- Kilang minyak mengubah minyak mentah, campuran kompleks yang berisi ribuan zat kimia, menjadi produk seperti bensin, diesel, bahan bakar jet, dan pelumas melalui proses distilasi, cracking, reforming, dan treatment
- Langkah awal paling penting, distilasi atmosferik, membagi minyak mentah menjadi beberapa fraksi dengan memanfaatkan perbedaan titik didih tiap molekul; minyak mentah yang masuk ke kilang terlebih dulu dihilangkan garamnya lalu dipanaskan hingga sekitar 650~750°F
- Fraksi berat diubah menjadi molekul yang lebih ringan dan lebih bernilai melalui catalytic cracking, distilasi vakum, thermal cracking, coking, dan proses lainnya; struktur serta kualitasnya juga disesuaikan lewat catalytic reforming, isomerisasi, dan hydrotreating
- Kilang Chevron Richmond dapat memproses sekitar 250 ribu barel per hari dan menghasilkan beragam produk minyak bumi dengan menggabungkan unit distilasi atmosferik, distilasi vakum, catalytic cracking, dan catalytic reforming
- Kapasitas kilang tidak cukup dijelaskan hanya dengan volume pemrosesan per hari; Nelson Complexity Index menunjukkan seberapa beragam produk hasil pemurnian tingkat lanjut yang bisa dibuat sebuah kilang berdasarkan kapasitas tiap proses dan koefisien kompleksitasnya
Struktur dasar minyak bumi dan kilang
- Dunia mengonsumsi lebih dari 100 juta barel minyak per hari, dan pada 2023 minyak menyumbang 30% dari penggunaan energi global, menjadikannya sumber energi tunggal dengan porsi terbesar
- Dalam manufaktur kimia, porsi minyak dan gas bahkan lebih besar; 90% bahan baku kimia berasal dari minyak atau gas
- Minyak mentah saat keluar dari dalam tanah adalah campuran kompleks berisi ribuan zat kimia, dan kilang mengubah campuran ini menjadi bahan kimia serta produk yang benar-benar dapat digunakan
- Kilang besar menempati lahan seluas ribuan acre, biaya pembangunannya mencapai miliaran dolar, dan memproses ratusan ribu barel minyak mentah per hari
- Minyak mentah pada dasarnya adalah cairan yang terbentuk selama jutaan tahun dari materi organik seperti plankton dan alga yang tenggelam ke dasar laut purba lalu tertutup sedimen
- Sebagian besar komponen minyak mentah adalah hidrokarbon, mulai dari molekul sederhana seperti propana hingga molekul kompleks seperti asphaltene yang dapat mencakup ribuan atom
- Asphaltene secara ketat sebenarnya bukan hidrokarbon murni; sebagian besar terdiri dari karbon dan hidrogen, tetapi juga dapat mengandung atom lain seperti sulfur atau logam berat
- Komposisi minyak mentah berbeda menurut asalnya; minyak berat dari tempat seperti oil sands Kanada mengandung lebih banyak molekul berat, sedangkan minyak ringan dari tempat seperti ladang minyak Ghawar di Arab Saudi mengandung lebih banyak molekul ringan
- Minyak sweet seperti minyak mentah dari ladang Brent di Laut Utara memiliki kadar sulfur rendah, sedangkan minyak sour seperti sebagian minyak mentah dari Teluk Meksiko memiliki kadar sulfur tinggi
Cara minyak mentah dipisahkan dengan distilasi
- Proses paling penting di kilang adalah distilasi, yang memanfaatkan fakta bahwa molekul berbeda dalam minyak mentah mendidih dan kembali mengembun menjadi cairan pada suhu yang berbeda-beda
- Molekul kecil dan ringan mendidih serta mengembun pada suhu lebih rendah, sedangkan molekul besar dan berat mendidih serta mengembun pada suhu lebih tinggi
- Rentang titik didih minyak mentah dapat dinyatakan sebagai kurva distilasi; pada contoh kurva, sekitar setengah minyak mentah mendidih pada 350°C dan sekitar 80% mendidih pada 525°C
- Bensin bukan satu zat kimia tunggal, melainkan campuran hidrokarbon yang umumnya memiliki 4 hingga 12 atom karbon
