DESULFURISASI RESIDU OIL DENGAN METODE OXIDATIVE DESULFURIZATION Fajar Ama Eban 2308 100 515, Kadek Rinda Rahayu 2308 100 516 Prof. Dr. Ir. Gede Wibawa, M.Eng., Ir. Winarsih Laboratorium Thermodinamika Teknik Kimia FTI-ITS Kandungan sulfur pada residu oil (kondensat) telah berhasil direduksi menggunakan metode oxidative desulfurization yang terdiri dari dua tahap yaitu tahap oksidasi dan tahap ekstraksi liquid-liquid. Pada tahap oksidasi digunakan hydrogen peroksida (H 2 O 2 ) sebagai oksidator dan katalis asam asetat atau formiac pada kondisi operasi, suhu 50 0 C dengan lama waktu oksidasi adalah 150 menit, sedangkan tahap ekstraksi liquid-liquid digunakan solvent methanol atau ethanol pada kondisi operasi, suhu 30 0 C dengan lama waktu ekstraksi 30 menit untuk setiap rasio solvent dan sampel residu oil (kondensat), yaitu 0.5; 1; 2 dan 3. Dari penelitian ini menunjukkan bahwa kandungan sulfur dalam residu oil (kondensat) telah tereduksi sebesar 74 % dengan menggunakan katalis asam asetat dan methanol sebagai solvent. PENDAHULUAN Saat ini gas alam diolah menjadi Liquefied Natural Gas (LNG) dan Liquefied Petroleum Gas (LPG). LNG dan LPG dimanfaatkan sebagai bahan bakar industri dan perumahan, juga sebagai bahan baku bagi industri petrokimia. Sisa pencairan gas alam adalah residu oil (kondensat) yang mirip minyak mentah (crude oil) dengan kualitas yang terbaik. Residu oil (kondensat) banyak digunakan sebagai solvent pada dunia industri dan bahan bakar untuk kendaraan. Selain komponen hidrokarbon (C + 5 ) yang terkandung dalam residu oil (kondensat), juga terkandung kontaminan salah satunya adalah sulfur. Karena sifat asamnya, sulfur menjadi masalah baru bagi lingkungan yang memerlukan persyaratan sulfur rendah dalam hidrokarbon berdasarkan distilat bahan bakar, sehingga desulfurisasi bahan bakar yang berasal dari petroleum dan pengolahan gas alam menjadi bagian penting dari pemurnian proses. Sedangkan keberadaan sulfur yang sangat sulit untuk dihilangkan pada bahan bakar cair seperti kerosene, gasoline, diesel fuel dan residu oil, sehingga menjadi perhatian yang penting untuk memperoleh metode yang tepat untuk menghilangkan kandungan sulfur dalam bahan bakar cair tersebut.
