Jurusan/Prodi : Kimia Hari/Tanggal : Kamis, 4 Januari 2024 Mata Kuliah : Kimia Minyak Bumi Waktu : 15.00-16.40 WIB Bobot SKS : 2 (dua) SKS Jenis Ujian : UAS
Semester/Tahun : VC/2023-2024 Dosen : Drs. Dede Sukandar, M.Si
No. Pertanyaan Bobot
Nilai I
1 2
II 3 4
III 5 6
Sejarah, Pembentukan, Komposisi dan Klasifikasi Minyak Bumi
Jelaskan pengaruh sejarah penemuan minyak bumi terhadap peningkatan kesejahteraan umat manusia !
Bagaimanakah cara menentukan keberadaan minyak bumi dalam lapisan tanah menggunakan metode geoseismik ?
Pengolahan, Penggunaan dan Pengujian Produk Minyak Bumi
Mengapa pada proses pengolahan minyak bumi perlu dilakukan proses reforming selain distilasi fraksinasi ?
Berikan penjelasan cara menentukan karateristik suatu bahan bakar berdasarkan karbon residu !
Perengkahan dan Polimerisasi
Bagaimana proses pengolahan minyak bumi melalui perengkahan termal (thermal cracking) melalui operasi perengkahan viscosity breaking ?
Berikan penjelasan mengenai perbedaan proses polimerisasi katalitik menggunakan katalis asam sulfat dan katalis asam fosfat !
10 10
10 10
10 10
IV 7 8
V 9 10
Isomerisasi, Alkilasi dan Hidrotreating
Bagaimanakah mekanisme reaksi yang terjadi pada proses alkilasi menggunakan bahan baku isobutan dan etilen dengan katalis asam klorida ?
Jelaskan perlunya dilakukan proses penghilangan nitrogen dan logam dalam pemurnian minyak bumi dengan cara hidrotreating !
Energi Alternatif dan Penanggulangan Pencemaran
Mengapa bioetanol dikenal sebagai energi terbarukan yang diharapkan dapat mengatasi keterbatasan bahan bakar minyak ?
Berikan penjelasan mengenai pengolahan limbah minyak bumi di laut lepas yang dikakukan dengan cara fisik atau kimia (exsitu) yang terintegrasi cara biologi dalam bioreaktor ?
10 10
10 10
1. Sejarah penemuan minyak bumi memiliki dampak yang signifikan terhadap perkembangan dan kesejahteraan umat manusia. Beberapa pengaruh sejarah penemuan minyak bumi terhadap peningkatan kesejahteraan umat manusia:
Revolusi Industri:
- Peran Utama dalam Revolusi Industri:
Penemuan minyak bumi memainkan peran utama dalam Revolusi Industri pada abad ke-19. Minyak bumi digunakan sebagai sumber energi untuk menggerakkan mesin-mesin industri, menggantikan sumber energi tradisional seperti batu bara dan kayu.
- Peningkatan Produksi dan Efisiensi:
Penggunaan minyak bumi dalam mesin-mesin industri memberikan peningkatan produksi yang signifikan dan meningkatkan efisiensi proses manufaktur. Hal ini berkontribusi pada pertumbuhan ekonomi yang pesat.
Perkembangan Transportasi:
- Revitalisasi Transportasi:
Penggunaan minyak bumi sebagai bahan bakar untuk transportasi, terutama dengan ditemukannya mesin pembakaran dalam pada abad ke-20, mengakibatkan revitalisasi sektor transportasi. Mobil bermotor dan pesawat terbang menjadi lebih cepat, efisien, dan dapat diakses oleh masyarakat umum.
- Peningkatan Mobilitas:
Ketersediaan bahan bakar minyak bumi memungkinkan peningkatan mobilitas penduduk, perdagangan, dan komunikasi. Ini mendukung pertumbuhan ekonomi dan pertukaran budaya antar wilayah.
