Gas alam cair

Artikel ini bukan mengenai Gas minyak cair.

Gas alam cair (bahasa Inggris: liquefied natural gas, disingkat LNG atau LN gas) adalah gas alam yang telah diproses untuk menghilangkan pengotor (impuritas) dan hidrokarbon fraksi berat dan kemudian dikondensasi menjadi cairan pada tekan atmosfer dengan mendinginkannya sekitar -160° Celcius. Gas alam cair yang berasal dari alam, berbeda dengan gas minyak cair (LPG) yang berasal dari olahan Petroleum. Gas alam cair ditransportasi menggunakan kendaraan yang dirancang khusus dan ditaruh dalam tangki yang juga dirancang khusus. Gas alam cair memiliki isi sekitar 1/640 dari gas alam pada Suhu dan Tekanan Standar, membuatnya lebih hemat untuk ditransportasi jarak jauh di mana jalur pipa tidak ada. Ketika memindahkan gas alam dengan jalur pipa tidak memungkinkan atau tidak ekonomis, dia dapat ditransportasi oleh kendaraan gas alam cair, di mana kebanyakan jenis tangki adalah membran atau "moss".

Kapal tanker LNG RIVERS yang mengangkut LNG di Prancis

Fakta dasar gas alam cair

Gas alam cair (LNG) menawarkan kepadatan energi yang sebanding dengan bahan bakar petrol dan diesel dan menghasilkan polusi yang lebih sedikit, tetapi biaya produksi yang relatif tinggi dan kebutuhan penyimpanannya yang menggunakan tangki cryogenic yang mahal telah mencegah penggunaannya dalam aplikasi komersial.

Kondisi yang dibutuhkan untuk memadatkan gas alam bergantung dari komposisi dari gas itu sendiri, pasar yang akan menerima serta proses yang digunakan, namun umumnya menggunakan suhu sekitar 120 hingga -170 derajat celsius (methana murni menjadi cair pada suhu -161.6 C) dengan tekanan antara 101 hingga 6000 kPa (14.7 dan 870 lbf/in²).Gas alam bertekanan tinggi yang telah didapat kemudian diturunkan tekanannya untuk penyimpanan dan pengiriman.

Kepadatan gas alam cair kira-kira 0,41-0,5 kg/L, tergantung suhu, tekanan, dan komposisi. Sebagai perbandingan, air memiliki kepadatan 1,0 kg/L.

Gas alam cair berasal dari gas alam yang merupakan campuran dari beberapa gas yang berbeda sehingga tidak memililiki nilai panas yang spesifik. Nilai panasnya bergantung pada sumber gas yang digunakan dan proses yang digunakan untuk mencairkan bentuk gasnya. Nilai panas tertinggi gas alam cair berkisar sekitar 24MJ/L pada suhu -164 derajat Celsius dan nilai terendahnya 21ML/L.

Pada 1964 Inggris dan Prancis adalah pembeli LNG dalam perdagangan LNG pertama dunia dari Aljazair, sebagai saksi dari era baru energi. Karena kebanyakan pabrik LNG terletak di wilayah "terpencil" yang tidak memiliki jalur pipa, biaya perawatan dan transportasi LNG sangat besar sehingga pengembangannya melambat pada setengah abad terakhir.

Pembangunan pabrik LNG menghabiskan biaya AS$1–3 miliar, biaya terminal penerimaan AS$0,5-1 miliar, dan pengangkut LNG AS$0,2-0,3 miliar. Dibandingkan dengan minyak mentah, pasar gas alam kecil namun matang. Pengembangan komersial LNG adalah sebuah gaya yang disebut rantai niai, yang berarti pensuplai LNG awalnya memastikan pembeli bawah dan kemudian menandatanganni kontrak 20-25 tahun dengan isi perjanjian yang ketat dan struktur penghargaan gas.

Perdagangan gas alam cair

Perdagangan LNG sebagian besar dilakukan berdasarkan kontrak jangka panjang 20 tahun atau lebih. Meskipun demikian, saat ini juga telah terdapat kontrak jangka menengah 3 sampai 10 tahun. Pada tahun 2004, volume kontrak jangka menengah dan panjang ini mencapai 138.79 MT, di mana Asia memiliki porsi yang cukup signifikan dalam kontrak tersebut.

