1. HIDROKARBON
Penggolongan Hidrokarbon
:
a. Berdasarkan jenis ikatan
antar atom karbonnya :
§ Hidrokarbon jenuh
§ Hidrokarbon tak jenuh
b. Berdasarkan bentuk rantai
karbonnya :
§ Hidrokarbon alifatik
§ Hidrokarbon alisiklik
§ Hidrokarbon aromatik
Hidrokarbon alifatik
dibedakan menjadi :
· Alkana, kegunaan :
1) Metana; berguna sebagai bahan bakar
untuk memasak, dan bahan baku pembuatan zat kimia seperti H2 dan NH3.
2) Etana; berguna sebagai bahan bakar untuk
memasak dan sebagai refrigerant dalam sistem pendinginan dua tahap untuk suhu
rendah.
3) Propana; merupakan komponen utama gas
elpiji untuk memasak dan bahan baku senyawa organik.
4) Butana; berguna sebagai bahan bakar
kendaraan dan bahan baku karet sintesis.
5) Oktana; merupakan komponen utama bahan
bakar kendaraan bermotor, yaitu bensin.
· Alkena, kegunaan :
1) Etena; digunakan sebagai bahan baku
pembuatan plastik polietena (PE).
2) Propena, digunakan untuk membuat plastik
polipropilena (PP), yaitu polimer untuk membuat serat sintesis dan peralatan
memasak.
· Alkuna, kegunaan :
Etuna (asetilena) yang sehari-hari dikenal
sebagai gas karbit dihasilkan dari batu karbit yang
direaksikan dengan air:
CaC2 + 2H2O
Ca(OH)2 + C2H2
Gas karbit jika dibakar akan menghasilkan
suhu yang tinggi, sehingga dapat
digunakan untuk mengelas dan memotong
logam. Gas karbit sering pun digunakan untuk mempercepat pematangan buah.
2. MINYAK BUMI
a. Pengertian Minyak Bumi
Minyak bumi (bahasa
Inggris: petroleum, dari bahasa Latin: petrus –
karang dan oleum – minyak) dijuluki juga sebagai emas
hitam, adalah suatu cairan kental yang berwarna coklat sampai hitam atau
kehijauan, yang mudah terbakar dan berbau kurang sedap, yang berada di lapisan
atas dari beberapa area di kerak bumi.
Minyak bumi merupakan
campuran kompleks dari senyawa-senyawa hidrokarbon, baik senyawa alifatik,
alisiklik, dan aromatik yang sebagian terdiri atas alkana tetapi bervariasi
dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya, dengan sedikit senyawa nitrogen
(0,01-0,9%), belerang (0,1-7%), oksigen (0,06-0,4%) dan senyawa logam dalam
jumlah yang sangat kecil.
b. Komponen-komponen Minyak
Bumi
Minyak bumi merupakan campuran yang
kompleks, yang komponen terbesarnya adalah hidrokarbon. Komponen-komponen
minyak bumi sebagai berikut :
A. Golongan Alkana
Golongan alkana yang tidak bercabang
terbanyak adalah n–oktana, sedang alkana bercabang terbanyak adalah isooktana
(2,2,4–trimetilpentana).
B. Golongan Sikloalkana
Golongan sikloalkana yang terdapat pada
minyak bumi adalah siklopentana dan sikloheksana.
C. Golongan Hidrokarbon Aromatik
Golongan hidrokarbon aromatik yang terdapat
dalam minyak bumi adalah benzena.
D. Senyawa-senyawa Lain
Senyawa-senyawa mikro yang lain, seperti
senyawa belerang berkisar 0,01 – 7%, senyawa nitrogen berkisar 0,01 – 0,9%,
senyawa oksigen berkisar 0,06 – 0,4%, dan mengandung sedikit senyawa
organologam yang mengandung logam vanadium dan nikel. Sementara itu sumber
energi yang lain, yaitu gas alam memiliki komponen alkana suku rendah, yaitu
metana, etana, propana, dan butana. Sebagai komponen terbesarnya adalah metana.
