Jurnal Penelitian Sains Edisi Khusus Juni 2010 (C) 10:06-08

Hidrocracking Tir Batubara Menggunakan Katalis Ni-Mo-S/ZAAuntuk Menghasilkan Fraksi bensin dan Fraksi Kerosin

Zainal Fanani

Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Sriwijaya, Sumatera Selatan, Indonesia

Intisari: Penelitian tentang pengaruh temperatur, laju alir, dan berat katalis Ni-Mo-S/ZAA terhadap hidrocracking

tir batubara untuk menghasilkan fraksi bensin dan fraksi kerosin telah dilakukan. Proses hidrocracking tir batubara

dilakukan pada temperatur 300-400◦C, laju alir gas hidrogen 1-2 ml/det, dan jumlah katalis 0,25-1,25 g. Produk

hidrocracking tir batubara dianalisa dengan menggunakan Alat Kromatografi Gas. Hasil analisa menunjukkan bahwa

fraksi bensin dan kerosin yang dihasilkan pada temperatur hidrocracking 350◦C, laju alir gas hidrogen 1,5 ml/det, dan

berat katalis 1,25 g mencapai hasil yang maksimum, yaitu 20,486 persen untuk fraksi bensin dan 26,777 persen untuk

fraksi kerosin.

Kata kunci: katalis, hidrocracking, bensin, kerosin

Abstract: A research of influence of temperature, flow rate, catalyst weight of Ni-Mo-S/ZAA to hidrocracking of coal

tar to produce gasoline and kerosene fraction have been done. The process of hydrocracking of coal tar were conducted at

temperature 300-400◦C, the flow rate of hydrogen gas between 1-2 ml/sec, and the weight of catalyst 0.25-1.25 g. Which

analysed product of hidrocracking of coal tar by using Chromatography Gas Instrument. The result of this research that

gasoline and kerosene fraction that were produced at hidrocracking temperature 350◦C, flow rate of hydrogen gas 1.5

ml/det, and 1.25 g catalyst weight reached maksimum product, that is 20.486 for gasoline fraction and 26.552 percent

for kerosene fraction.

Keywords: catalyst, hidrocracking, gasoline, kerosene

E-mail: zainalf313@yahoo.co.id

Juni 2010

1 PENDAHULUAN

B erdasarkan keanekaragaman sumber daya energiyang ada di Indonesia pemerintah telah mene-

tapkan kebijaksanaan dalam pemanfaatan sumberenergi primer terutama batubara [1]. Indonesia memi-liki cadangan batu bara berlimpah ruah. Berdasar-kan data, cadangan batu bara Indonesia sekitar 36,3miliar ton, dari jumlah itu, 85 persen (30,9 miliarton) di antaranya berupa lignit, yaitu batu bara mudadengan kandungan air sekitar 30 persen yang tidaklaku dijual mentah [2]. Dengan kandungan lignit yangbesar sekali, maka dapat dikatakan bahwa cadanganbatu bara Indonesia yang laku dijual mentah seki-tar 5,4 miliar ton. Mengingat cadangan batubaracukup besar maka perlu dimanfaatkan secara opti-mal dengan menggunakan teknologi pengolahan men-jadi bahan bakar cair [3]. Produk cair dari pengola-han batubara berupa minyak (tir) batubara. Berbedadengan minyak bumi yang kualitasnya baik untuk ba-han bakar, tir batubara ini kualitasnya masih rendahkarena berat molekul, viskositas, kandungan karbon

bebas, senyawa heteroatom (S dan N), aromatis danlogam-logam masih tinggi [4]. Oleh karena itu tir ba-tubara dengan kualitas rendah ini perlu diproses lebihlanjut untuk diubah menjadi bahan bakar cair fraksibensin dan fraksi kerosin.

