RSS

Minyak Bumi

MATERI MINYAK BUMI

  1. 1.      Pembentukan minyak bumi dan gas alam

      Minyak bumi dan gas alam terbentuk dari hasil pelapukan sisa-sisa tumbuhan dan hewan yang tertimbun dalam kerak bumi selama jutaan tahun. Akibat pengaruh waktu, temperatur tinggi, tekanan dan beban lapisan batuan diatasnya, jasad hewan dan tumbuhan yang mati tadi berubah menjadi campuran hidrokarbon yang kompleks berupa gelembung minyak atau gas. Akibat pengaruh yang sama, endapan lumpur berubah menjadi batuan sedimen. Batuan lunak yang berasal dari lumpur yang mengandung bintik-bintik minyak. Selanjutnya minyak dan gas ini akan bermigrasi menuju tempat yang bertekanan lebih rendah dan akhirnya akan terakumulasi ditempat yang disebut perangkap (trap).

Suatu perangkap dapat mengandung :

  1. Minyak, gas dan air
  2. Minyak dan air
  3. Gas dan air

              Karena perbedaan berat jenis, apabila ketiga-tiganya berada dalam suatu perangkap dan berada dalam keadaan stabil, gas berada diatas, minyak ditengah dan air dibagian bawah . Karena memiliki nilai kerapatan yang lebih rendah dari air, maka minyak bumi (dan gas alam) dapat bergerak ke atas melalui batuan sedimen yang berpori. Jika tidak menemui hambatan, minyak bumi dapat mencapai permukaan bumi. Akan tetapi, pada umumnya minyak bumi terperangkap dalam bebatuan yang tidak berpori dalam pergerakannya ke atas. Hal ini menjelaskan mengapa minyak bumi juga disebut petroleum (petroleum dari bahasa latin ‘petrus’ artinya batu dan ‘oleum’ artinya minyak). Untuk memperoleh minyak bumi atau petroleum ini, dilakukan pengeboran.

  1. 2.      Komponen-komponen minyak bumi dan gas alam

              Minyak bumi tersusun dari bermacam-macam hidrokarbon, yaitu alkana, sikloalkana, aromatik dan sedikit alkena. Minyak bumi juga mengandung sedikit senyawa nitrogen, oksigen dan belerang. Akan tetapi, komponen utama minyak bumi adalah alkana dan sikloalkana. Contoh senyawa yang merupakan komponen minyak bumi adalah sebagai berikut:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

n-heptana

            CH3              CH3

CH3 –  CH – CH2 –  C – CH3

                                                   CH3

                          2,2,4-trimetil pentana (isooktana)

 

metil siklopentana (senyawa sikloalkana). (Tiopan, 2007: 209)

      Gas alam terdiri dari alkana suku rendah, yaitu metana, etana, propana dan butana, dengan metana sebagai komponen utamanya, Selain alkana, juga terdapat berbagai gas lain, seperti karbondioksida (CO2) dan hidrogen sulfida (H2S). Beberapa sumur gas juga mengandung Helium. (Purba, 2007: 231). Minyak bumi ditemukan bersama-sama dengan gas alam. Minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam disebut juga minyak mentah (crude oil). Minyak mentah dapat dibedakan menjadi :

  1. Minyak mentah ringan (light crude oil) yang mengandung kadar logam dan belerang rendah, berwarna terang dan bersifat encer (viskositas rendah).
  2. Minyak mentah berat (heavy crude oil) yang mengandung kadar logam dan belerang tinggi, memiliki viskositas tinggi sehingga harus dipanaskan agar meleleh.

Perbandingan unsur-unsur yang terdapat dalam minyak bumi sangat bervariasi. Berdasarkan  hasil analisa, diperoleh data sebagai berikut :

  • Karbon : 83,0-87,0 %
  • Hidrogen : 10,0-14,0 %
  • Nitrogen : 0,1-2,0 %
  • Oksigen : 0,05-1,5 %
  • Sulfur : 0,05-6,0 %

Struktur hidrokarbon yang ditemukan dalam minyak mentah:
1). Alkana (parafin)    CnH2n + 2 , alkana  ini  memiliki  rantai  lurus         dan       bercabang,  fraksi  ini  merupakan  yang terbesar di dalam minyak           mentah.
2). Sikloalkana (napten)    CnH2n , Sikloalkana ada yang memiliki             cincin 5            (lima) yaitu siklopentana ataupun cincin 6 (enam) yaitu    sikloheksana.

