Pembentukan, Komposisi dan Pengolahan Minyak Bumi
Daftar Isi
Istilah minyak bumi dari bahasa Inggris, yaitu Petroleum yang berasal dari bahasa Latin, yaitu Petrus yang artinya karang dan Oleum yang berarti minyak. Minyak bumi dijuluki sebagai emas hitam, yaitu cairan yang kental, coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar dan berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi. Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks dari berbagai hidrokarbon, dimana sebagian besar terdiri dari seri alkana tetapi bervariasi dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya.
Minyak bumi merupakan campuran dari ratusan senyawa hidrokarbon, yang dikelompokkan atas hidrokarbon parafin, naften dan aromat. Hidrokarbon parafin mempunyai titik didih paling rendah diantara hidrokarbon naften dan aromatik. Hidrokarbon naften mempunyai sifat-sifat diantara hidrokarbon parafin dan hidrokarbon aromat. Hidrokarbon naften disebut pula sikloparafin atau sikloalkana. Selain mengandung hidrokarbon, minyak bumi juga mengandung senyawa non hidrokarbon yaitu sulfur, oksigen, nitrogen, halogen atau logam. Keberadaan unsur-unsur non hidrokarbon tersebut sebagian dalam bentuk senyawa organik, yaitu organik sulfur, organik nitrogen, organik oksigen, organik halogen dan organik logam dan sebagian lagi dalam bentuk senyawa anorganik.
Proses Pembentukan Minyak Bumi
Minyak bumi berasal dari mahluk hidup (tumbuhan, hewan) yang terkubur selama jutaan tahun dengan melalui proses penguburan, proses diagenesis kemudian proses lebih lanjut pada masa katagenesis dan tidak dapat dimanfaatkan lagi pada masa metagenesis. Adapun tahapan pembentukan minyak bumi adalah sebagai berikut:a. Diagenesis
Masa ini merupakan zona tak matang dan terjadi perengkahan tak mencolok (10%), yang dibagi dalam tiga bagian yaitu :- Diagenesis dini, yaitu peralihan dari senyawa yang stabil saat di permukaan bumi, menjadi senyawa yang stabil pada kedalaman ribuan meter dengan suhu sekitar 40 - 42 C. Pada masa ini terjadi pembentukan kerogen (fase dari petroleum yang tidak dapat larut dalam pelarut organik dan anorganik).
- Diagenesis pertengahan, terjadi proses aromatisasi (senyawa rantai panjang membentuk senyawa aromatik, lingkar dan mempunyai ikatan rangkap dengan elektron terdelokalisasi).
- Diagenesis akhir, adalah proses yang terjadi pengkhelatan logam oleh senyawa organik yang terbentuk pada masa sebelumnya. Pembentukan minyak bumi terjadi pada diagenesis akhir dan dapat dikenal berdasar hasil eksplorasi.
