(in CATALYST TECHNOLOGY Lecture )
Instructor: Dr. Istadi (h (http://tekim.undip.ac.id/staf/istadi // ki di id/ f/i di ) Email:
[email protected]
I t t ’ B k d Instructor’s Background y BEng. (1995): Universitas Diponegoro y Meng. (2000): Institut Teknologi Bandung y PhD. (2006): Universiti Teknologi Malaysia y Specialization: y Catalyst Design for Energy Conversion y Process Design for Energy Conversion P D i f E C i y Combustion Engineering y Computational Fluid Dynamic (CFD)
Peningkatan aktifitas katalis mempunyai beberapa p keuntungan g y Laju reaksi yang tinggi untuk kondisi operasi yang
sama y Laju reaksi yang ekivalen tetapi hasil reaksi yang lebih banyak atau reaktor yang lebih kecil y Laju reaksi yang ekivalen pada suhu dan tekanan yang lebih rendah dimana yield keseimbangan meningkat, i k t operasii menjadi j di lebih l bih mudah, d h deaktifasi d ktif i menjadi lebih kurang, atau selektifitas yang lebih baik.
J i J i Katalis K li Jenis‐Jenis y Katalis Homogen y Katalis Enzyme y Katalis Heterogen
Katalis Homogen y katalis mempunyai fasa yang sama dengan reaktan dan produk reaksi y Proses katalisis terjadi melalui perubahan senyawa menjadi senyawa
y y y
y
yang kompleks dan terjadi pengubahan susunan molekul dan ligan katalis Operasi reaksi katalisis fasa cair mempunyai keterbatasan pada suhu dan tekanan, sehingga peralatan reaktor menjadi lebih kompleks Katalis setelah reaksi juga harus dipisahkan dari produk, sehingga menambah kesulitan lagi sistem katalisis homogen hanya dijumpai pada industri‐industri tertentu saja misalnya industri bahan kimia, obat‐obatan, dan makanan Beberapa industri petrokimia seperti produksi asam asetat, alkilasi olefin, dan hidroformilasi juga menggunakan sistem katalisis homogen
Katalis Enzim y Enzim adalah molekul‐molekul protein dengan
ukuran koloid ranah k k l id yang berada b d diantara di t h homogen h molekular dan heterogen makroskopik y Biasanya enzim merupakan katalis yang sangat efisien dan selektif. Sebagai contoh, reaksi dekomposisi H2O2 yang dikatalisasi oleh enzim catalase adalah lebih cepat 109 kali daripada dikatalisasi oleh katalis anorganik
Katalis Heterogen y katalis dan reaktan berbeda fasanya y Dengan perbedaan fasa antara katalis dan reaktan, maka y y y y
mekanisme reaksi menjadi sangat kompleks Laju reaksi dikendalikan oleh fenomena‐fenomena adsorpsi, absorpsi dan desorpsi absorpsi, dan laju dan energi desorpsi, struktur permukaan aktif, dan sifat‐sifat terbentuknya produk antara yang memerlukan kerja‐kerja eksperimen yang panjang Bahkan, dalam setiap aplikasi katalisis heterogen tertentu terdapat banyak kontroversi tentang detil mekanisme suatu reaksi sistem katalis heterogen adalah yang paling mudah digunakan di aplikasi industri karena pelet katalis yang mudah dibuat, katalis mudah diletakkan di dalam tabung reaktor di mana reaktan mengalir dan konstruksi sederhana mengalir, dan
Steps in Heterogeneous Catalysis y External Diffusion y Internal Diffusion y Adsorption y Surface Reaction y Desorption y Internal Diffusion y External Diffusion
P t ti l E i C t l ti P Potential Energy in Catalytic Process
Struktur Katalis y Desain atau formulasi katalis yang benar adalah jika terdapat
kesesuaian antara aliran fluida, aktifitas, dan stabilitas g tergantung g g kepada p , , p , y Hal ini sangat reaksi, desain reaktor, kondisi proses, dan faktor ekonomi A L IR A N F L U ID A
en tuk Uk
ur an ,B
≅
A k tifita s b a h a n kim ia P e rm u ka a n a ktif sp e sifik ya n g tin g g i P e lle t b e rp o ri
tas tifi Ak
PELET K A T A L IS
U m u r P a n ja n g S T A B IL IT A S T a h a n te rh a d a p : - sin te rin g - ra cu n ka ta lis - fo u lin g
as sit ro Po
ata n
≅
≅ ≅
D istrib u s i a lira n P e n u ru n a n te ka n a n ya n g re n d a h K e ku a ta n m e ka n ik
Ke ku
≅ ≅
A K T IF IT A S T IN G G I
Komponen‐Komponen Komponen Komponen Katalis
(Active Agents) Komponen Aktif (Active Agents) y Komponen aktif merupakan komponen katalis yang y y y y
bertanggungjawab terhadap reaksi kimia yang utama. Pemilihan komponen aktif adalah tahap pertama dalam mendesain katalis. Sementara itu, pengetahuan tentang mekanisme katalitik adalah sangat saintifik sehingga metode pemilihan komponen aktif menjadi lebih saintifik juga, walaupun kadang‐kadang bersifat empirik Katalis yang bersifat asam biasanya merupakan pendorong mekanisme ion karbonium, seperti pada reaksi isomerisasi atau perengkahan
Classification of Catalytic Materials Classification of Catalytic Materials
Penyangga y gg ((Support) pp ) y Fungsi yang paling penting adalah menjaga agar luas permukaan
komponen aktif tetap besar y peran penyangga menjadi sangat penting dimana logam aktif
(Pt) didispersikan di permukaan penyangga. y Penyangga sendiri harus tahan terhadap perubahan termal,
sehingga seharusnya mempunyai titik leleh sedikit di atas komponen aktif y Penyangga dengan luas permukaan yang besar antara lain: γ‐
alumina, SiO2, karbon aktif, diatomaceous clay, dan y SiO2‐Al2O33 y Besarnya konsentrasi komponen aktif atau biasa disebut loading
juga mempunyai efek yang signifikan agar penyangga bisa memberikan b ik tingkat ti k t dispersi di i komponen k aktif ktif yang besar b
Oksida dengan titik leleh tinggi sebagai penyangga katalis Jenis/Sifat Basa
Amfoter
Netral
Asam
Titik leleh (oC)
Oksida g MgO CaO Ca2SiO4 BaO ThO2 ZrO2 CeO2 Cr2O3 La2O3 α-Al2O-3 TiO2 MgAl2O4 MgCr2O4 ZnCr2O4 ZnAl2O4 CaSiO3 γ-Al2O-3 SiO2 SiO2-Al2O3
3073 2853 2407 2196 2323 2988 2873 2708 2588 2318 2113 2408 2300 2173 2100 1813 2318 1973 1818
Promotor (Promoter) ( ) y Tujuan pemberian promotor ini adalah untuk
menghasilkan h lk aktifitas, selektifitas, dan k f l k f d efek f k stabilitas bl yang diinginkan y Promotor didesain untuk membantu penyangga atau komponen aktif. y Salah satu peran penting dari promotor adalah dalam pengendalian stabilitas katalis. y Beberapa kasus lain, promotor ditambahkan ke dalam struktur katalis atau penyangga untuk menghambat mekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, seperti pembentukan karbon (coke). (coke)
Contoh promotor katalis dalam beberapa proses Katalis Al2O3 (Penyangga dan Katalis)
Promotor SiO2, ZrO, ZrO P K 2O HCl MgO
Fungsi Memperbaiki stabilitas termal Meracuni situs coking Meningkatkan keasaman Mencegah sintering komponen aktif Meningkatkan oksidasi CO
SiO2-Al2O3 (Katalis Perengkahan)
Pt
Zeolit ( (Perengkahan k h katalitik) k li ik)
Ion alkali (rare earth) Pdd
Meningkatkan keasaman stabilitas bili termall Meningkatkan hidrogenasi
Pt/Al2O3 (Reformasi katalitik)
Re
Mengurangi hidrogenolisis dan sintering
MoO3/Al2O3 (hidrotreating)
Ni, Co P, B
Meningkatkan hidrogenolisis C-S dan C-N Meningkatkan dispersi MoO3
Ni/ceramic (Reformasi kukus)
K
Meningkatkan karbon
dan
penghilangan
