## PERENGKAHAN PRODUK CAIR BATUBARA DENGAN KATALIS Ni/ZEOLIT
Linda Suyati 1 , Bambang Setiaji 2 dan Triyono 2
1) Laboratorium Kimia Fisik Jurusan Kimia FMIPA UNDIP, Semarang
2) Laboratorium Kimia Fisik Jurusan Kimia FMIPA UGM,Yogyakarta

## ABSTRAK
Penelitian pirolisis tir batubara dilakukan dengan menggunakan metode alir termokopel dalam reactor. Temperatur reaktor konstan pada temperature 450 o C-700 o C untuk reaksi termal. Dan untuk reaksi katalitik dilakukan pada temperature 350 o C-600 o C. Berat katalis dan laju alir H 2 adalah konstan. Hasil menunjukkan bahwa pada temperature tinggi reaksi termal pirolisis adalah gas, sedangkan dengan menggunakan katalis adalah kokas. Konversi dengan katalis Ni/Zeolit dibawah temperature 550 o C lebih besar dibandingkan secara termal. Hasil cairan terbanyak pada temperatur 600 o C hasil utama senyawa phenol pada reaksi katalitik.
Kata kunci: Pirolosis , katalis dan konversi

## ABSTRACT
This  research  of  coal  tar  pyrolysis  was  carried  out  using  flow  method  completed  by  a thermocouple  in  reactor.  The  temperature  of  reactor  was  constanted  at  450 o C-700 o C  for  thermal reaction,  and  350 o C-600 o C  for  catalytic  reaction.  The  weight  of  catalyst  and  flow  rate  of  H 2 was constanted.
The experiment result showed that at higher temperature of thermal pyrolysis reaction produced more gas, but using Ni/Zeolite catalyst produced more coke. Conversion by the Ni/Zeolite at temperature below 550 o C was greater than thermal reaction. Catalytic result was greater at temperature 600oC with compound phenol.
Key words: Pyrolysis, catalyst and conversion

## PENDAHULUAN
Indonesia mempunyai cadangan batubara cukup besar kurang lebih 32 milyar ton. Sebanyak 71% terdapat  di  pulau  Sumatra  dan  27%  di Kalimantan sisanya di pulau Jawa, Sulawesi dan Irian Jaya (Komarudin, 1992). Batubara tersebut sebagian  besar  digunakan  masyarakat  sebagai bahan  bakar  secara  langsung  dalam  bentuk briket  yaitu  bahan  bakar  padat  dengan  bentuk dan  ukuran  tertentu  yang  terdiri  dari  partikel- partikel  batubara  halus  dan  bahan  pengikat disamping sebagai pembangkit tenaga listrik.
Pembakaran langsung batubara tersebut banyak efek  negatifnya,  karena  kurang  aman  bagi lingkungan, oleh karena itu perlu dikembangkan usaha-usaha melalui penelitian untuk meningkatkan  nilai  guna  dan  nilai  ekonomis yang  tinggi  dengan  jalan  mengolah  batubara
menjadi bahan yang mudah dalam pengangkutan,  mudah  dalam  penggunaannya dan aman bagi lingkungannya.
Salah  satu  cara  untuk  mendapatkan  batubara yang  diinginkan  adalah  dengan  pirolisis  yaitu thermal  cracking tanpa  adanya  oksigen (Anderson,  tanpa  tahun).  Hasil  utama  dari pirolisis  adalah  gas,  cairan  (tir  batubara)  dan residu  (arang).  Tir  batubara  berwarna  hitam kecoklat-coklatan dan pada suhu kamar kental. Berat  molekul  rerata  tir  batubara  antara  200 sampai  1200  terdiri  dari  hidrokarbon  rantai panjang,  oleh  karena  itu  perlu  dipecah  lagi menjadi  rantai  yang  lebih  pendek  untuk mendapatkan senyawa karbon fasa cair dengan fraksi yang lebih ringan (Rokhati, 1999).
Menurut  Vigouroux  (2001),  produk  pirolisis berupa  senyawa-senyawa  dengan  rantai  yang
bervariasi.  Pemecahan  rantai  panjang  produk pirolisis menjadi rantai yang lebih pendek dapat dilakukan melaui proses perengkahan katalitik.
Zeolit  merupakan  katalis  yang  baik,karena mempunyai  pori  atau  saluran  yang  besar  dan memiliki  luas  permukaan  besar  serta  tingkat keasaman  yang  cukup  tinggi  (Anderson,  tanpa tahun). Dalam industri pengolahan minyak bumi dan petrokimia, zeolit digunakan sebagai katalis asam dalam perengkahan. Mengingat zeolit alam sangat melimpah dan murah, maka penggunaannya sebagai katalis dapat menurunkan biaya produksi (Vigouroux, 2001).
Zeolit  memiliki  ukuran  pori  tertentu  yang selektif  pada  proses  katalitik.  Pori  berperan dalam  modifikasi  molekul.  Molekul  yang melebihi  ukuran  pori  akan  mengalami perengkahan.  Molekul  hidrokarbon  yang  dapat melalui pori zeolit berkisar antara C 5 sampai C 10 (Hamdan, 1992).
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Rokhati  (1999) dengan  memakai  katalis  zeolit  yang  tadinya reaksi berlangsung pada temperatur tinggi tetapi dengan  katalis  proses  reaksi  bisa  berlangsung pada  temperatur  yang  lebih  rendah.  Dalam penelitian  ini  dipakai  katalis  nikel  yang diembankan pada zeolit.
Logam  nikel  Ni  merupakan  salah  satu  unsur transisi yang memiliki daya adsorpsi yang kuat. Hal ini  disebabkan  adanya  karakterisasi orbital 3d  yang  memiliki  elektro  tidak  berpasangan sehingga  Ni  cenderung  berikatan  dengan  atom lain  (King,  1982).  Hal  ini  Ni  dapat  berperan sebagai  katalis.  Pada  logam  Ni  akan  terjadi proses  adsorpsi  molekul  reaktan  pada permukaan  padatan  logam  yang  memiliki
elektron  tidak  berpasangan  dalam  orbital  3d ( Panchenkov, 1997) .
Dalam penelitian ini, katalis Ni/Zeolit digunakan untuk perengkahan produk cair batubara dengan variasi  temperatur  dengan  harapan  diperoleh produk cair hasil perengkahan yang merupakan fraksi  karbon  ringan  yang  bermanfaat  dengan kelimpahan yang lebih besar.

