Instructor: Dr. Istadi (http://tekim.undip.ac.id/staf/istadi )

Email: istadi@undip.ac.id

Pentingnya Proses Dehidrasi Gas Untuk menghindari pembentukan hidrat:

Hidrat merupakan padatan yang terbentuk akibat bergabungnya molekul air (90%) dengan molekul-molekul hidrokarbon (10%).

Hidrat akan terbentuk sedikit demi sedikit dalam bentuk kristal di orifice, valve, dan pipa sehingga dapat menyebabkan penyumbatan.

Kondisi-kondisi yang memicu terbentuknya hidrat adalah temperatur rendah dan tekanan tinggi.

Untuk menghindari masalah korosi: Korosi dapat terjadi jika cairan air ada bersama dengan gas

asam yang mudah larut dalam air dan membentuk larutan asam yang bersifat sangat korosif, terutama terhadap carbon steel yang merupakan bahan konstruksi yang banyak digunakan dalam fasilitas pemrosesan hidrokarbon.

Pentingnya Dehydration… Persyaratan kualitas komersial gas alam (sales gas):

Gas alam yang akan dijual, baik yang penyalurannya melalui pipa atau dengan moda pengangkutan lain dituntut untuk memenuhi persyaratan tertentu, seperti impuritas, heating value, dew point, dll.

Diantara persyaratan-persyaratan tersebut, yang paling krusial adalah kandungan air.

Pada umumnya kandungan air dalam sales gas dipersyaratkan berkisar 4 – 8 lb/MMSCF (1 lb/MMSCF = 16 mg/Sm3 = 16 ppmv).

Persyaratan downstream processing: Air dapat menyebabkan reaksi samping, foaming, atau

deaktivasi katalis. Oleh karena itu LNG atau LPG yang akan diproses lebih

lanjut disyaratkan memiliki kandungan air sebesar 0,1 ppmv atau kurang.

WATER CONTENT OF HYDROCARBONS

Water content is stated in a number of ways:

Mass of water per volume of gas, lb/MMscf (mg/Sm3)

Dew point temperature, °F (°C

Concentration, parts per million by volume (ppmv)

Concentration, parts per million by mass (ppmw)

First assume: ideal behavior

In any mixture, where both the gas and liquid phases are in equilibrium non ideal

Karl-Fischer titration (kadar air dalam minyak)

Thermodinamika – Vapor Liquid Equilibria

Langkah pertama dalam proses dehidrasi gas alam adalah penghilangan cairan yang ikut bersama aliran gas. Jika ditinjau dari aspek termodinamis, maka peristiwa yang terjadi di dalam separator adalah suatu keseimbangan

Apabila diasumsikan bahwa air yang berada dalam gas berada dalam keadaan jenuh, maka dengan menggunakan konsep keseimbangan fasa, komposisi air dalam fasa cair dan uap dinyatakan dengan persamaan:

xi : fraksi mol komponen i dalam fasa cair; I : koefisien aktifitas komponen i; Pi

sat : tekanan uap jenuh komponen i; yi : fraksi mol komponen i dalam fasa gas; P: tekanan total

PyPx iisatiii

Thermodinamika…. Penyederhanaan terhadap persamaan tersebut dapat

dilakukan apabila tekanan total kurang dari 500 psia (35 bar). Jika hidrokarbon dianggap tidak ada yang berada dalam fasa cair, maka xi dan I untuk air masing-masing nilainya sama dengan satu.

Selanjutnya jika fasa gas dianggap ideal, maka I juga sama dengan satu, sehingga:

P

Py

sati

i

Thermodinamika…. Temperatur dan tekanan sangat berpengaruh terhadap jumlah air yang

dapat dipisahkan dari gas

Temperatur: Semakin tinggi temperatur, maka tekanan uap air murni (Pair

sat) juga semakin tinggi. Jadi untuk tekanan operasi yang sama, kenaikan temperatur operasi separator akan menyebabkan konsentrasi air dalam gas (y) semakin besar, dan jumlah air yang dipisahkan semakin kecil.

