapat merubah fasa gas menjadi liquid. Dimana ketika berada pada fasa liquid gas alam akan lebih stabil dan aman untuk ditransportasikan ke daerah lain guna pemanfaatannya sebagai sumber energi . Sistem refrigerasi merupakan salah satu upaya dalam tahapan proses pendinginan dan pencairan gas alam menjadi LNG (Liquefied Natural Gas). Sebelum didinginkan gas terlebih dahulu menjalani proses treatment untuk dapat menghilangkan impurities-impurities yang terkandung dalam gas alam yang nantinya dapat mengganggu proses pendinginan dan pencairan gas alam. Selain itu, impurities-impurities yang terkandung dalam gas alam juga tidak memiliki nilai bakar sehingga perlu dihilangkan dari gas alam.Proses treatment pada kilang LNG antara lain terdiri dari pemisahan fraksi berat dari hidrokarbon, penghilangan gas asam dan penghilangan kandungan air dan mercury.  

Natural Gas Treatment 

Pada sumur gas alam biasanya gas alam yang ada berisi campuran metana dan gas hidrokarbon berat, karbon dioksida, nitrogen, air, dan berbagai komponen lain yang tidak diinginkan. Gas alam merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau dalam bentuk murninya. Komponen yang tidak diinginkan harus dibuang dan hidrokarbon berat harus dipisahkan sebelum ditransportasikan atau mencairkan gas alam. Langkah-langkah treatment ini kombinasi dari adsorpsi dan proses kriogenik. v Pretreatment Gas alam dikeringkan untuk menghindari pembekuan dan mencegah korosi dalam langkah proses downstream selanjutnya dengan menggunakan adsorber glycol atau molecular sieve. Pembuangan merkuri, H₂S, dan karbon dioksida dari gas alam diperlukan untuk memenuhi standar, mencegah korosi, serta pembekuan dalam tube selama proses kriogenik. Proses scrubbing menggunakan MDEA, Benfield atau Sulfinol biasanya menjadi solusi yang paling baik untuk menghilangkan gas asam. Bagian kecil gas asam dapat dihilangkan dengan adsorpsi bersama dengan penghilangan kandungan air.

Pemisahan kondensat dan LPG Pemisahan omponen gas alam seperti metana, etana, propana, dan butana dapat menambah nilai dari gas pipa biasa. Proses kriogenik merupakan proses yang paling ekonomis untuk mengekstrak fraksi ini dari campuran gas alam. Kondensat (C⁵⁺) merupakan fraksi berat dari campuran gas alam.Fraksi ini dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan atau fuel gas untuk menghasilkan steam.Pemisahan hidrokarbon berat dari campuran gas alam seringkali juga diperlukan untuk memenuhi spesifikasi dew point dari pipeline gas. LPG (Liquified Petroleum Gas) banyak digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk mobil, tetapi juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku kimia. LPG terdiri dari propana murni, butana murni, atau dapat juga terdiri dari campuran keduanya.   Sistem refrigerasi adalah suatu system memindahkan energi thermal dari daerah suhu rendah ke daerah suhu tinggi. Siklus pendinginan yang paling umum digunakan adalah siklus kompresi uap yang terdiri dari 4 komponen utama yaitu : compressor, condenser, katup ekspansi (JT-valve) , dan evaporator yang secara sederhana dapat dilihat pada diagram berikut :

Secara sederhana digambarkan pada PH diagram berikut :    

Proses 1-2 : Proses Kompresi dalam Compressor. Pada proses kompresi ideal dianggap tidak ada perpindahan panas yang terjadi antara refrigerant dan sekelilingnya ( Proses Adiabatik ), dianggap juga tidak ada pengaruh gesekan antara refrigerant dengan komponen-komponen compressor. Proses ini juga disebut dengan proses isentropic, yaitu suatu proses dimana nilai dari entropinya adalah konstan. Proses ini merubah dari kondisi uap jenuh P₁( Low Side Pressure ) menjadi uap kering pada P₂ ( High Side Pressure).  

Proses 2-3 : Proses Pembuangan Energi Kalor pada Komdenser. Pada proses ini dianggap tidak terjadi penurunan tekanan ( pressure drop ) sehingga proses disebut isobaric, yaitu proses di mana tekanannya konstan. Proses ini merubah refrigerant dari kondisi uap lanjut ke fasa cair jenuh kemudian ke fasa cair. Dilakukan dengan jalan mengalirkan udara/cooling water melalui condenser,sehingga terjadi perpindahan panas antara refrigerant dengan udara/cooling water. 

Proses 3-4 : Proses Ekspansi. Pada proses ekspansi terjadi penurunan tekanan tanpa terjadi perubahan enthalpy dari kondisi cair jenuh (titik 3) menjadi kondisi campuran (titik 4). Dengan turunnya tekanan menyebabkan temperatur refrigerant turun.Refrigerant dengan suhu yang sangat dingin dialirkan ke evaporator. 

Proses 4-1 : Proses Pendinginan Fluida Proses oleh Refrigerant. Pada proses ini dianggap tidak terjadi penurunan tekanan seperti pada condenser, proses ini merubah kondisi refrigerant dari kondisi campuran (titik 4) menjadi uap jenuh (titik 1) dengan jalan melewatkan fluida proses (fluida yang ingin didinginkan) ke evaporator. Di sini terjadi perpindahan panas antara refrigerant dengan fluida proses. Temperatur refrigerant naik sampai menjadi uap jenuh, sedangkan temperature fluida proses menjadi lebih rendah karena telah melepas panas/kalor ke refrigerant.  

II. Teknologi Pendinginan dan Pencairan Gas Alam.

Teknologi pendinginan dan pencairan gas alam menjadi LNG pada dasarnya adalah proses pendinginan gas metana oleh pendingin (refrigerant/coolant) sampai mencapai suhu -160 ^oC sehingga fasenya berubah menjadi cair. Beberapa lisensi teknologi pencairan gas alam yang sudah banyak digunakan dalam kilang LNG di dunia anatara lain adalah :

APCI C3/MR (Air Product)

Proses pencairan ini adalah proses pencairan gas alam yang paling umum digunakan di dunia. Hampir 80% kilang LNG yang dibagun di dunia memakai proses pencairan ini termasuk PT Badak NGL. Proses pencairan APCI memiliki efisiensi termodinamik yang tinggi.Ciri khas dari proses ini adalah menggunakan Main Heat Exchanger. Proses ini menggunakan propan sebagai pendingin awal (pre-cooling) gas alam dan mixed refrigerant/multi component refrigerant sebagai pendingin lanjutan dan pencair gas alam. MCR tersebut terdiri dari nitrogen, metana,etana, dan propan.

