Membedah CDU: Jantung Kilang Ada di Furnace, Keputusan Diambil di Dalam Kolom

CDU memisahkan crude menjadi gas, naphtha, kerosene, gas oil, hingga atmospheric residue—itulah “pintu masuk” semua kilang modern (www.intechopen.com). Feed terlebih dahulu didesalting (mengeluarkan air, garam, partikel) untuk melindungi peralatan hilir (www.intechopen.com).

Di panggung global, kapasitas pemrosesan mencapai ~103,5 juta barel per hari (Mbbl/d) pada 2023 (www.offshore-technology.com). Di Indonesia, kilang milik negara memegang sekitar 1,0–1,1 Mbbl/d—sekitar 90% kapasitas nasional (www.pertamina.com). PT Pertamina mengoperasikan enam kilang (RU II–VII) memproses ≈1 juta bpd dan menambah ~126 kbpd kapasitas pada 2019–2023 lewat debottlenecking dan upgrade (www.pertamina.com) (www.pertamina.com).

Slate produk sangat ditentukan kualitas crude: untuk crude densitas menengah (API ~35°, SG≈0,84), tipikal yield mendekati 38% gasoline (light+heavy naphtha), 12% kerosine, ~36% distillate (gas oil), dan ~6% bottoms (atmospheric residue) (www.engineeringtoolbox.com). Semakin berat crudenya (mis. SG≥0,88), distillate plus residue naik (>50%) dan naphtha turun (www.engineeringtoolbox.com).

Furnace: penentu fraksi uap‑cair

Fired heater (furnace) memasok panas untuk memvaporisasi sebagian crude. Setelah preheat (~250°C), crude dipanaskan ke ~350–380°C melalui seksi konveksi dan radiasi (www.intechopen.com). Desain tube-furnace adalah arus utama (www.intechopen.com), dengan target outlet umum 330–385°C untuk mendapatkan kira-kira 70–80% uap masuk kolom (www.intechopen.com).

Contoh kasus pada ~2 bar: pemanasan Bonga crude dari 250°C ke 380°C menghasilkan sekitar 103.104 kg/jam uap dan 35.055 kg/jam cair (≈75% uap massa) (www.intechopen.com) (www.intechopen.com). Under-heating menggeser yield ke bottoms, over-heating memicu thermal cracking dan coking; batas aman sering dipatok ~385°C di radiant coils (www.intechopen.com).

Furnace umumnya membakar refinery fuel gas atau fuel oil, dengan efisiensi pembakaran 85–95%. Faktor operasional seperti excess air, flue‑gas losses, tube fouling, dan radiation losses perlu dikendalikan. Upgrade kontrol—seperti burner management modern dan CO/O₂ trim—dilaporkan memangkas konsumsi bahan bakar ~5% (~0,74 m³ oil/hari), menurunkan emisi CO₂ 3–5%, dan menaikkan efisiensi termal ~1,5% (www.mdpi.com). Heat recovery lewat stack economizer dan preheat penukar panas feed/effluent juga krusial: sekitar 10–15% entalpi feed bisa direcover di pinch exchangers, menurunkan fired duty. Pada CDU besar (100–250 kbpd; kbpd: ribu barel per hari), heater memasok >90% internal reboiling duty; konsumsi bahan bakar tahunan sering melewati 10¹¹–10¹² kJ.

Poin desain: duty furnace mengikuti beban (mis. ~40–50 MW untuk unit 100 kbpd); seksi konveksi bisa memanaskan feed dan aliran sekunder; split uap‑cair outlet harus konsisten dengan titik pemisahan kolom. Material pipa mesti tahan soot/blowdown dan H₂S (hidrogen sulfida). Di Indonesia, batas emisi NOₓ/SOₓ mewajibkan burner modern (ULNB/LNB; ultra‑low/low NOx burner) sering jadi spesifikasi.

Catatan fouling: program pengendalian kerak pada sisi panas membantu menjaga perpindahan panas dan ΔP (penurunan tekanan) rendah; ini kerap membutuhkan injeksi kimia akurat menggunakan peralatan seperti dosing pump dan pendekatan penghambat kerak seperti scale inhibitor. (Penyebutan ini bersifat generik untuk konteks pengendalian fouling.)

Masuk Kolom: target uap‑cair dan batas cracking

Target uap‑cair masuk kolom—umumnya 70–80% uap—menetapkan kondisi kesetimbangan awal yang menentukan kurva pemisahan di sepanjang kolom (www.intechopen.com). Kelebihan panas memperbesar risiko cracking dan coking; kontrol furnacenya—set point, excess air, dan profil suhu—harus stabil. Heat integration yang canggih memungkinkan fired duty ditekan tanpa mengorbankan fraksi uap yang diperlukan.