 

Siklopentana

 

Sikloheksana

3). Aromatik CnH2n -6

 

aromatik memiliki cincin 6

Aromatik  hanya  terdapat  dalam  jumlah  kecil,  tetapi  sangat  diperlukan  dalam bensin karena :

- Memiliki          harga   anti    knock    (ketukan)         yang    tinggi
- Stabilitas         penyimpanan     yang            baik
              Dan kegunaannya yang lain sebagai bahan bakar (fuels)
Proporsi  dari  ketiga  tipe  hidrokarbon  sangat  tergantung  pada  sumber  dari minyak bumi. Pada umumnya alkana merupakan hidrokarbon yang terbanyak tetapi kadang-kadang (disebut sebagai crude napthenic) mengandung sikloalkana sebagai komponen  yang  terbesar,  sedangkan  aromatik  selalu  merupakan  komponen  yang paling sedikit.

Zat-Zat Pengotor yang sering terdapat dalam minyak bumi:

  1. Senyawaan Sulfur.       
                  Crude oil yang densitynya lebih tinggi mempunyai kandungan Sulfur yang lebih tinggu pula. Keberadaan Sulfur dalam minyak bumi sering banyak menimbulkan akibat, misalnya dalam bensin dapat menyebabkan korosi (khususnya dalam keadaan dingin atau berair), karena terbentuknya asam yang dihasilkan dari oksida sulfur (sebagai hasil pembakaran bensin) dan air.
    1. Senyawaan Oksigen.

Kandungan total oksigen dalam minyak bumi adalah kurang dari 2 % dan menaik dengan naiknya titik didih fraksi. Kandungan oksigen bisa menaik apabila produk itu lama berhubungan dengan udara. Oksigen dalam minyak bumi berada dalam bentuk ikatan sebagai asam karboksilat, keton, ester, eter, anhidrida, senyawa monosiklo dan disiklo dan phenol. Sebagai asam karboksilat berupa asam Naphthenat (asam alisiklik) dan asam alifatik.

  1. Senyawaan   Nitrogen
                   Umumnya kandungan nitrogen dalam minyak bumi sangat rendah, yaitu 0,1-0,9 %. Kandungan tertinggi terdapat pada tipe Asphalitik. Nitrogen mempunyai sifat racun terhadap katalis dan dapat membentuk gum / getah pada fuel oil. Kandungan nitrogen terbanyak terdapat pada fraksi titik didih tinggi. Nitrogen klas dasar yang mempunyai berat molekul yang relatif rendah dapat diekstrak dengan asam mineral encer, sedangkan yang mempunyai berat molekul yang tinggi tidak dapat diekstrak dengan asam mineral encer.
    1. Konstituen Metalik.

Logam-logam seperti besi, tembaga, terutama nikel dan vanadium pada proses catalytic cracking mempengaruhi aktifitas katalis, sebab dapat menurunkan produk gasoline, menghasilkan banyak gas dan pembentukkan coke. Pada power generator temperatur tinggi, misalnya oil-fired gas turbine, adanya konstituen logam terutama vanadium dapat membentuk kerak pada rotor turbine. Abu yang dihasilkan dari pembakaran fuel yang mengandung natrium dan terutama vanadium dapat bereaksi dengan refractory furnace (bata tahan api), menyebabkan turunnya titik lebur campuran sehingga merusakkan refractory itu.

  1. 3.    Pemisahan Fraksi-Fraksi Minyak Bumi

Cara mudah untuk memisahkan komponen-komponen minyak bumi yakni berdasarkan perbedaan harga titik didihnya. Proses ini disebut dengan destilasi bertingkat. Untuk mendapatkan produk akhir sesuai yang diinginkan, maka sebagian hasil dari destilasi bertingkat perlu diolah lebih lanjut melalui proses konversi, pemisahan pengotor dalam fraksi, dan pencampuran fraksi.