Dalam gas alam, selain mengandung alkana, terkandung juga di dalamnya berbagai
gas lain, yaitu karbon dioksida (CO2) dan hidrogen sulfida (H2S),
meskipun beberapa sumur gas alam yang lain ada juga yang mengandung helium.
Dalam gas alam ini, metana digunakan sebagai bahan bakar, sumber hidrogen, dan
untuk pembuatan metanol. Etana yang ada dipisahkan untuk keperluan industri,
sedangkan propana dan butana juga dipisahkan, dan kemudian dicairkan untuk
bahan bakar yang dikenal dengan nama LPG (Liquid Petroleum Gas)
yang biasa digunakan untuk bahan bakar kompor gas rumah tangga.
c. Pengolahan minyak bumi
Minyak mentah (crude oil) yang
diperoleh dari hasil pengeboran minyak bumi belum dapat digunakan atau
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan secara langsung. Hal itu karena minyak
bumi masih merupakan campuran dari berbagai senyawa hidrokarbon, khususnya
komponen utama hidrokarbon alifatik dari rantai C yang sederhana/pendek sampai
ke rantai C yang banyak/panjang, dan senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon.
Untuk menghilangkan
senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon, maka pada minyak mentah ditambahkan
asam dan basa. Minyak mentah yang berupa cairan pada suhu dan tekanan atmosfer
biasa, memiliki titik didih persenyawan-persenyawaan hidrokarbon yang berkisar
dari suhu yang sangat rendah sampai suhu yang sangat tinggi. Dalam hal ini,
titik didih hidrokarbon (alkana) meningkat dengan bertambahnya jumlah atom C
dalam molekulnya.
Dengan memperhatikan
perbedaan titik didih dari komponen-komponen minyak bumi, maka dilakukanlah
pemisahan minyak mentah menjadi sejumlah fraksi-fraksi melalui proses distilasi
bertingkat. Destilasi bertingkat adalah proses distilasi (penyulingan)
dengan menggunakan tahap-tahap/fraksi-fraksi pendinginan sesuai trayek titik
didih campuran yang diinginkan, sehingga proses pengembunan terjadi pada
beberapa tahap/beberapa fraksi tadi. Cara seperti ini disebutfraksionasi. Minyak
mentah tidak dapat dipisahkan ke dalam komponen-komponen murni (senyawa
tunggal). Hal itu tidak mungkin dilakukan karena tidak praktis, dan mengingat
bahwa minyak bumi mengandung banyak senyawa hidrokarbon maupun senyawasenyawa
yang bukan hidrokarbon. Dalam hal ini senyawa hidrokarbon memiliki isomerisomer
dengan titik didih yang berdekatan. Oleh karena itu, pemisahan minyak mentah
dilakukan dengan proses distilasi bertingkat. Fraksi-fraksi yang diperoleh dari
destilasi minyak bumi ialah campuran hidrokarbon yang mendidih pada trayek suhu
tertentu.
a) Pengolahan tahap pertama
(primary process)
Pengolahan tahap pertama
ini berlangsung melalui proses distilasi bertingkat, yaitu pemisahan minyak
bumi ke dalam fraksi-fraksinya berdasarkan titik didih masingmasing fraksi.
Komponen yang titik
didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan
yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui
sungkup-sungkup yang disebut menara gelembung. Makin ke atas, suhu dalam menara
fraksionasi itu makin rendah. Hal itu menyebabkan komponen dengan titik didih
lebih tinggi akan mengembun dan terpisah, sedangkan komponen yang titik
didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian seterusnya,
sehingga komponen yang mencapai puncak menara adalah komponen yang pada suhu
kamar berupa gas.
Perhatikan diagram
fraksionasi minyak bumi berikut ini.
