UNIVERSITAS INDONESIA TOPIK 8: PRODUCT BLENDING PDF

Preview

Summary

UNIVERSITAS INDONESIA TOPIK 8: PRODUCT BLENDING Pengolahan Minyak Bumi KELOMPOK 07 ANGGOTA : Aditya Kristianto (1206249681) Ericco Janitra (1206249845) Osman Abhimata N (1206202002) Zulfa Hudaya (1206261283) DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK MEI 2015 KATA PENGANTAR ...

Description

UNIVERSITAS INDONESIA

TOPIK 8: PRODUCT BLENDING

Pengolahan Minyak Bumi

KELOMPOK 07

ANGGOTA : Aditya Kristianto

(1206249681)

Ericco Janitra

(1206249845)

Osman Abhimata N

(1206202002)

Zulfa Hudaya

(1206261283)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK MEI 2015

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa karena atas berkat dan anugerah-Nya, penulis dapat menyelesaikan paper ini tepat pada waktunya. Paper mengenai proses product blending ini dibuat sebagai salah satu bentuk tugas mata kuliah Pengolahan Minyak Bumi. Tugas ini pun tidak akan terealisasi tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis juga tidak lupa menyampaikan terima kasih kepada: (1) Ir. Yuliusman, M.Eng. selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam penyusunan paper ini; (2) Orang tua dan keluarga penulis yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moral; dan (3) Pihak – pihak lain yang turut membantu penulis, baik secara langsung maupun secara tidak langsung, dalam proses penyelesaian paper ini Ada pepatah berbunyi, “tak ada gading yang tak retak”. Begitu pula dengan paper ini, masih banyak kekurangan dikarenakan keterbatasan kemampuan yang penulis miliki, kurangnya sarana dan prasarana, dan lain sebagainya. Namun dibalik semua kekurangan yang ada, penulis tetap berharap bahwa paper ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak untuk memperkaya wawasan mengenai product blending. Hal ini dikhususkan bagi pihak – pihak yang terlibat di bidang Teknik Kimia.

Depok, 5 Mei 2015

Penulis

ii

Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL ........................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ iv DAFTAR TABEL ................................................................................................. v BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................... 1 BAB 2 PEMBAHASAN ....................................................................................... 2 2.1 Proses Product Blending .............................................................................. 2 2.2 Karakteristik Product Blending.................................................................... 4 2.3 Contoh Hasil Product Blending ................................................................. 11 2.4 Gasoline Blending ...................................................................................... 12 2.4.1 Latar Belakang Gasoline Blending ........................................................... 12 2.4.2 Spesifikasi Gasoline .................................................................................. 14 2.4.3 Aditif Gasoline .......................................................................................... 23 2.5 Diesel Blending .......................................................................................... 29 2.5.1 Latar Belakang Diesel Blending ............................................................... 29 2.5.2 Spesifikasi Diesel ...................................................................................... 30 2.5.3 Aditif Diesel .............................................................................................. 36 2.6 Aviation Turbine Fuel Blending ................................................................ 37 2.6.1 Latar Belakang Aviation Turbine Fuel Blending ...................................... 37 2.6.2 Spesifikasi Aviation Turbine Fuel ............................................................. 38 2.6.3 Aditif Aviation Turbine Fuel ..................................................................... 41 2.7 Product Blending di Kilang Indonesia ....................................................... 42 BAB 3 KESIMPULAN ...................................................................................... 51 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 52

