PEMBUATAN BIOFUEL DARI PALM OLEIN DENGAN PROSES THERMAL CATALYTIC CRACKING MENGGUNAKAN KATALIS ZSM-5
SKRIPSI
Oleh
OKTRIS NOVALI GUSTI 110405050
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DESEMBER 2015
5 Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN BIOFUEL DARI PALM OLEIN DENGAN PROSES THERMAL CATALYTIC CRACKING MENGGUNAKAN KATALIS ZSM-5
SKRIPSI Oleh
OKTRIS NOVALI GUSTI 110405050
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DESEMBER 2015 6 Universitas Sumatera Utara
i Universitas Sumatera Utara
ii Universitas Sumatera Utara
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 “Pembuatan Biofuel dari Palm Olein Dengan Proses Thermal Catalytic Cracking Menggunakan Katalis ZSM-5”, berdasarkan hasil penelitian yang Penulis lakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Penelitian ini memberikan informasi mengenai pembuatan biofuel yang bersumber dari palm olein dengan menggunakan proses catalytic cracking. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan ilmu pengetahuan mengenai pembuatan biofuel sebagai sumber bahan bakar terbarukan yang dapat mengatasi krisis energi di masa mendatang.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, Penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu Penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1.
Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MTselaku Pembimbing
2.
Ir. Bambang Trisakti, MTselaku Penguji
3.
Ir. Renita Manurung, MT selaku Penguji
4.
Prof. Dr. Satiaty Pandia selaku Dosen Pembimbing Akademik
5.
Dr. Eng. Ir. Irvan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU
6.
Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia
7.
Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang telah memberikan sarana dan prasana dalam penelitian ini.
8.
Bapak M. Anshori Nasution, Msc. dan Ibu Meta Rivani yang telah memberikan banyak masukan dalam penelitian ini.
9.
Rangga Pramana S., Bagus Anandika dan Muliani selaku dalam penelitian ini
iii Universitas Sumatera Utara
10. Sahabat-sahabat di Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara stambuk 2011 khususnya Erlangga Wicaksana, Aidil Saputra, Rio Nazif, Intan Afrilia, Yusrina Ika Putri, Dwi Gita Ferani, Nadya Gema Bestari, Widya Gema Bestari, Rahayu Wulandari Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian 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,
November 2015
Penulis Oktris Novali Gusti
iv Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI Skripsi dipersembahakan untuk : Kedua orang tua tercinta Bapak Agusman dan Ibu Muziarti Terima kasih kepada Bapak dan Ibu yang telah membesarkan, mendidik, memberikan motivasi dan doa serta materil dengan usaha yang tidak kenal lelah.
v Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Oktris Novali Gusti NIM : 110405050 Tempat, tanggallahir : Padang panjang / 12 Nopember 1993 Nama Orang Tua : Agusman dan Muziarti Alamat Orang Tua: Jalan Bahder Johan, RT XII Asrama POLSEK Padang panjang AsalSekolah: SD Negeri 03 Padang panjang tahun 1999–2005 SMP Negeri 5 Padang panjang tahun 2005–2008 SMA Negeri 2 Padang panjang tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernahdiperoleh: 1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) 2012-2013 Pengalaman Organisasi/Kerja: 1. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota bidang kreatifitas dan minat 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai Sekretaris Bidang Sosial dan Rohani
vi Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Menipisnya cadangan energi fosil memunculkan minat dalam pengembangan bahan bakar terbarukan dari minyak tumbuh-tumbuhan Indonesia merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia, dimana minyak sawit ini dapat dikonversi menjadi biofuel seperti biogasolin, kerosen dan biodiesel yang ramah lingkungan dan bebas dari kandungan nitrogen dan sulfur melalui proses catalytic cracking. Dalam penelitian ini digunakan palm olein sebagai bahan baku dengan katalis yang digunakan adalah ZSM-5 yang memiliki luas permukaan 425 m2/g dan rasio Si/Al 50. Variabel yang divariasikan adalah temperatur operasi dari 375 o C - 450 oC dan waktu reaksi dari 60 menit - 150 menit. Dari hasil penelitian diperoleh yield liquid product tertinggi dengan nilai 84,82 % pada temperatur 400 o C saat waktu reaksi 120 menit. Adapun komposisi liquid product pada kondisi operasi tersebut terdiri atas C6-C12 sebesar 22,95 %, C14-C16 sebesar 19,52 % dan C18-C28 sebesar 57,53 %. Kata kunci
: biofuel, catalytic cracking, palm olein, ZSM-5
vii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Depletion of fossil energy led to an interest in the development of renewable fuels from vegetable oils. Indonesia is the largest palm oil producer in the world, where palm oil can be converted into biofuels such as biogasoline, kerosene and biodiesel is environmentally friendly and free of the content of nitrogen and sulfur through catalytic cracking process. In this research palm olein was used as feedstock with the catalyst used is ZSM-5, which has a surface area of 425 m2 / g and Si / Al ratio of 50. Variables varied are the operating temperature of 375 °C 450 °C and a reaction time of 60 minutes - 150 minutes. The result showed the highest yield of liquid product with a value of 84.82% at a temperature of 400 ° C while the reaction time of 120 minutes. As for the composition of the liquid product in the operating conditions consisting of C6-C12 amount to 22.95%, C14C16 amount to 19.52% and the C18-C28 amount to 57.53%. Keyword