Hasil-hasil frasionasi minyak bumi yaitu
sebagai berikut :
1) Fraksi pertama
Pada fraksi ini
dihasilkan gas, yang merupakan fraksi paling ringan. Minyak bumi dengan titik
didih di bawah 30oC, berarti pada suhu kamar berupa gas. Gas pada
kolom ini ialah gas yang tadinya terlarut dalam minyak mentah, sedangkan gas
yang tidak terlarut dipisahkan pada waktu pengeboran. Gas yang dihasilkan pada
tahap ini yaitu LNG (Liquid Natural Gas) yang mengandung komponen utama
propana (C3H8) dan butana (C4H10),
dan LPG (Liquid Petroleum Gas) yang mengandung metana (CH4)
dan etana (C2H6).
2) Fraksi kedua
Pada fraksi ini
dihasilkan petroleum eter. Minyak bumi dengan titik didih lebih
kecil 90oC, masih berupa uap, dan akan
masuk ke kolom pendinginan dengan suhu
30oC – 90oC. Pada
trayek ini, petroleum eter (bensin ringan) akan mencair dan keluar ke
penampungan petroleum eter. Petroleum eter merupakan campuran alkana dengan
rantai C5H12 – C6H14.
3) Fraksi Ketiga
Pada fraksi ini
dihasilkan gasolin (bensin). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari
175oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 90oC
– 175oC. Pada trayek ini, bensin akan mencair dan keluar ke
penampungan bensin. Bensin merupakan campuran alkana dengan rantai C6H14-C9H20.
4) Fraksi keempat
Pada fraksi ini dihasilkan nafta. Minyak
bumi dengan titik didih lebih kecil dari 200oC, masih berupa uap,
dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175oC-200oC.
Pada trayek ini, nafta (bensin berat) akan mencair dan keluar ke penampungan
nafta. Nafta merupakan campuran alkana dengan rantai C9H20–C12H26.
5) Fraksi kelima
Pada fraksi ini
dihasilkan kerosin (minyak tanah). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil
dari 275oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin
dengan suhu 175oC-275oC. Pada trayek ini, kerosin (minyak
tanah) akan mencair dan keluar ke penampungan kerosin. Minyak tanah (kerosin)
merupakan campuran alkana dengan rantai C12H26–C15H32.
6) Fraksi keenam
Pada fraksi ini
dihasilkan minyak gas (minyak solar). Minyak bumi dengan titik didih lebih
kecil dari 3750C, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin
dengan suhu 2500C-3750C. Pada trayek ini minyak gas
(minyak solar) akan mencair dan
keluar ke penampungan minyak gas (minyak solar). Minyak solar merupakan
campuran alkana dengan rantai C15H32–C16H34.
7) Fraksi ketujuh
Pada fraksi ini dihasilkan
residu. Minyak mentah dipanaskan pada suhu tinggi,
yaitu di atas 375oC, sehingga
akan terjadi penguapan. Pada trayek ini dihasilkan residu yang tidak menguap
dan residu yang menguap. Residu yang tidak menguap berasal dari minyak yang
tidak menguap, seperti aspal dan arang minyak bumi. Adapun residu yang menguap
berasal dari minyak yang menguap, yang masuk ke kolom pendingin dengan suhu 375oC.
Minyak pelumas (C16H34–C20H42)
digunakan untuk pelumas mesin-mesin, parafin (C21H44–C24H50)
untuk membuat lilin, dan aspal (rantai C lebih besar dari C36H74)
digunakan untuk bahan bakar dan pelapis jalan raya.
b) Pengolahan tahap kedua
Pengolahan tahap kedua
merupakan pengolahan lanjutan dari hasil-hasil unit pengolahan tahapan pertama.
Pada tahap ini, pengolahan ditujukan untuk mendapatkan dan menghasilkan
berbagai jenis bahan bakar minyak (BBM) dan non bahan bakar minyak (non BBM)
dalam jumlah besar dan mutu yang lebih baik, yang sesuai dengan permintaan
konsumen atau pasar.
