STUDI EKSPERIMENTAL PIROLISIS MINYAK PELUMAS BEKAS MENGGUNAKAN KATALIS ZEOLIT

STUDI EKSPERIMENTAL PIROLISIS MINYAK PELUMAS BEKAS MENGGUNAKAN KATALIS ZEOLIT

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh : GAMA ASKADITYA NIM : I 0404038

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

MOTTO

Dan Allah telah berjanji kepada orang orang yang beriman di antara kamu dan mengerjakan amal shalih bahwa Dia akan menjadikan mereka berkuasa di bumi sebagaimana Dia telah menjadikan orang-orang sebelumnya berkuasa.(Q.S. AnNur: 55)

Maka sesungguhnya bersama kesulitan pasti ada kemudahan, maka bersama kesulitan pasti ada kemudahan.(Q.S. Al-Insyirah: 5-6)

Mukmin yang kuat lebih baik dan lebih dicintai Allah daripada mukmin yang lemah; pada keduanya ada kebajikan. (HR. Muslim)

Trust is OK, but check is better (B.J. Habibie)

Just in time, one piece flow (Toyota Production System)

STUDI EKSPERIMENTAL PIROLISIS MINYAK PELUMAS BEKAS MENGGUNAKAN KATALIS ZEOLIT Disusun oleh :

Gama Askaditya NIM. I0404038

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Wibawa Endra J., ST. MT NIP. 197009112000031001

Tri Istanto, ST. MT NIP. 197308202000121001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Rabu, Tanggal 30 Juli 2010 1. Eko Prasetya B., ST. MT NIP. 197109261999031002

…………………………

2. Budi Kristiawan., ST. MT NIP. 197104251999031001

………………………...

3. Syamsul Hadi, ST. MT NIP. 195106151998021002

………………………...

Mengetahui:

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Koordinator Tugas Akhir

Dody Ariawan, ST., MT NIP. 197308041999031001

Syamsul Hadi, ST. MT NIP. 195106151998021002 KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat ALLAH SWT, Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan

menyelesaikan Skripsi “Studi Eksperimental Pirolisis Minyak Pelumas Bekas menggunakan Katalis Zeolit” ini dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada: 1. Bapak Dody Ariawan, ST.MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS 2. Bapak Tri Istanto, ST. MT dan Bapak Wibawa Endra J, ST. MT, selaku Pembimbing

yang telah dengan sabar membimbing hingga penulis

dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Eko Pasetyo B, ST. MT selaku Pembimbing Akademis penulis. 4. Bapak Syamsul Hadi, ST. MT dan Ibu Elisa, selaku koordinator TA. 5. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin UNS 2004 yang menyemangati hingga akhir perjuangan : Anzis, Joko S, Apras, Makhriza, Agung W, Mulyantara, Rosyid, Dikdo, Tendy, Bobie, Thoyib & Mahbubi. 6. Rekan-rekan sesama penghuni Lab.Thermodinamika dan Perpindahan Panas: Ahmad, Tineke, Indri, Yusno, Nuzul, Susanta,. 7. Ane Asriningtyas dan Gilang Prasetya yang selalu menyemangati Mas Gama, doakan Mas supaya cepat bekerja. 8. Bapak (Drs. Daryoko, MM) dan Ibuk (Puji Astuti), doa Bapak dan Ibu terangi jalan hidup ananda. Penulis menyadari bahwa dalam penyusun TA ini masih jauh dari sempurna, maka kritik dan saran penulis harapkan untuk kesempurnya. Surakarta, Juli 2010

Penulis

PERSEMBAHAN

Untuk tegaknya agama Alloh SWT, Islam

Untuk bangsa dan tumpah darah Indonesia

Untuk ilmu pengetahuan

Untuk Almamater

Untuk Keluarga

DAFTAR ISI

Halaman Abstrak ........................................................................................................

v

Kata Pengantar .............................................................................................

vii

Daftar Isi .....................................................................................................

ix

Daftar Tabel ................................................................................................

xi

Daftar Gambar .............................................................................................

xii

Daftar Notasi .................................................................................................

xiv

Daftar Lampiran ..........................................................................................

xvi

BAB I

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah .........................................................

1

1.2. Perumusan Masalah ..............................................................

2

1.3. Batasan Masalah ...................................................................

3

1.4. Tujuan dan manfaat ...............................................................

3

1.5. Sistematika Penulisan ...........................................................

3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ...................................................................

5

2.2. Minyak Pelumas (Oli).............................................................

7

2.3. Metode Pengolahan Minyak Pelumas Bekas 2.3.1. Acid Clay Process ..................................................... ..

10

2.3.2. Solvent Extraction Process ...........................................

10

2.3.3. Cracking Process .........................................................

11

2.3.4. Pirolisis Process .........................................................

12

2.4. Pirolisis ...................................................................................

12

2.5. Katalis .....................................................................................

15

2.6. Sifat-Sifat Fisik Bahan Bakar Cair..........................................

17

2.6.1. Nilai Kalor Pembakaran (Heating Value).................

18

2.6.2. Specific Gravity

....................................................

18

2.6.3. Viskositas Kinematik .............................................

20

2.6.4. Pour Point ...............................................................

22

2.6.5. Flash Point

.............................................................

23

2.6.6. Angka Oktan ..........................................................

24

2.6.7. Angka Cetan ...........................................................

26

2.6.8. Volatility ................................................................

27

2.6.9. Warna

....................................................................

30

2.6.10. Kandungan Sulfur dan Unsur Lainya (GC-MS) ......

30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ...............................................

32

3.2. Bahan Penelitian ...................................................................

32

3.3. Alat Penelitian .......................................................................

32

3.4. Pelaksanaan Penelitian ...........................................................

36

3.4.1. Persiapan Penelitian .....................................................

36

3.4.2. Proses Pirolisis ............................................................

37

3.5. Metode Analisis Data .............................................................

38

3.6. Diagram Alir Penelitian ........................................................

39

BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1. Hasil Pirolisis ........................................................................

40

4.2. Pengaruh Temperatur Pirolisis Terhadap Persentase Produk Cair .........................................................................................

41

4.3. Hasil Pengujian Sifat-Sifat Produk Cair Hasil Pirolisis Minyak Pelumas Bekas ..........................................................

44

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ...........................................................................

59

5.2. Saran ......................................................................................

60

Daftar Pustaka .............................................................................................

61

Lampiran .....................................................................................................

64

Studi Eksperimental Pirolisis Minyak Pelumas Bekas Menggunakan Katalis Zeolit Abstrak

Minyak pelumas bekas merupakan limbah otomotif dalam jumlah besar yang berbahaya bagi lingkungan bila dibakar atau dibuang langsung ke lingkungan. Berbagi metode dilakukan untuk mengolah kembali minyak pelumas bekas, antara lain : acid-clay process, solvent extraction process, dan pirolisis. Pada penelitian ini, proses pirolisis dilakukan dengan memanaskan minyak pelumas bekas pada temperatur di atas temperatur jenuhnya pada sebuah reaktor dengan tanpa oksigen menggunakan katalis zeolit 5% (w/w). Temperatur pirolisis divariasi pada 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC dan 510 oC. Pirolisis dimulai pada temperatur kamar (30oC) dan secara bertahap temperatur dinaikkan dengan laju pemanasan 5oC/menit hingga temperatur pirolisis tertentu tercapai. Setelah temperatur pirolisis tertentu tercapai, temperatur dijaga konstan sampai proses pirolisis selesai. Hasil pirolisis berupa gas yang dapat diembunkan, gas yang tak dapat diembunkan, dan residu padat. Gas yang dapat diembunkan selanjutnya diembunkan di kondensor sehingga diperoleh produk cair yang bernilai. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada temperatur pirolisis 400 oC, 410 o C, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC dan 510 oC dihasilkan produk cair berturut-turut adalah 75,88%, 79,54%, 83,85%, 89,98%, 93,01%, 97,03%, 93,31% dari massa awal sampel minyak pelumas bekas dengan menggunakan katalis zeolit sebanyak 5% (w/w). Komposisi hidrokarbon dari uji GC-MS adalah alkana (parrafin) sebanyak 56,303%, alkena (olefin) sebanyak 35,905%, aromatik sebanyak 6,607%, dan pengotor sebanyak 1,18% dari produk cair hasil pirolisis. Sifat-sifat fisik densitas relatif pada 60/60oF, titik tuang, viskositas kinematik pada 40oC, nilai kalor (HHV), kandungan sulfur, flash point dan angka cetan memenuhi spesifikasi standar bahan bakar diesel Solar Pertamina. Sedangkan volatilitas dan distilasi belum memenuhi standar bahan bakar diesel Solar Pertamina. Kata kunci : pirolisis, minyak pelumas bekas, zeolit, katalis, cetan number

Experimental Study of Pyrolysis of Waste Lubricating Oil Using Zeolite Catalyst

Abstract

Waste lubricating oil is a large-quantity automotive waste which is dangerous for environment when being burned or disposed off to directly. Many methods of recycling of waste lubricating oil had been done i.a. acid-clay process, solvent extraction process, and pyrolysis. In this research, pyrolysis was carried out by heating up the waste lubricating oil in a reactor above its saturated temperature with no oxygen with addition of zeolite catalyst 5% (w/w). The pyrolysis temperature was varied at 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC and 510 oC. Pyrolysis was started at room temperature (30 oC) and it gradually increased with constant heating rate (5 oC/min). After reaching a certain pyrolysis temperature, the temperature was kept constant to complete the pyrolysis process. Pyrolysis of waste lubricating oil produced condensable gas, non-condensable gas and solid residue. The condensable gas was, furthermore, entering a condenser to convert to valuable liquid product. Result of the research shown that at pyrolysis temperature of 400 oC, 410 o C, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC and 510 oC yielded 75.88%, 79.54%, 83.85%, 89.98%, 93.01%, 97.03% and 93.31% of liquid product, respectively, from initial mass of waste lubricating oil sample using zeolite catalyst 5% (w/w). The hydrocarbon compositions from GC-MS testing shown that the liquid product contains 56.303% of alkanes (parrafin), 35.905% of alkenes (olefin) , 6.607% of aromatics and 1.18% of impurities. The phsycal properties: specific gravity at 60/60ºF , pour point, kinematic viscosity at 40°C, caloric value/HHV, sulfur content, flash point and cetane number met the requirement of diesel fuel of Solar Pertamina but volatility and distillation properties did not so. Keywords : pyrolysis waste lubricating oil, zeolite, catalyst, cetane number

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Penggunaan kendaraan bermotor di Indonesia semakin meningkat seiring meningkatnya daya beli masyarakat Indonesia, dan semakin mudahnya kredit kepemilikan kendaraan bermotor. Sampai saat ini, jumlah kendaraan bermotor di seluruh Indonesia telah mencapai lebih dari 20 juta unit. Dari jumlah tersebut, 60% adalah sepeda motor. Sedangkan pertumbuhan populasi untuk mobil adalah 3-4% per tahun dan sepeda motor 4% per tahun (Departemen Pehubungan RI, 2003). Perkembangan konsumsi kendaraan bermotor ini pada satu sisi sangat menguntungkan perekonomian Indonesia, yaitu banyak tenaga kerja yang terserap dalam industri otomotif, belum lagi lapangan kerja yang tercipta dari perawatan kendaraan bermotor tersebut. Di pihak lain, efek negatif juga timbul antara lain polusi gas buang dan limbah minyak pelumas (oli) bekas dari penggantian berkala yang merupakan perawatan mesin yang harus dilakukan. Di Indonesia jumlah limbah minyak pelumas bekas pada tahun 2003 mencapai 465 juta liter per tahun, dan kemungkinan bertambah pada tahun-tahun berikutnya. Sebagian besar dari jumlah tersebut hanya dibuang begitu saja dan hanya sebagian kecil yang dimanfaatkan kembali. Deposit minyak pelumas bekas yang dibuang berlebihan dalam tanah, lambat laun akan membentuk suatu emulsi minyak dan air yang dapat menutupi pori-pori di permukaan tanah sehingga menghambat resapan air. Minyak pelumas bekas merupakan salah satu sumber polutan yang dapat mengkontaminasi air tanah, dan akan merusak kandungan air tanah, bahkan dapat membunuh mikro-organisme di dalam tanah serta dapat menghambat proses oksidasi biologi dari sistem lingkungan. Minyak pelumas bekas biasanya tersusun dari campuran minyak pelumas dasar, bahan yang tak terurai dan bahan tambahan terdiri dari logam, minyak pernis, getah karet dan komponen-komponen aspaltik konsentrasi tinggi yang

