Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C1-C10 dengan ZSM-5

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C1-C10 dengan ZSM-5"— Transcript presentasi:

1 Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C1-C10 dengan ZSM-5
Judul Penelitian Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C1-C10 dengan ZSM-5 Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta, 23 Maret 2005 oleh Setiadi Member of Chemical Reaction Engineering and Catalysis Research Group, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia,

2 Hidrokarbon For Fuel Energy or
Research Background H2O 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

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

4 Proses Transformasi Kimiawi
Scope Proses Transformasi Kimiawi Hidrokarbon C1- C10 Aseton ZSM-5 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 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 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

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

6 ZSM-5 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, ) (Source :Sierka and Sauer, J. Phys. Chem. B 2001, 105, ) Ilustrasi difusi molekul senyawa Hidrokarbon diseputar mulut pori zeolit

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 Metode Penelitian Bahan Katalis ZSM-5 komersial Acetone murni sbg. reaktan Quartz sand 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

9 Skema Diagram Penyusunan Katalis dalam Reaktor Pipa
Metode Penelitian (Sarana Uji Reaksi ) N2 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 N2 liquid drop Acetone fed by pump 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 6 mm , i.d Skema Diagram Penyusunan Katalis dalam Reaktor Pipa Skema susunan sarana uji katalis dalam reaksi aseton menjadi hidrokarbon C1-C10

10 Tabel 2 The condition of GC for gaseous analysis
Metode Penelitian Tabel 1 Data FID ANALYSIS (Hewlett Packard) for liquid product analysis Column DB m x 0.25 mm I.D., 0.25 μ (film) JW : JW Carrier Nitrogen Oven 40 oC for 2 min; oC with heating rate at 2.5 o C/min Injector Split 1:100; 260 oC Detector FID 290 oC Nitrogen make up gas sebesar 30 ml/min ) Tabel 2 The condition of GC for gaseous analysis Gas Chromatography GC 1 GC 2 Column Porapaq Q Mol. Sieve Carrier gas Helium Argon Column Oven 80 oC 60 oC Injection port 90 oC Detector (TCD)

11 Metode Penelitian Waktu retensi hasil deteksi chromatogram GC-FID kolom kapier DB-1 Posisi keberadaan Peak dikonfirmasi dgn.GC-MS Larutan Standard murni/ campuran Peak No. Compounds Retention time, minute Calibration factor 1 Acetone ~6.25 2.2 2 C5-C6 Aliphatics  3 Benzene 7.98 4 Toluene 9.87 5 Ethylbenzene - 11.85 6 m+p-Xylene - 12.1 7 o-Xylene 12.6 8 C9-Aromatics group* 9 C10-Aromatics** 10 Naphthalene - 18.5 11 MMN group- 12 DMN 22,3 13 TMN * 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

12 Table 4 Waktu retensi produk gas dideteksi menggunakan GC-TCD
Metode Penelitian Table 4 Waktu retensi produk gas dideteksi menggunakan GC-TCD Peak Component Retention time, min Calibration Factor Porpak. Q Mol.Sieve 1 CO2 0.9 2 C2H4 1.4 3 C2H6 1.8 4 C3H6 5.2 5 C4 12.8 6 H2 1.7 7 CH4 4.1 8 CO 4.7

13 Metode Penelitian (Perhitungan konv.aseton)
Aceton Feed 3cc during 34.5 min Aceton Feed [mg] Trap-1 = 1601 mg wt% (FID) Correction wt%(recalc) mg Product in Trap1 Acetone 0.373 0.8206 0.817 13.08 [mg] C5~C6 2.64 2.628 42.08 C6+-Aliphatics 8.68 8.641 138.35 Benzene 3.85 3.833 61.37 Toluene 23.14 23.037 368.83 Ethylbenzene 3.82 3.803 60.89 m+p-Xylene 24.12 24.013 384.45 o-Xylene 7.27 7.238 115.88 C9-Aromatics 19.24 19.155 306.67 C10-Aromatics 1.74 1.732 27.73 Naphthalene 1.33 1.324 21.20 2-Methylnaphthalene 1.21 1.205 19.29 1-Methylnaphthalene 0.17 0.169 2.71 Dimethylnaphthalene 1.92 1.911 30.60 Trimethylnaphthalene 0.495 0.493 7.89 Absorption Trap-2 : 9707 mgram Product in trap 2 [mg] 45.254 Component Area FID Factor % w Component, mg Ethanol 1.51E-07 7.79E-01 99.53 1.53E-07 2.00E-03 0.26 24.848 6.913E-08 8.09E-04 0.10 10.037 Toluen 8.36E-04 0.11 10.369 Gas Phase Products Product Gas [mg] 642.84 N2 rate 30 ml/min for 34.5 min vol/mmol ml/mmol Vol. N2 1035 ml Nitrogen mmol area Factor amount % mol Mol. Weight N2 1 73.94 43.50 28 1218 H2 196823 20685 1.07 0.63 2 CO 17485 17549 0.90 0.53 15 CO2 204423 187373 9.65 5.68 44 250 CH4 37351 12898 0.66 0.39 16 6 C2H4 43612 38184 1.97 1.16 32 C2H6 8111 6546 0.34 0.20 C3H6 61208 41300 2.13 1.25 42 53 C3H8 141126 92106 4.74 2.79 123 C4+ Aliphatics 158055 89269 4.60 58 157 Total output [mg] Acetone Conversion 98.37 % Liq. Oil Product Yield 72.40 wt % Gas Product Yield 27.60 % Carbon??? % Carbon ???