Sebagian kecil LNG diperdagangkan pada pasar spot. Pada tahun 2003, volume LNG yang diperdagangkan di pasar spot mencapai 14,8 Bcm (10,8 MT). Meskipun baru mencapai 8,7% dari perdagangan total LNG, dengan besarnya ekspansi kapasitas produksi dan penggunaan yang lebih efektif dari kapasitas tersebut, sangat dimungkinkan bahwa perdagangan spot LNG akan meningkat pesat.

Penentuan harga LNG berbeda setiap wilayah. Di Asia, harga umumnya dikaitkan dengan JCC (Japan Crude Oil), yang mana adalah harga Cost, Insurance, Freight (CIF) rata-rata minyak mentah Jepang. Di Eropa, harga impor LNG biasanya dikaitkan dengan produk perminyakan dan harga minyak mentah Brent. Di Eropa, harga LNG juga bersaing dengan harga gas pipa. Di Amerika Serikat, harga lebih ditentukan oleh penawaran dan permintaan berdasarkan perdagangan gas alam pada berbagai hub seperti Henry hub (titik yang terdapat di Lousiana di mana 17 pipa gas bertemu, sehingga menciptakan titik referensi kompetitif) ditambah faktor perbedaan geografi.

Administrasi Informasi Energi dari Departemen Energi Amerika Serikat memberikan perkiraan perdagangan LNG pada 2002 sebagai berikut:

Negara	Volume ekspor		Negara	Volume impor
	(109 ft³)	(106 t)		(109 ft³)	(106 t)
Indonesia	1,100	23.0	Jepang	9,200	188.3
Aljazair	935	19.6	Korea Selatan	2,000	40.7
Malaysia	741	15.6	Prancis	511	10.7
Qatar	726	14.9	Republik Tiongkok	363	7.5
Nigeria	394	8.2	Britania Raya	356	7.3
Australia	367	7.7	Amerika Serikat	229	4.8
Oman	356	7.3	Turki	224	4.6
Brunei Darussalam	351	7.2	Portugal	146	3.3
Uni Emirat Arab	278	5.7	Spanyol	131	2.7
Rusia	234	4.8	Italia	130	2.6
Trinidad dan Tobago	189	4.0	Belgia	124	2.7
Amerika Serikat	68	1.4	India	122	2.5

Jenis Gas Bumi

Gas pipa merupakan gas bumi yang langsung dialirkan dari dari lapangan gas setelah proses pemurnian untuk digunakan sebagai bahan bakar maupun bahan baku industri.

LNG (liquefied natural gas) adalah gas metana dengan komposisi 90% metana (CH4) yang dicairkan pada tekanan atmosferik dan suhu -163 derajat celcius. Sebelum proses pencairan, gas harus menjalani proses pemurnian terlebih dahulu untuk menghilangkan kandungan senyawa yang tidak diharapkan seperi CO2, H2S, Hg, H2O dan hidrokarbon berat.

Proses tersebut akan mengurangi volume gas menjadi lebih kecil 600 kali. Penyusutan ini membuat LNG mudah ditransportasikan dan dalam jumlah yang lebih banyak. LNG ditransportasikan melalui kapal-kapal ke terminal-terminal LNG dan disimpan di tangki dengan tekanan atmosferik. Kemudian LNG dikonversi kembali menjadi gas dan disalurkan melalui sistem transmisi.

LPG (liquefied petroleum gas) atau gas bumi yang dicairkan dengan komponen utama propana (C3H8) dan butana (C4H10). Menurut jenisnya, LPG dikelompokkan menjadi LPG propana, LPG butana dan LPG campuran (mix) yang merupakan campuran dari kedua jenis LPG tersebut. LPG dapat dari penyulingan minyak mentah atau dari kondensasi gas bumi dalam kilang pengolahan gas bumi.

Pencairan gas bumi menjadi LPG dimaksudkan untuk memecahkan masalah pengangkutan ke konsumen karena volume LPG jauh lebih kecil dari volume gasnya. Untuk mempertahankan gasa LPG agar tetap cair pada suhu kamar, LPG harus disimpan dalam tangki bertekanan (pressurized tank). Beberapa jenis proses yang dapat digunakan untuk mengolah gas bumi sehingga diperoleh produk LPG, antara lain proses absorpsi dan kriogenik.

