bahan bakar bensin

Proses Kimia Ramah Lingkungan ISSN 1410-9891

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

1

BAHAN BAKAR BENSIN RAMAH LINGKUNGAN

A.S. Nasution dan Oberlin Sidjabat PPPTMGB LEMIGAS

Jl. Ciledug Raya Kav. 109, Cipulir, Kebayoran Lama, Jakarta Selatan 12230 Telepon: (021) 7394422 Ext. 1559/1518 Fax 021-7228414, [email protected]

Abstrak

Dalam era tahun 2000-an persyaratan lingkungan tentang gas buang kendaraan bermotor

akan semakin ditingkatkan. Sehingga persyaratan atau spesifikasi bahan bakar minyak akan turut pula ditingkatkan yaitu a.l. bahan bakar bensin harus berangka oktan tinggi dengan batasan kadar hidrokarbon (aromatik total, benzena dan olefin) serta kadar non-hidrokarbon (sulfur organik).

Komponen bensin adalah hidrokarbon dengan kisaran titik didih antara 30 225oC, yang jenisnya adalah antara lain: straight-run gasoline, cat. crack gasoline, reformat, isomerat, alkilat dan poli gasoline. Berdasarkan kandungan hidrokarbon, komponen bensin tersebut dapat dibagi dalam 3 jenis berikut: komponen bensin parafinik (straight run gasoline, isomerat dan alkilat), komponen bensin olefinik (poli gasoline dan cat. crack gasoline) dan komponen bensin aromatik (reformat dan cat. crack gasoline).

Angka oktana komponen bensin dipengaruhi oleh komposisi kandungan hidrokarbonnya. Iso parafin, iso olefin dan aromatik mempunyai harga angka oktana tinggi dan normal parafin berangka oktana rendah. Angka oktana bensin adalah riset oktana number (RON) dan Motor oktana number (MON) dimana harga RON lebih besar dari MON. Sensitivitas bensin (S) adalah S = RON MON dan semakin rendah harga sensitivitas maka semakin baik komponen bensin. Komponen bensin parafinik mempunyai harga sensitivitas rendah sedangkan harga sensitivitas tinggi diamati pada komponen bensin olefinik dan aromatik.

Cat.crack gasoline adalah komponen bensin yang mengandung sulfur organik terbesar diantara komponen bensin tersebut. Untuk meningkatkan mutu cat.crack gasoline tersebut dilakukan dengan proses desulfurisasi yang menghilangkan kadar sulfur dan juga menjenuhkan hidrokarbon olefin dan aromatik. Bagian ringan dari fraksi reformat mempunyai angka oktana rendah sehingga perlu ditingkatkan dengan bantuan proses hidroisomerisasi.

Bensin ramah lingkungan diperoleh dari hasil pencampuran dari beberapa jenis komponen bensin berangka oktana tinggi yaitu cat. crack gasoline, reformat, isomerat dan alkilat.

Angka oktana, komposisi hidrokarbon dari berbagai jenis komponen bensin, komposisi komponen bensin dalam pembuatan bensin ramah lingkungan dan spesifikasinya dari berbagai negara serta konfigurasi kilang minyak bumi akan disajikan dalam makalah ini.



2

1. Pendahuluan Dalam era tahun 2000-an persyaratan lingkungan tentang gas buang kendaraan bermotor akan semakin ditingkatkan. Sehubungan dengan hal tersebut, motor bakar dan bahan bakar telah berkembang secra bersamaan sehingga motor bakar memerlukan suatu bahan bakar yang mempunyai persyaratan (spesifikasi) tinggi. Persyaratan lingkungandan tekanan untuk menurunkan polusi dari gas buang telah menyebabkan penyempurnaan desain atau rancangan motor bakar, antara lain pemakaian catalytic converter yang berakibat pula pada peningkatan mutu bahan bakarnya. Peningkatan rasio kompressi motor bahan bakar bensin akan membutuhkan bahan bakar bensin berangka oktana tinggi, sedangkan untuk menurunkan polusi gas buang kendaraan bermotor akan membatasi baik komponen hidrokarbon bensin (aromatik, benzena dan olefin) maupun kadar non-hidrokarbonnya (senyawa sulfur-organik). Pengaruh komposisi hidrokarbon dari beberapa jenis komponen bensin pada angka oktananya, dan komposisi komponen bensin untuk pembuatan bahan bakar bensin ramah lingkungan akan disajikan pada makalah ini.

