Hysys Cases Basic - Natural Gas Processing

8/12/2019 Hysys Cases Basic - Natural Gas Processing

1/48

HYSYS Cases

BasicGas Processing

By Mohammad Darwis

Saturday & Sunday, May 17 & 18, 2014

Teknik KimiaUniversitas DiponegoroSemarang


2/48

Case 1 : Refrigerated Gas Plant

Case 2 : Propane Refrigeration Loop

Case 3 : Refrigeration Loop & Economizer Case 4 : Gas Compression

Case 5 : Two Stages Compression

Case 6 : Turbo Expander Plant

Case 7 : Gas Power Plant Case 8 : NGL Fractionation Plant

Case 9 : Expander Plant

Daftar Isi


3/48

Case 1 :Refrigerated Gas Plant Plant ini digunakan sebagai dew point control yaitu

untuk mendapatkan dew point hydrocarbon gasyang diinginkan. Hydrocarbon gas dengan dew pointtinggi akan lebih mudah condense (mencair).Mengapa?

Salah satu cara distribusi hydrocarbon gas kepembeli adalah dengan menggunakan pipeline.Diharapkan selama pengiriman, tidak ada gas yangcondense di pipeline. Ini dapat dilakukan denganmembuat temperature hydrocarbon gas tsb selaludiatas dewpoint-nya.

Hydrocarbon gas dengan komposisi pada halamanberikut dengan operating conditionnya 60 deg F &900 psia & flow rate 3175 lbmole/hrdiumpankan keinlet separator untuk diremove liquidnya sebelumdiumpankan ke heat exchanger untuk didinginkan.


4/48

Kemudian gas didinginkan lagi di chiller denganmenggunakan refrigerant (referigerant systemtidak kita simulate disini, kita hanya perlihatkanberapa banyak kalor yang diambil) untukmendapatkan low temperature sehingga gasmempunyai dew point 5 deg F pada pressure 870psia.

Sesudah didinginkan kemudian diumpankan keLTS Low Temperature Separator untukdiremove liquidnya. Kemudian dipanaskan di Heat

Exchanger. Diinginkan delta temperature(perbedaan) antara hot stream dan cold streamadalah 9 deg F. Ini sebagai specification buatHeat Exchanger.

Tentukan low temperature padaLTS.

Case 1 :Refrigerated Gas Plant


5/48



6/48


Gas composition (dalam% mole fraction) :

N2 0.66

H2S 0.03

CO2 0.03

C1 75.75

C2 17.09

C3 4.13

i-C4 0.68

n-C4 1.01

i-C5 0.28

n-C5 0.27

n-C6 0.06

n-C7 0.01

Pressure drop diTube & Shell ofHE adalah 5 psi &1 psi.

Untuk Chiller,pressure dropnyaadalah 5 psi.


7/48

Refrigeration system umum ditemukan diNatural Gas Processing Industry, serta diPetroleum Refining, Petrochemical &Chemical Industries.

Refrigeration digunakan untukmendinginkan hydrocarbon gas agarmemenuhi dew point yang diinginkanataumenghasilkan marketable liquid.

Dalam soal ini kita menggunakan propanesebagai refrigerant. Mengapa digunakan Propane? Mengapa

tidak menggunakan water?

Case 2 :Propane Refrigeration Loop


8/48



9/48

Pada case 1, Chiller hanya dimodelkan denganCooler dimana kita tidak peduli dengan fluidapendinginnya serta process flow untuk pendingintsb.

Pada case 2 ini Anda diminta untuk menggantiCooler tsb dengan Heat Exchanger dimana fluidapendinginnya adalah Propane.

Anda juga diminta untuk membuat simulasiuntuk propane-nya, seperti yang diperlihatkanpada process flow diagram pada halamansebelumnya.

Process flow overallnya (case 1 + propanesebagai pendingin) terlihat pada halamanberikut.



