PERENGKAHAN KATALITIK MINYAK SAWIT UNTUK MENGHASILKAN BIOFUEL

(1)

PERENGKAHAN KATALITIK MINYAK

SAWIT UNTUK MENGHASILKAN

BIOFUEL

Oleh: Nurjannah 2306 301 002

Pembimbing : Prof.Dr.Ir.Achmad Roesyadi,DEA

(2)

Outline

• Pendahuluan

• Pustaka

• Metodologi

• Hasil dan Pembahasan

(3)

PENDAHULUAN

Lebih mudah diperoleh dan

harganya lebih murah

dibanding minyak nabati lainnya seperti minyak jarak, minyak jagung dll.

Karakteristik minyak sawit dengan

rantai hidrokarbon C₁₈memungkinkan untuk di rengkah menjadi rantai

(4)

• Perpres No. 5 Tahun 2000 :

Diversifikasi sumber energi yang dapat

diperbaharui.

• Inpres No. 1 tahun 2006 : Pemanfaatan

bahan bakar nabati sebagai sumber

Bahan Bakar Lain (BBL)

• Indonesia berpotensi untuk

menyediakan sumber BBN yang

sementara ini`masih didominasi oleh

minyak sawit.

(5)

Sintesa katalis

Import

Katalis

Mahal

Reaktor Fixed Bed Lebih mudah dikendalikan dan

gampang diaplikasikan pada skala Industri

(6)

Jenis

BBM

Kapasitas Kebutuhan Impor

Premium

Solar

10,9

16,7

19,7

22 8,8

6,3

Basis: juta

kiloliter/tahun

Data Produksi

BBM

(7)

Perengkahan berkatalis

Rantai hidrokarbon yang lebih pendek

Krisis

BBM

Bahan bakar alternatif

Biofuel:

Gasoline Kerosine dan Diesel

Biofuel:

(8)

Manfaat

Penelitian

Manfaat

Penelitian

Menghasilkan bahan bakar nabati (biofuel) yang ramah lingkungan

Memberikan nilai tambah dalam pemanfaatan minyak nabati

Memperbaiki kualitas udara karena biofuel yang dihasilkan ramah

lingkungan

Memperbaiki kualitas udara karena biofuel yang dihasilkan ramah

lingkungan

Biofuel dapat mengganti pemakaian bahan bakar minyak.

1 1 2 2 3 3 4 4

(9)

STRATEGI PENGEMBANGAN

BAHAN BAKAR NABATI

FAST TRACK Setiap daerah mengembangkan potensi Bahan Bakar Nabati SPECIAL BIOFUEL ZONE Lapangan Kerja Pengurangan Kemiskinan ENERGY JANGKA PENDEK JANGKA PANJANG Desa Mandiri Energi

(10)

Katalis Zeolit

Kristal Zeolit merupakan silikat dengan bingkai kerja terbuka dan molekul dengan bentuk tetrahedron untuk empat atom

oksigen sekelilling ion silika atau alumunium

Katalis zeolit banyak digunakan dalam proses perengkahan yang

menghasilkan bahan bakar

gasoline,kerosine dan diesel dengan kualitas yang lebih baik.

Keasaman ,perbandingan Si/Al, ukuran dan bentuk pori , luas permukaan

merupakan sifat penting dari zeolit

(11)

Reaksi katalitik gas – solid

Reaksi katalitik gas – solid akan terjadi

bila sedikitnya satu atau seringkali

semua reaktan harus bersinggungan

dengan permukaan katalis melalui proses

adsorpsi.

(12)

Tahap Reaksi Katalitik

A B A B A B Permukaan Katalis Internal Diffusion Eksternal Diffusion 1 7 2 6 1 2 3 4 5 6 7

(13)

Peneliti Terdahulu

Peneliti Terdahulu Meneliti hasil 1. Bathia et al (1999)

2. Nasikin et al., 2005

4. Rina dan

Stekasari, 2007

Konversi katalitik dari minyak sawit menjadi hidrokarbon dengan variasi katalis zeolit Perengkahan metil ester minyak sawit menjadi

biogasoline dengan

katalis alam dalam reaktor berpengaduk

Perengkahan minyak Sawit menggunakan katalis dari pertamina Plaju dan Riau.

Gasoline dengan

yield 28 % pada suhu 350 o_{C dengan} katalis HZSM–5 Destilat yang dihasilkan mempunyai Komponen antara C₅– C₁₁

Fraksi solar pada

(14)

Peneliti Terdahulu

Peneliti Terdahulu Meneliti hasil

5. Tirena dan Nor Aishah (2006)

6. Marcello J.B. Souza dkk(2008)

Perengkahan minyak sawit menjadi Gasoline

menggunakan katalis Cu ZSM-5 pretreated pada Fixed Bed Reaktor tekanan atmosfir dengan laju alir massa 2,5 h-1 selama 4jam.

