Catalytic Cracking Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) Dengan Katalis Zeolit (ZSM-5) Menjadi Biofuel
CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID
DISTILLATE (PFAD) DENGAN KATALIS ZEOLIT
(ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
SKRIPSI
Oleh
MULIANI
110405003
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID
DISTILLATE (PFAD) DENGAN KATALIS ZEOLIT
(ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
SKRIPSI
Oleh
MULIANI
110405003
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID DISTILLATE (PFAD)
DENGAN KATALIS ZEOLIT (ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi
ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan
sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima
sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan,
Oktober 2015
Muliani
NIM 110405003
i
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya
sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan
judul “Catalytic Cracking Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) Dengan Katalis
Zeolit (ZSM-5) Menjadi Biofuel”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis
lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini
merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh hasil biofuel dari produk samping pemurnian
kelapa sawit yaitu palm fatty acid distillate dengan reaksi catalytic cracking
menggunakan katalis zeolite ZSM-5, sehingga hasil yang diperoleh dapat
dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen pembimbing penelitian dan dosen
pembimbing akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dan
arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Bapak M. Anshori Nasution, MSc. dan Ibu Meta Rivani, S.T yang telah
memberikan bantuan dan arahan dalam pelaksanaan kegiatan penelitian
ini.
3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T. dan Ibu Ir. Renita Manurung,
M.T.selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang
membangun dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT. selaku pembimbing program
pengabdian masyarakat wirausaha Rumah Belajar Ulakis.
iii
6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang
sangat berharga kepada penulis.
7. Bagus Anandika atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama
melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
8. Para sahabat dan teman-teman yang telah memberikan dukungan.
9. Dosen dan Teman-teman anggota Student Entrepreneurship Center USU
dan keluarga besar Rumah Belajar Ulakis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu
penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan,
Oktober 2015
Penulis
Muliani
iv
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Bai Juri Jafar (Alm) dan Ibu Muliana
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan
mendidikku dengan penuh kasih sayang.
Abangnda Jhony dan Heru
Kakanda Taradani, Susan Selvia, Ade Juliana
Mas Rezky Prawinsyah
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada
hentinya kalian berikan kepadaku selama ini.
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
: Muliani
NIM
: 110405003
Tempat, tanggal lahir : Medan / 09 Mei 1993
Nama Orang Tua
: Bai Juri Jafar dan Muliana
Alamat Orang Tua:
Jalan Sei Rokan No. 90 Darusalam Medan
Asal Sekolah:
SD Negeri 060887 Medan tahun 1999–2005
SMP Negeri 19 Medan tahun 2005–2008
SMA Swasta Angkasa Lanud Medan tahun 2008–2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Penerima Beasiswa Bidik Misi USU tahun 2011-2015
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Anggota HMI (Himpunan Mahasiswa Islam) sebagai anggota Logistik
tahun 2011-2012
