Gas Alam: Dari Ekstraksi hingga Distribusi – Tinjauan Komprehensif

Latar Belakang

Gas alam adalah campuran hidrokarbon yang terbentuk dari dekomposisi termal materi organik di bawah tanah. Sering ditemukan bersama minyak, tetapi ada reservoir besar di mana minyak tidak ada. Pembakaran yang bersih dan efisien menjadikannya dasar dari pemanasan rumah tangga, memasak, dan berbagai proses industri.

Sejarah

Gas alam telah memukau manusia selama ribuan tahun. Peradaban awal mengamati silet yang menyala dari batang dan mata air, yang kadang-kadang disambarkan oleh petir, yang melahirkan legenda tentang “api dari bumi.” Sekitar 900 SM, insinyur China mengekstrak gas dari sumur, menggunakannya untuk menguapkan air laut untuk produksi garam. Pada abad pertama M, mereka telah mengembangkan teknik bor yang canggih, mencapai kedalaman 4.800 kaki (1.460 m) dengan bit logam cor bambu.

Romawi juga menyadari gas alam; Julius Caesar reportedly melihat “mata air yang menyala” di dekat Grenoble, Prancis. Di Rusia awal, kuil dibangun di sekitar api abadi yang dipasok oleh silet gas alam.

Di Amerika Serikat, William Hart membor sumur gas sengaja pertama pada tahun 1821 di Canadaway Creek, New York, menggunakan logam berlubang untuk pipa gas untuk penerangan. Perusahaan Fredonia Gas, Light, and Waterworks menjadi perusahaan gas pertama di AS pada tahun 1865. Sebuah pipa 25 mi (40 km) dari lapangan gas ke Rochester mengikuti pada tahun 1872, juga menggunakan logam berlubang. Pemancar Bunsen (1885) memicu minat dalam gas untuk pemanasan dan memasak. Pada tahun 1891, deposit tekanan tinggi di tengah Indiana menyuplai pipa 120 mi (192 km) ke Chicago.

Upaya awal dibatasi oleh jaringan distribusi yang tidak memadai, sehingga gas tetap menjadi komoditas lokal. Pada tahun 1910-an, perusahaan minyak menyadari kerugian finansial dari pembuangan gas dan mulai memasang pipa ke kota-kota besar. Baru setelah Perang Dunia II jaringan nasional muncul, menjadikan gas alam sebagai alternatif yang kompetitif terhadap listrik dan batu bara.

Saat ini, AS mengoperasikan lebih dari 600 pabrik pengolahan dan 300.000 mi (480.000 km) pipa transmisi utama. Cadangan signifikan juga ada di Uni Soviet mantan, Kanada, China, dan Teluk Arab.

Bahan Baku

Gas alam mentah terutama metana, ditemani oleh etana, propana, butana, dan hidrokarbon lainnya. Mungkin juga mengandung uap air, sulfida hidrogen, karbon dioksida, nitrogen, dan helium dalam jumlah kecil.

Selama pengolahan, banyak konstituen dihilangkan atau dipisahkan untuk dijual. Etana, propana, butana, sulfida hidrogen, dan helium sering diisolasi; uap air, CO₂, dan nitrogen dihilangkan untuk meningkatkan kualitas dan memudahkan transportasi.

Produk yang dihasilkan terutama metana dan etana, dengan aditif seperti merkaptan ditambahkan untuk deteksi bau.

Proses Manufaktur

Ekstraksi

• 1 Beberapa reservoir memiliki tekanan yang cukup untuk gas mengalir secara alami ke permukaan; sebagian besar sumur membutuhkan pompa. Pompa yang paling umum memiliki batang panjang yang terpasang pada piston, didorong oleh balayang goyang—desain yang sering disebut pompa kepala kuda.
• 2 Di permukaan, gas dipisahkan dari minyak (jika ada) dan diarahkan ke pabrik pengolahan pusat. Ratusan sumur dapat menyediakan satu fasilitas.

