Proses Pengolahan
fraksi-fraksi minyak bumi
Minyak bumi (bahasa Inggris: petroleum,
dari bahasa Latin petrus – karang dan oleum – minyak),
dijuluki juga sebagai emas hitam, adalah cairan kental, coklat gelap, atau
kehijauan yang mudah terbakar, yang berada di lapisan atas dari beberapa area
di kerak bumi. Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks dari berbagai
hidrokarbon, sebagian besar seri alkana, tetapi bervariasi dalam
penampilan, komposisi, dan kemurniannya. Minyak Bumi adalah campuran dari
berbagai jenis hidrokarbon.
Minyak mentah
(
crude oil) sebagian besar tersusun dari senyawa-senyawa hidrokarbon
jenuh (alkana). Adapun hidrokarbon tak jenuh (alkena, alkuna dan alkadiena)
sangat sedikit dkandung oleh minyak bumi, sebab mudah mengalami adisi menjadi
alkana.
Oleh karena minyak bumi berasal dari fosil organisme, maka minyak bumi
mengandung senyawa-senyawa belerang (0,1 sampai 7%), nitrogen (0,01 sampai
0,9%), oksigen (0,6-0,4%) dan senyawa logam dalam jumlah yang sanagt kecil.
Minyak mentah dipisahkan menjadi sejumlah fraksi-fraksi melalui proses
destilasi (penyulingan). Minyak bumi dan gas alam juga diduga berasal dari
jasad renik lautan, tumbuhan dan hewan yang mati sekitar 150 juta tahun yang
lalu. Dugaan tersebut didasarkan pada kesamaan unsur-unsur yang terdapat dalam
bahan tersebut dengan unsur-unsur yang terdapat pada makhluk hidup. Sisa-sisa
organisme itu mengendap di dasar laut, kemudian ditutupi oleh lumpur yang
lambat laun mengeras karena tekanan lapisan diatasnya sehingga berubah menjadi
batuan. Sementara itu bakteri anaerob menguraikan sisa-sisa organisme itu
sehingga menjadi minyak bumi dan gas yang terperangkap di antara
lapisan-lapisan kulit bumi. Proses pembentukan minyak bumi dan gas ini
membutuhkan waktu yang sangat lama. Bahkan sepanjang umur kita pun belum cukup
untuk membuat minyak bumi dan gas. Jadi kita harus melakukan penghematan dan
berusaha mencari sumber energi alternatif.
Minyak mentah mula-mula
dipanaskan hingga suhunya mencapai sekitar 500-600oC. Pemanasan
minyak mentah itu dilakukan dalam pemanas (boiler) dengan menggunakan
uap air bertekanan tinggi. Hasil pemanasan berupa uap minyak dialirkan ke dasar
menara distilasi. Selanjutnya, uap minyak akan bergerak naik melewati
pelat-pelat yang terdapat dalam menara. Pada saat mencapai suhu tertentu sesuai
titik didihnya, uap minyak mentah akan berubah menjadi zat cair. Perubahan uap
air (gas) menjadi zat cair disebut kondensasi. Zat cair hasil kondensasi itu
disebut fraksi minyak.
KOMPOSISI MINYAK BUMI
Minyak bumi hasil
pengeboran masih berupa minyak mentah (crude oil) yang kental dan hitam. Crude
oil ini terdiri dari campuran hidrokarbon yaitu:
- Alkana merupakan
merupakan fraksi yang terbesar di dalam minyak mentah. Senyawa alkana yang
paling banyak ditemukan adalah n-oktana dan isooktana (2,2,4-trimetil
pentana)
- Hidrokarbon aromatis CnH2n-6 diantaranya adalah etil benzene
yang memiliki cincin 6 (enam).
- Sikloalkana (napten) CnH2n antara lain siklopentana dan etil
sikloheksana
- Belerang (0,01-0,7%)
- Nitrogen (0,01-0,9%)
- Oksigen
(0,06-0,4%)
- Karbondioksida [CO2]
- Hidrogen sulfida [H2S]
PENGOLAHAN
MINYAK BUMI
Minyak bumi biasanya berada pada 3-4 km di bawah permukaan. Untuk mengambil
minyak bumi tersebut harus dibuat sumur bor yang telah disesuaikan
kedalamannya. Minyak mentah yang diperoleh ditampung dalam kapal tangker atau
dialirkan ke kilang minyak dengan menggunakan pipa. Minyak mentah yang tadi
diperoleh belum bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar maupun keperluan lainnya.
Minyak mentah tersebut haruslah diolah terlebih dahulu.
