Elemen Kimia dalam Minyak Bumi

Elemen Kimia

dalam

M inyak Bumi

M inyak Bum i (M B)

Kom ponen m inyak bum i:

•

hidrokarbon (hydrocarbon, HC)

jum lah atom C-1 hingga lebih dari C-50

•

non-hidrokarbon (belerang, oksigen, nit rogen,

logam ) _{Komposisi % Berat}

Karbon 83,00 – 87,00 Hidrogen 11,00 – 15,00 Belerang 0,04 – 6,00

Oksigen 0,10 – 2,00

Nit rogen 0,10 – 2,00

Fraksi M inyak Bum i

Pengelom pokan Hidrokarbon

•

Jenuh, rantai terbuka (alkana atau parafin)

•

Jenuh, rantai tert ut up/ siklis (naften)

•

Tidak jenuh, rantai tert ut up (arom at is)

•

Tidak jenuh, rantai terbuka (alkena atau olefin)

HC Jenuh, Rant ai Terbuka

(Parafin)

Termasuk kelompok gugus alkana, rumus empiris: C_nH_2n+2

M erupakan senyawa kimia hidrokarbon jenuh asiklis, dapat berantai lurus (n-parafin atau n-alkana) atau bercabang (isoparafin atau isoalkana)

N-parafin merupakan kelompok terbesar dalam m inyak mentah

n-heptana (oct ane num ber 0)

Contoh n-parafin:

n-hexadecana (cet ane num ber 100)

HC Jenuh, Rant ai Terbuka

(Parafin)

Termasuk kelompok gugus alkana, rumus empiris: C_nH_2n+2

M erupakan senyawa kimia hidrokarbon jenuh asiklis, dapat berantai lurus (n-parafin atau n-alkana) atau bercabang (isoparafin atau isoalkana)

Tit ik didihnya paling rendah diantara HC naften dan aromat is, banyak terdapat pada fraksi ringan

Sifat -sifat : nilai kalor t inggi, SG rendah, API gravit y t inggi,

tahan terhadap oksidasi,

HC Jenuh, Rant ai Terbuka

(Parafin)

Isoparafin m em iliki kandungan angka oktan t inggi, tapi secara alam i hanya terbent uk sedikit sekali

i-oktana m erupakan golongan rantai bercabang yang paling diinginkan dalam jum lah besar & terbent uk oleh reaksi hydrocracking

Isookt ana / 2,2,4-t rimet ilpentana (oct ane num ber 100)

Contoh isoparafin

Senyawa Hidrokarbon Parafin (C

_n

H

_2n+2

)

C₁–C₄ berupa gas pada T kam ar, P at m osfer

•

M etana (CH₄) dan etana (C₂H₆): kom ponen utam a gas alam

•

Propana, butana dan i-butana: kom ponen utam a LPG

C₅–C₁₆ berupa cairan pada T kam ar, P at m osfer

•

i-oktana: golongan rantai bercabang yang paling diinginkan dalam jum lah besar

>C₁₆ berupa padatan pada T kam ar, P at m osfer

HC Jenuh, Rant ai Tert ut up

(Naften)

• M erupakan senyawa hidrokarbon jenuh, ditem ukan berlimpah secara alami dalam minyak mentah

• M emiliki sifat sepert i senyawa HC parafin, nam un dengan st rukt ur molekul siklis, rumus empiris: C_nH_2n

• HC naftem lebih stabil dibanding parafin karena rantai atom nya tert ut up sedang HC parafin rantai atom C-nya terbuka

• Disebut juga senyawa sikloalkana/ sikloparafin

• Penamaan: siklopropana, siklobutana, dst (siklo diikut i nama alkananya)

Senyawa Hidrokarbon Naft en (C

_n

H

_2n

)

HC Tidak Jenuh, Rant ai Tert ut up

(Aromatis)

• M erupakan senyawa hidrokarbon t idak jenuh, rum us empiris: C_nH_2n-6

• Termasuk senyawa yang sangat reakt if: mudah dioksidasi dengan asam,

dapat mengalami reaksi subst it usi atau reaksi adisi

• Hanya sedikit sekali minyak mentah yang mengandung senyawa aromat is dengan TD rendah, sepert i Benzene (80,1 C) dan Toluene (110,6 °C)

• Xylene: senyawa arom at is dengan TD sekit ar 140 C (o-xilene: 144 C, m-xilene: 139 C, p-xilene: 138C)

