Komposisi Minyak Bumi

Komposisi Minyak Bumi

Penampakan fisik minyak bumi sangat beragam, tergantung dari komposisinya. Pada umumnya, minyak bumi yang baru dihasilkan dari sumur pengeboran berupa lumpur berwarna hitam atau cokelat gelap, meskipun ada juga minyak bumi yang berwarna kekuningan, kemerahan, atau kehijauan. Minyak hasil pengeboran ini disebut minyak mentah (crude oil).

1. Komposisi Hidrokarbon pada Minyak Bumi

Minyak bumi tersusun dari senyawa hidrokarbon yang berbeda-beda. Perbedaan ini tergantung dari faktor umur, suhu pembentukan, dan cara pembentukan. Minyak dari Indonesia mengandung banyak senyawa aromatik seperti benzena, sedangkan minyak bumi dari Rusia mengandung banyak senyawa sikloalkana seperti sikloheksana. Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan, diketahui bahwa dalam minyak bumi terdiri atas bermacam-macam senyawa hidrokarbon. Senyawa-senyawa hidrokarbon tersebut sebagai berikut.

1.1. Alkana

Golongan alkanan yang banyak terdapat dalam minyak bumi adalah n-alkana dan isoalkana. n-alkana adalah alkana jenuh berantai lurus dan tidak bercabang, contoh n-oktana.

Isoalkana adalah alkana jenuh yang rantai induknya mempunyai atom C tersier dan bercabang, contoh isooktana.

Alkana disebut juga parafin. Parafin adalah senyawa hidrokarbon tersatuasi yang mengandung rantai lurus atau bercabang yang molekulnya hanya terdiri atas atom karbon (C) dan hidrogen (H).

1.2. Sikloalkana

Sikloalkana adalah senyawa hidrokarbon berantai tunggal dan berbentuk cincin. Golongan sikloalkana yang terdapat dalam minyak bumi adalah siklopentana seperti metil siklopentana dan sikloheksana seperti etil sikloheksana. Sikloalkana juga dikenal dengan nama naptena. Naptena adalah senyawa hidrokarbon tersaturasi yang mempunyai satu atau lebih ikatan rangkap pada karbonnya. Naptena memiliki rumus umum C_nH_2n dan mempunyai ciri-ciri mirip alkana tetapi mempunyai titik didih yang lebih tinggi.

1.3. Hidrokarbon Aromatik

Hidrokarbon aromatik adalah hidrokarbon yang tidak tersaturasi, memiliki satu atau lebih cincin planar karbon-6 atau cincin benzena. Pada struktur ini, atom hidrogen berikatan dengan atom karbon dengan rumus umum C_nH_n. Jika hidrokarbon aromatik dibakar, akan menimbulkan asap hitam pekat dan beberapa bersifat karsinogen (menyebabkan kanker). Senyawa hidrokarbon aromatik yang terdapat dalam minyak bumi adalah senyawa benzena, contoh etil benzena.

2. Kandungan Unsur Kimia dalam Minyak Bumi

Secara umum, komponen minyak bumi terdiri atas lima unsur kimia, yaitu 83-87% karbon, 10-14% hidrogen, 0,05-6% belerang, 0,05-1,5% oksigen, 0,1-2% nitrogen, dan < 0,1% unsur-unsur logam.

2.1. Sulfur (Belerang)

Minyak mentah mempunyai kandungan belerang yang lebih tinggi. Keberadaan belerang dalam minyak bumi sering banyak menimbulkan akibat, misalnya dalam gasoline dapat menyebabkan korosi (khususnya dalam keadaan dingin atau basah), karena terbentuknya asam yang dihasilkan dari oksida sulfur (sebagai hasil pembakaran gasoline) dan air.