Selective Cracking of natural gasoline over HZSM-5 zeolite

Aromatik sebanyak 11,45% dikuti naften 10,53% dan isoparafin 4,06%

Selektifitas max dan massa produk dari etene diperoleh pada T = 450

o_{C, W/F 7,2-8,2 gcat}

h/mol. Propene pada 350 o_{C, W/F = 7,0 gcat}

h/mol. Butane pada T = 450 o_{C, W/F 12,1 gcat}

(15)

• Pada beberapa hasil penelitian diatas katalis yang digunakan sudah memiliki spesifikasi yang sudah standar, namun hasil yang diperoleh (yield) masih rendah (1) dan hasil yang diperoleh hanya fraksi solar saja, (3,4) fraksi gasoline (2) dan produk

aromatik, naften dan isoparafin (5). Dari penelitian diatas kami mencoba mensintesa sendiri katalis

HZSM-5 kemudian digunakan dalam proses perengkahan minyak sawit/asam oleat untuk

menghasilkan bahan bakar alternatif (biofuel) yang terdiri dari Gasoline, kerosene dan diesel yang mana ketiga jenis bahan bakar tersebut sangat aplikatif di masyarakat.

(16)

METODOLOGI PENELITIAN

Tahap

Tahap 11 SintesaSintesa KatalisKatalis

Tahap

Tahap 22

Uji

Uji KatalitikKatalitik padapada ProsesProses Perengkahan Perengkahan Karakterisasi Karakterisasi Katalis Katalis Penentuan

Penentuan Model Model KinetikaKinetika Proses

Proses PerengkahanPerengkahan Metode Metode Latourette Latourette Metode Metode Plank Plank Silika Silika Alumina Alumina HZSM HZSM--55

(17)

Proses sintesa Na-zeolit

Larutan B

Al₂SO₄.18H₂O H₂SO₄98%; H₂O

Dimasukkan reaktor pada 176o_{C selama 48 jam.} Pendiaman 24 jam Larutan Gel Berwarna Putih Larutan A Na-Silicate; H₂O Butanol 98 % Larutan Gel pH 10-11 Na-Zeolit

(18)

Proses sintesa H-zeolit

Na-Zeolit NH4-Zeolit H-Zeolit NH4Cl 1M Disaring, dicuci

Oven 110 °C selama 6 jam Kalsinasi 800 °C selama 5 jam

Ion Exchange (3x)

(19)

Reaktor yang digunakan untuk sintesa

adalah reaktor bertekanan

(20)

Proses Impregnasi

HZSM-5 LarutanLogam : CuSO4.5H2O NiSO4.7H2O ZnSO4.7H2O Kalsinasi 500 o_{C, 4 jam} Reduksi 450 o_{C, 3 jam} CU/Ni/Zn-HZSM-5 Dikeringkan pada 1100_C selama 8 jam

(21)

1 V-4 V-6 V-5 3 Keterangan: 1. Tangki nitrogen 2. Furnace 3. Rotameter 4. Power supply

5. Tangki air/pendingin 6. Aliran ke udara bebas 7. Pengendali temperatur

8. Tumpukan katalis dalam nucelle 7 8 4 5 2 6

Alat untuk Impregnasi dan kalsinasi

(22)

Rangkaian Alat Proses

Perengkahan Minyak Sawit

Keterangan gambar : 1. Gas N₂ 2. Flow meter 3. Pemanas umpan 4. Katalis 5. Mikroreaktor 6. Kondensor 7. Air pendingin 8. Sampel liquid

9. sample gas ke udara terbuka

(23)

Karakterisasi katalis

• Analisa

perbandingan

Si/Al, analisa

kuantitatif

unsur-unsur

logam

yang ada

dalam

katalis

dengan

Atomic Adsorption Spectrofotometri

(AAS)

• Luas

permukaan

dan

volume pori

dengan

Bruneur Emmet Teller

(BET)

• Uji

kristalinitas

katalis

dengan

X-ray difraction

(XRD)

Analisa Produk

• Menggunakan Gc, untuk mengetahui

komposisi biofuel yang diperoleh.