b. Katagenesis
Katagenesis adalah zona minyak dan gas basah. Pada masa ini terjadi perengkahan mencolok, dimana terjadi perubahan senyawa kimia yang diakibatkan oleh suhu dan kedalaman pendaman (penguburan) sehingga menyebabkan penguraian termal kerogen.c. Metagenesis
Pada tahap ini terjadi masa perusakan termal dari karakter senyawa (cairan) menjadi residu (padatan), sehingga mengakibatkan senyawa organik menjadi senyawa yang kekurangan hidrogen, dan material tak bernilai atau menjadi material bernilai dari senyawa karbon (grafit, intan).Komposisi Minyak Bumi
Komposisi atau unsur-unsur yang terkandung dalam minyak bumi terdiri dari hidrokarbon serta unsur-unsur sulfur, oksigen, nitrogen, halogen dan logam. Komposisi utama minyak bumi adalah sebagai berikut:a. Hidrokarbon
Senyawa karbon adalah unsur yang paling banyak terkandung dalam minyak bumi. Dengan persentase mencapai 83-87 persen, senyawa karbon bisa dikatakan sebagai bahan dasar pembentuk utama minyak bumi. Senyawa karbon yang paling banyak ditemukan didalam bentuk hidrokarbon jenis paraffin, naptena, dan aromatic. Sisanya, ada 6 % senyawa aspaltena yang terkandung dalam minyak bumi.b. Hidrogen, Nitrogen, Oksigen, dan Sulfur
Komposisi minyak bumi terbanyak kedua adalah unsur hidrogen, nitrogen, oksigen, dan sulfur. Kita semua pasti sangat mengenal unsur-unsur ini. persentase hidrogen dan nitrogen yang terkandung dalam minyak bumi mencapai 10 hingga 14 persen, sedangkan nitrogen 0,1 sampai 2 persen, lalu ada 0,05 sampai 1,5 % Oksigen. Untuk sulfur, persentasenya mencapai 0,05 sampai 6%.c. Logam
Logam dalam minyak bumi memang teridentifikasi, namun jumlahnya sangat kecil dan sedikit, yaitu hanya 0,01%. Jumlahnya tergantung pada kondisi geologi dan pembentukan minyak bumi itu sendiri. Mengapa dalam komposisi minyak bumi terdapat logam? Karena bahan pembentuknya adalah fosil makhluk yang hidup ribuan hingga jutaan tahun yang lalu, yang mengalami tekanan dan berbagai reaksi sehingga menjadi minyak bumi yang kita kenal.Proses Pengolahan Minyak Bumi
Minyak mentah (crude oil) berbentuk cairan kental hitam dan berbau kurang sedap. Minyak mentah belum dapat digunakan sebagai bahan bakar maupun untuk keperluan lainnya, tetapi harus diolah terlebih dahulu. Minyak mentah mengandung sekitar 500 jenis hidrokarbon dengan jumlah atom C-1 sampai 50. Titik didih hidrokarbon meningkat seiring bertambahnya jumlah atom C yang berada di dalam molekulnya. Oleh karena itu, pengolahan minyak bumi dilakukan melalui destilasi bertingkat, dimana minyak mentah dipisahkan ke dalam kelompok-kelompok (fraksi) dengan titik didih yang mirip. Proses pengolahan minyak bumi terdiri dari dua proses, yaitu proses pemisahan (separation processes) dan proses konversi (convertion processes), penjelasan kedua proses tersebut adalah sebagai berikut:a. Proses Pemisahan (separation processes)
Unit operasi yang digunakan dalam penyulingan minyak biasanya sederhana tetapi yang kompleks adalah interkoneksi dan interaksinya. Proses pemisahan tersebut terdiri dari:- Destilasi. Bensin, kerasin dan minyak gas biasanya disuling pada tekanan atmosfer, fraksi-fraksi minyak pelumas akan mencapai suhu yang lebih tinggi dimana zat-zat hidrokarbon mulai terurai (biasanya kira-kira antara suhu 375 - 400°C) karena itu lebih baik jika minyak pelumas disuling dengan tekanan yang diturunkan. Pengurangan tekanan diperoleh dengan menggunakan sebuah pompa vakum (vacuum pump).
- Absorpsi. Umumnya digunakan untuk memisahkan zat yang bertitik didih tinggi dengan gas. Minyak gas digunakan untuk menyerap gasolin alami dari gas-gas basah. Gas-gas dikeluarkan dari tank penyimpanan gas sebagai hasil dari pemanasan matahari yang kemudian diserap ulang oleh tanaman. Steam stripping pada umumnya digunakan untuk mengabsorpsi hidrokarbon fraksi ringan dan memperbaiki kapasitas absorpsi minyak gas.