Pada pengolahan tahap
kedua, terjadi perubahan struktur kimia yang dapat berupa pemecahan molekul
(proses cracking), penggabungan molekul (proses polymerisasi,
alkilasi), atau perubahan struktur molekul (proses reforming). Proses
pengolahan lanjutan dapat berupa proses-proses seperti di bawah ini.
1) Konversi struktur kimia
Dalam proses ini, suatu
senyawa hidrokarbon diubah menjadi senyawa hidrokarbon lain melalui proses
kimia.
a) Perengkahan (cracking)
Dalam proses ini, molekul
hidrokarbon besar dipecah menjadi molekul hidrokarbon yang lebih kecil sehingga
memiliki titik didih lebih rendah dan stabil.
Caranya dapat dilaksanakan, yaitu sebagai
berikut:
• Perengkahan termal; yaitu proses
perengkahan dengan menggunakan suhu dan tekanan tinggi saja.
• Perengkahan katalitik; yaitu proses
perengkahan dengan menggunakan panas dan katalisator untuk mengubah distilat
yang memiliki titik didih tinggi menjadi bensin dan karosin. Proses ini juga
akan menghasilkan butana dan gas lainnya.
• Perengkahan dengan hidrogen
(hydro-cracking); yaitu proses perengkahan yang merupakan kombinasi perengkahan
termal dan katalitik dengan "menyuntikkan" hidrogen pada molekul
fraksi hidrokarbon tidak jenuh. Dengan cara seperti ini, maka dari minyak bumi
dapat dihasilkan elpiji, nafta, kerosin, avtur, dan solar. Jumlah yang
diperoleh akan lebih banyak dan mutunya lebih baik dibandingkan dengan proses
perengkahan termal atau perengkahan katalitik saja. Selain itu, jumlah
residunya akan berkurang.
b) Alkilasi
Alkilasi merupakan suatu
proses penggabungan dua macam hidrokarbon isoparafin secara kimia menjadi
alkilat yang memiliki nilai oktan tinggi. Alkilat ini dapat dijadikan bensin
atau avgas.
c) Polimerisasi
Polimerisasi merupakan
penggabungan dua molekul atau lebih untuk membentuk molekul tunggal yang
disebut polimer. Tujuan polimerisasi ini ialah untuk menggabungkan
molekul-molekul hidrokarbon dalam bentuk gas (etilen, propena) menjadi senyawa
nafta ringan.
d) Reformasi
Proses ini dapat berupa
perengkahan termal ringan dari nafta untuk mendapatkan produk yang lebih mudah
menguap seperti olefin dengan angka oktan yang lebih tinggi. Di samping itu,
dapat pula berupa konversi katalitik komponen-komponen nafta untuk menghasilkan
aromatik dengan angka oktan yang lebih tinggi.
e) Isomerisasi
Dalam proses ini, susunan
dasar atom dalam molekul diubah tanpa menambah atau mengurangi bagian asal.
Hidrokarbon garis lurus diubah menjadi hidrokarbon garis bercabang yang
memiliki angka oktan lebih tinggi. Dengan proses ini, n-butana dapat diubah
menjadi isobutana yang dapat dijadikan sebagai bahan baku dalam proses
alkilasi.
2) Proses ekstraksi
Melalui proses ini,
dilakukan pemisahan atas dasar perbedaan daya larut fraksifraksi minyak dalam
bahan pelarut (solvent) seperti SO2, furfural, dan sebagainya. Dengan
proses ini, volume produk yang diperoleh akan lebih banyak dan mutunya lebih
baik bila dibandingkan dengan proses distilasi saja.
3) Proses kristalisasi
Pada proses ini,
fraksi-fraksi dipisahkan atas dasar perbedaan titik cair (melting point)
masing-masing. Dari solar yang mengandung banyak parafin, melalui proses pendinginan,
penekanan dan penyaringan, dapat dihasilkan lilin dan minyak filter. Pada
hampir setiap proses pengolahan, dapat diperoleh produk-produk lain sebagai produk
tambahan. Produk-produk ini dapat dijadikan bahan dasar petrokimia yang diperlukan
untuk pembuatan bahan plastik, bahan dasar kosmetika, obat pembasmi serangga,
dan berbagai hasil petrokimia lainnya.
