Minyak
bumi dalam bahasa inggris ‘petroleum’, dari bahasa Latin petrus–karang
dan oleum–minyak), atau disebut juga sebagai emas hitam, adalah
cairan kental, coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar yang berada di
lapisan atas dari beberapa area kerak bumi. Minyak bumi terdiri dari campuran
kompleks dari berbagai hidrokarbon, sebagian besar meruapakan deret senyawa
alkana, bervariasi dalam komposisi dan kemurniannya.
Minyak
bumi erat kaitannya dengan produk-produk petrokimia. Hal ini disebabkan dalam
minyak bumi terkandung bahan-bahan selain karbon, yaitu hidrogen sulfur,
nitrogen, oksigen, dan lain-lain.
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:
- Minyak
mentah ringan (light crude oil) yang mengandung kadar logam dan
belerang rendah, berwarna terang dan bersifat encer (viskositas rendah).
- Minyak
mentah berat (heavy crude oil) yang mengandung kadar logam dan belerang
tinggi, memiliki viskositas tinggi sehingga harus dipanaskan agar meleleh.
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. Siklo alkana (napten) CnH2n
Sikloalkana ada yang memiliki
cincin 5 (lima) yaitu siklopentana ataupun cincin 6
(enam) yaitu sikloheksana.
Sikloheksana Siklopentana
3. Aromatik CnH2n -6
Aromatik memiliki cincin 6 (enam)
Aromatik hanya terdapat dalam
jumlah kecil, tetapi sangat diperlukan dalam
bensin karena :
- Memiliki harga anti knock yang
tinggi
- Stabilitas penyimpanan yang
baik
- Dan kegunaannya yang lain
sebagai bahan bakar (fuels)
A.
Destilasi Bertingkat Minyak Bumi
Minyak
bumi merupakan minyak mentah yang mengandung campuran lumpur dan air yang
tersuspensi serta gas, dipompa dan ditampung dalam tangki penyimpanan berbentuk
silinder. Dalam tangki tersebut minyak bumi disentrifuge dan diberi tekanan
sehingga air dan lumpur terendapkan. Kemudian tekanan diperkecil sehingga gas
dalam campuran tersebut keluar, kemudian minyak terpisah dimana lapisan minyak
berada di atas lapisan air dan lumpur. Fraksi gas dalam minyak mentah diperoleh
dengan pemisahan secara langsung. Gas yang larut dalam minyak mentah juga
diperoleh pada saat destilasi yang kemudian akan dimurnikan sebagai LPG
(Liquified Petroleum Gases) atau digunakan dalam proses pembentukan bensin.
Garam-garam yang terkandung dalam minyak mentah dihilangkan dengan cara menambahkan
zat-zat kimia yang kemudian dipisahkan dari minyak. Berbagai hidrokarbon yang
terkandung dalam minyak dipisahkan dengan cara destilasi bertingkat. Hal
tersebut didasarkan bahwa karbon yang memiliki jumlah atom C yang sama akan
memiliki titik didih yang hampir sama.
Destilasi
fraksinasi dilakukan pada suhu <400C karena di atas suhu tersebut dapat
terjadi perengkahan fraksi-fraksi minyak yang mempunyai rantai karbon pendek
(C5). Destilasi fraksinasi minyak mentah dilakukan dengan suatu alat yang disebut
Topping Stiff. Unit destilasi terdiri dari kerangka pokok yaitu furnace
dengan pipa (pipe still) atau wadah (tank still) sebagai tempat minyak
mentah dipanaskan dan bagian menara (distillation/fractionating/bubble power)
sebagai tempat fraksi-fraksi minyak diembunkan kembali dan dialirkan. Menara
pemisah tingginya mencapai 60 meter.
Pada
bagian menara atas sejumlah piringan, di mana setiap piringan mempunyai
sejumlah cerobong kecil yang dilalui uap minyak. Cerobong kecil tersebut
ditutup sehingga uap minyak membentuk gelembung-gelembung pada cairan di atas
piringan, saluran ke bawah mengalir minyak ke bagian piringan yang lebih
rendah. Kemudian dilakukan pemanasan lagi sehingga terbentuk uap lagi, demikian
seterusnya sampai terjadi pemisahan fraksi-fraksi hidrokarbon.