Optimized Cascade (Conoco Philips)

Proses pencairan ini adalah proses pencairan yang paling banyak membutuhkan equipment diantara proses yang lain karena memakai tiga siklus refrigerant murni. Proses ini memakai tiga refrigeran murni, yaitu: Propan, Etilen, dan Metan, sehingga efisiensi termodinamikanya sedikit lebih rendah daripada proses yang memakai refrigeran campuran.

Etilen sebagai salah satu refrigerannya, juga tidak dapat diproduksi sendiri, karena etilen hanya dapat diproduksi di industri petrokimia. Jadi proses ini tidak cocok untuk kilang LNG yang berdiri sendiri jauh dari pabrik petrokimia yang memproduksi etilen.

Mixed Fluid Cascade Process (MFCP) (StateOil/Linde)

Proses ini memiliki tiga pendinginan campuran digunakan untuk mendinginkan dan mencairkan gas alam. Pre-cooling dilakukan di Plate-Fin Heat Exchanger dengan pendingin campuran yang pertama, sedangkan Liquefaction (pencairan) dan subcooling terjadi di spiral wound exchanger atau lebih familiar dengan sebutan Main Heat Exchanger oleh dua pendingin campuran lainnya.

 

Dual Mixed Refrigerant (DMR) (Shell)

Konfigurasi proses ini mirip dengan teknologi proses APCI, dimana memiliki perbedaan pre-cooling menggunakan mixed refrigerant yang sebagian besar terdiri dari etana dan propane. Perbedaan lainnya adalah dimana proses pre-cooling terjadi di spiral wound exchanger.

Liquefin^TM (IFP/Axens)

Merupakan salah satu teknologi proses pendinginan dan pencairan gas alam terbaru dan memiliki efisiensi yang lebih tinggi sehingga dapat menghasilkan kapasitas train LNG yang lebih besar dengan cost yang lebih rendah. Pertukaran panasnya menggunakan Plate-Fin Heat Exchanger.

 

III. Teknologi Pendinginan dan Pencairan Linde

Linde memiliki dan mengoperasikan lebih dari 1.000 plant dan tim logistik Linde melakukan jutaan pengiriman gas kriogenik tiap tahunnya. Kebutuhan akan bahan bakar LNG terus merangkak naik dari tahun ke tahun. Oleh karena itu, saat ini Linde bersama dengan Gas Technology Institute (GTI) juga mengembangkan teknologi LNG untuk LNG plant dalam skala kecil. Teknologi ini memungkinkan :

• Produksi LNG yang efisien dan ekonomis dengan rate 10.000 galon per hari
• Jaringan perpipaan untuk produksi LNG yang berdiri sendiri
• Produksi dari sumber metana terbarukan, seperti tempat pembuangan sampah, instalasi pengolahan air limbah dan pertanian, serta gas-gas dari tambang batu bara (CBM)

World-scale Baseload LNG Production World scale baseload LNG plant digunakan untuk memenuhi ekspor gas alam dalam jumlah besar. Kapasitas plant yang digunakan berkisari dari 3 juta ton per tahun hingga 12 juta ton per tahun dalam satu train. Gas alam cair (LNG) ditransportasikan dengan menggunakan kapal tanker ke negara-negara konsumen kemudian diturunkan ke dalam terminal.Di terminal ini, LNG kembali diuapkan kemudian dialirkan ke konsumen melalui pipa gas.

Proses Refrigerasi yang digunakan dalam produksi LNG skala besar adalah Mixed Fluid Cascade. Terdapat 3 tahap pencairan dalam proses ini, yaitu pre-cooling munggunakan refrigerant campuran etana dan propana, liquefaction menggunakan refrigerant campuran metana, etana, dan propana, serta sub-cooling menggunakan refrigerant campuran nitrogen, metana, dan etana. Dalam tiap tahap proses pencairan jenis heat exchanger yang digunakan tidak selalu sama. Dalam tahap pre-cooling menggunakan Plate-Fin Heat Exchanger, sedangkan pada tahap liquefaction dan sub-cooling menggunakan Spiral Wound Heat Exchanger.   v Small to Midscale LNG Plants Small and mid-scale LNG plant digunakan terutama untuk memenuhi kebutuhan energi lokal atau regional.Plant ini biasanya memiliki kapasitas produksi 50.000 – 3.000.000 ton per tahun. LIMUM (Linde Multi Stage Mixed Refrigerant) adalah proses refrigerant campuran tunggal. LIMUM, dengan plate-fin heat exchanger Linde direkomendasikan untuk LNG plant yang memiliki kapasitas kurang dari 200.000 ton per tahun, dimana pengurangan belanja modal dan penyederhanaan adalah hal yang terpenting. Contoh pengguna proses refrigerant LIMUM yang menggunakan plate-fin heat exchanger adalah LNG plant di Bergen (Norwegia) dan Kwinana (Australia). Untuk kapasitas LNG plant lebih dari 200.000 ton per tahun, proses LIMUM ini menggunakan coil-wound heat exchanger Linde. Dalam kedua variasi ini, proses LIMUM merupakan alternatif hemat energi untuk plant LNG kecil. Contoh pengguna proses refrigerant LIMUM yang menggunakan coil-wound heat exchanger adalah LNG plant di Stavenger (Norwegia) dan Shan-Shan (Cina). 

Block diagram proses liquefaction LIMUM

dengan menggunakan PFHE atau CWHE

Keuntungan menggunakan proses pencairan LIMUM (Linde Multi Stage Mixed Refrigerant) :

• Single mixed refrigerant cycle
• Proseesnya sederhana, jumlah equipment lebih sedikit, mudah dioperasikan
• Hanya satu siklus refrigerant yang menyediakan refrigeration duty
• Desain fleksibel : pre-cooling, liquefaction, dan sub-cooling menggunakan satu sampai empat plate-fin heat exchanger atau dengan satu coil-wound heat exchanger, tergantung pada kapasitas liquefaction yang diperlukan
• Konsumsi energi 30% lebih rendah dibandingkan dengan proses N₂-expander

Proses LIPROM (Linde Propane Mixed Refrigerant) Linde menggunakan siklus pre-cooling propana dan refrigerant campuran untuk liquefaction dan sub-cooling. Proses LIPROM didesain untuk menggabungkan efisiensi tinggi dan jumlah equipment yang rendah untuk kapasitas pencairan sampai 3 juta ton per tahun.   

IV. Teknologi Pendinginan dan Pencairan Shell

   

Gambar: skema umum pada kilang yang menggunakan proses Shell DMR

Proses pencairan gas alam Shell DMR adalah proses pencairan dengan dua refrigerant campuran (dual/double Mixed Refrigerant) yang dikembangkan oleh Shell. Proses pencairan ini diperuntukkan untuk kilang LNG jenis baseload dengan kapasitas tinggi.Kilang LNG dengan proses Shell DMR merupakan kilang LNG generasi terbaru yang dibuat pada era 2000-an dengan kapasitas train diatas 3 MPTA. Proses hampir sama dengan proses APCI tetapi pada proses precoolingnya Shell DMR menggunakan Mixed Refrigerant.     

