Minyak

Minyak mentah atau crude oil adalah cairan coklat kehijauan sampai hitam yang terutama terdiri dari karbon dan hidrogen. Teori yang paling umum digunakan untuk menjelaskan asal-usul minyak bumi adalah “organic source materials”. Teori ini menyatakan bahwa minyak bumi merupakan produk perubahan secara alami dari zat-zat organik yang berasal dari sisa-sisa tumbuhan dan hewan yang mengendap selama ribuan sampai jutaan tahun. Akibat dari pengaruh tekanan, temperatur, kehadiran senyawa logam dan mineral serta letak geologis selama proses perubahan tersebut, maka minyak bumi akan mempunyai komposisi yang berbeda di tempat yang berbeda. Komposisi Minyak Bumi Minyak bumi memiliki campuran senyawa hidrokarbon sebanyak 50-98% berat, sisanya terdiri atas zat-zat organik yang mengandung belerang, oksigen, dan nitrogen serta senyawa-senyawa anorganik seperti vanadium, nikel, natrium, besi, aluminium, kalsium, dan magnesium. Secara umum, komposisi minyak bumi terdiri dari Karbon (C) 84 – 87%, Hidrogen (H) 11 – 14%, Sulfur (S) 0 – 3%, Nitrogen (N) 0 – 1%, Oksigen (O) 0 – 2%. Berdasarkan kandungan senyawanya, minyak bumi dapat dibagi menjadi golongan hidrokarbon dan non-hidrokarbon serta senyawa-senyawa logam. 1. Hidrokarbon Golongan hidrokarbon-hidrokarbon yang utama adalah parafin, olefin, naften, dan aromatik. 1.1. Parafin adalah kelompok senyawa hidrokarbon jenuh berantai lurus (alkana), CnH2n+2. Contohnya adalah metana (CH4), etana (C2H6), n-butana (C4H10), isobutana (2-metil propana, C4H10), isopentana (2-metilbutana, C5H12), dan isooktana (2,2,4-trimetil pentana, C8H18). Jumlah senyawa yang tergolong ke dalam senyawa isoparafin jauh lebih banyak daripada senyawa yang tergolong n-parafin. Tetapi, di dalam minyak bumi mentah, kadar senyawa isoparafin biasanya lebih kecil daripada n-parafin. 1.2. Olefin Olefin adalah kelompok senyawa hidrokarbon tidak jenuh, CnH2n. Contohnya etilena (C2H4), propena (C3H6), dan butena (C4H8). 1.3. Naften Naften adalah senyawa hidrokarbon jenuh yang membentuk struktur cincin dengan rumus molekul CnH2n. Senyawa-senyawa kelompok naften yang banyak ditemukan adalah senyawa yang struktur cincinnya tersusun dari 5 atau 6 atom karbon. Contohnya adalah siklopentana (C5H10), metilsiklopentana (C6H12) dan sikloheksana (C6H12). Umumnya, di dalam minyak bumi mentah, naftena merupakan kelompok senyawa hidrokarbon yang memiliki kadar terbanyak kedua setelah n-parafin. 1.4. Aromatik Aromatik adalah hidrokarbon-hidrokarbon tak jenuh yang berintikan atom-atom karbon yang membentuk cincin benzen (C6H6). Contohnya benzen (C6H6), metilbenzen (C7H8), dan naftalena (C10H8). Minyak bumi dari Sumatera dan Kalimantan umumnya memiliki kadar aromat yang relatif besar. 2. Non Hidrokarbon Selain senyawa-senyawa yang tersusun dari atom-atom karbon dan hidrogen, di dalam minyak bumi ditemukan juga senyawa non hidrokarbon seperti belerang, nitrogen, oksigen, vanadium, nikel dan natrium yang terikat pada rantai atau cincin hidrokarbon. Unsur-unsur tersebut umumnya tidak dikehendaki berada di dalam produk-produk pengilangan minyak bumi, sehingga keberadaannya akan sangat mempengaruhi langkah-langkah pengolahan yang dilakukan terhadap suatu minyak bumi. 2.1. Belerang Belerang terdapat dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S), belerang bebas (S), merkaptan (R-SH, dengan R=gugus alkil), sulfida (R-S-R’), disulfida (R-S-S-R’) dan tiofen (sulfida siklik). Senyawa-senyawa belerang tidak dikehendaki karena : a. menimbulkan bau tidak sedap dan sifat korosif pada produk pengolahan. b. mengurangi efektivitas zat-zat bubuhan pada produk pengolahan. c. meracuni katalis-katalis perengkahan. d. menyebabkan pencemaran udara (pada pembakaran bahan bakar minyak, senyawa belerang teroksidasi menjadi zat-zat korosif yang membahayakan lingkungan, yaitu SO2 dan SO3). 2.2. Nitrogen Senyawa-senyawa nitrogen dibagi menjadi zat-zat yang bersifat basa seperti 3-metilpiridin (C6H7N) dan kuinolin (C9H7N) serta zat-zat yang tidak bersifat basa seperti pirol (C4H5N), indol (C8H7N) dan karbazol (C12H9N). Senyawa-senyawa nitrogen dapat mengganggu kelancaran pemrosesan katalitik yang jika sampai terbawa ke dalam produk, berpengaruh buruk terhadap bau, kestabilan warna, serta sifat penuaan produk tersebut. 2.3. Oksigen Oksigen biasanya terikat dalam gugus karboksilat dalam asam-asam naftenat (2,2,6-trimetilsikloheksankarboksilat, C10H18O2) dan asam-asam lemak (alkanoat), gugus hidroksi fenolik dan gugus keton. Senyawa oksigen tidak menyebabkan masalah serius seperti halnya senyawa belerang dan senyawa nitrogen pada proses-proses katalitik. 3. Senyawa logam Minyak bumi biasanya mengandung 0,001-0,05% berat logam. Kandungan logam yang biasanya paling tinggi adalah vanadium, nikel dan natrium. Logam-logam ini terdapat bentuk garam terlarut dalam air yang tersuspensi dalam minyak atau dalam bentuk senyawa organometal yang larut dalam minyak. Vanadium dan nikel merupakan racun bagi katalis-katalis pengolahan minyak bumi dan dapat menimbulkan masalah jika terbawa ke dalam produk pengolahan.   1. Komposisi Minyak Bumi Minyak bumi atau “crude oil” adalah senyawaan hidrokarbon dan non-hidrokarbon yang terdapat di dalam bumi. Minyak bumi berwarna coklat kehitaman sampai hitam, dalam bentuk cair dan terdapat gas–gas yang melarut di dalamnya, dengan berat jenis berkisar antara 0,8000 – 1,0000. Unsur kimia penyusun minyak bumi adalah : – unsur mayor adalah karbon dan hidrogen (disebut unsur hidrokarbon), dan – unsur minor adalah sulfur, nitrogen, oksigen, halogen dan logam (disebut unsur non-hidrokarbon) Besarnya kandungan (konsentrasi) unsur tersebut dalam berbagai macam minyak bumi, seperti ditunjukkan pada Tabel dibawah ini : Sifat minyak bumi antara satu dengan ainnya berbeda–beda, dari yang ringan (encer) sampai pada yang berat (kental). Hal ini sangat bergantung pada jenis dan besarnya kandungan komponen (unsur) di dalam minyak bumi. Tabel : Kisaran kandungan unsur – unsur dalam Minyak Bumi Unsur Konsentrasi (% wt) Karbon (C) 83 - 87 Hidorgen (H) 10 - 14 Sulfur (S) 0.05 - 6,0 Oksigen (O) 0.05 - 1,5 Nitrogen (N) 0,1 - 2,0 Logam 10-5 -  10-2 Diharapkan bahwa minyak bumi mengandung unsur non-hidrokarbon dalam jumlah sekecil mungkin. Makin kecil kandungannya mempunyai nilai ekonomi makin tinggi, karena dengan kandungan yang kecil tidak memerlukan biaya yang tinggi dalam proses pengolahannya ataupun dalam pemenuhan spesifikasi produk yang dihasilkan.   2. Komponen Minyak Bumi Komponen Minyak bumi terdiri dari : – Komponen Hidrokarbon (HC, hydrocarbon) – Komponen non-Hidrokarbon   2.1 Komponen Hidrokarbon Minyak bumi merupakan campuran dari beratus–ratus senyawaan hidrokarbon, yang dikelompokan atas hidrokarbonparafin, naften dan aromat. Jumlah atom karbon dalam minyak bumi mulai dari metana (satu atom karbon dalam molekulnya) sampai 60 atau lebih, dengan berat molekul 16 sampai 850 atau lebih. Hidrokarbon parafin, mulai dari metana yaitu senyawaan hidrokarbon yang paling kecil dengan 1 atom karbon sampai senyawaan hidrokarbon besar dengan 42 atom karbon (berat molekul 590) atau lebih. Hidrokarbon parafin terdiri dari normal parafin dan isoparafin Hidrokarbon naften, mulai dari mono naften sampai poli naften Hidrokarbon aromat, mulai dari mono inti benzena sampai poli inti benzena.   Hidrokarbon Parafin adalah hidrokarbon jenuh dengan ikatan C – C dan C – H dengan struktur rantai atom C terbuka.  HC parafin mempunyai titik didih paling rendah diantara hidrokarbon naften dan aromatik. Oleh karena itu banyak terdapat pada fraksi ringan. Sifat – sifat : – nilai kalor tinggi (btu/lb), – SG rendah, – API gravity tinggi – tahan terhadap oksidasi, – mudah untuk dipecah (cracking) dalam proses perengkahan panas ( thermal cracking ) maupun proses perengkahan katalis (catalytic cracking) artinya proses cracking itu berjalan pada suhu yang relative rendah dibanding dengan senyawaan hidrokarbon naften dan aromat. Rumus CnH2n+2 Hidrokarbon parafin, baik normal parafin maupun parafin cabang (iso parafin)  rumusnya adalah CnH2n+2 .   Hidrokarbon Naften, terdiri dari mononaften dan polinaften. Hidrokarbon naften adalah hidrokarbon jenuh dengan ikatan C – C dan C – H dengan struktur rantai atom C tertutup. Struktur molekulnya terdiri mononaften dan polinaften. Sifat – sifat : Hidrokarbon naften mempunyai sifat– sifat diantara hidrokarbon parafin dan hidrokarbon aromat. Hidrokarbon naften disebut pula sikloparafin atau siklo alkana. Dibandingkan dengan hidrokarbon parafin, hidrokarbon ini lebih stabil karena mempunyai rantai atom C tertutup sedang hidrokarbon parafin rantai atom C nya terbuka. Rumus : CnH2n + 2 – 2RN Hidrokarbon naften, rumusnya adalah CnH2n + 2 – 2RN , dimana RN adalah cincin naften dalam molekul. Contoh  pada gambar di bawah ini :   Hidrokarbon Aromatik, terdiri dari monoaromat dan poliaromat Hidrokarbon aromatik adalah hidrokarbon jenuh dengan ikatan C – C, C = C dan C – H. Dikatakan hidrokarbon jenuh karena senyawa aromatik : – tidak dapat bereaksi dengan larutan brom, dan atau – tidak dapat bereaksi dengan larutan KMnO4 alkalis.   Hidrokarbon aromat ini mempunyai struktur rantai atom C tertutup berikatan rangkap dua dan tunggal yang saling bergantian (selang–seling–selang atau seling–selang–seling) diantara kedua atom C yang berdekatan. Sifat – sifat : – Dibandingkan dengan hidrokarbon parafin dan hidrokarbon naften, bahwa hidrokarbon aromat kurang stabil dan dapat bereaksi terutama dengan gas H2 menghasilkan naften. – Mempunyai titik didih lebih tinggi dibandingkan dengan hidrokarbon parafin dan naften. Oleh karena itu banyak terdapat pada fraksi berat. – Nilai kalor rendah (btu/lb), – SG tinggi – API gravity rendah dan namun tahan terhadap oksidasi. – Memerlukan panas tinggi untuk proses thermal cracking ataupun catalytic cracking, menghasilkan naften dan parafin.dengan jumlah atom lebih kecil. Rumus CnH2n +2 – 6RA – 2RAS Hidrokarbon aromat rumusnya adalah CnH2n +2 – 6RA – 2RAS , dimana RA = jumlah cincin aromatik dan RAS = jumlah cincin aromatik substansial. Sedang hidrokarbon campuran naften aromatik mempunyai rumus CnH2n +2RN – 6RA – 2RAS. Contoh pada gambar dibawah ini : Benzene -- Monoaromat Napthalene --  Poliaromat   Atas dasar pembagian senyawaan hidrokarbon tersebut atas parafin, naften dan aromatik, dan campuran naften–aromatik, dapat digunakan untuk menentukan klasifikasi minyak bumi, yaitu minyak bumi parafinik, naftenik, aromatikdan campuran. Sedang senyawaan hidrokarbon olefin tidak terdapat dalam minyak bumi, hal ini disebabkan oleh proses penjenuhan olefin dalam minyak bumi itu sendiri oleh gas H2 yang melarut di dalamnya.   2.2 Komponen non-Hidrokarbon Komponen nonhidrokarbon adalah senyawaan yang di dalam molekulnya disamping unsur karbon dan hidrogen terdapat unsur sulfur, oksigen, nitrogen, halogen atau logam. Senyawaan yang demikian disebut senyawaan hidrokarbon heteroatom. Sebagai senyawa organik, keberadaannya melarut dalam minyak bumi, sedang sebagai senyawa anorganik tidak melarut dalam minyak bumi melainkan larut dalam air sebagai emulsi.   · Senyawaan Organik Sulfur Senyawaan organik sulfur adalah senyawaan organik heteroatom terdiri dari atom karbon, atom hidrogen dan atom sulfur. Terdapatnya senyawaan sulfur dalam minyak bumi sangat berpengaruh dalam proses pengolahan, produk yang dihasilkan dan pada penyimpanan. Pengaruh tersebut adalah penyebab korosif dan berbau. Bila density suatu minyak bumi tinggi (0API rendah), berpeluang kandungan sulfurnya tinggi.   · Senyawaan Organik Oksigen Oksigen sebagai senyawaan organik dalam minyak bumi terdiri dari berbagai macam senyawaan, dan tidak jelas bagaimana senyawaan oksigen itu dapat terbentuk di dalam minyak bumi. Kandungan oksigen jumlah (total oxygen) dalam minyak bumi umumnya kurang dari 2 %wt. Kandungan oksigen dalam minyak bumi tidak menaik dengan kenaikan titik didih fraksi. Walaupun kandungan sulfur maupun kandungan nitrogen dalam minyak bumi sangat berpengaruh pada berat jenis API (API gravity), namun tidak demikian halnya bahwa kandungan oksigen dalam minyak bumi tidak proprsional dengan berat jenis API. Hal ini disebabkan karena minyak bumi dimungkinkan berhubungan dengan udara sehingga terdapat oksigen yang bereaksi dengan unsur–unsur yang terkandung dalam minyak bumi untuk menghasilkan senyawaan oksigen.   · Senyawaan Nitrogen Organik Pada umumnya, kandungan nitrogen dalam minyak bumi adalah rendah, berada dalam kisaran konsentrasi 0,1 sampai 0,9 % wt walaupun beberapa minyak bumi mempunyai kandungan nitrogen sampai 2 %wt. Bagaimanapun untuk beberapa minyak bumi dengan kandungan nitrogen yang tidak terdeteksi ( not detectable ) atau dalam konsentrasi yang sangat kecil ( trace ) adalah tidak umum, bahkan minyak bumi jenis aspaltik mengandung nitrogen dalam jumlah yang sangat tinggi.   · Konstituen Logam Dalam minyak bumi terdapat kira – kira 20 (dua puluh) unsur logam, dengan konsentrasi yang berbeda. Keberadaan logam dalam minyak bumi sangat menarik perhatian di dalam proses pengolahan walaupun kandungannya sangat kecil. Pengaruh logam dalam minyak bumi adalah : – Meskipun dalam jumlah yang kecil, unsur–unsur besi, tembaga dan terutama vanadium dan nikel, yang terdapat dalam umpan perengkahan katalitik mempunyai pengaruh terhadap aktifitas katalis dapat menghasilkan kenaikan pembentukan gas dan kokas (coke) dan menurunkan produk gasoline. – Dalam pembangkit tenaga pada suhu tinggi, misalnya turbin gas, terdapatnya konstituen logam terutama vanadium dalam bahan bakar, dapat menghasilkan kerak abu dalam rotor turbin, akan mengurangi kebersihan. Disamping itu terdapatnya vanadium juga menyebabkan korosi. – Abu yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar yang mengandung natrium dan terutama vanadium dapat bereaksi dengan bata tahan api dapur sehingga menurunkan titik leburnya dan menyebabkan deteriorasi. – Residu abu yang tertinggal setelah pembakaran minyak bumi berupa konstituen logam ini, sebagian berasal dari senyawaan anorganik yang larut dalam air sebagai garam–garam klorida, kalium, magnesium dan kalsium, yang terdapat dalam fasa air yaitu dalam bentuk emulsi minyak bumi. Garam–garam ini dipisahkan dalam proses pengambilan garam (desalting operations ), dapat juga dengan cara penguapan air yang kemudian dicuci dengan air bebas garam, atau dengan cara memecah emulsi. Dengan cara ini, kandungan garam dalam minyak bumi dapat berkurang. – Kandungan abu jumlah (total ash ), adalah penjumlahan dari anorganometalik dan organometalik dari minyak bumi yang telah diambil garamnya (desalted crudes), berkisar dari 0,1 sampai 100 mg/liter. – Logam – logam seperti seng, titanium, kalsium dan magnesium berada dalam bentuk koloidal tersuspensi. dengan sifat permukaan aktif yang teradsorp dalam permukaan air–minyak dan cenderung stabil dalam emulsi. Sebaliknya logam– logam seperti vanadium, tembaga, nikel dan sebagian besi ditemukan dalam minyak bumi sebagai senyawaan logam yang melarut dalam minyak bumi (oil–soluble compounds). Parafin  Parafin (dari parum affinis juga dinamakan) Alkana, paraffin ini memiliki sifat sukar bereaksidengan senyawa-senyawa lainnya. Kadang-kadang alkana juga disebut sebagai hidrokarbon batas, karena batas kejenuhan atom-atom H telah tercapai.Alkana merupakan senyawa hidrokarbon jenuh yang seluruh ikatannya tunggal. Sebagaihidrokarbon jenuh, alkana memiliki jumlah atom H yang maksimum. Setiap senyawa yangmerupakan anggota alkana dinamakan suku. Suku alkana ditentukan oleh jumlah atom C dalamsenyawa tersebut.Kandungan utama dari campuran hidrokarbon ini adalah parafin atau senyawa isomernya. Isomer sendiri adalah bentuk lain dari suatu senyawa hidrokarbon yang memiliki rumus kimia yangsama. Misal pada normal-butana pada gambar berikut memiliki isomer 2-metil propana, ataukadang disebut juga iso-butana. Keduanya memiliki rumus kimia yang sama, yaitu C4H10 tetapimemiliki rumus bangun yang berbeda seperti tampak pada gambar.CH3 ± CH2 ± CH2 ± CH3 butanaCH3 ± CH ± CH3|CH3iso-butanaSenyawa hidrokarbon µnormal¶ sering juga disebut sebagai senyawa hidrokarbon rantai lurus,sedangkan senyawa isomernya atau µiso¶ sering juga disebut sebagai senyawa hidrokarbon rantaicabang. Keduanya merupakan jenis minyak bumi jenis parafin. Naften dan Aromatik