Upaya Peningkatan Efisiensi Menggunakan Parameter Excess Air dan Oxygen  Content serta  Analisa  Panas  Pembakaran Steam Methane Reforming (SMR) 22-F-101 di Hydrogen Plant

## PT. XYZ
Arifian Arkan Anshori 1 , Arif Nurrahman 1*
1 Teknik Pengolahan Minyak dan Gas, Politeknik Energi dan Mineral Akamigas, Indonesia

## ABSTRAK
Fired Heater merupakan alat yang berfungsi salah satunya untuk pemanasan fluida proses. Steam Methane Reforming 22-F-101 pada PT. XYZ menggunakan bahan bakar fuel gas dan waste gas hasil impurities dari  PSA  unit.  Disebabkan  pembakaran  pada  alat  ini  bersumber  dari fuel sehingga peneliti bermaksud melakukan upaya peningkatan effisiensi menggunakan parameter excess air dan oxygen  content supaya  proses  pembakaran  lebih  optimal  dan  efisien.  Peneliti  juga menganalisa  terhadap  kinerja  dari  alat  ini  berdasarkan  hasil  upaya  peningkatan  dan  panas pembakaran.  Penggunaan excess  air dan oxygen excess  content  in  flue  gas pada  kondisi actual berturut-turut sebesar 47,74% dan 5,19% dengan efisiensi sebesar 87,18%, setelah dilakukan upaya  peningkatan  dengan  mengurangi  penggunaan  2  parameter  tersebut, excess  air menjadi sebesar 15,7% dan oxygen content 2,05%. Pengurangan dari penggunaan excess air dan oxygen content menyebabkan kenaikan efisiensi menjadi sebesar 89,07% dengan perhitungan fuel gas sebelum dilakukan upaya peningkatan sebesar Rp62.576.338,326 dan setelah dilakukan upaya peningkatan  menjadi  lebih  ekonomis  sebesar  Rp46.520.456,545  dengan  total  penghematan Rp16.055.881,780  pertahun.  Panas  dari  pembakaran fuel  gas menghasilkan  panas  yang dimanfaatkan untuk feed dengan persentase panas reforming sebesar 57,1308%, panas optimum 25,5476% dan panas steam sebesar 17,3216%.
Keywords: efisiensi, reforming, fuel gas, excess air, oxygen content

## anurahman@esdm.go.id

## 1. Pendahuluan
Steam Methane Reforming yang menjadi salah satu  jantung  dari  proses  pembuatan  gas  hi- drogen  dengan  tingkat  kemurnian  99,9% maka penelitian ini untuk mengetahui kinerja dari Steam  Methane  Reforming sebagai  alat pembuat hidrogen untuk pemenuhan proses dalam  kilang  terutama  dalam  proses  peng- hilangan  senyawa  sulfur  dari  minyak  bumi [1].  Pada  keadaan  aktual  yang  terjadi  di  la-
pangan, di dapatkan nilai dari efisiensi yang belum sesuai dengan batasan minimum yang ditetapkan oleh perusahaan yaitu dengan ba- tasan  minimum  89%,  untuk  batasan oxygen content 2-4%  dan excess  air 10-15%  maka perlu untuk mengupayakan peningkatan efi- siensi  dari Steam  Methane  Reforming [2]. Ashutosh Garg (1997)[3] menyatakan bahwa mengoptimalkan excess  air untuk  pembaka- ran  proses Steam  Methane  Reforming perlu diperhatikan di antaranya menyeimbangkan
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2023) Vol. 3 No. 2 https://doi.org/10.53026/IJoEM/2023/3.2/1110
rasio  udara  ke  bahan  bakar  karena  sangat penting  untuk  mencapai  efisiensi  pembaka- ran yang tinggi. Masalah yang biasa terjadi da- lam fired heater yaitu parameter excess air di sebabkan  udara  berlebih  yang  tidak  sesuai dengan  kondisi  desain  alat  dan oxygen  con- tent yang  berlebih  juga  berpengaruh  me- nyebabkan energi yang dipakai menjadi ting- gi  memungkinkan  untuk  penggunaan fuel menjadi  lebih  banyak  sehingga  tingkat  dari keefisiensian  alat  menjadi  lebih  kecil  atau secara keekonomisan dari alat menjadi lebih besar biaya produksinya [4]. Sebagian besar refinery saat ini mengenali kebutuhan untuk menjalankan  proses  pemanas  tingkat  teren- dah yaitu dari kelebihan oksigen ( Oxygen ex- cess )  [5].  Hal  ini  dapat  dipastikan  secara lengkap bahwa burn of fuel adalah untuk men- jalani keefisiensian dan pengurangan NO x [6].