Tekanan: Pada temperatur operasi yang sama, jika tekanan (P) semakin besar, maka menurut persamaan (2) konsentrasi air dalam fasa gas (y) akan semakin kecil, atau air yang dapat dipisahkan menjadi semakin besar.

Gas yang keluar dari separator ini jenuh dengan uap air, sesuai dengan tekanan dan temperatur operasinya.

Disamping dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur, kandungan maksimal air dalam gas juga dipengaruhi oleh keberadaan gas H2S dan CO2

Gas gravity and salinity corrections to water content in hydrocarbon gases

Example 6.1

Problem: Calculate the water content of the sweet natural gas shown in Table 6.1 at 300 psia (20.7 bar) and 80°F (26.7°C) by use of Equation 6.2 and Figure 6.1.

Equation 6.2 using vapor-pressure data from Appendix B gives:

convert to lb Water/MMscf:

From Table 6.1, the MW of the gas mixture is 18.41 and the specific gravity is:

From Figure 6.1(a). Wsat= 85 lb/MMscf (1,400 mg/Sm3).

Correct for specific gravity: by obtaining Cg from Figure 6.19b) (Cg = 0.99), and multiplication gives:

Main Process of Gas Dehydration

1. Absorpsi menggunakan desikan cair (solvent)

2. Adsorpsi menggunakan desikan padat (adsorbent)

3. Dehidrasi dengan CaCl2

4. Dehidrasi dengan permeasi membran

1. ABSORPTION PROCESSES Dengan metoda ini kandungan air dalam gas dapat diturunkan sampai 10 ppmv

Kriteria Solvent untuk Absorbsi :

Afinitas yang besar terhadap air dan kecil terhadap hidrokarbon.

Mudah diregenerasi, biasanya dengan menggunakan panas untuk “mengusir” semua air yang telah diserap, sehingga akan diperoleh desikan dengan konsentrasi lebih tinggi.

Tekanan uap yang rendah pada temperatur operasi absorber untuk mengurangi kehilangan akibat penguapan.

Viskositas yang rendah agar mudah dipompa dan terjadi kontak yang baik antara fasa gas dan cair.

Stabilitas termal yang baik untuk menghindari dekomposisi pada waktu regenerasi.

Tidak membeku pada rentang temperatur yang digunakan dalam proses absorpsi dan regenerasi.

Tidak korosif terhadap material yang digunakan untuk peralatan, terutama ruang uap reboiler, kolom stripper, dan dasar absorber.

Tidak bereaksi dengan komponen gas, termasuk CO2 dan senyawa sulfur

Absorbents Yang biasa digunakan

The glycols:

ethylene glycol (EG),

diethylene glycol (DEG),

Triethylene glycol (TEG),

tetraethylene glycol (TREG)

and propylene glycol (PG)

Glycols Used in Dehydration

Sifat fisik senyawa glycol MEG DEG TEG TREG

Rumus kimia C2H6O C4H10O3 C6H14O4 C6H18O5

Berat molekul 62.1 106.1 150.2 194.2

Titik beku pada 760 mm Hg (F) 8 17 19 22

Titik didih pada 760 mm Hg (F) 387,1 472,6 545,9 597,2

Tekanan uap pada 25C (mm Hg) 0,12 < 0,01 < 0,01 < 0,01

Density (g/cc)

Pada 25C

Pada 60C

1,110

1,085

1,113

1,088

1,119

1,092

1,120

1,092

Viskositas (cP)

Pada 25C

Pada 60C

16,5

4,68

28,2

6,99

37,3

8,77

44,6

10,2

Specific heat (Btu/lb F) 0,58 0,55 0,53 0,52

Temperatur mulai terdegradasi (F) 330 330 405 460

Dipole moment (D) 2,28 2,69 2,99 3,25

Schematic of typical glycol dehydration unit

TEG - Absorbent Senyawa TEG memiliki karakteristik yang sesuai dengan kriteria

cairan penyerap, diantaranya: TEG lebih mudah diregenerasi pada tekanan atmosferis sampai

konsentrasi 98-99,95% karena titik didih dan temperatur dekomposisinya tinggi. Ini akan dapat menghasilkan penurunan dew point gas alam sampai 80 – 150 oC.