- EIA mendefinisikan bensin jadi sebagai material dengan rentang titik didih 122~158°F pada titik recovery 10% dan 365~374°F pada titik recovery 90%
- Titik recovery berarti suhu saat persentase tertentu dari cairan telah menguap lalu dikumpulkan
- Minyak mentah yang masuk ke kilang mula-mula dihilangkan garamnya lalu dipanaskan hingga sekitar 650~750°F, sehingga sebagian besar berubah menjadi uap
- Uap ini masuk ke kolom distilasi tinggi yang memiliki tray berisi cairan pada berbagai ketinggian, lalu perlahan mendingin saat naik ke atas sambil melewati cairan di tiap tray
- Molekul paling berat mengembun lebih dulu di bagian bawah kolom distilasi, molekul yang lebih ringan mengembun kemudian di bagian atas, dan molekul paling ringan tetap berbentuk gas hingga keluar dari puncak kolom
- Molekul yang paling berat tetap dalam keadaan cair sejak awal dan keluar melalui dasar kolom distilasi; dengan cara ini molekul dengan bobot berbeda dapat dipisahkan
- Hampir semua kilang mula-mula memisahkan minyak mentah menjadi beberapa fraksi di kolom distilasi, dan karena tahap pertama ini berlangsung pada tekanan atmosfer, proses ini disebut distilasi atmosferik
Proses utama di kilang
-
Pabrik gas
- Gas yang keluar dari puncak kolom distilasi atmosferik adalah campuran berbagai molekul ringan seperti propana, metana, butana, dan isobutana
- Untuk memisahkan campuran ini, kilang dapat mengirimkannya ke pabrik gas yang terdiri dari beberapa kolom distilasi
- Misalnya, debutanizing tower memisahkan butana, propana, dan gas yang lebih ringan dari sisa campuran, sedangkan depropanizing tower memisahkan propana dari butana
- Sebagian besar gas yang dikirim ke pabrik gas tidak memiliki ikatan rangkap dua; hidrokarbon tanpa ikatan rangkap dua adalah hidrokarbon jenuh karena memiliki jumlah atom hidrogen maksimum, sehingga fasilitas seperti ini disebut sats gas plant
-
Catalytic cracking
- Dari dasar kolom distilasi keluar cairan berat, dan molekul paling berat yang sama sekali tidak menguap selama proses distilasi disebut residu
- Karena banyak molekul berat tidak terlalu bernilai dalam bentuk aslinya, salah satu fungsi penting kilang adalah cracking, yaitu memecah fraksi berat seperti heavy fuel oil menjadi fraksi yang lebih ringan dan lebih bernilai seperti bensin
- Cracking ditemukan pada awal abad ke-20 untuk memperoleh lebih banyak bensin dari setiap barel minyak mentah seiring meningkatnya penggunaan mobil
- Saat ini sebagian besar kilang menggunakan catalytic cracking, dengan mencampurkan fraksi berat dari distilasi atmosferik dengan katalis lalu memberikan panas dan tekanan untuk membagi molekul berat menjadi molekul ringan
- Setelah itu, katalis berat dipisahkan dari campuran dengan cyclone separator untuk dibersihkan dan digunakan kembali, sementara minyak yang telah tercrack dan dapat menguap dikirim lagi ke kolom distilasi untuk dipisahkan menjadi beberapa fraksi
- Sebagian besar catalytic cracking adalah fluid catalytic cracking, yang memakai katalis mirip pasir yang bergerak seperti fluida saat bercampur dengan fraksi berat
- Tiap perusahaan mengembangkan proses fluid catalytic cracking yang berbeda, dan satu kilang dapat menggunakan beberapa cracker di berbagai titik dalam prosesnya
-
Distilasi vakum
- Pada suhu tinggi, reaksi cracking bisa terjadi bahkan di dalam kolom distilasi, tetapi karena cracking mengganggu proses distilasi, kilang membatasi suhu distilasi atmosferik pada sekitar 650~750°F
- Karena batas ini, campuran hidrokarbon berat yang belum mendidih tetap tertinggal di dasar kolom distilasi
