KEGUNAAN HIDROKARBON DAN MINYAK BUMI

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 30^oC, 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

30^oC – 90^oC. 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 90^oC – 175^oC. 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 200^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175^oC-200^oC. 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 275^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175^oC-275^oC. 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 375^oC, 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 375^oC. 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.