Download - Kuliah 2 Natural Gas & Petroleum Chemistry
OlehMelia Laniwati Gunawan
Subagjo
Program Studi Teknik Kimia – FTI – ITB2012
ML-2010/TK-5035 1
KOMPONEN PENYUSUN
Hidrokarbon : C1 - C70
Senyawa sulfur organik Senyawa oksigenat organik Senyawa nitrida organik dll
Natural gas : C1 - C4
Petroleum : C5 - C70
TK5035/ML-SBG/TK-ITB/2012 2
Range Boiling Point lebar
I. HIDROKARBON
1. Alkana / parafin
2. Alkena + alkuna / olefin / alkynes
3. Sikloalkana / sikloparafin / naphthene /naften
4. Aromatik / Arenes
5. Sikloaromatik / cycloalkanoarenes /
naphthenoaromatics
3
1. Alkana / parafin
Rumus umum : Cn H2n+2
Rantai karbon lurus / bercabang
Ikatan antar atom C tunggal
Komponen terbanyak dalam crude oil dan natural gas
Contoh :
H H H H H H
H – C – H H – C – C – H H – C – C – C – H
H H H H H H
(CH4) (C2H6) (C3H8)
metan etan propan
4
Alkana (lanjutan)
CH3
H3C – CH2 - CH2 – CH3 H3C – CH – CH3
n- C4H10 i- C4H10
(n-butan) (isobutan)
C – C – C – C – C – C
C C
C8H18
2,3, dimetil heksan (oktan)
5
2. Alkena + alkuna / olefin / alkynes
Rumus umum : CnH2n / CnH2n-2
Ikatan antar atom C double (alkena) / triple (alkuna)
Rantai atom C lurus / bercabang
Dinamakan juga hidrokarbon tak jenuh
Contoh :
H2C = CH2 HC CH H3C – CH = CH2
etilen= etena asetilen= etuna propen
6
Alkena+ alkuna ( lanjutan)
H3C – CH = CH – CH3 H3C – CH – CH = CH2
CH3
(2 - buten= buten-2) (iso penten)
HC C – C2H5 H2C = CH – CH = CH2
(but-1-yne = etilasetilen) (1,3 butadien)
7
3. Sikloalkana / sikloparafin / naphthene / naften
Rumus umum : Cn H2n+2-2N
n = jumlah atom C
N = jumlah cincin naftenik
Komponen penting dalam crude oil
termasuk hidrokarbon jenuh
Contoh : H2C CH2 H2 H2
H2C CH2 H2 H2
H2C CH2 H2 H2
(sikloheksan)
8
Sikloalkana (lanjutan)
CH3 H3C CH3
CH3
metilsiklopentan 1,1,1,3 trimetilsikoheksan
decalin
9
4. Aromatik / Arenes
Mempunyai cincin benzen (= siklik tak jenuh)
Rumus umum : Cn H2n-6
Secara kimiawi sangat reaktif
Senyawa mononuclear aromatics yang banyak
terdapat dalam crude oil : toluene, xylene ()
Senyawa polynuclear aromatics yang juga ada dalam
crude oil : biphenyl, naphthalene, anthracene,
phenanthrene dll.
Beberapa polycyclic aromatik karsinogen
10
Aromatik (lanjutan)
Contoh :
H
C
H - C C – H
H – C C – H
C
H
(benzen)
ML-2003 11
Aromatik (lanjutan)
ML-2003 12
CH2 – CH3 CH3
CH3
CH3
CH3CH3
CH3Etilbenzen =
phenylethane
O-xyleneM – xylene p - xylene
Naphthalene AnthraceneBiphenyl Phenanthrene
5. Sikloaromatik / cycloalkanoarenes /naphthenoaromatics
dalam bangunnya mempunyai cincin benzen dan bentuk siklik
Hidrokarbon kelompok ini mulai tampak dalam fraksi kerosin
Konsentrasinya bertambah dalam fraksi yang lebih berat dan
puncaknya dalam residu
Contoh :
13
Tetralin (C10H12)
(1,2,3,4 – tetrahydronaphthalene)
Indane (C9H10)
II. NON - HIDROKARBON
1. Sulphur compounds (senyawa sulfida)
2. Nitrogen compounds (senyawa nitrida)
3. Oxygen compounds (senyawa oksigenat)
4. Metallic compounds (senyawa logam)
Non- hidrokarbon = pengotor
kadar pengotor tinggi mutu kurang baik
harga murah
ML-2003 14
1. Sulphur compounds
Di dalam crude oil terdiri dari 3 bentuk :
a. Senyawa thiol :
- dapat menyebabkan korosi, meracuni katalis, dan
menyebabkan bau khas.
