Paper EPG Natural Gas Hydrate Synthetic

Download Paper EPG Natural Gas Hydrate Synthetic

Post on 04-Jul-2015

321 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>Eksplorasi dan Produksi HidrokarbonSYNTHETIC NATURAL GAS HYDRATE</p> <p>What is NGH? NGH adalah kristal es yang terbentuk dimana lapisan es menutupi molekul gas yang terjebak didalamnya. NGH stabil pada tekanan tinggi dan suhu rendah, dan terjadi secara alami di dasar laut yang bertekanan tinggi dan bersuhu rendah pada kedalaman 150-2000 meter dibawah permukaan air laut. Pada saat ini penelitian NGH banyak dilakukan sebagai alternatif sistem pengangkutan dan penyimpanan gas alam, yang selama ini didominasi oleh sistem pemipaan dan gas alam cair (liquefied natural gas, LNG). Dalam sistem gas alam padat, NGH diproduksi dari percampuran gas alam dengan air untuk membentuk kristal es. Gas alam padat terjadi ketika beberapa partikel kecil dari gas seperti metana, etana, dan propana, menstabilkan ikatan hidrogen dengan air untuk membentuk struktur sangkar 3 dimensi dengan molekul gas alam terjebak dalam sangkar tersebut. Sebuah sangkar terbuat dari beberapa molekul air yang terikat oleh ikatan hidrogen. Tipe ini dikenal dengan nama clathrates. Gas alam padat diperkirakan akan menjadi media baru untuk penyimpanan dan transportasi gas, sebab memiliki stabilitas yang tinggi pada suhu dibawah 0oC pada tekanan atmosfer. Kestabilan tersebut disebabkan lapisen es yang terjadi pada saat hidrat terurai (terdisosiasi), lapisan es tersebut menutupi hidrat dan mencegah penguraian lebih lanjut. NGH lebih padat dari gas alam, 1 meter kubik NGH setara dengan 170 meter kubik dari gas alam pada tekanan 1 atm, pada suhu 25oC. Hidrat gas natural dianggap sebagai hal yang merugikan dalam industri migas karena terbentuknya hidrat dapat mengganggu perpipaan. Di pihak lain, hidrat gas dapat diaplikasikan untuk penyimpanan (storage) dan transportasi dari natural gas. Pertimbangan penggunaan hidrat untuk penyimpanan adalah hidrat gas mampu menyimpan natural gas dalam jumlah kapasitas yang besar, selain itu tingkat keamanan yang relatif tinggi. Untuk kapasitas penyimpanan natural gas, hidrat gas mampu menimpan natural gas sebesar 180 sm3 (standar m3) per m3 hidrat gas. Di bawah ini adalah tipe-tipe struktur sangkar hidrat gas atau disebut clathrates:</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 1</p> <p>Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon</p> <p>Gambar x. Struktur sangkar hidrat gas Ketiga struktur umum sangkar gas hidrat terdiri dari struktur I 46 H20, struktur I 136 H20, dan struktur H 34 H2O. Pada struktur diatas penomoran 51268 menunjukkan 12 pentagonal dan 8 heksagonal dalam setiap struktur kristal.</p> <p>What For and Comparison with other means transportation and storage Tujuan utama dari pembentukkan NGH ini adalah untuk transportasi dan penyimpanan dari gas alam itu sendiri. Gas alam yang terbentuk dapat tersimpan dalam hidrat yang terbentuk sehingga lebih mudah untuk ditransportasi karena dalam bentuk padatan. Teknologi ini dapat menjadi teknologi yang baru karena untuk penyimpanannya memiliki stabilitas yang tinggi pada suhu dibawah 0oC pada tekanan atmosfer. Metode penyimpanan gas alam yang telah diproses pada umumnya digunakan dengan cara gas alam tersebut dicairkan pada suhu kriogenik yaitu pada -162oC yang dapat meningkatkan volume penyimpanan dari gas alam hingga mencapai 600 kalinya (LNG). Sedangkan metode penyimpanan gas alam lainnya yaitu dengan cara meningkatkan tekanan dari gas alam tersebut yang dapat meningkatkan volume penyimpanan gas alam hingga mencapai sekitar 200 kalinya.