Hydrodynamic Cavitation adalah teknologi intensifikasi proses hemat energi yang sedang berkembang dengan potensi untuk meningkatkan efisiensi, hasil, dan keberlanjutan di seluruh operasi kilang utama. Dengan menghasilkan geseran skala mikro yang terkendali, turbulensi, dan efek termal-mekanis yang terlokalisasi - di dalam unit CaviFlow® RAPTECH - Kavitasi Hidrodinamis dapat meningkatkan pencampuran, perpindahan massa dan panas, kinetika reaksi, dan pengkondisian bahan baku. Tinjauan ini mengevaluasi peluang integrasi Kavitasi Hidrodinamika di seluruh desalting minyak mentah, kokas tertunda, perengkahan katalitik fluida, hydrotreating, alkilasi, dan peningkatan residu, dengan penekanan pada pemahaman mekanistik, konfigurasi peralatan, dan kendala operasional.
Hasil praktis terbaru - termasuk pencampuran dan peningkatan residu - menunjukkan manfaat yang dapat diukur dalam pencampuran bahan bakar minyak berat dengan bahan bakar alternatif. Pencampuran HFO dengan bantuan kavitasi dengan 20% FAME telah menunjukkan peningkatan viskositas, densitas, kandungan sedimen, dan indeks stabilitas, serta mengurangi cat-fines dan peningkatan konsumsi bahan bakar yang sederhana. Temuan ini menyoroti relevansi Kavitasi Hidrodinamika tidak hanya untuk proses kilang tetapi juga untuk sektor bahan bakar maritim/bunker, terutama dalam konteks ISO 8217: 2024, yang mengizinkan bahan bakar laut yang mengandung hingga 100% FAME. Hasilnya mencerminkan tren industri yang lebih luas menuju bahan baku rendah karbon, terbarukan, dan lebih bervariasi.
Secara keseluruhan, Hydrodynamic Cavitation dan unit CaviFlow® dari RAPTECH menghadirkan jalur yang menjanjikan untuk meningkatkan kemampuan proses, mengurangi kebutuhan energi, dan mendukung transisi menuju kilang dan sistem bahan bakar kelautan yang lebih berkelanjutan. Meskipun sebagian besar data berasal dari studi laboratorium dan skala pilot, demonstrasi yang muncul - termasuk pencampuran dan peningkatan residu - menggarisbawahi potensi Kavitasi Hidrodinamika untuk penerapan industri praktis.
1. Pendahuluan
Proses konversi kilang adalah pusat untuk mengubah minyak mentah menjadi bahan bakar transportasi, bahan baku petrokimia, dan produk bernilai tinggi. Efisiensi dan kualitas produk sering kali dibatasi oleh heterogenitas bahan baku, penonaktifan katalis, pengotoran, dan hambatan perpindahan massa. Meningkatnya penggunaan minyak mentah berat dan ekstra berat, yang merupakan bagian penting dari cadangan global yang dapat dipulihkan, menghadirkan tantangan tambahan karena viskositas yang tinggi, gravitasi API yang rendah (<20°), dan kandungan aspal yang tinggi [1] . Sifat-sifat ini menghambat perpindahan panas dan massa, mempercepat pengotoran, dan meningkatkan pembentukan kokas dalam proses termal dan katalitik.
Hidrodinamika Kavitasi telah muncul sebagai strategi intensifikasi proses yang menjanjikan. Ini menghasilkan gelembung mikro yang terkendali, titik panas lokal, geser ekstrim, dan gradien tekanan, yang dapat meningkatkan reaksi kimia, dispersi fasa, dan perpindahan massa. Dibandingkan dengan pencampuran mekanis konvensional atau aditif kimia, Kavitasi Hidrodinamis mewakili pendekatan yang berpotensi hemat energi dan rendah bahan kimia untuk mengatasi kemacetan kilang [2]. Kavitasi Hidrodinamik dapat dikombinasikan dengan katalis, surfaktan, oksidan ringan (mis, H₂O₂, ozon), atau iradiasi UV untuk lebih meningkatkan efisiensi reaksi dan hasil pemrosesan yang lebih bersih [2].
Secara mekanis, kavitasi dapat menginduksi modifikasi tingkat molekuler pada hidrokarbon, termasuk disagregasi aspal, partialcracking, dan perubahan sifat reologi, yang meningkatkan penanganan bahan baku dan efisiensi reaksi [3] . Scaling Kavitasi Hidrodinamik untuk operasi industri merupakan tantangan karena tidak adanya metode standar untuk mengukur intensitas kavitasi di berbagai fluida yang berbeda dan membutuhkan modal dan biaya operasional yang tinggi [1,4]. Bukti dari laboratorium dan studi percontohan menunjukkan bahwa Kavitasi Hidrodinamik dapat meningkatkan kemampuan proses dan efisiensi, meskipun validasi industri skala penuh masih terbatas.