CNG (compressed natural gas) adalah gas bumi yang dipampatkan pada tekanan tinggi sehingga volumenya menjadi sekitar 1/250 dari volume gas bumi pada keadaan standar. Tujuan pemampatan gas bumi adalah agar dapat diperoleh lebih banyak gas yang dapat ditransportasikan per satuan volume vessel. Tekanan pemampatan CNG bisa mencapai 250 bar pada suhu atmosferik. Komposisi gas bumi yang akan dikirim ke konsumen melalui CNG harus sudah memenuhi spesifikasi gas komersial seperti batasan maksimum kandungan air, CO2 dan hidrokarbon berat. Selain itu, penyimpanan gas pada tekanan yang sangat tinggi mensyaratkan batasan yang ketat terhadap kandungan air dan hidrokarbon berat untuk mencegah terjadinya kondensasi dan pembentukan hidrat.

Seperti halnya pengangkutan gas bumi dalam bentuk LNG, pengangkutan gas bumi dalam bentuk CNG juga memerlukan fasilitas pengiriman dan penerimaan. Sampai saat ini, pengangkutan CNG yang dilakukan baru menggunakan trailer. Proses transportasi gas bumi dalam bentuk CNG memerlukan 3 jenis fasilitas yaitu fasilitas pengiriman (mother station), fasilitas transportasu dan fasilitas penerimaan (daughter station).

Metana kemurnian tinggi dari LNG

Komponen utama dalam gas alam adalah metana (CH₄), yang merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam juga mengandung molekul-molekul hidrokarbon yang lebih berat seperti etana (C₂H₆), propana (C₃H₈) dan butana (C₄H₁₀), selain juga gas-gas yang mengandung sulfur (belerang). Gas alam juga merupakan sumber utama gas mulia helium.

Metana (CH4) adalah komponen utama dari gas alam cair (LNG), sedangkan LNG adalah gas alam yang telah dicairkan. Metana merupakan senyawa dengan satu atom karbon dan empat atom hidrogen (CH4) dan komponen terbesar dari gas alam. LNG adalah gas alam yang didinginkan hingga -162°C (-260°F) untuk mengubahnya menjadi cairan, komponen utamanya adalah metana (CH4), yang mencakup sekitar 95% komposisinya. Juga mengandung etana, propana, dan zat lainnya, tidak berwarna dan tidak berbau dan volume gas alam dalam keadaan cair sekitar 600 kali lebih kecil daripada volumenya dalam keadaan gas.

Komposisi gas alam secara umum:

Komponen	Massa atom relatif	kandungan (%)
Metana (CH4)	16	81,65
Etana (C2H6)	30	8,763
Propana (C3H8)	44	5,097
Butana (C4H10)	58	3,79
n-Pentana (C5H12)	72	0,100
i-Pentana (C5H12)	72	0,057
Heksana (C6H14)	86	0,043
Hidrogen Sulfida (H2S)	34	0,3350
Karbon Dioksida (CO2)	44	0,00105
Hidrogen (H2)	2	0,0400

Memang benar bahwa LNG (gas alam cair) diproduksi dengan mencairkan gas alam melalui pendinginan (perlakuan kriogenik), tetapi harus dipersiapkan terlebih dahulu. Hanya metana CH4, yang hampir murni, yang dicairkan. Pada akhirnya, hidrokarbon yang paling sederhana ini terdiri dari 98 persen LNG. Kandungan metana seringkali bahkan lebih tinggi daripada gas alam konvensional dalam bentuk gas. LNG murni tersebut tidak beracun maupun korosif.

Gas alam mentah

Proses LNG

Aerial kilang gas alam Badak NGL.

Mesin truk CNG/LNG (gabungan) IVECO Cursor 8 EuroVI.

