Pembuatan Biofuel dari Palm Olein dengan Proses Thermal Catalytic Cracking Menggunakan Katalis ZSM-5

(1)

LAMPIRAN I

DATA BAHAN BAKU

LI.1 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN BAKU PALM OEIN HASIL ANALISIS GC

Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Olein Komponen Penyusun Komposisi

% (b/b) Asam Laurat (C12:0) 0,2208

Asam Miristat (C14:0) 1,0710

Asam Palmitat (C16:0) 38,647

Asam Palmitoleat (C16:1) 0,2048

Asam Stearat (C18:0) 3,5960

Asam Oleat (C18:1) 43,2073

Asam Linoleat (C18:2) 12,2946

Asam Linolenat (C18:3) 0,2812

Asam Arakidat (C20:0) 0,3241

Asam Eikosenoat (C20:1) 0,1526

(2)

LAMPIRAN 2

DATA PENELITIAN

L2.1 DATA HASIL CATALYTIC CRACKING

Tabel L2.1 Hasil Penelitian Catalytic Cracking Palm Olein

Run Suhu Waktu Yield (%)

(oC) (menit) LP Padatan Gas

1 375 60 50.44 43,06 6,50

2 375 90 59.48 32,06 8,46

3 375 120 77.10 12,60 10,30

4 375 150 83.04 2,06 14,90

5 400 60 59.36 30,16 10,48

6 400 90 73.17 15,10 11,73

7 400 120 84.82 1,26 13,92

8 400 150 80.20 2,06 17,74

9 425 60 81.94 3,26 14,80

10 425 90 77.25 1,15 21,60

11 425 120 74.90 1,51 23,59

12 425 150 74.60 1,64 23,76

13 450 60 74.06 3,71 22,23

14 450 90 69.02 4,25 26,73

15 450 120 67.88 4,23 27,89

16 450 150 62.45 4,59 32,96

L2.2 DATA TAMBAHAN HASIL CATALYTIC CRACKING

Tabel L2.2 Hasil Penelitian Tambahan Pada Waktu 120 menit (400 oC)

Run Kondisi Yield (%)

LP Padatan Gas 7 Dengan Katalis Tanur 84,82 1,26 13,92 B Dengan Katalis tanpa Tanur 80,24 1,84 17,92

Tabel L2.3 Data Komposisi Distribusi LPPada Waktu 120 menit (400 oC) Run (C6-C12) % (C14-C16) % (C18-C28) %

7 22,95 19,52 57,53

(3)

L2.3 DATA KOMPOSISI BIOFUEL

Tabel L2.4 Komposisi Distribusi Liquid Product (LP) Run (C6-C12) % (C14-C16) % (C18-C28) % (C₃₂) %

1 41.35 13.91 41.11 3.63

2 24.08 12.31 58.73 4.88

3 25.79 9.08 65.13 -

4 28.65 20.98 50.37 -

5 28.41 11.68 59.91 -

6 20.80 12.72 63.67 2.81

7 22.95 19.52 57.53 -

8 20.87 18.90 60.23 -

9 14.94 18.95 66.11 -

10 39.76 18.68 41.55 -

11 39.24 19.05 41.71 -

12 36.25 15.24 48.51 -

13 55.65 19.59 24.76 -

14 39.22 20.62 40.17 -

15 45.73 20.53 33.74 -

(4)

LAMPIRAN 3

CONTOH PERHITUNGAN

L3.1 PERHITUNGAN YIELD LIQUID PRODUCT PADA RUN 7

Yield = x 100%

Baku Bahan Massa Praktik LP Massa

= x 100%

gr 500

gr 424,10

= 84,82 %

L3.2 PERHITUNGAN YIELD PADATAN PADA RUN 7

Yield = x 100%

Baku Bahan Massa Praktik Padatan Massa

= x 100%

gr 500

gr 6,30

= 1,26 %

L3.3 PERHITUNGAN YIELD GAS PADA RUN 7 Yield = 100 % - (Yield LP + Yield Padatan)

(5)

LAMPIRAN 4

HASIL ANALISIS BIOFUEL

L4.1 HASIL ANALISIS HIDROKARBON

(6)

(7)

LAMPIRAN 5

DOKUMENTASI PENELITIAN

L5.1 FOTO BAHAN BAKU PENELITIAN

Gambar L5.1 Foto Palm Olein

Gambar L5.2 Foto KatalisHZSM-5

L5.2 FOTO ALAT PENELITIAN

(8)

Gambar L5.4 Foto Alat Tanur Katalis

Gambar L5.5 Foto Katalis di Desikator

L5.3 FOTO HASIL CATALYTIC CRACKING

Gambar L5.6 Foto Liquid Product Hasil Catalytic Cracking

(9)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Badan Pusat Statistik, Produksi Minyak Bumi dan Gas Alam, 2012.

[2] Chew, Thiam Leng dan Bhatia, Subhash, Effect of Catalyst Additives on the Production of Biofuels from Palm Oil Cracking in a Transport Riser Reactor, Bioresource Technology, 100 (2540–2545), Elsevier, 2009.

[3] Tamunaidu, Pramila dan Bhatia, Subhash, Catalytic Cracking of Palm Oil for the Production of Biofuels: Optimization Studies. Bioresource Technology, 98 (3593–3601), Elsevier, 2007.

[4] Karimah, Ahmad, Availability of Different Types of Palm Olein and Their Performance During Deep Frying, Journal of International Scientific Publications: Agriculture and Food, Volume 2, ISSN 1314-8591, 2014. [5] Badan Pengawas Perdagangan Berjangka Komoditi. 2014. Analisis Harga

CPO Pekan Keempat Juli, 2014.

[6] Rohmah, E. N., Rochmat, A. dan Sumbogo, S.D, Bio-gasoline from Catalytic Hydrocracking Reaction of Waste Cooking Oil Using Bayah Natural Zeolite, International Journal of Environment and Bioenergy, 3(3) : 201-209, 2012.

[7] Mota, S.A.P da., Mancio, A.A., Lhamas, D.E.L., Abreu, D.H de., Silva, M.S. da., Santos, W.G. dos., Castro, D.A.R. de., Oliveira, R.M. de Oliveira., Ujo, M.E. Ara., Borges, L.E.P dan Machado, N.T, Production of Green Diesel by Thermal Catalytic Cracking of Crude Palm Oil (Elaeis guineensis Jacq) in a Pilot Plant, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Elsevier, 2014

[8] Sirajudin, Nurjannah., Jusaff, Kamaruzaman., Yani, Setyawati., Ifa, La dan Roesyadi, Ahmad, Biofuel Production from Catalytic Cracking of Palm Oil, World Applied SciencesJournal, (26): 67-71, 2013.

[9] Sivasamy, Arumugam., Cheah, Kien Yoo., Fornasiero, Paolo., Kemausuor, Francis., Zinoviev, Sergey dan Miertus, Stanislav, Catalytic Applications in the Production of Biodiesel from Vegetable Oils, ChemSusChem (2): 278 – 300, 2009.

[10] Ooi, Yean Sang dan Bhatia, Subhash, Alumunium Containing SBA-15 as Cracking Catalyst for the Production of Biofuel from Waste Used Palm Oil. Microporous and Mesoporous Materials ,102 (310-317) ,Elsevier , 2007. [11] Nurjannah., Roesyadi, Ahmad dan Prajitno, Danawati Hari, Konversi

(10)

[12] Sprung, Christoph dan Weckhuysen, Bert M, Dispersion and Orientation of Zeolite ZSM-5 Crystallite within a Fluid Catalytic Cracking Catalyst Particle. Chemistry European Journal, 20 (3667 – 3677), 2014.

[13] Taufiqurrahmi, Niken., Mohamed, Abdul Rahman dan Bhatia, Subhash. 2010. Deactivation and Coke Combustion Studies of Nanocrystalline Zeolite Beta in Catalytic Cracking of Used Palm Oil.Chemical Engineering Journal ,163 (413–421), Elsevier, 2010.

[14] Li, Lu., Quan, Keijing., Xu, Junming., Liu, Fusheng., Liu, Shiwei., Yu, Shitao., Xie, Congxia., Zhang, Baoquan dan Ge, Xiaoping, Liquid Hydrocarbon Fuels from Catalytic Cracking of Rubber Seed Oil Using USY as Catalyst. Fuel, 123 (189–193), Elsevier, 2014.

[15] Li, Lu., Quan, Keijing., Xu, Junming., Liu, Fusheng., Liu, Shiwei., Yu, Shitao., Xie, Congxia., Zhang, Baoquan dan Ge, Xiaoping, Liquid Hydrocarbon Fuels from Catalytic Cracking of Waste Cooking Oils Using Basic Mesoporous Molecular Sieves K2O/Ba-MCM-41 as Catalysts, ACS

Sustainable Chemical Engineering , 1 (1412−1416), 2013.

