Jumat, 13 Juli 2012

MINYAK BUMI

<hr class="more">MINYAK BUMI.docx
Proses Terbentuknya Minyak Bumi
  Minyak bumi berasal dari hewan dan tumbuhan yang hidup di darat  atau laut pada jutaan tahun lalu. Ketika, hewan dan tumbuhan-tumbuhan tersebut mati, mereka terkubur tanah dan secara perlahan-lahan membentuk lapisan kaya organik di dalam tanah. Karena pengaruh besarnya tekanan dan suhu di dalam tanah menyebabkan terjadinya proses penguraian lapisan kaya organik (fossil  ) tersebut menjadi minyak bumi. Sebagai akibat adanya pererakan kulit bumi, minyak bumi menjadi terperangkap dan terkumpul pada batuan yang tidak berpori, kemudian terjadilah penumpukan (akumulasi) minyak dalam batuan tersebut. Itulah sebabnya minyak bumi disebut juga petroleum berasal dari bahasa Latin (petrus=batu, oleum=minyak).  
  Selain sebagai lapisan yang terperangkap, minyak bumi yang melewati batuan berpori akan muncul kepermukaan tanah sebagai lumpur minyak bumi. Pada awalnya lumpur minyak bumi ini disebut ―lumpur hitam‖ karena memiliki warna hitam dan seperti lumpur. Setelah manusia mengetahui secara luas kegunaan  ―lumpur hitam‖ ini, maka daerah-daerah yang memiliki kandungan minyak bumi mulai dicari orang. Minyak bumi yang terdapat di dalam tanah diambil dengan cara pengeboran. Ketika ujung bor tepat menembus lapisan minyak dalam batuan, tekanan yang tinggi dalam tanah membantu menekan minyak itu ke atas permukaan tanah. Proses pengeboran minyak bumi ini harus hati-hati, karena jika terjadi kesalahan teknis pengeboran, maka yang akan keluar adalah lumpur (mud). Seperti yang terjadi di sumur pengeboran Banjar Panji   1, Brantas - Jawa Timur.
  Daerah-daerah sumber minyak bumi di Indonesia umumnya terdapat di daerah pantai atau lepas pantai, yaitu pantai utara Jawa (Cepu, Wonokromo, Cirebon), Daerah Sumatra bagian utara dan timur (Aceh, Riau), daerah Kalimantan bagian timur (Tarakan, Balikpapan), dan Daerah kepala burung Irian (Papua). Minyak dari daerah pengeboran umumnya diangkut dan diolah di tempat-tempat pengilangan minyak atau diekspor langsung sebagai minyak mentah. Tempat pengilangan minyak di Indonesia, antara lain Pangkalan Brandan, Plaju dan Sungai Gerong, Dumai dan Sungai Pekning, serta Cilacap.

                                                            Gambar Proses pembentukan minyak bumi
 Komponen komponen senyawa minyak bumi
Susunan unsure kimia dalam minyak bumi ditunjukan dalam table 1.1
Tabel 1.1 susunan unsure kimia dalam minyak bumi ( dalam % massa )
Unsur
Minyak Mentah
Aspal
Gas Bumi
Karbon ( C )
Hidrogen ( H )
Belerang ( S  )
Nitrogen ( N )
Oksigen ( O )
82 – 87
11 – 14
0,0 – 5,5
0,1 – 4
0,1 – 4,5
80 – 85
8,5 – 11
2 – 8
0 – 2
-
65 – 80
1 – 25
0 – 0,2
1 – 15
-
Minyak bumi merupakan campuran dari berbagai senyawa, penyusun utamanya berupa hidrokarbon, terutama alkana, sikloalkana, dan senyawa aromatis.
Senyawa selengkapnya adalah sebagai berikut :
Jenis senyawa
Jumlah ( presentase )
Contoh
Hidrokarbon
 90 – 99%
Alkana, sikloalkana, dan aromatis
Senyawa belerang
0.1 – 7%
Tiolkana ( R – S – R )
Alkatinol ( R – S – H )
Senyawa nitrogen
0.01 – 0.9%
Pirol ( C4H5n )
Senyawa oksigen
0.01 – 0.4%
Asam karbosilat (RCOOH)
Organo logam
Sangat kecil
Senyawa logam nikel
Zat-Zat Pengotor yang sering terdapat dalam minyak bumi:
  1. Senyawaan Sulfur
Crude oil yang densitynya lebih tinggi mempunyai kandungan Sulfur yang lebih tinggu pula. Keberadaan Sulfur dalam minyak bumi sering banyak menimbulkan akibat, misalnya dalam gasoline dapat menyebabkan korosi (khususnya dalam keadaan dingin atau berair), karena terbentuknya asam yang dihasilkan dari oksida sulfur (sebagai hasil pembakaran gasoline) dan air.
  1. Senyawaan Oksigen
Kandungan total oksigen dalam minyak bumi adalah kurang dari 2 % dan menaik dengan naiknya titik didih fraksi. Kandungan oksigen bisa menaik apabila produk itu lama berhubungan dengan udara. Oksigen dalam minyak bumi berada dalam bentuk ikatan sebagai asam karboksilat, keton, ester, eter, anhidrida, senyawa monosiklo dan disiklo dan phenol. Sebagai asam karboksilat berupa asam Naphthenat (asam alisiklik) dan asam alifatik.