2. Pengaruh Komposisi Hidrokarbon Komponen Bensin Pada Angka Oktana

Komponen bensin mempunyai kisaran titik didih antara 40oC sampai dengan 225oC yang mengandung golongan atau grup hidrokarbon: parafin, olefin, naftena dan aromatik dengan variasi harga angka oktananya cukup besar.

Angka oktana bensin dapat dinyatakan dalam tiga jenis: Angka Oktana Riset (Research Octane Number RON), Angka Oktana Motor (Motor Octane Number), dan Distribusi Angka Oktana (Octane Number Distribution). Pada umumnya nilai atau harga RON bensin diamati lebih besar daripada nilai MON nya, sedangkan selisih nilai oktana bensin antara RON dan MON disebut Sensitivitas (S) atau S = RON MON. Bensin yang baik mempunyai nilai RON dan MON yang tinggi, sensitivitas yang rendah dan distribusi angka oktananya homogen.

Berdasarkan kandungan hidrokarbon, komponen bensin dapat dibagi tiga golongan sebagai beriukut: - Komponen bensin parafinik - Komponen bensin olefinik - Komponen bensin aromatik

2.1 Komponen Bensin Parafinik

Komponen bensin parafinik adalah bensin dengan kandungan parafinnya banyak yaitu bensin distilasi (straight-run gasoline) dari produk proses distilasi minyak bumi, nafta ringan hidrorengkah (light hydrocracked naphtha) dari produk proses hidrorengkah distilat berat, isomerat (isomerate) dari produk hidroisomerisasi nafta ringan, dan alkilat (alkylate) dari proses alkilasi campuran antara iso-butana dan propilena/butilena/amilena. Sensitivitas ketiga jenis komponen bensin tersebut adalah rendah.

Bensin distilasi mengandung banyak normal parafin, dengan nilai RON dan MON-nya rendah dengan distribusi angka oktananya tidak homogen. Nafta ringan hidrorengkah dan isomerat mengandung banyak senyawa iso-parafin bercabang sedikit (rendah) dengan nilai RON dan sensivitas rendah. Kedua komponen bensin tersebut mempunyai distribusi angka oktana yang homogen. Alkilat mengandung iso-parafin bercabang banyak (~ 100% vol), sehingga alkilat tersebut mempunyai nilai RON dan MON-nya tinggi dan distribusi angka oktananya homogen.

2.2 Komponen Bensin Olefinik

Komponen bensin olefinik adalah bensin dengan kandungan olefinnya banya yaitu bensin polimer (poly-gasoline dan dimater) dari produk proses polimerisasi dan/atau dimerisasi senyawa etilena/propilena/butilena/amilena; pyro-gasoline dari produk proses termal reforming nafta dan bensin rengkahan katalitik (cat. cracked gasoline) dari produk proses perengkahan katalitik distilat berat dari residu. Bensin polimer mengandung ~ 100% vol olefin. Sesuai dengan pengamatan, sensitivitas dari ketiga jenis komponen bensin berkadar olefin tinggi tersebut sangat tinggi.

Nilai RON dari bensin polimer, pyro-gasoline dan bensin rengkahan katalitik adalah tinggi dengan distribusi angka oktananya homogen. 2.3 Komponen Bensin Aromatik

Komponen bensin aromatik adalah bensin dengan kandungan aromatiknya banyak yaitu reformat (reformate) produk dari proses reforming katalitik nafta berat, dan juga kedua jenis komponen bensin olefinik



3

tersebut di atas yaitu pyro-gasoline dan bensin rengkahan katalitik. Reformat, pyro-gasoline dan bensin rengkahan katalitik mempunyai kandungan benzena tinggi pula.