Steam  Methane  Reforming biasa  dirancang sangat besar untuk menghasilkan volume gas hidrogen  dengan  jumlah  tinggi  untuk  di- gunakan dalam proses kilang lainnya seperti hydrotreating ataupun hydrocracking atau untuk memasok syngas (campuran hidrogen, karbon  monoksida,  dan  sisa  metana  dan steam )  untuk  pengolahan  di  hilir  menjadi produk  seperti  amoniak  atau  metanol  [7]. Bahan bakunya biasanya adalah gas alam ( na- tural  gas ),  tetapi  terkadang  bisa  juga  dari fluida  fraksi  ringan  seperti naphta ,  dipanas- kan terlebih dahulu dan digabungan dengan steam [8].  Kemudian  dialirkan  melalui fur- nace tubes packed dibantu dengan katalis, di mana  reaksi  kimia  yang diinginkan  tersebut terjadi  [9].  Reaksi steam  reforming mem-
butuhkan panas karena reaksi yang terjadi a- dalah endotermis [10].
Penelitian ini dimaksudkan untuk meningkat- kan  efisiensi  penggunaan  bahan  bakar dan panas  pembakaran fuel  gas sehingga  dapat menghasilkan  produk  gas  hidrogen  yang murni  dengan  biaya  produksi  minimal  de- ngan metode efisiensi menggunakan API 560 Annex-G [11] dan panas pembakaran meng- gunakan GPSA [12] .

## 2. Materials and methods
Metode  yang  digunakan  peneliti  dalam  pe- nulisan  jurnal  ini  adalah  studi  literatur  de- ngan  tujuan  untuk  mendapatkan  teori  yang berkaitan  dengan  judul  dan  juga  memban- dingan  antara  teori  literasi  dengan  hasil  di lapangan.  Kemudian  langkah  berikutnya  ya- itu pengumpulan data lapangan seperti data flow fuel .  Data-data  yang  diperoleh  dari  la- pangan  akan  digunakan  untuk  perhitungan serta  pengevaluasian  dari  efisiensi  alat  dan perhitungan panas pembakaran. Perhitungan efisiensi  untuk  menghitung  peningkatan  u- paya menggunakan metode API 560 Annex-G dan  GPSA  untuk  perhitungan  panas  pem- bakaran.
Perhitungan di bawah ini untuk mencari efi- siensi (persamaan 1 – 17) dan untuk mencari nilai  panas  pembakaran  yang  terjadi  pada Steam  Methane  Reforming (persamaan  18 – 41), sebagai berikut:
Massa ( kg jam ) = %𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 100 × BM masing-masing komposisi × flow fuel (1)
ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡  =   ∆ℎ 𝑎 +   ∆ℎ 𝑓 +   ∆ℎ 𝑚 +   ℎ 𝐿 (2)
MA = 𝑃 𝑣𝑎𝑝 𝑎𝑡 𝑇.𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡 𝑃𝑎𝑖𝑟 (14.696 𝑝𝑠𝑖) × 𝑅𝐻 100 × 𝑀𝑊 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑀𝑊 𝑎𝑖𝑟 (3) 𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒
𝑙𝑏𝑓𝑢𝑒𝑙 = 𝑙𝑏 𝑎𝑖𝑟 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑 𝑙𝑏𝑓𝑢𝑒𝑙 1−𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑖𝑛 𝑎𝑖𝑟 (4)
𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑙𝑏 𝑓𝑢𝑒𝑙 = 𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑙𝑏𝑓𝑢𝑒𝑙 - air required (5)
𝑙𝑏 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟
𝑙𝑏 𝑓𝑢𝑒𝑙 = H 2 O + 𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒
𝑙𝑏𝑓𝑢𝑒𝑙 - air required (6)
𝑙𝑏 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝑎𝑖𝑟 𝑙𝑏 𝑓𝑢𝑒𝑙 = (28,85 𝑥 𝑂 2 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 )( 𝑁2 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑑
28 + 𝐶𝑂2 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑑
44 + 𝐻2𝑂 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑑 18 )