Pengolahan

• 3 Di AS, ~75 % gas alam berasal dari reservoir tanpa minyak, menyederhanakan pengolahan. Gas mentah biasanya mengandung kotoran, pasir, dan uap air. Filter atau tangkapan menghilangkan padatan, sementara menara desikant (alumina, silika gel) atau desikant cair (glikol) mengeringkan aliran sebelum pengolahan lebih lanjut atau injeksi langsung ke pipa transportasi.
• 4 Hidrokarbon yang lebih berat—propana, butana—ditangkap melalui menara penyerapan dingin dengan minyak seperti kerosin. Minyak menguap dan menangkap ~85 % propana dan hampir semua butana; gas yang lebih ringan keluar dari menara. Minyak kemudian distilasi, dan hidrokarbon dipisahkan dalam kolom fraksionasi.
• 5 Aliran gas sekarang berisi metana, etana, sejumlah kecil propana, dan jejak CO₂, H₂S, N₂, dll. Etana dapat dipisahkan lebih lanjut menggunakan siklus kompresi/pengemasan kriogenik, dan sisa uap air dikurangi oleh langkah dehydrasi tambahan.
• 6 Untuk konten CO₂ atau H₂S yang tinggi, menara pemoles kimia memperkenalkan monoetanolamina, yang bereaksi dengan asam dan kemudian diuraikan untuk pengolahan.
• 7 Nitrogen, pengencer non-bakar, dihilangkan oleh distilasi suhu rendah setelah CO₂ dan H₂S dihapus—proses “pengkatan” keseluruhan yang menghasilkan gas yang lebih bersih dan energi lebih tinggi.
• 8 Pemulihan helium mengikuti penghapusan nitrogen melalui loop destilasi dan pemurnian kriogenik yang kompleks, menjadikan gas alam sebagai sumber helium utama AS.

Transportasi

• 9 Gas yang telah diproses menerima merkaptan untuk deteksi kebocoran, lalu berangkat ke stasiom kompresor di mana tekanan dinaikkan ke 200–1.500 psi (1.380–10.350 kPa). Pipa transmisi bawah tanah—20 hingga 42 in (51–107 cm) diameter—menjentang ribuan mil menjaga gas bergerak, dengan stasiom kompresor setiap ~100 mi (160 km) untuk memulihkan tekanan yang hilang karena gesekan.
• 10 Dekat tujuannya, gas mungkin diinjeksikan ke penyimpanan bawah tanah (reservoir yang sudah habis, akuifer, guha garam) untuk menyeimbangkan permintaan musim.

Distribusi

• 11 Dari penyimpanan, gas diarahkan ke pipa distribusi lokal pada tekanan hingga 1.000 psi (6.900 kPa).
• 12 Tekanan diturunkan di bawah 60 psi (410 kPa) untuk jaringan kota, lalu diturunkan lagi ke ~0,25 psi (1,7 kPa) sebelum memasuki rumah atau bisnis individu.

Kontrol Kualitas

Gas alam sangat mudah terbakar dan dapat meledak jika jumlah besar menyala secara tiba-tiba. Insiden mematikan telah terjadi dari kebocoran tiba-tiba dan suffokasi yang berkepanjangan. Untuk mengurangi risiko, odorant (merkaptan) ditambahkan, dan pita peringatan kuning terang dikubur beberapa kaki di atas pipa tekanan tinggi. Papan tanda di tingkat tanah juga memperingatkan masyarakat tentang lokasi pipa.

Masa Depan

Profil emisi rendah gas alam menjadikannya bahan bakar alternatif yang menjanjikan untuk kendaraan bermotor; armada CNG (compressed natural gas) sudah beroperasi di seluruh dunia. Selain itu, banyak proses industri panas tinggi—besi, kaca, semen, kimia, aluminium, dan makanan olahan—bertransisi ke gas alam untuk mengurangi polusi udara.