Hidrodesulfurisasi (HDS)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.2 Hydrotreating

2.2.2 Hidrodesulfurisasi (HDS)

HDS merupakan proses katalitik dimana senyawa sulfur yang ada didalam minyak mentah dihilangkan agar produk yang dihasilkan bebas sulfur. Proses HDS sekarang banyak digunakan dalam industri perminyakan. Hal ini dikarenakan jumah pengotor yang terbanyak dalam minyak bumi adalah sulfur dan semakin

nH2  nH2

Naftalen

Decalen

(Saturated Hydrocarbon) Tetralen

20 semakin komplek struktur molekul pengotor sulfur maka menyebabkan semakin berat fraksi minyak bumi (Topsoe et al., 1996). Sulfur dianggap sebagai pengotor dalam minyak bumi karena saat terjadi pembakaran, akan menghasilkan gas SO2

yang dibuang ke udara dan akan menimbulkan masalah lingkungan seperti pemanasan global dan hujan asam. Sulfur dalam minyak dapat ditemui dalam bentuk aromatis seperti yang terlihat pada Gambar 5, yakni senyawa tiofen (tahan terhadap proses) yang mengikat pengotor sulfida (dapat dengan mudah diproses).

Gambar 5. Turunan senyawa tiofen (Argyle & Bartholomew, 2015)

Gambar 6 menunjukkan mekanisme reaksi HDS, dimana dengan adanya katalis senyawa sulfur bereaksi dengan hidrogen dan dikonversi menjadi hidrokarbon dan hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida yang diperoleh mudah dihilangkan karena berada dalam fase gas (Porgar & Rahmanian, 2015).

Gambar 6. Mekanisme reaksi hidrodesulfurisasi (Porgar & Rahmanian, 2015)

S S

H₂S

+

+

^H2S

1 2

4 5 3

6 7

Tiofen Benzotiofen Dibenzotiofen

21 2.3 Heavy Gas Oil (HGO)

HGO terdiri dari hidrokarbon C20 hingga C25 (Dutton, 2018). Fraksi HGO didapat pada suhu 300 ^oC. Senyawa ini merupakan salah satu produk minyak bumi yang menjadi bahan dasar diesel dimana dalam pengolahannya HGO dapat dipecah menjadi hidrokarbon yang lebih kecil menggunakan katalis dalam suhu dan tekanan tinggi melalui proses FCC (Fluida Catalytic Cracking), TC (Thermal Cracking) dan Visbreaking (treatment pada suhu sedang). Thermal Cracking lebih sering digunakan untuk konversi HGO menjadi diesel. Proses TC ini menghasilkan produk utama diesel dengan CN (Cetane Number) tinggi, produk samping yang dihasilkan seperti LPG, olefin ringan dan nafta, Light Cycle Oil (LCO), dan Heavy Cycle Oil (HCO) (Dutton, 2018).

2.3.1 Bahan Bakar Diesel

Minyak diesel merupakan fraksi minyak bumi berwarna kuning coklat yang jernih dengan titik didih sekitar suhu 175-370 °C dan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel putaran tinggi (diatas 1000 rpm). Minyak diesel ini biasa disebut juga Heavy Gas Oil, Automotive Diesel Oil dan High Speed Diesel (Hardjono, 2007).

2.3.2 Standar Mutu Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar minyak yang dipasarkan harus memenuhi persyaratan teknis tertentu sesuai dengan kebutuhan penggunaannya. Spesifikasi teknis bahan bakar sama di setiap negara berbeda tergantung dari jenis dan tipe kendaraan. Hal ini dikarenakan perbedaan kondisi negara tersebut, seperti jenis dan populasi kendaraan, ketersediaan minyak bumi sebagai bahan baku, kemampuan kilang, sistem distribusi, faktor ekonomis, peraturan keselamatan kerja dan perlindungan

22 lingkungan. Bahan bakar diesel yang beredar di pasaran di Indonesia diatur dan dibatasi dengan spesifikasi yang ditetapkan oleh pemerintah (Direktorat Jendral Minyak dan Gas Bumi) (Hardjono, 2007).

