Guruh Akbar: Produk Kilang Minyak Bumi

Asal Minyak Bumi

Minyak mentah atau crude oil adalah cairan coklat kehijauan sampai hitam yangterutama terdiri dari karbon dan hidrogen. Teori yang paling umum digunakan untukmenjelaskan asal-usul minyak bumi adalah “organic source materials”. Teori inimenyatakan bahwa minyak bumi merupakan produk perubahan secara alami dari zat-zatorganik yang berasal dari sisa-sisa tumbuhan dan hewan yang mengendap selama ribuansampai jutaan tahun. Akibat dari pengaruh tekanan, temperatur, kehadiran senyawalogam dan mineral serta letak geologis selama proses perubahan tersebut, maka minyakbumi akan mempunyai komposisi yang berbeda di tempat yang berbeda.

Komposisi Minyak Bumi

Minyak bumi memiliki campuran senyawa hidrokarbon sebanyak 50-98% berat,sisanya terdiri atas zat-zat organik yang mengandung belerang, oksigen, dan nitrogen serta senyawa-senyawa anorganik seperti vanadium, nikel, natrium, besi,aluminium, kalsium, dan magnesium. Secara umum, komposisi minyak bumi dapat dilihatpada tabel berikut :

Tabel 1. Komposisi Elemental Minyak Bumi

Komposisi	Persen
Karbon (C)	84 – 87
Hidrogen (H)	11 – 14
Sulfur (S)	0 – 3
Nitrogen (N)	0 – 1
Oksigen (O)	0 – 2

1. Hydrocarbon
Golongan hidrokarbon-hidrokarbon yang utama adalah parafin, olefin, naften, dan aromat.

Parafin
Parafin adalah kelompok senyawa hidrokarbon jenuh berantai lurus (alkana), CnH2n+2. Contohnya adalah metana (CH4), etana (C2H6), n-butana (C4H10),isobutana (2-metil propana, C4H10), isopentana (2-metilbutana, C5H12), dan isooktana (2,2,4-trimetil pentana, C8H18). Jumlah senyawa yang tergolong ke dalam senyawa isoparafin jauh lebih banyak daripada senyawa yangtergolong n- parafin. Tetapi, di dalam minyak bumi mentah, kadar senyawaisoparafin biasanya lebih kecil daripada n-parafin.

Olefin
Olefin adalah kelompok senyawa hidrokarbon tidak jenuh, CnH2n. Contohnyaetilena

(C2H4), propena (C3H6), danbutena (C4H8

Naftena
Naftena adalah senyawa hidrokarbon jenuh yang membentuk struktur cincin dengan rumus molekul CnH2n. Senyawa-senyawa kelompok naftena yangbanyak ditemukan adalah senyawa yang struktur cincinnya tersusun dari 5 atau6 atom karbon. Contohnya adalah siklopentana (C5H10), metilsiklopentana(C6H12) dan sikloheksana (C6H12). Umumnya, di dalam minyak bumi mentah, naftena merupakan kelompok senyawahidrokarbon yang memiliki kadar terbanyak kedua setelah n-parafin

Aromatic
Aromatik adalah hidrokarbon-hidrokarbon tak jenuh yang berintikan atom-atom karbon yang membentuk cincin benzen (C6H6). Contohnya benzen (C6H6), metilbenzen (C7H8), dan naftalena (C10H8). Minyak bumi dari Sumatera dan Kalimantan umumnya memiliki kadar aromat yang relatif besar

2. Non Hydrocarbon
Selain senyawa-senyawa yang tersusun dari atom-atom karbon dan hidrogen, didalam minyak bumi ditemukan juga senyawa non hidrokarbon seperti belerang,nitrogen, oksigen, vanadium, nikel dan natrium yang terikat pada rantai atau cincinhidrokarbon. Unsur-unsur tersebut umumnya tidak dikehendaki berada di dalamproduk-produk pengilangan minyak bumi, sehingga keberadaannya akan sangat mempengaruhi langkah-langkah pengolahan yang dilakukan terhadap suatu minyakbumi.

Sulfur
Belerang terdapat dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S), belerang bebas (S), merkaptan (R-SH, dengan R=gugus alkil), sulfida (R-S-R’), disulfida (R-S-S-R’)dan tiofen (sulfida siklik). Senyawa-senyawa belerang tidak dikehendaki karena :
a. menimbulkan bau tidak sedap dan sifat korosif pada produkpengolaha
b. mengurangi efektivitas zat-zat bubuhan pada produkpengolahan.
c. meracuni katalis-katalis perengkahan.
d. menyebabkan pencemaran udara (pada pembakaran bahan bakarminyak, senyawa belerang teroksidasi menjadi zat-zat korosif yangmembahayakan lingkungan, yaitu SO2 dan SO3).

