Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C 1 -C 10 dengan ZSM-5 Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta,

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C 1 -C 10 dengan ZSM-5 Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta,"— Transcript presentasi:

1 Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C 1 -C 10 dengan ZSM-5 Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta, 23 Maret 2005 oleh Setiadi e-mail : setiadi@che.ui.edusetiadi@che.ui.edu Member of Chemical Reaction Engineering and Catalysis Research Group, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia, Judul Penelitian

2 H2OH2O Biomass Material CO2 Hidrokarbon For Fuel Energy or Chemical feedstock Biomass derived liquid Fotosintesis Fossil Resources ( Crude Oil, Coal, N.G) Fuel Combustion Transformasi dan Utilization Geological Time Frame Asimilasi (biological activities) Biological time frame Skema Global Carbon Cycle Route for renewable hydrocarbons fuels & chemicals (Konsep dikembangkan berdasar Kojima, 1998; Metzger & Eissen, 2004 dan Padabed et al.,2002) Scope /area of work Research Background

3 Fossil ----- Terbatas, non-renewable Petroleum, Coal, NG Biomass derived-liquid (renewable, melimpah) Produk hasil Fermentasi Vegetables Oils (CPO, Coconut Oil, dll,) Hasil Pirolisis Biomass, etc. Sumber hidrokar- bon Scope

4 Hidrokarbon C 1 - C 10 Aseton Aseton merupakan senyawa organic polar yang dapat diproduksi dari materi hayati secara renewable berdasar proses fermentasi maupun dari hasil reaksi katalitik produk turunan biomassa hasil pirolisis Kemampuan shape-selectivity ZSM-5 terletak pada bangunan struktur kristalnya yang diameter/bukaan pori sekitar 0,56 nm dan hampir homogen. Katalis ZSM-5 banyak digunakan untuk transformasi reaksi- reaksi hidrokarbon dibanding dgn. ZSM-5 digunakan reaksi senyawa organik polar C1 : CH4 C2 : C2H4, C2H6 C3 : C3H6, C3H8 C4 : C4H8, C4H10 C5 : C5H10 C6 : C6H6, C6 alifatik C7 : Toulena, Alifatik C8 : Xylena, alifatik C9 : Mesitylene (1,3,5 TMB) C10 :Durene, Naphthalene ZSM-5 Proses Transformasi Kimiawi

5 ZSM-5 Pembentukan Struktur Pentagonal Pembentukan Struktur dari bebebera Unit Pentagonal Pembentukan saluran lurus berstruktur 10 oxygen-membered ring dari struktur pentagonal (5 membered ring structure) Struktur pori saluran lurus (pandangan lurus permukaan) Terlihat 5 dan 10 membered ring structure Pentagonal Strukutr pada Saluran lurus Struktur pori Saluran zigzag

6 ZSM-5 Ilustrasi difusi molekul senyawa Hidrokarbon diseputar mulut pori zeolit (Source :Sierka and Sauer, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1603-1613) Acidic protons migrate between the four oxygen atoms surrounding the tetrahedral aluminum center in the following fashion (Ryder, dkk., J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6998-7011)

7 Tujuan Pengembangan reaksi katalisis untuk mengetahui kinerja katalis ZSM-5 dalam reaksi aseton Distribusi Produk Hidrokarbon dan kemampuan shape selective reaction thd. pembentukan hidrokarbon sampai C10 & aromatik Konversi, selektivitas yield dalam uji reaksi dalam rentang tertentu (Catalytic durability) Sekilas usulan mekanisme reaksi berdasar self aldol condensation

8 Bahan Katalis ZSM-5 komersial Acetone murni sbg. reaktan Quartz sand 10-15 mesh Alat Uji Reaksi Reaktor Pipa SS 316, 6 mm i.d. Kondisi Operasi Suhu 673 K tekanan atmosferik Laju umpan aseton (SV)= 4 h-1 Instrumen analisa Produk cair ---- GC- FID Produk gas ---- GC- TCD Metode Penelitian

9 Batangan Baja SS 316 Reaktor Pipa, 10 mm o.d., SS 316 19 cm Lokasi Pengukuran Suhu Unggun Katalis 35 cm 16 cm Quartz Wool Quartz sand Termokope1 Unggun Katalis Quartz Wool 6 mm, i.d Reaktor Pipa, 10 mm o.d., SS 316 Metode Penelitian ( Sarana Uji Reaksi ) Skema Diagram Penyusunan Katalis dalam Reaktor Pipa Skema susunan sarana uji katalis dalam reaksi aseton menjadi hidrokarbon C 1 -C 10 N 2 gas Quartz sand Mixture of ZSM-5 & quartz sand Flow meter Pump Stainless steel rod Electric furnace (1000W) Pre- heater Ice - water bath Gaseous product Acetone N2N2 liquid drop Acetone fed by pump

