Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C 1 -C 10 dengan ZSM-5 Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta, 23 Maret 2005 oleh Setiadi e-mail : [email protected]Member of Chemical Reaction Engineering and Catalysis Research Group, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia, Judul Penelitian
22
Embed
Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C 1 -C 10 dengan ZSM-5
Judul Penelitian. Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C 1 -C 10 dengan ZSM-5 Presentasi disampaikan di Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (SNTPK) Jakarta, 23 Maret 2005 oleh Setiadi e-mail : [email protected] - PowerPoint PPT Presentation
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Konversi Katalitik Aseton menjadi Hidrokarbon C1-C10 dengan ZSM-5
Presentasi disampaikan di Seminar NasionalTeknologi Proses Kimia (SNTPK)
Member of Chemical Reaction Engineering and Catalysis Research Group,Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia,
Kampus UI, Depok – 16434, Indonesia,
Judul Penelitian
H2O
Biomass Material
CO2
Hidrokarbon For Fuel Energy or Chemical feedstock
Biomass derived liquid
Fotosintesis
Fossil Resources ( Crude Oil, Coal, N.G)
Fuel Combustion
Transformasi dan Utilization
Geological Time Frame
Asimilasi (biological activities)
Biological time frame
Skema Global Carbon Cycle Route for renewable hydrocarbons fuels & chemicals
(Konsep dikembangkan berdasar Kojima, 1998; Metzger & Eissen, 2004 dan Padabed et al.,2002)
Scope /area of work
Research Background
Fossil -----Terbatas, non-renewable
Petroleum,
Coal,
NG
Biomass derived-liquid(renewable, melimpah)
Produk hasil Fermentasi
Vegetables Oils (CPO, Coconut Oil, dll,)
Hasil Pirolisis Biomass, etc.
Sumber hidrokar-
bon
Scope
Scope
Hidrokarbon
C1- C10
AsetonAseton merupakan senyawa organic polar yang dapat diproduksi dari materi hayati secara renewable berdasar proses fermentasi maupun dari hasil reaksi katalitik produk turunan biomassa hasil pirolisis
Kemampuan shape-selectivity ZSM-5 terletak pada bangunan struktur kristalnya yang diameter/bukaan pori sekitar 0,56 nm dan hampir homogen. Katalis ZSM-5 banyak digunakan untuk transformasi reaksi-reaksi hidrokarbon dibanding dgn. ZSM-5 digunakan reaksi senyawa organik polar
Pembentukan Struktur dari bebebera Unit Pentagonal
Pembentukan saluran lurus berstruktur 10 oxygen-membered ring dari struktur pentagonal (5 membered ring structure)
Struktur pori saluran lurus (pandangan lurus permukaan)
Terlihat 5 dan
10 membered ring structure
Pentagonal
Strukutr pada Saluran lurus
Struktur pori Saluran zigzag
ZSM-5
Ilustrasi difusi molekul senyawa Hidrokarbon diseputar mulut pori zeolit
(Source :Sierka and Sauer, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1603-1613)
Acidic protons migrate between the four oxygen atoms surrounding the tetrahedral aluminum center in the following fashion (Ryder, dkk., J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6998-7011)
Tujuan Pengembangan reaksi katalisis untuk mengetahui kinerja katalis ZSM-5 dalam reaksi aseton
•Distribusi Produk Hidrokarbon dan kemampuan shape selective reaction thd. pembentukan hidrokarbon sampai C10 & aromatik
•Konversi, selektivitas yield dalam uji reaksi dalam rentang tertentu (Catalytic durability)
Tipikal Chromatogram GC-TCD sampel gas produk reaksi konversi aseton
Hasil dan Pembahasan
CH4
C4
CO
C3H8
H2
C2H6
C2H4
C3H6
N2 –Carrier gas
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30
Time on stream [h]
Ace
ton
e co
nve
rsio
n [
%]
Konversi aseton dengan katalis ZSM-5 ( W katalis = 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h-1, tekanan atmosferik)
Katalis mulai terdeaktivasi
setelah 17 jam
Hasil dan Pembahasan
0 10 20 30 40
CO
CO2
CH4
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
C4 aliphatics
C5~C6 aliphatics
Benzene
Toluene
Ethylbenzene
m+p-Xylene
o-Xylene
C9-Aromatics
Naphthalene
2-Methylnaphthalene
1-Methylnaphthalene
Dimethylnaphthalene
Trimethylnaphthalene
Selectivity (% carbon)
Alifatik
Diaromatik
Monoa-romatik
Selektivitas ZSM-5 thd. Pembentukan monoarmatik sangat tinggi.