METODOLOGI Pada penelitian menggunakan metode Oxidative Desulfurization (ODS) yang telah diaplikasikan oleh Asghar et al, 2010. Oxidative Desulfurization (ODS) merupakan proses pengoksidasian residu oil (kondensat) dengan oksidator hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) dengan katalis. Kemudian diikuti dengan ekstraksi liquid-liquid. Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah asam asetat dan asam formiac, sedangkan solvent yang digunakan adalah methanol dan ethanol. Prosedur Eksperimen Tahap oksidasi dimulai dengan mencampurkan residu oil (kondensat) dengan katalis asam asetat dengan perbandingan 8:1 ke dalam Round bottom flask yang dilengkapi dengan condenser dan thermometer. Memanaskan campuran tersebut diatas magnetic stirrer with heater sampai suhu 50 0 C dengan pengadukan konstan sehingga terjadi reaksi pencampuran.setelah mencapai suhu konstan 50 0 C, menambahkan oksidator hydrogen peroksida ke dalam campuran tersebut pada perbandingan residu oil:katalis:oksidator adalah 8:1:1. Men-set waktu reaksi selama 150 menit, setelah itu pengadukan dihentikan. Setelah itu memisahkan 2 fase yang terbentuk hasil oksidasi dalam sebuah separatory funnel sehingga terpisah fase aquous dan fase residu oil.selanjutnya mencuci fase residu oil dengan aquadest untuk mengikat H 2 O yang masih tersisa dalam fase residu oil. Langkah terakhir adalah menganalisa fase residu oil dengan metode XRF Setelah residu oil mengalami oksidasi, tahap selanjutnya adalah ekstraksi liquidliquid dengan mencampurkan residu oil yang telah teroksidasi (fase residu oil) dan solvent dengan ratio solvent/sampel residu oil tertentu, yaitu 0.5; 1; 2 dan 3 (volume ratio) ke dalam round bottom flask. Memanaskan campuran tersebut sampai suhu 30 0 C dan disertai dengan pengadukan konstan selama 30 menit. Setelah pemgadukan dan pemanasan dihentikan kemudian menambahkan aquadest pada campuran hasil ekstraksi agar terpisah menjadi 2 fase yaitu fase rafinat dan fase ekstrak. Sehingga dapat dilakukan pemisahan fase rafinat dan fase ekstrak, dimana fase rafinat adalah residu oil yang telah terbebas dari sulfur. Untuk mengetahui kandungan sulfur maka melakukan analisa fase rafinat dengan metode XRF (Asghar et al.2010).
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari penggunaan kedua katalis pada penelitian ini, dapat dikatakan bahwa asam asetat memberikan % desulfurisasi yang lebih tinggi dibandingkan asam formiac, kandungan senyawa sulfur setelah di oksidasi telah terdesulfurisasi menjadi 59 %. Sehingga untuk variabel lainnya hanya menggunakan asam asetat sebagai katalis dalam tahap oksidasi. Pada tahap ekstraksi methanol dapat dikatakan solvent yang paling bagus pada penelitian ini dengan % desulfurisasi yang lebih tinggi dibandingkan ethanol. Untuk mendapatkan % desulfurisasi yang tinggi, maka dilakukan beberapa variasi dalam penelitian ini. Variasi yang pertama adalah jumlah katalis asam asetat, dan didapatkan hasil terbaik adalah pada penggunaan asam asetat sebanyak 18 ml dengan % desulfurisasi yang didapatkan adalah 73% dengan methanol sebagai solventnya. Variasi yang kedua adalah jumlah oksidator hydrogen peroksida, % desulfurisasi tertinggi dicapai ketika menggunakan hydrogen peroksida sebanyak 18 ml yaitu 69% dengan methanol sebagai solventnya. Variasi yang ketiga adalah jumlah residu oil yaitu sebanyak 145 ml, memberikan % desulfurisasi yang tertinggi, 74%. Dan penggunaan ratio solvent/residu oil yang digunakan dalam tahap ekstraksi liquid-liquid sebesar 3. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian dan analisis yang telah kami lakukan, dapat ditarik kesimpulan bahwa Kandungan sulfur pada residu oil (kondensat) telah berhasil direduksi dari total sulfur 424,77 ppm menjadi 110,43 ppm dengan menggunakan metode oxidative desulfurization yang terdiri dari dua tahap yaitu oksidasi dan ekstraksi, penggunaan katalis asam asetat lebih baik dibandingkan dengan asam formiac pada penghilangan sulfur dalam residu oil (kondensat), dimana % desulfurisasi untuk asam asetat sebesar 59 % sedangkan asam formiac hanya mencapai 45 %. Pada ekstraksi methanol menunjukkan hasil terbaik pada tahap ekstraksi dibandingkan dengan ethanol, dengan % desulfurisasi yang dihasilkan sebesar 74 % sedangkan ethanol 69 %. Umumnya dengan bertambahnya % desulfurisasi pada tahap ekstraksi juga dipengaruhi oleh rasio penambahan solvent. Semakin besar rasio penambahan solvent semakin tinggi % desulfurisasi. Hasil terbaik pada penelitian ini dengan % desulfurisasi total 74 % didapatkan pada variasi komposisi sampel tahap oksidasi dengan perbandingan Residu oil:asam asetat: H 2 O 2 =8:1:1, dan pada tahap ekstraksi Rasio Methanol/Residu Oil : 3
DAFTAR PUSTAKA 1. Ahmed, S; Al-Malki, A; Farhat, A. M., Chemical Desulfurization of Petroleum Fractions For Ultra-Low Sulfur Fuels, Fuel Processing Technology, 90 (2009) 536-544. 2. Asghar, M. D; Sobati, M. A; Shahrokhi, M., Liquid-Liquid Extraction of Oxidized Sulfur-Containing Compounds of Non-Hydrotreated Kerosene, Fuel Processing Technology, 10 (2010) 1-9. 3. Brown, H. C; Braude, E. A; Nached F.C., Determination of Organic Structures by Physical Methods, Academic Press New York, 1955. 4. Cremlyn, R. J., An Introduction to Organosulfur Chemistry, John Willey and Sons, Chicester, 1996. 5. Dougherty; Dennis, A. ; Vanslyn E., Modern Physical Organic Chemistry, Universitas Science, 2005. 6. Gary, J. H. ; Handwerk, G. E., Petroleum Refining Technology and Economics, Marcel Dekker Inc, 2 nd edition, 1984. 7. Kartohardjono, S.; Anggara; Subihi; Yuliusman, Absorbsi CO 2 dari Campurannya dengan CH 4 dan N 2 Melalui Kontaktor Membran Serat Berongga Menggunakan Pelarut Air, Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia, 11 (2007) 97-102. 8. Komintaracat, C. ; Trakarnpruk, W., Oxidative Desulfurization Using Polyoxometalates, Petrochemistry and Polymer Science,28 (2005) 1-4. 9. Lü, Z. F. ; Zhan, F. T. ; Li L et al., Desulfurization of Catalytic Diesel Oil by Hydroperoxide-Organic Acid Oxidation System, Journal of the University of Petroleum, China(Edition of natural science), 25 (2001) 26-30. 10. Lü, Z. F. ; Zhan, F. T. ; Wang, P. et al., Oxidative Desulfurization of Straight-Run Diesel Oil by Hydrogen-Peroxide /Acetic Anhydride, Chemical Engineering of Oil & Gas, 35 (2006) 114-117. 11. Myers, L. C., The 100 Most Important Chemical Compounds : A Reference Guide, Greenwood press, 2007. 12. Soleimani, M.; Bassi, A.; Margaritis, A., Biodesulfurization of Refractory Organic Sulfur Compounds in Fossil Fuels, Biotechnology Advaances, 25 (2007) 570-596. 13. Yao, X. Q; Wang, S. J; Ling, F. X et al., Oxidative Desulfurization of Simulated Light Oil, Journal of Fuel Chemistry And Technology,32 (2004) 318-322.
14. Yu, G.; Lu, S.; Chen Hui; Zu, Z., Diesel Fuel Desulfurization with Hydrogen Peroxide Promoted by Formic Acid and Catalyzed by Activated Carbon, East China University of Science and Technology, 43 (2005) 2285-2294. 15. Wagner, F. S., Encyclopedia of Chemical Technology Acetic Acid, New York : John Willey & Sons, 3 rd ed, 1978. 16. Werner, R.; Kieczka, H., Formic Acid in Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Willey-Weinheim, 2002. 17. Zannikos, F.; Lois, E.; Stournas, S., Desulfurization of Petroleum Fractions of Oxidation and Solvent Extraction, Fuel Processing Technology, 42 (1995) 35-45. 18. Zhang, G.; Yu, F.; Wang, R., Research Advances in Oxidative Desulfurization Technologies For The Production of Low Sulfur Fuel Oils, Petroleum & coal, 51 (2009) 196-207.