spesi aktif katalis hasil impregnasi boron oksida untuk reaksi oksidatif dehidrogenasi etana
DESCRIPTION
Judul. SPESI AKTIF KATALIS HASIL IMPREGNASI BORON OKSIDA UNTUK REAKSI OKSIDATIF DEHIDROGENASI ETANA disampaikan dalam Seminar Katalis dan Katalisis : Peningkatan Nilai Tambah, Efisiensi, dan Ramah Lingkungan Depok, 26-27 Juni 2006 oleh Setiadi e-mail : [email protected] - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
SPESI AKTIF KATALIS HASIL IMPREGNASI BORON OKSIDA UNTUK REAKSI OKSIDATIF DEHIDROGENASI ETANA
disampaikan dalam Seminar Katalis dan Katalisis : Peningkatan Nilai Tambah, Efisiensi, dan Ramah Lingkungan
Depok, 26-27 Juni 2006
oleh
Setiadi
e-mail : [email protected]
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia,
Judul
Research Background – Relevancy ???
Natural Gas
LNGLight Hydrocarbons
Petroleum refinery
Fractionation (gas product)
The origin of Ethane compound
Ethane
Ethylene
Petrochemicals Industries
(PE, Ethylene Oxide, Ethylbenzene, Vinyl Chloride, etc.)
Research Work with partial Oxidation
Naphtha
Scope – Catalytic Process
Etilena / oksigenat
(CH3CHO, HCHO, dll)Etana
Etana : salah satu fraksi komponen gas alam dan hasil fraksinasi fraksi ringan minyak mentah. Jumlahnya cukup melimpah.
1. Kemampuan katalisis terimpregnasi B2O3 dalam reaksi dehidrogenasi, dehidrasi maupun deoksigenasi terletak pada kemampuan interaksi berupa terbentuknya spesi peroksida (O2
-2)2. Lattice oxygen (oksigen kisi, O-2), umumnya sangat aktif untuk oksidasi
total menjadi CO2, dan sangat tidak cocok untuk partial oxidation etana menjadi etilena ataupun produk oksgenat.
3. Perlu modifikasi dengan penambahan boron oksida untuk menghilangkan peran oksigen kisi dalam reaksi dehidrogenasi.
C2H4 : senyawa penting
sbg. building block bahan baku utama yang sangat
penting bagi industri petrokimia
B2O3/YSZ, B2O3/ Al2O3, B2O3/Sm2O3
Oxidative Dehydrogenation
Reaction Mechanism of ethane oxidative dehydrogenation(Sumber : Otsuka dan Setiadi, Master Thesis & Catalysis Today 1995)
Interaksi antar partikel B2O3 support YSZ, Al2O3 disertai
terbentuknya spesi peroksida (O2
2-) saat kalsinasi atau reaksi
Adsorpsi dan aktivasi molekul etana pada spesi peroksida (O2
-)
Pembentukan produk C2H4 dan regenerasi dengan O2 membentuk spesi peroksida
Pembentukan produk okdigenat asetal dehida & pemulihan dengan O2 membentuk spesi peroksida
apa & mengapa B2O3-YSZB2O3-Al2O3 ???Kerjanya ???
B : BoronM : Logam Al, Zr,
Catalytic Process by B2O3/YSZ or B2O3/Al2O3
Lattice Oxygen (O2-), Oksg. kisi
Tujuan Pengembangan reaksi katalisis oxidative dehidrogenasi dgn. mengetahui kinerja katalis B2O3
Studi reaksi oksidasi parsial etana dengan membandingkan kereaktifan masing-masing paduan katalis B2O3/YSZ, B2O3/Al2O3 dan B2O3/ Sm2O3.
Mengkaji hasil pengamatan hasil karakterisasi XRD, BET dan XPS untuk mengklarifikasi peran dan keberadaan spesi peroksida pada permukaan katalis.
Bahan H3BO3, YSZ, Al2O3, Sm2O3
Etana (Reaktan), Quartz WoolQuartz 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
Metode Penelitian
Metode Penelitian
Ilustrasi Penyebaran Partikel B2O3 pada permukaan YSZ, Al2O3 atau Sm2O3
YSZ, etc.
Impregnasi
Pengeringan
Kalsinasi
Katalis B2O3 hasil akhir metode impregnasi
Larutan H3BO3
YSZ, Al2O3,
Sm2O3 padatan
300 oC, 2 jam 750 oC, 2 jam
75 oC
80 oC
Langkah-langkah Preparasi katalis Metode Impregnasi
Reaksi dilakukan pada reaktor unggun tetap beraliran kontinyu, bertekanan atmosferik
C2H6
O2
HeSAMPLING
BOX
REAKTOR
On Line GC
Vent
Skema sarana uji katalis dalam reaksi oxidative dehidrogenasi Etana
Furnace
Furnace
Quartz wool
Katalis
Profil Fixed Bed Reactor & Furnace
Kandungan B2O3 vs laju konversi etana B2O3/YSZ
0% B2O3/YSZ : High Active for Total
Oxidation (O2-)
0 – 5 % B2O3/YSZ region The Destruction Active Site of Total Oxidation
15 % B2O3 content Highest Active Catalyst
For Oxidative Dehydrogenation
B2O3 > 5 % wt region for Peroxide (O2
-2 ) generation
Hasil dan Pembahasan
Kandungan B2O3 vs laju pembentukan produk Katalis B2O3/YSZ
0% B2O3 /YSZ : High Active for Total
Oxidation (O2-)
0 – 5 % B2O3/YSZ region The Destruction Active Site of Total OxidationDecreasing COx Rate
15 % B2O3 Highest Active For Oxidative
Dehydrogenation Products Ethylene
& acetaldehyde
B2O3 > 5 % wt region for Peroxide (O2
-2 ) generation
Hasil dan Pembahasan
Kandungan B2O3 vs Luas Permukaan Katalis B2O3/YSZ
0 – 5 % B2O3/YSZ region The Destruction Active Site of Total Oxidation
0% B2O3 /YSZ : High Active for Total
Oxidation (O2-)
15 % B2O3 Highest Active Catalyst for oxidative
dehydrogenation, S.A < 20 m2/g
Hasil dan Pembahasan
Perbandingan Spektrum XRD sample katalis B2O3 /YSZ
Highest Active Catalyst for oxidative dehydrogenation
Hasil dan Pembahasan
simbol warna hitam – hasil reaksi tanpa katalis
simbol putih – data hasil reaksi dengan katalis
Induction period
Perbandingan hasil reaksi dehidrogenasi etana dengan kat. 15% B2O3/YSZ
vs non katalitik pada berbagai suhu reaksi
Hasil dan Pembahasan
Kandungan Boron oksida vs Laju Konversi Etana (B2O3/Al2O3)
Hasil dan Pembahasan
~15 % B2O3- awal pembentukan spesi
peroxide
Laju konversi maks, 0,22 mmol/h.m2 pada
~ 30 % B2O3
Kandungan Boron oksida vs. Laju produk (B2O3/Al2O3)
Hasil dan Pembahasan
Laju maksimal produk etilen, ~200
μmol/h.m2
Laju maksimal produk CH3CHO, 10μmol/h.m2
~15 % B2O3
Minimum laju Produk hasil
Hasil dan Pembahasan
Kandungan boron oksida vs Luas katalis (B2O3/Al2O3)
Kandungan 30 % B2O3, SA ~ 60 m2/g, komposisi terbaik
0% B2O3 /YSZ : High Active
for Total Oxidation (O2-)
Perbandingan Spektrum XRD katalis B2O3/Al2O3
Hasil dan Pembahasan
Highest Active Catalyst for oxidative dehydrogenation
Amorphous
Kandungan Boron Oksida vs Laju Konversi Etana (B2O3/Sm2O3)
Hasil dan Pembahasan
0 – 10 % B2O3/Sm2O3 region The Destruction Active Site of Total Oxidation
Kandungan Boron oksida vs Laju Produk (B2O3/Sm2O3)
Hasil dan Pembahasan
Hasil dan Pembahasan
Gambar 11 Spektrum XPS untuk katalis 15 % B2O3/ Sm2O3 (Sumber : Setiadi, Thesis 1994)
Gambar 12 Spektrum XPS untuk katalis 30 % B2O3/ Sm2O3 (Sumber : Setiadi, Thesis 1994)
Gambar 9 Spektrum XPS untuk katalis 15 % B2O3/YSZ (Sumber : Setiadi, Thesis 1994)
Gambar 10 Spektrum XPS untuk katalis 30 % B2O3/ Al2O3
(Sumber : Setiadi, Thesis 1994)
Spesi Peroxide pada sekitar
energi ikat 531 eV
Sekitar 531 eVTidak ada Peak
+ C2H6 + O2
Inti aktif katalis dalam reaksi dehidrogenasi etana menjadi etilena
Hasil dan Pembahasanspesi permukaan peroxide terjadi pd. kandungan B2O3 > 15 % (YSZ) &maksimum pd. 30 % B2O/Al2O3, untuk Sm2O3------ No Formation
Pengaruh kandungan B2O3 dalam sistem katalis B2O3/YSZ maupun
B2O3/Al2O3 mampu menekan terbentuknya produk total oksidasi (CO
&CO2) dengan penambahan kandungan B2O3 sampai 5% untuk
YSZ, dan 15 % untuk Al2O3. Sedangkan pengaruh penambahan
B2O3 pada Sm2O3 malahan mematikan kereaktifan katalis.
Penambahan B2O3 diatas 5% untuk katalis B2O3/YSZ dan diatas 15
% untuk katalis B2O3/Al2O3 merubah sifat katalis menjadi sangat aktif
untuk reaksi dehidrogenasi etana. Komposi terbaik untuk katalis
B2O3/YSZ adalah 15 % berat B2O3 dan 30 % untuk katalis B2O3/Al2O3.
Hasil karakterisasi katalis metode XPS ternyata konsisten dengan hasil kinerja katalitiknya, sehingga sangat kuat diduga bahwa inti aktif katalis untuk reaksi dehidrogenasi etana adalah spesi peroksida yang berasal dari hasil interaksi antara B2O3 dengan YSZ dan Al2O3
pada bidang kontak antar permukaan partikel kedua tersebut.
Kesimpulan