CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID
DISTILLATE (PFAD) DENGAN KATALIS ZEOLIT
(ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
SKRIPSI
Oleh
MULIANI
110405003
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID
DISTILLATE (PFAD) DENGAN KATALIS ZEOLIT
(ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
SKRIPSI
Oleh
MULIANI
110405003
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID DISTILLATE (PFAD) DENGAN KATALIS ZEOLIT (ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi
ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan
sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima
sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Oktober 2015
Muliani
iii
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya
sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan
judul “Catalytic Cracking Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) Dengan Katalis Zeolit (ZSM-5) Menjadi Biofuel”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis
lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini
merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh hasil biofuel dari produk samping pemurnian
kelapa sawit yaitu palm fatty acid distillate dengan reaksi catalytic cracking
menggunakan katalis zeolite ZSM-5, sehingga hasil yang diperoleh dapat
dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen pembimbing penelitian dan dosen
pembimbing akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dan
arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Bapak M. Anshori Nasution, MSc. dan Ibu Meta Rivani, S.T yang telah
memberikan bantuan dan arahan dalam pelaksanaan kegiatan penelitian
ini.
3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T. dan Ibu Ir. Renita Manurung,
M.T.selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang
membangun dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT. selaku pembimbing program
iv
6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang
sangat berharga kepada penulis.
7. Bagus Anandika atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama
melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
8. Para sahabat dan teman-teman yang telah memberikan dukungan.
9. Dosen dan Teman-teman anggota Student Entrepreneurship Center USU
dan keluarga besar Rumah Belajar Ulakis.
Penulis menyadari bahwa skripsi 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, Oktober 2015
Penulis
v
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Bai Juri Jafar (Alm) dan Ibu Muliana
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan
mendidikku dengan penuh kasih sayang.
Abangnda Jhony dan Heru
Kakanda Taradani, Susan Selvia, Ade Juliana
Mas Rezky Prawinsyah
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Muliani
NIM : 110405003
Tempat, tanggal lahir : Medan / 09 Mei 1993 Nama Orang Tua : Bai Juri Jafar dan Muliana Alamat Orang Tua:
Jalan Sei Rokan No. 90 Darusalam Medan
Asal Sekolah:
SD Negeri 060887 Medan tahun 1999–2005 SMP Negeri 19 Medan tahun 2005–2008
SMA Swasta Angkasa Lanud Medan tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Penerima Beasiswa Bidik Misi USU tahun 2011-2015 Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Anggota HMI (Himpunan Mahasiswa Islam) sebagai anggota Logistik tahun 2011-2012
2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai Bendahara Umum 3. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai sekretaris Bidang Penelitian dan Pengembangan 4. Rumah Belajar Ulakis sebagai Ketua tahun 2014-2015
5. Usaha Souvenir USU (USoUvenir) sebagai Bendahara dan Administrasi tahun 2014-2015
6. Kerja praktek di PT. Perusahaan Gas Negara (PGN) Medan tahun 2015 7. Komunitas Tangan Di Atas (TDA) Medan Sebagai anggota tahun 2015 Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai :
1. Pemenang Program Kreatifitas Mahasiswa Kewirausahaan Dikti 2014-2015
vii
ABSTRAK
Bahan bakar nabati (biofuel) seperti biodiesel, biogasoline sangat menarik para peneliti untuk dikembangkan karena ramah lingkungan dan juga bebas dari sulfur dan nitrogen. Bahan bakar ini bersifat biodegradable, tidak beracun dan biasanya menghasilkan sekitar 60% lebih sedikit karbon dioksida bersih (CO2) dari minyak bumi berbasis diesel. Masalah utama dalam memproduksi biofuel dengan perengkahan adalah biaya tinggi yang dapat dikurangi dengan menggunakan bahan baku yang lebih murah dan katalis. Oleh karena itu, dalam penelitian ini biofuel diperoleh dengan perengkahan katalitik dari kualitas bahan baku yang tidak dimurnikan dan jauh lebih murah daripada minyak olahan, seperti palm fatty acid distillate (PFAD) dengan katalis zeolite ZSM-5. Beberapa keunggulan sifat katalis yang asam sangat diperlukan untuk reaksi cracking karena selektif. Katalis ini memiliki rasio mol Si/Al 50 dan luas permukaan 425 m2/g. HZSM-5 memiliki ukuran pori yang lebih kecil dari hidrokarbon C11. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi seperti suhu reaksi dan waktu reaksi. Kondisi untuk mendapatkan komposisi biofuel (C7 – C11 dan C12 – C16) tertinggi dihasilkan dengan menggunakan waktu 150 menit, pada suhu 475 oC dan 425 oC berturut-turut sebesar 24,73 % dan 36,10%. Kondisi untuk mendapatkan yield OLP tertinggi dihasilkan selama 120 menit, pada suhu 450 oC sebesar 95,69%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa catalytic cracking menggunakan PFAD cocok digunakan sebagai bahan baku yang ekonomis untuk produksi biofuel.
