MINYAK BUMI

  1. A.     Standar Kompetensi

Memahami sifat-sifat senyawa organik atas dasar gugus fungsi dan senyawa makromolekul.

  1. B.     Kompetensi Dasar

Menjelaskan proses pembentukan dan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi   serta kegunaannya.

  1. C.     Indikator
    1. Mendeskripsikan proses pembentukan minyak bumi dan gas alam.
    2. Menjelaskan komponen-komponen utama penyusun minyak bumi.
    3. Menafsirkan bagan penyulingan bertingkat untuk menjelaskan dasar dan teknik pemisahan fraksi-faraksi minyak bumi.
      1. Membedakan kualitas bensin berdasarkan bilangan oktannya.
      2. Menjelaskan dampak pembakaran bahan bakar terhadap lingkungan.

D. Uraian Materi

1. Proses Pembentukan Minyak Bumi

Sumber energi utama yang digunakan untuk bahan bakar rumah tangga, kendaraan bermotor dan mesin industri berasal dari minyak bumi, batubara dan gas alam. Ketiga jenis bahan bakar tersebut terbentuk dari peruraian senyawa-senyawa organik yang berasal dari jasad organisme kecil yang hidup di laut jutaan tahun yang lalu. Proses peruraian berlangsung lambat pada suhu dan tekanan tinggi, dan menghasilkan campuran hidrokarbon yang kompleks (golongan alifatik, asiklik, dan aromatik). Sebagian campuran berada dalam fase cair dan dikenal sebagai minyak bumi. Sebagian lagi berada dalam fase gas disebut gas alam.

Crude Oil memiliki nilai kerapatan yang lebih rendah dari air, maka minyak bumi dan gas alam dapat bergerak ke atas melalui batuan sedimen yang berpori (gambar 1). 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. (Petro-leum dari bahasa Latin petrus artinya batu dan oleum artinya minyak).

Hipotesa yang dikemukakan para ahli tentang terbentuknya minyak bumi diantaranya adalah

Teori Abiogenesis (Anorganik)

Hipotesis yang mengemukakan bahwa minyak bumi berasal dari zat anorganik diajukan oleh Berthelot (1866), menurutnya logam-logam alkali dalam bumi  bereaksi dengan CO2 pada suhu tinggi membentuk gas asetilena (C2H2). Gas inilah yang kemudian membentuk senyawa hidrokarbon yang lain. Pada tahun 1877 Dmitri Ivanovick Mendeleev mengemukakan hipotesis lain tentang asal-usul minyak bumi. Menurut Mendeleev besi karbida di dalam bumi bereaksi dengan air dan gas asetilena. Reaksi ini mirip dengan reaksi yang terjadi antara batu karbid dan air.

Teori Biogenesis (Organik)

Dikemukakan oleh P.G.Macqiur (Prancis, 1758). Teori ini didasarkan pada sumber batubara yang juga berasal dari tumbuh-tumbuhan. bahwa minyak bumi berasal dari tumbuh-tumbuhan. Teori yang menyatakan bahwa minyak bumi selain berasal dari tumbuh-tumbuhan juga berasal dari hewan, kali pertama dikemukakan oleh J.P.Lesley (1865). Pendapat ini juga didukung oleh ilmuwan lain seperti New Beery (1859), Engler (1909), Bruk (1936), yang menyatakan bahwa minyak dan gas bumi berasal dari organisme laut yang telah mati berjuta-juta tahun yang lalu dan membentuk sebuah lapisan dalam perut bumi. Teori yang menyatakan minyak bumi berasal dari zat organik ini didukung oleh hasil-hasil

penelitian di laboratorium dan analisis pemikiran. Teori ini juga sesuai dengan  ilmu Geologi sehingga teori yang menyatakan bahwa sumber minyak bumi berasal dari zat anorganik tidak dianut lagi.

Element atau unsur minyak bumi bisa dibagi menjadi 5 bagian.

1. Batuan induk (Source): batuan yang mempunyai banyak kandungan material organik.

2. Batuan penyimpan (Reservoir): batuan yang mempunyai kemampuan menyimpan fluida seperti batu pasir dimana minyak atau gas dapat berada di antara butiran batu pasir

3. Batuan penutup (Seal): batuan yang impermeable atau batuan yang tidak gampang tembus karena berbutir sangat halus dimana butiran satu sama lain sangat rapat.

