Rencana Pelaksanaan Pembelajaran
Minyak dan Gas Bumi (Gas Alam)
Nama Sekolah : ....
Mata Pelajaran : Kimia
Topik : Hidrokarbon
Sub Topik : Minyak Bumi dan Gas Bumi ( Gas Alam )
Kelas/Semester : X/2
Pertemuan Ke- : 1
Alokasi Waktu : 2 X 30 menit
Standar Kompetensi : 4. Memahami sifat-sifat senyawa organik atas dasar
gugus fungsi dan senyawa makromolekul
Kompetensi Dasar : 4.3 Menjelaskan proses pembentukan dan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi serta kegunaannya
Indikator :
· Mendeskripsikan proses pembentukan minyak bumi dan gas alam.
· Menjelaskan komponen-komponen utama penyusun minyak bumi.
· Menafsirkan bagan penyulingan bertingkat untuk menjelaskan dasar dan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi.
I. Tujuan Pembelajaran
Setelah mempelajari materi ini, diharapkan siswa dapat :
· Mendeskripsikan proses pembentukan minyak bumi dan gas alam;
· Menjelaskan komponen-komponen utama penyusun minyak bumi;
· Menafsirkan bagan penyulingan bertingkat untuk menjelaskan dasar dan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi;
· Membedakan kualitas bensin berdasarkan bilangan oktananya;
· Menganalisis dampak pembakaran bahan bakar terhadap lingkungan.
II. Uraian Materi Pembelajaran
A. PEMBENTUKAN DAN KOMPOSISI MINYAK BUMI
Istilah minyak bumi diterjemahkan dari bahasa latin (petroleum), artinya petrol (batuan) dan oleum (minyak). Nama petroleum diberikan kepada fosil hewan dan tumbuhan yang ditemukan dalam kulit bumi berupa gas alam, batubara, dan minyak bumi.
1. Pembentukan dan Eksplorasi
Minyak bumi terbentuk dari fosil-fosil hewan dan tumbuhan kecil yang hidup di laut dan tertimbun selama berjuta-juta tahun lampau. Ketika hewan dan tumbuhan laut mati, jasad mereka tertimbun oleh pasir dan lumpur di dasar laut. Setelah ribuan tahun tertimbun, akibat pengaruh tekanan dan suhu bumi yang tinggi, lapisan-lapisan lumpur dan pasir berubah menjadi batuan. Akibat tekanan dan panas bumi, fosil hewan dan tumbuhan yang terjebak di lapisan batuan secara perlahan berubah menjadi minyak mentah dan gas alam. Kedua bahan tersebut terperangkap di antara lapisan-lapisan batuan dan tidak dapat keluar. Sekarang, minyak bumi banyak dijumpai di dasar laut dekat lepas pantai sehingga dibangun anjungan minyak bumi lepas pantai dan daratan yang tidak jauh dari pantai. Hal ini akibat adanya gerakan kerak bumi yang menimbulkan pergeseran pada lapisan batuan, seperti gempa bumi dan letusan gunung berapi.
Untuk mengetahui sumber minyak bumi diperlukan pengetahuan geologi dan pengalaman. Pekerjaan ini merupakan tugas dan tanggung jawab para insinyur pertambangan dan geologi. Tahap pertama eksplorasi minyak bumi adalah mencari petunjuk di permukaan bumi seperti adanya lipatan-lipatan batuan. Lipatan-lipatan itu akibat tekanan gas dan minyak bumi yang merembes ke dalam batuan berpori sehingga minyak bumi dapat naik ke permukaan, tetapi tidak mencapai permukaan bumi karena tertahan oleh lapisan batuan lain.
Berdasarkan hasil pengamatan dan petunjuk struktur permukaan bumi, area selanjutnya diselidiki menggunakan pancaran gelombang seismik. Pancaran gelombang seismik digunakan untuk menentukan struktur batuan pada lapisan kulit bumi. Gelombang seismik diciptakan menggunakan ledakan kecil. Ledakan ini akan menghasilkan gelombang dan mengirimkannya sampai kedalaman tertentu. Jika ada struktur batuan yang menggelembung (anti cline), gelombang akan dipantulkan kembali. Pantulan ini dapat dideteksi oleh sensor sehingga dapat diketahui secara akurat posisi minyak bumi
Untuk mengeluarkan minyak bumi dan gas alam dari lapisan batuan diperlukan pemboran lapisan bumi hingga mencapai ke dasar lapisan batuan yang mengandung minyak bumi. Kedalamannya dapat mencapai ratusan meter. Setelah dibor, pada awalnya minyak bumi akan memancar sendiri akibat tekanan lapisan bumi yang tinggi, tetapi makin ke atas tekanan ini makin lemah sehingga diperlukan tekanan dari luar. Ini dilakukan dengan cara memompa menggunakan air atau udara hingga minyak bumi dapat dipompa keluar. Pengangkutan minyak mentah dapat dilakukan dengan menggunakan kapal tanker.
