Dehidrasi Gas - Teknik Kimia UNDIP

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 akibatbergabungnya molekul air (90%) dengan molekul-molekulhidrokarbon (10%).• Hidrat akan terbentuk sedikit demi sedikit dalam bentukkristal di orifice, valve, dan pipa sehingga dapat menyebabkanpenyumbatan.• Kondisi-kondisi yang memicu terbentuknya hidrat adalahtemperatur rendah dan tekanan tinggi.• Untuk menghindari masalah korosi:• Korosi dapat terjadi jika cairan air ada bersama dengan gasasam yang mudah larut dalam air dan membentuk larutanasam yang bersifat sangat korosif, terutama terhadap carbonsteel yang merupakan bahan konstruksi yang banyakdigunakan dalam fasilitas pemrosesan hidrokarbon.

Pentingnya Dehydration…• Persyaratan kualitas komersial gas alam (sales gas):• Gas alam yang akan dijual, baik yang penyalurannya melaluipipa atau dengan moda pengangkutan lain dituntut untukmemenuhi persyaratan tertentu, seperti impuritas, heatingvalue, dew point, dll.• Diantara persyaratan-persyaratan tersebut, yang palingkrusial adalah kandungan air.• Pada umumnya kandungan air dalam sales gas dipersyaratkanberkisar 4 – 8 lb/MMSCF (1 lb/MMSCF = 16 mg/Sm 3 = 16ppmv).• Persyaratan downstream processing:• Air dapat menyebabkan reaksi samping, foaming, ataudeaktivasi katalis.• Oleh karena itu LNG atau LPG yang akan diproses lebihlanjut disyaratkan memiliki kandungan air sebesar 0,1 ppmvatau kurang.

WATER CONTENT OF HYDROCARBONS• Water content is stated in a number of ways:• Mass of water per volume of gas, lb/MMscf (mg/Sm 3 )• 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 phasesare in equilibrium non ideal• Karl-Fischer titration (kadar air dalam minyak)

Thermodinamika – Vapor Liquid Equilibria• Langkah pertama dalam proses dehidrasi gas alam adalahpenghilangan cairan yang ikut bersama aliran gas. Jikaditinjau dari aspek termodinamis, maka peristiwa yangterjadi di dalam separator adalah suatu keseimbangan• Apabila diasumsikan bahwa air yang berada dalam gasberada dalam keadaan jenuh, maka dengan menggunakankonsep keseimbangan fasa, komposisi air dalam fasa cairdan uap dinyatakan dengan persamaan:•xiiPsati• x i : fraksi mol komponen i dalam fasa cair; I : koefisienaktifitas komponen i; P isat: tekanan uap jenuh komponen i;y i : fraksi mol komponen i dalam fasa gas; P: tekanan totalyiiP

Thermodinamika….• Penyederhanaan terhadap persamaan tersebut dapatdilakukan apabila tekanan total kurang dari 500 psia(35 bar). Jika hidrokarbon dianggap tidak ada yangberada dalam fasa cair, maka xi dan I untuk airmasing-masing nilainya sama dengan satu.• Selanjutnya jika fasa gas dianggap ideal, maka I jugasama dengan satu, sehingga:yi PsatiP

Thermodinamika….• Temperatur dan tekanan sangat berpengaruh terhadap jumlah air yangdapat dipisahkan dari gas• Temperatur: Semakin tinggi temperatur, maka tekanan uap air murni(P airsat) juga semakin tinggi. Jadi untuk tekanan operasi yang sama,kenaikan temperatur operasi separator akan menyebabkan konsentrasiair dalam gas (y) semakin besar, dan jumlah air yang dipisahkansemakin kecil.• Tekanan: Pada temperatur operasi yang sama, jika tekanan (P)semakin besar, maka menurut persamaan (2) konsentrasi air dalamfasa gas (y) akan semakin kecil, atau air yang dapat dipisahkan menjadisemakin besar.• Gas yang keluar dari separator ini jenuh dengan uap air, sesuai dengantekanan dan temperatur operasinya.• Disamping dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur, kandunganmaksimal air dalam gas juga dipengaruhi oleh keberadaan gas H2S danCO2

Gas gravity and salinity corrections to watercontent in hydrocarbon gases

Example 6.1• Problem: Calculate the water content of the sweetnatural 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 Figure6.1.

