Proses pembentukan
minyak bumi
Minyak bumi terbentuk
dari penguraian senyawa-senyawa organik dari jasad mikroorganisme jutaan tahun
yang lalu di dasar laut atau di darat. Sisa-sisa tumbuhan dan hewan tersebut
tertimbun oleh endapan pasir, lumpur, dan zat-zat lain selama jutaan tahun dan
mendapat tekanan serta panas bumi secara alami. Bersamaan dengan proses
tersebut, bakteri pengurai merombak senyawa-senyawa kompleks dalam jasad
organik menjadi senyawa-senyawa hidrokarbon. Proses penguraian ini berlangsung
sangat lamban sehingga untuk membentuk minyak bumi dibutuhkan waktu yang sangat
lama. Itulah sebabnya minyak bumi termasuk sumber daya alam yang tidak dapat
diperbarui, sehingga dibutuhkan kebijaksanaan dalam eksplorasi dan
pemakaiannya.
Hasil
peruraian yang berbentuk cair akan menjadi minyak bumi dan yang berwujud gas
menjadi gas alam. Untuk mendapatkan minyak bumi ini dapat dilakukan dengan
pengeboran. Beberapa bagian jasad renik mengandung minyak dan lilin. Minyak dan
lilin ini dapat bertahan lama di dalam perut bumi. Bagian-bagian tersebut akan
membentuk bintik-bintik, warnanya pun berubah menjadi cokelat tua.
Bintink-bintik itu akan tersimpan di dalam lumpur dan mengeras karena terkena
tekanan bumi. Lumpur tersebut berubah menjadi batuan dan terkubur semakin dalam
di dalam perut bumi. Tekanan dan panas bumi secara alami akan mengenai batuan
lumpur sehingga mengakibatkan batuan lumpur menjadi panas dan bintin-bintik di
dalam batuan mulai mengeluarkan minyak kental yang pekat. Semakin dalam batuan
terkabur di perut bumi, minyak yang dihasilkan akan semakin banyak. Pada saat
batuan lumpur mendidih, minyak yang dikeluarkan berupa minyak cair yang
bersifat encer, dan saat suhunya sangat tinggi akan dihasilkan gas alam. Gas
alam ini sebagian besar berupa metana.
Sementara itu, saat
lempeng kulit bumi bergerak, minyak yang terbentuk di berbagai tempat akan
bergerak. Minyak bumi yang terbentuk akan terkumpul dalam pori-pori batu pasir
atau batu kapur. Oleh karena adanya gaya kapiler dan tekanan di perut bumi lebih
besar dibandingkan dengan tekanan di permukaan bumi, minyak bumi akan bergerak
ke atas. Apabila gerak ke atas minyak bumi ini terhalang oleh batuan yang kedap
cairan atau batuan tidak berpori, minyak akan terperangkap dalam batuan
tersebut. Oleh karena itu, minyak bumi juga disebut petroleum. Petroleum berasal dari bahasa
Latin, petrus artinya batu dan oleum yang artinya minyak.
Daerah di dalam
lapisan tanah yang kedap air tempat terkumpulnya minyak bumi disebut cekungan
atau antiklinal. Lapisan paling bawah dari cekungan ini berupa air tawar atau
air asin, sedangkan lapisan di atasnya berupa minyak bumi bercampur gas alam.
Gas alam berada di lapisan atas minyak bumi karena massa jenisnya lebih ringan
daripada massa jenis minyak bumi. Apabila akumulasi minyak bumi di suatu
cekungan cukup banyak dan secara komersial menguntungkan, minyak bumi tersebut
diambil dengan cara pengeboran. Minyak bumi diambil dari sumur minyak yang ada
di pertambangan-pertambangan minyak. Lokasi-lokasi sumur-sumur minyak diperoleh
setelah melalui proses studi geologi analisis sedimen karakter dan struktur
sumber.
Komponen Komponen Penyusun Minyak Bumi
Komponen-komponen
penyusun minyak bumi .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.
