REFINERY: MENELUSURI INTELIGENSI PENGOLAH HIDROKARBON (PART I)

PROSES RUMIT PENGOLAHAN HIDROKARBON BERLANGSUNG DI TEMPAT INI. BERBAGAI TEKNOLOGI, ASPEK KESELAMATAN DAN KUALITAS MENJADI BAGIAN PENTING DARI PROSES PENGOLAHAN YANG BERLANGSUNG.

KILANG ADALAH PROSES TERAKHIR DARI PERJALANAN PANJANG INDUSTRI MINYAK DAN GAS BUMI SEBELUM AKHIRNYA PRODUK SAMPAI KE KONSUMEN. BAGAIMANA PROSES DI DALAM KILANG BERLANGSUNG? IKUTI PERJALANANNYA :)

Gan, sebenarnya ane membuat blog ini sebagai blog ilmiah yang secara khusus membahas dan membangun diskusi soal energi minyak dan gas bumi, energi terbarukan, dan teknologi yang berkaitan. Jadi, di artikel-artikel ane sebelumnya, bahasanya formal banget gan (iyalah, lain klo blog traveller). Nah, kali ini karena ane mau ajak jalan-jalan pembaca sekalian ke dalam kilang, bahasanya juga pake yg nyante aja nih. Biar sama-sama rileks dan enjoy.

   Awalnya gini, gan. Ibaratkan mengolah minyak mentah itu kayak masak rawon. Pertama, kita harus ngerti bahan-bahan yang mau diolah itu kayak apa (baca: DI BALIK MINYAK BUMI: STRUKTUR HIDROKARBON 'CANDU' EKONOMI DUNIA) dan karakteristiknya itu gimana (baca: DI BALIK MINYAK BUMI: KARAKTERISTIK DASAR HIDROKARBON). Jadi, ga bakal salah 'resep' dan proses, gan. Biar 'rawon' nya berasa pas.

   Klo agan-agan udah baca dua artikel itu, kita bisa mulai perjalanannya. Awalnya nih, minyak mentah itu didatangkan dari kapal-kapal tanker (klo minyak mentahnya diambil dari sumur-sumur di tengah laut atau offshore) atau dari sistim perpipaan (kebanyakan dipake di sumur-sumur onshore), gan. Ada juga sih yang pake pipa-pipa di dasar laut buat men-'supply' minyak mentah. Nah, setelah minyak mentahnya nyampe di kilang baru dimulai 'masak-masak'-nya. Tapi gini ya, gan. Proses di kilang itu menyesuaikan sama demand nya pasar. Jadi, klo konsumen banyak yang nyari rawon, ya kita masak rawon, jangan semur jengkol. Maksudnya, biar produk jadi itu bisa laku karena sesuai sama permintaan pasar. Jangan malah bikin proses yang produk jadinya ga begitu rame di pasar. Bisa hancur negara... hehehehe...

          Proses 'masak'-nya minyak mentah itu berdasarkan proses distilasi, gan. Distilasi adalah metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan titik didihnya atau sifat volatilitas bahan. Konsepnya, zat atau senyawa yang memiliki titik didih rendah (ketika dipanaskan dengan suhu ga terlalu panas sudah menguap) akan menguap terlebih dahulu daripada zat atau senyawa lain yang terkandung di larutan yang sama tetapi memiliki titik didih lebih tinggi (perlu pemanasan dengan suhu yang lebih tinggi lagi). Distilasi yang digunakan dalam kilang adalah jenis distilasi fraksionisasi. Di bawah ini ane lampirkan tabel karakteristik produk distilasi atmosferic minyak bumi, gan.

Karakteristik Produk Distilasi Atmosferic Minyak Bumi Mentah

Gan, di bawah ini ane tampilkan road map perjalanan kita untuk mengenal proses produksi di kilang. Prosesnya banyak, gan. Klo ditulis semua dalam satu artikel, ntar bosan bacanya. Dibagi jadi beberapa part biar memahaminya juga lebih mudah.


Refinery Process (Road Map 1) CDU dan ARHDM

Untuk perjalanan pertama kita, kita ikuti alur garis putus-putus warna merah ya, Gan. Jadi, kita nanti lewat proses CDU (Crude Distillation Unit) sama ARHDM (Atmospheric Residu Hydro De-Metallization).

