MINYAK BUMI

Minyak bumi (bahasa Inggris:  petroleum, dari  bahasa Latin petrus – karang dan  oleum – minyak), dijuluki juga sebagai emas hitam, adalah cairan kental, coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi. Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks dari berbagai hidrokarbon, sebagian besar seri  alkana, tetapi bervariasi dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya. Minyak Bumi adalah campuran dari berbagai jenis hidrokarbon.
PROSES PEMBENTUKAN MINYAK BUMI
Minyak bumi dan gas alam diduga berasal dari jasad renik lautan, tumbuhan dan hewan yang mati sekitar 150 juta tahun yang lalu. Dugaan tersebut didasarkan pada kesamaan unsur-unsur yang terdapat dalam bahan tersebut dengan unsur-unsur yang terdapat pada makhluk hidup. Sisa-sisa organisme itu mengendap di dasar laut, kemudian ditutupi oleh lumpur yang lambat laun mengeras karena tekanan lapisan diatasnya sehingga berubah menjadi batuan. Sementara itu bakteri anaerob menguraikan sisa-sisa organisme itu sehingga menjadi minyak bumi dan gas yang terperangkap di antara lapisan-lapisan kulit bumi. Proses pembentukan minyak bumi dan gas ini membutuhkan waktu yang sangat lama. Bahkan sepanjang umur kita pun belum cukup untuk membuat minyak bumi dan gas. Jadi kita harus melakukan penghematan dan berusaha mencari sumber energi alternatif.


KOMPOSISI MINYAK BUMI
Minyak bumi hasil pengeboran masih berupa minyak mentah (crude oil) yang kental dan hitam. Crude oil ini terdiri dari campuran hidrokarbon yaitu:

1.    Alkana merupakan merupakan fraksi yang terbesar di dalam minyak mentah. Senyawa alkana yang paling banyak ditemukan adalah n-oktana dan isooktana (2,2,4-trimetil pentana)

2.    Hidrokarbon aromatis C_nH_2n-6 diantaranya adalah etil benzene yang memiliki cincin 6 (enam).

3.    Sikloalkana (napten) C_nH_2n antara lain siklopentana dan etil sikloheksana

4.    Belerang (0,01-0,7%)

5.    Nitrogen (0,01-0,9%)

6.    Oksigen (0,06-0,4%)

7.    Karbondioksida [CO₂]

8.    Hidrogen sulfida [H₂S

 PENGOLAHAN MINYAK BUMI
Minyak bumi biasanya berada pada 3-4 km di bawah permukaan. Untuk mengambil minyak bumi tersebut harus dibuat sumur bor yang telah disesuaikan kedalamannya. Minyak mentah yang diperoleh ditampung dalam kapal tangker atau dialirkan ke kilang minyak dengan menggunakan pipa. Minyak mentah yang tadi diperoleh belum bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar maupun keperluan lainnya. Minyak mentah tersebut haruslah diolah terlebih dahulu.
Penyulingan Minyak Bumi
Minyak mentah mengandung sekitar 500 jenis hidrokarbon dengan jumlah atom C-1 hingga C-50. Pengolahan minyak bumi dilakukan melalui distilasi bertingkat, dimana minyak mentah dipisahkan ke dalam kelompok-kelompok dengan titik didih yang mirip. Hal tersebut dilakukan karena titik didih hidrokarbon meningkat seiring dengan bertambahnya atom karbon (C) dalam molekulnya..Mula mula minyak mentah dipanaskan pada suhu sekitar 400 ⁰C.  Setelah dipanaskan kemudian dialirkan ke tabung fraksionasi/ destilasi.
Menara destilasi
Di menara inilah terjadi proses destilasi (penyulingan). Yaitu proses pemisahan larutan dengan menggunakan panas sebagai pemisah. Prinsip dasar penyulingan bertingkat adalah perbedaan titik didih di antara fraksi-fraksi minyak mentah. Jika selisih titik didih tidak berbeda jauh maka penyulingan tidak dapat diterapkan Hidrokarbon yang memiliki titik didih paling rendah akan terpisah lebih dulu, disusul dengan hidrokarbon yang memiliki titik didih lebih tinggi.
Gambar 1  Menara destilasi
Destilasi Fraksinasi Minyak Bumi
Meskipun komposisinya kompleks, terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen-komponennya berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya, yang disebut proses distilasi bertingkat. Destilasi merupakan pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya. Diagram pemisahan komponen-komponen minyak bumi dengan cara destilasi ditunjukkan oleh gambar di bawah ini:

Diagram destilasi minyak bumi
Minyak bumi atau minyak mentah sebelum masuk kedalam kolom fraksinasi (kolom pemisah) terlebih dahulu dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur) sampai dengan suhu ± 350°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).
Karena perbedaan titik didih setiap komponen hidrokarbon maka komponen-komponen tersebut akan terpisah dengan sendirinya, dimana hidrokarbon ringan akan berada dibagian atas kolom diikuti dengan fraksi yang lebih berat dibawahnya. Pada tray (sekat dalam kolom) komponen itu akan terkumpul sesuai fraksinya masing-masing.
Pada setiap tingkatan atau fraksi yang terkumpul kemudian dipompakan keluar kolom, didinginkan dalam bak pendingin, lalu ditampung dalam tanki produknya masing-masing. Produk ini belum bisa langsung dipakai, karena masih harus ditambahkan aditif (zat penambah).
Fraksi Minyak Bumi
Senyawa hidrokarbon, terutama parafinik dan aromatik, mempunyai trayek didih masing-masing, dimana panjang rantai hidrokarbon berbanding lurus dengan titik didih dan densitasnya. Semakin panjang rantai hidrokarbon maka trayek didih dan densitasnya semakin besar. Jumlah atom karbon dalam rantai hidrokarbon bervariasi. Untuk dapat dipergunakan sebagai bahan bakar maka dikelompokkan menjadi beberapa fraksi atau tingkatan dengan urutan sederhana 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 rantai karbon dari C31 sampai C40
Trayek didih dari 130 sampai 300°C

6.    Residu
Rentang rantai karbon diatas C40
Trayek didih diatas 300°C

Kegunaan Fraksi-Fraksi Minyak Bumi

1.    Gas
Kegunaan: Gas tabung, BBG, umpan proses petrokomia.

2.    Gasolin (Bensin)
Kegunaan : Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin piston, umpan proses petrokomia

3.    Kerosin (Minyak Tanah)
Kegunaan: Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin jet, bahan bakar rumah tangga, bahan bakar industri, umpan proses petrokimia

4.    Solar
Kegunaan: Bahan bakar motor, bahan bakar industry

5.    Minyak Berat
Kegunaan: Minyak pelumas, lilin, umpan proses petrokimia

6.    Residu
Kegunaan: Bahan bakar boiler (mesin pembangkit uap panas), aspal, bahan pelapis anti bocor.

Untuk lebih jelasnya, kegunaan beberapa fraksi minyak bumi dijelaskan di bahwa ini:

1.    Fraksi Gas
Untuk fraksi gas yang telah didapatkan selanjutnya dialurkan ke tempat penyimpanan melalui saluran yang telah diberi kondensor. Lalu diolah lagi di Unit Destilasi Bertekanan untuk menaikkan titik didihnya agar pemisahan dapat berlangsung dan menghasilkan:
- LPG
- Solvent
- Mogas

2.    Fraksi Gasolin
Untuk meningkatkan nilai tambah fraksi nafta yang kadar oktannya masih rendah, sekitar 40-59 akan diproses lagi di Unit Reforming yang hasilnya berupa bensin dan residu. Untuk bensin nilai oktannya menjadi 85-90. Bensin ini bisa diblending lagi dengan TEL (tetra ethyl lead) sehinggga nilai oktannya mencapai 95, contoh bensin beroktan 95 adalah pertamax.

3.    Kerosin dan Solar
Khusus untuk fraksi ini bisa langsung digunakan. Untuk fraksi kerosin hasilnya berupa minyak tanah dan avtur dan untuk fraksi solar hasilnya adalah solar.

4.    Minyak Berat dan Residu (long residu)
Fraksi ini diolah lagi di unit destilasi vacuum untuk menurunkan titik didihnya sehingga menghasilkan fraksi light vacuum gasoil (LVG), medium vacuum gasoil (MVG), heavy vacuum gasoil (HVG) dan fraksi short residu. Fraksi MVG dan HVG akan diolah lagi di unit Polypropilin sehingga menghasilkan biji plastik. Sedangkan LVG akan dicampur dengan solar untuk menaikkan angka cetane. Untuk fraksi short residu sendiri nantinya akan diolah menjadi aspal

Perengkahan (Cracking) Minyak Bumi
Untuk memenuhi kebutuhan produk tertentu, hidrokarbon yang berantai panjang dapat dipecah menjadi lebih pendek melalui proses perengkahan (cracking). Sebaliknya, hidrokarbon rantai pendek dapat digabungkan menjadi rantai yang lebih panjang (reforming).
Untuk meningkatkan fraksi bensin dapat dilakukan dengan cara memecah hidrokarbon rantai panjang menjadi fraksi (C5–C9) melalui perengkahan termal. Proses perengkahan ini dilakukan pada suhu 500°C dan tekanan 25 atm. Hidrokarbon jenuh rantai lurus seperti kerosin (C₁₂H₂₆) dapat direngkahkan ke dalam dua buah fragmen yang lebih pendek menjadi senyawa heksana (C₆H₁₄) dan heksena (C₆H₁₂).
 C₁₂H₂₆ (l)  à   C₆H₁₄ (l)   + C₆H₁₂ (l)  (pada 500^oC, 25 atm)
 Keberadaan heksena (alkena) dari hasil perengkahan termal dapat meningkatkan bilangan oktan sebesar 10 satuan. Akan tetapi, produk dari proses perengkahan ini umumnya kurang stabil jika disimpan dalam kurun waktu lama. Oleh karena produk perengkahan termal umumnya kurang stabil maka teknik perengkahan termal diganti dengan perengkahan katalitik menggunakan katalis yang dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi.
Perengkahan katalitik, misalnya alkana rantai panjang direaksikan dengan campuran silikon (SiO₂) dan alumina (Al₂O₃), ditambah gas hidrogen atau katalis tertentu Dalam reforming, molekul-molekul kecil digabungkan menjadi molekul-molekul yang lebih besar. Hal ini dilakukan guna meningkatkan produk bensin. Misalnya, butana dan propana direaksikan membentuk heptana. Persamaan reaksinya:
                        C₄H₁₀ (g)+ C₃H₈ (g)  à   C₇H₁₆ (l)   + H₂ (g)
BENSIN
Fraksi terpenting dari minyak bumi adalah bensin. Bensin digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Sekitar 10% produk distilasi minyak mentah adalah fraksi bensin dengan rantai tidak bercabang
Kualitas Bensin
Hidrokarbon yang menyusun bensin menentukan ketepatan waktu pembakaran. Dalam mesin bertekanan tinggi, pembakaran bensin rantai lurus tidak merata dan menimbulkan gelombang kejut yang menyebabkan terjadi ketukan pada mesin. Jika ketukan ini dibiarkan dapat mengakibatkan mesin cepat panas dan mudah rusak. Ukuran pemerataan pembakaran bensin agar tidak terjadi ketukan digunakan istilah bilangan oktan. Bilangan oktan adalah bilangan perbandingan antara nilai ketukan bensin terhadap nilai ketukan dari campuran hidrokarbon standar.
Bagaimana cara menentukan bilangan oktan?  Nilai bilangan oktan ditetapkan 0 untuk n-heptana yang mudah terbakar dan 100 untuk iso oktana yang tidak mudah terbakar. Misal suatu campuran 30 % n-heptana dan 70% iso oktana maka bilangan oktannya: Bilangan oktan=(30/100 x 0) + (70/100 x 100) = 70.
Campuran hidrokarbon yang dipakai sebagai standar bilangan oktan adalah n-heptana dan 2,2,4-trimetilpentana (isooktana). Bilangan oktan untuk campuran 87% isooktana dan 13% n-heptana ditetapkan sebesar 87 satuan.
 Terdapat tiga metode pengukuran bilangan oktan, yaitu:

1.    pengukuran pada kecepatan dan suhu tinggi, hasilnya dinyatakan sebagai bilangan oktan mesin;

2.    pengukuran pada kecepatan sedang, hasilnya dinamakan bilangan oktan penelitian;

3.    pengukuran hidrokarbon murni, dinamakan bilangan oktan road index.

Beberapa hidrokarbon murni ditunjukkan pada Tabel 2
Tabel 2     Bilangan Oktan Hidrokarbon

Makin tinggi nilai bilangan oktan, daya tahan terhadap ketukan makin kuat (tidak terjadi ketukan). Ini dimiliki oleh 2,2,4-trimetilpentana (isooktana), sedangkan n-heptana memiliki ketukan tertinggi. Oleh karena 2,2,4-trimetilpentana memiliki bilangan oktan tertinggi (100) dan n-heptana terendah (0) maka campuran kedua senyawa tersebut dijadikan standar untuk mengukur bilangan oktan. Untuk memperoleh bilangan oktan tertinggi, selain berdasarkan komposisi campuran yang dioptimalkan juga ditambah zat aditif, seperti tetraetillead (TEL) atau Pb(C₂H₅)4. Penambahan 6 mL TEL ke dalam satu galon bensin dapat meningkatkan bilangan oktan 15–20 satuan. Bensin yang telah ditambah TEL dengan bilangan oktan 80 disebut bensin premium. Metode lain untuk meningkatkan bilangan oktan adalah termal reforming. Teknik ini dipakai untuk mengubah alkana rantai lurus menjadi alkana bercabang dan sikloalkana. Teknik ini dilakukan pada suhu tinggi (500–600°C) dan tekanan tinggi (25–50 atm)

 Jenis Bensin
Jenis-jenis bensin yang diproduksi pertamina yaitu:

Jenis bensin	Bilangan oktan
Premium Pertamax Pertamax Plus	80-88 91-92 95

 Keunggulan Pertamax dan Pertamax Plus dibandingkan Premium, yaitu:

1.    Mempunyai bilangan oktan yang tinggi

2.    Meningkatkan kinerja mesin sehingga semakin bertenaga

3.    ersifat ramah lingkungan

4.    Lebih ekonomis dari segi perawatan

Dampak Pembakaran Bensin

Zat pencemar	Sumber	Dampak terhadap lingkungan
CO2	Pembakaran bahan bakar	Pemanasan global/efek rumah kaca
CO	Pembakaran bahan bakar tidak sempurna	Bersifat racun dan menyebabkan kematian
Nox (NO, NO2)	Pembakaran bahan bakar pada suhu tinggi	Hujan asam
Pb	Penggunaan bensindengan zat aditif timbal	Timbal bersifat racun