Kata kunci: bahan bakar, perengkahan katalitik, palm fatty acid distillate,
viii
ABSTRACT
Biofuel such as biodiesel, biogasoline is very interested for researchers to develop environmentally friendly and is also free of sulphur and nitrogen. It is biodegradable, non-toxic, and typically produces about 60% less carbon dioxide (CO2) emissions from petroleum-based diesel. The main problems in producing biofuels with cracking is the high cost that can be reduced by using cheaper raw materials and catalysts. Therefore, in this study of biofuels obtained by catalytic cracking of raw quality materials which are not purified and much cheaper than refined oils, such as palm fatty acid distillate (PFAD) with a zeolite catalyst ZSM-5. Some advantages of acid catalyst are needed in cracking because of its selective reaction. This catalyst has a mole ratio of Si / Al 50 and a surface area of 425 m2 / g. HZSM-5 has a smaller pore size than C11 hydrocarbons. Factors that influence the reaction such as reaction temperature and reaction time. The conditions for obtaining biofuel composition (C7 - C11 and C12 - C16) produced in 150 minutes, at a temperature of 475 oC and 425°C, respectively 24,73% and 36,10%. The conditions to obtain the highest yield OLP (organic liquid product) produced in 120 minutes, at a temperature of 450°C by 95.69%. The results showed that the catalytic cracking using PFAD suitable as low cost feedstock for biofuel production.
Keywords: biofuel, catalytic cracking, palm fatty acid distillate, ZSM-5, organic
ix
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 TEKNOLOGI CATALYTIC CRACKING 6
2.2 BIOMASSA 7
x
2.6 ANALISA EKONOMI 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 16
3.1 BAHAN DAN PERALATAN 16
3.1.1 Bahan 16
3.1.2 Peralatan 16
3.2 RANCANGAN PENELITIAN 17
3.3 PROSEDUR PENELITIAN 18
3.4 FLOWCHART PERCOBAAN 19
3.4.1 Flowchart Kalsinasi NH4ZSM-5 (CBV5524G) 19
3.4.2 Flowchart Catalytic Cracking 20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 21
4.1 HASIL ANALISA BAHAN BAKU PFAD 21
4.2 REAKSI CATALYTIC CRACKING 22
4.3 PENGARUH WAKTU DAN TEMPERATUR TERHADAP
YIELD OLP 25
4.4 PENGARUH PENGGUNAAN KATALIS PADA CATALYTIC
CRACKING 26
4.3.1 Karakteristik Sifat Fisika Biofuel 26
4.5 PENGARUH WAKTU DAN TEMPERATUR TERHADAP
KOMPOSISI BIOFUEL 28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 30
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Mekanisme Catalytic Cracking 6
Gambar 2.2 Proses Konversi Biomassa 8
Gambar 2.3 Struktur Moderit 11
Gambar 2.4 Situs asam Bronsted dan Asam Lewis pada Zeolite 12
Gambar 3.1 Peralatan Experimen 17
Gambar 3.2 Flowchart Kalisinasi Katalis NH4ZSM-5 19
Gambar 3.3 Flowchart Percobaan Catalytic Cracking 20
Gambar 4.1 Hasil Analisa GC Komposisi PFAD 21
Gambar 4.2 Mekanise Hasil Catalytic Cracking PFAD 22
Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Terhadap Yield OLP, Padatan dan
Gas Pada 400 oC 23