iii

UNIVERSITAS INDONESIA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema proses gasoline blending ......................................................... 2 Gambar 2.2 Jumlah Pasokan dan Permintaan Gasoline di Indonesia (juta kL) .... 13 Gambar 2.3 Spesifikasi Gasoline dengan Angka Oktan minimal 88 .................... 16 Gambar 2.4 Spesifikasi Gasoline dengan Angka Oktan minimal 91 .................... 17 Gambar 2.5 Spesifikasi Gasoline dengan Angka Oktan minimal 95 .................... 18 Gambar 2.6 Profil Distilasi ................................................................................... 21 Gambar 2.7 Struktur MTBE .................................................................................. 25 Gambar 2.8 Reaksi Pembentukan MTBE ............................................................. 26 Gambar 2.9 Struktur IPA ...................................................................................... 27 Gambar 2.10 Nitrogen Oxide Systems ................................................................. 28 Gambar 2.11 Jumlah Pasokan dan Permintaan Diesel Oil di Indonesia (juta kL) 29 Gambar 2.12 Spesifikasi Diesel dengan Angka Setana minimal 48 .................... 31 Gambar 2.13 Spesifikasi Diesel dengan Angka Setana minimal 51 .................... 32 Gambar 2.14 Angka setana dari Beberapa Senyawa Murni ................................. 33 Gambar 2.15 Grafik Kadar Sulfur di Indonesia .................................................... 35

iv

UNIVERSITAS INDONESIA

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi dan karakteristik product blending (Cth 1)........................... 5 Tabel 2.2 Laju alir n-butana (Cth 1)........................................................................ 6 Tabel 2.3 Nilai komponen blending untuk aliran gasoline blending ...................... 7 Tabel 2.4 Reid Vapor Pressure Blending Index ...................................................... 8 Tabel 2.5 Data untuk Hasil Perhitungan Contoh 2 ................................................. 8 Tabel 2.6 Angka Indeks Pencampuran Flash Point .............................................. 11 Tabel 2.7 Persentase Volume Tiap Komponen Blend Stocks Pada Bensin .......... 12 Tabel 2.8 Perkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor di Indonesia ................... 13 Tabel 2.9 Angka Oktan dari beberapa Senyawa ................................................... 20 Tabel 2.10 Standar Spesifikasi Gasoline di Eropa ................................................ 22 Tabel 2.11 Karakteristik TEL ............................................................................... 25 Tabel 2.12 Karakteristik IPA ................................................................................ 27 Tabel 2.13 Spesifikasi jenis bahan bakar pesawat ................................................ 40 Tabel 2.14 Spesifikasi produk dan ASTM ............................................................ 41 Tabel 2.15 Aditif untuk Avtur ............................................................................... 42 Tabel 2.16 Karakteristik tiap kilang ...................................................................... 48

v

UNIVERSITAS INDONESIA

BAB 1 PENDAHULUAN

Peningkatan fleksibilitas operasi dan keuntungan akan dihasilkan ketika operasi penyulingan menghasilkan aliran basis produk yang dapat dicampurkan (blend) sehingga dapat dihasilkan berbagai variasi spesifikasi produk akhir. Sebagai contoh, naptha dapat dicampurkan untuk dihasilkan gasoline atau jet fuel bergantung kebutuhan produk. Di samping minyak pelumas, penyulingan yang dihasilkan dari blending adalah gasoline, jet fuel, heating oil, dan diesel fuel. Tujuan product blending adalah untuk mengalokasikan komponen dasar blending yang tersedia untuk dicampurkan sehingga didapatkan spesifikasi produk yang diinginkan dengan biaya minimal dan akan memaksimalkan keuntungan. Saat ini penyulingan sudah menggunakan kontrol komputer untuk melakukan blending gasoline dan produk lain dengan volume tinggi. Volume bahan blending dengan harga dan data karakteristik fisika dikelola pada komputer. Ketika volume tertentu dari produk dispesifikasikan, komputer memakai model program linear untuk mengoptimasi operasi blending dengan memilih komponen blending untuk menghasilkan volum yang diperlukan sehingga didapatkan biaya yang terendah. Komponen blending untuk memenuhi spesifikasi kritis sangat ekonomis dilakukan dengan prosedur trial eror dengan bantuan komputer. Banyaknya variabel membuat komputer memungkinkan untuk melakukan perhitungan sehingga didapatkan beberapa solusi ekuivalen dan diperoleh total biaya dan keuntungan.

1

Universitas Indonesia

2

BAB 2 PEMBAHASAN

2.1

Proses Product Blending Product blending pada dasarnya merupakan proses pencampuran berbagai

aliran produk dari berbagai unit proses pada kilang minyak hingga menghasilkan produk akhir dengan spesifikasi yang diinginkan. Hampir semua produk akhir kilang minyak seperti bensin, diesel, bahan bakar pesawat, dan lain-lain merupakan hasil dari product blending. Berikut adalah skema product blending untuk bensin atau gasoline.