Proses yang dibantu oleh Kavitasi Hidrodinamik dapat menawarkan manfaat operasional dan lingkungan, termasuk pengurangan konsumsi energi, peningkatan hasil, dan emisi gas rumah kaca yang lebih rendah. Metode ini dapat melengkapi metode peningkatan konvensional, yang sering kali boros energi dan desain reaktor. Angka kavitasi telah diusulkan sebagai parameter sistematis untuk mengoptimalkan desain reaktor dan menjembatani data eksperimental dengan aplikasi praktis.
2. Peluang Kavitasi Hidrodinamika Berdampak Tinggi
2.1 Desalting MinyakMentah (CDU )
Mengintegrasikan Kavitasi Hidrodinamika pada saluran masuk desalter dapat meningkatkan penyebaran minyak-air dan pembuangan garam. Turbulensi mikro, geseran, dan fluktuasi tekanan lokal mendorong pemecahan emulsi yang stabil, menghasilkan tetesan halus dan seragam yang meningkatkan kontak air-minyak dan mempercepat penggabungan. Hal ini dapat menghasilkan kandungan garam sisa yang lebih rendah, mengurangi pengotoran dan korosi, dan meningkatkan kinerja pertukaran panas [2]. Unit Kavitasi Hidrodinamik dapat diimplementasikan sebagai selip inline yang ringkas dengan modifikasi minimal pada infrastruktur desalting yang ada.
2.2 Pengasapan Tertunda (Delayed Coking, DCU )
Menerapkan Kavitasi Hidrodinamik untuk menyedot residu sebelum pemanas kokas dapat meningkatkan homogenisasi umpan dan menginduksi efek pra-peningkatan yang ringan. Geseran, pencampuran mikro, dan aktivasi termal-mekanis lokal mendorong disagregasi aspal parsial dan pengurangan viskositas, memungkinkan perengkahan termal yang lebih seragam [5,3]. Studi skala pilot telah melaporkan peningkatan stabilitas pemanas, pengurangan deposisi kokas, dan peningkatan sederhana dalam hasil produk cair ketika kavitasi hidrodinamika diintegrasikan di bagian hulu kokas. Mempertahankan intensitas kavitasi yang tepat sangat penting untuk menghindari pre-cracking yang berlebihan, terutama pada umpan yang sangat aromatik atau tidak stabil [1,3] . Oleh karena itu, desain sistem kavitasi hidrodinamika yang tepat dan optimalisasi kondisi operasi sangat penting untuk implementasi yang aman dan efektif.
2.3 Unit Perengkahan Katalitik Fluida (FCCU)
Mempersiapkan pra-pengkondisian umpan berat (mis, minyak gas vakum atau residu) melalui Kavitasi Hidrodinamika dapat meningkatkan homogenisasi umpan dan mengganggu sebagian agregat yang kaya aspal dan logam, sehingga berpotensi menurunkan beban kontaminan efektif yang berkontribusi terhadap pembentukan CCR [6] . Geser yang intens dan pencampuran mikro yang dihasilkan oleh kavitasi juga dapat meningkatkan dispersi, perpindahan massa, dan reologi umpan secara keseluruhan, yang dapat mendukung efisiensi konversi yang lebih tinggi dan mengurangi kecenderungan pengotoran. Efek-efek ini telah ditunjukkan pada skala pilot, tetapi tidak ada data yang tersedia untuk umum yang mengonfirmasi implementasi FCC skala penuh hingga saat ini. Mengintegrasikan Kavitasi Hidrodinamika di bagian hulu unit FCC membutuhkan rekayasa yang cermat pada antarmuka injeksi umpan, termasuk tekanan, temperatur, metalurgi, dan kompatibilitas dengan sistem pemanasan awal dan distribusi umpan yang sudah ada.
2.4 Hydrotreaters (DHT, CNHT, NHT)
Pencampuran awal hidrogen-minyak dengan bantuan kavitasi hidrodinamis dapat meningkatkan dispersi H₂ dan kontak antar muka, yang berpotensi meningkatkan desulfurisasi, penghilangan nitrogen, dan kejenuhan olefin [2,8]. Turbulensi mikro dan geseran meningkatkan area antarmuka yang tersedia, mengurangi keterbatasan transfer massa yang mengurangi efektivitas katalis. Validasi pilot direkomendasikan untuk mengoptimalkan tingkat keparahan kavitasi, waktu tinggal, dan integrasi modul. Modul Kavitasi Hidrodinamika yang direkayasa dengan benar - selip yang diberi nilai tekanan dengan bahan yang kompatibel dengan kondisi proses - dapat mendukung konversi per lintasan yang lebih tinggi dan umur katalis yang lebih baik.