  1. Proses Destilasi bertingkat.

  Dalam proses destilasi bertingkat, minyak mentah tidak dipisahkan menjadi komponen-komponen murni, melainkan ke dalam fraksi-fraksi, yakni kelompok-kelompok yang mempunyai kisaran titik didih tertentu. Hal ini dikarenakan jenis komponen hidrokarbon begitu banyak dan isomer-isomer hidrokarbon mempunyai titik didih yang berdekatan.

Proses destilasi bertingkat ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

  1. Minyak mentah dipanaskan dalam boiler menggunakan uap bertekanan tinggi sampai suhu 600° C. Uap minyak mentah yang dihasilkan kemudian dialirkan ke bawah menara destilasi.
  2. Dalam menara destilasi, uap minyak bergerak ke atas melewati pelat-pelat (tray). Setiap pelat memiliki banyak lubang yang dilengkapi dengan tutup gelembung (bubble cap) yang memungkinkan uap lewat.
  3. Dalam pergerakannya, uap minyak mentah akan menjadi dingin. Sebagian uap akan mencapai ketinggian di mana uap tersebut akan terkondensasi membentuk zat cair. Zat cair yang diperoleh dalam suatu kisaran suhu tertentu ini disebut fraksi.
  4. Fraksi yang mengandung senyawa-senyawa dengan titik didih tinggi akan terkondensasi di bagian bawah menara destilasi. Sedangkan fraksi denyawa-senyawa dengan titik didih rendah terkondensasi dibagian atas menara.

Komponen yang titik didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun kebawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik kebagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut sungkup gelembung. Sementara itu semakin keatas, suhu semakin rendah, sehingga setiap kali komponen dengan titik didihnya lebih tinggi naik, akan mengembun dan terpisah, sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah akan terrus naik kebagian yang lebih atas lagi. Demikian selanjutnya, sehingga komponen yang mencapai puncak menara adalah komponen yang pada suhu kamar berupa gas. Komponen yang berupa gas itu yang disebut gas petroleum. (Purba, 2007: 232). Sebagian fraksi dari menara destilasi selanjutnya dialirkan ke bagian kilang minyak lainnya untuk proses konversi.

a)    Proses konversi (convertion processes)

   Proses konversi bertujuan untuk memperoleh fraksi-fraksi dengan kuantitas dan kualitas sesuai permintaan pasar. Sebagai contoh, untuk memenuhi kebutuhan fraksi bensin yang tinggi, maka sebagian fraksi rantai panjang perlu diubah/ dikonversi menjadi fraksi rantai pendek. Disamping itu, fraksi bensin harus mengandung lebih banyak hidrokarbon rantai bercabang/ alisiklik/ aromatik dibandingkan rantai lurus. Jadi, diperlukan proses konversi untuk penyusunan ulang struktur molekul hidrokarbon. Beberapa jenis konversi dalam kilang minyak yaitu :

1)   Cracking atau Perengkahan

Cracking atau perengkahan merupakan proses pemecahan molekul-molekul hidrokarbon besar menjadi molekul-molekul yang lebih kecil dengan adanya pemanasan atau katalis. Contohnya, perengkahan fraksi minyak ringan/ berat menjadi fraksi gas, bensin, kerosin, dan minyak solar/ diesel.

2)   Polimerisasi

Terbentuknya polimer antara ikatan molekul yang sama yaitu ikatan bersama dari light gasoline. Proses polimerisasi merubah produk samping gas hirokarbon yang dihasilkan pada cracking menjadi hidrokarbon cair yang bisa digunakan sebagai :

  1. Bahan bakar motor dan penerbangan yang memiliki bilangan oktan  yang  tinggi.
    1. Bahan baku petrokimia.

3)   Alkilasi
               Proses alkilasi merupakan proses penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul besar. Contohnya pembentukan olefin dari aromatik atau hidrokarbon parafin dan penggabungan molekul propena dan butena menjadi komponen fraksi bensin.

