Pengaruh Logam-Logam Dalam Katalis Cu-Zn-Al/y-Al203Pada Konversi Gas Sintesis Menjaadi Dimethyl Ether

PROSIDING

Seminar :Nasiona(

Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia 2004

Editor :

Prof.Ir. Renanto Handogo, M.Sc., Ph.D.

Dr.Ir. A.

Roesyadi,

DEA.

Dr.Ir.

Mahfud,

DEA.

Dr.Ir. Sumarno, M.Eng.

Dr.Ir. Gede Wibawa,

M.Eng.

Diterbitkan oleh Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi lndustri, lnstitut Teknologi

Sepuluh Nopember, Surabaya.

Copyright©2004, 2003, 2002, 2001, 2000, 1999, 1998, 1997 oleh Seminar Nasional

Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia.

PROSIDING

.geminar

ltrasionaf

Fundamental

dan

Aplikasi Teknik Kimia

2004

Dne.bilkan oleh Jurusan

Teknk Kimia,

Fakultas

Teknologi lndushi, lnslitut Teknologi

Sepuluh

Nopember,

SuEbaya

ISSN

i 141(,-5667

Editor:

Prof.k.

Renanto Handogo, M.Sc.,

Ph.D.

Dr.Ir. a.

Roesyadi,

DEA.

Dr.ir.

Mahfud,

DEA.

Dr,Ir,

Sumamo,

M,Eng.

Or.k.

Gede

wibawa,

M.Eng.

Copyrl9hto2004,

2003, 2002,

2001 ,

2000,

19S9,

1

998,

1997 ol6h

Seminar

Nasional

KRD

KRI~

KRl6

KRt7

"Kinctika Rcaksi Pembuatan Asam Oksalat dari Alang-Alang (lmpcrata Cylindrica (L) Bcauv)" Mumi Y. Davhl /J. F. Wfjayanto

.Jurusan Tcknik Kimia IST AKPRIND .JOG.JAKARTA

"Pcmanfaatan Tongkol .lagung Scbagai l3ahan Baku Pembuatan Fm:fural Dengan Katalisator HCI" lla111ha11g Ku.\11U1rto110. Muslika11

.Jurusan Tcknik 1\imia, FTl-IST AKPRINO Jogjakarta

"Kekuata~1 Asam Katalis <lan Pengamhnya Terhadap Jenis Reaksi Katalisis Asam Yang Terjadi Pada Trigliserida"

''I.

Nasikin da11 S. Chitra

Pro~ram Studi Teknik Kimia, DeJ>artemen Teknik Gas dan Petrokimia, Unive.-sitas Indonesia

"Pemanfaatan Silikat Dari Abu Sekam Padi (Rha) Untuk Reaksi Perengkahan Dan Aromatisasi" lsll'ahyudi, Joko S11sa11to da11 Didi Dwi A11ggoro Jl

Laborntorium Rekayasa Proses, .Jurusan Teknik Kimia, FT-UNDIP

, "Pcngaruh Logam-logam Dalam Katalis Cu-Zn-Al/y-Al203 Pada Konvcrsi Gas Sintesis Mcrtjadi

Dimethyl Ether"

Ac/1111ad Roesyadin;. Mal~/iuf ''. Surat no lourentiw/1'. Yeni Widinastuti''' dan Evelyn Yu/icia(IJ t1•.1urusan Teknik Kimia, lnstitut Teknologi Sepuluh Nopember

121

i\fahasiswa Program S., ITS dmi Staf Jurusan Tcknik Kinlia UKWM Surabaya

PENGEMBANGAN MATERIAL BARU

MUOI "Analisa Kcgagalan fra11.~fer Line Primm:r Reformer Ej]lue11t Chamber 107-D Pabrik Amoniak Kaltim 2"

Posma M Pakpalum. Wilda11 J-lamdani. dun Parahirazy Albirimi

Biro lns1>cksi Teknik PT. Pupuk Kalimantan Timur, Tbk.

l\1 B02 "Pcmbuatan Dan Karaktcrisasi Membran Reaktor Zeolit" liens Saputra, /\1oclwmad Rosjidi da11 Amvar A4ustafa

Pusat Pengkajian dan Pcnerapan Teknologi Industri Proses BPPT

M1303 "Pcngembangan Material Recycle Mdpe (Middle Density Polyetylen) Sebagai Bahan Material Komposit Kayu (Tinjauan Terhadap Sifat Mckanis)"

11cmlm Sat SetUo Tomo. Wawas Swathal<!fi·(iiah. M. Fatich Asror, Sae.fit! Roclmum

