PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA SKRIPSI Oleh RIO NAZIF DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI 2016

2 PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA SKRIPSI Oleh RIO NAZIF SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI 2016

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sebelumnya. 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, Januari 2016 Rio Nazif NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul : PENGARUH SUHU PIROLISIS DAN JUMLAH KATALIS KARBON AKTIF TERHADAP YIELD DAN KUALITAS BAHAN BAKAR CAIR DARI LIMBAH PLASTIK JENIS POLIPROPILENA dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diajukan pada sidang ujian skripsi pada Januari 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Mengetahui, Medan, Januari 2016 Dosen Pembimbing Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc NIP Dosen Penguji I Dosen Penguji II Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi, MS Dr. Ir. Taslim, Msi NIP NIP 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 Pengaruh Suhu Pirolisis dan Jumlah Katalis Karbon Aktif terhadap Yield dan Kualitas Bahan Bakar Cair dari Limbah Plastik Jenis Polipropilena, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan plastik bekas kemasan gelas yang dapat diolah lebih lanjut sehingga didapat bahan bakar cair yang memiliki potensi untuk dijadikan sebagai salah satu bahan bakar alternatif untuk memenuhi akan kebutuhan energi. 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. Dr, Halimatuddahliana, ST. MSc selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini. 2. Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 3. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 4. Prof. Dr. Ir. M. Turmuzi, MS selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 5. Dr. Ir. Taslim, MSi selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 6. Erlangga Wicaksana, selaku partner penelitian penulis. iii

6 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, Januari 2016 Penulis Rio Nazif iv

7 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada keluarga besar penulis atas dukungan dan kasih sayang mereka, terutama kepada orang tua, Alm Yulizar dan Sulastri, Spd serta abang dan adikku Rizqan Jamal, S.Farm, Dan Laksmi Lestia. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Rio Nazif NIM : Tempat/Tgl. Lahir : Bukittinggi, 10 Juli 1993 Nama orang tua : Alm Yulizar Sulastri, Spd Alamat orang tua : Bonjo, Panampuang, Kec Ampek Angkek, Kab Agam, SUMBAR Asal Sekolah SD Negeri 25 Bonjo, tahun SMP Negeri 1 Canduang, tahun SMA Negeri 1 Ampek Angkek, tahun Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Asisten Laboratorium Ilmu Teknik Kimia II tahun modul : Reaktor Fasa Cair, Biodeisel, Esterifikasi, Pulping dan Resin Urea Formaldehid. 2. Ketua Bidang Hubungan Instansi dan Alumni Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia Periode Ketua Bidang Hubungan Instansi dan Alumni Covalen Study Group Teknik Kimia Periode Anggota Bidang Riset dan Teknologi Pemerintahan Mahasiswa Teknik Periode Anggota Ikatan Mahasiswa imam bonjol (IMIB) 6. Kerja Praktek di INALUM Kuala Tanjung Tahun vi

9 ABSTRAK Penggunaan energi di Indonesia secara umum meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan perekonomian maupun perkembangan teknologi. Kebutuhan plastik nasional saat ini cukup besar dan meningkat sejalan dengan pertumbuhan penduduk. Konsumsi plastik per kapita di Indonesia, sekitar 10 kg / kapita / tahun. Salah satu cara untuk memanfaatkan limbah plastik tersebut adalah dengan memanfaatkannya menjadi bahan bakar cair dengan proses pirolisis. Hal ini dapat dilakukan karena plastik merupakan bahan yang tersusun atas monomermonomer yang membentuk polimer. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengamati pengaruh variabel proses (suhu proses dan jumlah katalis karbon aktif) terhadap yield dan kualitas bahan bakar cair yang dihasilkan dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena meliputi densitas/ specific gravity/ API gravity, viskositas kinematis, heating value, karakteristik Fourier Transform Infra - Red (FTIR), dan karakteristik Gas Chromatography - Mass Spektrofotometer (GC-MS). Proses pirolisis dilakukan menggunakan reaktor semi batch stainless steel unstirred. Sampel yang digunakan sebanyak 500 gram plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena (PP). Kemudian ditambahkan katalis, dengan rasio Karbon aktif : Polipropilena (b : b) yaitu 1 : 10 ; 1,5 : 10 ; 2 : 10 ; 2,5 : 10 ; dan 3 : 10. Variabel suhu yang digunakan adalah 200, 250, 300 dan 350 C dan dipertahankan selama 2 jam. Langkah terakhir adalah kondensasi, kemudian produk liquid dianalisis densitas, viskositas, specific gravity, API gravity, analisisis FTIR dan analisis chromatography mass spectrometry (GC-MS). Dari analisis GC-MS, produk liquid hasil pirolisis banyak mengandung hidrokarbon fraksi diesel yaitu C8 sampai C21. Suhu pirolisis dimana menghasilkan senyawa hidrokarbon mendekati mutu diesel yang terbaik adalah pada 300 C dengan rasio Karbon Aktif : PP yaitu 10: 2, serta analisis terhadap produk bahan bakar cair yang dihasilkan, menyatakan bahan bakar cair mendekati mutu diesel, dimana memenuhi standar dari diesel komersial. Kata Kunci : pirolisis, karbon aktif, polipropilena, bahan bakar cair. vii