: biofuels, catalytic cracking, palm olein, ZSM-5
viii Universitas Sumatera Utara
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
xi
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR SINGKATAN
xiv
DAFTAR SIMBOL
xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG
1
1.2. PERUMUSAN MASALAH
3
1.3. TUJUAN PENELITIAN
3
1.4. MANFAAT PENELITIAN
3
1.5. RUANG LINGKUP PENELITIAN
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. MINYAK KELAPA SAWIT
5
2.2. PALM OLEIN
6
2.3. CATALYTIC CRACKING
7
2.4. ZEOLITE ZSM-5
9
2.5. POTENSI EKONOMI BIOFUEL DARI PALM OLEIN
12
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. BAHAN YANG DIGUNAKAN
14
3.2. PERALATAN YANG DIGUNAKAN
14
3.3. PERANCANGAN PENELITIAN
16
ix Universitas Sumatera Utara
3.4. PROSEDUR PENELITIAN
16
3.5. FLOWCHART PENELITIAN
17
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. ANALISIS BAHAN BAKU PALM OLEIN
19
4.2. PENGARUH KALSINASI KATALIS TERHADAP YIELD PRODUK DAN DISTRIBUSI LIQUID PRODUCT
21
4.3. PENGARUH DARI TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI TERHADAP KOMPOSISI PRODUK HASIL CATALYTIC CRACKING
24
4.4. PENGARUH DARI WAKTU DAN TEMPERATUR REAKSI TERHADAP YIELD DARI LIQUID PRODUCT
26
4.4. PENYEBARAN KOMPOSISI BIOFUEL PADA BERBAGAI TEMPERATUR DAN WAKTU REAKSI
27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. KESIMPULAN
31
5.2. SARAN
32
DAFTAR PUSTAKA
33
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Produksi Minyak Sawit Global
5
Gambar 2.2 Mekanisme Proses Cracking Trigliserida
8
Gambar 2.3 Konversi Minyak Sawit menjadi Biofuels
9
Gambar 2.4 Struktur Bangun Utama dari Zeolit
10
Gambar 2.5 Mekanisme Proses Catalytic Cracking Menggunakan Katalis H-Zeolite
11
Gambar 3.1 Peralatan Eksperimen
15
Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Catalytic Cracking
17
Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak Palm Olein
19
Gambar 4.2 Pengaruh Kalsinasi Katalis Terhadap Komposisi Produk Hasil Catalytic Cracking Pada Suhu 400 oC dan Waktu Reaksi 120 Menit
22
Gambar 4.3 Pengaruh Temperatur dan Waktu Reaksi Terhadap Komposisi Produk Hasil Catalytic Cracking
24
Gambar 4.4 Pengaruh Waktu dan Temperatur Reaksi Terhadap Yield dari Liquid Product
26
Gambar 4.5 Penyebaran Komposisi Biofuel Pada Temperatur 375-450 oC dan Waktu Reaksi 60-150 Menit
28
Gambar L4.1 Hasil Analisis Kromatogram GC Standar Hidrokarbon
41
Gambar L4.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biofuel Run 7
42
Gambar L5.1 Foto Palm Olein
43
Gambar L5.2 Foto Katalis HZSM-5
43
Gambar L5.3 Foto Rangkaian Alat Catalytic Cracking
43
Gambar L5.4 Foto Alat Tanur Katalis
44
Gambar L5.5 Foto Katalis di Desikator
44
Gambar L5.6 Foto Liquid Product Hasil Catalytic Cracking
44
xi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Jenis Produk Turunan Minyak Sawit
5
Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Bebas dari Palm Olein
6
Tabel 2.3 Karakteristik Beberapa Katalis
10
Tabel 2.4 Sifat Fisika dan Sifat Kimia ZSM-5
12
Tabel 3.1 Perlakuan Penelitian
16
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Palm Olein
20
Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada Palm Olein
20
Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Olein
37
Tabel L2.1 Hasil Penelitian Catalytic Cracking Palm Olein
38
Tabel L2.2 Hasil Penelitian Tambahan Pada Waktu 120 menit (400 oC)
38
Tabel L2.3 Data Komposisi LP Pada Waktu 120 menit (400 oC)
39
Tabel L2.4 Data Komposisi Liquid Product (LP)
40
\
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU
37
LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Olein Hasil Analisi GC
37
LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN
38
L2.1 Data Hasil Catalytic Cracking
38
L2.2 Data Tambahan Hasil Catalytic Cracking
38
L2.3 Data Komposisi Biofuel
39
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN L3.1 Perhitungan Yield Liquid Product Pada Run 7
40
L3.2 Perhitungan Yield Padatan Pada Run 7
40
L3.2 Perhitungan Yield Gas Pada Run 7
40
LAMPIRAN 4 HASIL ANALISIS BIOFUEL
LAMPIRAN 5
40
41
L4.1 Hasil Analisis Hidrokarbon
41
DOKUMENTASI PENELITIAN
43
L5.1 Foto Bahan Baku Penelitian
43
L5.2 Foto Alat Penelitian
43
L5.3 Foto Hasil Catalytic Cracking
44
xiii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN LP
Liquid product
CPO
Crude Palm Oil
TG
Trigliserida
ZSM-5
Zeolite Socony Mobile-5
WHSV
Weight hourly space velocity
PPKS
Pusat Penelitian Kelapa Sawit
GC
Gas kromatografi
FID
Flame ionized detector
Si/Al
Silika/Aluminium
et al
et alia
IZA
Internatinal Zeolite Assosiation
xiv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL Simbol
Keterangan
Dimensi
Yield
Perbandingan produk dengan massa umpan
%wt
b/b
Persen berat
gram
V
Volume
ml
Ρ
Densitas
gr/ml
D
Diameter
cm
P
Panjang
cm
xv Universitas Sumatera Utara