Internal kolom: tray versus packing

Di dalam shell kolom, pemisahan utama terjadi lewat kontak lawan‑arus uap‑cair. Industri menggunakan dua keluarga internal: tray (plate) dan packing; kira‑kira 50% kolom memakai tray dan 50% memakai packing secara global (www.chemengonline.com). CDU atmosferik lazimnya bertumpu pada tray, sementara vacuum tower lebih sering memakai packing—dipicu oleh laju cairan, ΔP, fouling, dan turndown.

Tray (sieve, valve, bubble‑cap) membentuk tahapan diskret: setiap tray menahan pool cairan; uap naik melalui lubang/valve dan turun ke tray di bawah via downcomer. Spasi tray pada kolom besar lazim 0,6–0,9 m; jumlah tray disesuaikan kebutuhan separasi—misalnya 20–30 tray aktif di atas feed (rectifying) dan 20–30 di bawah (stripping) (www.intechopen.com) (www.chemengonline.com). Bubble‑cap punya rentang operasi lebar namun ΔP tinggi; valve tray menawarkan turndown moderat; sieve tray sederhana namun rentan weeping. Tray cenderung tangguh untuk feed berat dan bisa di‑blanking (valve cover) saat laju uap berubah; efisiensi per tray sering 40–70% dari tahapan teoritis. Konsekuensinya, ΔP lebih tinggi karena uap harus membuih melewati cairan di tiap stage (www.boardmaninc.com).

Packed column menggunakan elemen yang memberi luas permukaan besar per volume. Liquid merembes ke bawah lewat distributor; uap naik dan menjaga kontak film/uap kontinu. Ada random packing (mis. Raschig ring, Berl saddle) dan structured packing (lembar bergelombang berperforasi) (www.chemengonline.com). Structured packing modern mencapai luas permukaan sangat tinggi dengan resistansi rendah; ΔP jauh lebih rendah dibanding tray pada throughput sama (www.boardmaninc.com). Ini krusial di vacuum tower: pada tekanan operasi rendah (sekitar 100–200 mbar), tambahan ΔP kecil pun menggerus boilup, sehingga structured packing (mis. tumpukan metal gauze atau lembar bergelombang) sering dipilih untuk meminimalkan backpressure. Packed tower juga cenderung lebih kompak untuk separasi setara (HETP—height equivalent to a theoretical plate—rendah). Kekurangannya: sensitif maldistribusi, kurang tahan foaming/partikulat; karena itu banyak CDU memakai tray di atmosferik dan packing di vacuum.

Secara numerik, ΔP tray bisa beberapa kali ΔP packing pada beban uap ekuivalen—ini berdampak pada duty furnace (dan biaya bahan bakar) untuk mempertahankan boilup. Ringkasnya, packed tower “menyediakan luas antarmuka ekstra…meningkatkan efisiensi untuk tinggi kolom yang sama,” sementara tray “lebih unggul menangani padatan” dan laju cairan rendah (www.chemengonline.com).

Dimensi, tekanan, dan draw kolom

Kolom distilasi atmosferik berskala besar dapat setinggi 30–60 m dan diameter 5–8 m. Lalu lintas uap (cooling duty dan diameter) diset oleh laju overhead (gasoline dan lebih ringan). Spasi tray, area downcomer, dan desain weir mengikuti kalkulasi hidrolik untuk laju desain dan karakter foaming.

Profil tekanan: tekanan di “reboiler” efektif (furnace) ~1–3 bar(a). Bagian atas kolom dekat atmosferik hingga sedikit di bawahnya untuk mendidihkan naphtha overhead. Overhead dikondensasikan dan sebagian direfluks; rasio refluks spesifik kasus (sering 3–5:1 untuk naphtha). Suhu top (tray pertama di bawah kondensor) sering ~130–150°C; draw kerosene sekitar 200°C; draw diesel ~300°C. Stripping steam atau water wash dapat dipakai dekat bawah untuk meningkatkan recovery (terutama kerosene/diesel). Untuk akurasi injeksi aditif/steam, utilitas seperti dosing pump relevan di layanan kilang.

Yield, energi, dan regulasi emisi

Setiap 1°C perubahan cut‑point bisa menggeser yield beberapa persepuluh persen. Misalnya, menaikkan temperatur cut 5–10°C dapat menaikkan heavy gas oil dan menurunkan naphtha 1–2%. Pada unit 100 kbpd, ini berarti ribuan barel tambahan residue bernilai rendah versus distilat bernilai lebih tinggi. Karena itu tuning furnace signifikan secara ekonomi.