[16] Chew, Thiam Leng dan Bhatia, Subhash, Catalytic Processes Towards the Production of Biofuels in a Palm Oil and Oil Palm Biomass-Based Biorefinery, Journal Bioresource Technology, 99 (7911–7922), Elsevier, 2008.

[17] Mukherjee, Sutapa dan Mitra, Analava, Health Effects of Palm Oil, J Hum Ecol, 26(3): 197-203, 2009.

[18] Kementrian Keuangan Republik Indonesia, Kajian Signifikansi Bea Keluar terhadap Hilirisasi Industri Sawit, 2013.

[19] Sayer, Jeffrey., Ghazoul, Jaboury., Nelson, Paul., dan Boedhihartono, Agni Klintuni Boedhihartono, Oil Palm Expansion Transforms Tropical Landscapes and Livelihoods. Global Food Security, 1 (114–119), 2012. [20] Departemen Pertanian, Gambaran Sekilas Industri Minyak Kelapa Sawit,

2007.

[21] Kopas, Jorge dan Kopas, Patricia Mckane, Cosmeceutical Formulation Containing Palm Oils, Patent WO 2005118759, 2005.

(11)

[23] Souza, Marcelo J. B., Silva, Antonio O. S., Jr, Valter J. Fernandes dan Araujo, Antonio S, Catalytic Cracking of C5 Gasoline Over HY Zeolite. React.Kinet.Catal.Lett, Vol. 79, No. 2, 257-262, 2003.

[24] Sadeighbeigi, Reza, Fluid Catalytic Cracking Handbook, Edisi kedua, United States of America: Butterworth-Heinemann, 2000.

[25] Chang, W. H. dan Tye, C. T, Catalytic Cracking of Used Palm Oil Using Composite Zeolite, The Malaysian Journal of Analytical Sciences, Vol 17 No 1: 176 – 184, 2013.

[26] Twaiq, Farouq A, Mohamed, Abdul Rahman., Bhatia, Subhash, Liquid Hydrocarbon Fuels from Palm Oil by Catalytic Cracking Over Aluminosilicate Mesoporous Catalysts with Various Si/Al Ratios, Microporous and Mesoporous Materials, 64 (95–107), Elsevier, 2003. [27] Benson, Tracy John, Elucidation of Reaction Pathways for Catalytically

Cracked Unsaturated Lipid, Dissertation, Mississippi : Mississippi of State University, 2008.

[28] Polat, Ersin., Karaca, Mehmet., Demir, Halil dan Onus, A, Naci, Use of Natural Zeolite (Clinoptilolite) in Agriculture. Journal of Fruit and Ornamental Plant Research, vol. 12, 2004.

[29] Georgiev, Dimitar., Bogdanov, Bogdan., Angelova, Krasimira., Markovska, Irena., Hristov, Yancho, Synthetic Zeolite Structure, Classification Current Trend in Zeolite Synthesis, International Science conference, Stara Zagora, Bulgaria, 2009.

[30] Figueiredo, Luis., Pereira, Mariette M dan Faria, Joaquim, Catalyst from Theory to Application. Portugal: Imprensa Da Universidade De Coimbra, 2008.

[31] Sang, Ooi Yean., Twaiq, Farqouq., Zakaria, Ridzuan., Mohamed, Abdul Rahma., Bhatia, Subhash. Biofuel Production from Catalytic Cracking of Palm Oil. Energy Source, 25: 859-869, 2003.

[32] Zeolyst International, ZSM-5, 2010.

[33] Lu, Jiangyin., Zhao, Zhen., Xu, Chunming., Duan, Aijun dan Zhang, Pu, Effects of Calcination Temperature on the Acidity and Catalytic Performances of HZSM-5 Zeolite Catalysts for the Catalytic Cracking of n-Butane, Journal of Natural Gas Chemistry14 (213–220), 2005.

(12)

[35] Frety, Roger., Rocha, Maria da Graca C. da., Brandao, Soraia T., Pontes, Luiz A. M., Padilha, Jose F., Borges, Luiz E. P dan Gonzalez, Wilma A., Cracking and Hydrocracking of Triglycerides for Renewable Liquid Fuels: Alternative Processes to Transesterification. J. Braz. Chem. Soc., Vol. 22, No. 7, 1206-1220, 2011.

[36] Taufiqurrahmi, Niken dan Bhatia, Subhash, Catalytic Cracking of Edible and Non-Edible Oils for the Production of Biofuels, Energy and Evironmental Science,4, 1087-1112, 2011.

[37] Ortega, D., Norena, L., Aguilar, J., Hernandez, I dan Ramirez, V. Recycling of Plactic Materials Employing Zeolite and MCM-41 Material, Revista Mexicana de Ingeniería Química, Vol. 5, No. 3: 189-195, 2006.

[38] Rengga, Wara Dyah Pita., Handayani, Prima Astuti., Kadarwati, Sri dan Feinnudin, Agung, Kinetic Study on Catalytic Cracking of Rubber Seed (Hevea brasiliensis) Oil to Liquid Fuels, Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 10 (1), 50-60, 2015.

[39] Indonetwork, Distributor Minyak Goreng, 2015. [40] PT Pertamina, Daftar Harga BBK 2015, Jakarta, 2015.

[41] Sutarno, Harga Avtur Pertamina Turun 7,2 -8,9 %, Tiket Pesawat Ikut Turun, Industri Bisnis.com, 2015.

[42] PT Pertamina, Harga Bahan Bakar Minyak, Jakarta, 2015.

[43] Buzetzki, Eduard., Svanova, Katarina dan Cvengros, Jan, Zeolite Catalyst In Cracking Natural Triacylgliserols, 44th International Petroleum Conference, 2009.

(13)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Oleokimia dan Laboratorium Analisa, Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS). Penelitian ini dilakukan selama 6 bulan. Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji pengaruh suhu operasi dan waktu reaksi terhadap yield dan distribusi biofuel yang dihasilkan dengan menggunakan katalis ZSM-5. Hasil yang diperoleh dianalisa menggunakan alat gas kromatografi (GC).

3.1 BAHAN YANG DIGUNAKAN

1.Palm Olein(minyak komersial dengan merek dagang “Tropical”) 2.Katalis ZSM-5 (ZSM-5 dari zeolyst international)

3.2 PERALATAN YANG DIGUNAKAN 1.Reaktor bertekanan (high pressure reactor) 2.Furnace

3.Neraca elektrik

4.Alat gas kromatografi 5.Beaker glass

6.Cawan porselen 7.Spatula

(14)

Gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Peralatan Eksperimen

Keterangan gambar: 1. Pembaca suhu 2. Pembaca tekanan 3. Safety valve 4. Reaktor 5. Sensor suhu

Reaktor ini memiliki panjang (p) 27 cm dan diameter (D) 9,5 cm dengan volume 1913 ml dengan menggunakan sumber panas dari listrik. Reaksi catalytic cracking terjadi pada fase gas dengan volume awal palm olein 537,63 ml (ρ=0,93

1

2 3

4

(15)

g/ml). Selama reaksi tidak ada gas yang keluar dari reaktor, namun ketika tekanan berlebih reaktor secara otomatis akan menurunkan tekanan melalui safety valve.

3.3 PERANCANGAN PENELITIAN

Bahan baku yang akan diteliti adalah palm olein dengan massa 500 g. Katalis yang digunakan adalah ZSM-5 dengan rasio 2% (10 g) dari berat bahan baku [28]. Katalis yang digunakan dikalsinasi pada suhu 600 oC selama 6 jam [2] dikarenakan katalis ZSM-5 (CBV5524G) melepaskan ammonia pada suhu tinggi [32], dimana dari hasil kalsinasi pada keadaan operasi tersebut bentuk kation HZSM-5 akan didapatkan dari kation NH4ZSM-5 [2]. Kalsinasi dari katalis akan

memberikan kestabilan yang lebih lama pada katalis dan akan meningkatkan konversi [33]. Penelitian ini dilakukan dengan variasi suhu operasi dan waktu reaksi pada proses catalytic cracking. Adapun perlakuan dari penelitian dapat dilihat dari tabel 3.1.

Tabel 3.1 Perlakuan Penelitian

Variabel penelitian Kondisi operasi

Suhu (oC) 375 400 425 450

Waktu operasi (menit) 60 90 120 150

3.4 PROSEDUR PENELITIAN

1. Dilakukan kalsinasi ZSM-5 pada suhu 600 oC selama 6 jam [2].

2.Ditimbang palm olein sebanyak 500 g, katalis ZSM-5 sebanyak 10 g dan dimasukkan kedalam reaktor.