Gambar: menunjukkan trending dari kilang LNG di dunia (segitiga = cascade, lingkaran = SMR, kotak = APCI, ketupat = DMR)

Proses Secara garis besar proses dari Shell DMR terdiri dari dua proses utama yaitu:

1. Precooling
2. Liquifaksi

 

Gambar: proses precooling dan liquifaksi dari Shell DMR

Pertama tama gas yang sudah di treatment akan masuk ke pre cool heat exchanger untuk dilakukan pendinginan awal dengan media pendingin pre cool Mixed Refrigerant yaitu campuran antara etan dan propan. Di dalam heat exchanger ini terdapat tiga tube yang terdiri dari gas yang akan dilakukan pendinginan awal, Mixed Refrigerant pre-cooling, dan Mixed Refrigerant yang digunakan untuk proses pencairan sementara di sisi shell terdapat Mixed Refrigerant yang menjadi pendingin. Di dalam heat exchanger ini terjadi pertukaran panas antara mixed refrigerant precooling dengan treatment gas dan juga mixed refrigerant pencairan.Gas yang telah di treatment akan masuk tube pertama di HE precooling bersamaan dengan masuknya MR pencairan yang berasal dari kompresor ke tube kedua. MR precooling juga masuk ke tube ketiga untuk mendinginkan dirinya sendiri. Lalu, keluaran dari tube ketiga diturunkan tekanannya dengan menggunakan JT Valve untuk menurunkan tekanan dan temperature dari MR precooling yang kemudian akan dimasukkan ke dalam shell dari HE precooling untuk mendinginkan ketiga tube tersebut. Setelah keluar dari shell HE precooling, MR precooling akan berubah fase menjadi sepenuhnya vapor. Kemudian vapor dari MR precooling akan masuk ke kompresor untuk dinaikkan tekanannya. Setelah itu akan masuk ke fin fan cooler untuk dilakukan kondensasi tahap awal dengan media condenser udara (untuk kasus kilang LNG Sakhalin menggunakan udara) kemudian masuk kembali ke HE precooling untuk dilakukan kondensasi tahap kedua dengan media condenser dirinya sendiri. Setelah keluar dari HE precooling dengan keadaan dingin, gas kembali masuk ke HE 2 untuk dilakukan precooling kedua, prosesnya sama dengan HE 1 precooling hanya saja inlet dari tube MR precooling berasal dari keluaran dari HE 1 precooling, jadi secara teoritis proses di HE 2 lebih dingin karena inletnya merupakan keluaran dari HE 1. Keluaran dari shell yang merupakan MR precooling yang sudah menjadi vapor dimasukkan ke dalam kompresor. Setelah keluar dari proses precooling dengan suhu -35^oC, gas alam dan MR pencairan akan sama sama masuk ke Main Heat Exchanger untuk sama sama didinginkan dengan MR pencairan. MR pencairan akan dimasukkan ke separator terlebih dahulu untuk memisahkan gas dan liquidnya karena sebelumnya telah terkondens akibat pendinginan di HE 1 dan 2 pada proses precooling. Gas alam, MR vapor, dan MR liquid sama sama memasuki Main Heat Exchanger. Lalu MR liquid akan keluar dari main heat exchanger dan masuk ke dalam liquid expander. Prinsipnya hampir sama dengan JT valve hanya saja liquid expander lebih mirip seperti turbin. Liquid Expander ini akan menurunkan tekanan dari MR liquid. Tekanan dan temperature dari MR liquid pun menurun drastis dan kemudian akan dimasukkan ke sisi shell dari Main Heat Exchanger. MR liquid akan di spray membasahi tube tube yang ada di bawahnya untuk mendinginkan gas alam, MR Vapor dan dirinya sendiri. Setelah gas alam dan MR Vapor didinginkan oleh MR liquid keduanya akan naik ke atas dan MR Vapor keluar dari MHE untuk kemudian di turunkan tekanannya oleh JT Valve. Setelah tekanan dan temperaturnya turun, MR Vapor akan di spray ke dalam shell dari MHE dan akan membasahi tube tube yang ada dibawahnya. Hal ini bertujuan untuk mendinginkan gas alam dan MR vapor itu sendiri. Setelah digunakan sebagai pendingin, MR liquid dan vapor keduanya akan menjadi vapor dan keluar lewat sisi bawah dari MHE. Setelah itu MR tersebut akan masuk ke kompresor untuk menaikkan tekanannya. Setelah dari kompresor, MR akan masuk ke fin fan cooler untuk melakukan kondensasi tahap awal, dan kemudian MR akan masuk ke HE 1 dan 2 untuk tahap kodensasi berikutnya. Setelah dua kali pendinginan, gas alam akan berubah fase menjadi cair (menjadi LNG) dan keluar dari sisi atas dari main heat exchanger. Setelah itu LNG akan dimasukkan ke liquid expander untuk di turunkan tekanannya yang mengakibatkan tekanan dan temperaturnya turun dan sebagian komponen fraksi ringannya berubah fase menjadi fase vapor, dalam hal ini fraksi ringan yang dimaksud adalah kandungan nitrogen yang ada dalam LNG. LNG dan vapor Nitrogen kemudian dimasukkan kedalam separator untuk dipisahkan. Tujuan pemisahan nitrogen dari LNG ini karena nitrogen merupakan unsur yang inert dan tidak bereaksi, tetapi jika terdapat pada bahan bakar maka emisi dari bahan bakar tersebut akan mengandung NOx yang merupakan salah satu polutan yang berbahaya bagi lingkungan. Setelah nitrogen dipisahkan, maka LNG yang murni akan ditampung di LNG storage tank dan siap untuk dikapalkan. Main Heat Exchanger yang digunakan dalam proses Shell DMR sama dengan yang digunakan dalam proses APCI. Keduanya menggunakan Heat Exchanger tipe spiral wound buatan Linde  

Keuntungan menggunakan Shell DMR 

1. Sedikit peralatan dan peralatan tidak terlalu besar 
2. Hydrocarbon Inventory lebih rendah 
3. Onstream Time lebih ditingkatkan 
4. Ukuran Plot lebih kecil 
5. Safetynya tinggi 
6. Extra degree of freedom 
7. Setiap siklus dapat diutilisasi dengan kekuatan penuh 
8. Fleksibel terhadap kondisi lingkungan dan perubahan dari feed gas 
9. Perhitungan peralatan lebih rendah 
10. Efisiensi tinggi    

