111.1 PENDAHULUAN
Pada bagian pendahuluan ini diberikan sasaran umum yang hendak dicapai dalam mempelajari materi ini yaitu untuk mengetahui hakekat dari minyak dan gas bumi baik dari segi kimia maupun fisika dan mengetahui klasifikasi dari minyak dan gas bumi. Adapun sasaran khusus yang hendak dicapai yakni :
> Mahasiswa mempunyai pemahaman tentang apa yang dimaksud hidrokarbon baik dalam bentuk padat, cair maupun hidrokarbon gas > Mahasiswa mampu menyebutkan sifat-sifat fisika dan kimia dari
hidrokarbon atau minyak bumi
Pada materi ini sangat penting sekali adanya informasi awal yang oleh mahasiswa terkait materi yang akan dipelajari. Untuk itu mahasisw. pertemuan sebelumnya ditugaskan mencari literature yang terkait dengan materi.
111.2 URAIAN BAHAN PEMBELAJARAN
Minyak bumi adalah suatu bahan bakar yang terbuat dari fosil. Disebut suatu bahan bakar fosil sebab dibentuk dari sisa binatang dan tumbuhan laut kecil atau organisme-organisme yang telah punah berjuta-juta tahun yang lalu. Ketika organisme tersebut mati, mereka tenggelam di dasar samudra. Di sini mereka terkubur oleh lapisan-lapisan pasir dan lanau. Dari waktu ke waktu, campuran organik ini mengalami tekanan yang sangat besar, dan panas yang meningkat. Campuran dibuat dari atom karbon hidrokarbon dan hidrogen yang akhirnya minyak memenuhi batuan seperti spons yang basah.
Tidak semua material organik berubah menjadi minyak. Pada kondisi tertentu harus terdapat pada batuan oil-rich. Harus ada suatu perangkap batuan penyerap yang mencegah minyak dari perembesan ke luar, perangkap seperti tanah liat atau lempung misalnya. Di bawah kondisi - kondisi ini, hanya sekitar dua persen dari meterial organik tersebut yang menjadi minyak.
Kebanyakan batuan reservoir adalah batugamping atau batupasir
bensin atau kental seperti ter. Minyak bumi disebut sebagai sumber energi
nonrenew able karena memerlukan waktu berjuta-juta tahun untuk
pembentukannya. Kita tidak dapat membuat cadangan baru dari minyak bumi. Minyak dan gas bumi yang merupakan senyawa hidrokarbon terdiri dari unsur kimia sebagaimana tertera pada tabel III.1 berikut:
Tabel III.1: Susunan kim ia m inyak dan gasbum i dalam persen berat
Unsur Gasbumi Aspal Minyak mentah
(Levorsen) (Levorsen) (Levorsen) (Purdy)
Karbon (C) 65 - 8 0 80 - 8 5 82.2 -8 7 .1 83 - 8 7 Hidrogen (H) 1 - 2 5 8.5 - 1 1 11.7 - 1 4 .7 11 - 2 5 Belerang (S) Jejak - 0 . 2 2 - 8 0.1 - 5 . 5 0 - 6 Nitrogen (N) 1 - 15 0 - 2 0.1 - 1.5 0 - 0 . 7 Oksigen (O) - - 0 1 - 4 . 5 0 - 0 . 5 Logam - 0 -0 .1
Dari tabel diatas nampak bahwa, pada umumnya minyak bumi terdiri dari 80 hingga 85% unsur C atau karbon, 20 hingga 15% unsur H atau Hidrogen sementara unsur lain seperti Oksigen, Nitrogen, Belerang, terdapat kurang dari 5% malah kadang-kadang kurang 1%.
Zat hidrokarbon merupakan senyawa yang beraneka ragam. Abraham (1945) mengklasifikasikan zat hidrokarbon menjadi dua golongan yaitu bitumina dan nonbitumina. Zat bitumina sering juga disebut sebagai petroleum. jadi ada kesamaan pengertian antara petroleum dan zat bitumina, akan tetapi tidak dengan zat hidrokarbon padat, pirobitumina dan lain-lain.