Kita masuk ke plant pertama, gan. Crude Distillation Unit (CDU) pada hakekatnya adalah unit pengolahan pertama di semua refinery. CDU mendistilasi minyak mentah yang masuk menjadi beberapa fraksi berdasarkan perbedaan titik didih yang kemudian fraksi-fraksi tersebut diolah lagi di proses selanjutnya. Nah, karena CDU ini beroperasi sedikit di atas tekanan atmosferic, sering juga unit ini disebut atmospheric distillation unit.

Nah, di CDU sendiri dapat diuraikan menjadi beberapa proses. Gambar di bawah ini akan mempermudah kita untuk memahaminya.


Skematik Proses CDU

Kita mulai dari sini dulu, gan. Minyak mentah awalnya masuk ke pre-heating train. Sesuai namanya, pre-heating train ini bertugas untuk memanaskan minyak mentah supaya mendapat initial heat. Ini memang diperlukan selama proses distilasi, gan. Karena memudahkan bahan untuk menguapkan fraksi yang titik didihnya rendah dengan menjaga temperatur proses tetap 'rendah' agar mencegah thermal cracking (rantai hidrokarbon pecah karena proses pemanasan).

Selanjutnya, kita masuk ke proses desalter, gan. Namanya ja desalter, jadi tugasnya ya memisahkan garam-garam yang terlarut dalam minyak mentah. Biasanya garam-garam tersebut larut dalam bentuk sodium chloride, natrium chloride, magnesium chloride,dll. Gimana sih prosesnya desalter? Awalnya, minyak mentah yang sudah di pre-heated pada suhu 90^o-150^oC dipompa masuk ke dalam reaktor bersama fresh wash water sebanyak 3-10 % volume minyak mentah untuk melarutkan garam-garamnya. Di dalam reaktor tersebut terdapat plat elektroda bertegangan bolak-balik (alternating current/AC). Elektroda bertegangan ini akan menarik ion-ion yang terkandung di dalam minyak dan air ke kutub-kutub elektroda tersebut. Partikel-partikel air yang tertarik akan terkumpul hingga mencapai volume yang jenuh hingga akhirnya jatuh ke dasar tangki. Sedangkan minyak dengan massa jenisnya yang lebih ringan daripada air akan tetap berada di atas (massa jenis minyak adalah 0.8gram/cm³, massa jenis air adalah 1gram/cm³ ). Bila air di dasar tangki sudah mencapai level tertentu, maka diffusion valve akan terbuka untuk membuang air tersebut. Biar lebih jelas, ini ada penampakannya, gan.

Desalter Diagram

Desalter ini ada 2 macam, gan. Ada yang single stage dan ada yang multi stage. Yang mana mau dipake? Tergantung kebutuhannya, gan. Kalau memang kadar garam dalam crude oil tergolong tinggi, maka gunakanlah multi stage desalter. Begitu juga sebaliknya, bila kadar garam dalam minyak tergolong rendah, lebih baik gunakan single stage desalter. Berikut penampakannya, gan.

One Stage Desalter

Multi Stage Desalter

Garam-garam dalam minyak mentah tadi harus dibuang karena beberapa hal ini, gan :
   1. Membuat lapisan heat exchanger terkelupas
         2. HCl dapat menyebabkan korosi/pengkaratan
         3. Logam yang terkandung dapat merusak katalis kilang.

        Selanjutnya, gan? Setelah minyak mentah tadi bersih dari garam-garam pengotor, lalu diumpankan ke crude distillation unit. Di dalam unit ini minyak mentah dipisahkan antara fraksi-fraksi (bukan fraksi partai lho, gan..) berdasarkan titik didih. Konsepnya ada sirkulasi berulang yang dilakukan terus-menerus selama proses ini. Misalnya, semua senyawa ringan (yang menguap terlebih dahulu/ber-titik didih rendah) ga semua dikeluarkan sebagai produk jadi. Tapi, ada sebagian yang di-umpan balikkan ke CDU lagi. Mending kita langsung cekidot aja, gan.