2.5 Jet Fuel Caustic Treating (JCTU)
Pada pengolahan bahan bakar kaustik jet, Kavitasi Hidrodinamis mengintensifkan kontak antara larutan kaustik dan hidrokarbon, sehingga meningkatkan ekstraksi merkaptan dan stabilitas produk. Pencampuran mikro dan pembaruan antarmuka yang tinggi dapat mengurangi konsumsi kaustik sekaligus mempertahankan atau meningkatkan kinerja pemanis. Sistem Kavitasi Hidrodinamika Inline memungkinkan perkuatan langsung ke depan dengan gangguan proses yang minimal.
2.6 Unit Alkilasi (H₂SO₄ ALKY)
Hidrodinamika Kavitasi dapat meningkatkan kontak asam-hidrokarbon pada unit alkilasi, meningkatkan kondisi reaksi yang lebih seragam dan berpotensi meningkatkan angka oktan dan hasil produk [6]. Geseran tinggi, turbulensi mikro, dan fluktuasi tekanan mempercepat reaksi yang dikatalisis oleh asam. Implementasi membutuhkan pemilihan bahan yang ketat, desain tahan korosi, dan protokol keselamatan yang ketat. Validasi skala pilot direkomendasikan sebelum adopsi skala penuh.
2.7 Peningkatan & Pencampuran Residu
Hidrodinamika Kavitasi dapat mendukung pencampuran dan peningkatan parsial residu berat dan residu vakum dengan meningkatkan dispersi, mengurangi viskositas, dan meningkatkan stabilitas bahan bakar secara keseluruhan.
Aplikasi peningkatan
Untuk peningkatan, kavitasi meningkatkan disagregasi aspal, keretakan ringan, pengurangan viskositas, pergeseran ke arah fraksi yang lebih ringan, dan minimalisasi lumpur [2-4]. Pengolahan residu dengan bantuan kavitasi hidrodinamika telah terbukti lebih hemat biaya daripada kavitasi akustik untuk operasi skala pilot dan dapat meningkatkan sifat aspal, desulfurisasi, dan stabilitas emulsi dalam aplikasi seperti bahan baku FCC, hydrotreatment, dan bahan bakar laut [4,7,8]. Meskipun sebagian besar manfaat yang dilaporkan berasal dari skala laboratorium dan percontohan, kontrol yang tepat terhadap intensitas kavitasi dan waktu tinggal sangat penting untuk implementasi yang aman dan efektif.
Aplikasi pencampuran
Dalam operasi pencampuran, Kavitasi Hidrodinamika mendorong pembentukan dispersi yang baik dan stabil antara minyak berat dan komponen dengan viskositas lebih rendah seperti biodiesel atau minyak pirolisis. Geseran tinggi dan turbulensi mikro yang dihasilkan selama kavitasi meningkatkan daya larut, mengurangi kecenderungan pemisahan fase, dan meningkatkan homogenitas selama penyimpanan dan penanganan.
Pengujian independen di Bureau Veritas dan laboratorium data-fisika mengonfirmasi peningkatan ini. Tabel 1 merangkum perbandingan HFO 380 yang dicampur dengan 20% biodiesel (FAME) menggunakan pencampuran tangan konvensional (HD) dan pencampuran dengan bantuan kavitasi (CF) dengan sistem CaviFlow® RAPTECH. Metode dengan bantuan kavitasi menghasilkan peningkatan yang terukur dalam hal densitas, viskositas, kadar sulfur, kadar abu, tingkat sedimen, dan indeks stabilitas rata-rata (MSI), serta mengurangi konsentrasi cat-fines. Pengujian mesin oleh FVTR GmbH juga melaporkan pengurangan konsumsi bahan bakar yang tidak terlalu besar (~1%) untuk campuran HFO-20% FAME yang diolah dengan kavitasi.
Tergantung pada ukuran kapal, profil operasional, dan harga bahan bakar, peningkatan properti tersebut dapat diterjemahkan ke dalam manfaat operasional yang berarti di sektor maritim, di mana bahan bakar minyak berat masih menjadi sumber energi yang dominan.