TEG memiliki temperatur dekomposisi 405 oF, sementara DEG hanya 330 oF.

TEG memiliki tekanan uap yang lebih rendah daripada MEG dan DEG, sehingga kehilangan akibat penguapan, terutama dalam stripper, juga lebih rendah.

Biaya modal dan operasi lebih rendah. Secara umum, TEG memiliki sifat-sifat fisik sebagai berikut:

1. Tidak berwarna 2. Volatilitas rendah 3. Higroskopis 4. Larut dalam air

Sifat Kimia TEG

Adapun sifat kimia TEG adalah:

Stabil pada temperatur kamar

Tidak kompatibel dengan asam kuat, basa kuat, dan oksidator kuat.

Terdekomposisi pada temperatur tinggi. Hasil dekomposisi tergantung pada temperatur dan zat lain yang ada bersama dengan TEG. Hasil dekomposisi TEG meliputi aldehid, keton, dan asam organik (asam format dan asam oksalat)

TEG sudah dipakai untuk men-dehidrasi gas alam selama lebih dari 50 tahun. Penurunan dew-point yang dihasilkan berkisar antara 40 – 150 oF, sementara tekanan dan temperatir gas masuk berkisar antara 75 – 2600 psig dan 55 – 160 oF.

Contactor/Absorber Proses yang terjadi di dalam Absorber adalah absorpsi uap air oleh cairan

glycol. Pada temperatur tertentu, jumlah maksimum air yang dapat diabsorp oleh cairan glycol adalah tertentu.

Variabel-variabel proses yang berpengaruh terhadap kinerja absorber:

Temperatur: Temperatur gas yang masuk tidak boleh terlalu rendah karena beberapa alasan:

Untuk menghidari kondensasi gas

Jika temperatur gas rendah, maka temperatur glycol juga rendah, sedangkan pada temperatur rendah (di bawah 50 oF) glycol menjadi sangat kental dan lebih sulit dipompa.

Pada temperatur 60 – 70 oF glycol dapat membentuk emulsi yang stabil dengan gas hidrokarbon dan dapat menimbulkan foaming.

Sebaliknya, temperatur gas juga tidak boleh terlalu tinggi karena:

Temperatur tinggi berarti volume gas menjadi lebih besar, sehingga diperlukan kolom yang lebih besar.

Kemungkinan kehilangan glycol akibat penguapan menjadi semakin besar.

Oleh karena itu temperatur gas masuk biasanya berkisar antara 60 – 110 oF.

Contactor…. Tekanan: Tekanan sangat berpengaruh terhadap kandungan air dalam gas

masuk. Pada temperatur yang sama, semakin rendah tekanan, maka semakin tinggi kandungan uap air dalam gas yang masuk ke Absorber. Sementara itu, pengaruh tekanan terhadap mekanisme absorpsi tidak terlalu signifikan untuk tekanan di bawah 3000 psi. Tekanan Absorber ditentukan oleh tekanan gas masuk, yang biasanya berkisar antara 4000 – 8500 kPa (600 – 1200 psia).

Laju alir glycol: Laju alir glycol tergantung pada jumlah air yang akan dihilangkan; biasanya berkisar antara 2 – 6 galon TEG per lb air yang akan dihilangkan. Laju alir yang terlalu rendah akan menyebabkan jumlah air yang diserap tidak sesuai dengan yang diharapkan. Sebaliknya, laju alir yang semakin tinggi tidak akan begitu berpengaruh terhadap jumlah air yang dapat dihilangkan, tetapi justru akan menambah beban reboiler dan tenaga untuk pompa sirkulasi.

Kemurnian lean glycol: Kemurnian lean glycol sangat berpengaruh terhadap laju absorpsi uap air. Penyerapan akan berkurang apabila kemurnian lean glycol rendah. Semakin tinggi konsentrasi lean glycol maka akan semakin banyak air yang dapat diserap. Yang sering digunakan adalah lean glycol dengan konsentrasi yang berkisar antara 97 – 99%, dan yang keluar dari Absorber memiliki konsentrasi antara 80 – 90%.

