Fraksinasi Minyak Bumi

Slide 1

FRAKSINASI MINYAK BUMIDistilasi merupakan suatu proses pemisahan komponen penyusun suatu zat berdasarkan titik didihnya. Pada proses pengolahan minyak bumi, proses distilasi yang merupakan proses primer (primary process) disebut juga dengan proses fraksinasi. Hal ini karena pada proses distilasi minyak bumi (crude oil), umpan (crude oil) yang telah dipanaskan terlebih dahulu dipisahkan di dalam sebuah kolom (menara) menjadi fraksi-fraksinya berdasarkan trayek didih fraksi-fraksi tersebut. Pada proses fraksinasi digunakan dasar pemisahan trayek didih (boiling range) bukan titik didih (boiling point) karena fraksi minyak bumi bukanlah zat murni. Fraksi minyak bumi merupakan sekumpulan komponen penyusun minyak bumi yang terdiri atas beberapa jenis hidrokarbon yang secara fisika dibatasi oleh titik didih awal (Initial Boiling Point, IBP) dan titik didih akhir (Final Boiling Point, FBP). IBP dan FBP itulah yang dijadikan dasar pada penentuan kondisi operasi pada kolom fraksinasi supaya diperoleh produk fraksi-fraksi minyak bumi sesuai spesifikasi yang diharapkan.Jenis-Jenis Proses Distilasi pada Proses Pengolahan Minyak BumiProses distilasi yang terjadi pada proses pengolahan minyak bumi pada dasarnya dibedakan menurut tekanan operasinya.Pembedaan tekanan operasi ini didasarkan pada:

1. Boiling range umpanBoiling range umpan sangat penting untuk diketahui guna pemilihan jenis distilasi yang digunakan. Umpan yang memiliki titik didih yang sangat tinggi akan sangat sulit didistilasi pada tekanan atmosferis tanpa mengalami dekomposisi komponen hidrokarbon penyusunnya. Sementara ada pula umpan yang dengan temperatur kamar saja sudah dalam fase uap (vapor) sehingga untuk mendistilasinya harus dengan tekanan yang tinggi.Dekomposisi hidrokarbon penyusun umpan proses distilasi secara massive terjadi pada temperatur di atas 710 oF (376,7 oC). Oleh karena itu, umpan dengan fraksi berat (fraksi long residue) tidak dapat didistilasi dengan tekanan atmosferis melainkan dengan tekanan vacuum dan/atau dengan tambahan stripping steam dalam jumlah yang banyak.

Berdasarkan grafik ini, dapat diketahui kurva distilasi yang meliputi titik didih pada tekanan atmosferis dan persen terdistilasi dari umpan dan fraksi-fraksi hasil distilasi dari minyak Mid-Continent. Dengan melihat kurva distilasi tersebut, kita dapat mengetahui tekanan operasi yang diperlukan untuk mendistilasi umpan menjadi produk intermediet dan dari produk intermediet menjadi produk jadi (finished product).2. Stabilitas umpan terhadap temperatur Secara umum, komponen hidrokarbon minyak mentah (crude oil) mulai terdekomposisi pada temperatur 680 oF (360 oC) menghasilkan produk dengan boiling range yang lebih rendah. Namun kondisi ini bisa memicu terjadinya perubahan warna pada produk. Perubahan warna pada produk hasil distilasi dapat ditangani dengan proses treating pasca distilasi.Penggunaan temperatur yang sangat tinggi untuk mendistilasi umpan juga dapat meningkatkan risiko berkurangnya heavy lubricating-oil stock dari 10-15%. Dekomposisi ringan yang terjadi dari fraksi heavy lubricating-oil stock tersebut menghasilkan light lubricating-oil dan gasoil. Berikut ini adalah tipikal temperatur vaporiser dan heater outlet untuk beberapa jenis umpan.