Tabel 1. Perbandingan campuran HFO 380 dan FAMEPerbandingan HFO 380 yang dicampur dengan 20% biodiesel (FAME) menggunakan pencampuran tangan konvensional (HD) dan pencampuran dengan bantuan kavitasi (CF).
(1) Bahan bakar minyak berat dengan °API < 22.3 biasanya diklasifikasikan sebagai "bahan bakar minyak berat."
(2) Meskipun titik nyala menurun, kedua campuran tetap berada di atas batas minimum ISO 8217 untuk bahan bakar laut residu, sehingga menjamin kepatuhan terhadap peraturan keselamatan.
3. Kesimpulan
Hidrodinamika Kavitasi mewakili alat intensifikasi proses serbaguna yang mampu mengatasi beberapa tantangan yang terus berlanjut dalam penyulingan minyak bumi, termasuk heterogenitas bahan baku, keterbatasan perpindahan massa, pengotoran, dan pemrosesan residu dengan viskositas tinggi. Di seluruh unit desalting minyak mentah, unit konversi termal dan katalitik, pengolahan kaustik, dan alkilasi, Hydrodynamic Cavitation menawarkan peluang untuk meningkatkan dispersi, keseragaman reaksi, dan stabilitas operasional sekaligus berpotensi mengurangi konsumsi energi dan dampak lingkungan.
Hasil yang menjanjikan yang ditunjukkan untuk peningkatan residu dan pencampuran dengan bantuan kavitasi - terutama penanganan dan stabilitas campuran HFO-FAME yang lebih baik - menggarisbawahi relevansi Kavitasi Hidrodinamika karena sektor penyulingan dan bahan bakar laut/bunker beralih ke aliran bahan bakar yang lebih beragam dan terbarukan. Pengenalan ISO 8217: 2024 [9], yang memungkinkan bahan bakar laut yang mengandung hingga 100% FAME, semakin memperkuat kebutuhan akan teknologi yang dapat menstabilkan campuran fraksi minyak bumi berat dengan bahan bakar alternatif. Kemampuan Kavitasi Hidrodinamika untuk mengurangi viskositas, meningkatkan stabilitas fasa, dan mengurangi masalah sedimen dan kontaminan memposisikannya sebagai pendorong praktis dalam lanskap yang terus berkembang ini.
Adopsi industri yang sukses akan bergantung pada:
Meskipun bukti saat ini sebagian besar masih berskala pilot, pengolahan minyak berat yang dibantu oleh Kavitasi Hidrodinamis dan pencampuran bahan bakar menunjukkan jalur yang menggembirakan untuk meningkatkan efisiensi kilang, memungkinkan integrasi bahan bakar alternatif, dan mendukung dekarbonisasi yang lebih luas dan tujuan keberlanjutan [4] . Manfaat-manfaat ini secara langsung dapat diterapkan pada sektor bahan bakar maritim/bunker, memberikan peningkatan operasional, lingkungan, dan kualitas bahan bakar.
Penulis: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referensi
Hasil praktis terbaru - termasuk pencampuran dan peningkatan residu - menunjukkan manfaat yang dapat diukur dalam pencampuran bahan bakar minyak berat dengan bahan bakar alternatif. Pencampuran HFO dengan bantuan kavitasi dengan 20% FAME telah menunjukkan peningkatan viskositas, densitas, kandungan sedimen, dan indeks stabilitas, serta mengurangi cat-fines dan peningkatan konsumsi bahan bakar yang sederhana. Temuan ini menyoroti relevansi Kavitasi Hidrodinamika tidak hanya untuk proses kilang tetapi juga untuk sektor bahan bakar maritim/bunker, terutama dalam konteks ISO 8217: 2024, yang mengizinkan bahan bakar laut yang mengandung hingga 100% FAME. Hasilnya mencerminkan tren industri yang lebih luas menuju bahan baku rendah karbon, terbarukan, dan lebih bervariasi.
Secara keseluruhan, Hydrodynamic Cavitation dan unit CaviFlow® dari RAPTECH menghadirkan jalur yang menjanjikan untuk meningkatkan kemampuan proses, mengurangi kebutuhan energi, dan mendukung transisi menuju kilang dan sistem bahan bakar kelautan yang lebih berkelanjutan. Meskipun sebagian besar data berasal dari studi laboratorium dan skala pilot, demonstrasi yang muncul - termasuk pencampuran dan peningkatan residu - menggarisbawahi potensi Kavitasi Hidrodinamika untuk penerapan industri praktis.
1. Pendahuluan
Proses konversi kilang adalah pusat untuk mengubah minyak mentah menjadi bahan bakar transportasi, bahan baku petrokimia, dan produk bernilai tinggi. Efisiensi dan kualitas produk sering kali dibatasi oleh heterogenitas bahan baku, penonaktifan katalis, pengotoran, dan hambatan perpindahan massa. Meningkatnya penggunaan minyak mentah berat dan ekstra berat, yang merupakan bagian penting dari cadangan global yang dapat dipulihkan, menghadirkan tantangan tambahan karena viskositas yang tinggi, gravitasi API yang rendah (<20°), dan kandungan aspal yang tinggi [1] . Sifat-sifat ini menghambat perpindahan panas dan massa, mempercepat pengotoran, dan meningkatkan pembentukan kokas dalam proses termal dan katalitik.
Hidrodinamika Kavitasi telah muncul sebagai strategi intensifikasi proses yang menjanjikan. Ini menghasilkan gelembung mikro yang terkendali, titik panas lokal, geser ekstrim, dan gradien tekanan, yang dapat meningkatkan reaksi kimia, dispersi fasa, dan perpindahan massa. Dibandingkan dengan pencampuran mekanis konvensional atau aditif kimia, Kavitasi Hidrodinamis mewakili pendekatan yang berpotensi hemat energi dan rendah bahan kimia untuk mengatasi kemacetan kilang [2]. Kavitasi Hidrodinamik dapat dikombinasikan dengan katalis, surfaktan, oksidan ringan (mis, H₂O₂, ozon), atau iradiasi UV untuk lebih meningkatkan efisiensi reaksi dan hasil pemrosesan yang lebih bersih [2].
Secara mekanis, kavitasi dapat menginduksi modifikasi tingkat molekuler pada hidrokarbon, termasuk disagregasi aspal, partialcracking, dan perubahan sifat reologi, yang meningkatkan penanganan bahan baku dan efisiensi reaksi [3] . Scaling Kavitasi Hidrodinamik untuk operasi industri merupakan tantangan karena tidak adanya metode standar untuk mengukur intensitas kavitasi di berbagai fluida yang berbeda dan membutuhkan modal dan biaya operasional yang tinggi [1,4]. Bukti dari laboratorium dan studi percontohan menunjukkan bahwa Kavitasi Hidrodinamik dapat meningkatkan kemampuan proses dan efisiensi, meskipun validasi industri skala penuh masih terbatas.
Proses yang dibantu oleh Kavitasi Hidrodinamik dapat menawarkan manfaat operasional dan lingkungan, termasuk pengurangan konsumsi energi, peningkatan hasil, dan emisi gas rumah kaca yang lebih rendah. Metode ini dapat melengkapi metode peningkatan konvensional, yang sering kali boros energi dan desain reaktor. Angka kavitasi telah diusulkan sebagai parameter sistematis untuk mengoptimalkan desain reaktor dan menjembatani data eksperimental dengan aplikasi praktis.
2. Peluang Kavitasi Hidrodinamika Berdampak Tinggi
2.1 Desalting MinyakMentah (CDU )
Mengintegrasikan Kavitasi Hidrodinamika pada saluran masuk desalter dapat meningkatkan penyebaran minyak-air dan pembuangan garam. Turbulensi mikro, geseran, dan fluktuasi tekanan lokal mendorong pemecahan emulsi yang stabil, menghasilkan tetesan halus dan seragam yang meningkatkan kontak air-minyak dan mempercepat penggabungan. Hal ini dapat menghasilkan kandungan garam sisa yang lebih rendah, mengurangi pengotoran dan korosi, dan meningkatkan kinerja pertukaran panas [2]. Unit Kavitasi Hidrodinamik dapat diimplementasikan sebagai selip inline yang ringkas dengan modifikasi minimal pada infrastruktur desalting yang ada.
2.2 Pengasapan Tertunda (Delayed Coking, DCU )
Menerapkan Kavitasi Hidrodinamik untuk menyedot residu sebelum pemanas kokas dapat meningkatkan homogenisasi umpan dan menginduksi efek pra-peningkatan yang ringan. Geseran, pencampuran mikro, dan aktivasi termal-mekanis lokal mendorong disagregasi aspal parsial dan pengurangan viskositas, memungkinkan perengkahan termal yang lebih seragam [5,3]. Studi skala pilot telah melaporkan peningkatan stabilitas pemanas, pengurangan deposisi kokas, dan peningkatan sederhana dalam hasil produk cair ketika kavitasi hidrodinamika diintegrasikan di bagian hulu kokas. Mempertahankan intensitas kavitasi yang tepat sangat penting untuk menghindari pre-cracking yang berlebihan, terutama pada umpan yang sangat aromatik atau tidak stabil [1,3] . Oleh karena itu, desain sistem kavitasi hidrodinamika yang tepat dan optimalisasi kondisi operasi sangat penting untuk implementasi yang aman dan efektif.