(24)

Hasil Karakterisasi Silika Alumina

Tabel 1 Hasil karakterisasi katalis

Nama Katalis

Si/Al

(m/m)

Ni

(%)

Ukuran Pori

(A

o

)

Luas Permukaan

(m

2

/g)

1. Zeolit non impreg

198

0 13,209

149,9189

2. Zeolit impreg Ni 5%

4,98

13,773

145,2944

3. Zeolit impreg Cu 5%

4,98

13,773

145,2944

(25)

Nama Katalis Si/Al (m/m) Ni,Cu,Zn (%) Ukuran Pori (Ao₎ Luas Permukaan (m2_/g) 1. HZSM-5 243 0 13,255 213,3524 2. HZSM-5-Ni (5%) 4,98 13,176 194,2372 3. HZSM-5-Cu (5%) 5 13,249 201,1762 4. HZSM-5-Zn (5%) 4,20 13,962 192,9966

(26)

M/zeolit 0 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 100 2 thetha co u n t Ni/HZSM-5 0 50 100 150 200 250 0 20 40 60 80 100 2 thetha count

Hasil XRD Silika Alumina dengan

Impregnasi logam Ni, Cu dan Zn

Zn/zeolit 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 20 40 60 80 100 2 thetha c ount Cu/zeolit 0 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 100 2 thetha c ount

(27)

Hasil

XRD HZSM-5 Standar

dan

HZSM-5 Sintesis

(28)

Pola Difragtogram XRD HZSM-5

dengan Impregnasi logam Ni,Cu dan Zn

a b c d

(29)

Hasil Analisa GC Gasoline Komersial

min 0 5 10 15 20 25 pA 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 FID1 A, (GASO-ITS\PERTAMAX.D) 0.441 0.568 0.629 0.834 0.985 1.061 1.114 1.265 1.355 2.018 2.404 3.229 4.802 5.842 6.759 7.043 - Gasoline 8.180 8.776 9.650 9.829 10.190 10.830 11.120 11.645 12.160 12.532 12.926 13.219 13.365 13.853 - Kerosene 14.454 14.708 14.871 14.912 14.948 15.066 15.288 15.444 15.792 16.089 16.221 16.535 17.061 17.719 18.735 19.448 19.969 20.425

(30)

Hasil Analisa GC Kerosine Komersial

min 0 5 10 15 20 25 pA 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 FID1 A, (GASO-ITS\KEROSEN2.D) 1.157 2.567 3.343 6.019 7.255 - Gasoline 8.257 8.801 9.691 9.875 10.284 10.750 11.091 11.618 11.708 11.849 12.105 12.366 13.144 13.259 13.288 13.505 13.825 - Kerosene 14.393 14.872 15.155 15.360 15.633 15.675 16.121 16.375 16.709 16.911 17.278 17.599 18.141 18.186 18.210 18.533 18.678 18.723 19.346 20.348 20.437 20.675 20.746 20.791 20.813 22.072

(31)

Hasil Analisa GC Diesel Komersial

min 0 5 10 15 20 25 pA 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 FID1 A, (ITS-GASO\SOLAR.D) 8.246 9.179 9.696 9.975 10.571 10.765 11.183 11.638 11.952 12.555 12.964 13.271 - Kerosene 13.689 13.972 14.160 14.353 14.705 15.203 15.426 15.659 15.993 16.432 16.888 17.182 17.844 18.652 - Solar 19.386 19.826 20.849 24.284 29.698

(32)

Hasil Analisa Produk Pada Suhu 500

o

C laju

gas N

₂

0,2 ltr/mnt untuk katalis silika alumina

min 0 5 10 15 20 25 30 pA 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 FID1 A, (ITS-GAS2\450C-200.D) 0.576 0.733 0.805 0.832 1.347 1.452 1.534 1.607 1.713 2.802 3.002 3.249 3.423 4.496 6.397 6.938 7.117 - Gasoline 7.904 8.267 8.595 9.129 9.680 10.270 10.598 10.834 11.106 11.627 11.981 12.207 12.485 12.717 12.869 13.283 - Kerosene 13.893 14.169 14.369 14.726 15.208 15.470 15.692 16.003 16.294 16.516 16.735 16.943 17.165 17.574 _17.806 18.288 18.557 - Solar 19.571 19.903 20.272 21.832 24.350 29.068

(33)