## METODE PENELITIAN
Bahan  yang  direngkah  adalah  tir  batubara bituminius yang berasal dari Kalimantan Timur dan  dikerjakan  di  laboratorium  Heat  and  Mass Tranfer  (HMT)  Pusat  Antar  Universitas  Gajah Mada  dengan  jalan  memanaskan  batubara sebanyak  kurang  lebih  6  kg  mulai  dari temperatur  kamar  sampai  dengan  tempetur 1000 o C  dengan  kecepatan  kenaikan  suhu  2 o C permenit  di  dalam  reaktor batch. Katalis Ni/Zeolit yang dipergunakan untuk perengkahan memiliki  karakter:  5,40  mmol/g  (standar amoniak), Luas permukaan 76 m 2 /g.
Pirolisis dilakukan memakai reaktor alir dengan mengatur laju alirnya. Tir dimasukkan ke dalam wadah di dalam kolom reaktor yang telah diisi katalis  dengan  berat  tertentu  Kolom  reaktor kemudian  dimasukkan  ke  dalam  tanur.  Tanur dipanaskan  sampai dengan  temperatur tertentu, umpan dan gas dialirkan bersama-sama dengan kecepatan konstan. Tir teruapkan dan terpirolisis sepanjang  reaktor.  Hasil  yang  berupa  cairan, padatan  dan  sisa  hasil  reaksi  ditimbang, kemudian  yang  berupa  cairan  dianalis  secara kualitatif memakai instrumen GC-MS.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pirolisis tir batubara disajikan pada tabel 1 dan  tabel  2.  Konversi  cairan  yang  didapat  dari
reaksi termal kelihatan berkurang tajam setelah temperatur mencapai 600 o C, tetapi gas terbentuk pada  temperatur  diatas  harga  tersebut. Pemakaiam  katalis  dapat  memperbanyak  hasil cairan., tetapi tak menunjukkan penurunan yang terlalu tajam pada temperatur tersebut.
Hasil pembentukan kokas pada dasarnya partikel kecil  hasil  frahmentasi  sehingga  membentuk partikel yang lebih besar konstan pada pirolisis termal,  sebab  hasil  reaksi bisa  langsung  keluar reaktor  dengan  bantuan  gas  H 2 ,  sehingga tumbukan antar partikel sangat kecil. Sebaliknya dengan  katalis  Ni/Zeolit,  partikel  teradsorpsi lebih dahulu di permukaan yang mengakibatkan penumbukaan  pada  partikel  kecil,  sehingga mudah mengalami polimerisasi (Rokhati, 1999).
Konversi  mengalami  peningkatan,  baik  secara termal  maupun  dengan  menggunakan  katalis Ni/Zeolit.  Pada  temperatur  dibawah  600 o C  , konversi  katalitik  menjadi  lebih  banyak,  akan tetapi  hal  sebaliknya  terjadi  diatas  temperatur tersebut, sebab reaksi termal memerlukan cukup banyak  energi  untuk  dapat  melewati  energi aktivasi.  Pemakaian  katalis  pada  temperatur tinggi dapat memberikan hasil frahmentasi lebih banyak,akibat pengaruh temperatur, kokas lebih banyak  terbentuk  sehingga  dapat  menurunkan aktivitas katalis. Banyaknya konversi total reaksi (dalam  %)  pada  temperatur  yang  bervariasi disajikan pada gambar 1.