  1. Senyawaan Nitrogen
Umumnya kandungan nitrogen dalam minyak bumi sangat rendah, yaitu 0,1-0,9 %. 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. Nitrogen klas dasar yang mempunyai berat molekul yang relatif rendah dapat diekstrak dengan asam mineral encer, sedangkan yang mempunyai berat molekul yang tinggi tidak dapat diekstrak dengan asam mineral encer.
  1. Konstituen Metalik
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.
Struktur hidrokarbon yang ditemukan dalam minyak mentah:1. Alkana (parafin),CnH2n + 2 , alkana  ini  memiliki  rantai  lurus  dan  bercabang,  fraksi  ini  merupakan  yang terbesar di dalam minyak mentah.
2. Sikloalkana (napten),
CnH2n , Sikloalkana ada yang memiliki cincin 5 (lima) yaitu siklopentana ataupun cincin 6 (enam) yaitu sikloheksana.
Siklopentana
 sikloheksana
3. Aromatik ,CnH2n -6
aromatik memiliki cincin 6
Aromatik  hanya  terdapat  dalam  jumlah  kecil,  tetapi  sangat  diperlukan  dalam bensin karena :
  1. Memiliki harga anti knock yang tinggi
  2. Stabilitas penyimpanan yang baik
  3. Dan kegunaannya yang lain sebagai bahan bakar (fuels)
Proporsi  dari  ketiga  tipe  hidrokarbon  sangat  tergantung  pada  sumber  dari minyak bumi. Pada umumnya alkana merupakan hidrokarbon yang terbanyak tetapi kadang-kadang (disebut sebagai crude napthenic) mengandung sikloalkana sebagai komponen  yang  terbesar,  sedangkan  aromatik  selalu  merupakan  komponen  yang paling sedikit.
Pengolahan Minyak Bumi
Minyak mentah ( Crude Oil ) berupa cairan hitam kental, dan belum dapat dimanfaatkan. Agar minyak bumi dimanfaatkan harus dilakukan proses pengolahan terlebih dahulu.
Pengolahan minyak bumi dilakukan pada “Kilang Minyak” melalui dua tahap. Pengolahan tahap pertama dilakukan dengan cara distilasi bertingkat, dan pengolahan tahap kedua dilakukan dengan berbagai cara.
  1. Pengolahan Tahap Pertama
        Pada proses tahap pertama dilakukan dengan proses “distilasi bertingkat”, yaitu proses distilasi berulang-ulang, sehingga didapatkan berbagai macam hasil berdasarkan perbedaan titik didihnya.Hasil pada proses distilasi bertingkat ini meliputi :
  1. Fraksi Pertama
        Merupakan gas yang pada akhirnya dicairkan kembali dan dan dikenal dengan nama “elpiji” atau LPG ( Liquified Petroleum Gas ). Fkasi ini digunakan untuk bahan bakar kompor atau gas mobil denfan BBG atau diolah menjadi bahan kimia lainnya.


                Sumber: Chemistry (Chang), 2002.
  1. Fraksi kedua disebut nafta ( Gas bumi )
Nafta tidak dapat langsung digunakan, tetapi diolah pada tahap kedua untuk dijadikan bensin ( premium ) atau bahan petrokimia yang lain. Nafta sering disebut juga bensin berat.
  1. Fraksi ketiga atau fraksi tengah
Selanjutnya dibuat menjadi kerosin ( minyak tanah ) dan avtur ( bahan bakar pesawat jet )
  1. Fraksi keempat Sering disebut solar yang digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.
  2. Fraksi kelima
Disebut juga residu yang berisi hidrokarbon rantai panjang dan dapat diolah lebih lanjut pada tahap kedua menjadi berbagai senyawa karbon lainnya dan sisanya sebagai aspal dan lilin.
b.  Pengolahan Tahap Kedua
Pada pengolahan tahap kedua, dilakukan berbagai proses lanjutan dari hasil penyulingan pada tahap pertama. Proses-proses ini meliputi :
  1. Perengkahan (cracking). Untuk memenuhi kebutuhan produk tertentu, hidrokarbon yang berantai panjang dapat dipecah menjadi lebih pendek melalui proses perengkahan (cracking). Perengkahan         ( Cracking ) : pada proses perengkahan dilakukan berbagai perubahan struktur kimia senyawa – senyawa hidrokarbon, yang meliputi: pemecahan rantai, alkilasi ( penambahan alkil ), polimerisasi ( penggabungan rantai karbon ), reformasi ( perubahan struktur ), dan isomerasi ( perubahan isomer ). Sebaliknya, hidrokarbon rantai pendek dapat digabungkan menjadi rantai yang lebih panjang (reforming). Untuk meningkatkan fraksi bensin dapat dilakukan dengan cara memecah hidrokarbon rantai panjang menjadi fraksi (C5–C9) melalui perengkahan termal. Proses perengkahan ini dilakukan pada suhu 500°C dan tekanan 25 atm. Hidrokarbon jenuh rantai lurus seperti kerosin (C12H26) dapat direngkahkan ke dalam dua buah fragmen yang lebih pendek menjadi senyawa heksana (C6H14) dan heksena (C6H12).