2. Komposisi Minyak Bumi
Gas alam merupakan campuran dari alkana dengan komposisi bergantung pada sumbernya. Umumnya, mengandung 80% metana (CH4), 7% etana (C2H6), 6% propana (C3H8), 4% butana dan isobutana (C4H10), dan 3% pentana (C5H12). Gas alam yang dipasarkan sudah diolah dalam
bentuk cair, disebut LNG (liquid natural gas).
Minyak bumi hasil pertambangan yang belum diolah dinamakan minyak mentah (crude oil). Minyak mentah merupakan campuran yang sangat kompleks, yaitu sekitar 50–95% adalah hidrokarbon, terutama golongan alkana dengan berat molekul di atas 100–an; sikloalkana; senyawa aromatik; senyawa mikro, seperti asam-asam organik; dan unsur-unsur anorganik seperti belerang.
Hidrokarbon dalam minyak mentah terdiri atas hidrokarbon jenuh, alifatik, dan alisiklik. Sebagian besar komponen minyak mentah adalah hidrokarbon jenuh, yakni alkana dan sikloalkana. Di Indonesia, minyak bumi terdapat di bagian utara pulau Jawa, bagian timur Kalimantan dan Sumatra; daerah Papua; dan bagian timur pulau Seram. Minyak bumi juga diperoleh di lepas pantai utara Jawa dan pantai timur Kalimantan.
Minyak bumi yang ditambang di Indonesia umumnya banyak mengandung senyawa hidrokarbon siklik, baik sikloalkana maupun aromatik. Berbeda dengan minyak dari Indonesia, minyak bumi dari negara-negara Arab lebih banyak mengandung alkana dan minyak bumi Rusia lebih banyak mengandung sikloalkana.
B. PENGOLAHAN MINYAK MENTAH
Minyak mentah merupakan campuran yang sangat kompleks maka perlu diolah lebih lanjut untuk dapat dimanfaatkan. Gambar.1 merupakan tempat pengolahan minyak mentah menjadi fraksi-fraksi minyak bumi, seperti yang ada di SPBU dilakukan melalui penyulingan (distillation) bertingkat.
1. Penyulingan Minyak Bumi
Minyak yang ditambang masih berupa minyak mentah yang belum dapat digunakan. Untuk dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar dan aplikasi lain, minyak mentah perlu diolah di kilang-kilang minyak melalui penyulingan bertingkat dengan teknik fraksionasi.
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 (perhatikan Tabel.1). Hidrokarbon yang memiliki titik didih paling rendah akan terpisah lebih dulu, disusul dengan hidrokarbon yang memiliki titik didih lebih tinggi. Jadi, secara bertahap, senyawa hidrokarbon dapat dipisahkan dari campuran minyak mentah. Fraksi minyak mentah yang pertama keluar dari penyulingan adalah senyawa hidrokarbon dengan massa molekul rendah, kurang dari 70 sma.
| Destilat | Jumlah Atom C | Aplikasi |
| Gas ( TD <400C) | 1 - 4 | Bahan bakar gas, plastik,bahan kimia |
| Gasolin (TD 400C – 2000C) | 5 - 10 | Bahan bakar cair (bensin),bahan kimia |
| Kerosin (TD 2000C – 3000C) | 11 - 15 | Bahan bakar pesawat, kompor, bahan kimia |
| Diesel (TD 2500C – 3500C) | 16 - 20 | Bahan bakar diesel, bahan kimia |
| Pelumas (TD 3000C – 3700C) | 21 - 40 | Pelumas, lilin, malam (wax) |
| Residu (TD >3700C) | > 50 | Aspal, zat anti bocor(waterproof) |
Fraksi ini dikemas dalam tabung bertekanan sampai mencair. Hasil pengolahan pada fraksi ini dikenal dengan LPG (liquid petroleum gas). Setelah semua fraksi teruapkan, fraksi berikutnya yang keluar adalah fraksi gasolin. Suhu yang diterapkan untuk mengeluarkan fraksi ini berkisar antara 40 – 200°C. Pada suhu tersebut, hidrokarbon mulai dari pentana sampai oktana dikeluarkan dari penyulingan (lihat titik didih pentana sampai oktana). Pada suhu kamar, wujud dari fraksi ini adalah cairan tak berwarna hingga agak kuning dan mudah menguap. Demikian seterusnya hingga semua fraksi dapat dipisahkan secara bertahap berdasarkan perbedaan titik didihnya. Hasil fraksionasi itu menyisakan residu yang disebut aspal berwarna hitam pekat.