Minyak
mentah dialirkan melalui pipa pemanas. Pemanasan dilakukan pada suhu 316- 400C
sehingga semua komponen minyak menguap kecuali residunya. Komponen yang
memiliki titik didih rendah akan menguap, sedangkan yang lain akan mengembun dan
mengalir ke bawah. Komponen yang berupa uap tadi akan naik melewati menara
pemisah, sementara itu suhu terus menurun sehingga komponen yang sukar mendidih
akan mengembun. Fraksi-fraksi minyak akan keluar melalui saluran-saluran yang
berada di samping menara sesuai dengan titik didihnya. Proses destilasi minyak
mentah merupakan proses yang berkelanjutan. Residu akan diperoleh pada bagian
dasar menara.
B. Distilasi
bertingkat
Dalam proses
distilasi 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 distilasi bertingkat ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Minyak
mentah dipanaskan dalam boiler menggunakan uap air bertekanan
tinggi sampai suhu ~600oC. Uap minyak mentah yang dihasilkan kemudian
dialirkan ke bagian bawah menara/tanur distilasi.
- Dalam
menara distilasi, uap minyak mentah bergerak ke atas melewati pelat-pelat
(tray). Setiap pelat memiliki banyak lubang yang dilengkapi dengan tutup
gelembung (bubble cap) yang memungkinkan uap lewat.
- 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.
- Fraksi
yang mengandung senyawa-senyawa dengan titik didih tinggi akan
terkondensasi di bagian bawah menara distilasi. Sedangkan fraksi
senyawa-senyawa dengan titik didih rendah akan terkondensasi di bagian
atas menara.
Sebagian
fraksi dari menara distilasi selanjutnya dialirkan ke bagian kilang minyak
lainnya untuk proses konversi.
C.
Pengolahan Minyak Bumi
Fraksi-fraksi
minyak bumi hasil fraksinasi tidak langsung digunakan atau dipasarkan. Hasil
destilasi merupakan produk-antara dalam pengolahan minyak bumi. Fraksi-fraksi
yang diperoleh diolah kembali sesuai dengan kebutuhan jumlah rantai karbonnya.
Proses pengolahan minyak bumi dilakukan dengan berbagai metode dan pendekatan
tertentu sesuai dengan produk yang diinginkan.
Proses
hidrokarbon
Proses
ini terutama ditujukan untuk memperbaiki kualitas dan perolehan fraksi gasolin.
Kualitas gasolin sangat ditentukan oleh sifat anti-knocking yang dinyatakan
dalam bilangan oktan. Bilangan oktan 100 diberikan pada iso-oktan
(2,2,4–trimetil pentana) pada n-heptana yang mempunyai sifat anti-knocking yang
buruk. Gasolin yang diuji akan dibandingkan dengan campuran iso-oktan dan
n-heptana. Bilangan oktan dipengaruhi oleh beberapa struktur molekul
hidrokarbon:
Perengkahan
(cracking)
Proses
ini dimaksud untuk memecahkan hidrokarbon yang lebih tinggi menjadi
molekul-molekul yang lebih kecil. Produk perengkahan merupakan fraksi gasolin
dengan bilangan oktan tinggi.
Terdapat
tiga cara perengkahan yaitu :
(a).
Perengkahan termal
Perengkahan
terjadi karena proses pemanasan. Reaksi kimia pada proses ini adalah:
n-C30H62
C8H8 + C6H12 + C14H28, atau
n-C30H62
C7H16 + C9H18 + C4H8 + C10H20
Hidrokarbom
akan merengkah jika dipanaskan sampai suhunya melebihi 300-400C dengan atau
tanpa katalis.
(b).
Perengkahan katalik
Peoses
perengkahan dengan bantuan katalis untuk mempercepat. Katalis yang digunakan
biasanya SiO2 dan Al2O3 atau bauksit. Reaksi dari perengkahan katalik melalui
mekanisme reaksi perengkahan ion karbonium. Mula-mula katalis karena bersifat
asam menambahkan proton ke molekul olefin atau menarik ion hibrida dari alkana
membentuk karbonium:
R-CH2-CH2-CH=CH2
+ H+ R-CH2-CH2-C+H-CH3
R-CH2-CH2-CH2-CH3
H- + R-CH2-CH2-C + H-CH3
(c)
Hydrocracking
Hydrocracking
merupakan kombinasi antara proses perengkahan dan proses hidrogensi
menghasilkan senyawa yang jenuh, pada tekanan tinggi. Keuntungan dari proses
hydrocracking adalah belerang yang terkandung dalam minyak diubah menjadi
hidrogen sulfida yang kemudian dipisahkan.
