Elemen Kimia dalam Minyak Bumi

Elemen Kimia
dalam
M inyak Bumi

M inyak Bumi (M B)
Komponen minyak bumi:

• hidrokarbon (hydrocarbon, HC)
jumlah 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

Logam

0,00

–

0,10

1

Fraksi M inyak Bumi

Pengelompokan Hidrokarbon
•
•
•
•

Jenuh, rantai terbuka (alkana atau parafin)
Jenuh, rantai tert ut up/ siklis (naften)
Tidak jenuh, rantai tert ut up (aromat is)
Tidak jenuh, rantai terbuka (alkena atau olefin)

 terjadi

karena
pengolahan

rengkahan

selama

proses

2

HC Jenuh, Rantai Terbuka
(Parafin)
Termasuk kelompok gugus alkana, rumus empiris: CnH2n+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

Contoh n-parafin:
n-heptana (octane number 0)

n-hexadecana (cetane number 100)

HC Jenuh, Rantai Terbuka
(Parafin)
Termasuk kelompok gugus alkana, rumus empiris: CnH2n+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,
mudah dipecah (cracking )

3

HC Jenuh, Rantai Terbuka

(Parafin)
Isoparafin memiliki kandungan angka oktan t inggi,
tapi secara alami hanya terbent uk sedikit sekali
i-oktana merupakan golongan rantai bercabang
yang paling diinginkan dalam jumlah besar &
terbent uk oleh reaksi hydrocracking
Contoh isoparafin

Isooktana / 2,2,4-t rimet ilpentana
(octane number 100)

Senyawa Hidrokarbon Parafin (CnH2n+2)
C1–C4 berupa gas pada T kamar, P at mosfer

• M etana (CH4) dan etana (C2H6): komponen
utama gas alam

• Propana, butana dan i-butana: komponen utama
LPG
C5–C16 berupa cairan pada T kamar, P at mosfer

• i-oktana: golongan rantai bercabang yang paling
diinginkan dalam jumlah besar
>C16 berupa padatan pada T kamar, P at mosfer

• Terutama terdapat dalam malam parafin

4

HC Jenuh, Rantai 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: CnH2n

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

• Disebut juga senyawa sikloalkana/ sikloparafin
• Penamaan: siklopropana, siklobutana, dst (siklo diikut i
nama alkananya)

Senyawa Hidrokarbon Naften (CnH2n)

Siklo pentana

Siklo heksana

5

HC Tidak Jenuh, Rantai Tert ut up
(Aromatis)
• M erupakan senyawa hidrokarbon t idak jenuh, rum us
empiris: CnH2n-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 (oxilene: 144 C, m-xilene: 139 C, p-xilene: 138 C)

Senyawa Hidrokarbon M ono-Aromat
Benzene

Toluene

6

Senyawa Hidrokarbon Poli-Aromat
Napht halene
(C10H8)

M et hylnapht halene
(cetane number 0)

HC Tidak Jenuh, Rantai Terbuka
(Olefin)
• M erupakan senyawa HC t idak jenuh dengan sat u
buah ikatan rangkap 2 (alkena)

• Tidak terdapat dalam minyak mentah
• Terbent uk dalam proses dist ilasi minyak mentah
atau dalam proses rengkahan (cracking )

• Termasuk senyawa yang reakt if
• Etene (C2H4), propena dan butena berbent uk gas
• C5–C16 berbent uk cair, >C16 berbent uk padat

7

Senyawa Hidrokarbon Olefin (CnH2n)

Etene (Et ilen)

Senyawa Hidrokarbon Diolefin (CnH2n-2)
• M erupakan senyawa HC t idak jenuh dengan
dua buah ikatan rangkap 2

• Tidak terdapat dalam minyak mentah
• Terbent uk dalam dist ilasi minyak mentah dan
dalam proses rengkahan (cracking )

• Termasuk senyawa yang t idak st abil dan
sangat reakt if

• Contoh: butadiena (C2H4)
CH2 = CH – CH = CH2

8

Senyawa 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)

Senyawa Belerang

Bila density suat u minyak bumi tinggi (API rendah), berpeluang
kandungan sulfurnya tinggi
Belerang menimbulkan kerugian, antara lain:
• Pencemaran udara
Senyawa S berbau tidak sedap dengan TD rendah, misal H2S, SO2
• Korosi
Korosi terjadi pada suhu > 300 F (149 C)
• M enurunkan angka oktan bensin
Tergantung pada jumlah dan tipe senyawa belerang (merkaptan
dan etil trisulfida); 0,1% S dapat menurunkan 0–2 satuan angka
oktan
• M eracuni katalis
M is. katalis platina, jika terdapat belerang dalam umpan nafta
Kandungan belerang harus dibatasi serendah mungkin (mak 0,2
ppm)

