BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Minyak Bumi
2.1.1 Teori Pembentukan Minyak Bumi
Menururt teori pembentukan minyak bumi, khususnya teori binatang engler dan teori tumbuh-tunbuhan (Hofer,1966), senyawa-senyawa organik penyusun minyak bumi merupakan hasil alamiah proses dekomposisi tumbuhan selama berjuta-juta tahun. Oleh karena itu, minyak bumi juga dikenal sebagai bahan bakar fosil, selain batubara dan gas alam.
Semua bahan bakar fosil dihasilkan oleh senyawa karbohidrat dengan rumus kimia Cx(H2O) yang memfosil. Karbohidrat tersebut dihasilkan oleh tumbuhan dengan mengubah energi matahari menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Kebanyakan bahan bakar fosil diproduksi kira-kira 325 juta tahun yang lalu, yaitu pada abad Carboniferous dalam era Paleozoic bumi. Setelah tumbuhan mati maka karbohidrat dapat berubah menjadi senyawa hidrokarbon dengan rumus kimia CxHy akibat tekanan dan temperatur yang tinggi serta tidak tersedianya oksigen (anaerob). Hal yang sama dikemukakan pula oleh Chator dan Somerville (1978) yang menjelaskan bahwa minyak bumi merupakan salah satu produk minyak mentah alami yang dihasilkan dari konfersi biomasa pada temperatur dan tekanan yang tinggi secara alami dilingkungan aerob, senyawa hidrokarbon dapat dirombak oleh berbagai macam mikroba. Perombakan ini akan
membutuhkan waktu yang lama, sehingga tidak sebanding dengan dampak yang akan ditimbulkannya, bila minyak bumi tersebut terakumulasi dalam tanah. (Nugroho,A.2006)
Minyak bumi berasal dari pormasi batuan yang berumur antara sepuluh juta sampai empat ratus juta tahun dan sekarang ini telah terbukti bahwa pembentukan minyak bumi berkaitan dengan pengembangan batuan sedimen berbutir halus, yang mengendap dilaut atau didekat laut dan bahwa minyak bumi adalah produk dari binatang dan tumbuh-tumbuhan yang hidup di laut. Walaupun demikian mengenai asal usul minyak bumi ini telah banyak teori yang diajukan diantaranya ada yang menganggap bahwa minyak bumi berasal dari bahan anorganik.
Teori anorganik yang lain, dimana asetilen juga merupakan bahan dasar, diajukan oleh Mendelejeff. Menurut Mendelejeff asetilen terjadi karena reaksi antara logam karbid dengan asam.Pada tahun 1866, Berthelot mengajukan teori bahwa minyak bumi berasal dari reaksi antara karbid dengan air yang menghasilkan asitilen, yang selanjutnya karena suhu dan tekanan yang tinggi asitilen berubah menjadi minyak bumi.
Teori organik mengenai terjadinya minyak bumi diajukan oleh Engler pada tahun 1911 yang mengatakan bahwa minyak bumi terjadi dari bahan organik melalui tiga tahap. Tahan pertama, deposit binatang dan tumbuh-tumbuhan berkumpul pada dasar laut, yang selanjutnya yang akan terurai oleh bakteri. Karbohidrat dan protein yang diubah menjadi bahan yang dapat larut dalam air
Minyak bumi adalah suatu campuran cairan yang terdiri dari berjuta-juta senyawa kimia, yang paling banyak adalah senyawa hidrokarbon yang terbentuk dari dekomposisi yang dihasilkan oleh fosil tumbuh-tumbuhan dan hewan. Minyak bumi dan derivat minyak bumi menghasilkan bahan bakar kendaraan bermotor, pesawat terbang dan kereta api. Tumbuhan dan hewan juga menghasilkan minyak pelumas yang dibutuhkan untuk alat-alat mesin industri. (Brown,H,W.1995)
Minyak bumi bukan merupakan bahan yang seragam, melainkan mempunyai komposisi yang sangat bervariasi, bergantung pada lokasi lapangan minyak dan juga kedalaman sumur.
Minyak bumi merupakan senyawaan kimia yang terdiri dari unsur-unsur karbon, hidrogen, sulfur, oksigen, halogenida dan logam. Senyawa yang hanya terdiri dari unsur karbon dan hidrogen dikelompokan kedalam senyawa hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon diklasifikasikan atas naftanik, farafinik dan aromatik sedangkan senyawa campuran antara unsur karbon, hidrogen, haloginida dan logam, dikelompokan dalam senyawa non hidrokarbon. (Jasji,E.1996)
2.1.2 Komposisi Minyak Bumi
Hampir semua senyawa dalam minyak bumi disusun dari hidrogen dan karbon. Bahan-bahan ini disebut Hidrokarbon, juga terdapat senyawa-senyawa lain yang mengandung sejumlah kecil belerang, oksigen, dan nitrogen. Dalam penghilangan, operasi fisik seperti penguapan, fraksionasi, dan pendinginan terutama ditentukan oleh sifat-sifat hidrokarbon dalam minyak mentah. Operasi
treating dan penyaringan ditentukan oleh adanya senyawa belerang, oksigen, nitrogen, dan selebihnya sejumlah kecil hidrokarbon reaktif yang mungkin ada.
Komposisi kimia dan sifat-sifat minyak mentah sangat bervariasi, tetapi komposisi elemental pada umumnya adalah tetap, yang ditampilkan pada tabel berikut ini :
Tabel 2.1 Komposisi Elemntal Minyak Bumi
Komposisi Persen (%) Carbon (C) Hidrogen (H) Sulfur (S) Nitrogen (N) Oksigen (O) 84 – 87 11 – 14 0 – 3 0 – 1 0 – 2 Sumber : Branan, C.2002
Komposisi yang konstan ini terjadi karena suatu minyak disusun dari beberapa seri homolog hidrokarbon. Setiap seri mempunyai komposisi elemental yang relatif konstan. Dekomposisi tidak sempurna protein dapat menjelaskan kandungan nitrogen dan sulfur yang berada dalam minyak mentah, sedangkan oksigen dapat berasal dari asal sumber bahan, atau merupakan hasil oksidasi produk antara (intermediate). Dalam minyak mentah, konsentrasi sulfur, nitrogen, dan oksigen bertambah sesuai dengan kenaikan titik didih fraksi. Pada umumnya sulfur berada sebagai merkaptan dan sulfide, meskipun terdapat juga H2S dan sedikit belerang bebas. Sebagaian besar senyawa belerang berada dalam bentuk besar, selebihnya terdapat dalam senyawa khusus.(Branan,C.2002)
Berikut ini adalah keterangan mengenai jenis-jenis senyawa yang terdapat dalam minyak bumi secara garis besar :
2.1.2.1 Senyawa Hidrokarbon
Walaupun senyawa hidrokarbon yang terdapat dalam minyak bumi sangat banyak jumlahnya namun senyawa tersebut dapat dikelompokkan ke dalam 3 golongan senyawa hidrokarbon yaitu senyawa hidrokarbon parafin, naftan dan aromat. Disamping senyawa-senyawa tersebut, dalam produk minyak bumi juga terdapat hidrokarbon monoolefin dan diolefin, yang terjadi karena rengkahan dalam proses pengolahan minyak bumi dalam kilang, misalnya pada destilasi minyak mentah dan proses rengkahan.
a. Senyawa Hidrokarbon Parafin
Senyawa hidrokarbon parafin adalah senyawa hidrokarbon jenuh dengan rumus umum CnH2n+2. Senyawa ini mempunyai sifat-sifat kimia stabil dimana pada suhu biasa tidak bereaksi dengan asam sulfat pekat dan asam sulfat berasap.
Senyawa hidrokarbon parafin sampai dengan 4 buah atom karbon, pada suhu kamar dan tekanan atmosfer berupa gas. Metana dan etana terutama terdapat dalam gas alam sedangkan propana, butana dan i-butana merupakan kompenen utama elpiji. Senyawa hidrokarbon parafin dengan 5 sampai 16 buah atom karbon pada suhu kamar dan tekanan atmosfer berupa cairan dan terdapat dalam fraksi naftana, bensin, kerosin, solar, minyak diesel dan minyak bakar. Senyawa hidrokarbon parafin dengan lebih dari 16 buah atom karbon, pada suhu kamar dan tekanan atmosfer berupa zat padat dan terutama terdapat dalam malam parafin.
b. Senyawa Hidrokarbon Naftena
Senyawa hidrokarbon naftena adalah senyawa hidrokarbon jenuh dengan rumus umum CnH2n. Senyawa hidrokarbon naftena yang terdapat dalam minyak bumi adalah siklopentana dan sikloheksana yang terdapat dalam fraksi naftena dan fraksi minyak bumi dengan titik didih lebih tinggi. Walaupun jumlah atom karbon dalam cicin naften dapat mempunyai harga 3, 4, 5, 6, 7 dan 8 namun umumnya dianggap bahwa senyawa naftena dalam fraksi minyak bumi hanyalah senyawa naftena yang mempunyai cincin dengan 5 dan 6 atom karbon, karena memang senyawa naftena inilah yang dapat diisolasi dari fraksi minyak bumi.
c. Senyawa Hidrokarbon Aromat
Senyawa hidrokarbon aromat adalah senyawa hidrokarbon tidak jenuh dengan rumus umum CnH2n-6 sehingga senyawa ini mempuunyai sifat kimia yang sangat reaktif. Senyawa ini muda dioksidasi menjadi asam, dapat mengalami reaksi substitusi atau reaksi adisi tergantung kepada kondisi reaksi. Hanya sedikit sekali minyak mintah yang mengandung senyawa aroomat dengan titik didih rendah.
Disamping senyawa hidrokarbon aromat seperti benzena, dalam minyak mentah juga terdapat senyawa hidrokarbon poliaromat seperti naftalena dan antrasen, terutama dalam fraksi beratnya.
d. Senyawa Hidrokarbon Monoolefin
Senyawa hidrokarbon monoolefin mempunyai rumus umum CnH2n dan merupakan senyawa hidrokarbon yang tidak jenuh dengan sebuah ikatan rangkap
dua. Monoolefin dianggap tidak terdapat di dalam minyak mentah tetapi sedikit banyak terbentuk dalam proses rengkahan sehingga bensin rengkahan banyak mengandung senyawa monoolefin. Senyawa hidrokarbon akan mulai mengalami rengkahan apabila dipanaskan pada suhu sekitar 680oF. karena mempunyai ikatan rangkap maka senyawa monoolefin adalah reaktif sehingga banyak digunakan sebagai bahan dasar utama dalam industri petrokimia, seperti etilena (C2H4) dan propilena (C3H6).
e. Senyawa Hidrokarbon Diolefin
Senyawa hidrokarbon diolefin mempunyai rumus umum CnH2n-2 dan merupakan senyawa tidak jenuh dengan dua buah ikatan rangkap dua. Seperti halnya dengan monoolefin, senyawa ini tidak terdapat dalam minyak mentah tetapi terbentuk dalam proses rengkahan. Senyawa diolefin tidak stabil, sangat reaktif dan cenderung akan berpolimerisasi dan membentuk damar.
