PEMBUATAN BIOFUEL DARI PALM OLEIN DENGAN PROSES THERMAL CATALYTIC CRACKING MENGGUNAKAN KATALIS ZSM-5 SKRIPSI

Transkripsi

1 PEMBUATAN BIOFUEL DARI PALM OLEIN DENGAN PROSES THERMAL CATALYTIC CRACKING MENGGUNAKAN KATALIS ZSM-5 SKRIPSI Oleh OKTRIS NOVALI GUSTI DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DESEMBER

2 PEMBUATAN BIOFUEL DARI PALM OLEIN DENGAN PROSES THERMAL CATALYTIC CRACKING MENGGUNAKAN KATALIS ZSM-5 SKRIPSI Oleh OKTRIS NOVALI GUSTI SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DESEMBER

3 i

4 ii

5 PRAKATA Puji dan syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pembuatan Biofuel dari Palm Olein Dengan Proses Thermal Catalytic Cracking Menggunakan Katalis ZSM-5, berdasarkan hasil penelitian yang Penulis lakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Penelitian ini memberikan informasi mengenai pembuatan biofuel yang bersumber dari palm olein dengan menggunakan proses catalytic cracking. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan mengenai pembuatan biofuel sebagai sumber bahan bakar terbarukan yang dapat mengatasi krisis energi di masa mendatang. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, Penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu Penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MTselaku Pembimbing 2. Ir. Bambang Trisakti, MTselaku Penguji 3. Ir. Renita Manurung, MT selaku Penguji 4. Prof. Dr. Satiaty Pandia selaku Dosen Pembimbing Akademik 5. Dr. Eng. Ir. Irvan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU 6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia 7. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang telah memberikan sarana dan prasana dalam penelitian ini. 8. Bapak M. Anshori Nasution, Msc. dan Ibu Meta Rivani yang telah memberikan banyak masukan dalam penelitian ini. 9. Rangga Pramana S., Bagus Anandika dan Muliani selaku dalam penelitian ini iii

6 10. Sahabat-sahabat di Teknik Kimia stambuk 2011 khususnya Erlangga Wicaksana, Aidil Saputra, Rio Nazif, Intan Afrilia, Yusrina Ika Putri, Dwi Gita Ferani, Nadya Gema Bestari, Widya Gema Bestari, Rahayu Wulandari Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian 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, November 2015 Penulis Oktris Novali Gusti iv

7 DEDIKASI Skripsi dipersembahakan untuk : Kedua orang tua tercinta Bapak Agusman dan Ibu Muziarti Terima kasih kepada Bapak dan Ibu yang telah membesarkan, mendidik, memberikan motivasi dan doa serta materil dengan usaha yang tidak kenal lelah. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Oktris Novali Gusti NIM : Tempat, tanggallahir : Padang panjang / 12 Nopember 1993 Nama Orang Tua : Agusman dan Muziarti Alamat Orang Tua: Jalan Bahder Johan, RT XII Asrama POLSEK Padang panjang AsalSekolah: SD Negeri 03 Padang panjang tahun SMP Negeri 5 Padang panjang tahun SMA Negeri 2 Padang panjang tahun Beasiswa yang pernahdiperoleh: 1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) Pengalaman Organisasi/Kerja: 1. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota bidang kreatifitas dan minat 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai Sekretaris Bidang Sosial dan Rohani vi

9 ABSTRAK Menipisnya cadangan energi fosil memunculkan minat dalam pengembangan bahan bakar terbarukan dari minyak tumbuh-tumbuhan Indonesia merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia, dimana minyak sawit ini dapat dikonversi menjadi biofuel seperti biogasolin, kerosen dan biodiesel yang ramah lingkungan dan bebas dari kandungan nitrogen dan sulfur melalui proses catalytic cracking. Dalam penelitian ini digunakan palm olein sebagai bahan baku dengan katalis yang digunakan adalah ZSM-5 yang memiliki luas permukaan 425 m 2 /g dan rasio Si/Al 50. Variabel yang divariasikan adalah temperatur operasi dari 375 o C o C dan waktu reaksi dari 60 menit menit. Dari hasil penelitian diperoleh yield liquid product tertinggi dengan nilai 84,82 % pada temperatur 400 o C saat waktu reaksi 120 menit. Adapun komposisi liquid product pada kondisi operasi tersebut terdiri atas C 6 -C 12 sebesar 22,95 %, C 14 -C 16 sebesar 19,52 % dan C 18 -C 28 sebesar 57,53 %. Kata kunci : biofuel, catalytic cracking, palm olein, ZSM-5 vii

10 ABSTRACT Depletion of fossil energy led to an interest in the development of renewable fuels from vegetable oils. Indonesia is the largest palm oil producer in the world, where palm oil can be converted into biofuels such as biogasoline, kerosene and biodiesel is environmentally friendly and free of the content of nitrogen and sulfur through catalytic cracking process. In this research palm olein was used as feedstock with the catalyst used is ZSM-5, which has a surface area of 425 m 2 / g and Si / Al ratio of 50. Variables varied are the operating temperature of 375 C C and a reaction time of 60 minutes minutes. The result showed the highest yield of liquid product with a value of 84.82% at a temperature of 400 C while the reaction time of 120 minutes. As for the composition of the liquid product in the operating conditions consisting of C 6 -C 12 amount to 22.95%, C 14 - C 16 amount to 19.52% and the C 18 -C 28 amount to 57.53%. Keyword : biofuels, catalytic cracking, palm olein, ZSM-5 viii