4. Migrasi (Migration): berpindahnya minyak atau gas bumi yang terbentuk dari batuan induk ke batuan penyimpan sampai dimana minyak dan gas bumi tidak dapat berpindah lagi.

5. Jebakan (Trap): bentuk dari suatu geometri yang mampu menahan minyak dan gas bumi untuk dapat berkumpul.

 Proses pembentukannya  juga bisa dibagi menjadi 5 tahap.

1. Pembentukan (Generation): Tekanan dari batuan-batuan di atas batuan induk membuat temperatur dan tekanan menjadi lebih besar dan dapat menyebabkan batuan induk berubah dari material organik menjadi minyak atau gas bumi.

2. Migrasi atau perpindahan (Migration): Senyawa hidrokarbon (minyak dan gas bumi) akan cenderung berpindah dari batuan induk (source) ke batuan penyimpan (reservoir) karena berat jenisnya yang ringan dibandingkan air.

3. Pengumpulan (Accumulation): Sejumlah senyawa hidrokarbon yang lebih cepat berpindah dari batuan induk ke batuan penyimpan dibandingkan waktu hilangnya jebakan akan membuat minyak dan gas bumi terkumpul.

4. Penyimpanan (Preservation): Minyak atau gas bumi tetap tersimpan di batuan penyimpan dan tidak berubah oleh proses lainnya seperti biodegradation (berubah karena ada mikroba-mikroba yang dapat merusak kualitas minyak).

5. Waktu (Timing) : Jebakan harus terbentuk sebelum atau selama minyak bumi berpindah dari batuan induk ke batuan penyimpan.

Minyak bumi adalah campuran kompleks hidrokarbon plus senyawaan organik dari Sulfur, Oksigen, Nitrogen dan senyawa – senyawa yang mengandung konstituen logam terutama Nikel, Besi dan Tembaga. Minyak bumi sendiri bukan merupakan bahan yang uniform, melainkan berkomposisi yang sangat bervariasi, tergantung pada lokasi, umur lapangan minyak dan juga kedalaman sumur.

Perbandingan unsur – unsur yang terdapat dalam minyak bumi sangat bervariasi. Berdasarkan atas 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 diklasifikasikan atas tiga golongan, yaitu:

1. Alkana (parafin) CnH2n + 2

Alkana ini memiliki rantai lurus & 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. Pada umumnya senyawa hidrokarbon siklik ini  dalam minyak bumi berupa campuran siklopentana dan sikloheksana yang disebut naften.

3. Aromatik CnH2n -6

Aromatik memiliki cincin 6 (enam). Aromatik hanya terdapat dalam jumlah kecil.

Proporsi dari ketiga tipe hidrokarbon sangat tergantung pada sumber dari minyak bumi. Pada umumnya alkana merupakan hidrokarbon yang terbanyak tetapi kadang-kadang mengandung sikloalkana sebagai komponen yang terbesar, sedangkan aromatik selalu merupakan komponen yang paling sedikit.

Crude oil mengandung sejumlah senyawaan non hidrokarbon, terutama senyawaan Sulfur, senyawaan Nitrogen, senyawaan Oksigen, senyawaan Organo Metalik (dalam jumlah kecil / trace sebagai larutan) dan garam – garam anorganik.

Minyak bumi biasanya berada 3-4 km di bawah permukaan laut. Minyak bumi dapat diperoleh dengan melakukan pengeboran, dan minyak yang diperoleh berupa minyak mentah. Minyak mentah (crude oil) berbentuk cairan hitam atau berbau kurang sedap. Minyak ini belum dapat dimanfaatkan secara lansung, tetapi harus diolah terlebih dahulu sehingga dapat dimanfaatkan sesuai dengan kebutuhan. Dalam pengolahan minyak bumi ini melibatkan 2 proses utama yaitu :

1. Proses pemisahan (separation processes)

2. Proses konversi (convertion processes)

Proses pengilangan (refines) pertama-tama adalah mengubah komponen minyak menjadi fraksi-fraksi yang laku dijual berupa beberapa tipe dari destilasi. Beberapa perlakuan kimia dan pemanasan dilakukan untuk memperbaiki kualitas dari produk minyak mentah yang diperoleh. Misalnya pada tahun 1912 permintaan gasolin melebihi supply dan untuk memenuhi permintaan tersebut maka digunakan proses “pemanasan” dan “tekanan” yang tinggi untuk mengubah fraksi yang tidak diharapkan. Molekul besar menjadi yang lebih kecil dalam range titik didih gasolin, proses ini disebut cracking.

1. Proses Pemisahan (Separation Processes)

Unit operasi yang digunakan dalam penyulingan minyak biasanya sederhana tetapi yang kompleks adalah interkoneksi dan interaksinya. Proses pemisahan tersebut adalah : Destilasi

Destilasi atau penyulingan merupakan cara pemisahan campuran senyawa berdasarkan pada perbedaan titik didih komponen-komponen penyusun campuran tersebut. Minyak mentah mengandung campuran senyawa hidrokarbon yang memiliki titik diidh bervariasi, dari metana (CH4), yang memiliki titik didih paling rendah sampai residu yang memiliki titik didih paling tinggi seingga tidak teruapkan pada pemanasan. Cara destilasi dengan menggunakan beberapa tingkat suhu pendinginan atau penegmbunan disebut destilasi bertingkat. Proses destilasi  bertingkat ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. Minyak mentah dipanaskan dalam boiler menggunakan uap air bertekanan tinggi sampai suhu ~6000C. Uap minyak mentah yang dihasilkan kemudian dialirkan ke bagian bawah menara destilasi.

  1. Dalam menara destilasi, uap minyak mentah bergerak ke atas melewati plat-plat (tray). Setiap plat memiliki banyak lubang yang dilengkapi dengan tutup gelembung (bubble cap) yang memungkinkan uap lewat.
    1. c.  Dalam pergerakannya, uap minyak mentah akan menjadi dingin. Sebagian uap akan mencapai ketinggian dimana uap tersebut akan terkondensasi membentuk zat cair. Zat cair yang diperoleh dalam suatu kisaran suhu tertentu ini disebut fraksi.

d.Fraksi yang mengandung senyawa-senyawa dengan titik didih tinggi akan terkondensasi di bagian bawah menara destilasi. Sedangan fraksi senyawa-senyawa dengan titik didih rendah terkondensasi di bagian atas menara.

Fraksi-fraksi minyak bumi:

a. Gas
Rentang rantai karbon : C1 sampai C5

Trayek didih : 0 sampai 50°C

Kegunaan : Gas tabung, BBG, umpan proses petrokomia.

  1. Gasolin (Bensin)

Rentang rantai karbon : C6 sampai C11

Trayek didih : 50 sampai 85°C

Kegunaan : Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin piston, umpan proses petrokomia

c. Kerosin (Minyak Tanah)

Rentang rantai karbon : C12 sampai C20

Trayek didih : 85 sampai 105°C

Kegunaan : Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin jet, bahan bakar rumah tangga, bahan bakar industri, umpan proses petrokimia

  1. Solar

Rentang rantai karbon : C21 sampai C30

Trayek didih : 105 sampai 135°C

Kegunaan : Bahan bakar motor, bahan bakar industri

e. Minyak Berat

Rentang rantai karbon dari C31 sampai C40

Trayek didih dari 130 sampai 300°C

Kegunaan : Minyak pelumas, lilin, umpan proses petrokimia

f. Residu

Rentang rantai karbon diatas C40

Trayek didih diatas 300°C

Kegunaan : Bahan bakar boiler (mesin pembangkit uap panas), aspal, bahan pelapis anti bocor.

2. Proses Konversi (conversion processes)

Proses koversia adalah penyusunan ulang struktur hidrikarbon dengan tujuanuntuk memperoleh fraksi-fraksi dengan kualitas dan kuantitas yang diinginkan. Dibawah ini ada beberapa contoh proses konversi  yang penting:

a. Cracking atau Pyrolisis (perengkahan)

Cracking atau pyirolisis merupakan proses pemecahan molekul-molekul hidrokarbon besar menjadi molekul-molekul yang lebih kecil dengan adanya pemanasan atau katalis. Contohnya : pemecahan senyawa karbon yang memiliki 16 atom karbon.

C8H16  + C5H10 + C3H8

C16H34

C9H16 + C6H12 + CH4 + H2

Semua reaksi cracking adalah endotermik dan melibatkan energi yang tinggi. Proses cracking meliputi:

* Proses cracking thermis murni (thermal craking)

Proses ini merupakan proses pemecahan molekul-molekul besar dari zat hidrokarbon yang dilakukan pada suhu tinggi yang bekerja pada bahan awal selama waktu tertentu serta tekana rendah.

* Proses cracking thermis dengan katalisator (catalytic craking)

Dengan adanya katalisator maka reaksi cracking dapat terjadi pada suhu yang lebih rendah.

* Proses cracking dengan chlorida-aluminium (AlCl3) yang bebas air.

b. Polimerisasi / alkilasi

Polimerisasi adalah proses penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul-molekul besar. Misalnya penggabungan senyawa isobutana yang menghasilkan bensin berkualitas tinggi, yaitu isooktana.

CH3 ─ C ═ CH2  + CH3 ─ C ═ CH2

‌│                            │

CH3                         CH3

Isobutena                      isobutena

CH3 ─ CH ─ CH2 ─ C(CH3)3

Isooktana

c. Reforming atau Aromatisasi

Reforming merupakan proses pengubahan bentuk molekul bensin yang bermutu kurang baik (rantai karbon lurus) menjadi bensin yang bermutu lebih baik (rantai karbon bercabang / alisiklik / aromatik). Kedua jenis ini memiliki rumus molekul sama, tetapi bentuk strukturnya berbeda sehingga proses ini disebut juga isomerisasi. Dalam proses ini biasanya menggunakan katalis rhenium, platinum dan chromium atau dengan pemanasan. Contohnya

CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CH3 → CH3 ─ CH(CH3)2

n-butana                         2-Metilpropana

d. Coking

Coking adalah proses perengkahan fraksi residu padat menjadi fraksi minyak baker dan hidrokarbon intermediet (produk antara)

Treating (pemisahan pengotor dalam fraksi)

Treating adalah proses pemurnian minyak bumi dengan cara menghilangkan pengotor-pengotornya.   Fraksi-fraksi mengandung berbagai pengotor, antara lain senyawa organic yang mengandung S, N, O, air, logam, dan garam anorganik.

Pencampuran fraksi (blending)

Bensin merupakan contoh hasil minyak bumi yang banyak digunakan di dunia. Untuk memperoleh kualitas bensin yang baik, terdapat sekitar 22 bahan pencampur (zat aditif) yang dapat ditambahkan ke dalam proses pengolahannya. Penambahan zat aditif ini dapat meningkatkan bilangan oktan.

Bensin merupakan fraksi minyak bumi yang paling banyak dikonsumsi untuk bahan baker kendaraan bermotor. Komponen utama  bensin adalah n-heptana (C7H16) dan isooktana (C8H18). Kualitas bensin ditentukan oleh kandungan isooktana yang dikenal dengan bilangan oktan. Bilangan oktan merupakan ukuran dari kemampuan bahan bakar untuk mengatasi ketukan sewaktu terbakar dalam mesin. Nilai bilangan oktan 0 ditetapkan untuk n-heptana yang mudah terbakar, dan nilai 100 untuk isooktana yang tidak mudah terbakar. Suatu campuran 30% n-heptana dan 70% isooktana akan mempunyai bilangan oktan :

= (30 / 100 x 0) + (70 / 100 x 100)

= 70

Bilangan oktan suatu bensin dapat ditentukan melalui uji pembakaran sampel bensin untuk memperoleh karateristik pembakarannya. Karakteristik tersebut kemudian dibandingkan dengan karakteristik pembakaran dari berbagai campuran n-heptana dan isooktana. Jika ada karakteristik yang sesuai, maka kadar isooktana dalam campuran n-heptana dan isooktana tersebut digunakan untuk menyatakan nilai bilangan oktan dari bensin yang diuji.

Ada 3 jenis bensin produksi Pertamina, yaitu

Jenis bensin Bilangan oktan
PremiumPertamax

Pertamax plus

80 – 8891 – 92

95

Fraksi bensin dari menara destilasi umumnya mempunyai bilangan oktan ~70. Untuk menaikkan bilangan oktan tersebut, ada beberapa hal yang dapat dilakukan, yaitu :

  1. Mengubah hidrokarbon rantai lurus dalam fraksi bensin menjadi hidrokarbon rantai bercabang melalui proses reforming. Contohnya mengubah n-oktana menjadi isooktana.

CH3(CH2)3 CH3 → (CH3)2CH  CH2 CH3

             n-oktana                 isooktana

  1. Menambahkan hidrokarbon alisiklik / aromatik ke dalam campuran akhir fraksi bensin.
  2. Menambahkan zat aditif anti ketukan ke dalam bensin untuk memperlambat pembakaran bensin. Zat aditif yang biasa digunakan adalah

a.Tetra Ethyl Lead (TEL)

TEL memiliki rumus molekul Pb(C2H5)4. Untuk mengubah Pb dari bentuk padat menjadi gas, pada bensin yang mengandung TEL ditambahkan zat aditif lain, yaitu etilen.

Minyak bumi merupakan campuran senyawa hidrokarbon sehingga pembakarannya menghasilkan oksida karbon (CO dan CO2) dan uap air. SElain senyawa hidrokarbon, minyak bumi juga mengandung unsur belerang dan nitrogen sehingga pembakarannya juga menghasilkan oksida belerang (SO2 dan SO3) dan oksida nitrogen (NO2). Senyawa-senyawa oksida tersebut dapat mencemari udara. Oksida Karbon

  1. Gas Karbon Dioksida (CO2)

Gas ini dihasilkan secara alami dari proses pernafasan dan pembakaran sempurna berbagai senyawa hidrokarbon. Gas CO2 tidak membahayakan kesehatan, tetapipada konsentrasi tinggi, yaitu (10% – 20%), dapat menyebabkan pingsan karena kekurangan oksigen. CO2 menggantikan posisi oksigen dalam tubuh. Banyaknya jumlah penduduk, kendaraan bermotor, dan industri-industri yang menggunakan bahan baker semakin meningkatkan jumlah CO2, sementara jumlah pepohonan semakin berkurang. Akibatnya terbentuk lapisan CO2 di atmosfer. Lapisan CO2 ini dapat menahan sinar infra merah yang dipatulkan bumi.Hal ini dapat meningkatkan suhu bumi. Gejala ini dikenal dengan efek rumah kaca (green house effect)

  1. Gas Karbon Monoksida (CO)

Gas CO dihasilkan dari pembakaran bahan bakar yang berlansung tidak sempurna pada kendaraan bermotor. CO tidak berwarna dan tidak berbau, tetapi sangat beracun.Kadar CO yang berlebih di udara dapat menyebabkan sakit kepala, lelah, sesak nafas, dan pingsan.Gas CO dapat bereaksi dan berikatan dengan Hemoglobin. Jika di dalam darah terdapat  CO dan O2, yang terikat oleh Hb adalah CO melalui ikatan kovalen koordinasi.

  1. Oksida Belerang (SO2 dan SO3)

Oksida  belerang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar kendaraan bermotor, asap industri, dan pembakaran batubara. Gas SO2 dapat membahayakan kesehatan.Dalam jumlah sedikit, SO2 dapat menyebabkan batuk-batuk dan sesak napas, sedangkan dalam jumlah besar dapat merusak saluran pernafasan, serta menyebabkan kematian.Gas SO2 di udara dapat teroksidasi menghasilkan gas SO3.

2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)

Gas SO3 merupakan oksida asam yang mudah bereaksi dengan air membentuk asam sulfat.

SO3(g) + H2O(g) → H2SO4(aq)

Peristiwa ini dikenal dengan hujan asam. Hujan asam sangat membahayakan lingkungan karena dapat menyebabkan :

  1. Gatal-gatal pada kulit
  2. Karat pada pagar besi
  3. Rusaknya bangunan, patung dan pagar tembok
  4. Matinya ikan-ikan di danau
  5. Mengganggu pertumbuhan tanaman
  6. Oksida Nitrogen

Senyawa nitrogen yang merupakan pencemar adalah oksida nitrogen (NO dan NO2) dan ammonia (NH3). Minyak bumi mengandung nitrogen (0% – 15%) sehingga dari pembakaran bahan bakar kendaraan bermotor atau aktivitas industri akan menghasilkan gas NO. Gas NO dapat teroksidasi menghasilkan gas NO2.

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

Gangguan yang dapat ditimbulkannya adalah gangguan pernafasan dan mata terasa perih.

  1. Logam Timbel (Pb)

Logam Pb dapat menurunkan tingkat kecerdasan anak-anak, menghambat pertumbuhan, dan dapat menimbulkan kelumpuhan. Gejala keracunannya adalah mual-mual, anemia dan sakit perut.

  1. Partikulat

Partikel-partikel padat atau cair di udara disebut partikulat. Partikulat padat disebut kabut. Partikulat padat (asap) dihasilkan dari pembakaran bahan bakar terutama solar dan batubara, pembakaran sampah, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan. Partikel cair (kabut) terbentuk dari senyawa hidrokarbon yang menguap. Keberadaa particular padat dan cair ditambah dengan adanya oksida-oksida nitrogen, dan oksida belerang di udara, akan menimbulkan asap kabut yang dikenal dengan istilah smog.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s