Perpustakaan Digital ITB

Kendala produksi gas dengan kandungan CO2 dan laju alir yang tinggi mendorong adanya inovasi melalui berbagai pendekatan dan metode baru yang lebih ekonomis dan layak untuk diimplementasikan. Pendekatan pertama adalah memanfaatkan karakteristik gas alam superkritis untuk meningkatkan efisiensi proses pemisahan CO2 dari gas alam dan pendekatan kedua adalah pemanfaatan sifat thermal air laut sebagai proses pre-cooling. Beberapa industri telah menggunakan berbagai metode pemisahan CO2 konsentrasi tinggi dari gas alam diantaranya adalah dengan teknologi membran, destilasi kriogenik, Controlled Freeze Zone (CFZ) dan sistem ekspansi Joule-Thomson. Sementara beberapa riset terdahulu masih mengkaji pemisahan CO2 secara parsial mengenai pemisahan kriogenik, ekspansi gas, dan ekspansi superkritis dengan CO2 murni. Penelitian ini mengkaji ekspansi superkritis dengan eksperimen dan simulasi, menghitung koefisien ekspansi, melakukan koreksi ekspansi superkritis, dan integrasi pada produksi gas alam kaya CO2 untuk memperbaiki teknologi sebelumnya yang masih mahal dan belum ekonomis. Proses pendinginan dan ekspansi cepat diintegrasikan untuk pemisahan karbon dioksida dari gas alam. Peralatan eksperimen baru dibangun untuk melakukan percobaan, dan hasilnya disimulasikan menggunakan berbagai persamaan keadaan (EOS) seperti Peng-Robinson (PR), Soave-Redlich-Kwong (SRK), Acid gas, dan persamaan Van der Waals (VdW). Rangkaian percobaan terdiri dari tabung CO2, tabung CNG, tabung campuran gas yang dilengkapi dengan pendingin, tabung pengamatan fasa, katup, regulator, sistem perpipaan dan instrumen pengukuran tempratur, tekanan dan laju alir gas. Hasil percobaan kemudian dimanfaakan pada proses integrasi simulasi produksi gas alam dengan melibatkan pendinginan air laut, ekspansi superkritis dan pemisahan kriogenik. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa rendahnya temperatur gas masuk akan menurunkan temperatur keluaran ekspansi sehingga gas mencapai dua fasa dan CO2 lebih mudah dipisahkan. Eksperimen ekspansi gas 45% CO2 dari 100 ke 16 bar merupakan pemisahan CO2 paling signifikan dengan temperatur pendingin 10oC, menghasilkan temperatur keluaran ekspansi -50oC dan fraksi uap 0,93. Hasil koefisien ekspansi pada konsentrasi 45% CO2 (100 ke 16 bar) dengan temperatur pendingin 10-25oC adalah 6,62 – 7,5 K/Mpa. Property package Acid Gas adalah persamaan paling tepat untuk memprediksi koefisien ekspansi gas alam kaya CO2 dengan Absolute Average Error (AAE) 4,83%. Sedangkan persamaan dengan error paling besar adalah persamaan Van der Waals dengan AAE 16,28%. Faktor koreksi persamaan ekspansi Joule-Thomson pada konsentrasi CO2 25 – 40 % adalah 0,76 – 0,85. Sedangkan pada konsentrasi CO2 di atas 40%, profil koefisien ekspansi cenderung tidak sesuai data percobaan sehingga lebih tepat menggunakan property package Acid Gas. Pada sistem integrasi produksi 600 MMSCFD gas alam kaya CO2 yang terdiri dari subsea pipeline, katup ekspansi, separator, turbin ekspansi dan fraksinasi kriogenik dihasilkan sweet gas 143,6 MMSCFD dengan kemurnian 96,55% (CO2<2%-mol). Proses ini juga memperoleh keuntungan 20,73 MW dari ekspansi turbin (54,7 ke 1,1 bar) dan CO2 cair sebesar 959,6 ton/jam untuk kegiatan Enhanced Oil Recovery (EOR) maupun sebagai bahan baku pabrik petrokimia. Studi ini menunjukkan bahwa pemisahan gas alam kaya CO2 dengan metode pendinginan dan ekspansi cepat menghasilkan pendekatan baru untuk memperbaiki kelemahan pada pemisahan CO2 dengan sistem kriogenik.