Perpustakaan Digital ITB

Indonesia memiliki potensi sumber daya untuk energi seperti; batubara, gas alam, dan biomasa yang belum termanfaatkan secara optimal. Salah satu permasalahan yang dihadapi terkait dengan pemanfaatan sumber daya ini ialah mengenai teknologi konversinya menjadi BBM. Sintesis Fischer-Tropsch merupakan suatu proses katalitik yang mampu mengkonversi syngas (campuran gas H2-CO) menjadi hidrokarbon. Teknologi Low Temperature Fischer Tropsch (LTFT) merupakan teknologi yang mampu mengarahkan rentang selektivitas produk ke arah fraksi hidrokarbon berat, sehingga dengan infrastruktur kilang seperti yang ada sekarang ini produk FT (Fischer Tropsh) dapat dikonversi lebih lanjut lagi menjadi fraksi BBM. Pada studi ini dilakukan pengembangan katalis berbasis Co/Al2O3 untuk proses LTFT. Permasalahan awal yang harus dipecahkan pada pengembangan katalis ini adalah terkait permasalahan reduksibilitas-aktivitas serta peningkatan selektivitas produk. Dengan menggambarkan bentuk reduksibilitas melalui parameter fisik seperti ukuran partikel (dp Co), maka dipelajari pengaruh berbagai metode pretreatment penyangga pada rekayasa ukuran pori sebagai cetakan ukuran partikel Co (dp Co), serta pengaruh penambahan promotor Cu dan K terhadap aktivitas dan selektivitas produk C5+. Hasil penelitian menunjukkan semua metode pretreatment yang dilakukan berhasil meningkatkan ukuran dp Co sebesar 22-57% pada rentang nilai 9,8–12,6 nm. Penyangga termodifikasi pretreatment metode refluks menggunakan NH4NO3 100 g/L (R100) dipilih dengan beberapa pertimbangan diantaranya: 1) metode ini masih mampu mempertahankan struktur penyangga dengan baik (Vpori dan SA yang besar); 2) Ukuran dp Co yang dihasilkan cukup tinggi sebesar 12,2 nm; 3) peningkatan aktivitas katalitik yang teramati juga cukup signifikan. Penambahan promotor Cu pada acuan katalis termodifikasi pretreatment penyangga R100, terbukti mampu lebih meningkatkan XCO (Konversi CO) meskipun terdapat kadar maksimum Cu sebesar 0,6%-b dengan nilai XCO tertinggi sebesar 97,9%. Sementara penambahan promotor K, terlihat mampu meningkatkan baik XCO maupun selektivitas terhadap C5+, SC5+ meskipun terdapat nilai maksima di mana penambahan promotor K lebih lanjut (2%-b) malah menurunkan sinergi kedua modifikasi ini (XCO turun menjadi 71,07%, tetapi SC5+ tetap naik menjadi 79,6%). Terlepas dari itu modifikasi ini masih menyisakan banyak ruang bagi peningkatan selektivitas produk C5+. Berikutnya dengan menggambarkan bentuk reduksibilitas melalui parameter kimiawi seperti karakter keasaman, maka dilakukan kajian karakter keasaman dengan penambahan berbagai konsentrasi promotor K (0-2%-b), Mn (1-1,5%-b) serta larutan impregnan basa NH4OH (0,035-2,5%-v/v). Promotor Mn memliki karakter dapat meningkatkan keasaman, promotor K dapat meningkatkan kebasaan, sedangkan pelarut NH4OH digunakan untuk pembentukan kompleks kobalt yang bermuatan asam [Co(NH3)6]2+. Hasil penelitian menunjukkan bahwa katalis terbaik pilihan adalah katalis dengan penambahan promotor K (1%-b) serta larutan impregnan basa NH4OH (0,035%-v/v) (Co-K/Al2O30,035IB) dengan berbagai kelebihannya diantaranya: (1) Katalis ini mampu memberikan XCO, SC5+ dan Ygas di atas target (XCO > 70%, SC5+ > 70%, dan Ygas < 5%) dengan nilai terukur sebesar XCO = 80,3% dan SC5+ = 96,5% dan Ygas = 2,83%; (2) Katalis ini masih mampu mempertahankan struktur fisik dengan baik ( SA (Surface Area) dan dp (Diameter Pori) yang besar); (3) Katalis ini memiliki karakter keasaman yang moderat, cukup asam untuk meningkatkan konversi dan cukup basa untuk peningkatan selektivitas produk C5+; (4) Katalis ini memiliki Ukuran dp Co yang cukup optimum sebesar 8,45 nm. Selanjutnya dilakukan karakterisasi katalis terbaik pilihan (Co-K/Al2O3 0,035IB) serta mengkaji pengaruh kondisi operasi temperatur dan laju alir untuk melihat pengaruhnya terhadap aktivitas dan selektivitas katalis. Uji aktivitas katalis dilangsungkan pada reaktor unggun tetap dengan kondisi operasi LTFT (tekanan 20 Bar, temperatur 230-250°C, laju alir sebesar 25-40 mL/min, dan rasio H2/CO sebesar 2:1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa katalis ini memiliki ukuran dp Co = 8,45 nm, karakteristik fisik SA = 176,5 m2/g, Vpori = 0,36 ml/g, dpori = 8,2 nm, reduksibilitas yang tinggi, serta karakter keasaman moderat Lkat/Lco-0 = 1,14. Uji aktivitas menunjukkan bahwa konversi syngas dan selektivitas C5+ tertinggi dicapai pada T = 250oC. Lj alir 25 mL/min, P = 20 Bar, rasio syngas 2 : 1 sebesar XCO = 96,2%, XH2 = 83,04%, dan SC5+ = 79,4%. Kenaikan temperatur akan meningkatkan nilai XCO dan XH2, meningkatkan selektivitas produk hidrokarbon ringan (SC1, SC2–4) tetapi menurunkan selektivitas produk hidrokarbon rantai panjang (SC5+). Sementara penurunan laju alir menyebabkan peningkatan selektivitas produk hidrokarbon rantai panjang (SC5+) dan menurunkan nilai XCO dan XH2 dan selektifitas produk hidrokarbon ringan (SC1, SC2–4). Dan yang terakhir dilakukan studi kinetika reaksi untuk mendapatkan model dan parameter kinetika konsumsi reaktan serta produksi hidrokarbon menggunakan katalis Co-K/Al2O3 0,035IB. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kinetika konsumsi reaktan dengan model hukum pangkat menunjukkan nilai Ea sebesar 31 kJ/mol dengan orde reaksi -2 untuk CO dan 0,75 untuk H2. Nilai ini berlaku pada temperatur reaksi 230 – 250°C dengan nilai error < 3% untuk tiap temperaturnya. Sementara model mekanistik jalur assosiatif menunjukkan nilai Ea sebesar 81,4 kJ/mol. Parameter termodinamika berupa nilai entalpi untuk reaksi adsorpsi CO dan H2 pada katalis sebesar 21,3 kJ/mol dan 77,05 kJ/mol.