Fraksi
Minyak Bumi
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 berasl dari fosil organisme, mak 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).
Pemisahan
minyak mentah ke dalam komponen-komponen murni (senyawa tunggal) tidak mungkin
dilakukan dan juga tidak prakstis sebab terlalu banyak senyawa yang ada dalam
minyak tersebut dan senyawa hidrokarbon memiliki isomer-isomer dengan titik
didih yang berdekatan. Fraksi-fraksi yang diperoleh dari destilasi minyak bumi
adalah campuran hidrokarbon yang mendidih pada trayek suhu tertentu. Misalnya
fraksi minyak tanah (kerosin) tersusun dari campuran senyawa-senyawa yang
mendidih antar 180 0 C-250 0 C. Proses destilasi
dikerjakan dengan menggunakan kolom atau menara destilasi .
Proses
pertama dalam pemrosesan minyak bumi adalah fraksionasi dari minyak mentah
dengan menggunakan proses destilasi bertingkat, adapun hasil yang diperoleh
adalah sebagai berikut:
Sisa
:
- Minyak bisa menguap : minyak-minyak pelumas, lilin, parafin, dan vaselin.
- Bahan yang tidak bisa menguap : aspal dan arang minyak
bumi
BensinBensin 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. Lalu, bagaimana sebenarnya penggunaan bensin sebagai bahan bakar?Bensin sebagai bahan bakar kendaraan bermotorOleh karena bensin hanya terbakar dalam fase uap, maka bensin harus diuapkan dalam karburator sebelum dibakar dalam silinder mesin kendaraan. Energi yang dihasilkan dari proses pembakaran bensin diubah menjadi gerak melalui tahapan sebagai berikut.Pembakaran bensin yang diinginkan adalah yang menghasilkan dorongan yang mulus terhadap penurunan piston. Hal ini tergantung dari ketepatan waktu pembakaran agar jumlah energi yang ditransfer ke piston menjadi maksimum. Ketepatan waktu pembakaran tergantung dari jenis rantai hidrokarbon yang selanjutnya akan menentukan kualitas bensin. -Alkana rantai lurus dalam bensin seperti n-heptana, n-oktana, dan n-nonana sangat mudah terbakar. Hal ini menyebabkan pembakaran terjadi terlalu awal sebelum piston mencapai posisi yang tepat. Akibatnya timbul bunyi ledakan yang dikenal sebagai ketukan (knocking). Pembakaran terlalu awal juga berarti ada sisa komponen bensin yang belum terbakar sehingga energi yang ditransfer ke piston tidak maksimum. -Alkana rantai bercabang/alisiklik/aromatik dalam bensin seperti isooktana tidak terlalu mudah terbakar. Jadi, lebih sedikit ketukan yang dihasilkan, dan energi yang ditransfer ke piston lebih besar.Oleh karena itu, bensin dengan kualitas yang baik harus mengandung lebih banyak alkana rantai bercabang/alisiklik/aromatik dibandingkan alkana rantai lurus. Kualitas bensin ini dinyatakan oleh bilangan oktan .Bilangan oktan (octane number) 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% nheptana dan 70% isooktana akan mempunyai bilangan oktan:= (30/100 x 0) + (70/100 x 100)= 70Bilangan oktan suatu bensin dapat ditentukan melalui uji pembakaran sampel bensin untuk memperoleh karakteristik 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.Fraksi bensin dari menara distilasi umumnya mempunyai bilangan oktan ~70. Untuk menaikkan nilai bilangan oktan tersebut, ada beberapa hal yang dapat dilakukan:-Mengubah hidrokarbon rantai lurus dalam fraksi bensin menjadi hidrokarbon rantai bercabang melalui proses reforming Contohnya mengubah n-oktana menjadi isooktana.-Menambahkan hidrokarbon alisiklik/aromatik ke dalam campuran akhir fraksi bensin.-Menambahkan aditif anti ketukan ke dalam bensin untuk memperlambat pembakaran bensin. Dulu digunakan senyawa timbal (Pb). Oleh karena Pb bersifat racun, maka penggunaannya sudah dilarang dan diganti dengan senyawa organik, seperti etanol dan MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether).Komponen Minyak BumiMinyak bumi adalah campuran komplek 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.Dalam minyak bumi parafinik ringan mengandung hidrokarbon tidak kurang dari 97 % sedangkan dalam jenis asphaltik berat paling rendah 50 %.Komponen HidrokarbonPerbandingan 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 %
Komponen
hidrokarbon dalam minyak bumi diklasifikasikan atas tiga golongan, yaitu :
- golongan parafinik
- golongan naphthenik
- golongan aromatik
- sedangkan golongan olefinik umumnya tidak ditemukan dalam crude oil, demikian juga hidrokarbon asetilenik sangat jarang.
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 (sebagai suspensi koloidal).
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 gasoline dapat
menyebabkan korosi (khususnya dalam keadaan dingin atau berair), karena
terbentuknya asam yang dihasilkan dari oksida sulfur (sebagai hasil pembakaran
gasoline) dan air.
- 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.
- 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.
- 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 refactory furnace (bata tahan api), menyebabkan turunnya titik
lebur campuran sehingga merusakkan refractory itu.
Agar
dapat diolah menjadi produk-produknya, minyak bumi dari sumur diangkut ke
Kilang menggunakan kapal, pipa, mobil tanki atau kereta api. Didalam Kilang, minyak
bumi diolah menjadi produk yang kita kenal secara fisika berdasarkan trayek
titik didihnya (distilasi), dimana gas berada pada puncak kolom fraksinasi dan
residu (aspal) berada pada dasar kolom fraksinasi.