20,95− 𝑂 2 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠    [ ( 1,6028 𝑥 𝑙𝑏𝑠 𝑜𝑓  𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝑠 𝑜𝑓 𝑎𝑖𝑟 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑 +1 )
(7)
𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝐴𝑖𝑟 = ( 𝑙𝑏𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝑎𝑖𝑟 𝑙𝑏𝑓𝑢𝑒𝑙 )
𝑎𝑖𝑟 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑 × 100% (8)
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑙𝑏 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟
𝑙𝑏 𝑓𝑢𝑒𝑙 = ( %𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝑎𝑖𝑟 100% x 𝑙𝑏 𝑚𝑎𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑙𝑏 𝑓𝑢𝑒𝑙 ) + 𝑙𝑏 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑏 𝑓𝑢𝑒𝑙
(9) (∆ℎ 𝑎 ) = 𝑐𝑝 (𝑇. 𝑐𝑜𝑚𝑏. 𝐴𝑖𝑟 − 60) × (𝑙𝑏 𝑤𝑒𝑡 𝑎𝑖𝑟 + 𝑙𝑏 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝑎𝑖𝑟 )
(10)
(∆ℎ 𝑓 ) = 𝑚 × 𝐶𝑝 × (𝑡 2 −𝑡 1 )
(11)
(∆ℎ 𝑚 ) = 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑖𝑧𝑖𝑛𝑔 𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 × (1195.5  −  1087.7)
(12)
ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠  =   ℎ 𝑟 +    ℎ 𝑠 (13) ℎ 𝑟 = 2% × 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑒𝑡 𝐻𝑒𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑉𝑎𝑙𝑢𝑒
(14)
Stack Heatloss = Component Formed × Enthalpy
(15) Heat Absorbed = Heat Input – Heat Losses (16)
e = (h L +  ∆ha+∆h f +∆hm)− (hf+hs )
(h L +  ∆ha+∆h f +∆hm) 𝑥 100% , atau 𝑒 = (ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑑)
ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑥 100%
(17)
Akumulasi di dalam sistem = (input system) – (output sistem) + (pembentukan di dalam system)
– (penggunaan di dalam sistem) (18) massa masuk ke dalam sistem = massa keluar dari sistem (19)
Elemen SRS => compound SRS + (q f ) compound (20) aA + bB => 1L + Mm (21)
Q reaksi = ∆ H° f298 products - ∆ H° f298 reactans (22)
Jumlah Mol flow Feed ( kgmol jam ) = 𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑓𝑒𝑒𝑑 𝑘𝑁𝑚3 ℎ ×1000 𝑁𝑚3 𝑘𝑁𝑚3 22,4 𝑁𝑚3 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
(23)
Mol A ( kgmol jam ) = % vol  × Mol Flow Feed ( kgmol jam ) (24)
Mass A ( kg jam ) = mol A ( kg jam ) × BM A ( 𝑘𝑔 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙 ) (25)
Mass atom C di A = Jumlah atom C × AR atom × Massa A
BM A (26)
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2023) Vol. 3 No. 2 https://doi.org/10.53026/IJoEM/2023/3.2/1110
Mol atom C dalam A = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝐴
𝐴𝑅 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶
(27)
Mol steam feed ( kg jam )= 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐹𝑙𝑜𝑤 𝑆𝑡𝑒𝑎𝑚 ( 𝑘𝑔 𝑗𝑎𝑚 ) 𝐵𝑀 𝐻 2 𝑂 ( kg kgmol ) (28)
% mol atom C di dalam produk = % mol CO + % mol CO 2 + % mol CH 4 (29)
Total mol produk ( kg jam ) = 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶 𝑑𝑖 𝑓𝑒𝑒𝑑 %𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶 𝑑𝑖 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 (30)
Mol komponen A ( kg jam )  = total mol produk × %mol A (31) Massa komponen A ( kg jam ) = mol komponen A × BM A (32)
Massa O 2 dalam H 2 O feed ( kg jam ) = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑂 × 𝐴𝑅 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑂 ×𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐻 2 𝑂 𝐵𝑀 𝐻 2 𝑂 (33)