• Equation 6.2 using vapor-pressure data from AppendixB gives:• convert to lb Water/MMscf:• From Table 6.1, the MW of the gas mixture is 18.41 andthe specific gravity is:

• From Figure 6.1(a). W sa t= 85 lb/MMscf (1,400mg/Sm 3 ).• Correct for specific gravity: by obtaining Cg fromFigure 6.19b) (Cg = 0.99), and multiplication gives:

Main Process of Gas Dehydration• 1.• 2.• 3.• 4.Absorpsi menggunakan desikan cair (solvent)Adsorpsi menggunakan desikan padat (adsorbent)Dehidrasi dengan CaCl2Dehidrasi 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 desikandengan konsentrasi lebih tinggi.• Tekanan uap yang rendah pada temperatur operasi absorber untukmengurangi kehilangan akibat penguapan.• Viskositas yang rendah agar mudah dipompa dan terjadi kontak yang baikantara fasa gas dan cair.• Stabilitas termal yang baik untuk menghindari dekomposisi pada wakturegenerasi.• Tidak membeku pada rentang temperatur yang digunakan dalam prosesabsorpsi dan regenerasi.• Tidak korosif terhadap material yang digunakan untuk peralatan, terutamaruang 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 glycolMEG DEG TEG TREGRumus kimia C 2 H 6 O C 4 H 10 O 3 C 6 H 14 O 4 C 6 H 18 O 5Berat molekul 62.1 106.1 150.2 194.2Titik beku pada 760 mm Hg (F) 8 17 19 22Titik didih pada 760 mm Hg (F) 387,1 472,6 545,9 597,2Tekanan uap pada 25C (mm Hg) 0,12 < 0,01 < 0,01 < 0,01Density (g/cc)Pada 25CPada 60C1,1101,0851,1131,0881,1191,0921,1201,092Viskositas (cP)Pada 25CPada 60C16,54,6828,26,9937,38,7744,610,2Specific heat (Btu/lb F) 0,58 0,55 0,53 0,52Temperatur mulai terdegradasi (F) 330 330 405 460Dipole moment (D) 2,28 2,69 2,99 3,25

Schematic of typical glycoldehydration unit

TEG - Absorbent• Senyawa TEG memiliki karakteristik yang sesuai dengan kriteriacairan penyerap, diantaranya:• TEG lebih mudah diregenerasi pada tekanan atmosferis sampaikonsentrasi 98-99,95% karena titik didih dan temperaturdekomposisinya tinggi. Ini akan dapat menghasilkan penurunan dewpoint gas alam sampai 80 – 150 o C.• TEG memiliki temperatur dekomposisi 405 o F, sementara DEG hanya330 o F.• TEG memiliki tekanan uap yang lebih rendah daripada MEG danDEG, sehingga kehilangan akibat penguapan, terutama dalamstripper, 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, danoksidator kuat.• Terdekomposisi pada temperatur tinggi. Hasil dekomposisitergantung pada temperatur dan zat lain yang ada bersamadengan TEG. Hasil dekomposisi TEG meliputi aldehid, keton,dan asam organik (asam format dan asam oksalat)• TEG sudah dipakai untuk men-dehidrasi gas alam selamalebih dari 50 tahun. Penurunan dew-point yang dihasilkanberkisar antara 40 – 150 o F, sementara tekanan dantemperatir gas masuk berkisar antara 75 – 2600 psig dan 55– 160 o F.

Contactor/Absorber• Proses yang terjadi di dalam Absorber adalah absorpsi uap air oleh cairanglycol. Pada temperatur tertentu, jumlah maksimum air yang dapat diabsorpoleh cairan glycol adalah tertentu.• Variabel-variabel proses yang berpengaruh terhadap kinerjaabsorber:• Temperatur: Temperatur gas yang masuk tidak boleh terlalu rendah karenabeberapa alasan:Untuk menghidari kondensasi gasJika temperatur gas rendah, maka temperatur glycol juga rendah, sedangkan padatemperatur rendah (di bawah 50 o F) glycol menjadi sangat kental dan lebih sulitdipompa.Pada temperatur 60 – 70 o F glycol dapat membentuk emulsi yang stabil dengan gashidrokarbon dan dapat menimbulkan foaming.• Sebaliknya, temperatur gas juga tidak boleh terlalu tinggi karena:Temperatur tinggi berarti volume gas menjadi lebih besar, sehingga diperlukan kolomyang lebih besar.Kemungkinan kehilangan glycol akibat penguapan menjadi semakin besar.• Oleh karena itu temperatur gas masuk biasanya berkisar antara 60 – 110 o F.