2.1.2.2 Senyawa Bukan Hidrokarbon
Senyawa bukan hidrokarbon yang terdapat dalam minyak bumi dan produknya adalah senyawa organik yang mengandung atom unsur belerang, oksigen, nitrogen dan logam-logam. Lazimnya senyawa ini dianggap sebagai senyawa pengotor karena pengaruhnya yang tidak baik selama proses pengolahan minyak bumi dalam kilang minyak seperti korosi dan peracunan katalis ataupun pengaruhnya yang buruk terhadap mutu produk. Karena pengotor ini tidak larut dalam minyak bumi atau produknya, maka pengotor ini disebut pengotor oleofilik. Di samping itu, air dengan garam-garam yang terlarut di dalamnya terdapat dalam
keadaan terdispersi dan tidak larut dalam fase minyak disebut dengan pengotor oleofobik.
a. Senyawa Belerang
Disamping sebagai senyawa belerang, di dalam minyak bumi belerang juga terdapat sebagai unsur belerang yang terlarut karena sedikit banyak belerang dapat larut dalam minyak bumi. Kadar belerang dalam minyak mentah berkisar dari 0,04 sampai 6 %. Senyawa belerang yang umum terdapat dalam minyak bumi dan produk-produknya.
Adanya senyawa belerang dalam minyak bumi dan produknya perlu mendapat perhatian karena senyawa ini dapat menimbulkan pencemaran, korosi, menurunkan angka oktan.
b. Senyawa Oksigen
Kadar oksigen dalam minyak bumi berpariasi dari sekitar 0,1 sampai 2% berat. Oksidasi minyak bumi dengan oksigen karena kontak yang lama dengan udara juga dapat menaikan kadar oksigen dalam minyak bumi.
Dalam minyak bumi, oksigen terutama terdapat sebagai asam organik yang terdistribusi dalam fraksi dengan konsentrasi yang tertinggi pada fraksi minyak gas. Asam organik tersebut terutama terdapat sebagai asam naftenat dan sebagian kecil sebagai asam alifatik. Disamping itu dalam destilat rengkahan bisa terdapat fenol dan kresol. Asam naftenat mempunyai sifat sedikit korosif dan mempunyai bau yang tidak enak.
c. Senyawa Nitrogen
Kadar nitrogen dalam minyak bumi umumnya rendah, berkisar dari 0,1 % sampai 2% berat. Minyak yang mempunyai kadar belerang dan aspal yang tinggi, biasanya juga mempunyai kadar nitrogen tinggi. Senyawa nitrogen terdapat dalam semua fraksi minyak bumi tetapi konsentrasinya makin tinggi dalam fraksi-fraksi yang mempunyai titik didih tinggi.
Senyawa nitrogen yang terdapat dalam minyak bumi dapat dibagi menjadi senyawa nitrogen basa, yaitu piridin atau turunan piridin seperti kinolin dan iso kinolin dan senyawa nitrogen bukan basa yaitu senyawa pirool dan turunanya, seperti indol dan karbasol.
Adapun kerugian-kerugian yang diakibatkan oleh adanya senyawa nitrogen yang terdapat dalam minyak bumi dan produknya ialah :
1. Menurunkan aktivitas katalis yang digunakan dalam proses rengkahan, reforming, polimerisasi, isomerisasi.
2. Kerosin yang jernih seperti air pada waktu destilasi, warnanya akan berubah menjadi kemerahan apabila terkena sinar matahari.
3. Nitrogen dalam bensin juga akan mempercepat pembentukan damar dalam karburator.
4. Menyebabkan terjadinya endapan dalam minyak bakar pada penyimpanan. d. Senyawa Logam
Praktis semua logam terdapat dalam minyak bumi, tetapi karena jumlahnya kecil, yaitu 5 sampai 400 bagian per juta maka adanya logam dalam minyak bumi pada umumnya tidak menimbulkan permasalahan. Kecuali beberapa
macam logam seperti besi, nikel, vanadium dan arsen yang walaupun jumlahnya hanya sedikit sekali, namun sudah dapat meracuni beberapa katalis. Disamping itu logam vanadium yang terdapat dalam minyak bakar dapat menyebabkan korosi turbin gas dan pipa-pipa pembangkit uap, merusak batu tahan api dinding dapur dan menurunkan mutu produk pecah belah dalam industri keramik. Logam-logam berat seperti vanadium, nikel dan tembaga di dalam minyak bumi umumnya dianggap terdapat sebagai senyawa kompleks parafirin, dimana logam-logam ini terdapat di pusatnya sedangkan logam garam anorganik yang dapat larut dalam air, seperti garam klorid dan sulfat dari logam natrium, kalium, magnesium dan kalsium terdapat dalam minyak bumi dalam keadaan terdispersi. Dalam destilasi minyak mentah senyawa logam cenderung akan berkumpul dalam fraksi residu. (Hardjono,A.2001)
2.2 Pengolahan Minyak Bumi
Minyak mentah (crude oil) yang diperoleh dari hasil pengeboran minyak bumi belum dapat digunakan atau dimanfaatkan untuk berbagai keperluan secara langsung. Hal itu karena minyak bumi masih merupakan campuran dari berbagai senyawa hidrokarbon, khususnya komponen utama hidrokarbon alifatik dari rantai C yang sederhana/pendek sampai ke rantai C yang banyak/panjang, dan senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon.Untuk menghilangkan senyawa-senyawa-senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon, maka pada minyak mentah ditambahkan asam dan basa.
Dengan memperhatikan perbedaan titik didih dari komponen-komponen minyak bumi, maka dilakukanlah pemisahan minyak mentah menjadi sejumlah
fraksi-fraksi melalui proses distilasi bertingkat. Distilasi bertingkat adalah proses distilasi (penyulingan) dengan menggunakan tahap-tahap atau fraksi-fraksi pendinginan sesuai trayek titik didih campuran yang diinginkan, sehingga proses pengembunan terjadi pada beberapa tahap atau beberapa fraksi tadi. Cara seperti ini disebut fraksionasi.
Minyak mentah tidak dapat dipisahkan ke dalam komponen-komponen murni (senyawa tunggal). Hal itu tidak mungkin dilakukan karena tidak praktis, dan mengingat bahwa minyak bumi mengandung banyak senyawa hidrokarbon maupun senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon. Dalam hal ini senyawa hidrokarbon memiliki isomer-isomer dengan titik didih yang berdekatan. Oleh karena itu, pemisahan minyak mentah dilakukan dengan proses distilasi bertingkat. Fraksi-fraksi yang diperoleh dari destilat minyak bumi ialah campuran hidrokarbon yang mendidih pada trayek suhu tertentu.
2.2.1 Pengolahan Tahap Pertama
Pengolahan tahap pertama ini berlangsung melalui proses distilasi bertingkat, yaitu pemisahan minyak bumi ke dalam fraksi-fraksinya berdasarkan titik didih masing-masing fraksi.Komponen yang titik didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut menara gelembung. Makin ke atas, suhu dalam menara fraksionasi itu makin rendah. Hal itu menyebabkan komponen dengan titik didih lebih tinggi akan mengembun dan terpisah, sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian seterusnya, sehingga
komponen yang mencapai puncak menara adalah komponen yang pada suhu kamar berupa gas.Hasil-hasil frasionasi minyak bumi yaitu sebagai berikut:
a. Fraksi Pertama
Pada fraksi ini dihasilkan gas, yang merupakan fraksi paling ringan. Minyak bumi dengan titik didih di bawah 30 oC, berarti pada suhu kamar berupa gas. Gas pada kolom ini ialah gas yang tadinya terlarut dalam minyak mentah, sedangkan gas yang tidak terlarut dipisahkan pada waktu pengeboran. Gas yang dihasilkan pada tahap ini yaitu LNG (Liquid Natural Gas) yang mengandung komponen utama propana (C3H8) dan butana (C4H10), dan LPG (Liquid Petroleum Gas) yang mengandung metana (CH4)dan etana (C2H6).
b. Fraksi Kedua
Pada fraksi ini dihasilkan petroleum eter. Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil 90 oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendinginan dengan suhu 30 oC – 90 oC. Pada trayek ini, petroleum eter (bensin ringan) akan mencairdan keluar ke penampungan petroleum eter. Petroleum eter merupakan campuran alkana dengan rantai C5H12 – C6H14.
c. Fraksi Ketiga
Pada fraksi ini dihasilkan gasolin (bensin). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 175 oC , masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 90 oC – 175 oC. Pada trayek ini, bensin akan mencair dan keluar ke penampungan bensin. Bensin merupakan campuran alkana dengan rantai C6H14– C9H20.
d. Fraksi Keempat
Pada fraksi ini dihasilkan nafta. Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 200 oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175 oC - 200 oC. Pada trayek ini, nafta (bensin berat) akan mencair dan keluar ke penampungan nafta. Nafta merupakan campuran alkana dengan rantai C9H20– C12H26.
e. Fraksi Kelima
Pada fraksi ini dihasilkan kerosin (minyak tanah). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 275 oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175 oC - 275 oC. Pada trayek ini, kerosin (minyak tanah) akan mencair dan keluar ke penampungan kerosin. Minyak tanah (kerosin) merupakan campuran alkana dengan rantai C12H26–C15H32.
f. Fraksi Keenam
Pada fraksi ini dihasilkan minyak gas (minyak solar). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 375 oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 250 oC - 375 oC. Pada trayek ini minyak gas (minyak solar) akan mencair dan keluar ke penampungan minyak gas (minyak solar). Minyak solar merupakan campuran alkana dengan rantai C15H32–C16H34.
g. Fraksi Ketujuh
Pada fraksi ini dihasilkan residu. Minyak mentah dipanaskan pada suhu tinggi, yaitu di atas 375 oC, sehingga akan terjadi penguapan.Pada trayek ini dihasilkan residu yang tidak menguap dan residu yang menguap. Residu yang tidak menguap berasal dari minyak yang tidak menguap, seperti aspal dan arang minyak bumi. Adapun residu yang menguap berasal dari minyak yang menguap,
yang masuk ke kolom pendingin dengan suhu 375 oC. Minyak pelumas (C16H34– C20H42) digunakan untuk pelumas mesin-mesin, parafin (C21H44–C24H50) untuk membuat lilin, dan aspal (rantai C lebih besar dari C36H74) digunakan untuk bahan bakar dan pelapis jalan raya.
2.2.2 Pengolahan Tahap Kedua
Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan lanjutan dari hasil-hasil unit pengolahan tahapan pertama. Pada tahap ini, pengolahan ditujukan untuk mendapatkan dan menghasilkan berbagai jenis bahan bakar minyak (BBM) dan non bahan bakar minyak (non BBM) dalam jumlah besar dan mutu yang lebih baik, yang sesuai dengan permintaan konsumen atau pasar.
Pada pengolahan tahap kedua, terjadi perubahan struktur kimia yang dapat berupa pemecahan molekul (proses cracking), penggabungan molekul (proses polimerisasi, alkilasi), atau perubahan struktur molekul (proses reforming).Proses pengolahan lanjutan dapat berupa proses-proses seperti di bawah ini:
1. Konversi Struktur Kimia
Dalam proses ini, suatu senyawa hidrokarbon diubah menjadi senyawa hidrokarbon lain melalui proses kimia.
a. Perengkahan (cracking)
Dalam proses ini, molekul hidrokarbon besar dipecah menjadi molekul hidrokarbon yang lebih kecil sehingga memiliki titik didih lebih rendah dan stabil.Caranya dapat dilaksanakan, yaitu sebagai berikut:
Perengkahan termal; yaitu proses perengkahan dengan menggunakan suhu dan tekanan tinggi saja.