Perbandingan dengan APCI 

Proses pencairan LNG dengan metode APCI dan Shell DMR relative mirip, dengan menggunakan Main Heat Exchanger yang bertipe spiral wound. Letak perbedaan yang paling mencolok ialah proses pre-coolingnya yang menggunakan Mixed Refrigerant etan-propan. Sedangkan APCI menggunakan propan. Shell DMR membutuhkan peralatan yang lebih sedikit daripada proses APCI. Shell DMR mempunyai fleksibilitas proses yang lebih tinggi karena dapat dioperasikan dengan segala macm kondisi. APCI dapat memproduksi dengan kapasitas 3,4 juta ton per tahun, berdasarkan 340 hari stream, dan kapasitas LPG sebanyak 0,3 juta ton per tahun. Sedangkan untuk Shell DMR dapat memproduksi dengan kapasitas LNG 4 juta ton per tahun dan kapasitas LPG 0,3 juta ton per tahun. Shell DMR memiliki kapasitas 15% lebih besar daripada proses APCI. Produksi dari Shell DMR lebih tinggi karena proses dari siklus precooling memiliki fleksibilitas yang memungkinkan untuk mengerahkan kekuatan gas turbin dan helper motor power secara penuh. Power kompresi terbatas di siklus propan karena head dari kompresor dan laju alir suction yang terbatas. Maka dari itu Shell DMR mempunyai power 11% lebih besar daripada proses APCI.  

Gambar: menunjukkan perbandingan capital cost dari APCI vs Shell DMR

Proses Shell DMR juga mempunyai power spesifik 4% lebih baik daripada APCI. Untuk kasus extended end-flash, keunggulan Shell DMR menurun hingga 10% karena perbedaan power spesifik dari keduannya menjadi hampir sama.Dari sisi capital cost, Shell DMR mempunyai capital cost basis 5% lebih tinggi daripada APCI. Shell DMR dengan end-flash juga mempunyai capital cost basis 5% lebih tinggi daripada APCI. Tetapi dalam total capital cost, Shell DMR memiliki capital cost 8% lebih baik daripada APCI karena Shell DMR dapat memproduksi LNG dengan kapasitas yang lebih besar daripada APCI. Sementara untuk kasus dengan end-flash, Shell DMR memiliki capital cost yang lebih rendah 6% daripada APCI end-flash.  

Gambar: menunjukkan perbandingan kapasitas LNG, LPG, cost, dan NPV dari APCI vs Shell DMR

Perhitungan dari Net Present Value (NPV) yaitu perhitungan kemungkinan keuntungan dari investasi menunjukkan bahwa proses Shell DMR mempunyai NPV yang lebih tinggi sekitar 61% dibandingkan dengan APCI. Dan untuk kasus dengan end-flash, Shell DMR mempunyai NPV 35% lebih besar daripada APCI.Untuk tipe kilang dengan single-train, Shell DMR dengan end-flash mempunyai NPV tambahan sekitar 150 juta US dollar.Untuk kasus end flash, kapasitas produksi dari kedua proses baik Shell DMR dan APCI sama – sama meningkat. Produksi LNG APCI meningkat sekitar 12% dan LPG meningkat sekitr 34%. Untuk Shell DMR, meningkat sekitar 6% untuk LNG dan 35% untuk LPG. Kapasitas LPG yang meningkat tajam dikarenakan oleh C3+ dari LNG yang semakin murni. Meskipun absolut capital cost meningkat 3 sampai 4% untuk specific cost meningkat 6% untuk APCI dan 4% untuk Shell DMR. NPV dengan asumsi 20 tahun meningkat 39% untuk APCI dan 17% untuk Shell DMR. 

Aplikasi 

Aplikasi dari proses pencairan Shell DMR yang terkenal adalah pada Sakhalin LNG 1 dan Australia NWS. Sakhalin merupakan kilang LNG yang terletak di Rusia sebelah timur, berbatasan dengan Jepang di sebelah selatan. Sakhalin terletak pada iklim sub tropis dekat dengan iklim dingin, sehingga media condenser untuk mengkondensasi refrigerant cukup dengan media udara saja. Brikut adalah fakta – fakta teknis yang ada di Sakhalin LNG: - LNG Plant pertama di Rusia yang terletak di Prigorodnoye, Teluk Aniva. - Memiliki 2 train , masing2 kapsitasnya 4,8 juta tons LNG per tahun - Liquefaction Process nya menggunakan teknologi Shell - Cooling medianya menggunakan udara karena temperature udara yang sudah dingin - Memiliki unit utilitas antara lain : instrument air,nitrogen plants dan system diesel. - Memiliki 5 gas turbine yang digerakkan oleh generator yang memiliki kapasitas total power electricity nya 129 MW - Memiliki 2 LNG storage tanks masing2 kapasitasnya 100.000 meter kubik - LNG Plant production kapsitasnya 9,6 juta ton LNG per tahun. - Proses liquefaction gas menggunakan teknologi shell yang disesuaikan untuk digunakan pada iklim dingin yang menggunakan double mix refrigerant - Jetty memiliki 4 arm, 2 loading arm, 1 dual purpose arm dan 1 vapour return arm. Loading 160 LNG carriers per year - Memiliki 2 refrigerants storage yang berbentuk sphere untuk propane dan ethane yang masing2 kapasitasnya 1.600 meter kubik - Gas didinginkan hingga -162 C, dimana gasmenjadi liquid. - Mixed refrigerant yang digunakan adalah campuran dari nitrogen, methane, ethane dan propane. - Selama proses storage, LNG di evaporasikan secara konstan. Gas vaporisasi gas di removed dari tank untuk di maintain pada tekanan konstan dan digunakan sebagai fuel. - Proses pre-cooling terjadi di spiral-wound HE oleh campuran dari ethane dan propane. - Proses Liquefaction dan sub-cooling oleh campuran nitrogen-methane-ethane-propane.