Balai Pcngkajian Tcknologi Polimer. UPP Tcknologi, Puspiptck

[V1B04 "Kajian Awai Pcmanfoatan Clay Schagai Filler Pada Metal Foam Open Cell Net" Moh. llam::alt. liens Saputra, Moch. Rosyidi

Staf Pcncliti Badan Pcngkajian dan Pcncrapan Tcknologi Ml305 Syntcsis Keramik Zirkonia Sebagai Material Biokeramik

Pr(m San(jo110 da11 E1:fin }' Febrianto

Kclompok Kcramik & Gelas PPF-LIPI

i\1B06 "Pcmhuatan Mcmbran Dialisis dcngan Bahan Lokal" Kris Tri Ba.rnki dan Imam Prayogo

Pusat Pcnclitian dan Pcngcmbangan Tcknologi Ma.ju - BATAN

l'v1B07 "Analisa Tcnnal Untuk Mengungkap Anomali Dan Dcgradasi Material I3cton" Amir Partowiyatmo

llalai Bcsar Teknologi Kekuatan Struktur - BPPT

l\r1B08 "Kopolimcrisasi Graf Dari Polyac1ylamide Pada Srarc/1 Dan Karakteristik Flokulasinya" /rn N11mw.rnri. Any Sulistio, S<~fia Sifria11ita. Sumarno

.J unisan Tcknik Ki min FTl-ITS

MB09 "Pengaruh Pcrubahan Kristalinitas karcna Temperatur dan Nitrogen Tcrlamt Tcrhadap Struktur Sel pada Pemrosesan Polipropilen Mikroscluler"

Dech~\' Sctyo Prihadi. I-Im)' Dwi Wi<lo<lo, Sumamo .I urusan Tcknik Kinlin FTl-ITS

MBIO "Pengaruh Komposisi Polyol tcrhadap Properti dan Struktur Foam Fleksibel Polyurethane" llemy Aswti. GAM Sri Butllwymlli, Sunwnw

.Jurusan Tcknik Kimia FTI ITS ,

MB 11 .. Development of non-noble metal catalytic filter for the abatement of diesel particulate emissions" Agu.'i Setiabudi'11dmwd llmu~fi S. IVuryaningsilt S.R. Blasius Hangkoso

lllProgram Studi Kimia UPI, Peneliti tamu pada PP Kimia LIPI, Scrpong Team Risct Unggulan Teq>adu Internasional (RUTI); LIPI-UPI-DUT MB 12 "Pcmanfaatan Limbah Serat Sagu Sebagai Bahan Komposit Panel''

Sm:fiil Ro/mum. Jlendro Sat SctUo Tomo dan fleru Sa11loso Scntra Tcknologi Polimcr, PBSPIPTEK

ISSN: 1410-5667

SEMINAR NASIONAL FUNDAMENTAL DAN APLIKASI TEKNIK KIMIA 2004 Surabaya, 7-8 Desember 2004

Disele11ggaraka11 olelr Jurusan Tek11ik Kimia FT/ - ITS

Pengarul~

Logam-IQgam Dalam Katalis Cu-Zn-Al/y-A)i0

3

Pada Konversi

Gas Sintesis Menjadi Dimethyl Ether

Achmad Roesyadi(11, Mahfud<1>, Suratno Lourentius<2l Yeni Widinastuti11_{> dan Evelyn Yulicia<1>}

• '

1

'Jurusan Teknik Kimia, lnstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus ITS Sukolilu, Surabaya, Tclp./Fax : (031 )5995273; e-mail: jtk-its@idola.net.id 121

Mahasiswa Program S3 ITS dan Staf Jurusan Teknik Kimia UKWM Surabaya

JI. Kalijudan 3 7 Surabaya Telp.: (031 )3891264; Fax.(031 )3891267, e-mail:ratuo@mail.wima.ac.id

Abstrak

De11ga11 111e111jJis11ya cada11ga11 da11 produksi migas nasional, perlu dicari usalra untuk mengatasinya. Kini dike111/Ja11gka11 pe11elitia11 dengan /Jalu111 /Jalw gas a/am untuk diubalr 111e11jmli yailu dimethyl ether(DME) yang setara de11ga11 LPG. Sebelum disintesa, gas a/am dikonversi terlebih dahu/u membentuk gas sintesis (syngas). Ko ta/is Cu-Zn-A fly-A lumi11a dipreparasi secai·a i111preg11asi. Konversi syngas dilaksanakan dalam reaktor 1111gg1111 l<'l<l/J de11ga11 lwndisi: perhmuli11ga11 1110/ /Jidmgen terhadap karho11 monoksida, H/C0=2/J, kecepatan