Nitrogen
Senyawa-senyawa nitrogen dibagi menjadi zat-zat yang bersifat basa seperti3- metilpiridin (C6H7N) dan kuinolin (C9H7N) serta zat-zat yangtidak bersifat basa seperti pirol (C4H5N), indol (C8H7N) dankarbazol (C12H9N). Senyawa-senyawa nitrogen dapat mengganggu kelancaranpemrosesan katalitik yang jika sampai terbawa ke dalam produk, berpengaruhburuk terhadap bau, kestabilan warna, serta sifat penuaan produk tersebut

Oksigen
Oksigen biasanya terikat dalam gugus karboksilat dalam asam-asamnaftenat (2,2,6-trimetilsikloheksankarboksilat, C10H18O2) dan asam-asam lemak(alkanoat), gugus hidroksi fenolik dan gugus keton. Senyawa oksigen tidakmenyebabkan masalah serius seperti halnya senyawa belerang dan senyawa nitrogen pada proses-proses katalitik.

3. Senyawa Logam
Minyak bumi biasanya mengandung 0,001-0,05% berat logam. Kandungan logamyang biasanya paling tinggi adalah vanadium, nikel dan natrium. Logam-logam initerdapatbentuk garam terlarut dalam air yang tersuspensi dalam minyak atau dalam bentuk senyawa organometal yang larut dalam minyak. Vanadium dan nikel merupakan racun bagi katalis-katalis pengolahan minyak bumi dan dapat menimbulkan masalah jika terbawa ke dalam produk pengolahan.

Karakterisasi Minyak Bumi

Minyak bumi merupakan campuran yang sangat kompleks dari hidrokarbon-hidrokarbon penyusunnya. Oleh karena itu, analisis kadar senyawa-senyawa penyusunnya yang bukan saja amat sulit dilakukan, juga kurang berguna dalam praktek. Analisis elemental yang menentukan kadar-kadar unsur karbon, hidrogen, belerang, nitrogen, oksigen dan logam- logam juga tidak memberi gambaran mengenai karakter dan sifat minyak bumi yang dihadapi. Padahal, dalam merancang proses pengolahan minyak bumi mentah, informasi- informasi tersebut sangat dibutuhkan. Mengingat hal itu, orang mulai mengembangkan metode-metode semi empirik untuk mengkarakterisasi minyak bumi berdasarkan hasil-hasil pengukuran sifat-sifat fisik dan kimia yang mudah ditentukan.

1. Berat jenis

Berat jenis minyak bumi umumnya dinyatakan dalam satuan oAPI, yang didefinisikan sebagai berikut :

API = 141,5 − 131,5 s

dengan s = berat jenis 60/60 = densitas minyak pada 60 oF (15,6 oC) dibagi dengan densitas air pada 60 oF. Persamaan tersebut menunjukkan bahwa oAPI akan semakin besar jika berat jenis minyak makin kecil. Berat jenis (specific gravity) kadang-kadang digunakan sebagai ukuran kasar untuk membedakan minyak mentah, karena minyak mentah dengan berat jenis rendah biasanya adalah parafinik. Perkiraan jenis minyak bumi ditunjukkan sebagai berikut:

Tabel 2. Perkiraan Jenis Minyak Bumi Berdasarkan OAPI

Jenis minyak bumi	Specific gravity (s)	oAPI
Ringan	0,830	39
Medium ringan	0,830-0,850	39-35
Medium berat	0,850-0,865	35-32,1
Berat	0,965-0,905	32,1-24
Sangat berat	0,905	24,8

2. Pour point

Pour point atau titik tuang adalah harga temperatur yang menyebabkan minyak bumi yang didinginkan mengalami perubahan sifat dari bisa menjadi tidak bisa dituangkan atau sebaliknya. Makin rendah titik tuang, berarti kadar parafin makin rendah sedangkan kadar aromatnya makin tinggi.

3. Distilasi/Rentang pendidihan

Pengukuran rentang pendidihan menghasilkan petunjuk tentang kualitas dan kuantitas berbagai fraksi yang terdapat dalam minyak bumi. Pengujian rentang pendidihan yang lazim dilakukan di laboratorium-laboratorium karakterisasi minyak bumi antara lain distilasi ASTM atau distilasi Engler (distilasi sederhana), distilasi Hempel, dan distilasi TBP (True Boiling Point).

