REVIEW PENGARUH PENGGUNAAN KATALIS DENGAN MENGGUNAKAN METODE CATALYTIC CRACKING PADA PEMBUATAN BAHAN BAKAR MINYAK (BENSIN)
Siti Fatimah1
1Progam Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang Kampus Sekaran, Gunungpati Semarang
Email : sfatimah298@gmail.com
ABSTRAK
Penggunaan energi di Indonesia secara umum terus meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi maupun teknologi. Pemakaian energi mix di Indonesia saat ini lebih dari 90% menggunakan energi yang berbasis fosil, yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1% . Sementara itu, produksi minyak bumi maupun bahan bakar minyak tidak mengalami peningkatan yang signifikan setiap tahunnya. Oleh karena itu untuk menghindari krisis energi minyak dimasa mendatang, diperlukan upaya pemenuhan kebutuhan energi melalui eksplorasi, pemanfaatan sumber energi alternatif dan efesien serta pengolahan minyak bumi yang ada secara maksimal. Melihat kondisi tersebut, diperlukan adanya suatu cara untuk meningkatkan kualitas minyak yang ada di Indonesia. Salah satunya adalah melalui perengkahan minyak bumi menggunakan katalis (catalytic cracking). Tujuan review ini adalah untuk membandingkan hasil perengkahan minyak menggunakan katalis (catalytic cracking). Pada kondisi yang sama, menggunakan suhu 450o C dan waktu selama 60 menit fraksi bensin yang dihasilkan berturut-turut adalah 63,1 % dan 82,11% dengan rasio 1,5% dan 1/3 %. Sedangkan katalis zeolit/nikel yang digunakan kurang efektif sebagai katalis perengkahan minyak menjadi fraksi bensin tetapi cukup efektif sebagai katalis perengkahan untuk konversi fraksi solar (C10-C20). Penggunaan katalis zeolit sintesis pada
perengkahan PFAD tidak menghasilkan bensin.
Kata kunci : perengkahan, katalis, zeolit.
PENDAHULUAN
Penggunaan energi di Indonesia secara umum terus meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi maupun teknologi. Pemakaian energi mix di Indonesia saat ini lebih dari 90% menggunakan energi yang berbasis fosil, yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1% (Buchori, ddk., 2010). Pada tahun 2005, konsumsi BBM berada di level 1,3 juta bph. Lima tahun kemudian yakni pada 2010, konsumsi naik ke level 1,4 juta bph dan naik ke 1,6 juta bph di 2015 (Badan Pusat Statistik, 2017). Menurut Dudley (2015), cadangan minyak bumi dunia pada akhir tahun 2014 adalah sebesar 1700,1 miliar barel, sedangkan Indonesia hanya memiliki cadangan minyak terbukti sebesar 3,7 miliar barel dan jumlah tersebut hanya 0,2% dari jumlah cadangan minyak di dunia. Jumlah produksi minyak sebesar 852 ribu barel/hari dengan konsumsi 1,641 juta barel/hari. Sementara itu, produksi minyak bumi maupun bahan bakar minyak tidak mengalami peningkatan yang signifikan setiap tahunnya. Sejak tahun 2010 – 2015 produksi minyak mentah di Indonesia mengalami penurunan setiap tahunnya, sedangkan produksi bahan bakar minyak mengalami kenaikan sekita 0,1 – 1 % setiap tahunnya (Badan Pusat Statistik, 2017).
dengan meningkatkan eksplorasi sumber daya, potensi dan/atau cadangan energi, baik dari jenis fosil maupun energi baru dan energi terbarukan (Peraturan Pemerintah, 2014). Oleh karena itu untuk menghindari krisis energi minyak dimasa mendatang, diperlukan upaya pemenuhan kebutuhan energi melalui eksplorasi, pemanfaatan sumber energi alternatif dan efesien serta pengolahan minyak bumi yang ada secara maksimal. Selain itu, dari segi masyrakat diperlukan adanya suatu tindakan penghematan penggunaan bahan bakar minyak dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya membantu pemerintah untuk mengurangi kadar polusi udara dan penghematan bahan bakar melalui penggunaan transportasi pribadi secara efektif. Ataupun dengan penggunaan energi listrik secara efesien. Dari segi masyarakat diperlukan adanya kesadaran diri akan hal tersebut, hal ini dikarenakan cadangan sumber energi yang dimiliki semakin berkurang setiap tahunnya yang tidak mampu diimbangi dengan pengolahan energi dengan baik.