Di Indonesia, secara resmi telah menerapkan standar Euro IV sejak tahun 2017 melalui Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan No.

P.20/MENLHK/SETJEN/KUM.1/3/2017 tentang Baku Mutu Emisi Gas Buang Kendaraan dan Direktorat Jenderal Minyak & Gas Bumi No. 28.K/10/DJM.T/2016 dengan kadar sulfur 50-3.500 ppm dan aromatisitas <20 % dalam bahan bakar diesel. Standar Euro merupakan standar yang digunakan negara Eropa untuk kualitas bahan bakar kendaraannya. Semakin tinggi standar Euro yang ditetapkan maka semakin kecil batas kandungan gas karbon dioksida, nitrogen oksida, karbon monoksida, sulfur oksida, volatile hidrokarbon dan partikel lain yang berdampak negatif pada manusia dan lingkungan (Pertamina, 2018).

Standar Euro V dan Standar Euro VI digunakan saat ini sebagai regulasi terbaik dalam mengatur penggunaan bahan bakar berkualitas diseluruh dunia.

Standar Euro V mengatur kualitas bahan bakar diesel dan gasolin untuk kendaraan konvensional sedangkan standar Euro VI mengatur kualitas bahan bakar diesel dan gasoline untuk kendaraan hybrid. Tahun 2009, Uni Eropa telah mengeluarkan peraturan yang mewajibkan penggunaan katalis untuk mobil berbahan-bakar bensin dan diesel dengan kadar sulfur <10 ppm dan aromatisitas <11 %, yang kemudian ditetapkan sebagai standar Euro-5 (Pertamina, 2018).

Perbandingan spesifikasi bahan bakar diesel dapat dilihat pada Tabel 2 dibawah ini:

23 Tabel 2. Spesifikasi Bahan Bakar Diesel

Parameter Regulasi

Euro 5 Indonesia ¹⁾

Sulfur (ppm) <10 3.500 ²⁾

3.000 ³⁾ 2.500 ⁴⁾ 500 ⁵⁾

50 ⁶⁾

PAH (% m/m) <11% <20%

Viskositas (mm²/s) 2,0-4,50 2,0-5,0

Cetane Number (CN) Min. 51,0 Min. 48,0

Cetane Index Min. 46,0 Min. 45,0

Densitas pada 15 ^oC (kg/m³) 820-845 815-870

Kandungan air (mg/kg) <200 <500

Keterangan:

2.4 Alumina

Aluminium oksida (alumina) adalah senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan rumus kimia Al2O3. Secara alami, alumina terdiri dari mineral korondum dengan bentuk kristal seperti ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Struktur sel satuan dari korondum alumina (Hudson, et. al., 2002)

Secara umum alumina ditemukan dalam tiga fasa, yakni , β dan α-alumina.

Ketiga fasa di atas memiliki sifat-sifat yang berbeda, sehingga pengaplikasiannya khas (unik). Alfa alumina (α-Al2O3) mempunyai struktur kristal heksagonal dengan

1) Menurut Direktorat Jenderal Minyak & Gas Bumi No. 28.K/10/DJM.T/2016 2) Berlaku pada tahun 2015

3) Berlaku pada tahun 2016 4) Berlaku pada tahun 2017 5) Berlaku pada tahun 2021 6) Berlaku pada tahun 2025

24 parameter kisi a = 4,7588 dan c = 12, 9910 nm. Beta alumina (β-Al2O3) memiliki ketahanan terhadap api (suhu) yang sangat baik sehingga dapat digunakan dalam berbagai aplikasi keramik seperti pembuatan tungku furnace. Gamma alumina (-Al2O3) banyak digunakan sebagai material katalis, contohnya dalam penyulingan minyak bumi (F. Mirjalili et al., 2011). Secara lebih jelas transformasi fasa alumina ditunjukkan dalam Gambar 8:

Gambar 8. Grafik transformasi fasa alumina (Ballav & Biswas, 2004)

Struktur γ-alumina didapat melalui kalsinasi boehmite antara 500- 600 °C.