berasal dari lapisan di permukaan bantalan dan degradasi komponen pelumas baru (Rincon et al., 2005; Wills, 1990). Limbah oli atau limbah minyak pelumas residu oli murni berada di antara C16 sampai ke C20. Rantai dalam wilayah C5-7 semuanya ringan, mudah menguap, dan nafta jernih. Senyawa tersebut digunakan sebagai pelarut, atau cairan pencuci. Sedangkan rantai dalam wilayah dari C6H14 sampai C12H26 dapat digunakan untuk bensin dan bahan bakar mesin lainnya. Kebanyakan minyak pelumas mengandung banyak bahan kimia berbeda dengan sifat-sifat yang sangat berbeda. Sifat-sifat seperti flash point, pour point dan viskositas, semuanya tergantung pada bahan kimia yang terkandung. Karena sumber-sumber energi yang berhubungan dengan bahan bakar fosil terbatas, penelitian difokuskan pada pencarian sumber-sumber energi alternatif dan pemanfaatannya. Pemakaian kembali (recycling) minyak pelumas bekas adalah suatu alternatif untuk sumber-sumber energi. Tujuan pemrosesan minyak pelumas bekas adalah untuk meningkatkan mutu (upgrading) melalui prosesproses recycling dan re-fining untuk diubah menjadi produk-produk yang dapat digunakan kembali (reusable) Berbagai metode telah dilakukan untuk mengkonversi minyak pelumas bekas menjadi bahan bakar yaitu: acid-clay process, solvent extraction process, metode perengkahan (cracking), serta pirolisis. Pirolisis minyak pelumas bekas diklaim sebagai sebuah alternatif (Nerin et al, 2000). Minyak pelumas baru akan berubah komposisinya setelah digunakan dalam proses pelumasan, sehingga minyak pelumas bekas mengandung beberapa kontaminan. Kandungan sulfur, hidrokarbon dan juga logam-logam (metals) seperti kromium (chromium) atau timbal (lead), membuat minyak pelumas bekas sebagai limbah beracun (toxic waste). Pirolisis bertujuan untuk mendapatkan produk cair yang bernilai, bebas logam dan pengotor. Proses pirolisis ini sering melibatkan substansi untuk mempercepat reaksi kimia yang dikenal dengan katalis (catalytic pyrolysis). 1.2. Perumusan Masalah

Bagaimanakah pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dan sifat-sifat produk cair yang dihasilkan tersebut dengan menggunakan katalis zeolite.

1.3. Batasan Masalah Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut : 1. Minyak pelumas yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak pelumas mineral/non-sintetik bekas mesin bensin dengan standar SAE 20W50. 2. Reaktor pirolisis yang digunakan terbuat dari dari stainless steel berbentuk tabung dengan dimensi : tinggi 235 mm, diameter dalam 36 mm dan diameter luar 38 mm. 3. Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah zeolite dengan ukuran partikel 60 – 80 mesh. 4. Pirolisis dilakukan pada tekanan atmosfer dengan suhu bervariasi dari 400°C sampai 510°C dan laju pemanasan konstant 5 °C/menit. 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Mengetahui pengaruh temperatur pirolisis minyak pelumas bekas terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dengan menggunakan katalis zeolite. 2. Mengetahui sifat-sifat fisik (properties) produk cair yang dihasilkan dari pirolisis minyak pelumas bekas dengan menggunakan katalis zeolite. Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Sebagai salah satu solusi daur ulang limbah minyak pelumas bekas sehingga dapat dipakai kembali (recycling) sebagai bahan bakar. 2. Menghasilkan produk cair yang bernilai (valuable liquid product) sebagai hasil proses pirolisis minyak pelumas bekas yang setara atau mendekati

bahan bakar mesin spark ignition (SI) atau compression ignition (CI) sebagai sumber energi alternatif. 1.5. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : Bab I Pendahuluan Menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika penulisan. Bab II Dasar Teori Berisi

tinjauan

pustaka

yang

berkaitan

dengan

penelitian

yang

berhubungan dengan pemanfaatan kembali minyak pelumas bekas sebagai bahan bakar, dasar teori minyak pelumas, metode-metode konversi minyak pelumas bekas, pirolisis, katalis dan sifat-sifat bahan bakar cair. Bab III Metodologi Penelitian Menjelaskan

peralatan

yang

digunakan, tempat dan pelaksanaan

penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data. Bab IV Data dan Analisa Menjelaskan data yang didapat dari hasil pengujian, perhitungan data hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan. Bab V Penutup Berisi tentang kesimpulan dan saran.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka Moliner, R., et al (1997) meneliti pirolisis Lube Oil Waste (LOW) di bawah kondisi temperatur dan tekanan yang berbeda-beda. Pirolisis dilakukan pada temperatur antara 600 – 700oC dan tekanan dari 0,1 hingga 1,0 MPa. Sebelum pirolisis, sampel disaring hingga < 100 mm dan kandungan air dihilangkan dengan pemanasan pada 110oC. Reaktor pirolisis dipanaskan dengan menggunakan oven listrik yang dipisah menjadi 2 bagian. Di bagian atas temperatur diset pada 500oC untuk menguapkan droplet-droplet LOW yang memasuki reaktor. Di bagian bawah diset pada temperatur pirolisis. Reaktor berdiameter 2,5 cm dan panjang 50 cm dan dibersihkan setelah setiap pengujian. Dari pirolisis, diperoleh olefins ringan yang bernilai, seperti ethylene dan propylene dan aromatik ringan (BTX). Hasil distribusi pirolisis secara signifikan bervariasi sebagai fungsi dari temperatur dan tekanan. Kondisi optimum untuk produksi olefins ringan pada temperatur 650oC dan 0,1 MPa. Nerin, et al (2000) meneliti pirolisis 4 buah minyak pelumas bekas industri (minyak pelumas otomotif, hidrolik, mesin dan cutting). Pirolisis dilakukan pada tekanan atmosfer dan pada temperatur 600oC. Proses pirolisis menggunakan sebuah reaktor dimana sampel diinjeksikan secara kontinyu ke bagian bawah reaktor menggunakan sebuah pompa. Fraksi-fraksi cair dan gas hasil pirolisis dianalisis menggunakan kromatogram gas untuk mengetahui kandungan organik dan menggunakan Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry (GFAAS) untuk mengetahui konsentrasi logam-logam. Gas-gas yang diperoleh sebagian besar adalah metana dan olefins ringan, C2 – C4, dan cairan mengandung fraksi aromatik yang bernilai industri tinggi. Perilaku logam-logam sangat berbeda dari satu jenis minyak ke jenis minyak yang lain. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produk cair pirolisis minyak pelumas bekas otomotif dan mesin lebih baik.

Sedangkan minyak pelumas bekas hidrolik dan cutting menunjukkan konversi yang tinggi ke produk-produk gas. La´zaro, M.J., et al (2000) meneliti 5 penyerap (sorbent) padat dalam proses pirolisis minyak pelumas bekas industri dalam sebuah unit reaktor pirolisis untuk memperoleh penyerap (sorbent) yang murah dan efektif.

Digunakan

sorbent padat berupa limestone, commercial active char, Samca char, activated Samca char dan sepiolite. Pirolisis dilakukan pada tekanan atmosfer dan temperatur 560oC. Reaktor berdiameter 2,5 cm dan panjang 50 cm. Sampel berupa mineral waste oil (MWO) yang dicampur dengan minyak pelumas bekas industri kemudian disaring dengan saringan berukuran pori 70 mm lalu diinjeksikan dari bagian bawah reaktor menggunakan sebuah pompa bersamaan dengan injeksi nitrogen dari sebuah nosel (nozzle). Konsentrasi V, Ni, Pb, Cd, Cu dan Cr dalam minyak pelumas bekas dan penyerap sebelum dan sesudah pirolisis diukur. Timbal yang terdapat pada minyak pelumas bekas dapat diserap 100% oleh limestone. Demirbas, A., (2008) meneliti sifat destilasi berbagai macam jenis minyak diesel. Bahan bakar diesel tersusun dari hidrokarbon dengan rantai atom karbon berjumlah antara 12 sampai 25 dan juga terdapat sulfur, nitrogen, dan senyawa logam dalam jumlah yang sedikit. Jika dipirolisis secara katalitik, akan diperoleh naphta dan bisa juga diproses secara perengkahan (craking) dengan uap sehingga diperoleh olefin. Hasil produk pirolisis meningkat seiring meningkatnya temperatur. Hasil produk pirolisis meningkat secara tajam pada temperatur antara 455 K dan 649 K yaitu dari 11,2% volume sampai 95% volume untuk minyak diesel dari Atas. Demirbas, A., (2008) meneliti pirolisis minyak pelumas bekas yang dilakukan pada suatu peralatan skala laboratorium. Reaktor pirolisis berupa silinder berbahan stainless steel dengan tinggi 127,0 mm ; diameter dalam 17,0 mm ; dan diameter luar 25,0 mm, yang dimasukkan secara vertikal dalam tubular furnace berpemanas listrik. Kecepatan pemanasan rata-rata adalah 5 K/menit. Pada setiap percobaan, pemanasan dimulai pada 298 K dan ditahan jika temperatur yang diinginkan sudah tercapai. Sampel minyak pelumas bekas diberi

perlakuan dengan larutan sodium hidroksida (NaOH) 3% kemudian dilakukan pencucian dengan air sebelum dipirolisis. Katalis alumina dan zeolite (5% dari massa sampel) digunakan dalam percobaan pirolisis ini. Katalis sebelumnya diberi perlakuan dengan larutan sodium hidroksida 10%. Hasil pirolisis dikelompokkan dalam 3 grup yaitu produk cair yang dapat terkondensasi, produk gas yang tak dapat terkondensasi dan residu padat. Keluaran produk cair meningkat tajam saat temperatur 570 K dan 620 K pada percobaan menggunakan katalis alumina. Produk cair hasil pirolisis menggunakan alumina secara berturut-turut yaitu 6,6%; 14,7%; 22,2% dan 41,8% pada 475°K, 505°K, 569°K, dan 620°K. Angka oktan hasil pirolisis minyak pelumas bekas (96) lebih tinggi dari bensin (89). Flash point hasil pirolisis minyak pelumas bekas (245 °K) lebih rendah dari bensin (249°K). Arpa ,O., (2010) meneliti pirolisis minyak pelumas bekas mesin yang menghasilkan bahan bakar mirip bahan bakar diesel. Minyak pelumas bekas sebelum masuk reaktor disaring dengan filter 20 µm untuk membersihkan dari partikel logam, jelaga, gum dan pengotor lainnya. Aditif berupa Na2CO3, zeolit dan CaO digunakan dalam pirolisis sebanyak 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% (basis massa). Pirolisis dimulai pada temperatur 25 ºC sampai maksimal 600 ºC. Sifatsifat fisik produk cair hasil pirolisis, seperti, densitas, viskositas dan titik nyala, memenuhi nilai standar spesifikasi minyak diesel tetapi kandungan sulfur masih terlalu tinggi. Produk cair yang dihasilkan sebanyak 60% dari minyak pelumas bekas yang digunakan. Kurva distilasi juga menunjukkan kemiripan dengan kurva minyak diesel standar. Penambahan massa aditif Na2CO3 meningkatkan flash point dan densitas bahan bakar hasil pirolisis dibandingkan bahan bakar diesel di pasaran, sedangkan kandungan sulfur menurun dengan bertambahnya massa aditif.

