Propana

Latar Belakang

Propana adalah gas alami yang terdiri dari tiga atom karbon dan delapan atom hidrogen. Ini dibuat bersama dengan berbagai hidrokarbon lainnya (seperti minyak mentah, butana, dan bensin) oleh dekomposisi dan reaksi bahan organik dalam jangka waktu yang lama. Setelah dilepaskan dari ladang minyak jauh di dalam Bumi, propana dipisahkan dari petrokimia lainnya dan dimurnikan untuk penggunaan komersial. Propana termasuk dalam kelas bahan yang dikenal sebagai gas minyak cair (LPG), yang dikenal karena kemampuannya untuk diubah menjadi cair di bawah tekanan yang relatif rendah. Sebagai cairan, propana 270 kali lebih padat daripada sebagai gas, yang memungkinkannya untuk dengan mudah diangkut dan disimpan sebagai cairan hingga siap digunakan. Sekitar 15 miliar gal (57 miliar L) propana dikonsumsi setiap tahun di Amerika Serikat sebagai bahan bakar gas. Konsumen terbesar adalah industri kimia dan manufaktur, yang menggunakan propana sebagai zat antara kimia dan propelan aerosol, diikuti oleh rumah tinggal dan perusahaan komersial, yang menggunakan propana untuk pemanas dan pengering dan pemanggang portabel.

Nilai produk minyak bumi telah lama diakui oleh dunia beradab, dengan contoh-contoh terdokumentasi dari penggunaannya yang telah berlangsung lebih dari 5.000 tahun. Mesopotamia kuno menggunakan senyawa mirip tar yang diturunkan dari minyak bumi untuk banyak aplikasi, termasuk mendempul untuk pasangan bata dan batu bata serta perekat untuk perhiasan. Sekitar 2.000 tahun yang lalu para ilmuwan Arab mempelajari salah satu prinsip dasar kimia minyak bumi—bahwa ia dapat disuling atau dipisahkan menjadi bagian-bagian, atau fraksi yang berbeda, berdasarkan titik didihnya, dan bahwa setiap fraksi memiliki sifat khasnya sendiri.

Era modern pemurnian dianggap telah dimulai pada tahun 1859, ketika minyak bumi ditemukan di Pennsylvania dan Sennaca Oil Company mengebor sumur minyak pertama di sana. Dari kedalaman 70 kaki (21,2 m) sumur minyak pertama di dunia menghasilkan hampir 300 ton (305 metrik ton) minyak pada tahun pertamanya, dan dengan demikian lahirlah seluruh industri. Propana pertama kali dikenal sebagai komponen penting minyak bumi pada tahun 1910, ketika seorang pemilik mobil Pittsburgh bertanya kepada ahli kimia Dr. Walter Snelling mengapa galon bensin yang dia beli setengah habis pada saat dia tiba di rumah. Pemilik mobil berpikir pemerintah harus menyelidiki mengapa konsumen ditipu, karena bensin menguap dengan cepat dan mahal. Snelling menemukan sebagian besar bensin cair sebenarnya terdiri dari propana, butana, dan hidrokarbon lainnya. Menggunakan gulungan dari pemanas air panas tua dan berbagai peralatan laboratorium lainnya, Snelling membuat penyulingan yang dapat memisahkan bensin menjadi komponen cair dan gas. Sejak zaman Snelling, ahli kimia telah membuat kemajuan luar biasa dalam teknik pemrosesan propana dan LPG lainnya. Saat ini, pembuatan gas propana adalah industri senilai $8 miliar di Amerika Serikat.