Contactor….• Tekanan: Tekanan sangat berpengaruh terhadap kandungan air dalam gasmasuk. Pada temperatur yang sama, semakin rendah tekanan, maka semakintinggi kandungan uap air dalam gas yang masuk ke Absorber. Sementara itu,pengaruh tekanan terhadap mekanisme absorpsi tidak terlalu signifikan untuktekanan di bawah 3000 psi. Tekanan Absorber ditentukan oleh tekanan gasmasuk, yang biasanya berkisar antara 4000 – 8500 kPa (600 – 1200 psia).• Laju alir glycol: Laju alir glycol tergantung pada jumlah air yang akandihilangkan; biasanya berkisar antara 2 – 6 galon TEG per lb air yang akandihilangkan. Laju alir yang terlalu rendah akan menyebabkan jumlah air yangdiserap tidak sesuai dengan yang diharapkan. Sebaliknya, laju alir yang semakintinggi 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 terhadaplaju absorpsi uap air. Penyerapan akan berkurang apabila kemurnian lean glycolrendah. Semakin tinggi konsentrasi lean glycol maka akan semakin banyak airyang dapat diserap. Yang sering digunakan adalah lean glycol dengan konsentrasiyang berkisar antara 97 – 99%, dan yang keluar dari Absorber memilikikonsentrasi antara 80 – 90%.

Heat Exchangers (HE)• HE mengambil panas dari lean glycol yang panas dan memindahkannya ke richglycol yang lebih dingin.• HE harus dirancang dengan memenuhi syarat-syarat berikut:‣ Temperatur lean glycol yang keluar dari HE harus 5 – 150 o F lebih tinggidaripada temperatur gas kering yang keluar dari absorber.‣ Dapat mempertahankan temperatur puncak stripper pada 210 o F, atau sedikitlebih 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 dandalam aliran akan terbentuk 2 fasa. Temperatur di ujung panas dari HE iniharus dijaga antara 60 – 90 o F.• HE ini memiliki beda temperatur antar aliran yang sangat besar, yaitutemperatur rich glycol yang keluar dari HE jauh lebih rendah daripadatemperatur lean glycol yang juga keluar dari HE.• Tipe aliran seperti ini memerlukan pola aliran yang benar-benar countercurrent.Type HE yang digunakan biasanya adalah double-pipe atau plate-andframe.

Filter• Kandungan padatan dalam glycol harus dijaga kurang dari 0,01% beratuntuk 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 untukmemisahkan partikel-partikel berukuran > 5 μm. Filter diletakkan setelahglycol/glycol exchanger dimana viskositas larutan glycol tidak terlalu besar.• Filter dirancang untuk pressure drop sebesar 3 – 6 psi dan harus digantijika pressure drop telah mencapai 15 – 25 psi. Filter juga harus seringdicek, apakah ada penyumbatan oleh parafin.• Filter dari activated carbon juga digunakan untuk menghilangkan senyawahidrokarbon, surfaktan, senyawa-senyawa yang ditambahkan di sumuruntuk yang berbagai keperluan seperti antikorosi dan pencegahpembentukna hidrat, dan minyak pelumas kompresor, dan lain-lain yangterlarut dalam glycol.