Senyaw a Hidrokarbon M ono-Arom at

Senyaw a Hidrokarbon Poli-Arom at

Napht halene (C₁₀H₈)

M et hylnapht halene (cetane number 0)

HC Tidak Jenuh, Rant ai Terbuka

(Olefin)

•

M erupakan senyawa HC t idak jenuh dengan sat u buah ikatan rangkap 2 (alkena)

•

Tidak terdapat dalam m inyak m entah

•

Terbent uk dalam proses dist ilasi m inyak m entah atau dalam proses rengkahan (cracking)

•

Term asuk senyawa yang reakt if

•

Etene (C₂H₄), propena dan butena berbent uk gas

Senyawa Hidrokarbon Olefin (C

_n

H

_2n

)

Etene (Et ilen)

Senyawa Hidrokarbon Diolefin (C

_n

H

_2n-2

)

•

M erupakan senyawa HC t idak jenuh dengan dua buah ikatan rangkap 2

•

Tidak terdapat dalam m inyak m entah

•

Terbent uk dalam dist ilasi m inyak m entah dan dalam proses rengkahan (cracking)

•

Term asuk senyawa yang t idak st abil dan sangat reakt if

•

Contoh: butadiena (C₂H₄)

Senyaw a Non-Hidrokarbon

•

Senyawa belerang (0,04–6 % b/ b)

•

Senyawa oksigen (0,1–2 % b/ b)

•

Senyawa nit rogen (0,1–2 % b/ b)

•

Senyawa logam (0–0,1 % b/ b)

Senyaw a Belerang

Bila densit y suat u m inyak bum i t inggi (API rendah), berpeluang kandungan sulfurnya t inggi

Belerang m enim bulkan kerugian, antara lain:

• Pencem aran udara

Senyawa S berbau t idak sedap dengan TD rendah, m isal H₂S, SO₂

• Korosi

Korosi terjadi pada suhu > 300F (149C)

• M enurunkan angka oktan bensin

Tergant ung pada jum lah dan t ipe senyawa belerang (m erkaptan dan et il t risulfida); 0,1% S dapat m enurunkan 0–2 sat uan angka oktan

• M eracuni katalis

Senyaw a Oksigen

•

Hasil oksidasi yang t idak larut dapat m enyum bat pipa-pipa dalam sistem perpipaan

•

Kandungan oksigen dalam m inyak bum i t idak proprsional dengan berat jenis API

•

Dim ungkinkan M B berhubungan dengan udara sehingga terdapat oksigen yang bereaksi dengan unsur–unsur yang terkandung dalam m inyak bum i unt uk m enghasilkan senyawaan oksigen

Senyaw a Nit rogen

Senyawa nit rogen dalam M B: pirimidin, qinolin, indol, karbasol

Kerugian akibat senyawa nit rogen:

• M enurunkan akt ivitas katalis dalam proses rengkahan, reforming, polimerisasi, isomerasi

• Kerosin yang seharusnya jernih sepert i air, warnanya akan menjadi kemerahan jika terkena sinar matahari

• Dalam bensin, akan mem percepat pem bent ukan dammar dalam karburator

Senyaw a Logam

•

Biasanya berupa logam vanadium, nikel, besi dan tembaga yang terikat sebagai senyawa-senyawa organik

•

M enyebabkan deakt ivasi katalis saat proses hydrocracking

•

Salah sat u penyebab deakt ivasi adalah deposit coke pada permukaan katalis yang terbent uk selama proses hydrocracking.

•

Deposit coke tersebut akan menut upi permukaan akt if dari katalis sehingga menghalangi kontak antara logam akt if dan reaktannya.

Klasifikasi M inyak Bum i

•

Berdasarkan American Pet roleum Inst it ut e Gravit y (API)

•

Berdasarkan kandungan m alam dan aspal

•

Berdasarkan US Bureau of M ines

Berdasarkan API Gravit y

•

M erupakan klasifikasi yang paling sederhana

•

Jika gravitas API m inyak m entah t inggi atau berat jenis m entah rendah, m aka kecenderungan m inyak m entah tersebut m engandung fraksi ringan dalam jum lah yang sangat besar

•

M inyak m entah dengan gravitas 35



API biasanya lebih berharga daripada m inyak m entah dengan gravitas 30



API.