Disribusi produk hidrokarbon
Kondisi operasi W = 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h-1, tekanan atmosferik
Produk dari sampel cair setelah akumulasi 40 min pertama reaksi
Hasil dan Pembahasan
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30
Time on stream [h]
Yie
ld [
% m
ol c
arb
on]
Yield aromatik hasil konversi aseton menggunakan katalis ZSM-5 ( W katalis = 1 g, suhu = 673 K, SV = 4 h-1, tekanan atmosferik)
Yield aromatik > 60 % selama 16 jam uji reaksi
Hasil dan Pembahasan
O ║H3C- C-CH=C(CH3)2
Mesityl oxide (MSO)
O OH ║ │CH3 C CH2 C (CH3)2
Diacetone alcohol (DAA)
O ║(H3C)2C=CHCCH=C(CH3)2
phorone or diisopropylideneketone
O ║ 2[ H3C-C- CH3]
2 molecules ofacetones
Self Aldol condensation
Dehydration - H2O
Further self Aldol condensation+ (CH3)2CO - H2O
In progress of reaction: Continued condensation, forming higher molecular weight species which may accumulate in
pore channel and shutting down the reaction
O
isophorone
Cracking inside the Pores at higher Temp > 350 oC
Isobutylene
Acetic acid
1,3,5-Trimethylbenzene
(Mesitylene)
Monoaromatic Compounds :BenzeneXyleneToluene
EthylBenzeneC9 monoaromaticC10monoaromatic
Diaromatics compounds : Napthalene
Monomethylnaphthalene
DimethylnapthaleneTrimetylnaphthalene
Tetramethylnapthalen
Aromatics (Shape Selective Product Formation)
Condensation – Dehydrocyclization
Reaction at external surface of ZSM-5
CH4
CO2
H3C CH3
C=HC O CH=C H3C ║ CH3 C=CH-C-CH=C H3C CH3
C=HC CH=CH3C CH3
Decomposition
Reaction at the internal and external surface ZSM-5
Reaction at internal surface
Proposed Reaction Mechanism for Acetone Conversion
KesimpulanKonversi aseton menjadi hidrokarbon C1-C10, secara pasti telah dapat dilakukan dengan baik pada suhu 678 K, SV 4 h-1, tekanan atmosferik. Konversi aseton yang didapat mendekati 100% selama rentang waktu uji reaksi 17 jam.
•Produk utama yang dihasilkan adalah berupa hidrokarbon aromatik, menunjukkan bahwa kemampuan ZSM-5 baik dalam mengakalisis reaksi aromatisasi berdasarkan shape selective-nya maupun kemampuannya menahan terbentuknya senyawa hidrokarbon dengan rantai C lebih tinggi dari C10 adalah sangat tinggi.
•Namun kemungkinan terjadinya penurunan aktivitas katalis (deactivation) terlihat, terutama setelah 17 jam reaksi. Berdasar uraian mekanisme reaksi aseton, penyebab utama penurunan kinerja katalis tersebut oleh karena terjadinya penutupan pori oleh kokas yang pembentukannya diduga berasal dari hasil samping reaksi konversi aseton, yakni reaksi multiple condensation terjadi pada permukaan external ZSM-5.