Vacuum Distillation Unit

     VDU berfungsi untuk memisahkan umpan berupa Low sulphur waxy residue (LSWR) yang berasal dari unit CDU menjadi fraksi yang lebih ringan berdasarkan titik didihnya seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 2.1. 

 Gambar 2.1 Komposisi Crude Oil

       Prinsip dasar operasi unit ini adalah distilasi pada keadaan vakum. Keadaan vakum diperoleh dengan cara menarik produk gas pada bagian atas kolom dengan menggunakan tiga buah  steam jet ejector yang disusun seri sehingga terjadi penururunan tekanan reaktor.

         Keadaan vakum ini diperlukan untuk menurunkan titik didih LSWR sehingga pemisahan fraksi-fraksi minyak mentah dapat berlangsung dengan lebih baik tanpa terjadi thermal Cracking. Proses pemisahan berlangsung pada temperatur 400^oC dan tekanan 18-22 mmHg. Kapasitas pengolahan unit ini adalah 92,6 MBSD. 

Perbedaan antara CDU dan VDU

                               Tabel 2.1. Perbedaan antara CDU dan VDU

Parameter	CDU	VDU
Flash Zone Pressure	1 atm (760 mmHg)	30 mmHgA
Flash Zone Temp.	330-350 oC	400-410 oC
Heater COT	330-350 oC	416-427 oC
Produk	LPG, Naphtha, Kerosene, Diesel, Atmospheric Residue	Light Vacuum Gas Oil, Heavy Vacuum Gas Oil, Vacuum Residue (untuk VDU fuel type) dan Lube Cut-1, Lube Cut-2, Lube-Cut-3 (untuk VDU lubes type; nama tergantung viscosity atau viscosity index-nya).

Peralatan-peralatan yang digunakan pada VDU

a)  Vacuum tower (V-1), condensate receiver (V-2),

b)   Feed surge drum (V-3, V-4), 1^st dan 2^nd 

c)  Stage desalter intermediet blowdown (V-9),

d)   Steam disengaging drum (V-10),

e)  KO drum (V-11),

f)   Vacuum (V-5A, V-5B), 

g)   Tempered Water expansion drum (V-6), 

h)   Continue blowdown (V-8),

i)   Heater (H-1A, H-1B),

j)   Heat exchanger (E-1AB, E-2ABC, E-3ABCD, E-4AB, E-52ABC, E-53, E-54, E-5AB, E-6AB, E-7ABCD, E-8AB, E-9A-I, E-10, E-11ABCD, E-12, E-13A-J, E-15, E-16)

k)  Ejektor (J-51, J-52, J-53),

l)   Kompresor (C-1AB),

m)  Pompa (P-2AB, P-3ABC, P-4AB, P-5AB, P-6ABC, P-7, P-8AB, P-9AB, P-10AB, P-11AB, P-12AB, P-13AB, P-14AB, P-15AB). 

Produk yang dihasilkan VDU

a)       Gas-gas yang dihasilkan sebagai fuel gas

b)       LVGO (Light Vacuum Gas Oil) sebagai komponen blending Automotove Diesel Oil (ADO)

c)       HVGO (Heavy Vacuum Gas Oil) digunakan sebagai umpan ke unit HCU.

Gambar 2.2 Diagram alir proses di VDU

          LSWR dari unit CDU ditampung di V-3 untuk dihilangkan  gasnya yang kemudian akan dibakar di flare. Umpan V-3 dialirkan ke V-5A dan V-5B, lalu untuk menghilangkan kandungan garam  digunakan air yang berasal dari unit SWS. Yang telah ditampung di V-4. Keluaran V-5AB yang berupa brine akan diolah kembali, sedangkan minyak yang sudah tidak mengandung garam akan dialirkan ke V-1 yang sebelumnya telah dipanaskan dengan E-2, E-3, dan H-1AB.

         Umpan masuk ke V-1 pada temperatur 400 ^oC. Sebelum masuk ke V-2, Produk atas diserap dengan mengggunakan J-51, J-52, dan J-53 kemudian didinginkan dengan E-52, E-53, dan E-54. Keluaran yang masih bisa diolah sebagian dikembalikan ke V-1 dan sebagian lagi dialirkan ke slope tank. Gas yang dihasilkan dimurnikan dari minyak di V-11.         

         Produk samping berupa LVGO dan HVGO yang masing-masing diambil pada suhu 219^oC dan 345^oC. LVGO dipompakan dengan P-9AB dari V-1 dan didinginkan dengan E-9A. Sebagian LVGO langsung diambil sebagai produk dan sebagian lagi akan dikembalikan ke V-1 setelah dipanaskan terlebih dahulu dengan E-10. HVGO dipompakan dengan P-6ABC dari V-1, sebagian dikembalikan ke V-1 dan sebagian lagi digunakan untuk memanaskan umpan melalui E-1AB dan E-2AB. Kemudian HVGO dilewatkan ke E-8AB untuk pendinginan lebih lanjut. Keluaran E-8AB dibagi menjadi tiga aliran yaitu aliran ke unit HCU 211 dan 212, serta aliran ke tangki HVGO. Produk bawah berupa short residue diambil pada suhu 395 ^oC kemudan didinginkan dengan E-3. Sebagian residu dikembalikan ke V-1 dan sebagian lagi akan diumpankan ke unit DCU untuk diolah lebih lanjut. Residu juga sebagian dialirkan ke tangki penyimpanan serta sebagian lagi dipanaskan dan diolah kembali di V-1.

Jenis Vacuum Distillation Unit

1.  Fuel type

Vacuum Distillation Unit fuel type merupakan fraksinasi terbatas, yang biasanya menghasilkan 3 macam produk, yaitu Light Vacuum Gas Oil (LVGO), Heavy Vacuum Gas Oil (HVGO), dan Vacuum Residue. Produk Light Vacuum Gas Oil biasanya sudah memenuhi spesifikasi diesel dan dapat langsung dikirim ke tangki penyimpanan. Produk Heavy Vacuum Gas Oil biasanya dikirim ke unit Hydrocracker atau Fluid Catalytic Cracking / FCC. Sedangkan vacuum residue dapat diolah di Delayed Coking Unit atau Visbraker atau sebagai komponen blending Low Sulfur Waxy Residue (LSWR) atau sebagai komponen blending fuel oil.

Feed VDU fuel type adalah atmospheric residue yang berasal dari CDU (boiling range 370 s/d 540 ^oC), sedangkan produknya berupa Light Vacuum Gas Oil (boiling range 243 s/d 382 ^oC), High Vacuum Gas Oil (boiling range 365 s/d 582 ^oC), dan Vacuum Residue (boiling range 582 ^oC).

Aliran proses VDU Fuel Type secara umum dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.3 Diagram alir fuel type

2. Lubes type

Vacuum Distillation Unit lubes type memerlukan pemisahan yang baik diantara lube cuts. Umpan VDU jenis ini sudah sangat tertentu karena produk-produk lubes cut mempunyai spesifikasi yang sangat sempit. VDU lubes type biasanya mempunya pressure drop yang lebih tinggi dan cut point yang lebih rendah daripada VDU fuel type. VDU lubes type biasanya memproduksi 3-4 macam lube base oil dengan spesifikasi yang jauh lebih ketat jika dibandingkan produk VDU fuel type (terutama dalam hal spesifikasi viscosity dan viscosity index).

Feed VDU lubes type berupa atmospheric residue yang berasal dari CDU atau unconverted oil yang berasal dari unit Hydrocracker.

Produk-produk VDU lubes type tergantung jenis grade lube base oil yang ingin dihasilkannya, biasanya ada 3 jenis grade yang dapat dihasilkan oleh VDU lubes type.

Aliran proses VDU Lubes Type secara umum dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.4 Diagram alir lubes type

Variabel Proses Vacuum Distillation Unit

Variabel proses yang berpengaruh pada operasi Vacuum Distillation Unit adalah tekanan kolom VDU, temperature flash zone, temperature draw off  produk (LVGO-HVGO untuk VDU fuel type atau Lube Cut-1, Lube Cut-2, Lube Cut-3 untuk VDU lubes type).

a   1. Tekanan

Variabel proses utama yang mempengaruhi operasi VDU dan yield produk gas oil adalah tekanan kolom VDU. Semakin vacuum tekanan kolom VDU, maka semakin banyak yield produk gas oil dapat dihasilkan. Tekanan kolom VDU yang dijadikan acuan adalah tekanan top kolom VDU. Biasanya tekanan top kolom VDU diatur sekitar 15 mmHg untuk dapat memaksimalkan yield produk. Semakin tinggi tekanan kolom maka yield produk gas oil akan semakin sedikit dan yield produk vacuum bottom semakin banyak. Untuk tekanan top kolom VDU sebesar 15 mmHg, maka tekanan bottom kolom VDU/tekanan flash zone biasanya sekitar 30 mmHg (untuk kondisi tray yang bersih).

b  2. Flash Zone Temperature

Setelah tekanan, maka temperatur flash zone menjadi variabel proses lain yang penting. Semakin tinggi flash zone temperature maka semakin banyak pula yield produk gas oil yang dihasilkan. Namun flash zone temperature tidak boleh terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan kecenderungan pembentukan coke pada sekitar flash zone (terutama di area slop wax) menjadi tinggi. Best practice yang biasa dipakai adalah temperature flash zone dijaga agar temperature draw off slop wax tidak lebih dari 380 ^oC atau temperature stack slop wax tidak lebih dari 400 ^oC. Namun jika kondisi packing tray sangat kotor maka best practice ini menjadi hampir tidak mungkin dipakai, karena dengan menjaga kondisi operasi seperti ini yield gas oil akan sangat rendah dan yield vacuum bottom akan menjadi sangat tinggi. Best practice ini dapat sedikit diabaikan sambil menunggu kedatangan packing tray dan plant stop untuk penggantian packing tray. Kenaikan temperature draw off slop wax sebesar 10 oC akan menaikkan kecepatan pembentukan coking sebanyak 2 kali lipat (UOP Engineering Design Seminar, Des Plaines – Materi Vacuum Unit Design). Biasanya flash zone temperature dijaga antara 397 s/d 410 ^oC.

Flash zone temperature diatur secara tidak langsung, yaitu dengan mengatur Combined Outlet Temperatur/COT fired heater.

c   3. Temperatur Bottom Kolom VDU

Temperatur bottom kolom VDU harus dijaga antara 370-380 ^oC dengan alasan yang sama seperti telah dijelaskan pada point V.2. Pengendalian temperatur bottom kolom VDU ini dilakukan dengan mengatur jumlah produk bottom kolom VDU yang dikembalikan lagi ke bottom kolom VDU setelah sebagian panasnya diserap di feed/bottom heat exchanger.

d   4. Temperatur Slop Wax

Slop wax section pada kolom VDU berfungsi untuk menghilangkan 5% gas oil terberat dari aliran uap yang mengalir ke atas dari flash zone. Kepentingan penghilangan 5% gas oil terberat adalah untuk menghilangkan kandungan metal dan asphaltene yang biasanya terkandung di dalam fraksi terberat gas oil. Pengaturan temperature slop wax tidak dilakukan secara langsung tetapi dengan cara mengatur temperature flash zone/combined outlet temperature fired heater. Best practice pengaturan temperature slop wax adalah seperti telah dijelaskan pada point V.2.

e   5. Jumlah/Temperature Hot Reflux HVGO

Hot reflux HVGO biasa disebut juga sebagai HVGO wash karena aliran reflux ini berfungsi untuk mencuci/membasahi packing tray yang berada pada bagian bawah HVGO accumulator agar pada packing tray tidak terjadi coking. Best practice UOP, jumlah hot reflux HVGO adalah 0,3-0,5 gpm/ft2 luas permukaan packing tray (2006 UOP Engineering Design Seminnar, Des Plaines, USA).

     6. Jumlah/Temperature Cold Reflux HVGO

Cold reflux HVGO berfungsi untuk mengatur spesifikasi produk HVGO. Semakin tinggi temperature cold reflux HVGO (dan/atau semakin banyak jumlah cold reflux HVGO) maka semakin banyak fraksi yang lebih berat yang terkandung di dalam produk HVGO sehingga akan berefek pada kualitas HVGO seperti end point HVGO dan kandungan metal meningkat.

g   7. Residence Time Produk Bottom di Bottom Kolom VDU

Semakin tinggi level bottom kolom VDU maka semakin tinggi juga residence time-nya. Biasanya level bottom kolom VDU dijaga sekitar 50 % yang merupakan optimasi antara residence time dan menghindari terjadinya loss suction pada pompa bottom kolom VDU.

8. Gas Oil Draw off Temperature

Gas oil draw off temperature diatur untuk dapat menghasilkan yield produk gas oil (LVGO-HVGO untuk VDU fuel type atau Lube Cut-1, Lube Cut-2, Lube Cut-3 untuk VDU lubes type). Untuk VDU fuel type dapat diatur dengan memaksimalkan produk LVGO atau dengan memaksimalkan produk HVGO. Jika spesifikasi produk LVGO sudah dapat memenuhi spesifikasi produk diesel, maka lebih baik unit VDU dioperasikan dengan memaksimalkan produk LVGO dan meminimalkan produk HVGO. Namun jika spesifikasi produk LVGO tidak dapat memenuhi spesifikasi produk diesel dan hanya digunakan sebagai salah satu komponen blending diesel, maka lebih baik unit VDU dioperasikan dengan memaksimalkan HVGO, karena HVGO dapat diolah di unit Hydrocracker yang akan meng-crack HVGO menjadi produk-produk yang bernilai lebih tinggi, yaitu, LPG, Naphtha, Kerosene, dan Diesel.

     9. Titik-titik yang berbahaya (Danger points).

Terdapat dua catatan penting dimana setiap orang yang berhubungan dengan operasi unit vakum  harus selalu diingat pada setiap waktu :

   - Air yang meski dengan lambat (slugs) memasuki  kolom vakum akan menyebabkan kerusakan   tray yang besar (extensive tray damage) karena air akan melimpah dibawah kondisi operasi normal. Line injeksi steam harus dengan hati-hati didrain dari semua kondensat sebelum diinjeksi dengan steam.
  - Tidak ada peralatan,  selama dibawah vacuum, dapat  dibuka ke atmosfir pada setiap keadaan. Gunakan hanya sample point yang  sudah  dirancang pada bagian discharge dari pompa-pompa.

Permasalahan, Penyebab, dan Troubleshooting Vacuum Distillation Unit

Permasalahan	Penyebab	Troubleshooting
Pour Point LVGO tinggi.	Adanya fraksi HVGO yang terikut sebagai produk LVGO.	Naikkan jumlah reflux LVGO, dan/atau Turunkan temperature reflux LVGO.
Yield produk gas oil rendah/yield produk vacuum bottom tinggi	Terbentuk coking pada packing tray sehingga proses kontak uap-cair dalam kolom VDU terganggu. Kevakuman kolom VDU kurang (tekanan top kolom VDU naik). Temperature flash zone rendah. Temperature draw off gas oil rendah.	Naikkan temperature flash zone. Naikkan kevakuman kolom VDU (turunkan tekanan top kolom VDU dengan mengatur operasi steam ejector). Naikkan temperature draw off gas oil.
Leaking pada downstream top kolom VDU (biasanya di daerah condenser).	Kondensasi gas yang mengandung senyawa korosif. Kebocoran pada sisi pendingin yang medianya biasanya adalah air laut.	Jika masih mungkin mem-bypass condenser, maka dilakukan bypass condenser dan kemudian dilakukan perbaikan condenser. Biasanya disain VDU masih tersedia spare untuk condenser, sehingga dapat dilakukan change over condenser untuk kemudian condenser yang bermasalah dilakukan perbaikan. Jika tidak mungkin mem-bypass condenser atau tidak ada spare condenser, maka unit harus stop untuk dilakukan perbaikan.
Loss suction pompa bottom VDU.	Level indicator bottom VDU bermasalah.	Perbaiki level indicator bottom VDU. Jika perbaikan level indicator bottom VDU memakan waktu lama atau sudah tidak dapat diperbaiki, maka gunakan acuan temperature pada bottom kolom VDU (biasanya bottom kolom VDU didisain memiliki 3 level indicator).

DAFTAR PUSTAKA

Eriyadi, Pemodelan dan Simulasi Steam Reformer Kilang Pertamina UP II Dumai, Bandung

Noname.2001.”HOC-Operating Manual High Vacuum RU II Dumai.”. PT.Pertamina(Persero)

Ramadahan,Hapip.2009.”Laporan Kerja Praktek PT.Pertamina RU II Dumai”. Pekanbaru:Fakultas Teknik Universitas Riau

Yunidar, Evaluasi Performance Heat Echanger E-1 s/d E-7 Train A (Pre Heater) Crude Distilation Unit, Laporan Kerja Praktek Pertamina UP II Dumai, Riau : Prodi D3 Teknik Kimia UNRI, 2004