## Tabel 1. Hasil pirolisis secara termal
T ( o C) Umpan (g) Cairan (g) Coke (g) Residu (g) Gas yang tidak terdeteksi (g) Konversi (%) 450 5,89 3,38 0,28 1,68 0,55 71,47 500 5,85 3,39 O,29 1,51 0,66 74,08 550 5,94 3,36 0,30 1,42 1,04 76,77 600 5,80 3,42 0,30 0,91 1,19 83,74 650 5,85 2,74 0,30 0,68 2,13 88,35 700 5,89 2,06 0,32 0,41 3,10 93,02 Tabel 2. Hasil pirolisis dengan menggunakan katalis Ni/Zeolit T ( o C)  B (g)  S (g)  U (g)  C (g)  KL (g)  KT (g)  R (g)  G (g)  K (g) 350 5,05 5,11  5,98 3,83 0,06 0,13 1,89 0,003  68,42 400 5,05 5,12  5,89 3,92 0,08 0,15 1,75 0,07 72,03 450 5,05 5,18  5,98 4,11 0,12 0,25 1,53 0,10 74,00 500 5,05 5,24  5,98 4,12 0,13 0,32 1,44 0,11 76,01 550 5,05 5,29  5,94 4,14 0,13 0,37 1,30 0,13 78,02 600 5,05 5,31  5,94 4,22 0,12 0,38 1,11 0,23 81,36 650 5,05 5,32  5,98 3,92 0,12 0,39 0,90 0,72 84,89
Keterangan tabel 2: T = Temperatur ( o C), B= Berat katalis awal (g), S= Berat katalis setelah reaksi (g), U = Sampel tir awal (g), C= Cairan hasil pirolisis (g), Kl = Kokas diluar katalis, KT= Kokas total (g), R = esidu (g), G = Gas yang tidak terdeteksi (g), K = Konversi (%)