Proses Pengolahan Minyak Bumi
Minyak bumi bukan merupakan senyawa homogen, tapi merupakan campuran dari
berbagai jenis senyawa hidrokarbon dengan perbedaan sifatnya masing-masing,
baik sifat fisika maupun sifat kimia.
Proses pengolahan minyak bumi sendiri terdiri dari dua jenis proses utama,
yaitu Proses Primer dan Proses Sekunder. Sebagian orang mendefinisikan Proses
Primer sebagai proses fisika, sedangkan Proses Sekunder adalah proses kimia.
Hal itu bisa dimengerti karena pada proses primer biasanya komponen atau fraksi
minyak bumi dipisahkan berdasarkan salah satu sifat fisikanya, yaitu titik
didih. Sementara pemisahan dengan cara Proses Sekunder bekerja berdasarkan
sifat kimia kimia, seperti perengkahan atau pemecahan maupun konversi, dimana
didalamnya terjadi proses perubahan struktur kimia minyak bumi tersebut.
Rantai Hidrokarbon Minyak Bumi
Seperti kita kitahui dalam Kimia Organik bahwa senyawa hidrokarbon, terutama
yang parafinik dan aromatik, mempunyai trayek didih masing-masing, dimana
panjang rantai hidrokarbon berbanding lurus dengan titik didih dan densitasnya.
Semakin panjang rantai hidrokarbon maka trayek didih dan densitasnya semakin
besar. Nah, sifat fisika inilah yang kemudian menjadi dasar dalam Proses
Primer.
Jumlah atom karbon dalam rantai hidrokarbon bervariasi. Untuk dapat
dipergunakan sebagai bahan bakar maka dikelompokkan menjadi beberapa fraksi
atau tingkatan dengan urutan sederhana sebagai berikut :
1. Gas
Rentang rantai karbon : C1 sampai C5
Trayek didih : 0 sampai 50°C
Peruntukan : Gas tabung, BBG, umpan proses petrokomia.
2. Gasolin (Bensin)
Rentang rantai karbon : C6 sampai C11
Trayek didih : 50 sampai 85°C
Peruntukan : Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin piston, umpan
proses petrokomia
3. Kerosin (Minyak Tanah)
Rentang rantai karbon : C12 sampai C20
Trayek didih : 85 sampai 105°C
Peruntukan : Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin jet, bahan
bakar rumah tangga, bahan bakar industri, umpan proses petrokimia
4.
Solar
Rentang rantai karbon : C21 sampai C30
Trayek didih : 105 sampai 135°C
Peruntukan : Bahan bakar motor, bahan bakar industri
5. Minyak Berat
Rentang rantai karbon dari C31 sampai C40
Trayek didih dari 130 sampai 300°C
Peruntukan : Minyak pelumas, lilin, umpan proses petrokimia
6. Residu
Rentang rantai karbon diatas C40
Trayek didih diatas 300°C
Peruntukan : Bahan bakar boiler (mesin pembangkit uap panas), aspal, bahan
pelapis anti bocor.
Kondisi ideal diatas sulit dicapai karena senyawa hidrokarbon dalam minyak bumi
banyak mengandung isomernya.
Penyulingan Minyak Bumi
Minyak mentah mengandung sekitar 500 jenis hidrokarbon dengan jumlah
atom C-1 hingga C-50. Pengolahan minyak bumi dilakukan melalui distilasi
bertingkat, dimana minyak mentah dipisahkan ke dalam kelompok-kelompok dengan
titik didih yang mirip. Hal tersebut dilakukan karena titik didih hidrokarbon
meningkat seiring dengan bertambahnya atom karbon (C) dalam molekulnya..Mula
mula minyak mentah dipanaskan pada suhu sekitar 400
0C.
Setelah dipanaskan kemudian dialirkan ke tabung fraksionasi/ destilasi.
Menara
destilasi
Di menara inilah terjadi proses destilasi (penyulingan). Yaitu
proses pemisahan larutan dengan menggunakan panas sebagai pemisah. Prinsip
dasar penyulingan bertingkat adalah
perbedaan titik didih di antara
fraksi-fraksi minyak mentah. Jika selisih titik didih tidak berbeda jauh maka
penyulingan tidak dapat diterapkan Hidrokarbon yang memiliki titik didih paling
rendah akan terpisah lebih dulu, disusul dengan hidrokarbon yang memiliki titik
didih lebih tinggi.
Kegunaan
fraksi-fraksi minyak bumi terkait dengan sifat fisisnya seperti titik didih
dan viskositasnya (kekentalan), dan juga sifat kimianya. Hasil dari distilasi
minyak bumi menghasilkan beberapa fraksi minyak bumi seperti berikut.
2.1.
Residu
Saat
pertama kali minyak bumi masuk ke dalam menara distilasi, minyak bumi akan
dipanaskan dalam suhu diatas 500oC. Residu tidak menguap dan
digunakan sebagai bahan baku aspal, bahan pelapis antibocor, dan bahan bakar
boiler (mesin pembangkit uap panas). Bagian minyak bumi yang menguap akan naik
ke atas dan kembali diolah menjadi fraksi minyak bumi lainnya.
Aspal
digunakan untuk melapisi permukaan jalan. Kandungan utama aspal adalah senyawa
karbon jenuh dan tak jenuh, alifatik, dan aromatik yang mempunyai atom karbon
sampai 150 per molekul. Unsur-unsur selain hidrogen dan karbon yang juga
menyusun aspal adalah nitrogen, oksigen, belerang, dan beberapa unsur lain.
Secara kuantitatif, biasanya 80% massa aspal adalah karbon, 10% hidrogen, 6%
belerang, dan sisanya oksigen dan nitrogen, serta sejumlah renik besi, nikel,
dan vanadium.
2.2.
Oli
Oli
adalah pelumas kendaraan bermotor untuk mencegak karat dan mengurangi gesekan.
Oli dihasilkan dari hasil distilasi minyak bumi pada suhu antara 350-500oC.
Itu dikarenakan oli tidak dapat menguap di antara suhu tersebut. Kemudian,
bagian minyak bumi yang lainnya akan menguap dan menuju ke atas untuk diolah
kembali.
2.3.
Solar
Solar
adalah bahan bakar mesin diesel. Solar adalah hasil dari pemanasan minyak bumi
antara 250-340oC. Solar tidak dapat menguap pada suhu tersebut dan
bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah kembali.
Umumnya,
solar mengandung belerang dengan kadar yang cukup tinggi. Kualitas minyak solar
dinyatakan dengan bilangan setana. Angka setana adalah tolak ukur kemudahan
menyala atau terbakarnya suatu bahan bakar di dalam mesin diesel. Saat ini,
Pertamina telah memproduksi bahan bakar solar ramah lingkungan dengan merek
dagang Pertamina DEX© (Diesel Environment Extra). Angka
setana DEX dirancang memiliki angka setana minimal 53 sementara produk solar
yang ada di pasaran adalah 48. Bahan bakar ramah lingkungan tersebut memiliki
kandungan sulfur maksimum 300 ppm atau jauh lebih rendah dibandingkan solar di
pasaran yang kandungan sulfur maksimumnya mencapai 5.000 ppm.
2.4.
Kerosin dan Avtur
Kerosin
(minyak tanah) adalah bahan bakar kompor minyak. Avtur adalah bahan bakar
pesawat terbang bermesin jet. Kerosin dan avtur dihasilkan dari pemanasan
minyak bumi pada suhu antara 170-250oC. Kerosin dan avtur tidak
dapat menguap pada suhu tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke
atas untuk diolah kembali.
Kerosin
adalah cairan hidrokarbon yang tidak berwarna dan mudah terbakar. Kerosin yang
digunakan sebagai bahan bakar kompor minyak disebut minyak tanah, sedangkan
untuk bahan bakar pesawat disebut avtur.
2.5.
Nafta
Nafta
adalah bahan baku industri petrokimia. Nafta dihasilkan dari pemanasan minyak
bumi pada suhu antara 70-170oC. Nafta tidak dapat menguap pada suhu
tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah
kembali.
2.6. Gas
Hasil olahan minyak bumi
yang terakhir adalah gas. Gas merupakan bahan baku LPG (Liquid Petroleum Gas)
yaitu bahan bakar kompor gas. Supaya gas dapat disimpan dalam tempat yang lebih
kecil, gas didinginkan pada suhu antara -160 sampai -40oC supaya
dapat berwujud cair.
Sebenarnya, senyawa
alkana yang terkandung dalam LPG berwujud gas pada suhu kamar. LPG dibuat dalam
bentuk gas untuk berat yang sama. Wujud gas LPG diubah menjadi cair dengan cara
menambah tekanan dan menurunkan suhunya.
2.7.
Petroleum Eter dan Bensin
Petroleum
eter adalah bahan pelarut dan untuk laundry. Bensin pada umumnya adalah bahan
bakar kendaraan bermotor. Petroleum eter dan bensin dihasilkan dari pemanasan
minyak bumi pada suhu antara 35-75oC. Petroleum eter dan bensin
tidak dapat menguap pada suhu tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan
terbawa ke atas untuk diolah kembali.
Bensin
akhir-akhir ini menjadi perhatian utama karena pemakaiannya untuk bahan bakar
kendaraan bermotor sering menimbulkan masalah. Kualitas bensin ditentukan oleh
bilangan oktan, yaitu bilangan yang menunjukkan jumlah isooktan dalam bensin.