Melihat kondisi tersebut, kita dituntut untuk melakukan inovasi dalam meningkatkan efisiensi proses pengolahan minyak bumi yang berkualitas bernilai ekonomis tinggi semaksimal mungkin. Salah satunya adalah melalui perengkahan minyak bumi menggunakan katalis (catalytic cracking). Reaksi perengkahan katalitik adalah suatu
reaksi dimana terjadi pemutusan suatu molekul hidrokarbon yang besar menjadi molekul hidrokarbon yang lebih kecil dengan menggunakan katalis (Sibarani,2012). Tujuan teknologi perengkahan katalitik yang sekarang dikembangkan dilakukan untuk memproduksi biofuel yaitu hidrokarbon yang berisi campuran berbagai fraksi gasoline, kerosene dan diesel yang dapat digunakan sebagai bahan bakar (Ramya dan Sivakumar, 2010). Dalam perengkahan katalitik reaksi yang berlangsung dapat meliputi dehidrogenasi, hidrogenasi, dan isomerisasi. Reaksi perengkahan ini biasanya dilakukan pada suhu yang tinggi, yaitu antara 300– 500°C. Pada suhu yang lebih rendah, katalis asam yang digunakan belum aktif, namun pada suhu yang lebih tinggi, katalis juga sudah tidak aktif. Suhu yang tinggi menyebabkan reaksi yang terjadi adalah perengkahan termal.
Beberapa faktor yang diketahui dapat mempengaruhi reaksi perengkahan katalitik selain jenis katalis dan temperatur reaksi ialah rasio antara katalis dengan umpan atau lebih dikenal sebagai rasio C/O (Catalyst/ Feed or Oil) yang digunakan (Ardianus,dkk.,
2013).Terdapat dua macam proses catalytic cracking dalam mengolah minyak bumi yaitu
menggunakan katalis natural dan sintetik katalis. Natural katalis diantaranya silika-alumina, bentonite-clay, alumunium hidrosilikat sedangkan sintetik katalitik diantaranya sintetik silika-alumina, silika-magnesia, zeolite, karbon aktif dan komponen alkali (Kyaw dan Hmwe, 2015). Dalam proses perengkahan katalitik, katalis yang digunakan adalah katalis padat (heterogen). Beberapa jenis katalis yang digunakan dalam proses perengkahan adalah Zeolit ZSM-5 – Al2O3 (Setiadi, dkk., 2006), Mordenite (Wijaya, dkk), Cr/Mo/HZA dan Ni/Mo/HZA (Sundaryono, dkk., 2015), Asam Sulfat (Nasikin, dkk., 2016) dan beberapa jenis katalis lainnya. Tujuan penulisan artikel ini adalah untuk mengetahui katalis yang paling efektif untuk catalytic cracking pada pembuatan bahan bakar minyak.
KARAKTERISASI KATALIS
Karakterisasi Katalis Zeolit X
Katalis yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan XRD (X-ray Diffraction) untuk
mengetahui jenis kristal zeolite. Proses XRD dijalankan dengan radiasi Cu-Kα yang dioperasikan pada 40 kV dan 100 mA dengan rentang 10-100 (o2θ). Dari hasil analisis
XRD diketahui puncak mineral (2θ) dan intensitas mineral yang menunjukkan tingkat
kristalinitasnya (crystallinity). Jadi dapat dikatakan bahwa proses pembentukan kristal
dikatakan bahwa zeolit X yang ingin disintesis pada penelitian ini belum terbentuk secara sempurna (Wahyudi, dkk., 2016).