Gambar 2.1 Skema proses gasoline blending (Sumber: Emerson Process Management, 2008)

Proses pencampuran (blending) merupakan proses fisis yang dapat dilihat pada Gambar 2.1. Operasi dilakukan dengan cara memompakan secara simultan tiap komponen yang akan dicampur (blend stocks) dari tangki penyimpanannya masingmasing ke suatu saluran pipa (pipeline) yang mengarah ke tangki produk, dalam hal ini tangki penyimpanan bensin. Pompa dilengkapi dengan sistem kontrol yang

Universitas Indonesia

3

dapat mengatur proporsi yang tepat dari tiap komponen secara otomatis. Jadi, pencampuran terjadi di dalam pipa. Pipa tersebut biasanya dilengkapi dengan baffles yang berfungsi untuk mencampur semua komponen pada saat semua komponen tersebut mengalir di dalam pipa ke tangki produk.

Produk kilang yang akan dicampur atau disebut juga blend stocks umumnya adalah: 

Straight run naphtha



Produk hasil alkilasi (alkilat)



Produk hasil unit reforming (reformat)



Produk hasil isomerisasi (isomerat)



FCC naphtha (heavy dan light)



Coker naphtha



Hydrocracked naphtha



Aditif: MTBE, etanol, dll



N-butana

Jadi, proses yang terjadi pada product blending ini cukup sederhana. Namun, yang sulit adalah menentukan proporsi tiap aliran blend stocks yang akan dicampur sehingga menghasilkan produk dengan spesifikasi yang diinginkan. Karena itu, sistem product blending ini dilengkapi dengan analyzer yang berfungsi untuk mengukur karakteristik dari produk yang dihasilkan seperti RVP, titik didih, specific gravity, dan lain-lain. Analyzer dipasang agar berfungsi sebagai feedback control dari aliran tiap blend stocks dan aditif. Optimisasi hasil blending dilakukan secara trial and error melalui pemrograman linear dan geometri dengan menggunakan komputer. Selain itu, alat lain yang dipasang adalah semacam flow meter untuk mengukur laju alir dari tiap aliran blend stocks. Alat yang dipilih sebaiknya dapat mengukur laju alir dengan akurat, seperti micro motion meter agar produk yang diperoleh dapat mencapai spesifikasi yang diinginkan dengan tingkat error cukup kecil.

Universitas Indonesia

4

2.2

Karakteristik Product Blending Product Blending dilakukan dengan tujuan memperoleh produk akhir yang

memiliki spesifikasi yang diinginkan. Spesifikasi tersebut terdiri dari beberapa karakteristik dengan batas-batas nilai yang ingin dicapai. Contohnya, untuk gasoline blending, beberapa karakteristik atau spesifikasi yang paling penting adalah Reid Vapour Pressure (RVP) dan bilangan oktan.

1.

Reid Vapor Pressure (RVP) Reid Vapor Pressure (RVP) adalah suatu besaran yang menunjukkan tingkat volatilitas dari bensin (gasoline). RVP didefinisikan sebagai tekanan uap absolut yang dihasilkan oleh suatu cairan pada suhu 100oF (37.8oC) sebagaimana ditentukan oleh metode uji ASTM D-323. Bensin dengan nilai RVP besar artinya mudah menguap (volatil), sedangkan bensin dengan nilai RVP kecil artinya sulit menguap (kurang volatil). Spesifikasi RVP ini penting terutama di daerah dengan iklim subtropis yang memiliki empat musim. Pada daerah tersebut, RVP yang diinginkan pada musim panas dan dingin berbeda. Pada musim dingin, karena suhu lingkungan yang rendah bensin akan cenderung lebih sukar menguap. Karena itu, pada musim dingin bensin dibuat agar memiliki RVP yang tinggi agar mudah menguap. Sebaliknya, pada musim panas RVP bensin lebih rendah.