2.2. Minyak Pelumas (Oli)

Minyak pelumas atau oli merupakan sejenis cairan kental yang mempunyai tugas utama melumasi bagian-bagian mesin yang saling kontak dan bergerak relatif satu terhadap yang lain, sehingga mencegah terjadinya keausan. Minyak pelumas merupakan salah satu produk minyak bumi yang paling banyak jenisnya. Kode pengenal biasanya berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of Automotive Engineers. Angka yang mengikuti di belakangnya, menunjukkan tingkat kekentalan minyak pelumas tersebut. Semakin besar angka yang mengikuti kode minyak pelumas menandakan semakin kentalnya minyak pelumas tersebut. Sedangkan huruf W yang terdapat di belakang angka awal, merupakan singkatan dari Winter. SAE 15W-50, berarti minyak pelumas tersebut memiliki tingkat kekentalan SAE 15 untuk kondisi temperatur dingin dan SAE 50 pada kondisi temperatur panas. Dengan kondisi seperti ini, minyak pelumas akan memberikan perlindungan optimal saat mesin start pada kondisi ekstrim sekalipun. Sementara itu dalam kondisi temperatur normal, idealnya minyak pelumas akan bekerja pada kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar SAE. Beberapa kriteria penting yang harus dipenuhi oleh minyak pelumas antara lain : a)

Viskositas harus cukup kental untuk menahan agar bagian peralatan yang bergerak relatif terpisah, tetapi juga harus mencegah kebocoran dari perapat (seal).

b)

Fluiditas harus cukup pada saat awal yaitu pada saat peralatan masih dingin.

c)

Dapat membentuk film yang cukup kuat untuk pelumasan komponen.

d)

Tahan terhadap oksidasi pada temperatur tinggi.

e)

Mengandung cukup deterjen dan dispersan untuk menyerap endapan atau lumpur yang terbentuk.

f)

Tidak membentuk emulsi dengan air yang masuk dari perapat (seal) yang bocor. Sifat-sifat penting minyak pelumas adalah sifat alir dan kemampuan

melumasi pada kondisi pemakaian yang berbeda-beda. Sifat alir minyak pelumas ditunjukkan oleh viskositas dan titik tuang (pour point), sedangkan kemampuan

melumasi pada kondisi temperatur, beban, kecepatan, dan adanya kontaminan ditunjukkan dengan ketahanan oksidasi, kemampuan membawa beban, karbon residu, kandungan belerang, abu, flash point dan sifat-sifat lain yang ditentukan dengan pengujian standar. Berdasarkan bahan bakunya, minyak pelumas dapat dibedakan menurut bahan dasar yang digunakan yaitu: a)

Minyak pelumas dari tumbuhan/binatang (lemak binatang), telah dikenal sejak zaman dahulu untuk melumasi roda pedati. Jenis pelumas ini kurang cocok untuk industri karena jumlahnya terbatas, mudah teroksidasi, tidak stabil, dan harganya relatif mahal.

b)

Minyak pelumas sintetis, adalah pelumas yang bahan dasarnya berasal dari proses sintesa hidrokarbon (misalnya Poly Alpha Olefin), golongan Esther atau golongan Alkylated Naphtalen. Minyak pelumas sintetis terdiri atas minyak pelumas sintetis murni (full synthetic) bila bahan dasarnya 100% sintetis, dan semi sintetik (semi syntetic) bila bahan dasarnya merupakan campuran antara cairan sintetis dengan base-oil mineral. Jenis minyak ini biasa dipakai sebagai pengganti minyak pelumas dari minyak bumi (petroleum) karena keterbatasan sifat minyak pelumas petroleum, antara lain karena akan teroksidasi pada temperatur antara 100°C - 125°C. Minyak pelumas sintesis digunakan pada peralatan khusus yang memerlukan pelumasan dengan daya sangga lebih kuat atau pelumasan pada temperatur tinggi. Minyak pelumas sintetik juga mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan minyak pelumas petroleum yaitu mempunyai kekentalan terhadap temperatur rendah, lebih mudah larut dan tahan api.

c)

Minyak pelumas dari mineral minyak bumi (petroleum), adalah pelumas yang bahan dasarnya berasal dari hasil penyulingan minyak bumi. Minyak pelumas hanya dihasilkan sebanyak 0,9% dari total produk penyulingan.

Minyak pelumas bekas dihasilkan dari minyak pelumas yang digunakan pada kendaraan dan mesin-mesin. Pada dasarnya minyak pelumas bekas tersusun

dari komponen organik hidrokarbon rantai panjang yang sangat memungkinkan untuk dihasilkan produk cair yang bernilai. Minyak pelumas bekas merupakan salah satu sumber polutan yang dapat mengkontaminasi air tanah, dan akan merusak kandungan air tanah, bahkan dapat membunuh mikro-organisme di dalam tanah serta minyak pelumas bekas dapat menghambat proses oksidasi biologi dari sistem lingkungan.

2.3. Metode Pengolahan Minyak Pelumas Bekas Minyak pelumas bekas adalah salah satu alternatif sebagai sumber-sumber energi. Tujuan dari pemrosesan minyak pelumas bekas adalah untuk meningkatkan mutu (upgrading) melalui proses-proses recycling dan re-fining sehingga menjadi produk-produk yang dapat digunakan kembali (reusable) seperti bensin (gasoline) dan heavy oil (Demirbas, 2005). Bensin yang diperoleh dari minyak pelumas bekas dapat digunakan dalam mesin Otto, tetapi hidrokarbonhidrokarbon perlu dibersihkan dan distabilkan (Demirbas, 2004). Berikut ini adalah metode-metode pengolahan minyak pelumas bekas : 2.3.1. Acid-clay process Minyak pelumas bekas disaring sehingga partikel-partikel metal dan geram-geram akan hilang dan minyak pelumas bekas yang sudah disaring direaksikan dengan asam sulfur (sulfuric acid) dan lempung/tanah liat (clay) pada temperatur proses 475 – 625 K dalam suatu reaktor untuk menghasilkan bahan bakar. Bahan bakar yang dihasilkan disimpan setelah disaring dan didinginkan. Dalam acid-clay process, minyak pelumas bekas direaksikan dengan asam sulfur, dimana akan bereaksi dengan oksigen, nitrogen dan senyawa-senyawa berbasis sulfur, aspal dan zat-zat resin, dan komponen-komponen logam yang dapat larut membentuk lumpur (sludge). Warna dan bau yang tersisa dalam perlakuan minyak pelumas bekas selanjutnya dibuang melalui perlakuan dengan activated clay. Masalah utama dalam proses acid-clay adalah bagaimana cara pembuangan yang aman sampah lumpur dalam jumlah banyak dan mengandung asam sulfur. 2.3.2. Solvent Extraction Process

Teknik ekstraksi menggunakan bahan pelarut (solvent) adalah salah satu proses yang paling murah (Elbashir et al, 2002). Dalam proses ini zat-zat pencemar (contaminants) dibuang dalam sebuah proses pencampuran dengan bahan pelarut dimana didapatkan hasil yang lebih baik daripada menggunakan asam sulfur (sulfuric acid). Gambar 2.1 di bawah menggambarkan sebuah diagram alir proses ekstraksi menggunakan suatu bahan pelarut.

Gambar 2.1. Diagram alir proses ektraksi dengan pelarut (solvent extraction process) Minyak pelumas bekas dicampur dengan pelarut alifatik seperti propane cair (butane, heptanes, atau hexane) dalam sebuah reaktor. Dalam unit ini, bahan pelarut bekerja secara selektif, memisahkan fraksi minyak dan meninggalkan sedikit kotoran yang terlarut.. Pelarut yang diambil kembali dari campuran pelarut-minyak pelumas dalam sebuah kolom distilasi beroperasi pada tekanan atmosfer sehingga terjadi pengembunan uap-uap pelarut dari puncak kolom tanpa menggunakan refrigeran. Sampah lumpur yang dihasilkan dari proses perlakuan dengan pelarut dapat dibuang sebagai sampah yang tak berbahaya dan dapat dijual sebagai aditif untuk aspal. Proses ekstraksi menggunakan bahan pelarut hidrokarbon digunakan untuk mengolah minyak pelumas bekas. Bahan pelarut yang digunakan adalah kondensat liquefied petroleum gas (LPG) dan kondensat yang telah distabilkan. Produk cair yang dihasilkan adalah 79%. Proses ini dapat digunakan untuk mengurangi kandungan aspal dari minyak pelumas yang diolah menjadi 0,0106 % (w/w), kandungan abu 0,108 %, residu karbon 0,315 %, dengan tingkat kontaminan logam-logam sangat rendah (Hamad, et al, 2005).

2.3.3. Cracking Process Salah satu metode dalam mengolah minyak pelumas bekas adalah dengan melalui perengkahan (cracking). Perengkahan adalah sebuah proses penyulingan minyak bumi dimana memecah atau merengkahkan fraksi-fraksi minyak bumi dengan titik didih lebih tinggi dan lebih berat ke dalam produk-produk yang lebih bernilai seperti bensin (gasoline), minyak tanah (kerosene), fuel oil, dan gas oils. Gambar 2.2 dibawah menunjukkan skema diagram proses perengkahan termal (thermal cracking process). Berbagai teknologi tersedia untuk merengkahkan minyak bekas untuk pemakaian sebagai bahan bakar gas atau bahan bakar.

Gambar 2.2 Skema diagram proses perengkahan termal (thermal cracking process) Jenis yang paling umum digunakan dalam proses craking adalah catalytic craking (Redwan, et al, 1992). Catalytic craking dimulai sekitar tahun 1936 menggunakan katalis dari bahan kimia tertentu yang diperlakukan dengan lempung alam (natural clay). Catalytic craking memecah hidrokarbon kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana. Proses ini menyusun kembali struktur molekul senyawa-senyawa hidrokarbon berat menjadi fraksi-fraksi yang lebih ringan seperti minyak tanah (kerosene), bensin (gasoline), dan LPG. Katalis yang digunakan dalam unit craking penyulingan biasanya adalah material padat (zeolite, aluminum hydrosilicate, treated bentonite clay, fuller earth, bauxite, dan silica-alumina). 2.3.4. Proses Pirolisis

Dalam pirolisis, bahan-bahan polimer/hidrokarbon dipanaskan pada temperatur tinggi, sehingga struktur makromolekulernya dipecah menjadi molekul-molekul yang lebih kecil dan terbentuk hidrokarbon-hidrokarbon rantai pendek. Hasil-hasil pirolisis ini dapat dibagi ke dalam fraksi gas, fraksi cairan (terdiri dari parafin, olefins, naptalen dan aromatik), dan residu padatan. 2.4. Pirolisis Pirolisis merupakan suatu proses dekomposisi termal tanpa adanya oksigen sama sekali. Proses dekomposisi termal pada pirolisis ini juga sering disebut dengan devolatilisasi.. Produk utama dari pirolisis yang dapat dihasilkan adalah arang (char), minyak, dan gas. Gas yang terbentuk dapat dibakar secara langsung (Sampath,S.S., Babu,B.B., 2005). Gas dari pirolisis dapat dibedakan menjadi gas yang tidak dapat dikondensasi (CO, CO2, CH4, dll) dan gas yang dapat dikondensasi (tar). Minyak akan dihasilkan pada proses kondensasi dari gas yang terbentuk. Pirolisis dapat dibedakan menjadi tiga tipe : flash pyrolysis, fast pyrolysis dan slow pyrolysis berdasarkan, laju pemanasan dan waktu tinggal. Produk yang dihasilkan sangat tergantung pada tipe dari pirolisis. Selain dari laju pemanasan, pirolisis juga dibagi berdasar tekanan kerjanya menjadi 2 macam, yaitu; pirolisis pada tekanan atmosfer dan pirolisis vakum. Pirolisis pada tekanan atmosfer memerlukan alat yang lebih sederhana dengan hasil produknya pun tidak jauh berbeda dengan pirolisis vakum. Untuk pirolisis vakum karena tekanan kerjanya di bawah tekanan atmosfer maka pada alatnya harus ada pompa vakum yang menghisapnya sehingga terbentuk ruangan yang vakum. Pirolisis vakum merupakan teknologi baru yang mempunyai kemampuan yang lebih baik. Dalam teknologi minyak bumi, pirolisis juga disebut steam cracking dimana hidrokarbon jenuh terpecah menjadi hidrokarbon yang lebih pendek bahkan hidrokarbon tak jenuh. Hal ini merupakan prinsip metode industri untuk memproduksi alkena yang lebih ringan (olefin) termasuk etena dan propena (propilen). Prosesnya adalah memanaskan hidrokarbon fase gas atau cair dengan sangat cepat pada suatu reaktor tanpa adanya oksigen sama sekali. Temperatur diset sangat tinggi sekitar 850ºC. Setelah temperatur cracking tercapai, gas hasil

pirolisis dengan cepat di-quenching untuk menghentikan reaksi pada suatu penukar kalor. Cracking adalah pemutusan molekul besar menjadi molekul yang lebih kecil. Terjadi banyak sekali reaksi dalam proses cracking. Banyak dari reaksi tersebut berdasarkan radikal-bebas. Reaksi-reaksi utama yang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut : a. Reaksi inisiasi, dimana molekul tunggal terpecah menjadi dua radikal bebas. Hanya sebagian kecil molekul baku yang mengalami reaksi inisiasi, tetapi reaksi inisiasi ini sangat menentukan untuk reaksi selanjutnya. Pada proses pirolisis, reaksi inisiasi melibatkan pemecahan ikatan kimia dua atom karbon, daripada pemecahan ikatan antara atom hidrogen dan karbon. CH3CH3 è 2 CH3•

(2.1)

b. Abstraksi (pemisahan) hidrogen, dimana radikal bebas menghilangkan sebuah atom hidrogen dari molekul yang lain kemudian mengubah molekul kedua menjadi radikal bebas CH3• + CH3CH3 è CH4 + CH3CH2•

(2.2)

c. Dekomposisi radikal, dimana radikal bebas terpisah menjadi dua molekul, satu merupakan alkena dan satu radikal bebas. Proses ini yang menghasilkan alkena pada proses pirolisis. CH3CH2• è CH2 =CH2 + H•

(2.3)

d. Penambahan radikal, merupakan reaksi kebalikan reaksi dekomposisi radikal, dimana radikal bebas bereaksi dengan sebuah alkena untuk membentuk radikal bebas tunggal dan lebih besar. Proses ini dilibatkan dalam proses pembentukan produk-produk aromatik jika bahan baku hidrokarbon yang digunakan lebih berat. CH3CH2• + CH2 =CH2 è CH3CH2CH2CH2•

(2.4)

e. Reaksi terminasi, yang terjadi ketika dua radikal bebas bereaksi satu sama lain untuk memproduksi produk yang bukan radikal bebas. Dua bentuk terminasi

adalah rekombinasi, dimana dua radikal bebas bergabung membentuk satu molekul yang lebih besar, dan disproporsionasi, dimana sebuah radikal bebas memberikan sebuah hidrogen kepada atom lain sehingga terbentuk alkena dan alkana. CH3• + CH3CH2• è CH3CH2CH3

(2.5)

CH3CH2• + CH3CH2• è CH2=CH2 + CH3CH3

(2.6)

Perengkahan termal (thermal cracking) pada proses pirolisis merupakan contoh reaksi yang energinya didominasi oleh entropi (∆Sº) daripada entalpi (∆Hº) pada persamaan Gibss Free Energy : ∆Gº = ∆Hº - T∆Sº

(2.7)

Meskipun energi untuk memisahkan ikatan karbon-karbon tunggal relatif tinggi (sekitar 375 kJ/mol) dan reaksi perengkahan adalah reaksi yang sangat endothermik, perubahan entropi positif yang besar, yang merupakan hasil dari fragmentasi molekul besar menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, dikalikan dengan temperatur tinggi T, menjadikan T∆Sº lebih besar dari ∆Hº yang berkontribusi untuk reaksi perengkahan.

2.5. Katalis Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada temperatur tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.

Katalis

memungkinkan

reaksi

berlangsung

lebih

cepat

atau

memungkinkan reaksi pada temperatur lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi. Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis

homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksipereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerat. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan antara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas. Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya: A + C → AC

(2.8)

B + AC → AB + C

(2.9)

Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi (2.8), namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi (2.9), sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi, A + B + C → AB + C

(2.10)

Katalis tidak termakan atau pun tercipta. Zeolite merupakan mineral yang terdiri dari kristal alumino silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah (terutama Na dan Ca) dalam kerangka tiga dimensi yang terbatas dengan rongga-rongga. Ion-ion logam tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolite dan dapat menyerap air secara dapat balik (reversible). (Las, 1996). Zeolite juga ditemukan sebagai batuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal, seperti temperatur, tekanan uap air setempat dan komposisi air tanah lokasi kejadiannya. Zeolite biasanya ditulis dengan rumus kimia oksida atau berdasarkan satuan sel kristal Mc/n{(AlO2)c(SiO2)d}b H2O Adapun sifat-sifat zeolite meliputi :

a) Dehidrasi. Sifat dehidrasi dari zeolite akan berpengaruh terhadap sifat adsorbsinya, zeolite dapat melepaskan molekul air dari rongga permukaan dan menyebabkan medan listrik meluas ke dalam rongga utama dan akan efektif terinteraksi dengan molekul yang akan diadsorbsi. Jumlah molekul air sesuai dengan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila kristal zeolite tersebut dipanaskan.

b) Adsorbsi. Dalam keadaan normal ruang hampa kristal zeolite terisi oleh molekul air bebas yang berada di sekitar kation. Bila kristal zeolite dipanaskan pada temperatur 300 - 400°C maka ion tersebut akan keluar sehingga zeolite dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. Beberapa jenis mineral zeolite mampu menyerap gas atau zat, zeolite juga mampu memisahkan molekul zat berdasarkan ukuran kepolarannya. c) Penukar ion. Ion-ion pada rongga atau kerangka elektrolit berguna untuk menjaga kenetralan zeolite, ion-ion dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion menjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolite-nya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolite antara lain tergantung dari : sifat kation, temperatur, dan jenis anion. Penukar kation dapat menyebabkan perubahan beberapa sifat zeolite seperti terhadap panas, sifat adsorbsi dan sifat panas. Untuk peningkatan zeolite sebagai penyerap (adsorbsi) perlu terlebih dahulu dilakukan proses aktivasi, yaitu untuk meningkatkan sifat-sifat khusus zeolite dengan cara menghilangkan unsur-unsur pengotor dan menguapkan air yang terperangkap dalam pori kristal zeolite. Ada dua cara yang umum digunakan dalam proses aktivasi zeolite, yaitu dengan cara fisis pemanasan pada temperatur 200 - 400°C selama 2 – 3 jam dan cara kimia dengan menggunakan pereaksi NaOH atau H2SO4. 2.6.

Sifat-Sifat Bahan Bakar Cair

Bahan bakar minyak bumi didapatkan dari minyak mentah (crude oil). Analisis ultimate minyak mentah menunjukkan komposisi kurang lebih terdiri dari 84% karbon sebagai unsur utama, 3% sulfur, 0,5% nitrogen, 0,5% oksigen, sedikit metal dan mineral. Proses penyulingan (destilasi) untuk mendapatkan produk seperti bensin (gasolin) solar, minyak tanah, minyak bakar (fuel oil). Secara kimiawi, minyak mentah terdiri dari unsur utama alkana (parafin) dengan formula CnH2n+2 , cycloalkana (nafta) dengan formula CnH2n , dan aromatik. Minyak mentah juga mengandung alkena (olefin) dengan formula CnH2n dimana 2 atom yang bersebelahan membentuk ikatan ganda. Sifat – sifat bahan bakar cair yang penting adalah nilai kalor, specific gravity, viskositas, flash point, temperatur autoignition, kurva distilasi, kandungan sulfur. Kandungan vanadium dan timbal, angka oktan (untuk bensin), angka cetan (untuk solar), dan smoke point (untuk bahan bakar turbin gas). Sifat-sifat fisik produk cair hasil pirolisis selanjutnya akan dibandingkan dengan properties standar untuk bahan bakar mesin bensin (spark ignition) dan mesin diesel (compression ignition) produk Pertamina. Spesifikasi standar bahan bakar diesel ASTM D 975 dan Spesifikasi standar bahan bakar mesin SI otomotif ASTM D 4818 juga digunakan sebagai data pembanding.

2.6.1. Nilai kalor pembakaran (Heating Value) Nilai kalor rendah (LHV, Lower Heating Value) adalah jumlah energi yang dilepaskan dalam proses pembakaran suatu bahan bakar dimana kalor laten dari uap air tidak diperhitungkan atau setelah terbakar temperatur gas pembakaran dibuat 150ºC. Pada temperatur ini air berada dalam kondisi fasa uap. Jika jumlah kalor laten uap air diperhitungkan atau setelah terbakar temperatur gas hasil pembakaran dibuat 25ºC maka akan diperoleh nilai kalor atas (HHV, High Heating Value). Pada temperatur ini air akan berada dalam kondisi fasa cair. Salah satu cara untuk mengukur nilai kalor suatu bahan bakar adalah dengan menggunakan bomb kalorimeter. Caranya adalah dengan membakar bahan bakar yang akan diuji menggunakan arus listrik, kemudian mencatat kenaikan

suhu yang terjadi pada kalorimeter kemudian membandingkannya dengan standar asam benzoat untuk mendapatkan nilai kalor bahan bakar tersebut. 2.6.2. Specific Gravity Specific gravity adalah densitas bahan bakar cair dibagi dengan densitas air pada temperatur standar. Specific gravity merupakan petunjuk awal apakah produk cair hasil pirolisis lebih mendekati bensin, solar atau minyak bakar. Spesific gravity disebut juga sebagai densitas relatif. Pada beberapa literatur, digunakan American Petroleum Institute (API ) specific gravity. Hubungan antara API specific gravity (G) dengan specific gravity konvensional (sg) adalah: G=

141,5 - 131,5 sg

(2.11)

Densitas atau massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata suatu benda adalah total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis yang lebih tinggi akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah. Satuan SI massa jenis adalah kg/m3. Rumus untuk menentukan massa jenis adalah:

r=

m v

(2.12)

dimana : ρ = massa jenis (kg/m3) m = massa (kg) v = volume (m3)

Alat untuk mengukur SG adalah hidrometer. Untuk bahan bakar, standar ASTM yang digunakan adalah ASTM D1298. SG diukur pada 60/60ºF.

Gambar 2.3 Hidrometer dan cara pembacaan skala untuk cairan tak tembus cahaya

2.6.3. Viskositas Kinematik Viskositas fluida adalah ukuran resistensi fluida untuk mengalir. Untuk bahan bakar cair, viskositas mengindikasikan mudah tidaknya untuk dipompa atau diatomisasi. Viskositas berkurang dengan naiknya temperatur. Viskositas diukur dengan menggunakan viskometer.

ASTM D 445 menyebutkantentang metode pengujian standar viskositas kinematik untuk cairan transparan dan keruh serta ASTM D 446 tentang spesifikasi standar dan prosedur operasional gelas kapiler pengukur viskositas kinematik. Terdapat 3 jenis viskometer standar untuk mengukur viskositas kinematik yaitu : viskometer ostwald termodifikasi untuk cairan transparan, viskometer level tersuspensi untuk cairan transparan dan viskometer aliran balik untuk cairan transparan dan keruh. Vskometer aliran balik lebih fleksibel karena dapat digunakan untuk mengukur viskositas cairan yang tembus cahaya maupun yang tidak tembus cahaya. Viskometer jenis ini dapat digunakan untuk mengukur viskositas sampai dengan 300.000 mm²/s. Berikut salah satu contoh viskometer aliran balik/reverse flow viscometer: Keterangan C,J D E, F & I G,H K L M N P R

timing bulbs upper reservoir timing marks filling marks overflow tube mounting tube lower vent tube upper vent tube connecting tube working capillary

Gambar 2.4. Viskometer Aliran Balik Tipe Cross-Arm merk Zeitfuchs Viskositas kinematik, mm²/s, dapat dihitung dari dimensi viskometer dengan rumus:

n = (10 6 p gD 2 Ht / 128VL) - E / t 2

(2.13)

dimana : ν

: viskositas kinematik

(mm²/s)

g

: percepatan gravitasi

(m/s²)

D : diameter pipa kapiler

(m)

L : panjang pipa kapiler

(m)

H : jarak rata-rata antara meniskus atas dan bawah

(m)

V : volume timing bulb

(m³)

E : energi kinetik

(m².s)

t

(s)

: waktu alir

Jika viskometer yang dipilih menyebabkan waktu alir fluida, t , yang besar, maka energi kinetik menjadi tidak signifikan sehingga dapat diabaikan. Konstanta non-variabel juga dapat disederhanakan menjadi C sehingga persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi : n = C.t

(2.14)

Viskositas dinamik dapat dihitung dari viskositas kinematik dengan rumus: h = n x r x 10-3

(2.15)

dimana : η : viskositas dinamik ρ

(mPa.s)

: densitas pada temperatur yang sama pada saat pengukuran viskositas kinematik

(kg/m³)

ν

: viskositas kinematik

(mm²/s)

2.6.4. Pour Point Titik tuang (pour point) digunakan sebagai indikator paling mudah untuk mengetahui viskositas. Pour point adalah indikasi temperatur terendah dimana bahan bakar cair dapat disimpan dan masih dapat mengalir dengan gaya yang sangat kecil pada apparatus terstandar. Untuk produk bahan bakar cair, penentuan pour point menggunakan standar ASTM D 97. Sampel pertama-tama diberi pemanasan awal kemudian didinginkan pada laju tertentu sambil diamati setiap penurunan 3ºC. Temperatur terendah dimana masih ada pergerakan sampel merupakan titik tuang yang dicari.

Gambar 2.5. Apparatus untuk pengujian Pour Point 2.6.5. Flash point Temperatur terendah dimana bahan bakar akan dengan cepat terbakar apabila berada di dekat nyala api di atas permukaanya. Kemampuan menyala campuran di atas bahan bakar pada beberapa tangki bahan bakar menjadi contoh

dari perlu diketahuinya flash point suatu bahan bakar. Misal : bensin (flash point 43oC) biasanya sangat mudah menguap (volatile) sehingga campuran diatasnya sangat kaya sehingga mudah terbakar, solar (flash point 52oC) sangat sukar menguap sehingga campurannya sangat miskin untuk terbakar. Standar ASTM yang digunakan untuk menentukan flash point adalah ASTM D 93. Alat yang digunakan adalah Pensky-Martens Closed Cup Apparatus/PMCC. Aparatus ini terdiri dari cup, penutup dan shutter, alat pengaduk, sumber pemanas, sumber nyala, air bath dan plat atas seperti yang terlihat di gambar 2.6.