4) Membersihkan produk dari kontaminasi (treating)
Hasil-hasil minyak yang
telah diperoleh melalui proses pengolahan tahap pertama dan proses pengolahan
lanjutan sering mengalami kontaminasi dengan zat-zat yang merugikan seperti
persenyawaan yang korosif atau yang berbau tidak sedap. Kontaminan ini harus
dibersihkan misalnya dengan menggunakan caustic soda, tanah liat,
atau proses hidrogenasi.
d. Kegunaan minyak bumi
Berdasarkan jumlah atom C, maka minyak bumi
dapat dibagi menjadi fraksi-fraksi
dengan sifat berbeda (Tabel 7.8).
Tabel 7.8
Jumlah atom C
|
Fraksi
|
Kegunaan
|
C1-C4
|
Gas
|
- Bahan bakar elpiji
|
- Bahan baku sintesis senyawa organik
|
-Bahan bakar kendaraan bermotor
|
C5 – C10
|
Bensin
|
-Sintetis senyawa organik
|
C6 – C10
|
Nafta
|
-Pembuatan plastik, karet sintesis, deterjen, obat, cat, bahan pakaian,
kosmetik
|
-Bahan bakar pesawat udara
|
C11 – C14
|
Kerosin
|
- Bahan bakar kompor paraffin
|
C15 – C17
|
Minyak solar
|
-Bahan bakar kendaraan bermesin diesel
|
-Bahan bakar tungku industri
|
C18 – C20
|
Minyak pelumas
|
- Digunakan untuk minyak pelumas
karena kekentalannya yang tinggi
|
> C20
|
Lilin
|
-Sebagai lilin paraffin untuk membuat lilin, kertas pembungkus berlapis
lilin, lilin batik, korek api, dan semir sepatu
|
Bensin
Fraksi minyak bumi yang
paling banyak digunakan ialah bensin. Komponen utamanbensin yaitu n-heptana dan
isooktana.
CH3 -CH2 -
CH2 - CH2 - CH2 - CH2 -
CH3
n-heptana
2,2,4-trimetil pentana (isooktana)
Kualitas bensin dinyatakan dengan bilangan
oktan, yaitu bilangan yang menunjukkan jumlah isooktana dalam bensin. Bilangan
oktan ini menyatakan kemampuan bahan bakar dalam mengatasi ketukan (knocking)
saat terbakar dalam mesin. Semakin besar bilangan oktan, semakin tinggi
kualitas bensin. Sebagai pembanding, dapat dilihat dari nilai yang seharusnya
dimiliki oleh n-heptana dan isooktana:
• n-heptana diberi nilai oktan = 0, karena
zat ini menimbulkan knocking yang sangat
hebat.
• isooktana diberi nilai = 100, karena
menimbulkan sedikit knocking (tidak menimbulkan knocking).
Sampai saat ini terdapat
tiga jenis bensin, yaitu premix, premium, dan super TT. Premix (campuran
premium dengan zat aditif MTBE), mempunyai nilai oktan 94, berarti kualitas
bahan bakar setara dengan campuran 94% isooktana dan 6% n-heptana. Premium
mempunyai nilai oktan 80-85, sedangkan super TT mempunyai nilai oktan 98.
Bensin yang dihasilkan
dari proses distilasi biasanya masih mempunyai bilangan oktan yang rendah.
Untuk meningkatkan bilangan oktan, perlu ditambahkan zat aditif (zat anti
knocking), seperti:
• Tetra Ethyl Lead (TEL); mempunyai
rumus molekul Pb(C2H5)4. TEL biasanya digunakan dalam
bentuk campurannya yang disebut Ethyl Fluid, yaitu terdiri atas:
65% TEL, 25% 1,2-dibromoetana, 10%
1,2-dikloroetana. Adanya unsur Br dan Cl sangat penting untuk mencegah oksida
timbal menempel pada mesin, yaitu dengan membentuk timbal bromida PbBr2 yang
mudah menguap. Dengan demikian, semua
timbal akan keluar bersama asap kendaraan
bermotor lewat knalpot.
• Benzena; mempunyai rumus
molekul C6H6.
• Etanol; mempunyai rumus
molekul CH3 -CH2 - OH. Campuran bensin dengan
etanol (9:1) lazim disebut gasohol.
• Tersier-butil alkohol; mempunyai
rumus molekul C4H9OH.
• Tersier-butil metil eter (MTBE =
Metil Tersier Butil Eter); mempunyai rumus molekul
C5OH12. Zat aditif
ini biasanya digunakan sebagai pengganti TEL, yaitu untuk menghindari adanya
timbal yang dapat mencemari udara.
Dampak pembakaran bensin
a. Penggunaan TEL
TEL mengandung logam
berat timbal (Pb) yang terbakar dan akan keluar bersama asap kendaraan bermotor
melalui knalpot. Hal ini menyebabkan pencemaran udara. Senyawa timbal merupakan
racun dengan ambang batas kecil, artinya pada konsentrasi kecil pun dapat
berakibat fatal.
Gejala yang
diakibatkannya, antara lain: tidak aktifnya pertumbuhan beberapa
enzim dalam tubuh, berat badan anak-anak
berkurang, perkembangan sistem syaraf
lambat, selera makan hilang, cepat lelah,
dan iritasi saluran pernapasan.
b. Pembakaran tidak sempurna hidrokarbon
Pembakaran tidak sempurna dengan reaksi
sebagai berikut:
CxHy + O2(g) => C(s) + CO(g) + CO2(g)
+ H2O(g)
Menghasilkan:
• karbon (arang) yang berupa asap hitam
yang mengganggu pernapasan.
• gas karbonmonoksida yang merupakan gas
beracun yang tidak berbau, tidak berasap, tetapi dapat mematikan. Gas CO
memiliki kemampuan terikat kuat pada hemoglobin, suatu protein yang mengangkut
O2 dari paru-paru ke seluruh tubuh. Daya ikat hemoglobin
terhadap CO dua ratus kali lebih kuat daripada terhadap O2. Jadi,
jika kita menghirup udara yang mengandung O2 dan CO, maka yang
akan terikat lebih dulu dengan hemoglobin ialah CO. Jika CO yang terikat
terlampau banyak, maka tubuh kita akan kekurangan O2 yang
mempengaruhi proses metabolisme sel. Kadar CO yang diperbolehkan ialah di bawah
100 ppm (0,01%). Udara dengan kadar CO 100 ppm, dapat menyebabkan sakit kepala
dan cepat lelah. Udara dengan kadar CO 750 ppm, dapat menyebabkan kematian.
• gas karbondioksida menyebabkan perubahan
komposisi kimia lapisan udara dan mengakibatkan terbentuknya efek rumah kaca (treibhouse
effect), yang memberi kontribusi pada peningkatan suhu bumi.
c. Adanya belerang dalam minyak bumi
Adanya belerang dalam minyak bumi, akan
terbakar menghasilkan belerang dioksida.
S + O2 => SO2
Gas belerang dioksida (SO2)
merupakan oksida asam yang dapat merusak zat hijau daun (klorofil), sehingga
mengganggu proses fotosintesis pada pohon. Apabila SO2 bercampur
dengan air hujan menyebabkan terjadinya hujan asam bersama-sama dengan NOx. NOx
sendiri secara umum dapat menumbuhkan sel-sel beracun dalam
tubuh mahluk hidup, serta meningkatkan
derajat keasaman tanah dan air jika bereaksi dengan SO2.