Heat Exchangers (HE) HE mengambil panas dari lean glycol yang panas dan memindahkannya ke rich

glycol yang lebih dingin.

HE harus dirancang dengan memenuhi syarat-syarat berikut:

Temperatur lean glycol yang keluar dari HE harus 5 – 150 oF lebih tinggi

daripada temperatur gas kering yang keluar dari absorber.

Dapat mempertahankan temperatur puncak stripper pada 210 oF, atau sedikit

lebih rendah daripada dew point air murni.

Mengontrol pemanasan awal terhadap rich glycol yang akan masuk ke stripper.

Jika temperaturnya terlalu tinggi, maka air dalam rich glycol akan menguap dan

dalam aliran akan terbentuk 2 fasa. Temperatur di ujung panas dari HE ini

harus dijaga antara 60 – 90 oF.

HE ini memiliki beda temperatur antar aliran yang sangat besar, yaitu

temperatur rich glycol yang keluar dari HE jauh lebih rendah daripada

temperatur lean glycol yang juga keluar dari HE.

Tipe aliran seperti ini memerlukan pola aliran yang benar-benar counter-

current. Type HE yang digunakan biasanya adalah double-pipe atau plate-and-

frame.

Filter

Kandungan padatan dalam glycol harus dijaga kurang dari 0,01% berat untuk menghindari kerusakan pompa, plugging di heat exchanger, foaming, dan korosi pada tray dalam absorber dan packing/tray dalam stripper, korosi dan hot spot pada pipa api dalam reboiler.

Pada filter yang dipakai untuk cloth atau sock filter. Filter dirancang untuk memisahkan partikel-partikel berukuran > 5 μm. Filter diletakkan setelah glycol/glycol exchanger dimana viskositas larutan glycol tidak terlalu besar.

Filter dirancang untuk pressure drop sebesar 3 – 6 psi dan harus diganti jika pressure drop telah mencapai 15 – 25 psi. Filter juga harus sering dicek, apakah ada penyumbatan oleh parafin.

Filter dari activated carbon juga digunakan untuk menghilangkan senyawa hidrokarbon, surfaktan, senyawa-senyawa yang ditambahkan di sumur untuk yang berbagai keperluan seperti antikorosi dan pencegah pembentukna hidrat, dan minyak pelumas kompresor, dan lain-lain yang terlarut dalam glycol.

Flash Tank Unit dehidrasi gas dilengkapi dengan flash tank untuk menghilangkan

hidrokarbon yang terlarut dalam rich glycol. Jumlah hidrokarbon yang terlarut tergantung pada kondisi operasi (tekanan dan temperatur) absorber, komposisi gas umpan, dan apakah dalam unit dehidrasi tersebut digunakan pompa glycol bertekanan tinggi atau tidak.

Kelarutan hidrokarbon dalam glycol sangat tergantung pada tekanan dan temperatur. Pada temperatur 100 oF dan tekanan 1000 psig, kelarutan gas alam dalam TEG adalah 1 scf/gal pada tekanan 1000 psig dan temperatur 100 oF, sementara untuk senyawa hidrokarbon dengan berat molekul besar, termasuk senyawa aromatis, kelarutannya dalam TEG lebih besar.

Penggunaan pompa bertenaga besar akan menyebabkan adanya off-gas yang masuk/terlarut ke dalam glycol, biasanya sekitar 3 scf/gal untuk tekanan 500 psig dan 6 scf/gal untuk tekanan 1000 psig. Pemisahan off-gas ini paling baik dilakukan pada temperatur 140 – 160 oF. Apabila dalam rich glycol terdapat pula hidrokarbon cair, maka di dalam flash tank akan terbentuk 3 fasa, yaitu rich glycol, cairan hidrokarbon, dan gas. Retention time yang diperlukan berkisar antara 20 – 45 menit.

Regenerator/Stripper Sistem regenerasi TEG pada dasarnya hanya

merupakan sistem distilasi sistem biner dengan titik didih masing-masing komponen yang jauh berbeda dan tidak membentuk azeotrop. Satu-satunya kesulitan dalam sistem ini adalah kemungkinan terjadinya dekomposisi TEG apabila temperatur operasi terlalu tinggi. Kolom distilasi untuk TEG dapat dioperasikan pada temperatur 190 – 205 oC.

