hidrorengkah fraksi aspalten dari as pal...

SEMINAR NASIONALSDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

HIDRORENGKAH FRAKSI ASPALTEN DARI AS PAL BUTONMENJADI FRAKSI BENSIN DAN DIESEL MENGGUNAKAN

KATALIS NI-MO/ZEOLIT ALAM AKTIF

Esis Witanto, Wega Trisunaryanti, Triyono

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, BATAN-Yogyakarta.Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Gajah Mada, Yogyakarta

A BSTRAK

Hidrorengkah Fraksi Aspalten Dari Aspal Buton Menjadi Fraksi Bensin Dan Diesel Menggunakan Katalis

Ni-Mo/Zeolit Alam Aktif. Telah dilakukan uji aktivitas dari katalis Ni-MolZeolit Alam Aktif pada proseshidrorengkah fraksi aspalten dari Aspal Buton menjadi fraksi bensin dan diesel. Aspal Buton diperoleh daridaerah Lawele dan Kabungka, Buton, Sulawesi Tenggara. Proses hidrorengkah dilakukan dalam rea torstainless steel (panjang : 30 cm, diameter dalam 5 cm, diameter luar 7 cm) dengan sistem semi aliI' padatemperatur 400 oC dengan laju aliI' gas H2 10 mL/min dengan variasi rasio umpanlkatalis 3, 4 , dan 5.Produk yang dihasilkan dari hidrorengkah dipisahkan menjadi fraksi cairan, kokas dan gas. Produk cairanyang dihasilkan dianalisis dengan Gc. Konversi total dihitung sebagai (100 - residu) % bib. Hasilpenelitian menunjukkan balnva produk cair yang dihasilkan terdiri dari fraksi bensin (C5-C 12) dan fraksidiesel (C > 12). Konversi total tertinggi aspalten Lawele 75,67% bib dengan selektivitasfraksi bensin 60,06% danfraksi diesel 39,31 % pada rasio umpanlkatalis 4. Konversi total tertinggi aspalten Kabungka 97,73% bib dengan selektivitas fraksi bensin 72,40 % dan fraksi diesel 27,09 % pada rasio umpanlkatalis 3.

Kata kunci : Aspal Buton, aspalten, hidrorengkah, Ni-Molzeolit alam aktif, bensin, diesel.

ABSTRACT

Hydrocracking of asphaltene fraction from Butonion asphalt to Gasoline and Diesel Fractions Using Ni

Mo/Activated Natural Zeolite Catalyst. Activity test of Ni-Molactivated natural zeolite catalyst forhydro cracking of asphaltene fraction from Butonion asphalt to gasoline and diesel fractions had beenconducted. The Butonian asphalt was produced in Lawele and Kabungka area, Buton, Southeast Sulawesi.The hydro cracking was performed in stainless steel reactor (length: 30 em, i.d : 5 em, o.d : 7 em) of semi

flow system at temperature of 400 oC with flow rate of H2 gas 10 mLlmin. The catalyst into feed ratio wasvaried at 3, 4, and 5. The product of hydrocracking the asphalten was separated liquid, coke and gas

fraction. The liquid product was analyzed by GC and total conversion was calculated as (100 - residu) %wlw. The research result showed that the liquid product consisted of gasoline (C5-C 12) and diesel fractions(C> 12). The highest total conversion for Lawele asphalthene was 75.67 % with 60.06 % selectivity togasoline and 39.31 to diesel fractions. This result was produced using feedlcatalyst ratio of 4. The highesttotal conversion for Kabungka asphalthene was 97.73 % with 72.40 % selectivity to gasoline and 27.09 %to diesel fractions which was obtained at feedlcatalyst ratio of 3.

Keywords: Butonian asphalt, asphaltene, hydrocracking, Ni-Molactivated natural zeolite, gasoline, diesel.