2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai Bendahara Umum
3. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai sekretaris Bidang Penelitian dan Pengembangan
4. Rumah Belajar Ulakis sebagai Ketua tahun 2014-2015
5. Usaha Souvenir USU (USoUvenir) sebagai Bendahara dan Administrasi
tahun 2014-2015
6. Kerja praktek di PT. Perusahaan Gas Negara (PGN) Medan tahun 2015
7. Komunitas Tangan Di Atas (TDA) Medan Sebagai anggota tahun 2015
Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai :
1. Pemenang Program Kreatifitas Mahasiswa Kewirausahaan Dikti
2014-2015
2. Pemenang Big Ide Competition Mahasiwa Wirausaha SEC USU
2014-2015
vi
ABSTRAK
Bahan bakar nabati (biofuel) seperti biodiesel, biogasoline sangat menarik para
peneliti untuk dikembangkan karena ramah lingkungan dan juga bebas dari sulfur
dan nitrogen. Bahan bakar ini bersifat biodegradable, tidak beracun dan biasanya
menghasilkan sekitar 60% lebih sedikit karbon dioksida bersih (CO2) dari minyak
bumi berbasis diesel. Masalah utama dalam memproduksi biofuel dengan
perengkahan adalah biaya tinggi yang dapat dikurangi dengan menggunakan
bahan baku yang lebih murah dan katalis. Oleh karena itu, dalam penelitian ini
biofuel diperoleh dengan perengkahan katalitik dari kualitas bahan baku yang
tidak dimurnikan dan jauh lebih murah daripada minyak olahan, seperti palm fatty
acid distillate (PFAD) dengan katalis zeolite ZSM-5. Beberapa keunggulan sifat
katalis yang asam sangat diperlukan untuk reaksi cracking karena selektif. Katalis
ini memiliki rasio mol Si/Al 50 dan luas permukaan 425 m2/g. HZSM-5 memiliki
ukuran pori yang lebih kecil dari hidrokarbon C11. Faktor-faktor yang
mempengaruhi reaksi seperti suhu reaksi dan waktu reaksi. Kondisi untuk
mendapatkan komposisi biofuel (C7 – C11 dan C12 – C16) tertinggi dihasilkan
dengan menggunakan waktu 150 menit, pada suhu 475 oC dan 425 oC berturutturut sebesar 24,73 % dan 36,10%. Kondisi untuk mendapatkan yield OLP
tertinggi dihasilkan selama 120 menit, pada suhu 450 oC sebesar 95,69%. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa catalytic cracking menggunakan PFAD cocok
digunakan sebagai bahan baku yang ekonomis untuk produksi biofuel.
Kata kunci: bahan bakar, perengkahan katalitik, palm fatty acid distillate,
ZSM-5, produk cair organik
vii
ABSTRACT
Biofuel such as biodiesel, biogasoline is very interested for researchers to develop
environmentally friendly and is also free of sulphur and nitrogen. It is
biodegradable, non-toxic, and typically produces about 60% less carbon dioxide
(CO2) emissions from petroleum-based diesel. The main problems in producing
biofuels with cracking is the high cost that can be reduced by using cheaper raw
materials and catalysts. Therefore, in this study of biofuels obtained by catalytic
cracking of raw quality materials which are not purified and much cheaper than
refined oils, such as palm fatty acid distillate (PFAD) with a zeolite catalyst ZSM5. Some advantages of acid catalyst are needed in cracking because of its selective
reaction. This catalyst has a mole ratio of Si / Al 50 and a surface area of 425 m2 /
g. HZSM-5 has a smaller pore size than C11 hydrocarbons. Factors that influence
the reaction such as reaction temperature and reaction time. The conditions for
obtaining biofuel composition (C7 - C11 and C12 - C16) produced in 150 minutes, at
a temperature of 475 oC and 425°C, respectively 24,73% and 36,10%. The
conditions to obtain the highest yield OLP (organic liquid product) produced in
120 minutes, at a temperature of 450°C by 95.69%. The results showed that the
catalytic cracking using PFAD suitable as low cost feedstock for biofuel
production.