Flash Tank• Unit dehidrasi gas dilengkapi dengan flash tank untuk menghilangkanhidrokarbon yang terlarut dalam rich glycol. Jumlah hidrokarbonyang terlarut tergantung pada kondisi operasi (tekanan dan temperatur)absorber, komposisi gas umpan, dan apakah dalam unit dehidrasitersebut digunakan pompa glycol bertekanan tinggi atau tidak.• Kelarutan hidrokarbon dalam glycol sangat tergantung padatekanan dan temperatur. Pada temperatur 100 o F dan tekanan 1000psig, kelarutan gas alam dalam TEG adalah 1 scf/gal pada tekanan 1000psig dan temperatur 100 o F, sementara untuk senyawa hidrokarbondengan berat molekul besar, termasuk senyawa aromatis, kelarutannyadalam TEG lebih besar.• Penggunaan pompa bertenaga besar akan menyebabkan adanya offgasyang masuk/terlarut ke dalam glycol, biasanya sekitar 3 scf/gal untuktekanan 500 psig dan 6 scf/gal untuk tekanan 1000 psig. Pemisahan offgasini paling baik dilakukan pada temperatur 140 – 160 o F. Apabila dalamrich glycol terdapat pula hidrokarbon cair, maka di dalam flash tank akanterbentuk 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 hanyamerupakan sistem distilasi sistem biner dengan titikdidih masing-masing komponen yang jauh berbedadan tidak membentuk azeotrop. Satu-satunyakesulitan dalam sistem ini adalah kemungkinanterjadinya dekomposisi TEG apabila temperaturoperasi terlalu tinggi. Kolom distilasi untuk TEG dapatdioperasikan pada temperatur 190 – 205 o C.• TEG dan air memiliki perbedaan titik didih yangsangat besar sehingga stripping hanya memerlukanbeberapa stage keseimbangan. Kebutuhan tray teoritishanya berkisar antara 3 – 4 dengan salah satu diantaranya adalah reboiler

Pengaruh tekanan dan temperatur stripperterhadap kemurnian lean glycol

Reboiler• Reboiler merupakan peralatan utama yang memegang peranpenting dalam proses regenerasi. Reboiler bertugas memasokpanas untuk memisahkan glycol dan air dengan konsep distilasisederhana.• Biasanya reboiler untuk regenerasi glycol berupa type ‘pipa-api’dan di dalamya ada ‘weir’ untuk menjamin bahwa pipa apitersebut tercelup seluruhnya dalam cairan glycol untukmenghindari terjadinya overheating pada pipa yang lebih lanjutdapat menyebabkan kerusakan dan/atau dekomposisi glycol.• Temperatur maksimum yang disarankan adalah 205 o C.Secara teoritis, glycol yang dihasilkan pada temperatur inimemiliki konsentrasi 98,5%. Dalam praktek, konsentrasiglycol dapat mencapai 99.1% karena adanya hidrokarbon yangterlarut yang akan menambah efek stripping.

Operating Problem• Absorber: Masalah utama yang timbul dalam Absorber meliputidehidrasi yang kurang, foaming, dan kelarutan hidrokarbon dalamglycol• Insufficient Dehydration: Jika dehidrasi tidak mencukupi maka gas hasilhasil 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 terlalutinggi, temperatur lean glycol yang terlalu rendah, danovercirculation/undercirculation dari glycol.• Foaming: Foaming akan menyebabkan terbawanya glycol oleh aliran gaskeluar dari Absorber. Foaming dapat terjadi secara mekanis maupunkimiawi• Kelarutan Hidrokarbon dalam Glycol: Dalam absorber, larutan TEGakan menyerap sejumlah senyawa aromatis yang ada dalam gas (BTEX:benzene, toluene, ethyl benzene, dan xylene), yang akan akanterlepas ke atmosfer melalui unit regenerator

Problem…• Beberapa faktor penyebab foaming di antaranyaadalah:‣ Konsentrasi glycol yang terlalu rendah dalam Absorber‣ Beda temperatur yang terlalu besar antara gas basahyang masuk Absorber dengan lean glycol yang masukAbsorber.‣ pH glycol yang terlalu tinggi (pH > 9 akan menyebabkanfoaming dan terbentuknya emulsi)‣ Adanya kondensat hidrokarbon‣ Adanya suspended solid yang sangat halus‣ Kontaminasi garam‣ Corrosion inhibitor