Peningkatan Kesejahteraan dan Pembangunan Ekonomi:
- Penciptaan Lapangan Kerja:
Industri minyak bumi menciptakan lapangan kerja besar-besaran, baik di sektor eksplorasi, produksi, maupun distribusi. Hal ini meningkatkan lapangan pekerjaan dan memberikan penghasilan bagi banyak orang.
Kontribusi terhadap PDB:
Sektor minyak bumi dan gas alam biasanya memiliki kontribusi besar terhadap Produk Domestik Bruto (PDB) suatu negara. Pendapatan dari ekspor minyak bumi dapat digunakan untuk mendukung pembangunan infrastruktur dan layanan publik.
Pengembangan Teknologi dan Inovasi:
- Dorongan terhadap Inovasi Teknologi:
Penemuan minyak bumi mendorong pengembangan teknologi dalam eksplorasi, produksi, dan pengolahan minyak. Inovasi ini tidak hanya bermanfaat di sektor minyak dan gas, tetapi juga memengaruhi banyak bidang industri lainnya.
Peningkatan Kesejahteraan Masyarakat:
- Akses terhadap Energi:
Penemuan minyak bumi meningkatkan akses masyarakat umum terhadap sumber energi yang terjangkau. Ini membantu meningkatkan standar hidup dan kesejahteraan masyarakat secara keseluruhan.
- Pengembangan Wilayah Perguruan Tinggi:
Keberhasilan industri minyak dan gas dalam menciptakan pendapatan dan kekayaan dapat mendukung pendidikan dan pengembangan wilayah tertentu.
Beberapa daerah dengan sumber daya minyak bumi yang melimpah telah memanfaatkan pendapatan tersebut untuk membangun lembaga-lembaga pendidikan tinggi dan infrastruktur lainnya.
Dampak Negatif:
- Pengaruh terhadap Lingkungan:
Sementara minyak bumi memberikan banyak manfaat, eksplorasi, produksi, dan penggunaan minyak juga dapat menimbulkan dampak negatif pada lingkungan, termasuk pencemaran air dan udara serta risiko tumpahan minyak.
- Ketergantungan dan Volatilitas Ekonomi:
Negara-negara yang sangat tergantung pada ekspor minyak bumi dapat mengalami volatilitas ekonomi yang signifikan karena fluktuasi harga minyak dunia.
2. Metode geoseismik digunakan untuk menentukan keberadaan minyak bumi dalam lapisan tanah dengan memanfaatkan gelombang seismik yang merambat melalui batuan. Dalam konteks eksplorasi minyak dan gas bumi, teknik ini dapat
memberikan gambaran struktur geologi dan kemungkinan adanya cekungan yang mengandung minyak atau gas. langkah-langkah umum dalam menentukan keberadaan minyak bumi menggunakan metode geoseismik:
Pemilihan Lokasi Penelitian:
- Identifikasi Area Prospek:
Identifikasi lokasi yang memiliki potensi untuk mengandung minyak atau gas berdasarkan penelitian geologi awal, data geofisika sebelumnya, dan informasi terkait lainnya.
Pemantauan Gelombang Seismik:
- Penyebab Gelombang Seismik:
Gelombang seismik dapat dihasilkan dengan cara melepaskan energi di permukaan tanah, misalnya dengan menggunakan sumber buatan seperti palu seismik atau ledakan berkontrol.
- Rekaman Gelombang:
Deteksi gelombang seismik yang dipantulkan dari batuan di bawah permukaan menggunakan alat perekam seismik (seismometer). Hasil rekaman ini disebut seismogram.
Pengolahan dan Interpretasi Data:
- Pemrosesan Seismogram:
Pemrosesan data seismik melibatkan serangkaian langkah, seperti migrasi seismik untuk meningkatkan resolusi spasial dan peningkatan kontras antara struktur geologi.
- Inversi dan Modelling:
Melakukan inversi untuk mengubah data seismik menjadi model struktur bawah permukaan yang paling konsisten dengan data pengukuran.
Identifikasi Struktur Bawah Permukaan:
- Identifikasi Patahan dan Cekungan:
Mengidentifikasi patahan dan cekungan di bawah permukaan yang mungkin mengandung minyak atau gas. Struktur-struktur ini dapat menjadi perangkap potensial untuk hidrokarbon.
Penilaian Kemungkinan Kandungan Minyak atau Gas:
- Analisis Amplitudo Gelombang:
Melakukan analisis amplitudo gelombang seismik untuk menilai potensi kandungan minyak atau gas berdasarkan karakteristik refleksi gelombang seismik.
- Interpretasi Stratigrafi:
Memahami stratigrafi batuan yang dicerminkan dalam data seismik untuk menentukan adanya lapisan-lapisan yang mungkin mengandung hidrokarbon.
Konfirmasi dengan Data Lain:
- Integrasi Data:
Mengintegrasikan data seismik dengan data geologi lainnya, seperti data sumur bor atau data magnetik, untuk mendapatkan pemahaman yang lebih lengkap tentang struktur dan komposisi bawah permukaan.
Pengeboran Sumur Bor:
- Pengeboran Sumur Eksplorasi:
Jika hasil analisis geoseismik menunjukkan potensi yang cukup besar, langkah selanjutnya adalah melakukan pengeboran sumur eksplorasi untuk mengkonfirmasi keberadaan minyak atau gas.
Evaluasi Ekonomi dan Pengembangan:
- Evaluasi Potensial Produksi:
Jika ditemukan minyak atau gas, langkah selanjutnya adalah mengevaluasi potensial produksi dan keberlanjutan ekonomi dari cekungan yang ditemukan.
3. Proses reforming dalam pengolahan minyak bumi sangat penting karena memiliki beberapa manfaat yang signifikan dalam menghasilkan produk yang lebih bernilai dan sesuai dengan kebutuhan pasar. Meskipun distilasi fraksinasi memisahkan minyak bumi menjadi fraksi-fraksi berdasarkan titik didih, reforming diperlukan untuk meningkatkan kualitas dan keberlimpahan senyawa hidrokarbon tertentu. alasan mengapa proses reforming penting dalam pengolahan minyak bumi:
- Peningkatan bilangan oktan
- Peningkatan kadar senyawa aromatik
- Peningkatan Keberlimpahan Senyawa Berunsur Aromatik - Produksi hidrogen
- Peningkatan efisiensi proses lain
- Pengurangan Senyawa Berat dan Olefin
• Pada proses pengolahan minyak bumi, distilasi fraksinasi digunakan untuk memisahkan minyak mentah menjadi beberapa fraksi berdasarkan titik didihnya. Namun, fraksi-fraksi tersebut masih mengandung senyawa-senyawa yang tidak diinginkan seperti senyawa aromatik dan senyawa oksigen. Oleh karena itu, perlu dilakukan proses reforming untuk mengubah senyawa-senyawa tersebut menjadi senyawa yang lebih bermanfaat seperti senyawa bensin yang bermutu lebih baik. Sedangkan distilasi fraksinasi hanya dapat memisahkan senyawa-senyawa berdasarkan titik didihnya, reforming dapat mengubah struktur molekul senyawa-senyawa tersebut sehingga menghasilkan senyawa yang lebih bermanfaat
• Reforming adalah perubahan dari 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 yang sama bentuk strukturnya yang berbeda. Oleh karena itu, proses ini juga disebut isomerisasi. Reforming dilakukan dengan menggunakan katalis dan pemanasan.
• Reforming juga dapat merupakan pengubahan struktur molekul dari hidrokarbon parafin menjadi senyawa aromatik dengan bilangan oktan tinggi.
Pada proses ini digunakan katalis molibdenum oksida dalam Al2O3 atau platina dalam lempung.
4. Karakteristik suatu bahan bakar berdasarkan karbon residu dapat ditentukan dengan melakukan uji karbon residu. Cara umum untuk menentukan karbon residu adalah dengan melakukan tes distilasi fraksinasi. Langkah langkah yang dilakukan yaitu
- Persiapkan Sampel: persiapan sampel dilakukan dengan menyiakan sampel bahan bakar yang akan diuji.