a/iron 98-120 111//111e11it. sulr~1 reaksi 240-300°C,·berat kata/is 3 gram dan tekanan 4 MPa. Disimpulkan bahwa, 1111/uk kn tali.,· Cu-Zn-A I __ I ly-A lu111i11<1 ( 8%Cu) 1wda kec<.pa/1111 aiim11 111111u10 rem/alt (88 tlci11 98) konvers;· 111e11i11gkaf. de11ga11 111e11i11gkat11ya sulrn, seda11gka11 untuk kecepatan tinggi J 09 ml/men it konversi menurun. Disa111pi11g itu se/ektil'ilas 111<!1zu1w1 denga11 111e11i11gkatnya .rn/rn. Untuk kata/is Cu-Z1i-A l _ 2/y-A lumina (I /%Cu) konversi relatif lelap dengan 111e11ingkat11ya suhu u11tuk berbagai kecepatan a/ira11 gas. Se/ain itu selektivitas 111rn111w1 dengan 111e11i11gkat11ya sulw. Kata/is C11/Z11/A/_2/y-Alu111i11a relotifbaik

Kuta kunci: gas ala111, syngas, konversi. kata/is, dimethylether

I. Pcndahuluan

Selama kurun waktu 5 tahun terakhir produksi minyak bumi di Indonesia cenderung menurun dan bcrkisar dari I ,5 menjadi 1,4 juta barrel per hari (tcrmasuk kondensat clan NGL), sedangkan komsumsi miriyak bumi cenderung meningkat berkisar dari 0,9

_ mcnjadi l juta barrel per hari. Penurunan produksi tcrscbut dikarcnakan pcnurunan pruduksi surnur-surnur minyak yang sudah cukup tua. I3erbagai usaha telah dilakukan unluk mengkompensasi penurunan produksi tcrscbut antara lain: mengcksplorasi surnur-sumur minyak yang cadangannya relalif kccil. Proyck-proyek eksplorasi tersebut misalnya: proyek minyak lepas pantai Kalimantan Timur, Natuna I3arat dan Jawa Timur; yang kcscmuanya diharapkan dapal berproduksi sebelurn tahun 2004. Akan tetapi dengan sclesainya proyek-proyek minyak tersebut, tidak akan mcningkatkan produksi minyak secara nyata (signilikai1). Di lain pihak, konsurnsi minyak bumi mcnunjukkan kecenderungan meningkat, yang pada gilirannya mcmbawa Indonesia menjadi Negara pcngimpor minyak pada 10 tahun mq_ndatang (Priyanto dan I3akri, 2002). Cadangan gas alam clan batu barn yang dimiliki Indonesia cukup besar sabagaimana ditunjukkan pada Tabel 1.

Pemanfaatan Gas a lam sebagai salah satu jenis bahan bakar yang dapat diter;pkan pada berbagai

scktor yaitu pcmbangkit listrik, bahan bakar industr'1,

rumah tangga dan transportasi sebagaimana ditunjukkan dalam Tabel 2. Pemanfaatan gas alam memiliki keunggulan dibandingkan dengan minyak bumi dan batu bara, karcna gas basil pembakarannya

yang Iebih bersih. Cadangan gas alam tcrdapat di

dekat Arun (Nangro Aceh Danussalam:NAD), sekitar Badak (Kalimantan Timur), ladang-ladang kecil di pantai Jawa, lepas pantai Kangean Jawa Timur, sejumlah tempat di Papua dan Natuna (Priyanto dan Bakri, 2002).

b D E

Tabel I. Potens1 Sum er aya nerg1

Sumberdaya Potcnsi (reserve) RIP tahun 20021

>

Encrgi

Minyak bumi 5 (milyard bbl) 10,1

Gas Alam 92,5 (TCF) 41,6

Batubara 5370 (juta ton) 58,0

I) RIP: rasio reserve terhadap produks1

Metode pengangkutan Gas alam umumnya dengan sistem perpipaan atau dalam bentuk cair yang diangkut dengan kapal tangker. Oleh karena gas alam ditambang dalam fase gas, gas alam lebih sulit ditransportasikan daripada minyak bumi atau batubara. Sistem perpipaan adalah salah satu pilihan model transportasi, akan tctapi penyaluran gas lewat perpipaan dari ladang gas ke konsumen adalah cukup mahal terutama bila melalui jarak yang cukup jauh. · Hal terse but se lain tidak ekonomis juga rawan terhadap keamanan pcnyediaatmya. Penjualan gas alam dalam fase cair (LNG) seringkali lebih

ckonomis dan keamanan suplainya lebih terjamin.

