Minyak bumi biasanya berada 3-4 km di bawah permukaan laut. Minyak
bumi diperoleh dengan membuat sumur bor. Minyak mentah yang diperoleh
ditampung dalam kapal tanker atau dialirkan melalui pipa ke stasiun
tangki atau ke kilang minyak.
Minyak mentah (cude oil)
berbentuk cairan kental hitam dan berbau kurang sedap. Minyak mentah belum
dapat digunakan sebagai bahan bakar maupun untuk keperluan lainnya, tetapi
harus diolah terlebih dahulu. Minyak mentah mengandung sekitar 500 jenis
hidrokarbon dengan jumlah atom C-1 sampai 50. Titik didih hidrokarbon meningkat
seiring bertambahnya jumlah atom C yang berada di dalam molekulnya. Oleh karena
itu, pengolahan minyak bumi dilakukan melalui destilasi bertingkat, dimana
minyak mentah dipisahkan ke dalam kelompok-kelompok (fraksi) dengan titik didih
yang mirip.
1. DESTILASI
Destilasi adalah pemisahan
fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya. Dalam hal ini adalah destilasi fraksinasi.
Mula-mula minyak mentah dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur)
sampai dengan suhu ± 370°C. Minyak mentah yang sudah dipanaskan tersebut
kemudian masuk kedalam kolom fraksinasi pada bagian flash chamber (biasanya
berada pada sepertiga bagian bawah kolom fraksinasi). Untuk menjaga suhu dan
tekanan dalam kolom maka dibantu pemanasan dengan steam (uap air panas dan
bertekanan tinggi).
Menara destilasi
Minyak mentah yang menguap pada proses destilasi ini naik ke bagian atas kolom
dan selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda. 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 sungkup gelembung. Makin ke atas, suhu yang
terdapat dalam kolom fraksionasi tersebut makin rendah, sehingga setiap kali
komponen dengan titik didih lebih tinggi akan terpisah, sedangkan komponen yang
titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian
selanjutnya sehingga komponen yang mencapai puncak adalah komponen yang pada
suhu kamar berupa gas. Komponen yang berupa gas ini disebut gas petroleum,
kemudian dicairkan dan disebut LPG (Liquified Petroleum Gas).
Fraksi minyak mentah yang tidak menguap menjadi residu. Residu minyak bumi
meliputi parafin, lilin, dan aspal. Residu-residu ini memiliki rantai karbon
sejumlah lebih dari 20.
Fraksi minyak bumi yang dihasilkan berdasarkan rentang titik didihnya antara
lain sebagai berikut :
1. Gas
Rentang rantai karbon : C1 sampai C5
Trayek didih : 0 sampai 50°C
2. Gasolin (Bensin)
Rentang rantai karbon : C6 sampai C11
Trayek didih : 50 sampai 85°C
3. Kerosin (Minyak Tanah)
Rentang rantai karbon : C12 sampai C20
Trayek didih : 85 sampai 105°C
4. Solar
Rentang rantai karbon : C21 sampai C30
Trayek didih : 105 sampai 135°C
5. Minyak Berat
Rentang ranai karbon : C31 sampai C40
Trayek didih : 135 sampai 300°C
6. Residu
Rentang rantai karbon : di atas C40
Trayek didih : di atas 300°C
Fraksi-fraksi minyak bumi dari proses destilasi bertingkat belum
memiliki kualitas yang sesuai dengan kebutuhan masyarakat, sehingga perlu
pengolahan lebih lanjut yang meliputi proses cracking, reforming, polimerisasi,
treating, dan blending.
2. CRACKING
Setelah melalui tahap destilasi, masing-masing fraksi yang
dihasilkan dimurnikan (refinery), seperti terlihat dibawah ini:
Cracking adalah penguraian
molekul-molekul senyawa hidrokarbon yang besar menjadi molekul-molekul senyawa
hidrokarbon yang kecil. Contoh cracking ini
adalah pengolahan minyak solar atau minyak tanah menjadi bensin.
Proses ini terutama ditujukan untuk memperbaiki kualitas dan perolehan fraksi
gasolin (bensin). Kualitas gasolin sangat ditentukan oleh sifat anti knock
(ketukan) yang dinyatakan dalam bilangan oktan. Bilangan oktan 100 diberikan
pada isooktan (2,2,4-trimetil pentana) yang mempunyai sifat anti knocking yang
istimewa, dan bilangan oktan 0 diberikan pada n-heptana yang mempunyai sifat
anti knock yang buruk. Gasolin yang diuji akan dibandingkan dengan campuran
isooktana dan n-heptana. Bilangan oktan dipengaruhi oleh beberapa struktur
molekul hidrokarbon.
Terdapat 3 cara proses cracking, yaitu :
a. Cara panas
(thermal cracking), yaitu dengan penggunaan
suhu tinggi dan tekanan yang rendah.
b. Cara katalis
(catalytic cracking), yaitu dengan penggunaan
katalis. Katalis yang digunakan biasanya SiO2 atau Al2O3 bauksit. Reaksi dari
perengkahan katalitik melalui mekanisme perengkahan ion karbonium. Mula-mula
katalis karena bersifat asam menambahkna proton ke molekul olevin atau menarik
ion hidrida dari alkana sehingga menyebabkan terbentuknya ion karbonium.
c. Hidrocracking
Hidrocracking merupakan kombinasi antara perengkahan dan
hidrogenasi untuk menghasilkan senyawa yang jenuh. Reaksi tersebut dilakukan
pada tekanan tinggi. Keuntungan lain dari Hidrocracking ini adalah bahwa
belerang yang terkandung dalam minyak diubah menjadi hidrogen sulfida yang
kemudian dipisahkan.
3. REFORMING
Reforming adalah perubahan
dari bentuk molekul bensin yang bermutu kurang baik (rantai karbon lurus)
menjadi bensin yang bermutu lebih baik (rantai karbon bercabang). Kedua
jenis bensin ini memiliki rumus molekul yang sama bentuk strukturnya yang
berbeda. Oleh karena itu, proses ini juga disebut isomerisasi. Reforming dilakukan
dengan menggunakan katalis dan pemanasan.
Reforming juga dapat
merupakan pengubahan struktur molekul dari hidrokarbon parafin menjadi senyawa
aromatik dengan bilangan oktan tinggi. Pada proses ini digunakan katalis
molibdenum oksida dalam Al2O3 atauplatina dalam lempung.Contoh reaksinya :
4. ALKILASI dan POLIMERISASI
Alkilasi merupakan
penambahan jumlah atom dalam molekul menjadi molekul yang lebih panjang dan
bercabang. Dalam proses ini menggunakan katalis asam kuat seperti H2SO4,
HCl, AlCl3 (suatu asam kuat Lewis).
Polimerisasi adalah proses
penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul besar.
Contoh polimerisasi yaitu penggabungan senyawa isobutena dengan
senyawa isobutana menghasilkan bensin berkualitas tinggi, yaitu isooktana.
5. TREATING
Treating adalah pemurnian minyak bumi dengan cara menghilangkan
pengotor-pengotornya. Cara-cara proses treating adalah sebagai berikut :
- Copper sweetening dan doctor treating,
yaitu proses penghilangan pengotor yang dapat menimbulkan bau yang tidak
sedap.
- Acid treatment, yaitu proses
penghilangan lumpur dan perbaikan warna.
- Dewaxing yaitu
proses penghilangan wax (n parafin) dengan berat molekul tinggi dari
fraksi minyak pelumas untuk menghasillkan minyak pelumas dengan pour point yang rendah.
- Deasphalting yaitu
penghilangan aspal dari fraksi yang digunakan untuk minyak pelumas
- Desulfurizing (desulfurisasi),
yaitu proses penghilangan unsur belerang.
Sulfur merupakan senyawa yang secara alami terkandung dalam minyak
bumi atau gas, namun keberadaannya tidak dinginkan karena dapat menyebabkan
berbagai masalah, termasuk di antaranya korosi pada peralatan proses, meracuni
katalis dalam proses pengolahan, bau yang kurang sedap, atau produk samping
pembakaran berupa gas buang yang beracun (sulfur dioksida, SO2) dan menimbulkan
polusi udara serta hujan asam. Berbagai upaya dilakukan untuk menyingkirkan
senyawa sulfur dari minyak bumi, antara lain menggunakan proses oksidasi,
adsorpsi selektif, ekstraksi, hydrotreating, dan lain-lain. Sulfur yang
disingkirkan dari minyak bumi ini kemudian diambil kembali sebagai sulfur
elemental.
Desulfurisasi merupakan proses yang digunakan untuk menyingkirkan senyawa
sulfur dari minyak bumi. Pada dasarnya terdapat 2 cara desulfurisasi, yaitu
dengan :
1. Ekstraksi menggunakan pelarut, serta
2. Dekomposisi senyawa sulfur (umumnya terkandung dalam minyak
bumi dalam bentuk senyawa merkaptan, sulfida dan disulfida) secara katalitik
dengan proses hidrogenasi selektif menjadi hidrogen sulfida (H2S) dan senyawa
hidrokarbon asal dari senyawa belerang tersebut. Hidrogen sulfida yang dihasilkan
dari dekomposisi senyawa sulfur tersebut kemudian dipisahkan dengan cara
fraksinasi atau pencucian/pelucutan.
Akan tetapi selain 2 cara di atas, saat ini ada pula teknik
desulfurisasi yang lain yaitu bio-desulfurisasi. Bio-desulfurisasi merupakan penyingkiran
sulfur secara selektif dari minyak bumi dengan memanfaatkan metabolisme
mikroorganisme, yaitu dengan mengubah hidrogen sulfida menjadi sulfur elementer
yang dikatalis oleh enzim hasil metabolisme mikroorganisme sulfur jenis
tertentu, tanpa mengubah senyawa hidrokarbon dalam aliran proses. Reaksi yang
terjadi adalah reaksi aerobik, dan dilakukan dalam kondisi lingkungan
teraerasi. Keunggulan proses ini adalah dapat menyingkirkan senyawa sulfur yang
sulit disingkirkan, misalnya alkylated dibenzothiophenes. Jenis mikroorganisme
yang digunakan untuk proses bio-desulfurisasi umumnya berasal dari Rhodococcus
sp, namun penelitian lebih lanjut juga dikembangkan untuk penggunaan
mikroorganisme dari jenis lain.
Proses ini mulai dikembangkan dengan adanya kebutuhan untuk menyingkirkan
kandungan sulfur dalam jumlah menengah pada aliran gas, yang terlalu sedikit
jika disingkirkan menggunakan amine plant, dan terlalu banyak untuk
disingkirkan menggunakan scavenger. Selain untuk gas alam dan hidrokarbon, bio-desulfurisasi
juga digunakan untuk menyingkirkan sulfur dari batubara.
Proses Shell-Paques Untuk
Bio-Desulfurisasi Aliran Gas
Salah satu lisensi proses bio-desulfurisasi untuk aliran gas adalah Shell Paques dari Shell Global Solutions International dan Paques Bio-Systems. Proses
ini sudah diterapkan secara komersial sejak tahun 1993, dan saat ini kurang
lebih terdapat sekitar 35 unit bio-desulfurisasi dengan lisensi Shell-Paques
beroperasi di seluruh dunia.
Proses ini dapat menyingkirkan sulfur dari aliran gas dan menghasilkan hidrogen
sulfida dengan kapasitas mulai dari 100 kg/hari sampai dengan 50 ton/hari,
menggunakan mikroorganisme Thiobacillus yang sekaligus bertindak sebagai
katalis proses bio-desulfurisasi. Dalam proses ini, aliran gas yang mengandung hidrogen
sulfida dilewatkan pada absorber dan dikontakkan pada larutan soda yang
mengandung mikroorganisme. Senyawa soda mengabsorbi hidrogen sulfida, dan
kemudian dialirkan ke bioreaktor THIOPAQ berupa tangki atmosferik teraerasi
dimana mikroorganisme mengubah hidrogen sulfida menjadi sulfur elementer secara
biologis dalam kondisi pH 8,2-9. Sulfur hasil reaksi kemudian melalui proses
dekantasi untuk memisahkan dengan cairan soda. Cairan soda dikembalikan ke
absorber, sedangkan sulfur diperoleh sebagai cake atau sebagai sulfur cair
murni. Karena sifatnya yang hidrofilik sehingga mudah diabsorpsi oleh tanah,
maka sulfur yang dihasilkan dari proses ini dapat juga dimanfaatkan sebagai
bahan baku pupuk.
Keunggulan dari proses Shell-Paques adalah :
- dapat
menyingkirkan sulfur dalam jumlah besar (efisiensi penyingkiran hidrogen
sulfida dapat mencapai 99,8%) hingga menyisakan kandungan hidrogen sulfida
yang sangat rendah dalam aliran gas (kurang dari 4 ppm-volume)
- pemurnian
gas dan pengambilan kembali (recovery) sulfur terintegrasi dalam 1 proses-
gas buang (flash gas/vent gas) dari proses ini tidak mengandung gas berbahaya,
sehingga sebelum dilepas ke lingkungan tidak perlu dibakar di flare. Hal
ini membuat proses ini ideal untuk lokasi-lokasi dimana proses yang
memerlukan pembakaran (misalnya flare atau incinerator) tidak
dimungkinkan.
- menghilangkan
potensi bahaya dari penanganan solvent yang biasa digunakan untuk
melarutkan hidrogen sulfida dalam proses ekstraksi
- sifat
sulfur biologis yang hidrofilik menghilangkan resiko penyumbatan (plugging
atau blocking) pada pipa
- Bio-katalis
yang digunakan bersifat self-sustaining dan mampu beradaptasi pada
berbagai kondisi proses
- Konfigurasi
proses yang sederhana, handal dan aman (antara lain beroperasi pada suhu
dan tekanan rendah) sehingga mudah untuk dioperasikan
- Proses
Shell-Paques ini dapat diterapkan pada gas alam, gas buang regenerator
amine, fuel gas, synthesis gas, serta aliran oksigen yang mengandung gas
limbah yang tidak dapat diproses dengan pelarut.
Proses distilasi
bertingkat dan fraksi yang dihasilkan dari distilasi bertingkat tersebut dapat
digambarkan sebagai berikut.
Diagram menara fraksionasi (distilasi bertingkat) untuk
penyulingan minyak bumi. Pandangan irisan menunjukkan bagaimana fasa uap dan
cairan dijaga agar selalu kontak satu sama lain, sehingga pengembunan dan
penyulingan berlangsung menyeluruh sepanjang kolom.
Fraksi Hidrokarbon yang
Didapatkan dari Distilasi Bertingkat
Fraksi
|
Jumlah Atom C
|
Titik Didih
|
Kegunaan
|
Gas
|
C1
– C5
|
-164
°C – 30 °C
|
bahan
bakar gas
|
Eter
petroleum
|
C5
– C7
|
30
°C – 90 °C
|
pelarut,
binatu kimia
|
Bensin
|
C5-
C12
|
30
°C – 200 °C
|
bahan
bakar motor
|
Minyak
tanah
|
C12
– C16
|
175
°C – 275 °C
|
minyak
lampu, bahan bakar kompor
|
Minyak
gas, bakar, dan diesel
|
C15
– C18
|
250
°C – 400 °C
|
bahan
bakar mesin diesel
|
Minyak-minyak
pelumas, gemuk, jeli petroleum
|
C16
ke atas
|
350
°C ke atas
|
pelumas
|
Parafin
(lilin)
|
C20
ke atas
|
meleleh
52 °C – 57 °C
|
lilin
gereja, pengendapan air bagi kain, korek api,dan pengawetan
|
Ter
|
|
residu
|
aspal
buatan
|
Kokas
petroleum
|
|
residu
|
bahan
bakar, elektrode
|
1. Reforming
Reforming merupakan suatu cara
pengubahan bentuk, yaitu dari rantai lurus menjadi bercabang. Proses ini
digunakan untuk meningkatkan mutu bensin.
2. Polimerisasi
Polimerisasi merupakan suatu cara
penggabungan monomer (molekul molekul sederhana) menjadi molekul-molekul yang
lebih kompleks.
3. Treating
Treating merupakan proses penghilangan
kotoran pada minyak bumi.
4. Blending
Blending merupakan proses penambahan
zat aditif.
Sumber Gambar:
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fakuratnews.com%2Findonesia-dahulu-raja-minyak-sekarang%2F&psig=AOvVaw1vgp28CzQD2yjEjPwhw_0F&ust=1599369558366000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCNCCgYii0esCFQAAAAAdAAAAABAD