10 Tabel 1 Data FID ANALYSIS (Hewlett Packard) for liquid product analysis Tabel 2 The condition of GC for gaseous analysis ) Column DB-1 60 m x 0.25 mm I.D., 0.25 μ (film) JW : 122-1062-JW CarrierNitrogen Oven40 o C for 2 min; 40 - 220 o C with heating rate at 2.5 o C/min InjectorSplit 1:100; 260 o C DetectorFID 290 o C Nitrogen make up gas sebesar 30 ml/min Gas ChromatographyGC 1GC 2 ColumnPorapaq QMol. Sieve Carrier gasHeliumArgon Column Oven80 o C60 o C Injection port90 o C80 o C Detector (TCD)90 o C80 o C Metode Penelitian

11 Waktu retensi hasil deteksi chromatogram GC-FID kolom kapier DB-1 Posisi keberadaan Peak dikonfirmasi dgn.GC-MS Larutan Standard murni/ campuran Peak No. CompoundsRetention time, minute Calibration factor 1Acetone~6.252.2 2 C 5 -C 6 Aliphatics 6.1-9.31 3Benzene7.981 4Toluene9.871 5Ethylbenzene -11.851 6m+p-Xylene -12.11 7o-Xylene12.61 8C 9 -Aromatics group*13.8-15.61 9C 10 -Aromatics**16.6-17.71 10Naphthalene -18.51 11MMN group-20.5-21.01 12DMN22,31 13TMN23.3-241 * n-Propylbenzene, 1-Methyl-3-Ethylbenzene, 1-ethyl--Ethylbenzene, 1,3,5- Trimethylbenzene (Mesytylene), 1-Methyl-2-Ethylbenzene, 1,2,4-Trimethylbenzene, 1,2,3-Trimethylbenzene ** 1,4-Diethylbenzene, n-butylbenzene, 1,2 diethylbenzene, 1,2,4,5-Tetramethylbenzene, 1,2,3,4-Tetramethylbenzene Metode Penelitian

12 Table 4 Waktu retensi produk gas dideteksi menggunakan GC-TCD PeakComponentRetention time, minCalibration Factor Porpak. QMol.Sieve 1CO 2 0.90.91659 2C2H4C2H4 1.40.87553 3C2H6C2H6 1.80.80699 4C3H6C3H6 5.20.67475 5C4C4 12.80.56479 6H2H2 1.70.10501 7CH 4 4.10.34531 8CO4.71.00367 Metode Penelitian

13 Aceton Feed 3cc during 34.5 min. Aceton Feed [mg]2329.50 Trap -1 = 1601 mg wt% (FID) Correctionwt%(recalc)mgProduct in Trap11641.41 Acetone0.3730.82060.81713.08[mg] C 5 ~C 6 2.64 2.62842.08 C6+-Aliphatics8.68 8.641138.35 Benzene3.85 3.83361.37 Toluene23.14 23.037368.83 Ethylbenzene3.82 3.80360.89 m+p-Xylene24.12 24.013384.45 o-Xylene7.27 7.238115.88 C 9 -Aromatics19.24 19.155306.67 C 10 -Aromatics1.74 1.73227.73 Naphthalene1.33 1.32421.20 2-Methylnaphthalene1.21 1.20519.29 1-Methylnaphthalene0.17 0.1692.71 Dimethylnaphthalene1.92 1.91130.60 Trimethylnaphthalene0.495 0.4937.89 Absorption Trap-2 : 9707mgram Product intrap 2 [mg]45.254 ComponentAreaFID Factor% wComponent, mg Ethanol5156933.01.51E-077.79E-0199.539661.746 Acetone13091.81.53E-072.00E-030.2624.848 Benzene11702.56.913E-088.09E-040.1010.037 Toluen12089.56.913E-088.36E-040.1110.369 Gas Phase Products Product Gas [mg]642.84 N 2 rate30ml/min for34.5minvol/mmol23.794872ml/mmol Vol. N21035mlNitrogen43.496767mmol ComponentareaFactoramount% molmmolMol. Weightmg N2N2 14354061 73.9443.50281218 H2H2 1968230.105096206851.070.6321 CO174851.00367175490.900.532815 CO 2 2044230.9165931873739.655.6844250 CH 4 373510.345307128980.660.39166 C2H4C2H4 436120.875529381841.971.162832 C2H6C2H6 81110.80699165460.340.20306 C3H6C3H6 612080.6747475413002.131.254253 C3H8C3H8 1411260.652652921064.742.7944123 C 4 + Aliphatics1580550.564794892694.602.7158157 Total output [mg]2329.50 Acetone Conversion98.37%Liq. Oil Product Yield72.40wt % Gas Product Yield27.60wt % Metode Penelitian ( Perhitungan konv.aseton ) % Carbon???