RVP dari gasoline yang diinginkan dapat dihasilkan dari mencampurkan nbutana dengan C5-380oF naptha. N-butana digunakan sebagai peningkat RVP karena n-butana merupakan komponen yang paling ringan di dalam campuran bensin. Karena paling ringan, n-butana juga paling volatil di antara komponen penyusun bensin lainnya, sehingga semakin banyak n-butana maka RVP dari bensin yang terbentuk akan semakin tinggi. Banyaknya n-butana yang diperlukan untuk memberikan RVP yang diharapkan dihitung dengan persamaan: 𝑛

𝑀𝑡 (𝑅𝑉𝑃)𝑡 = ∑ 𝑀𝑖 (𝑅𝑉𝑃)𝑖

(2.1)

𝑖=1

Universitas Indonesia

5

dimana: Mt = total mol produk yang dicampurkan (RVP)t = spesifikasi RVP untuk produk, psi Mi = mol komponen i (RVP)i = RVP dari komponen i, psi atau kPa

Contoh 1: Menghitung keperluan n-butana untuk product blending Diketahui data komposisi product blending berikut:

Tabel 2.1 Komposisi dan karakteristik product blending (Cth 1)

(Sumber: Gary, James H dan Glenn E.Handwerk, 2001)

Berdasarkan data tersebut, berikut adalah perhitungan keperluan n-butana untuk memperoleh produk bensin dengan RVP 10 psi. Diketahui n-butana memiliki RVP 52 psi dengan daya sebesar 58 MW. Keterangan:  PVP adalah Partial Vapor Pressure, yaitu diperoleh dengan mengalikan persen mol tiap komponen dengan RVP-nya masing-masing)  BPD = Barrel per day

Jumlah mol n-butana yang dibutuhkan (M): (2179)(5.38) + 𝑀(52) = (2179 + 𝑀)(10) 11723 + 52𝑀 = 21790 + 10𝑀 42𝑀 = 10067 𝑀 = 240 𝑚𝑜𝑙 𝑛𝐶4

Universitas Indonesia

6

Berdasarkan sifat-sifat fisik n-butana diperoleh:

Tabel 2.2 Laju alir n-butana (Cth 1)

Senyawa

BPD

lb/hr

MW

Mol/hr

n-butana

1640

13920

58

240

(Sumber: Gary, James H dan Glenn E.Handwerk, 2001)

Total laju alir volumetrik bensin RVP 10 psi = 21000+1640 = 22640 BPD

Data karakteristik pencampuran untuk beberapa aliran penyulingan ditampilkan pada Tabel 15. Metode teoritis pencampuran untuk menghasilkan RVP yang diinginkan memerlukan data mengenai berat molekul rata-rata tiap aliran. Terdapat cara lain yang lebih baik untuk hal ini seperti yang dikembangkan oleh Chevron Research Company. Chevron menyusun suatu indeks yang disebut Vapor pressure blending indices (VPBI), yaitu suatu indeks yang disusun sebagai fungsi RVP dari aliran seperti pada Tabel 16. RVP dari campuran didekati dari jumlah perkalian fraksi volume denga VPBI tiap komponen. Berikut persamaannya: 𝑅𝑉𝑃𝑏𝑙𝑒𝑛𝑑 = ∑ 𝑣𝑖 (𝑉𝑃𝐵𝐼)𝑖

(2.2)

Dalam kasus dimana volume butane yang akan dicampur untuk menghasilkan produk blending dengan RVP tertentu akan dicari, maka dipakai persamaan: 𝐴(𝑉𝑃𝐵𝐼)𝑎 + 𝐵(𝑉𝑃𝐵𝐼)𝑏 + ⋯ + 𝑊(𝑉𝑃𝐵𝐼)𝑤 = (𝑌 + 𝑊)(𝑉𝑃𝐵𝐼)𝑚

(2.3)

Dimana: A

= bbl komponen a, dst

W

= bbl dari n-butane (w)

Y

= A + B + C + . . . (semua komponen kecuali n-butane)