Minyak bumi
sendiri bukan merupakan bahan yang uniform, melainkan berkomposisi yang sangat
bervariasi, tergantung pada lokasi, umur lapangan minyak dan juga kedalaman
sumur.
Dalam minyak
bumi parafinik ringan mengandung hidrokarbon tidak kurang dari 97 % sedangkan
dalam jenis asphaltik berat paling rendah 50 %.
Komponen
Hidrokarbon
Perbandingan
unsur-unsur yang terdapat dalam minyak bumi sangat bervariasi. Berdasarkan atas
hasil analisa, diperoleh data sebagai berikut :
- Karbon
: 83,0-87,0 %
- Hidrogen
: 10,0-14,0 %
- Nitrogen
: 0,1-2,0 %
- Oksigen
: 0,05-1,5 %
- Sulfur
: 0,05-6,0 %
Komponen
hidrokarbon dalam minyak bumi diklasifikasikan atas tiga golongan, yaitu :
- golongan
parafinik
- golongan
naphthenik
- golongan
aromatik
- sedangkan
golongan olefinik umumnya tidak ditemukan dalam crude oil, demikian juga
hidrokarbon asetilenik sangat jarang.
Crude oil mengandung
sejumlah senyawaan non hidrokarbon, terutama senyawaan Sulfur, senyawaan
Nitrogen, senyawaan Oksigen, senyawaan Organo Metalik (dalam jumlah kecil/trace
sebagai larutan) dan garam-garam anorganik (sebagai suspensi koloidal).
1. Senyawaan
Sulfur
Crude oil yang
densitynya lebih tinggi mempunyai kandungan Sulfur yang lebih tinggu pula.
Keberadaan Sulfur dalam minyak bumi sering banyak menimbulkan akibat, misalnya
dalam gasoline dapat menyebabkan korosi (khususnya dalam keadaan dingin atau
berair), karena terbentuknya asam yang dihasilkan dari oksida sulfur (sebagai hasil
pembakaran gasoline) dan air.
1. Senyawaan Oksigen
Kandungan
total oksigen dalam minyak bumi adalah kurang dari 2 % dan menaik dengan
naiknya titik didih fraksi. Kandungan oksigen bisa menaik apabila produk itu
lama berhubungan dengan udara. Oksigen dalam minyak bumi berada dalam bentuk
ikatan sebagai asam karboksilat, keton, ester, eter, anhidrida, senyawa
monosiklo dan disiklo dan phenol. Sebagai asam karboksilat berupa asam
Naphthenat (asam alisiklik) dan asam alifatik.
- Senyawaan
Nitrogen
Umumnya
kandungan nitrogen dalam minyak bumi sangat rendah, yaitu 0,1-0,9 %. Kandungan
tertinggi terdapat pada tipe Asphalitik. Nitrogen mempunyai sifat racun
terhadap katalis dan dapat membentuk gum / getah pada fuel oil. Kandungan
nitrogen terbanyak terdapat pada fraksi titik didih tinggi. Nitrogen klas dasar
yang mempunyai berat molekul yang relatif rendah dapat diekstrak dengan asam
mineral encer, sedangkan yang mempunyai berat molekul yang tinggi tidak dapat
diekstrak dengan asam mineral encer.
- Konstituen
Metalik
Logam-logam
seperti besi, tembaga, terutama nikel dan vanadium pada proses catalytic
cracking mempengaruhi aktifitas katalis, sebab dapat menurunkan produk
gasoline, menghasilkan banyak gas dan pembentukkan coke. Pada power generator
temperatur tinggi, misalnya oil-fired gas turbine, adanya konstituen logam
terutama vanadium dapat membentuk kerak pada rotor turbine. Abu yang dihasilkan
dari pembakaran fuel yang mengandung natrium dan terutama vanadium dapat
bereaksi dengan refactory furnace (bata tahan api), menyebabkan turunnya titik
lebur campuran sehingga merusakkan refractory itu.
Agar dapat
diolah menjadi produk-produknya, minyak bumi dari sumur diangkut ke Kilang
menggunakan kapal, pipa, mobil tanki atau kereta api. Didalam Kilang, minyak bumi
diolah menjadi produk yang kita kenal secara fisika berdasarkan trayek titik
didihnya (distilasi), dimana gas berada pada puncak kolom fraksinasi dan residu
(aspal) berada pada dasar kolom fraksinasi.
Setiap
trayek titik didih disebut “Fraksi”, misal :
0-50°C : Gas
50-85°C :
Gasoline
85-105°C :
Kerosin
105-135°C :
Solar
> 135°C :
Residu (Umpan proses lebih lanjut)
Jadi yang
namanya minyak bumi atau sering juga disebut crude oil adalah merupakan
campuran dari ratusan jenis hidrokarbon dari rentang yang paling kecil, seperti
metan, yang memiliki satu atom karbon sampai dengan jenis hidrokarbon yang
paling besar yang mengandung 200 atom karbon bahkan lebih.
Secara garis
besar minyak bumi dikelompokkan berdasarkan komposisi kimianya menjadi empat
jenis, yaitu :
- Parafin
- Olefin
- Naften
- Aromat
Tetapi
karena di alam bisa dikatakan tidak pernah ditemukan minnyak bumi dalam bentuk
olefin, maka minyak bumi kemudian dikelompokkan menjadi tiga jenis saja, yaitu
Parafin, Naften dan Aromat.
Kandungan
utama dari campuran hidrokarbon ini adalah parafin atau senyawa isomernya.
Isomer sendiri adalah bentuk lain dari suatu senyawa hidrokarbon yang memiliki
rumus kimia yang sama. Misal pada normal-butana pada gambar berikut memiliki
isomer 2-metil propana, atau kadang disebut juga iso-butana. Keduanya memiliki
rumus kimia yang sama, yaitu C4H10 tetapi memiliki rumus bangun yang berbeda
seperti tampak pada gambar.
Jika atom
karbon (C) dinotasikan sebagai bola berwarna hitam dan atom hidrogen (H)
dinotasikan sebagai bola berwarna merah maka gambar dari normal-butan dan
iso-butan akan tampak seperti gambar berikut :
Senyawa
hidrokarbon ‘normal’ sering juga disebut sebagai senyawa hidrokarbon rantai
lurus, sedangkan senyawa isomernya atau ‘iso’ sering juga disebut sebagai
senyawa hidrokarbon rantai cabang. Keduanya merupakan jenis minyak bumi jenis
parafin .
Sedangkan
sisa kandungan hidrokarbon lainnya dalam minyak bumi adalah senyawa
siklo-parafin yang disebut juga naften dan/atau senyawa aromat . Berikut adalah
contoh dari siklo-parafin dan aromat.
‘Keluarga
hidrokarbon’ terebut diatas disebut homologis, karena sebagian besar kandungan
yang ada dalam minyak bumi tersebut dapat dipisahkan kedalam beberapa jenis
kemurnian untuk keperluan komersial. Secara umum, di dalam kilang minyak bumi,
pemisahan perbandingan kemurnian dilakukan terhadap hidrokarbon yang memiliki
kandungan karbon yang lebih kecil dari C7. Pada umumnya kandungan tersebut
dapat dipisahkan dan diidentifikasi, tetapi hanya untuk keperluan di
laboratorium.
Campuran
siklo parafin dan aromat dalam rantai hidrokarbon panjang dalam minyak bumi
membuat minyak bumi tersebut digolongkan menjadi minyak bumi jenis aspaltin .
Minyak bumi
di alam tidak pernah terdapat dalam bentuk parafin murni maupun aspaltin murni,
tetapi selalu dalam bentuk campuran antara parafin dan aspaltin. Pengelompokan
minyak bumi menjadi minyak bumi jenis parafin dan minyak bumi jenis aspaltin
berdasarkan banyak atau dominasi minyak parafin atau aspaltin dalam minyak
bumi. Artinya minyak bumi dikatakan jenis parafin jika senyawa parafinnya lebih
dominan dibandingkan aromat dan/atau siklo parafinnya. Begitu juga sebaliknya.
Dalam skala
industri, produk dari minyak bumi dikelompokkan berdasarkan rentang titik
didihnya, atau berdasarkan trayek titik didihnya. Pengelompokan produk
berdasarkan titik didih ini lebih sering dilakukan dibandingkan pengelompokan
berdasarkan komposisinya.
Minyak bumi
tidak seluruhnya terdiri dari hidrokarbon murni. Dalam minyak bumi terdapat
juga zat pengotor ( impurities ) berupa sulfur (belerang), nitrogen dan
logam. Pada umumnya zat pengotor yang banyak terdapat dalam minyak bumi adalah
senyawa sulfur organik yang disebut merkaptan. Merkaptan ini mirip dengan
hidrokarbon pada umumnya, tetapi ada penambahan satu atau lebih atom sulfur
dalam molekulnya.
Senyawa
sulfur yang lebih kompleks dalam minyak bumi terdapat dalam bentuk tiofen dan
disulfida. Tiofen dan disulfida ini banyak terdapat dalam rantai hidrokarbon
panjang atau pada produk distilat pertengahan (middle distillate).
Selain itu
zat pengotor lainnya yang terdapat dalam minyak bumi adalah berupa senyawa
halogen organik, terutama klorida, dan logam organik, yaitu natrium (Na),
Vanadium (V) dan nikel (Ni).
Titik didih
minyak bumi parafin dan aspaltin tidak dapat ditentukan secara pasti, karena
sangat bervariasi, tergantung bagaimana komposisi jumlah dari rantai
hidrokarbonnya. Jika minyak bumi tersebut banyak mengandung hidrokarbon rantai
pendek dimana memiliki jumlah atom karbon lebih sedikit maka titik didihnya
lebih rendah, sedangkan jika memiliki hidrokarbon rantai panjang dimana
memiliki jumlah atom karbon lebih banyak maka titik didihnya lebih tinggi.
Contoh bahan baku yang dapat di manfaatkan
Bensin dibuat dari minyak mentah, cairan
berwarna hitam yang dipompa dari perut bumi dan biasa disebut dengan petroleum.
Cairan ini mengandung hidrokarbon; atom-atom karbon dalam minyak mentah ini
berhubungan satu dengan yang lainnya dengan cara membentuk rantai yang
panjangnya yang berbeda-beda.
Molekul hidrokarbon dengan panjang yang
berbeda akan memiliki sifat dan kelakuan yang berbeda pula. CH4
(metana) merupakan molekul paling “ringan”; bertambahnya atom C dalam rantai
tersebut akan membuatnya semakin “berat”. Empat molekul pertama hidrokarbon
adalah metana, etana, propana dan butana. Dalam temperatur dan tekanan kamar,
keempatnya berwujud gas, dengan titik didih masing-masing -107, -67,-43 dan -18
derajat C. Berikutnya, dari C5 sampai dengan C18 berwujud
cair, dan mulai dari C19 ke atas berwujud padat.
Dengan bertambah panjangnya rantai hidrokarbon
akan menaikkan titik didihnya, sehingga kita bisa memisahkan hidrokarbon ini
dengan cara destilasi. Prinsip inilah yang diterapkan di
pengilangan minyak untuk memisahkan berbagai fraksi hidrokarbon dari minyak
mentah.
Di dalam mesin, campuran udara dan bensin
(dalam bentuk gas) ditekan oleh piston sampai dengan volume yang sangat kecil
dan kemudian dibakar oleh percikan api yang dihasilkan busi. Karena besarnya
tekanan ini, campuran udara bensin juga bisa terbakar secara spontan sebelum
percikan api dari busi keluar. Bilangan oktan suatu bensin memberikan informasi
kepada kita tentang seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin
tersebut terbakar secara spontan. Jika campuran gas ini terbakar karena tekanan
yang tinggi (dan bukan karena percikan api dari busi), maka akan terjadi knocking
atau ketukan di dalam mesin. Knocking ini akan
menyebabkan mesin cepat rusak, sehingga sebisa mungkin harus kita hindari.