V. Teknologi Pendinginan dan Pencairan Liquefin^TM

Liquefin^TM merupakan suatu teknologi baru yang dipercayai memiliki efisiensi tinggi sehingga memiliki kemampuan memiliki kapasitas train yang lebih besar dengan biaya yang lebih murah. Operasi dari proses ini dapat dilihat dari skema di bawah ini :   Pre-cooling Mixed Refrigerant : Liquefaction Mixed Refrigerant :   Pre-cooling refrigeration dari gas dicapai dengan menggunakan mixed refrigerant sebagai ganti propane pada dual-siklus konvensional. Pada proses ini, pre-cooling cycle dioperasikan pada temperature yang lebih rendah bila dibandingkan dengan dual-siklus konvensional. Temperature diturunkan hingga range -50^o C sampai -80^oC atau 60^oF sampai -110^oF. Pada temperature tersebut , cryogenic mixed refrigerant dapat terkondens secara sempurna. Tidak ada pemisahan fasa yang dibutuhkan dan selain itu kuantitas dari cryogenic mixed refrigerant berkurang banyak. Molar ratio antara cryogenic mixed refrigerant dengan LNG (dalam beberapa kasus) akan lebih rendah dari satu. Sedangkan untuk power yang dibutuhkan secara keseluruhan juga berkurang, sebagai dampak dari energi yang dibutuhkan untuk mengkondensasikan cryogenic mixed refrigerant tergeser dari siklus cryogenic ke siklus pre-cooling. Selain itu, hal ini mengarah ke distribusi yang lebih baik dari area perpindahan panas yang dibutuhkan : dengan jumlah core parallel yang sama dapat digunakan antara lingkungan (ambient) dan bagian cryogenic exchange. Pada proses liquefin, kedua mixed refriegerant digunakan pada cara yang sama sebagai komponen murni. Mixed refrigerant dikondensasikan dan divaporasikan pada level tekanan yang berbeda di setiap section, tanpa ada nya pemisahan fasa atau fraksinasi. Cara ini membuat exchange line menjadi sangat sederhana dan kompak. Untuk mixed refrigerant yang digunakan terdiri dari metana, etana, propane, butane dan nitrogen. Keuntungan yang sangat significant dari skema teknologi baru ini adalah kemungkinan untuk mengatur power balance dari 2 siklus. Dengan demikian memungkinkan untuk menggunakan secara langsung keseluruhan energi yang disediakan dari 2 gas turbin yang identic, tanpa adanya transfer powerdari satu siklus ke siklus yang lain. Liquefin^TM memiliki semua sisi positif dari proses cascade dengan efisiensi yang jauh lebih baik dan jumlah peralatan yang lebih sedikit. 

Berikut ringkasan dari keuntungan proses liquefin : 

 a) No integrated cascade Karena mixed refrigerant dari siklus yang kedua terkondensasi sempurna, dua mixed refrigerant dapat digunakan dengan cara yang sama dengan refrigerant murni yang digunakan di proses cascade. 

 b) A balanced power Proses yang sangat mudah untuk dikondisikan untuk mendapatkan power yang sama untuk masing-masing siklus. Dengan dua gas turbine yang identic, akan menghindari kesulitan yang ditemui silkus C3/MR yang harus mengirimkan power dari gas turbine pre-cooling ke siklus cryogenic. 

c) A compact heat-exchange line Proses Liquefin^TM juga telah menetapkan untuk penggunaan terbaik dari plate-fin heat exchanger (PFHE).Single heat exchange line digunakan untuk mendinginkan gas dari temperature ambient hingga temperature cryogenic. Proses ini telah disusun untuk membuat jalur perpindahan panas yang sederhana dan compact. Pengaturan dari PFHE adalah pada jantung teknologi pencairan ini dan upaya yang significant telah dilakukan untuk menjamin operasi yang optimal dan sangat miudah dijalankan. 

d) High conductivity and efficiency Alumunium memiliki resistensi yang diabaikan untuk mentransfer panas antara fluida. Selain luas permukaan perpindahan panas yang diperluas oleh fin pada PFHE menyebabkan efisiensi transfer panas yang sangat tinggi sehingga memungkinkan terjadinya pertukaran panas yang sangat baik dan perbedaan suhu yang rendah. Densitas permukaan yang tinggi hingga mencapai 2000 m²/m³ dapat dicapai.Hal ini sangat penting dalam rangka pengurangan footprint, berat dan juga pada akhirnya pengurangan biaya. 

e) Design Flexibility Tidak seperti shell and tube heat exchanger, di mana satu single stream dapat digunakan pada sisi shell, PFHE dapat menangani sejumlah aliran panas dan dingin di berbagai tekanan secara bersamaan.   Pada saat ini, teknik fabrikasi PFHE telah didirikan dan operasi dari PFHE sendiri juga telah dibuktikan dalam berbagai aplikasi cryogenic dengan kapasitas yang besar. Proses Liquefin^TM secara khusus diadaptasi untuk penggunaan PFHE, semua fluida yang masuk pada jalur utama pertukaran panas kecuali keluaran dari JT valve yang merupakan dalam keadaan single phase – vapor atau subcooled liquid. Selain itu, pengaturan khusus pada outlet JT valve memastikan jumlah dari refrigerant dengan tepat pada masing-masing core parallel dan distribusi antara saluran yang berbeda dengan core. Distribusi yang baik adalah salah satu parameter kunci untuk menjamin efisiensi penuh dari sebuah proses. Untuk kapasitas yang besarnya sekitar 4,5 MTPA, total pre-cooling dan liquefaction pertukaran panas disebarkan pada 4 cold boxes yang masing-masing memiliki 6 jalur parallel yang tersusun dari 2 PFHE cores setiap serinya. Total pertukaran panas dari trrain yang besar kemudian dikumpulkan pada luas 250 m² dengan tinggi tidak melebihi 15 m. Jalur pertukaran ( exchange line ) merupakan sesuatu utama yang baru dari proses ini. Selain pengalaman yang luas dari manufacturer PFHE dengan peralatan yang similar, studi penelitian dan pengembangan lanjutan dilakukan pada PFHE oleh IFP-Axens, terkait dengan efisiensi thermal, fluids dynamic dan perilaku mekanik. Stress analysis yang canggih pada semua bagian dari perakitan cryogenic telah dilakukan dalam kerjasama yang erat dengan manufacturer dari PFHE.    

Jalur Pertukaran Panas ( Heat Exhange Line ) Semua pertukaran panas antara gas dengan dua mixed refrigerant dan juga antara kedua mixed refrigerant terjadi pada single exchange line PFHE di dalam cold boxes dengan jumlah yang terbatas.

• Semua vendor PFHE utama dapat membuat cold boxes tersebut tetapi IFP/Axens telah membatasinya untuk Chart, Nordon Cryogenic, dan Kobe Steel. IFP/Axens telah bekerja sama dengan manufacturer tersebut untuk mendapatkan jalur pertukaran panas utama yang mirip dengan arsitektur dari PFHE yang didalamnya terdapat cold boxes. Namun sayangnya, sekarang Chart sudah tidak lagi memenuhi syarat untuk Iran. Sehingga cold boxes dapat diperoleh dari dua manufacturer yang lainnya tanpa berdampak pada desain kilang ataun P&ID.
• Desain dari main heat exchanger berdasarkan dari jumlah minimum cold boxes yang masing-masing ditata secara compact sehingga meminimalkan cryogenic piping. Sedangkan dalam cold boxes sendiri, piping antara cores juga diminimalkan.
• Semua fluida didistribusikan pada single phase di antara cold boxes dan di antara cores yang terdapat di dalam cold boxes. Pada JT valve di mana dua fase dihasilkan, terdapat satu JT valve setiap cold box dengan peralatan khusus di dalam cold box yang memisahkan liquid dan vapor sebelum didistribusikan secara terpisah di antara cores.
• Jalur pertukaran (the exchange line) nya modular : di mana masing-masing cold box berisi beberapa parallel lines dari dua cores setiap serinya. Jumlah dari cores dan cold box tergantung pada kapasitas unit dan kondisi tempat.
• Dengan konsep modular, keterbatasan dalam hal ukuran yang ada pada spiral-wound exchanger dapat dihilangkan.