Kendala yang dihadapi dalam pemanfaatan gas alam adalah masalah transportasi gas yang membutuhkan

biaya inycstasi yang cukup besar.

Tahcl 2. Pcma11fa::ita11 Gas /\lam Uuta SCI] .=-:::: :.::.::-::-::::..--:--::=:::::.=:·=:::..-=---=-:::::==-==--=~-==- ====-·-··---- - - -2000 2UOI l'roduksi kotor 2.901.302

..

2.807.150 ,_(las Injection 78.653 67.250 Gas I.in 181.740 178.432 Fuel ( ias I 57.2JX 152.(177 Dipasnrkan LN< i I' Ian ts 1.588.512 1.489.935 Export --- 31.%7 Electricity 223.564 222.271 Fertilizer Plants 214.428 181.449 City (ias (12.5<1 I 8(1.295 l'ctrrn.: hemii.:als 40.750 48.(192 Oil/LPG 44.876 42.244 Cement plants 2.822 3.420 Others 157.990 148.540 Subtotal 2.335.503 2.253.325

Flared and losses 169.750 179.371

Pcmanfaatan tcknologi Gas-frj-Liquid (konversi gas ala111 kc gasoline) (GTL) dan konvcrsi gas alam kc

dimethyl ether (DME) dapat mcningkatkan

pcmanfaatan gas alam. Teknologi tersebut dapat

. sangat scsuai jika ditcrapkan di tcmpat tcrpcncil yang tidak ekonomis untuk sistem perpipaan atau LNG.

Sil'at-sifat yang dimiliki DME hampfr sama dengan

sifat-silat yang dimiliki LPG dengan pnnas pcmbakaran 31,75 MJ/kg. Pada masa mcnclatang,

DME dapat

mensub-substitusi minyak bumi di scktor transportasi dan rumah tangga (LPG) dengan harga yang cukup kompctitif scbagaimana dilaporkan oleh EIA (2002) dalam Tabet 3.

T b 11 P b da e

-

er an 1111!.an . H an.?.a 8 er b a Pat a ian a ar . B I B k

Fuel Present c1r:·Price Future CIF Price

(USCents/Mcal) (US Cents/Meal)

Crude Oil 1.89 2.1 (2005) LNG· 1.87 2.5 (2005) l.l'G 3.5 lligh Gas Oil 2.71 ---Gasoline 2.58 ---Methanol 3 .4 ---DME --- 2.3 (2005) GTL(gnsolin) --- 3.46 Steam Coal 0.92 1.0 (2005)

Reaksi pembentukan DME dan syngas

(campuran CO dan H2) adalah sebagai bcrikut:

2 CO+ 4 H2 H CH3 - 0 - CI-13 + H20 · (I)

Dalam permasalahan mt peneliti mclakukan

penelitian untuk mencari formulasi katalis yang rclatif baik dalam konversi ·syngas menjadi DME, yang nantinyri akan memberikan konversi syngas dan

sclcktivitas· DME yang relatif baik. Reaksi tersebut berlangsung dalam fase gas dengan panas reaksi dan

• 0

encrgi bebas Gibbs pada 600 K adalah 6Hr6ooK= -35,31 kl/mole dan 6G6ooK=+ 79,97kJ/mol. Terdapat bebcrapa publikasi hasil penclitian tentang konversi syngas membcntuk DME antara lain

sebagiamana tcrsebut berikut. Sofianos dan Scurrell ( 1991) lclah mclakukan sintesis syngas menjadi DME clcngan katalis Zn-A l/y-A 1203 dcngan mctoclc

preparasi coprccipitate.d. Dari penelitian tersebut dilaporkan bahwa konversi tertinggi CO adalah

(55-60)'Yc, pada tekanan 4 Mpa, suhu 300°C, rasio mol

umpan I 12:C0=2: l dan GHSV=l 6.000 jam·'.

Li dkk. ( 1996) telah melakukan sintesa syngas mcnjadi DME dengan katalis Cu0-Zn0/y-Al203

scbagai katalis hybrid yang diprcparasi dengan bcrbagai metodc. Dari penelitian tersebut dilaporkan bahwa clcngan mctodc prcparasi Coprecipitation CU-Zn dcngan Na2AI02, tekanan 3 Mpa, suhu 270°C,

GI ISV=20001i·1 dan rasio mol

H_2/CO/C02=64/31/5 dicapai yield DME 43,7% dan konversi CO 63,8%.