4)   Hidrogenasi
              Proses ini adalah penambahan hidrogen pada olefin. Katalis hidrogen adalah        logam yang dipilih tergantung pada senyawa yang akan di reduksi dan pada     kondisi hidrogenasi, misalnya Pt, Pd, Ni, dan Cu.

5)Isomerisasi
          Proses isomerisasi merubah struktur dari atom dalam molekul tanpa adanya          perubahan nomor atom.

6)   Reforming atau Aromatisasi

Reforming merupakan proses konversi dari naptha untuk memperoleh  produk yang memiliki bilangan oktan yang tinggi, dalam proses ini biasanya menggunakan katalis, rhenium, platinum dan kromium. Reforming bertujuan mengubah struktur molekul rantai lurus menjadi rantai bercabang/alisiklik/aromatik. Sebagai contoh, komponen rantai lurus (C5-C6) dari fraksi bensin diubah menjadi aromatik.

7)   Coking

Coking adalah proses perengkahan fraksi residu padat menjadi fraksi minyak bakar dan hidrokarbon intermediet. Dalam proses ini, dihasilkan kokas (coke).

8) Treating

 Treating adalah pemurnian minyak bumi dengan cara menghilangkan pengotor-pengotornya. Cara-cara proses treating adalah sebagai berikut :

a.  Copper sweetening dan doctor treating, yaitu proses penghilangan             pengotor yang dapat menimbulkan bau yang tidak sedap.
b.  Acid treatment, yaitu proses penghilangan lumpur dan perbaikan    warna.
c.  Dewaxing yaitu proses penghilangan wax (n parafin) dengan berat            molekul tinggi dari fraksi minyak pelumas untuk menghasillkan    minyak            pelumas dengan pour point yang rendah.
d.  Deasphalting yaitu penghilangan aspal dari fraksi yang digunakan             untuk minyak pelumas.

f.     Desulfurizing yaitu proses penghilangan unsur      belerang.

       (http://pusdiklatmigas.com/modules)

9)        Blending

Proses blending adalah penambahan bahan-bahan aditif kedalam fraksi minyak bumi dalam rangka untuk meningkatkan kualitas produk tersebut. Diantara bahan-bahan pencampur yang terkenal adalah tetra ethyl lead (TEL). TEL berfungsi menaikkan bilangan oktan bensin.

  1. Pemisahan pengotor dalam fraksi

             Fraksi-fraksi mengandung berbagai pengotor, antara lain senyawa organik yang mengandung S, N, O, air, logam dan garam anorganik. Pengotor dapat dipisahkan dengan cara melewatkan fraksi melalui :

  1. Menara asam sulfat, yang berfungsi untuk memisahkan hidrokarbon tidak jenuh, senyawa nitrogen, senyawa oksigen, dan residu padat seperti aspal.
    1. Menara absorpsi, yang mengandung agen pengering untuk memisahkan air.
    2. Scrubber, yang berfungsi untuk memisahkan belerang/ senyawa belerang.
      1. Pencampuran fraksi

              Pencampuran fraksi dilakukan untuk mendapatkan produk akhir sesuai yang diinginkan. Sebagai contoh :

  1. Fraksi bensin dicampur dengan hidrokarbon rantai bercabang/ alisiklik/ aromatik dan berbagai aditif untuk mendapatkan kualitas tertentu.
  2. Fraksi minyak pelumas dicampur dengan berbagai hidrokarbon dan aditif untuk mendapatkan kualitas tertentu.
    1. Fraksi nafta dengan berbagai kualitas (grade) untuk industri petrokimia.

 

 

400° C

 

gas

 

Bensin

 

Minyak tanah

 

Minyak bakar

 

Minyak pelumas

 

residu

 

kukus

 

dapur

 

Minyak kasar

 

Peci bel

 

Peci bel

 

Uap naik dari lempeng ke lempeng dangan bergelembung keluar dari dasar peci lonceng

 

Peci bel

 

Cairan mengembun dan mengalir dari lempeng ke lempeng lewat pipa luberan(panah  hitam ke bawah)

 

Peci bel

 

                        Gambar 3. Diagram menara fraksionasi (destilasi bertingkat) untuk                                     penyulingan minyak bumi.