Gambar 2.6. Apparatus Pensky-Martens Closed Cup untuk menentukan flash point 2.6.6. Angka Oktan (Octan Number) Menunjukkan kecenderungan terjadinya ketukan (knock) pada pembakaran motor bensin ketika rasio kompresinya dinaikkan. Angka oktan merupakan ukuran kecenderungan bensin untuk mengalami pembakaran tidak normal yang timbul sebagai ketukan mesin. Semakin tinggi angka oktan suatu bahan bakar, semakin berkurang kecenderungannya untuk mengalami ketukan dan semakin tinggi kemampuannya untuk digunakan pada rasio kompresi tinggi tanpa mengalami ketukan. Angka oktan diukur dengan menggunakan mesin standar, yaitu mesin CFR (Cooperative Fuel Research) yang dioperasikan pada kondisi tertentu, dimana bahan bakar dibandingkan dengan bahan bakar rujukan yang terbuat dari n – heptana (angka oktan 0) dan isooktana (angka oktan 100). Ada dua macam angka oktan, yaitu angka oktan riset (RON) yang memberikan gambaran mengenai unjuk kerja dalam kondisi pengendaraan biasa dan angka oktan motor (MON) yang memberikan gambaran mengenai unjuk kerja dalam kondisi pengendaraan yang lebih berat. Metode riset dijalankan pada kondisi temperatur udara inlet 125 oF pada putaran 600 rpm dengan kemajuan percik api 13

o

sebelum Titik Mati Atas

(TMA). Metode riset memberikan rating oktan yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan metode oktan motor yang dijalankan pada kondisi udara inlet 300o F pada putaran 900 rpm dengan kemajuan percik api antara 19-26 o . Perbedaan numerik pada dua angka rating ini disebut sensitivity dan bernilai nol pada bahan bakar rujukan. Sensitivity bervariasi tergantung dari komposisi kimia bahan bakar. Kecenderungan bahan bakar untuk mengalami ketukan bergantung pada struktur kimia hidrokarbon yang menjadi penyusun bensin. Pada umumnya, hidrokarbon aromatik, olefin dan isoparafin mempunyai sifat anti ketuk yang relatif baik, sedangkan n–paraffin mempunyai angka oktan yang kurang baik, kecuali yang berat molekulnya rendah.

Bensin yang digunakan sebagai bahan bakar harus memiliki nilai oktan yang sesuai. Untuk mendapatkan bensin dengan angka oktan yang cukup tinggi, dapat dilakukan dengan cara – cara sebagai berikut: i. Memilih minyak bumi yang mempunyai kandungan aromatik tinggi, dalam trayek titik didih bensin. ii. Meningkatkan kandungan aromatik melalui pengolahan reformasi, atau alkana bercabang, atau olefin bertitik didih rendah. iii. Menambah aditif peningkat angka oktan seperti timbal alkil, biasanya timbal tetra etil (TEL) dan timbal tetra metil (TML). iv. Menggunakan komponen berangka oktan tinggi sebagai ramuan, misalnya alkohol atau eter. 2.6.7. Angka Cetan (Cetane Number) Menunjukkan besarnya ignition delay (waktu antara mulai injeksi dan mulai proses pembakaran) pada motor diesel. Peringkat angka cetan (CN) suatu bahan bakar berdasarkan ignition delay ketika dilakukan tes standar. Karena cetane (n-hexadecane) adalah salah satu hidrokarbon yang paling mudah menyala pada bahan bakar, maka dijadikan memiliki angka cetan 100. Isocetane (heptametilnonane) menyala dengan lambat dan dijadikan standar angka oktan 15. Bahan bakar dibandingkan dengan campuran bahan bakar rujukan pada sebuah mesin diesel pre-chamber terstandar dan dinilai dengan campuran yang paling mendekati ignition delay bahan bakar uji. Angka cetan campuran rujukan didefinisikan sebagai CN = (% n-cetane) + 0,15 (% heptamethylnonane)

(2.16)

Pada pengujian angka cetan, injeksi diatur tetap pada 13 o sebelum Titik Mati Atas (TMA) dan rasio kompresi diubah sampai pembakaran bahan bakar uji dimulai pada Titik Mati Atas. Campuran standar ditemukan, yang memberikan ignition delay yang sama pada keadaan waktu injeksi dan rasio kompresi yang telah ditentukan tersebut. Tes dilakukan pada putaran 900 rpm dengan temperatur air 212

o

F dan udara inlet 159

o

F. Karena mesin tes berdesain pre-chamber,

angka cetan berada paling baik hanya sebuah skala relatif ketika diaplikasikan pada mesin open chamber. Jika mesin tes tidak tersedia atau keadaan dimana jumlah sampel tidak mencukupi untuk menyalakan mesin tes, angka Cetan dapat ditentukan dengan rumusan. Angka cetan ini disebut Angka Cetan Hitung / Calculated Cetane Index (CCI). Rumusan Angka Cetan Hitung merupakan cara untuk mendekati angka Cetan bahan bakar menurut standar ASTM D 976 dengan variabel API gravity dan 50% titik didih kurva distilasi. Rumusan Angka Cetan Hitung dapat diaplikasikan untuk bahan bakar straight-run, minyak mentah hasil perengkahan katalitik dan campuran dua bahan bakar. Rumusan yang digunakan adalah: 2 Calculated Cetane Index = - 420,34 + 0,016 G + 0,192 G log M (2.17) + 65,01 (log M ) 2 - 0,0001809 M 2

atau Calculated Cetane Index = 454,74 + 1641,416 D + 774,74 D 2

(2.18)

- 0,554 B + 97,803(log B) 2

dimana G = API gravity, ditentukan dengan ASTM D 287 atau ASTM D 1298 M = temperatur 50% titik didih, ditentukan dengan ASTM D 86 dan dikoreksi menjadi tekanan barometrik standar D = densitas pada 15ºC ditentukan dengan ASTM D 1298

(ºF) (g/mL)

B = temperatur 50% titik didih, ditentukan dengan ASTM D 86 dan dikoreksi menjadi tekanan barometrik standar

(ºC)

Dari rumusan diatas, dapat ditampilkan dalam bentuk nomograf seperti terlihat pada gambar 2.7. 2.6.8. Volatility Volatility adalah kemampuan bahan bakar untuk menguap. Ada tiga sifat volatilitas yang biasa digunakan dalam spesifikasi antara lain: kurva distilasi, tekanan uap, dan perbandingan V/L. Dua parameter pertama digunakan dalam

spesifikasi bensin di Indonesia, sedangkan parameter ketiga belum digunakan di Indonesia. Kurva distilasi berkaitan dengan masalah operasi dan unjuk kerja kendaraan bermotor. Bagian ujung depan kurva distilasi berkaitan dengan kemudahan mesin dinyalakan pada waktu dingin, penyalaan pada waktu panas dan kecenderungan mengalami pembentukan es pada karburator. Bagian ujung belakang kurva berkaitan dengan masalah pembentukan getah bensin, pembentukan endapan di ruang bakar dan busi serta pengenceran terhadap minyak pelumas. Sedangkan bagian tengah berkaitan dengan daya dan percepatan, kemulusan operasi serta konsumsi bahan bakar. Beberapa sifat bagian depan kurva distilasi yang disebutkan di atas berkaitan dengan ukuran kedua volatilitas yaitu tekanan uap.

Gambar 2.7. Nomograf untuk menentukan Angka Cetan Hitung berdasarkan API gravity dan 50% titik didih kurva distilasi Pada spesifikasi bensin digunakan pengukuran tekanan uap yang agak khusus yaitu tekanan uap Reid (RVP), dimana tekanan uap diukur dalam tabung tekanan udara pada temperatur 100oF. Kurva distilasi biasanya disajikan dalam grafik hubungan antara temperatur didih dengan fraksi volume yang terdistilasi. Dalam aplikasinya untuk bahan bakar bensin, kurva distilasi adalah salah satu indikator yang paling menentukan sifat penyalaan, kedinamisan akselerasi kendaraan bermotor, dan rentan atau tidaknya bensin menghadapi fenomena

vapour lock dan pembekuan karburator (carburetor icing), fuel injector schedule, serta autoignition. Dalam kaitannya dengan lingkungan hidup, kurva distilasi dijadikan rujukan untuk pencampuran virgin stock dengan minyak daur ulang (reclaimed oil) serta formulasi agar dapat diaplikasikan dalam penggunaan yang bervariasi. Terlebih lagi, kurva distilasi

berhubungan dengan sifat mutagenitas dan

komposisi polutan. Kurva distilasi juga salah satu faktor terbesar dalam menentukan keekonomisan dari operasi suatu mesin. Tekanan uap, seperti halnya kurva distilasi, menentukan karakter sifat volatilitas dan penyalaan awal.

Gambar 2.8. Contoh kurva distilasi

Kurva distilasi dihasilkan dari distilasi hidrokarbon menurut metode baku ASTM D 86. Uji distilasi dilakukan pada tekanan atmosfer. Komponen utama unit uji distilasi adalah labu distilasi, kondenser

dan penampung air pendingin,

pelindung labu distilasi, pemanas, dudukan labu distilasi, termometer dan labu penampung destilat. Hasil uji kurva distilasi juga dapat ditampilkan dalam bentuk tabel yang memuat persentase evaporasi atau recovered versus temperatur.

Gambar 2.9. Unit uji distilasi manual

2.6.9. Warna Penentuan warna suatu bahan bakar sangat penting untuk pengontrolan proses produksi dan warna merupakan karakteristik kualitas yang penting karena warna merupakan hal pertama yang diamati oleh pengguna. Warna juga merupakan indikator sempurna atau tidaknya proses pemurnian bahan bakar. Jika rentang warna suatu bahan bakar sudah diketahui, maka warna selain pada rentang tersebut merupakan indikasi adanya pengotor atau pencemar. Standar ASTM yang digunakan untuk menentukan warna bahan bakar petroleum adalah ASTM D1500. Pengujian ini dilakukan secara visual. Pertamatama sampel diletakkan pada suatu gelas bening terstandar, dengan penerangan lampu terstandar kemudian dibandingkan dengan piringan-piringan gelas berwarna terstandar yang mempunyai rentang nilai dai 0,5-8,0. nilai warna ini selanjutnya disebut warna ASTM. 2.6.10. Pengujian GC-MS Untuk mengetahui hidrokarbon penyusun dan unsur penyusun lain yang terkandung di dalam bensin oli bekas, maka diadakan pengujian dengan menggunakan metode Gas Cromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). GC-

MS adalah sebuah metode yang mengkombinasikan kegunaan dari 2 buah alat yaitu alat gas cromatography dan mass spectrometry untuk mengidentifikasikan zat yang terkandung dalam suatu sampel. Cara menganalisis sampel yang dimasukan ke dalam GC-MS yaitu dengan mencocokkan retention time dari gas yang melewati alat gas cromatography dengan daftar library yang ada dalam komputer (setiap zat memiliki retention time yang berbeda). Kemudian mass spectrometry akan mengionisasikan gas tersebut untuk menghasilkan spektrum massa dari zat tersebut. Kemudian analisis dari kedua alat ini akan digabungkan dalam library di komputer untuk mengetahui kandungan zat yang sebenarnya.

Gambar 2.10. Hasil Kromatogram pengujian GC-MS

Gambar di atas menunjukan contoh hasil keluaran dari GC-MS yaitu berupa dua buah puncak yang mengindikasikan adanya dua buah zat yang berbeda. Pada sumbu-x merupakan retention time hasil pengamatan dengan gas cromatography sedangkan pada sumbu-Y mengindikasikan signal

yang

dikeluarkan dari mass spectrometry, kedua hasil tersebut akan dicocokkan dengan library data di komputer yang akan menunjukan pada suatu zat tertentu. Pada setiap puncak dari zat tersebut juga akan dapat diketahui konsentrasi relatif berdasarkan persen area dari zat tersebut dengan cara membandingkannya dengan

puncak yang lain. Khusus untuk kandungan sulfur, digunakan metode pengujian ASTM D 4294.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan pada bulan September 2009 sampai bulan April 2010. Penelitian ini bertempat di Laboratorium Perpindahan Panas dan Termodinamika Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS, sedangkan analisa sifat-sifat produk cair hasil pirolisis minyak pelumas dilakukan di Laboratorium Teknologi Minyak Bumi, Gas dan Batubara Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia UGM. Analisa GC-MS dilakukan di Laboratorium Terpadu UIN Jogjakarta. Analisa kandungan sulfur dilakukan di Laboratorium Kimia Pusdiklat Minyak Bumi, Cepu.

3.2. Bahan Penelitian Pada penelitian ini bahan – bahan yang digunakan adalah : a) Minyak pelumas bekas mesin bensin SAE 15W-50 b) Katalis zeolit c) NaOH d) Larutan akuades 3.3. Alat Penelitian Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: a) Tungku Tungku yang dipakai adalah jenis tungku tubular (tubular furnace) berpemanas listrik dengan refraktori dari bahan batu tahan api. b) Reaktor Terbuat dari pipa stainless steel dengan diameter luar 38 mm, diameter dalam 36 mm dan tinggi 235 mm. c) Termokopel

Termokopel digunakan untuk mengukur temperatur pirolisis dalam reaktor, ujung termokopel ditempatkan di dalam reaktor sehingga temperatur yang terbaca adalah temperatur minyak pelumas bekas. Termokopel yang dipakai adalah termokopel tipe K

Gambar 3.1. Tungku berpemanas listrik

Gambar 3.2. Reaktor

d) Thermokontroler Alat ini berfungsi untuk mengontrol temperatur pirolisis tetap konstan di dalam reaktor sesuai yang diinginkan. Komponen utamanya adalah thermostat yang menerima input dari thermocouple reader, pembaca temperatur pirolisis dalam reaktor.