1. PENDAHULUAN

Indonesia merupakan salah satu negarayang memiliki cadangan aspal yang cukup besar.Cadangan aspal terletak di pulau Buton, SulawesiTenggara (aspal Butan). Menurut Abraham (1948),hasil tes ekstraksi aspal Butan terdiri : aspalten,

sulfur, nilai asam dan nilai saponifikasi berturutturut 23-30 %, 6-7 %, 6,2 dan 14. Aspaltenmerupakan zat heterosiklis yang mengandungoksigen, belerang, nitrogen dan logam lainnya danmempunyai berat molekul antara 900 - 3000.Struktur molekul aspalten sangat kompleks yangmembentuk cincin aromatis dan naftena. Proses

Esis Witanto dkk 499 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BA TAN

pemecahan rantai panjang dari struktur aspaltenmenjadi fraksi bensin dan fraksi diesel dapatmeningkatkan kegunaan aspalten menjadi lebihoptimal.

Proses pengolahan minyak bumi dapatdilakukan dengan 2 cara : thermal cracking dancatalytic cracking. Pada thermal cracking diperlukansuhu yang besar dan produk tidak dapat dikontrol.Penggunaan katalis pada proses perengkahan dapatmengurangi produk samping, sehingga akan lebihfokus pada target pencapaian.

Penelitian penggunaan katalis dalam proseshidrorengkah sudah dilakukan oleh ilmuwan kimiaantara lain Nomura dan kawan-kawan (1997).Syarifah, 1. (2000) telah melakukan penelitian ujikatalis pada perengkahan fraksi minyak bumi.Penelitian tersebut menunjukkan bahwa aktivitasdan s"elektivitas katalis zeolit pada reaksiperengkahan VGO (Vacum Gas Oil) dipengaruhioleh rasio Si/AI, kandungan logam, keasaman, luaspermukaan, dan ukuran pori. Nurhadi, TriSunaryanti, dkk. (2001) memanfaatkan katalismodifikasi zeolit alam pada proses perengkahanminyak bumi. Kemudian Trisunaryanti dan kawankawan (2003), bahwa katalis logam pengemban

dengan zeolit sintetis ataupun zeolit alam sudahterbukti mempunyai kemampuan dalammeningkatkan produk secara optimal dan efisien.

Telah dilakukan penelitian lain yaitupembuatan dan karakterisasi modifikasi kataliszeolit alam yang diembankan dengan logam(Witanto, Tri Sunaryanti, dkk., 2010). Modifikasikatalis antara zeolit alam dengan logam pengembanNi dan Mo menghasilkan katalis Ni-Mo/Zeolit alamaktif (Ni-Mo/ZAA). Karakterisasi dari katalis NiMo/ZAA menunjukkan nilai keasaman 1,058(mmol/g) dan luas permukaan pori 21,3 (m~/gram),berdasarkan hasil karakterisasi maka katalis Ni

Mo/ZAA layak diujikan pada proses perengkahansecara katlitik.

Dari hasil penelitian menunjukkan bahwakatalis dapat meningkatkan selektivitas prod uk.Modifikasi logam-pengemban memberikanpengaruh yang berarti bagi selektivitas produk yangdihasilkan. Selektivitas produk dimungkinkan dapatdipengaruhi oleh jumlah umpan oleh karena itusangat perlu dilakukan modifikasi rasioumpanlkatalis. Berdasarkan hal tersebut maka padapenelitian ini dilakukan variasi umpan/katalis padaproses hidrorengkah fraksi aspalten dari aspal ButonLawele dan Kabungka. Variasi rasio antara umpandengan katalis merupakan hal yang menarik untukdipelajari karena semakin banyak umpan yangdiberikan maka semakin banyak reaktan yangberkontak dengan katalis. Analog dengan hal itumaka jumlah produk yang dihasilkan semakin besar.Uji aktivitas katalis dilakukan pad a proseshidrorengkah fraksi aspalten dari aspal Butondengan menggunakan katalis Ni-Molzeolit alam


YOGY AKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

aktif dalam fixed bed reactor. Penggunaan aspalButon sebagai model uji aktivitas katalis didasarkanpada pemikiran untuk memaksimalkan pemanfaatankekayaan alam dan menambah wawasan tentangteknologi pengolahan fraksi aspal Buton menjadifraksi hidrokarbon yang lebih ringan yang dapatdigunakan sebagai sumber energi/bahan bakar.

2. METODOLOGI PENELITIAN

Preparasi umpan fraksi aspalten (PI-BS) :Bongkahan aspal Buton yang diperoleh dari

Lawele atau Kabungka digerus hingga menjadipecahan-pecahan kecil, kemudian pecahan-pecahankecil disimpan dalamfrezeer selanjutnya dihaluskanmenjadi bentuk serbuk (Gambar 1.) yaitu serbukLawele dan Kabungka. Aspal tersebut kemudiandiambil fraksi aspaltennya melalui proses ekstraksimenggunakan pelarut toluen (Gambar 2.). Fraksiterlarut toluena kemudian dievaporasi menghasilkanfraksi aspalten terlarut toluena (Gambar 3.).

Gambar 1. Aspal Buton bentuk serbuk (La weIe danKabungka)

Gambar 2. Pemisahan aspalten dari aspal Butonmenjadi fraksi aspalten terlarut toluena.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BA TAN 500 Esis Witanto dkk



Gambar 3. Fraksi aspalten terlarut toluena (PI-BS) :(a) Lawele (b) Kabungka.

Proses hidrorengkah fraksi aspaltenmenggunakan Fixed Bed Reactor.

Umpan (PI-BS) ditimbang sesuai denganvariasi rasio umpan/katalis, kemudian siap untukdimasukkan ke dalam wadah sampel bersusun dimana sampel sebagai umpan diletakkan di bagianbawah dan katalis di bagian atas. Selanjutnyadimasukkan ke reaktor (fixed bed reactor),kemudian reaktor dimasukkan ke dalam tungkuyang dihubungkan dengan pipa. Setelah itu reaktordipanaskan sampai 400°C dengan dialiri gashidrogen. Proses hidrorengkah dilakukan selama 2Jam.

Gambar 4. Skema alat hidrorengkah fraksi aspaltenmenjadi fraksi bensin dan diesel

Keterangan Gambar 4. :1. Tabung gas hidrogen2. Flow meter

3. Tempat sampel (umpan)4. Tempat katalis5. Furnace

6. Termocouple7. Sumber arus listrik8. Pendingin9. Tempat produk cair10. Penampung gas

Produk yang terbentuk yaitu cairan hasilhidrorengkah (CRR) mengalir melalui selang silikondengan melewati pendingin dan ditampung dalamcorong pisah. Selanjutnya produk dianalisis denganGC. Konversi total dihitung berdasarkan persamaan:sebagai berikut :Konversi total (%b/b)=(IOO-residu)%b/b (I)

Jumlah kokas yang terbentuk dihitungberdasarkan selisih berat katalis sesudah dan

sebelum proses hidrorengkah.%(b/b)kokas=(WR2-WRI)/Wumpan (2)Dimana :

W RI dan WR2 masing-masing adalah WR2 beratkatalis sebelum proses hidrocracking dan sesudahproses hidrocracking.

W umpan = berat umpan

Jumlah residu UI .(b) lihitung berdasarkan selisihberat umpan sebelum dan sesudah proseshidrocracking.%(b/b )=residu=(W u,- WU2)/Wumpan (3)Dimana :

WU1dan WU2 masing-masing berat umpan sebelumproses hidrocracking dan

sesudah proses hidrocrackingW umpan = berat umpan

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Rasil uji aktivitas katalis Ni-Mo/ZAAR yangdigunakan untuk proses hidrorengkah fraksi aspaltenLawele ditampilkan pada Tabel I.Dari Tabel I , produk fraksi cair terbesar diperolehdari rasio umpan/katalis 5 sebesar 55,60 % bibdengan konversi total 75,67 % bib. Pada variasirasio umpan/katalis yang dilakukan pada proseshidrorengkah menunjukkan adanya peningkatanproduk cair. Hal tersebut dapat dapat saja terjadikarena semakin banyak reaktan makin banyak reaksiyang terjadi dipermukaan katalis.

Dari Tabel 2, produk fraksi cair terbesardidapat dari rasio umpan/katalis 3 sebesar 43,49 %bib dengan konversi total 97,73 %b/b. Pengaruhrasio umpan/katalis pada proses hidrorengkah yangditampilkan pad a Tabel 2 bahwa penambahanumpan berbanding terbalik dengan produk cairataupun konversi totalnya, hal tersebut dapat terjadikarena adanya situs aktif dipermukaan katalis yangterbatas untuk menghasilkan produk cair. Antarajumlah reaktan yang berkontak dengan situs aktiftidak seimbang sehingga tidak semua reaktanberinteraksi dengan katalis. Akibatnya penambahanreaktan tidak signifikan dengan produk cair yangdihasilkan.

Esis Witanto dkk 501 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN


YOGY AKART A, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

Tabel 1. Hasil konversi hidrorengkah fraksi aspalten Lawele.

Distribusi prod uk (% bib) Residu (%Fraksi cair Fraksi kokas Fraksi gas bib)

Rasio Umpan/Katalis(gig)

3 16,54

4 30,005 55,60

Termal aspal Buton 19,31*Konversi total = (100 - residu ) % bib.

17,67

1,7112,07

37,36

41,588

0,oI

28,43

26,7124,3380,13

*Konversi total (%bib)

71,57

73,2975,6719,87

Tabel 2. Hasil konversi hidrorengkah fraksi aspalten Kabungka.Rasio

Distribusi produk (% bib)Umpan/KatalisResidu (%*Konversi total (%

(gig)

Fraksi cairFraksi kokasFraksi gasbib)bib)

3

43,492,2152,032,2797,734

17,232,7160,8519,2180,795

30,1931,496,2732,0567,95Termal aspal Buton

14,75 12,8472,4227,58

Hidrorengkah fraksi aspalten selainmenggunakan katalis Ni-Mo/ZAAH, dilakukan pulatanpa katalis (termal kracking). Hasil hidrorengkahantara yang menggunakan katalis dan termal akanterlihat bahwa secara keseluruhan produk cair yangmenggunakan katalis akan lebih besar dari termal.Proses termal kracking akan lebih banyakmenghasilkan gas dari proses yang menggunakankatalis, hal ini dapat terjadi karena gas-gas yangdihasilkan pada proses kracking tidak terjadi reaksisecara berkelanjutan di permukaan katalis. KatalisNi-Mo/ZAAH mempunyai sifat-sifat sebagai berikutnilai keasaman 1,058 mmol/g dan jejari pori 99,7 A.(Esis, dkk., 2010) sehingga memiliki kemampuanmengkonversi fraksi aspalten menjadi fraksi bensindan diesel.

Selektifitas Katalis Terhadap Fraksi Bensin danFraksi Diesel

Pada hidrorengkah fraksi aspalten,diharapkan mampu menghasilkan fraksi ringandalam jumlah besar. Penambahan fraksi umpandengan jumlah katalis tetap, diperkirakan akanmenghasilkan jumlah fraksi bensin dan fraksi dieselyang besar. Fraksi bensin merupakan hidrokarbondengan jumlah atom karbon Cs - C12, sedangkanfraksi diesel (solar) mempunyai jumlah atom karbonC >12. Kandungan fraksi bensin dan fraksi dieseldalam produk cair dihitung dengan mengolah datakromatogram GC untuk mendapatkan persen luaspuncak masing-masing setelah dilakukan spikingdengan senyawa standar CI2 H26 (dodekana).

Tingkat selektifitas katalis Ni-Mo/ZAAHdipengaruhi oleh zeolit sebagai pengemban danlogam-Iogam yang terembankan dipermukaan zeolit.Menurut Oudejans (1984), Weisz dan Frillete bahwabentuk selektivitas dikelompokkan ke dalam tiga

bentuk : Selektivitas reaktan, selektivitas produk danselektivitas keadaan transisi (intermediet).Fraksi ringan hasil dari hidrorengkah fraksi aspaltendipengaruhi oleh adanya selektivitas keadaantransisi. Distribusi produksi cair dilihat pada tabel 3.

Dari Tabel 3. hasil fraksi bensin terbesar

pad a rasio umpan-katalis 4 untuk fraksi umpanaspalten Lawele yaitu fraksi bensin 60,06 % areaGC dan fraksi diesel 39,31 % area Gc.

Jika hasil pada Tabel 3 dihubungkandengan hasil pada Tabel I (Fraksi Aspalten Lawele),penambahan rasio umpan/katalis sebanding denganpenambahan produk caimya akan tetapi tidaksebanding dengan nilai fraksi bensin yang diperolehdari hasil pengolahan dengan % area Gc.

Hal ini dapat diperkirakan bahwaselektivitas katalis terhadap produk (fraksi bensin)adalah pad a rasio umpan/kataIis 2, yaitu sebesar60,06 % area GC . Kemudian dari Tabel 3. di atas,hasil fraksi bensin terbesar pada rasio umpan/katalis3, untuk fraksi umpan aspalten Kabungka yaitufraksi bensin 72,40 % area GC dan fraksi diesel27,09 %.

Penambahan fraksi umpan tidakberpengaruh dengan fraksi bensin dan fraksi dieselyang dihasilkan dari proses hidrorengkah dari fraksiaspalten Lawele dan Kabungka. Selektifitas katalisNi-Mo/ZAAH terhadap konversi total 75,67 % bibpada rasio umpan-katalis 4 untuk fraksi aspaltenLawele dan konversi total 97,73 % bib pad a rasioumpan-katalis 3 untuk fraksi aspalten Kabungka

Kandungan fraksi bensin dan fraksi dieseldalam produk cair dihitung dengan mengolah datakromatogram GC untuk mendapatkan persen luaspuncak masing-masing setelah dilakukan spikingdengan senyawa standar C 12 H26 (dodekana).




Tabel 3. Distribusi produk fraksi cair (fraksi bensin dan diesel) hasil hidrorengkah dari fraksiaspalten Lawele dan Kabungka dari aspaI Butan.

Distribusi produk ('Yo area GC)KabungkaRasia Umpan/ KataIis

(gig)

3

45

Termal aspal Butan

Lawele

fraksi bensin fraksi dieselfraksi bensinfraksi diesel

42,76

57,0172,4027,09

60,06

39,3163,4235,2652,08

47,6363,2136,0129,1 I

23,7554,2645,45

d

c

b

a400

200

o 10

waktu retensi (menit)

20 30

Gambar 5. Kromatagram hasil termal dan hidrorengkah aspalten Lawele menggunakan rasia umpan/katalis: (a) terrnal (b) 3, (c) 4, (d) 5.




d

1

c

b

400a

200

o 10

waktu retensi (menit)

20 30

Gambar 6. Kromatogram hasil termal dan hirdorengkah aspalten Kabungka menggunakan rasiaumpan/katalis (a) termal (b) 3, (c) 4, (d) 5.

Perhitungan fraksi ringan (Cs - Cd, dan fraksi diesel ( C > 12) dari kromatogram didasarkan pada spikingsenyawa dodekana (CI2H26).




4. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan maka dapat diambilkesimpulan :Konversi total tertinggi oleh aspalten Lawele75,67% bib dengan selektivitas fraksi bensin60,06 % dan fraksi diesel 39,31 ( % area GC)pad a rasio umpan/katalis 4 dan konversi totaltertinggi aspalten Kabungka 97,73 % bib denganselektivitas fraksi bensin 72,40 % dan fraksidiesel 27,09 (% area GC) pada rasioumpan/katalis 3.

5. DAFTAR PUSTAKA

Abraham, H, 1948, Asphalt and AlliedSubstance,: their occurrence, modes ofproduction uses in arts and method oftesting, Fifth Edition, Vol. 1, D. VanNostrand Company, Inc., Toronto.

Syarifah, 1., 2000, Modifikasi Zeolit Alam DanKarakterisasinya Untuk KatalisPerengkah Fraksi Minyak Bumi, Tesis,FMIP A, UGM, Yogyakarta.

Trisunaryanti, W., 1991, Modifikasi,Karakterisasi dan Pemanfaatan ZeolitAlam, Tesis, FMIP A, UGM,Y ogyakarta.

Nomura, M., Tri Sunaryanti, W., Shiba, R.,Muroi, M., and Miura, M., 1997,Effects of the Addition of LightHydrocarbon Solvent on the CatalyticHydrotreatment of Petroleum HeavyFraction, Symposia Advences inCatalyst and Processes for Heavy OilConversion, American ChemicalSociety, 42, 355-358.

Witanto, E., Tri Sunaryanti, W., Preparasi danKarakterisasi Katalis Ni-Mo/Zeolit Alam

Aktif, Prosiding Seminar Nasional SDMTeknologi Nuklir, 2010, STTN(BAT AN) - UIN, Yogyakarta.


hidrorengkah fraksi aspalten dari as pal...

Documents