Mol atom O 2 dalam H 2 O ( kgmol jam ) = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑂 2 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝐻 2 𝑂 𝑓𝑒𝑒𝑑 𝐴𝑅 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑂 2 (34)
Mol O 2 dalam excess H 2 O ( kgmol jam ) = total mol O 2 feed - total mol O 2 produk (35)
Mol excess steam ( kgmol jam ) = 2 × mol excess O 2
(36)
Massa excess steam ( kg jam ) = mol excess steam × BM H 2 O (37)
Qop = (H feed(T2) - H feed(T1) ) + (H product(T298K) - H product(T2) ) - (H feed(T2) - H feed(T298) ) (38)
Q1 = (H vapor – H liquid ) × W (39)
Q 2 =  (H 2 – H 1 ) × W (40)
Q steam = Q 1 + Q 2
(41)
Hasil  evaluasi  tersebut  digunakan  untuk melakukan  pengoptimalan  dengan  metode
trial upaya  peningkatan  dengan  mencari variabel yang
digunakan untuk meningkatkan  keefisiensian  dari  alat  serta hasil  dari  evaluasi  panas  pembakaran dilakukan  dengan  menganalisa  hasil  dari upaya  peningkatannya.  Hasil  dari  upaya peningkatan  akan  dikembangkan  untuk mencari  keekonomisan  dari  alat  serta mendapatkan  hasil  efisiensi  yang  tinggi dengan nilai ekonomis lebih tinggi.

## 3. Hasil dan Pembahasan
A. Efisiensi Steam Methane Reforming dan Upaya Peningkatannya
Berdasarkan  perhitungan  sehingga  di dapatkan  nilai  pada  persamaan  (17)  untuk mengetahui hasil perhitungan efisiensi Steam Methane Reforming (SMR) maka hasil yang di dapat sebagai berikut,
𝑒 = (5.612,32 𝑏𝑡𝑢 𝑙𝑏 )−(689,78 𝑏𝑡𝑢 𝑙𝑏 ) (5.612,32 𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏 ) × 100% = 87,71%
Dari hasil  perhitungan  di  atas dapat  di  lihat bahwa  nilai  effisiensi  dari net  thermal efficiency SMR hanya  di  dapatkan  87,71%, yaitu  selisih  1,29%  kurang  dari  batas minimum  desain  dari  SMR (min.  89%). Diketahui  juga  dalam  perhitungan  di  atas disebabkan karna nilai excess air yang cukup besar  di  hasil  rata-rata  dari  perhitungan adalah  39,34%  dengan temperature  stack 422,170 0 F menunjukkan bahwa nilai persen- tase excess air dan O 2 content itu cukup besar bersamaan dengan suhu flue gas yang cukup besar hingga di dapatkan nilai efisiensi yang dibawah desain.
Jika  dibandingkan  nilai recommended  excess air  levels untuk fuel menggunakan fuel  gas pada  kondisi natural  draft yakni  sekitar 15- 20%, sehingga parameter pengoptimalan ex- cess air dan O 2 content in flue gas dengan cara trial. Pada prakteknya ada beberapa cara un-
tuk  mendapatkan  hasil  perhitungan  pening- katan  efisiensi  di  antaranya  menggunakan metode perhitungan IBM SPSS Statistics . Na- mun  pada  penelitian  ini,  peneliti  menggu- nakan  metode trial di  bantu software  Mi- crosoft excel untuk itu bisa di dapatkan hasil untuk peningkatan tingkat keefisiensian SMR dan  juga  mengurangi  penggunaan fuel se- bagai parameter yang berpengaruh disebab- kan perhitungan yang ada. Gambar 1 berikut ini  merupakan  perbandingan  dari  pengaruh excess air terhadap effisiensi SMR secara ak- tual , Tampak  bahwa  semakin  tinggi  nilai excess  air  dalam  persentase,  akan  meng- akibatkan  nilai  efisiensinya  bernilai  berban- ding terbalik yaitu semakin kecil nilainya be- gitu  pula  sebaliknya berdasarkan grafik dan sesuai teori. Berikut tabel 1 membandingkan nilai  sebelum  dan  setelah  dilakukannya upaya  peningkatan  dengan  mengurangi  laju excess air dan O2 content.
Gambar 1. Grafik Pengaruh Excess Air Terhadap Efisiensi
Tabel 1. Perbandingan Excess Sebelum dan Setelah dilakukan Upaya Peningkatan
Sebelum Dilakukan Upaya Peningkatan (Aktual) Keterangan Excess Air EFISIENSI O 2 Content % % % Excess Air dan O 2 Content Tertinggi 47,74 87,18 5,19 Excess Air dan O 2 Content Terendah 29,64 88,28 3,55 Setelah Dilakukan Upaya Peningkatan Keterangan Excess Air EFISIENSI O 2 Content % % % Hasil Setelah Upaya Peningkatan 15,77 89,07 2,05
- 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 87.00 87.20 87.40 87.60 87.80 88.00 88.20 88.40 1/1/2023 1/6/2023 1/11/2023 1/16/2023 1/21/2023 1/26/2023 1/31/2023

## GRAFIK PENGARUH EXCESS AIR TERHADAP EFFISIENSI
Effisiensi Januari 2023 Excess Air (%)
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2023) Vol. 3 No. 2 https://doi.org/10.53026/IJoEM/2023/3.2/1110
Dengan  pengurangan  persentase Oxygen  ex- cess content in flue gas dan Excess Air meng- gunakan  metode trial mempengaruhi  hasil dan  nilai  dari  effisiensi  menjadi  meningkat sehingga sama dengan teori dan desain alat, yaitu pada trial ke-16 dengan rate antara 2%- 4% O 2 excess dan 10-15% excess air serta nilai
desain minimum effisiensi adalah 89%. Pada gambar 2 terlihat bahwa nilai excess air dan oxygen yang ada pada gas buang berbanding lurus,  dengan  hal  itu  perhitungan  mengenai pengurangan excess  air akan  menyebabkan juga  nilai oxygen  excess yang  terkandung  di dalam gas buang akan menurun juga.
Gambar 2. Grafik Hubungan Excess Air dan Oxygen Excess
Pada perhitungan trial hingga percobaan ke- 16  tersebut  terjadi  penurunan  1,5% oxygen content dan  penurunan  30% flow  fuel  gas serta  juga  di  dapatkan  nilai  terdekat  dari batas minimun  desain  untuk oxygen  content yaitu  minimum  2%, oxygen content apabila dalam  proses  yang  terkandung  di  dalamnya sedikit  atau  di  bawah  standar  yang  ditetap- kan maka yang terjadi ialah berkaitan dengan air-to-fuel memungkinkan  untuk  tidak  akan dapat terbakar pada proses combustion pada proses firing ,  sehingga  memungkinkan  nilai dari trial tersebut  yang  mendasari  untuk menjadi dasar perhitungan upaya peningka- tan  sehingga  dapat  dihitung  nilai  keeko- nomiannya.
Kalkulasi  AFR  ( air  to  fuel  ratio )  akan  mem- berikan laju udara terhadap bahan bakar dan massa  udara  yang  dibutuhkan  untuk  pem- bakaran  sempurna.  Seperti  yang  diketahui bahwa  oksigen  adalah  kunci  dalam  setiap proses pembakaran, dan untuk berbagai jenis bahan  bakar,  jumlah  oksigen  yang  dibu- tuhkan  juga  berbeda.  Kebutuhan  oksigen spesifik ini dinyatakan oleh parameter rasio
udara-bahan bakar (AFR), yang menunjukkan jumlah  udara  yang  dibutuhkan  untuk  men- capai  pembakaran  sempurna  dari  sejumlah bahan bakar tertentu. Maka dari perhitungan upaya peningkatan di atas di dapatkan bahwa nilai oxygen content yaitu 2,06% di dalam fuel maka  berdasarkan  perbandingan air  to  fuel ratio di dapatkan nilai 1:2,06 dapat diartikan bahwa dalam 1 kg mass of fuel memiliki 2,06 kg mass of air maka untuk penggunaan mass fuel  gas yang  sekitar  100,05 kg  of  fuel di dapatkan nilai untuk mass air yaitu 206,1 kg of air .