Problem….• Stripper: Masalah operasional utama dalam Stripperadalah kehilangan glycol yang berlebihan akibatpenguapan. Konsentrasi glycol dalam uap (yang berartikehilangan glycol akibat penguapan) meningkat dengantajam kalau temperaturnya di atas 250 o F.• Reboiler: Masalah operasional dalam reboiler meliputikontaminasi garam, degradasi glycol, dan masalah yangberhubungan dengan gas asam• Kontrol Terhadap Dew Point: 'Dew Point' adalahtemperatur dimana uap air mulai mengembun. Dalamindustri, dew point digunakan untuk mengindikasikankandungan air dalam aliran gas. Jika dew point digunakanutuk menyatakan kandungan air dalam gas, maka tekanandari 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 tidakbaik; foaming (menyebabkan kurang baiknya kontak antara gas basah danlean glycol); alat-alat kontak dalam Absorber kotor atau tersumbat; kecepatan gas terlalu tinggi dalam Absorber, dll.• Untuk menjamin tidak terjadi hal yang tidak diinginkantersebut, maka hal-hal yang perlu dilakukan adalah: Cek laju sirkulasi larutan glycol Cek temperatur reboiler dan yakinkan bahwa temperatur tersebut telahdiset dengan benar. Jika setting dari temperatur sudah benar, verifikasitemperatur reboiler dengan menggunakan termometer dan yakinkanbahwa sistem kontrol temperatur bekerja dengan baik

Problem…• Kontrol Terhadap pH Glycol: pH sangat berpengaruh terhadap korosi.Penyebab turunnya pH di antaranya adalah karena pembentukan senyawaasam organik hasil oksidasi glycol, hasil dekomposisi glycol, atau gas asam yangterbawa bersama aliran gas. Oleh karena itu pH glycol harus dicek secaraperiodik dan dijaga tetap dalam kondisi sedikit basa dengan caramenetralkannya menggunakan borax, ethanolamine, atau zat-zat kimiabersifat basa lainnya yang cocok, untuk mempertahankan pH antara 7,5 – 8,0.(1 lb amine/400 gallon glycol). Larutan glycol yang terlalu basa, dapatmenyebabkan mengendapnya senyawa basa yang ditambahkan, berbusa danterbentuk emulsi.• Pembentukan Sludge: Debu, pasir, kerak pipa, partikel halus dari tangkipenyimpanan glycol, dan hasil-hasil korosi seperti FeS dan karat akan terbawaoleh aliran glycol jika tidak dipisahkan terlebih dahulu dalam inlet separator.Filtrasi yang bagus dan efektif menjaga konsentrasi padatan dalam glycolberada di bawah 0,01% berat, sehingga akan mencegah terbentuknya sludgedalam sistem glycol.

Other Factors That Affect GlycolDehydrator Performance• Oxygen reacts with the glycols to form corrosiveacidic compounds.• The products also increase the potential forfoaming and glycol carryover• A dry natural gas blanket is often put over the storageand surge tanks to minimize air intrusion.• low pH accelerates glycol decompositionsuggestion: addition of trace amounts of basichydrocarbons

2. ADSORPTION PROCESSES• The two types of adsorption are:• physical adsorption• Chemisorption• Physical adsorption: the bonding between theadsorbed species and the solid phase is called van derWaals forces, the attractive and repulsive forces thathold liquids and solids together and give them theirstructure.• Chemisorption: a much stronger chemical bondingoccurs between the surface and the adsorbedmolecules.

Physical Adsorption• Adsorbate concentrations are usually low only a fewlayers of molecules will build up on the surface.• Thus, adsorption processes use solids with extremely highsurface-to-volume ratios. (synthetic zeolites (i.e, molecularsieves) have surface-to-volume ratios: 750 cm2/cm3.• Molecular sieves the adsorbent consists of extremely finezeolite particles held together by a binder.• Therefore, adsorbing species travel through the macroporesof the binder into the micropores of the zeolite.• Adsorbents such as silica gel and alumina are formed inlarger particles and require no binder.• Pore openings that lead to the inside of commercialadsorbents are of molecular size (4 Å (1 Å = 10 −8 cm) to 100 Å).