Gambar 3.3. Termokopel tipe K

e) Display termokopel

Gambar 3.4. Display dan termokontroler unit

Alat ini digunakan untuk menunjukkan temperatur yang diukur oleh termokopel. Alat ini dirangkai menjadi satu dalam alat termokontroler. f) Slide AC-Regulator Alat ini digunakan untuk mengatur tegangan listrik yang dialirkan ke kawat nikelin sehingga diperoleh temperatur yang diinginkan.

g) Kondensor Berfungsi untuk mengembunkan gas hasil pirolisis minyak pelumas bekas yang dihasilkan sehingga produk gas yang dapat diembunkan (condensable gas) dapat mengembun berubah menjadi produk cair.

Gambar 3.5. Slide AC-regulator

Gambar 3.6. Kondenser

h) Pompa aspirator Berfungsi untuk menyedot produk/uap hasil pirolisis, sehingga aliran gas-gas hasil pirolisis keluar reaktor menuju ke kondensor lancar. i) Neraca digital Alat ini berfungsi untuk menimbang hasil pirolisis minyak pelumas bekas yang berupa produk cair yang tertampung pada penampung.

Gambar 3.7. Neraca digital

Gambar 3.8. Aspirator

j) Tabung berpenutup rapat Berfungsi untuk menampung hasil pirolisis produk cair yang dihasilkan. Tabung ini berpenutup rapat sedemikian hingga udara ataupun produk gas yang berada di dalamnya bisa tersedot oleh aspirator. k) Pompa air akuarium Alat ini berfungsi mensuplai air dingin untuk kondensor.

Gambar 3.9. Tabung berpenutup rapat

Gambar 3.10. Pompa air akuarium

Gambar 3.11. Skema rangkaian alat penelitian.

Keterangan: 1. Reaktor

6. Pipa saluran penghubung

2. Tubular furnace berpemanas listrik

7. Unit kondensor

3. Termokopel

8. Tabung rapat penampung produk cair

4. Slide AC-regulator

9. Aspirator (pompa vakum)

5. Thermocouple reader dan Thermocontroler unit

10. Reservoir air dingin

3.4. Pelaksanaan Penelitian 3.4.1. Persiapan Penelitian Sebelum dipirolisis, minyak pelumas bekas diberi perlakuan sebagai berikut: a) Minyak pelumas bekas disaring untuk menghilangkan kotoran padat. b) Minyak pelumas bekas dicampur dengan larutan NaOH 3% dengan perbandingan 3 : 1 kemudian larutan NaOH dipisahkan dari minyak pelumas bekas dengan perbedaan massa jenis. c) Minyak pelumas bekas dicuci dengan teknik bubble washing dengan cara: √ Memasukkan ke dalam larutan akuades dengan perbandingan 3 : 1. √ Pompa udara dan batu akuarium digunakan untuk menghasilkan gelembung-gelembung udara dalam wadah tempat campuran minyak pelumas bekas dan akuades. Proses pencucian ini dilakukan selama 24 jam. Setelah 24 jam, pompa dimatikan dan ditunggu 1 jam agar akuades dan minyak pelumas bekas dapat dipisahkan. √ Mengulangi langkah pencucian dengan aquades sebanyak 2 kali atau sampai didapatkan pH minyak pelumas bekas netral (pH = 7) Sebelum digunakan dan untuk menambah daya absorpsi, zeolit harus diaktivasi terlebih dahulu. Aktivasi yang digunakan adalah secara kimiawi dengan prosedur sebagai berikut : a) Zeolit yang berbentuk bongkahan batu kecil – kecil ditumbuk menjadi serbuk, lalu diayak sehingga ukuran partikel berkisar 60- 80 mesh.

b) Zeolit kemudian direndam dalam larutan akuades selama 24 jam. c) Setelah direndam, zeolit disaring dengan kertas saring lalu dikeringkan. d) Setelah zeolit kering lalu dimasukkan ke dalam larutan NaOH konsentrasi 10 % (w/w) selama beberapa menit lalu zeolit disaring. e) Setelah zeolit disaring dan dikeringkan, zeolit dioven pada temperatur 120ºC selama 3 jam. f) Setelah 3 jam, kemudian didinginkan dan zeolit siap digunakan. 3.4.2. Proses Pirolisis 1) Memasukkan minyak pelumas bekas yang telah mengalami perlakuan ke dalam reaktor. Volume minyak pelumas bekas kurang lebih 1/4 volume reaktor dan ditimbang terlebih dahulu sebagai data awal untuk mengetahui perbandingannya dengan hasil/produk yang didapat setelah pirolisis dan untuk menentukan jumlah katalis zeolit yang akan digunakan. 2) Memasukkan katalis zeolit sebanyak 5% (w/w) dari massa minyak pelumas bekas yang digunakan. 3) Memasukkan reaktor dalam tungku kemudian merangkai unit kondensor sedemikian rupa hingga tidak ada celah/kebocoran antara saluran gas hasil pirolisis minyak pelumas bekas dan saluran air pendingin ataupun udara luar. Pada reaktor, sebelumnya telah dipasang termokopel tipe K yang terhubung dengan thermocouple reader dan termokontroler sedemikian rupa sehingga termokopel secara kontinyu dapat mendeteksi perubahan temperatur minyak pelumas bekas. 4) Menyeting temperatur pirolisis pada 400oC (variasi temperatur ke-1) kemudian menyalakan tungku listrik sehingga temperatur pirolisis dimulai pada temperatur kamar dan akan dijaga tetap pada temperatur 400oC. Pengaturan laju pemanasan dilakukan dengan mengatur tegangan listrik yang diberikan pada pemanas listrik menggunakan slide regulator. 5) Setelah beberapa saat, gas-gas hasil pirolisis setelah melalui kondensor akan keluar menjadi produk cair. Produk cair pirolisis ini ditampung dalam bejana

yang tertutup rapat dan terhubung dengan pompa aspirator sedemikian rupa sehingga produk yang dapat terkondensasi akan menjadi kondensat dan produk yang tak dapat terkondensasi akan tersedot oleh pompa aspirator dan dibuang ke lingkungan. Sedangkan produk padatan akan tertinggal di dalam reaktor. 6) Setelah minyak pelumas bekas dalam reaktor habis, ditandai dengan tidak adanya kondensat yang menetes lagi, maka selanjutnya adalah mematikan pemanas listrik, pompa sirkulasi air kondensor, dan pompa vakum, kemudian menimbang kondensat yang tertampung menggunakan neraca digital. 7) Melakukan perlakuan pada kondensat dengan memanaskannya pada sebuah bejana sampai temperatur mencapai sedikit di atas temperatur didih air (± 106 °C) sehingga kandungan air dapat dihilangkan. 8) Melakukan analisa sifat-sifat (properties) produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas yang diperoleh. 9) Mengulangi langkah-langkah (1) sampai (8) untuk variasi temperatur pirolisis 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC dan 510oC. 10) Melakukan analisa sifat distilasi sampel produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas. 3.5. Metode Analisis Data Setelah proses pirolisis dilakukan, akan didapat data hubungan antara produk cair yang dihasilkan (% massa) dengan temperatur pirolisis. Dari hubungan ini, dapat diperkirakan kesesuaian antara energi yang dibutuhkan untuk memanasi reaktor dan hasil produk cair yang diperoleh. Produk cair hasil pirolisis akan dianalisis sifat-sifatnya, seperti : densitas, specific gravity, kandungan sulfur, HHV, flash point, viskositas kinematik pada 40 oC, angka cetane, warna, initial boiling point dan end point, dimana hasilnya dibandingkan dengan sifat-sifat bahan bakar yang mendekati. Produk cair yang diperoleh dari hasil pirolisis minyak pelumas bekas juga akan diuji sifat volatilitasnya dengan uji distila

3.6. Diagram alir penelitian mulai

persiapan bahan dan alat perlakuan awal bahan Minyak pelumas bekas + zeolit

Pirolisis dengan variasi temperatur pirolisis 400 ºC, 410 ºC, 430 ºC, 450 ºC, 470 ºC, 490 ºC dan 510oC

Produk gas tak dapat dikondensasi

produk padatan sisa

Produk gas dapat dikondensasi kondensasi Kondensat ya

dibuang

* tidak *) Apakah produk cair masih terus dihasilkan?

perlakuan untuk menghilangkan kandungan air Produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas penimbangan dan analisa sifatsifat (properties)

selesai

susun laporan

analisa sifat destilasi

BAB IV DATA DAN ANALISA

Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dan sifat-sifat fisik produk cair yang dihasilkan tersebut dengan menggunakan katalis zeolite. Pengujian pengaruh temperatur pirolisis dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 o

C, 490oC dan 510 oC.

4.1. Hasil Pirolisis Hasil pirolisis minyak pelumas bekas berupa produk cair, residu padat (char), dan uap yang tak dapat terkondensasi (non-condensable gas). Uap atau gas yang tidak dapat terkondensasi tidak dianalisa karena persentasenya massa lebih kecil dibandingkan produk cair yang dihasilkan dari minyak pelumas bekas yang dipirolisis. Residu padat yang dihasilkan menempel di bagian bawah reaktor bercampur dengan katalis dan berwarna hitam. Setelah reaksi pirolisis, katalis yang semula berwana hijau muda berubah menjadi hitam. Karena sudah bercampur residu padat, katalis yang sudah digunakan, tidak digunakan kembali.

(b)

(a)

(c)

Gambar 4.1 (a) Produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas, (b) katalis terpakai dan (c) residu padat

4.2. Pengaruh Temperatur Pirolisis Terhadap Persentase Produk Cair Penelitian pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair dari pirolisis minyak pelumas bekas dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC dan 510oC. Laju pemanasan (heating rate) dari setiap variasi temperatur pirolisis dijaga konstan sebesar 5oC/menit dan proses pirolisis dilakukan pada tekanan atmosfer. Proses pirolisis menggunakan katalis zeolit 5% (w/w) yang diperlakukan dengan larutan NaOH 10% (w/w). Ukuran partikel zeolit sebagai katalis sebesar 60-80 mesh. 100 90 Persentase Produk Cair (%)

89.98 80 70

93.01

97.03

93.31

83.85 75.88

79.54

60 50 40 30 20 10 0 400

410

430

450

470

490

510

Temperatur C

Gambar 4.2 Pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dengan katalis zeolit 5%, ukuran partikel zeolit 60-80 mesh

Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap variasi temperatur. Gambar 4.2 menampilkan rata-rata persentase produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis pada setiap variasi temperatur. Produk cair meningkat dengan kenaikan temperatur pirolisis hingga mencapai persentase maksimal pada temperatur 490oC, kemudian menurun pada temperatur

pirolisis 510oC. Persentase hasil produk cair yang dihasilkan dari pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis zeolit adalah 75,88%, 79,54%, 83,85%, 89,98%, 93,01%, 97,03%, 93,31% dari massa awal pelumas bekas berturut-turut untuk temperatur pirolisis 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC, dan 510oC. 100

Persentase Produk Cair (%)

90 89.98

80 70 60

83.85 75.88

79.54 68.05

79.02

93.01 81.75

97.03 82.35

93.31 80.5

71.5

61.77

50 40 30

dengan katalis zeolit tanpa katalis

20 10 0 400

410

430

450

470

490

510

Temperatur C

Gambar 4.3 Pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dengan katalis zeolit 5% dibandingkan dengan pirolisis tanpa katalis

Pada penelitian pirolisis minyak pelumas bekas ini, produk cair mulai dihasilkan pada temperatur 400ºC sebanyak 75,88% dari massa minyak pelumas bekas yang digunakan. Dapat dikatakan bahwa temperatur 400 ºC merupakan temperatur jenuh (saturation temperature) dari minyak pelumas bekas SAE 20W50 yang digunakan. Pada temperatur pirolisis 400 oC, ikatan antar atom karbon pada minyak pelumas bekas mulai terputus menjadi hidrokarbon-hidrokarbon dengan rantai karbon lebih pendek. Karena rantai karbon lebih pendek, molekul hidrokarbon menjadi lebih ringan dan menguap melewati kondensor. Di dalam kondensor, uap pirolisis didinginkan pada temperatur air 28 ºC untuk menghentikan reaksi perengkahan lebih lanjut.