3.Campuran dipanaskan hingga mencapai suhu operasi tertentu dengan waktu reaksi tertentu.

4.Suhu reaktor diturunkan hingga mencapai suhu ruangan (30 oC) dan dilakukan rilis gas pada reaktor.

(16)

6. Ditimbang massa liquid product dan padatan yang dihasilkan.

7.Dilakukan analisa komposisi hidrokarbon dari liquid product dengan menggunakan alat gas kromatografi (GC).

3.5 FLOWCHART PENELITIAN

Mulai

ZSM-5 dikalsinasi pada suhu 600 oC selama 6 jam

Ditimbang palm olein sebanyak 500 g, katalis ZSM-5 sebanyak 10 g dan dimasukkan kedalam reaktor.

Campuran dipanaskan hingga mencapai suhu operasi tertentu dengan waktu reaksi tertentu

Ditimbang massa liquid product dan padatan yang dihasilkan Suhu reaktor diturunkan hingga mencapai suhu ruangan (30 oC)

dan dilakukan rilis gas pada reaktor.

Dipisahkan produk yang terbentuk antara padatan dan liquid product dengan menggunakan kertas saring.

(17)

Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Catalytic Cracking

Dilakukan analisa komposisi hidrokarbon dari liquid product dengan menggunakan alat gas kromatografi (GC)

Selesai Apakah ada perlakuan lain?

Ya

Tidak A

(18)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU PALM OLEIN

Pada penelitian ini digunakan palm olein sebagai bahan baku. Palm olein merupakan fraksi cair yang diperoleh dari hasil fraksinasi minyak sawit. Adapun palm olein ini dianalisis dengan menggunakan GC (Gas Chromatography) untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang terkandung didalamnya.

Berikut merupakan komposisi asam lemak dari palm olein yang ditentukan menggunakan hasil analisis GC.

Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak Palm Olein

(19)

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Palm Olein No. Puncak Retention Time

(menit) Komponen Penyusun

Komposisi % (b/b)

1 13,522 Asam Laurat (C12:0) 0,2208

2 16,515 Asam Miristat (C14:0) 1,0710

3 19,240 Asam Palmitat (C16:0) 38,647

4 19,509 Asam Palmitoleat (C16:1) 0,2048

5 21,521 Asam Stearat (C18:0) 3,5960

6 21,845 Asam Oleat (C18:1) 43,2073

7 22,357 Asam Linoleat (C18:2) 12,2946

8 23,051 Asam Linolenat (C18:3) 0,2812

9 23,763 Asam Arakidat (C20:0) 0,3241

10 24,174 Asam Eikosenoat (C20:1) 0,1526

Berdasarkan komposisi asam lemak dari palm olein diketahui terdapat 3 komponen asam lemak dominan yang tampak pada nomor puncak 6 yang merupakan asam lemak tak jenuh berupa asam oleat sebesar 43,2073 %, pada nomor puncak 3 yang merupakan asam lemak jenuh berupa asam palmitat sebesar 38,647 % dan pada nomor puncak 7 yang merupakan asam lemak jenuh berupa asam linoleat sebesar 12,2946 %. Selain hal itu juga diketahui bahwa palm olein memiliki rantai karbon dari rentang C12-C20, dengan persentase komposisi rantai

karbon terbesar pada rantai karbon C18 dengan jumlah 47,0845 %.

Komposisi kandungan asam lemak jenuh dan tak jenuh dari palm olein disajikan pada tabel berikut:

Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada Palm Olein Komposisi Persentasi (%)

Asam Lemak Jenuh 43,8589 Asam Lemak Tak Jenuh 56,1410

(20)

lebih besar dan residu asam yang lebih sedikit dibandingkan dengan oleat yang memiliki ikatan rangkap pada atom C [35]. V.P. Doronin et al (2013) menyatakan bahwa besarnya jumlah ikatan tidak jenuh pada asam lemak yang terkandung pada trigliserida akan meningkatkan pembentukan hidrokarbon aromatik [22]. Pembentukan hidrokarbon aromatik akan mengakibatkan proses polimerisasi [36], sehingga besarnya kandungan asam lemak tak jenuh dalam olein ini akan menghasilkan senyawa aromatik yang akan cenderung untuk terpolimerisasi.

4.2 PENGARUH KALSINASI KATALIS TERHADAP YIELD PRODUK DAN DISTRIBUSI LIQUID PRODUCT

Pada proses catalytic cracking minyak sawit ini dihasilkan produk dalam tiga fasa, yakni dalam bentuk padatan, gas dan liquid product. Produk gas dihasilkan dalam proses deoksigenasi dan perengkahan hidrokarbon ringan dari olefin dan parafin [31], dimana komponen utama dari gas ini adalah CO, CH4,

C2H6 dan H2 [14]. Dimana massa dari gas ini dapat dihitung berdasarkan neraca

massa, dengan mengurangi jumlah bahan baku dengan jumlah padatan dan liquid product yang terbentuk. Padatan berasal hasil reaksi deoksigenisasi dan cracking tahap pertama dan juga berasal dari coke yang merupakan hasil polimerisasi dari senyawa aromatik maupun dari kondensasi trigliserida maupun asam lemak [31]. Liquid product merupakan senyawa hasil dekomposisi dari senyawa organik yang dapat berbentuk senyawa hidrokarbon alifatik, siklik, aromatik, ester ataupun senyawa yang dapat didientifikasikan sebagai biogasolin, kerosen dan diesel [31].

Adapun pengaruh kalsinasi katalis terhadap komposisi dari produk dalam fasa padat, cair (liquid product dalam rentang C6-C28) dan gas dapat dilihat dari

(21)

Gambar 4.2 Pengaruh Kalsinasi Katalis Terhadap Komposisi ProdukHasil Catalytic Cracking Pada Suhu 400 oC dan Waktu 120 Menit

Gambar diatas menunjukkan pengaruh kalsinasi katalis terhadap komposisi produk hasil catalytic cracking. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa penggunaan katalis dengan kalsinasi memberikan nilai yield liquid product yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan menggunakan katalis tanpa kalsinasi, dimana diperoleh nilai 84,82 % pada penggunaan katalis dengan kalsinasi dan 80,24% pada penggunaan katalis tanpa kalsinasi. Penggunaan katalis dengan kalsinasi juga menurunkan terbentuknya gas sebesar 4 % dan padatan sebesar 0,58 % jika dibandingkan dengan penggunaan katalis tanpa mengalami kasinasi.

Penggunaan katalis juga memberikan pengaruh pada komposisi liquid product, dimana pada komponen dengan ikatan karbon C18-C28 pada proses tanpa

menggunakan katalis yang dikalsinasi diperoleh nilai 64,05 % dan proses menggunakan katalis yang dikalsinasi diperoleh nilai 57,53 %. Komponen C14-C16

memiliki nilai tertinggi pada proses dengan menggunakan katalis yang dikalsinasi dengan nilai 19,52 % dan proses menggunakan katalis tanpa kalsinasi diperoleh nilai 10,29 %. Komponen C6-C12 tidak memiliki perubahan yield yang signifikan

dimana nilai yield dari penggunaan katalis tanpa kalsinasi dan menggunakan katalis yang dikalsinasi berturut-turut adalah 25,66 % dan 22,95 %.

Gas

Padatan

C6-C12

C14-C16

(22)

Katalis ZSM-5 memiliki kation NH4+, dimana pada proses kalsinasi akan

melepas ammonia (NH3) yang akan mengubah kation NH4+ menjadi kation H+

[32]. Proses kalsinasi akan meningkatkan ketahan dan kestabilan terhadap suhu dari katalis ZSM-5, serta juga mempengaruhi selektitas dan keasamam dari katalis [33]. Keasaman dan selektifitas dari katalis akan mempengaruhi distribusi produk, yield liquid product dan yield gas, dimana keasaman dan selektifitas yang tinggi akan mengarah pada pemberntukan hidrokarbon rantai pendek alifatik, siklik dan aromatik [36].

Pengaruh kalsinasi pada katalis dari kondisi operasi diatas memberikan nilai yang lebih tinggi untuk yield liquid product dan distribusi C14-C16 dibanding

penggunaan katalis tanpa kalsinasi, namun menurunkan nilai yield dari produk gas, padatan dan produk rantai panjang (C18-C28).

Penggunaan katalis dalam proses catalytic cracking ini karena proses ini lebih cepat dan lebih selektif jika dibandingkan termal cracking dan juga dapat dijalankan pada kondisi reaksi lebih rendah, meminimalkan coke, gas dan hidrokarbon berat dan memaksimalkan liquid product yang cocok untuk bahan bakar [34]. Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh V.P Doronin (2013) dilaporkan bahwa penggunaan proses catalytic cracking dalam menghilangkan kandungan O menjadi H2O, CO dan CO2 jauh lebih besar dibandingkan proses

thermal cracking. [22]. Penggunaan termal cracking tidak dipertimbangkan karena menghasilkan OLP (organic liquid product) yang mengandung komponen oxygenated yang tinggi sedangkan pada catalytic cracking, katalis memiliki kemampuan yang besar untuk menghilangkan kandungan oksigen yang dikonversi kedalam bentuk CO, CO2 , H2O dan menghasilkan campuran hidrokarbon bebas

(23)

4.3 PENGARUH TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI TERHADAP KOMPOSISI PRODUK HASIL CATALYTIC CRACKING

Adapun pengaruh temperatur dan waktu reaksi terhadap komposisi produk hasil catalytic cracking dapat dilihat pada grafik berikut.

Gambar 4.3 Pengaruh Temperatur dan Waktu Reaksi Terhadap Komposisi Produk Hasil Catalytic Cracking

Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh temperatur dan waktu reaksi terhadap komposisi produk hasil catalytic cracking. Dari gambar diatas diketahui bahwa dari hasil catalytic cracking diperoleh produk dalam 3 fasa yakni padat, cair (liquid product C6-C28) dan gas.

Apabila komposisi gas ditinjau berdasarkan penambahan termperatur maupun waktu reaksi pada berbagai waktu dan temperatur diketahui bahwa komposisi gas selalu mengalami peningkatan. Komposisi gas terkecil diperoleh pada tenperatur 375 oC saat waktu reaksi 60 menit dengan nilai 6,50 % dan komposisi gas terbesar diperoleh pada temperatur 450 oC saat waktu reaksi 150 menit dengan nilai 32,96 %. Tamunaidu dan Bhatia (2007) menyatakan bahwa yield dari gas akan meningkat dengan bertambahnya suhu reaksi dan waktu tinggal dari proses catalytic cracking [3]. Adapun gas terbentuk pada proses secondary cracking pada perengkahan hidrokarbon ringan dan reaksi deoksigenasi

450 oC 425 oC

400 oC 375 oC

Gas

Liquid product

(24)

[31]. Hal inilah yang menyebabkan nilai yield dari gas dapat meningkat dengan bertambahnya temperatur dan waktu reaksi.

Komposisi padatan menunjukkan pola yang sedikit berbeda jika dibandingkan dengan komposisi gas jika ditinjau berdasarkan penambahan waktu reaksi pada berbagai rentang temperatur, dimana komposisi padatan terbesar diperoleh pada temperature 375 oC saat waktu reaksi 60 menit sebesar 43,06 %. Pada temperatur 375 o dan 400 oC komposisi padatan cenderung menurun dengan meningkatnya waktu reaksi, namun pada temperatur 450 oC komposisi padatan cenderung meningkat dengan penambahan waktu reaksi. Padatan dapat terbentuk dari kondensasi asam lemak dan trigliserida, ataupun residu yang dihasilkan proses deoksigenisasi maupun pembentukan coke yang dapat diakibatkan polimerisasi lanjut dari senyawa aromatik [31]. Jika dirujuk berdasarkan mekanisme reaksi Rafel Luque et al (2011) proses deoksigenasi merupakan tahap awal dari reaksi catalytic cracking sedangkan pembentukan coke dari polimerisasi lanjut aromatik terjadi setelah proses cracking tahap awal dan deoksigenasi [34]. Hal ini mengindikasikan bahwa pada temperatur 375 o dan 400 oC padatan yang terbentuk sebagian besar terbentuk dari proses deoksigenasi maupun kondensasi trigliserida ataupun asam lemak, dimana pada proses ini masih terjadi peningkatan konversi sehingga residu padatan yang terbentuk semakin kecil dengan penambahan waktu reaksi. Pada suhu 450 OC padatan yang terbentuk diindikasikan sebagaian besar merupakan coke yang berasal dari polimerisasi lanjut senyawa aromatik, dikarenakan pada temperatur ini gas yang terbentuk lebih tinggi dibanding kondisi operasi lainnya sehingga diduga telah terbentuk aromatik yang dapat terpolimerisasi dan hidrokarbon berantai pendek. Kandungan dari asam lemak tak jenuh yang besar dari bahan baku penelitian ini juga berkontribusi dalam pemberntukan padatan, dikarenakan kecenderungan dari asam lemak tak jenuh untuk memberntuk senyawa aromatik yang dapat terpolimerisasi lebih lanjut yang berujung pada pembentukan coke akan meningkatkan jumlah padatan yang diperoleh.

(25)

Kondisi operasi tersebut akan memiliki kecederungan yang berbeda terhadap nilai dari masing-masing fasa produk yang dihasilkan, sehingga kondisi operasi yang mengarah pada pembentukan salah satu fasa produk akan mempengaruhi komposisi produk keseluruhan. Komposisi dari liquid product tertinggi akan diperoleh ketika jumlah komposisi gas dan padatan yang dihasilkan seminimal mungkin. Adapun dari hasil penelitian diketahui bahwa nilai liquid product tertinggi diperoleh pada temperature 400 oC dengan waktu reaksi 120 menit.

4.4 PENGARUH DARI WAKTU DAN TEMPERATUR REAKSI TERHADAP YIELD DARI LIQUID PRODUCT

Adapun pengaruh waktu reaksi terhadap yield dari liquid product pada rentang suhu 375-450 oC dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap Yield Liquid Product Pada Temperatur 375-450 oC

Gambar 4.4 menunjukkan pengaruh waktu reaksi terhadap yield dari liquid product pada rentang suhu 375-450 oC. Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa yield liquid product tertinggi diperoleh pada suhu 400 oC saat waktu reaksi 120 menit dengan nilai 84,82 % dan menurun pada waktu selanjutnya. Pada suhu reaksi 425 dan 450 oC yield liquid product menunjukkan tren menurun dengan bertambahnya waktu reaksi, dengan nilai yield liquid product maksimal terdapat pada menit ke 60 dengan nilai masing-masing 81,94 % dan 74.06 %. Pada suhu

Suhu 375 oC

Suhu 400 oC

Suhu 425 oC

(26)

375 oC yield liquid product masih meningkat hingga mencapai waktu reaksi 150 menit, dimana yield liquid product terendah diperoleh pada suhu 375 oC saat waktu reaksi 60 menit dengan nilai 54,44 % dan yield tertinggi pada waktu reaksi 150 menit dengan nilai 83,04 %.

Li et al (2014) juga melakukan penelitian mengenai proses catalytic cracking pada minyak biji karet, dimana mereka melakukan penelitian pada rentang temperatur dari 400-440 oC dan waktu dari 70-120 menit. Li et al menemukan bahwa yield liquid product terbaik diperoleh pada 420 oC dan waktu 90 menit dengan nilai 75,6 % pada rasio katalis 2% dari minyak. Li et al menyatakan bahwa yield liquid product meningkat dengan bertambahnya suhu reaksi, namun akan menurun setelah mendapatkan nilai yield maksimum dengan menaikkan suhu reaksinya, hal ini dikarenakan beberapa liquid product akan di-rengkah menjadi produk gas dan akan menghasilkan penurunan yield pada produk cair [14]. Hal inilah yang membuat perolehan liquid product hasil catalytic cracking menurun dengan bertambahnya waktu dan suhu reaksi setelah mencapai nilai maksimal.

(27)

4.5 PENYEBARAN KOMPOSISI BIOFUEL PADA BERBAGAI TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI

Penyebaran komposisi biofuel pada temperatur 375-450 oC dan waktu reaksi dari 60-150 menit dapat dilihat dari gambar berikut, dimana distribusi produk dikelompokkan berdasarkan ikatan karbon yang dikelompokkan atas: ikatan karbon C5-C12 yang diidentifikasikan sebagai gasolin, ikatan karbon C13

-C14 dan C15-C17 yang diidentifikasikan sebagai bahan bakat jet dan kerosen dan

ikatan karbon C18-C28 yang diidentifikasikan sebagai gas oil/ diesel [37].

Pengelompokan biofuel berdasarkan jumlah ikatan karbon ini didasarkan atas hasil analisa GC tanpa melalui proses fraksinasi liquid product

Gambar 4.5 Pola Penyebaran Komposisi Biofuel Pada Berbagai Temperatur dan Waktu Reaksi

Gambar diatas menunjukkan pola penyebaran komposisi biofuel terhadap waktu dan temperatur reaksi pada ikatan karbon C6-C12, C14-C16 dan C18-C28. Dari

hasil analisa bahan baku diketahui bahwa palm olein memiliki rentang karbon antara C12-C20, namun dari hasil analisa liquid product diketahui bahwa biofuel

yang diperoleh memiliki rantai karbon <C12 (rantai terpendek bahan baku) dan

>C20 (rantai terpanjang bahan baku. Keberadaan produk dengan ikatan karbon

dibawah C12 membuktikan proses cracking (perengkahan) telah terjadi selama

reaksi, namun keberadaan produk dengan rantai karbon diatas C20

375 oC 400 oC 425 oC 450 oC

>C28-C32

C18-C28

C14-C16

(28)

mengindikasikan telah terjadi proses polimerisasi pada waktu yang bersamaan saat terjadi reaksi. Hasil analisa dari bahan baku juga menunjukkan bahwa kandungan asam lemak tak jenuh (ada ikatan rangkap) lebih dominan dibandingkan dengan kandungan asam lemak jenuh. V.P. Doronin et al (2013) menyatakan bahwa besarnya jumlah ikatan tidak jenuh pada asam lemak yang terkandung pada trigliserida akan meningkatkan pembentukan hidrokarbon aromatik [22]. Pembentukan hidrokarbon aromatik dapat mengalami proses polimerisasi [36] membentuk hidrokarbon dengan rantai panjang.

Jika penyebaran komposisi ditinjau berdasarkan penambahan waktu reaksi diberbagai rentang temperatur, beberapa kondisi menunjukkan nilai yang fluktuatif pada penyebaran liquid product. Fluktuasi nilai dari distribusi liquid product terhadap pengaruh suhu dan waktu reaksi juga dipeoleh dalam penelitian yang dilaporkan oleh Nurjannah Sirajudin et al (2013) [8] dan Wara Dyah Pita Rengga et al (2015) [38]. Hal ini dapat disebabkan oleh banyaknya kemungkinan reaksi yang dapat terjadi dari proses catalytic cracking minyak sawit, dimana dalam alur proses catalytic cracking minyak sawit yang dilaporkan oleh Taufiqurrahmi dan Subhash Bathia (2011) diketahui bahwa terdapat beberapa reaksi terjadi yakni reaksi deoksigenisasi, oligomerisasi pada light olefin, aromatisasi, alkilasi, isomerisasi dan polimerisasi [36], yanga mana berbagai mekanisme reaksi yang terjadi ini dapat mempengaruhi komposisi ataupun penyebaran dari biofuel yang dihasilkan. Komposisi asam lemak jenuh yang besar dalam bahan baku ini juga berpengaruh pada komposisi ikatan karbon dari liquid product ini, dikarenakan besarnya komponen asam lemak tak jenuh yang dapat menghasilkan hidrokarbon aromatik yang cenderung untuk terpolimerisasi. Hal ini dikonfirmasi oleh hasil analisis liquid product dimana terdapat komponen ikatan karbon >C20 yang mana jumlah karbon ini lebih besar dari jumlah karbon

pada bahan baku, hal ini mengindikasikan telah terjadi polimerisasi dalam proses catalytic cracking yang dilakukan diakibatkan besarnya kandungan asam lemak tak jenuh dalam bahan baku.

(29)

150 menit dengan nilai 20,98 % dan liquid product dengan rantai C18-C28 pada

suhu 425 oC dan waktu reaksi 60 menit dengan nilai 66,11 %. Jika nilai ini dibandingkan dengan yield liquid product tertinggi pada suhu 400 oC saat waktu reaksi 120 menit komposisi yang diperoleh adalah C6-C12 sebesar 22,95 %, C14

-C16 sebesar 19,52 % dan C18-C28 sebesar 57,53 %. Kondisi ini tidak ideal untuk

menghasilkan produk dengan jumlah karbon rendah (<C12), namun lebih

mengarah pada pembentukan produk dengan jumlah karbon besar (>C18). Apabila

ditinjau pada nilai komposisi rantai karbon terbesar C6-C12 pada suhu 450 oC saat

waktu reaksi 60 menit nilai yield liquid product sebesar 74,06 %, nilai ini lebih kecil dibandingkan nilai liquid produk tertinggi sebesar 84,82 %. Hal ini menunjukan kondisi operasi saat perolehan yield liquid product tertinggi dapat berbeda dengan kondisi operasi saat perolehan komposisi biofuel dengan rantai rendah terbesar.

(30)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian yang telah dilakukan adalah :

1. Tingginya kandungan asam lemak tak jenuh dari palm olein mengindikasikan terjadinya proses polimerisasi, yang diindikasikan dengan terdapatnya komponen >C20 dari hasil analisis GC dari liquid product yang tidak terdapat

pada bahan baku.

2. Peningkatan keasaman katalis pada temperatur 400 oC saat waktu reaksi 120 menit meningkatkan perolehan liquid product sebesar 4,58 % dan menurunkan perolehan gas sebesar 4,00 % dan padatan sebesar 0,58 %, selain itu meningkatkan perolehan produk untuk rantai karbon <C16.

3. Perbedaan keadaan operasi menghasilkan perbedaan dalam komposisi produk hasil catalytic cracking (padatan, liquid product dan gas), dimana dari hasil penelitian diperoleh yield gas tertinggi sebesar 32,96 % pada temperatur 450

o_{C saat waktu reaksi 150 menit, yield padatan tertinggi sebesar 43,06 % pada}

temperatur 375 oC saat waktu reaksi 60 menit dan yield liquid product tertinggi sebesar 84,84 % pada temperatur 400 oC saat waktu reaksi 120 menit.

4. Temperatur dan waktu reaksi menyababkan perbedaan dalam komposisi biofuel, dimana pada temperatur 425 o dan 450 oC pemberntukan biofuel cenderung mengarah pada C6-C12 sedangkan pada temperatur 375 dan 400 oC

pemberntukan biofuels mengarah pada produk C18-C32.

(31)

5.2 SARAN

Adapun saran yang dapat diberikan adalah :

1. Disarankan untuk melakukan variasi jenis, variasi kalsinasi katalis dan rasio dari katalis/bahan baku untu mengetahui jenis, temperatur kalsinasi dan rasio katalis terbaik.

2. Dilakukan optimalisasi yield liquid product pada temperatur 425 o dan 450 oC atau pada temperatur lebih tinggi untuk waktu reaksi catalytic cracking yang lebih singkat.

(32)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1MINYAK KELAPA SAWIT

Kelapa sawit (Elaeis guianensis) berasal dari Afrika [16]. Buah sawit ini adalah sumber dari minyak sawit (yang diekstrak dari buahnya) dan minyak inti sawit (yang diekstrak dari bijinya) [17]. Indonesia merupakan produsen minyak sawit (Crude Palm Oil) terbesar di dunia dengan volume mencapai 25 juta ton tahun 2012 dan devisa ekspor yang dihasilkan dari sektor kelapa sawit tahun 2012 tercatat US$ 19,65 miliar atau sekitar 200 triliun rupiah [18].

Jumlah produksi minyak sawit global dapat dilihat pada gambar 2.1, dimana sejak tahun 2006 Indonesia menjadi penghasil minyak sawit terbesar di dunia melewati Malaysia.

[image:32.595.168.495.384.632.2]

Gambar 2.1 Produksi Minyak Sawit Global [18]

(33)

[image:33.595.108.520.88.528.2]

Tabel 2.1 Jenis Produk Turunan Minyak Sawit [18]

Tingkatan Proses Jenis Produk

Bahan baku tingkat 1 Buah sawit, kernel sawit, crude palm oil

Produk Hilir tingkat 1 Palm kernel mill/expeller, crude palm stearin, crude palm olein, crude palm kernel olein, crude palm kernel stearin, refined bleached deodorized (RBD) palm stearin, RBD palm oil, RBD palm kernel oil, palm fatty acid destilate (PFAD)

Produk Hilir tingkat 2 RBD palm olein curah dan RBD palm olein dalam kemasan bermerek, RBD palm stearin

Produk Hilir tingkat 3 & 4 Margarine, shortening, sabun padat, Special Fats (CBS-Cocoa Butter Substitute & CBA)

Asam palmitat (surfaktan), plastisizer, asam palmitat (lilin,crayon), asam stearat (rubber grade), asam stearat (stabilizer, coating), asam oleat (surfaktan), MCT (farmasi), PK diethonamide (foam booster), alkohol (detergents), monodigliserida (stabilizer)

Gas metan, hidrogen, listrik ET, pulp/paper, briket arang, biolubricant, papan partikel, anti oksidan (betakaroten, tokoferol, tokotrienol), mineral oil surfactant, bioavtur (bahan bakar jet), bioplastik dan biochemicals

2.2PALM OLEIN

(34)

diperoleh [13] dan juga akan mempengaruhi yield dan komposisi produk yang dihasilkan [9].

[image:34.595.125.518.183.333.2]

Adapun komposisi dari asam lemak dari palm olein ditunjukan pada tabel 2.2.bawah

Table 2.2 Komposisi Asam Lemak dari Palm Olein [21] Nama Asam Lemak Jumlah C Komposisi

Laurat 12:0 0.3

Miristat 14:0 1,0

Palmitat 16:0 39,8

Palmitoleat 16:1 0,2

Stearat 18:0 4,4

Oleat 18:1 42,2

Linoleat 18:2 11,2

Linolenic 18:3 0.4

Arahidic 20:0 0,4

Dari tabel 2.2 dapat dilihat bahwa komposisi dari palm olein didominasi oleh asam lemak tak jenuh. Kandungan asam lemak jenuh dan tak jenuh dalam trigliserida mempengaruhi proses catalytic cracking, tranformasi dari asam stearat (asam lemak jenuh) memberikan yield yang tinggi untuk fraksi gasoline dan produk gas apabila dibandingkan dengan asam oleat (asam lemak dengan ikatan rangkap) [22].

2.3CATALITYC CRACKING

Catalytic cracking adalah proses pemutusan rantai karbon dari molekul hidrokarbon. Proses ini sangat penting dalam industri refinery. Tujuan utama dari catalytic cracking adalah untuk mengkonversi umpan dalam fraksi berat menjadi molekul hidrokarbon lebih rendah [23]. Sebelum adanya catalytic cracking, thermal cracking merupakan proses utama yang tersedia untuk mengkonversi bahan baku menjadi produk yang lebih ringan [24]. Catalytic cracking lebih baik dibandingkan termal cracking karena menggunakan suhu yang lebih rendah, menghasilkan gasoline dengan oktana tinggi dan fraksi minyak berat lebih rendah [25].

(35)

cara lain untuk memproduksi bahan bakar cair yang mengandung linear dan siklo paraffin, olefin, aldehid, keton dan asam karboksilat [16]. Produk biofuel yang dihasilkan seperti fraksi diesel dan fraksi gasoline bisa menjadi alternatif bahan bakar dari minyak tumbuhan atau lemak yang ramah lingkungan karena bebas dari nitrogen dan sulfur (mengurangi efek rumah kaca dan polusi udara lokal) [26].

[image:35.595.140.495.338.662.2]

Proses cracking pada minyak nabati atau lemak hewani berlangsung dalam dua langkah berbeda yang berturut-turut. Tahap pertama ditandai dengan pembentukan asam lemak dengan konsentrasi tinggi, karena dekomposisi termokimia triasilgliserida. Tahap kedua ditandai dengan degradasi asam lemak yang dihasilkan pada tahap pertama yang mengarah pada pembentukan hidrokarbon dengan konsentrasi tinggi [7]. Adapun mekanisme proses cracking dari trigliserida dapat dilihat pada gambar 2.2 dibawah ini:

(36)

mencapai produk lain dimulai dengan pemutusan dari ikatan C-O dan C-C. Pada dekomposisi termal trigliserida dan heavy oxygenated hidrokarbon selalu diawali selalu diawali pada suhu 240-300 oC [34]. Setelah tahap pertama tahap kedua adalah perengkahan heavy hidrokarbon dan oxygenated menjadi parafin dan olefin rantai panjang dan pendek, CO2, CO, H2O dan alkohol. Light olefin akan

mengalami proses reaksi oligomerisasi yang dapat digunakan seperti gasolin, kerosene dan diesel [36]. Alur reaksi yang terjadi dapat berbeda bergantung pada ikatan rangkap yang ada pada heavy oxygenated hidrokarbon [34].

Catalytic cracking minyak nabati menggunakan katalis padat untuk meningkatkan yield produk. Catalytic cracking digunakan untuk menurunkan konsumsi energi untuk mengkonversi umpan menjadi menjadi fraksi ringan seperti gasolin [27].

Proses catalytic cracking salah proses untuk memproduksi biofuel yang dikonversi dari minyak tumbuh-tumbuhan selain proses transesterifikasi. Perbedaan produk yang dihasilkan dari proses transesterifikasi dan catalytic cracking dapat dilihat pada gambar 2.3.

[image:36.595.126.454.419.552.2]

Gambar 2.3 Konversi Minyak Sawit menjadi Biofuels [16]

2.4ZEOLITE ZSM-5

Zeolite adalah kristal alumina silikat yang memiliki bentuk pori teratur [24]. Zeolite merupakan salah satu kelompok penting dari katalis padat. Dalam industri petrokimia zeolite digunakan untuk perengkahan (cracking) dan isomerisasi [12]. Identifikasi zeolit sebagai mineral bermula pada 1756 ketika mineralogi swedia,

(37)

tambang tembaga di Swedia. Kristal tersebut diberi nama zeolit yang dari bahasa Yunani berarti "batu didih", yang memiliki kemampuan untuk berbuih saat dipanaskan sampai sekitar 200 °C [28].

Dasar bangunan silika-alumina dari zeolit adalah tetrahedral. Masing-masing tetrahedral terdiri dari atom silika atau alumina pada bagian tengah tetrahedral dengan atom oksigen pada bagian sudut [24].

[image:37.595.268.425.221.304.2]

Gambar 2.4 Struktur Bangun Utama dari Zeolit [29]

Unit bangun utama dari zeolit kemudian membentuk unit bangun kedua (SBU) yang mana dapat berbentuk polihedral sederhana seperti kubus, prisma heksagonal atau oktahedral. Gabungan unit kedua tersebut akan membentuk rangka dari zeolit [30]. Rumus molekul dari zeolit adalah Mx/n

[(AlO2)x(SiO2)y]·wH2O, dimana M adalah kation alkali atau alkali tanah, n adalah

valensi dari kation, w jumlah dari molekul air per unit sel, x and y adalah jumlah total

dari tetrahedral per unit sel, and rasio y/x selalu memiliki nilai dari 1 sampai 5,

meskipun untuk zeolit silika, y/x dapat bernilai 10 sampai 100 [29].

Saat ini lebih dari 150 zeolit yang telah disintesis. Beberapa zeolit sintesis yang

umum adalah zeolit A, X, Y dan ZSM-5 [28]. Komisi dari International Zeolite

Association (IZA) memberikan informasi dari semua tipe zeolit. Ada tiga kode huruf

(seperti : FAU untuk X dan Y zeolit, MFI untuk ZSM-5, LTA untuk zeolit A dan

lainnya) sebagai tanda dari masing-masing struktur zeolit [30]. Jenis dari ukuran dan

model oksigen packing dari zeolit dapat dilihat dari table 2.3.

Table 2.3 Karakteristik Beberapa Katalis [27] Katalis Kristalinitas Struktur Ukuran

pori (Ao)

Luas permukaan (m2/g)

Kation Selektifitas

Silica Amorf Na 114 211 Netral Tidak

Ɣ-Silika Amorf Na 149 241 Netral Tidak

(38)

Alumina

USY Sangat

mengkristal

Cubic 7,4 H

Modernite Sangat mengkristal

Ortohombik 6,7 112 H

Erionite Sangat mengkristal

Heksagonal 3,8 “N” Sangat

tinggi ZSM-5 Sangat

mengkristal

Tetrahedral 5,5 425 H Sangat

tinggi

Penggunaan katalis dapat menurunkan konsumsi energi yang digunakan dalam reaksi. Adapun peran katalis H-zeolite dalam proses catalytic cracking dapat dilihat pada gambar 2.5.

[image:38.595.108.536.85.214.2]

Gambar 2.5 Mekanisme Proses Catalytic Cracking Menggunakan Katalis H-Zeolite [31]

Adapun sifat fisika dan sifat kimia dari ZSM-5 (CBV5524G) dapat dilihat dari tabel 2.3 dibawah ini:

Tabel 2.3 Sifat Fisika dan Sifat Kimia ZSM-5 [32] Rasio mol SiO2/Al2O3 50

Bentuk kation Ammonium

Luas permukaan 425 m2/g

[image:38.595.197.459.303.544.2]

(39)

2.5 POTENSI EKONOMI BIOFUEL DARI PALM OLEIN

Penurunan produksi minyak mentah menarik minat dalam pengembangan bahan bakar dari minyak tumbuh-tumbuhan. Disisi lain Indonesia juga merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar didunia yang volume produksinya selalu mengalami kenaikan tiap tahunnya., hal ini menciptakan peluang pemanfaatan palm olein sebagai bahan baku bakar terbarukan. Adapun pengembangan biofuel (biogasolin, biokerosen dan biodiesel) masih sangat terbuka mengingat biogasolin dan biodiesel merupakan sumber utama bahan bakar kendaraan sedangkan kerosen biasa digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga. Penggunaan biofuel ini sangat diharapakan dapat mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil dan permasalahan dalam hal penurunan produksi sumber bahan bakar fosil.

Untuk itu, perlu dilakukan kajian potensi ekonomi biofuel dari palm olein. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dikaji potensi ekonomi secara sederhana. Sebelum melakukan kajian tersebut, perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam produksi dan harga jual biofuel (biogasolin, kerosen dan biodiesel). Berikut merupakan harga bahan baku palm olein dan biofuel.

Harga palm olein : Rp. 8.200,00/L [39]

Harga gasolin : Rp. 9.850,00/L [40]

Harga kerosen maupun golongan jet fuel : Rp. 8.305,59/L [41] :

Harga diesel non subsisi : Rp. 9.200,00/L [42]

(40)

DPR bersama Kementrian ESDM juga memberikan subsidi pada produsen bahan bakar terbarukan seperti biodiesel dan bioetanol, seperti yang terjadi di februari lalu dengan pemberian subsidi sebesar Rp. 4.000,00/liter pada produsen biodiesel karena saat ini bahan bakar terbarukan belum bisa mengikuti standar harga bahan bakar minyak Singapura.

(41)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Menipisnya sumber energi fosil menyebabkan terjadinya krisis bahan bakar seperti yang terjadi saat ini. Pada tahun 2013 Badan Pusat Statistik mencatat bahwa produksi minyak mentah Indonesia sebanyak 279.412,10 ribu barel, namun dari tahun 2008-2012 jumlah produksinya selalu mengalami penurunan [1]. Hal ini menyebabkan dilakukannya pengembangan bahan bakar terbarukan dari tumbuhan khususnya kelapa sawit, dimana bahan bakar ini ramah lingkungan dan bebas dari sulfur ataupun nitrogen [2-3]. Palm olein adalah salah satu alternatif bahan baku yang dapat digunakan untuk bahan bakar terbarukan. Palm olein merupakan fraksi cair dari minyak kelapa sawit yang telah di fraksinasi [4]. Jumlah palm olein di Indonesia sangat berlimpah sehingga pengembangan dari pemanfaatan palm olein ini dapat dilakukan, dimana pada tahun 2013 Indonesia merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia dengan produksi mencapai 27,8 juta ton [5].

(42)

banyak dibandingkan dengan beta zeolit yang cenderung untuk menghasilkan produk kerosin dan biodiesel dalam OLP [2]. Zeolit merupakan katalis yang biasa digunakan dalam proses catalytic cracking. Zeolit memiliki kelebihan diantaranya memiliki stabilitas termal, memiliki selekfitas [13] dan strukturnya yang sangat teratur [12], selain itu zeolit merupakan katalis yang efektif dalam merengkah trigliserida [44].

Melimpahnya jumlah palm olein di Indonesia memungkinkan pengembangan pemanfaatannya sebagai biofuel dengan menggunakan proses catalytic cracking. Penelitian tentang produksi biofuel dengan menggunakan proses catalytic cracking untuk sampel minyak tumbuhan sudah pernah dilakukan. Berikut beberapa penelitian tentang proses catalytic cracking minyak tumbuhan:

- Li, dkk (2014) melakukan penelitian proses catalytic cracking dengan menggunakan minyak biji karet sebagai bahan baku dan katalis USY. Mereka melakukan variasi untuk suhu, rasio katalis dan waktu reaksi. Diperoleh kondisi terbaik katalis/bahan baku pada rasio 1/50 dan suhu 420 oC dengan waktu 90 menit. Dihasilkan liquid produk mencapai 75,6 % [14].

- Li, dkk (2013) melakukan penelitian proses catalytic cracking menggunakan minyak jelantah sebagai bahan baku dan katalis K2O/Ba-MCM-41. Melakukan

variasi untuk suhu, rasio katalis dan waktu reaksi. Diperoleh yield bio-oil tertinggi pada suhu 430 oC, rasio katalis/bahan baku 1/30 dan waktu reaksi 110 menit dengan nilai 67,7 % [15].

- Sirajudin, dkk (2013) melakukan penelitian proses catalytic cracking menggunakan fix bed micro reactor dan katalis HZSM-5 dengan bahan minyak sawit. Mereka melakukan variasi terhadap temperatur dan laju alir dari N2. Diperoleh yield tertinggi pada 450 oC dan laju alir N2 100 ml/min, dimana

dihasilkan bensin 28,87%, kerosen 16,70%, diesel 12,2% [8].

1.2Perumusan Masalah

(43)

katalis, jumlah katalis, temperatur operasi, waktu reaksi, tekanan dan jenis bahan baku [9]. Pada penelitian ini digunakan reaktor batch bertekanan dimana tekanan operasi akan naik seiring naiknya suhu dan waktu reaksi.

Adapun permasalahan yang ingin diteliti dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh temperatur dan waktu operasi terhadap yield dan distribusi dari biofuel yang dihasilkan dengan menggunakan reaktor bertekanan.

1.3Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji pengaruh temperatur dan waktu operasi terhadap yield dan distribusi dari biofuel yang dihasilkan serta mendapatkan kondisi terbaik untuk yield biofuel tertinggi dari proses catalytic cracking palm olein menggunakan katalis ZSM-5 dengan menggunakan reaktor bertekanan.

1.4Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Menghasilkan alternatif biofuel dengan menggunakan proses catalytic cracking.

2. Memberikan informasi tentang pengembangan penggunaan palm olein. 3. Menghasilkan bahan bakar terbarukan yang ramah lingkungan.

1.5Ruang Lingkup

Penelitian pembuatan biofuel dari palm olein dengan menggunakan proses catalytic cracking menggunakan katalis ZSM-5 ini dilakukan di Laboratorium Oleokimia dan Laboratorium Analisa, Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS). Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah palm olein dan katalis ZSM-5. Peralatan yang digunakan adalah reaktor bertekanan (parr 4848).

Adapun variabel dalam penelitian ini adalah:  Variabel Tetap

(44)

 Variabel yang divariasikan

o _{Temperatur operasi} _{= 375, 400, 425 dan 450}o_C o _{Waktu operasi} _{= 60, 90, 120 dan 150 menit}

Analisa yang dilakukan pada produk tersebut adalah:

o _{Analisis komposisi bahan baku menggunakan alat}_{gas chromatography}_(GC) o _Analisis _{liquid product}_{(LP) dengan alat} _{gas chromatography}_(GC)

(45)

ABSTRAK

Menipisnya cadangan energi fosil memunculkan minat dalam pengembangan bahan bakar terbarukan dari minyak tumbuh-tumbuhan Indonesia merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia, dimana minyak sawit ini dapat dikonversi menjadi biofuel seperti biogasolin, kerosen dan biodiesel yang ramah lingkungan dan bebas dari kandungan nitrogen dan sulfur melalui proses catalytic cracking. Dalam penelitian ini digunakan palm olein sebagai bahan baku dengan katalis yang digunakan adalah ZSM-5 yang memiliki luas permukaan 425 m2/g dan rasio Si/Al 50. Variabel yang divariasikan adalah temperatur operasi dari 375

o

C - 450 oC dan waktu reaksi dari 60 menit - 150 menit. Dari hasil penelitian diperoleh yield liquid product tertinggi dengan nilai 84,82 % pada temperatur 400

o

C saat waktu reaksi 120 menit. Adapun komposisi liquid product pada kondisi operasi tersebut terdiri atas C6-C12 sebesar 22,95 %, C14-C16 sebesar 19,52 % dan

C18-C28 sebesar 57,53 %.

(46)

ABSTRACT

Depletion of fossil energy led to an interest in the development of renewable fuels from vegetable oils. Indonesia is the largest palm oil producer in the world, where palm oil can be converted into biofuels such as biogasoline, kerosene and biodiesel is environmentally friendly and free of the content of nitrogen and sulfur through catalytic cracking process. In this research palm olein was used as feedstock with the catalyst used is ZSM-5, which has a surface area of 425 m2 / g and Si / Al ratio of 50. Variables varied are the operating temperature of 375 °C - 450 °C and a reaction time of 60 minutes - 150 minutes. The result showed the highest yield of liquid product with a value of 84.82% at a temperature of 400 ° C while the reaction time of 120 minutes. As for the composition of the liquid product in the operating conditions consisting of C6-C12 amount to 22.95%, C14

-C16 amount to 19.52% and the C18-C28 amount to 57.53%.

(47)

PEMBUATAN BIOFUEL DARI PALM OLEIN

DENGAN PROSES THERMAL CATALYTIC CRACKING

MENGGUNAKAN KATALIS ZSM-5

SKRIPSI

Oleh

OKTRIS NOVALI GUSTI

110405050

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(48)

PEMBUATAN BIOFUEL DARI PALM OLEIN

DENGAN PROSES THERMAL CATALYTIC CRACKING

MENGGUNAKAN KATALIS ZSM-5

SKRIPSI

Oleh

OKTRIS NOVALI GUSTI

110405050

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

(49)

(50)

(51)

PRAKATA

Puji dan syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pembuatan Biofuel dari Palm Olein Dengan Proses Thermal Catalytic Cracking Menggunakan Katalis ZSM-5”, berdasarkan hasil penelitian yang Penulis lakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.

Penelitian ini memberikan informasi mengenai pembuatan biofuel yang bersumber dari palm olein dengan menggunakan proses catalytic cracking. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan mengenai pembuatan biofuel sebagai sumber bahan bakar terbarukan yang dapat mengatasi krisis energi di masa mendatang.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, Penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu Penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MTselaku Pembimbing 2. Ir. Bambang Trisakti, MTselaku Penguji

3. Ir. Renita Manurung, MT selaku Penguji

4. Prof. Dr. Satiaty Pandia selaku Dosen Pembimbing Akademik 5. Dr. Eng. Ir. Irvan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU

6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia

7. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang telah memberikan sarana dan prasana dalam penelitian ini.

8. Bapak M. Anshori Nasution, Msc. dan Ibu Meta Rivani yang telah memberikan banyak masukan dalam penelitian ini.

(52)

10. Sahabat-sahabat di Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara stambuk 2011 khususnya Erlangga Wicaksana, Aidil Saputra, Rio Nazif, Intan Afrilia, Yusrina Ika Putri, Dwi Gita Ferani, Nadya Gema Bestari, Widya Gema Bestari, Rahayu Wulandari

Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu Penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, November 2015

Penulis

(53)

DEDIKASI

Skripsi dipersembahakan untuk :

Kedua orang tua tercinta

Bapak Agusman dan Ibu Muziarti

Terima kasih kepada Bapak dan Ibu yang telah

membesarkan, mendidik, memberikan motivasi dan doa

(54)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Oktris Novali Gusti

NIM : 110405050

Tempat, tanggallahir : Padang panjang / 12 Nopember 1993 Nama Orang Tua : Agusman dan Muziarti

Alamat Orang Tua:

Jalan Bahder Johan, RT XII Asrama POLSEK Padang panjang

AsalSekolah:

 SD Negeri 03 Padang panjang tahun 1999–2005  SMP Negeri 5 Padang panjang tahun 2005–2008  SMA Negeri 2 Padang panjang tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernahdiperoleh:

1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) 2012-2013 Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota bidang kreatifitas dan minat

(55)

ABSTRAK

Menipisnya cadangan energi fosil memunculkan minat dalam pengembangan bahan bakar terbarukan dari minyak tumbuh-tumbuhan Indonesia merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia, dimana minyak sawit ini dapat dikonversi menjadi biofuel seperti biogasolin, kerosen dan biodiesel yang ramah lingkungan dan bebas dari kandungan nitrogen dan sulfur melalui proses catalytic cracking. Dalam penelitian ini digunakan palm olein sebagai bahan baku dengan katalis yang digunakan adalah ZSM-5 yang memiliki luas permukaan 425 m2/g dan rasio Si/Al 50. Variabel yang divariasikan adalah temperatur operasi dari 375

o

C - 450 oC dan waktu reaksi dari 60 menit - 150 menit. Dari hasil penelitian diperoleh yield liquid product tertinggi dengan nilai 84,82 % pada temperatur 400

o

C saat waktu reaksi 120 menit. Adapun komposisi liquid product pada kondisi operasi tersebut terdiri atas C6-C12 sebesar 22,95 %, C14-C16 sebesar 19,52 % dan

C18-C28 sebesar 57,53 %.

(56)

ABSTRACT

Depletion of fossil energy led to an interest in the development of renewable fuels from vegetable oils. Indonesia is the largest palm oil producer in the world, where palm oil can be converted into biofuels such as biogasoline, kerosene and biodiesel is environmentally friendly and free of the content of nitrogen and sulfur through catalytic cracking process. In this research palm olein was used as feedstock with the catalyst used is ZSM-5, which has a surface area of 425 m2 / g and Si / Al ratio of 50. Variables varied are the operating temperature of 375 °C - 450 °C and a reaction time of 60 minutes - 150 minutes. The result showed the highest yield of liquid product with a value of 84.82% at a temperature of 400 ° C while the reaction time of 120 minutes. As for the composition of the liquid product in the operating conditions consisting of C6-C12 amount to 22.95%, C14

-C16 amount to 19.52% and the C18-C28 amount to 57.53%.

(57)

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI v

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

DAFTAR SINGKATAN xiv

DAFTAR SIMBOL xv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG 1

1.2. PERUMUSAN MASALAH 3

1.3. TUJUAN PENELITIAN 3

1.4. MANFAAT PENELITIAN 3

1.5. RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. MINYAK KELAPA SAWIT 5

2.2. PALM OLEIN 6

2.3. CATALYTIC CRACKING 7

2.4. ZEOLITE ZSM-5 9

2.5. POTENSI EKONOMI BIOFUEL DARI PALM OLEIN 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. BAHAN YANG DIGUNAKAN 14

3.2. PERALATAN YANG DIGUNAKAN 14

(58)

3.4. PROSEDUR PENELITIAN 16

3.5. FLOWCHART PENELITIAN 17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. ANALISIS BAHAN BAKU PALM OLEIN 19

4.2. PENGARUH KALSINASI KATALIS TERHADAP YIELD

PRODUK DAN DISTRIBUSI LIQUID PRODUCT 21

4.3. PENGARUH DARI TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI TERHADAP KOMPOSISI PRODUK HASIL CATALYTIC

CRACKING 24

4.4. PENGARUH DARI WAKTU DAN TEMPERATUR REAKSI

TERHADAP YIELD DARI LIQUID PRODUCT 26

4.4. PENYEBARAN KOMPOSISI BIOFUEL PADA BERBAGAI

TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI 27

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN 31

5.2. SARAN 32

(59)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Produksi Minyak Sawit Global 5

Gambar 2.2 Mekanisme Proses Cracking Trigliserida 8

Gambar 2.3 Konversi Minyak Sawit menjadi Biofuels 9

Gambar 2.4 Struktur Bangun Utama dari Zeolit 10

Gambar 2.5 Mekanisme Proses Catalytic Cracking Menggunakan Katalis

H-Zeolite 11

Gambar 3.1 Peralatan Eksperimen 15

Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Catalytic Cracking 17 Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak

Palm Olein 19

Gambar 4.2 Pengaruh Kalsinasi Katalis Terhadap Komposisi Produk Hasil

Catalytic Cracking Pada Suhu 400 oC dan Waktu Reaksi 120 Menit 22 Gambar 4.3 Pengaruh Temperatur dan Waktu Reaksi Terhadap Komposisi Produk

Hasil Catalytic Cracking 24

Gambar 4.4 Pengaruh Waktu dan Temperatur Reaksi Terhadap Yield dari

Liquid Product 26

Gambar 4.5 Penyebaran Komposisi Biofuel Pada Temperatur 375-450 oC dan

Waktu Reaksi 60-150 Menit 28

Gambar L4.1 Hasil Analisis Kromatogram GC Standar Hidrokarbon 41 Gambar L4.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 7 42

Gambar L5.1 Foto Palm Olein 43

Gambar L5.2 Foto KatalisHZSM-5 43

Gambar L5.3 Foto Rangkaian Alat Catalytic Cracking 43

Gambar L5.4 Foto Alat Tanur Katalis 44

Gambar L5.5 Foto Katalis di Desikator 44

(60)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Jenis Produk Turunan Minyak Sawit 5

Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Bebas dari Palm Olein 6

Tabel 2.3 Karakteristik Beberapa Katalis 10

Tabel 2.4 Sifat Fisika dan Sifat Kimia ZSM-5 12

Tabel 3.1 Perlakuan Penelitian 16

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Palm Olein 20

Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada Palm Olein 20 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Olein 37 Tabel L2.1 Hasil Penelitian Catalytic Cracking Palm Olein 38 Tabel L2.2 Hasil Penelitian Tambahan Pada Waktu 120 menit (400 oC) 38 Tabel L2.3 Data Komposisi LPPada Waktu 120 menit (400 oC) 39

(61)