BAB II LANDASAN TEORI
Minyak bumi sebagai bahan bakar utama bagi kehidupan di bumi, ketersediaannya semakin lama semakin menipis. Hal ini berdampak pula bagi Indonesia, mulai tahun 2008 menarik diri dari keanggotan OPEC (Organisasi Negara-negara pengekspor minyak). Produksi minyak Indonesia semakin merosot dari tahun ke tahun sehingga untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri Indonesia terpaksa mengimpor minyak dari Negara lain. Semakin berkembangnya industri otomotif di Indonesia, mejadi faktor pemicu bertambah besar konsumsi minyak bumi. Sementara itu eksplorasi sumursumur baru seakan tersendat dan produktivitas sumur yang ada semakin menurun karena cadangan yang yang semakin menipis. Sumur-sumur minyak tua umumnya menghasilkan perbandingan minyak dengan air jauh lebih tinggi. Jumlah air yang lebih tinggi inilah yang menyebabkan emulsi minyak dengan air. Jika emulsi ini tidak segera dipisahkan akan menyebabkan terikut ke dalam sistem sehingga berakibat berkurangnya mutu minyak.
6
7
Gambar 2.1. Grafik Produksi Vs Konsumsi Minyak Indonesia
Oleh karena itu perlu adanya perlakuan pendahuluan berupa pemecahan emulsi minyak dengan air. Ada beberapa cara untuk memecah emulsi minyakyaitu dengan penambahan zat pemecahan maupun dengan peningkatan temperature system ataupun pengabungan keduanya. 2.1. Minyak Bumi Minyak mentah (crude oil) merupakan campuran yang sangat komPleks tersususun dari berbagai senyawa hidrokarbon. Minyak mentah yang baru dipompakan dari dalam perut bumi belum memiliki manfaat bagi manusia. Oleh karena itu, minyak mentah masuk dalam sebuah kilang untuk dipecah menjadi produk-produk yang lebih bermanfaat. Dalam sebuah kilang minyak, minyak mentah mengalami sejumlah proses untuk memurnikan dan mengubah struktur komposisi minyak menjadi lebih bermanfaat.
8
Secara garis besar proses yang terjadi pada kilang minyak dibagi menjadi 5 bagian yaitu:
2.1.1. Proses Distilasi, merupakan proses penyulingan minyak mentah berdasarkan perbedaan titik didih; Proses destilasi berlangsung dalam Kolom Distilasi Atmosferik (bertekanan) dan Kolom Destilasi Vakum (hampa udara). Penyulingan merupakan proses pemisahan yang penting bagi minyak bumi. Titik didih dari berbagai komponen minyak bumi memiliki perbedaan sehingga bisa dipisahkan masing-masing komponen berdasarkan titik didihnya. Secara atmoferik minyak bumi bisa dipisahkan sampai titik didih 350 0C. Setelah itu dipakai vakum. Penyulingan minyak mentah dilakukan dengan kolom-kolom fraksionasi yang bekerja secara kontinyu. 2.1.2. Proses Konversi, pada proses ini ukuran dan struktur senyawa hidrokarbon diubah bentuknya. Termasuk dalam proses ini adalah: 2.1.2.1. Dekomposisi, perengkahan secara termal dan penggunaan katalis (thermal and catalytic cracking) 2.1.2.2. Unifikasi, merupakan proses pengabungan beberapa senyawa hidokarbon melalui alkilasi dan polimerisasi 2.1.2.3. Alterasi melalui proses isomerisasi dan catalytic reforming
9
2.1.3. Proses Pengolahan (treatment). Proses ini dimaksudkan untuk menyiapkan fraksi-fraksi hidrokarbon untuk diolah lebih lanjut, juga untuk diolah menjadi produk akhir. 2.1.4. Formulasi
dan
Pencampuran
(Blending),
yaitu
proses
pencampuran fraksi-fraksi hidrokarbon dan penambahan bahan aditif untuk mendapatkan produk akhir dengan spesikasi tertentu. 2.1.5. Proses-proses lainnya, antara lain meliputi: pengolahan limbah, proses penghilangan air asin (sour-water stripping), proses pemerolehan kembali sulfur (sulphur recovery), proses pemanasan, proses pendinginan, proses pembuatan hidrogen, dan proses-proses pendukung lainnya.
Gambar 2.2. Destilasi Minyak Bumi
10
2. 2. Air.
Air merupakan komponen utama alam sekitar baik benda hidup maupun benda mati., air menutupi 4/5 bagian permukaan bumi berupa lautan, danau-danau, sungai-sungai. Di dalam tanah, air terdapat berupa air tanah.