TEG dan air memiliki perbedaan titik didih yang sangat besar sehingga stripping hanya memerlukan beberapa stage keseimbangan. Kebutuhan tray teoritis hanya berkisar antara 3 – 4 dengan salah satu di antaranya adalah reboiler

Pengaruh tekanan dan temperatur stripper terhadap kemurnian lean glycol

Reboiler Reboiler merupakan peralatan utama yang memegang peran

penting dalam proses regenerasi. Reboiler bertugas memasok panas untuk memisahkan glycol dan air dengan konsep distilasi sederhana.

Biasanya reboiler untuk regenerasi glycol berupa type ‘pipa-api’ dan di dalamya ada ‘weir’ untuk menjamin bahwa pipa api tersebut tercelup seluruhnya dalam cairan glycol untuk menghindari terjadinya overheating pada pipa yang lebih lanjut dapat menyebabkan kerusakan dan/atau dekomposisi glycol.

Temperatur maksimum yang disarankan adalah 205 oC. Secara teoritis, glycol yang dihasilkan pada temperatur ini memiliki konsentrasi 98,5%. Dalam praktek, konsentrasi glycol dapat mencapai 99.1% karena adanya hidrokarbon yang terlarut yang akan menambah efek stripping.

Operating Problem Absorber: Masalah utama yang timbul dalam Absorber meliputi

dehidrasi yang kurang, foaming, dan kelarutan hidrokarbon dalam

glycol

Insufficient Dehydration: Jika dehidrasi tidak mencukupi maka gas hasil

hasil dehidrasi masih mengandung air dengan kadar cukup tinggi.

Penyebab hal ini meliputi kandungan air dalam lean glycol terlalu besar,

desain absorber yang tidak memadai, temperatur gas masuk yang terlalu

tinggi, temperatur lean glycol yang terlalu rendah, dan

overcirculation/undercirculation dari glycol.

Foaming: Foaming akan menyebabkan terbawanya glycol oleh aliran gas

keluar dari Absorber. Foaming dapat terjadi secara mekanis maupun

kimiawi

Kelarutan Hidrokarbon dalam Glycol: Dalam absorber, larutan TEG

akan menyerap sejumlah senyawa aromatis yang ada dalam gas (BTEX:

benzene, toluene, ethyl benzene, dan xylene), yang akan akan

terlepas ke atmosfer melalui unit regenerator

Problem… Beberapa faktor penyebab foaming di antaranya

adalah:

Konsentrasi glycol yang terlalu rendah dalam Absorber

Beda temperatur yang terlalu besar antara gas basah yang masuk Absorber dengan lean glycol yang masuk Absorber.

pH glycol yang terlalu tinggi (pH > 9 akan menyebabkan foaming dan terbentuknya emulsi)

Adanya kondensat hidrokarbon

Adanya suspended solid yang sangat halus

Kontaminasi garam

Corrosion inhibitor

Problem…. Stripper: Masalah operasional utama dalam Stripper

adalah kehilangan glycol yang berlebihan akibat penguapan. Konsentrasi glycol dalam uap (yang berarti kehilangan glycol akibat penguapan) meningkat dengan tajam kalau temperaturnya di atas 250 oF.

Reboiler: Masalah operasional dalam reboiler meliputi kontaminasi garam, degradasi glycol, dan masalah yang berhubungan dengan gas asam

Kontrol Terhadap Dew Point: 'Dew Point' adalah temperatur dimana uap air mulai mengembun. Dalam industri, dew point digunakan untuk mengindikasikan kandungan air dalam aliran gas. Jika dew point digunakan utuk menyatakan kandungan air dalam gas, maka tekanan dari gas tersebut harus disebutkan.

