Komposisi Minyak dan Gas Bumi

BAB I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Sumber energi yang banyak digunakan untuk memasak, kendaraan bermotor dan industri berasal dari minyak bumi, gas alam, dan batubara. Ketiga jenis bahan bakar tersebut berasal dari pelapukan sisa-sisa organisme sehingga disebut bahan bakar fosil. Minyak bumi dan gas alam berasal dari jasad renik, tumbuhan dan hewan yang mati.

Sisa-sisa organisme itu mengendap di dasar bumi kemudian ditutupi lumpur. Lumpur tersebut lambat laun berubah menjadi batuan karena pengaruh tekanan lapisan di atasnya. Sementara itu dengan meningkatnya tekanan dan suhu, bakteri anaerob menguraikan sisa-sisa jasad renik itu menjadi minyak dan gas. Selain sebagai bahan bakar, minyak dan gas bumi merupakan bahan industri yang penting. Bahan-bahan atau produk yang dibuat dari minyak dan gas bumi ini disebut petrokimia. Dewasa ini puluhan ribu jenis bahan petrokimia tersebut dapat digolongkan ke dalam plastik, serat sintetik, karet sintetik, pestisida, detergen, pelarut, pupuk, dan berbagai jenis obat.

Sumber hidrokarbon utama di alam adalah minyak bumi. Penggunaan minyak bumi sangat luas, terutama bahan bakar dan juga bahan baku di industri petrokimia.

Minyak bumi dan gas alam adalah sumber daya alam yang bernilai ekonomis dan memberikan konstitusi yang penting dalam kehidupan manusia. Gas alam sering disebut sebagai Gas Bumi atau Gas Rawa, yaitu bahan bakar berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana (CH4). Gas tersebut ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batubara. Komponen dari gas alam adalah gas metana (CH4), yang merupakan hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam mengandung hidrokarbon berat seperti etana (C2H6), propana (C3H8) dan butana (C4H10), serta gas-gas yang mengandung sulfur (belerang). Yang kadarnya adalah metana (CH4) 80-95%, etana (C2H6) 5-15%,propana (C3H8) and butana (C4H10) <5%. Gas alam juga merupakan sumber utama untuk gas helium, karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S) dan air serta merkuri yang terkandung dalam jumlah kecil. Komposisi gas alam bervariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya.

Sumber hidrokarbon utama di alam adalah minyak bumi. Penggunaan minyak bumi sangat luas, terutama bahan bakar dan juga bahan baku di industri petrokimia.

Minyak bumi dan gas alam adalah sumber daya alam yang bernilai ekonomis dan memberikan konstitusi yang penting dalam kehidupan manusia. Gas alam sering disebut sebagai Gas Bumi atau Gas Rawa, yaitu bahan bakar berbentuk gas yang terutama terdiri dari metana (CH4). Gas tersebut ditemukan di ladang minyak, ladang gas bumi dan juga tambang batubara. Komponen dari gas alam adalah gas metana (CH4), yang merupakan hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam mengandung hidrokarbon berat seperti etana (C2H6), propana (C3H8) dan butana (C4H10), serta gas-gas yang mengandung sulfur (belerang). Yang kadarnya adalah metana (CH4) 80-95%, etana (C2H6) 5-15%,propana (C3H8) and butana (C4H10) <5%. Gas alam juga merupakan sumber utama untuk gas helium, karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S) dan air serta merkuri yang terkandung dalam jumlah kecil. Komposisi gas alam bervariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya

1.2 Rumusan Masalah

a. Apa saja komposisi penyusun dari minyak dan gas bumi?

b. Apa saja senyawa pengotor yang ada didalam minyak dan gas bumi?

1.3 Tujuan

a. Mampu mengetahui komposisi yang terkandung di dalam minyak dan gas bumi.

b. Mengetahui apa saja senyawa-senyawa pengotor yang terdapat di dalam minyak dan gas bumi.

BAB II

PEMBAHASAN 2.1 Struktur dan Komposisi Minyak Bumi

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

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 mentah dan gas bumi

berdasarkan unsur-unsur penyusunnya adalah

sebagai berikut:

Karbon : 83,5 %-

87,5%

Hidrogen : 11,5%-14%

Sulfur : 0,1%-3%

Oksigen : 0,1%-1,0%

Nitrogen : 0,01%-0,3%

Selain unsur-unsur diatas 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. Diantara minyak dan gas bumi mempunyai rumus molekul seperti alkana (CnH2n), alkena (CnH2n) dan alkuna (CnH2n-2).