Bahan Baku

Karena propana berasal dari alam, maka propana tidak "dibuat" dari bahan mentah lainnya; sebaliknya, itu "ditemukan" dalam campuran kimia minyak bumi jauh di dalam bumi. Campuran minyak bumi ini secara harfiah adalah minyak batu, kombinasi dari berbagai cairan kaya hidrokarbon yang terakumulasi di reservoir bawah tanah yang terbuat dari lapisan berpori batupasir dan batuan karbonat. Minyak bumi berasal dari berbagai organisme hidup yang terkubur dengan sedimen dari era geologis awal. Organisme terperangkap di antara lapisan batuan tanpa oksigen dan tidak dapat terurai, atau teroksidasi, sepenuhnya. Sebaliknya, selama puluhan juta tahun, bahan organik sisa diubah menjadi minyak bumi yang kaya propana melalui dua proses utama, diagenesis dan katagenesis. Diagenesis terjadi di bawah 122 ° F (50 ° C) ketika "sup" organik mengalami aksi mikroba (dan beberapa reaksi kimia) yang mengakibatkan dehidrasi, kondensasi, siklisasi, dan polimerisasi. Katagenesis, di sisi lain, terjadi di bawah suhu tinggi 122-424 ° F (50-200 ° C) dan menyebabkan bahan organik bereaksi melalui perengkahan termokatalitik, dekarboksilasi, dan disproporsionasi hidrogen. Reaksi kompleks ini membentuk minyak bumi di batuan sedimen.

Manufaktur
Proses

Pembuatan propana melibatkan pemisahan dan pengumpulan gas dari sumber minyak buminya. Propana dan LPG lainnya diisolasi dari campuran petrokimia dengan salah satu dari dua cara—dengan pemisahan dari fase gas alam minyak bumi dan dengan pemurnian minyak mentah.

1. Kedua proses dimulai ketika ladang minyak bawah tanah disadap dengan mengebor sumur minyak. Campuran gas/minyak hidrokarbon disalurkan keluar dari sumur dan ke dalam perangkap gas, yang memisahkan aliran menjadi minyak mentah dan gas "basah", yang mengandung bensin alam, gas minyak cair, dan gas alam.
2. Minyak mentah lebih berat dan tenggelam ke dasar perangkap; kemudian dipompa ke tangki penyimpanan minyak untuk pemurnian nanti. (Meskipun propana paling mudah diisolasi dari campuran "gas basah", tetapi dapat diproduksi dari minyak mentah. Minyak mentah mengalami berbagai proses kimia yang kompleks, termasuk perengkahan katalitik, distilasi mentah, dan lain-lain. Sedangkan jumlah propana yang dihasilkan oleh pengolahan kilang kecil dibandingkan jumlah yang dipisahkan dari gas alam, itu masih penting karena propana yang diproduksi dengan cara ini biasa digunakan sebagai bahan bakar untuk kilang atau untuk membuat LPG atau etilen.)
3. Gas "basah" keluar dari bagian atas jebakan dan disalurkan ke pabrik penyerap bensin, di mana gas tersebut didinginkan dan dipompa melalui minyak penyerap untuk menghilangkan bensin alami dan gas minyak cair. Gas kering yang tersisa, sekitar 90% metana, keluar dari perangkap dan disalurkan ke kota-kota besar untuk didistribusikan oleh perusahaan utilitas gas.
4. Minyak penyerap, jenuh dengan hidrokarbon, disalurkan ke tempat penyulingan di mana hidrokarbon dididihkan. Campuran minyak bumi ini dikenal sebagai "bensin liar". Minyak penyerap bersih kemudian dikembalikan ke penyerap, di mana ia mengulangi prosesnya.
5. "Bensin liar" dipompa ke menara penstabil, di mana bensin cair alami dikeluarkan dari bawah dan campuran gas minyak cair ditarik dari atas.
6. Campuran gas LP ini, yaitu sekitar 10% dari total campuran gas, dapat digunakan sebagai campuran atau dipisahkan lebih lanjut menjadi tiga bagian—butana, isobutana, dan propana (sekitar 5% dari total campuran gas).

Kontrol Kualitas

Seperti dijelaskan di atas, propana harus hati-hati diisolasi dari campuran kompleks petrokimia yang meliputi metana, etana, etena, propena, isobutana, isobutena, butadiena, pentana, dan pentena, untuk beberapa nama. Jika pengotor tersebut tidak dihilangkan, campuran propana atau propana dan butana tidak akan mencair dengan baik. Pencairan pada suhu dan tekanan yang sesuai sangat penting agar gas bermanfaat secara ekonomis. Industri gas cair telah menetapkan spesifikasi standar yang harus dipenuhi oleh campuran LPG agar dianggap dapat diterima untuk digunakan sebagai bahan bakar gas. Metodologi pengujian standar untuk mengevaluasi spesifikasi ini disetujui dan diterbitkan oleh American Society for Testing and Materials (ASTM). Misalnya, LPG yang dikenal sebagai "propana komersial" harus memiliki tekanan uap maksimum 200 psig pada 100 ° F (38 ° C) dan tidak boleh memiliki lebih dari 0,0017 ons (0,05 ml) materi residu. Selanjutnya, jumlah residu volatil yang diperbolehkan sangat dibatasi, dan gas harus memenuhi pedoman yang ditetapkan untuk korosifitas terhadap tembaga, kandungan sulfur volatil, dan kelembaban. Campuran lain dari propana dan butana tersedia secara komersial yang memiliki nilai target yang sedikit berbeda.