2.3 Unit Perengkahan Katalitik Fluida (FCCU)
Mempersiapkan pra-pengkondisian umpan berat (mis, minyak gas vakum atau residu) melalui Kavitasi Hidrodinamika dapat meningkatkan homogenisasi umpan dan mengganggu sebagian agregat yang kaya aspal dan logam, sehingga berpotensi menurunkan beban kontaminan efektif yang berkontribusi terhadap pembentukan CCR [6] . Geser yang intens dan pencampuran mikro yang dihasilkan oleh kavitasi juga dapat meningkatkan dispersi, perpindahan massa, dan reologi umpan secara keseluruhan, yang dapat mendukung efisiensi konversi yang lebih tinggi dan mengurangi kecenderungan pengotoran. Efek-efek ini telah ditunjukkan pada skala pilot, tetapi tidak ada data yang tersedia untuk umum yang mengonfirmasi implementasi FCC skala penuh hingga saat ini. Mengintegrasikan Kavitasi Hidrodinamika di bagian hulu unit FCC membutuhkan rekayasa yang cermat pada antarmuka injeksi umpan, termasuk tekanan, temperatur, metalurgi, dan kompatibilitas dengan sistem pemanasan awal dan distribusi umpan yang sudah ada.
2.4 Hydrotreaters (DHT, CNHT, NHT)
Pencampuran awal hidrogen-minyak dengan bantuan kavitasi hidrodinamis dapat meningkatkan dispersi H₂ dan kontak antar muka, yang berpotensi meningkatkan desulfurisasi, penghilangan nitrogen, dan kejenuhan olefin [2,8]. Turbulensi mikro dan geseran meningkatkan area antarmuka yang tersedia, mengurangi keterbatasan transfer massa yang mengurangi efektivitas katalis. Validasi pilot direkomendasikan untuk mengoptimalkan tingkat keparahan kavitasi, waktu tinggal, dan integrasi modul. Modul Kavitasi Hidrodinamika yang direkayasa dengan benar - selip yang diberi nilai tekanan dengan bahan yang kompatibel dengan kondisi proses - dapat mendukung konversi per lintasan yang lebih tinggi dan umur katalis yang lebih baik.
2.5 Jet Fuel Caustic Treating (JCTU)
Pada pengolahan bahan bakar kaustik jet, Kavitasi Hidrodinamis mengintensifkan kontak antara larutan kaustik dan hidrokarbon, sehingga meningkatkan ekstraksi merkaptan dan stabilitas produk. Pencampuran mikro dan pembaruan antarmuka yang tinggi dapat mengurangi konsumsi kaustik sekaligus mempertahankan atau meningkatkan kinerja pemanis. Sistem Kavitasi Hidrodinamika Inline memungkinkan perkuatan langsung ke depan dengan gangguan proses yang minimal.
2.6 Unit Alkilasi (H₂SO₄ ALKY)
Hidrodinamika Kavitasi dapat meningkatkan kontak asam-hidrokarbon pada unit alkilasi, meningkatkan kondisi reaksi yang lebih seragam dan berpotensi meningkatkan angka oktan dan hasil produk [6]. Geseran tinggi, turbulensi mikro, dan fluktuasi tekanan mempercepat reaksi yang dikatalisis oleh asam. Implementasi membutuhkan pemilihan bahan yang ketat, desain tahan korosi, dan protokol keselamatan yang ketat. Validasi skala pilot direkomendasikan sebelum adopsi skala penuh.
2.7 Peningkatan & Pencampuran Residu
Hidrodinamika Kavitasi dapat mendukung pencampuran dan peningkatan parsial residu berat dan residu vakum dengan meningkatkan dispersi, mengurangi viskositas, dan meningkatkan stabilitas bahan bakar secara keseluruhan.
Aplikasi peningkatan
Untuk peningkatan, kavitasi meningkatkan disagregasi aspal, keretakan ringan, pengurangan viskositas, pergeseran ke arah fraksi yang lebih ringan, dan minimalisasi lumpur [2-4]. Pengolahan residu dengan bantuan kavitasi hidrodinamika telah terbukti lebih hemat biaya daripada kavitasi akustik untuk operasi skala pilot dan dapat meningkatkan sifat aspal, desulfurisasi, dan stabilitas emulsi dalam aplikasi seperti bahan baku FCC, hydrotreatment, dan bahan bakar laut [4,7,8]. Meskipun sebagian besar manfaat yang dilaporkan berasal dari skala laboratorium dan percontohan, kontrol yang tepat terhadap intensitas kavitasi dan waktu tinggal sangat penting untuk implementasi yang aman dan efektif.