Cairan padat Dapat dilumerkan tidak dapat dilumerkan
14. W u rtz e lit 19. g a m b u t 5. H atcherrit 9. G ilso n it cair 13. G lance pitch 15. E laterit 20. Lignit 6. scheererit 10. A rg u lit 16. A lb e rtit 21. B atubara
17. Im psonit 18. Ingram it
Gam bar ¡<1.1 Diagram K ia sifika ci H idrokarbon A lam (m enurut H. Abraham . 1945)
Pembagian tersebut diatas sama sekali didasarkan atas kelarutan zat hidrokarbon dalam CS2. Dalam hal petroleum, Herberg (1964) dalam Koesoemadinata (1980) mendefenisikannya sebagai suatu campuran kompleks yang terdiri dari zat hidrokarbon yang terdapat secara alam dan dapat berupa cairan, gas atau padat seperti minyak mentah, gas alam serta aspal alam yang komersil didalam industri minyak. Dapat dicatat disini bahwa istilah petroleum dalam bahasa inggris menunjukkan suatu cairan yang biasanya sinonim dengan minyak bumi. Tetapi menurut Levorsen (1956) dalam Koesoemadinata (1980), istilah petroleum juga dipakai secara bersama dengan istilah bitumina yang terdiri dari zat padat atau setengah padat yang biasanya terdiri dari hidrokarbon berat seperti aspal, ter, albertit, gilsonit, dan lain-lain.
Dalam diagram Abraham (1945), hidrokarbon yang larut dalam karbondisulfida disebut bitumina sedangkan yang tidak larut disebut
Yang bersifat cair disebut sabagai petroleum atau minyak bumi yang terdiri dari semua minyak mentah yang didapatkan dari sumur pemboran ataupun yang keluar sendiri pada permukaan sebagai rembasan, sedangkan yang bersifat padat terbagi menjadi dua bagian yakni yang mudah melumer dan yang sulit melumer. Yang mudah melumer dibagi menjadi lilin mineral dan aspal sedangkan yang sukar melumer terdiri dari apa yang dinamakan aspalit.
Golongan nonbitumina dibagi menjadi yang dapat dilumerkan dan yang tak dapat dilumerkan. Yang tidak lumer disebut sebagai piro-bitumina yang terbagi menjadi yang bersifat aspal dan yang bersifat non-aspal seperti batubara muda, dan batubara. Termaksud juga dalam piro-bitumina adalah karogen yang tidak lain daripada zat organik yang tidak larut dan terdapat dal;am batuan sedimen yang secara pirolisis dengan temperatur yang yang sangat tinggi menghasilkan hidrokarbon.
Diagram Abraham juga memperlihatkan bahwa disebelah kiri kadar hidrogen dalam hidrokarbon paling tinggi, sedangkan makin kekanan makin berkurang dan kadar oksigen bertambah. Selain itu juga indeks bias dari kiri kekanan makin meringkat, sedangkan titik lebur dan keatsirian (volatility) serta kesempatan untuk membakar secara cepat makin kekanan makin kurang. Dari diagram tersebut jelaslah bahwa minyak bumi hanya merupakan sebagian hanya saja dari berbagai jenis hidrokarbon yang terdapat dalam alam. Namun demikian minyak bumi adalah hidrokarbon yang paling penting karena jumlahnya yang paling banyak diantara hidrokarbon lainnya.
III.2.1 HIDROKARBON PADAT
Sebagaiana telah didiagramkan diatas, hidrokarbon padat terdiri dari golongan bitumina dan nonbitumina. Golongan bitumina terdiri dari lilin mineral antara lain ozokerit, lilin montan, hatcherit dan scheererit dan golongan aspal antara lain bermudez pitch, tabbyit, gilsonit cair, dan argulit. kemudian golongan aspaltit (yaitu zat yang sukar dilumerkan) antara lain gilsonit, grahamit, dan glance pitch.
Golongan nonbitumina antara lain adalah pirobitumina yang terdiri atas dua golongan yaitu pirobitumina aspal dan pirobitumina nonaspal. Golongan pirobitumina aspal antara lain wurtzelit, eleterit, albertit, impsonit, dan ingramit
sedangkan pirobitumina non aspal antara lain batubara muda, gambut, lignit dan batu bara.