Bilangan oktan adalah ukuran kemampuan bahan bakar mengatasi ketukan ketika
terbakar dalam mesin.
Bensin
merupakan fraksi minyak bumi yang mengandung senyawa n-heptana dan isooktan.
Misalnya bensin Premium (salah satu produk bensin Pertamina) yang beredar di
pasaran dengan bilangan oktan 80 berarti bensin tersebut mengandung 80%
isooktan dan 20% n-heptana. Bensin super mempunyai bilangan oktan 98 berarti
mengandung 98% isooktan dan 2% n-heptana. Pertamina meluncurkan produk bensin
ke pasaran dengan 3 nama, yaitu: Premium dengan bilangan oktan 80-88, Pertamax
dengan bilangan oktan 91-92, dan Pertamax Plus dengan bilangan oktan 95.
Kualitas Bensin
Hidrokarbon yang menyusun bensin
menentukan ketepatan waktu pembakaran. Dalam mesin bertekanan tinggi,
pembakaran bensin rantai lurus tidak merata dan menimbulkan gelombang kejut
yang menyebabkan terjadi ketukan pada mesin. Jika ketukan ini dibiarkan dapat
mengakibatkan mesin cepat panas dan mudah rusak. Ukuran pemerataan pembakaran
bensin agar tidak terjadi ketukan digunakan istilah bilangan oktan.
Bilangan oktan adalah bilangan perbandingan antara nilai ketukan bensin
terhadap nilai ketukan dari campuran hidrokarbon standar.
Bagaimana cara menentukan bilangan oktan? Nilai bilangan oktan ditetapkan
0 untuk n-heptana yang mudah terbakar dan 100 untuk iso oktana yang tidak mudah
terbakar. Misal suatu campuran 30 % n-heptana dan 70% iso oktana maka bilangan
oktannya: Bilangan oktan=(30/100 x 0) + (70/100 x 100) = 70.
Campuran hidrokarbon yang dipakai sebagai standar bilangan oktan adalah n-heptana
dan 2,2,4-trimetilpentana (isooktana). Bilangan oktan untuk
campuran 87% isooktana dan 13% n-heptana ditetapkan sebesar 87 satuan.
Terdapat tiga metode pengukuran
bilangan oktan, yaitu:
- pengukuran pada kecepatan dan suhu tinggi, hasilnya
dinyatakan sebagai bilangan oktan mesin;
- pengukuran pada kecepatan sedang, hasilnya dinamakan
bilangan oktan penelitian;
- pengukuran hidrokarbon murni, dinamakan bilangan oktan road
index.
Beberapa hidrokarbon murni ditunjukkan pada Tabel
Makin tinggi nilai bilangan oktan, daya tahan terhadap
ketukan makin kuat (tidak terjadi ketukan). Ini dimiliki oleh
2,2,4-trimetilpentana (isooktana), sedangkan n-heptana
memiliki ketukan tertinggi. Oleh karena 2,2,4-trimetilpentana memiliki bilangan
oktan tertinggi (100) dan n-heptana terendah (0) maka
campuran kedua senyawa tersebut dijadikan standar untuk mengukur bilangan
oktan. Untuk memperoleh bilangan oktan tertinggi, selain berdasarkan komposisi
campuran yang dioptimalkan juga ditambah zat aditif, seperti tetraetillead
(TEL) atau Pb(C2H5)4. Penambahan 6 mL TEL ke
dalam satu galon bensin dapat meningkatkan bilangan oktan 15–20 satuan. Bensin
yang telah ditambah TEL dengan bilangan oktan 80 disebut bensin
premium. Metode lain untuk meningkatkan bilangan oktan adalah
termal reforming. Teknik ini dipakai untuk mengubah alkana
rantai lurus menjadi alkana bercabang dan sikloalkana. Teknik ini dilakukan
pada suhu tinggi (500–600°C) dan tekanan tinggi (25–50 atm)
Dampak Pembakaran Bensin
Zat pencemar
|
Sumber
|
Dampak terhadap
lingkungan
|
CO2
|
Pembakaran bahan
bakar
|
Pemanasan
global/efek rumah kaca
|
CO
|
Pembakaran bahan
bakar tidak sempurna
|
Bersifat racun dan
menyebabkan kematian
|
Nox (NO, NO2)
|
Pembakaran bahan
bakar pada suhu tinggi
|
Hujan asam
|
Pb
|
Penggunaan
bensindengan zat aditif timbal
|
Timbal bersifat
racun
|
Hanya ini lah yang dapat saya bagikan
Maaf jika ada kesalahan .
Sumber : Google dan Wikipedia