A.Proses Terjadinya Minyak bumi

         

          minyak bumi berasal dari jasad renik lautan,baik hewan maupun tumbuhan. sisa-sisa organisme iti mengendap di dasar lautan, kemudian tertutup lumpur tersebut dan lambat laun berubah menjadi batuan karena pengaruh tekanan lapisan diatasnya, dengan meningkatnya tekanan dan suhu, bakteri anaerob menguraikan sisa-sasa jasad renik dan mengubah menjadi minyak dan gas,dimana proses terjadi memerlukan waktu berjuta-juta tahun.

         

          komposisi utama minyak bumi adalah hidrokarbon antara lain alkana, sikloalkana, dan komponen lainnya adalah hidrokarbon aromatik, sedikit alkena, dan senyawa karbon yang mengandung oksigen, nitrogendan belerang

B.Komposisi Minyak Bumi

Minyak bumi merupakan campuran yang kompleks, yang komponen terbesarnya adalah hidrokarbon. Komponen-komponen minyak bumi sebagai berikut:
A.Golongan Alkana

Alkana merupakan merupakan fraksi yang terbesar di dalam minyak mentah. Golongan alkana yang tidak bercabang terbanyak adalah n-oktana, sedang alkana bercabang terbanyak adalah isooktana (2,2,4-trimetilpentana).

Isooktana
B.Golongan Sikloalkana

Golongan sikloalkana yang terdapat pada minyak bumi adalah siklopentana dan sikloheksana.

Siklopentana      siklohexana
C. Golongan Hidrokarbon Aromatik.

Golongan hidrokarbon aromatik yang terdapat dalam minyak bumi adalah benzena. Hidrokarbon aromatis C_nH_2n-6 diantaranya adalah etil benzene yang memiliki cincin 6 (enam)

benzene
D. Senyawa – Senyawa Lain

Senyawa-senyawa mikro yang lain, seperti senyawa belerang berkisar 0,01 – 7%, senyawa nitrogen berkisar 0,01 – 0,9%, senyawa oksigen berkisar 0,06 – 0,4%, dan mengandung sedikit senyawa organologam yang mengandung logam vanadium dan nikel. Sementara itu sumber energi yang lain, yaitu gas alam memiliki komponen alkana suku rendah, yaitu metana, etana, propana, dan butana. Sebagai komponen terbesarnya adalah metana. Dalam gas alam, selain mengandung alkana, terkandung juga di dalamnya berbagai gas lain, yaitu karbon dioksida (CO2) dan hydrogen sulfida (H2S), meskipun beberapa sumur gas alam yang lain ada juga yang mengandung helium. Dalam gas alam ini, metana digunakan sebagai bahan bakar, sumber hidrogen, dan untuk pembuatan metanol. Etana yang ada dipisahkan untuk keperluan industri, sedangkan propana dan butana juga dipisahkan, dan kemudian dicairkan untuk bahan bakar yang dikenal dengan nama LPG (Liquid Petroleum Gas) yang biasa digunakan untuk bahan bakar kompor gas rumah tangga.

C.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.

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.

Gambar 1  Menara destilasi

Destilasi Fraksinasi Minyak Bumi

Meskipun komposisinya kompleks, terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen-komponennya berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya, yang disebut proses distilasi bertingkat. Destilasi merupakan pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya. Diagram pemisahan komponen-komponen minyak bumi dengan cara destilasi ditunjukkan oleh gambar di bawah ini:

Diagram destilasi minyak bumi

Minyak bumi atau minyak mentah sebelum masuk kedalam kolom fraksinasi (kolom pemisah) terlebih dahulu dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur) sampai dengan suhu ± 350°C. Minyak mentah yang sudah dipanaskan tersebut kemudian masuk kedalam kolom fraksinasi pada bagian flash chamber (biasanya berada pada sepertiga bagian bawah kolom fraksinasi). Untuk menjaga suhu dan tekanan dalam kolom maka dibantu pemanasan dengan steam (uap air panas dan bertekanan tinggi).
Karena perbedaan titik didih setiap komponen hidrokarbon maka komponen-komponen tersebut akan terpisah dengan sendirinya, dimana hidrokarbon ringan akan berada dibagian atas kolom diikuti dengan fraksi yang lebih berat dibawahnya. Pada tray (sekat dalam kolom) komponen itu akan terkumpul sesuai fraksinya masing-masing.

Pada setiap tingkatan atau fraksi yang terkumpul kemudian dipompakan keluar kolom, didinginkan dalam bak pendingin, lalu ditampung dalam tanki produknya masing-masing. Produk ini belum bisa langsung dipakai, karena masih harus ditambahkan aditif (zat penambah).

Transcript Minyak Bumi

Distilasi  atau penyulinganmerupakan cara pemisahan campuran senyawa berdasarkanpada perbedaan titik didihkomponen-komponen penyusun campuran tersebut. Cara distilasi dengan menggunakan beberapa tingkatsuhu pendinginan atau pengembunan disebut distilisasi bertingkat.

          Mula-mula minyak mentah dipanaskan pada suhu 370°C sehingga mendidih dan menguap. Minyak mentah yang menguap pada proses distilisasi ini naik ke bagian atas kolom dan selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda.  Fraksi minyak bumi yang tidak terkondensasi terus naik ke bagian atas kolom sehingga keluar sebagai gas alam. Fraksi minyak mentah Residu-residu ini yang tidak menguap memiliki rantai menjadi residu karbon dengan (meliputi paraffin, jumlah atom C lilin, dan aspal) lebih dari 20 atom.

Cracking  adalah penguraian (pemecahan) molekul-molekul senyawa hidrokarbon yang besar menjadi molekul-molekul senyawa yang lebih kecil.Contoh cracking ini adalah pengubahan minyak solar atau minyak tanah (kerosin) menjadi bensin. Proses pemecahan ini menghasilkan bensin dalam jumlah besar dan  Cara panas (thermal cracking) berkualitas lebih baik.Contohnya, pemecahan adalah proses cracking dengan senyawa n-dekana menggunakan suhu tinggi serta menjadi etena dan n- tekanan rendah. oktana. Cara katalis (catalytic cracking) adalah proses cracking dengan menggunakan bubuk katalis platina atau molybdenum oksida.

Untuk memenuhi kebutuhan produk tertentu, hidrokarbon yang berantai panjang dapat dipecah menjadi lebih pendek melalui proses perengkahan (cracking). Sebaliknya, hidrokarbon rantai pendek dapat digabungkan menjadi rantai yang lebih panjang (reforming).

Untuk meningkatkan fraksi bensin dapat dilakukan dengan cara memecah hidrokarbon rantai panjang menjadi fraksi (C5–C9) melalui perengkahan termal. Proses perengkahan ini dilakukan pada suhu 500°C dan tekanan 25 atm. Hidrokarbon jenuh rantai lurus seperti kerosin (C₁₂H₂₆) dapat direngkahkan ke dalam dua buah fragmen yang lebih pendek menjadi senyawa heksana (C₆H₁₄) dan heksena (C₆H₁₂).

 C₁₂H₂₆ (l)  à   C₆H₁₄ (l)   + C₆H₁₂ (l)  (pada 500^oC, 25 atm)

 Keberadaan heksena (alkena) dari hasil perengkahan termal dapat meningkatkan bilangan oktan sebesar 10 satuan. Akan tetapi, produk dari proses perengkahan ini umumnya kurang stabil jika disimpan dalam kurun waktu lama. Oleh karena produk perengkahan termal umumnya kurang stabil maka teknik perengkahan termal diganti dengan perengkahan katalitik menggunakan katalis yang dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi.

Perengkahan katalitik, misalnya alkana rantai panjang direaksikan dengan campuran silikon (SiO₂) dan alumina (Al₂O₃), ditambah gas hidrogen atau katalis tertentu Dalam reforming, molekul-molekul kecil digabungkan menjadi molekul-molekul yang lebih besar. Hal ini dilakukan guna meningkatkan produk bensin. Misalnya, butana dan propana direaksikan membentuk heptana. Persamaan reaksinya:

                        C₄H₁₀ (g)+ C₃H₈ (g)  à   C₇H₁₆ (l)   + H₂ (g)

          Reforming  adalah pengubahan bentuk molekul bensin yang bermutu kurang baik (rantai karbon lurus) menjadi bensin yang bermutu lebih baik (rantai karbon bercabang).Kedua jenis bensin ini memiliki rumus molekul sama, tetapi bentuk strukturnya berbeda sehingga prosesini disebut juga isomerisasi. Reforming dilakukan dengan menggunakan katalis dan pemanasan.

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

 Treating  adalah proses pemurnian minyak bumi dengan cara menghilangkan pengotor- pengotornya. Cara-cara proses treating sebagai berikut: Copper sweetening dan doctor treating adalah proses penghilangan pengotor yang menimbulkan bau tidak sedap. Acid treatment adalah proses penghilangan lumpur dan perbaikan warna.Desulfurizing (desulfurisasi) adalah proses penghilangan unsur belerang.Untuk memperoleh kualitas bensin yang baik dilakukan blending (pencampuran),terdapat sekitar 22 bahan pencampur (zat aditif) yang dapat ditambahkan ke dalam proses pengolahannya. Bahan- bahan pencampur tersebut, antara lain tetraethyllead  (TEL),  MTBE,etanol, dan methanol. Penambahan zat aditif ini dapat meningkatkan bilangan oktan.

D.Fraksi-Fraksi Minyak Bumi

Senyawa hidrokarbon, terutama 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. 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
2. Gasolin (Bensin)
   Rentang rantai karbon : C6 sampai C11
   Trayek didih : 50 sampai 85°C
3. Kerosin (Minyak Tanah)
   Rentang rantai karbon : C12 sampai C20
   Trayek didih : 85 sampai 105°C
4. Solar
   Rentang rantai karbon : C21 sampai C30
   Trayek didih : 105 sampai 135°C
5.  Minyak Berat
   Rentang rantai karbon dari C31 sampai C40
   Trayek didih dari 130 sampai 300°C
6. Residu
   Rentang rantai karbon diatas C40
   Trayek didih diatas 300°C

E.Kegunaan Fraksi-Fraksi Minyak bumi

1. Gas
   Kegunaan: Gas tabung, BBG, umpan proses petrokomia.
2. Gasolin (Bensin)
   Kegunaan : Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin piston, umpan proses petrokomia
3. Kerosin (Minyak Tanah)
   Kegunaan: Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin jet, bahan bakar rumah tangga, bahan bakar industri, umpan proses petrokimia
4. Solar
   Kegunaan: Bahan bakar motor, bahan bakar industry
5. Minyak Berat
   Kegunaan: Minyak pelumas, lilin, umpan proses petrokimia
6. Residu
   Kegunaan: Bahan bakar boiler (mesin pembangkit uap panas), aspal, bahan pelapis anti bocor.

Untuk lebih jelasnya, kegunaan beberapa fraksi minyak bumi dijelaskan di bahwa ini:

1. Fraksi Gas
   Untuk fraksi gas yang telah didapatkan selanjutnya dialurkan ke tempat penyimpanan melalui saluran yang telah diberi kondensor. Lalu diolah lagi di Unit Destilasi Bertekanan untuk menaikkan titik didihnya agar pemisahan dapat berlangsung dan menghasilkan:
   - LPG
   - Solvent
   - Mogas
2. Fraksi Gasolin
   Untuk meningkatkan nilai tambah fraksi nafta yang kadar oktannya masih rendah, sekitar 40-59 akan diproses lagi di Unit Reforming yang hasilnya berupa bensin dan residu. Untuk bensin nilai oktannya menjadi 85-90. Bensin ini bisa diblending lagi dengan TEL (tetra ethyl lead) sehinggga nilai oktannya mencapai 95, contoh bensin beroktan 95 adalah pertamax.
3. Kerosin dan Solar
   Khusus untuk fraksi ini bisa langsung digunakan. Untuk fraksi kerosin hasilnya berupa minyak tanah dan avtur dan untuk fraksi solar hasilnya adalah solar.
4. Minyak Berat dan Residu (long residu)
   Fraksi ini diolah lagi di unit destilasi vacuum untuk menurunkan titik didihnya sehingga menghasilkan fraksi light vacuum gasoil (LVG), medium vacuum gasoil (MVG), heavy vacuum gasoil (HVG) dan fraksi short residu. Fraksi MVG dan HVG akan diolah lagi di unit Polypropilin sehingga menghasilkan biji plastik. Sedangkan LVG akan dicampur dengan solar untuk menaikkan angka cetane. Untuk fraksi short residu sendiri nantinya akan diolah menjadi aspal