11 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. LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. MINYAK KELAPA SAWIT PALM OLEIN CATALYTIC CRACKING ZEOLITE ZSM POTENSI EKONOMI BIOFUEL DARI PALM OLEIN 12 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. BAHAN YANG DIGUNAKAN PERALATAN YANG DIGUNAKAN PERANCANGAN PENELITIAN 16 ix

12 3.4. PROSEDUR PENELITIAN FLOWCHART PENELITIAN 17 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. ANALISIS BAHAN BAKU PALM OLEIN PENGARUH KALSINASI KATALIS TERHADAP YIELD PRODUK DAN DISTRIBUSI LIQUID PRODUCT PENGARUH DARI TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI TERHADAP KOMPOSISI PRODUK HASIL CATALYTIC CRACKING PENGARUH DARI WAKTU DAN TEMPERATUR REAKSI TERHADAP YIELD DARI LIQUID PRODUCT PENYEBARAN KOMPOSISI BIOFUEL PADA BERBAGAI TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI 27 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. KESIMPULAN SARAN 32 DAFTAR PUSTAKA 33 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Produksi Minyak Sawit Global 5 Gambar 2.2 Mekanisme Proses Cracking Trigliserida 8 Gambar 2.3 Konversi Minyak Sawit menjadi Biofuels 9 Gambar 2.4 Struktur Bangun Utama dari Zeolit 10 Gambar 2.5 Mekanisme Proses Catalytic Cracking Menggunakan Katalis H-Zeolite 11 Gambar 3.1 Peralatan Eksperimen 15 Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Catalytic Cracking 17 Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak Palm Olein 19 Gambar 4.2 Pengaruh Kalsinasi Katalis Terhadap Komposisi Produk Hasil Catalytic Cracking Pada Suhu 400 o C dan Waktu Reaksi 120 Menit 22 Gambar 4.3 Pengaruh Temperatur dan Waktu Reaksi Terhadap Komposisi Produk Hasil Catalytic Cracking 24 Gambar 4.4 Pengaruh Waktu dan Temperatur Reaksi Terhadap Yield dari Liquid Product 26 Gambar 4.5 Penyebaran Komposisi Biofuel Pada Temperatur o C dan Waktu Reaksi Menit 28 Gambar L4.1 Hasil Analisis Kromatogram GC Standar Hidrokarbon 41 Gambar L4.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 7 42 Gambar L5.1 Foto Palm Olein 43 Gambar L5.2 Foto Katalis HZSM-5 43 Gambar L5.3 Foto Rangkaian Alat Catalytic Cracking 43 Gambar L5.4 Foto Alat Tanur Katalis 44 Gambar L5.5 Foto Katalis di Desikator 44 Gambar L5.6 Foto Liquid Product Hasil Catalytic Cracking 44 xi

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Jenis Produk Turunan Minyak Sawit 5 Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Bebas dari Palm Olein 6 Tabel 2.3 Karakteristik Beberapa Katalis 10 Tabel 2.4 Sifat Fisika dan Sifat Kimia ZSM-5 12 Tabel 3.1 Perlakuan Penelitian 16 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Palm Olein 20 Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada Palm Olein 20 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Olein 37 Tabel L2.1 Hasil Penelitian Catalytic Cracking Palm Olein 38 Tabel L2.2 Hasil Penelitian Tambahan Pada Waktu 120 menit (400 o C) 38 Tabel L2.3 Data Komposisi LP Pada Waktu 120 menit (400 o C) 39 Tabel L2.4 Data Komposisi Liquid Product (LP) 40 \ xii

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 37 LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Olein Hasil Analisi GC 37 LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 38 L2.1 Data Hasil Catalytic Cracking 38 L2.2 Data Tambahan Hasil Catalytic Cracking 38 L2.3 Data Komposisi Biofuel 39 LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 40 L3.1 Perhitungan Yield Liquid Product Pada Run 7 40 L3.2 Perhitungan Yield Padatan Pada Run 7 40 L3.2 Perhitungan Yield Gas Pada Run 7 40 LAMPIRAN 4 HASIL ANALISIS BIOFUEL 41 L4.1 Hasil Analisis Hidrokarbon 41 LAMPIRAN 5 DOKUMENTASI PENELITIAN 43 L5.1 Foto Bahan Baku Penelitian 43 L5.2 Foto Alat Penelitian 43 L5.3 Foto Hasil Catalytic Cracking 44 xiii

16 DAFTAR SINGKATAN LP CPO TG ZSM-5 WHSV PPKS GC FID Si/Al et al IZA Liquid product Crude Palm Oil Trigliserida Zeolite Socony Mobile-5 Weight hourly space velocity Pusat Penelitian Kelapa Sawit Gas kromatografi Flame ionized detector Silika/Aluminium et alia Internatinal Zeolite Assosiation xiv

17 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Yield Perbandingan produk dengan massa umpan %wt b/b Persen berat gram V Volume ml Ρ Densitas gr/ml D P Diameter Panjang cm cm xv