Senyawa air terdiri dari oksigen (88,9% massa) dan hydrogen (11,1% massa). Airterbentuk pada pembakaran hydrogen atau senyawa-senyawa yang mengandung hydrogen dalam atmosfer yang mengandung oksigen. Air adalah senyawa yang miskin energi dengan demikian stabil secara kimia. Sebaliknya harus diberikan energi agar ir terurai menjadi unsure-unsur hidrogen dan oksigen.
Dalam industri perminyakan air banyak digunakan dalam proses produksi. Air tersebut diformulasikan kemudian diinjeksikan kedalam sumur minyak sebagai air formasi. Air formasi sangat penting fungsinya sebagai penjaga kesetimbangan komposisi minyak dan air di dalam perut bumi.
Kadar garam dalam air formasi yang sangat tinggi berdampak pada minyak mentah yang diproduksi oleh sumur-sumur minyak. Minyak mentah menjadi berkadar garam tinggi pula, sehingga meningkatkan kekentalan dan dapat menyebabkan korosif pada system pemipaan.
2.3. Emulsi
Emulsi adalah suatu campuran dari dua bahan kimia yang tidak bisa larut satu sama lain. Satu senyawa (dispersion phase) terdispersi dalam larutan lain
11
(continues phase). Contoh dari emulsi adalah keju dan margarine, susu dan cream, expresso, mayonnaise, sisi photo-sensitive dari photografik film, magma dan cutting fluid untuk metal working. Dalam keju dan margarine, continues liquid phase mengelilingi butiran-butiran air (water in oil emulsion). Dalam susu dan cream, minyak terdispersi di dalam continues water phase (oil in water emulsion). Pada tipe magma tertentu tetesan cairan NiFe mungkin terdispersi di dalam suatu continues phase dari cairan Silika. Emulsifikasi adalah suatu proses dimana emulsi terbentuk. Emulsi itu tidak stabil dan tidak terbentuk secara spontan Untuk membentuk emulsi diperlukan energi seperti pengadukan, pengocokan atau penyemprotan. Setelah waktu tertentu emulsi cenderung kembali stabil dan air akan terpisah dari minyak. Zat aktif permukaan (surfactant) dapat meningkatkan energi kinetik dari kestabilan emulsi begitu besar, karenanya sekali terbentuk emulsi tidak akan berubah secara signifikan bertahun-tahun di dalam tempat penyimpanan. Minyak dan cuka salad adalah contoh emulsi yang tidak stabil dan cenderung terpisah dengan mudah, kecuali dilakukan pengocokan secara terus menerus. Fenomena ini disebut coalescence (pergabungan) dan terjadi bila tetesan-tetesan kecil tercampur kembali untuk membentuk tetesan yang lebih besar. Emulsi merupakan bagian dari golongan yang lebih besar dari sistem dua pase material yang disebut koloid. Namun demikian istilah koloid dan emulsi dapat ditukar satu sama lain. Emulsi cenderung untuk menyatakan bahwa kedua dispersed phase dan continues phase sama – sama cairan.
12
Ada tiga tipe ketidakstabilan emulsi : •
Flokulasi dimana partikel membentuk rumpun.
•
Creaming dimana partikel terkonsentrasi menuju permukaan (atau dasar, tergantung pada relatif density dari dua phase).
•
Breaking dan coalecence dimana partikel bergabung dan membentuk lapisan dari liquid. Emulsi yang stabil adalah emulsi yang tidak terpecah tanpa perlakuan lain.
Ada tiga kondisi penting untuk membentuk emulsi yang stabil a. Cairan harus terpisah b. Harus ada pengadukan untuk mendispersi satu cairan ke cairan lainnya c. Harus ada bahan pengemulsi 2.3.1 Emulsifier Emulsifier (juga disebut emulgent) adalah suatu zat yang menstabilkan emulsi, seringkali berupa surfaktan. Contoh emulsifier kue adalah kuning telur (dimana emulsifier utama adalah lecitin) Suatu emulsi berubah menjadi air dalam minyak atau minyak dalan air tergantung pada fraksi volume dari kedua fase dan jenis emulsifier. Secara umum hukum Bancroft menerapkan bahwa emulsifier dan emulsifying partikel cenderung meningkatkan dispersi pada fase dimana mereka tidak larut dengan baik. Protein lebih larut dalam air ketimabng minyak, karenanya cenderung untuk membentuk emulsi minyak dalan air.