Aspek yang harus diubah dari tir batubara agar da-pat digunakan menjadi bahan bakar cair penggantiminyak bumi, yaitu kandungan aromatis, heteroatom(S dan N), berat molekul dan viskositasnya harus di-turunkan. Untuk menurunkan berat molekuil, viskosi-tas dan kandungan aromatis, maka tir batubara harusdiproses melalui hidrogenasi dan perengkahan. ProsesHidrogenasi dan perengkahan ini memerlukan katalisyang mempunyai fungsi ganda yaitu komponen logamsebagai katalis hidrogenasi dan komponen asam seba-gai katalis perengkahan [4].

Tingginya kandungan heteroatom (S dan N) padatir batubara juga merupakan masalah pada proseshidrogenasi dalam perengkahan karena akan meracunikatalis dan akhirnya terjadi deaktivasi katalis [4]. Un-tuk itu perlu dicari suatu katalis yang resisten ter-

c© 2010 FMIPA Universitas Sriwijaya 1006-08-29

Zainal F./Hidrocracking Tir Batubara . . . JPS Edisi Khusus (C) 10:06-08

hadap peracunan oleh senyawa-senyawa yang mengan-dung S dan N. Logam tersulfidasi sangat efektif untukmengatasi terjadinya peracunan dan deaktivasi katalisoleh senyawa mengandung S dan N [5,6,7], selain dariitu, logam tersulfidasi juga dapat berfungsi sebagaikatalis hidrogenasi dan desulfurisasi atau sering dise-but hidrodesulfurisasi [8].

Berdasarkan uraian tersebut, maka tujuan peneli-tian ini adalah menentukan kondisi optimum tempe-ratur dan laju alir hidrocracking tir batubara serta be-rat katalis Ni-Mo tersulfidasi-zeolit alam aktif untukmenghasilkan fraksi bensin dan kerosin yang maksi-mum.

2 METODOLOGI PENELITIAN

Pembutan Katalis Ni-Mo Tersulfidasi ZeolitAlam Aktif Zeolit dihaluskan dengan ukuran 100mesh, kemudian direndam dalam larutan HF 1% se-lama 60 menit. Kemudian dicuci dengan akuades dandisaring hingga filtrat yang terbentuk mempunyai pHnetral. Setelah dicuci zeolit dikeringkan pada tempe-ratur 130◦C selama 3 jam. Zeolit kering kemudiandirendam dalam HCl 1M selama 24 jam, lalu disaringdan dicuci dengan akuades hingga filtrat yang terben-tuk mempunyai pH netral. Lalu zeolit tersebut dike-ringkan pada temperatur 130◦C selama 3 jam. Zeolitkering kemudian dijenuhkan dengan NaOH selama 24jam, lalu disaring dan dicuci hingga pH filtrat netral.Zeolit ini kemudian disebut Na-Zeolit. Na-Zeolit di-rendam dalam NH4NO3 1M selama 24 jam, lalu disa-ring dan dicuci. Setelah itu dikeringkan pada tempe-ratur 550◦C selama 5 jam, zeolit ini disebut H-Zeolit.

1. Impregnasi katalis. H-Zeolit kemudian diren-dam dalam larutan Ni(NO3)2 dan (NH4)6Mo7O24

selama 24 jam sambil distirer, 4 jam pertamaditetesi amoniak setetes demi setetes. Setelah ituzeolit yang mengandung Ni dan Mo tersebut di-keringkan pada temperatur 130◦C selama 3 jamsampai menjadi pasta dan kemudian dikalsinasipada 550◦C selama 5 jam. Proses impregnasikatalis ini dilakukan dengan perbandingan Ni danMo, yaitu 1:1.

2. Oksidasi katalis. Oksidasi zeolit yang telahdiimpregnasikan dengan logam Ni dan Mo di-lakukan dengan mengalirkan O2 dengan laju alir1 mL/det. Ditimbang 20 gram hasil impregnasiNi-Mo zeolit dan dimasukkan ke dalam reaktoryang telah diberi glasswool didasarnya. Gas O2

dialirkan, reaktor dimasukkan ke dalam furnace.Kemudian regulator yang dihubungkan denganfurnace dihidupkan pada 160 V. Setelah tempe-ratur 350◦C pada termokopel tercapai, mulai di-hitung waktu oksidasi dan temperatur furnace

dipertahankan antara 345◦C-355◦C selama 2 jamdengan mengatur regulator.