</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 2</p> <p>Eksplorasi dan Produksi HidrokarbonNamun kedua cara penyimpanan tersebut memiliki kendala yang besar. Peningkatan biaya yang dibutuhkan untuk gas alam sangatlah tinggi. Selain itu juga selama transportasi dari LNG banyak gas yang hilang akibat tervaporasi. Kendala lainnya yang ditemukan adalah masalah lokasi atau tempat yang dapat dijangkau untuk transportasi gas alam. Apabila digunakan LNG atau CNG dibutuhkan kapal khusus untuk mengangkut gas-gas tersebut, sehingga alokasi tempat untuk pemrosesan gas dibutuhkan tempat yang dekat dengan laut. Sedangkan untuk daerah yang alokasinya di daratan maka akan dibutuhkan pipeline gas untuk mengangkut gas-gas alam tersebut sehingga tidak akan efektif dalam pengangkutan. Transportasi gas dengan pemipaan dilakukan dengan menyalurkan gas alam bertekanan 700-1100 psig melalui pipa pada umumnya. Rata-rata biaya pemipaan adalah 15 USD per miles Alternatif dengan menggunakan sintetik hidrat dapat memberikan efisiensi energi dari gas alam yang dapat disimpan dan ditransportasi. Hal ini disebabkan karena metode pembentukan sintetik hidrat ini membutuhkan proses refrigerasi yang lebih rendah, tekanan yang lebih rendah, waktu yang lebih rendah dibandingkan penggunaaan LNG dan CNG. Beberapa studi telah dilakukan yang menjelaskan bahwa penggunaan hidrat gas sebagai media transportansi akan memberikan hasil lebih ekonomis (Gudmundsson,1996). Secara umum dapat menghemat biaya sampai 24% jika dibandingkan dengan transportasi dengan LNG pada daerah Laut Utara sampai ke Eropa Tengah (the Northern North Sea to Central Europe). Dari data didapatkan bahwa sistem dengan transportasi LNG masih sangat mahal yaitu sekitar USD 15$ untuk gas yang setara dengan 1 barel minyak bumi. Sedangkan investasi LNG membutuhkan biaya yang sangat mahal yaitu sekitar 1 milyar USD untuk memproduksi 0,5 cubicfeet/day. Hal ini membuat keefektifan biaya yang semakin berkurang akibat tarnsportasi dengan menggunakan LNG Namun untuk penggunaan methane hidrat itu sendiri pada umumnya hanya dapat pada lokasi-lokasi pemrosesan tempat gas yang pada skala menengah ataupun kecil dimana tidak dapat menggunakan perpipaan ataupun LNG untuk penyimpanan dan transportasi sehingga penggunaan gas hidrat ini lebih ekonomis.</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 3</p> <p>Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon</p> <p>Gambar . Suplai Chain NGH dari Offshore Production (Nam Jin Kim, 2009)</p> <p>How to Form? Pada dasarnya pembentukan natural gas hydrate sintetik dibentuk dengan</p> <p>mengkondisikan natural gas dan air pada temperature rendah dan tekanan yang tinggi sehingga terjadi proses pembekuan air yang mengandung metana terlarut. Natural gas hydrate, biasanya metana hidrat, terbentuk di daerah interface antara fasa cair (water) dan fasa gas (metana). Metana terlarut dalam air dan di permukaan air yang terekspos temperature dan diberikan tekanan sehingga air membeku dan membentuk struktur Kristal yang mengurung metana di tengah, berikut ilustrasinya:</p> <p>Methane hydrate terbentuk oleh ikatan fisis antara molekul air dan gas metana, yang terperangkap dalam molekul air dalam temperature dan tekanan tertentu. Jadi untuk bisa membentuk methane hydrates perlu dicapai suatu kondisi temperature dan tekanan tertentu. Daerah temperature dan tekanan tersebut dapat dilihat pada grafik berikut,</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 4</p> <p>Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon</p> <p>Daerah di atas phase boundary atau kurva ekuilibrium, merupakan daerah dimana hydrate stabil brsama dengan gas metana dan es. Sedangkan daerah di bawah kurva ekuilibrium merupakan daerah dimana hidrat belum bisa terbentuk. Berikut tabel data tekanan dan temperature untuk phase boundary tersebut,</p> <p>Dapat dilihat semakin tinggi tekanan dan semakin rendah temperature semakin aktif pula pembentukan hidrat. Oleh karena itu akan semakin cepat pula waktu pembentukan hidrat, berikut data waktu terbentuknya hidrat:</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 