10/48



11/48


Propone (C3H8) akan menyerap kalor di Chiller(DP = 7 kPa) (energy yang harus diambil propaneuntuk mendinginkan hydrocarbon gas tsb).

Setelah menyerap kalor tsb, semua propaneberwujud gas dengan temperature -20 deg C.

Kemudian propane gas dicompress denganCompressor dan kemudian didinginkan denganCondenser (DP = 35 kPa) ke temperature 50 degC sehingga semua propane berubah menjadi cair.

Tentukan flow rate propane yang diperlukan. Tentukan power yang diperlukan compressorjika

adiabatic efficiencynya 75%.


12/48

Pada halaman berikut terdapat flow diagramRefrigeration Loop dengan Economizer.

Pada loop tsb, outlet condenser adalah semuanyaliquid & temperature 120 deg F. Hal yang samapada outlet Chiller, dimana semuanya adalah uap(gas) & temperature 20 deg F.

Pressurepada suction Compressor K-101 adalah 90psia.

Anda diminta untuk menentukan flow rate propaneyang diperlukan jika kalor yang harus diambilpropanetsb di Chiller sebesar 5 MMBTU/hr.

Data lainnya pada halaman berikut.

Case 3 :Refrigeration Loop & Economizer


13/48



14/48


Pressure Drop (P): Chiller : 0

Condenser : 5 Economizer : 0


15/48

Case 4 : Gas Compression Inlet Gas bersama recycle stream diumpankan ke

Separator pertama (DP = 0) untuk memisahkan gas dariliquidnya.

Sebelum didinginkan dengan Cooler (DP = 10 psi), gasterlebih dahulu dinaikkan pressurenya menjadi 1000 psia

dengan menggunakan Compressor. Gas yang telah didinginkan akan dipisahkan dari

liquidnya di Separator kedua (DP = 0). Liquidnya akandikembalikan ke incoming Plant dan digabung denganInlet Gas.

Diharapkan gas hasil mengandung 80% Methane (molefraction) dengan cara mengatur temperature gas yangkeluar dari Cooler.

Berapa flow rate (lb/hr) pada stream Gas Hasil?

Gunakan Peng-Robinson untuk fluid packagenya.


16/48

Case 4 : Gas Compression


17/48

Inlet Gas :Temperature : 20 deg FPressure : 700 psiaFlowrate : 1000 lbmole/hrComponent (% mole Fraction) :

oC1 : 35oC2 : 25oC3 : 10oi-C4 : 10

on-C4 : 10oi-C5 : 5on-C5 : 3oC6 : 2

Case 4 : Gas Compression


18/48

Case 5 :Two Stage Compression

Compression Station umum ditemukan diupstream processing facility. Tujuannya untukincrease pressure hydrocarbon gas sehingga bisadideliver ke tempat yang diinginkan.

Feed gas dengan komposisi di halaman berikutnyadiumpankan ke Compression Station dengan duastage untuk dideliver dengan pressure 1000 psia.

Tiap stage terdiri scrubber (separator vertical 2phase), compressor dan air cooler.

Kedua stage tsb diakhiri dengan dischargescrubber.

Liquid dari kedua scrubberterakhir akan direcycleke stage sebelumnya setelah pressurenyadireduce (dengan control valve).


19/48



20/48


DP = 0 untuk semua scrubber & Air Cooler. Semua Air Coolerakan cooling ke temperature 125 deg F.

Kondisi umpan adalah 95 deg F & 250 psia & 15000 lbmole/hrdengan Feed Gas composition (% mole) :

N2 0.75

CO2 1.47

C1 50.69

C2 14.51

C3 7.25

i-C4 6.52

n-C4 5.78

i-C5 5.15

n-C5 4.31

n-C6 3.57

Anda diminta menentukan power yang diperlukan compressor.


21/48

Case 6 :Turbo Expander Plant

Turbo Expander Plant biasa ditemukan di upstream Oil &Gas, khususnya Gas Processing. Process yang terdapat diTurbo Expander adalah :

Cooling

Expanding Separating

Distillation

Re-Compressionuntuk gas yang dihasilkan

Turbo Expander Plant digunakan untuk mendapatkanSales Gas (gas alam yang akan dijual) dengan kandunganmethane-nya yang sangat tinggi. Sisanya (ethane,propane, butane dan komponent berat lainnya) akandiumpankan ke LPG Plant untuk mndapatkan LPG Product.


22/48


23/48


Feed Gas didinginkan dengan menggunakan LNGExchangerdan Coolerke temperature -62 deg C.Kemudian gas tsb dipisahkan dari liquidnya denganmenggunakan 1stSeparator.

Gas dari separator tsb akan diexpand ke pressure2800 kPa dengan menggunakan Expander,sedangkan liquidnya juga diturunkan pressurenyake 2800 kPa dengan menggunakan control valve.

Gas yang sudah diexpand diumpankan ke 2nd-Separatoruntuk memisahkan gas dari liquidnyayang kemudian liquid tsb diumpankan ke Menara

Distillasi(data halaman berikutnya).


24/48


25/48


Liquid dari 1stseparator yang sudah diturunkanpressure diumpankan ke Menara Distillasiuntuk memisahkan Methane dari komponen

berat lainnya. Hasil atas menara Distillasi dan hasil atas 2nd

Separatordiumpankan ke LNG Exchangeruntuk dinaikkan temperaturenya dengan :

Nilai temperature keluar dari LNG Exchangeradalah sama.

Delta (selisih) temperature pada sisi hot adalah10 deg C.


26/48

Case 6 :Turbo Expander Plant Setelah itu kedua hasil atas tsb dicampur dan

dinaikkan pressurenyadengan Compressordenganmemanfaatkan Power yang dihasilkan Expander.

Hasilnya didinginkan ke temperature 30 deg C.

dengan 2ndCooler. Setelah didinginkan, diumpankan ke 3rdSeparator

untuk memisahkan gas dari liquidnya (jika adaliquidnya) sebelum diumpankan ke 2ndCompressoruntuk dinaikkan pressurenya ke 7000 kPa.

Hasilnya yang disebut Export Gas akan dideliver keUser / buyer.

Pertanyaan :

Content Methane di Export Gas = ?


27/48

Case 6 :Turbo Expander Plant Feed Gas :

Temperature : 30 deg C Pressure : 5000 kPa Flowrate : 2988 kgmole/hr Component (mole Fraction) :

o N2 : 0.0149o CO2 : 0.0020o C1 : 0.9122o C2 : 0.0496o C3 : 0.0148

o i-C4 : 0.0026o n-C4 : 0.0020o i-C5 : 0.0010o n-C5 : 0.0006o C6 : 0.0003


28/48

Gas Power Plant menghasilkan power (energi listrik) denganbahan bakar fuel gas. Fuel gas direaksikan dengan udarabertekanan tinggi 2300 kPa (reaksi pembakaran) yang akanmenghasilkan energy (bagaimana?), indikasinya temperatureakan naik (mengapa?). Flow rate udara diatur agar temperature

reactor 1514 deg C. Gas hasil pembakaran akan diekspansi ke pressure 170.3kPa

dengan Gas Turbine (volume diperbesar yang mengakibatkanpressure menurun) sehingga menghasilkan power (atau energyper waktu, power ini akan menghasilkan energy listrik) dantemperature gas tsb juga akan turun. Kemudian gas-gas tsb

(temperaturenya masih tinggi) dibuang ke lingkungan. Inidigambarkan pada flow sederhana di halaman berikut.

Pada case ini kita menggunakan Combined Cycle, dimana energygas-gas buang tsb dimanfaatkan untuk cycle lainnya, dalam caseini digunakan Steam (water).

Case 7 : Gas Power Plant


29/48



30/48

Water dipumping ke HRSG (Heat Recovery SteamGenerator) dengan pressure 16010 kPa & temperature122.5 deg C untuk mengambil kalor/energy gas-gasbuang tsb. Kalor yang diambil tsb akan mengubahseluruh water tsb menjadi steam (uap/gas).

Kemudian steam ini diekspansi (pressurenya diturunkan)ke pressure 201.325 kPa. Ini akan menghasilkan powerdan menurunkan temperature steam stb. Kemudianseluruh steam tsb akan diubah wujudnya menjadi faseliquid dengan Condenser.

Hasilnya ditampung di Tank untuk membuang steamyang masih berwujud gas/uap. Steam yang sudahberwujud liquid akan dipumping kembali ke HRSG.

Flow diagramnya terlihat di halaman berikut.



31/48



32/48

Dengan menganggap tidak ada energyyang hilang ke lingkungan pada Ruang

Pembakaran, serta semua poweruntukCompressor & Pump disupply oleh GasPlant ini sendiri, Anda diminta untukmenentukan jumlah power

(energy/waktu) yang dihasilkanGasPower Plant ini.



33/48

Feed Gas: Temperature : 30 deg C Pressure : 2300 kPa Flowrate : 525500 kg/hr

Component (% mole fraction) :o Methane : 96o Ethane : 2o Nitrogen gas : 2

Udara: Temperature : 30 deg C Pressure : atm (0 psig = 14.7 psia) Component (% mole fraction) :

o Nitrogen gas : 79o Oxygen gas : 21



34/48

Water inlet HRSG : Temperature : 122.5 deg C Pressure : 1610 kPa

Flow rate : 268200 kg/hr Component (% mass fraction) :o Water : 1.0

Pressure Drop (P): HRSG (heat exchanger) : 10 kPa (Shell side)

dan 0 kPa (Tube side) Condenser : 0 kPa Reactor : 0 kPa Tank : 0 kPa



35/48



36/48

Recovery liquid gas alam (NGL) dari Gas Alam banyakditemukan di Processing Gas Alam. Recovery dilakukan

Memproduksi gas yang mudah mengalir (bebas dariheavier hydrocarbon yang mungkin condense di pipeline)

Memenuhi sales gas specification Memaksimumkan liquid recovery (ketika liquid product

bernilai tinggi dibanding gas-nya) NGL Plantdisimulasi menggunakan 3 Columnyaitu :

DE-METHANIZER(dioperasikan sebagai Reboiled

Absorber) DE-ETHANIZER (dioperasikan sebagai Distillation

Column) DE-PROPANIZER(dioperasikan sebagai Distillation

Column)

Case 8 :NGL Fractionation Plant


37/48



38/48

De-Methanizer Columndioperasikan denganpressure di top tray 2275 kPa dan pressure dibottom 2310 kPa.

Columnini mempunyai dua umpan dan a sideheateruntuk kontrol vapour traffic di Column.

FEED_1 pada top stage inlet, FEED_2 pada stage 2dan a side heater dimodelkan menggunakan energystream (2.1e+06 kJ/hr) sebagai umpan padaColumn pada stage 4.

Columnberisi 10 stage dan diinginkan komposisi

component methane di Overhead Product adalah0.96 mole fraction. Liquid bottom akan diumpankan ke De-Ethanizer

Columndengan Pumpdimana dischargepressurenya 2790 kPa.



39/48


40/48


De-PropanizerColumndiwujudkan denganRefluxed Distillation Towerberisi 24 stageserta condenser totaldan reboiler.

Umpan masuk pada stage 11 dan pressure di

condenser1585 kPa dengan pressure drop 35kPa, sedangkan di reboiler1655 kPa.

Diinginkanjumlah mole fraction i-C4 dann-C4adalah 0.015 di Overhead Liquid Product,danmole fraction propane di Bottom Product

maksimum 0.02. Tentukan flow rate (lbmole/hr) pada overhead

di De-PropanizerColumn. Gunakan Peng-Robinson untuk Fluid Packagenya.


41/48


Feed1: Temperature : -95 deg C Pressure : 2275 kPa Flowrate : 1620 kgmole/hr Component (% mole Fraction) :

o

N2 : 0.25o CO2 : 0.48o C1 : 70.41o C2 : 19.21o C3 : 7.06o i-C4 : 1.12o n-C4 : 0.85o i-C5 : 0.36o n-C5 : 0.20o C6 : 0.03o C7 : 0.02o C8 : 0.01


42/48


Feed2: Temperature : -85 deg C Pressure : 2290 kPa Flowrate : 215 kgmole/hr Component (% mole Fraction) :

o

N2 : 0.57o CO2 : 0.29o C1 : 72.27o C2 : 11.76o C3 : 7.50o i-C4 : 2.04o n-C4 : 1.97o i-C5 : 1.47o n-C5 : 1.02o C6 : 0.37o C7 : 0.47o C8 : 0.27


43/48


Expander Plant sering digunakan untukrecover/mengambil methane dari gas alam,sehingga didapat gas dengan kandunganmethane yang tinggi. Sedangkan sisanya akandiumpankan ke LPG Plant untuk mendapatkanethane (dengan De-Ethanizer), propane (denganDe-Propanizer) dan butane (dengan De-Buthanizer).

Anda diminta membuat process simulationberdasarkan data-data berikut, dan tentukan

berapa MMSCFD gas yand dihasilkan dari De-Methanizer serta pressurenya.

Gunakan Peng-Robinsonuntuk propertyPackagenya.


44/48



45/48

Umpan didinginkan(menggunakan HE & Chiller)secara extrem ke temperature -84 deg F. PadaHE, pressure Drop di tube sebesar 10 psi, dan dishell sebesar 5 psi. Pressure drop di Chillersebesar 5 psi.

Hasilnya diumpankan ke separator 2-Phaseuntuk separate gas dari liquidnya.

Gas dari separator 2-Phase akan diumpankan keExpander untuk reduce temperaturenya (denganreduce pressurenya ke 125 psig), yangkemudian dideliver ke Top of De-Methanizer.

Liquid dari separator 2-phase akan diflashingkandengan JT valve ke pressure 125 psig. Hasilnyadideliver ke stage 3 of De-Methanizer.



46/48

Untuk increase pressure, overhead De-Methanizeryang merupakan gas dengan kandungan methanetinggi akan dicompress dengan memanfaatkanpower yang dihasilkan Expander setelah sebelumnyadipanaskan di HE ke 110 deg C.

Bottom De-Methanizerberupa liquid dengankandungan ethane, propane dan butane yang tinggi.

De-Methanizerdiwujudkan dengan ReboiledAbsorber Towerberisi 9 stage (exclude reboiler)serta reboiler.

Umpan gas masuk pada stage 1, umpan liquidmasuk pada stage 3. Pressure di De-Methanizeradalah sama sebesar 125 psig.

Reflux ratio diambil 5 dan diinginkan ratio Methanedan Ethane adalah0.015 di overhead



47/48

Data Feed : Temperature :

120 deg F Pressure : 588

psig Flow rate : 100

MMSCFD

Feed composition (% molefraction) :

N2: 7.91 CH4: 73.05

C2H6: 7.68 C3H8: 5.69 i-C4H10: 0.99 n-C4H10: 2.44

i-C5H12: 0.69 n-C5H12: 0.82 C6H14: 0.42 C7H16: 0.31



48/48

Terima kasih

atas kerjasamanya&

Mohon maaf

jika ada kekurangan

Hysys Cases Basic - Natural Gas Processing

Documents

Transcript of Hysys Cases Basic - Natural Gas Processing