Basic Gas Theory/Teori Dasar Gas

SIFAT FISIK GAS

Sifat fisik dan kimia gas sangat tergantung dari tekanan, temperature dan komposisi dari gas tersebut. Dalam kenyataannya gas selalu hadir dalam komposisi yang sangat beragam, tergantung dari asal reservoirnya. Hal ini membutuhkan perhitungan yang lebih rumit dibandingkan apabila kita hanya dengan system satu gas murni. Semakin beragam component penyusun gas maka akan semakin tidak akurat perhitungan gasnya.

Beberapa persamaan korelasi antara tekanan (P), Volume (V) dan Temperature (T) disebut dengan persamaan kesetimbangan gas. Gas ideal memiliki persamaan sbb:

PV = nRT
Dimana P = Tekanan absolute
V = Volume ruang
n = Mol Gas pada P & T
R = Konstanta Gas
T = Temperature absolute

Persamaaan diatas valid pada tekanan hingga 60 psia (500 Kpa), ketika tekanan naik diatas tekanan tersebut maka system bukan lagi berada dalam kondisi gas ideal.
Persamaan gas ideal sangat terbatas sekali pemakaiannya dilapangan, hal ini disebabkan karena tidak ada gas yang merupakan gas ideal. Beberapa ilmuan mencoba mengembangkan persamaan gas ideal untuk bisa diaplikasikan dengan gas –gas yang tidak ideal, antara lain : Van Der Waals, Redlick-Kwong, Peng-Robinson dan Benedict-Webb-Rubin.
Dari berbagai persamaan yang muncul dapat di sederhanakan dalam angka kompresibilitas dimana persamaan das ideal akan menjadi

PV = ZnRT

Dimana Z = factor kompresibilitas = Actual volume gas / Ideal Gas volume

Sifat fisik gas dijabarkan dalam parameter-parameter sebagai berikut:

  1. Densitas
    Densitas adalah satuan kerapatan massa gas terhadap volumenya. Densitas gas ada kalanya di sebut sebagai spesifik grafity yaitu rasio massa jenis gas terhadap udara bebas.
  2. Viskositas
    Nilai viskositas sangat penting dalam perhitungan persamaan aliran, adalah suatu angka yang mewakili gaya gesek yang disebabkan gaya tarik menarik dalam lapisan fluida.
    Satuan viskositas dalam Centipoise (cp) 1 cp = 0.01 dyne s/cm2
    = 0.000672 lbm s/ft

KESETIMBANGAN FASA

Fasa dikelompokkan dalam tiga golongan utama yaitu:

  1. Solid/ Padatan
    Memiliki bentuk tetap dan keras jika disentuh
    Terdiri dari molekul-molekul dengan energi yang rendah yang berada dalam satu tempat yang tetap.
  2. Liquid/ Cairan
    Memiliki volume yang tetap tetapi bentuknya berubah-ubah
    Molekul memiliki energi lebih tinggi dibandingkan solid yang memungkinkan terjadinya pergerakan molekul dari satu tempat ketempat yang lain.
    Memiliki densitas yang lebih rendah dari solid.
  3. Vapour / Gas
    Tidak memiliki volum ataupun bentuk yang tetap.
    Molekul memiliki energi yang tinggi dan juga densitas paling rendah.

Diagram Fasa

Diagram fasa mencoba menjelaskan fasa yang terjadi pada suatu benda dalam kondisi Tekanan, temperature dan volume tertentu. Dengan cara ini kita bisa mengidentifikasi fasa pada keadaan lain apabila terjadi perubahan parameter-parameternya.
Diagram fasa bisa digambarkan dalam tiga dimensi (P.V,T) ataupun dua dimensi (P,T atau P,V) untuk menyederhadakan pembacaan.

Diagram fasa disini akan meliputi diagram fasa satu komponen dan diagram fasa beberapa komponen yang merupakan fluida reservoir.

