Analisa Merkaptan Sulfur Pada Bensin 88 Dengan Metode Uji Doctor Test IP-30 Dan ASTM-D-3227 Di Pertamina Refinery Unit II Dumai
16
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
Universitas Sumatera Utara
17
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
atau menjadi gas, akan terbawah oleh aliran air atau udara. (Hardjono,A.2001)
Universitas Sumatera Utara
18
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
Universitas Sumatera Utara
19
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
Carbon (C)
Hidrogen (H)
Sulfur (S)
Nitrogen (N)
Oksigen (O)
84 – 87
11 – 14
0–3
0–1
0–2
Persen (%)
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 :
Universitas Sumatera Utara
20
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.
Universitas Sumatera Utara
21
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
Universitas Sumatera Utara
22
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
Universitas Sumatera Utara
23
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.
Universitas Sumatera Utara
24
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
Universitas Sumatera Utara
25
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 senyawasenyawa yang bukan hidrokarbon.Untuk menghilangkan 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
Universitas Sumatera Utara
26
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
Universitas Sumatera Utara
27
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.
Universitas Sumatera Utara
28
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,
Universitas Sumatera Utara
29
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.
Universitas Sumatera Utara
30
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.
Universitas Sumatera Utara
31
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
Universitas Sumatera Utara
32
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 (
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
Universitas Sumatera Utara
17
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
atau menjadi gas, akan terbawah oleh aliran air atau udara. (Hardjono,A.2001)
Universitas Sumatera Utara
18
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
Universitas Sumatera Utara
19
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
Carbon (C)
Hidrogen (H)
Sulfur (S)
Nitrogen (N)
Oksigen (O)
84 – 87
11 – 14
0–3
0–1
0–2
Persen (%)
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 :
Universitas Sumatera Utara
20
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.
Universitas Sumatera Utara
21
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
Universitas Sumatera Utara
22
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
Universitas Sumatera Utara
23
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.
Universitas Sumatera Utara
24
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
Universitas Sumatera Utara
25
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 senyawasenyawa yang bukan hidrokarbon.Untuk menghilangkan 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
Universitas Sumatera Utara
26
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
Universitas Sumatera Utara
27
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.
Universitas Sumatera Utara
28
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,
Universitas Sumatera Utara
29
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.
Universitas Sumatera Utara
30
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.
Universitas Sumatera Utara
31
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
Universitas Sumatera Utara
32
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 (