3. Reduksi dan Sulfidasi katalis. Ni-Mo zeolithasil kalsinasi kemudian disulfidasi dengan gasH2-H2S pada laju alir 1 ml/det dan temperatur400◦C selama 2 jam. Gas H2S dibuat dengan caramereaksikan Na2S dengan larutan HCl. Hasil darisulfidasi ini kemudian disebut Ni-Mo tersulfidasizeolit alam aktif.

Hidrocracking Tir Batubara Reaksi katalitikperengkahan hidrocracking pada fasa gas dilakukandengan menimbang katalis pada beberapa variasi,yaitu 0,25; 0,5; 0,75; 1; dan 1,2 gram, kemudiankatalis tersebut dimasukkan ke dalam reaktor yangtelah diberi glasswool. Selanjutnya gas hidrogen di-alirkan sebagai gas pendorong reaktan dengan variasilaju alir, yaitu 1; 1,5; dan 2 ml/det, dan dihidrogenasidengan variasi temperatur, yaitu 250, 300, 350, 400◦C.Setelah temperatur hidrogenasi mencapai 350◦C maka75 ml tir batubara mulai dialirkan ke dalam reaktoryang telah diisi dengan katalis melalui buret. Pro-duk cair yang keluar dari reaktor ditampung dalamlabu pear yang telah diketahui beratnya. Hidrocrack-ing dinyatakan selesai jika tidak ada lagi produk cairyang keluar dari reaktor. Hasil hidrocracking dianalisadengan kromatografi gas.

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

Kromatogram Standar Bensin dan KerosinKromatogram dari masing-masing fraksi bahan bakar(bensin dan kerosin) ditunjukkan dalam Gambar 1.Hasil kromatografi gas fraksi bahan bakar sebagaistandar menunjukkan bahwa puncak kromatogramawal untuk bensin muncul pada waktu retensi 3,598sampai dengan 8,685 menit, sedangkan kerosin stan-dar muncul pada waktu retensi 10,414 sampai dengan16,868 menit. Perbedaan waktu retensi antara bensindan kerosin disebabkan oleh perbedaan berat molekul.Berat molekul sebanding dengan titik didih senyawa,di mana semakin besar berat molekul berarti titikdidihnya semakin tinggi. Pada kolom GC senyawa-senyawa akan dipisahkan berdasarkan titik didihsenyawa. Senyawa yang memiliki titik didih yang ke-cil akan terelusi lebih dulu dan puncak senyawa akanmuncul lebih dulu.

Bensin dan kerosin memiliki panjang rantaihidrokarbon yang berbeda-beda, di mana rantaihidrokarbon bensin lebih kecil daripada kerosin. Pan-jangnya rantai hidrokarbon menunjukkan bahwa be-rat molekul hidrokarbon penyusun bensin lebih kecildaripada kerosin. Bensin memiliki senyawa penyusundengan berat molekul yang lebih kecil dibandingkankerosin, sehingga titik didih bensin juga lebih rendah

1006-08-30

Zainal F./Hidrocracking Tir Batubara . . . JPS Edisi Khusus (C) 10:06-08

Gambar 1: Kromatogram Bensin dan Kerosin

daripada kerosin. Hal ini menyebabkan bensin akanterelusi lebih dulu, sehingga waktu retensi bensin lebihkecil daripada kerosin.

Pengaruh Temperatur terhadap Persen Kom-posisi Produk Hidrocracking Temperatur meru-pakan variabel penting dalam proses hidrocracking.Proses hidrocracking hanya dapat berlangsung padatemperatur yang tinggi. Pengaruh temperatur ter-hadap persen komposisi fraksi bensin dan kerosin dia-mati pada 250, 300, 350, 400◦C, laju alir gas H2 1ml/det, dan berat katalis 1 gram. Persen kompo-sisi fraksi bensin dan kerosin yang terdapat dalamtiap sampel hasil hidrocracking tir batubara untukvariasi temperatur diperoleh dengan cara memban-dingkan waktu retensi kromatogram sampel dengankromatogram standar. Grafik hubungan temperaturdengan persen komposisi produk hidrocracking tir ba-tubara ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 memperlihatkan bahwa persen kompo-sisi fraksi bensin tertinggi pada temperatur 350◦Cdengan nilai 10,468 persen. Ini menunjukkan bahwakondisi hidrocracking optimum dicapai pada tempera-tur 350◦C. Hal ini disebabkan karena terjadinya pe-mutusan rantai hidrokarbon yang panjang menjadirantai hidrokarbon yang lebih pendek. Peningka-tan temperatur hingga temperatur 350◦C akan me-ningkatkan energi kinetik reaktan, sehingga akan me-ningkatkan frekuensi tumbukan antara reaktan dankatalis. Peningkatan frekuensi tumbukan dengankatalis pada kondisi ini juga akan meningkatkan proses

adsorpsi pada permukaan katalis, dan pemutusanrantai hidrokarbon yang diikuti proses hidrogenasi ter-jadi lebih banyak. Berat molekul produk hidrocrack-ing yang terbentuk menjadi lebih kecil sehingga fraksibensin yang dihasilkan meningkat dengan kenaikantemperatur sampai 350◦C.

Pada temperatur lebih dari 350◦C, persen komposisifraksi bensin menurun karena pada temperatur yangsemakin tinggi, mobilitas reaktan juga semakin tinggi.Tingginya mobilitas reaktan ini menyebabkan reaktantidak sempat teradsorpsi pada permukaan katalis se-hingga peristiwa adsorpsi hanya sedikit terjadi, yangmenyebabkan proses hidrocracking tidak banyak ter-jadi dan produk hidrocracking masih memiliki beratmolekul yang besar. Gambar 2 juga memperlihatkanfraksi kerosin, di mana persen komposisi fraksi kerosintertinggi pada temperatur 300◦C dengan nilai 37.459persen.

Pengaruh Laju Alir terhadap Persen Kompo-sisi Produk Hidrocracking Gambar 3 memperli-hatkan bahwa laju alir optimum yang memberikan ni-lai persen komposisi fraksi bensin tertinggi adalah lajualir 1,5 ml/det dengan nilai 18,670 persen. Ini menun-jukkan bahwa kondisi hidrocracking optimum dicapaipada laju alir 1,5 ml/detik, karena waktu kontak gashidrogen yang membawa uap tir batubara dengan per-mukaan katalis sudah optimum.

Pada laju alir gas hidrogen 2 ml/det, persen kompo-sisi fraksi bensin menurun. Penurunan ini disebabkanpada kenyataan bahwa semakin cepat gas hidrogen

1006-08-31

Zainal F./Hidrocracking Tir Batubara . . . JPS Edisi Khusus (C) 10:06-08

Gambar 2: Pengaruh Temperatur (◦C) terhadap Persen Komposisi Produk Hidrocracking

Gambar 3: Pengaruh Laju Alir Gas Hidrogen (ml/det) terhadap Persen Komposisi Produk Hidrocracking

membawa uap tir batubara maka semakin kecil waktukontak antara gas hidrogen yang membawa uap tir ba-tubara dengan permukaan katalis. Cepatnya kontakgas hidrogen dan uap tir batubara dengan permukaankatalis menyebabkan terjadinya proses adsorpsi padapermukaan katalis minimal terjadi, sehingga tir batu-bara yang terhidrocracking menjadi produk hidrokar-bon berantai lebih pendek menjadi lebih sedikit padalaju alir 2 ml/det. Gambar 3 juga memperlihatkanfraksi kerosin, di mana persen komposisi fraksi kerosintertinggi pada laju alir 1 ml/det dengan nilai 32,956persen.

Pengaruh Berat Katalis terhadap Persen Kom-posisi Produk Hidrocracking Selain temperaturdan laju alir gas hidrogen, jumlah katalis juga mem-berikan efek perubahan pada proses hidrocracking.Jumlah katalis berhubungan erat dengan luas per-mukaan katalis, peningkatan jumlah katalis akan me-ningkatkan luas permukaan katalis padat. Peningka-tan ini akan meningkatkan jumlah tumbukan yang ter-

jadi pada situs aktif katalis.Pada penelitian ini, tir batubara dihidrocracking

dengan variasi jumlah katalis 0,25 g; 0,5 g; 0,75 g; 1g; dan 1,25 g menggunakan jenis katalis Ni-Mo zeolitalam aktif. Persen komposisi fraksi bensin dan kerosincenderung meningkat dengan semakin meningkatnyajumlah katalis di mana jumlah katalis terbesar pada1,25 g dengan persen komposisi 20,486 persen untukfraksi bensin dan 26.552 persen untuk fraksi kerosin.Hal ini terjadi karena bertambahnya katalis berarti si-tus aktif katalis bertambah sehingga menambah jum-lah reaktan yang berkontak dengan permukaan katalis,dan akan meningkatkan jumlah tir batubara yangterhidrocracking.

4 KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Katalis Ni-Mo-S/ZAA mampu menghydrocracking tirbatu bara dengan hasil persen komposisi 20,486 persenuntuk fraksi bensin dan 26,552 persen untuk fraksi

1006-08-32

Zainal F./Hidrocracking Tir Batubara . . . JPS Edisi Khusus (C) 10:06-08

Gambar 4: Pengaruh Berat Katalis (gram) terhadap Persen Komposisi Produk Hidrocracking

kerosin dengan kondisi reaktor optimum dicapai padatemperatur 350◦C dan laju alir gas H2/H2S 1,5 ml/detdengan berat katalis 1,25 gram.

4.2 Saran

Perlu dikembangkan katalis dalam bentuk “sarangtawon”.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim, 1998, Kebijakan Umum Bidang Energi (KuBE),Badan Koordinasi Energi Nasional (BAKOREN), Jakarta

[2] Www.indomedia.com, 5 Agustus 2009[3] Www.migas-indonesia.com, 5 Agustus 2009[4] Benito, A.M. & M.T. Martinez, 1996, Catalytic

Hidrocracking of an Asphaltenic Coal Residue, Energy andFuel, 10, 1235-1240

[5] Welters, W.J.J., van der Waerden. O.H., H. W., V.H.J.zanbergen, de Beer, and R.A. van Santen, 1995a,Hydrocracking of n-Decane over Zeolite-Suported MetalSulfide Catalyst, 1, CaY-Suported Transition metalsulfides, Ind. Eng. Chem. Res., 34, 1156-1165

[6] Welters, W.J.J., O.H. van der Waerden, H.W. zanbergen,V.H.J. de Beer, and R.A. van Santen, 1995b,Hydrocracking of n-Decane over Zeolite-Suported MetalSulfide Catalyst, 2, Zeolite Y-Suported Ni dan Ni-Mosulfides, Ind. Eng. Chem. Res., 34, 1166-1171

[7] Cid, R., P. Atanasova, R.L. Cordero, J.M. Palacios, &A.L. Agudo, 1999, Gas Oil Hydrodesulfurization andPyridine Hydrodenitrogenation Pver NaYSupported NickelSulfida Catalysts: Effect of Ni Loading and PreparationMethod, J. Catalysis, 182, 328-338

[8] Leglise, J., A. Janin, J.C. Lavalley, and D. Cornet, 1988,Nickel and Molibdenium Sulfides Loaded into Zeolites:Activity for Catalitic Hydrogenation, J. Catal., 114,388-389

1006-08-33