- Untuk memisahkan campuran ini lebih lanjut, suhu harus dinaikkan lagi, tetapi itu bisa memulai cracking sehingga sulit ditangani dengan distilasi atmosferik
- Solusinya adalah distilasi vakum atau vacuum flashing, yaitu mengirim campuran ke kolom distilasi terpisah dengan tekanan rendah yang mendekati vakum
- Pada tekanan rendah, titik didih juga turun, sehingga fraksi berat dapat didistilasi tanpa dipanaskan sampai tingkat yang memicu cracking
-
Thermal cracking dan coking
- Sebagian fraksi berat dari distilasi vakum bisa langsung dikirim ke unit catalytic cracking untuk dipecah menjadi molekul yang lebih ringan
- Molekul paling berat dari dasar kolom distilasi vakum tidak cocok untuk catalytic cracking karena dapat mengandung logam berat yang mencemari katalis atau mudah membentuk coke yang menyumbat katalis
- Untuk memecah molekul yang sangat berat ini, beberapa kilang menggunakan proses thermal cracking yang memecah molekul dengan memanfaatkan panas
- Coker adalah unit thermal cracking yang memecah molekul paling berat menjadi molekul lebih ringan dan coke
- Molekul ringan dikirim ke kolom distilasi untuk dipisahkan, sementara coke dapat dibakar sebagai bahan bakar atau digunakan sebagai input manufaktur seperti elektroda untuk peleburan aluminium
- Visbreaking adalah bentuk thermal cracking yang memecah sebagian molekul dan menurunkan viskositas fraksi yang tersisa
-
Proses yang mengubah struktur molekul
- Catalytic reforming memaparkan fraksi nafta dengan titik didih sekitar 122°F~400°F pada panas dan tekanan di hadapan katalis untuk menghasilkan campuran bahan kimia baru yang disebut reformate, yang digunakan dalam pembuatan bensin
- Isomerisasi mengubah susunan fisik molekul seperti butana untuk menghasilkan isomer dengan rumus kimia sama tetapi struktur berbeda
- Hydrotreating mereaksikan fraksi minyak mentah dengan hidrogen di hadapan katalis untuk menghilangkan pengotor dan meningkatkan kualitas
- Hydrocracking menggabungkan hydrotreating dan catalytic cracking, sedangkan resid hydroconversion menggabungkan hydrotreating dan thermal cracking
-
Fasilitas penyimpanan
- Kilang memiliki tank farm yang mampu menyimpan jutaan galon cairan untuk menampung input dan output dari berbagai proses
- Gas seperti propana dan butana biasanya disimpan sebagai cairan bertekanan di tangki permukaan, rongga bawah tanah, atau kubah garam
Tata letak proses di Kilang Chevron Richmond
- Kilang Chevron Richmond adalah kilang menengah-besar di Richmond, California, yang dapat memproses sekitar 250 ribu barel minyak mentah per hari
- Separuh bagian selatan lokasi ditempati tank farm, sedangkan area pemrosesan disusun mengelilingi sisi utara dan timur
- Chevron Richmond memiliki kapasitas sekitar 257 ribu barel distilasi atmosferik, sekitar 123 ribu barel distilasi vakum, sekitar 90 ribu barel catalytic cracking, dan sekitar 71 ribu barel catalytic reforming
- Chevron Richmond tidak memiliki kapasitas coking, tetapi Kilang Chevron El Segundo di Los Angeles memiliki fasilitas coking
- Saat Chevron sebelumnya melakukan renovasi besar pada kilang ini, laporan dampak lingkungan terperinci yang diajukan untuk memenuhi regulasi kualitas lingkungan California mencantumkan diagram alur proses
- Proses refining dimulai dari distilasi atmosferik, tetapi sebagian heavy gas oil diproses tanpa melalui tahap distilasi
- Fraksi yang dipisahkan melalui distilasi atmosferik dikirim ke proses lain: gas ringan ke pabrik gas, nafta ke hydrotreating, catalytic reforming, dan isomerisasi
- Bahan bakar jet dan bahan bakar diesel dikirim ke proses hydrotreating masing-masing, sedangkan fraksi yang lebih berat dikirim ke berbagai proses catalytic cracking