Pada penghematan penggunaan fuel gas dari hasil upaya peningkatan berupa pengurangan oxygen excess content in flue gas dan excess air rate dengan metode trial  sebesar penurunan setiap 0,1% menyebabkan adanya pengaruh terhadap flow fuel gas seperti pada gambar 3 sehingga pada tabel 2 di dapatkan hasil efi- siensi menjadi  meningkat  dan  penghematan yang dapat dihitung dari parameter yang te- lah dihitung dari penggunaan fuel yang lebih ekonomis.
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 Oxy g en C o n ten t (%) Excess Air (%)
Grafik Hubungan Excess Air dan Oxygen Excess
Gambar 3. Grafik Hubungan Mass Flow Fuel Gas dan Oxygen Excess
Tabel 2. Keekonomisan Penggunaan Fuel Gas Jenis Fuel Satuan Sebelum Upaya Pen- ingkatan Setelah Upaya Pening- katan Fuel gas m 3 /hr 2,1714 1,6143 Efisiensi % 87,7073 89,07 Jenis Fuel MMBTU/hr Biaya (Rp/hr) Selisih Biaya Sebelum Upaya Pen- ingkatan Sesudah Upaya Pen- ingkatan Sebelum Upaya Pen- ingkatan Sesudah Upaya Pen- ingkatan Fuel Gas 0,079482582 0,059088884 7.143,418 5.310,554 1.832,863 B. Panas Pembakaran Steam Methane
Reforming
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah di- lakukan,  maka  diperoleh  nilai  neraca  massa feed dan  produk Steam  Methane    Reforming sebagaimana ada pada tabel 3 . Dapat dilihat bahwa  nilai  neraca  massa  tidak balance disebabkan karena akumulasi dan juga losses pada  proses.  Reaksi  yang  utama  di  proses steam  reforming yang  ada  di  dalam  tube Steam  Methane  Reforming ialah  reaksi  HC dengan  steam  guna  membentuk  carbon monoxide dan hydrogen, sedangkan pada re-
aksi  samping  yang  terjadi  pada Steam Methane Reforming adalah reaksi carbon mo- noxide  dengan steam membentuk  carbon dioxide  dan  hydrogen.  Supaya  dapat  di  ten- tukan  standar  panas  pembentukan  yang  se- suai  dari  komponen  yang  ada  maka  digu- nakan asumsi yaitu antara lain panas reaksi pembentukan dan reaksi kesetimbangan bagi isoparaffin  yang  di  asumsikan  sama  dengan normal  paraffin,  kemudian  fraksi  yang  lebih berat   daripada C6H14 akan di asumsikan se- bagai normal C6H14.
Tabel 3 . Nilai Neraca Massa Feed dan Produk Steam Methane Reforming Komposisi Feed Produk Mol Komponen Massa Komponen Mol Komponen Massa Komponen kgmol/jam kgmol/jam kgmol/jam kgmol/jam H 2 108,808 219,358 1932,101 3864,202 N 2 15,609 437,059 11,465 321,015
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00
25.00 30.00 Oxy g en E xc ess (%) Penurunan Mass Flow Fuel Gas (%)

## Hubungan Mass Flow Fuel Gas dan Oxygen Excess
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2023) Vol. 3 No. 2 https://doi.org/10.53026/IJoEM/2023/3.2/1110
Komposisi Feed Produk Mol Komponen Massa Komponen Mol Komponen Massa Komponen kgmol/jam kgmol/jam kgmol/jam kgmol/jam CO 0,000 0,000 309,622 8669,413 CO 2 40,660 1789,051 303,291 13344,815 CH 4 532,312 8516,995 211,510 3384,161 C 2 H 6 26,688 800,648 0,000 0,000 C 3 H 8 30,166 1327,284 0,000 0,000 i-C 4 H 10 6,078 352,499 0,000 0,000 n-C 4 H 10 7,694 446,240 0,000 0,000 i-C 5 H 12 2,752 198,172 0,000 0,000 n-C 5 H 12 2,135 153,685 0,000 0,000 n-C 6 H 14 4,676 402,159 0,000 0,000 H 2 O 3083,040 55494,713 2248,156 40466,802 Total 3860,618 70137,863 5016,145 70050,410
Untuk  menghitung  nilai  gas  entalpi  pada temperature  serta  komposisi  sesuai  data lapangan, maka digunakan perhitungan ber- dasarkan  GPSA  Fig.24-8,  maka  pemanfaatan panas untuk menjaga kondisi operasi dapat di hitung dengan persamaan (38) sehingga nilai yang  di  dapatkan  untuk  Qop  42.247.413,03 Kj/Jam atau 41.087.595,29 Btu/Jam.