2.2. Oksigen

Oksigen dapat terbentuk karena kontak yang cukup lama antara minyak bumi dengan atmosfer di udara. Kandungan total oksigen dalam minyak bumi adalah antara 0,05 sampai 1,5 persen dan menaik dengan naiknya titik didih fraksi. Kandungan oksigen bisa menaik apabila produk itu terlalu lama berhubungan dengan udara. Senyawa yang terbentuk dapat berupa: alkohol, keton, eter, dll, sehingga dapat menimbulkan sifat asam pada minyak bumi. Oksigen dapat meningkatkan titik didih bahan bakar.

2.3. Nitrogen

Umumnya kandungan nitrogen dalam minyak bumi sangat rendah, yaitu 0,1-2%. Kandungan tertinggi terdapat pada tipe asphalitik. Nitrogen mempunyai sifat racun terhadap katalis dan dapat membentuk gum (getah) pada fuel oil. Kandungan nitrogen terbanyak terdapat pada fraksi titik didih tinggi.

2.4. Unsur-Unsur Logam

Logam-logam seperti besi, tembaga, terutama nikel dan vanadium pada proses catalytic cracking mempengaruhi aktifitas katalis, sebab dapat menurunkan produk gasoline, menghasilkan banyak gas, dan pembentukkan coke. Pada power generator temperatur tinggi, misalnya oil-fired gas turbine, adanya konstituen logam terutama vanadium dapat membentuk kerak pada rotor turbine. Abu yang dihasilkan dari pembakaran fuel yang mengandung natrium dan terutama vanadium dapat bereaksi dengan refactory furnace (bata tahan api), menyebabkan turunnya titik lebur campuran sehingga merusakkan refractory itu.

3. Komposisi Molekul Hidrokarbon dalam Minyak Bumi

Golongan hidrokarbon-hidrokarbon yang utama adalah parafin, naptena, aspaltena, dan aromatik. Komposisi molekul hidrokarbon yang terkandung dalam minyak bumi berdasarkan beratnya.

Berdasarkan komponen terbanyak dalam minyak bumi, minyak bumi dibedakan menjadi tiga golongan, yaitu parafin, naftalena, dan campuran parafin-naftalena.

3.1. Minyak Bumi Golongan Parafin

Sebagian besar komponen dalam minyak bumi jenis parafin adalah senyawa hidrokarbon rantai terbuka. Minyak bumi jenis ini dimanfaatkan untuk bahan bakar karena merupakan sumber penghasil gasolin.

3.2. Minyak Bumi Golongan Naftalena

Komponen terbesar dalam minyak bumi jenis naftalena berupa senyawa hidrokarbon rantai siklis atau rantai tertutup. Minyak bumi jenis ini digunakan untuk pengeras jalan dan pelumas.

3.3. Minyak Bumi Golongan Campuran Parafin-Naftalena

Minyak bumi golongan ini komponen penyusunnya berupa senyawa hidrokarbon rantai terbuka dan rantai tertutup.

4. Produk Minyak Bumi

4.1. LPG (Liquified Petroleum Gas)

LPG (Liquified Petroleum Gas)  merupakan gas minyak bumi yang dicairkan pada suhu biasa dan tekanan sedang, sehingga LPG dapat disimpan dan diangkut dalam bentuk cair dalam bejana dengan suatu tekanan. Belerang sengaja ditambahkan dalam LPG dalam bentuk senyawa merkaptan, etil atau butil merkaptan yang mempunyai bau tidak sedap yang dapat digunakan untuk mengetahui adanya kebocoran gas. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung elpiji tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasaya sekitar 250:1. Tekanan di mana elpiji berbentuk cair, dinamakan tekanan uap-nya, juga bervariasi tergantung komposisi dan temperatur; sebagai contoh, dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2 bar) bagi butana murni pada 20C (68F) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propana murni pada 55C (131F).

Ø  Komponen utama  LPG (Liquified Petroleum Gas): propan dan butan (etana dan pentan dalam jumlah kecil)

Ø  Kegunaan LPG (Liquified Petroleum Gas)   : bahan bakar rumah tangga dan industri, bahan bakar motor bakar, (propan mempunyai angka oktan 97, diperlukan perbandingan kompresi tinggi, 10:1), bahan baku petrokimia.