Diagram Fasa Satu Komponen
Dalam system satu komponen hanya tersusun atas satu jenis atom atau molekul. Diagram fasa pada system sperti ini dapat digambarkan dalam diagram PT sebagi berikut



Keterangan :
1. Vapor-Pressure line (TC)
 Garis yang terjadi dalam keadaan tekanan dan temperature tertentu dimana substan berada dalam fasa perpindahan antara liquid dan Gas
 Titik diatas garis ini mengindikasikan sebagai fasa liquid sedangkan dibawahnya sebagai Gas.
 Titik pada garis mengindikasikan kondisi perubahan Gas – Liquid.

2. Critical Point (C )
 Merupakan ujung dari vapor –pressure line.
3. Critical Temperature (Tc)
 Temperature pada critical point
 Pada temperature diatas temperature ini gas tidak lagi bisa dicairkan.
4. Critical Pressure (Pc)
 Tekanan pada critical point
 Pada tekanan diatas tekanan ini fasa tidak dalam gas ataupun cairan
5. Triple Point (T)
 Kondisi tekanan dan temperature dimana padatan, cairan dan gas berada bersamaan dalam suatu kondisi kesetimbangan.
6. Sublimation Point Line
 Pada temperature dibawah triple point temperature, vapor line membagi dua fasa dalam padatan atau gas.
7. Melting Point Line
 Merupakan garis yang hamper vertical diatas triple point yang memisahkan kondisi fasa padatan dan cairan.

 

Diagram Fasa Beberapa Komponen

Dalam system beberapa komponen terdapat lebih dari satu komponen penyusun, disini komposisi komponen akan sangat berpengaruh terhadap diagram yang dibentuk. Secara umum diagram PT beberapa komponen digambarkan sebagai berikut:

Bentuk dasar dari diagram ini adalah sebuah kurva tertutup yang terbagi dua dibatasi bubble point line pada satu sisi dan dew-point line pada sisi yang lainnya

Keterangan:
1. Bubble –Point Pressure.
 Kondisi tekanan pada temperature tetap dimana gas pertama kali terbentuk (Pb)
2. Dew -Point Pressure.
 Kondisi tekanan pada temperature tetap dimana tepat ketika semua cairan habis (Pd)
3. Critical Point
 Titik dimana cairan dan gas hadir bersamaan atau titik temu antara ujung bubble point line dengan dew point line.
4. Cricondenbar & Cricondentherm
 Tekanan dan temperature maksimum dimana cairan dan gas pertama kali hadir.

Dalam gas alam pengaruh bahan pengotor akan sangat mempengaruhi bentuk dari diagram fasanya. Fraksi C7+ dalam gas alam mungkin jarang terjadi tetapi akan sangat berpengaruh pada dew-point line gas dalam diagram fasa.

Air memiliki vapor pressure yang rendah dan keberadaanya tidak bercampur / immiscible dalam fasa liquid hydrocarbon, sehingga tidak banyak berpengaruh terhadap pada diagram fasanya. CO2 dan H2S keduanya memiliki cricondenbar yang rendah, jika keduanya berada dalam satu system gas maka akan menurunkan garis cricondenbar dari campuran gas tersebut. Nitrogen (N2) memiliki efek menaikan cricondenbar .

Secara umum fluida reservoir terbagi menjadi 5 macam :

A. Black Oil Reservoir
Merupakan reservoir minyak dengan factor penyusutan yang kecil sekali. Diagram fasa dari reservoir ini sebagi berikut:

  1.  Memiliki temperature yang lebih rendah dibandingkan critical temperaturnya.
  2. Tidak terbentuk gas didalam reservoir hingga pressure mencapai bubble point, dan akan mulai terbentuk gas.
  3. Dalam kondisi reservoir fluida berada dalam bentuk cairan, seiring dengan penurunan tekanan di lubang bore maka gas akan mengembang dan lepas dari cairan minyak. Hal ini juga menyebabkan adanya penyusutan volume minyak di permukaan.
  4. Pada kondisi reservoir terlihat masih terdapat cairan minyak dalam jumlah yang besar.
  5. GOR awal dengan 2000 SCF/STB atau lebih rendah.
  6. GOR akan naik setelah tekanan reservoir mencapai bubble poinnya
  7. Specific graffiti minyak pada 35 API atau lebih rendah
  8. Warna gelap / hitam
  9. Faktor formasi yang tinggi Bo = 2 bbl/ STB
  10. Komposisi Heptana plus mencapai lebih dari 30 mole persen. Yang menunjukkan tingginya fasa berat hydrocarbon dalam blak oil.

B. Volatile Oil Reservoir
Merupakan reservoir minyak dengan factor penyusutan yang besar. Diagram fasa dari reservoir ini sebagi berikut:

  1. Temperature reservoir lebih rendah dari critical temperature.
  2. Critical temperature lebih rendah disbandingkan black oil, mendekati temperature reservoir.
  3. Sedikit penurunan pada tekanan akan menyebabkan terlepasnya jumlah gas dalam volume yang banyak.
  4. Pada kondisi separator akan terdapat lebih banyak gas dalam separator dibandingkan black oil.
  5. GOR awal pada 2000 hingga 3300 scf/STB
  6. GOR akan naik sebanding dengan penurunan tekanan reservoir.
  7. 40 API atau lebih
  8. Warna coklat, orange atau hijau
  9. Faktor formasi lebih tinggi dari 2 bbl/ STB
  10. Komposisi heptana plus diantara 12.5 – 30 mole persen, dengan penyusun utama adalah ethana hingga hexane (C2-C6)

C. Retrograde Gas Reservoir
Juga sering disebut sebagai retrograde kondensat reservoir, dengan diagram fasa sebagai berikut:

  1. Temperature reservoir berada diantara critical point dan cricondentherm.
  2. Kondisi awal di reservoir merupakan gas
  3. Sedikit penurunan pada tekanan akan menyebabkan mulai terbentuknya cairan pada dew point lineya.
  4. Pada kondisi separator akan menjadi percampuran gas dan cairan.
  5. GOR awal pada 3300 hingga 150,000 scf/STB
  6. Pada GOR lebih dari 50,000 scf/STB gas memiliki cricondentherm mendekati kondisi temperature reservoir dimana terdapat sedikit sekali fasa liquid di reservoir.
  7. 40 –60 API pada kondisi stok tank
  8. Warna coklat, orange atau hijau yang lebih terang
  9. Komposisi heptana plus lebih kecil dari 12.5 mole persen.
  10. Dengan reservoir seperti ini diperlukan fasilitas pengolahan fasa menengah (C3-C6) untuk dipisahkan dari gasnya.

D. Wet Gas Reservoir / Gas Basah
Dalam reservoir ini cairan di permukaan merupakan kondensat dan kadang juga disebut sebagai reservoir kondensat. Basah disini bukan berarti basah dari air tetapi basah sebagai keberadaan kondensat di permukaan, dalam kenyataannya reservoir ini juga mengandung air yang terlarut didalamya.

  1. Keseluruhan diagram berada pada temperature yang lebih rendah dari temperature reservoir.
  2. Merupakan fasa gas dalam penurunan tekanan reservoirnya.
  3. Dalam kondisi separator merupakan dua fasa cairan dan gas dengan sedikit cairan di permukaan.
  4. GOR diatas 50,000 scf/STB.
  5. 40 –60 API pada kondisi stok tank seperti pada retrograde
  6. Cairan dengan warna bening

E. Dry Gas Reservoir / Gas Kering
Kering disini menunjukkan gas tersusun dari fasa ringan hydrocarbon sehingga tidak terbentuk cairan dipermukaan. Biasanya cairan yang terbentuk dipermukaan justru air yang terkondensasi.

  1. Keseluruhan diagram berada pada temperature yang lebih rendah dari temperature reservoir.
  2. Merupakan fasa gas dalam penurunan tekanan reservoirnya.
  3. Dalam kondisi separator tetap merupakan fasa gas.
  4. Tersusun atas fasa ringan (C1) methane sebagai penyusun utamanya.

SPESIFIKASI GAS

Tujuan dari unit pemprosesan di permukaan adalah untuk mencapai gas sebagai suatu product yang bisa di jual dan dikirimkan. Hal terpenting dari gas yang akan di jual adalah kadar air, kandungan H2S dan Gross heating value (nilai kalor) dari gas alam.
Dalam system gas alam kandungan air dan H2S harus dipisahkan dalan jumlah konsentrasi yang rendah. Kedua bahan ini akan menyebabkan korosi dalam fasilitas di permukaan. Disamping air juga berakibat pada terbentuknya hydrat.

Heating value antara 950-1250 BTU/SCF. Gross heating value dari beberapa hydrocarbon sbb:
Methane       C1                               1010 BTU/SCF
Ethane          C2                               1770 BTU/SCF
Propane       C3                               2516 BTU/SCF
n-Butane     n-C4                           3262 BTU/SCF

Methane sebagai penyusun utama gas biasanya memiliki porsi yang paling banyak dalam satu system gas alam justru memiliki nilai heating value yang rendah. Methane dalam system gas ada kalanya tidak dapat memenuhi permintaan standard heating value jika terdapat nitrogen atau carbon dioksida dalam jumlah yang besar.

Ketika spesifikasi dew point diperhitungkan dalam kontrak penjualan maka unsur berat hydrocarbon harus dipisahkan (sebagai kondensat) dengan cara refrigerasi ataupun dengan proses cryogenic.

Komposisi gas alam dapat ditentukan dengan gas chromatograph (GPA Std 2177-84). Analisa spectrographic massa juga dapat digunakan sebagai cara yang lebih komprehansif tetapi juga lebih mahal.

4. DEFINISI DALAM SYSTEM GAS

1. Gas
Salah satu dari fasa yang mengisi wadahnya sesuai dengan volume dan bentuknya.

2. Gas Alam
Campuran hydrocarbon ringan dalam reservoir gas yang terbentuk secara alami.
Gas alam terbagi menjadi :
Gas Basah : Gas dengan kandungan air yang cukup tinggi sebelum dilakukan pemisahan air di permukaan.
Gas Kering : Gas setelah melewati proses pemisahan air (dehydration ) atau kondisi gas dimana tidak terdapat air dalam fasa cairnya.
Sweet gas : Gas alam dengan kandungan sulfur yang rendah sehingga bisa dipakai tanpa pemisahan dipermukaan.
Sour gas : Gas alam dengan kandungan sulfur yang tinggi.
Acid gas : Gas asam dengan kandungan sulfur dan karbon dioksida dalam porsi yang besar.

2. Tekanan
Gaya tiap satuan leas, dalam satuan PSI atau Kpa.
Tekanan Atmospheric : tekanan karena berat udara pada sea-level 14.73 PSI.
Tekanan Gauge : Pengukuran tekanan lebih tinggi dari atmospheric (psig)
Vacuum : Pengukuran dibawah atmospheric.
Tekanan Absolute : Tekanan mutlak = psig + tekanan atmospheric

3. Volume
Ruangan dalam tiga dimensi dengan satuan cubic.
Volume spesifik : Volume pada kondisi tekanan dan temperature tententu.
Volume standard : Volume pada kondisi standard 60 F & 14.73 psia.

4. Temperature
Derajat panas atau dingin dengan skala pengukuran tertentu ( C, K, F)

5. Massa
Perhitungan jumlah bahan penyusun dalam satuan Kg atau Pounds.
Density : massa per satuan volume (lb/ft3)
Specific gravity : rasio densitas gas/ cairan terhadap pembandingnya (udara/air)
Crude oil API = (141.5/ SG)-131.5

6. Heating value
Jumlah panas yang dihasilkan dari sebuah pembakaran sempurna hydrocarbon. Dalam satuan BTU (British Thermal Unit) yang setara dengan 1055,056 joule.

(to be continued)

6 comments on “Basic Gas Theory/Teori Dasar Gas

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s