- Output akhirnya mencakup berbagai produk minyak mentah seperti heavy fuel oil, diesel, bahan bakar jet, pelumas, dan bensin
Kapasitas dan kompleksitas kilang
- Amerika Serikat memiliki 132 kilang yang dapat beroperasi, yang secara gabungan mampu memurnikan lebih dari 18 juta barel minyak mentah per hari
- Kilang di Amerika Serikat sangat terkonsentrasi di pesisir Teluk Texas dan Louisiana, serta juga berkelompok di New Jersey, Midwest, dan California
- Chevron Richmond termasuk besar di Amerika Serikat, tetapi bukan yang terbesar; sekitar seperlima kilang di AS berukuran setara atau lebih besar dari Chevron Richmond
- Di Amerika Serikat ada 6 kilang yang dapat memurnikan lebih dari 500 ribu barel per hari, lebih dari dua kali skala Chevron Richmond
- Kilang Jamnagar di India adalah kilang terbesar di dunia berdasarkan kapasitas pengolahan mentah, dengan kemampuan memurnikan 1,4 juta barel minyak mentah per hari
- Jumlah barel yang diproses per hari pada dasarnya menunjukkan kapasitas distilasi atmosferik, sehingga angka ini saja tidak cukup menjelaskan produk apa saja yang sebenarnya bisa dibuat oleh sebuah kilang
- Kilang sederhana mungkin hanya memiliki distilasi atmosferik, tetapi kilang kompleks memiliki rangkaian proses panjang untuk menghasilkan berbagai produk hasil pemurnian tingkat lanjut
- Nelson Complexity Index menghitung kompleksitas kilang dengan mengalikan kapasitas tiap proses yang dimiliki kilang dengan koefisien kompleksitas yang membandingkan biaya proses tersebut terhadap distilasi atmosferik, lalu membaginya dengan kapasitas distilasi atmosferik
- Misalnya, pada kilang dengan 100 ribu barel distilasi atmosferik dan 50 ribu barel distilasi vakum, jika koefisien kompleksitas distilasi vakum adalah 2, maka indeksnya menjadi
1 + 2 * 50,000 / 100,000 = 2
- Jika ditambah 25 ribu barel catalytic cracking dengan koefisien kompleksitas 6, indeksnya naik menjadi
1 + 1 + 6 * 25,000 / 100,000 = 3.5
- Kilang di Amerika Serikat umumnya kompleks; pada 2014, kilang dengan indeks kompleksitas 2 atau kurang jumlahnya kurang dari 3%, dan rata-rata indeks kompleksitas adalah 8.7
- Pada 2014, indeks kompleksitas Chevron Richmond adalah 14, lebih tinggi daripada rata-rata AS
- Kilang Jamnagar bukan hanya yang terbesar di dunia, tetapi juga memiliki indeks kompleksitas 21, tingkat yang pada praktiknya lebih kompleks daripada hampir semua kilang di Amerika Serikat
Makna industri dari skala
- Tata letak proses refining bisa sangat rumit, tetapi banyak proses individual secara konsep justru cukup sederhana
- Refining mahal bukan hanya karena kompleksitas prosesnya sendiri, tetapi juga karena volume material yang harus ditangani sangat besar
- Kilang Chevron Richmond berukuran seperti kota kecil dan dapat memproses seluruh muatan minyak mentah satu kapal Very Large Crude Carrier dalam waktu sedikit lebih dari seminggu
- Chevron Richmond bukan kilang yang sangat besar secara khusus; di Amerika Serikat ada 25 kilang yang ukurannya setara atau lebih besar, dan 6 kilang yang lebih dari dua kali lebih besar
- Untuk mempertahankan permintaan minyak global, dibutuhkan sekitar 400 kilang berukuran Richmond
- Amerika Serikat mengonsumsi lebih dari 20 juta barel minyak per hari, dan konsumsi ini hanya bisa dipenuhi dengan kompleks kilang raksasa
1 komentar
Komentar Hacker News
Ada dua hal yang paling membekas. Meski pabrik sedang beroperasi normal, selama berjalan kaki dan berkeliling dengan mobil di fasilitas itu saya hampir tidak melihat orang lain; para karyawan hanya ada di ruang kendali, dan mereka pun tidak tampak sibuk
Hal lain adalah hampir tidak ada bau. Pabrik itu dekat kawasan permukiman kelas atas, jadi kalau bau belerang atau gas lain bocor, itu bisa memicu keluhan dan denda, dan beberapa dokumen yang saya terjemahkan saat itu juga tentang sistem deteksi dan pencegahan emisi bau. Kalau tidak salah ingat, orang-orang rutin berjalan di perimeter pabrik dan lingkungan sekitarnya untuk mengecek bau, dan pada hari kunjungan itu saya hanya mencium bau minyak di dekat menara pemurnian; selain itu yang tercium hanya bau Teluk Tokyo di dekat sana
Pada akhirnya sepertinya sangat bergantung pada kekuatan ekonomi komunitas di sekitarnya
Kilang itu adalah yang terbesar di dunia selama lebih dari 10 tahun, dan kalau dilihat langsung rasanya benar-benar seperti keajaiban dunia. Hasil luar biasa dari kegigihan dan rekayasa, dan saya senang melihat tulisan ini di halaman depan HN; tulisannya juga sangat bagus
Mimpi ya tetap mimpi, tapi benar-benar membangun fasilitas produksi raksasa seperti itu dalam skala sebesar itu adalah pencapaian yang luar biasa. Pasti butuh daya juang, dedikasi, kekuatan menyeluruh, dan bakat tingkat tertinggi
Awalnya beliau bekerja di menara distilasi lalu pindah ke desulfurisasi diesel. Semoga saya salah, tapi itu pekerjaan berbahaya, dan beliau nyaris lolos dari beberapa insiden, termasuk kebakaran nafta yang mengerikan yang merenggut banyak nyawa
Menarik melihat konglomerat Asia dan EPC makin mendominasi rantai petrokimia, dan industri yang dulu dipimpin AS menjadi makin bergantung pada mitra seperti itu. Perubahan yang luar biasa hanya dalam 25 tahun
[0] - https://www.bloomberg.com/news/articles/2026-03-11/reliance-...
https://news.ycombinator.com/item?id=43761572
https://archive.is/kLFxg
Dari situ nyambung lagi ke “Planet Money Buys Oil”
https://www.npr.org/sections/money/2016/08/26/491342091/plan...
https://www.myabandonware.com/game/simrefinery-e65
Ini memang dibuat untuk Chevron
Dan manualnya juga ada
https://archive.org/details/sim-refinery-tour-book_202006/mo...
Saya paham ekonomi sangat penting, dan saat ini secara ekonomis memang lebih masuk akal membakar porsi besar minyak mentah. Tapi dengan investasi yang tepat dan sedikit keberuntungan, hitungan ekonomi itu bisa berubah, dan saya ingin melihat itu terjadi
Tambahan lagi, katanya etimologinya berasal dari bahasa Akkadia. Berapa banyak kata Akkadia yang sebenarnya kita tahu?
Saya penasaran apakah gas itu masih cuma dibakar begitu saja
Metana yang muncul sebagai produk sampingan produksi minyak sering dibakar karena volumenya terlalu kecil untuk layak dibuatkan fasilitas pengolahan dan rantai pasok. Kadang juga karena fluida sangat terkontaminasi senyawa belerang dan sejenisnya sehingga biaya pemurniannya tinggi, atau karena produksinya tidak stabil atau terputus-putus sehingga tidak bisa menopang proses produksi berkesinambungan
Meski begitu, sekarang ada sistem pemulihan flare gas untuk memanfaatkan gas buangan seperti ini, dan biasanya dipakai untuk pembangkitan listrik di lokasi kilang itu sendiri
Efek samping yang disayangkan adalah cedera pada burung, terutama burung pemangsa. Mereka suka bertengger di flare stack, dan kalau tiba-tiba menyala, kalau beruntung cuma bulunya yang rusak dan mereka harus diselamatkan serta direhabilitasi. Mendesain stack agar sulit diduduki bisa mengurangi masalah ini, tapi tidak selalu dilakukan
Agar berguna, gas itu harus dicairkan atau dikumpulkan lewat jaringan pipa. Saya ingat pernah membaca bahwa kilang modern memanfaatkan gas ini alih-alih melakukan flaring, tapi saya tidak yakin detail caranya