F.Mutu Bensin

Angka oktana suatu bensin adalah salah satu karakter yang menunjukkan mutu bakar bensin tersebut, yang dalam prakteknya menunjukkan ketahanan terhadap ketukan (knocking). Suatu bensin harus mempunyai mutu bakar yang baik agar mesin dapat beroperasi dengan mulus, efisien dan bebas dari pembakaran tidak normal selama pemakaianya.

Setiap kendaraan mempunyai kebutuhan angka oktana tertentu. Kebutuhan angka oktana kendaraan bermotor bensin tidak sama antara satu merek dengan merek lainnnya atau antara satu tipe dengan tipe lainnya untuk merek yang sama, tergantung pada perbandingan kompresi mesin dan faktor-faktor lainnya yang berpengaruh terhadap kebutuhan angka oktana. Pengujian kebutuhan angka oktana kendaraan bertujuan untuk mengetahui tingkat angka oktana suatu kendaraan. Dengan diketahuinya kebutuhan angka oktana suatu kendaraan, maka secra teknis dapat ditentukan level angka oktana bensin yang akan digunakan untuk kendaraan tersebut.

Utk menentukan nilai oktan, ditetapkan 2 jenis senyawa sbg pembanding yaitu isooktana dan n-heptana.Suatu campuran yg terdiri 80% isooktana dan dan 20% n-heptana mempunyai nilai oktan 80.Jadi untuk melihat mutu bensin yg baik, dilihat dari nilai oktannya. Semakin tinggi nilai oktannya, mutu bensin semakin baik.

Bensin yang digunakan oleh suatu kendaraan harus mempunyai angka oktana yang sesuai dengan kebutuhan angka oktana mesin kendaraan. Angka oktana yang lebih rendaha dari kebutuhan angka oktana mesin kendaraan akan menyebabkan terjadinya ketukan atau detonasi pada mesin. Ketukan yang terjadi pada mesin menimbulkan bunyi yang tidak enak dan membuang energi bahan bakar sehingga terjadi pemborosan. Terjadinya ketukan dalam waktu yang cukup lama akan menyebabkan piston, katup-katup dan busi terlalu panas (overhead) Hal ini dapat memperpendek umur mesin.

BENSIN

Fraksi terpenting dari minyak bumi adalah bensin. Bensin digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Sekitar 10% produk distilasi minyak mentah adalah fraksi bensin dengan rantai tidak bercabang

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:

1. pengukuran pada kecepatan dan suhu tinggi, hasilnya dinyatakan sebagai bilangan oktan mesin;
2. pengukuran pada kecepatan sedang, hasilnya dinamakan bilangan oktan penelitian;
3. pengukuran hidrokarbon murni, dinamakan bilangan oktan road index.

Beberapa hidrokarbon murni ditunjukkan pada Tabel 2
Tabel 2     Bilangan Oktan Hidrokarbon

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)

 Jenis Bensin

Jenis-jenis bensin yang diproduksi pertamina yaitu:

Jenis bensin	Bilangan oktan
Premium Pertamax Pertamax Plus	80-88 91-92 95

 Keunggulan Pertamax dan Pertamax Plus dibandingkan Premium, yaitu:

1. Mempunyai bilangan oktan yang tinggi
2. Meningkatkan kinerja mesin sehingga semakin bertenaga
3. ersifat ramah lingkungan
4. Lebih ekonomis dari segi perawatan

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