Sumber : (http://nivitasya.files.wordpress.com/2010/01/07_bab_61.pdf)

 

Tabel 10. Fraksi Hidrokarbon yang diperoleh dari minyak bumi

Fraksi

Jumlah Atom C

Trayek

Titik didih oC

Kegunaan

Gas

 

Petroleum eter

Bensin

Kerosin, minyak diesel/solar,bakar

 

 

Minyak pelumas

Parafin

 

 

Aspal

1-5

 

5 – 7

5 – 12

12 – 18

 

 

 

16 keatas

20 keatas

 

 

25 keatas

 

-160 – 30

 

30 – 90

30 – 200

180 – 400

 

 

 

350 keatas

Merupakan zat padat dengan titik cair rendah

Residu

 

Bahan bakar (LPG), sumber hidrogen

Pelarut

Bahan bakar motor.

Bahan bakar mesin diesel, Bahan bakar industri, untuk cracking.

 Pelumas

Lilin dll

 

 

Bahan bakar, lapisan permukaan jalan raya.

   (Sumber : Purba, 2007: 234)

  1. 4.    Membedakan Kualitas Bensin Berdasarkan Bilangan Oktannya

Bensin merupakan bahan bakar transportasi yang masih memegang peranan penting sampai saat ini. Bensin mengandung lebih dari 500 jenis hidrokarbon yang memiliki rantai C5-C10. Kadarnya bervariasi tergantung komposisi minyak mentah dan kualitas yang diinginkan. Bensin adalah salah satu jenis bahan bakar minyak yang dimaksudkan untuk kendaraan bermotor roda dua atau empat. Pada saat sekarang tersedia 3 jenis bensin yaitu premium, pertamax dan pertamax plus. Ketiganya mempunyai mutu yang berbeda. Mutu bahan bakar bensin ini dikaitkan dengan jumlah ketukan yang ditimbulkannya dan dinyatakan dengan nilai oktan. Semakin sedikit ketukan, semakin baik mutu bensin, semakin tinggi nilai oktannya.

Untuk menentukan nilai oktan, ditetap kan dua jenis senyawa sebagai pembanding yaitu isooktana dan n-heptana. Kedua senyawa ini adalah dua diantara banyak macam senyawa yang terdapat dalam bensin. Isooktana menghasilkan ketukan paling sedikit dan diberi nilai oktan 100; sedangkan n-heptana menghasilkan ketukan paling banyak, dan diberi nilai oktan 0 (Nol). Suatu campuran yang terdiri dari 70% isooktana dan 30% n-heptana mempunyai nilai oktan sebesar 70% :

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

n-heptana (nilai oktan = 0)

                     CH3          CH3

CH3 –  CH – CH2 – C – CH3

                                       CH3

                 2,2,4-trimetil pentana (isooktana) (Nilai oktan = 100)

Secara umum, alkana rantai panjang mempunyai nilai oktan lebih tinggi dari pada isomer rantai lurusnya. Pertamax mempunyai bilangan oktan 92, berarti mutu bahan bakar itu setara dengan 92% isooktana dan 8% n-heptana. Pertamax plus mempunyai bilangan oktan 94. (Purba, 2007: 234)

Salah satu zat anti ketukan yang hingga kini masih digunakan dinegara kita adalah Tetra Ethyl Lead (TEL) yang rumus kimianya Pb(C2H5)4, pembakaran bensin yang diperkaya dengan TEL akan menghasilkan oksida timah hitam yang akan keluar bersama asap kendaraan atau menempel pada komponen mesin. Untuk mencegah supaya oksida timbal itu tidak menempel pada mesin, maka kedalam bensin bertimbal dicampurkan etilen bromida C2H4Br2.Atom bromin dari etilen bromida dapat membentuk timbal bromida PbBr2 yang mudah menguap. Dengan demikian, semua timbel akan keluar bersama asap kendaraan bermotor, sayangnya, senyawa timbel ini merupakan racun yang dapat merusak otak. Jadi penggunaan bensin bertimbel akan mencemari udara. Zat anti ketukan yang lebih aman lingkungan adakah Methyl Tertiery Buthyl Ether (MTBE). (Purba, 2007: 235).