• In addition to concentration (i.e., partial pressure forgases), two properties of the adsorbate dictate itsconcentration on the absorbent surface: polarity andsize.• Unless the adsorbent is nonpolar, which is not thecase for those used in gas plants, polar molecules, likewater, will be more strongly adsorbed than weaklypolar or nonpolar compounds.• Thus, methane is displaced by the weakly polar acidgases that are displaced by the strongly polar water

Equilibrium Conditions for water on acommercial molecular sieve

Syarat-syarat desikan padat untukdehidrasi gas• Mempunyai kapasitas adsorpsi yang tinggi padakeseimbangan• Mempunyai selektivitas tinggi• Mudah diregenerasi• Pressure drop rendah• Mempunyai sifat mekanik yang baik (kuat, tidak mudahremuk, stabilitas yang tinggi selama penyimpanan)• Murah, tidak korosif, tidak beracun, inert, density bulkyang besar, dan tidak mengalami perubahan volume padasaat meng-adsorp maupun men-deadsorp air

Pemilihan Jenis Desikan Padat• Silica gel paling banyak digunakan apabila konsentrasiuap air dalam gas umpan cukup tinggi (> 1 % mol) dankandungan air dalam gas hasil dehidrasi diinginkan tidakterlalu rendah.• Alumina bersifat sangat polar dan akan mengikat air dangas-gas asam dengan kuat. Alumina digunakan bilakandungan air dalam gas umpan tidak terlalu tinggi dantidak diperlukan kandungan air yang terlalu rendah dalamgas produk.• Jika gas yang didehidrasi akan diproses lebih lanjut dalamunit cryogenic, maka satu-satunya adsorben yang cocokadalah molecular sieve. Yang paling sering digunakanadalah molecular sieve dengan ukuran pori 4 Å.

Mekanisme Adsorpsi• Langkah pertama adalah kontak antara komponen tersebutdengan permukaan, dan langkah kedua adalah perjalanankomponen tersebut melalui pori-pori adsorben.• Langkah pertama berlangsung cepat, sedangkan langkahkedua relatif lambat, sehingga waktu untuk mencapaikeadaan keseimbangan pada proses adsorpsi denganadsorben padat lebih lama daripada absorpsi.• Dalam praktek, proses adsorpsi berlangsung dalam kolomvertikal dengan bahan isian adsorben (fixed bed). Gasmengalir ke arah bawah melalui bed.• Proses ini berlangsung lambat, sehingga akan terbentuksatu zona transfer massa (ZTM) di dalam bedsebagaimana ditunjukkan pada Gambar

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

Mekanisme…• Zona keseimbangan: tempat dimana adsorbat pada permukaanadsorben berada dalam keseimbangan dengan adsorbat yang adadalam gas masuk, sehingga pada zona ini tidak terjadi adsorpsi lagi.• Zona transfer massa (ZTM): tempat dimana transfer massa danadsorpsi berlangsung.• Zona aktif: tempat dimana adsorpsi belum terjadi.• Dalam ZTM, konsentrasi adsorbat dalam fasa gas turun dari y inmenjadi y out dengan profil penurunan konsentrasi yang berbentuk S.Jika laju transfer massa berlangsung cepat tak terhingga, maka tebalZTM sama dengan nol.• Ketebalan ZTM biasanya berkisar antara 0,5 – 6 ft, dan gas beradadalam zona ini selama 0,5 – 2 detik.• Untuk memaksimalkan kapasitas bed, maka ZTM harus setipismungkin karena zona ini hanya mengadsorp 50% adsorbat yang dapatdiadsorp pada zona keseimbangan.• Bed yang tinggi dan diameternya kecil akan mengurangi persentasebed dalam ZTM, dan ukuran partikel adsorben yang kecil akanmeingkatkan efektivitas bed, tetapi keduanya akan meningkatkanpressure drop