14 Interval of sample 0.58h Acetone conversion 98.37% Product composition weight in g% weight% carbon CO 14.890.670.31 CO 2 249.8311.213.31 CH 4 6.250.280.23 C2H4C2H4 32.401.451.59 C2H6C2H6 5.950.270.29 C3H6C3H6 52.562.362.58 C3H8C3H8 122.815.516.03 C 4+ Aliphatics 156.897.047.70 C 5 ~C 6 Aliphatics 42.081.892.07 C 6 +-Aliphatics 138.356.216.79 Benzene 61.372.753.01 Toluene 368.8316.5418.11 Ethylbenzene 60.892.732.99 m+p-Xylene 384.4517.2418.87 o-Xylene 115.885.205.69 C 9 -Aromatics 306.6713.7515.05 C 10 -Aromatics 27.731.241.36 Naphthalene 21.200.951.04 2-Methylnaphthalene 19.290.870.95 1-Methylnaphthalene 2.710.120.13 DMN 30.601.371.50 TMN 7.890.350.39 2229.51100.00 Metode Penelitian ( Perhit. Selektivitas &Yield )

15 Tipikal GC-FID Chromatogram sampel produk cair Hasil dan Pembahasan Acetone C 9 -aromatik (Trimethyl benzene) Toluene m+p-Xylene Benzene Ethanol-Absorben C 5 -C 6 aliph. Ethylbenzene O-Xylene C 10 -aromatik Methylnaphtahlene (MMN) Naphthalene Dimethylnaphtahlene (DMN) Trimethylnaphtahlene (TMN)

16 Tipikal Chromatogram GC-TCD sampel gas produk reaksi konversi aseton Hasil dan Pembahasan CH 4 C4C4 CO C3H8C3H8 H2 C2H6C2H6 C2H4C2H4 C3H6C3H6 N2 – Carrier gas

17 Konversi aseton dengan katalis ZSM-5 ( W katalis = 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h -1, tekanan atmosferik) Katalis mulai terdeaktivasi setelah 17 jam Hasil dan Pembahasan

18 Selektivitas ZSM-5 thd. Pembentukan monoarmatik sangat tinggi. Disribusi produk hidrokarbon Kondisi operasi W = 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h -1, tekanan atmosferik Produk dari sampel cair setelah akumulasi 40 min pertama reaksi Hasil dan Pembahasan

19 Yield aromatik hasil konversi aseton menggunakan katalis ZSM-5 ( W katalis = 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h -1, tekanan atmosferik) Yield aromatik > 60 % selama 16 jam uji reaksi Hasil dan Pembahasan

20 O ║ H 3 C- C-CH=C(CH 3 ) 2 Mesityl oxide (MSO) O OH ║ │ CH 3 C CH 2 C (CH 3 ) 2 Diacetone alcohol (DAA) O ║ (H 3 C) 2 C=CHCCH=C(CH 3 ) 2 phorone or diisopropylideneketone O ║ 2[ H 3 C-C- CH 3 ] 2 molecules of acetones Self Aldol condensation Dehydration - H 2 O Further self Aldol condensation + (CH 3 ) 2 CO - H 2 O In progress of reaction: Continued condensation, forming higher molecular weight species which may accumulate in pore channel and shutting down the reaction O isophorone Cracking inside the Pores at higher Temp > 350 o C Isobutylene Acetic acid 1,3,5- Trimethylbenzene (Mesitylene) Monoaromatic Compounds : Benzene Xylene Toluene EthylBenzene C 9 monoaromatic C 10 monoaromatic Diaromatics compounds : Napthalene Monomethylnaphthal ene Dimethylnapthalene Trimetylnaphthalene Tetramethylnapthalen Aromatics (Shape Selective Product Formation) Condensation – Dehydrocyclization Reaction at external surface of ZSM-5 CH4 CO2 H 3 C CH 3 C=HC O CH=C H 3 C ║ CH 3 C=CH-C-CH=C H 3 C CH 3 C=HC CH=C H 3 C CH 3 Decomposition Reaction at the internal and external surface ZSM-5 Reaction at internal surface Proposed Reaction Mechanism for Acetone Conversion

21 Kesimpulan Konversi aseton menjadi hidrokarbon C 1 -C 10, secara pasti telah dapat dilakukan dengan baik pada suhu 678 K, SV 4 h -1, tekanan atmosferik. Konversi aseton yang didapat mendekati 100% selama rentang waktu uji reaksi 17 jam. Produk utama yang dihasilkan adalah berupa hidrokarbon aromatik, menunjukkan bahwa kemampuan ZSM-5 baik dalam mengakalisis reaksi aromatisasi berdasarkan shape selective-nya maupun kemampuannya menahan terbentuknya senyawa hidrokarbon dengan rantai C lebih tinggi dari C 10 adalah sangat tinggi. Namun kemungkinan terjadinya penurunan aktivitas katalis (deactivation) terlihat, terutama setelah 17 jam reaksi. Berdasar uraian mekanisme reaksi aseton, penyebab utama penurunan kinerja katalis tersebut oleh karena terjadinya penutupan pori oleh kokas yang pembentukannya diduga berasal dari hasil samping reaksi konversi aseton, yakni reaksi multiple condensation terjadi pada permukaan external ZSM-5.

22


Download ppt "Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C 1 -C 10 dengan ZSM-5 Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta,"

Presentasi serupa


Iklan oleh Google