Seiring naiknya temperatur dari 400 ºC sampai dengan 490ºC, persentase produk cair yang dihasilkan juga semakin meningkat. Tetapi, pada temperatur 510ºC terjadi penurunan hasil produk cair menjadi 93,31%, hampir sama dengan perolehan produk cair pada 470ºC. Dapat disimpulkan bahwa temperatur pirolisis optimal untuk laju pemanasan 5 ºC/menit dan tekanan atmosfer adalah 490 ºC. Temperatur optimal ini akan berbeda untuk laju pemanasan dan tekanan pirolisis yang berbeda. Penurunan hasil produk cair pada temperatur 510 ºC disebabkan karena hidrokarbon fraksi ringan dihasilkan lebih banyak pada temperatur lebih tinggi dari 490 ºC. Fraksi ringan ini mempunyai rentang rantai karbon dari C1-C4. Pada rentang rantai karbon ini (metana – etana), hidrokarbon berwujud fasa gas dan bersifat non-condensable pada temperatur ruangan. Temperatur yang lebih tinggi dari 510 oC akan memicu pemutusan ikatan atom karbon-karbon lanjut (secondary cracking) lebih banyak sehingga akan diperoleh komponen hidrokarbon ringan yang lebih tinggi sehingga produk cair yang dihasilkan diperkirakan akan semakin sedikit. Sebagai pembanding, pirolisis minyak pelumas bekas juga dilakukan tanpa menggunakan katalis zeolit. Gambar 4.3 menampilkan pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair pirolisis yang dihasilkan tanpa katalis dibandingkan dengan pirolisis dengan katalis zeolit 5% dari massa awal minyak pelumas bekas. Pirolisis dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 o

C, 470 oC, 490oC dan 510oC. Laju pemanasan dijaga konstan pada 5 oC/menit.

Persentase produk cair yang dihasilkan berturut-turut adalah 61,77 %, 68,05%, 71,5%, 79,02%, 81,75%, 82,35% dan 80,5%. Produk cair pirolisis mulai dihasilkan pada temperatur 400 oC sebanyak 61,77 % . Produk cair hasil pirolisis tanpa katalis meningkat seiring naiknya temperatur dari 400 oC sampai 490 oC. Temperatur optimal untuk pirolisis minyak pelumas bekas tanpa katalis zeolit sama dengan temperatur optimal pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis zeolit yaitu 490 oC. Setelah temperatur 490 oC yaitu pada 510 oC, persentase produk cair tanpa katalis menurun. Persentase produk cair pirolisis tanpa katalis maksimal dicapai pada saat temperatur 490 oC sebesar 80,5%..

Produk cair yang dihasilkan pada pirolisis tanpa katalis rata-rata lebih rendah bila dibandingkan dengan katalis. Hal ini membuktikan bahwa peran katalis sangat besar dalam proses pirolisis dalam hal waktu pirolisis dan temperatur pirolisis. Pori-pori katalis pada permukaan merupakan tempat berlangsungnya reaksi pirolisis. Dengan penambahan katalis zeolit, pada temperatur yang sama dengan temperatur pirolisis tanpa katalis zeolit, diperoleh persentase hasil produk cair yang lebih tinggi. Komponen utama katalis zeolit adalah logam alumunium dan silika. Katalis zeolit tidak ikut bereaksi dengan minyak pelumas bekas dalam proses pirolisis. Setelah selesai proses pirolisis, wujud katalis masih tetap berbentuk serbuk tetapi warna zeolit berubah menjadi hitam.

4.3.

Pengujian Laboratorium Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas Pelumas baru yang belum digunakan mengandung 100% hidrokarbon

dengan rantai karbon lebih dari 25 ( > C25). Setelah digunakan, komponen hidrokarbon berubah menjadi kurang lebih 84,42% > C25 dan 16,58% C12-C25. Jumlah 16,58 % C12-C25 ini diperkirakan dihasilkan selama proses pelumasan mesin dimana terjadi pemanasan yang memungkinkan terjadi perengkahan ikatan antar molekul hidrokarbon. Produk cair hasil pirolisis hidrokarbon organik, karena telah mengalami proses perengkahan, mempunyai komposisi karbon antara C6C20. Komposisi karbon produk cair pirolisis ini dapat digolongkan menjadi dua yaitu hidrokarbon C5-C11 yang merupakan komponen hidrokarbon volatil bensin dan C12-C25 yang merupakan angka karbon minyak bakar (diesel).

4.3.1. Hasil Pengujian GC-MS Tabel 4.2 menyajikan hasil analisa GC-MS produk cair hasil pirolisis dengan katalis zeolit. Pengujian GC-MS dilakukan menggunakan mesin Agilent tipe GC 6890N 5975B MSD dengan spesifikasi sebagai berikut: spesifikasi oven : initial temp initial time

: 50 ºC (on) : 2.00 min

maximum temp : 325 ºC equilibrium time : 1.00 min ramps: # rate final temp final time 1 10.00 300 3.00 2 0.0 (off) spesifikasi front inlet (split/splitless): mode : split initial temp : 300 ºC (on) pressure : 7.64 psi (on) split ratio : 200:1 split flow : 199.9 mL/min total flow : 203.7 mL/min gas saver : on saver flow : 20.0 mL/min gas type : helium spesifikasi kolom kapiler model number : Agilent 19091S-433 HP-5MS 5. Phenyl Methyl Siloxane Max temp : 325 ºC Nominal lenght, ø : 30.0 m, 250.00 um Nominal film thickness: 0.25 um Mode : constant flow Initial flow : 1.0 mL/min Nominal init. press : 7.65 psi Average velocity : 36 cm/sec Inlet : front inlet Outlet : MSD Outlet pressure : vacuum Tabel 4.1 Hasil Analisa GC-MS Pirolisis dengan Katalis Zeolit Nomor

Retention Time (menit)

Nama Unsur dalam Library

Rumus molekul

% dari Berat total mol. (g/mol)

Alkena (olefin) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

1,457 2,231 2,317 2,532 3,685 3,753 5,388 7,022 7,117 8,682

2-metil,1-propena 4-metil siklopentena 1-heksena Heptena 2- metil 1-heptena 1-oktena 1-nonena 2-metil 1-nonena 1-dekena 5-metil 1- heksena

C4H8 C5H8 C6H12 C7H14 C8H16 C8H16 C9H18 C10H20 C10H20 C7H14

2,695 1,368 1,094 2,208 0,870 1,769 1,945 1,469 2,121 1,606

56,1 68,1 84,16 98,18 112,21 112,21 126,24 140,27 140,27 98,19

11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

10,334 1-dodekena 10,454 Dodekena 10,239 2-metil 3-undekena 11,788 1-tridekena 11,900 Tridekena 13,061 2-metil-n-1-tridekena 13,147 1-tetradekena 15,641 1-heksadekena 17,878 1-oktadekena 18,919 z-5-nonadekena 19,908 1-eikosena Persentase Alkena Total Alkana (parrafin)

C12H24 C12H24 C12H24 C13H26 C13H28 C14H28 C14H28 C16H32 C18H36 C19H38 C20H40

2,983 3,065 0,748 2,216 2,697 0,718 2,076 1,425 1,053 0,893 0,886 35,905

168,32 168,32 168,32 182,35 184,36 196,37 196,37 224,43 252 266 280,53

22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49.

1,586 Pentana 1,766 2-metil pentana 1,895 Heksana 2,609 Heptana 3,384 2-metil heptana 3,487 3-metil heptana 3,874 Oktana 4,923 Nonane 5,534 Nonana 6,609 Oktane 7,263 Dekana 7,848 3-n-pentilsikloheksanona 8,442 3-metil dekana 8,777 1-heptil 2-metil siklopropana 8,915 Undekana 11,839 1,4-dimetil sikloktana 13,250 Tetradekana 14,429 1-Tetradekana 14,523 Pentadekana 15,727 Heksadekana 16,785 1-heptadekana 16,863 Heptadekana 17,947 Oktadekana 18,979 Nonadekana 19,968 Eikosana 20,906 Heneikosana 21,809 Dokosana 22,669 Trikosana Persentase Alkana Total Aromatik

C5H12 C6H14 C6H14 C7H16 C8H12 C8H18 C8H18 C9H20 C9H20 C10H22 C10H22 C12H24 C11H24 C10H20 C11H24 C14H28 C14H30 C13H26 C15H32 C16H32 C17H34 C17H36 C18H38 C19H40 C20H42 C21H44 C22H46 C23H48

3,617 1,128 3,600 1,938 1,207 1,477 2,429 1,358 2,522 0,933 2,901 1,495 0,754 2,890 3,094 0,654 3,102 2,072 3,495 2,500 1,199 2,152 2,115 2,285 1,904 1,657 1,071 0,750 56,303

92,15 86,18 86,18 100,2 114,23 114,23 114,23 128,26 128,26 142,28 140,28 168 156,31 140,27 156,31 196,37 198,39 183,35 212,41 229,43 283,45 252,48 286,52 286,52 282,55 296,57 310,6 324,63

50. 51. 52.

5,052 9,792 5,465

C8H10 C10H10 C8H10

Benzena Benzena Benzena

1,860 106,17 1,151 140 0,812 106,17

53. 54.

6,652 1-etil 2-metil benzena 7,212 1-metil 4-metil benzena Persentase Aromatik Total Pengotor (Impurities)

C9H12 C9H22

1,255 120,19 1,529 120,19 6,607

55.

24,751

C8H14O2

1,187 142,2

Asam asetat

Pengujian GC-MS menunjukkan komposisi hidrokarbon penyusun produk cair pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis yaitu alkana, alkena, aromatik dan pengotor. Dari 55 unsur yang dapat terdeteksi, didapatkan komposisi hidrokarbon

alkana (parrafin) sebanyak 56,303%, alkena (olefin)

sebanyak

35,905%, aromatik sebanyak 6,607%, dan pengotor (impurities) sebanyak 1,18% dari produk cair hasil pirolisis. Jika ditinjau dari komposisi atom C (karbon), maka didapat untuk hidrokarbon dengan rantai C5-C11 sebanyak 46,993% dan hidrokarbon dengan rantai C12-C25 sebanyak 51,818%. Hidrokarbon dengan atom karbon lebih dari 25 (>C25) tidak terdeteksi pada produk cair pirolisis. Hal ini menunjukkan bahwa minyak pelumas bekas telah terengkah dengan sempurna menjadi hidrokarbon-hidrokarbon dengan rantai karbon lebih pendek dari 25. Persentase alkana lebih besar dari persentase alkena dan aromatik. Dari 56,303% alkana, 12,876% merupakan alkana rantai bercabang (isomer) dan sisanya (43,427%) adalah alkana rantai lurus. Alkana/parrafin adalah hidrokarbon jenuh (saturated hydrocarbon), yang merupakan hidrokarbon paling sederhana, yang tersusun seluruhnya atas komponen organik dan jenuh terhadap atom hidrogen karena berikatan tunggal. Alkana yang dihasilkan dari proses pirolisis ini terdiri dari alkana rantai lurus dan rantai bercabang (isomer). Isomer adalah hidrokarbon dengan rumus molekul yang sama namun berbeda strukturnya. Rumus umum alkana adalah CnH2n+2 (diasumsikan sruktur non-cyclic). Alkana adalah bahan utama bahan bakar minyak yang dapat berupa alkana lurus ataupun bercabang. Alkana dengan rantai bercabang lebih dipilih untuk komposisi penyusun bahan bakar bensin karena memiliki indeks anti ketuk (auto-ignition indeks/octane number) yang lebih tinggi dari alkana rantai lurus. Alkana yang dihasilkan pada pirolisis minyak pelumas bekas berupa pentana, heksana, heptana, oktana, nonana, dekana, undekana, tetradekana,

heksadekana, oktadekana dan juga isomernya. Rantai karbon alkana yang dihasilkan bervariasi dari C5 – C18. Pada kondisi temperatur dan tekanan standar, C5H12 sampai C17H36 berwujud cair sedangkan komponen yang lebih besar dari C18H36 berwujud padat. Komponen – komponen alkana ini memiliki titik didih dan densitas yang berbeda-beda seperti yang disajikan pada Tabel 4.1. Titik didih dan densitas alkana meningkat seiring meningkatnya massa molekul alkana. Sebagai perbandingan, pentana memiliki titik didih 36 ºC dan bertambah 20 - 30 ºC setiap bertambahnya atom karbon alkana. Alkana rantai lurus memiliki titik didih yang lebih tinggi dari alkana rantai bercabang diakibatkan gaya van der Walls yang lebih besar karena luas permukaan kontak antar molekul yang lebih besar. Alkana dari pentana sampai oktana merupakan cairan yang mudah menguap (volatile). Alkana jenis tersebut digunakan dalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) karena sifatnya yang mudah menguap ketika memasuki ruang bakar (combustion chamber) sehingga tidak terbentuk titik-titk bahan bakar (droplet) yang dapat mempengaruhi keseragaman pembakaran. Alkana dengan rantai bercabang lebih dipilih daripada alkana rantai lurus karena lebih kecil kecenderunganya untuk menyebabkan penyalaan tidak sempurna yang menyebabkan knocking. Alkana dari nonana sampai heksadekana berbentuk cair dengan viskositas yang lebih tinggi dan tidak cocok untuk komposisi bensin. Alkana jenis ini adalah komponen utama bahan bakar jenis solar dan minyak penerbangan. Alkana jenis ini memiliki titik leleh (melting point) yang tinggi sehingga menyebabkan masalah saat digunakan pada temperatur rendah dimana bahan bakar menjadi terlalu tebal (thick) untuk mengalir. Alkana dari heksadekana ke atas merupakan komponen utama minyak bakar dan minyak pelumas. Alkana jenis ini bersamaan fungsinya sebagai bahan bakar, juga dapat berfungsi sebagai zat anti karat karena sifatnya yang hidrophobic sehingga air tidak bisa menyentuh permukaan logam.