9

Senyawa Oksigen
• Hasil oksidasi yang t idak larut dapat menyumbat
pipa-pipa dalam sistem perpipaan

• Kandungan oksigen dalam minyak bumi t idak
proprsional dengan berat jenis API

• Dimungkinkan M B berhubungan dengan udara
sehingga terdapat oksigen yang bereaksi dengan
unsur–unsur yang terkandung dalam minyak
bumi unt uk menghasilkan senyawaan oksigen

Senyawa 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
dammar dalam karburator

pem bent ukan

• M enyebabkan terjadinya endapan minyak bakar dalam
penyimpanannya

10

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

• Berdasarkan kandungan malam dan aspal
• Berdasarkan US Bureau of M ines
• Berdasarkan komposisi kimia

11

Berdasarkan API Gravit y
• M erupakan klasifikasi yang paling sederhana
• Jika gravitas API minyak mentah t inggi atau berat
jenis mentah rendah, maka kecenderungan
minyak mentah tersebut mengandung fraksi
ringan dalam jumlah yang sangat besar

• M inyak mentah dengan gravitas 35 API biasanya
lebih berharga daripada minyak mentah dengan
gravitas 30  API.

Berdasarkan API Gravit y
Dikelompokkan menjadi 5 jenis minyak mentah:

•
•
•
•
•

M inyak mentah ringan
M inyak mentah ringan sedang
M inyak mentah berat sedang
M inyak mentah berat
M inyak mentah sangat berat

12

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
Sebagian besar minyak mentah (sekitar 90%) termasuk
dalam golongan minyak mentah dasar campuran,
sedang 10% lainnya termasuk dalam golongan minyak
mentah dasar parafin dan aspal

13

Berdasarkan US Bureau of M ines
• M erupakan klasifikasi yang banyak digunakan saat ini
• Sebagai dasar klasifikasi digunakan gravit as API fraksi
kunci nomer 1 dan 2, yang diperoleh dengan alat dist ilasi
Hample Standar
• Fraksi kunci nomer 1 adalah fraksi minyak bumi yang
mendidih pada suhu antara 482–527 F atau antara 250–
275 C pada tekanan 1 at m
• Fraksi kunci nomer 2 mendidih pada suhu antara 527–572
 F atau 275–300 C pada tekanan 40 mmHg
• Fraksi kunci nomer 1 termasuk dalam fraksi kerosin,
sedang fraksi kunci nomer 2 termasuk dalam fraksi minyak
pelumas

Berdasarkan US Bureau of M ines

Dalam praktek, golongan 3 dan 7 belum pernah dijumpai

14

Berdasarkan Komposisi Kimia
Klasifikasi ini mempunyai daerah antara 250–
300 C

Produk Utama M inyak Bumi
PT Pertamina RU V Balikpapan
•
•
•
•
•
•
•

Liquified Pet roleum Gas (LPG)
Premium
Kerosin
Aviat ion Gas Turbine Fuel (Avt ur)
Indust rial Diesel Oil (IDO)
Automot ive Diesel Oil (ADO)
Pertamax dan Pertamax Plus

15

Produk Utama M inyak Bumi
PT Pertamina RU V Balikpapan
Liquified Pet roleum Gas (LPG)

• LPG propan, dengan kandungan propan 95%
• LPG butan, dengan kandungan butan 97,5%
• LPG mixed, dengan campuran propan (70–80 %)
dan butan (20–30 %)
LPG propan dan butan digunakan dalam indust ri
LPG mixed digunakan dalam rumah tangga
Selalu ditambahkan indikator merkaptan sebagai
indikator bau (pendeteksi adanya kebocoran)

Produk Utama M inyak Bumi
PT Pertamina 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
TEL: t et raet hyl lead, Pb(C2H5)4)

16

Produk Utama M inyak Bumi
PT Pertamina RU V Balikpapan
Kerosin
(disebut juga minyak parafin)

• M erupakan minyak berwarna kuning pucat bening,
dengan aroma antara bensin dan minyak diesel

• Berasal dari dist ilat minyak mentah dengan flash
point sekitar 25 C

Produk Utama M inyak Bumi
PT Pertamina RU V Balikpapan
Avt ur

• M erupakan campuran nafta dan kerosin, berupa
kerosin keduk langsung (st raight run kerosene)

• Digunakan unt uk bahan bakar kapal terbang
dengan mesin t urbin
IDO

• Bahan bakar unt uk alat -alat indust ri bermesin
diesel

• M erupakan campuran fuel oil (20% v/ v) dan ADO
(80% v/ v)

17

Produk Utama M inyak Bumi
PT Pertamina RU V Balikpapan
ADO

• Biasa disebut solar atau gas oil
• Bahan bakar kendaraan bermotor bermesin diesel
Pertamax, Pertamax Plus