Keywords: biofuel, catalytic cracking, palm fatty acid distillate, ZSM-5, organic
liquid products
viii
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR SINGKATAN
xiv
DAFTAR SIMBOL
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
4
1.4 MANFAAT PENELITIAN
4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 TEKNOLOGI CATALYTIC CRACKING
6
2.2 BIOMASSA
7
2.2.1 Minyak Nabati
7
2.2.2 Palm Fatty Acid Distillate (PFAD)
8
2.3 KATALIS ZEOLITE
10
2.3.1 Stuktur Katalis Zeolite
11
2.4 BIOFUEL
12
2.5 ORGANIC LIQUID PRODUCT (OLP)
14
ix
2.6 ANALISA EKONOMI
14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
16
3.1 BAHAN DAN PERALATAN
16
3.1.1 Bahan
16
3.1.2 Peralatan
16
3.2 RANCANGAN PENELITIAN
17
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
18
3.4 FLOWCHART PERCOBAAN
19
3.4.1 Flowchart Kalsinasi NH4ZSM-5 (CBV5524G)
19
3.4.2 Flowchart Catalytic Cracking
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
21
4.1 HASIL ANALISA BAHAN BAKU PFAD
21
4.2 REAKSI CATALYTIC CRACKING
22
4.3 PENGARUH WAKTU DAN TEMPERATUR TERHADAP
YIELD OLP
25
4.4 PENGARUH PENGGUNAAN KATALIS PADA CATALYTIC
CRACKING
26
4.3.1 Karakteristik Sifat Fisika Biofuel
26
4.5 PENGARUH WAKTU DAN TEMPERATUR TERHADAP
KOMPOSISI BIOFUEL
28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
30
5.1 KESIMPULAN
30
5.2 SARAN
30
DAFTAR PUSTAKA
32
LAMPIRAN 1
38
LAMPIRAN 2
39
LAMPIRAN 3
41
LAMPIRAN 4
42
LAMPIRAN 5
45
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1
Mekanisme Catalytic Cracking
6
Gambar 2.2
Proses Konversi Biomassa
8
Gambar 2.3
Struktur Moderit
11
Gambar 2.4
Situs asam Bronsted dan Asam Lewis pada Zeolite
12
Gambar 3.1
Peralatan Experimen
17
Gambar 3.2
Flowchart Kalisinasi Katalis NH4ZSM-5
19
Gambar 3.3
Flowchart Percobaan Catalytic Cracking
20
Gambar 4.1
Hasil Analisa GC Komposisi PFAD
21
Gambar 4.2
Mekanise Hasil Catalytic Cracking PFAD
22
Gambar 4.3
Pengaruh Waktu Terhadap Yield OLP, Padatan dan
Gas Pada 400 oC
Gambar 4.4
23
Grafik Pengaruh Waktu Terhadap Komposisi Biofuel
Pada 450 oC
24
Gambar 4.5
Pengaruh Waktu dan Temperatur (oC) Terhadap Yield OLP
25
Gambar 4.6
Pengaruh Proses Tanpa Katalis, dengan Katalis Tanur
dan Tanpa Tanur Terhadap Yield OLP dan Komposisi
Biofuel Pada 120 menit, Suhu 450 oC
26
Gambar 4.7
Pengaruh Waktu dan Temperatur (oC) Terhadap Yield Biofuel
28
Gambar L4.1
Hasil Analisis Kromatogram GC Standard Hidrokarbon
42
Gambar L4.2
Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 7
(120 menit, 450 oC)
43
Gambar L4.3
Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 5
44
Gambar L5.1
Foto Palm Fatty Acid Distillate (PFAD)
45
Gambar L5.2
Foto Katalis HZSM-5
45
Gambar L5.3
Foto Rangkaian Alat Catalytic Cracking
45
Gambar L5.4
Foto Alat Tanur Katalis
46
Gambar L5.5
Foto Katalis di Desikator
46
Gambar L5.6
Foto Organic Liquid Product Hasil Catalytic Cracking
46
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1
Variasi Penelitian Catalytic Cracking PFAD
4
Tabel 2.1
Komposisi Asam Lemak dari Palm Fatty Acid Distillate
9
Tabel 2.2
Sifat Fisika dan Kimia dari PFAD
10
Tabel 2.3
Komponen Biofuel, Suhu dan Ikatan Karbon Hasil
Destilasi
13
Tabel 3.1
Variasi Penelitian Catalutic Cracking PFAD
18
Tabel 3.2
Rancangan Percobaan Penelitian
17
Tabel 4.1
Komposisi Asam Lemak dari PFAD
22
Tabel 4.2
Komponen Biofuel, Suhu dan Ikatan Karbon Hasil
Destilasi
25
Tabel 4.3
Perbandingan Karakteristik Sifat Fisika Biofuel
27
Tabel 4.4
Hasil Komposisi Biofuel Tertinggi
28
Tabel L1.1
Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Fatty Acid
Distillate (PFAD)
38
Tabel L2.1
Hasil Penelitian Catalytic Cracking PFAD
39
Tabel L2.2
Data Yield Biofuel
39
Tabel L2.3
Hasil Penelitian Tambahan Pada Waktu 120 menit
(450oC)
Tabel L2.4
40
Data Yield Biofuel Tambahan Pada Waktu 120 menit
(450oC)
40
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU
38
LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Fatty
