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