3. Spesifikasi produk yang diharapkanSpesifikasi produk sangat mempengaruhi dalam penentuan jenis distilasi yang digunakan. Hal ini terkait dengan boiling range sebagaimana terdapat pada gambar 1. Dengan rentang temperatur yang sangat tinggi (di atas temperatur dekomposisi umpan, maka untuk mendapatkan produk sesuai spesifikasinya tidak dapat dilakukan dengan tekanan atmosferis, melainkan harus dengan tekanan hampa (vacuum).Distilasi AtmosferisDistilasi atmosferis merupakan proses distilasi yang mana tekanan operasinya adalah tekanan atmosferis (1 atm) atau sedikit di atas tekanan atmosferis. Contoh unit proses yang menggunakan proses distilasi atmosferis ini adalah pada Crude Distilling Unit (CDU).Distilasi BertekananDistilasi bertekanan merupakan proses distilasi yang mana tekanan operasinya di atas tekanan atmosferis (>1 atm). Proses distilasi bertekanan digunakan pada proses pemisahan umpan yang berupa gas. Pada tekanan atmosferis, umpan yang berada dalam fase gas masuk ke kolom distilasi berupa gas, sehingga tidak dapat dipisahkan. Dengan tekanan yang lebih tinggi, maka titik didih komponen penyusun umpan akan naik, sehingga pada temperatur yang sama, umpan dapat berubah fase menjadi cair (liquid). Dengan demikian, umpan proses distilasi bertekanan tersebut dapat dipisahkan di dalam kolom distilasi. Contoh unit proses yang menggunakan proses distilasi bertekanan adalah pada Light End Unit (LEU).Distilasi HampaDistilasi hampa (vacuum distillation) merupakan proses distilasi yang mana tekanan operasinya di bawah tekanan atmosferis (40API) @ 250 FHeavier crudes ( PTop tray > Preflux drum

3. Column Pressure63The overhead temperature must be controlled to be 1417 C higher than the dew point temperature for the water at the column overhead pressure so that no liquid water is condensed in the column.

This is to prevent corrosion due to the hydrogen chloride dissolved in liquid water (hydrochloric acid).

4. Overhead Temperature 64ExampleIf the overhead stream contains 8.5 mol% water at a pressure of 34.7 psia (2.36 bars), calculate the overhead temperature for safe operation..65ExampleIf the overhead stream contains 8.5 mol% water at a pressure of 34.7 psia (2.36 bars), calculate the overhead temperature for safe operation.Solution:The saturation temperature of water at the partial pressure of water in the overhead vapour.Water partial pressure = 0.085 x 2.36 =0.2 barsFrom the steam tables:Saturated steam temperature at 0.2 bars = 61 CSafe overhead operating temperature = 61+17 C

6620Vacuum Distillation SummaryColumn ConfigurationVacuum conditions to keep operating temperatures lowLarge diameter columnVery low density gasesCondenser only for water vaporLiquid reflux from pumparoundsNo reboilerStripping steam may be usedNeeded for deep cuts (1100 F)Common problem coking in fired heater & wash zoneFired heater high linear velocities to minimize coke formationWash zone sufficient wash oil flow to keep the middle of the packed bed wetFeedAtmospheric residuumAll vapor comes from the heated feedUnder vacuum (0.4 psi)Separate higher boiling materials at lower temperaturesMinimize thermal crackingProductsMay have multiple gas oilsUsually recombined downstream to FCCU after hydrotreatingVacuum residBlended asphalt, heavy fuel oilFurther processing thermal, solvento Choice depends on products & types of crude2121Vacuum Distillation SummaryDry System1050F+ cut temperature & no stripping steamSmaller tower diametersReduced sour water productionPressure profileFlash zone: 2025 mmHg abs & 750 to 770F.Top of tower: 10 mmHg absDeep Cut System1100F+ cut temperature & stripping steamSteam reduces hydrocarbon partial pressuresPressure profileFlash zone: 30 mmHg absHC partial pressure 1015 mmHg absTop of tower: 15 mmHg absSteam Ejectors & Vacuum PumpsVacuum maintained on tower overheadSteam systems considered more reliableWaste steam is sour & must be treatedCombinations systems Last steam stage replaced with a vacuum pump Drawing fromhttp://www.enotes.com/topic/Injector

Refinery-petrochemical integration1. Physical Separation Processes69

Refinery-petrochemical integration2. Chemical Catalytic Conversion Processes70

3. Thermal Chemical Conversion Processes71Fractionation ProcessesProcess NameActionMethodPurposeFeedstock(s)Product(s)Atmospheric distillationSeparationThermalSeparate fractionsDesalted crude oilGas, gas oil, distillate, residualVacuum distillationSeparationThermalSeparate w/o crackingAtmospheric tower residualGas oil, lube stock, residualConversion Decomposition ProcessesProcess NameActionMethodPurposeFeedstock(s)Product(s)Catalytic crackingAlterationCatalyticUpgrade gasolineGas oil, coke, distillateGasoline, petrochemical feedstockCokingPolymerizeThermalConvert vacuum residualsGas oil, coke distillateGasoline, petrochemical feedstockHydro-crackingHydrogenateCatalyticConvert to lighter HC'sGas oil, cracked oil, residualLighter, higher-quality products*Hydrogen steam reformingDecomposeThermal/catalyticProduce hydrogenDesulfurized gas, O2, steamHydrogen, CO, CO2*Steam crackingDecomposeThermalCrack large moleculesAtm tower heavy fuel/ distillateCracked naphtha, coke, residualVisbreakingDecomposeThermalReduce viscosityAtmospheric tower residualDistillate, tarConversion Unification ProcessesProcess NameActionMethodPurposeFeedstockProductAlkylationCombiningCatalyticUnite olefins & isoparaffinsTower isobutane/cracker olefinIso-octane (alkylate)Grease compoundingCombiningThermalCombine soaps & oilsLube oil, fatty acid, alkyl metalLubricating greasePolymerizingPolymerizeCatalyticUnite 2 or more olefinsCracked olefinsHigh-octane naphtha, petrochemical stocksConversion Alteration or Arrangement ProcessesProcess NameActionMethodPurposeFeedstock(s)Product(s)Catalytic reformingAlteration/ dehydrationCatalyticUpgrade low-octane naphthaCoker/hydro-cracker naphthaHigh octane, Reformate/aromaticIsomerizationRearrangeCatalyticConvert straight chain to branchButane, pentane, hexaneIsobutane/ pentane/ hexaneTreatment ProcessesProcess NameActionMethodPurposeFeedstock(s)Product(s)*Amine treatingTreatmentAbsorptionRemove acidic contaminantsSour gas, hydrocarbons w/CO2 and H2SAcid free gases & liquid hydrocarbonsDesaltingDehydrationAbsorptionRemove contaminantsCrude oilDesalted crude oilDrying & sweeteningTreatmentAbsorption / thermalRemove H2O & sulfur compoundsliquid hydrocarbons, LPG, alkylation feedstockSweet and dry hydrocarbons*Furfural extractionSolvent extractionAbsorptionUpgrade mid distillate & lubesCycle oils & lube feed-stocksHigh quality diesel & lube oilTreatment ProcessesProcess NameActionMethodPurposeFeedstock(s)Product(s)HydrodesulfurizationTreatmentCatalyticRemove sulfur, contaminantsHigh-sulfur residual/ gas oilDesulfurized olefinsHydrotreatingHydrogenationCatalyticRemove impurities, saturate HC'sResiduals, cracked HC'sCracker feed, distillate, lube*Phenol extractionSolvent extractionAbsorption / thermalImprove viscosity index, colorLube oil base stocksHigh quality lube oilsProcess NameActionMethodPurposeFeedstock(s)Product(s)Solvent deasphaltingTreatmentAbsorptionRemove asphaltVacuum Tower residual, propaneHeavy lube oil, asphaltSolvent dewaxingTreatmentCool/ filterRemove wax from lube stocksVacuum tower lube oilsDewaxed lube basestockSolvent extractionSolvent extractionAbsorption /precipitationSeparate unsaturated oilsGas oil, reformate, distillateHigh-octane gasolineSweeteningTreatmentCatalyticRemove H2S, convert mercaptanUntreated distillate/gasolineHigh-quality distillate/gasolineTreatment Processes

12

19

27

95

18

88