Acid Distillate (PFAD) Hasil Analisis GCMS
LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN
38
39
L2.1Data Hasil Catalytic Cracking
39
L2.2 Data Yield Bifuel
39
L2.3 Data Tambahan Hasil Catalytic Cracking
40
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN
41
L3.1 Perhitungan Kadar FFA Palm Fatty Acid Distillate
(PFAD)
41
L3.2 Perhitungan Yield OLP Pada Run 7
LAMPIRAN 4 HASIL ANALISIS BIOFUEL
LAMPIRAN 5
41
42
L4.1 Hasil Analisis Hidrokarbon
42
DOKUMENTASI PENELITIAN
45
L5.1 Foto Bahan Baku Penelitian
45
L5.2 Foto Alat Penelitian
45
L5.3 Foto Hasil Catalytic Cracking
46
xiii
DAFTAR SINGKATAN
PFAD
Palm Fatty Acid Distillate
CPO
Crude Palm Oil
TG
Trigliserida
ZSM-5
Zeolite Socony Mobile-5
WHSV
Weight hourly space velocity
OLP
Organic Liquid Product
PPKS
Pusat Penelitian Kelapa Sawit
GC
Gas kromatografi
FID
Flame ionized detector
Si/Al
Silika/Aluminium
FFA
Free fatty acid
et al
et alia
ASTM
American society for testing and materials
xiv
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Yield
Perbandingan produk dengan massa umpan
%wt
N
Normalitas larutan
Mol/l
V
Volume
M
Berat molekul
ml
gr/mol
xv
DISTILLATE (PFAD) DENGAN KATALIS ZEOLIT
(ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
SKRIPSI
Oleh
MULIANI
110405003
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID
DISTILLATE (PFAD) DENGAN KATALIS ZEOLIT
(ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
SKRIPSI
Oleh
MULIANI
110405003
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
CATALYTIC CRACKING PALM FATTY ACID DISTILLATE (PFAD)
DENGAN KATALIS ZEOLIT (ZSM-5) MENJADI BIOFUEL
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi
ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan
sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima
sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan,
Oktober 2015
Muliani
NIM 110405003
i
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya
sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan
judul “Catalytic Cracking Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) Dengan Katalis
Zeolit (ZSM-5) Menjadi Biofuel”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis
lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini
merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh hasil biofuel dari produk samping pemurnian
kelapa sawit yaitu palm fatty acid distillate dengan reaksi catalytic cracking
menggunakan katalis zeolite ZSM-5, sehingga hasil yang diperoleh dapat
dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak
mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen pembimbing penelitian dan dosen
pembimbing akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dan
arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Bapak M. Anshori Nasution, MSc. dan Ibu Meta Rivani, S.T yang telah
memberikan bantuan dan arahan dalam pelaksanaan kegiatan penelitian
ini.
3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T. dan Ibu Ir. Renita Manurung,
M.T.selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang
membangun dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT. selaku pembimbing program
pengabdian masyarakat wirausaha Rumah Belajar Ulakis.
iii
6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang
sangat berharga kepada penulis.
7. Bagus Anandika atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama
melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
8. Para sahabat dan teman-teman yang telah memberikan dukungan.
9. Dosen dan Teman-teman anggota Student Entrepreneurship Center USU
dan keluarga besar Rumah Belajar Ulakis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu
penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan,
Oktober 2015
Penulis
Muliani
iv
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Bai Juri Jafar (Alm) dan Ibu Muliana
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan
mendidikku dengan penuh kasih sayang.