4.2 Bensin

Bensin merupakan campuran kompleks yang terutama terdiri dari senyawa-senyawa HC, yang mempunyai titik didih ASTM sekitar 40-180C, dan digunakan sebagai bahan bakar mesin motor bakar.  bensin motor dibagi lima kelas berdasarkan volatilitasnya, A,B, C,D, dan E (ASTM D 439-89). Spesifikasi ini menetapkan karakteristik bensin motor untuk digunakan di daerah-daerah dengan kondisi operasi yang berbeda-beda.

Ø  Komponen utama bensin adalah n-heptena (C7H16) dan isooktana (C8H18). Kualitas bensin ditentukan oleh kandungan isooktana (bilangan oktan). Bilangan oktan untuk n-heptana = 0 dan isooktana = 100.

Ø  Fungsi kandungan isooktana pada bensin:
1.Mengurangi ketukan (knocking) pada mesin
2.Meningkatkan efisiensi pembakaran sehingga energi yang dihasilkan lebih besar.

Ø  Bilangan oktan bensin dapat ditingkatkan dengan:
1.Memperbesar kandungan isooktana
2.menambah zat akditif antiketukan (TEL, MTBE dan etanol).
*Tetraethylleed (TEL) Pb(C2H5)₄

Untuk mengubah Pb dari padat ke gas ditambahkan zat adiktif lain yaitu etilen bromida (C₂H₅Br) yang nantinya akan bereaksi membentuk uap PbBr2. Namun Pb nantinya dapat membahayakan kesehatan karna merupakan logam berat.
*Methyl Tertier Buthyl Ether (MTBE)

Memiliki bilangan oktan 118, dan lebih aman disbanding TEL karena tidak mengandung logam berat namun tetap berpotensi mencemari lingkungan karena sulit diuraikan Mikroorganisme.

*Etanol
Memiliki bilangan oktan 123 dan lebih unggul disbanding TEL dan MTBE karena tidak mencemari udara dan mudah diuraikan mikroorganisme. Selain itu bahan baku untuk membuat etanol juga dari fermentasi tumbuh-tumbuhan yang melimpah dialam dan dapat dibudidayakan.

4.3 Bahan Bakar Jet (AVTUR)

Avtur adalah campuran senyawa hidrokarbon yang digunakan sebagai bahan bakar mesin turbin atau mesin jet penerbangan. Mesin jet penerbangan bekerja dari suhu kamar sampai suhu sangat rendah -70C (-90F), fraksi solar dan bensin tidak dapat dipakai. Bahan bakar yang paling cocok adalah kerosin, Fraksi kerosin terbatas dari hasil kilang sehingga disamping fraksi kerosin di dalam bahan bakar jet juga ikutkansertakan fraksi bensin dan fraksi gas rengkahan yang mendidih dalam daerah didih kerosin (kerosin rengkahan).

Ø  Sifat penting : sifat-sifat yang berhubungan dengan pembakaran bahan bakar (penyalaan, stabilitas nyala, deposit karbon, dll) dan penanganan bahan bakar (pemompaan, pengabutan, penyaringan, dll) terutama pada penerbangan tinggi.

Ø  Kandungan aromat perlu dibatasi sampai 25% untuk mengurangi asap. Kecenderungan pembentukan asap pada pembakaran senyawa HC menurun menurut: aromat, naften, iparafin, n-parafin.

4.4 Bahan Bakar Disel

Bahan bakar diesel: fraksi minyak bumi yang mendidih sekitar 175-370C dan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. Mesin diesel bekerja dengan kecepatan maksimum kebih rendah dibandingkan dengan mesin bensin yang seringkali memiliki kecepatan di atas 4000 rpm. Mesin diesel yang bekerja pada kecepatan antara 500-2500 rpm. Mesin diesel putaran lambat (kecepatan < 500rpm), mesin diesel putaran sedang (kecepatan500-1200), mesin diesel putaran tinggi (kecepatan >1200 rpm).