Pacla tahun 1998, Ge dkk meneliti peran

Cu0-Zn0-Al203 sebagai katalis yang dipersiapkan dengan bermacam-macam mctode prparasi dan penyangga. Dari kcgialan tcrscbul ditcmukan bahwa CuO-ZnO-Al20iHZMS-5 dan Cu0-ZnO-Al20iHSY dengan

metode Co-precipitating sedimentation

merupakan katalis dengan unjuk kerja terbaik. Dengan katalis tcrsebut pada kondisi operasi reaktor suhu=290°C, tekanan=4 Mpa, GHSV=l 500 li"1 dan rasio mol umpan H₂/C0=2 serta C02=5% dicapai konvcrsi C0=89'% dan selcktivitas DME=99%.

Takcguchi dkk. (2000) mempelajari pengaruh sifat asam padat terhadap konversi syngas-to-DME (STD) pada bermacam-macam katalis hybrid", inclaporkan bahwa katalis yang tcrsusun dari katalis

sintesis metanol dan sili.ca-alumina yang kaya silica mcnunjukkan yield yang tinggi 55,5% dengan selektivitas 93.5% dimethyl ether (DME). Metode preparasi yang digunakan adalah uniform-gelation

method. Kondisi operasi pada reaktor 270°C, 5 MPa,

GHSV = 4200 lf1 <lcngan ratio umpan: H2/CO/C02 =

67 /30/3 (%mo!).

Omata dkk. (2002) mempelajari Sintesis DME pada tekanan rendah dengan hybrid katalis berbasis Cu dengan gradient temperatur reaktor" mendapatkan kon~ersi tertinggi CO menjadi DME adalah 90 % padJ\ondisi operasi (1-5) Mpa dan

( 498-550 °K) dengan metode preparasi

oxalate-ethanol method. Selanjutnya, Sun dkk. (2003) telah mempelajari sintesis langsung dimethyl ether dengan katalis bifungsional. Metode preparasi katalis yang

diterapkan Konclisi operasi yang diterapkan

coprec1j1itati11g sedi111e11lation method. Kondisi opcrasi unjttk kcrja katalis yaitu komposisi umpan 30% CO, 3% C02 dan 67% H2 dan kondisi reactor 3

M Pa,-250 °C dan space velocity (SY)= 1.500 jam·1•

Katalis yang dipakai untuk konversi syngas menjadi DME merupakan katalis padat yang tersusun

dari penyangga dan logam-logam aktif yang

terimpreg1msi dipermukaannya. Logam-logam yang biasa digunakan an.Iara lain tembaga,seng, dan aluminium. Katalis yang dipakai untuk konversi syngas menjadi DME merupakan katalis padat yang tersusun dari penyangga clan logam-logam aktifyang terimpregnasi dipermukaannya. Logam-logam yang biasa digunakan antara lain Cu, Zn, dan Al.

2. Metodologi Penelitian

Sebagai bahan penyangga adalah gamma alumina (y-/\120.1) karena bahan ini mcmiliki luas

permukaan spcsi fik tinggi sekitar 180 m2/gram clan tahan pada suhu tinggi. Sebagai logam aktif adalah

logam Cu, Zn clan Al yang ketiganya berasal dari

garam nilralnya Cu (N03)i.3H20, Zn(N03) 2.6 H20. Dan Al(NO:ih91-l20 Gas-gas yang dibutuh.kan scbagai rcaktan hidrogcn (H 2) grade UHP, karbon KR18-2

, monoksida (CO) grade HP clan nitrogen (N₂) grade

HP. Penelitian dilakukan melalui 2 ta hap : preparasi katalis clan uji konvcrsi syngas

Tahap Preparasi Katalis;

Preparasi katalis dilakukan dalam 4 tahap, yaitu :

(I ).Tahap Impregnasi; mencampurkan larutan kupri.

nitrat dan seng nitrat dengan konsentrasi clan volum Lcrtcntu kc dalam larutan yang mengandung y- A 1₂0₃ lcrlentu selaujutnya diaduk pada suhu kamar selama ljam; (2).T<1hap Pengeringan; Campuran diuapkan dalam water bath pada T = 80°C sambil diaduk

sampai terbentuk pasta pasta dikeringkan dalam oven pada T = 120°C selama 4 jam; (3).Tahap Kalsinasi; padatan hasil pengeringan sclanjutnya. dikalsinasi pada T = 350°C sclama ± 6 jam sambil dialiri gas

N2 sebagai media pembawa sisa asam gas N0₂

dcngan kecepatan I OOml/menit; ( 4).Tahap Reduksi, Padatan hasil kalsinasi selanjutnya dialiri dengan gas

112 deng<ln kcccpalan I 001111/mcnit pada T = 230°C

selama 4 jam. Reduksi climaksudkan untuk mengubah

oksicl logam menjadi logam aktif.