Abangnda Jhony dan Heru
Kakanda Taradani, Susan Selvia, Ade Juliana
Mas Rezky Prawinsyah
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada
hentinya kalian berikan kepadaku selama ini.
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
: Muliani
NIM
: 110405003
Tempat, tanggal lahir : Medan / 09 Mei 1993
Nama Orang Tua
: Bai Juri Jafar dan Muliana
Alamat Orang Tua:
Jalan Sei Rokan No. 90 Darusalam Medan
Asal Sekolah:
SD Negeri 060887 Medan tahun 1999–2005
SMP Negeri 19 Medan tahun 2005–2008
SMA Swasta Angkasa Lanud Medan tahun 2008–2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Penerima Beasiswa Bidik Misi USU tahun 2011-2015
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Anggota HMI (Himpunan Mahasiswa Islam) sebagai anggota Logistik
tahun 2011-2012
2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai Bendahara Umum
3. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai sekretaris Bidang Penelitian dan Pengembangan
4. Rumah Belajar Ulakis sebagai Ketua tahun 2014-2015
5. Usaha Souvenir USU (USoUvenir) sebagai Bendahara dan Administrasi
tahun 2014-2015
6. Kerja praktek di PT. Perusahaan Gas Negara (PGN) Medan tahun 2015
7. Komunitas Tangan Di Atas (TDA) Medan Sebagai anggota tahun 2015
Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai :
1. Pemenang Program Kreatifitas Mahasiswa Kewirausahaan Dikti
2014-2015
2. Pemenang Big Ide Competition Mahasiwa Wirausaha SEC USU
2014-2015
vi
ABSTRAK
Bahan bakar nabati (biofuel) seperti biodiesel, biogasoline sangat menarik para
peneliti untuk dikembangkan karena ramah lingkungan dan juga bebas dari sulfur
dan nitrogen. Bahan bakar ini bersifat biodegradable, tidak beracun dan biasanya
menghasilkan sekitar 60% lebih sedikit karbon dioksida bersih (CO2) dari minyak
bumi berbasis diesel. Masalah utama dalam memproduksi biofuel dengan
perengkahan adalah biaya tinggi yang dapat dikurangi dengan menggunakan
bahan baku yang lebih murah dan katalis. Oleh karena itu, dalam penelitian ini
biofuel diperoleh dengan perengkahan katalitik dari kualitas bahan baku yang
tidak dimurnikan dan jauh lebih murah daripada minyak olahan, seperti palm fatty
acid distillate (PFAD) dengan katalis zeolite ZSM-5. Beberapa keunggulan sifat
katalis yang asam sangat diperlukan untuk reaksi cracking karena selektif. Katalis
ini memiliki rasio mol Si/Al 50 dan luas permukaan 425 m2/g. HZSM-5 memiliki
ukuran pori yang lebih kecil dari hidrokarbon C11. Faktor-faktor yang
mempengaruhi reaksi seperti suhu reaksi dan waktu reaksi. Kondisi untuk
mendapatkan komposisi biofuel (C7 – C11 dan C12 – C16) tertinggi dihasilkan
dengan menggunakan waktu 150 menit, pada suhu 475 oC dan 425 oC berturutturut sebesar 24,73 % dan 36,10%. Kondisi untuk mendapatkan yield OLP
tertinggi dihasilkan selama 120 menit, pada suhu 450 oC sebesar 95,69%. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa catalytic cracking menggunakan PFAD cocok
digunakan sebagai bahan baku yang ekonomis untuk produksi biofuel.