C12H26(l)→C6H14(l) + C6H12(l)
Keberadaan heksena (alkena) dari hasil perengkahan termal dapat meningkatkan bilangan oktan sebesar 10 satuan. Akan tetapi, produk dari proses perengkahan ini umumnya kurang stabil jika disimpan dalam kurun waktu lama. Oleh karena produk perengkahan termal umumnya kurang stabil maka teknik perengkahan termal diganti dengan perengkahan katalitik menggunakan katalis yang dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi. Perengkahan katalitik, misalnya alkana rantai panjang direaksikan dengan campuran silikon (SiO2) dan alumina (Al2O3), ditambah gas hidrogen atau katalis tertentu. Dalam reforming, molekul-molekul kecil digabungkan menjadi molekul-molekul yang lebih besar. Hal ini dilakukan guna meningkatkan produk bensin. Misalnya, butana dan propana direaksikan membentuk heptana. Persamaan reaksinya:
C4H10(g) + C3H8(g)→C7H16(l) + H2(g)
Terdapat 3 cara proses cracking, yaitu :
a. Cara panas (thermal cracking), yaitu dengan penggunaan suhu tinggi dan tekanan yang rendah.
b. Cara katalis (catalytic cracking), yaitu dengan penggunaan katalis. Katalis yang digunakan biasanya SiO2 atau Al2O3 bauksit. Reaksi dari perengkahan katalitik melalui mekanisme perengkahan ion karbonium. Mula-mula katalis karena bersifat asam menambahkna proton ke molekul olevin atau menarik ion hidrida dari alkana sehingga menyebabkan terbentuknya ion karbonium :
c. Hidrocracking
Hidrocracking merupakan kombinasi antara perengkahan dan hidrogenasi untuk menghasilkan senyawa yang jenuh. Reaksi tersebut dilakukan pada tekanan tinggi. Keuntungan lain dari Hidrocracking ini adalah bahwa belerang yang terkandung dalam minyak diubah menjadi hidrogen sulfida yang kemudian dipisahkan.
  1. Proses ekstrasi : pembersihan produk dengan menggunakan pelarut, sehingga diperoleh hasil lebih banyak dengan mutu yang lebih baik.
  2. Proses kristalisasi : proses pemisahan produk-produk melalui perbedaan titik cairnya. Misalnya dari pemurnian solar melalui proses pendinginan, penekanan dan penyaringan akan diperolah produk sampingan lilin.
  3. Pembersihan dan Kontaminasi ( treating ) : pada proses pengolahan tahap pertama dan tahap kedua sering terjadi kontaminasi ( pengotoran ), kotoran-kotoran ini harus dibersihkan dengan cara menambahkan soda kaustik ( NaOH ) tanah liat atau proses hidrogenesi.
Fraksi Hidrokarbon yang Didapatkan dari Distilasi Bertingkat
Fraksi
Jumlah Atom C
Titik Didih
Kegunaan
Gas
C1 – C5
-164 °C – 30 °C
bahan bakar gas
Eter petroleum
C5 – C7
30 °C – 90 °C
pelarut, binatu kimia
Bensin
C5- C12
30 °C – 200 °C
bahan bakar motor
Minyak tanah
C12 – C16
175 °C – 275 °C
minyak lampu, bahan bakar kompor
Minyak gas, bakar, dan diesel
C15 – C18
250 °C – 400 °C
bahan bakar mesin diesel
Minyak-minyak pelumas, gemuk, jeli petroleum
C16 ke atas
350 °C ke atas
pelumas
Parafin (lilin)
C20 ke atas
meleleh 52 °C – 57 °C
lilin gereja, pengendapan air bagi kain, korek api,dan pengawetan
Ter
residu
aspal buatan
Kokas petroleum
residu
bahan bakar, elektrode
Gas alam

        Gas alam sering juga disebut sebagai gas bumi atau gas rawa, adalah bahan bakar fosil berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana CH4). Ia dapat ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batu bara. Ketika gas yang kaya dengan metana diproduksi melalui pembusukan oleh bakteri anaerobik dari bahan-bahan organik selain dari fosil, maka ia disebut biogas. Sumber biogas dapat ditemukan di rawa-rawa, tempat pembuangan akhir sampah, serta penampungan kotoran manusia dan hewan.Komposisi kimia
Komponen utama dalam gas alam adalah metana (CH4), yang merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam juga mengandung molekul-molekul hidrokarbon yang lebih berat seperti etana (C2H6), propana (C3H8) dan butana (C4H10), selain juga gas-gas yang mengandung sulfur (belerang). Gas alam juga merupakan sumber utama untuk sumber gas helium.
Metana adalah gas rumah kaca yang dapat menciptakan pemanasan global ketika terlepas ke atmosfer, dan umumnya dianggap sebagai polutan ketimbang sumber energi yang berguna. Meskipun begitu, metana di atmosfer bereaksi dengan ozon, memproduksi karbon dioksida dan air, sehingga efek rumah kaca dari metana yang terlepas ke udara relatif hanya berlangsung sesaat. Sumber metana yang berasal dari makhluk hidup kebanyakan berasal dari rayap, ternak (mamalia) dan pertanian (diperkirakan kadar emisinya sekitar 15, 75 dan 100 juta ton per tahun secara berturut-turut).
Komponen %
Metana (CH4) 80-95
Etana (C2H6) 5-15
Propana (C3H8) and Butane (C4H10) <>

        Nitrogen, helium, karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S), dan air dapat juga terkandung di dalam gas alam. Merkuri dapat juga terkandung dalam jumlah kecil. Komposisi gas alam bervariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya.