Sebelum proses pencairan yang sebenarnya, gas alam mentah perlu dibersihkan, yaitu komponen yang tidak diinginkan perlu dihilangkan. Gas alam mentah mungkin mengandung banyak produk sampingan, khususnya

• hidrokarbon rendah – etana C2H5, (hingga 15%), propana C3H8 (hingga 10%), butana C4H10
• hidrokarbon berat, BTEX (benzena, toluena, etilbenzena, dan xilena)
• nitrogen N2
• hidrogen sulfida
• karbon dioksida CO2

dan komponen lain yang ada dalam gas alam mentah dalam jumlah yang berbeda tergantung pada asalnya. Secara khusus, ada senyawa sulfur organik tertentu yang tidak diinginkan dalam produk akhir dan harus dihilangkan. Merkuri juga ada dalam gas alam mentah dalam kejadian tertentu, seringkali dalam jumlah yang tidak sedikit, yaitu beberapa miligram per meter kubik. Komponen lain yang tidak diinginkan adalah air. Air akan membeku selama pendinginan ekstrem dalam rangkaian proses. Gas alam yang dikenal sebagai "lean" dengan kandungan metana yang sangat rendah sekitar 30% hanya dapat dicairkan menjadi LNG jika fraksi lainnya dihilangkan terlebih dahulu.

Pada prinsipnya, semua komponen yang memiliki efek beracun atau korosif harus dipisahkan dari gas alam mentah. Komponen yang tidak mudah terbakar juga sebagian besar dihilangkan. Ini termasuk gas mulia, serta air. Memisahkan produk sampingan secara otomatis meningkatkan kandungan metana. Beberapa komponen yang dipisahkan, seperti hidrokarbon tertentu, sulfur atau merkuri, dapat digunakan di tempat lain. Ini juga termasuk gas mulia helium yang berharga, yang membentuk hingga 7% dari beberapa gas alam.

Menghilangkan kontaminan

Adsorpsi, penyerapan, pembersihan gas dengan pelarut tertentu dan rektifikasi kriogenik, di antara proses lainnya, cocok untuk memisahkan zat jejak yang tidak diinginkan. Berikut ini, kami akan menjelaskan langkah-langkah terpenting untuk menghilangkan kontaminan.

Menghilangkan air dan hidrokarbon berat (kondensat gas)

Berbagai proses digunakan untuk mendehidrasi gas alam, di mana hidrokarbon berat terkadang juga dipisahkan:

Penyerapan dalam trietilen glikol (TEG): Gas alam dialirkan melalui kolom penyerapan. TEG yang sangat higroskopis ini mengalir sebagai arus balik, zat yang mengikat air dan hidrokarbon yang lebih tinggi. Dehidrasi menggunakan saringan molekuler: Gas yang telah mengalami pra-dehidrasi dialirkan melalui wadah yang diisi dengan saringan molekuler. Molekul air ditahan oleh saringan molekuler. Saringan molekuler tertentu juga dapat menghilangkan hidrogen sulfida atau hidrokarbon. Partikel kotoran juga dipisahkan dalam langkah pertama dalam proses pembersihan gas ini.

Menghilangkan asam, gas korosif hidrogen sulfida, dan karbon dioksida (penghilangan gas asam, AGR)

Proses Claus, kombinasi dari proses fisika dan kimia, cocok untuk memisahkan hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida pertama-tama dibersihkan secara selektif dari gas alam (misalnya menggunakan diisopropilamida selama "penggosokan amina"). Hidrogen sulfida dapat dilepaskan lagi dengan pemanasan dan dibakar secara katalitik menjadi air dan sulfur. Sulfur sering digunakan secara komersial. Bahkan setelah melewati proses Claus, gas alam masih mengandung jejak berbagai senyawa sulfur yang berbau. Banyak proses yang cocok untuk desulfurisasi halus. Umumnya, komponen-komponen tersebut dihidrasi untuk membentuk hidrogen sulfida, yang kemudian dihilangkan menggunakan penggosokan amina. Sisa-sisa terakhir diubah secara katalitik atau termal menjadi sulfur dioksida.

Karbon dioksida dapat diikat dalam berbagai pelarut. Sebagai alternatif, untuk gas alam yang kaya akan karbon dioksida, proses kriogenik dipilih di mana karbon dioksida dikondensasikan bersama dengan hidrokarbon berat dalam apa yang dikenal sebagai kotak dingin.

Menghilangkan nitrogen dan helium

Dalam pabrik pemisahan nitrogen, gas alam dan helium yang mungkin dikandungnya biasanya dikondensasikan sebagian dan dipisahkan menggunakan kolom distilasi. Hal ini umumnya terjadi secara langsung sebagai bagian dari proses pencairan LNG. Namun, proses ini juga bekerja tanpa proses kriogenik – menggunakan proses membran dua tahap, yang dengannya helium yang sangat murni dan berharga dapat dipulihkan.