  1. 5.    Menganalisis Dampak Pembakaran Bahan bakar Terhadap Lingkungan

       Zat- zat pencemar yang terdapat diudara yang dapat menimbulkan masalah bagi kehidupan adalah:

  1. Karbon monoksida (CO)

   Jika bensin tidak terbakar sempurna akan menghasilkan karbon monoksida (CO). Gas CO ini sangat berbahaya bagi kita. Jika kita menghirupnya, maka senyawa CO akan berikatan dengan haemoglobin darah. Haemoglobin ini bertugas untuk mengikat O2 dan mengalirkannya keseluruh tubuh (termasuk keotak). CO 200 kali lebih mudah berikatan dengan haemoglobin dibandingkan dengan O2, jika CO banyak kita hirup, maka semua CO itu akan berikatan dengan haemoglobin membentuk HbCO dan O2 yang terikat makin sedikit sehingga kita kekurangan O2. Kadar CO yang diperbolehkan diudara adalah dibawah 100 ppm. Jika kadar CO diudara 750 ppm dapat menyebabkan kematian. (Tiopan, 2007: 213).

b. Karbondioksida

   Sebenarnya, karbondioksida tidak berbahaya bagi manusia. Akan tetapi karbondioksida tergolong gas rumah kaca, sehingga peningkatan kadar CO2 diudara dapat mengakibatkan peningkatan suhu permukaan bumi (efek rumah kaca). Peningkatan suhu karena meningkatnya kadar gas-gas rumah kaca diudara disebut pemanasan global. Pemanasan global dapat mempengaruhi iklim. (Purba, 2007: 242).

  1. Oksida Belerang (SO2 dan SO3)

Belerang dioksida, apabila terhisap oleh pernafasan, akan bereaksi dengan air dalam saluran pernafasan dan membentuk asam sulfit yang akan merusak jaringan dan menimbulkan rasa sakit. Apabila SO3 yang terhisap maka yang terbentuk adalah asam sulfat, dan asam ini lebih berbahaya. Oksida belerang dapat pula larut dalam air hujan dan menyebabkan apa yang disebut hujan asam. (Purba, 2007: 242)

d. Oksida Nitrogen

Campuran NO dan NO2 sebagai pencemar udara biasa ditandai dengan lambang NOx. Ambang batas NOx diudara adalah 0,05 ppm. NOx diudara tidak beracun (secara langsung pada manusia), tetapi NOx ini bereaksi dengan bahan-bahan pencemar lain dan menimbulkan fenomena asbut (asap-kabut). Asbut menyebabkan berkurangnya daya pandang, iritasi pada mata dan saluran pernafasan, menjadikan tanaman layu, dan menurunkan kualitas materi. (Purba, 2007: 242)

  1. Partikel timah hitam

Partikel yang berasal dari minyak bumi ini menyebabkan gangguan pernafasan pada manusia dan mengganggu fotosintesis pada tumbuhan karena debu tersebut menutupi permukaan daun dari sinar ultraviolet.

Langkah-langkah mengatasi dampak dari  pembakaran bensin ( Johari & rahmawati, 2006:275) :

  1. Produksi bensin yang ramah lingkungan, seperti tanpa aditif Pb.
  2. Penggunaan EFI (Electronic Fuel Injection) pada sistem bahan bakar.
  3. Penggunaan konverter katalitik pada sistem buangan kendaraan.
  4. Penghijauan atau pembuatan taman kota.
  5. Penggunaan bahan bakar alternatif yang dapat diperbarui dan lebih ramah lingkungan, seperti tenaga surya dan sel bahan bakar (fuel cell).

 

 

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: