Perpustakaan Digital ITB

Pemerintah Indonesia melalui Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 22 Tahun 2017 tentang Rencana Umum Energi Nasional (RUEN) telah merencanakan dimetil eter (DME) sebagai bahan bakar rumah tangga, dan penggunaannya dimulai tahun 2022. Saat ini DME diproduksi secara komersial dengan jalan dehidrasi metanol. Umumnya, metanol diproduksi dengan gas sintesis dari gas alam. Berbagai pengembangan sintesis langsung DME dari gas sintesis masih menarik untuk dilakukan karena beberapa tantangan pada proses operasinya. Biaya proses sintesis langsung DME diperkirakan akan lebih murah daripada yang melalui metanol. Pada penelitian ini, proses sintesis langsung DME telah berhasil dilakukan pada kondisi tekanan rendah (sekitar 20 bar) dan temperatur rendah (200-280 ?). Tekanan pada penelitian ini lebih rendah dibanding tekanan proses pada sintesis metanol komersial 50-100 bar. Sintesis langsung DME merupakan integrasi reaksi konsekutif sintesis metanol dari gas sintesis dan dehidrasinya menjadi DME. Pada tekanan rendah, pembentukan metanol menjadi rendah, tetapi metanol langsung terdehidrasi menjadi DME. Pada penelitian ini, sintesis langsung DME dilakukan dengan katalis campuran yang selektif terhadap reaksi masing-masing yaitu sintesis metanol dan dehidrasinya menjadi DME. Untuk mendapatkan hasil yang baik, kedua katalis telah diuji aktivitasnya terlebih dahulu terhadap masing-masing reaksi. Kajian sintesis metanol dilaksanakan dengan menggunakan katalis komersial M151 dan XAB. Kedua katalis ini memiliki komposisi mirip, yaitu 63% Cu, 26-27% Zn, dan 9% Al. Tetapi masing-masing memiliki sifat pori yang berbeda sebagai berikut: (i) luas permukaan 54,8 m2/g (katalis M151) dan 110,0 m2/g (katalis XAB); (ii) volume pori 0,22 mL/g (M151) dan 0,29 mL/g (XAB). Uji aktivitas masing-masing katalis dilakukan pada 240 ? dan 20 bar, dan umpan dengan komposisi 65% H2, 28% CO, dan 7% N2. Katalis XAB memberi konversi CO 30%, dan perolehan metanol sebesar 1,2%. Katalis M151 memberi konversi CO 74%, dan perolehan DME 1,8% tanpa produk metanol. Katalis M151 ternyata juga mengakomodasi dehidrasi metanol menjadi DME, karena M151 memiliki sifat asam. Katalis asal ?-Al2O3 memiliki sifat asam terlalu tinggi, sehingga reaksi dehidrasi berlanjut dan produk utama bukan DME. Untuk mengatasi hal ini, katalis ?-Al2O3 dimodifikasi dengan impregnasi fosfor (P/Al). Katalis ?-Al2O3 dengan 5% fosfor (5P/Al) memiliki keasaman rendah-menengah yang baik untuk dehidrasi metanol menjadi DME. Hasil uji aktivitas katalis 5P/Al pada 1 bar dan 240 ? memberi konversi metanol 42%, perolehan DME 18%, dan selektivitas DME 75%. Katalis 5P/Al lebih selektif untuk menghasilkan DME dibanding katalis asal ?-Al2O3. Sintesis langsung DME dilakukan dengan bantuan katalis campuran (XAB):(5P/Al) dan rasio (1:1) pada proses kontinu, partaian, dan partaian berulang. Percobaan dilakukan dengan reaktor modified carberry yang memberi kontak baik antara gas sintesis dan katalis. Gas sintesis umpan memiliki komposisi 65% H2, 28% CO, dan 7% N2. Sintesis langsung DME dilakukan secara partaian pada tekanan awal 15-23 bar dan temperatur 200-280 ?. Katalis campuran (XAB):(5P/Al) memberi aktivitas yang baik: konversi CO 70%, dan perolehan DME 37% pada proses partaian dengan tekanan sintesis 20 ke 15 bar (P20-15), dan temperatur 240 ?. Pada temperatur yang sama 240 ?, dan tekanan awal yang lebih rendah 17 bar (P17-12) telah memberi konversi CO 50%, dan perolehan DME 31,2%. Pada tekanan awal 23 bar (P23-18) dan temperatur 260 ?, katalis (XAB):(5P/Al) memberi konversi CO 75%, dan perolehan DME 60,5%. Pada proses partaian berulang dengan tekanan awal 20 bar (P20-15) dan 23 bar (P23-18), katalis campuran (XAB):(5P/Al) masih menunjukkan aktivitas yang baik walau sudah digunakan hingga enam kali ulangan partaian (± 2 jam/tempuhan). Pada temperatur 240 ?, kinerja katalis campuran (XAB):(5P/Al): tekanan awal 20 bar (P20-15) memberi konversi CO 65%, dengan perolehan DME 40%, dan tekanan awal 23 bar (P23-18) memberi konversi CO 67%, dengan perolehan DME 44%. Kinerja katalis meningkat saat temperatur dinaikkan, contohnya pada tekanan awal 23 bar (P23-18) dan temperatur 260 ?, konversi CO menjadi 75%, dan perolehan DME menjadi 60%. Hasil ini menunjukkan bahwa laju reaksi sintesis langsung DME lebih dipengaruhi oleh temperatur dibandingkan tekanan. Kebaruan utama penelitian doktoral ini adalah pembuktian sintesis langsung DME dari gas sintesis dapat dilaksanakan pada tekanan sekitar 20 bar dan temperatur 240- 260 oC, melalui rekayasa penggeseran reaksi kesetimbangan reaksi sintesis metanol dan dehidrasinya. Sintesis langsung pada tekanan rendah ini dilakukan menggunakan katalis campuran XAB dan 5P/Al, dengan rasio 1:1 (lebih rendah dari peneliti-peneliti lain yang umumnya mencapai 5/1). Keberhasilan penelitian ini diharapkan mempermudah pengembangkan lanjut ke percobaan skala lebih besar, mengingat katalis XAB untuk sintesis metanol tersedia di pasar terbuka, dan katalis 5P/Al adalah hasil modifikasi ?-Al2O3 dengan 5% fosfor untuk dehidrasi metanol menjadi DME.