Jahap uji konversi syngas

J>cralatan untuk konvcrsi syngas menjadi DME

ditunjukbn pada Gambnr I. •

13

12

2

. Gambar I .Rangkaian /\lat Konvcrsi Syngas Mcnjadi DME

Kclcrangan Gambar

I. Tabung gas CO 9. Safely valve 2. Tabung gas hidrogcn . I 0. lndikalor suhu .l. Metering Valve gas CO 11.Pcngcndali suhu ·I. Metering Valve gas 112 12.Rutameler

5. Pcncampur gas I Ii & CO I 3.Tabung sampler

6. Reaktor 14. Pendingin IJola 7. Tempal katalis 15. Ice Bath

8. lndikator tckanan 16. Penyerap gas

Konversi syngas menjacli DME dilaksanakan clalam reaktor unggun tetap bertekanan dengan kondisi; perbandingan mol H2/C0=2/l; kecepatan a Jiran tota~ bervariasi ( diukur pacla tckanan I atm); suhu reakst 240-300°C; berat katalis l gram, dan tekanan 40 bar. Diameter dalam reaktor I 0 nm1 terbuat dari stainless

stell panjang reactor 300 mm. Reaktor dilengkapi dengan jaket pemanas dari kawat nikelin 750 watt. Prociuk reaksi yang berupa gas diuji dengan alat Gas

Chromatography. (GC) dengan kolom tipe packing MS SA dengan detector TCD untuk menganalisis CO dan 1-12. GC dcngan tipc packing Porapaq-Q dcngan

detector FID untuk mcnganalisis DME, metana <lan penyusun lain yang terbentuk. Hasil analisis dengan kedua alat GC ditunjukkan dalam khromatogram, clan ini digunakan umtuk menghitung komposisi baik

umpan maupun produk reaksi serta konversi reaksi CO clan selektivitas DME. ·

3. Hasil dan diskusi

Pada gambar 2 ditampilkan difraktogram katalis Cu-Zn-Al3/y- Al203 . Keberadaan logam Cu ditunjukkan

oleh puncak-puncak pada sudut 28 berturut-turut adalah 43,35° dcngan IR =100%;50,46° dengan IR

= 40,02%; clan 73,97° dengan IR = 14,72%. Keberadaan logam Zn terdapat dalam bentuk Zincite (ZnO) ditunjukkan oleh puncak padasudut 28 adalah 32,05° dengan IR= J 8,04%; 36,54°

.. ·.:.· ... ·.;,· ... ~,·-··, .. ···;:;-·---.-·~---;;:;---..

Gambar 2. Difraktograrn Katalis-katalis Cu-Zn-Ally- Ah01 dengan IR= 33,21 % dan 66,24° dengan IR= 15,36%. Selain it11 kcberadaan logam Al terdapat dalam bentuk Al203 ditunjukkan oleh puncak pada sudut 28 adalah

32,.:\8° dcngan IR =:.: 26,22%; 39,0 I 0 dengan IR =

23 64%· 50 46° dengan IR = 40,02%; dan 66,24°

' ' '

dengan IR = 15,36% . Dari uji AAS tipe ICPS (lnductiveley Coupled Plasma Spectrometer), katalis ini memiliki persen loading Cu = 9,49%; Zn

=

2,70% dan Al = 4,42%.Untuk katalis lainnya presen loading logam-logam ditabelkan pada Tabel 4.

Tabel 4. Persen Loa d ing ata ts u- n-K I. C Z Al/ Al 0 'Y- 1,~

Jcnis Katalis Persen Pers en Persen

Loading Loading Loading

Cu,% Zn,% Al,%

Cu-Zn-Al l/y-Al_{20 3} 8, II 1,98 0,99

Cu-Zn-Al2/y-Al203 II 1,74 2,0

Cu-Zn-AIJ/y-Al203 9,49 2,7 2,9

Dua dart ket1ga katalts tersebut yang bcrhas1l diuji dan hasilnya diuraikan di bawah ini: ·