Perengkahan katalitik; yaitu proses perengkahan dengan menggunakan panas dan katalisator untuk mengubah distilat yang memiliki titik didih tinggi menjadi bensin dan karosin. Proses ini juga akan menghasilkan butana dan gas lainnya.
Perengkahan dengan hidrogen (hydro-cracking); yaitu proses perengkahan yang merupakan kombinasi perengkahan termal dan katalitik dengan "menyuntikkan" hidrogen pada molekul fraksi hidrokarbon tidak jenuh.Dengan cara seperti ini, maka dari minyak bumi dapat dihasilkan elpiji, nafta, karosin, avtur, dan solar. Jumlah yang diperoleh akan lebih banyak dan mutunya lebih baik dibandingkan dengan proses perengkahan termal atau perengkahan katalitik saja. Selain itu, jumlah residunya akan berkurang.
b. Alkilasi
Alkilasi adalah suatu proses penggabungan dua macam hidrokarbon isoparafin secara kimia menjadi alkilat yang memiliki nilai oktan tinggi. Alkilat ini dapat dijadikan bensin atau avgas.
c. Polimerisasi
Polimerisasi adalah penggabungan dua molekul atau lebih untuk membentuk molekul tunggal yang disebut polimer. Tujuan polimerisasi ini ialah untuk menggabungkan molekul-molekul hidrokarbon dalam bentuk gas (etilen, propena) menjadi senyawa nafta ringan.
d. Reformasi
Reformasi adalah proses yang berupa perengkahan termal ringan dari nafta untuk mendapatkan produk yang lebih mudah menguap seperti olefin dengan angka oktan yang lebih tinggi. Di samping itu, dapat pula berupa konversi katalitik komponen-komponen nafta untuk menghasilkan aromatik dengan angka oktan yang lebih tinggi.
e. Isomerisasi
Dalam proses ini, susunan dasar atom dalam molekul diubah tanpa menambah atau mengurangi bagian asal. Hidrokarbon garis lurus diubah menjadi hidrokarbon garis bercabang yang memiliki angka oktan lebih tinggi. Dengan proses ini, n-butana dapat diubah menjadi isobutana yang dapat dijadikan sebagai bahan baku dalam proses alkilasi.
2. Membersihkan Produk dari Kontaminasi (treating)
Hasil-hasil minyak yang telah diperoleh melalui proses pengolahan tahap pertama dan proses pengolahan lanjutan sering mengalami kontaminasi dengan zat-zat yang merugikan seperti persenyawaan yang korosif atau yang berbau tidak sedap. Kontaminan ini harus dibersihkan misalnya dengan menggunakan caustic soda, tanah liat, atau proses hidrogenasi. (http://perpustakaancyber.blogspot.com /2013/04/proses-pengolahan-minyak-bumi-dan-minyak-mentah-dan komposisinya .html)
2.3 Sifat Fisik Kimia Minyak Bumi
Di alam bentuk fisik minyak bumi sangat beragam. Ada yang kasar, padat, substansi lilin, semi padat agak kental (seperti lumpur), cairan kental, serta
berbentuk gas yang terkondensasi. Bentuk fisik tersebut memiliki kemungkinan yang sama untuk ditemukan dalam satu lokasi asalkan terjadi perubahan tekanan, suhu, maupun perubahan fisik dan kimia lainnya pada senyawa hidrokarbon pembentukannya.
Minyak bumi cair dapat berubah menjadi padat melalui penguapan. Fraksi-fraksi ringan akan membentuk gas dan uap, sedangkan fraksi-fraksi berat akan membentuk padatan. Titik didih fraksi-fraksi tersebut dapat berbeda-beda, tergantung oleh banyak dan jenis homolog-homolog penyusun fraksi tersebut. Fraksi-fraksi dengan homolog yang sama, titik didihnya ditentukan oleh berat molekul senyawa penyusunnya.
Menurut Doerffer (1992), karakteristik fisika kimia minyak bumi adalah sebagai berikut :
a. Viskositas
Viskositas atau kekentalan didefenisikan sebagai ketahanan fluida terhadap aliran. Pada umumnya dinyatakan dalam ukuran waktu yang diperlukan untuk mengalirkan cairan melalui tabung dengan ukuran tertentu. Jika nilai viskositas rendah, maka fluida semakin mudah mengalir. Sebaliknya, jika nilai viskositas tinggi, maka fluida semakin sulit mengalir. Nilai viskositas minyak bumi bergantung pada kandungan fraksi ringan dan temperatur disekitarnya.
b. Daya Larut Dalam Air
Daya larut adalah proses ketika suatu substansi (solute) akan terlarut pada substansi lain (solvent). Daya larut minyak bumi sangat rendah (<5ppm).
c. Gravitasi Spesifik (GS)
GS minyak bumi menyatakan densitas minyak bumi tersebut dan seringkali dinyatakan dalam bentuk gravitasi API (American Petroleum Institute). Gravitasi API (oAPI) adalah rasio berat minyak bumi terhadap berat akuades pada volume yang sama, pada suhu 16oC dan tekanan 1 atm. Semua minyak bumi nmemiliki densitas lebih kecil dari pada air, kecuali beberapa minyak beratdan residu. Minyak bumi denga GS rendah memiliki nilai oAPI yang tinggi, viskositas rendah, daya adhesi rendah dan kecenderungan emulsifikasi tinggi, sedangkan minyak bumi dengan GS tinggi memiliki nilai oAPI rendah, viskositas tinggi, daya adhesi tinggi dan kecenderungan emulsifikasi rendah.
d. Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan adalah gaya tarik menarik antara permukaan molekul dari suatu fluida. Gaya ini menunjukkan laju penyebaran fluida diatas permukaan air atau tanah. Minyak bumi dengan GS rendah biasanya memiliki potensial laju penyebaran lebih besar. Tegangan permukaan minyak bumi akan semakin turun sejalan dengan peningkatan temperatu dan peningkatan laju penyebaran setelah terjadinya tumpahan minyak bumi dilaut.
