Selamat Datang dan Terima kasih atas kehadirannya pada presentasi Kami

Judul Oxidative Dehidrogenasi Etana Menjadi Etilen Menggunakan Katalis B2O3/Al2O3 : Pengaruh Kandungan Boron Oksida Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta, 23 Maret 2005 oleh Setiadi e-mail : setiadi@che.ui.edu Member of Chemical Reaction Engineering and Catalysis Research Group, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia,

The origin of Ethane compound Research Background – Relevancy ??? The origin of Ethane compound Petroleum refinery Natural Gas Light Hydrocarbons Light fraction (gas product) LNG Ethane Scope of Research Work Ethylene Demand on Petrochemicals Industries (PE, Ethylene Oxide, Ethylbenzene, Vinyl Chloride, etc.)

Oxidative Dehydrogenation Etilena / oksigenat (CH3CHO, HCHO, dll) Scope – Catalytic Process Oxidative Dehydrogenation Etana B2O3/Al2O3 Etilena / oksigenat (CH3CHO, HCHO, dll) Etana : salah satu fraksi komponen gas alam dan hasil destilasi fraksi ringan minyak mentah. Jumlahnya cukup melimpah. C2H4 : Merupakan senya-wa penting sbg. building block compound/bahan baku utama yang sangat penting bagi industri petrokimia Kemampuan katalisis B2O3/Al2O3 dalam reaksi dehidrogenasi, dehidrasi maupun deoksigenasi terletak pada kemampuan interaksi berupa terbentuknya spesi peroksida (O2-) Lattice oxygen (oksigen kisi, O-), umumnya sangat aktif untuk oksidasi total menjadi CO2, dan sangat tidak cocok untuk partial oxidation etana menjadi etilena ataupun produk oksgenat. Perlu modifikasi dengan penambahan boron oksida untuk menghilangkan peran oksigen kisi dalam reaksi dehidrogenasi.

Reaction Mechanism of oxidative dehydrogenation ethane Scope – Catalytic Process by B2O3/Al2O3 Interaksi antar partikel support Al2O3 dengan B2O3 pada bid. kontak, disertai terbentuknya spesi peroksida (O2-) Ada apa & mengapa dgn. Kat. B2O3-Al2O3 ??? Kerjanya ??? B ; Boron M; Logam Al, Zr, Adsorpsi dan aktivasi molekul etana pada spesi peroksida (O2-) Pembentukan produk C2H4 dan regenerasi (pemulihan interkasi antar partikel support Al2O3 dengan B2O3 Pembentukan produk Okdigenat (asetal dehida) regenerasi (pemulihan interkasi antar partikel support Al2O3 dengan B2O3 Reaction Mechanism of oxidative dehydrogenation ethane (Sumber : Otsuka dan Setiadi, Catalysis Today 1995)

Tujuan Pengembangan reaksi katalisis oxidative dehidrogenasi dgn. mengetahui kinerja katalis B2O3/Al2O3 : Pengaruh boron oksida thd. kinerja katalis dalam konversi etana menjadi etilena mll. reaksi oksidasi dengan menggunakan oksigen Reaksi dehidrogenasi katalitik dan non katalitik Karakterisasi : Luas permukaaan (metode BET) & Kristalinitas (metode XRD ) Inti Aktif katalis

Metode Penelitian Bahan H3BO3 Al2O3 Etana Quartz sand 10-15 mesh Alat Uji Reaksi Reaktor Quartz sand 8 mm i.d. Kondisi Operasi Suhu 823, 873 K ; tekanan atmosferik Instrumen analisa Produk gas ---- GC- TCD

Karakterisasi Katalis Metode Penelitian Preparasi Katalis Variasi Kandungan B2O3 : 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40 % berat Teknik Impregnasi larutan H3BO3 pada padatan Al2O3 Kalsinasi : 573 K ( 2 jam) dan 1023 K (2 jam) Karakterisasi Katalis Luas permukaan B2O3/Al2O3 menggunakan metode BET adsorpsi N2 pada suhu N2 cair Kristalinitas katalis B2O3/Al2O3 menggunakan XRD ( X-ray diffraction)

Profil Reaktor Unggun katalis Beraliran kontinyu (Fixed bed Reactor) Metode Penelitian (Sarana Uji Reaksi ) Teknik Reaksi Skema susunan sarana uji katalis dalam reaksi oxidative dehidrogenasi Etana menjadi etilena Profil Reaktor Unggun katalis Beraliran kontinyu (Fixed bed Reactor)

Hasil dan Pembahasan Laju C2H6 konversi maksimal pada 0,22 mmol/h.m2 30 % B2O3/Al2O3 optimum komposisi katalis 15 % B2O3- terbentuknya inti aktif katalis spesi peroxide Pengaruh Kandungan Boron oksida thd. Laju Konversi Etana

Hasil dan Pembahasan Laju maksimal pembentukan produk etilen, 200 μmol/h.m2 Laju maksimal pembentukan produk CH3CHO, 10μmol/h.m2 Laju maksimal pembentukan produk CO, 5 μmol/h.m2 Pengaruh Kandungan Boron oksida thd. Laju pembentukan produk

Hasil dan Pembahasan Data-data dgn. simbol terisi warna putih – reaksi tanpa katalis Data-data dg. simbol terisi warna hitam – reaksi tanpa katalis Perbandingan antara reaksi dehidrogenasi etana dengan katalis 30% B2O3/Al2O3 dan non katalitik (blank reactor) dalam reaksi dalam berbagai suhu reaksi

Hasil dan Pembahasan Kandungan 0 % Al2O3 murni , SA ~ 250 m2/g Kandungan 30 % B2O3, SA ~ 70 m2/g, komposisi terbaik Pengaruh kandungan boron oksida thd. Luas permukaan katalis

Spektrum XRD katalis B2O3/Al2O3 dengan berbagai kandungan B2O3 Hasil dan Pembahasan Spektrum XRD katalis B2O3/Al2O3 dengan berbagai kandungan B2O3

Inti aktif katalis dalam reaksi dehidrogenasi etana menjadi etilena Hasil dan Pembahasan Fresh katalis hasil kalsinasi , spesi permukaan peroxide terjadi pd. kandungan B2O3 > 15 % dan maksimum pd. 30 % B2O3 + C2H6 + O2 Inti aktif katalis dalam reaksi dehidrogenasi etana menjadi etilena

Kesimpulan Pengaruh komposisi B2O3 katalis B2O3/Al2O3 terhadap reaksi dehidrogenasi katalitik etana menjadi etilena dapat dibagi menjadi 3 macam. Pengaruh kenaikkan kandungan B2O3 sampai dengan 15% menunjukkan katalis B2O3 /Al2O3 mampu menghambat reaksi oksidasi total etana dan menekan terbentuknya gas CO dan CO2. dan menjadikan katalis yang aktif dan selektif untuk reaksi dehidrogenasi etana pada penambahan B2O3 antara 5 – 15 % berat. Katalis B2O3/Al2O3 pada kenaikkan kandungan B2O3 dalam rentang 15-30 %, menjadikan kinerja katalis sangat efektif untuk reaksi oxidative dehidrogenasi etana dan mencapai optimal pada kandungan sebesar 30 % B2O3, walaupun luas pemukaannya jauh lebih kecil (70 m2/g) dibanding B2O3 /Al2O3 murni (250 m2/g). Rentang tersebut memberikan tingginya kadar terbentuknya inti aktif katalis dibanding dengan rentang lainnya dan mencapai kadar yang apaling efektif di sekitar 30 % B2O3. Inti aktif tersebut merupakan hasil interaksi antara atom Boron dengan logam Al membentuk spesies peroksida pada bidang kontak antar permukaan partikel B2O3 dengan partiekel Al2O3. Dan B2O3 jelas bukan merupakan inti aktif katalis yang sebenarnya dari reaksi dehidrogenasi etana. Terbukti dengan penambahan B2O3 yang berkelebihan (> 30 %), membuat kinerja katalis menjadi menurun. Penambahan yang semakin berkelebihan tersbut menyebabkan spesi peroksida yang terbentuk akan terselimuti dan tertutupi oleh partikel B2O3.

Terima kasih atas perhatiannya