14 Metode Penelitian (Perhit. Selektivitas &Yield)
Interval of sample 0.58 h Acetone conversion 98.37 % Product composition weight in g % weight % carbon CO 14.89 0.67 0.31 CO2 249.83 11.21 3.31 CH4 6.25 0.28 0.23 C2H4 32.40 1.45 1.59 C2H6 5.95 0.27 0.29 C3H6 52.56 2.36 2.58 C3H8 122.81 5.51 6.03 C4+ Aliphatics 156.89 7.04 7.70 C5~C6 Aliphatics 42.08 1.89 2.07 C6+-Aliphatics 138.35 6.21 6.79 Benzene 61.37 2.75 3.01 Toluene 368.83 16.54 18.11 Ethylbenzene 60.89 2.73 2.99 m+p-Xylene 384.45 17.24 18.87 o-Xylene 115.88 5.20 5.69 C9-Aromatics 306.67 13.75 15.05 C10-Aromatics 27.73 1.24 1.36 Naphthalene 21.20 0.95 1.04 2-Methylnaphthalene 19.29 0.87 1-Methylnaphthalene 2.71 0.12 0.13 DMN 30.60 1.37 1.50 TMN 7.89 0.35 0.39 100.00

15 Tipikal GC-FID Chromatogram sampel produk cair
Hasil dan Pembahasan Tipikal GC-FID Chromatogram sampel produk cair Acetone C9-aromatik (Trimethyl benzene) Toluene m+p-Xylene Benzene Ethanol-Absorben C5-C6 aliph. Ethylbenzene O-Xylene C10-aromatik Methylnaphtahlene (MMN) Naphthalene Dimethylnaphtahlene (DMN) Trimethylnaphtahlene (TMN)

16 Tipikal Chromatogram GC-TCD sampel gas produk reaksi konversi aseton
Hasil dan Pembahasan Tipikal Chromatogram GC-TCD sampel gas produk reaksi konversi aseton H2 C2H4 N2 –Carrier gas C2H6 CH4 C3H6 CO C3H8 C4

17 Hasil dan Pembahasan 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

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

19 Hasil dan Pembahasan 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

20 Proposed Reaction Mechanism for Acetone Conversion
Reaction at the internal and external surface ZSM-5 O 2[ H3C-C- CH3] 2 molecules of acetones O H3C- C-CH=C(CH3)2 Mesityl oxide (MSO) O OH ║ │ CH3 C CH2 C (CH3)2 Diacetone alcohol (DAA) Self Aldol condensation Dehydration - H2O Further self Aldol condensation + (CH3)2CO - H2O Reaction at internal surface Reaction at external surface of ZSM-5 Cracking inside the Pores at higher Temp > 350 oC O (H3C)2C=CHCCH=C(CH3)2 phorone or diisopropylideneketone Acetic acid Isobutylene Decomposition O isophorone Condensation – Dehydrocyclization CH4 CO2 In progress of reaction: Continued condensation, forming higher molecular weight species which may accumulate in pore channel and shutting down the reaction Monoaromatic Compounds : Benzene Xylene Toluene EthylBenzene C9 monoaromatic C10monoaromatic Diaromatics compounds : Napthalene Monomethylnaphthalene Dimethylnapthalene Trimetylnaphthalene Tetramethylnapthalen Aromatics (Shape Selective Product Formation) H3C CH3 C=HC O CH=C H3C ║ CH3 C=CH-C-CH=C H3C CH3 C=HC CH=C 1,3,5-Trimethylbenzene (Mesitylene)

21 Kesimpulan Konversi aseton menjadi hidrokarbon C1-C10, 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 C10 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 Terima kasih atas perhatiannya


Download ppt "Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C1-C10 dengan ZSM-5"

Presentasi serupa


Iklan oleh Google