Salah satu penggunaan terpenting hasil pengukuran berat jenis dan rentang pendidihan suatu minyak bumi adalah untuk menentukan faktor karakterisasi Watson atau UOP (Universal Oil Products Co.) dan index korelasi (CI) USBM (United States Bureau of Mines).
Produk-produk Utama yang Bisa Diperoleh
1. Gas-gas hidrokarbon ringan
Komponen-komponennya adalah senyawa-senyawa parafinik dengan titik didih normal <30 oC dan pada tekanan atmosfer berwujud gas, yaitu metana (CH4), etana(C2H6), propana (C3H8), isobutana (i-C4H10) dan n-butana (n-C4H10). Gas-gastersebut lazim disebut sebagai gas kilang. Propana dan butana biasanya dipisahkan dari gas kilangdan dicairkan untuk dijual sebagai LPG (Liquefied Petroleum Gases). LPG digunakansebagai bahan bakar rumah tangga atau sebagai bahan bakar motor yang telahdisesuaikan penggunaannya.
Pemisahan komponen gas kilang berupa campuran etana, propana dan butana digunakan sebagai bahan mentah pembuatan olefin dalam proses perengkahan kukus (steam cracking) Selain itu, gas kilang dapat dimanfaatkan langsung tanpa mengalami prosespemisahan sebagai :
a. bahan mentah dalam reformasi kukus (steam reforming) untuk pembuatangas sintesis (campuran CO dan H2) Cn H m + nH 2 O → nCO + (n + m / 2)H 2
b. dijadikan bahan bakar untuk ketel-ketel kukus, turbin-turbin gas, dan tungku-tungku pemanas di dalam kilang.

2. Bensin (gasolin)
Mulanya bensin adalah produk utama dalam industri minyak bumi yang merupakan campuran kompleks dari ratusan hidrokarbon dan memiliki rentang pendidihanantara 30-200 oC. Bensin adalah bahan bakar mesin siklus Otto yang banyak digunakansebagai bahan bakar alat transportasi darat (mobil). Kinerja yang dikehendaki daribensin adalah anti knocking. Knocking adalah peledakan campuran (uap bensindengan udara) di dalam silinder mesin dengan siklus Otto sebelum busi menyala. Peristiwa knockingini sangat mengurangi daya mesin. Hidrokarbon rantai lurus cenderungmembangkitkan knocking. Sementara, hidrokarbon bercabang, siklik maupun aromatik cenderung bersifat anti knocking. Tolok ukur kualitas anti knocking sering disebut sebagaibilangan oktan (octane number). Skalanya didasarkan kepada n-heptana memilikibilangan oktan nol dan isooktana memiliki bilangan oktan seratus. Bensin dikatakan memiliki bilangan oktan X, dengan 0 < X > 100, jika kualitas pembakaran bensintersebut setara dengan kualitas pembakaran campuran X% volum isooktan dan (100-X)% volum n-heptana. Rumusan Bilangan Oktan sebagai berikut

Bilangan Oktan = 100 + PN − 100
3
dengan

PN (Performance Number ) = 100 ×daya mesin yang dihasilkan bensin
daya mesin yang dihasilkan isooktan
Dalam pengujiannya, terdapat dua jenis bilangan oktan yaitu bilangan oktan riset RON (Research Octane Number) dan bilangan oktan motor MON (Motor OctaneNumber). RON diukur pada kondisi pengujian yang mewakili kondisi di dalam kota,kecepatan rendah dan frekuensi percepatan/perlambatan tinggi. Sedangkan MON diukur pada kondisi pengujian yang mewakili kondisi di jalan raya bebas hambatan, kecepatan tinggi dan frekuensi percepatan/perlambatan rendah. Bilangan oktan yangdiumumkan adalah rata-rata aritmatik kedua bilangan oktan tersebut yang kemudiandisebut sebagai PON (Posted Octane Number). Senyawa aromatik dan parafin bercabang mempunyaiangka oktan paling tinggi, sedangkan n-parafin memiliki biilangan oktan yang palingrendah. Naftenik, olefin dan parafin bercabang sedikit memiliki bilangan oktan yangsedang. Kenaikan panjang rantai hidrokarbon parafin menurunkan angka oktan