2. Perengkahan Minyak Bumi
|
C12H26(ℓ) C6H14(ℓ) +C6H12(ℓ)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 hydrogen 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) → C7H16(ℓ) + H2(g)
3. Bilangan Oktan
Fraksi terpenting dari minyak bumi adalah bensin. Bensin digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor (perhatikan Gambar.2). Sekitar 10% produk distilasi minyak mentah adalah fraksi bensin dengan rantai tidak bercabang.
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.
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:
a. pengukuran pada kecepatan dan suhu tinggi, hasilnya dinyatakan sebagai bilangan oktan mesin;
b. pengukuran pada kecepatan sedang, hasilnya dinamakan bilangan oktan penelitian;
c. pengukuran hidrokarbon murni, dinamakan bilangan oktan road index.
Beberapa hidrokarbon murni ditunjukkan pada Tabel.2.
| Hidrokarbon | Bilangan Oktan Road Indeks |
| n-heptana | 0 |
| 2-metil heptana | 23 |
| n-heksana | 25 |
| 2-metil heksana | 44 |
| 1-heptana | 60 |
| n-pentana | 62 |
| 1-pentena | 84 |
| 1-butena | 91 |
| sikloheksana | 97 |
| 2,2,4-trimetil petana | 100 |
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).
III. Metode Pembelajaran
Ceramah, Diskusi, dan Pemberian Tugas, Permainan.
IV. Langkah-Langkah Pembelajaran
| No. | Uraian | Metode | Waktu |
| 1. | Kegiatan Awal (Apersepsi) a. Membuka b. Mengulang Pelajaran c. Kompetensi Dasar d. Simulasi Sebelum MasukMateri Inti | Tanya Jawab | 15 Menit |
| 2. | Kegiatan Inti a. Guru mendeskripsikan proses pembentukan minyak bumi dan gas alam. b. Guru menyebutkan komponen penyusun minyak bumi. c. Guru mendeskripsikan penyulingan minyak bumi. d. Guru menyebutkan hasil penyulingan minyak bumi dan kegunaannya e. Guru memberikan permainan dan membimbing siswa untuk mengingat komponen-komponen minyak bumi f. Guru mengecek hasil pekerjaan siswa dan mengoreksi apabila salah | Ceramah Kelompok Kecil Diskusi | 45 menit |
| 3. | Kegiatan Akhir (Penutup) a. Guru dan siswa membuat simpulan tentang proses pembentukan minyak bumi dan gas alam, komponen penyusun minyak bumi, dan penyulingan minyak bumi. b. Selanjutnya, guru melakukan penilaian atau tes hasil belajar dan pemberian tugas untuk mengetahui ketercapaian indikator dan kompetensi. | | |
V. Alat dan Sumber Belajar
· Tabel fraksi distilasi minyak bumi dan pemisahan residu minyak bumi
· Buku Kimia SMA Kelas X
· Internet
· Buku Referensi yang Relevan
· Multi Media
· Power Point
VI. Penilaian
1. Siswa mengerjakan Latihan
2. Tes Tertulis
3. Tes Individu
VII. LAMPIRAN
7.1 Soal Pilihan Ganda
1 Minyak bumi terbentuk selama ribuan tahun berasal dari fosil ....
A. dinosaurus D. binatang mamalia
B. paus E. plankton dan tumbuhan
C. tumbuhan
2 Faktor-faktor yang menyebabkan batuan fosil berubah menjadi minyak bumi adalah ....
A. panas matahari
B. tekanan dan panas bumi
C. gempa tektonik
D. badai tsunami
E. letusan gunung dan lahar merapi
3 Untuk menentukan secara akurat keberadaan minyak mentah di dalam bumi dipakai teknik ....
A. peledakan
B. gelombang seismik
C. pantauan udara
D. gelombang kejut
E. mikroskop
4 Minyak bumi umumnya bersumber di wilayah lepas pantai sampai laut dalam. Hal ini terjadi karena ....
A. akibat pergeseran lapisan bumi
B. pembentukan fosil berasal dari hewan laut
C. memiliki dasar bumi yang dalam
D. sudah menjadi hukum alam
E. akibat sering terjadi gempa tektonik di laut
5 Minyak bumi tergolong sumber energi tidak terbarukan sebab ....
A. proses pembentukan memerlukan waktu ribuan tahun
B. alam tidak dapat menciptakan lagi minyak bumi
C. dapat didaur ulang dari hasil pembakaran
D. tidak dapat dibuat oleh manusia dengan teknologi apapun
E. minyak bumi bukan sumber energi baru
6 Senyawa berikut yang tidak tergolong fraksi minyak bumi adalah ....
A. alkana, sikloalkana
B. alkena, aromatik
C. asam lemak jenuh dan tidak jenuh
D. butana, heksana, propana
E. kerosin, solar, aspal
7 Fraksi minyak bumi terbanyak adalah ....
A. alkana dan sikloalkana
B. aldehida dan aromatik
C. sikloalkana dan aromatik
D. LPG, LNG, dan aspal
E. bensin premium dan solar
8 Prinsip dasar dari pemisahan minyak bumi adalah perbedaan ....
A. warna D. massa molekul
B. viskositas E. kereaktifan
C. titik didih
9 Teknik yang diterapkan untuk memisahkan fraksi minyak bumi adalah ....
A. ekstraksi
B. destilasi bertingkat
C. permurnian bertingkat
D. dekantasi
E. magnetisasi
10 Fraksi III adalah ....
A. LPG D. gasolin
B. kerosin E. pelumas
C. residu
7.2 Soal Essai.
a) Jelaskan proses pembentukan minyak bumi !
b) Jelaskan proses eksplorasi minyak bumi !
c) Teknik apa yang digunakan dalam proses pemisahan minyak bumi? Bagaimana proses pemisahannya?
d) Apa saja yang dihasilkan dari proses pemisahan tersebut ? susunlah berurutan berdasarkan kenaikan titih didih dan jumlah atom C nya (dari atas ke bawah)?
e) Dengan menggunakan tabel fraksinasi yang telah tersusun dengan benar, jelaskan mengapa farksi yang jumlah atom C nya lebih kecil lebih dulu terpisahkan?
7.3 Kunci jawaban
Jawaban Pilhan Ganda
1 E
2 B
3 B
4 A
5 D
6 C
7 A
8 C
9 B
10 B
Jawaban Essai
1. Minyak bumi terbentuk dari fosil-fosil hewan dan tumbuhan kecil yang hidup di laut dan tertimbun selama berjuta-juta tahun lampau. Ketika hewan dan tumbuhan laut mati, jasad mereka tertimbun oleh pasir dan lumpur di dasar laut. Setelah ribuan tahun tertimbun, akibat pengaruh tekanan dan suhu bumi yang tinggi, lapisan-lapisan lumpur dan pasir berubah menjadi batuan. Akibat tekanan dan panas bumi, fosil hewan dan tumbuhan yang terjebak di lapisan batuan secara perlahan berubah menjadi minyak mentah dan gas alam.
2. Tahap pertama eksplorasi minyak bumi adalah mencari petunjuk di permukaan bumi seperti adanya lipatan-lipatan batuan. Lipatan-lipatan itu akibat tekanan gas dan minyak bumi yang merembes ke dalam batuan berpori sehingga minyak bumi dapat naik ke permukaan, tetapi tidak mencapai permukaan bumi karena tertahan oleh lapisan batuan lain. Berdasarkan hasil pengamatan dan petunjuk struktur permukaan bumi, area selanjutnya diselidiki menggunakan pancaran gelombang seismik. Pancaran gelombang seismik digunakan untuk menentukanstruktur batuan pada lapisan kulit bumi. Gelombang seismik diciptakan menggunakan ledakan kecil. Ledakan ini akan menghasilkan gelombang dan mengirimkannya sampai kedalaman tertentu. Jika ada struktur batuan yang menggelembung (anti cline), gelombang akan dipantulkan kembali. Pantulan ini dapat dideteksi oleh sensor sehingga dapat diketahui secara akurat posisi minyak bumi
3. Teknik yang digunakan adalah destilasi bertingkat atau fraksinasi. Prosesnya : 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. Minyak mentah yang menguap pada proses destilasi ini naik ke bagian atas kolom dan selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda.
4. Fraksi-fraksi yang dihasilkan dari fraksinasi minyak bumi berdasarkan kenanikan titik didih dan jumlah atom C nya adalah:
| FRAKSI | JUMLAH ATOM C | TRAYEK TITIK DIDIH (ºC) |
| Gas alam / LPG | 1-4 | <20 |
| Petroleum eter | 5-6 | 30-60 |
| Bensin | 6-12 | 85-200 |
| Minyak tanah | 12-15 | 175-300 |
| Solar | 15-18 | 300-400 |
| Minyak pelumas | 18-20 | >400 |
| Parafin/Lilin | 20-22 | >400 |
| Minyak bahan bakar | s/d 25 | >400 |
| Aspal | >40 | - |
5. Komponen yang titik didihnya lebih tinggi (Jumlah atom C nya besar) akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah (Jumlah atom C nya kecil) 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. Karena makin besar jumlah atom C nya makin tinggi pula titik didihnya, maka yang memiliki titik didih rendah (jumlah atom C nya kecil) lebih dulu terpisahkan.
Mengetahui, 5 April 20011
Kepala Sekolah Guru Kimia
(______________________) ( Kristina Mulia )
NIP. ................................ NIP. ................................
Bengkulu Time
0 komentar:
Posting Komentar