Nama oktan berasal dari oktana (C8),
karena dari seluruh molekul penyusun bensin, oktana yang memiliki sifat
kompresi paling bagus; oktana dapat dikompres sampai volume kecil tanpa
mengalami pembakaran spontan, tidak seperti yang terjadi pada heptana,
misalnya, yang dapat terbakar spontan meskipun baru ditekan sedikit.
Bensin dengan bilangan oktan 87, berarti
bensin tersebut terdiri dari 87% oktana dan 13% heptana (atau campuran molekul
lainnya). Bensin ini akan terbakar secara spontan pada angka tingkat kompresi
tertentu yang diberikan, sehingga hanya diperuntukkan untuk mesin kendaraan
yang memiliki ratio kompresi yang tidak melebihi angka tersebut.
Fraksi-Fraksi Minyak
Bumi
Kegunaan fraksi-fraksi
minyak bumi terkait dengan sifat fisisnya seperti titik didih dan viskositasnya
(kekentalan), dan juga sifat kimianya. Hasil dari distilasi minyak bumi
menghasilkan beberapa fraksi minyak bumi seperti berikut.
2.1. Residu
Saat pertama kali
minyak bumi masuk ke dalam menara distilasi, minyak bumi akan dipanaskan dalam
suhu diatas 500oC. Residu tidak menguap dan digunakan sebagai bahan
baku aspal, bahan pelapis antibocor, dan bahan bakar boiler (mesin pembangkit
uap panas). Bagian minyak bumi yang menguap akan naik ke atas dan kembali
diolah menjadi fraksi minyak bumi lainnya.
Aspal digunakan untuk
melapisi permukaan jalan. Kandungan utama aspal adalah senyawa karbon jenuh dan
tak jenuh, alifatik, dan aromatik yang mempunyai atom karbon sampai 150 per
molekul. Unsur-unsur selain hidrogen dan karbon yang juga menyusun aspal adalah
nitrogen, oksigen, belerang, dan beberapa unsur lain. Secara kuantitatif,
biasanya 80% massa aspal adalah karbon, 10% hidrogen, 6% belerang, dan sisanya
oksigen dan nitrogen, serta sejumlah renik besi, nikel, dan vanadium.
2.2. Oli
Oli adalah pelumas
kendaraan bermotor untuk mencegak karat dan mengurangi gesekan. Oli dihasilkan
dari hasil distilasi minyak bumi pada suhu antara 350-500oC. Itu
dikarenakan oli tidak dapat menguap di antara suhu tersebut. Kemudian, bagian
minyak bumi yang lainnya akan menguap dan menuju ke atas untuk diolah kembali.
2.3. Solar
Solar adalah bahan
bakar mesin diesel. Solar adalah hasil dari pemanasan minyak bumi antara
250-340oC. Solar tidak dapat menguap pada suhu tersebut dan bagian
minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah kembali.
Umumnya, solar mengandung
belerang dengan kadar yang cukup tinggi. Kualitas minyak solar dinyatakan
dengan bilangan setana. Angka setana adalah tolak ukur kemudahan menyala atau
terbakarnya suatu bahan bakar di dalam mesin diesel. Saat ini, Pertamina telah
memproduksi bahan bakar solar ramah lingkungan dengan merek dagang Pertamina
DEX© (Diesel Environment Extra). Angka setana DEX dirancang
memiliki angka setana minimal 53 sementara produk solar yang ada di pasaran
adalah 48. Bahan bakar ramah lingkungan tersebut memiliki kandungan sulfur
maksimum 300 ppm atau jauh lebih rendah dibandingkan solar di pasaran yang
kandungan sulfur maksimumnya mencapai 5.000 ppm.
2.4. Kerosin dan Avtur
Kerosin (minyak tanah)
adalah bahan bakar kompor minyak. Avtur adalah bahan bakar pesawat terbang
bermesin jet. Kerosin dan avtur dihasilkan dari pemanasan minyak bumi pada suhu
antara 170-250oC. Kerosin dan avtur tidak dapat menguap pada suhu
tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah
kembali.