5</p> <p>Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon</p> <p>Kendala Pembentukkan Dari sistem pembentukan hidrat sintetik ini dapat dilihat bahwa terdapat banyak kendala, antara lain: y y y y Laju reaksi air dan gas metana atau laju pembentukan yang relative lambat Air interstitial yang tidak bereaksi dengan persentase yang besar dari massa hidrat Bergantung pada kapasitas hidrat yang tidak menentu Kelarutan gas alam dalam air sangat rendah sehingga hanya film tipis hidrat terbentuk pada antarmuka antara air y Secara ekonomis untuk melakukan scale-up memerlukan biaya yang sangat besar (Mandal,2008) Solusi / Teknologi pembentukan (surfaktan dkk) Telah diteliti banyak cara untuk mensolusikan permasalahan-permasalahan di atas, di antaranya ada yang secara mekansi dan juga secara kimia. Secara mekanis digunakan: y Pengadukan (Iwasaki ,2005; Takaoki,2005)</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 6</p> <p>Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbony Spray liquid pada fasa gas yang bergerak secara kontinu (Fukumoto,2001; Ohmura, 2002) y y y Bubbling gas pada fasa cair yang kontinu (Luo, 2007) Microbubbling (Takahashi,2002) Icing (Stern ,1996)</p> <p>Sedangkan secara kimia digunakan: y Surfaktan Teknologi</p> <p>Berikut penjelasan teknologi-teknologi tersebut: Semi-batch Heterogeneous spray reaktor Proses system ini dilakukan dengan dengan aliran cairan secara terus menerus ke pressurized vessel. System ini dioperasikan dengan cara reaktan dimasukan ke dalam system pada waktu yang bervarias dan produk di ambil juga pada waktu yang bervariasi. Pembentukan hidrat dalam metode ini dilakukan dengan proses hybrid yang menggunakan waktu penyemprotan dan waktu stabilisasi. Pada waktu penyemprotan, raktor beroperasi pada mode semi-batch. Dan pada proses stabilisasi dilakukan pada mode batch. Laju pembatas raktan pada system adalah larutan air-pTSA yang dinjeksikan pada system, sedangkan gas alam yang ada pada reaktor adalah reaktan kedua yang ada dalam keadaan berlebihdalam system reaksi pembentukan hidrat. Ketika penyemprotan larutan air-pTSA dihentikan, reaktor beraksi sebagai system batch seiringan dengan waktu stabilisasi. Pembentukan hidratdan pertumbuhan kinetic dimodelkan pada spray reaktor dengan mempertimbangkan kedua mode. Air adalah bagian utama dari gas hidratdan mengisi sekitar 80% dari massa. Asam para sulfonat adalah hidrotrope yang digunakan untuk promoter hidrat yang dicampur dengan air untuk menghasilkan konsentrasi yang diinginkan. Tekanan air pada upstream nozzle dijaga tekanannya untuk menjaga penurunan tekanan yang konstan sepanjang nozzle. Daerah sekitar nozzle dipanaskan untuk menjaga suhu tetap diatas suhu pembentukan hidrat untuk menghindari penyumbatan pada nozzle. Reaktor beroperasi pada mode semibatch dimana salah satu reaktan digunakan untuk menentukan kondisi operasi sehingga penambahan reaktan kedua yang diinjeksikan secara terus menerus untuk membentuk hidrat dalam reaktor.</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 7</p> <p>Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon</p> <p>Gambar kolom Semi-batch heterogeneous Spray Reaktor(Nimalan,2004) Bubbling Surfaktan Teknologi Prinsip dasarnya adalah dengan mengubah sifat kimia reaktan menggunakan surfaktan sehingga kecepatan pembentukan hidrat dan kapasitas storage menjadi lebih besar. Reaktan, yaitu metana dan air, memiliki tegangan permukaan yang tinggi di interface kedua fasanya (gas dan cair) sehingga kelarutan gas metana dalam air menjadi kecil dengan demikian pembentukan hidrat menjadi dibatasi oleh interface dua fasa tersebut. Dengan menambahkan surfaktan, tegangan permukaan menjadi berkurang dan menaikan kelarutan metana dalam air. (Karaaslan ,2000; Sun, 2002). Berikut grafik perbandingan kecepatan pembentukan hidrat dengan menggunakan surfaktan dan tanpa menggunakan