Aplikasi pencampuran
Dalam operasi pencampuran, Kavitasi Hidrodinamika mendorong pembentukan dispersi yang baik dan stabil antara minyak berat dan komponen dengan viskositas lebih rendah seperti biodiesel atau minyak pirolisis. Geseran tinggi dan turbulensi mikro yang dihasilkan selama kavitasi meningkatkan daya larut, mengurangi kecenderungan pemisahan fase, dan meningkatkan homogenitas selama penyimpanan dan penanganan.
Pengujian independen di Bureau Veritas dan laboratorium data-fisika mengonfirmasi peningkatan ini. Tabel 1 merangkum perbandingan HFO 380 yang dicampur dengan 20% biodiesel (FAME) menggunakan pencampuran tangan konvensional (HD) dan pencampuran dengan bantuan kavitasi (CF) dengan sistem CaviFlow® RAPTECH. Metode dengan bantuan kavitasi menghasilkan peningkatan yang terukur dalam hal densitas, viskositas, kadar sulfur, kadar abu, tingkat sedimen, dan indeks stabilitas rata-rata (MSI), serta mengurangi konsentrasi cat-fines. Pengujian mesin oleh FVTR GmbH juga melaporkan pengurangan konsumsi bahan bakar yang tidak terlalu besar (~1%) untuk campuran HFO-20% FAME yang diolah dengan kavitasi.
Tergantung pada ukuran kapal, profil operasional, dan harga bahan bakar, peningkatan properti tersebut dapat diterjemahkan ke dalam manfaat operasional yang berarti di sektor maritim, di mana bahan bakar minyak berat masih menjadi sumber energi yang dominan.
Tabel 1. Perbandingan campuran HFO 380 dan FAMEPerbandingan HFO 380 yang dicampur dengan 20% biodiesel (FAME) menggunakan pencampuran tangan konvensional (HD) dan pencampuran dengan bantuan kavitasi (CF).
| Parameter | Unit | Memadukan (HD) | Pencampuran (CF) | Peningkatan (%) |
|---|---|---|---|---|
| Kepadatan pada suhu 50°C | kg/m³ | 948.7 | 945.5 | 0.3 |
| °API @ 60 °F (1) | - | 13.83 | 14.32 | 3.5 |
| Viskositas Kinematik pada suhu 50°C | cSt | 109.2 | 94.72 | 13 |
| Kandungan Belerang | % (m/m) | 1.35 | 1.33 | 1.5 |
| Kandungan Abu | % (m/m) | 0.024 | 0.023 | 4 |
| Titik Tuang | °C | -15 | -15 | 0 |
| Titik Nyala (2) | °C | 129.5 | 103.5 | -20 (2) |
| Potensi sedimen total | % (m/m) | 0.04 | 0.03 | 25 |
| Total Sedimen Ada | % (m/m) | 0.03 | 0.02 | 33 |
| Indeks Stabilitas Rata-rata (MSI) | - | 0.24 | 0.19 | 26 |
| Denda Kucing (Al & Si) | mg / kg | 9 | 6 | 50 |
(1) Bahan bakar minyak berat dengan °API < 22.3 biasanya diklasifikasikan sebagai "bahan bakar minyak berat."
(2) Meskipun titik nyala menurun, kedua campuran tetap berada di atas batas minimum ISO 8217 untuk bahan bakar laut residu, sehingga menjamin kepatuhan terhadap peraturan keselamatan.
3. Kesimpulan
Hidrodinamika Kavitasi mewakili alat intensifikasi proses serbaguna yang mampu mengatasi beberapa tantangan yang terus berlanjut dalam penyulingan minyak bumi, termasuk heterogenitas bahan baku, keterbatasan perpindahan massa, pengotoran, dan pemrosesan residu dengan viskositas tinggi. Di seluruh unit desalting minyak mentah, unit konversi termal dan katalitik, pengolahan kaustik, dan alkilasi, Hydrodynamic Cavitation menawarkan peluang untuk meningkatkan dispersi, keseragaman reaksi, dan stabilitas operasional sekaligus berpotensi mengurangi konsumsi energi dan dampak lingkungan.