 

Keuntungan Utama dari Liquefin^TM

Efisiensi

Keuntungan pertama dari proses ini adalah efisiensinya yang tinggi. Jika dilakukan perbandingan, proses ini akan dapat menghasilkan sekitar 15% LNG lebih banyak dengan penggunaan gas turbine yang sama. Perkembangan efisiensi ini terkait dengan penggunaan dari mixed refrigerant pada proses pre-cooling serta pemilihan PFHE sebagai media pertukaran panasnya. Perbedaan temperature yang rendah pada cores di antara sisi panas dan dingin memberikan improvement dari efisiensi energi dan oleh sebab itu power yang dibutuhkan untuk menghasilkan LNG per ton berkurang. Dengan kata lain, untuk penggunaan driver turbine yang sama pada teknologi proses yang berberda, proses liquefin akan menghasilkan jumlah LNG lebih banyak.

Cryogenic mixed refrigerant yang memasuki section cryogenic keseluruhan sudah menjadi liquid sehingga tidak ada energi pada siklus ini yang terbuang untuk mengkondensasikan mixed refrigerant. Kuantitas dari cryogenic mixed refrigerant lebih sedikit dibandingkan proses C3/MR sehingga efisiensi secara keseluruhan mengalami improvement. Kurang lebih 1 mol cryogenic mixed refrigerant untuk 1 mole gas alam. Pressure drop yang rendah pada kedua sisi panas dan dingin dari PFHE sehingga membuat terjadinya penambahan efisiensi yang menguntungkan dari proses liquefin ini. Seperti yang kita tahu bahwa pada proses liquefin tidak terdapat pembatasan pada jumlah media penukar panasnya. Sehingga semakin besar kapasitas train menghasilkan LNG maka akan lebih efisien.      

Biaya

Beberapa faktor yang menyebabkan biaya yang lebih sedikit pada proses Liquefin^TM antara lain :

• Kemampuan untuk meningkatkan kapasitas train.
• Penggunaan single PFHE yang menggantikan spiral-wound heat exchanger dan kettle type heat exchanger.
• Plot area yang kompak, sehingga dapat mengurangi panjang pipa yang bekerja pada suhu rendah.
• Mengurangi ukuran dari air cooler condenser.
• Multi sumber dari semua peralatan, termasuk jalur pertukaran panas utama.

Studi yang dilakukan oleh Kontraktor yang familiar dengan industri LNG menunjukkan bahwa biaya unit pencairan itu sendiri dapat menurun hingga sekitar 15%. Secara keseluruhan, termasuk unit utilitas, pre-treatment, penyimpanan, dll,terdapat perbedaan yaitu berkurangnya biaya hingga7%. Dengan mempertimbangkan peningkatan kapasitas untuk turbin gas yang diberikan, biaya perton LNG lebih rendah hingga sekitar 20% bila dibandingkan dengan proses lainnya.    

Kapasitas yang Lebih Besar 

 Dengan skala ekonomi, biaya per ton LNG akan menurun ketika kapasitas produksi meningkat. Hal ini telah mendorong terjadinya peningkatan jumlah kapasitas train yang sedikitnya 1 MTPA pada 30 tahun yang lalu menjadi 4 MTPA hingga pada saat ini. Dapat dilihat pada grafik di bawah ini yang menunjukkan kenaikan kapasitas train Iran LNG.

Bagaimanapun kapasitas train di atas juga dapat dicapai oleh proses C3/MR hanya dengan memungkin sejumlah besar flash gas untuk dapat meningkatkan efisiensi. Keterbatasan yang pertama dalam peningkatan kapasitas disebabkan oleh spiral-wound exchanger yang digunakan pada siklus konvensional C3/MR. Jika konstruksi dari exchanger tersebut di atur menjadi parallel akan membuat kita kehilangan keuntungan dalam skala ekonomi. Tetapi dengan menggunakan proses Liquefin^TM pertukaran dilakukan secara modular, tidak pembatasan tersebut yang harus diperhitungkan. Peningkatan kapasitas memerlukan peningkatan jumlah cold box secara parallel.Sebagai contoh untuk memproduksi dengan kapasitas 6 MTPA pada South Pars gas dibbutuhkan 4 cold box.Sedangkan untuk dapat memiliki kapasitas hingga 8 MTPA dibutuhkan 6 cold box. Keterbatasan lainnya adalah mach number pada kompresor propane. Senakin besar laju flow rate pada inlet kompresor, maka semakin lama rotor berputar dan semakin tinggi kecapatan peripheralnya. Pada gambar di bawah ini mendeskripsikan karakteristik dari banyaknya kompresor propane.