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Waktu Terhadap Komposisi Biofuel
Pada 450 oC 24
Gambar 4.5 Pengaruh Waktu dan Temperatur (oC) Terhadap Yield OLP 25
Gambar 4.6 Pengaruh Proses Tanpa Katalis, dengan Katalis Tanur
dan Tanpa Tanur Terhadap Yield OLP dan Komposisi
Biofuel Pada 120 menit, Suhu 450 oC 26
Gambar 4.7 Pengaruh Waktu dan Temperatur (oC) Terhadap Yield Biofuel 28
Gambar L4.1 Hasil Analisis Kromatogram GC Standard Hidrokarbon 42
Gambar L4.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 7
(120 menit, 450 oC) 43
Gambar L4.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 5 44
Gambar L5.1 Foto Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) 45
Gambar L5.2 Foto Katalis HZSM-5 45
Gambar L5.3 Foto Rangkaian Alat Catalytic Cracking 45
Gambar L5.4 Foto Alat Tanur Katalis 46
Gambar L5.5 Foto Katalis di Desikator 46
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Variasi Penelitian Catalytic Cracking PFAD 4
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak dari Palm Fatty Acid Distillate 9
Tabel 2.2 Sifat Fisika dan Kimia dari PFAD 10
Tabel 2.3 Komponen Biofuel, Suhu dan Ikatan Karbon Hasil
Destilasi 13
Tabel 3.1 Variasi Penelitian Catalutic Cracking PFAD 18
Tabel 3.2 Rancangan Percobaan Penelitian 17
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari PFAD 22
Tabel 4.2 Komponen Biofuel, Suhu dan Ikatan Karbon Hasil
Destilasi 25
Tabel 4.3 Perbandingan Karakteristik Sifat Fisika Biofuel 27
Tabel 4.4 Hasil Komposisi Biofuel Tertinggi 28
Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Fatty Acid
Distillate (PFAD) 38
Tabel L2.1 Hasil Penelitian Catalytic Cracking PFAD 39
Tabel L2.2 Data Yield Biofuel 39
Tabel L2.3 Hasil Penelitian Tambahan Pada Waktu 120 menit
(450oC) 40
Tabel L2.4 Data Yield Biofuel Tambahan Pada Waktu 120 menit
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 38
LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Fatty
Acid Distillate (PFAD) Hasil Analisis GCMS 38
LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 39
L2.1Data Hasil Catalytic Cracking 39
L2.2 Data Yield Bifuel 39
L2.3 Data Tambahan Hasil Catalytic Cracking 40
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 41
L3.1 Perhitungan Kadar FFA Palm Fatty Acid Distillate
(PFAD) 41
L3.2 Perhitungan Yield OLP Pada Run 7 41
LAMPIRAN 4 HASIL ANALISIS BIOFUEL 42
L4.1 Hasil Analisis Hidrokarbon 42
LAMPIRAN 5 DOKUMENTASI PENELITIAN 45
L5.1 Foto Bahan Baku Penelitian 45
L5.2 Foto Alat Penelitian 45
xiv
DAFTAR SINGKATAN
PFAD Palm Fatty Acid Distillate
CPO Crude Palm Oil
TG Trigliserida
ZSM-5 Zeolite Socony Mobile-5
WHSV Weight hourly space velocity
OLP Organic Liquid Product
PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit
GC Gas kromatografi
FID Flame ionized detector
Si/Al Silika/Aluminium
FFA Free fatty acid
et al et alia
xv
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
Yield Perbandingan produk dengan massa umpan %wt
N Normalitas larutan Mol/l
V Volume ml