Campuran organosulfur dan hidrogen sulfida adalah kontaminan (pengotor) utama dari gas yang harus dipisahkan . Gas dengan jumlah pengotor sulfur yang signifikan dinamakan sour gas dan sering disebut juga sebagai "acid gas (gas asam)". Gas alam yang telah diproses dan akan dijual bersifat tidak berasa dan tidak berbau. Akan tetapi, sebelum gas tersebut didistribusikan ke pengguna akhir, biasanya gas tersebut diberi bau dengan menambahkan thiol, agar dapat terdeteksi bila terjadi kebocoran gas. Gas alam yang telah diproses itu sendiri sebenarnya tidak berbahaya, akan tetapi gas alam tanpa proses dapat menyebabkan tercekiknya pernafasan karena ia dapat mengurangi kandungan oksigen di udara pada level yang dapat membahayakan.
        Gas alam dapat berbahaya karena sifatnya yang sangat mudah terbakar dan menimbulkan ledakan. Gas alam lebih ringan dari udara, sehingga cenderung mudah tersebar di atmosfer. Akan tetapi bila ia berada dalam ruang tertutup, seperti dalam rumah, konsentrasi gas dapat mencapai titik campuran yang mudah meledak, yang jika tersulut api, dapat menyebabkan ledakan yang dapat menghancurkan bangunan. Kandungan metana yang berbahaya di udara adalah antara 5% hingga 15%.
        Ledakan untuk gas alam terkompresi di kendaraan, umumnya tidak mengkhawatirkan karena sifatnya yang lebih ringan, dan konsentrasi yang diluar rentang 5 - 15% yang dapat menimbulkan ledakan. Kandungan energi Pembakaran satu meter kubik gas alam komersial menghasilkan 38 MJ (10.6 kWh).
Petrokimia
Minyak bumi selain sebagai bahan bakar juga sebagai bahan industri kimia yang penting dan bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Bahan-bahan atau produk yang terbuat dari bahan dasarnya minyak dan gas bumi disebut petrokimia. Bahan-bahan petrokimia dapat digolongkan: plastik, serat sintetik, karet sintetik, pestisida, detergen, pelarut, pupuk, berbagai jenis obat dan vitamin.
Tabel  Bahan Baku dan Produk yang Dihasilkan Industri Petrokimia
Bahan Baku Petrokimia
Contoh
Asal Fraksi Minyak Bumi
Produk yang Dihasilkan
Senyawa alkena
Etena
Fraksi gas
Polietena, etanol, polivinilklorida

Propilena
Fraksi gas
Polipropilena

2-metil propilena
Fraksi gas
MTBE
Senyawa benzena dan turunannya (aromatik)
Benzena
Fraksi nafta
Detergen, bahan peledak
Gas sintetis
Metana
Fraksi gas
Metanol, urea
Bahan Dasar Petrokimia
Proses petrokimia umumnya melalui tiga tahapan, yaitu:
  1. Mengubah minyak dan gas bumi menjadi bahan dasar petrokimia
  2. Mengubah bahan dasar petrokimia menjadi produk antara, dan
  3. Mengubah produk antara menjadi produk akhir yang dapat dimanfaatkan.
Hampir semua produk petrokimia berasal dari tiga jenis bahan dasar yaitu:
  1. Olefin (alkena-alkena)
Olefin yang terpenting adalah etena (etilina), propena (propilena), butena (butilena) dan butadiena.
CH2 = CH2 CH2 = CH – CH3
Etilena                       propilena
CH3 – CH = CH – CH3 CH2 = CH – CH = CH2
Butilena                                    butadiena
  1. Aromatika (benzena dan turunannya)
Aromatika yang terpenting adalah benzena (C6H6), totuena (C6H5CH3) dan xilena (C6H4 (CH3)2
  1. Gas Sintesis
Gas sintetis disebut juga syn-gas yang merupakan campuran karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2). Syn-gas dibuat dari reaksi gas bumi atau LPG melalui proses yang disebut stean reforming atau oksidasi parsial.
Reaksi stean reforming :    CH4(g) + H2O → CO(g) + 3H2(g)
Reaksi oksidasi parsial :    2CH4(g) + O2 → 2CO(g) + 4H2(g)
Petrokimia dari Olefin
Berikut ini beberapa petrokimia dari olefin dengan bahan dasar etilena:
  1. Polietilena
Polietilena adalah plastik yang paling banyak diproduksi yang digunakan sebagai kantong plastik dan plastik pembungkus/sampah.
  1. PVC
PVC adalah polivinilkiorida yang merupakan plastik untuk pembuat pipa (pralon).
  1. Etanol
Etanol adalah bahan yang sehari-hari kita kenal sebagai alkohol yang digunakan untuk bahan bakar atau bahan antar produk lain.
Alkohol dibuat dari etilena:
CH2 = CH2 + H2O → CH3 – CH2OH
  1. Etilen glikol atau Glikol
Glikol digunakan sebagai bahan anti beku dalam radiator mobil di daerah beriklim dingin.
  1. Polipropilena
Plastik polipropilena lebih kuat dibanding polietilena. Jenis plastik polipropilena sering digunakan untuk karung plastik dan tali plastik.