Reforming
Reforming
merupakan proses pengubahan struktur molekul dari hidrokarbon parafin menjadi
senyawa aromatik dengan bilangan oktan tinggi. Pada proses ini digunakan
katalis molibdenum oksida dalam Al2O3 atau platina dalam lempung.
Contoh
reaksi:
C6H14
C6H12 + H2
Heksana
Sikloheksana
C6H12
C6H6 + 3H2
Alkilasi
dan polimerisasi
Alkilasi
merupakan proses penambahan jumlah atom dalam molekul menjadi molekul-molekul
yang lebih panjang dan bercabang. Dalam proses ini digunakan katalis asam kuat
seperti H2SO4, HCl, AlCl3 (asam lewis).
Secara
umum reaksinya dapat dituliskan sebagai:
RH +
CH2=CR’R’’ R-CH2-CHR’R’’
Polimerisasi
merupakan penggabungan molekul-molekul kecil (gas) dengan rantai karbon kurang
dari lima menjadi molekul-molekul yang lebih besar yang merupakan bagian dari
jenis bahan bakar bensin.
Rumus
umumnya:
MCmH2n
Cm+n H2(m+n)
Pemurnian
Hampir
semua produk hasil proses penyulingan, perengkahan dan yang lainnya, masih
mengandung pengotor yang harus dihilangkan sebelum digunakan/konsumsi. Proses
pemurnian ini dapat diakukan dengan cara:
a. Copper
sweetening dan doctor treating yaitu proses merubah kotoran-kotoran
yang menyebabkan karat dan bau, agar produk yang dihasilkan tidak berbau.
b. Acid treatment yaitu membuang pengotor yang
berbentuk lumpur sambil memperbaiki warna dan tahan terhadap pembusukan.
c. Desulfurizing dilakukan untuk menghilangkan
unsur belerang.
d. Dewaxing yaitu proses penghilangan wax
(n-parafin) dengan berat molekul tinggi dari fraksi minyak pelumas untuk
menghasilkan minyak pelumas dengan pour point yang lebih rendah.
e. Deasphalting
yaitu penghilangan aspal dari fraksi yang digunakan untuk minyak pelumas.
Pencampuran
Pencampuran
merupakan proses pengolahan produk setelah melalui langkah-langkah sebelumnya
agar memenuhi syarat untuk dikonsumsi. Misalnya ditambahkan bahan aditif TEL (tetraethyl
lead) yang berfungsi untuk mengurangi ketukan (knocking) pada mesin. Suatu
bahan inhibitor dicampur pada bensin agar bensin dapat disimpan lebih lama. Di
negara yang mengalami empat musim, ke dalam bensin ditambahkan zat tertentu
agar cepat menguap walaupun musim dingin
Produk Hasil Pengolahan Minyak
Bumi dan Pemanfaatannya
Hasil destilasi bertingkat minyak
bumi
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(a).
Gas petroleum
Gas
petroleum sebagian besar terdiri dari metana, etana, propana dan butana serta
sebagian kecil pentana, gas karbon dioksida, nitrogen dan belium. Gas petroleum
antara lain digunakan sebagai bahan bakar, bahan pembuat karbon, bahan pembuat
bensin (khusus dari gas basah) dan bahan pembuat zat-zat kimia lain seperti
CO2, H2, dan asetilen.
(b).
Bensin
Bensin
atau gasoline adalah cairan campuran yang sebagian besar berupa senyawa
hidrokarbon (parafin, naftalen, senyawa tidak jenuh dan terkadang senyawa aromatic)
yang berasal dari minyak bumi, digunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan
bermotor. Istilah gasoline banyak digunakan dalam industri minyak, bahkan dalam
perusahaan. Kadangkala istilah mogas (motor gasoline) digunakan untuk
membedakannya dengan avgas, gasoline yang digunakan oleh pesawat terbang
ringan. Konsumsi gasoline di Amerika mencapai 360 juta gallon (1,36 milyar
liter) setiap harinya.
Terdapat
tiga jenis bensin antara lain :
1. Bensin yang dihasilkan langsung dari penyulingan
minyak mentah yang disebut bensin langsung yang mengandung 5-405 minyak mentah.
2. Bensin yang dihasilkan dari gas alam atau hasil
pengolahan lainnya yang disebut bensin alam.
3.
Bensin yang dihasilkan dari perengkahan bagian-bagian minyak bumi yang lebih
berat dari bensin biasa, dengan perengkahan ini maka jumlah bagian bensin yang
dihasilkan minyak bumi dapat bertambah, bensin jenis ini disebut bensin
rengkahan.