Setiap
trayek titik didih disebut “Fraksi”, misal :
0-50°C
: Gas
50-85°C
: Gasoline
85-105°C
: Kerosin
105-135°C
: Solar
>
135°C : Residu (Umpan proses lebih lanjut)
Jadi
yang namanya minyak bumi atau sering juga disebut crude oil adalah
merupakan campuran dari ratusan jenis hidrokarbon dari rentang yang paling
kecil, seperti metan, yang memiliki satu atom karbon sampai dengan jenis
hidrokarbon yang paling besar yang mengandung 200 atom karbon bahkan lebih.
Secara
garis besar minyak bumi dikelompokkan berdasarkan komposisi kimianya menjadi
empat jenis, yaitu :
- Parafin
- Olefin
- Naften
- Aromat
Tetapi
karena di alam bisa dikatakan tidak pernah ditemukan minnyak bumi dalam bentuk
olefin, maka minyak bumi kemudian dikelompokkan menjadi tiga jenis saja, yaitu
Parafin, Naften dan Aromat.
Kandungan
utama dari campuran hidrokarbon ini adalah parafin atau senyawa isomernya.
Isomer sendiri adalah bentuk lain dari suatu senyawa hidrokarbon yang memiliki
rumus kimia yang sama. Misal pada normal-butana pada gambar berikut memiliki
isomer 2-metil propana, atau kadang disebut juga iso-butana. Keduanya memiliki
rumus kimia yang sama, yaitu C4H10 tetapi memiliki rumus bangun yang berbeda
seperti tampak pada gambar.
Jika
atom karbon (C) dinotasikan sebagai bola berwarna hitam dan atom hidrogen (H)
dinotasikan sebagai bola berwarna merah maka gambar dari normal-butan dan
iso-butan akan tampak seperti gambar berikut :
Senyawa
hidrokarbon ‘normal’ sering juga disebut sebagai senyawa hidrokarbon rantai
lurus, sedangkan senyawa isomernya atau ‘iso’ sering juga disebut sebagai senyawa
hidrokarbon rantai cabang. Keduanya merupakan jenis minyak bumi jenis
parafin .
Sedangkan
sisa kandungan hidrokarbon lainnya dalam minyak bumi adalah senyawa
siklo-parafin yang disebut juga naften dan/atau senyawa aromat .
Berikut adalah contoh dari siklo-parafin dan aromat.
‘Keluarga
hidrokarbon’ terebut diatas disebut homologis, karena sebagian besar kandungan
yang ada dalam minyak bumi tersebut dapat dipisahkan kedalam beberapa jenis
kemurnian untuk keperluan komersial. Secara umum, di dalam kilang minyak bumi,
pemisahan perbandingan kemurnian dilakukan terhadap hidrokarbon yang memiliki
kandungan karbon yang lebih kecil dari C7. Pada umumnya kandungan tersebut
dapat dipisahkan dan diidentifikasi, tetapi hanya untuk keperluan di
laboratorium.
Campuran
siklo parafin dan aromat dalam rantai hidrokarbon panjang dalam minyak bumi
membuat minyak bumi tersebut digolongkan menjadi minyak bumi jenis aspaltin
.
Minyak
bumi di alam tidak pernah terdapat dalam bentuk parafin murni maupun aspaltin
murni, tetapi selalu dalam bentuk campuran antara parafin dan aspaltin.
Pengelompokan minyak bumi menjadi minyak bumi jenis parafin dan minyak bumi
jenis aspaltin berdasarkan banyak atau dominasi minyak parafin atau aspaltin
dalam minyak bumi. Artinya minyak bumi dikatakan jenis parafin jika senyawa
parafinnya lebih dominan dibandingkan aromat dan/atau siklo parafinnya. Begitu
juga sebaliknya.
Dalam
skala industri, produk dari minyak bumi dikelompokkan berdasarkan rentang titik
didihnya, atau berdasarkan trayek titik didihnya. Pengelompokan produk
berdasarkan titik didih ini lebih sering dilakukan dibandingkan pengelompokan
berdasarkan komposisinya.
Minyak
bumi tidak seluruhnya terdiri dari hidrokarbon murni. Dalam minyak bumi
terdapat juga zat pengotor ( impurities ) berupa sulfur (belerang),
nitrogen dan logam. Pada umumnya zat pengotor yang banyak terdapat dalam minyak
bumi adalah senyawa sulfur organik yang disebut merkaptan. Merkaptan ini mirip
dengan hidrokarbon pada umumnya, tetapi ada penambahan satu atau lebih atom
sulfur dalam molekulnya.
Senyawa
sulfur yang lebih kompleks dalam minyak bumi terdapat dalam bentuk tiofen dan
disulfida. Tiofen dan disulfida ini banyak terdapat dalam rantai hidrokarbon
panjang atau pada produk distilat pertengahan (middle distillate).
Selain
itu zat pengotor lainnya yang terdapat dalam minyak bumi adalah berupa senyawa
halogen organik, terutama klorida, dan logam organik, yaitu natrium (Na),
Vanadium (V) dan nikel (Ni).
Titik
didih minyak bumi parafin dan aspaltin tidak dapat ditentukan secara pasti,
karena sangat bervariasi, tergantung bagaimana komposisi jumlah dari rantai
hidrokarbonnya. Jika minyak bumi tersebut banyak mengandung hidrokarbon rantai
pendek dimana memiliki jumlah atom karbon lebih sedikit maka titik didihnya
lebih rendah, sedangkan jika memiliki hidrokarbon rantai panjang dimana
memiliki jumlah atom karbon lebih banyak maka titik didihnya lebih tinggi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar