Department Of Chemical Engineering PROSES KATALITIK SINTESIS SENYAWA HIDROKARBON FRAKSI BENSIN DARI MINYAK SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS B2O3/ZEOLIT disampaikan dalam Seminar Katalis dan Katalisis MKICSpok, 26-27 Juni 2006 Author(s) Setiadi & R.Mailisa, F. Department Of Chemical Engineering Gas & Petrochemical, University of Indonesia

Latar Belakang (1) (Ilustrasi Siklus : Renewable & Non-renewable) Minyak Sawit (CPO) Bebas NOx SOx Biomass Hidrokarbon Fraksi Bensin (Yield ?) Renewable CO2 + H2O Biomass, Organisme Laut, Hewani (Makhluk Purbakala) Fraksi Bensin (40-50% yield) Non-Renewable Jutaan tahun Minyak Bumi (Fossil)

Reformulated Gasoline Based on Clean Air Regulations Latar Belakang (2) Isu : Semakin Menipisnya cadangan Minyak Bumi Dunia, Semakin tingginya harga minyak dunia ( Fluktuatif pada US$ 70/barrel)) Global Warming, semakin ketatnya Persyaratan Bahan Bakar Minyak Gasoline Reformulated Gasoline Based on Clean Air Regulations Parameter for Gasoline 1999 2000 2005 Sulfur, max, ppm wt 500 150 10 Aromatics, max. vol.% No spec 42 35 Benzene, max. vol.% 5 1 Alkenes, max. vol.% No Spec 18 Octane, RON min 95/98 RVP, max. kPa 80 60

Latar Belakang (3) Potensi SDA Indonesia : Biomasa & turunannya (M. Sawit, M. Jarak, Hasil fermentasi, dll) menjadi sumber Hidrokarbon Perlu Penyiapan Teknologi : Biomass-Based Technology Approach : Proses Katalitik

Latar Belakang(4) Konversi minyak kelapa sawit menjadi senyawa hidrokarbon setaraf bensin dengan H-ZSM5 (Bhatia, 2003). Keasaman Zeolit alam (H-Zeolit)  reaksi perengkahan. B2O3  aktif untuk reaksi dehidrasi & dehidrogenasi (Setiadi, 1994; Otsuka & Setiadi, 1995; Setiadi,1999) B2O3 dalam alumina  spesi BO4  meningkatkan asam Bronsted Multisite Catalyst : Asam Bronsted, Spesi Peroxide, Spesi BO4

Rumusan Masalah Molekul trigliserida memiliki rantai karbon yang sangat panjang (~50 Ikatan karbon) untuk bisa direngkah menjadi fraksi Bensin (C5~C10) Kereaktifan gugus ester dan ikatan rangkap pada minyak sawit menyebabkan terjadinya reaksi polimerisasi dan polikondensasi, maka diperkirakan Laju >>> Laju reaksi perengkahan Diperlukan katalis dengan keasaman tinggi dalam reaksi perengkahan

Tujuan Penelitian menghasilkan senyawa hidrokarbon fraksi gasoline dengan yield tinggi dengan katalis B2O3/ H-Zeolit Alam Menentukan rasio B2O3 optimum pada katalis zeolit dan kondisi operasi optimum dalam proses perengkahan katalitik. Karakterisasi katalis B2O3 /Zeolit alam dengan BET dan XRD

Batasan Masalah Minyak sawit diperoleh dari minyak goreng yang dijual di pasaran. Reaksi dilakukan pada reaktor fixed bed sederhanadengan katalis B2O3/zeolit alam. Hasil perengkahan yang dianalisa hanya produk cair dengan GC-FID dan FT-IR. Karakterisasi katalis yang dilakukan adalah BET dan XRD Hasil yang dicari hanyalah besarnya yield fraksi hidrokarbon setaraf bensin .

Minyak Sawit reaktif reaktif Asam Lemak : Asam Palmitat (~51%) Asam Oleat (~35%)

B2O3/Zeolit Inti aktif pada zeolit : B2O3 dalam zeolit dapat membentuk spesi peroksida dan BO4  reaksi dehidrogenasi dan dehidrasi Inti aktif asam O- O- Spesi Peroksida (O22-) Al B

Perengkahan Katalitik Dekarboksilasi H+ + CO2 + + H+

Metode Penelitian

Metode Preparasi Katalis Menimbang H3BO3 dan H-Zeolit Melarutkan padatan H3BO3 Kalsinasi pada 300 °C dan 600 °C Dibubuhkan padatan H-zeolit dijaga 80 °C Katalis B2O3/ H-Zeolit Alam

Persiapan Umpan (POME) NaOH Minyak Sawit dicampurkan dipanaskan 65 ºC dengan metanol ( CH 3 ONa ) Campur CH 3 ONa dengan Minyak Sawit Diamkan lalu pisahkan fasa POME dan gliserin Cuci dengan air Pisahkan kembali Penambahan Metanol Metanol + umpan mol metanol : minyak = 6 : 1. fasa POME dan gliserin

Uji Reaksi Katalis

Perhitungan Yield bensin Fraksi bensin dalam produk cair Membandingkan kromatrogram bensin komersial dengan bensin hasil reaksi Fraksi bensin jumlah komponen pada kromatogram dengan waktu retensi ≤ 16.995

Hasil dan Pembahasan Hasil Persiapan Umpan Umpan Campuran M.Sawit + Metanol (Physical Mixing) Metanol dapat terlarut dalam minyak, warna campuran menjadi sedikit lebih cerah Umpan hasil Transesterifikasi metil ester yang terbentuk memiliki warna yang lebih jernih daripada minyak, bau khas, densitas lebih rendah daripada minyak

Variasi Temperatur Reaksi Hasil dan Pembahasan Variasi Temperatur Reaksi Temperatur naik  Laju reaksi Naik  Konversi naik  yield bensin naik

Pengaruh Variasi Kandungan B2O3 (Umpan POME) Hasil dan Pembahasan Pengaruh Variasi Kandungan B2O3 (Umpan POME) 52.5 % 38% Penambahan B2O3 > 10 %  Yield bensin turun

Pengaruh Variasi Kandungan B2O3 (Umpan Camp. Minyak Sawit + Metanol) Hasil dan Pembahasan Pengaruh Variasi Kandungan B2O3 (Umpan Camp. Minyak Sawit + Metanol) 38 % Penambahan B2O3 5 %  terbentuk spesi peroksida Yield naik

Summary Umpan hasil transesterifikasi (POME) yield bensin tertinggi 52.5 % Umpan campuran minyak metanol  yield bensin tertinggi 38 % , katalis 5% B2O3/H-Zeolit butuh multi active site

Analisa FT-IR Jenis Ikatan Panjang Gelombang Absorbansi POME Produk Reaksi C-H , CH3 2843-2863 0.25 0.755 C=O, ester 1735-1750 1 0.982 RCH3 1450-1475 0.12 0.4 RCH(CH3)2 1235-1255 0.08 0.26 RC(CH3)3 ~1170 0.114 0.33

Spektrum XRD B10/Zeolit Alam Puncak-puncak untuk Kristalinitas B2O3 tidak begitu terlihat, B2O3 terdispersi secara sempurna pada permukaaan Zeolit

Hasil BET Parameter H-Zeolit B2O3/H-Zeolit Luas permukaan 343 m2/gram Volume pori 0.21 cc/gram 0.142 cc/gram Diameter pori 24.98 angstrom 10.41 angstrom

Kesimpulan Konversi katalitik minyak sawit dengan menjadi hidrokarbon fraksi bensin telah berhasil dikembangkan menggunakan katalis B203/H-NZ. Temperatur Reaksi optimum adalah 450 °C. Untuk umpan POME, Katalis terbaik adalah H-NZ dengan Yield Fraksi bensin tertinggi yang dihasilkan pada temperatur 450 °C yaitu sebesar 52.5 %. Untuk Umpan Campuran M.Sawit + Metanol, katalis yang terbaik adalah didapat B5/H-NZ dengan yield 38 %. Katalis B203/H-NZ cukup memadai untuk digunakan sebagai katalis, bahkan yield fraksi bensin 30 % lebih tinggi daripada yang dihasilkan dengan katalis H-ZSM-5

CH3 CH3 CH3 H+ H+ + CO2 + CO2 + + CH3 CH3 Dekarboksilasi