Syarat
yang harus dipenuhi antara lain:
i.Mempunyai
titik didih tertentu
Makin
rendah titik didih awalnya menunjukkan bahwa dalam bensin banyak komponen
ringan karena terjadi kehilangan komponen pada saat penyimpanan yang disebabkan
oleh penguapan, sedangkan jika titik didih awalnya tinggi berarti makin sukar
terbakar pada permulaan dan sisa pembakaran akan mengencerkan minyak pelumas.
ii.Angka oktan menunjukkan mutu bahan bakar bensin.
Semakin tingi angka oktan makin baik karena detonasi semakin berkurang sehingga
pembakaran teratur. Angka oktan bensin menunjukkan % iso-oktan dalam campuran
dengan n-heptana sehingga mempunyai sifat pembakaran yang sama.
iii.Iso-oktan dianggap memiliki angka oktan 100 % dan
dalam normal heptana memiliki angka oktan 0%. Angka oktan bensin umumnya
berkisar antara 0% dan 100 %.
iv.Kadar
belerang rendah
Kadar
belerang harus rendah agar tidak korosif.
v.Stabil
Bensin
harus stabil agar tidak terjadi perubahan komponen pada saat bensin disimpan
dalam waktu lama. Komponen yang menyebabkan bensin tidak stabil adalah senyawa
tidak jenuh karena senyawa ini mudah dioksidasi atau mengalami polimerisasi
sehingga terjadi gum.
vi.
Warna dan bau khas
Warna
dan bau yang khas pada bensin disebabkan oleh belerang dan senyawa tidak jenuh.
Untuk
memenuhi persyaratan di atas maka bagian bensin hasil penyulingan harus dilakukan
pengolahan lebih lanjut dengan meningkatkan nilai oktan (proses reforming dan
penambahan zat adif TEL) dan mengurangi kadar belerang dengan menambahkan
natrium plumbit Na2PbO2 (proses doktor).
(c).
Minyak Tanah
Minyak
tanah atau disebut juga kerosen (parafin) adalah cairan hidrokarbon yang tak
berwarna dan mudah terbakar. Ini diperoleh dari hasil destilasi bertingkat dari
petroleum pada 150oC dan 275oC (rantai karbon C12-C15). Minyak tanah banyak
digunakan untuk lampu minyak dan kompor, sekarang banyak digunakan sebagai
bahan bakar mesin jet (Avtur, Jet-A, Jet-B, JP-4 atau JP-8). Kerosen dikenal
sebagai RP-1 digunakan sebagai bahan bakar roket. Pada proses pembakarannya
menggunakan oksigen cair.
Kerosene
didestilasi langsung dari minyak mentah dan memerlukan pengendalian khusus
dalam sebuah unit Merox atau hydrotreater untuk mengurangi kadar belerang dan
perkaratan. Kerosene dapat juga diproduksi oleh hydrockraker, yang digunakan
untuk meningkatkan bagian dari minyak mentah yang cocok untuk bahan bakar
minyak.
Penggunaan
minyak tanah untuk kepentingan dapur terbatas pada negara berkembang. Kerosen
untuk bahan bakar jet spesifikasinya diperketat terutama titik asap dan titik
beku. Kerosene digunakan untuk membasmi serangga seperti semut dan kecoa.
Kadang-kadang digunakan juga sebagai campuran dalam cairan pembasmi serangga.
Minyak
tanah sifatnya berada antara minyak gas dan bensin.
Sifat
fisik minyak tanah :
Titik
didih : 175-284 0C
berat
jenis : 0,7-0,83
Minyak
bumi biasanya mengandung 5-25% minyak tanah, sedangkan dalam minyak tanah
mengandung senyawa-senyawa seperti parafin, naften, aromatik, dan senyawa
belerang. Jumlah kandungan komponen senyawa dalam minyak tanah akan
mempengaruhi sifat-sifat minyak tanah. Sifat-sifat yang harus dimiliki minyak
tanah adalah : titik nyala, titik asap, kekentalan, kadar belerang, sifat
pembakaran serta bau dan warna yang khas.
Proses
pengolahan minyak tanah :
a.
Pencucian dengan asam sulfat
Pada
pengolahan minyak tanah dilakukan pencucian dengan asam sulfat, untuk
mengetahui kadar belerang dan kandungan senyawa yang membentuk kerak pada sumbu
serta warna. Proses ini dilakukan dengan cara penambahan asam sulfat sampai 5
X, setelah dipisahkan kemudian dicuci dengan soda dan air.
b.
Proses Adeleanu
Proses
ini pada prinsipnya hanya ekstraksi senyawa aromatik menggunakan belerang
dioksida.
(d).
Minyak Diesel
Minyak
diesel termasuk minyak bakar (fuel oil). Termasuk minyak bakar adalah burner
dalam industri dan turbin.
Jenis
minyak diesel :
1. HSD (high speed diesel) yaitu jenis minyak diesel
yang digunakan untuk mesin-mesin dengan putaran yang tinggi (±1000 rpm).
2.
LSD (low speed diesel) yaitu minyak diesel yang digunakan untuk mesin-mesin
dengan putaran <1000 rpm.
Sifat
pembakaran minyak diesel dinyatakan oleh angka setan yang menyatakan persentase
setan dalam campuran metil naftalena (C11H10), dengan nilai antara 1 dan 100,
di mana angka 100 menunjukkan minyak diesel yang baik.
Persyaratan
minyak diesel antara lain :
i. titik nyala 100o-130oC/38o -55oC.
ii. angka setan 40
iii. kadar belerang maksimum 0,5%
iv.
karbon residu maksimum 0,5%.
(e).
Minyak Pelumas
Minyak
pelumas adalah bagian dari minyak bumi yang mempunyai titik didih lebih tinggi
dari pada minyak gas. Tidak setiap minyak bumi mengandung minyak pelumas,
terkadang rendah sekali sehingga sulit untuk diolah. Sifa-sifat minyak pelumas
antara lain: kekentalan, kestabilan, warna dan daya emulsi.
Proses
pengolahan minyak pelumas:
·
De-aspalting yaitu pemisahan komponen-komponen aspal dengan
penambahan asam sulfat atau ekstraksi dengan pelarut propana.
·
De-waxing yaitu pemisahan wax yang menyebabkan titik didihnya
rendah. Metode de-waxing dilakukan dengan cara mendinginkan campuran minyak
pelumas dan pelarut, setelah wax membeku disaring dengan saringan kemudian
ditekan pada suhu <0oC.
·
pengolahan
secara kimiawi yaitu untuk memisahkan
komponen-komponen yang mempunyai indeks kekentalan rendah dengan ekstraksi
menggunakan pelarut pulfural.
·
Perkolasi yaitu proses penyaringan dengan absorban misalnya
fuller earth, untuk memperbaiki warna.
Tidak
semua pelumas diproses menurut keempat cara di atas, tergantung pada sifat
minyak pelumas kasarnya.
(f).
Minyak Parafin Wax
Parafin
wax adalah zat berwarna berbentuk kristal dan tidak berbau, dapat berbentuk
padat atau setengah padat. Parafin tidak mudah bereaksi dengan senyawa kimia
lain (inert), tetapi pada suhu tinggi sebagian kecil akan teroksidasi atau
pecah (cracking), tidak larut dalam air dan alkohol tetapi larut dalam fraksi
minyak bumi dan benzena. Parafin merupakan senyawa hidrokarbon tinggi yang
jenuh (parafin). Pada proses penyulingan ikut tersuling setelah gas oil.
Parafin
diperoleh dengan cara :
a)
Penyulingan.
Dilakukan
dengan cara penyulingan kembali residu yang dihasilkan, untuk menghilangkan
komponen aspal yang masih terkandung dalam wax agar wax tidak mengkristal.
b) Pendinginan. Bagian wax didinginkan sampai wax
mengkristal.
c) Penyaringan. Kristal yang terbentuk disaring
melalui saringan bertekanan pada suhu rendah.
d) Sweating. Pencairan wax secara perlahan sehingga
bagian dari minyak dapat terpisah.
e)
Perkolasi (penambahan asam sulfat). Penambahan asam sulfat untuk mendapatkan
wax yang lebih jernih.
Wax
yang dihasilkan digolongkan dalam beberapa jenis menurut titik cairnya yaitu :
45-52oC, 55-57oC dan 63-66oC.
Kegunaan
parafin antara lain :
o
bahan dasar pembuatan lilin yang biasanya dicampur dengan lemak hewan.
o bahan pelapis tahan air
o
bahan isolasi listrik.
ringan karena terjadi kehilangan komponen pada saat
penyimpanan yang disebabkan oleh penguapan, sedangkan jika titik didih awalnya
tinggi berarti makin sukar terbakar pada permulaan dan sisa pembakaran akan
mengencerkan minyak pelumas.
ii.Angka
oktan menunjukkan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar