Proses-proses Kimia dalam industri minyak bumi

A. PERENGKAHAN MINYAK BUMI( CRACKING)

CRACKING dalam bahasa Indonesia sering juga diterjemahkan sebagai perengkahan. Secara garis besar reaksi perengkahan adalah reaksi pemutusan ikatan C-C dari suatu senyawa hidrokarbon. Perengkahan dibagi menjadi dua jenis yaitu perengkahan termal (Thermal cracking) dan perengakahan katalitik (Catalytic cracking). Perengakahan termal pemutusan ikatan C-C dapat berlangsung sebagai akibat kenaikan temperatur yang tinggi, sedangkan pada perengkahan katalitik, reaksi pemutusan C-C berlangsung dengan peran serta katalis dalam reaksi.

Sejak 1940 cracking adalah proses penting dalam industri minyak bumi. Proses ini digunakan untuk memproduksi gasolin (fraksi bensin dan kerosin) dari minyak berat atau crude oil. Proses dapat berlangsung melalui dua mekanisme yaitu mekanisme radikal yang dilakukan secara termal (dengan temperatur tinggi) atau secara katalitik.

Thermal Cracking

Thermal cracking dilakukan pada temperatur bervariasi dari 455oC hingga 730oC dan tekanan bervariasi dari tekanan normal hingga 1000 psig. Mekanisme yang terjadi adalah pemutusan ikatan C-C homolitik. Reaksi bersifat ireversibel endotermis . Thermal cracking dari molekul parafin umumnya akan menghasilkan rantai dengan ukuran molekul yang lebih rendah yang umumnya masuk dalam golongan paranin dan olefin.

Sebagai contoh:

R-CH₂=CH₂-CH₂-R ¾® R-CH=CH₂ ¾]-CH₃-R

MEKANISME:

1. Radikal primer mengalami pemutusan pada posisi karbon b (b-fission) membentuk molekul etena.

RCH₂CH₂ ¾® R + CH₂=CH₂ 

2. Radikal primer menyerang molekul parafin membentuk molekul stabil parafin yang baru dan radikal sekunder

RCH₂CH₂  + R’-CH₂-CH₂-CH₂-R’’ ¾® R-CH₂-CH₃ + R’-CH₂-CH₂-CH₂-R”

3. Dapat terjadi perpindahan posisi hidrogen pada molekul yang sama bila rantai hidrokarbon poanjang dan membentuk rantai paradin memberntuk radikal primer yang terdiri dari 5 hingga 6 karbon ( C ).

4. Radikal sekunder dapat mengalami b-fission membentuk radikal primer dan a-olefin

R-CH₂-CH₂-CHR ¾® RCH₂ + R’CH=CH₂

Perengkahan termal pada umumnya berlangsung pada kondisi temperatur bervariasi dari 455⁰C sampai 730⁰C dan tekanan normal sampai 1000 psig. Pada kondisi reaksi yang sama akan terjadi pemutusan ikatan C-C (C-C bond scission), dehidrogenasi, isomerisasi dan polimerisasi. Namun demikian, reaksi yang disebutkan pertama tersebut adalah reaksi yang utama. Sebagai contoh reaksi:

R-CH₂-CH₂-CH₂-R R-CH₂=CH₂ + CH₃-R

Reaksi pemutusan ikatan C-C dari suatu molekul parafin akan menghasilkan molekul lebih ringan jenis parafin dan olefin.Olefin juga akan dihasilkan melalui dehidrogenasi reversibel dari parafin:

R-CH₂-CH₃ R-CH=CH₂ + H₂

Reaksi-reaksi tersebut bersifat endotermis.

Olefin yang terbentuk dari kedua reaksi tersebut di atas dapat mengalami reaksi lebih lanjut:

Isomerisasi : CH₃-CH₃-CH=CH₂ CH₃-CH=CH-CH₃

Dehidrogenasi : CH₃-CH₃-CH=CH₂ CH₂=CH₂-CH=CH₂

Polimerisasi : 2 CH₃-CH₃-CH=CH₂ CH₃-C-CH₂-C=CH₂

Isomerisasi dan dehidrogenasi merupakan reaksi endotermis sedangkan polmerisasi merupakan reaksi eksotermis.

Beberapa hal yang dapat terjadi:

1. Pada perengkahan termal, naften dengan cincin aromatik tunggal lebih stabil dibandingkan parafin dan olefin, meskipun pada temperatur tinggi akan dihasilkan pembukaan cincin.

2. Dehidrogenasi dapat terjadi membentuk cincin aromatik tak jenuh atau senyawa aromatik.

3. Polimerisasi menghasilkan olefin atau senyawa dengan berat molekul sangat tinggi

4. perengkahan lanjutan menghasilkan etena dan propena

Catalytic Cracking

Untuk merngurangi kebutuhan energi yang cukup besar serta menghasilkan produk dengan selektifitas yang tinggi, digunakan berbagai katalis termasuk dalam proses perengkahan. Katalis perengkahan dalam industri minyak bumi umumnya merupakan katalis heterogen atau padatan dengan luas permukaan dan keasaman yang tinggi serta stabilitas termal yang cukup besar. Luas permukaan katalis yang digunakan dalam proses ini berkisar antara 300m²/gram hingga 700 m²/gram. Bahan padatan tersebut antara lain adalah g-alumina, Aluminium oksida (Al₂O₃), Silika alumina, zeolit dan clay. Pada produksi gasolin, dilaporkan penggunaan katalis pada perengkahan minyak bumi menghasilkan angka oktan yang tinggi. Mekanisme dasarnya adalah pada pembentukan muatan elektrik suatu molekul yang disebabkan oleh keasaman padatan katalis.

Dilakukan menggunakan katalis dengan luas permukaan spesifik yang tinggi (300 higga 700 m²/g), memiliki sifat asam dan stabil pada temperatur tinggi.

Mekanisme :

1. Catalytic Cracking terjadi melalui pembentukan karbokation dari mokekul yang berlanjut pada penyerangan molkeul yang lain:

Pembentukan karbokation baru dan pemutusan ikatan C-C dari molekul didasarkan pada kestabilan hiperkonjugasi yang mungkin dalam molekul

Karbokation yang terbentuk bersifat sangat reaktif dan dapat menyerang parafin atau naften menghasilkan karbokation baru.

RCH₂-CH=CH₂  + (CH₃)₃CH -----> (CH₃)₃C + RCH₂-CH₂-CH₃

Senyawa aromatik tersubtitusi alkil dapat bereaksi dalam beberapa mekanisme , salah satunya pemutusan rantai

2. Aromatik tersubstitusi alkil dapat menghasilkan karbokation dan senyawa aromatik
   

3. Perpindahan hidrogen (hidrogen shift) dan perpindahan metil (methyl shift) dari karbokation dapat terjadi membentuk produk isomer.

4. Dapat terjadi siklisasi pada hidrokarbon rantai panjang

TABEL KARAKTERISTIK PERENGKAHAN KATALITIK

UMPAN	ASAL	Proses	Produk
Gas oil . . . .	visbreaker	Dekomposisi	Gasolin  Gas
Deasphalted	Deasphalter		Distilat Residu