Desain Dasar Crude Distillation Unit (CDU)

Gan, gambar di atas adalah desain dasar dari CDU. Mungkin di tempat lain desainnya bisa beda, tapi tetap menggunakan dasar pengoperasian yang sama. Ada 9 item pada gambar di atas antara lain:

Tangki Utama : Biasanya di sini disimpan minyak mentah yang sudah mengalami proses desalting, gan. Maksdunya, minyak mentah tersebut sudah bebas dari logam dan garam.
Pompa : Ini pompa macam pompa yang lain, gan. Fungsinya untuk memompa minyak mentah ke proses selanjutnya.
Pre-heater : Nah klo ini namanya pre-heater. Fungsinya adalah untuk memanaskan minyak mentah dengan tekanan supaya mencapai sedikit di bawah titik didihnya (tidak boleh lebih agar rantai karbonnya tidak putus/pecah/cracked).
Bottom Pump : Ini sebenarnya juga pompa seperti yang nomor 2 tadi, gan. Hanya saja klo yang ini ditempatkan di dasar CDU tower untuk mengeluarkan bottom product dari dasar tower.
Re-boiler : Tugas unit ini adalah untuk memanaskan kembali bottom product menjadi uap sebelum di umpan balikkan ke dalam CDU.
Kondensor : Senyawa-senyawa ringan yang menguap lebih dulu, akan masuk kondensor. Di kondensor ini, uap yang terkumpul akan dikondensasi menjadi liquid.
Receiver/Accumulator : Bagian ini fungsinya hanya ngumpulin bahan yang keluar dari kondensor, gan.
Pompa : Sama kayak pompa yang di atas. Bertugas memompa bahan liquid ke dalam CDU.
Sieve Tray : Bentuknya kayak ayakan, gan. Jadi, mirip loyang kue tapi ada lubang-lubang di dasarnya. Biasanya celah-celah itu di pasang bubble cap. Sieve tray dan bubble cap ini ane bahas detailnya nanti ya, gan.

Nah, kita sudah mengenal bagian-bagian dari CDU yang berperan dalam proses distilasi fraksionisasi. Sekarang kita bahas prosesnya, gan.

Kita mulai dari pre-heater. Ceritanya tadi adalah minyak mentah yang di dalam pre-heater sudah hampir mendidih. Lalu, minyak ini diumpankan ke dalam CDU tower. Gan, yang perlu diingat adalah tekanan di dalam CDU tower lebih rendah daripada di dalam pre-heater. Jadi, ketika minyak mentah masuk ke dalam CDU, bahan tersebut mulai benar-benar mendidih. Uap dari minyak mentah yang mendidih tadi akan langsung naik ke atas menuju puncak CDU tower. Macam di bawah ini penampakannya, gan.

Uap crude oil naik ke puncak CDU

Lalu liquid (komponen minyak yang belum sempat menguap) yang mengandung komponen yang lebih berat akan mengalir ke bawah. Seperti gambar di bawah ini.

Minyak cair (liquid) akan turun ke bawah

Liquid yang terkumpul di bawah tadi akan dipompa keluar sebagai bottom products. Sebagian dari bottom products ini akan dialirkan keluar sebagai umpan, tapi ada sebagian lagi yang dialirkan ke pre-heater, gan.

Aliran uap dari re-boiler menuju CDU tower

Re-boiler ini adalah heat exchanger yang didesain untuk menguapkan komponen ringan yang masih terkandung di dalam bottom products yang diumpankan ke re-boiler. Selanjutnya, uap dari sini akan dimasukkan kembali ke dalam CDU tower. Setelah berada di dalam tower, uap ini akan naik ke atas menuju puncak CDU. Uap ini membawa panas yang diperlukan selama proses distilasi di dalam tower.

Kondensor pada Unit CDU

         Uap tersebut akan naik sampai ke puncak CDU dan terperangkap oleh kondensor. Kondensor ini sesuai fungsinya akan mendinginkan uap panas menjadi bentuk liquid lagi. Tapi, liquid ini sudah berbeda dari liquid yang sebelumnya ya, gan. Liquid yang keluar dari kondensor ini sudah murni dan dapat dijadikan bahan baku proses selanjutnya.

          Liquid tadi setelah keluar dari kondensor akan ditampung di dalam receiver atau accumulator. Sebagian dari liquid tadi akan dipompa keluar untuk menjadi bahan baku proses selanjutnya dan sebagian lagi akan dimasukkan kembali ke dalam CDU tower, gan.

          Trus bagaimana proses di dalamnya? Kan tadi cuma menjelaskan aliran materialnya. Berikutnya ane jelaskan garis besar proses di dalam, gan. Kita mulai dengan berkenalan sama yang namanya sieve tray yang sempat disinggung di atas tadi. Gambar di bawah adalah visualisasi sieve tray dari dekat dan gambarnya diperbesar biar enak ngliatnya. Sieve tray ini tersusun sepanjang unit CDU, gan. Jadi, di dalam CDU itu dari bawah sampai ke atas penuh dengan sieve tray.