Standar kualitas yang dipegang teguh ini menjadikan propana sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan. Bahkan, untuk memenuhi standar pipa, hampir semua polutan dihilangkan dari propana sebelum diizinkan masuk ke pipa. Ketika digunakan dalam pembakar yang disesuaikan dan dirawat dengan benar, emisi propana dengan mudah memenuhi standar untuk udara bersih yang ditetapkan oleh Badan Perlindungan Lingkungan (EPA). Pengujian mereka telah membuktikan bahwa propana lebih aman bagi lingkungan daripada sumber energi hidrokarbon lainnya, dan bahwa propana yang diproses dengan benar dapat digunakan sebagai bahan bakar motor yang secara signifikan lebih bersih daripada bensin. Penelitian telah menunjukkan bahwa, dibandingkan dengan bensin, mesin propana memiliki potensi pembentukan ozon sebanyak 45% lebih sedikit. Hasil studi EPA baru-baru ini menunjukkan propana mengurangi total emisi hidrokarbon sebesar 29% menurut Standar Udara Bersih Federal yang baru. Selanjutnya, emisi karbon monoksida 93% di bawah standar, emisi hidrokarbon 73% di bawah standar, dan emisi nitrogen oksida 57% di bawah standar.

Produk Sampingan/Limbah

Seperti dijelaskan di atas, pembuatan propana menghasilkan berbagai produk sampingan yang bermanfaat secara ekonomi. Sebenarnya, lebih akurat untuk menganggap ini bukan sebagai produk sampingan tetapi sebagai produk sampingan, karena mereka diproduksi bersama dengan propana sebagai bagian dari pemurnian minyak bumi. Co-produk ini mungkin dalam bentuk padatan, gas, atau cairan. Padatan (atau semipadat) termasuk bitum, hidrogen sulfida, dan karbon dioksida dan dijual untuk keperluan bahan bakar. Fraksi cair termasuk minyak mentah, yang selanjutnya dimurnikan untuk menghasilkan berbagai produk. Minyak ini bervariasi secara dramatis dalam penampilan dan sifat fisik seperti titik didih, kepadatan, bau, dan viskositas. Fraksi yang berbeda dari minyak mentah disebut sebagai "ringan" atau "berat" tergantung pada kepadatannya. Minyak mentah ringan kaya akan hidrokarbon dengan titik didih rendah dan parafin; minyak mentah berat mendidih lebih tinggi dan lebih kental. Mereka menghasilkan berbagai molekul seperti aspal. Banyak produk sampingan dari produksi propana, seperti propilena dan butilena, berguna dalam penyulingan bensin, pembuatan karet sintetis, dan produksi petrokimia.

Masa Depan

Sebagai bidang kimia minyak bumi berkembang, kimia propana akan terus maju. Perbaikan akan dilakukan dalam cara pemisahan propana dari minyak bumi. Salah satu bidang yang menawarkan peluang untuk maju adalah di bidang produksi sumur minyak. Banyak gas alam dibakar di sumur minyak terpencil karena sistem perpipaan ekstensif yang dibutuhkan untuk mengangkutnya sangat mahal. Ada upaya yang sedang dilakukan untuk mengubah lebih banyak gas yang terbuang ini menjadi gas yang dapat dikondensasikan, yang dapat dengan mudah disimpan dan diangkut. Penting juga untuk dicatat bahwa propana kemungkinan akan menjadi semakin populer sebagai bahan bakar gas berdasarkan faktor ekonomi dan masalah lingkungan. Bahkan, dalam Undang-Undang Udara Bersih tahun 1990 Kongres menyebut LPG sebagai salah satu bahan bakar alternatif pembakaran bersih yang ditunjuk untuk membawa kualitas udara nasional ke abad kedua puluh satu.