Hasil yang menjanjikan yang ditunjukkan untuk peningkatan residu dan pencampuran dengan bantuan kavitasi - terutama penanganan dan stabilitas campuran HFO-FAME yang lebih baik - menggarisbawahi relevansi Kavitasi Hidrodinamika karena sektor penyulingan dan bahan bakar laut/bunker beralih ke aliran bahan bakar yang lebih beragam dan terbarukan. Pengenalan ISO 8217: 2024 [9], yang memungkinkan bahan bakar laut yang mengandung hingga 100% FAME, semakin memperkuat kebutuhan akan teknologi yang dapat menstabilkan campuran fraksi minyak bumi berat dengan bahan bakar alternatif. Kemampuan Kavitasi Hidrodinamika untuk mengurangi viskositas, meningkatkan stabilitas fasa, dan mengurangi masalah sedimen dan kontaminan memposisikannya sebagai pendorong praktis dalam lanskap yang terus berkembang ini.
Adopsi industri yang sukses akan bergantung pada:
- Kontrol intensitas kavitasi yang tepat untuk menyeimbangkan peningkatan efisiensi dengan integritas peralatan.
- Memastikan kompatibilitas dengan aliran proses bersuhu tinggi, korosif, atau viskositas tinggi.
- Mengintegrasikan modul HC ke dalam konfigurasi kilang yang ada tanpa mengganggu kontrol proses yang kritis.
Meskipun bukti saat ini sebagian besar masih berskala pilot, pengolahan minyak berat yang dibantu oleh Kavitasi Hidrodinamis dan pencampuran bahan bakar menunjukkan jalur yang menggembirakan untuk meningkatkan efisiensi kilang, memungkinkan integrasi bahan bakar alternatif, dan mendukung dekarbonisasi yang lebih luas dan tujuan keberlanjutan [4] . Manfaat-manfaat ini secara langsung dapat diterapkan pada sektor bahan bakar maritim/bunker, memberikan peningkatan operasional, lingkungan, dan kualitas bahan bakar.
Penulis: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referensi
- Demirbas, A.; Bafail, A.; Nizami, A.-S. Peningkatan minyak berat: Membuka pasokan bahan bakar masa depan. Ilmu dan Teknologi Perminyakan, 2016, 34(4), 303-308. DOI: 10.1080/10916466.2015.1136949.
- Panda, D.; Saharan, V. K.; Manickam, S. Kavitasi Hidrodinamika Terkendali: Tinjauan Kemajuan dan Perspektif Terbaru untuk Pemrosesan yang Lebih Ramah Lingkungan. Proses, 2020, 8, 220. DOI: 10.3390/pr8020220.
- Kuimov, D.; Minkin, M.; Yurov, A.; Lukyanov, A. Kondisi Penelitian Saat Ini tentang Mekanisme Efek Kavitasi dalam Pengolahan Produk Minyak Bumi Cair-Tinjauan dan Proposal untuk Penelitian Lebih Lanjut. Fluids, 2023, 8, 172. DOI: 10.3390/fluids8060172.
- Neelima, NV; Bhattacharya, S.; Holkar, CR; Jadhav, AJ; Pandit, AB; Pinjari, DV Transformasi Berbantuan Kavitasi dalam Pemrosesan Aspal: Sebuah Tinjauan. Penelitian Kimia Industri & Rekayasa, 2024, 63, 6047-6065. DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00785.
- Wan, C.; Wang, R.; Zhou, W.; Li, L. Studi eksperimental tentang pengurangan viskositas minyak berat dengan donor hidrogen menggunakan jet kavitasi. Kemajuan RSC, 2019, 9, 2509-2515. DOI: 10.1039/C8RA08087A.
- Stebeleva, O. P.; Minakov, A. V. Penerapan Kavitasi dalam Pengolahan Minyak: Tinjauan Umum Mekanisme dan Hasil Pengolahan. ACS Omega, 2021. DOI: 10.1021/acsomega.1c05858.
- Davudov, D.; Ghanbarnezhad Moghanloo, R. Perbandingan sistematis dari berbagai teknik peningkatan untuk minyak berat. Jurnal Ilmu dan Teknik Perminyakan, 2017, 156, 623-632. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.05.014.
- Cako, E.; Wang, Z.; Castro-Muñoz, R.; Rayaroth, MP; Boczkaj, G. Teknologi bersih berbasis kavitasi untuk produksi biodiesel dan pemrosesan aliran hidrokarbon: Perspektif tentang dasar-dasar utama, data proses yang hilang dan kelayakan ekonomi - Sebuah tinjauan. Sonokimia Ultrasonik, 2022, 88, 106081. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106081.
- Kelompok Kerja Bahan Bakar CIMAC. Pedoman CIMAC: Bahan bakar laut yang mengandung FAME - ISO 8217:2024. CIMAC, 2024