Unit yang besarnya sekitar 4,5MTPA sekarang dalam tahap pembangunan yang digambarkan pada lingkaran biru. Sedangkan untuk kasus Liquefin^TM yang kapasitasnya sedikit lebih besar 4,8MTPA ditunjukkan pada lingkaran merah. Untuk kapasitas yang sama kompresor ini akan lebih mudah untuk mendirikan proses Liquefin^TM, sebaliknya kompresor dengan kapasitas terbesar dapat dicapai dengan karakteristik dari kompresor terbaru. Secara mudah digambarkan : campuran dari etana dan propane digunakan pada siklus pertama ( bukan menggunakan propane ) , sehingga berat molekulnya lebih lebih rendah dengan demikian mach number dari kompresor juga lebih rendah. Di sisi lain , besarnya tekanan lebih tinggi sehinga volume inlet lebih kecil. Keterbatasan yang paling parah adalah pada ukuran kompresor axial untuk mixed refrigerant kedua. Seperti yang kita tahu bahwa pada proses Liquefin^TM terdapat power balance pada kedua siklusnya. Kuantitas dari mixed refrigerant kedua akan berkurang hingga 30% jika dibandingkan dengan proses C3/MR dengan kapasitas yang sama. Dengan kompresor axial yang sama, akan memungkinkan untuk membangun sebuah kilang dengan kapasitas meningkat sekitar 30% jika dibandingkan dengan proses actual C3/MR, dengan semua kondisi yang sama. Proses C3/MR dengan versi dasar menggunakan 2 siklus memiliki kapasitas di bawah 5 MTPA, sedangkan untuk kapasitas train dengan gas turbine yang sama proses Liqurefin^TM dapat menghasilkan hingga 6 MTPA. Sebuah skema pencairan baru :siklus C3/MR/Nitrogen telah digunakan di pasar baru-baru ini.Ini dimaksudkan gas turbine ketiga yang digunakan untuk siklus nitrogen untuk dapat mencapai kapasitas kurang lebih hingga 7 MTPA.Tiga siklus seri tersebut berarti menambah kompleksitas dan mengurangi ketersediaan jika dibandingkan dengan skema yang sebelumnya. Sekalipun terdapat perubahan komposisi mixed refrigerant mungkin untuk dilakukan pada pengurangan kapasitas tanpa menggunakan siklus nitrogen. Tentu saja diperlukan full shutdown pada proses C3/MR jika terdapat kerusakan pada driver ataupun kompresor. Dengan tiga penggerak yang sama, skema proses Liquefin^TM akan lebih sederhana seperti yang ditunjukkan oleh gambar dibawah. Gas turbine pertama menggerakkan kompresor untuk pre-cooling.Sedangkan dua gas turbin lainnya disusun secara parallel untuk pada siklus liquefaction.Hal ini memungkinkan untuk dapat mencapai kapasitas hingga 8 MTPA.Ketersediaan ini mengalami improvement jika dibandingkan skema dasar, karena sebelumnya jika terjadi kegagalan pada kompresor single liquefaction haruslah dilakukan plant shutdown keseluruhan. Dimana dengan skema di bawah ini, jika terjadi kerusakan pada salah satu kompresor, akan tetap memungkinkan kilang untuk beroperasi tetapi dengan kapasitas yang berkurang ( minimum 50% dengan cara merubah temperature pre-cooling dan komposisi dari mixed refrigerant ). Masalah yang ada hanya terdapat pada kompresor MR1 atau penggeraknya yang akan mematikan secara total unit tersebut.

  Teknologi Liquefin^TM merupakan proses yang fleksibel, menawarkan lebih dari satu kemungkinan untuk dapat mencapai kapasitas yang luas dan memiliki kompetitif yang tinggi :

1. Dengan menggunakan gas turbine yang lebih besar. Turbine dengan frame 9 baru-baru ini telah memenuhi syarat sebagai mechanical driver. Dengan teknologi Liquefin^TM , memungkinkan untuk mencapai kapasitas 7-8 MTPA dengan hanya menggunakan dua penggerak utama. Meskipun volume laju alir yang tentu saja meningkat, sebuah kemungkinan yang ada agar kompresor sesuai pada kasus ini karena kecepatan dari frame 9 (3000 rpm) lebih rendah daripada kecepatan frame 7 (3500 rpm). Sebuah study yang mendalam harus dilakukan untuk meyakinkan segala kemungkinan yang bisa terjadi dan memastikan segala sesuatunya. Study tersebut sedang dikembangkan oleh IFP/Axens.
2. Atau menggunakan gas turbine yang sangat besar (siklus kombinasi) untuk menghasilkan listrik dan menggunakan motor elektrik yang besar( hingga 70MW ) secara parallel pada masing-masing siklus. Dapat dilihat pada gambar di bawah. Hampir tidak ada batasan teknik untuk besarnya kapasitas karena digunakan skema yang sepenuhnya modular. Keuntungan dari skema tersebut antara lain : kompresor yang terbukti cocok, ukuran peralatan yang sedang, efisiensi yang sangat baik ( konsumsi fuel gas yang sangat rendah sebagai siklus kombinasi yang dapat mencapai 50%-60% efisiensi), dan availability yang baik dimana tidak perlu melakukan full shutdown jika terjadi kegagalan pada driver.

VI. Teknologi Pendinginan dan Pencairan ConocoPhillips

ConocoPhillips adalah pemimpin global dalam inovasi gas alam cair (LNG) yang inisiatifnya membentang lebih dari empat dekade, dari membangun kapal (carrier) LNG pertama untuk perdagangan internasional sampai penerapan pertama turbin gas aeroderivatif berefisiensi tinggi dalam pencairan LNG. Karena permintaan energi di seluruh dunia terus tumbuh, ConocoPhillips membuktikan proses Optimized Cascade® miliknya berada pada posisi yang baik untuk menjadi teknologi pencairan gas pilihan Anda. Dengan hampir empat dekade pengalaman operasi dan perbaikan teknologi mutakhir, ConocoPhillips terus memberikan solusi pencairan gas alam berbiaya efektif bernilai tinggi. Dipilih hampir lima puluh persen dari kilang LNG yang baru-baru ini sudah beroperasi, proses Optimized Cascade® ConocoPhillips telah menunjukkan kemudahan operasi dan fleksibilitas sambil memberikan keandalan yang tinggi.

Kenai LNG Kenai, Alaska 1.5 MTPA

Atlantic LNG Point Fortin, Trinidad 15.1 MTPA • 4 Trains

Egyptian LNG Idku, Egypt 7.2 MTPA • 2 Trains

Angola LNG Soyo, Angola 5.2 MTPA

Darwin LNG Darwin, Australia 3.7 MTPA

Equatorial Guinea LNG Malabo, EG 3.7 MTPA

Pengguna Proses Optimized Cascade® ConocoPhillips

1. 1. Kenai LNG

Lokasi : Kenai, Alaska (AS) Startup : Juni 1969 Kapasitas : 1,5 MTPA

1. 2. Atlantic LNG

Lokasi : Point Fortin, Trinidad dan Tobago Startup : Maret 1999 (1), Agustus 2002 (2), April 2003 (3), November 2005 (4) Kapasitas : 3,3 MTPA (1, 2, dan 3); 5,2 MTPA (4)

1. 3. Egyptian LNG

Lokasi : Idku, Mesir Startup : Mei 2005 (1), September 2005 (2) Kapasitas : 3,6 MTPA (1 dan 2)

1. 4. Darwin LNG

Lokasi : Darwin, Australia Startup : Desember 2005 Kapasitas : 3,7 MTPA

1. 5. Equatorial Guinea LNG

Lokasi : Malabo, Guinea Khatulistiwa Startup : Mei 2007 Kapasitas : 3,7 MTPA

1. 6. Angola LNG

Lokasi : Soyo, Angola Startup : Agustus 2008 Kapasitas : 5,2 MTPA   Proses pencairan feed gas menjadi LNG menggunakan prinsip pendinginan bertingkat (cascade). Prosesnya dibagi 3 yaitu pre-cooling, liquefaction, dan subcooling. Proses pre-cooling menggunakan propan sebagai refrijeran dan heat exchanger yang digunakan adalah tipe core in kettle atau plate fin. Proses liquefaction menggunakan etilen sebagai refrijeran dan heat exchanger yang digunakan adalah tipe plate fin. Proses subcooling menggunakan metan sebagai refrijeran dan heat exchanger yang digunakan adalah tipe plate fin. Turbin yang dugunakan frame 5.

Licensed Process		Optimized Cascade Process
Refrigerant	Pre-cooling	Propane
	Liquefaction	Ethylene
	Sub-cooling	Methane
Heat Exchanger	Pre-cooling	Plate-Fin / Core-In-Kettle
	Liquefaction	Plate-Fin
	Sub-cooling	Plate-Fin
Turbine		Frame 5

 Heat Exchanger yang digunakan :

1. 1. Core in kettle heat exchanger

Penggunaan : Proses pre-cooling Gambar :  

1. 2. Brazed aluminum plate fin heat exchanger

Penggunaan : Proses pre-cooling, liquefaction, dan sub-cooling Gambar :            

Penutup

Kesimpulan Proses pencairan gas alam menjadi LNG membutuhkan beberapa tahap. Dimulai dari pretreatment yang terdiri dari penghilangan merkuri, penghilangan gas asam, dan dehidrasi air, kemudian dilakukan separasi, lalu pendinginan dan pencairan. Prinsip pencairan gas alam menggunakan siklus refrijerasi yang terdiri atas tahap evaporasi, kompresi, kondensasi, dan ekspansi. Teknologi pencairan gas alam ada berbagai macam tergantung dari perusahaan yang memiliki lisensi. Perusahaan berlisensi antara lain Air Product, Statoil-Linde, ConocoPhillips, Shells, dan Axen.      

Daftar Pustaka

http://www.axens.net/product/technology-licensing/10097/liquefin.html http://www.igu.org/html/wgc2003/WGC_pdffiles/10508_1045736680_32648_1.pdf http://www.kgu.or.kr/download.php?tb=bbs_017 http://lontar.ui.ac.id http://id.swewe.com/word_show.htm/?83597_1 Nibbelke, Rob. Kauffman, Steve. Pek, Barend. 2002 presentation to 82nd Annual GPA Convention.Dallas. http://www.ogj.com/articles/print/volume-100/issue-27/processing/double-mixed-refrigerant-lng-process-provides-viable-alternative-for-tropical-conditions.html diakses pada tanggal 2 maret 2014 untuk lebih lengkapnya download Teknologi LNG

Natural Gas Sampling : ISO 10705

Prosedur sampling dan sistem sampling:

1. Calculation caloric value of the gas --> penetapan harga jual
2. Identification of contaminant --> terkait dengan spesifikasi khusus dari buyer yang terkait dengan nilai kalori, impurities dll
3. Get informatif composition --> terkait dengan untuk apa gas itu digunakan

Scope

• Petunjuk untuk mendapatkan, menghandling , dan mengkondisikan sampel.
• Bagaimana cara/ teknik sampling dengan benar.
• Probe location : penempatan probe dan juga tipennya
• Desain dari peralatan sampling, termasuk juga dengan materialnya.

Definisi
-        Flow proporsional incremental sampel
-        Incremental samper : mengambil aliran sedikit2
-        High Pressure natural gas : 0,2 -15 MPa
-        Spot sampel : periodik sampel, hanya sesaat. Diambil di satu titik tertentu di waktu tertentu
-        Composite : dari incremental diambil, digabung-

Prinsip sampling

1.       Direct : langsung ditransfer ke unit analisa (GC)
2.       Indirect : disimpan dulu di silinder
3.       Spot
4.       Incremental : waktunya contious, hampir sama seperti spot

Safety Precaution

Aspek secara umum :

• Harus mengikuti prosedur ataupun SOP yang berlaku.
• Orang yg melakukan sampling harus mengikuti pelatihan khusus supaya bisa menangani troubleshooting jika terjadi suatu masalah.

Personnel :

• Bertanggung jawab terhadap sampling harus sesuai dengan peraturan
• Perlu mengikuti dan pelatihan khusus agar tahu potensi bahaya
• Atasan mempunyai wewenang atas instalasi peralatan yg sesuai agar dapat mengarahkan orang yang melakukan sampling

Equipment

• Peralatan yg digunakan untuk pressure tinggi harus ada resertifikasi dan inspeksi secara berkala. Supaya mencegah terjadinya kondensasi.
• Dokumentasi (prosedur) harus up to date.
• Peralatan harus didesain sesuai dengan kondisi sampling. Contoh Chemical compability :material dipilih yang tidak bereaksi dengan sampel. Vibrasi : tahan terhadap getaran
• Tekanan dalam silinder harus dijaga tidak boleh terekspose keluar
• End cap instalation
• Pemeriksaan terhadap silinder. DOT : departemen of Transport. Harus ada pengetesan volumenya berapa, pressure maksimum yang boleh.
• Pengetesan pressure minimal 2 x terhadap pressure pemakaian( working pressure) , pada silinder sebelum dipakai. Tes pressure : pemakaian 2kg jadi dilakukan 4kg pengetesan pressure.
• Diperlukan perancangan khusus agar dalam transportasi silinder tidak terjadi damage. Silinder dibungkus dengan pelindung supaya tidak kena benturan.
• Diluar silinder diberi label yang berisi informasi relevan. Contoh : jangan dibanting, tidak boleh disimpan pada temperatur tinggi, tidak boleh terkena sinar matahari secara langsung
• Perlu dilakukan tes terhdadap kebocoran secara periodik
• Konfigurasi valve tidak boleh hanya satu saja.
• Peralatan elektrik harus relevan dengan aplikasi sampling ( harus gas probe)
• Peralatan yang dapat membuat terjadinya listrik statis harus dihindari.
• Peralatan yg digunakan tidak boleh menimbulkan percikan api (sparks)
• Flammability : kemampuan suatu komponen untuk terbakar. Untuk gas alam konsentrasi LFL dan Ufa :   4 dan 16 %
• No Open fire
• No smoking
• No Use of equipment and tools which may create sparks
• Tidak menggunakan equipment yang beroperasi pada suhu diatas autoignition
• Tidak menggunakan Chemical yang dapat bereaksi dengan gas
• No running sparks ignition motor
• Purging to safe area
• Harus ada firefighting dan gas detector
• Personnel harus terlatih

PPE

• Toxic atau irritan --> menggunakan alat pelindung pernafasan. (H+,radon, Hg, aromatics(BTEX))
• Kacamata, pelindung wajah
• Pressure indicator  : indikasi sistem pressure
• Leak detector: mengecek kebocoran
• Untuk fire protectionà menggunakan baju tahan api, masker jika dibutuhkan

Transportasi

• Kalo pake silinder, ditransportasikan sesuai dengan peraturan yang ada.
• Tidak boleh terjadi kondensasi
• Container harus memiliki label yang berisi informasi relevan