Kata kunci: bahan bakar, perengkahan katalitik, palm fatty acid distillate,
ZSM-5, produk cair organik
vii
ABSTRACT
Biofuel such as biodiesel, biogasoline is very interested for researchers to develop
environmentally friendly and is also free of sulphur and nitrogen. It is
biodegradable, non-toxic, and typically produces about 60% less carbon dioxide
(CO2) emissions from petroleum-based diesel. The main problems in producing
biofuels with cracking is the high cost that can be reduced by using cheaper raw
materials and catalysts. Therefore, in this study of biofuels obtained by catalytic
cracking of raw quality materials which are not purified and much cheaper than
refined oils, such as palm fatty acid distillate (PFAD) with a zeolite catalyst ZSM5. Some advantages of acid catalyst are needed in cracking because of its selective
reaction. This catalyst has a mole ratio of Si / Al 50 and a surface area of 425 m2 /
g. HZSM-5 has a smaller pore size than C11 hydrocarbons. Factors that influence
the reaction such as reaction temperature and reaction time. The conditions for
obtaining biofuel composition (C7 - C11 and C12 - C16) produced in 150 minutes, at
a temperature of 475 oC and 425°C, respectively 24,73% and 36,10%. The
conditions to obtain the highest yield OLP (organic liquid product) produced in
120 minutes, at a temperature of 450°C by 95.69%. The results showed that the
catalytic cracking using PFAD suitable as low cost feedstock for biofuel
production.
Keywords: biofuel, catalytic cracking, palm fatty acid distillate, ZSM-5, organic
liquid products
viii
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR SINGKATAN
xiv
DAFTAR SIMBOL
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
4
1.4 MANFAAT PENELITIAN
4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 TEKNOLOGI CATALYTIC CRACKING
6
2.2 BIOMASSA
7
2.2.1 Minyak Nabati
7
2.2.2 Palm Fatty Acid Distillate (PFAD)
8
2.3 KATALIS ZEOLITE
10
2.3.1 Stuktur Katalis Zeolite
11
2.4 BIOFUEL
12
2.5 ORGANIC LIQUID PRODUCT (OLP)
14
ix
2.6 ANALISA EKONOMI
14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
16
3.1 BAHAN DAN PERALATAN
16
3.1.1 Bahan
16
3.1.2 Peralatan
16
3.2 RANCANGAN PENELITIAN
17
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
18
3.4 FLOWCHART PERCOBAAN
19
3.4.1 Flowchart Kalsinasi NH4ZSM-5 (CBV5524G)
19
3.4.2 Flowchart Catalytic Cracking
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
21
4.1 HASIL ANALISA BAHAN BAKU PFAD
21
4.2 REAKSI CATALYTIC CRACKING
22
4.3 PENGARUH WAKTU DAN TEMPERATUR TERHADAP
YIELD OLP
25
4.4 PENGARUH PENGGUNAAN KATALIS PADA CATALYTIC
CRACKING
26
4.3.1 Karakteristik Sifat Fisika Biofuel
26
4.5 PENGARUH WAKTU DAN TEMPERATUR TERHADAP
KOMPOSISI BIOFUEL
28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
30
5.1 KESIMPULAN
30
5.2 SARAN
30
DAFTAR PUSTAKA
32
LAMPIRAN 1
38
LAMPIRAN 2
39
LAMPIRAN 3
41
LAMPIRAN 4
42
LAMPIRAN 5
45
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1
Mekanisme Catalytic Cracking
6
Gambar 2.2
Proses Konversi Biomassa
8
Gambar 2.3
Struktur Moderit
11
Gambar 2.4
Situs asam Bronsted dan Asam Lewis pada Zeolite
12
Gambar 3.1
Peralatan Experimen
17
Gambar 3.2
Flowchart Kalisinasi Katalis NH4ZSM-5
19
Gambar 3.3
Flowchart Percobaan Catalytic Cracking
20
Gambar 4.1
Hasil Analisa GC Komposisi PFAD
21
Gambar 4.2
Mekanise Hasil Catalytic Cracking PFAD
22
Gambar 4.3
Pengaruh Waktu Terhadap Yield OLP, Padatan dan
Gas Pada 400 oC
Gambar 4.4
23
Grafik Pengaruh Waktu Terhadap Komposisi Biofuel
Pada 450 oC
24
Gambar 4.5
Pengaruh Waktu dan Temperatur (oC) Terhadap Yield OLP
25
Gambar 4.6
Pengaruh Proses Tanpa Katalis, dengan Katalis Tanur
dan Tanpa Tanur Terhadap Yield OLP dan Komposisi
Biofuel Pada 120 menit, Suhu 450 oC
26
Gambar 4.7
Pengaruh Waktu dan Temperatur (oC) Terhadap Yield Biofuel
28
Gambar L4.1
Hasil Analisis Kromatogram GC Standard Hidrokarbon
42
Gambar L4.2
Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 7
(120 menit, 450 oC)
43
Gambar L4.3
Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 5
44
Gambar L5.1
Foto Palm Fatty Acid Distillate (PFAD)
45
Gambar L5.2
Foto Katalis HZSM-5
45
Gambar L5.3
Foto Rangkaian Alat Catalytic Cracking
45
Gambar L5.4
Foto Alat Tanur Katalis
46
Gambar L5.5
Foto Katalis di Desikator
46
Gambar L5.6
Foto Organic Liquid Product Hasil Catalytic Cracking
46
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1
Variasi Penelitian Catalytic Cracking PFAD
4
Tabel 2.1
Komposisi Asam Lemak dari Palm Fatty Acid Distillate
9
Tabel 2.2
Sifat Fisika dan Kimia dari PFAD
10
Tabel 2.3
Komponen Biofuel, Suhu dan Ikatan Karbon Hasil
Destilasi
13
Tabel 3.1
Variasi Penelitian Catalutic Cracking PFAD
18
Tabel 3.2
Rancangan Percobaan Penelitian
17
Tabel 4.1
Komposisi Asam Lemak dari PFAD
22
Tabel 4.2
Komponen Biofuel, Suhu dan Ikatan Karbon Hasil
Destilasi
25
Tabel 4.3
Perbandingan Karakteristik Sifat Fisika Biofuel
27
Tabel 4.4
Hasil Komposisi Biofuel Tertinggi
28
Tabel L1.1
Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Fatty Acid
Distillate (PFAD)
38
Tabel L2.1
Hasil Penelitian Catalytic Cracking PFAD
39
Tabel L2.2
Data Yield Biofuel
39
Tabel L2.3
Hasil Penelitian Tambahan Pada Waktu 120 menit
(450oC)
Tabel L2.4
40
Data Yield Biofuel Tambahan Pada Waktu 120 menit
(450oC)
40
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU
38
LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Fatty
Acid Distillate (PFAD) Hasil Analisis GCMS
LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN
38
39
L2.1Data Hasil Catalytic Cracking
39
L2.2 Data Yield Bifuel
39
L2.3 Data Tambahan Hasil Catalytic Cracking
40
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN
41
L3.1 Perhitungan Kadar FFA Palm Fatty Acid Distillate
(PFAD)
41
L3.2 Perhitungan Yield OLP Pada Run 7
LAMPIRAN 4 HASIL ANALISIS BIOFUEL
LAMPIRAN 5
41
42
L4.1 Hasil Analisis Hidrokarbon
42
DOKUMENTASI PENELITIAN
45
L5.1 Foto Bahan Baku Penelitian
45
L5.2 Foto Alat Penelitian
45
L5.3 Foto Hasil Catalytic Cracking
46
xiii
DAFTAR SINGKATAN
PFAD
Palm Fatty Acid Distillate
CPO
Crude Palm Oil
TG
Trigliserida
ZSM-5
Zeolite Socony Mobile-5
WHSV
Weight hourly space velocity
OLP
Organic Liquid Product
PPKS
Pusat Penelitian Kelapa Sawit
GC
Gas kromatografi
FID
Flame ionized detector
Si/Al
Silika/Aluminium
FFA
Free fatty acid
et al
et alia
ASTM
American society for testing and materials
xiv
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
Yield
Perbandingan produk dengan massa umpan
%wt
N
Normalitas larutan
Mol/l
V
Volume
M
Berat molekul
ml
gr/mol
xv