Berdasarkan kandungan senyawanya, minyak bumi dapat dibagi menjadi golongan hidrokarbon dan non-hidrokarbon serta senyawa-senyawa logam.

2.1.1 Senyawa Hidrokarbon

Golongan hidrokarbon-hidrokarbon yang utama adalah parafin, olefin, naften, dan aromatik.

a. Parafin

Parafin adalah kelompok senyawa hidrokarbon jenuh yang sangat stabil dan 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) dan lain-lain. 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.

b. Olefin

Olefin atau disebut juda dengan etilen adalah kelompok senyawa hidrokarbon tidak jenuh, CnH2n yang mempunyai ikatan rangkap yang menghubungkan dua atom karbon. Contohnya etilena (C2H4), propena (C3H6), dan butena (C4H8)dan lain-lain.

c. 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) dan sikloheksana (C6H12), siklohepatana dan lain-lain. Umumnya, di dalam minyak bumi mentah, naftena merupakan kelompok senyawa hidrokarbon yang memiliki kadar terbanyak kedua setelah n-parafin.d. Aromatik

Aromatik atau sering disebut senyawa benzene adalah hidrokarbon-hidrokarbon tak jenuh yang berbentuk cincin atau rantai melingkar. Contohnya benzene (C6H6), fenol, anilin, dan lain-lain. Minyak bumi dari Sumatera dan Kalimantan umumnya memiliki kadar aromatik yang relatif besar.

2.1.2 Senyawa 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.

a. 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 efektifitas 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.

b. Nitrogen

Senyawa-senyawa nitrogen dibagi menjadi zat-zat yang bersifat basa seperti 3-metil piridin (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.

c. Oksigen

Oksigen biasanya terikat dalam gugus karboksilat dalam asam-asam naftenat (2,2,6-trimetil sikloheksan karboksilat, 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.

d. 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 dalambentuk 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.

2.1.3 Klasifikasi Minyak dan Gas Bumi

Sekitar 85% dari minyak mentah (crude oil) di dunia diklasifikasikan menjadi tiga 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 persentase naftalen yang tinggi.

Minyak dasar paraffin mengandung sangat sedikit aspal, sehingga sangat baik sebagai sumber untuk memproduksi lilin paraffin, minyak pelumas motor dan kerosin dengan kualitas tinggi. Minyak dasar campuran mengandung sejumlah lilin dan asapal secara bersamaan. Produk yang dihasilkan minyak dasar ini lebih rendah kualitasnya dibandingkan dengan dua tipe minyak yang lainnya. Hal itu dikarenakan adanya variasi produk dan fraksi minyak di dalam berbagai minyak mentah yang berbeda-beda, maka terdapat perbedaan yang menyolok dari sifat-sifat minyak tersebut.

Selain 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 berdasarkan 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 berat.

a. Minyak bumi kadar sulfur tinggi (high sulfur oil), mengandung sulfur lebih dari 2%

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

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

3. Klasifikasi berdasakan 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

4. 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

No

.

Sifat-Sifat Minyak

Dasar

Paraffin

Minyak

Dasar Aspal

1. Berat jenis, °API Tinggi Rendah

2. Kandungan nafta Tinggi Rendah

3. Bilangan oktan nafta Rendah Tinggi

4. Bau (odor) nafta Manis Masam

5. Kecendrungan asap

kerosin

Rendah Tinggi

6. Kecendrungan ketukan

minyak diesel

Rendah Tinggi

7. Titik tuang pelumas Tinggi Rendah

8. Kandungan minyak

pelumas

Tinggi Rendah

9. Indeks viskositas pelumas Tinggi Rendah

K adalah faktor karakteristik yang didefinisikan sebagai :K=

Dimana TB adalah titik didih molar rata-rata (°F) dan spgr adalah berat jenis Pada 60°F.Tabel 1. Sifat-Sifat UmumMinyak Mentah

Fraksi 50%

ASTM,°F

Mnyak dasar

parafin, % berat

Minyak Dasar Aspal

Par

af

Naft

a

Aro

m

Para

f

Naft

a

Aron Un

S

Gasolin

e

280 65 30 5 35 35 10 -

Kerose

n

450 60 30 10 25 50 25 -

Gas Oil 600 25 55 15 - 65 65 2

Distilat 750 20 65 15 - 55 55 2

Berat

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

Tabel 2. Komposisi Kimia Fraksi Minyak

Fraksi/Produk Jarak Didih, °C Jumlah Atom Karbon

dalam Molekul Minyak

Gas-gas < 30 C1-C4

Gasolin 30-120 C5-C12

Nafta 100-200 C8-C12

Kerosen dan aftur 150-250 C11-C13

Diesel dan Fuel Oil 160-400 C13-C17

Gas Oil 220-345 C17-C20

Fuel Oil berat 315-540 C20-C45

Atm residu >450 >C30

Vac Residu >615 >C60

Tabel 3. Susunan Hidrokarbon Fraksi/Produk Minyak dan Gas Bumi

3.2 Senyawa Pengotor

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 sulfida, 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 dan 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 titk didih

rendah cencerung terkonsentrasi di dalam gasolin pada waktu proses pengolahanya,

dan oleh karena itu sifat korosif jarang sekali terdapat pada produk yang mempunyai

titk didih tinggi. Bau yang selalu menjengkelkan terdapat pada senyawa-senyawa

yang mempunyai titk 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

°F), sulfida sampai dengan atom karbon (titik didih 350 °F) dan metal disulfide (titik

didih sekitar 243 °F). Persentase sulfur di dalam minyak mentah bervariasi mulai dari

0 untuk minyak mentah yang mempunyai oAPI tinggi sampai dengan 7,5% dalam

minyak mentah berat. Berarti bahwa pada minyak yang mengandung persentase

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 titk 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 sampai 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 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 membuntuk komposisi kimia minyak yang mengandung resin dan aspalten adalah hidrokarbon aromatik, naften, dan parafin

BAB III

PENUTUP 3.1 Kesimpulan

Dari makalah yang dibuat dapat disimpulkan bahawa:

· Minyak bumi adalah campuran komplek hidrokarbon plus senyawaan organik dari Sulfur, Oksigen, Nitrogen dan senyawa – senyawa yang mengandung konstituen logam terutama Nikel, Besi dan Tembaga

· Komposisi minyak mentah dan gas bumi berdasarkan usur-unsur penyusunnya, adalah :

Karbon : 83,5–87,5 % berat

Hidrogen : 11,5–14,0 %

Sulfur : 0,1–3,0 %

Osigen : 0,1–1,0 %

Nitrogen : 0,01–0,3 %

Selain itu juga mengandung unsur logam seprti vanadium, besi, nikel, khrom, posfor, dan logam lain yang jumlahnya <0,03% berat.

Terdapat 6 kelompok senyawa hidrokarbon penting yang terdapat pada minyak dan gas bumi, diantaranya paraffin, olefin, naftalena, aromatic, diolefin, dan asetilen

· Penggolongan minyak berdasarkan senyawa hidrokarbon dan ikatan molekul atom-atomnya. Minyak bumi diklasifikasikan menjadi 3 kelompok, yaitu :

Minyak dasar aspal (asphaltic base)

Minyak dasar parafin (paraffinic base)

Minyak dasar campuran (mixed base)

· Senyawa pengotor yang tidak diinginkan dalam minyak dan gas bumi adalah senyawa sulfur/belerang.

DAFTAR PUSTAKA

Ashadi. 2012. Komposisi Minyak Bumi. http://ashadisasongko.staff.ipb.ac.id/2012/02/10/komposisi-minyak-bumi/ (diakses tanggal 4 Desember 2012)

Haska. 2010. Komposisi Minyak Bumi. http://haska.org/2012/08/02/komposisi-minyak-bumi-bag-ii/ (diakses tanggal 1 Desember 2012)

Tim Penyusun. 2012. Modul Kuliah Teknologi Minyak Bumi. Palembang: Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya

http://www.fourseasonnews.com/2012/09/komposisi-minyak-bumi.html (diakses tanggal 1 Desember 2012)