Berdasarkan API Gravit y

Dikelom pokkan m enjadi 5 jenis m inyak m entah:

•

M inyak m entah ringan

•

M inyak m entah ringan sedang

•

M inyak m entah berat sedang

•

M inyak m entah berat

Berdasarkan Kandungan M alam dan Aspal

•

M inyak mentah berdasarkan parafin

Banyak mengandung lilin dan sedikit mengandung aspal

•

M inyak mentah berdasarkan aspal

Banyak mengandung naften dan sedikit parafin

•

M inyak mentah berdasarkan campuran

Berdasarkan US Bureau of M ines

• M erupakan klasifikasi yang banyak digunakan saat ini • Sebagai dasar klasifikasi digunakan gravit as API fraksi

kunci nom er 1 dan 2, yang diperoleh dengan alat dist ilasi Ham ple St andar

• Fraksi kunci nom er 1 adalah fraksi m inyak bum i yang m endidih pada suhu ant ara 482–527 F at au ant ara 250– 275C pada t ekanan 1 at m

• Fraksi kunci nom er 2 m endidih pada suhu ant ara 527–572

F at au 275–300 C pada t ekanan 40 m m Hg

• Fraksi kunci nom er 1 t erm asuk dalam f raksi kerosin, sedang fraksi kunci nom er 2 t erm asuk dalam fraksi m inyak pelum as

Berdasarkan US Bureau of M ines

Berdasarkan Kom posisi Kim ia

Klasifikasi ini m em punyai daerah antara 250– 300



C

Produk Ut ama M inyak Bumi

PT Pert amina RU V Balikpapan

•

Liquified Pet roleum Gas (LPG)

•

Prem ium

•

Kerosin

•

Aviat ion Gas Turbine Fuel (Avt ur)

•

Indust rial Diesel Oil (IDO)

•

Autom ot ive Diesel Oil (ADO)

Produk Ut ama M inyak Bumi

PT Pert amina RU V Balikpapan

Liquified Pet roleum Gas (LPG)

•

LPG propan, dengan kandungan propan 95%

•

LPG butan, dengan kandungan butan 97,5%

•

LPG m ixed, dengan cam puran propan (70–80 %) dan butan (20–30 %)

LPG propan dan butan digunakan dalam indust ri LPG m ixed digunakan dalam rum ah tangga

Selalu ditam bahkan indikator m erkaptan sebagai indikator bau (pendeteksi adanya kebocoran)

Produk Ut ama M inyak Bumi

PT Pert amina RU V Balikpapan

Premium

(motor gasoline atau pet rol di Britania, benzine di Eropa)

•

M erupakan campuran HC cair yang mudah menguap dan terbakar (light nafta, heavy nafta, reformat )

•

Penambahan TEL dilakukan bila RON premium t idak mencapai 88 setelah penambahan reformat

RON: Research Octane Number

Produk Ut ama M inyak Bumi

PT Pert amina RU V Balikpapan

Kerosin

(disebut juga m inyak parafin)

•

M erupakan m inyak berwarna kuning pucat bening, dengan arom a antara bensin dan m inyak diesel

•

Berasal dari dist ilat m inyak m entah dengan flash point sekitar 25



C

Produk Ut ama M inyak Bumi

PT Pert amina RU V Balikpapan

Avt ur

•

M erupakan cam puran nafta dan kerosin, berupa kerosin keduk langsung (st raight run kerosene)

•

Digunakan unt uk bahan bakar kapal terbang dengan m esin t urbin

IDO

•

Bahan bakar unt uk alat -alat indust ri berm esin diesel

Produk Ut ama M inyak Bumi

PT Pert amina RU V Balikpapan

ADO

•

Biasa disebut solar atau gas oil

•

Bahan bakar kendaraan berm otor berm esin diesel

Pertam ax, Pertam ax Plus

•

M odifikasi dari prem ium dengan nilai oktan pertam ax 92 dan pertam ax plus 95

Produk Samping M inyak Bumi

PT Pert amina RU V Balikpapan

•

Wax

Diperoleh dari minyak mentah yang bersifat parafinik

•

Naphta

Digunakan sebagai bahan blending bensing dan bahan baku indust ri pet rokimia

Proses Pem isahan

•

Dist ilasi At mosferik (1 at m) Berdasarkan perbedaan t it ik didih

•

Dist ilasi Vakum (10–40 mmHg)

Unt uk mengolah long reside hasil Dist ilasi At mosferik

•

Desalt ing

•

Adsorpsi

Contoh: adsorpsi n-parafin pada moleculer sieves

•

Kristalisasi

Berdasarkan perbedaan t it ik beku

Contoh: dewaxing unt uk menghasilkan padatan lilin (TB 90–200



F)

Proses Pereaksian

•

Perengkahan Katalit ik

•

Perengkahan Therm al

•

Perengkahan Hidrogen

•

Reform asi Katalit ik

•

Polim erisasi

•

Alkilasi

Angka Okt an dan Knocking

• Angka oktan: angka yang m enunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara spontan.

• Di dalam m esin, cam puran udara dan bensin (dalam bent uk gas) ditekan oleh piston sam pai dengan volum e yang sangat kecil dan kem udian dibakar oleh percikan api yang dihasilkan busi.

• Karena besarnya tekanan ini, cam puran udara dan bensin juga bisa terbakar secara spontan sebelum percikan api dari busi keluar.

• Jika cam puran gas ini terbakar karena tekanan yang t inggi (dan bukan karena percikan api dari busi), m aka akan terjadi knocking atau ket ukan di dalam m esin.

• Knocking ini akan m enyebabkan m esin cepat rusak, sehingga sebisa m ungkin harus kita hindari.

Angka Okt an dan Knocking

•

Nam a oktan berasal dari oktana (C8), karena dari seluruh m olekul penyusun bensin, oktana yang m em iliki sifat kom presi paling bagus.

•

Oktana dapat dikom pres sam pai volum e kecil tanpa m engalam i pem bakaran spontan.

Angka Okt an

Beberapa contoh angka oktan unt uk bahan bakar:

•

87

→ Bensin standar di Amerika Serikat

•

88 → Bensin tanpa

t im bal, Prem ium

•

91 → Bensin standar di

Eropa

•

92

→ Bensin standar di

Taiwan, Pertam ax

•

95

→ Pertamax Plus

Zat Adit if Bensin

•

TEL (tet raet hyl lead, Pb(C₂H₅)₄): unt uk m enaikkan angka oktan

•

EB (et ilen brom ida, C₂H₅Br): unt uk m engubah Pb dalam bent uk padat m enjadi gas

•

M TBE (met hyl tert iary but yl et her, C₅H₁₁O): dari etanol, unt uk m enaikkan angka oktan dan dapat m enam bahkan oksigen pada cam puran gas dalm m esin

Zat Adit if Bensin

•

Etanol dengan bilangan okt an 123 juga digunakan sebagai cam puran

•

Etanol lebih unggul dari TEL dan M TBE karena t idak m encem ari udara dengan t im bal.

•

Etanol sem akin sering dipergunakan sebagai kom ponen bahan bakar setelah harga m inyak bum i sem akin m eningkat .

M esin 4-t ak

(Four-St roke Engine)

M esin 4-t ak

Tahapan dalam M esin 4-t ak

Keterangan gam bar:

•INTAKE

– Gerakan ke bawah unt uk menarik campuran udara/ bb ke dalam

•COM PRESSION

– Kompresi unt uk efisiensi yang lebih baik

•POW ER

– Pembakaran yang dimulai oleh busi (spark plug)

•EXHAUST

M esin 2-t ak

(Two-St roke

Diesel

Engine

Angka Set ana at au Cet ane Number (CN)

• Angka Setana atau CN (Cetane Num ber) adalah ukuran yang m enunjukkan kualitas dari bahan bakar unt uk diesel.

• Angka bahan bakar setana yang lebih t inggi akan m em iliki periode pengapian lebih pendek daripada bahan bakar setana bernilai rendah.

• Sem akin t inggi angka setana akan lebih m udah bagi bahan bakar unt uk terbakar dalam kom presi. Dengan bahan bakar yang m udah terbakar m aka akan m engurangi ket ukan dari m esin diesel, sehingga m esin akan lebih halus.

• Karena it u bahan bakar yang lebih t inggi setananya akan m enyebabkan m esin unt uk berjalan lebih lancar dan tenang.

• Bila nilai setananya lebih rendah m aka akan terjadi delay sehingga m enam bah ket ukan pada proses pem bakaran.

Angka Set ana

Beberapa contoh angka setana unt uk solar:

•

CN min. 40

→

di Eropa, tahun 2000

•

CN min. 51

→ di Uni Eropa, Islandia, Norwegia dan

Sw iss, saat ini

•

CN min. 42–45

→ di

Amerika Utara

Solar yang bagus biasanya memiliki CN 60