- merupakan komponen utama senyawa Sulfur untuk
fraksi naphta ( bp < 200oC)
- dalam konsentrasi rendah tidak beracun, sehingga
sering digunakan sebagai odourants pada LPG
- bersifat asam dengan keasaman > alkohol
- dapat dihilangkan melalui pencucian dengan NaOH
ML-2003 15
Sulphur compounds (lanjutan)
b. Mono & Di sulfida :
- dalam crude oil hadir dengan kadar yang
rendah.
c. Thiophene :
- turunannya dapat dijumpai dalam jumlah kecil
di dalam crude oil yang kandungan aromatik,
resin, dan asphaltenes-nya tinggi
ML-2003 16
Sulphur compounds (lanjutan)
Contoh :
H3C – SH H3C – CH2 – SH
methanethiol ethanethiol cyclohexanethiol
(metil mercaptan) (etil mercaptan) (sikloheksil mercaptan)
CH3 CH3
H3C – S – CH2 – CH3 H3C – CH – S – CH – CH3
2 - thiabutane 2,4 dimetil 3 thiapentane
(metil-etil-sulfida) (diisopropil – sulfida)
ML-2003 17
SH
Sulphur compounds (lanjutan)
CH3 – S – S – CH3
2,3 – dithiabutane thiacyclohexane
(metil disulfida) (sikloheksil sulfida)
ML-2003 18
S
S
thiophene benzo(b)thiophene
S
b
S
CH3
CH3
2,3 dimetildibenzothiophene
Sulphur compounds (lanjutan)
oAPI dan %-b S sangat berpengaruh pd harga MB
kadar S dalam MB ~ 0,1 – 5%-b
Kadar S tinggi (sour) ~ 0,5%-b
Kadar S rendah (sweet) < 0,5%-b
MB dengan kadar S tinggi perlu banyak pengolahan
S dalam MB:
Korosif
Racun katalis
Pencemar lingkungan
2. Nitrogen compounds
Dibedakan atas 2 jenis :
1. basic nitrogen compounds
2. non-basic nitrogen compounds
umumnya ada dalam crude oil dengan kons. sekitar ½ dari
kandungan sulfur
65 -75 % ada pada fraksi residu
Keberadaannya dapat :
- mengurangi keaktifan katalis
- menyebabkan instability warna produk
- menyebabkan pembentukan gum
Penambahan kandungan senyawa Nitrogen juga akan
dijumpai setelah proses catalytic crackingML-2003 20
Nitrogen compounds (lanjutan)
Contoh : basic nitrogen comp.
Non – basic nitrogen comp.
21
pyridine
N
quinoline
N
isoquinoline
N
acridine
N
N
pyrrole
H
N
Indole
H
N
carbazole
H
3. Oxygen compounds
Kandungannya dalam crude oil relatif rendah ( trace – 2% (w))
Umumnya dijumpai dalam bentuk :
1. carboxylic acid (asam karboksilat) :
- monocarboxylic acids
(as. Format --- as. Palmitat)
- dicarboxylic acids
(turunan maleat dll)
- alicyclic monocarboxylic acids (naphthenic acids)
(umumnya turunan dari siklopentan)
2. Phenol
Jenis crude oil parafinic (acidity rendah),
Crude oil jenis asphaltic : kandungan senyawa asam 0,6 – 1% (W) atau lebih
22
4. Metallic compounds
Eleman logam yang umumnya ada dalam crude adalah : besi, vanadium, nikel, aluminium, natrium, kalsium, tembaga, magnesium, mangan, barium, silikon, krom, stronsium, timbal, molibdenum, kobalt, emas, perak, dan titanium.