- Adsorpsi. Proses adsorpsi digunakan untuk memperoleh material berat dari gas. Pemakaian terpenting proses adsorpsi pada perindustrian minyak adalah untuk mendapatkan bagian-bagian berisi bensin (natural gasoline) dari gas-gas bumi, dalam hal ini digunakan arang aktif. Selain itu proses adsorpsi digunakan untuk menghilangkan bagian-bagian yang memberikan warna dan hal-hal lain yang tidak dikehendaki dari minyak, digunakan tanah liat untuk menghilangkan warna dan bauxiet (biji oksida-aluminium).
- Filtrasi. Digunakan untuk memindahkan endapan lilin dari lilin yang mengandung destilat. Filtrasi dengan tanah liat digunakan untuk decolorisasi fraksi.
- Kristalisasi. Sebelum di filtrasi lilin harus dikristalisasi untuk menyesuaikan ukuran Kristal dengan cooling dan stirring. Lilin yang tidak diinginkan dipindahkan dan menjadi lilin mikrokristalin yang diperdagangkan.
- Ekstraksi. Pengerjaan ini didasarkan pada pembagian dari suatu bahan tertentu dalam dua bagian yang mempunyai sifat dapat larut yang berbeda.
b. Proses konversi (conversion processes)
Hampir 70% dari minyak mentah di proses secara konversi, mekanisme yang terjadi berupa pembentukan ion karbonium dan radikal bebas. Adapun hal-hal yang dilakukan dalam proses konversi adalah sebagai berikut:- Cracking atau Pyrolisis. Cracking atau pyirolisis merupakan proses pemecahan molekul-molekul hidrokarbon besar menjadi molekul-molekul yang lebih kecil dengan adanya pemanasan atau katalis. Dengan adanya pemanasan yang cukup dan katalis maka hidrokarbon paraffin akan pecah menjadi dua atau lebih fragmen dan salah satunya berupa olefin. Semua reaksi cracking adalah endotermik dan melibatkan energi yang tinggi.
- Polimerisasi. Proses polimerisasi merubah produk samping gas hirokarbon yang dihasilkan pada cracking menjadi hidrokarbok liquid yang bisa digunakan sebagai bahan bakar motor dan penerbangan yang memiliki bilangan oktan yang tinggi. Selain itu polimerisasasi juga menghasilkan bahan baku petrokimia yaitu olefin (hidrokarbon tidak jenuh) yang diperoleh dari cracking still, Contohnya: Propilen, n-butilen, isobutilen.
- Alkilasi. Proses alkilasi adalah eksotermik dan pada dasarnya sama dengan polimerisasi, hanya berbeda pada bagian-bagian dari charging stock need be unsaturated. Sebagai hasilnya adalah produk alkilat yang tidak mengandung olefin dan memiliki bilangan oktan yang tinggi. Metode ini didasarkan pada reaktifitas dari karbon tersier dari isobutan dengan olefin, seperti propilen, butilen dan amilen.
- Hidrogenasi. Proses ini adalah penambahan hidrogen pada olefin. Katalis hidrogen adalah logam yang dipilih tergantung pada senyawa yang akan di reduksi dan pada kondisi hidrogenasi, misalnya Pt, Pd, Ni, dan Cu. Disamping untuk menjenuhkan ikatan ganda, hidrogenasi dapat digunakan untuk mengeliminasi elemen-elemen lain dari molekul, elemen ini termasuk oksigen, nitrogen, halogen dan sulfur.
- Hydrocracking. Proses hydrocracking merupakan penambahan hidrogen pada proses cracking.
- Isomerisasi. Proses isomerisasi merubah struktur dari atom dalam molekul tanpa adanya perubahan nomor atom. Proses ini menjadi penting karena dapat menghasilkan iso-butana yang dibutuhkan untuk membuat alkilat sebagai dasar gasoline penerbangan.
- Reforming atau Aromatisasi. Reforming merupakan proses konversi dari naptha untuk memperoleh produk yang memiliki bilangan oktan yang tinggi, dalam proses ini biasanya menggunakan katalis rhenium, platinum dan chromium.