## Suyati dkk: Perengkahan Produk Cair Batubara dengan Katalis Ni/Zeolit
Gambar 1. Grafik konversi (%) vs temperatur
Tir Batubara awal dan Cairan Hasil Pirolisis dengan  Katalis  Ni/Zeolit  pada  Temperatur 600 o C
Analisis  kualitatif  dilakukan  dengan  alat kromatografi  gas  jenis  Shimadzu.  Penggunaan katalis  memberikan  hasil  perengkahan  yang diungkapkan  dengan  pengurangan  fraksi  berat dari retensi 16,405 hingga 23,839 menit.Waktu retensi  4,919-10,10698  menit  memperlihatkan adanya  peningkatan  produk.  Kenaikan  paling tajam  sebanyak  8,66%  deiperlihatkan  oleh waktu  10,7  menit.  Sebaliknya  penurunan menjadi  3,32%  ditunjukkan  oleh  waktu  retensi 16,405  menit.Terjadinya  penambahan  puncak bisa  merupakan  gabungan  dari  perengkahan maupun  hasil  polimerisasi.  Kromatogram  tir batubara awal dan cairan hasil pirolisis dengan menggunakan katalis Ni/Zeolit ditunjukkan pada gambar 2 dan 3 dan grafik % konversi vs waktu retensi ditunjukkan dalam gambar 4.
Gambar 2. Kromatogram tir awal
Gambar 3. Kromatogram Produk Cair Pirolisis dengan menggunakan Katalis Ni/ Zeolit Pada Temperatur 600 o C
Gambar 4. Grafik Konversi (%) vs waktu retensi (menit)
Tabel 3. Analisis GC-MS Produk Perengkahan dengan katalis Ni.Zeolit pada temperatur 600 o C
Puncak No Waktu Retensi (menit) % Kelimpahan Pola Fragmentasi Perkiraan Senyawa 1 4,617 6,97 91, 65, 39  Toulena 4 7,475 5,56 106, 91, 77, 65, 39 1,2 dimetil benzena 12  10,558 12,8 94, 74, 66, 39 Phenol 19  11,918 5,39 108, 77, 51, 39 3-metyl- phenol 21  12,392 8,06 107, 77, 51, 39 4-metyl- phenol 27 13,63 5,60 122, 107, 103, 91, 79, 65, 51, 39 2,3- dimetyl phenol 35  16,183 2,90 85, 71, 57, 43 Tridecana
Analisis  kromatografi  gas  spektroskopi  massa pada  perengkahan  cairan  terbanyak  (600 o C) dengan  katalis  Ni/Zeolit  pada  diperoleh  hasil senyawa dengan kelimpahan yang paling utama phenol dan diikuti oleh turunan phenol. Hal ini disebabkan  karena  phenol  tidak  mudah
terdegradasi  akibat  strukturnya  yang  sangat stabil.

## KESIMPULAN
1. Konversi  menggunakan  katalis  Ni/Zeolit
memberikan hasil lebih banyak
dibandingkan  dengan  konversi  termal  pada temperatur  350 o C-550 o C,  sedangkan  pada temperatur diatas 550 o C terjadi sebaliknya.
2. Kokas banyak terbentuk dengan
menggunakan  katalis  Ni/Zeolit,  sedangkan pada konversi termal banyak menghasilkan gas.
3. Hasil analisis dengan GC-MS senyawa yang terbentuk paling banyak adalah jenis phenol.
4. DAFTAR PUSTAKA
Anderson,  J.R.,  and  Boudart,M., Catalyst Science  and  Technology ,  Springler Verlag, Berlin.
Baheti, K, Nakbanpotes, W., and Phatip., 2000,
Preconsentration  of  Gold  by  Rice  Hush Ash, Journal  of  Minerals  Engineering ,
Bangkok,
Hamdan,  1992, Introduction  to  Zeolites Synthesis, Characterization and Modification ,  1 st edition,  University Technology Malaysia, Kuala Lumpur,
King, D.A., 1982, The Chemical Physic of Solid Surface  and  Heterogeneous  Catalysis ,1 st edition  ,  Elsevier  Publishing  Company, Amsterdam
Komarudin, 1992, Bahan Bakar Dari Batubara Indonesia , Prospeknya di Tahun 2000-an dan  Penguasaan  Tehnologi,  proseding Diskusi  Ilmiah  VII  Hasil  Penelitian LEMIGAS, Jakarta
Panchenkov, G.M, 1997, Chemical Kinetics and Catalyst, MIR Publishing, Moscow
Rokhati, N., 1999, Pirolisis Tir Batubara Secara Sinambung ,Tesis S-2, UGM, Yogyakarta Trisunaryati, W., Shiba, R., Miura, M., Nomura,
M.,  Nishiyama,  M.,  and  Matukata,  M., 1996,  Characterization  and  Modification of  Indonesian  Natural  Zeolite  and  Their Properties  for  Hidrocracking  of  Parafin, Journal of Japan Petroleum  Instate , Vol 39, Japan
Vigouroux,  R.Z,  2001, Pirolysis  of  Biomass , Dissertation, Royal Institute of
Technology,  Department  of  Chemical Engineering  and  Technology,  Chemistry Technology, Stockholm