  1. Gliserol
Zat ini digunakan sebagai bahan kosmetik (pelembab), industri makanan dan bahan untuk membuat bahan peledak (nitrogliserin)
  1. Isopropil alkohol
Zat ini digunakan sebagai bahan utama untuk produk petrokimia lainnya seperti aseton (bahan pelarut, misalnya untuk melarutkan kutek)
Petrokimia yang pembuatannya menggunakan bahan dasar butadiene adalah karet sintetik seperti SBR (styrene-butadilena-rubber) dan nylon -6,6, sedangkan yang menggunakan bahan dasar isobutilena adalah MTBE (metil tertiary butyl eter)
Petrokimia dari Aromatik
Bahan dasar aromatik yang terpenting adalah benzena, toluena, dan xilena (BTX). Bahan dasar benzena umumnya diubah menjadi stirena, kumena dan sikloheksana
  1. Stirena digunakan untuk membuat karet sinetik
  2. Kumena digunakan untuk membuat fenol, selanjutnya fenol untuk membuat perekat
  3. Sikloheksana digunakan terutama untuk membuat nylon
  4. Benzena digunakan sebagai bahan dasar untuk membuat detergen. Bahan dasar untuk toluena dan xilena untuk membuat bahan peledak (TNT), asam tereftalat (bahan pembuat serat).
Petrokimia dan gas-sinetik
Gas sinetik merupakan campuran dari karbon monoksida dan hidrogen. Beberapa contoh petrokimia dari syn-gas sebagai berikut:
  1. Amonia (NH3)
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
Gas nitrogen dari udara dan gas hidrogennya dari syn-gas. Amonia digunakan untuk membuat pupuk [CO(NH2)2] urea, [(NH4)2SO4]; pupuk ZA dan (NH4NO3); amonium nitrat.
  1. Urea [CO(NH2)2]
CO2(g) + 2NH3(g) → NH2COH4(S)
NH2CONH4(S) → CO(NH2)2(S) + H2O(g)
  1. Metanol (CH3OH)
CO(g) + 2H3(g) → CH3OH(g)
Sebagian besar metanol diubah menjadi formal-dehida dan sebagian digunakan untuk membuat serat dan campuran bahan bakar.
  1. Formal dehida (HCHO)
CH3OH(g) → HCHO(g) + H2(g)
Formal dehida dalam air dikenal dengan formalin yang digunakan mengawetkan preparat biologi.
Bilangan Oktan Minyak Bumi
Fraksi terpenting dari minyak bumi adalah bensin. Bensin digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor . Sekitar 10% produk distilasi minyak mentah adalah fraksi bensin dengan rantai tidak bercabang. Dalam mesin bertekanan tinggi, pembakaran bensin rantai lurus tidak merata dan menimbulkan gelombang kejut yang menyebabkan terjadi ketukan pada mesin. Jika ketukan ini dibiarkan dapat mengakibatkan mesin cepat panas dan mudah rusak. Ukuran pemerataan pembakaran bensin agar tidak terjadi ketukan digunakan istilah bilangan oktan. Bilangan oktan adalah bilangan perbandingan antara nilai ketukan bensin terhadap nilai ketukan dari campuran hidrokarbon standar. Campuran hidrokarbon yang dipakai sebagai standar bilangan oktan adalah n-heptana dan 2,2,4-trimetilpentana (isooktana). Bilangan oktan untuk campuran 87% isooktana dan 13% n-heptana ditetapkan sebesar 87 satuan. Terdapat tiga metode pengukuran bilangan oktan, yaitu:
  1. pengukuran pada kecepatan dan suhu tinggi, hasilnya dinyatakan sebagai bilangan oktan mesin;
  2. pengukuran pada kecepatan sedang, hasilnya dinamakan bilangan oktan penelitian;
  3. pengukuran hidrokarbon murni, dinamakan bilangan oktan road index.
Beberapa hidrokarbon murni ditunjukkan pada Tabel.

Tabel Bilangan Oktan Hidrokarbon
Hidrokarbon
Bilangan Oktan Road Indeks
n-heptana
0
2-metilheptana
23
n-heksana
25
2-metilheksana
44
1-heptena
60
n-pentana
62
1-pentena
84
1-butena
91
Sikloheksana
97
2,2,4-trimetil pentana
100
Makin tinggi nilai bilangan oktan, daya tahan terhadap ketukan makin kuat (tidak terjadi ketukan). Ini dimiliki oleh 2,2,4-trimetilpentana (isooktana), sedangkan n-heptana memiliki ketukan tertinggi. Oleh karena 2,2,4-trimetilpentana memiliki bilangan oktan tertinggi (100) dan n-heptana terendah (0) maka campuran kedua senyawa tersebut dijadikan standar untuk mengukur bilangan oktan. Untuk memperoleh bilangan oktan tertinggi, selain berdasarkan komposisi campuran yang dioptimalkan juga ditambah zat aditif, seperti tetraetillead (TEL) atau Pb(C2H5)4. Penambahan 6 mL TEL ke dalam satu galon bensin dapat meningkatkan bilangan oktan 15–20 satuan. Bensin yang telah ditambah TEL dengan bilangan oktan 80 disebut bensin premium. Metode lain untuk meningkatkan bilangan oktan adalah termal reforming. Teknik ini dipakai untuk mengubah alkana rantai lurus menjadi alkana bercabang dan sikloalkana. Teknik ini dilakukan pada suhu tinggi (500–600°C) dan tekanan tinggi (25–50 atm).