Pemanasan di atas 850 °C mengubah γ-alumina menjadi δ-alumina, di atas 1.100

°C mengubahnya menjadi θ-alumina yang tidak stabil dan akan menjadi α-alumina.

Secara tradisional, alumina terdapat dalam mineral bauksit yang mengandung alumunium dalam bentuk hidroksida, yakni boehmite AlO(OH) dan gibbsite Al(OH)3. Kadarnya sekitar 30-54%. Selain aluminium, bauksit juga mengandung berbagai pengotor, misalnya, silika, oksida besi dan mineral lempung (AMIRA International, 2001). Boehmite dapat berasal dari gibbsite [α-Al(OH)3] atau bayerite [β-Al(OH)3]. Proses perubahan gibbsite menjadi boehmite yaitu dehidrasi gibbsite (gel) dengan hidrotermal agar terbentuk struktur yang lebih kristalin,

25 berlangsung pada tekanan tinggi, kemudian dipanaskan dengan laju pemanasan yang cepat.

Salah satu metode pengolahan untuk mendapatkan alumina murni yakni dengan proses Bayer. Proses ini terdiri dari beberapa tahap seperti ditunjukkan dalam Gambar 9 sebagai berikut:

Gambar 9. Skema produksi alumina dengan proses Bayer (Peter & Peter, 2002) Sifat kimia γ-Al2O3 diidentifikasi dari tipe pusat asamnya. Tipe pusat asam yang muncul di permukaan γ-Al2O3 dapat berupa pusat asam Lewis (AlO^-) dan atau pusat asam Brönsted (Al-OH). Menurut Valente et al. (2006), pusat asam (acid site) permukaan γ-Al2O3 sangat mempengaruhi aktivitas dan selektifitas katalis hydrotreating.

2.5 Zeolit

Zeolit merupakan material dengan banyak kegunaan. Sebagian besar zeolit diaplikasikan sebagai adsorben, penukar ion, dan sebagai katalis. Zeolit adalah mineral kristal alumina silika tetrahidrat berpori denga struktur kerangka tiga dimensi. Struktur ini dibentuk oleh tetrahedral [SiO4]^4- dan [AlO4]^5- yang saling

26 terhubung oleh atom-atom oksigen sedemikian rupa. Akibatnya terbentuk kerangka tiga dimensi terbuka yang berupa kanal-kanal dan rongga-rongga. Dalam kanal dan rongga tersebut terisi oleh ion-ion logam, biasanya adalah logam-logam alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas (Yuanita, 2009).

2.6.1 Zeolite Socony Mobil–5 (ZSM-5)

ZSM-5 merupakan zeolit dengan diameter pori kisaran 5 Å dan perbandingan Si/Al selalu di atas 5 (Singh dan Dutta, 2003). Rumus umum ZSM-5 adalah Nan(AlnSi96-nO192).16H2O, dimana nilai n berkisar antara 3 sampai 27. Berdasarkan struktur tiga dimensinya, ZSM-5 dibangun dari unit bangun dasar TO4 yang dikenal dengan istilah Primary Building Unit (PBU) yakni berupa struktur tetrahedral silika [SiO4]^4- dan alumina [AlO4]^5- (Weitkamp, 2000).

ZSM-5 termasuk zeolit berpori medium dengan ukuran pori antara 5-5,6 Å yang dibentuk dari dua tipe cincin beranggotakan sepuluh atom oksigen. Masing-masing pori tersebut bergabung membentuk suatu saluran tiga dimensi yang mempunyai dua arah dan saling berpotongan. Saluran pertama berbentuk bulat panjang dan lurus (elliptical straight channels) dengan potongan melintang bebas berukuran 0,56 nm x 0,53 nm. Saluran kedua merupakan saluran berliku (zig-zag channels) dengan potongan melintang dengan ukuran 0,55 nm x 0,51 nm (Singh dan Dutta, 2003).