Nilai RON dan sensitivitas dari reformat adalah tinggi, sensitivitas tinggi, dengan distribusi angka oktananya tidak homogen. Angka oktana dari bagian ringan reformat tersebut yang mengandung banyak iso-parafin bercabang sedikit (rendah) adalah cukup rendah, tetapi angka oktana tinggi diamati pada bagian berat reformatnya yang mengandung banyak hidrokarbon aromat dengan kadar aromatik di atas 40% vol. IKandungan molekul non-hidrokarbon sulfur dari komponen bensin rengkahan katalitik diamati tertinggi diantara berbagai jenis komponen bensin tersebut.

Komposisi hidrokarbon dan angka oktana (RON) dan distribusi angka oktana dari berbagai jenis komponen bensin disajikan pada Tabel 1, Tabel 2, Tabel 3 dan Tabel 4.

3. Pembuata Bensin Ramah Lingkungan

Komposisi hidrokarbon bensin ramah lingkungan dibatasi, antara lain: total aromatik, benzena, dan olefin sehingga proporsi komponen-komponen bensin seperti bensin polimer, pyro-gasoline, reformat dan bensin rengkahan katalitik dibatasi; sedangkan isomerat dan alkilat harus ditingkatkan proporsinya dalam pembuatan bensin ramah lingkungan. Rendahnya angka oktana bensin distilasi, membatasi proporsinya dalam pembuatan bensin berangka oktana tinggi yang ramah lingkungan tersebut.

Dalam rangka menurunkan polusi dari gas buang (SOX) dari hasil pembakaran molekul non-hidrokarbon sulfur, maka proporsi bensin rengkahan katalitik yang mengandung banyak sulfur pada pembuatan bensin ramah lingkungan perlu dibatasi pula.

Untuk peningkatan proporsi reformat dalam bensin ramah lingkungan berkadar benzena 1%-berat, maka reformat tersebut harus difraksinasi untuk pemisahan bagian ringan reformatnya yang mengandung iso-parafin bercabang sedikit (rendah) berangka oktana rendah dan benzena, dan selanjutnya fraksi tersebut dihidroisomerisasi untuk peningkatan angka oktananya dan sekaligus penurunan kadar benzenanya. Penurunan kadar sulfur dari bensin rengkahan katalitik dilakukan dengan bantuan proses hidropemurnian selektif agar supaya kadar hidrokarbon aromatik berangka oktana tinggi tidak banyak terhidrogenasi atau tidak hilang.

Empat jenis komponen bensin utama (bensin rengkahan katalitik, reformat, isomerat dan alkilat) banyak dipakai dalam pembuatan bensin ramah lingkungan. Komposisi komponen bensin untuk pembuatan bensin ramah lingkungan dan spesifikasi bensin ramah lingkungan dari berbagai Negara disajikan pada Tabel 5 dan Tabel 6. Sedangkan spesifikasi Bahan Bakar Bensin untuk Indonesia disajikan pada Tabel 7. Dalam pembuatan bensin ramah lingkungan, komponen bensin bermutu tinggi perlu ditingkatkan baik jumlah unit prosesnya maupun kapasitas umpannya pada kilang minyak yaitu unit proses katalitik perengkahan, katalitik reforming, isomerisasi dan alkilasi.

4. Kesimpulan

Dalam menyongsong era tahun 2000-an, spesifikasi bahan bakar minyak, khususnya bensin semakin meningkat sehingga konfigurasi kilang perlu dilakukan untuk pembuatan komponen-komponen bensin unggulan seperti bensin rengkahan katalitik, reformat, isomerat dan alkilat.

Untuk peningkatan potensi pembuatan bensin ramah lingkungan, perlu kiranya dilakukan penelitian proses-proses yang tepat dalam peningkatan angka oktana dari komponen bensin yang diproduksi di setiap unit pengolahan minyak. Mengingat akan diberlakukannya spesifikasi bensin maka perlu persiapan peningkatan jenis dan jumlah produksi komponen-komponen bensin utama agar supaya batasan kadar hidrokarbon, sulfur dan persyaratan angka oktana dapat dipenuhi.