Basil Uji Kine1ja Katalis Cu-Zn-All/y-Al203.Kondisi

rcaksi untuk uj i katalis ini, suhu berkisar dari 240-J000C, tekanan 40 Bar dan kecepatan aliran gas berkisar 88-109 ml/menit diukur pada tekanan 30°C dan I Bar. Hubungan antara suhu terhadap konversi dan selektivitas untuik berbagai kecepatan gas disajikan dalam Tabel 5 dan Gambar 3 di bawah ini. Tabel 5. Hubungan Suhu Terhadap Konversi CO dan Selektivitas DME (Cu-Zn-Al l/v-Al2~}

Kecepalan Alir Produk,ml/men

87,86 97,68 108,6

Kon- Selek- Kon- Selek- Kon- Selek-Suhu,C versi, ti vi las versi livitas versi, tivitas,

240 0,570 1,00 0,558 0,871 0,542 1,0 260 0,682 0,776 0,497 0,807 0,426 0,815 28( 0,736 0,688 0,556 0,692 0,487 0,645 30( 0,73 I 0,536 0,679 0,532 0,400 0,526

~

-Dari Tabel 5 dan Gambar 3 terlthat bahwa makm tinggi suhu, selektivitas DME makin kecil. Hal ini disebabkan adanya reaksi samping pembentukan metana pacla suhu tinggi.

-

i::~~

-

~-==~

~=

]"--:---

---_

---

--

_

--

·

-

_

---

-=--

---

---l

-

-

j

2-10 2~11 2(,0 2711 280 2'>0 JOO

!

-=:+=-

kecepata~~Jm_n_t -- - - kcccpatan 98 1111/nmt __ keccpatan I 09 1111/mnt S11h11 !Cl

lia111bar 3. 1 lubungan a11tara suhu tcrhac.lap konvcrsi

untuk katalis Cu-Zn-Al I /y-Ali03)

Ditinjau dari nilai 6G pembentukan, nilai 6G

pcmbentukan untuk reaksi : CO+ 3H2 ~ CH4 +H20

lcbih kccil Jaripa<la 6G pembentukan t!ntuk reaksi

2CO + 4H2 ~ CH30CH3. +H20. Ini berarti bairn

pelltan terbentuknya CH4 pada suhu tinggi juga makin bcsar. I lasil Uji Kine1ja Katalis

Cu-Zn-Al2/y-/\ 1203 Kondisi reaksi adalah sama dengan yang dilaksanakan untuk uji konversi.katalis Cu-Zn-Al

l/v-/\1203. Hasil uji

kon~ersi

clitunjukkan dalam Tabel

1

6 dan G<1mbar 5. Dari Tabel 6 dan Gambar 4 terlihat bahwa untuk suhu tertentu makin tinggi kecepatan aliran dari 88-121 mL/menit, maka konversi reaksi

scmakin kecil . Ha I ini disebabkan karena ma kin

rcndah kecepatan gas, waktu tinggal reaktan dalam katalis makin besar sehingga kesempatan reaktan untuk teradsopsi oleh katalis dan bereaksi membentuk produk juga ma kin besar.

label 6. Hubu.ngan Suhu Tcrhadap Konversi CO <.Ian Sclcktivitas OM~

{Cu-Zn-J\12/ AliOJ)

Su- Keccpatan J\lir Produk,1111/mcn

hu 87,86 97,68 108,6 120,77

o

c

Kon- Sclck- Kon- Sclck- Kon- Sclck- Kon-

Sclck-vcrsi, tivitas vcrsi. tivitas versi, tivitas vcrsi, tivitas 24( 0,910 1,000 0,781 0,838 0,(i 17 1,000 0,470 0,844

260 0,926 0,940 0,832 0,800 0,515 0,799 0,460 0,626

280 0,()10 0,539 0,802 0,735 0,1}1 0,735 0,~25 0,735

JOO ·o,926 0,805 0,721 0,568 (),(115 0,588 0,622 0,561 Dengan dem1ktan konversi reaksi juga makin besar.

Untuk kecepatan rcnclah konversi pada suhu rendah

(240°C) lcbih tinggi daripadn konversi pada suhu

ti11ggi hal i11i lcrkait dcngan sifot tcr111odina111ik

--- · - - - -- - - -- - - --- - -- - -1.0 -- --- - - -- - -- - ·

-::

==

;:::;

-

~~s:

=

8 0.6 Eo.s ---~. - - - --- ---1 ~ 0.4 0.3 -- - - - -- - - -- - - - --- - - -" 0. 2 .. ···-···-···-··--·-···-·-··-···--·-·-···-·-·-···-·---- -··-···-·---·-···-·----·-··---·-··-·· 0.1 0.0 -1----~----r---.---~ 220 240 260 . 280 300 320 Suhu (C) - t i -keccpatm1 98 ml/rnnt -+-keccpatan 88 ml/mnt ] keccpatan 109 ml/mnt keccpatan 121 ml/nmt - - - -- - - ---=======-=--=-=-=-=_:=::!_.l

