Rangkuman Diskusi Mailing List Migas Indonesia (Juni 2003) ini membahas tentang Fouling pada Oil Refinery. Adakah yang tahu mengenai fouling yang biasa terjadi didalam industri Refinery? Jika ada, mungkin bisa di-share informasi mengenai sebab-sebab terjadinya fouling tersebut, jenis-jenis fouling dan cara-cara mengatasi masalah fouling?

Pertanyaan : (Hisham bin Jabar – Segi Perkasa
Sdn Bhd)

Adakah yang tahu mengenai fouling yang biasa terjadi didalam industri Refinery?
Jika ada, mungkin bisa di-share informasi mengenai sebab-sebab terjadinya fouling
tersebut, jenis-jenis fouling dan cara-cara mengatasi masalah fouling?

Tanggapan 1 : (Lindung Silalahi – PT. Staris
Giros Indonesia)

Mungkin informasi dibawah ini (mohon maaf saya sampaikan dalam bahasa Inggris
yang saya kutip dari beberapa sumber pustaka agar tidak menjadi rancu pengertiannya)
dan saya berharap dapat memberikan anda sedikit penjelasan mengenai Fouling
di Industri Perminyakan sbb:

So far, generally Fouling is identically found in the marine sector. In oil
refinery is limited on certain areas which are subjected to immersion surface
eg: Platforms, Ship bottom, Jetty, and perhaps in the sea water tank.

The species which constitute fouling are those sessile organism which occur
in nature on substrates that afford a reasonably firm base for settlement. Some
of this species can be seen on the seashore, but as the conditions along jetty
piles or ship hull some time become extreme, and only a relatively small number
are known as ship foulers. Fouling organisms can be grouped under micro-organisms
forming the primary film or "slime"-layer and under macro-organisms
can be seen with naked eye. The film (micro-organisms) may consists: Bacteria,
fungi,protozoa and diatoms.

Macro-organisms are the algae and the animals/larvae (these are the major fouling
we can see in the jetty piles and ship hull). The typical of Macro fouling organisms
can be devided into two groups: With Shell and without Shell. With Shell, their
are: Barnacles, goosenecks,tubeworms and molluscs. Without Shell: Algae,Hydroids,bryozoa,tunicates
and bryozoa. In the coating industry it is well known the "Antifouling
paint " against this fouling.

Tanggapan 2 : (Adhi Budhiarto – Pertamina
(Dumai Refinery)

Salah satu penyebab terjadinya fouling/scale/korosi di Refinery adalah adanya
impurities dalam crude oil. Crude oil impurities ini berasal dari berbagai macam
sumber, antara lain impurities tersebut memang terkandung dalam crude oil yang
diambil dari perut bumi, impurities tersebut terikut akibat proses-proses yang
digunakan di exploration sites, impurities tersebut terikut saat crude oil dalam
perjalanan dari site ke refinery (hal ini terutama terjadi jika crude oil dibawa
ke refinery dengan menggunakan kapal laut), impurities tersebut terkandung dalam
recovered oils atau waste streams yang dicampur dengan crude oil sebagai crude
oil umpan refinery. Crude oil impurities dapat dibagi menjadi 2 kelompok : oil
soluble (juga disebut oleophilic atau oil loving) dan oil insoluble (juga disebut
oleophobic atau oil hating).

OLEOPHILIC

  • Organic sulfur compounds (0.1-5.0% wt as S)
  • Organometallic compounds: Ni, V, Fe,As (5-400 ppm)
  • Naphthenic acids (0.03-0.4% vol)
  • Nitrogen compounds (0.05-15% vol)
  • Miscellaneous oxygen compounds (0-2.0%wt as O)

OLEOPHOBIC

  • Water or brine (size : 0.5-17 micron ; 0.1-10%vol)
  • Inorganic salts (10-1000 ptb atau 39-390 g/m3); ptb=pounds per thousand
    barrels
  • Sediment (size : 20-200 micron ; 0.01-1% vol)
  • Suspended solid (size < 20 micron, biasanya 4-7 micron ; 1-500 ptb
    atau 3.9-180 g/m3

Komposisi solid yang terkandung dalam crude oil (typical) : S (40%), Iron (35%),
CHO (17%), Si (7%), Mg (0.5%), Copper (0.05%).

(Sumber : "Desalting Overview", Nalco)

Dari impurities di atas yang terutama dapat menyebabkan fouling adalah salts,
sediment, dan suspended solids. Air yang terkandung dalam crude oil juga dapat
menjadi penyebab terjadinya fouling/scale/korosi, karena air tersebut mengandung
garam-garam anorganik. Garam-garam yang paling umum adalah garam-garam klorid,
sulfat, dan karbonat dari Na, Mg, dan Ca. Garam klorid adalah garam yang memproduksi
asam, yang akan menghasilkan HCl yang dapat menyebabkan korosi dalam crude tower
overhead system. Sedangkan garam karbonat dan sulfat adalah hardness salts yang
akan membentuk scale saat air menguap, terutama dalam preheat train (pada temperatur
tinggi bahkan scale dapat terbentuk tanpa perlu penguapan air, karena kelarutan
garam-garam ini turun dengan kenaikan temperatur). Dengan adanya garam-garam
klorid dalam crude oil dan temperatur tinggi dalam Crude Distilling Unit (CDU)
maka akan terjadi hidrolisis garam-garam tersebut.

MgCl2 + 2 H2O ¯¯¯> Mg(OH)2 + 2 HCl (121 °C)
CaCl2 + 2 H2O ¯¯¯> Ca(OH)2 + 2 HCl (204-232 °C)
NaCl + H2O ¯¯¯> NaOH + HCl (>537 °C)

Dalam CDU hanya reaksi 1 & 2 yang mungkin terjadi, karena CDU jarang mencapai
temperatur >537 °C. Reaksi 3 dapat terjadi pada Vacuum unit atau pada
furnace tube skin. HCl yang terbentuk akan keluar sebagai crude tower top product,
sedangkan NaCl, Mg(OH)2, dan Ca(OH)2 akan keluar sebagai crude tower bottom
product. HCl dalam bentuk gas tidak korosif, tetapi jika gas HCl bercampur dengan
air maka akan menjadi senyawa yang sangat korosif, yang akan menyerang iron
atau logam lain (2 HCl + Fe ¯¯¯> H2(g) + FeCl2). Dengan kehadiran
H2S maka akan terjadi reaksi yang berulang.

2 HCl + Fe ¯¯¯> H2(g) + FeCl2
FeCl2 + H2S ¯¯¯> FeS(s) + 2 HCl
2 HCl + Fe ¯¯¯> H2(g) + FeCl2

Kandungan sediment dalam crude oil dapat menyebabkan fouling/plugging dalam
pre-heat exchanger, juga dapat menyebabkan fouling/plugging pada crude tower
trays (sehingga dapat mengurangi kapasitas pengolahan refinery, penurunan kuantitas
dan kualitas produk, dan menurunkan efisiensi distilasi). Selain itu kandungan
sediment dalam oil juga dapat menyebabkan erosi pada control valve, piping,
pompa, dan alat-alat lain. Suspended solids juga dapat menyebabkan fouling dan
coking.

Salah satu cara untuk mencegah/mengurangi fouling/scaling/korosi yang diakibatkan
oleh adanya impurities dalam crude oil (terutama di refinery upstream processes/primary
processing) adalah dengan memasang desalter pada crude tower upstream. Desalter
dapat menghilangkan/mengurangi kandungan brine (air dan garam-garam anorganik),
sediment (sand, silt, dan drilling mud), dan suspended solids, yang menjadi
sumber fouling/scale/korosi.

Salah satu bentuk fouling yang mungkin terjadi di refinery downstream process/secondary
processing (saya ambil contoh pada unit HC Unibon/Hydro Cracker) adalah pembentukan
endapan NH4HS (ammonium hydro sulfide), yang akan mengendap pada tube-tube cooler.
Endapan ini terbentuk dari reaksi antara ammonia (NH3) dengan H2S. Senyawa-senyawa
nitrogen organik yang terkandung dalam umpan HC Unibon (typical umpan HC Unibon
adalah Heavy Vacuum Gas Oil dan Heavy Coker Gas Oil) akan diubah menjadi NH3,
sedangkan senyawa-senyawa sulfur organik yang terkandung dalam umpan HC Unibon
akan diubah menjadi H2S. Untuk menghilangkan NH3 dan H2S tersebut, maka pada
effluent reaktor HC Unibon diinjeksikan wash water.

Fouling dapat juga terjadi pada furnace convection section (baik di primary
maupun di scondary processing) terutama jika furnace flue gas temperature cukup
rendah (< 176 °C; tergantung dew point sulfur pada flue gas). Oleh karena
itu, jika ingin memanfaatkan panas furnace flue gas harus mempertimbangkan dew
point sulfur dalam furnace flue gas sehingga sulfur tersebut tidak terkondensasi
dan menutup permukaan convection tubes yang tentunya akan mengurangi transfer
panasnya.

Selain terjadi pada "core" refinery processes, fouling/scaling/korosi
dapat juga terjadi pada refinery utilities. Zat-zat yang dapat menyebabkan scale
keras dan berbahaya adalah Ca, Mg, dan SiO2, sedangkan zat yang dapat menyebabkan
korosi adalah gas CO2 & O2. Pengolahan air (terutama air sebagai boiler
feed water) untuk membebaskan air dari zat-zat berbahaya tersebut ada 2 macam
(external & internal treatment).

1. External treatment adalah pengolahan pendahuluan yang dilakukan di luar
boiler, antara lain clarifier/ penjernihan air dan demineralisasi.

Reaksi pada clarifier/clearator :

Al2(SO4)3 + Ca/Mg(HCO3)2 ¯¯¯> 2Al(OH)3 + Ca/Mg(SO4) + 6
CO2
Al2(SO4)3 + Na2CO3+3H2O ¯¯¯> 2Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2
Al2(SO4)3 + Ca(OH)2 ¯¯¯> 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4

Al(OH)3 adalah intiflock yang mengikat kotoran-kotoran dan akan mengendap.
Untuk garam-garam yang tidak terendapkan di clarifier, maka akan diambil di
demineralizer.

Reaksi di Demineralizer pada kolom cation :

Ca/Mg(HCO3)2             H2CO3
Ca/Mg(SO4)                  H2SO4
Ca/Mg(Cl2) + RH ¯¯¯> R(Ca/Mg/Na) + HCl
NaCl                              HCl
SiO2                              H2SiO3

RH adalah resin kation yang mengikat Ca, Mg, Na dan melepas ion H. HCO3, SO4,
Cl, dan HsiO3 akan diikat di kolom anion.

Reaksi di Demineralizer pada kolom anion :

H2CO3                    HCO3
H2SO4                    HSO4
HCl + R(OH) ¯¯¯> RCl + H2O
H2SiO3                  
HsiO3

R(OH) adalah resin anion yang mengikat HCO3, SO4, Cl, dan HsiO3.

2. Internal treatment adalah pengolahan air yang dilakukan di dalam unit boiler/steam
generator. Jika zat-zat berbahaya di atas masih lolos maka di Boiler dapat diinjeksikan
Sodium Phosphate yang akan mengubah endapan keras menjadi bentuk lumpur yang
mudah di blow down.

Reaksi injeksi sodium phosphate dalam boiler :

Ca/Mg(CO3) + Na3PO4 ¯¯¯> Ca3/Mg3 (PO4)2 + Na2CO3

Ca3(PO4)2 dan Mg3(PO4)2 adalah endapan lumpur. Untuk terjaminnya bahwa telah
semua Ca & Mg carbonate telah diubah menjadi lumpur,maka diperlukan kelebihan
phosphate (biasanya 10-30 ppm).

Untuk mengikat O2 yang masih lolos dari deaerator, maka diinjeksikan oxygen
scavenger/hydrazine (N2H4)