Karakterisasi Katalis Cr/ZAA
Perengkahan katalis kemudian dikarketirisasi dengan cara analisa rasio Si/Al total dengan menggunakan spektroskopi UV Vis. Uji keasaman dilakukan dengan menggunakan basa piridin, keasaman katalis dibandingkan dengan keasaman zeolit alam aktif yang telah dikalsinasi dan zeolit alam aktif yang telah dikalsinasi dan diembankan logam Cr namun belum dioksidasi dan reduksi. Kandungan logam dalam katalis dianalisis menggunakan spektroskopi serapan atom, dan hasilnya dibandingkan dengan kandungan logam pada zeolit alam aktif (Trisunaryanti, 2012).
Karakterisasi Katalis Zeolit/nikel
Proses perengkahan katalitik dilakukan dengan sistem batch menggunakan rasio
katalis/umpan 10:30 w/w, 10:40 w/w dan 10:50 (w/w). Karakterisasi meliputi uji pengukuran densitas, dan viskositas kinematik. Sedangkan untuk mengetahui senyawa komponen penyusunnya dengan menggunakan Analysis Gas Chromathograph Mass Spectrometry (GC-MS). Perlakuan yang sama dilakukan terhadap katalis/umpan
10:40 w/w dan 10:50 w/w (Andrianus, dkk., 2013).
Karakterisasi Katalis Zeolit Sintesis
Perengkahan berlangsung secara batch dalam reaktor tangki berpengaduk. Untuk
mengetahui konversi reaksi, maka dilakukan analisis kadar asam lemak dalam PFAD dan produk reaksi. Selain itu, produk reaksi juga dianalisis menggunakan FTIR (Fourier Transform Infra Red) untuk mengetahui perubahan gugus fungsi serta GCMS (Gas Chromatography Mass Spectra) untuk mengetahui komponen yang terkandung dalam
produk (Yelmida,dkk., 2012).
HASIL KARAKTERISASI KATALIS
Katalis Zeolit X
Gambar 1. Grafik Perolehan Yield (%)
Dari Gambar 1 dapat dilihat bahwa yield yang dihasilkan semakin meningkat seiring
dengan meningkatnya suhu dan rasio katalis. Hal yang sama juga dikemukakan oleh Houshmand dkk., (2013) bahwa dengan meningkatnya suhu maka semakin banyak ikatan yang terputus sehingga produk semakin banyak, yield juga semakin meningkat. Pada
suhu 400oC dan 450oC yang meningkat secara signifikan. Hal ini dikarenakan proses perengkahan pada suhu yang lebih rendah menghasilkan produk wax yang tertinggal di dalam reaktor yang terdiri dari parafin dan arang yang terkarbonisasi (Achilias dkk., 2007). Pada variasi rasio katalis, yield yang diperoleh semakin tinggi seiring dengan
meningkatnya rasio katalis. Hal ini disebabkan karena semakin banyak jumlah katalis yang ditambahkan maka akan meningkatkan laju reaksi pembentukan produk dengan jalan menurunkan energi aktivasi. Banyaknya % katalis maksimum yang menghasilkan yield adalah 1,5% dengan suhu 450o C. Sehingga dapat diketahui bahwa suhu paling efektif adalah 450o C pada penggunaan katalis X untuk membentuk bensin.
Katalis Cr/Zeolit
Perengkahan dengan menggunakan katalis Cr/Zeolit pada suhu 450oC dengan variasi rasio katalis/umpan 1/1, ½, 1/3, ¼ (b/b).