13
2.1.2. Demulsifier (Zat Pemecah Emulsi) Demulsifier adalah sekelompok bahan kimia yang dipakai untuk memisahkan emulsi (air dalam minyak). Bahan kimia ini digunakan dalam memproses Crude Oil, yang biasanya mengandung banyak air asin. Air (dan garam) harus dipisahkan dari crude sebelum dikilang, kalau tidak masalah korosi dan pergerakan akan terjadi pada proses pengilangan. Demulsifier biasanya mempunyai bahan dasar kimia : •
Resin phenol – formaldehyde dengan katalis asam
•
Resin phenol – formaldehid dengan katalis basa
•
Polyamine
•
D – epoxide
•
Polyol
Senyawa – senyawa di atas biasanya mengandung etoxylate (dan atau propoxylate) untuk membuat senyawa menjadi larut dalam air / minyak. Penambahan Ethylene Oxyde meningkatkan kelarutan dalam air, sedangkan propylene Oxide menurunkan kelarutan dalam air. Formulasi demulsifier yang ada di pasaran umumnya suatu campuran dari 2 – 4 bahan kimia yang berbeda dengan pelarut Xylene, IPA, MeOH. Pada prinsipnya pemecahan emulsi minyak mentah dapat dilakukan dengan jalan destabilisasi terhadap interfacial active components yang ada dalam minyak mentah tersebut, sehingga sistem emulsi tidak stabil dengan ditandai terpisahnya fase air dari fase minyak. Beberapa teknik pemecahan emulsi telah dikembangkan dimana salah satu metodenya adalah dengan menggunakan cara kimia, yaitu
14
dengan menambahkan agen pendemulsi (chemical demulsifier). Agen pendemulsi harus mempunyai kemampuan untuk terserap pada permukaan antarmuka air dan minyak, dan mengganti posisi lapisan film antarmuka yang dibentuk oleh surfaktan alam, sehingga emulsi menjadi tidak stabil. Proses demulsifikasi hanya bisa terjadi apabila lapisan antarmuka pecah akibat penambahan demulsifier1. Pada sistem emulsi air dalam minyak, ada tiga kemungkinan yang terjadi dengan penambahan demulsifiers 2. (1) demulsifier yang ditambahkan tidak cukup untuk memecah emulsi; (2) demulsifier yang ditambahkan berlebihan, sehingga meskipun dapat memecah emulsi namun kelebihan demulsifier akan terbawa pada aliran keluar dari fase air yang mengakibatkan terjadi proses emulsi kembali (reemulsification) menjadi emulsi minyak dalam air. (3) demulsifier yang ditambahkan tepat, sehingga emulsi dapat pecah sempurna. Meskipun sudah banyak hasil kajian mengenai demulsifikasi secara kimia, namun aspek
fundamental
dari
karakterisasi
demulsifikasi
hingga
kini
belum
menunjukkan hasil yang memuaskan, terutama pada pemecahan emulsi minyak mentah yang mempunyai kandungan senyawa yang kompleks.3 Agen pendemulsi yang cocok dipakai untuk memecahkan emulsi minyak mentah dari suatu jenis,
1
Zaki, N.N., Abdel-Raouf, M.E. dan Abdel- Azim , A.A., (1996), Monatshefte fur Chemie, 127, hal. 1239-1245 2 Sharma, I.C., Haque, I. dan and Srivastava, S.N., (1982), Colloid & Polymer Sci., 260, hal. 616-622. 3
Das, P.K. dan Hartland, S., (1990), Chem. Eng. Comm., 92, hal. 169-181.
15
belum tentu cocok dipakai untuk emulsi minyak mentah dari jenis yang lain4. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pemecahan emulsi secara kimia terdiri dari faktor dalam (internal factors) yang meliputi karakteristik (sifat-sifat kimia dan fisikokimia) dari minyak mentah maupun demulsifier itu sendiri, dimana faktor-faktor ini tidak mudah diubah atau dikendalikan. 2.4. Bottle Test.5 Bottle test digunakan untuk menentukan efektifitas bahan kimia dalam memecahkan emulsi yang terbentuk antar minyak dengan air di sumur maupun lapangan minyak. Hasil dari bottle test dapat juga mengindikasikan rasio komposisi emulsi. Bottle test dapat membantu para ahli untuk mempelajari sifat dari macam-macam emulsi yang terbentuk dalam sumur minyak dan mempelajari karakteristik zat pemecah emulsi. Ada tiga aturan dasar dalam melakukan bottle test, yaitu: a. Sampel yang digunakan harus merepresentasikan emulsi yang akan diberi perlakuan. b. Sampel uji harus baru karena mudah berubah selama penyimpanan. c. Kondisi percobaan harus sesuai dengan kondisi lapangan. Sampel yang diambil untuk bottle test didapat dari keluaran utama sumur. Lokasi pengambilan sampel antara sumur dengan tangki pemisah produksi atau titik sebelum injeksi bahan kimia. Jika sampel berada setelah injeksi bahan kimia, maka sistem injeksi harus dimatikan dahulu dan ditunggu beberapa jam sampai dipastikan aliran sampel terbebas dari bahan kimia lain. 4 5