Yang paling sering dijumpai dalam crude oil : Vanadium (bisa mencapai 0,1 % W)
ML-2003 23
5. Asphaltenes dan Resins
Berupa polimer
Komponen utama : Carbon dan hidrogen, kadang mengandung
sulfur, nitrogen, dan atau oksigen (bentuk heterosiklik)
Perbedaan :
Resin Aspal
BM 800 – 2000 g/mol > 2000 g/mol
Warna gelap hitam
Wujud padat / semi padat padatan amorf
ML-2003 24
Contoh : sifat beberapa minyak mentah
Subject ArabiaLight
ArabiaHeavy
Indonesia Boscan
Sp.Gr (g.cm-3) 0.86 0.89 0.81 0.998
Sulfur (%wt) 1.8 2.9 0.07 5.2
Nitrogen(%wt) 0.1 0.2 <0.1 0.7
Oxygen(%wt) <0.1 <0.1 <0.1 <0.1
V (ppm) 18 50 <1 1200
Ni (ppm) 4 16 <1 150
Con.Carbon(%wt) 3 7 ~5 15
H/C 1.5
Nafta Kerosin Gas Oil Residuatmosferik
Vaccum Gas Oil
VaccumResidue
Rentang Titik Didih (OC)
40 – 180 180 – 230 230 – 360 343 343-500 500
% dlm m. mentah
20 10 20 50 30 20
Komposisifraksi
50% Alkan40% Naften
10% Aromatik
20% Alkan60% Naften
20% Aromatik
10% Alkan60% Naphten
30% Aromatik
30% Alkan&Naften
65% Aromatik5% Aspal
40% Alkan &Naften
60% Aromatik
15% Aspal
S (%) 0.01 – 0.05 0.1 – 0.3 0.5 – 1.5 2.5 – 5 1.5 – 3 3 – 6
N (%) 0.001 0.01 0.01 – 0.05 0.2 – 0.5 1.5 – 3 3 – 6
V (ppm) 20 – 1000 50 – 1500
Ni (ppm) 5 – 200 10 – 400
H/C 2.0 – 2.2 1.9 – 2 1.8 – 1.9 1.6 1.7 1.4
Sifat Fraksi Minyak Bumi
CRUDE OIL
Minyak mentah (crude oil) adalah campuran senyawa-
senyawa hidrokarbon dari C1 – C70
Untuk mendapatkan minyak jadi (gas, LPG, naphtha,
kerosene, diesel dll), crude oil harus dipisah-pisahkan
menurut fraksinya (panjang rantai C-nya).
Fraksionasi panjang rantai C dapat dikenali melalui
titik didihnya (boiling point = BP)
Makin panjang rantai C, BP makin tinggi
ML-2003 27
Jenis Crude Oil
Klasifikasi crude oil atas`dasar komposisi kimiawi residu hasil atmosferik distillation :
1. Paraffinic base
(residu mengandung paraffin waxes)
2. Asphaltic base
(residu mengandung asphaltic material)
3. Intermediate base
(residu mengandung paraffin waxes & asphaltic mat.)
4. Naphtenic base
(residu mengandung asphaltic material + sedikit paraffin wax)
ML-2003 28
Karakteristik crude oil
1. Spesific gravity (Sg)
Sg = perbandingan densitas minyak dibanding dengan densitas air pada suhu 4oC ( air, 4 C = 1)
2. API (American Petroleum Institute) gravity
ML-2003 29
Densitas minyak ( 4oC)
Sg = ---------------------------------
Densitas air ( 4oC)
Degree API = (141,5 / Sg) – 131,5
Sg pada 15,56oC
Karakteristik crude oil (lanjutan)
3. Characterization factor (KUOP)
UOP = Universal Oil Products
Sg : spesific gravity pada 15,560C (60oF)
BP : titik didih rata-rata dalam derajat rankine (R)
ML-2003 30
(BP) 1/3
KUOP = ----------------------------
Sg (pada15,56 oC)
KUOP
Parafin 12,5 – 13,0
Naphthene 11,0 – 12,0
Aromatik 9,0 – 11,0
Karakteristik crude oil (lanjutan)
4. Correlation index (CI)
US Bureau of Mines
Sp.gr : sp. gr pada 15,56 C
BP : titik didih rata-rata dalam der. R
ML-2003 31
48640
CI = ----------- + 473,7 Sg (pada15,56oC) - 456,8
BP
0 – 15 : parafin
15 – 50 : mixture
> 50 : aromatik
Contoh : CI Benzen = 100 ; CI parafin rantai lurus = 0
Contoh: Klasifikasi menurut US Bureau of Mines
Tipe Minyak MentahFraksi kunci No. 1 Fraksi kunci No. 2
Sp.gr der.API Sp.gr der.API
1 Parafinik < 0,825 > 40 < 0,876 > 30
2 Parafinik-Intermediate < 0,825 > 40 0,876 - 0,934 20 - 30
3 Naftenik < 0,860 > 33 < 0,934 < 20
4 dst s/d kelas 9
Fraksi kunci No. 1 : hasil distilasi atmosferik m. mentah dg td 250 - 275 C
Fraksi kunci No. 2 : hasil distilasi m. mentah pd 40 mmHg dg td 275 - 300 C
der. API = (141,5/Sp.gr pd 15,56C) - 131,5
Soal latihan
33