Adapun liquid flowrate pada proses ini sbesar 647,8 kg/h dengan temperatur 256,1 °C dan tekanan 43 kg/cm 2 . Berdasarkan steam table pada  GPSA  Fig.  24-37  pada  kondisi operasi tersebut enthalpy air pada fasa liquid adalah 476,675  BTU/lb  (1106,363 kJ/kg) dan  pada fasa uap adalah  1228,7 BTU/lb  (2851,813 kJ/kg).
Berdasarkan data di atas, pemanfaatan panas dapat  dihitung  menggunakan  persamaan (39) didapatkan hasil sebesar 1.130.702,526 kJ/h. Perhitungan pemanfaatan panas dalam memproduksi superheated steam dilakukan dengan  menentukan  perubahan  enthalpy berdasarkan steam  table GPSA Fig.  24-38. Pada  proses  produksi superheated  steam terjadi  perubahan  temperatur operasi  yaitu dari 256,1 °C menjadi 390,7°C pada tekanan 43  kg/cm 2 dengan flowrate 77,3  Ton/Jam. Pada  256,1  °C  tekanan  43  kg/cm 2 enthalpy uap  air  adalah 1215,7  BTU/lb  (2821,639 kJ/kg) dan pada 390,7 °C tekanan 43 kg/cm 2
enthalpy uap air adalah 1373,21 BTU/lb (3187,22 kJ/kg). Sehingga pemanfaatan panas dihitung menggunakan  persamaan  (40)  di- dapatkan  hasil  28.259.347,62 kJ/Jam.  Maka Panas yang digunakan dalam proses produksi steam  menggunakan  persamaan  (41)  dida- patkan hasil 29.390.050,14 kJ/Jam.
Pemanfaatan  panas  selain  proses reforming ialah menjaga kondisi operasi dari Steam Me- thane Reforming disebabkan pemanfaatan pa- nas  tidak  hanya  berlangsung  saat  reaksi melainkan  digunakan  juga  untuk  menjaga kondisi operasi yang ada pada Steam Methane Reforming. Sehingga  tetap steady atau  tetap dalam batasan di mana panas yang dipergu- nakan dalam pemanasan feed /umpan secara tidak langsung turut andil memanaskan pro- duct dari standard  reaction  temperature ke temperatur  operasi Steam  Methane  Refor- ming. Perubahan  tempatur  ini  menandakan bahwa  adanya  perubahan  dari  entalpi  pada gas.  Untuk  perubahan  pada  entalpi  menun- jukkan  adanya  pemanfaatan  panas  atau  e- nergi  pada Steam  Methane  Reforming guna menjaga kondisi operasi tetap dalam batasan.
Selain  menggunakan  langsung  proses refor- ming, panas yang terdapat pada flue gas juga dimanfaatkan  sebagai  pemanas  dari boiler feed  water guna  memproduksi steam .  Pe- manfaatan panas ini juga terbagi menjadi dua
yaitu recirculation dan produksi superheated steam . Recirculation berfungsi untuk menjaga supaya  kesetimbangan uap  cair  di akumula- tor tetap  terjaga  stabil  dengan  asumsi  yang ada  bahwa  pada  proses recirculation terjadi perubahan  fasa  cair  menjadi  uap  pada  tem- peratur tetap, maka panas yang dimanfaatkan dihitung menggunakan perubahan entalpi da- ri fasa cair ke uap.
Persentase  pemanfaatan  panas  pada Steam Methane  Reforming dihitung  dengan  mem- bandingkan masing-masing pemanfaatan pa- nas terhadap total keseluruhan pemanfaatan panas. Total keseluruhan pemanfaatan panas di hitung dengan menjumlahkan seluruh hasil perhitungan pemanfaatan panas antara lain Q total di dapatkan 169.672.979,4 kJ/h dengan persentase setiap panas pembakaran adalah Q Reforming 57,1308%; Q op 25,5476%; dan Q steam 17,3216%

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  nilai  analisa  energi  dan  keeko- nomisan  serta  pemanfaatan  panas  yang  ter- jadi  pada Steam  Methane  Reforming ,  maka dapat disimpulkan bahwa cara menurunkan kebutuhan excess  air dan oxygen  excess con- tent  in  flue  gas yaitu  dengan  menggunakan metode trial sehingga memungkinkan untuk menetapkan  variabel  lain  sehingga  dengan cara  diturunkan excess  rate nya  maka  dapat diketahui titik optimumnya berdasarkan de- sain. Menggunakan level udara berlebih yang optimal  dapat  membantu  memak-simalkan efisiensi energi Steam Methane Reforming ka- rena  kelebihan air dan oxygen dapat  me- nyebabkan pemborosan bahan bakar. Dengan energi  yang  di  dapatkan  setelah  dilakukan upaya peningkatan sebesar 5.600,07 Btu/lbs of fuel dengan heat loss yang didapatkan ber- kurang serta nilai efisiensinya menjadi 89,07 %  dengan  harga  keekonomisan  penggunaan fuel  gas didapatkan  Rp16.055.881,780  per- tahun. Kinerja dalam pemanfaatan panas dari pembakaran fuel  gas menghasilkan  panas yang  dimanfaatkan  untuk feed dengan  per- sentase  panas reforming sebesar  57,1308%, panas  optimum  25,5476%  dan  panas steam sebesar 17,3216%.

## Daftar Pustaka
[1]  H. S. Roberts, J. Matthey, L. M. Sandy, P. C.
S.  Nitrogen,  and  T.  Limited,  “Reformer Balancing for Optimization of a Primary R eformer,” 2014.
[2] C.  Anam,  “Analisa  Peningkatan  Efisiensi Direct- Fired Heater,” J. Tek. Mesin ITI , vol. 2,  no.  2,  pp.  51 – 56,  2018,  doi: 10.31543/jtm.v2i2.95.
[3] A.  Garg,  “Optimize Fired  Heater Operations  to  Save  Money ,” Hydrocarb. Process. , vol. 76, no. 6, pp. 97 – 104, 1997.
[4] A.  Wardatullathifah,  “Optimasi  Kinerja Heater  140  H-1  Ab/Cd  pada  Delayed Coking  Unit  (DCU)  PT.  Pertamina (Persero) RU II Dumai,” 2019, [Online].
[5]  H.  Shah, Training  Manual  for  Furnaces and  Fired  Heaters .  Essar  Oil  Refinery, 2009.
[6]  Yokogawa, Combustion  &  Fired  Heater Optimization , 2nd ed. US, 2017.
[7] Nitrogen+Syngas,
“Controlling the
Stresses  of  the  Primary  R eformer,” Nitrogen  and  Syngas ,  vol.  359,  no.  May- June, pp. 32 – 49, 2019, [Online].
[8] A. Giwa and O. Giwa, “Simulasi , Analisis Sensitivitas  dan  Optimalisasi  Produksi Hidrogen  dengan  Steam  Reforming Metana Menggunakan Aspen Plus,” vol. 2, pp. 1719 – 1729, 2013.
[9] A.  P.  Instruments,  “Process  Heaters  , Furnaces  and  Fired  Heaters  Improving Efficiency  and  Reducing  NOx,”  p.  12, 2014, [Online].
[10] H.  Al  and  -Haj  Ibrahim, Fired  Process Heaters , no. October. Syria, 2010.
[11] API, API  560-Fired  heaters  for  general refinery  service ,  5th  ed.  Northwest Washington D.C.: API, 2012.
[12] GPSA, Engineering  Data  Book ,  12th  ed. Tulsa, Oklahoma, 2004.
Indonesian Journal of Energy and Mineral (2023) Vol. 3 No. 2 https://doi.org/10.53026/IJoEM/2023/3.2/1110