Ø  Sifat Bahan Bakar Diesel

1) Kualitas penyalaan

2) Volatilitas

3) Viskositas

4) Titik tuang dn titik kabut

5) Kebersihan,

6) Kecenderungan bahan bakar untuk memberikan endapan karbon

7) Kandungan belerang

4.5 Aspal (Bitumen)

Aspal atau bitumen adalah  suatu cairan kental yang merupakan senyawa hidrokarbon dengan sedikit mengandung sulfur, oksigen, dan klor. Bitumen  atau aspal merupakan campuran hidrokarbon yang tinggi berat molekul. Rasio persentase antara komponen bervariasi, sehubungan dengan asal-usul minyak mentah dan metode distilasi. Bahkan, aspal sudah dikenal sebelum awal eksploitasi ladang minyak sebagai produk asal alam, yang disebut dalam hal ini adalah aspal asli. Bitunie adalah produk alami tidak lagi digunakan dalam industri. Bitumen diperoleh sebagai produk sampingan dari penyulingan minyak bumi dapat digunakan sebagai atau mengalami proses fisik dan kimia yang mengubah komposisi dalam rangka untuk memberikan sifat tertentu. Operasi yang paling umum adalah proses oksidasi dan pencampuran dengan polimer yang berbeda.

Ø  PROSES TERBENTUKNYA

1. Aspal Alam

Aspal alam terbentuk perlahan-lahan dari fraksionasi alami minyak bumi di dekat minyak bumi. Aspal alam terdapat di alam biasanya dalam bentuk batuan sehingga biasa disebut batuan aspal. Aspal alam disebabkan adanya pengaruh tektonik terhadap minyak bumi yang diduga semula terkandung dalam batuan induk kemudian berimigrasi melalui dasar dan mengimpregnasi batuan sekitarnya, yaitu batugamping dan batupasir. Material aspal membentuk suatu danau yang mengisi pori-pori, celah batuan, atau deposit yang mengandung campuran aspal alam dan bahan mineral dalam berbagai porsi.

2.      Aspal Minyak

Sumber aspal ini berasal  dari kilang minyak (refinery bitumen). Aspal yang dihasilkan dari industri kilang minyak mentah (crude oil) dikenal sebagai residual bitumen, straight bitumen atau steam refined bitumen. Istilah refinery bitumen merupakan nama yang tepat dan umum digunakan. Aspal yang dihasilkan dari minyak mentah yang diperoleh melalui proses destilasi minyak bumi. Proses penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu 350C di bawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi minyak seperti gas oline (bensin), kerosene (minyak tanah) dan gas oil.

Ø  PENGGUNAANNYA

Aspal memiliki beberapa kegunaan antara lain:

• Untuk mengikat batuan agar tidak lepas dari permukaan jalan akibat lalu lintas (water proofing, protect terhadap erosi)
• Sebagai bahan pelapis dan perekat agregat.
• Lapis resap pengikat (prime coat) adalah lapisan tipis aspal cair yang diletakan di atas lapis pondasi sebelum lapis berikutnya.
•  Lapis pengikat (tack coat) adalah lapis aspal cair yang diletakan di atas jalan yang telah beraspal sebelum lapis berikutnya dihampar, berfungsi pengikat di antara keduanya.
• Sebagai pengisi ruang yang kosong antara agregat kasar, agregat halus, dan filler.

          Berikut  ini diberikan pula beberapa contoh usaha pemanfaatan

• Aspal alam (aspal buton) Karena keadaan yang solid tersebut, maka di dalam penggunaannya aspal perlu dipanaskan terlebih dahulu, contoh : pada pembuatan beton aspal campuran panas ( hot mixDengan pemanasan maka tingkat kekerasan ( koiisistensi) aspal akan berubah. Bahan yang konsistennya berubah dengan berubahnya suhu disebut bahan thermoplastic, dan aspal termasuk ke dalam kelompok ini.

• Aspal Emulsi Penggunaan : Daya lekat antar aspal emulsi dan permukaan batu/jalan.sangat tergantung pada proses penguapan air dan reaksi kimia antara kedua permukaan yang bersentuhan tersebut.