27 Gambar 10. Ciri utama zeolit ZSM-5: (1) morfologi kristal (2) sistem pori (3)

struktur kristal (4) struktur atom (Cundy dan Cox, 2003)

Gambar 10 menunjukkan ciri-ciri utama dari zeolit ZSM-5, yaitu (1) morfologi kristal, menunjukkan hubungan sumbu utama (a, b, c); (2) bagian pori, menunjukkan saluran zig-zag; (3) struktur kristal, terbentuk dari unit bangun cincin 5 dan terbentuk pori dari cincin beranggotakan sepuluh atom O; (4) struktur atom, terdiri dari gabungan tetrahedral TO4 (Cundy dan Cox, 2003). Struktur yang unik tersebut menjadikan ZSM-5 digunakan secara luas sebagai katalis, adsorben dan penukar ion di industri petroleum dan petrokimia. Sifat yang dimiliki ZSM-5 diantaranya adalah selektif, asam heterogen, penukar ion, ukuran pori sedang, dan tahan terhadap panas (Shirazi et al., 2008).

2.6.2 Zeolite Hierarchical Y (ZHY)

Zeolit HY merupakan zeolit sintetik yang banyak digunakan sebagai komponen katalis dalam industri petrokimia dan pengolahan minyak bumi, dimana memiliki pusat aktif asam yang berfungsi sebagai situs aktif untuk perengkahan (Rahayu et al., 2014). Zeolit Y memiliki luas permukaan yang cukup besar namun ukuran porinya relatif kecil (mikropori) sehingga dapat menghambat proses difusi molekul, baik reaktan maupun produk untuk mencapai dan keluar dari situs aktif

28 katalis. Zeolit hirarki (HY) dapat meningkatkan aksesibilitas molekul reaktan ke pori bagian dalam zeolit, dan zeolit tetap memiliki kestabilan yang baik (Wang et al., 2013).

2.6 Silika Amorf

Silika adalah senyawa kimia dengan rumus molekul SiO2 (silikon dioksida) yang dapat diperoleh dari silika mineral, nabati dan sintesis kristal. Silika yang terkandung dalam biomassa (tumbuhan), abu batubara dan lumpur panas bumi umumnya bersifat amorf (amorphous silica). Silika dalam bentuk amorf jauh lebih disukai untuk aplikasi di industri karena sifatnya yang jauh lebih reaktif dibandingkan dalam bentuk kristalnya (Joley, 1961).

Silika terbentuk melalui ikatan kovalen yang kuat serta memiliki struktur dengan empat atom oksigen terikat pada posisi sudut tetrahedral di sekitar atom pusat yaitu atom silika. Pada umumnya silika adalah dalam bentuk amorf tetrahidrat, namun bila pembakaran berlangsung terus-menerus pada suhu diatas 650°C maka tingkat kristanilitasnya akan cenderung meningkat dengan terbentuknya fasa quartz, crystobalite, dan trydimite. Bentuk struktur quartz, crystobalite, dan trydimite yang merupakan jenis kristal utama silika memiliki stabilitas dan kerapatan yang berbeda. Struktur kristal quartz, crystobalite, dan tridymite memiliki nilai densitas masing-masing sebesar 2,65×10³ kg/m³; 2,27×10³ kg/m³, dan 2,23×10³ kg/m³ (Smallman dan Bishop, 2000).

29 2.7 Instrumentasi

2.7.1 X-Ray Diffraction (XRD)

Kristalinitas dari suatu bahan seperti logam, keramik dan komposit dapat diketahui dengan teknik difraksi sinar-X. Dengan kata lain, teknik ini mampu menentukan apakah suatu material memiliki fasa amorf atau kristal. Untuk bahan kristal, teknik ini juga menghasilkan informasi tentang struktur kristal, berupa parameter kisi dan jenis struktur (Smallman dan Bishop, 2000). Sinar-X dapat terbentuk jika suatu logam sasaran ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi, dalam eksperimen digunakan sinar-X yang monokromatis (Callister &

William, 2003).

Gambar 11. Skema kerja XRD (Hardian et al., 2012)

Difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut memberikan interferensi yang konstruktif. Berdasarkan persamaan Bragg pada Gambar 11, jika seberkas sinar-X dikenai pada sampel kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Semakin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya, semakin banyak bidang kristal yang terdapat dalam

Sinar datang Sinar terpantul

Bidang Bragg θn θi=θn

30 sampel. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu tiga dimensi (Guinier, 1963).