• M odifikasi dari premium dengan nilai oktan
pertamax 92 dan pertamax plus 95

Produk Samping M inyak Bumi
PT Pertamina RU V Balikpapan
• Wax
Diperoleh
parafinik

dari

minyak

mentah

yang

bersifat

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

• Low Sulfur Waxy Residue (LSWR)
Hasil bawah High Vacuum Unit (HVU)
Bahan baku pembuatan resin di Jepang

18

Proses Pemisahan
• 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 Thermal
Perengkahan Hidrogen
Reformasi Katalit ik
Polimerisasi
Alkilasi
Isomerisasi

19

Angka Oktan dan Knocking
• Angka oktan: angka yang menunjukkan seberapa besar
•

•
•
•

tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara
spontan.
Di dalam mesin, campuran udara dan bensin (dalam bentuk
gas) ditekan oleh piston sampai dengan volum e yang sangat
kecil dan kemudian dibakar oleh percikan api yang dihasilkan
busi.
Karena besarnya tekanan ini, campuran udara dan bensin
juga bisa terbakar secara spontan sebelum percikan api dari
busi keluar.
Jika campuran gas ini terbakar karena tekanan yang tinggi
(dan bukan karena percikan api dari busi), maka akan terjadi
knocking atau ketukan di dalam mesin.
Knocking ini akan menyebabkan mesin cepat rusak, sehingga
sebisa mungkin harus kita hindari.

Angka Oktan dan Knocking
• Nama oktan berasal dari oktana (C8), karena
dari seluruh molekul penyusun bensin, oktana
yang memiliki sifat kompresi paling bagus.

• Oktana dapat dikompres sampai volume kecil
tanpa mengalami pembakaran spontan.

• Berbeda dengan heptana, misalnya, yang
dapat terbakar
ditekan sedikit.

spontan

meskipun

baru

20

Angka Oktan
Beberapa contoh angka oktan unt uk bahan bakar:

•
•
•
•
•

87 → Bensin standar di Amerika Serikat

88 → Bensin tanpa t imbal, Premium
91 → Bensin standar di Eropa
92 → Bensin standar di Taiwan, Pertamax
95 → Pertamax Plus

Zat Adit if Bensin
• TEL

(tet raet hyl lead ,
menaikkan angka oktan

Pb(C2H5)4 ):

unt uk

• EB (et ilen bromida, C2H5Br): unt uk mengubah
Pb dalam bent uk padat menjadi gas

• M TBE (met hyl tert iary but yl et her , C5H11O):
dari etanol, unt uk menaikkan angka oktan dan
dapat menambahkan oksigen pada campuran
gas dalm mesin
M TBE murni memiliki angka oktan 118

21

Zat Adit if Bensin
• Etanol dengan bilangan okt an 123 juga
digunakan sebagai campuran

• Etanol lebih unggul dari TEL dan M TBE karena
t idak mencemari udara dengan t imbal.

• Etanol semakin sering dipergunakan sebagai
komponen bahan bakar setelah harga minyak
bumi semakin meningkat .

Pembakaran pada M esin

22

M esin 4-tak
(Four-St roke Engine)

M esin 4-tak
(Four-St roke Engine)

23

Tahapan dalam M esin 4-tak

Keterangan gambar:

• INTAKE
– Gerakan ke bawah
udara/ bb ke dalam

unt uk

menarik

campuran

• COM PRESSION
– Kompresi unt uk efisiensi yang lebih baik

• POW ER
– Pembakaran yang dimulai oleh busi (spark plug)

• EXHAUST
– M endorong hidrokarbon yang telah dibakar keluar

24

M esin 2-tak
(Two-St roke
Engine)

25

Diesel
Engine

Model Diesel Engine

26

Angka Setana atau Cet ane Number (CN)
• Angka Setana atau CN (Cetane Number) adalah ukuran yang
•
•

•
•

menunjukkan kualitas dari bahan bakar untuk diesel.
Angka bahan bakar setana yang lebih tinggi akan memiliki
periode pengapian lebih pendek daripada bahan bakar
setana bernilai rendah.
Semakin tinggi angka setana akan lebih mudah bagi bahan
bakar untuk terbakar dalam kompresi. Dengan bahan bakar
yang mudah terbakar maka akan mengurangi ketukan dari
mesin diesel, sehingga mesin akan lebih halus.
Karena itu bahan bakar yang lebih tinggi setananya akan
menyebabkan mesin untuk berjalan lebih lancar dan tenang.
Bila nilai setananya lebih rendah maka akan terjadi delay
sehingga menambah ketukan pada proses pembakaran.

Angka Setana
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
Biodiesel dari minyak nabat i umumnya memiliki CN
46-52, sedang dari lemak hewani memiliki CN 56-60

27