Kerosin adalah cairan
hidrokarbon yang tidak berwarna dan mudah terbakar. Kerosin yang digunakan
sebagai bahan bakar kompor minyak disebut minyak tanah, sedangkan untuk bahan
bakar pesawat disebut avtur.
2.5. Nafta
Nafta adalah bahan
baku industri petrokimia. Nafta dihasilkan dari pemanasan minyak bumi pada suhu
antara 70-170oC. Nafta tidak dapat menguap pada suhu tersebut dan
bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah kembali.
2.6. Petroleum Eter dan
Bensin
Petroleum eter adalah
bahan pelarut dan untuk laundry. Bensin pada umumnya adalah bahan bakar
kendaraan bermotor. Petroleum eter dan bensin dihasilkan dari pemanasan minyak
bumi pada suhu antara 35-75oC. Petroleum eter dan bensin tidak dapat
menguap pada suhu tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas
untuk diolah kembali.
Bensin akhir-akhir ini
menjadi perhatian utama karena pemakaiannya untuk bahan bakar kendaraan
bermotor sering menimbulkan masalah. Kualitas bensin ditentukan oleh bilangan
oktan, yaitu bilangan yang menunjukkan jumlah isooktan dalam bensin. Bilangan
oktan adalah ukuran kemampuan bahan bakar mengatasi ketukan ketika terbakar
dalam mesin.
Bensin merupakan
fraksi minyak bumi yang mengandung senyawa n-heptana dan isooktan. Misalnya
bensin Premium (salah satu produk bensin Pertamina) yang beredar di pasaran
dengan bilangan oktan 80 berarti bensin tersebut mengandung 80% isooktan dan
20% n-heptana. Bensin super mempunyai bilangan oktan 98 berarti mengandung 98%
isooktan dan 2% n-heptana. Pertamina meluncurkan produk bensin ke pasaran
dengan 3 nama, yaitu: Premium dengan bilangan oktan 80-88, Pertamax dengan
bilangan oktan 91-92, dan Pertamax Plus dengan bilangan oktan 95.
Penambahan zat
antiketikan pada bensin bertujuan untuk memperlambat pembakaran bahan bakar.
Untuk menaikkan bilangan oktan antara lain dengan ditambahkan MTBE (Metyl
Tertier Butil Eter), tersier butil alkohol, benzena, atau etanol. Penambahan
zat aditif Etilfluid yang merupakan campuran 65% TEL (Tetra Etil Lead/Tetra
Etil Timbal), 25% 1,2-dibromoetana dan 10% 1,2-dikloro etana sudah ditinggalkan
karena menimbulkan dampak pencemaran timbal ke udara. Timbal (Pb) bersifat
racun yang dapat menimbulkan gangguan kesehatan seperti pusing, anemia, bahkan
kerusakan otak. Anemia terjadi karena ion Pb2+ bereaksi dengan gugus
sulfhidril (-SH) dari protein sehingga menghambat kerja enzim untuk biosintesis
hemoglobin.
Permintaan pasar
terhadap bensin cukup besar maka untuk meningkatkan produksi bensin dapat
dilakukan dengan cara:
- Cracking (perengkahan), yaitu
pemecahan molekul besar menjadi molekul-molekul kecil. Contoh:
- Reforming, yaitu mengubah
struktur molekul rantai lurus menjadi rantai bercabang.
- Alkilasi atau polimerisasi,
yaitu penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul besar. Seperti
dan 
2.7. Gas
Hasil olahan minyak
bumi yang terakhir adalah gas. Gas merupakan bahan baku LPG (Liquid
Petroleum Gas) yaitu bahan bakar kompor gas. Supaya gas dapat disimpan
dalam tempat yang lebih kecil, gas didinginkan pada suhu antara -160 sampai -40oC
supaya dapat berwujud cair.
Sebenarnya, senyawa
alkana yang terkandung dalam LPG berwujud gas pada suhu kamar. LPG dibuat dalam
bentuk gas untuk berat yang sama. Wujud gas LPG diubah menjadi cair dengan cara
menambah tekanan dan menurunkan suhunya.