2.7.2 X-Rays Fluorescence (XRF)

XRF merupakan salah satu teknik analisis non-desktruktif yang digunakan untuk menentukan konsentrasi elemen yang ada dalam padatan, bubuk ataupun sampel cair. XRF mampu mengukur elemen dari Berilium (Be) hingga Uranium pada level trace element, bahkan dibawah level ppm. Secara umum, XRF mengukur panjang gelombang komponen material secara individu dari emisi fluorescence yang dihasilkan sampel saat diradiasi dengan sinar-X (Panalytical, 2009).

Gambar 12. Skema kerja XRF (Gosseau, 2009)

Prinsip kerja XRF terlihat pada Gambar 12 menjelaskan apabila terjadi eksitasi X primer yang berasal dari sumber radioaktif mengenai sampel, sinar-X dapat diabsorbsi atau dihamburkan oleh material. Efek fotolistrik adalah proses dimana sinar-X diabsorbsi oleh atom dengan mentransfer energinya pada elektron yang terdapat pada kulit yang lebih dalam. Selama proses ini, bila sinar-X primer

Sumber

31 memiliki cukup energi akan terjadi kekosongan karena elektron akan pindah dari kulit yang di dalam. Kekosongan ini mengakibatkan ketidakstabilan atom. Jika atom kembali pada keadaan stabil, elektron dari kulit luar pindah ke kulit yang lebih dalam dengan pelepasan energi sinar-X tertentu. Emisi sinar-X yang dihasilkan dari proses tersebut disebut X-Ray Fluorosence (XRF). Terdapat istilah K alpha dan K beta serta L alpha dan L beta pada XRF. Hal ini karena kulit K dan L terlibat pada deteksi XRF. Jenis spektrum X-Ray dari sampel yang diradiasi akan menggambarkan puncak-puncak pada intensitas yang berbeda (Viklund, 2008).

2.7.3 Surface Area Analyzer (SAA)

SAA merupakan salah satu instrumen dalam karakterisasi material. SAA menggunakan metode adsorpsi nitrogen yang merupakan metode yang penting untuk karakterisasi material berpori. Metode ini digunakan untuk mengukur luas permukaan katalis, volume pori, dan ukuran pori katalis. Metode ini adalah metode yang dikembangkan oleh Bruneur-Emmet-Teller (metode BET).

Gambar 13. Skema kerja SAA (Lowell, 199)

32 Prinsip kerja SAA pada Gambar 13 didasarkan pada siklus adsorpsi dan desorpsi isothermis gas N2 oleh sampel serbuk pada suhu N2 cair. Setiap siklus adsorpsi dan desorpsi menghasilkan variasi data tekanan proses, yang dengan hukum gas ideal (PV=nRT) sebagai fungsi volume gas. Dengan memasukkan sejumlah volume gas nitrogen yang diketahui kedalam tabung sampel, maka sensor tekanan akan memberikan data tekanan proses yang bervariasi. Data volume gas yang dimasukkan yang telah diketahui jumlahnya dan data hasil kenaikan tekanan dibuat sebagai persamaan BET yang dipakai sebagai dasar perhitungan luas permukaan serbuk (Gregg et al., 1982).

Persamaan BET dapat ditulis sebagai berikut (Lowell and Joan, 1998):

1

W = berat yang diserap pada tekanan relative P/Po Wm = berat gas nitrogen pada lapisan monolayer P = tekanan kesetimbangan adsorbsi

Po = tekanan penjenuhan adsorpsi-desorpsi cuplikan C = konstanta energi

Persamaan (2) merupakan garis lurus bila dibuat grafik 1/[W(P/Po-1)] versus P/Po. Prosedur standar multipoint BET diperlukan minimal 3 titik kisaran tekanan relative yang tepat. Berat gas nitrogen yang membentuk lapisan tipis (monolayer) Wm dapat ditentukan dari slope (s) dan intersep (i) pada grafik BET dari persamaan (2) didapatkan:

33 Berat gas nitogen yang dapat membentuk lapisan tipis (Wm) didapatkan dari menggabungkan persamaan (3) dan (4) sehingga diperoleh:

Wm = 1

s + i

Selanjutnya pada aplikasi metode BET adalah menghitung luas permukaan.