Ibid Kruse. C.F. 1974, Treating Oil Field Emulsions, third edition, page 33- 43
16
Secara alami minyak mentah yang keluar dari sumur minyak telah mengalami emulsi. Dalam minyak itu sendiri juga terdapat zat pengemulsi yang secara alami ada menyertainya, seperti aspalth, resin, asam organic terlarut dan material lain yang terlarut dalam minyak. Bottle test merupakan simulasi penanganan skala laboratorium untuk pemecahan emulsi yang terjadi dilapangan minyak. Simulasi ini akan berhasil jika kondisi saat pengerjaan bottle test disuaikan dengan kondisi di lapangan minyak. Banyak faktor gangguan yang mempengaruhi pengerjaan bottle test diiantaranya banyak fraksi ringan dari minyak mentah yang menguap saat pengerjaan bottle test. Keberhasilan pengerjaan bottle test akan banyak memberikan gambaran secara rinci mengenai dosis optimal dari zat pemecah emulsi, kecepatan pengendapan, kadar garam dalam minyak dan kualitas minyak yang dihasilkan. Dosis optimal dari zat pemecah emulsi yang digunakan akan sangat berpengaruh pada operasional pompa injeksi yang digunakan untuk menyuplai zat pemecah emulsi ke dalam sumur minyak. Kecepatan pengendapan air dan besar air yang terkumpul, akan berpengaruh pada instalasi separator minyak dan air. Waktu yang dibutuhkan saat pengendapan akan sebanding dengan kapasitas separator yang harus disiapkan. Semakin lama waktu pengendapan, maka akan semakin besar volume yang harus ditampung separator. Sementara itu tingginya kadar garam pada minyak hasil pemisahan akan dapat mengganggu proses transfer, dimana kadar garam dapat merusak(korosi) pipa transfer.
17
2.5. Key Performance Indicator ( Kunci Indikator Utama). Key Performance Indicator (KPI) merupakan ukuran suatu kinerja, Langkah-langkah yang digunakan dalam KPI berguna untuk membantu organisasi menentukan dan mengevaluasi tujuan yang diinginkan organisasi. KPI dapat dimonitor menggunakan Bussiness Intelegence Teknik untuk menilai dan membantu dalam menentukan tindakan. KPI umumnya dikaitkan dengan strategi organisasi dengan menggunakan konsep-konsep atau teknik seperti balance score card. Key performance Indikator berbeda-beda tergantung dari sifat organisasi dan strategi organisasi. KPI membantu untuk mengevaluasi kemajuan organisasi terhadap visi dan tujuan jangka panjang, terutama mengukur tujuan berbasis pengetahuan. Sebuah KPI merupakan bagian kunci dari objektif terukur. Lingkungan kunci untuk mengidentifikasi KPI adalah : 1. Memiliki pra proses yang teridentifikasi. 2. Persyaratan untuk proses. 3. Memiliki kuantitatif dan kualiatif dari hasil pengukuran dan perbandingan dengan menetapkan tujuan. 4. Investigasi variasi dan sumberdaya untuk mencapai tujuan jangka pendek. Penerapan KPI pada penentuan zat pemecah emulsi, dapat diterapkan dengan menggunakan parameter kunci, sebagai alat ukur suatu keberhasilan mencapai tujuan yang dimaksud. Parameter kunci yang bisa diterapkan yaitu :
18
a.
Water drop, merupakan kemampuan dari zat pemecah emulsi dalam memisahkan fase minyak dengan air. Semakin banyak air yang dapat dipisahkan berarti semakin kuat zat memecah emulsi yang ada. Waktu yang dibutuhkan untuk memisahkan fase air, akan berkaitan dengan pembuatan instalasi separator dalam menentukan dimensi dan kapasitas.
b.
Interface quality, menunjukan kemampun zat pemecah emulsi dalam memisahkan fase minyak dan air pada permukaan kedua fase.
c.
Water quality, merupakan suatu tingkat kejernihan air yang dihasilkan dari hasil pemisahan/pemecahan emulsi. Semakin jernih air menunjukan zat pengemulsi efektif dalam memisahkan fase minyak dalam air.
d.
BS&W, menunjukan kemampuan zat pemecah emulsi dalam menarik zat pengemulsi yang ada pada fase minyak, sehingga mengurangi kemungkinan terjadi emulsi kembali.
e.
Salt content, Parameter ini menunjukan kemampuan zat pemecah emulsi untuk mengurangi kadar garam dalam minyak yang dapat menyebabkan korosi pada sistem pemipaan.
Kelima parameter kunci di atas dapat menggambarkan keefektifan dari zat pemecah emulsi dalam memecah emulsi yang terjadi di lapangan / sumur minyak. Kinerja zat pemecah emulsi dinyatakan memiliki keefektifan tinggi jika kelima parameter kunci menunjukan hasil yang bagus.