Gambar.2 Pengaruh rasio katalis dengan waktu perengkahan 60 menit
Hasil dari perengkahan selama 60 menit ditampilkan pada gambar 2. Konversi fraksi bensin tertinggi dicapai oleh rasio katalis/umpan 1/3 sebesar 53,27% dan konversi fraksi bensin terendah dicapai oleh rasio katalis/umpan 1/1 sebesar 28,34%. Urutan rasio katalis/umpan yang menghasilkan konversi fraksi bensin pada perengkahan selama 60 menit adalah 1/3 > ¼ > ½ > 1/1. Konversi fraksi bensin untuk rasio katalis/umpan ¼ sedikit lebih kecil dibanding konversi fraksi bensin rasio katalis/umpan 1/3, hal ini disebabkan karena rasio katalis/umpan 1/3 merupakan rasio yang paling optimal pada waktu perengkahan 60 menit, sehingga jika katalis yang digunakan lebih sedikit akan mengurangi konversi fraksi bensin karena reaksi perengkahan lebih lambat, sedangkan jika katalis yang digunakan lebih banyak dari rasio katalis/umpan 1/3 maka reaksi perengkahan akan berlebihan akibatnya menghasilkan fraksi gas yang berlebihan. Rasio katalis/umpan 1/3 dengan waktu perengkahan 60 menit adalah kondisi optimal dari seluruh percobaan ini, karena dihasilkan konversi yang paling besar dengan pembentukan kokas yang relatif sedikit yaitu 2,67% (Trisunaryanti, 2012). Semakin tinggi temperatur maka produk cairan yang dihasilkan semakin tinggi. Katalis berpengaruh terhadap produk cairan yang dihasilkan dimana semakin banyak jumlah katalis yang digunakan, maka produk yang dihasilkan juga semakin banyak (Wijaya, dkk., 2014). Katalis Zeolit/nikel
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa perengkahan minyak jelantah menggunakan katalis zeolit/nikel terbaik adalah produk dengan rasio 10:40 w/w yang ditunjukkan dengan kelimpahan (%) dari senyawa pentadekana dan nonana yang dihasilkan lebih besar dari kedua jenis variasi lainnya. Produk perengkahan yang dihasilkan memiliki tampilan warna kuning bening dan bau yang tajam dengan jumlah (massa) yang diperoleh dari proses perengkahan katalitik untuk setiap rasio katalis/umpan menghasilkan % yield berturut-turut sebesar 46,75 %; 37,75 % dan 47,8 %. Sementara
jelantah pada masing-masing produk menghasilkan sedikit asap dibandingkan nyala api yang dihasilkan oleh bahan bakar solar.
Tabel.1 Hasil analisis GSA katalis Zeolit/nikel
Data Analisis GSA
LPS VTP RJP
123,324 113,9 36,939
Keterangan :
LPS (Luas Permukaan Spesifik) VTP (Volume Total Pori)
RJP (Rata-rata Jari Pori)
Besar kecilnya berat molekul senyawa yang dihasilkan salah satunya dipengaruhi oleh rata-rata jari pori (RJP) dari katalis dan menentukan efektivitas katalis yang digunakan. Semakin besar nilai RJP katalis yang digunakan dalam perengkahan maka kemungkinan senyawa dengan berat molekul besar untuk lolos dan tidak terfragmentasi juga semakin besar dan demikian pula sebaliknya. Tabel 1 menunjukkan nilai RJP katalis yang digunakan sebesar 36,939 Å atau lebih besar dari nilai RJP katalis yang digunakan oleh Septiansyah (2011) yaitu sebesar 12,588 Å dan Hassanudin dkk (2003) sebesar 11,6 Å dengan konversi produk perengkahan minyak jelantah didominasi senyawa fraksi C8-C9 (fraksi bensin). Sehingga dapat dikatakan bahwa katalis yang digunakan kurang efektif sebagai katalis perengkahan menjadi fraksi bensin tetapi cukup efektif sebagai katalis perengkahan untuk konversi fraksi solar (C10-C20) (Andrianus,dkk., 2013).
Katalis Zeolit Sintesis
Produk hasil perengkahan dengan katalis zeolit sintesis dikarakterisasi dengan FTIR dan dapat diketahui perubahan yang terjadi pada gugus fungsi produk tersebut. Gugus karbonil untuk hasil perengkahan dapat berupa karbonil dari keton atau ester. Untuk menganalisis produk perengkahan, analisis selanjutnya dilakukan menggunakan GCMS.
Gambar 3. Kromatogram produk pada suhu 280 C dan waktu 100 menit
spektrum massanya. Berdasarkan hasil analisis menggunakan FTIR dan GCMS dapat diketahui bahwa proses perengkahan PFAD tidak menghasilkan biofuel. Senyawa yang terbentuk berupa tridecanoic acid (C13H26NO2), Cholest-8-en-3-ol (C28H48O) dan Metil vinil
keton (C4H6O).