Untuk itu perlu diketahui luas muka cross section dari molekul gas nitrogen (adsorben), luas muka total (St) dari cuplikan adalah:

St =(Wm. N. Acs) 𝑀_𝑣 Dimana:

N = bilangan Avogadro (6,203x10²³ molekul/mol) Mv = volume molar gas ideal (22,402 L/mol)

Wm = kapasitas monolayer

Acs = cross sectional area for nitrogen (16,2 Å atau 1,62x10^-20 m²) Luas muka spesifik (S) dapat dihitung dari luas muka total (St) dibagi dengan berat cuplikan (bc) sehingga didapat persamaannya sebagai berikut:

S = St bc Dimana:

St = luas muka total (m²) S = luas muka spesifik (m²/g) bc = berat cuplikan (gram)

2.7.4 Temperature Programmed Desorption of a Basicmolecule such as Ammonia (TPD-NH3)

Keasaman katalis dapat dikategorikan menjadi dua yaitu jumlah situs asam dan jenis situs asam. Jumlah situs asam memberikan informasi tentang banyaknya situs asam yang terkandung pada katalis, yang pada umumnya berbanding lurus dengan situs aktif pada katalis yang menentukan keaktifan suatu katalis (ASTM,

………..….. (5)

………..….. (6)

………..….. (7)

34 2005). TPD-NH3 adalah salah satu metode yang paling umum digunakan untuk mengukur keasaman permukaan bahan berpori seperti zeolit, lempung atau silika mesopori. Metode ini banyak digunakan karena cukup sederhana dan murah.

Jumlah situs asam dapat ditentukan dari jumlah molekul amonia yang teradsorpsi di situs asam (Rodríguez et al., 2007).

Gambar 14. Skema kerja TPD-NH3 (Anggoro, 2017)

Mekanisme kerja TPD-NH3 terlihat pada Gambar 14 dimana sebelum adsorpsi, katalis dikeringkan dalam aliran 23 ml/min gas Helium selama 2 jam.

Adsorpsi berlangsung dengan 20% NH3 pada aliran He pada 70 ^oC untuk 0.5 jam.

Katalis dibilas dengan He pada 70 ^oC selama 1 jam. Desorption dilakukan dengan cara pemanasan katalis dari 700 ^oC hingga 600 ^oC dengan kecepatan kenaikan suhu yang sama. Jumlah desorbing dari NH3 diukur dengan detektor konduktivitas panas.

Gas yang keluar melalui wadah washing gas diisi dengan 0,1 N H2SO4 untuk mengumpulkan NH3. Jumlah situs asam menggunakan adsorpsi amoniak sebagai basa adsorbat merupakan penentuan jumlah situs asam total katalis. Diasumsikan

He

Detektor

Katalis Oven Thermocouple

He / He + NH3

35 bahwa ukuran molekul amonia kecil sehingga memungkinkan masuk sampai ke dalam pori-pori katalis (Rodiansono et al., 2007).

2.7.5 Aniline Point (AP)

AP adalah metode karakterisasi fraksi minyak bumi yang memperlihatkan tingkat aromatisitas campuran hidrokarbon. Titik anilin diartikan sebagai suhu terendah dimana anilin dan sampel dalam volume yang sama bercampur secara sempurna bila dipanaskan. Hubungan antara titik anilin dengan jumlah senyawa aromatik hidrokarbon dalam fraksi minyak bumi adalah semakin besar nilai AP menunjukkan semakin rendah persentase aromatisitas didalam produk (Albahri, 2002). Hubungan antara nilai AP dengan % aromatisitas dinyatakan dalam persamaan berikut ini (Riazi, 2005):

% H = 11,17 − 12,89 SG₁₅ + 0,0389 AP

% A = 233,54 − 15,67 %H Keterangan:

A = Aromatisitas (%) H = Hydrogen Weight (%) SG15 = Specific Gravity (@ 15 ^oC) AP = Aniline Point (^oK)

2.7.6 Analisis Densitas

Densitas adalah perbandingan massa zat terhadap volumenya, sehingga jika massa suatu zat meningkat, densitasnya juga akan meningkat. Selain itu, kenaikan konsentrasi zat juga dapat meningkatkan densitas (Keenan et al., 1980). Densitas dapat ditentukan dengan menggunakan alat densitymeter VIDA yang memiliki tingkat fleksibilitas dan validitas yang tinggi. Suhu pembacaan alat dapat diatur pada stabilitas 0-100 ^oC dan tingkat keakuratan 0,01-0,03 ^oC.

… (8)

……… (9)

36 Hubungan antara densitas dengan berat molekul dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

ρ =m v n = m

Mr Keterangan:

ρ = Massa jenis (kg/m³) atau (g/cm³) m = Massa (kg atau gram)

v = Volume (m³ atau cm³) Mr = Berat molekul (g/mol) n = Jumlah mol

Semakin rendah nilai densitas suatu cairan menandakan semakin ringan berat cairan tersebut. Proses HDA menyebabkan putusnya ikatan rangkap disertai hilangnya beberapa molekul, seperti salah satunya hidrogen. Hal ini menyebabkan berkurangnya massa molekul senyawa. Pengurangan massa molekul berbanding lurus dengan massa cairan sehingga akan memperkecil densitas cairan tersebut (Wijanarko et al., 2010).

Specific Gravity (SG) adalah perbandingan densitas suatu fluida terhadap fluida standar (reference). Dalam proses pengolahan migas, istilah ini banyak digunakan terutama yang berhubungan dengan analisis karakteristik atau spesifikasi feed dan produk. SG suatu fluida dinyatakan dalam angka dengan 4 digit di belakang koma dan tidak bersatuan. Rumus SG dinyatakan sebagai berikut.

SG = Densitas zat Densitas zat standar

Densitas standar untuk zat cair adalah air dengan densitas 0,9991 g/cm³ pada suhu 15 ^oC. Kenaikan suhu dapat menyebabkan pemuaian zat sehingga volumenya

………..…….. (10)

………..…….. (12)

………..…….. (11)

37 bertambah. Sehingga densitas zat yang sama pada temperatur yang lebih tinggi akan lebih rendah. Oleh karenanya besarnya SG zat tersebut pun berubah. Dalam bidang migas, juga dikenal dengan istilah SG terkoreksi suhu (SG60/60). SG60/60 dihitung dengan rumus (Haynes, 2011):

SG_60/60= SGt + C(t − 60) Keterangan:

SGt = Specivic Gravity yang terukur pada suhu observed t (^oF) C = Koefisien Temperature Correction

Nilai C diperoleh dari Tabel 3 berikut.

Tabel 3. Koreksi SG tiap derajat Fahrenheit Specific Gravity Correction Coeficient/ F

0,7870-0,7982 0,0004

0,7983-0,8124 0,00039 0,8125-0,8233 0,00038 0,8234-0,8599 0,00037 0,8600-0,9250 0,00036 0,9251-1,0249 0,00035

38 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada 01 Oktober 2019 – 13 Februari 2020 di Laboratorium Catalyst and Material PT. Pertamina (PERSERO) Direktorat Pengolahan Research and Technology Center, Jalan Raya Bekasi Km 20, Pulogadung, Jakarta Timur 13920, Indonesia.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Surface Area Analyzer (SAA) micromeritics ASAP 2400, mesin degasser, X-Ray Diffraction (XRD) Empyrean PANalytical, X-Ray Flourescene (XRF) PANalytical, Temperature Programmed Desorption (TPD-NH3) Quantachrome TPRWin v4.0, Furnace KSL-1100x, reaktor Pilot Plant NX1, densitymeter VIDA, mesin hidrolik, neraca analitik, alat cetakan, termometer, cawan porselen, bunsen dan peralatan gelas.