Faktor yang berpengaruhterhadap proses adsorpsi• Konsentrasi atau tekanan parsial uap air: Yang berpengaruh adalahtekanan parsial dari gas yang akan diadsorp, bukan tekanan total darisistem. Pada temperatur yang sama, semakin besar tekanan parsialkomponen tersebut, maka semakin cepat keadaan keseimbangan akantercapai.• Ukuran molekul adsorbat: Pengaruh ukuran molekul adsorbat terhadapproses adsorpsi sangat tergantung pada ukuran pori adsorben. Apabilamolekul adsorbat lebih besar daripada ukuran pori adsorben, makaadsorbat hanya akan teradsorp pada permukaan luar adsorben, yangsebenarnya hanya sebagian sangat kecil dari keseluruhan luas permukaanadsorben. Jika ukuran molekul adsorbat jauh lebih kecil daripada ukuranpori adsorben, maka molekul adsorbat yang kurang volatil (biasanyaukurannya lebih besar) akan menggeser molekul-molekul yang lebihvolatil.• Polaritas adsorbat: Adsorben bersifat polar, sehingga molekul-molekulpolar akan teradsorp lebih kuat daripada molekul-molekul yang kurangpolar. Air akan teradsorp lebih kuat daripada senyawa-senyawa yangsedikit polar atau non polar

Advantages• When used as a purification process, adsorption hastwo major disadvantages:• It is a fixed-bed process that requires two or moreadsorption beds for continuous operation.• It has limited capacity and is usually impractical forremoving large amounts of impurity.• However, adsorption is very effective in thedehydration of natural gas, because water is muchmore strongly adsorbed than any of the alkanes,carbon dioxide, or hydrogen sulfide.• Generally, a higher degree of dehydration can beachieved with adsorbents than with absorptionprocesses.

Industrial Adsorbents forDehydration• Three types of commercial adsorbents are incommon 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 alkalialuminosilicates and can be altered to affectadsorption characteristics

Properties of Commercial Silica Gels, ActivatedAlumina, and Molecular Sieve 4A

Sifat-sifat Desikan PadatSilica gel Activated Molecular sievealuminaDiameter pori (Å) 10 – 90 15 3, 4, 5, 10Bulk density (lb/ft 3 ) 49 48 40 – 45Ukuran partikel 2 – 5 mm 3 mm; 5 mm; 6mm1,6 mm; 3,2 mm; 6,0mmLuas permukaan (m 2 /g) 650 – 750 325 – 360 600 – 800Volume pori (cm 3 /g) 0,40 – 0,45 0,21 0,27App. specific gravity 1,2 1,6 1,1Heat capacity (Btu/lb F) 0,24 0,24 0,24Dew point minimum (F) – 70 sampai – Sampai – 100 Sampai – 15080Temperatur regenerasi (C) 375 320 – 430 400 – 600Panas adsorpsi (Btu/lb) – – 1800Kandungan air minimumrata-rata dalam effluent gas(ppmv)5 – 10 10 – 20 0,1

Adsorption Process Scheme

Skema Lainnya

Typical Operating Conditions forMolecular Sieve Dehydration Units

3. DESICCANT PROCESSES• Dengan menggunakan dehidrator CaCl2 dapat diperolehgas dengan kandungan air sampai 1 lb/MMCF.• Kapasitas CaCl2 adalah 0,3 lb CaCl2 per lb H2O. Kecepatansuperficial dalam bed adalah 20 – 30 ft/min dan rasiopanjang dengan diameter bed sekurang-kurangnya antara3 sampai 4:1.• Dehidrator CaCl2 merupakan alternatif untuk unit glycoluntuk sumur gas yang berada di daerah terpencil dandengan laju alir rendah.• CaCl2 harus diganti secara periodik, antara 2 – 3 minggusekali.• Salah satu masalah yang timbul dalam dehidrator iniadalah limbah larutan garam

Gambar Dehydrator

4. MEMBRANE PROCESSES• Membranes offer an attractive option for cases in whichdrying is required to meet pipeline specifications.• Their modular nature, light weight, large turndown ratio,and low maintenance make them competitive with glycolunits in some situations• The inlet gas must be free of solids and droplets largerthan 3 microns• Inlet gas temperature should be at least 20°F (10°C)above the dew point of water to avoid condensation in themembrane.• membranes used for natural gas dehydration areeconomically viable only when dehydration is combinedwith acid-gas removal

Membrane Operation• Units operate at pressures up to 700 to1,000 psig (50 – 70 barg) with feed gasescontaining 500 to 2,000 ppmv of water.• They produce a product gas stream of 20to 100 ppmv and 700 to 990 psig (48 to 68barg).• The low-pressure (7 to 60 psig [0.5 to 4barg]) permeate gas volume is about 3 to5% of the feed gas volume