Katalis dan aplikasinya dalam pengembang (1)

(1)

KATALIS dan Aplikasinya

dalam Pengembangan Energi

Baru dan Terbarukan

(2)

(3)

PENDAHULUAN

• Katalisis merupakan metode yang sangat efektif untuk

mengontrol dan mengarahkan reaksi kimia.

• Proses katalitik membentuk dasar dari industri kimia modern

dan industri petrokimia, dimana 70% dari proses industrinya

adalah proses katalitik.

• Aplikasi katalis yang efektif dari perkembangan katalis yang

ada membutuhkan informasi yang tepat dan cepat mengenai

properti katalisnya, yaitu mengenai aktivitas,selektifitas, dan

umur katalis

• Pada umumnya studi mengenai katalis industri melibatkan 3

komponen, yaitu komponen aktif, penyangga, dan promotor

(4)

REAKSI KIMIA

• Reaksi  proses penyusunan (pemutusan dan pembentukan) ikatan antar atom di dalam molekul, sehingga diperoleh molekul -molekul baru dengan struktur yang berbeda dari reaktannya.

• Proses tersebut dapat berlangsung bila terjadi kontak

(tumbukan) antar molekul reaktan dengan orientasi yang tepat dan energi yang cukup.

Katalis :

Komponen / zat yang dapat

mempercepat

&

mengarahkan

reaksi tetapi tidak terkonsumsi

Catalysts,

(5)

Peran Katalis

Subagjo, 2013, Kuliah Katalis dan Katalisis

• Kunci keberhasilan Industri kimia, Ind. Perminyakan &

Perlindungan Lingkungan:peningkatan nilai tambah

dan efisiensi

• Katalis merupakan kunci:

a. Pengembangan

 produk baru (NH3 dgn katalis berbasis besi oleh Haber-Bosch,dsb)  bahan baku baru (metanolBBM, katalis ZSM 5)

 Proses dan teknologi baru (perengkahan termal  FCC)  Kapasitas, dan kualitas

b. Penghematan bahan dan energi c. Pelestarian

(6)

Ciri-Ciri Katalis

(Subagjo, 2013, Kuliah Katalis dan Katalisis)

• Katalis adalah zat yang meningkatkan laju reaksi untuk mencapai kesetimbangan, tanpa terkonsumsi dalam reaksi (Ostwald)

• Katalis mengantarkan reaktan melalui jalan baru mudah yang lebih untuk berubah menjadi produk (Sabatier)

• Katalis berinteraksi dengan paling sedikit satu reaktan membentuk senyawa sangat aktif

• Katalis menurunkan Ea reaksi

• Katalis tidak mengubah kesetimbangan; katalis berpengaruh hanya pada sifat kinetik.

• Katalis bersifat spesifik,

misal: C3H6 + O2  CO2 (tanpa katalis) ; C6H10 (katalis

Bi2O3selektif membentuk heksadien) ; C3H4O (katalis MoO3-selektif akrolein )}.

(7)

Mekanisme Reaksi Berkatalis Heterogen

(8)

Kinerja Katalis

Subagjo, 2013, Kuliah Katalis dan Katalisis

• AKTIVITAS

Kemampuan mengkonversi reaktan,dinyatakan dengan laju reaksi,atau konversi

• SELEKTIVITAS

Kemampuan untuk:

* Mempercepat reaksi yang dikehendaki

* * Tidak mempromosikan reaksi yang tidak dikehendaki

Biasanya dinyatakan dalam %mol reaktan yang terkonversi menjadi produk tertentu.

• YIELD

Jumlah produk tertentu yang terbentuk untuk setiap satuan jumlah reaktan yang terkonversi. Biasanya dinyatakan dalam % berat

• STABILITAS

(9)

Komponen Aktif

• Komponen aktif merupakan pusat aktif katalis dan bertanggungjawab terhadap reaksi kimia yang utama (D. Bralin, 2014)

• Pengelompokan (Panduan) (Subagjo,2013, Kuliah Katalis dan Katalisis)

a. Konduktor: logam untuk reaksi redoks:

hidrogenasi,dehidrogenasi,hidrogenolisis, oksidasi, reduksi (Fe,Co,Ni,Rh,Pd,Pt,Cu,Ag)

b. Semikonduktor : logam oksida; untuk reaksi redoks,oksidasi, reduksi, dehidrogenasi, siklisasi, hidrogenasi

(CuO,NiO,MoO3,V2O5,ZnO)

c. Insulator :padatan asam, untuk reaksi:

dehidrasi,isomerisasi,polimerisasi, perengkahan,alkilasi (SiO2,Al2O3,zeolit)

(10)

Penyangga

• Fungsi 

* Lahan penebaran Fasa aktif (Subagjo, 2011),

* Menjaga agar luas permukaan komponen aktif tetap besar.

• Kriteria pemilihan jenis penyangga, meliputi  aktivitas katalitik rendah, luas permukaan besar dan kestabilan menyangga

partikel logam, porositas dan distribusi ukuran pori optimum,Sifat kimia permukaan, ketahanan pada media reaksi, sifat mekanis sangat baik, kestabilan thermal yang baik dan resisten terhadap sintering, stabil selama proses regenerasi, murah (Petrov,PROBLEMS AND CHALLENGES ABOUT ACCELERATED TESTING OF THE CATALYTIC ACTIVITY OF

CATALYSTS )

• Penyangga yang biasa digunakan adalah

γ

-Al2O3, SiO

₂

, karbon aktif,

(11)

Cont’d

Klasifikasi penyangga berdasarkan sifat kimia

permukaan

(Petrov,PROBLEMS AND CHALLENGES ABOUT

ACCELERATED TESTING OF THE CATALYTIC ACTIVITY OF CATALYSTS )

• Basic Support

: MgO, CaO, BaO

• Acidic Support

: γ

-Al

₂

O

₃

, SiO

₂

, Al

₂

O

₃

/SiO

₂

,

zeolites

• Neutral Supports

: MgAl

₂

O

₄

, MgCr

₂

O

₄

, ZrCrO

₄

,

ZnAl

₂

O

₄

(12)

Promotor

Promotor terdiri dari:



promotor tekstual

: yang berfungsi sebagai

penstabil



promotor struktural

: yang mengarahkan

terbentuknya struktur intermediet tertentu.

Promotor dapat ditambahkan untuk meningkatkan performa katalis.

Misal :

K

merupakan promotor terefektif bagi Fe (Dry,

M.E, 2004; O’Brien, R.J. dkk., 2000; Bukur, B. dan

(13)

METODE PEMBUATAN KATALIS

1. Impregnasi

a) impregnasi basah, bila jumlah larutan garam melebihi volume pori penyangga; dan

b) impregnasi kering, bila jumlah larutan garam tidak melebihi volume pori penyangga.

2. Presipitasi

(14)

Karakterisasi Katalis

Karakterisasi katalis:

a. Karakterisasi fisik mencakup luas permukaan, volume pori, diameter pori, hardness, distribusi logam.

b. Karakterisasi kimia mencakup acidity, ikatan kimia, kristalinitas, kandungan logam.

Karakterisasi dilakukan untuk mengontrol kuantitas katalis setelah preparasi dan untuk pemeriksaan adanya kegagalan katalis yang diproduksi.

Contoh Karakterisasi katalis: XRD (X-Ray Diffraction), BET (Brunaur Emmet Teller), AAS (Atomic Absorption

Spectroscopy),SEM (Scanning Electrone Microscope), XRF

(15)

KATALIS

DALAM PENGEMBANGAN

(16)

Aneka rute produksi bahan bakar hayati dari biomassa

[yang berwujud cair disebut Bahan Bakar Nabati (BBN)]

(17)

TEKNOLOGI FISCHER-TROPSCH

• Ditemukan oleh Franz Fischer dan Hans Tropsch

• Mulai tahun 1940-an proses ini mulai dikembangkan di

Jerman dan Afrika Selatan

• Indonesia mempunyai potensi untuk mengembangkan

bahan bakar sintetis yang berasal dari biomassa



BTL



Fischer Tropsch

• Katalis komersial FT yang dipatenkan



100Co/5ThO

₂

/8MgO/200kieselguhr

• Katalis yang umum dipakai adalah katalis berbasis Co

(18)

Fischer-Tropsch

(19)

TEKNOLOGI HIDRODEOKSIGENASI (HDO)

• Hidrodeoksigenasi (HDO) memegang peranan penting dalam reaksi hydroprocessing minyak nabati. Reaksi HDO trigliserida minyak nabati akan menghasilkan produk hidrokarbon yang jenisnya tergantung dari komposisi asam lemak penyusun trigliseridanya (D. Bralin, 2014)

• Reaksi HDO merupakan reaksi penghilangan gugus oksigen, dimana oksigen dalam senyawa umpan diubah menjadi menjadi H₂O. Reaksi HDO biasanya berlangsung pada suhu dan tekanan yang tinggi. Reaksi HDO biasanya dijalankan pada suhu sekitar 350-400o_{C dan tekanan yang relatif tinggi ~20 atm, dan biasanya}

berlangsung dengan kehadiran katalis (Kubicka dkk., 2010).

• Katalis yang umumnya dikembangkan

CoMo/ Al

₂

O

₃

dan

NiMo/

(20)

Komersil HDO yang telah dipatenkan :

1. UOP (Tom & Terry)

Umpan : minyak sawit,m.kedelai,m.kanola Proses : hidrotreating

(21)

Komersil HDO yang telah dipatenkan :

2. Neste Oil Oyj

Teknologi proses yang dipatenkan : NEx-BTL Produksi : green diesel dan green jet

Proses hidrotreating 2 tahap,

1. hdo ; Katalis NiMo dan CoMo (tersulfidasi) 2. Isomerisasi; katalis Pt/zeolit

(22)

Teknologi Sintesis Metanol

• Produksi methanol dimulai dengan produksi

gas sintesis yang terdiri dari H2 dan CO

(teknologi steam reforming,oksidasi

parsial,gasifikasi batubara&biomassa)

• 61% proses menggunakan teknologi ICI

pada tekanan Rendah, sisanya Lurgi (27%),

dan Kellog (3%).

• Yang membedakan adalah jenis katalis, jenis

(23)

Teknologi ICI

• Katalis pada P rendah : alkali/CuO-ZnO/Al2O3, pada P=50-100 bar, T=275-310oC

• Katalis ini mensyaratkan kondisi syngas murni dari sulfur dan klorin (H2S < 0.1 ppm)

• Karena keaktifan katalis, sintesis metanol dapat berlangsung pada suhu 220-230oC dan 5 Mpa.

• Selektifitas yang tinggi memberikan kemurnian metanol lebih besar dari 99.5%.

(24)