Penggunaan Minyak Bumi Sebagai Bahan Bakar
Sebagian besar produk minyak bumi digunakan sebagai bahan bakar, baik bahan bakar di rumah tangga, industri maupun bahan bakar kendaraan. Bahan bakar minyak yang digunakan di rumah tangga adalah minyak tanah dan gas elpiji. Minyak tanah berasal dari fraksi kerosin, sedangkan gas elpiji berasal dari fraksi gas. Selain digunakan sebagai bahan bakar kompor, minyak bumi juga digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Produk-produk minyak bumi yang digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor adalah bensin dan minyak solar. Bensin mengandung sekitar ratusan jenis hidrokarbon dengan jumlah rantai karbon antara 5 hingga 10. Minyak solar digunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermesin diesel. Ada tiga jenis bensin yang beredar di pasaran, yaitu premium, pertamax, dan pertamax plus. Apakah perbedaan antara premium dan pertamax? Kedua jenis bahan bakar ini dibedakan dari bilangan oktannya. Bilangan oktan menyatakan jumlah ketukan pada mesin yang dihasilkan bensin. Semakin besar nilai bilangan oktannya, semakin sedikit jumlah ketukannya. Artinya, semakin besar bilangan oktan, semakin baik kualitas bensin. Nilai bilangan oktan dapat dihitung menggunakan rumus berikut. Bilangan Oktan = (% isooktana × 100) + (% n-heptana × 100) Pertamax memiliki bilangan oktan yang lebih besar dari premium. Bilangan oktan pertamax adalah 94, sedangkan premium hanya 88. Bilangan oktan dapat ditingkatkan melalui berbagai cara, di antaranya dengan menambahkan TEL (tetra ethyl lead), MTBE (methyl tertier buthyl ether), dan HOMC (high octane mogas component). Penambahan zat-zat ini dapat meningkatkan bilangan oktan antara 3–5 poin.
Dampak Pembakaran Produk Minyak Bumi
Pembakaran bahan bakar minyak dapat berlangsung dua cara yaitu pembakaran sempurna dan tidak sempurna. Pembakaran sempurna menghasilkan energi yang cukup besar dibandingkan pembakaran tidak sempurna. Tetapi gas CO2 yang dihasilkan dapat menyebabkan terjadinya greenhouse effect (efek rumah kaca). Reaksi pembakaran sempurna:
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) + Energi
Gas CO2 merupakan gas tak berwarna, tak berbau, mudah larut dalam air, meneruskan sinar matahari gelombang pendek tapi menahan pantulan energi matahari gelombang panjang (sinar inframerah). Jika jumlahnya melebihi ambang batas (lebih dari 330 bpj), maka akan menyebabkan sesak napas dan membentuk “selubung” di atmosfer. Gas CO2 mempunyai kemampuan untuk menahan energi matahari gelombang panjang sehingga panas tidak dapat dilepaskan ke ruang angkasa. Peristiwa terjebaknya sinar matahari oleh gas CO2 inilah yang disebut efek rumah kaca. Akibatnya suhu bumi menjadi naik atau lebih dikenal dengan istilah pemanasan global. Coba bayangkan jika suhu di seluruh permukaan bumi ini naik, apa yang terjadi? Bukankah es di kedua kutub bumi akan mencair? Dapatkan membayangkan apa dampak selanjutnya?
Pembakaran tidak sempurna dari bahan bakar minyak akan menghasilkan jelaga yang dapat mengotori alat-alat seperti perkakas rumah tangga, mesin, knalpot, dan lain-lain. Sehingga mempercepat kerusakan pada alat-alat tersebut. Selain itu juga menghasilkan gas CO yang dapat menyebabkan keracunan. Reaksi pembakaran tak sempurna:
2 CH4(g) + 3 O2(g) → 2 CO(g) + 4 H2O(g) + Energi
Gas CO merupakan gas tak berwarna, tak berbau, tak berasa, dan sukar larut dalam air. Gas CO mempunyai daya ikat yang lebih tinggi dibanding gas oksigen terhadap hemoglobin, sehingga jika terhirup manusia menyebabkan dalam darah lebih banyak mengandung CO daripada oksigen. Gejala yang timbul jika keracunan gas CO adalah sesak napas, daya ingat berkurang, ketajaman penglihatan menurun, dan lelah jantung. Tubuh akan kekurangan suplai oksigen, akibatnya badan lemas, pingsan, bahkan dapat menyebabkan kematian. Reaksi:
CO(g) + Hb(aq) → HbCO(aq)
Pembakaran bahan bakar minyak juga dapat menghasilkan zat polutan lain seperti: oksida belerang (SO2 dan SO3), oksida nitrogen (NO dan NO2), dan partikel-partikel debu. Gas-gas tersebut jika masuk di udara dapat menyebabkan terjadinya hujan asam. Gas SO2 merupakan gas tak berwarna tetapi berbau sangat menyengat dan larut dalam air. Gas CO2 dapat menyesakkan napas, memedihkan mata, dan mematikan daun karena merupakan racun bagi klorofil. Gas SO2 dan SO3 di udara lembap dapat bereaksi dengan uap air membentuk asam. Reaksinya:
SO2(g) + H2O(l) → H2SO3(aq)
Bereaksi dengan O2 membentuk SO3 kemudian bereaksi dengan uap air membentuk asam sulfat. Reaksinya:
2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
Asam sulfat di udara lembap mudah larut dalam air hujan sehingga air hujan bersifat asam, atau dikenal dengan hujan asam. Hujan asam dapat menyebabkan tumbuhan dan hewan yang tidak tahan hidup dalam suasana asam akan mati, dan perabotan yang berasal dari logam terkorosi. Selain gas SO2 dan SO3, gas NO dan NO2 juga dapat menyebabkan hujan asam. Gas NO merupakan gas yang tak berwarna tetapi beracun. Gas NO dapat bereaksi dengan O2 menghasilkan gas NO2. Reaksinya:
2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g)
Gas NO2 berwarna merah cokelat, berbau menyengat, mudah larut dalam air, dan beracun. Gas NO2 dapat menyebabkan kanker karena bersifat karsinogenik. Gas-gas tersebut juga mempunyai potensi menjadi gas rumah kaca yang dapat menyebabkan terjadinya efek rumah kaca. Gas NO dan NO2 juga menjadi katalis pada penguraian ozon di stratosfer. Mengingat dampak yang ditimbulkan dan terbatasnya sumber tambang minyak di dunia ini, maka mulai sekarang dicari energi alternatif lain seperti:
  1. licol /batu bara yang dibersihkan (sumber Buletin Khusus–Warta untuk Warga Agustus 2006);
  2. biodiesel dari minyak jarak (sumber Yunior–Suara Merdeka 1 Oktober 2006);
  3. biodiesel (etanol dari tebu, minyak jagung, minyak kelapa sawit);
  4. biogas dari kompos/kotoran hewan;
  5. tenaga nuklir;
  6. tenaga panas bumi /geothermal;
  7. tenaga air terjun;
  8. tenaga gelombang air laut;
  9. tenaga angin;
  10. tenaga surya.