5. Daftar Pustaka

1. Al-Mutez, I. S. (1996), How to Implement a Gasoline Pool Lead Phase-down, Hydrocarbon Processing, Feb., 63-69

2. Courtes, J. D. (2000), Lead Phase-out and the Challenges of Developing Future Gasoline Specifications, 6th Annual Fuels & Lubes Conference, Singapore, January 25-28

3. Donand, A. (1995), Tomorrows Engines and Fuels, Hydrocarbon Processing, Feb. , 55-61 4. Nasution, A. S., and Jasjfi, E. (1995), Production of Gasoline and Impact of More Stringent

Specification on Catalyst Performance, 4th ASCOPE Refining Workshop, Bangkok, Thailand, Nov. 5. Nasution, A.S., dan Legowo, E. H. (2001), Bahan Bakar bensin Ramah lingkungan, Forum Komunikasi

Teknologi Proses Proses III, PERTAMINA, Dumai, Feb.



4

6. Rahman, A., and Road, T. (2000), Taking Steps: A Community Action to People-Centered, Equitable and Sustainable Urban Transport, the SUSTRAN Network, Feb.

7. Aakko, P. (2000), Reformulated Gasoline: Lower Particulate Emissions, 6th Annual Fuels & Lubes Conference, Singapore, January 25-28

8. (1996) Special Report, Fuel Quality Standards for Year 2000 Proposed by the European Commission, Fuels and Lubes International, Dec., Vol. 2, No. 12, pp 10-11

9. (1999) World-Wide Fuel Charter, 5th Annual Fuels of Lubes Asia Conference, Singapore, Jan. 25-28 Tabel 1. Pengaruh Komposisi bensin pada Emisi Gas Buang

Emisi Parameter

CO

HC

NOX

Ozone Benzena Butadiena Formal-

dehida Asetal-dehida

Aromatik (45% vol 20% vol

-13% -6% - - Turun - Naik Naik

Olefin (20 % vol 5 % vol)

- +6% -10% -10% - Turun - -

MTBE (0% vol 15% vol)

-11% -5% - - - - Naik -

T90 (455 411K) - -22% +5% Turun Turun Turun Turun Turun Tabel 2. Komposisi Hidrokarbon Berbagai Jenis Komponen Bensin (Dalam %-vol)

Parafin Olefin Aromatik Tipikal Komponen Bensin Total Iso

Naftena Total Iso Total Benze

na

RON

1. Straight-Run Naphtha:

- Nafta Ringan 90.0-91.7 45.2-54.8 6.8-7.9 - - 1.0-1.5 1.0-1.5 69.9-72.0 - Nafta Berat 44.1-63.5 - 24.5-44.5 - - 10.9-11.8 - - - Total Nafta 62.0-69.0 - 21-29.0 - - 5.0-15.0 - 50.0-60.0 2. Termal

Reformat 5.3* - - - - 34.0 16.8 90.0

3. Termal Nafta Rengkah

30.0-44.0 - 25.0-30.0 - - 13.0-17.0 - -

4. Reformat 14.18-45.0 - 0.95-2.0 - - 52.0-84.87

16.16 86.6-98.3

5. Nafta Hidrorengkahan

- Nafta Ringan 37.0-82.0 - 15.0-54.0 - - 1.0-9.0 1.0-9.0 70.0-88.0 - Nafta Berat 46.0-48.0 - 44.0-55.0 - - 3.0-5.0 - 51.0-53.0 - Total Nafta 33.0 - 55.0 - - 12.0 - 68.0 6. Isomerat 67.5-89.5 26.0-53.0 2.7-5.3 - - 1.5-1.7 - 80.5-89.0 7. Alkilat 100 100 - - - - - 93.3-95.5 8. Polygasoline - - - 100 100 - - 96.0-

101.0 9. Bensin Rengkah Katalitik

23-47* - - 25.0-45.0

- 25.0 - 90.6-93.3

Catatan: (*) = Parafin+Naftena



5

Tabel 3. Karakteristik Komponen Bensin dan Angka Oktana Karakteristik Cat. Cracked Gasoline Reformat Isomerat Alkilat Poly-gasolineRVP, kPa 46-89 21-41 76-97 41-62 55-82 T90, oK 393-428 444-451 - 388-412 413-418 T50, oK 353-373 391-422 - 364-392 368-373 Kadar Aromatik, %-vol 20-35 50-85 1-2 - - Kadar Benzena, %-vol - 3-8 1-2 - - Kadar Olefin, %-vol 30-45 - - - >94 Sulfur, ppm (brt) Tinggi Rendah Rendah Rendah Rendah Clear RON 93-96 90-107 78-84 93-96 95-99 Sensitivity 10-17 6-11 0-2 1-3 10-18 Distribusi Oktana Baik Buruk Baik Baik Baik Tabel 4. Distribusi Angka Oktana Komponen Bensin