3.2.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Boehmitee (AlOOH USA), aquabides, ammonium hidroksida (NH4OH Pro-Analysis E-Merck Germany), asam nitrat (HNO3 Pro-Analysis E-Merck Germany), nikel nitrat hidrat [Ni(NO3)2.6H2O Sigma-Aldrich], ammonium metatungstat hidrat [(NH4)6H2W12O40.xH2O Sigma-Aldrich], ZSM-5, zeolit HY, silika amorf, gas helium (He), gas amonia (NH3 10%) dalam He, gas hidrogen (H2), plat karbon, nitrogen cair (N2), anilin (C6H5NH2 Sigma-Aldrich), larutan Doctor Test dan glass woll.

39 3.3 Bagan Penelitian

Keterangan:

*: Penyangga yang telah dicetak dan dikalsinasi

Gambar 15. Bagan penelitian

40 3.4 Prosedur Penelitian

Prosedur dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu sebagai berikut:

3.4.1 Pembuatan Penyangga -Al2O3 Tanpa Aditif (Pertamina, 2015)

Ditimbang 100 g boehmite (AlOOH) lalu dimasukan kedalam mangkuk pengaduk. Ditambahkan dengan 32 mL akuabides kemudian diaduk selama 1 menit. Ditambahkan 68 mL HNO3 4% kemudian diaduk selama 15 menit.

Ditambahkan 10 mL NH4OH 24% kemudian diaduk selama 1-2 menit. Setiap pencampuran larutan tersebut, dipastikan tercampur dengan merata/kalis (penyangga kontrol). Bahan dicetak dengan menggunakan alat cetak hidrolik.

Dikalsinasi dengan suhu 550 °C selama 5 jam. Penyangga dikarakterisasi menggunakan XRD, TPD dan BET.

3.4.2 Pembuatan Penyangga -Al2O3 Dengan Aditif (Pertamina, 2015)

Ditimbang 97 g boehmite (AlOOH) lalu dimasukan kedalam mangkuk pengaduk. Ditambahkan dengan 32 mL akuabides kemudian diaduk selama 1 menit. Ditambahkan 68 mL HNO3 4% kemudian diaduk selama 15 menit.

Ditambahkan 10 mL NH4OH 24% kemudian diaduk selama 1-2 menit. Setiap pencampuran larutan tersebut, pastikan tercampur dengan merata/kalis.

Ditambahkan ZSM-5, zeolit HY dan silika amorf masing-masing sebanyak 3 %.

Bahan dicetak dengan menggunakan alat cetak hidrolik. Dikalsinasi dengan suhu 550 °C selama 5 jam.

3.4.3 Sintesis Katalis NiW/γ-Al2O3 (Suárez-Toriello et al., 2015)

Prekursor [Ni(NO3)2.6H2O] sebanyak 32 g (Lampiran 1) dilarutkan dalam 100 mL aquabides dan diaduk dengan menggunakan magnetic stire. Kemudian,

41 ditambahkan 30 g (Lampiran 1) amonium metatungstat hidrat [(NH4)6H2W12O40.xH2O]. Diaduk hingga larut sempurna. Larutan impregnan diimpregnasi pada penyangga alumina. Impregnasi dilakukan dengan memasukkan penyangga dan impregnan ke wadah dan dikocok hingga tercampur sempurna.

Hasil impregnasi kemudian dikeringkan pada temperatur 120 ºC selama 2 jam, dan kalsinasi pada 450 ºC selama 3 jam. Selanjutnya dikarakterisasi menggunakan XRD, XRF, TPD dan SAA.

3.4.4 Karakterisasi Katalis

3.4.4.1 Karakterisasi dengan X-Ray Diffraction (XRD) (ASTM D3906-03 ASTM D5758-01)

Katalis NiW/-Al2O3 dihaluskan sebelum dipreparasi pada plat sampel.

Dimasukkan sampel pada tempat yang tersedia. Dipilih menu lalu dipilih opsi

Dimasukkan sampel pada tempat yang tersedia. Dipilih menu lalu dipilih opsi