Dari keempat katalis tersebut dapat diketahui bahwa setiap katalis memiliki karakteristik tersendiri dalam menghasilkan bensin. Katalis-katalis tersebut kemungkinan mampu menghasilkan perengkahan dengan rantai lebih panjang apabila katalis tersebut dimodifikasi dengan katalis lain. Sehingga jenis bahan bakar minyak yang dihasilkan lebih bermutu tinggi. Jenis katalis yang paling efektif menghasilkan fraksi bensi adalah Cr/Zeolit dengan fraksi bensin sebesar 82,11%.
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
Ardianus,dkk., 2013. Optimasi Reaksi Perengkahan Minyak Jelantah Menggunakan Katalis Zeolit/Nikel. Progam Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Tanjungpura. Pontianak.
Achilias, D. S., Roupakias, C., Megalokonomos, P., Lappas, A. A., Antonakou, E. V, 2007. Chemical recycling of plastic wastes made from polyethylene (LDPE and HDPE) and polypropylene (PP), Journal of Hazardous Materials, 149, 536 –
542
Badan Pusat Statistik diakses melalui www.bps.go.id pada15 Oktober 2017 pukul 10.34 WIB.
Buchori, Luqman , ddk., 2010. Pembuatan Bahan Bakar Cair dari Tremboso (Sisa Sadapan Lateks) Menggunakan Katalis Zeolit HY dan ZSM-5. Seminar Rekayasa Kimia dan Proses. Jurusan Tekni Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. Semarang.
Dudley, B. 2014. BP Statistical Review of World Energy June 2015. diakses pada 15 Oktober 2017.
Hasanudin dan Nugrahaningtyas, K.D., 2003. Hidrogenasi dan Perengkahan Katalitik TIR Batubara dengan Katalis Cr/Zeolit Alam. Alchemy., Vol.2 (1), 24-33.
Kyaw, K. T. and C.S. Hmwe. 2015. Effect of Various Catalyst on Fuel Oil Pyrolisis Process of Mixed Plastic Waste. International Journal of Advance in Engineering
and Technology 8(5) : 794-802.
Ramya G dan Sivakumar T. 2010. Fixed bed catalytic cracking of non-edible oilsusing zeolites for the production of biofuel. Bull the Catalysis Society of India. (9): 1 -11
.
Septiansyah, Sy.I. 2011. Modifikasi Ni-Zeolit dan Sifat Katalitik Perengkahan Terhadap Minyak Jelantah. Universitas Tanjungpura, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Pontianak. Skripsi.
Setiadi dan Benny A.W, 2006. Kinerja Katalis Zeolit Sintetik ZSM-5 – Al2O3 dalam Reaksi Perengkahan Minyak Sawit Menjadi Hidrokarbon Fraksi Gasoline.
Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia, Universitas Indonesia. Depok.
Sibarani, Kezia, L, 2012. Preparasi, Karakterisasi, dan Uji Aktifitas Katalis Ni-Cr/Zeolit Alam Pada Proses Perengkahan Limbah Plastik Menjadi Fraksi Bensin. Skripsi. Universitas Indonesia. Depok.
Sundaryono, Agus, dkk., 2015. Perengkahan Katalitik Metil ester dari Minyak Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit dengan Katalis Cr/Mo/HZA dan Ni/Mo/HZA. Jurnal Teknologi Industri Pertanian. Universitas Beengkulu. Kota Bengkulu. Trisunaryati, Wega, 2012. Optimasi Waktu dan Rasio Katalis/umpan pada Proses
Perengkahan Katalitik Fraksi Sampah Plastik Menjadi Fraksi Bensin Menggunakan Katalis Cr/Zeolit Alam. Indonesian Jurnal of Chemistry. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan IPA, Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. Wahyudi,Ekki, dkk., 2016. Pengolahan Sampah Plastik Polipropilena (PP) Menjadi
Bahan Bakar Minyak dengan Metode Perengkahan Katalitik Menggunakan Katalis Sintesis. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Riau. Pekanbaru.
Wijaya, Ardi, dkk., 2014. Pemanfaatan Oli Bekas Sebagai Bahan Baku Peembuatan Bahan Bakar Cair (BBC) dengan Metode Catalytic Cracking Menggunakan
Yelmida,dkk., 2012. Perengkahan PFAD (Palm Fatty Acid Distillate) dengan Katalis
Zeolit Sintesis Untuk Menghasilkan Biofuel. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas
