Struktur dan Komposisi Minyak bumi

Struktur dan Komposisi Minyak

              Kebanyakan senyawa-senyawa yang terkandung di dalam minyak dan gas bumi terdiri dari hidrogen dan karbon sebagai unsur-unsur utamanya. Senyawa-senyawa tersebut disebut sebagai senyawa hidrokarbon. Selain dari pada senyawa-senyawa tersebut terdapat pula senyawa-senyawa lain dalam jumlah yang sedikit yang mengandung unsur-unsur belerang atau sulfur, oksigen dan nitrogen.

            Komposisi minyak mentah dan gas bumi berdasarkan unsur-unsur penyusunnya adalah sebagai berikut :

          Karbon          : 83,5   – 87,5 % berat

          Hidrogen       : 11,5   – 14,0 %

          Sulfur            :   0,1   –   3,0 %

          Oksigen         :   0,1   –   1,0 %

          Nitrogen        :   0,01 –    0,3 %   

Selain unsur-unsur di atas terdapat juga unsur-unsur logam seperti vanadium, besi, nikel, khrom, posfor dan logam-logam lain yang jumlahnya kurang dari 0,03 % berat.

            Operasi-operasi pengilangan minyak secara fisis seperti penguapan, fraksionasi dan pendinginan dilaksanakan oleh adanya sejumlah besar penyusun minyak dan gas bumi, sedangkan operasi-operasi kimiawi seperti pemurnian (treating) dan filtrasi dilaksanakan oleh adanya senyawa-senyawa sulfur, oksigen dan nitrogen, juga dilakukan oleh adanya sejumlah kecil senyawa hidrogen reaktif yang mungkin terikat dalam minyak dan gas bumi.

            Di dalam minyak mentah dan gas bumi terdapat beberapa kelompok senyawa-senyawa hidrokarbon dan masih ada beberapa kelompok senyawa hidrokarbon yang lain yang dihasilkan oleh proses-proses pengolahan minyak seperti perengkahan dan hidrogenasi. Di antara minyak dan gas bumi mempunyai rumus molekul seperti alkana (C_nH_2n+2), alkena (C_nH_2n)  dan alkuna (C_n H_2n-2 ).                   

            3.1.1 Kelompok Senyawa Hidrokarbon

           Kelompok senyawa hidrokarbon yang terkenal ada di dalam minyak dan gas bumi ada 6 kelompok yaitu :

1.    Parafin yang merupakan senyawa alkana.

2.    Olefin yang terdiri dari gugus alkena dan sikloparafin.

3.    Naftalena yang terdiri dari hidrokarbon cincin jenuh

4.    Aromatik yang terdiri dari hidrokarbon cincin tak jenuh

5.    Diolefin terdiri dari dua ikatan rangkap yang tak jenuh dan

6.     Asetilen

            Kelompok senyawa parafin merupakan senyawa yang sangat stabil dan mempunyai rantai lurus, seperti metan, etan, propan, butan, pentan dan lain-lain. Kelompok senyawa olefin atau juga disebut etilen terdiri dari senyawa rantai lurus yang tak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap menghubungkan dua atom karbon. Kelompok senyawa olefin antara lain etena, propena, butena dan lain-lain.

            Kelompok senyawa naftalen mempunyai rumus molekul yang sama dengan kelompok senyawa olefin, tetapi sangat besar perbedaan sifat-sifatnya. Sernyawa naftalen adalah senyawa-senyawa yang mempunyai cincin atau rantai melingkar yang jenuh. Kelompok senyawa ini antara lain siklo propan, siklo pentan, siklo heksan, siklo heptan dan lain-lain.

            Kelompok senyawa aromatik yang sering disebut sebagai kelompok senyawa benzen, merupakan senyawa kimia yang aktif. Senyawa ini merupakan senyawa tak jenuh yang berbentuk cincin atau rantai melingkar. Kelompok senyawa ini antara lain benzen, naftalen, fenol, anilin dan lain-lain. Kelompok senyawa diolefin hampir sama dengan senyawa-senyawa olefin kecuali dua atom hidrogen yang hilang., atau dua ikatan rangkap tedapat pada setiap molekulnya. Dua ikatan rangkap tersebut menyebabkan senyawa ini aktif sekali. Senyawa diolefin cenderung membentuk polimer atau berkombinasi dengan molekul-molekul tak jenuh lainnya membentuk senyawa yang mempunyai berat molekul yang lebih besar seperti getah minyak (gum).

 

 

            3.1.2 Klasifikasi Minyak dan Gas Bumi

            Dahulu minyak dan gas bumi sering dipertimbangkan sebagai larutan hidrokarbon parafin, tetapi survei literatur menunjukkan bahwa asumsi itu tidak benar. Sekitar 85 % dari minyak mentah (crude oil) di dunia diklasifikasikan menjadi 3 golongan yaitu :

1.    Minyak dasar aspal (asphaltic base)

2.    Minyak dasar paraffin (paraffinic base)

3.    Minyak dasar campuran (mixed base).

            Minyak dasar aspal mengandung sedikit lilin paraffin dengan aspal sebagai residu utama. Minyak dasar aspal sangat dominan mengandung aromatik. Kandungan sulfur, oksigen dan nitrogen relatif lebih tinggi dibandingkan dengan minyak-minyak dasar lainnya. Minyak mentah dengan dasar aspal sangat cocok untuk memproduksi gasolin yang berkualitas tinggi, minyak pelumas mesin dan aspal. Fraksi-fraksi ringan dan menengah mengandung prosentase naftalen yang tinggi.

            Minyak dasar parafin (paraffinic base) mengandung sangat sedikit aspal, sehingga sangat baik sebagai sumber untuk memproduksi lilin paraffin, minyak pelumas motor dan kerosin dengan kualitas tinggi. Minyak dasar campuran (mixed base) mengandung sejumlah lilin dan aspal secara bersamaan. Produk yang dihasilkan minyak dasar ini lebih rendah kualitasnya dibandingkan dengan dua tipe  minyak di atas. Disebabkan karena bervariasinya produk dan fraksi minyak di dalam berbagai minyak mentah yang berbeda-beda, maka terdapat perbedaan yang menyolok dari sifat-sifat minyak tersebut. Sifat-sifat umum minyak mentah dengan dasar yang berbeda dapat dilihat pada Tabel 3.1.

           Disamping penggolongan minyak berdasarkan senyawa hidrokarbon dan ikatan molekul atom-atomnya, pengklasifikasian minyak dapat juga didasarkan pada sifat penguapan, kadar sulfur, berat jenis dan faktor karakteristik.

1.    Klasifikasi menurut sifat penguapan

a.    Minyak ringan (light oil), mengandung komponen fraksi ringan lebih dari    50 % berat.

      b. Minyak sedang (medium oil) mengandung komponen ringan 20 - 50 % berat.

     c. Minyak berat (heavy oil) mengandung komponen ringan kurang dari 20 % berat.

2.    Klasifikasi menurut kadar sulfur

      a. Minyak bumi kadar sulfur tinggi (ligh sulfur oil) mengandung sulfur lebih dari 2 % berat.

     b. Minyak bumi kadar sulfur sedang (medium sulfur oil), mengandung sekitar 0,1 sampai 2 % berat.

     c. Minyak bumi kadar sulfur rendah (low sulfur oil), mengandung kadar sulfur kurang dari 0,1 % berat.

2.  Klasifikasi berdasarkan berat jenis

  a. Minyak ringan    : berat jenis < 0,835

      b. Minyak sedang  : berat jenis 0,835 s/d 0,865

      c. Minyak berat    : berat jenis > 0,86

3.  Klasifikasi berdasarkan faktor karakteristik

      a. Parafin          : K = 12,1 – 13,0

      b. Intermediate  : K = 11,5 – 12,1

      c. Naftenik        : K = 10,5 – 11,5

      d. Aromatik       : K =   9,8  - 10,5

     K adalah faktor karakteristik yang didefinisikan sebagai :

              K = ,

     Dimana TB adalah titik didih molar rata-rata (^oF) dan Spgr adalah berat jenis pada 60 ^oF.

 

Tabel 3.1 Sifat-Sifat Umum Minyak Mentah

No	Sifat-Sifat	Minyak Dasar Parafin	Minyak Dasar Aspal
1. 2. 3. 4. 5. 6.   7. 8. 9	Berat jenis, oAPI Kandungan nafta Bilangan Oktan nafta Bau (odor) nafta Kecenderungan asap kerosin Kecendrungan ketukan minyak diesel Titik tuang pelumas Kandungan minyak pelumas Indeks viskositas pelumas	Tinggi Tinggi Rendah Manis Rendah Rendah   Tinggi Tinggi Tinggi	Rendah Rendah Tinggi Masam Tinggi Tinggi   Rendah Rendah Rendah

            Fraksi-fraksi minyak seperti nafta secara umum diklasifikasikan sebagai minyak ringan, kerosene dan gas oil ringan (LGO=light Gas Oil) digolongkan sebagai distilat menengah, gas oil hampa (VGO= Vaccum Gas Oil) bersama dengan residu dinyatakan sebagai minyak yang tereduksi (reduced crude).

Tabel 3.2 menunjukkan indikasi yang berpengaruh terhadap komposisi kimia fraksi utama yang dihasilkan oleh beberapa minyak mentah.

Berdasarkan jarak titik didih tiap fraksi yang dihasilkan maka susunan molekul menurut jumlah atom karbon dari fraksi dan produk akhir kilang dapat dilihat pada Tabel 3.3.

         

Tabel 3.2 Komposisi Kimia Fraksi Minyak

Fraksi	50 % ASTM, oF	Minyak Dasar Parafin, % berat			Minyak Dasar Aspal
		Paraf	Nafta	Aromatik	Paraf	Nafta	Arom	UnS
Gasoline Kerosen Gas Oil Distilat Berat	280 450 600 750	65 60 25 20	30 30 55 65	5 10 15 15	35 25 - -	35 50 65 55	10 25 65 55	- - 2 2

 

Table 3.3 Susunan Hidrokarbon Fraksi/Produk Minyak dan Gas Bumi

Fraksi/Produk	Jarak Didih, 0C	Jumlah Atom Karbon dalam Molekul Minyak
Gas-gas Gasolin Nafta Kerosen dan Avtur Diesel dan Fuel  oil Gas oil Fuel oil berat Atm residu Vac Residu	< 30   30 – 210 100 – 200 150 – 250 160 – 400 220 – 345 315 – 540 > 450 > 615	C1 – C4 C5 – C12 C8  -  C12 C11 – C13 C13 – C17 C17 – C20 C20 – C45 > C30 > C60

 

3.2          Senyawa-Senyawa Pengotor

            Sebagaimana diketahui bahwa senyawa-senyawa pengotor yang tidak diinginkan ada dalam minyak dan gas bumi adalah senyawa sulfur atau belerang yang terkandung dalam minyak mentah maupun dalam produk akhir dan fraksi-fraksinya. Tipe senyawa-senyawa sulfur yang sering dijumpai dalam minyak bumi adalah hidrogen sulfida (H₂S), merkaptan yang terdiri dari metil dan benzil merkaptan, metil sulfida dan normal butil sulfida, metil disulfida, sulfida-sulfida siklis, alkil sulfat, asam sulfonat, sulfoksida, sulfon dan tiofen.

            Senyawa-senyawa sulfur tersebut dianggap pengotor dan pengganggu karena mempunyai sifat korosif, berbau tidak enak atau merangsang, dan mempunyai karakter yang mudah meledak. Korosif karena adanya sulfur dalam jumlah yang sedikit pada produk akhir disebabkan karena produk tersebut dipakai pada suhu rendah, dimana pada suhu tersebut terdapat beberapa senyawa yang korosif terhadap logam-logam yang komersil. Senyawa sulfur yang mempunyai titik didih rendah cenderung terkonsentrasi di dalam gasolin pada waktu proses pengolahannya, dan oleh karena itu sifat korosif jarang sekali terdapat pada produk yang mempunyai titik didih tinggi. Bau yang selalu menjengkelkan terdapat pada senyawa-senyawa yang mempunyai titik didih rendah atau senyawa-senyawa sulfur dalam bentuk gas seperti hidrogen sulfida (H₂S), sulfur dioksida (SO₂) yang keluar melalui cerobong asap, merkaptan yang mempunyai atom karbon sampai 6 buah (titik didih sekitar 400 ^oF), sulfide sampai dengan atom karbon (titik didih sekitar 350 ^oF) dan metal disulfide (titik didih sekitar 243 ^oF). Prosentase sulfur di dalam minyak mentah bervariasi mulai dari nol untuk minyak mentah yang mempunyai     ^o API tinggi sampai dengan 7,5 % dalam minyak mentah berat. Berarti bahwa pada minyak yang mengandung prosentase sulfur sedemikian tinggi maka separuh dari senyawa-senyawa yang dihasilkan dari minyak mentah itu akan mengandung senyawa sulfur.

            Minyak mengandung oksigen dalam bentuk asam-asam naftenat, fenol, asam karbonat, aspal dan resin. Kandungan oksigen dalam minyak bumi tidak lebih dari 3 %. Dalam fraksi yang mempunyai titik didih rendah akan dijumpai fenol dan asam karbolik dalam jumlah yang sangat kecil. Minyak yang mengandung hidrokarbon naftenik tinggi biasanya mengandung asam naftenat yang tinggi. Jumlah asam naftenat yang ada dalam fraksi gas oil berat adalah maksimum dengan berat jenis 0,96 – 1,0. Asam-asam tersebut larut dalam alkohol dan produk-produk minyak dan tidak larut dalam air. Asam ini adalah suatu cairan dengan bau yang tak sedap dan menyebabkan korosi terhadap logam-logam, seng, timah putih, tembaga dan besi.

            Nitrogen yang ada dalam minyak adalah dalam bentuk senyawa-senyawa basa seperti piridin, piridin yang terhidrogenasi, dan sebagainya. Komposisi minyak yang mengandung senyawa nitrogen tidak diketahui, tetapi mempunyai berat jenis sama dengan 1 dan mempunyai bau yang sangat tidak sedap.

            Senyawa lain yang terkandung dalam minyak adalah aspalten dan resin yang terdiri dari resin netral, asam-asam aspalten dan aspaltenat dan anhidridanya. Resin netral dapat berbentuk cairan, setengah padat dan kadang-kadang berbentuk padatan. Resin-resin tersebut membentuk komposisi kimia minyak yang mengandung resin dan aspalten adalah hidrokarbon aromatik, naften dan parafin.