Gambar 4. Hubungan antara suhu terhadap konvcrsi

untuk katalis Cu-Zn-Al2/y-Al₂0₃

bahwa untuk rcaksi pcmbcntukan DM E bcrsi fat

cksotcrmis di mana makin tinggi suhu maka konvcrsi

rcaksi makin rendah. Pada kecepatan

98-109mL/menit pada suhu 240-280°C konversi

mcngalami penurunan hal ini sesuai dengan sifat

tcrmodinn111ika kcsctimbangan. Akan tctapi pada 2

80-300°C konversi juga mengalamj kena1kan;, hal ini disebabkan bahwa pacla suhu tinggi pengaruh kecepatan aliran gas yang besar terkait dengan kecepatarr transfer reaktan ke katalis yang Jcbih

dominan dibandi'ngkan dengan pengaruh

kesetimbangan termodinamjk. Secara keseluruhan selektivitas akan menurun dengan meningkatnya suhu hal ini disebabkan pada suhu yang makin tinggi juga terjadi reaksi samping yaitu CO+ 3H₂~CH₄+H₂0. Dcngan dcmikian sclcktivilas akan mcnurun pada suhu tinggi. Bila dibandingkan berdasarkan konversi clan selcktivitas secara keseluruhan dari kedua katalis tersebut maka katalis Cu-Zn-Al2/y-Al203 katalis dengan kandungan Cu lebih besar memiliki unjuk ke1ja yang lebih baik.

4. Kesimpulan

I. Untuk katalis Cu-Zn-Al 1 /y-Al203 pada kecepatan

aliran rendah (88 clan 98) konversi reaksi meningkat dengan meningkatnya suhu, tetapi untuk kecepatan tinggi 109 ml/mnt konversi reaksi menu nm;

2 .. Untuk katalis Cu-Zn-Al2/y-Al203 konversi reaksi relatif tetap dengan meningkatnya suhu untuk berbagai kecepatan aliran gas;

3. Bila dibandingkan berdasar nilai konversi CO dan selektivitas DME, maka katalis Cu-Zn-Al2/y-Al203

relatif baik unjuk kerjanya.

Daftar Pustaka

1. EIA, (2002), "International Energy Outlook

2002", http://www.eia.doe.gov/oiaf/index.hmtl

2. Ge, Q., Huang, Y., Qui, F., and Li, S. (1998), "Bi-fungtional Catalysts for Conversion of SynGas to DME",Applied Catalysis AGeneral,167, hal 23-30 3. Li, J.L, Zhang, XG and Inui, T. (1996),

"Improve-ment in the Catalyst Activity for Direct Synthesis

of DME form SynGas Through Enhancing the

Dispersion of Cu0/Zn0/y-Al203 in Hybrid

Catalysts", Applied Catalysis A: General, 147, hal 23-33

4. Omata, K., Watanabe, Y., Umegaki, T., Ishguro, G., Yamada, M. (2002), "Low Pressure DME .\)·111/iesis Wit Ii C11-/J<1s<'d I f11hrid Catalysis Using

Temperature Gradient Reactor", Fuel, 81, hal 1605-1609

5. Priyanto, U. clan Bakri, SK. , (2002), "Peranan Gas Batubara Sebagai Sumberdaya Energi di Indonesia pada Abad 21 '', Prosiding SNTI XI Paradigma Baru Energi di Era Pasar Bebas, 22-23 Oktober 2002

6. Sofia nos, AC. and Scurrel, M.S., ( 1991 ),

"Conversion of Synthesis Gas to DME over Bifungtional Catalytic Systems", Ind. Eng.Chem.

Res. 30, hal 2372-23 78

7. Sun, K., Lu, W., Qui, F., Liu, S., Xu, X., (2003), "Direct Synthesis of DME over Bifunctional

Catalysts Surface Properties and Ctalytics

Performance''; Applied Catalysis A., General 252, hal 243-249

8. Takcguchi, T., Yanagisawa, K., lnui, T. and Inoue,

M., ~2000), "Effect of The Property of Acid

Upon Syngas-to-DME Conversion on Hibrid

Catalysts of Cu-Zn-Ga and Solid Acids", Applied

C11t<1~1·sis A .. (;<'fl<!ml, 192, hal 201-209