Post on 20-Jan-2016
description
Oxidative Dehidrogenasi Etana Menjadi Etilen Menggunakan Katalis B2O3/Al2O3 : Pengaruh Kandungan Boron Oksida
Presentasi disampaikan di Seminar NasionalTeknologi Proses Kimia (SNTPK)
Jakarta, 23 Maret 2005
oleh
Setiadi
e-mail : setiadi@che.ui.edu
Member of Chemical Reaction Engineering and Catalysis Research Group,Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia,
Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia,
Judul
Research Background – Relevancy ???
Natural Gas
LNG Light Hydrocarbons
Petroleum refinery
Light fraction (gas product)
The origin of Ethane compound
Ethane
Ethylene
Demand on Petrochemicals Industries (PE, Ethylene Oxide, Ethylbenzene, Vinyl Chloride, etc.)
Scope of Research Work
Scope – Catalytic Process
Etilena / oksigenat
(CH3CHO, HCHO, dll)Etana
Etana : salah satu fraksi komponen gas alam dan hasil destilasi fraksi ringan minyak mentah. Jumlahnya cukup melimpah.
1. Kemampuan katalisis B2O3/Al2O3 dalam reaksi dehidrogenasi, dehidrasi maupun deoksigenasi terletak pada kemampuan interaksi berupa terbentuknya spesi peroksida (O2
-)2. Lattice oxygen (oksigen kisi, O-), 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 : Merupakan senya-
wa penting sbg. building block compound/bahan baku utama yang sangat penting bagi industri petrokimia
B2O3/Al2O3
Oxidative Dehydrogenation
Reaction Mechanism of oxidative dehydrogenation ethane (Sumber : Otsuka dan Setiadi, Catalysis Today 1995)
Interaksi antar partikel support Al2O3 dengan B2O3 pada bid. kontak, disertai terbentuknya spesi peroksida (O2
-)
Adsorpsi dan aktivasi molekul etana pada spesi peroksida (O2
-)
Pembentukan produk C2H4 dan regenerasi (pemulihan interkasi antar partikel support Al2O3 dengan B2O3
Pembentukan produk Okdigenat (asetal dehida) regenerasi (pemulihan interkasi antar partikel support Al2O3 dengan B2O3
Ada apa & mengapa dgn. Kat. B2O3-Al2O3 ???
Kerjanya ???
B ; Boron
M; Logam Al, Zr,
Scope – Catalytic Process by B2O3/Al2O3
Tujuan Pengembangan reaksi katalisis oxidative dehidrogenasi dgn. mengetahui kinerja katalis B2O3/Al2O3 :
•Pengaruh boron oksida thd. kinerja katalis dalam konversi etana menjadi etilena mll. reaksi oksidasi dengan menggunakan oksigen
•Reaksi dehidrogenasi katalitik dan non katalitik
•Karakterisasi : Luas permukaaan (metode BET) & Kristalinitas (metode XRD )
•Inti Aktif katalis
Bahan H3BO3
Al2O3
EtanaQuartz sand 10-15 mesh
Alat Uji Reaksi Reaktor Quartz sand 8 mm i.d. Kondisi OperasiSuhu 823, 873 K; tekanan atmosferik
Instrumen analisa Produk gas ---- GC- TCD
Metode Penelitian
Preparasi Katalis
Variasi Kandungan B2O3 : 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40 % berat
Teknik Impregnasi larutan H3BO3 pada padatan Al2O3
Kalsinasi : 573 K ( 2 jam) dan 1023 K (2 jam)
Karakterisasi Katalis
Luas permukaan B2O3/Al2O3 menggunakan metode BET adsorpsi N2 pada suhu N2 cair
Kristalinitas katalis B2O3/Al2O3 menggunakan XRD ( X-ray diffraction)
Metode Penelitian
Metode Penelitian (Sarana Uji Reaksi )
Profil Reaktor Unggun katalis Beraliran kontinyu (Fixed bed Reactor)
Skema susunan sarana uji katalis dalam reaksi oxidative dehidrogenasi Etana menjadi etilena
Teknik Reaksi
Pengaruh Kandungan Boron oksida thd. Laju Konversi Etana
Hasil dan Pembahasan
15 % B2O3- terbentuknya
inti aktif katalis spesi peroxide
30 % B2O3/Al2O3 optimum
komposisi katalis
Laju C2H6 konversi maksimal pada 0,22 mmol/h.m2
Pengaruh Kandungan Boron oksida thd. Laju pembentukan produk
Hasil dan Pembahasan
Laju maksimal pembentukan produk etilen, 200 μmol/h.m2
Laju maksimal pembentukan produk
CO, 5 μmol/h.m2
Laju maksimal pembentukan produk
CH3CHO, 10μmol/h.m2
Perbandingan antara reaksi dehidrogenasi etana dengan katalis 30% B2O3/Al2O3 dan non katalitik (blank reactor) dalam reaksi dalam berbagai suhu reaksi
Data-data dg. simbol terisi warna hitam – reaksi tanpa katalis
Hasil dan Pembahasan
Data-data dgn. simbol terisi warna putih – reaksi tanpa katalis
Hasil dan Pembahasan
Pengaruh kandungan boron oksida thd. Luas permukaan katalis
Kandungan 30 % B2O3, SA ~ 70 m2/g, komposisi terbaik
Kandungan 0 % Al2O3 murni , SA ~
250 m2/g
Spektrum XRD katalis B2O3/Al2O3 dengan berbagai kandungan B2O3
Hasil dan Pembahasan
+ C2H6 + O2
Inti aktif katalis dalam reaksi dehidrogenasi etana menjadi etilena
Hasil dan PembahasanFresh katalis hasil kalsinasi , spesi permukaan peroxide terjadi pd. kandungan B2O3 > 15 % dan maksimum pd. 30 % B2O3
KesimpulanPengaruh komposisi B2O3 katalis B2O3/Al2O3 terhadap reaksi dehidrogenasi katalitik
etana menjadi etilena dapat dibagi menjadi 3 macam. Pengaruh kenaikkan kandungan B2O3 sampai dengan 15% menunjukkan katalis B2O3 /Al2O3 mampu
menghambat reaksi oksidasi total etana dan menekan terbentuknya gas CO dan CO2. dan menjadikan katalis yang aktif dan selektif untuk reaksi dehidrogenasi etana pada
penambahan B2O3 antara 5 – 15 % berat.Katalis B2O3/Al2O3 pada kenaikkan kandungan B2O3 dalam rentang 15-30 %,
menjadikan kinerja katalis sangat efektif untuk reaksi oxidative dehidrogenasi etana dan mencapai optimal pada kandungan sebesar 30 % B2O3, walaupun luas
pemukaannya jauh lebih kecil (70 m2/g) dibanding B2O3 /Al2O3 murni (250 m2/g). Rentang tersebut memberikan tingginya kadar terbentuknya inti aktif katalis
dibanding dengan rentang lainnya dan mencapai kadar yang apaling efektif di sekitar 30 % B2O3.
Inti aktif tersebut merupakan hasil interaksi antara atom Boron dengan logam Al membentuk spesies peroksida pada bidang kontak antar permukaan partikel B2O3
dengan partiekel Al2O3. Dan B2O3 jelas bukan merupakan inti aktif katalis yang sebenarnya dari reaksi dehidrogenasi etana. Terbukti dengan penambahan B2O3 yang
berkelebihan (> 30 %), membuat kinerja katalis menjadi menurun. Penambahan yang semakin berkelebihan tersbut menyebabkan spesi peroksida yang terbentuk
akan terselimuti dan tertutupi oleh partikel B2O3.