Hasil Analisa GC produk untuk laju N

2

130 ml/min

dan suhu 450

o

C untuk katalis HZSM-5

min 0 5 10 15 20 25 30 pA 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 FID1 A, (ITS-IRMA\450-130.D) 0.596 0.638 0.746 0.948 1.059 1.116 1.161 1.647 1.737 1.784 1.923 2.037 2.119 2.267 2.441 2.493 3.218 3.594 4.039 4.265 4.507 4.949 5.463 5.813 6.392 _7.035 7.370 - Gas o line 7.799 8.000 8.396 8.629 8.823 9.160 9.509 9.876 10.256 10.999 11.134 11.360 11.566 11.865 12.010 12.202 12.709 12.841 12.937 13.081 13.206 13.326 13.542 13.875 - K eros en e 14.130 14.366 14.621 14.888 15.088 15.327 15.559 15.873 16.149 16.356 16.423 16.675 17.002 17.165 17.357 17.435 17.805 18.033 - S o lar 18.328 18.520 18.871 19.699 19.956 20.486 20.853 21.264 22.272 22.449 22.510 22.769 25.257 25.446 27.871

(34)

Pengaruh temperatur terhadap yield pada laju gas N₂ 0,2 ltr/menit, untuk katalis silika alumina

0 5 10 15 20 25 30 35 350 400 450 500 550 600 Temperatur ( o_{C )} Yi e ld ( % ) _gasoline kerosene diesel

(35)

Pengaruh laju gas N

₂

terhadap yield pada

temperatur 400

o

C untuk katalis silika alumina

0 5 10 15 20 25 30 35 0 0.2 0.4 0.6 0.8

Laju gas N₂ ( ltr/min )

Yi e ld ( % ) _gasoline kerosene diesel

(36)

Pengaruh temperatur terhadap yield pada laju gas N₂ 100 ml/menit. Bahan baku minyak sawit dan katalis

HZSM-5 0 5 10 15 20 25 30 300 350 400 450 500 550 Temperatur ( oC) Yi el d ( % ) gasoline kerosene diesel

(37)

Pengaruh laju gas N₂terhadap yield pada temperatur

350o_{C. Bahan baku minyak sawit dan katalis HZSM-5}

0 5 10 15 20 25 90 110 130 150 170

Laju gas N2 (ml/min)

Yi e ld ( % ) gasoline kerosene diesel

(38)

Pengaruh temperatur terhadap yield gasoline pada laju

gas N₂130 ml/menit pada katalis HZSM-5, Ni-

HZSM-5, Cu-HZSM-5 dan Zn-HZSM-5 bahan baku minyak sawit 0 5 10 15 20 25 30 35 300 350 400 450 500 550 T emperatur ( o_{C )} Y ie ld ga so li ne ( % ) HZSM-5 Ni-HZSM-5 Cu-HZSM-5 Zn-HZSM-5

(39)

Pengaruh temperatur terhadap yield pada laju gas N₂ 150 ml/menit untuk katalis HZSM-5,

bahan baku asam oleat.

0 10 20 30 40 50 350 400 450 500 Temperatur ( oC ) Yi el d ( % ) _gasoline kerosene diesel

(40)

Pengaruh laju gas N₂terhadap yield pada temperatur

450o_{C. Bahan baku asam oleat dan katalis HZSM-5}

0 10 20 30 40 50 50 100 150 200

Laju gas N₂ (ml/min)

Yie ld ( % ) _gasoline kerosene diesel

(41)

Pengaruh temperatur terhadap selektifitas pada laju gas

N₂100 ml/menit untuk katalis HZSM-5, bahan baku

minyak sawit. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 300 350 400 450 500 550 Temperatur (oC) S ele k tif ita s _gasoline kerosene diesel

(42)

Pengaruh temperatur terhadap selektifitas gasoline

pada laju gas N₂130 ml/menit pada katalis HZSM-5,

Ni-HZSM-5, Cu-HZSM-5 dan Zn-HZSM-5 bahan baku minyak sawit

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 300 350 400 450 500 550 T emperatur ( o_{C )} S e le kt if it a s ga sol ine HZSM-5 Ni-HZSM-5 Cu-HZSM-5 Zn-HZSM-5

(43)

Pengaruh temperatur terhadap selektifitas pada laju gas

N₂150 ml/menit untuk katalis HZSM-5, bahan baku

asam oleat 0 0.5 1 350 400 450 500 550 Temperatur ( oC ) S e le k tif ita s _gasoline kerosene diesel

(44)

Pengaruh temperatur terhadap yield total untuk katalis HZSM-5, Ni-HZSM-5, Cu-HZSM5 dan Zn-HZSM-5

pada laju gas N₂130 ml/menit

bahan baku minyak sawit.

0 5 10 15 20 25 300 350 400 450 500 550 T emperatur ( o_{C )} Y ie ld to ta l ( % ) _HZSM-5 Ni-HZSM-5 Cu-HZSM-5 Zn-HZSM-5

(45)

Pengaruh temperatur terhadap yield total untuk katalis HZSM-5, bahan baku asam oleat.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 300 350 400 450 500 550 Temperatur ( oC ) Yie ld to ta l ( % ) Laju N2 90 ml/min Laju N2 120 ml/min Laju N2 150 ml/min Laju N2 190 ml/min

(46)

(47)

Model Kinetika

Skema reaktor Fixed bed

n=1 n=2 A Ao X W F k  A A Ao r dX F dW _ A A Ao Ao X X F W kC   1 2 Ao Ao A F W kC X   ln(1 ) RT E k k  ln _o  ln n=0

(48)

Pengaruh Suhu Reaktor Terhadap

konversi

(49)

Pengujian Orde Reaksi Satu

y = -0.0201x + 2.0987 R2 = 0.8324 y = -0.062x + 2.6818 R2 = 0.9533 y = -0.1198x + 3.3526 R2 = 0.9869 y = -0.0912x + 3.1767 R2 = 0.9503 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 w.C_Ao/F_Ao (gr.mnt/ltr) -l n( 1-X A ) 370 C 400 C 450 C 500 C

(50)

y = -0.4614x + 12.018 R2 = 0.4687 y = -0.2657x + 7.8691 R2 = 0.473 y = -1.1916x + 20.404 R2 = 0.7995 y = -1.4183x + 21.367 R2 = 0.9427 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 w.C_Ao/F_Ao (gr.mnt/ltr) X A/( 1 -X A) 370 C 400 C 450 C 500 C

(51)

Penentuan Energi Aktivasi

y = -3647.6x + 2.6048 R2 = 0.9802 -3.6 -3.1 -2.6 -2.1 -1.6 -1.1 -0.6 -0.1 0.0012 0.0012 5 0.0013 0.0013 5 0.0014 0.0014 5 0.0015 0.0015 5 0.0016 1/T (1/K) ln k

(52)

Hubungan % Recovery terhadap Suhu

Destilasi

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 20 40 60 80 100 % recovery T em p er at u re C m.sawit As.oleat premium kerosine solar crude m.sawit crude As.oleat

(53)

Hasil analisa viskositas, densitas,

Hasil analisa viskositas, densitas, flash pointflash point, , fire point fire point dan dan

cetane number

cetane number dari produk dari produk (gasoline, kerosene dan diesel) (gasoline, kerosene dan diesel)

dan

dan gasoline, kerosene gasoline, kerosene dan dan diesel diesel komersial pertamina.komersial pertamina.

Sifat Gasoline Kerosene Diesel Bio

gasoline Bio Kerosene Bio diesel 1.Viskositas 2.Densitas 3.Flash point 4.Fire point 5.Cetane number -0.7320 -1.2930 0.8031 37.8 -3.6590 0.8594 65.6 44 0.6454 0.7484 -1.5990 0.8229 37 70 -4.0310 0.8444 74 101 41

(54)

Hubungan antara %

recovery

terhadap API

gravity

dan viskositas

crude oil

dan

crude

minyak

sawit.

(55)

Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan:

Temperatur reaktor berpengaruh terhadap yield dari gasoline, kerosene dan

diesel. Untuk katalis HZSM-5 pada temperatur 450o_{C dan laju gas 100}

ml/menit yield tertinggi gasoline 28,78% dan yield tertinggi kerosene 16,57% untuk diesel yield tertinggi diperoleh pada temperatur 500o_{C dan}

laju gas yang sama yaitu 12,02%

Laju gas N₂ berpengaruh pada yield gasoline, kerosene dan diesel, semakin besar laju gas N₂ yield gasoline, kerosene dan diesel mengalami penurunan

karena semakin besar laju gas N₂ space timenya semakin kacil. Untuk

katalis HZSM-5 pada laju gas N₂ 100 ml/menit temperatur 450o_{C yield}

gasoline 28,78% dan kerosene 16,57% namun dan pada laju gas N₂ 160 ml/menit yield gasoline turun ke harga 16,25% dan kerosene 12,82%. Untuk

diesel pada laju gas N₂ 100 ml/menit yield diesel 12,02% namun pada laju gas N₂ 160 ml/menit turun menjadi 6,17% pada temperatur 500o_C

Penggunaan katalis sintetis Silika alumina pada proses perengkahan minyak sawit mengarah ke fraksi diesel. Katalis HZSM-5, Ni/HZSM-5, Cu/HZSM-5

dan Zn/HZSM-5 mengarah ke fraksi gasoline dan kerosene.

Pada pengembangan model kinetika dipakai asam oleat yang dianggap merepresentasikan minyak sawit dan kinetika reaksi menunjukkan orde

satu terhadap asam oleat. Model kinetika yang dihasilkan adalah -rA’’’ = 11,53 e-29496.17/RT CA.

(56)