Selain sifat fisik kimia tersebut diatas, masih ada beberapa sifat penting minyak bumi serta turunannya yang perlu diketahui, yaitu :
a. Nilai Pembakaran
Nilai pembakaran, biasanya nilai pembakaran tinggi, dinyatakan dalam satuan kilojoule per kilogram atau kilojoule per liter.
b. Berat atau Bobot Jenis
Bobot jenis suatu cairan adalah kerepatan cairan tersebut dibagi dengan kerapatan air pada 60oF (15,6oC). Bobot jenis minyak bumi dan produk turunannya biasanya dinyatakan dalam satuan oBe atau oAPI.
c. Titik Nyala (Flash Point)
Titik nyala dari suatu cairan bahan bakar semacam minyak bumi adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar dari permukaan fluida langsung menyala. Jika temperatur naik sedikit, yang disebut titik api (fire point), dapat menyebabkan uap membantu pembakaran. Oleh karena itu perlu diwaspadai agar temperatur maksimum minyak tidak melebihi titik nyalanya.
d. Titik Lumer (Pour Point)
Titik lumer dari suatu produk minyak bumi adalah temperatur terendah yang menyebabkan minyak bumi akan mengalir dibawah kondisi standar. Titik ini ditentukan dengan mencari temperatur maksimum, yang diperoleh bila permukaan sampel mnyak bumi dalam suatu tabung percobaan standar tidak bergerak selama 5 detik ketika tabung tersebut diputar ke posisi horisontal. Titik lumer sama dengan temperatur maksimum ditambah 5o Fahrenheit. (Nugroho,A.2006)
2.4 Produk Minyak Bumi
Ada beberapa macam cara penggolongan produk jadi yang dihasilkan oleh kilang minyak. Di antaranya produk jadi kilang minyak yang dapat dibagi menjadi: produk bahan bakar minyak (BBM) dan produk bukan bahan bakar minyak (BBBM).
Termasuk dalam produk BBM adalah :
1. bensin penerbangan 2. bensin motor 3. bahan bakar jet 4. kerosin
5. solar
6. minyak diesel 7. dan minyak bakar.
Sedangkan yang termasuk produk BBBM adalah :
1. elpiji(liquified petroleum gases-LPG)
2. pelarut
3. minyak pelumas 4. gemuk
5. aspal
6. malam paraffin
7. karbon hitam (carbon black)
8. dan kokas (Hardjono.A.2001)
Pada umumnya produk yang dihasilkan oleh Kilang PT Pertamina (Persero) RU II Dumai dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan yaitu :
1.Produk-produk yang mudah menguap “Liquified Potreleum Gases” atau LPG.
3. Distillate seperti bahan baker diesel dan minyak gas. 4. Residue seperti minyak baker residue, green coke.
Keempat kelompok produk ini dihasilkan oleh kilang milik PT.Pertamina RU
II Dumai . Hal ini yang membedakan dengan kilang – kilang yang lain milik PT.Pertamina , yang mana kilang RU II Dumai menghasilkan produk akhir yang khas yaitu berupa green cooke .Berbagai macam produk yang dihasilkan oleh kilang RU II Dumai pertahunnya dapat dilihat dari table berikut ini :
Table 2.2 Produk BBM PT Pertamina (Persero) RU II Dumai
No Jenis Produk Juta BBL/Tahun Volume (%)
1 2 3 4 5 6 LPG*) Avtur Premium Kerosin Solar Green Coke*) 1,04 3,10 9,60 14,77 22,59 0,20 1,60 4,75 14,70 22,62 38,73 0,30 Sumber : Buku Saku Pertamina
2.5 Bensin / Mogas
2.5.1 Pengertian Bensin
Motor gasoline yang dikenal sebagai bensin atau premium adalah cairan yang berasal dari minyak bumi dan sebagian besar tersusun dari hidrokarbon yang memiliki trayek didih ASTM sekitar 40 – 180 ℃ , dan digunakan sebagai bahan bakar mesin motor bakar .(Hardjono.A.2001)
Komponen mogas dapat diperoleh antara lain dari proses destilasi atmosferik , perengkahan , reformasi , polimerisasi , Isomerisasi , dan Alkilasi.
Untuk membuat produk jadi yang memenuhi spesifikasi , diperlukan proses pencampuran antara komponen – komponen dari hasil proses diatas serta penambahan aditif untuk menaikkan mutu nya .
Kualitas Premium ini jika berdasarkan spesifikasi ditetapka oleh Dirjen. Migas yang utama adalah angka oktan yaitu ukuran relative yang menunjukkan kecenderungan tidak terjadinya pembakaran spontan “Premature Detonation” ketika bahan bakar ini terkena panas dan tekanan dalam ruang bakar mesin bakar yang diindikasikan dengan terjadinya knocking (ketukan) . Makin tinggi angka oktan dari Premium ini menunjukkan karakteristik anti – knock yang lebih bagus . Premium 88 adalah Premium yang mempunyai angka oktan 88 atau identik dengan campuran 88% iso-oktan dan 12% normal-heptana .
2.5.2 Proses Pembuatan Bensin 88
Gasoline yang dihasilkan dari suatu proses pengolahan belum dapat langsung digunakan, melainkan masih ditambahkan beberapa bahan kimia atau dicampur (Blending) dengan gasoline lainnya yang tujuannya untuk memperbaiki mutu gasoline itu sehingga sesuai dengan spesifikasinya sehingga aman dalam pemakaiannya dan tidak mencemari lingkungan. Bahan kimia yang ditambahkan itu disebut aditif, sedangkan gasoline yang dihasilkan dari suatu proses disebut komponen gasoline, umumnya komponen gasoline tersebut diperoleh dari beberapa macam proses antara lain proses :
1. Proses Distilasi Atmosferik
Distilasi atmosferik adalah proses pemisahan minyak bumi secara fisika menjadi fraksi – fraksi nya dengan dasar perbedaan titik didih pada kondisi tekanan atmosferik . Naphtha yang dihasilkan sebagai komponen gasoline dari proses distilasi ini mempunyai angka oktan yang berkisar 55-60 ON .
2. Proses Perengkahan (cracking)
Perengkahan adalah proses pengolahan minyak bumi dengan memutuskan ikatan tunggal C-C dan C-H dari hidrokarbon berat molekul besar menjadi berat molekul kecil. Secara umum proses perengkahan dibagi menjadi 3 , yaitu :
a. Thermal Cracking
Adalah suatu proses perengkahan dengan menggunakan panas , dan merupakan proses untuk memecah molekul hidrokarbon berat molekul besar menjadi berat molekul kecil pada suhu 455-540 ℃ dan tekanan 100-1000 psig. Produk yang dihasilkan disebut cracked gasoline . Umumnya mempunyai angka oktan lebih tinggi dari komponen gasoline yang dihasilkan dari proses distilasi . Angka oktan cracked gasoline yang dihasilkan dari proses thermal cracking ini berkisar 69-73 ON .
b. Catalytic cracking
Adalah perengkahan dengan menggunakan katalis panas . Katalis ini dapat berupa cair atau padatan (granular) . Umumnya produk yang dihasilkan mempunyai angka oktan berkisar 90-94 ON .
Suatu proses dalam industry perminyakan yang bertujuan untuk mengubah struktur hidrokarbon yang mempunyai angka oktan rendah menjadi hidrokarbon angka oktan tinggi . Senyawa hidrokarbon angka oktan rendah umumnya berupa hidrokarbon normal parafin , sedangkan senyawa hidrokarbon oktan tinggi berupa naften dan aromat , gasoline yang dihasilkan mempunyai angka oktan berkisar anatara 94-100 ON .
3. Proses Isomerisasi
Adalah proses yang bertujuan untuk menghasilkan komponen gasoline oktan tinggi dengan cara mengubah N-pentana dan N-Heksana masing – masing menjadi Iso-pentana dan Iso-heksana . Umumnya isomerisasi dilakukan dengan mengubah N-pentana (ON 61,7) menjadi Iso-pentana (ON 92,6) dan N-heksana (ON 34,0) menjadi Iso-heksana ( 2,3 dimethyl Butana ON 103,5) atau mengubah butana menjadi iso butana . Proses reaksi terjadi dengan menggunakan platina dan asam klorida .
4 . Proses Alkilasi
Adalah proses dalam industry perminyakan yang bertujuan untuk menghasilkan komponen gasoline oktan tinggi dengan cara penggabungan olefin dan parafin . Proses ini mereaksikan antara iso butana dan olefin dengan menggunakan katalis alumunim klorida dan asam klorida atau menggunakan asam sulfat . Komponen gasoline yang dihasilkan dari proses alkilasi ini disebut alkiat aviasi yang mempunyai oktana berkisar 89-90 ON .
5 . Proses Polimerisasi
Adalah proses penggabungan olefin menjadi poliolefin degan berat molekul besar dalam trayek didih cair gasoline Olefin yang digabung adalah propilen menghasilkan polipropilena, n-butilena atau isobutulena menghasilkan polimer butilena atau gabungan propilena dan butilena. Polimer yang dihasilkan disebut polimer gasolin disingkat poligasoline. Tujuan proses ini adalah untuk mendapatkan produk gasoline dengan angka oktan yang tinggi.
6 . Pencampuran (Blending)
Adalah pencampuran dari dua komponen atau lebih yang berbeda angka oktannya yang bertujuan untuk mendapatkan angka oktan yang di kehendaki . Agar kualitas produk hasil blending memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan , maka harus dilakukan uji laboratorium .Yang kemudian diikuti dengan penambahan zat aditif.
2.6 Karakteristik Bensin 88
Penggunaan bensin harus aman , tidak membahayakan manusia , tidak merusak mesin , harus efesien dalam penggunaannya serta tidak menimbulkan pencemaran bagi lingkungan . Bensin sebagai bahan bakar pada mesin yang menggunakan penyalaan api busi , dalam penggunaannya dicampur dengan udara , dan campuran ini dinyalakan oleh percikan api busi dalam waktu yang tepat . Untuk memberi jaminan mutu pada pelanggan dalam hal keselamatan dan
kesempurnaan pembakaran , bensin secar cepat dapat dilihat dari sifat / spesifikasi yaitu :
a . sifat mutu pembakaran (ignition quality)
b. sifat penguapan (volatility)
c. sifat pengkaratan (corrosivity)
d. sifat kestabilan (stability) (Rand,S J.2003)
2.6.1 Sifat Pengkaratan
Unsur – unsur dalam bahan bakar mogas diamping hidrokarbon , terdapat pula unsur – unsur sulfur , nitrogen , halogen , dan logam . Senyawa unsur yang bersifat korosif adalah sulfur . Senyawa – senyawa sulfur dalam mogas yang korosif dapat berupa merkaptan , hydrogren sulfide , tiofena . Pada pembakaran senyawa sulfur akan teroksidasi oleh oksigen dalam udara menghasilkan oksida sulfur . Bila oksida sulfur ini bereaksi dengan air akan menghasilkan asam sulfat . Terbentuknya asam sulfat ini dapat bereaksi dengan logam , terutama dalam gas buang . Oleh karean itu , gasoline harus bebas dari senyawa yang bersifat korosif sebelum dan sesudah pembakaran .