10 ABSTRACT The use of energy in Indonesia generally increase by the population growth, the economic growth and technology. Now a days the national plastic needs is already big and it continues to grow by the population growth. The per capita plastic consumption in Indonesia is about 10 kg/capita/year. One of the way to reuse the plastic waste is making it to the liquid fuel by pyrolisis process. It is possible to do because the plastic is consist of monomers which will form the polymer. The purpose of this study is to observe the effect of process variable (process temperature and active carbon catalyst) for yield and the quality of liquid fuel from glass shaped plastic waste, this type of polipropilene is consist of density, specific gravity/ API gravity, kinematic viscosity, heating value, Fourier Transform Infra-Red (FTIR) characteristic, Gas Chromatography - Mass Spektrofotometer (GC-MS) characteristic, the pyrolisis process is using semi batch stainless steel unstirred reactor. The sample is used 500 gram of glass shaped plastic waste propilene type (PP). Then catalyst is added by ratio actve carbon : propilene (b:b) those are 1 :10; 1,5 : 10 ; 2 : 10 ; 2,5 : 10 ; dan 3 : 10. The temperature variables are 200, 250, 300 dan 350 C and it s maintained in 2 hours. The last step is condensation, then the liquid product is analysed the density, viscosity, specific gravity, API gravity, FTIR analysis and chromatography mass spectrometry (GC-MS) analysis. From GC-MS analysis, the liquid product of pyrolisis most contains diesel fraction hydrocarbon that is C8 till C21. The pyrolisis temperature which produce the hydrocarbon near the best quality diesel is at 300 C with ratio active carbon : PP is 10:2, and the analysis to the liquid fuel product claims that the liquid fuel is near to the best quality diesel, which fullfills the standard from commercial diesel. Key word : pirolysis, active carbon, polipropilena, liquid fuel. 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 xii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR SINGKATAN xv DAFTAR SIMBOL xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup Penelitian 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Plastik Daur Ulang Plastik Polipropilena Karbon Aktif Proses Pirolisis Thermal Cracking Hidro Cracking Catalytic Cracking Mekanisme Catalytic Cracking Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pirolisis 20 ix

12 2.4.1 Temperatur Jumlah Katalis Waktu Komposisi Plastik Standarisasi Diesel 23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Lokasi Penelitian Bahan Dan Peralatan Bahan Peralatan Prosedur Penelitian Penyediaan Bahan Baku Utama Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG Penentuan Yield Proses Pirolisis Pengujian Kualitas Bahan Bakar Pirolisis Uji Densitas/ Specific Gravity/ API Gravity Uji Viskositas Kinematik Karakterisasi Fourier Transform Infra-Red (FTIR) Karakterisasi Gas Chromatography Mass Spectroscopy (GCMS) Analisis Heating Value 30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Bahan Baku Plastik Bekas Kemasan Gelas PBKG Jenis Polipropolena (PP) Pengaruh Suhu dan Jumlah Katalis terhadap Perolehan Yield Analisis Produk Bahan Bakar Cair Analisis Densitas / Specific Gravity / API Gravity Analisis Viskositas Kinematik Analisis Gas Chromatography Mass Spectroscopy (GCMS) Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair Analisis Heating Value 44 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 45 x

13 BAB IV DAFTAR PUSTAKA 46 LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 49 LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 51 LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 56 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 58 LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKAR CAIR YANG DIHASILKAN 62 xi