Octane Performance Straight-Run Light Naphtha

Cat. Cracked Gasoline Reformate

RON, Clear 40-80 90-96 90-117 Sensitivity 1-4 10-17 6-11 Octane Distribution Temperature, K

303 308 313 323 333 343 353 363 373 383 393 403 413 423 433 443

80 75 74 67 63 59 58

95 95 95 94 93 92 91 90 90 91 92 94 95 96 98 100

90

88 82 78 71 54 71 90 111 116 115 113 112 111 100



6

Tabel 5. Komposisi Komponen Bensin untuk Pembuatan Bensin Ramah Lingkungan (Dalam %-Vol)

Komposisi Komponen Bensin A* B* C* D* E* F* G* Blending Butane 5.5 - 7.2 - - - - Straight Run Light Naphtha - 2.0 - - - 16.0 - Coker Gasoline - 1.0 - - - - - Cat. Cracked Gasoline 34.5 40.0 68.4 - 38.0 - 23.7 Hydrocracked Naphtha 1.5 - - - - - - Reformate 33.5 30.0 - 65 37.0 76.0 69.3 Isomerate 10.0 12.0 - 35 11.0 - 4.7 Alkylate 12.5 12.0 17.7 - 14.0 - 1.4 Poly-gasoline - 3.0 - - - - 0.9 MTBE 2.5 - 6.7 - - 8.0 - Catatan: A* = Potential U.S. Gasoline Pool 1995

B* = Average U.S. Gasoline Pool C* = Olefins Mode FCC with MTBE D* = Unleaded Gasoline in Riyads Refinery E* = Reformulated Gasoline F* = Average ASEAN Gasoline Component with Catalytic Process Tabel 6. Komposisi Hidrokarbon Bensin berbagai Negara

World Wide Fuel Charter Karakteristik 2004-CARB Phase 3

US EPA 2000

EU-2000 Phase 3 Cat-1 Cat-2 Cat-3 Cat-4

Indonesia Pertamax

Aromatic Content, vol-%

25 25 35 50 40 35 35 50

Benzene Content, vol-%

0,8 1,0 1,0 5,0 2,5 1,0 1,0 -

Olefin Content, vol-%

6,0 8,5 8,5 - 20 10 10 -

Sulfur content, ppm-wt

20 130 130 1000 200 30 Free-S 1000

Oxygenate Content, vol-%

2,0 2,0 2,0 2,7 2,7 2,7 2,7 10

Tabel 7. Spesifikasi Bensin Indonesia

SIFAT SATUAN PREMIUM PERTAMAX PERTAMAX PLUS

METODA UJI

Angka Oktana Riset RON 88 91 95 D-2699 Densitas Kg/m3 715 - 780 D-1298 Kandungan Pb (max) gr/lt 0,30 0,013 0,013 D-2547 Tekanan Uap Reid pd 37,8oC k.Pa 62 45-60 45-60 D-323 Getah purwa (Gum) mg/100 ml 4 4 4 D-381 Periode Induksi Menit 240 240 240 D-525 Kandungan belerang (max) %-massa 0,20 0,10 0,10 D-1266 Kandungan Aromatik %-vol - 50 50 D-1319 Uji Doctor atau Alternatif belerang merkaptan

%-massa

Negatif 0,0020

Negatif 0,0020

Negatif 0,0020

IP-30 D-1219

Distilasi: 10% vol penguapan, 50% vol penguapan 90% vol penguapan Titik didih akhir Residu

oC oC oC oC

% vol

74

88-125 180 205 2.0

70

77-110 180 205 2,0

70

77-110 180 205 2.0

D-86

Bau Marketable Marketable Marketable

Halaman UtamaDaftar Makalah Proses Kimia Ramah Lingkungan

bahan bakar bensin

Documents