Hidrokarbon yang bersifat padat biasanya terdapat bersamaan satu dengan yang lain. Misalnya lilin mineral banyak terdapat di dalam Green River Formation, yang mengandung zat koragen. Lilin mineral biasanya terdapat dalam bentuk urat-urat, begitupun aspaltit dan gilsonit dan juga pirobitumina non-aspal misalnya wurtzelit. Semua zat ini seolah-olah kelihatan sebagai zat kimia yang merupakan hasil pemerasan serpih minyak dan kemudian didesakkan secara paksa kedalam rekahan sehingga membentuk terbentuknya yang sebenarnya daripada hidrokarbon padat tersebut. Termaksud dalam bitumina padat ini ialah pasir-ter(tarsand) dan minyak serpih (oil shale).
Dibeberapa tempat didunia, misalnya Kanada sebelah barat dan di Venezuela, terdapat berbagai lapisar pasir yang telah dijenuhi dengan hidrokarbon yang sudah kental dan setengah aspal. Lapisan pasir ini meliputi luas ribuan kilometer persegi serta puluhan meter ketebalan dan merupakan cadangan minyak terbesar didunia. Namun hidrokarbon ini sukar sekali dipisahkan dari pasir untuk dapat ditampung. Misalnya di Kanada sebelah barat, didapatkan lapisan pasir yang disebut Athabasca tarsand (McMurray
Sand). Cadangan minyak atau hidrokarbon yang terkandung didalam pasir-ter ini meliputi milyaran barrel. Dewasa ini karena keadaan krisis minyak, kesulitan memprosesnya sudah dapat diatasi dengan cara menguntungkan. Dengan pemanasan atau dengan distalasi destruktif, minyak bumi dapat dihasilkan dari pasir ter. Juga pernah dipikirkan untuk menggunakan suatu ledakan nuklir untuk membebaskan minyak dari tarsand yang padat ini. Cara terbentuknya pasir-ter atau Athabasca tarsand yang padat ini tidaklah begitu jelas tetapi diduga berasal dari minyak bumi yang dihasilkan dari rembasan dan terjadi bersama-sama pengendapan pasir tersebut.
Serpih minyak atau oil-shale adalah suatu serpih yang mengandung zat organik yang jika dipanaskan pada temperatur tinggi (diatas 400oC) dengan akan mengurai dan kemudian menghasilkan hidrokarbon cair yang serupa dengan minyak bumi. Zat organik yang menghasilkan minyak pada suatu pemanasan atau distilasi yang sifatnya destruktif disebut juga suatu piro-
kerogen. Suatu endapan serpih minyak yang terkenal adalah formasi Gren River yang terdapat di Uinta-Basin, dinegara bagian Colorado, Utah dan
wyoming. Serpih yang mengandung karogen ini cukup tebal dan
penyebarannya sangat luas, sehingga memberikan cadangan minyak bukan saja milyaran barrel tetapi sampai milyaran barrel. Kadar serpih minyak ini hampir dapat mencapai 150 galon per ton, tetapi kebanyakan adalah antara 25 dan 50 galon per ton. Kerogennya sendiri bukanlah minyak bumi dan juga batu bara, tetapi merupakan suatu zat yang mempunyai sifat diantara kedua hidrokarbon tersebut. Kerogen pernah dikira sebagai zat induk minyak bumi, tetapi pernah pula diperkirakan sebagai salah satu jenis hidrokarbon lain yang tidak mempunyai hubungan atau mempunyai sedikit hubungan dengan minyak bumi. Serpih minyak juga menghasilkan minyak bumi bebas dan dapat dilarutkan oleh pelarut minyak seperti kloroform dan karbontetraklorida. Susunan kimia dari pada kerogen adalah kira-kira karbon: 69-80%, hidrogen: 7 11%, nitrogen: 1,25-2,5%, belerang: 1-8% dan oksigen: 9-17%. Dapat dicatat bahwa perbedaan khas dengan minyak bumi adalah kadar oksigen dan nitrogennya. Dibawah mikroskop, kerogen terlihat terdiri dari suatu masa zat organik yang telah dihancurkan luluhkan, terutama sebagai bekas tumbuhan, ganggang, spora, pollen, arpus, lilin dan lain-lain. Suatu serpih yang mengandung kerogen dapat secara berangsur-angsur berubah tanpa kelihatan menjadi batubara. Beberapa tempat lain dimana minyak serpih didapatkan antara lain diJerman utara. Di daerah itu minyak serpih dikenal dengan sebutan
Kuchersicher.
III.2.2 HIDROKARBON CAIR A. Hakekat Kim ia
Minyak bumi merupakan zat paling penting diantara semua hidrokarbon ataupun diantara semua bitumina. Susunan kimia minyak bumi tertera dalam tabel 1. Jelas kelihatan disini bahwa minyak bumi terdiri dari 80 hingga 85% Karbon dan selebihnya Hidrogen. Kadar Belerang dapat meningkat sampai 2% misalnya pada minyak bumi Timur tengah, tetapi khususnya di Indonesia terkenal dengan kadar Belerang rendah. Kadar zat Oksigen dan Nitrogennya
terutama hanya terdiri dari dua unsur yaitu karbon dan hidrogen, namun kedua unsur ini dapat membentuk berbagai macam senyawa molekuler dengan rantai panjang dan struktur lingkaran. Malah rantai yang terdiri dari pada C dan H tersebut dapat bercabang-cabang ke berbagai arah dan dapat membentuk berbagai macam struktur tiga dimensi. Dengan demikian C dan H ini dapat membentuk molekul yang sangat besar dan jumlah karbon C dalam setiap molekul dapat berjumlah puluhan bahkan secara teotitis bisa mencapai ratusan bahkan ribuan. Sifat dari pada hidrokarbon untuk membentuk molekul yang berlainan dengan susunan atau dengan rumus kimia yang sama disebut sifat membentuk isomer.
Walaupun hidrokarbon dapat membuat isomer secara tidak terhingga, namun ada aturan tertentu dalam cara pembuatan rantai panjang. Selain dapat membuat rantai panjang dan struktur isomer, hidrokarbon juga dapat bersifat jenuh dan tak jenuh. Yang dinamakan jenuh adalah jika salah satu valensinya tidak diikat oleh atom hidrogen tetapi terdapat ikatan rangkap antara dua atau tiga atom karbon. Contoh suatu hidrokarbon tidak jenuh adalah alken, yang merupakan suatu ikatan valensi alkan. Misalnya etan dengan rumus C2H4, karena dua valensi atom karbon diikat rangkap.
Ada beberapa aturan dalam susunan minyakbumi yang memudahkan kita mempelajarinya, antara lain:
1. Pada umumnya minyak bumi hanya memperlihatkan susunan hidrokarbon yang bersifat jenuh.
2. Hidrokarbon yang terdapat didalam bumi merupakan berbagai macam seri homolog Yang dimaksud dengan homolog adalah suatu seri susunan hidrokarbon berdasarkan penambahan atom C membentuk suatu susunan yang hampir sama akan tetapi rantainya menjadi lebih panjang ataupun lingkarannya menjadi ruwet.
3. Dalam seri homolog biasanya terdapat beberapa keluarga homolog yang disebut golongan isomer. Golongan ini biasanya terdiri dari rantai yang yang menerus dari pada senyawa berbagai macam jenis minyak bumi. Anggota
pertama dari seri homolog selalu terdapat secara lebih banyak
berat molekulnya. Malah pada beberapa minyak bumi anggota yang lebih besar ini bisa hilang atau tidak ada sama sekali.
4. pada umumnya seri homolog dalam minyak bumi dapat dibagi menjadi dua golongan besar, yakni:
a. I golongan asiklis atau alifat, juga disebut alkan atau parafin yang dibagi menjadi 2 kelompok yakni seri parafin normal dan seri iso-parafin
b. II golongan siklis yang dibagi menjadi 3 kelompok yakni seri naften atau
siklo-parafin, seri aromat dan seri aromat-sikloparafin-polisiklis
(termaksud kompleks aspal)
Analisa dan klasifikasi minyak bumi
1. Distalasi berfraksi, merupakan penyulingan serta pengembunan kembali berbagai macam cairan yang mempunyai titik didih yang berbeda-beda. 2. Analisa Hemple
3. Indeks Korelasi dan klasifikasi dasar minyak bumi Secara umum minyak bumi diklasifikasikan:
1. minyak bumi berdasar parafin (paraffin base) yang menghasilkan parafin pada pendinginan
2. minyak bumi berdasarkan aspal (asphalt base), jika mengandung residu aspal
3. minyak bumi berdasarkan peralihan (intermediate base) B. Hakekat Fisika
Sebagaimana cairan lainnya, kuantitas minyak bumi diukur berdasarkan volumnya. Khusus di Indonesia, ukuran yang dipergunakan adalah meter kubik atau sering juga ton. sedangkan didunia perdagangan digunakan satuan barrel yang setara dengan 159 liter.