Penentuan Heating Value pada LNG

Dalam penentuan heating value pada LNG, apakah komposisi hidrokarbonnya (seperti etana atau propana) juga mempengaruhi?

Heating value tidak ada hubungannya dengan panas untuk memanaskan sesuatu zat. Heating value itu nilai panas yang dihasilkan dari pembakaran sempurna suatu zat pada suhu tertentu.

Reaksi pembakaran sempurna hydrocarbon seperti ini:

C_xH_y + (x + y/4) O₂---- x CO₂ + y/2 H₂O

Sesuai definisinya panas pembakaran dihitung seolah-olah reaktan dan hasil reaksi memiliki suhu yang sama. Biasanya kondisi standar yang dipakai untuk perhitungan heating value adalah 25 °C dan 1 atm. Seperti kita tahu pada 25 °C dan 1 atm H2O memiliki fase liquid, maka perhitungan HHV menganggap H2O hasil pembakaran diembunkan menjadi fase liquid, sehingga selain panas didapat dari pembakaran, diperoleh pula energi dari panas pengembunan H2O. Kalau perhitungan LHV itu menganggap bahwa H2O tetap pada fase gas pada 25 °C. Jadi selisih antara HHV dan LHV adalah panas pengembunan H2O pada suhu dan tekanan standar.

Perlu dicatat bahwa HHV dan LHV adalah notasi theoretical, hanya dipakai untuk indikasi dan tidak menunjukkan kondisi yang sebenarnya dalam praktek. Alasannya bahan bakar dan gas hasil pembakaran tidak pernah berada pada temperatur yang sama sesuai asumsi yang dipakai untuk perhitungan HHV dan LHV. Dalam praktek, energi yang bisa kita peroleh dari pembakaran bahan bakar akan selalu lebih kecil dari HHV atau LHV, karena ada energi dalam bentuk panas yang dibawa pergi oleh gas hasil pembakaran. Itulah sebabnya efisiensi semua mesin konversi energi (steam power plant, internal combustion engine, gas turbine) tidak pernah bisa 100 %.

Jadi HHV dan LHV sama sekali tidak ada hubungannya dengan fase dari bahan bakarnya, baik bahan bakar padat maupun cair, sama-sama punya HHV dan LHV. Kalau soal gampang atau susahnya membakar, juga tidak ada hubungannya dengan HHV & LVH. Ingat! Pembakaran itu proses eksotermis, jadi tidak mengambil panas (energi) dari lingkungan justru memberikan panas ke lingkungan. Sebenarnya yang bisa dibakar itu adalah fase gas, kalau ada bahan bakar cair, maka harus terbentuk cukup uap di atas permukaannya supaya bisa memulai pembakaran. Kalau kita mulai dari temperatur ambient, untuk bahan bakar cair tertentu, misalnya diesel oil, mesti diberikan suhu yang cukup supaya tekanan uapnya cukup tinggi untuk membentuk fase uap yang bisa dibakar (dari sinilah muncul istilah flash point). Tapi begitu sudah dibakar, panas dari pembakaran akan selalu menyediakan energi yang cukup untuk menghasilkan fase uap yang siap untuk dibakar.

Semakin tinggi carbon number, heating value dalam kJ/kmol (tapi tidak dlm kJ/kg!) juga semakin tinggi. Untuk gas, heating value biasanya dinyatakan dalam Btu/MMscf, dan kita tahu bahwa untuk gas mol itu proportional terhadap volume, jadi untuk gas alam semakin banyak fraksi berat semakin tinggi heating valuenya dalam volumetric basis.

Harap diperhatikan, satuan yang menyatakan nilai LHV/HHV juga, bahwa nilai LHV/HHV membesar sesuai kenaikan jumlah karbonnya tentu saja untuk satuan Btu/lbmol (kJ/kmol). Karena jika satuan yang digunakan adalah berbasis massa, LHV/HHV methane lebih besar dibanding rantai yang lebih panjang (karena MWnya makin kecil).

Menentukan gross heating value bukan lewat GC tapi lewat komputasi numeris (yang umumnya sudah ada di soft machine-nya GC yang lalu mengambil data composition peaknya GC). Mengapa? Karena kita harus menginput properties natural gas pada 60 oF dan 14,7 psia.

Hakikatnya, GC tidak terbatas sampai pengukuran C9 saja, bisa lebih tergantung setting/instrument dan standar method yang diimplementasikan.

Mengukur GHV bukan langsung dari GC kayak ngukur pressure dari pressure transmitter, tapi ada komputasi dari GC setelah gas composition didapatkan.

Memang bisa mengkalkulasi sampai rantai karbon yang berat, tapi biasanya sudah tidak akurat, lagipula dalam kenyataannya fraksinya juga sangat kecil dibandingkan dengan fraksi C1 (yang biasanya dipakai sebagai standar spesifikasi dari gas untuk sales), sehingga jika terjadi perubahan kecil dari komposisi di rantai karbon yang berat hanya memberikan impact yang kecil terhadap nilai GHV.