2S + 2O₂ (udara) ⇾ 2SO₂ 2SO₂ + O₂ (udara) ⇾ 2SO₃
2SO₃ + 2H₂O ⇾ 2H₂SO₄ (korosif) (Annual Book ASTM Standard 2013)
2.7 Spesifikasi Bensin
Spesifikasi adalah batasan minimum atau maximum suatu produk yang ditetapkan secara resmi oleh pemerintah . Untuk produk bensin , spesifikasinya ditetapkan oleh Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi . Penetapan spesifikasi ini melalui beberapa pertimbangan mengenai kebutuhan ideal bagi kendaraan bermotor serta kebijaksanaan umum mengenai lingkungan dan keselamatan masyarakat . Suatu bahan bakar maupun pelumas meliputi / terdiri atas batasan sifat – sifat dari : uji sifat fisika , kimia dan unjuk kerja mesin . Sedangkan peralatan dan metode uji , pada umumnya dituntut menggunakan metode standar . Metode standar yang banyak dipakai antara lain : ASTM (American Society for Testing and Materials) dan IP (Institue Of Petroleum)
Sifat – sifat bensin yang ditentukan oleh Dirjen Migas antara lain adalah :
1. Harus dapat terbakar secara merata didalam cylinder tanpa adanya gangguan yang berupa pembakaran yang tidak normal dan detonasi pada mesin .
2. Mudah terbentuknya campuran antara uap minyak dan udara serta mudah untuk dinyalakan dalam keadaan dingin .
3. Tidak boleh terlalu mudah menguap , sehingga ketika mesin panas , bensin didalam saluran bahan bakar akan mendidih , mengakibatkan timbulnya gelembung – gelembung udara yang akan menganggu aliran bensin menuju ruang bakar yang berupa sumbatan uap (vapor lock) .
4. Tidak meninggalkan getah (gum) pada sistem penyimpanan , penyaluran dan pemasukan bahan bakar ke dalam mesin .
5. Harus tahan disimpan dalam waktu yang cukup lama tanpa mengalami perubahan kimia dan tidak membentuk getah .
6. Harus cukup bersih , tidak menimbulkan pengkaratan dengan logam lain .
2.7.1 Merkaptan Sulfur ( Uji Doctor Test IP-30 )
Salah satu pengujian atau metode yang digunakan dalam menentukan mutu kualitas produk bensin salah satunya dengan menggunakan metode Uji Doctor Test IP-30 yang bertujuan untuk menentukan secara kualitatif ada atau tidaknya senyawa – senyawa belerang dalam bentuk merkaptan. Metode ini juga dapat digunakan untuk menentukan ada atau tidaknya senyawa hidrogen sulfida. Analisa merkaptan dapat dilihat dengan cara mecampurkan bensin dengan larutan sodium plumbit dan menambahkan serbuk sulfur yang mana hasilnya ditandai dengan perubahan warna pada sulfur yang mengambang diantara lapisan sampel dengan larutan atau perubahan pada kedua fase zat tersebut .
Merkaptan adalah komponen sulfur organik . Secara kimiawi dia berupa komponen yang terdiri dari senyawa hidrokarbon yang mengikat gugus –SH. Merkaptan sulfur dibatasi karena sifat korosinya terhadap tembaga dan cadmium serta bau yang tidak sedap . Baik merkaptan sulfur maupun senyawa korosif yang kompleks lain nya juga dibatasi penggunaannya . (Annual Book ASTM standard 2013)
2.7.2 Merkaptan sulfur ( ASTM D-3227 )
Merkaptan sulfur adalah senyawa hidrokarbon , dimana satu atom karbon terikat dengan atom sulfur dan atom hidrogen dengan simbol RSH .Kandungan sulfur dalam minyak bumi sangat penting untuk diketahui , yang berguna untuk menentukan proses treating dan pengolahan minyak bumi dan produk – produk distilasinya . Semakin rendah kandungan sulfur semakin baik bahan bakar tersebut . Kandungan sulfur yang tinggi memerlukan prosedur pengolahan yang lebih kompleks untuk menghasilkan produk yang memenuhi kualitas yang diinginkan .(Anonim, 2002)
Metode ASTM D-3227 adalah metoda uji secara kuantitatif merkaptan yang ditetapkan dengan metode potensiometri, dimana titik ekuivalen ditunjukkan oleh lonjakan perubahan potensial . Dibandingkan titrasi indikator , titrasi potensiometri lebih memberikan hasil yang akurasinya lebih tinggi .Prinsip kerja dari metoda ini sejumlah sampel yang bebas dari H₂S dilarutkan dalam solvent Na-asetat alkholik dititrasi secara potensiometri dengan larutan standart perak nitrat menggunakan elektroda glass dengan kondisi tersebut ,merkpatan sulfur diendapkan sebagai merkaptida perak dan titik akhir titrasi ditunjukkan oleh perubahan potensial . Terdapatya merkaptan dalam produk akan menyebabkan bau , mempunyai pengaruh kurang baik terhadap elastomer sistem bahan bakar dan korosif terhadap komponen sistem bahan bakar .(Annual Book ASTM standard 2013)