CDU adalah konsumen energi besar kilang. Duty pembakaran dan kondensasi refluks menyedot steam/daya. Desain modern mereklamasi panas dari side‑flash panas (hot naphtha/residue) untuk preheat crude. Unit 100 kbpd yang terintegrasi baik mungkin membutuhkan ~3–5 GJ/ton feed (termasuk bahan bakar dan steam)—kira‑kira separuh nilai kalor crude berakhir di produk, sisanya hilang ke pendinginan. Furnace berada di skala puluhan MW, membakar ~10–30% dari kandungan energi crude. Peningkatan efisiensi—seperti kontrol turndown burner lebih baik, burned‑gas recirculation, O₂ trim—dapat memangkas intensitas energi beberapa persen (www.mdpi.com).

Regulasi: kilang di Indonesia harus patuh pada standar emisi (mis. regulasi kementerian). Flue gas furnace mesti memenuhi batas NOₓ dan CO (untuk furnace baru sering <150 ppm NOₓ). Kontrol partikulat (PM) biasanya melalui burner SCR atau selective catalytic reduction bila diperlukan. Selain itu, regulasi mutu produk (Euro IV/V untuk sulfur dan olefin) mendorong penetapan cut di CDU dan proyek hydrotreating hilir; inisiatif RFCC/hydrotreating Pertamina selaras dengan standar pihak ketiga dan nasional.

Kapasitas dan tren efisiensi

Yield bergantung API/SG crude (www.engineeringtoolbox.com): light products lebih tinggi pada crude ringan (>50% di atas 180°C), sementara crude berat dapat menghasilkan >20% bottom residue. Refinery menyeimbangkan yield dengan permintaan pasar untuk memaksimalkan margin.

Ekspansi: pada 2019–2023 Pertamina menambah ~126 kbpd (RDMP), misalnya memperluas CDU Balikpapan dari 125 menjadi 150 kbpd (www.pertamina.com), dengan target total ~1,3 Mbpd pada 2025 (www.pertamina.com). Global: penambahan kapasitas berlanjut (IEA memproyeksikan pertumbuhan neto kecil hingga 2025), Asia‑Pasifik (Tiongkok, India) menyumbang porsi besar build CDU baru (www.offshore-technology.com).

Efisiensi: studi terbaru menekankan heat integration (mis. multi‑effect distillation, heat pump) untuk menurunkan reboiler duty (www.mdpi.com). Advanced process control (neural nets, model predictive control) merambah CDU untuk stabilitas saat kualitas feed bervariasi; simulasi HYSYS pada Basrah crude menunjukkan koordinasi furnace‑boiler bisa memangkas bahan bakar beberapa persen pada full load. Target dekarbonisasi mendorong pemulihan fuel gas dan pembakaran “lean”; biaya CO₂ membuat setiap persen penghematan bakar menjadi signifikan.

Inovasi internal: desain high‑capacity tray (mis. finger‑tray untuk >1000 kt/jam uap) dan structured packing ultra‑efisien kian jamak. Di vacuum tower, structured coil‑wound packing kadang dipakai untuk laju sangat rendah. Pabrikan tray melaporkan keterbatasan cracking dan fouling tetap menjadi “plafon” praktis bagi temperatur furnace dan UOP gravity cutoff, sehingga perbaikan fokus pada alloy tube lebih baik dan packing anti‑fouling.

Ringkasan desain berbasis data

Kinerja CDU ditentukan sinergi furnace–kolom: heater harus memvaporisasi fraksi crude yang tepat (mis. 70–80%) dengan efisiensi tinggi, dan internal kolom harus menyediakan area kontak yang cukup untuk pemisahan. CDU yang dirancang baik mencapai recovery produk tinggi (sering >95% crude menjadi aliran fuel jual) dengan penggunaan bahan bakar minimal. Pilihan teknis—temperatur heater, jumlah tray, tipe packing, rasio refluks—harus dipandu model kuantitatif dan data pilot; perubahan kecil pun bisa berbuah pergeseran nyata pada output produk dan konsumsi energi (www.intechopen.com) (www.mdpi.com).

Catatan sumber

Rujukan teknis dan industri: www.pertamina.com www.offshore-technology.com www.engineeringtoolbox.com www.intechopen.com www.chemengonline.com www.mdpi.com www.pertamina.com www.pertamina.com. Setiap klaim pada bagian terkait disangga data dari rujukan tersebut.