GC bisa melakukan perhitungan GHV. Yang dilakukan oleh GC adalah melihat komposisi gas berdasarkan peak di chromatogram. Kemudian berdasarkan standar yang digunakan, apakah itu GPA-2172, atau ISO 6976, GC akan menghitung GHV berdasarkan data masukan mol % dari gas yang diukur itu sendiri, base pressure dan base pressure pengukuran yang digunakan. Di beberapa tempat ini tidak biasa dilakukan karena GC tidak mengukur nilai komposisi H2O dan H2S dan beberapa componen lain yang tidak terdeteksi oleh GC. Jadi yang biasa dilakukan adalah memberikan semua informasi data ini ke flow computer (data GC dan H2O dan komponen lain yang dibutuhkan), dan flow computer yang akan melakukan perhitungan gross heating value.

Untuk standar ISO6976, kita tidak bisa memilih standar pressure yang digunakan, itu tidak dispesifikasi oleh standar. Satuan keluaran dari standar ISO6976 adalah MJ/Sm3 untuk perhitungan volume. ISO6976 memberikan pilihan untuk menghitung GHV dalam beberapa combustion/metering temp. Yang cukup umum digunakan (15,15) dan (20,20). Semua masukan dan keluaran dari ISO6976 adalah dalam bentuk metric.

Untuk standar GPA 2172, kita bisa memilih GHV mau dihitung pada tekanan berapa terserah kita. Yang umum digunakan adalah 14.73 psia. Standar perhitungan GPA2172 menggunakan pressure 14.696. Tetapi, GPA 2172 tidak memberikan pilihan input temperatur karena perhitungan selalu dianggap untuk temperature standard 60 degF. Masukan lain yang dibutuhkan adalah nilai compressibility gas pada tekanan standar (14.73 dalam hal ini) yang biasanya didapat dari perhitungan AGA 8.

Untuk pengukuran gasnya sendiri, fraksi berat yang memang pada pengukuran fiscal gas nilainya cukup kecil, namun bila ada salah perhitungan akan memberikan perbedaan yang cukup signifikan karena fraksi berat memiliki nilai heating value yang terbesar. Kalau misalnya nilai gas yang seharusnya 0.01% terbaca 0.1%, itu sudah cukup untuk memberikan error kesalahan sekitar 0.4% yang kalau diuangkan akan memberikan angka sekitar beberapa ratus ribu dolar per tahun yang bergantung pada jumlah gas yang mengalir.

C1 - C4 mempunyai konstribusi HHV yang lebih besar, karena diantara C yang lainnya heating value dari C1 - C4 lebih besar. Sebagai referensi di Perry's Chemichal Engineers Handbook edisi ke 6, table 3-207. Disitu tertera heating value untuk masing-masing komponen :

• C1 == 21.502 (BTU/lb)
• C2 == 20.416 (BTU/lb)
• iC4 == 19.614 (BTU/lb)
• nC4 == 19.665 (BTU/lb)
• iC5 == 19.451 (BTU/lb)
• nC5 == 19.499 (BTU/lb)
• nC6 == 19.391( BTU/lb)

Ada 'ukuran' lain dari heating value yaitu volume, dengan satuan Btu/scf. Biasanya kalau kita bicara gas metering dengan on line chromatograph maka pengukuran heating value adalah berdasar volume ini, Btu/scf, jadi total energi yang melewati meter (Btu per jam atau per day) adalah perkalian dari volume, mmscfd dan nilai heating value ini (Btu/scf). Kalau heating value dihitung berdasar volume maka secara logis heating value dari C2 akan lebih tinggi dari C1 dan C3 lebih tinggi daripada C2 dan seterusnya karena berat molekul C2 lebih dari C1 dst, ini berdasar prinsip bahwa volume dari 1 mol C1 akan sama dengan volume dari 1 mol C2 (sekitar 379 scf/mol).

GHV dapat diukur berdasarkan Mass dan Volume, jika berdasarkan Mass (BTU/Kg), C yang lebih tinggi akan memberikan kontribusi Heating Value yang semakin rendah, sedangkan jika berdasarkan Volume (BTU/Scf) maka sebaliknya C yang lebih tinggi memberikan kontribusi Heating Value yang lebih tinggi.

Dari GPA 2145 Tahun 2003, Physical Constants for Hydrocarbon. Jika component LNG dalam molar fraction, maka GHV pada 60 F sebagai ideal Gas adalah :

• C1 == 52,673 BTU/Kg == 1010.0 BTU/Scf
• C2 == 49,238 BTU/Kg == 1769.7 BTU/Scf
• C3 == 47,739 BTU/Kg == 2516.2 BTU/Scf
• i- C4 == 46,808 BTU/Kg == 3252.0 BTU/Scf
• n-C4 == 46,958 BTU/Kg == 3262.4 BTU/Scf
• i-C5 == 46,394 BTU/Kg == 4000.9 BTU/Scf
• n-C5 == 46,484 BTU/Kg == 4008.7 BTU/Scf

n-C6 == 46,174 BTU/Kg == 4756.0 BTU/Scf