Efisiensi Energi di Hydrotreater & Reformer: Panas Buangan Jadi Aset, Kompresor Hidrogen Dihemat

Hydrotreater adalah salah satu “pemakan panas” terbesar di kilang. Strategi paling berdampak: combined feed/effluent exchanger atau CFE (penukar panas yang meminjam panas effluent reaktor untuk memanaskan feed). Seperti dicatat Alfa Laval, “feed is preheated by means of the reactor effluent, [so that] the closer the temperature approach, the less energy is required in the fired heater” (alfalaval.com).

Dalam praktiknya, beberapa exchanger sering dirangkai untuk mendekati pinch limit (batas termodinamika “pinch” dalam pinch analysis, yaitu metode merancang jaringan penukar panas). Satu catatan menyebut “up to eight shell-and-tube heat exchangers in series” demi pemulihan panas maksimal (alfalaval.com). Dengan high-efficiency plate heat exchangers, hot approach bisa ditekan ~12–30 °C (versus 50–80 °C pada shell-and-tube) (alfalaval.com), seringkali membuat fired heater hanya benar‑benar diperlukan saat startup.

Retrofit modern dengan plate exchanger menunjukkan lompatan kinerja: satu pemasok melaporkan kapasitas naik hingga 30% (tanpa mengganti heater/kompresor) dan penurunan konsumsi energi per ton feed ~45% (alfalaval.com). Sejalan, studi pinch‑analysis di kilang konsisten menemukan penghematan utilitas dalam skala puluhan persen; contoh retrofit di crude unit menghemat biaya pemanasan tahunan ~34% (scirp.org), dan survei industri menyiratkan 30–100% penghematan utilitas layak dicapai dengan matching panas yang lebih baik (scirp.org).

Integrasi panas feed–effluent

CFE exchanger (combined feed/effluent) mengalirkan effluent reaktor yang panas untuk memanaskan feed masuk, memangkas duty furnace secara langsung. Untuk suhu pendekatan (temperature approach) serapat mungkin ke pinch, beberapa unit merangkai hingga delapan shell-and-tube secara seri (“up to eight shell-and-tube heat exchangers in series”) (alfalaval.com). Plate exchanger berperforma tinggi dapat mendorong hot approach hanya ~12–30 °C, jauh di bawah 50–80 °C tipikal shell-and-tube (alfalaval.com).

Bukti dari pemasok memperlihatkan imbal hasil yang material: retrofit plate exchanger dapat menambah throughput ~30% tanpa menaikkan kapasitas heater atau kompresor, sekaligus memotong energi spesifik ~45% per ton feed (alfalaval.com). Pinch analysis (metode optimasi jaringan penukar panas) secara historis menegaskan potensi penghematan besar—contoh kasus ~34% biaya pemanasan tahunan di crude unit (scirp.org), dengan kisaran 30–100% utilitas lebih rendah di banyak unit menurut survei (scirp.org).

Reformer: pemanfaatan panas dan uap

Pada reformer, termasuk CCR (continuous catalytic reformer, reformer katalitik beroperasi kontinu), panas dari effluent naphtha dan purge gas dapat dipakai untuk preheat feed atau menghasilkan uap. Audit energi di CCR Slovnaft melaporkan penghematan besar lewat perbaikan reuse kondensat/air umpan boiler dan memaksimalkan cogeneration dari gas buang furnace; totalnya lebih dari €600,000 penghematan biaya energi selama tiga tahun (link.springer.com). Dalam audit itu, kombinasi perbaikan preheat air umpan dan pembangkitan uap dari waste heat menjadi “low hanging fruit”.

Secara operasional, burner reformer biasanya memikul sebagian besar duty preheat feed, sehingga memanfaatkan panas keluar reaktor akan memangkas firing furnace. Contoh terbaru di Indonesia: satu kilang (Pertamina Plaju) mengonfigurasi ulang pasokan hot feed sehingga feed ke furnace masuk pada suhu lebih tinggi; konsumsi bahan bakar furnace turun dari ~114 ke ~112 ton/hari (sekitar 1.75% reduksi), setara penghematan ~48,000 GJ per tahun dan pemotongan ~2436 tCO₂/tahun (sumsel.tribunnews.com).

Di sisi utilitas air panas/uap, reuse kondensat/air umpan boiler kerap berkaitan dengan kualitas air proses. Solusi berbasis membran untuk industri dan utilitas, seperti RO, NF, dan UF, relevan untuk menunjang keandalan supply. Untuk polishing ulang kondensat setelah penukar panas, opsi seperti condensate polisher umum dipertimbangkan dalam ekosistem utilitas kilang.

Kompresor recycle hidrogen

Hydroprocessing seperti hydrotreating/hydrocracking mengandalkan sirkulasi hidrogen, dengan recycle compressor sebagai beban energi utama. Skema khas: gas produk kaya H₂ didinginkan dan discrub, lalu dikompresi bertahap (multi-stage) kembali ke tekanan reaktor. Karena H₂ sangat ringan, kompresi mahal secara energi: menaikkan tekanan hingga 1000 bar secara teoritis memerlukan 2.6–8.6 kWh/kg (ideal isothermal vs isentropic work; isothermal = suhu konstan, isentropic = tanpa pertukaran panas) (awoe.net).

Fakta lapangan jauh dari ideal: reciprocating H₂ compressor kerap hanya ~45% isothermal efficiency dan mengonsumsi ≥5.8 kWh/kg H₂ yang dikompresi (awoe.net). Sebagai pembanding, Linde melaporkan instalasi kompresor lengkap menaikkan H₂ dari 50 bar ke 900 bar pada ≈2.7 kWh/kg (termasuk ancillary) (awoe.net).

Dalam kilang, bila recycle H₂ mencapai 500–1000 Nm³ (normal meter kubik) per m³ feed, daya kompresor bisa beberapa MW. Contoh kasar: 1 kg/detik H₂ ≈3.6 ton/hari; pada ~4 kWh/kg, dayanya ~4.2 MW kontinu. Maka, meminimalkan recycle ratio atau pressure drop, dan memakai train kompresor efisien, menghasilkan penghematan besar. Multi-stage dengan intercooler (pendinginan antar-tahap) menaikkan efisiensi; variable-speed drive (VSD) membantu menyesuaikan daya dengan beban.

Beban kompresi H₂ lazimnya porsi signifikan dari listrik unit, sehingga menekan kehilangan H₂ krusial: katalis beraktivitas lebih tinggi (membolehkan sirkulasi lebih rendah), operasi dekat spesifikasi (menghindari recycle gas terlalu kaya), serta analyzer H₂/H₂S online untuk purge secukupnya menahan H₂S di batas katalis—mencegah kehilangan vent dan re‑kompresi yang tidak perlu. Optimasi jaringan hidrogen—termasuk leak detection, PSA atau pemulihan membran (PSA = pressure swing adsorption, pemisahan gas berbasis adsorben dengan ayunan tekanan), serta hydrogen cascading dari unit bertekanan tinggi ke rendah—bisa memungkinkan kilang memanfaatkan >90% H₂ yang dihasilkan (thepetrosolutions.com).

Konteks Indonesia dan hasil terukur

Contoh nyata: program “Promax” di Pertamina Plaju mengirim feed lebih panas ke furnace hydrotreater sehingga beban bakar turun ~1.75% (~48,000 GJ/tahun) dan emisi CO₂ turun ~2436 tCO₂/tahun, membantu meraih PROPER “Gold” 2024 (sumsel.tribunnews.com). Peningkatan valve di jaringan exchanger dan hidrogen pun berjalan: penggunaan plate exchanger berkinerja tinggi memungkinkan peningkatan throughput hydrotreater ~30% dan pemangkasan energi spesifik ~45% (alfalaval.com).

Program regulasi nasional (seperti PROPER) memberi pengakuan atas capaian efisiensi, mendorong investasi heat recovery. Pemerintah juga menekankan “increasing efficiency and productivity” setiap unit kilang untuk menambah nilai bagi perekonomian nasional (pantauriau.com). Tren ini senada dengan benchmark industri dan studi IEA yang menunjukkan kilang best‑practice punya intensitas energi jauh lebih rendah.

Intinya jelas di angka: jaringan exchanger yang dioptimasi dapat memangkas kebutuhan fuel gas 34–45% atau lebih (scirp.org; alfalaval.com), sementara jaringan hidrogen yang streamline menghindari tambahan megawatt daya kompresor. Kombinasi “maximum heat integration” (feed–effluent exchanger, steam recovery, cogeneration) dan “efficient hydrogen recycling” (minimasi H₂ slip dan beban kompresor) memberikan penghematan terukur—metrik yang langsung tercermin pada biaya operasi dan kinerja lingkungan (alfalaval.com; awoe.net).