Problem… Jika penurunan dew point dari gas yang di-dehidrasi terlalu kecil,

kemungkinan ada beberapa penyebab, seperti:

laju sirkulasi glycol yang rendah;

konsentrasi lean glycol yang rendah akibat sistem regenerasi yang tidak baik;

foaming (menyebabkan kurang baiknya kontak antara gas basah dan lean glycol);

alat-alat kontak dalam Absorber kotor atau tersumbat;

kecepatan gas terlalu tinggi dalam Absorber, dll.

Untuk menjamin tidak terjadi hal yang tidak diinginkan tersebut, maka hal-hal yang perlu dilakukan adalah:

Cek laju sirkulasi larutan glycol

Cek temperatur reboiler dan yakinkan bahwa temperatur tersebut telah diset dengan benar. Jika setting dari temperatur sudah benar, verifikasi temperatur reboiler dengan menggunakan termometer dan yakinkan bahwa sistem kontrol temperatur bekerja dengan baik

Problem… Kontrol Terhadap pH Glycol: pH sangat berpengaruh terhadap korosi.

Penyebab turunnya pH di antaranya adalah karena pembentukan senyawa

asam organik hasil oksidasi glycol, hasil dekomposisi glycol, atau gas asam yang

terbawa bersama aliran gas. Oleh karena itu pH glycol harus dicek secara

periodik dan dijaga tetap dalam kondisi sedikit basa dengan cara

menetralkannya menggunakan borax, ethanolamine, atau zat-zat kimia

bersifat basa lainnya yang cocok, untuk mempertahankan pH antara 7,5 – 8,0.

(1 lb amine/400 gallon glycol). Larutan glycol yang terlalu basa, dapat

menyebabkan mengendapnya senyawa basa yang ditambahkan, berbusa dan

terbentuk emulsi.

Pembentukan Sludge: Debu, pasir, kerak pipa, partikel halus dari tangki

penyimpanan glycol, dan hasil-hasil korosi seperti FeS dan karat akan terbawa

oleh aliran glycol jika tidak dipisahkan terlebih dahulu dalam inlet separator.

Filtrasi yang bagus dan efektif menjaga konsentrasi padatan dalam glycol

berada di bawah 0,01% berat, sehingga akan mencegah terbentuknya sludge

dalam sistem glycol.

Oxygen reacts with the glycols to form corrosive acidic compounds.

The products also increase the potential for foaming and glycol carryover

A dry natural gas blanket is often put over the storage and surge tanks to minimize air intrusion.

low pH accelerates glycol decomposition suggestion: addition of trace amounts of basic hydrocarbons

Other Factors That Affect Glycol Dehydrator Performance

2. ADSORPTION PROCESSES

The two types of adsorption are:

physical adsorption

Chemisorption

Physical adsorption: the bonding between the adsorbed species and the solid phase is called van der Waals forces, the attractive and repulsive forces that hold liquids and solids together and give them their structure.

Chemisorption: a much stronger chemical bonding occurs between the surface and the adsorbed molecules.

Physical Adsorption

Adsorbate concentrations are usually low only a few layers of molecules will build up on the surface.

Thus, adsorption processes use solids with extremely high surface-to-volume ratios. (synthetic zeolites (i.e, molecular sieves) have surface-to-volume ratios: 750 cm2/cm3.

Molecular sieves the adsorbent consists of extremely fine zeolite particles held together by a binder.

Therefore, adsorbing species travel through the macropores of the binder into the micropores of the zeolite.

Adsorbents such as silica gel and alumina are formed in larger particles and require no binder.

Pore openings that lead to the inside of commercial adsorbents are of molecular size (4 Å (1 Å = 10−8 cm) to 100 Å).

In addition to concentration (i.e., partial pressure for gases), two properties of the adsorbate dictate its concentration on the absorbent surface: polarity and size.

Unless the adsorbent is nonpolar, which is not the case for those used in gas plants, polar molecules, like water, will be more strongly adsorbed than weakly polar or nonpolar compounds.