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Rumus Struktur Polipropilena 10 Gambar 2.2 Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) jenis PP 11 Gambar 2.3 Struktur Permukaan Karbon Aktif 12 Gambar 2.4 Mekanisme Catalytic Cracking Hidrokarbon 19 Gambar 2.5 Yield Cairan, Padatan, dan Gas dari Cracking dengan Katalis FCC 22 Gambar 3.1 Flowchart Penyediaan Bahan Baku Pirolisis 25 Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Pirolisis PBKG 26 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Flowchart Prosedur dalam Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG 27 Karakterisasi FTIR Plastik Bekas Kemasan Gelas Jenis Polipropilena dan Polipropilena Murni 31 Gambar 4.2 Struktur Polipropilena 32 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Pengaruh Suhu dan Jumlah Katalis Karbon Aktif terhadap Perolehan Yield 33 Pengaruh Penggunaan Katalis terhadap Distribusi Fraksi Bahan Bakar (Diesel Range : C8 C21 ; High Molecular Weight : >C22) 41 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 C Tanpa Katalis 42 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 C dengan Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2 43 Gambar L1.1 Hasil Analisis PBKG Jenis Polipropilena Menggunakan FTIR 49 Gambar L4.1 Bahan Baku BPKG jenis Polipropilena 58 Gambar L4.2 Proses Pirolisis 58 Gambar L4.3 Hasil Pirolisis 59 Gambar L4.4 Penyaringan Katalis 59 Gambar L4.5 (a) Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan xii

15 Bahan Bakar Cair dalam Botol 60 Gambar L4.6 Analisis Densitas 61 Gambar L4.7 Analisis Densitas 61 Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis Tanpa Katalis pada Suhu 350 ºC 62 Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis dengan Katalis PP:Karbon Aktif; 10:2 pada Suhu 350 ºC 63 Gambar L5.3 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 350 C Tanpa Katalis 63 Gambar L5.4 Spektrum Gelombang Analisis FTIR Produk Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan dengan Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2 64 Gambar L5.5 Hasil Analisis Heating Value Produk Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan dari Suhu Pirolisis 300 C dengan Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2 64 xiii

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Konsumsi Plastik Per kapita Beberapa Negara Terpilih di Dunia 7 Tabel 2.2 Pemilihan Plastik 8 Tabel 2.3 Jenis-jenis Limbah Plastik dan Daur Ulang 8 Tabel 2.4 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik 10 Tabel 2.5 Perbandingan Sifat PP 11 Tabel 2.6 Produk Cair yang Sesuai dengan Fraksi Refinery 20 Tabel 2.7 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial 23 Tabel 4.1 Hasil Analisis Densitas Bahan Bakar cair 35 Tabel 4.2 Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity Bahan Bakar Cair 37 Tabel 4.3 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair 38 Tabel 4.4 Komposisi GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis 40 Tabel 4.5 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan 42 dari Suhu Pirolisis 350 C Tanpa Katalis Tabel 4.6 Hasil Analisis FTIR pada Bahan Bakar Cair yang Dihasilkan 43 dari Suhu Pirolisis 300 C dengan Rasio PP:Karbon Aktif ; 10:2 Tabel L1.1 Komposisi Gugus Fungsi Senyawa Polipropilena (PP) 49 Tabel L2.1 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP 51 Tabel L2.2 Hasil Pirolisis PBKG Jenis PP dengan Katalis Karbon Aktif 51 Tabel L2.3 Yield Bahan Bakar Cair 52 Tabel L2.4 Hasil Analisis Densitas Bahan Bakar Cair 53 Tabel L2.5 Hasil Spesific Gravity Dan Api Gravity Bahan Bakar Cair 54 Tabel L2.6 Hasil Analisis Viskositas Bahan Bakar Cair 55 xiv

17 DAFTAR SINGKATAN API ASTM BBM FTIR GC-MS PBKG PE PP PS PVC American Petroleum Institute American Standard Testing Method Bahan Bakar Minyak Fourier Transform Infra-Red Gas Chromatography- Mass Spektrofotometer Plastik Bekas Kemasan Gelas Polietilena Polipropilena Polistirena Polivinil klorida xv

18 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi ρ Densitas gr/ml t Waktu s sg v Specific gravity Viskositas kinematis cst xvi