(VPBI)m = VPBI pada nilai RVP campuran yang diinginkan w

= subskrip untuk n-butane

Universitas Indonesia

7

Tabel 2.3 Nilai komponen blending untuk aliran gasoline blending

(Sumber: Gary, James H dan Glenn E.Handwerk, 2001)

Universitas Indonesia

8

Tabel 2.4 Reid Vapor Pressure Blending Index

(Sumber: Gary, James H dan Glenn E.Handwerk, 2001)

Contoh 2 Tabel 2.5 Data untuk Hasil Perhitungan Contoh 2

(Sumber: Gary, James H dan Glenn E.Handwerk, 2001)

Universitas Indonesia

9

Untuk RVP = 10 psi, (VPBI)m = 17.8 (∑ 𝐵𝑃𝐶𝐷) (𝑉𝑃𝐵𝐼)𝑚 = ∑(𝑉𝑜𝑙 × 𝑉𝑃𝐵𝐼) 17.8(21000 + 𝑊) = 174070 + 138𝑊 𝑊 = 1660 bbl n-butana

Jadi, total laju alir volumetrik bensin RVP 10 psi = 21000+1660 = 22660 BPCD

2.

Pencampuran Oktan (Octane Blending) Angka oktan dicampurkan pada basis volumetrik dengan pencampuran angka oktan komponen-komponennya. Angka oktan sebenarnya tidak bercampur secara linear. Oktan sebenarnya didefinisikan sebagai angka oktan yang diperoleh dengan memakai mesin uji CFR. Persamaan yang dipakai untuk perhitungan adalah: 𝑛

𝐵𝑡 𝑂𝑁𝑡 = ∑(𝐵𝑖 𝑂𝑁𝑖 )

(2.4)

𝑖=1

Di mana: Bt

= total gasoline campuran, bbl

ONt = angka oktan campuran yang diinginkan Bi

= bbl dari komponen i

ONi = angka oktan komponen i

3.

Pencampuran untuk Karakteristik Lain Terdapat beberapa metode untuk memperkirakan harga karakteristik fisik campuran dari karakteristik masing-masing komponen penyusunnya. Salah satu cara yang paling baik untuk menentukan karakteristik yang tidak bercampur secara linear adalah menggantikan nilai karakteristik bahan-bahan yang akan dicampur tersebut dengan karakteristik lain yang bisa bercampur secara linear. Nilai tersebut biasa disebut angka “blending index”. Chevron

Universitas Indonesia

10

Research Company telah mengeluarkan nilai faktor atau index untuk tekanan uap, viskositas, flash point, dan aniline point. Contohnya adalah flash point index pada tabel 2.6 di bawah. Data selengkapnya mengenai index untuk besaran yang lain dapat dilihat pada literatur-literatur lainnya. Contoh diberikan pada tabel dalam menggunakan indeks pencampuran. Karena lebih rumit dari yang lain, pencampuran viskositas akan dibahas lebih jauh pada bab ini. Pada pencampuran beberapa produk, viskositas merupakan salah satu spesifikasi yang harus dipenuhi. Viskositas campuran dihitung dari viskositas tiap komponennya dengan teknik khusus. Metode yang umum diterima adalah dengan memakai grafik yang dikembangkan dan didapatkan dari ASTM. Pencampuran untuk viskositas dapat dihitung dengan baik dengan memakai faktor viskositas. Pendekatan yang dipakai adalah viskositas campuran merupakan jumlah perkalian fraksi volume semua produk dengan faktor viskositas tiap komponennya. Dalam persamaan dituliskan: VFblend = Σ (Vi x VFi)

(2.5)

Tabel berisi faktor viskositas dan faktor karakteristik lainnya dapat diperoleh dari berbagai literatur, contohnya Petroleum Refining Technologies and Economics yang ditulis oleh James H. Gary dan Glenn E.Handwerk pada tahun 2001. Pada tabel 2.6 di halaman berikut diberikan contoh angka indeks untuk flash point.

Universitas Indonesia

11

Tabel 2.6 Angka Indeks Pencampuran Flash Point

(Sumber: Gary, James H dan Glenn E.Handwerk, 2001)...