Thus, methane is displaced by the weakly polar acid gases that are displaced by the strongly polar water

Equilibrium Conditions for water on a commercial molecular sieve

Syarat-syarat desikan padat untuk dehidrasi gas

Mempunyai kapasitas adsorpsi yang tinggi pada keseimbangan

Mempunyai selektivitas tinggi

Mudah diregenerasi

Pressure drop rendah

Mempunyai sifat mekanik yang baik (kuat, tidak mudah remuk, stabilitas yang tinggi selama penyimpanan)

Murah, tidak korosif, tidak beracun, inert, density bulk yang besar, dan tidak mengalami perubahan volume pada saat meng-adsorp maupun men-deadsorp air

Pemilihan Jenis Desikan Padat

Silica gel paling banyak digunakan apabila konsentrasi uap air dalam gas umpan cukup tinggi (> 1 % mol) dan kandungan air dalam gas hasil dehidrasi diinginkan tidak terlalu rendah.

Alumina bersifat sangat polar dan akan mengikat air dan gas-gas asam dengan kuat. Alumina digunakan bila kandungan air dalam gas umpan tidak terlalu tinggi dan tidak diperlukan kandungan air yang terlalu rendah dalam gas produk.

Jika gas yang didehidrasi akan diproses lebih lanjut dalam unit cryogenic, maka satu-satunya adsorben yang cocok adalah molecular sieve. Yang paling sering digunakan adalah molecular sieve dengan ukuran pori 4 Å.

Mekanisme Adsorpsi Langkah pertama adalah kontak antara komponen tersebut

dengan permukaan, dan langkah kedua adalah perjalanan komponen tersebut melalui pori-pori adsorben.

Langkah pertama berlangsung cepat, sedangkan langkah kedua relatif lambat, sehingga waktu untuk mencapai keadaan keseimbangan pada proses adsorpsi dengan adsorben padat lebih lama daripada absorpsi.

Dalam praktek, proses adsorpsi berlangsung dalam kolom vertikal dengan bahan isian adsorben (fixed bed). Gas mengalir ke arah bawah melalui bed.

Proses ini berlangsung lambat, sehingga akan terbentuk satu zona transfer massa (ZTM) di dalam bed sebagaimana ditunjukkan pada Gambar

Vapor-phase concentration profile of an adsorbate in the three zones of an adsorption bed.

Mekanisme… Zona keseimbangan: tempat dimana adsorbat pada permukaan

adsorben berada dalam keseimbangan dengan adsorbat yang ada dalam gas masuk, sehingga pada zona ini tidak terjadi adsorpsi lagi.

Zona transfer massa (ZTM): tempat dimana transfer massa dan adsorpsi berlangsung.

Zona aktif: tempat dimana adsorpsi belum terjadi.

Dalam ZTM, konsentrasi adsorbat dalam fasa gas turun dari yin menjadi yout dengan profil penurunan konsentrasi yang berbentuk S. Jika laju transfer massa berlangsung cepat tak terhingga, maka tebal ZTM sama dengan nol.

Ketebalan ZTM biasanya berkisar antara 0,5 – 6 ft, dan gas berada dalam zona ini selama 0,5 – 2 detik.

Untuk memaksimalkan kapasitas bed, maka ZTM harus setipis mungkin karena zona ini hanya mengadsorp 50% adsorbat yang dapat diadsorp pada zona keseimbangan.

Bed yang tinggi dan diameternya kecil akan mengurangi persentase bed dalam ZTM, dan ukuran partikel adsorben yang kecil akan meingkatkan efektivitas bed, tetapi keduanya akan meningkatkan pressure drop

Faktor yang berpengaruh terhadap proses adsorpsi

Konsentrasi atau tekanan parsial uap air: Yang berpengaruh adalah tekanan parsial dari gas yang akan diadsorp, bukan tekanan total dari sistem. Pada temperatur yang sama, semakin besar tekanan parsial komponen tersebut, maka semakin cepat keadaan keseimbangan akan tercapai.

Ukuran molekul adsorbat: Pengaruh ukuran molekul adsorbat terhadap proses adsorpsi sangat tergantung pada ukuran pori adsorben. Apabila molekul adsorbat lebih besar daripada ukuran pori adsorben, maka adsorbat hanya akan teradsorp pada permukaan luar adsorben, yang sebenarnya hanya sebagian sangat kecil dari keseluruhan luas permukaan adsorben. Jika ukuran molekul adsorbat jauh lebih kecil daripada ukuran pori adsorben, maka molekul adsorbat yang kurang volatil (biasanya ukurannya lebih besar) akan menggeser molekul-molekul yang lebih volatil.

Polaritas adsorbat: Adsorben bersifat polar, sehingga molekul-molekul polar akan teradsorp lebih kuat daripada molekul-molekul yang kurang polar. Air akan teradsorp lebih kuat daripada senyawa-senyawa yang sedikit polar atau non polar

Advantages

When used as a purification process, adsorption has two major disadvantages: It is a fixed-bed process that requires two or more

adsorption beds for continuous operation.

It has limited capacity and is usually impractical for removing large amounts of impurity.

However, adsorption is very effective in the dehydration of natural gas, because water is much more strongly adsorbed than any of the alkanes, carbon dioxide, or hydrogen sulfide.

Generally, a higher degree of dehydration can be achieved with adsorbents than with absorption processes.

Industrial Adsorbents for Dehydration

Three types of commercial adsorbents are in common use in gas processing plants:

Silica gel, which is made of pure SiO2

Activated alumina, which is made of Al2O3

Molecular sieves, which are made of alkali aluminosilicates and can be altered to affect adsorption characteristics

Properties of Commercial Silica Gels, Activated Alumina, and Molecular Sieve 4A

Sifat-sifat Desikan Padat Silica gel Activated

alumina

Molecular sieve

Diameter pori (Å) 10 – 90 15 3, 4, 5, 10

Bulk density (lb/ft3) 49 48 40 – 45

Ukuran partikel 2 – 5 mm 3 mm; 5 mm; 6

mm

1,6 mm; 3,2 mm; 6,0

mm

Luas permukaan (m2/g) 650 – 750 325 – 360 600 – 800

Volume pori (cm3/g) 0,40 – 0,45 0,21 0,27

App. specific gravity 1,2 1,6 1,1

Heat capacity (Btu/lb F) 0,24 0,24 0,24

Dew point minimum (F) – 70 sampai –

80

Sampai – 100 Sampai – 150

Temperatur regenerasi (C) 375 320 – 430 400 – 600

Panas adsorpsi (Btu/lb) – – 1800

Kandungan air minimum

rata-rata dalam effluent gas

(ppmv)

5 – 10 10 – 20 0,1

Adsorption Process Scheme

Skema Lainnya

Typical Operating Conditions for Molecular Sieve Dehydration Units

3. DESICCANT PROCESSES Dengan menggunakan dehidrator CaCl2 dapat diperoleh

gas dengan kandungan air sampai 1 lb/MMCF.

Kapasitas CaCl2 adalah 0,3 lb CaCl2 per lb H2O. Kecepatan superficial dalam bed adalah 20 – 30 ft/min dan rasio panjang dengan diameter bed sekurang-kurangnya antara 3 sampai 4:1.

Dehidrator CaCl2 merupakan alternatif untuk unit glycol untuk sumur gas yang berada di daerah terpencil dan dengan laju alir rendah.

CaCl2 harus diganti secara periodik, antara 2 – 3 minggu sekali.

Salah satu masalah yang timbul dalam dehidrator ini adalah limbah larutan garam

Gambar Dehydrator

4. MEMBRANE PROCESSES Membranes offer an attractive option for cases in which

drying is required to meet pipeline specifications.

Their modular nature, light weight, large turndown ratio, and low maintenance make them competitive with glycol units in some situations

The inlet gas must be free of solids and droplets larger than 3 microns

Inlet gas temperature should be at least 20°F (10°C) above the dew point of water to avoid condensation in the membrane.

membranes used for natural gas dehydration are economically viable only when dehydration is combined with acid-gas removal

Membrane Operation

Units operate at pressures up to 700 to 1,000 psig (50 – 70 barg) with feed gases containing 500 to 2,000 ppmv of water.

They produce a product gas stream of 20 to 100 ppmv and 700 to 990 psig (48 to 68 barg).

The low-pressure (7 to 60 psig [0.5 to 4 barg]) permeate gas volume is about 3 to 5% of the feed gas volume