- Proses distilasi Fraksinasi: Distilasi fraksinasi dilakukan dengan memanaskan sampel bahan bakar secara perlahan. Berbagai fraksi bahan bakar akan dipisahkan berdasarkan titik didihnya.
- Rekam Titik Didih dan Karbon Residu: Catat titik didih masing-masing fraksi yang terpisah. Hitung jumlah karbon residu pada setiap fraksi dengan mengukur sisa residu setelah distilasi.
- Perhitungan Karbon Residu Total: Jumlahkan karbon residu dari setiap fraksi untuk mendapatkan jumlah karbon residu total.
- Analisis dan Interpretasi: Analisis hasil karbon residu untuk menentukan karakteristik bahan bakar. Bahan bakar dengan karbon residu tinggi cenderung memiliki sifat residu yang tinggi setelah pembakaran.
- Referensi Standar: Bandingkan hasil dengan standar atau spesifikasi yang ada untuk mengevaluasi apakah bahan bakar tersebut memenuhi persyaratan atau tidak.
5. Proses pengolahan minyak bumi melalui perengkahan termal, khususnya melalui operasi perengkahan viscosity breaking, merupakan suatu metode yang bertujuan untuk meningkatkan nilai tambah dan memodifikasi sifat-sifat fisik dan kimia dari produk minyak bumi. Proses ini umumnya dilakukan pada fraksi minyak berat yang memiliki viskositas tinggi. Perengkahan termal melalui operasi perengkahan viscosity breaking:
- Bahan baku - Pemanasan
- Pemecahan molekul - Penurunan viskositas - Pemisahan produk - Penggunaan produk - Pengendalian proses
- Analisis produk, Produk akhir dianalisis untuk menilai komposisi kimianya, viskositas, nilai kalor, dan sifat-sifat lainnya. Ini membantu dalam memastikan bahwa produk memenuhi spesifikasi yang diinginkan.
Manfaat Proses Perengkahan Viscosity Breaking:
- Peningkatan Nilai Tambah:
Mengubah fraksi berat dengan viskositas tinggi menjadi produk yang lebih bernilai dan mudah diolah.
- Optimasi Pemanfaatan Bahan Baku:
Memanfaatkan fraksi-fraksi berat yang mungkin tidak dapat dimanfaatkan secara ekonomis tanpa proses perengkahan.
- Penyesuaian Produk dengan Kebutuhan Pasar:
Menghasilkan produk yang sesuai dengan permintaan pasar, seperti bahan bakar cair yang memenuhi standar emisi.
Proses perengkahan viscosity breaking merupakan salah satu teknik dalam pengolahan minyak bumi yang membantu meningkatkan nilai tambah dan keberlanjutan kilang minyak. Selain itu, teknologi ini dapat memainkan peran dalam mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya dan menghasilkan produk yang lebih sesuai dengan kebutuhan pasar.
6. Keterangan
◼ Feed terdiri dari propana dan propilena menuju ke sebuah heat exchanger agar memanfaatkan panas dari aliran yang meninggalkan reaktor.
◼ Sebuah reheater akan menaikkan suhu hinga batas yang diinginkan. Dari sini feed akan memasuki catalytic reactor.
◼ Aliran yang meninggalkan reaktor menuju ke menara depropanizer, dimana propana yang tidak terkonversi akan dipisahkan.
◼ Propana akan keluar dari bagian puncak depropanizer sedangkan yang berupa cairan keluar melalui bagian dasar depropanizer menuju ke menara debutanizer.
◼ Butana yang tidak terkonversi keluar melalui puncak debutanizer sedangkan polimer gasoline keluar melalui bagian dasar.
◼ Sisa propana-propilena dapat digunakan sebagai Liquified Petroleum Gas (LPG).
◼ Suhu dan tekanan operasi ini berkisar antara 300-440°F dan 900-1200 psig tergantung produk yang diinginkan.