Merkuri

Saat menangani gas alam mentah, yang mengandung merkuri dalam jumlah besar, merkuri juga dipisahkan, umumnya menggunakan pabrik penyaringan. Berbagai bahan penyerap digunakan dalam proses ini, seperti campuran oksida logam dengan fase tembaga sulfida aktif yang terdispersi.

Gas alam mentah (gas umpan) tentu saja hanya dapat dibersihkan segera sebelum pencairan gas seperti dijelaskan di atas. Namun, terkadang, persiapan awal sudah dilakukan sebelum diangkut ke pabrik pencairan.

Pencairan gas

LNG sebenarnya diproduksi melalui pendinginan mendalam dalam apa yang dikenal sebagai rangkaian LNG, pabrik pencairan gas. Namun, gas alam yang disebutkan di atas masih selalu mengandung hidrokarbon tambahan, khususnya etana, propana, dan butana. Oleh karena itu, pabrik pencairan LNG yang sebenarnya berada di hulu proses prapendinginan. Dengan menggunakan zat pendingin (propana) pada suhu -35 °C, hidrokarbon dari pentana dan yang lebih tinggi (yaitu dengan lima atom karbon atau lebih) dipisahkan untuk mencegah pemisahan dengan pembekuan selama proses pencairan metana.

Kemudian terjadi pendinginan mendalam yang sebenarnya, yaitu proses pencairan gas dalam penukar panas, yang konsisten dengan proses pencairan udara yang dikembangkan oleh Carl von Linde (proses Linde). Proses ini menggunakan efek Joule-Thomson: Jika gas yang terkondensasi mengembang, suhunya berubah. Ketika koefisien Joule-Thomson positif, gas tersebut mendingin.

Namun, selama kompresi, suhu gas meningkat. Inilah sebabnya mengapa gas yang dikompresi harus didinginkan. Gas metana, etilena, atau nitrogen yang telah didinginkan digunakan untuk melakukannya. Suhu yang sangat rendah dapat dicapai dengan ekspansi, kompresi, dan pendinginan secara bergantian di bawah tekanan konstan. Dalam produksi LNG, gas metana yang hampir murni didinginkan melalui beberapa tahap hingga mencapai suhu antara -162 °C dan -167 °C; suhu pasti saat transisi fase dari gas ke cair terjadi bergantung pada kemurnian gas. Pencairan gas alam ini sangat efisien menggunakan proses pendinginan multitahap dengan refrigeran campuran.

LNG disimpan sebagai cairan kriogenik dalam tangki yang terisolasi dengan baik.

Keselamatan

Karena gas alam mudah terbakar, langkah-langkah keselamatan harus diterapkan di semua tahap produksi untuk mencegah kebakaran dan ledakan secara andal. Gas alam dan LNG diklasifikasikan sebagai kelompok ledakan IIA dan kelas suhu T1 menurut ATEX dan IECEx.

Peralatan teknis, seperti motor listrik, tidak boleh menyalakan gas. Peralatan tersebut digunakan untuk mengoperasikan mesin pendingin dan penukar panas, terutama dalam menggerakkan pompa dan kompresor. Energi dalam jumlah besar dibutuhkan di sini – sekitar 10 hingga 25 persen dari nilai kalor gas alam cair. Pompa dan kipas, yang digerakkan oleh motor listrik, juga dibutuhkan dalam proses hulu untuk membersihkan dan mengangkut gas alam.

Misalnya, pompa sentrifugal atau turbin digunakan, yang dilengkapi dengan aktuator motor dan papan distribusi daya yang dilindungi ledakan. Berbagai jenis perlindungan dimungkinkan, seperti penutup tahan api (Ex d), penutup bertekanan (Ex p), keamanan yang ditingkatkan (Ex e) atau versi enkapsulasi (Ex m). Beberapa tingkat perlindungan juga dapat digabungkan. Dengan cara ini, aktuator dan papan distribusi daya dapat dikonfigurasi yang memungkinkan keluaran yang sangat tinggi dengan banyak ketergantungan arus di area berbahaya. Sistem yang lebih baik terdiri dari sistem I/O jarak jauh yang dilindungi Ex yang memungkinkan akses ke ketergantungan kesalahan pompa dan papan distribusi daya melalui sistem kontrol terdistribusi, sehingga membuat perawatan dan perbaikan lebih efisien dan meningkatkan ketersediaan sistem.

Selain teknologi otomatisasi dan tegangan rendah, teknologi Ex-protected juga wajib untuk sistem pencahayaan. Paket lengkap yang inovatif dan matang secara teknis untuk perlindungan ledakan menjadikan proses pencairan gas alam aman dan efisien.

Roket metana cair

Gas alam cair (LNG), sejenis metana, merupakan bahan bakar roket yang menjanjikan dan digunakan dalam desain roket baru. Keunggulan metana meliputi kelimpahannya, hemat biaya, lebih sedikit residu di mesin dibandingkan dengan minyak tanah dan pembakarannya bersih. Metana dianggap sebagai alternatif yang lebih bersih, lebih aman, dan lebih murah daripada bahan bakar roket tradisional. Roket berbahan bakar metana cair adalah roket yang menggunakan metana dan oksigen cair sebagai propelannya. Metana merupakan komponen utama gas alam. Penggunaan metana cair dan oksigen cair sebagai propelan terkadang disebut propulsi methalox.

Keunggulan metana cair sebagai bahan bakar roket

Metana murah untuk diproduksi. Lebih mudah disimpan karena titik didih dan kepadatannya yang lebih tinggi. Metana dan oksigen dapat disimpan pada suhu yang sama. Tidak mudah rapuh. Metana tidak beracun. Tinggalkan lebih sedikit residu di mesin dibandingkan dengan minyak tanah. Metana relatif mudah ditangani selama pengoperasian wahana peluncur. Pembakarannya bersih. Metana kurang menimbulkan polusi daripada minyak tanah. Efisiensi pembakaran yang lebih besar. Metana menghasilkan sekitar 10% lebih banyak daya dorong daripada minyak tanah. Kemudahan produksi di lingkungan luar angkasa yang sumber dayanya terbatas

Roket berbahan bakar metana

• SpaceX Starship: Mesin Raptor di Starship SpaceX berbahan bakar metana dan oksigen.
• Blue Origin New Glenn: Mesin BE-4 LOX/LNG di New Glenn Blue Origin berbahan bakar metana dan oksigen.
• ESA Prometheus: Mesin roket methalox Prometheus berkekuatan 980kN diuji coba pada tahun 2023.
• Zhuque-2 Y-3: Roket bertenaga metana pertama yang meluncurkan satelit ke orbit, dikembangkan oleh LandSpace Technology.

Lihat pula

• gas alam terkompresi (Compressed natural gas, CNG)
• LNG Diarsipkan 2014-06-10 di Wayback Machine.

Pranala luar

• The Global Liquefied Natural Gas Market: Status and Outlook @ the EIA - DOE Diarsipkan 2005-09-29 di Wayback Machine.
• Liquefied Natural Gas in the US: Federal Energy Regulatory Commission (FERC) Diarsipkan 2005-10-29 di Wayback Machine.
• Alternative Fuel Vehicle Training Diarsipkan 2021-03-11 di Wayback Machine. From the National Alternative Fuels Training Consortium.
• LNG: Danger to Our Communities Diarsipkan 2023-04-21 di Wayback Machine. Film about the dangers of LNG.
• Ventura LNG Task Force Diarsipkan 2007-06-30 di Wayback Machine. A local community group in Ventura CA working on LNG issues.
• LNG Law Blog Diarsipkan 2013-08-12 di Wayback Machine. Your Daily Online Source for Liquefied Natural Gas
• LNG at the majors:
  • Global LNG @ BP Diarsipkan 2006-03-12 di Wayback Machine.
    • LNG North America @ BP Diarsipkan 2006-02-20 di Wayback Machine.
  • LNG @ Chevron Diarsipkan 2006-04-03 di Wayback Machine.
  • Licensing LNG technology from ConocoPhillips Diarsipkan 2006-03-20 di Wayback Machine.
  • LNG @ ExxonMobil Diarsipkan 2006-03-13 di Wayback Machine.
  • LNG @ Shell Diarsipkan 2008-04-21 di Wayback Machine.