Tabel Dampak Penggunaan Bahan Bakar Kendaraan terhadap Manusia
Zat Pencemar
Dampak yang Ditimbulkan
Karbon dioksida
Karbon monoksida
Sulfur dioksida
Nitrogen oksida
Timbal
Pemanasan global
Menimbulkan sakit kepala dan gangguan pernapasan
Menimbulkan iritasi saluran pernapasan, iritasi mata,batuk, dan hujan asam
Menghasilkan asap kabut yang menyebabkan tumbuhan layu dan gangguan pernapasan
Iritasi kulit, gatal-gatal, mata perih, infeksi saluran
pernapasan, memicu serangan jantung, merusak ginjal
dan memengaruhi kemampuan otak
RANGKUMAN
  1. Minyak bumi berasal dari sisa fosil hewan yang telah melapuk di dasar bumi selama jutaan tahun.
  2. Campuran senyawa hidrokarbon dalam minyak mentah terdiri atas alkana, aromatik, naftalena, alkena, dan alkuna.
  3. Minyak mentah diolah dan dipisahkan dengan metode distilasi bertingkat yang menghasilkan fraksi-fraksi berdasarkan perbedaan titik didih dari fraksi-fraksi tersebut.
  4. Minyak bumi banyak digunakan sebagai bahan bakar dan bahan baku pada industri petrokimia.
  5. Bilangan oktan bensin menyatakan kemampuan bensin mengatasi ketukan piston dalam mesin kendaraan bermotor
Plihlah salah satu jawaban yang paling tepat.
  1. Minyak bumi terbentuk selama ribuan tahun berasal dari fosil ….
    A. dinosaurus
    B. paus
    C. tumbuhan
    D. binatang mamalia
    E. plankton dan tumbuhan
  2. Faktor-faktor yang menyebabkan batuan fosil berubah menjadi minyak bumi adalah ….
    A. panas matahari
    B. tekanan dan panas bumi
    C. gempa tektonik
    D. badai tsunami
    E. letusan gunung dan lahar merapi
  3. Untuk menentukan secara akurat keberadaan minyak mentah di dalam bumi dipakai teknik ….
    A. peledakan
    B. gelombang seismik
    C. pantauan udara
    D. gelombang kejut
    E. mikroskop
  4. Minyak bumi umumnya bersumber di wilayah lepas pantai sampai laut dalam. Hal ini terjadi karena ….
    A. akibat pergeseran lapisan bumi
    B. pembentukan fosil berasal dari hewan laut
    C. memiliki dasar bumi yang dalam
    D. sudah menjadi hukum alam
    E. akibat sering terjadi gempa tektonik di laut
  5. Minyak bumi tergolong sumber energi tidak terbarukan sebab ….
    A. proses pembentukan memerlukan waktu ribuan tahun
    B. alam tidak dapat menciptakan lagi minyak bumi
    C. dapat didaur ulang dari hasil pembakaran
    D. tidak dapat dibuat oleh manusia dengan teknologi apapun
    E. minyak bumi bukan sumber energi baru
  6. Senyawa berikut yang tidak tergolong fraksi minyak bumi adalah ….
    A. alkana, sikloalkana
    B. alkena, aromatik
    C. asam lemak jenuh dan tidak jenuh
    D. butana, heksana, propana
    E. kerosin, solar, aspal
  7. Fraksi minyak bumi terbanyak adalah ….
    A. alkana dan sikloalkana
    B. aldehida dan aromatik
    C. sikloalkana dan aromatik
    D. LPG, LNG, dan aspal
    E. bensin premium dan solar
  8. Prinsip dasar dari pemisahan minyak bumi adalah perbedaan ….
    A. warna
    B. viskositas
    C. titik didih
    D. massa molekul
    E. kereaktifan
  9. Teknik yang diterapkan untuk memisahkan fraksi minyak bumi adalah ….
    A. ekstraksi
    B. destilasi bertingkat
    C. permurnian bertingkat
    D. dekantasi
    E. magnetisasi
  10. Ebtanas 1996:
    Dari hasil penyulingan minyak bumi:
  1. No.
  1. Jumlah Atom C
  1. Titik Didih/°C
  1. 1.