Penambahan senyawa-senyawa organik logam berat dapat meningkatkan bilangan oktan bensin. Senyawa yang paling efektif dalam meningkatkan bilangan oktan adalah TEL (Tetra Ethyl Lead, Pb(C2H5)4). Senyawa ini larut dalam bensin dan dapat mengakibatkan kenaikan yang besar pada bilangan oktan bensin yang ditambahkan. Kenaikan bilangan oktan karena penambahan TEL semakin kecil jika bilangan oktan semula semakin besar. Tetapi, penambahan TEL atau senyawa-senyawa logam berat lainnya dapat mencemari atmosfir dan menjadi racun bagi orang yang menghirupnya, maka digunakanlah senyawa-senyawa pengganti logam berat tersebut yaitu senyawa alkohol dan eter seperti metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH), Metil Tersier Butil Eter (MTBE), Etil Tersier Butil Eter (ETBE) dan Tersier Amil Metil Eter (TAME). Aditif yang berasal dari eter memiliki afinitas terhadap air yang lebih kecil daripada aditif yang berasal dari alkohol. Bensin yang dicampuri eter lebih tidak menarik air dari udara bebas (adanya air akan merusak mutu bensin).

3. Kerosin, bahan bakar pesawat jet, dan minyak diesel
Ketiga kelompok ini memiliki rentang pendidihan yang mirip. Kerosin disebut juga dengan minyak tanah dan digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga. Rentang pendidihannya antara 175-275 oC. Tolok ukur kualitas ketiga kelompok ini adalah “smoke point”. Smoke point adalah titik nyala tertinggi (dalam mm) yang dapat dihasilkan tanpa membangkitkan asap. Semakin tinggi kadar senyawa aromat dalam minyak bumi tersebut, maka smoke point-nya pun semakin rendah. Tolok ukur lainnya adalah “flash point” yang merupakan temperatur terendah yang membuat uap minyak bumi mulai meletup jika disodori api kecil. Kerosin yang bagus memiliki smoke point 17 dan flash point > 40 oC.

Bahan bakar pesawat jet dibedakan untuk kebutuhan sipil dan militer. Untuk keperluan sipil, rentang pendidihannya 175-290 oC, kadar aromat maksimum 20% volum, dan flash point >40 oC. Sedangkan untuk keperluan militer rentang pendidihannya 65-290 oC dengan kadar aromat maksimum 25% volum.

Minyak diesel adalah bahan bakar untuk mesin siklus diesel. Mesin dengan siklus diesel tidak menggunakan busi, tetapi menggunakan penyalaan mandiri minyak diesel panas ke dalam silinder berisi udara bertekanan tinggi. Oleh karena itu, minyak diesel diharapkan memiliki kecenderungan untuk menyala sendiri. Tolok ukurnya adalah bilangan setan (cetane number). Minyak diesel memiliki bilangan setan X jika performa minyak diesel tersebut memiliki kualitas yang setara dengan campuran X% volume n- heksadekan (n-C16H34) dan (100-X)% volume α-metil naftalena (C10H7CH3). Minyak diesel untuk kenderaan otomotif biasa disebut solar dengan rentang pendidihan 175-340 oC dengan bilangan setan > 50. Sedangkan minyak diesel untuk kereta api memiliki bilangan setan 40 s/d 45 dengan rentang pendidihan 180-370 oC.

4. Minyak bakar

Minyak bakar terbagi atas lima jenis, yaitu minyak bakar no. 1, no. 2, no. 4, no. 5 dan no. 6. Minyak bakar no. 1 sangat mirip kerosin tetapi memiliki titik tuang dan titik akhir rentang pendidihan yang lebih tinggi. Minyak bakar no. 2 (IDO=Industrial Diesel Oil) sangat mirip dengan minyak diesel otomotif. Minyak bakar no. 1 dan no. 2 serta kerosin, bahan bakar pesawat jet dan minyak diesel biasa disebut sebagai BBM distilat (distillate fuels). Minyak bakar no. 4, no. 5 dan no. 6 disebut BBM residu karena berasal dari sisa distilasi minyak bumi mentah pada tekanan atmosferik. Minyak bakar no. 4 adalah yang paling ringan di antara ketiganya dan memiliki titik tuang -7 oC. Minyak bakar no. 5 masih berupa fluida pada temperatur di atas 10 oC sedangkan minyak bakar no. 6 harus dipanaskan terlebih dahulu untuk bisa mengalir. Makin besar nomor minyak bakar, makin tinggi nilai kalornya.

5. Produk-produk lain

Produk-produk lainnya seperti minyak pelumas, petroleum waxes (lilin), petroleum greases (gemuk), aspal dan kokas.

(Diambil dari Buku Pintar Migas Indonesia)

Kolom Fraksinasi