7. Mekanisme Reaksi Alkilasi:
Protonasi Olefin:
Asam klorida berfungsi sebagai katalis yang memprotonasi olefin (biasanya etilen) untuk membentuk karbokation etilen.
C2H4 + HCl → C2H5+ + Cl-
Pelepasan Proton dari Isobutan:
Isobutan bereaksi dengan karbokation etilen melalui mekanisme substitusi nukleofilik, di mana proton dilepaskan dari isobutan, membentuk karbokation isobutan.
C4H10 → C4H9 + + H+
Penggabungan Kation:
Kation etilen dan kation isobutan kemudian bergabung membentuk produk alkilasi, yang merupakan senyawa bercabang yang lebih besar.
C2H5+ + C4H9+ → C6H15
Regenerasi Katalis:
Asam klorida yang digunakan sebagai katalis awalnya terkonsumsi dalam reaksi, tetapi dapat dihasilkan kembali melalui reaksi dengan klorida hidrogen yang dihasilkan selama reaksi.
HCl + C4H9+ → C4H10 + Cl-
Proses alkilasi adalah suatu reaksi kimia yang menghasilkan senyawa alkil melalui penambahan gugus alkil ke dalam molekul senyawa organik melalui reaksi substitusi atau adisi. Pada proses alkilasi menggunakan bahan baku isobutan dan etilen dengan katalis asam klorida, terdapat dua tahap reaksi yang terjadi:
• Pembentukan karbokation: Isobutan direaksikan dengan asam klorida membentuk karbokation primer. Karbokation primer ini kemudian bereaksi dengan etilen membentuk karbokation sekunder.
• Penggabungan karbokation: Karbokation sekunder yang terbentuk kemudian bereaksi dengan isobutan membentuk senyawa alkilasi.
Mekanisme reaksi alkilasi dengan katalis asam klorida terjadi dengan bantuan katalisator asam halogenida. Katalis asam mudah membentuk ion dan mempercepat terjadinya reaksi alkilasi. Alkilasi aromatik dan alkohol berlangsung dengan mekanisme ion seperti alkana bercabang.
8. Tujuan proses hydrotreating/hydroprocessing adalah:
1. Memperbaiki kualitas produk akhir (seperti diesel)
2. Pretreating stream (persiapan umpan proses lanj utan) untuk mencegah keracunan katalis di downstream process: Catalytic Reforming (Platforming)
• Fluid Catalystic Cracking (FCC)
• Hydrocracking
3. Memenuhi standar lingk ungan (untuk diesel sebelum dikirim ke tangki penyimpanan produk)
9. Bioetanol dianggap sebagai sumber energi yang ramah lingkungan dan berkelanjutan:
Sumber Bahan Baku Terbarukan:
- Diperoleh dari Biomassa:
Bioetanol diproduksi dari biomassa, seperti tanaman pangan yang kaya akan karbohidrat seperti tebu, jagung, sorgum, atau tanaman energi seperti serat dari tanaman bioetanol atau biomassa lignoselulosa.
- Siklus Hidrokarbon Bersih:
Proses produksi bioetanol melibatkan tanaman yang melakukan fotosintesis, menyerap karbon dioksida (CO₂) dari udara. Ketika bioetanol dibakar, CO₂ dilepaskan kembali ke atmosfer. Dengan demikian, bioetanol memiliki siklus hidrokarbon yang bersih dan tidak meningkatkan kadar karbon di atmosfer.
Mengurangi Ketergantungan pada Bahan Bakar Fosil:
- Diversifikasi Sumber Energi:
Penggunaan bioetanol membantu mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, terutama minyak bumi. Diversifikasi sumber energi adalah langkah penting untuk meningkatkan keberlanjutan dan keamanan energi.
Potensi Pengurangan Emisi Gas Rumah Kaca:
- Emisi Bersih:
Saat bioetanol dibakar, emisi gas rumah kaca yang dihasilkan cenderung lebih rendah dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil. Ini membantu dalam upaya mengurangi dampak perubahan iklim.
- Netral Karbon atau Karbon Rendah:
Jika produksi bioetanol dilakukan dengan memperhatikan praktik-praktik pertanian dan pengolahan yang berkelanjutan, bioetanol dapat dianggap sebagai bahan bakar netral karbon atau bahan bakar dengan emisi karbon yang rendah.
Memanfaatkan Limbah Pertanian dan Tanaman Non-Pangan:
- Pemanfaatan Limbah Pertanian:
Bioetanol dapat diproduksi dari limbah pertanian atau bagian tanaman yang tidak digunakan untuk konsumsi manusia. Ini meminimalkan persaingan dengan produksi pangan dan memanfaatkan limbah pertanian yang dapat dijadikan sumber energi.
Pengembangan Teknologi:
- Pengembangan Proses Produksi:
Terdapat upaya terus-menerus untuk mengembangkan teknologi produksi bioetanol yang lebih efisien, ramah lingkungan, dan ekonomis. Inovasi ini dapat meningkatkan keberlanjutan dan daya saing bioetanol sebagai sumber energi.
Penggunaan yang Luas:
- Penggantian Bahan Bakar Konvensional:
Bioetanol dapat digunakan sebagai bahan bakar yang dapat menggantikan bahan bakar konvensional, terutama bensin. Mesin kendaraan yang telah dimodifikasi atau dirancang khusus dapat menggunakan campuran bioetanol dengan bensin (E10, E85, dll.).
Ketersediaan Bahan Baku Lokal:
- Dapat Ditanam Secara Lokal:
Bahan baku untuk produksi bioetanol dapat ditanam secara lokal, mengurangi ketergantungan pada impor minyak bumi dan meningkatkan keberlanjutan energi di tingkat lokal atau nasional.
10. Metode ini melibatkan langkah-langkah berurutan untuk mengatasi pencemaran dan menguraikan hidrokarbon dalam limbah minyak. Langkah-langkahnya:
Pemulihan dan Pengumpulan Minyak:
Skimming atau Penyapuan Permukaan dan penyisiran pantai
Penggunaan alat skimming untuk mengumpulkan minyak yang mengapung di permukaan laut. Alat ini dapat berupa kapal skimming atau perangkat lain yang dirancang untuk mengambil minyak dari permukaan laut.
Jika minyak mencapai pantai, langkah awal adalah membersihkan pantai dengan cara menyisir dan mengumpulkan minyak yang terakumulasi di pantai.
Metode Fisik dan Kimia: Pemecahan Mekanis dan Kimia
Menggunakan metode fisik seperti penyaringan, sedimentasi, atau sentrifugasi untuk memisahkan minyak dari air laut.
Penggunaan agen kimia dispersan untuk membantu memecahkan minyak menjadi droplet-droplet kecil sehingga lebih mudah terurai oleh mikroorganisme.
Bioremediasi dalam Bioreaktor: Pemindahan Limbah ke Bioreaktor, Penambahan Mikroorganisme Pengurai Minyak, Kontrol Parameter Lingkungan dan Monitoring dan Evaluasi
Minyak yang telah diumpamakan atau dipecahkan kemudian dialirkan ke dalam bioreaktor, yaitu suatu sistem yang mendukung aktivitas mikroorganisme pengurai minyak.
Menambahkan mikroorganisme pengurai minyak yang aktif biologis ke dalam bioreaktor. Bakteri atau fungi tertentu dapat digunakan untuk mendegradasi hidrokarbon dalam minyak.
Mengontrol parameter lingkungan dalam bioreaktor, seperti suhu, pH, dan ketersediaan nutrien, untuk menciptakan kondisi yang optimal bagi pertumbuhan dan aktivitas mikroorganisme pengurai.
Memantau dan mengevaluasi efisiensi bioreaktor dalam menguraikan minyak.
Ini melibatkan pengukuran tingkat degradasi hidrokarbon dan penilaian kualitas air setelah proses bioremediasi.