surfaktan dimana SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) merupakan surfaktan</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 8</p> <p>Eksplorasi dan Produksi Hidrokarbon</p> <p>Grafik Kecepatan pembentukkan hidrat dengan dan tanpa surfaktan (Ganji,H.,2007)</p> <p>Namun, teknologi ini memiliki kendala. Yaitu walaupun kecepatan pembentukan hidrat dan kapasitas storage menjadi lebih besar dengan menggunakan surfaktan, kecepatan disosiasi dari hydrate juga semakin besar. Hal ini tidak diinginkan karena tujuan dari pembentukan hidrat ini adalah untuk transportasi dan penyimpanan. Oleh karena itu laju disosiasi tidak boleh terlalu tinggi karena akan menyebabkan banyak metana (gas alam) yang hilang selama perjalanan, terlepas dari kungkungan hydrate.</p> <p>Separation of NGH (Natural Gas Hydrate) Seperti kita ketahui NGH digunakan untuk transportasi, oleh karena itu seusai hidrat ditransportasikan ke receiving terminal, yang mana dekat dengan kota/lokasi konsumsi, gas alam di dalam hidrat harus di-recovery terlebih dahulu agar bias digunakan. Prinsip dasar proses recovery ini adalah dengan memecah kesetimbangan fasa hidrat sehingga hidrat terdisosiasi atau terpecah clathrates hidrat yang mengurung gas alam sehingga gas alam terbebas dari hidrat dan bias digunakan. Pemecahan kesetimbangan ini bisa dilakukan dengan cara menaikkan kondisi temperature dan tekanan hingga mencapai kondisi dimana hidrat mencair dan dengan demikian tidak bisa lagi mengurung gas alam.</p> <p>Paper_Synthetic natural Gas Hydrate</p> <p>Page 9</p> <p>Eksplorasi dan Produksi HidrokarbonREFERENSIAkiya T, Tomio S, Oowa M. Phase equilibria of some alternative refrigerants hydrates and their mixtures using for cool storage material. In: Proc of the 32nd IECEC, vol. 4; 1997. p. 1652 5. Al-Sanea SA, Zedan MF. Optimized monthly-fixed thermostat-setting scheme for maximum energy-savings and thermal comfort in air-conditioned spaces. Appl Energy 2008;85:326 46. Bi YH, Guo TW, Zhu TY, et al. Influences of additives on the gas hydrate cool storage process in a new gas hydrate cool storage system. Energy Convers Manage 2006;47:297482. Bi YH, Guo TW, Zhu TY, Fan SS, Liang DQ, Zhang L. Influence of volumetric-flowrate in the crystallizer on the gas-hydrate cool-storage process in a new gashydrate cool-storage system. Appl Energy 2004;78:11121. Chemical Engineering Science 60, 57515758. Kutergin, O.B., Melnikov, V.P., Nesterov, A.N., 1992. Surfactant effect on the mechanism and kinetics of gas hydrate formation. Doklady Akademii Nauk 323, 549553 (in Russian). Daimaru, T., Yamasaki, A., Yanagisawa, Y., 2007. Effect of surfactant carbon chain length on hydrate formation kinetics. Journal of Petroleum Science and Engineering 56, 8996. Di Profio, P., Arca, S., Germani, R., Savelli, G., 2005. Surfactant promoting effects on clathrate hydrate formation: are micelles really involved? Chemical Engineering Science 60, 4141 4145. Di Profio, P., Arca, S., Germani, R., Savelli, G., 2007. Novel nanostructured media for gas storage and transport: clathrate hydrates of methane and hydrogen. Transactions of the ASME, Journal of Fuel Cell Science and Technology 4, 4955. Diaconu BM, Varga S, Oliveira AC. Experimental assessment of heat storage properties and heat transfer characteristics of a phase change material slurry for air conditioning applications. Appl Energy 2010;87:6208. Dimiccoli, A., Di Serio, M., Santacesaria, E., 2000. Industrial Engineering Chemistry Research 39, 40824093. Dividson DW. Clathrate hydrates. In: Franks F, editor. Water a comprehensive treatise, vol. II. New York: Plenum Press; 1973. p. 11548.Paper_Synthetic natural Gas Hydrate Page 10</p> <p>Eksplorasi dan Produksi HidrokarbonEnglezos P, Kalogerakis N, Dholabhai PD, Bishnoi PR. Kinetics of formation of methane and ethane gas hydrate. Chemical Engineering Science 1987...</p>