Sieve Trays

Itu dia, gan. Namanya sieve trays. Seperti yang sudah disingung di atas, sieve trays ini punya banyak lubang-lubang kecil atau celah-celah kecil hampir di seluruh permukaannya. Kenapa ada lubang/celah? Agar uap panas yang dari bawah dapat mengalir ke atas melalui tray ini. Macam di bawah inilah gambarnya. Ini gambarnya sudah diperbesar ya, gan. Jadi, celahnya juga ga segede itu aslinya.

Uap bergerak ke atas melalui celah sieve trays

Bukan cuma itu aja, gan. Sieve trays juga didesain mampu menampung liquid. Macam ini penampakannya.

Sieve trays menampung liquid

Bahan yang belum jadi uap tadi atau yang masih berbentuk liquid akan ditampung di dalam kolom milik tray, gan. Tapi, jumlah bahannya kan banyak? Apalagi bahan kan dimasukkan secara kontinyu dari pre-heater, mana cukup tray nya? Coba perhatikan baik-baik, gan. Di kolom paling kiri atau kanan dari tray terbentuk saluran yang mampu mengalirkan kelebihan liquid dari tray di atas menuju ke tray yang di bawah. Coba perhatikan gambar di bawah ini.

Aliran liquid pada sieve trays

Jadi, seperti gambar di atas tuh aliran liquid-nya, gan. Sekarang kita punya dua proses yang terjadi bersamaan nih. Proses pertama adalah uap dari bawah (dari umpan re-boiler) yang membawa panas dan komponen ringan. Dan proses kedua adalah liquid yang turun dari atas yang membawa komponen yang lebih berat. Ketika kedua proses ini berlangsung bersama-sama, akan terjadi kontak antara uap yang naik dari bawah dan liquid yang turun dari atas. Komponen berat yang terkandung di dalam uap akan menjadi lebih dingin disebabkan pengaruh kondensasi yang terjadi karena kontak dengan liquid. Dan pada saat yang sama komponen ringan yang terkandung di dalam liquid akan mendidih karena panas yang dibawa oleh uap.

Heat Transfer antara Liquid dan Uap pada CDU

Uap tersebut akan terus naik ke tray selanjutnya membawa komponen-komponen ringan yang mendidih dari tray sebelumnya dan akan berlangsung secara kontinyu. Uap yang naik ini akan mengandung komponen yang lebih ringan dalam konsentrasi yang tinggi (uapnya jadi lebih pekat gt maksudnya, gan) dan komponen yang lebih berat akan semakin kecil konsentrasinya di dalam uap. Dan di dalam liquid, komponen-komponen berat akan semakin tinggi konsentrasinya. Proses ini, gan, berlangsung terus-menerus.

Gan, CDU ini dibagi menjadi 3 bagian penting. Yang pertama adalah flash zone. Zona ini adalah tempat masuknya material dan di mana material mulai menguap pertama kali. Penguapan ini umumnya dikenal sebagai flashing. Karena itulah, maka zona ini disebut flash zone.

Flash Zone di dalam CDU

Bagian kedua di atas flash zone disebut rectification section. Gan, di bagian tower ini konsentrasi partikel-partikel ringan sangat tinggi. Itu pasti, gan. Karena partikel-partikel ringan tersebut yang menguap terlebih dulu karena titik didihnya memang lebih rendah.

Rectification Zone di dalam CDU

Bagian di bawah flash zone disebut stripping section. Di bagian ini, komponen-komponen yang lebih ringan akan mulai menguap atau terpisah dari liquid yang massanya lebih berat. Bahasa kerennya itu ter-stripped atau terlucuti, gan. Makanya, bagian ini disebut stripping section atau bagian pelucutan heheh....

Stripping Section pada CDU

Gan... Kayaknya sementara ini dulu ya.. Sebenarnya masih banyak yang mau dieksplore dari CDU misalnya, proses refluxing, bubble cap pada sieve trays, produk-produk dari CDU, dan parameter-parameter yang harus dijaga selama proses di CDU... Tunggu kelanjutannya ya, gan.. :)

Baca juga artikel-artikel ini, gan. Biar menambah wawasan juga...

DI BALIK MINYAK BUMI: STRUKTUR HIDROKARBON 'CANDU' EKONOMI DUNIA

FLARING DAN ASPEK LINGKUNGANNYA: KESOMBONGAN, EKONOMI, DAN EMISI KARBON

FLARE STACK, API NAN TAK KUNJUNG PADAM

Kilang-Kilang Minyak Milik Pertamina