  1. C1 – C4
  1. < 40
  1. 2.
  1. C5 – C10
  1. 40 – 180
  1. 3.
  1. C11 – C12
  1. 160 – 250
  1. 4.
  1. C13 – C25
  1. 220 – 350
  1. 5
  1. C26 – C28
  1. > 350
  1. Ketika suhu dalam kolom fraksionasi mencapai 110°C, fraksi minyak bumi yang menguap adalah yang mengandung jumlah atom karbon ….
    A. 1 – 5
    B. 6 – 10
    C. 13 – 20
    D. 21 – 30
    E. 50 ke atas
  2. Fraksi gasolin dalam minyak bumi memiliki jumlah atom karbon berkisar antara ….
    A. 1 – 5
    B. 6 – 10
    C. 13 – 20
    D. 21 – 30
    E. 50 ke atas
  3. Fraksi minyak mentah yang tersisa dalam kolom fraksionasi dapat digunakan sebagai ….
    A. bahan bakar untuk memasak
    B. bahan bakar untuk kendaraan
    C. aspal untuk mengeraskan jalan
    D. pelarut senyawa karbon
    E. pelumas mesin
  4. Proses pengubahan molekul hidrokarbon yang berantai panjang menjadi molekul yang lebih pendek dinamakan ….
    A. distilasi
    B.
    reforming
    C. ekstraksi
    D. perengkahan
    E. destruksi
  5. Proses penggabungan molekul hidrokarbon yang berantai pendek menjadi yang lebih panjang dinamakan ….
    A. distilasi
    B.
    reforming
    C. ekstraksi
    D. perengkahan
    E. destruksi
  6. Ebtanas 1998:
    Komposisi dari bensin premium dengan bilangan oktan 80 adalah ….
    A. 20%
    n-heptana dan 80% isooktana
    B. 20% isooktana dan 80%
    n-heptana
    C. 20%
    n-heksana dan 80% isooktana
    D. 20% isooktana dan 80%
    n-heksana
    E. 20%
    n-pentana dan 80% isooktana
  7. Dari penyataan berikut:
    • Alkana bercabang dan sikloalkana terbakar lebih merata daripada alkana rantai lurus.
    • Alkana rantai pendek (C
    4) terbakar lebih merata daripada alkana rantai panjang ( C7).
    • Alkena terbakar lebih merata dari alkana.
    Pembakaran paling merata adalah campuran dari ….
    A. alkana bercabang dan alkena
    B. alkana rantai pendek dan alkena
    C. alkana rantai panjang dan alkena
    D. sikloalkana dan alkana rantai pendek
    E. alkana bercabang rantai pendek dan alkena
  8. Komposisi bensin dari campuran 87% isooktana dan 13% n-heptana memiliki bilangan oktan sebanyak ….
    A. 80
    B. 87
    C. 96
    D. 100
    E. 113
  9. Zat aditif yang dapat meningkatkan bilangan oktan adalah ….
    A. timbel oksida
    B. timbel sulfat
    C. tetraetiltimbel
    D. trietiltimbel
    E. trinitrotoulena
  10. Penambahan TEL ke dalam bensin premium menghasilkan endapan hitam PbO dan tertimbun dalam mesin motor. Untuk menghindari hal ini biasanya ditambahkan ….
    A. CH
    2Br2
    B. PbSO
    4
    C. PbCl
    2
    D. PbS
    E. Pb(C
    2H3O2)2
  11. Bahaya gas karbon monoksida terhadap manusia adalah ….
    A. mempercepat perkaratan logam
    B. mengurangi kadar CO
    2 di udara
    C. merusak lapisan ozon
    D. menyebabkan penyakit paru-paru
    E. mudah bereaksi dengan haemoglobin
  12. Gas pencemar yang mengakibatkan terjadinya kabut fotokimia adalah ….
    A. SO
    2
    B. CO
    2
    C. CnHx
    D. NO
    E. CO
  13. Pencemar udara yang mengakibatkan terjadinya hujan asam adalah ….
    A. CO
    B. CO
    2
    C. SO
    2
    D. N
    2
    E. freon
Esai Soal dan jawaban minyak bumi
B. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar.
1. a. Bagaimana proses pembentukan minyak bumi di alam.
b. Bagaimanakah pengolahan minyak bumi dan kegunaan setiap fraksi.
c. Bagaimana dampak pembakaran minyak bumi terhadap lingkungan.
2. Sumber energi apakah yang terbarukan? Kemukakan pendapat Anda tentang sumber energi baru dan terbarukan.
3. Sifat-sifat apa yang dimiliki oleh fraksi minyak mentah yang lebih mudah terbakar daripada minyak mentah yang sukar terbakar? Bandingkan bensin dan minyak tanah.
4. Mengapa dengan bertambahnya jumlah atom karbon dalam fraksi minyak bumi, viskositasnya (kekentalan) meningkat?
5. Jika bensin, minyak tanah, dan minyak pelumas dicampurkan, kemudian dimasukkan ke dalam alat suling:
a. manakah fraksi yang pertama keluar dari alat destilasi?
b. Manakah yang memiliki titik didih paling tinggi dan paling rendah?
Kunci Jawaban Soal dan jawaban minyak bumiI. Pilihan ganda 
Soal dan jawaban minyak bumi
1. E 11. B 21. C
3. B 13. B 23. E
5. A 15. C 25. C
7. A 17. B
9. B 19. E

Tidak ada komentar:

Posting Komentar