Alkana akan bereaksi dengan oksigen pada reaksi pembakaran. Semakin panjang rantai karbon, semakin sulit dalam penyalaan. Rumus umum untuk pembakaran alkana adalah: CnH2n+2 + (1.5n+0.5)O2 → (n+1)H2O + nCO2

(4.1)

Pada kondisi dimana oksigen lebih sedikit, dapat terbentuk karbon monoksida (CO) bahkan jelaga seperti pada reaksi berikut: CnH(2n+2) + ½ nO2 → (n+1)H2O + nCO

(4.2)

Tabel 4.2 Sifat-sifat fisik beberapa alkana rantai lurus Alkana Metana Etana Propana Butana Pentana Heksana Heptana Oktana Nonana Dekana undekana dodekana triacontana

Rumus mol. CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C30H62

Boiling point (oC) -162 -89 -42 -0.5 36 69 98 26 151 174 196 216 343

Melting point (oC) -183 -181 -188 -135 -130 -95 -91 -57 -54 -30 -26 -10 37

Density [g·cm−3] pada 20°C gas gas gas gas 0,626 0,659 0,684 0,703 0,718 0,730 0,740 0,749 solid

Kandungan alkena/olefin/hidrokarbon tak jenuh pada produk cair pirolisis termasuk tinggi yaitu 35,905%. Alkena adalah hidrokarbon yang memiliki ikatan ganda (double bond) minimal satu antar atom karbon, terdiri dari ikatan sigma dan ikatan pi, yang menyebabkan alkena mudah terbakar dan melepaskan energi dengan sangat cepat. Rumus umum untuk alkena adalah CnH2n , bentuk paling sederhana alkena adalah etilena (C2H2). Alkena termasuk hidrokarbon yang relatif stabil namun lebih reaktif daripada alkana. Kereaktifan alkena disebabkan dan adanya ikatan pi antar karbon yang bersifat mudah rusak sehingga terbentuk

ikatan tunggal yang baru. Kandungan alkena yang tinggi menyebabkan suatu bahan bakar mudah teroksidasi, sehingga menyebabkan hidrokarbon tersebut berwarna gelap dan memicu timbulnya pencemar/impurities. Alkena/olefin juga memiliki angka oktan yang rendah. Jenis alkena yang dihasilkan adalah propena, siklopentena, heksena, heptena, oktena, nonena, dekena, dokekena, tridekena, heksedekena, oktadekena, dan eikosena. Kandungan alkena tidak diharapkan pada komposisi bensin. Selain memiliki nilai oktan rendah, alkena juga berpengaruh pada densitas produk cair pirolisis. Densitas alkena lebih tinggi dari alkana sehingga semakin tinggi kandungan alkena, maka densitasnya akan semakin tinggi. Komponen aromatik produk cair pirolisis sebanyak 6,607% termasuk memenuhi syarat untuk bahan bakar minyak. Persentase komponen aromatik dapat dijadikan indikator kecenderungan terbentuknya jelaga jika produk cair hasil pirolisis dibakar. Pada minyak tanah (kerosin) dan bahan bakar mesin jet, komponen aromatik tidak boleh melebihi 25% (v/v). Untuk semua bahan bakar minyak (petroleum), komponen aromatik tidak boleh melebihi 35% (v/v). Aromatik yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis adalah benzena. Benzene adalah komponen aromatik yang tak berwarna, mudah terbakar, titik leleh tinggi dan mempunyai aroma yang manis. Kandungan benzena pada bensin dapat meningkatkan angka oktan dan mengurangi knocking. Pada tahun 50-an, benzena digunakan sebagai aditif pada bensin sebelum digantikan oleh timbal tetraethil. Komponen dengan dua atau lebih cincin tergabung seperti naphthalena (C10H8) dan anthracene (C14H10) tidak terdeteksi dalam hasil pengujian GC-MS. Kedua komponen tersebut termasuk dalam Polycyclic Aromatic Hidrocarbon (PAH) yang bersifat karsinogen (beracun). PAH terbentuk dari tumbukan molekul-molekul aromatik kecil. Turunan PAH yang paling berbahaya adalah benz(a) pyrene. Tabel 4.3 Hasil Analisa GC-MS Pirolisis tanpa Katalis Zeolit Nomor

Retention Time

Nama Unsur dalam Library

Rumus molekul

% dari Berat total mol.

(menit)

(g/mol) Alkena (olefin)

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.

7,139 1-decene 8,804 1-undecene 9,750 1-dodecene 10,361 1-tridecene 11,531 1-pentadecene 11,814 1-tridecene 13,045 1-tetradecene 13,165 1-tetradecene 14,395 1-pentadecene 14,653 1-hexadecene 15,685 1-hexadecene 16,348 1-octadecene 16,829 1-heptadecene 17,681 1-nonadecene 17,922 1-nonadecene 18,971 1-nonadecene 19,961 1-hexadecene 21,320 1-nonadecene 24,812 1-hexacosene Persentase Alkena Total Alkana (parrafin)

C10H20 C11H22 C11H24 C13H26 C15H30 C13H26 C14H18 C14H18 C15H30 C16H32 C16H32 C18H36 C17H37 C19H38 C19H38 C19H38 C16H32 C19H38 C26H52

0,702 1,266 1,217 1,625 1,136 1,108 0,866 2,904 1,201 1,247 3,010 2,280 1,787 0,831 1,592 1,598 2,236 2,259 2,107 30,972

140,27 154,29 168,32 182,35 210,4 182,35 196,37 196,37 210,4 224,43 224,43 254,48 239,45 266,51 266,51 266,51 224,43 266,51 364,69

20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42.

5,552 7,281 7,651 8,933 9,913 10,481 11,668 11,926 12,227 13,285 14,498 14,559 14,808 15,763 16,460 16,907 17,776 17,999 18,920 19,040 20,029 20,967 22,739

C9H20 C10H22 C11H24 C11H24 C12H26 C12H26 C13H28 C13H28 C15H32 C14H30 C15H32 C15H32 C16H32 C16H32 C17H36 C17 H36 C18H38 C18H38 C19H40 C19H40 C20H42 C21H44 C23H48

0,605 1,733 0,794 1,460 2,206 1,271 1,627 2,607 1,240 2,177 2,815 1,719 1,421 3,921 1,753 2,967 1,223 2,914 1,789 3,128 2,768 2,926 2,041

128,26 142,28 156,31 156,31 170,33 170,33 184,36 184,36 212,41 198,39 212,41 212,41 224,43 224,43 240,47 240,47 254,49 254,49 268,52 268,52 282,55 269,57 327,63

nonane decane undecane undecane dodecane dodecane tridecane tridecane pentadecane tetradecane pentadecane pentadecane hexadecane hexadecane heptadecane heptadecane octadecane octadecane nonadecane nonadecane eicosane heneicosane tricosane

43. 44. 45.

23,569 tetracosane 24,356 pentacosane 24,631 docosane Persentase Alkana Total Pengotor (Impurities)

C24H50 C25H52 C22H46

1,665 338,65 2,316 352,68 3,733 310,6 54,819

46. 47. 48. 49. 50. 51. 52.

19,900 cycloeicosane 20,915 1-docosene 21,870 1-chloro-octadecane 22,197 1-chloro-octadecane 25,130 Diethylmethyl-Borane 25,388 Diethylmethyl-Borane 26,111 Diethylmethyl-Borane Persentase Pengotor Total

C19H38 C22H46O C18H37Cl C18H37Cl C5H13B C5H13B C5H13B

0,913 1,773 2,846 1,387 2,855 2,540 1,893 14,207

326,6 288,94 288,94 83,96 83,96 83,96

Analisa GC-MS juga dilakukan untuk produk cair pirolisis tanpa menggunakan katalis zeolit. Tabel 4.3 menyajikan Hasil Analisa GC-MS Pirolisis tanpa Katalis. Pengaturan dan parameter yang digunakan pada mesin GC-MS untuk analisa produk cair pirolisis tanpa katalis sama dengan analisa GC-MS untuk produk cair pirolisis dengan katalis. Komposisi hidrokarbon yang terdeteksi adalah alkena sebanyak 30,972 %, alkana sebanyak 53,819 % dan pengotor 14,207 %. Alkena yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan pirolisis dengan katalis. Alkana yang dihasilkan juga lebih sedikit dibandingkan pirolisis dengan katalis. Namun demikian, pengotor yang dihasilkan jauh lebih besar dibanding pirolisis dengan katalis. Alkana dengan jumlah lebih sedikit merupakan suatu kerugian karena alkana adalah hidrokarbon jenuh yang sangat baik untuk auto ignition quality pada bensin dan ignition delay pada solar. Alkena yang dihasilkan, walaupun lebih sedikit dibanding pirolisis dengan katalis, masih termasuk tinggi untuk digunakan dalam bahan bakar. Pada proses pembuatan bahan bakar yang sesungguhnya,

jumlah

alkena

akan

berusaha

dihilangkan

dengan

cara

menghilangkan ikatan rangkapnya menggunakan teknik hidrogenasi. Semua komponen alkena dan alkana yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis berantai lurus tanpa cabang. Alkana rantai lurus memiliki angka oktan yang rendah bila dibandingkan alkana bercabang. Alkana rantai lurus juga memiliki titik didih yang lebih tinggi bila dibandingka alkana bercabang.

Komponen selain hidrokarbon yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis dianggap sebagai pengotor. Pengotor tersebut adalah cycloeicosane Docosene,1-chloro-octadecane dan Diethylmethyl-Borane. Semuanya bersifat reaktif dan sangat berbahaya jika terlepas ke lingkungan.

4.3.2.

Sifat Fisik Produk Cair Hasil Pirolisis Minyak Pelumas Bekas

Pengujian sifat-sifat fisik produk cair minyak pelumas bekas dilakukan untuk memprediksi kinerja produk cair jika digunakan untuk bahan bakar mesin pembakaran dalam. Pengujian sifat fisik yang telah dilakukan adalah pengujian specific gravity, flash point, warna, distilasi, kinematic viscosity, pour point, Gross Heating Value, kandungan sulfur dan Calculated Cetan Index. Tabel 4.4 menampilkan Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas. Seluruh pengujian dilakukan dengan standar ASTM yang juga merupakan standar pengujian untuk bahan bakar Pertamina. Hasil pengujian ini kemudian dibandingkan dengan nilai standar bahan bakar Solar dan Bensin produk Pertamina yang ditampilkan dalam Tabel 4.5. Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas

No. 1 2 3 4

Jenis Pengujian Specific Gravity at 60/60ºF Flash Point P.M.C.C. Colour ASTM Distillation IBP 10% vol. evap. 20% vol. evap. 30% vol. evap. 40% vol. evap. 50% vol. evap. 60% vol. evap. 70% vol. evap. 80% vol. evap. 90% vol. evap. End Point Recovery at 300 °C Recovery

Satuan °C

°C °C °C °C °C °C °C °C °C °C °C %vol. %vol.

Hasil Metode pemeriksaan pemeriksaan 0,8584 ASTM D 1298-07 15,5 ASTM D 93-07 D 8,0 ASTM D 1500-07 ASTM D 86-07 78,5 221 308 335 342 342 347 349 346 350 350 18 93

6

Residue Total Recovery Loss Kinematic Viscosity at 40°C Pour Point

7

Caloric Value

5

8 9 10 a.

Gross Heating Value (HHV) Kandungan sulfur (w/w) Calculated Cetan Index

%vol. %vol. %vol.

4 97 3

mm²/s

5,807

°C

-15

cal/gr

10821

cal/gr

10842

%

0,183 53,37

ASTM D 445-07 ASTM D 97-07 Bomb Calorimeter Dengan perhitungan ASTM D 4294-03 ASTM D 976- 00

Specific Gravity pada 60/60 ºF Specific Gravity merupakan salah satu sifat fisik bahan bakar yang paling

penting. Specific Gravity

menentukan perbandingan udara-bahan bakar yang

memasuki ruang bakar yang didasarkan pada berat campuran udara-bahan bakar. Peralatan sistem injeksi bahan bakar (fuel injection) pada mesin beroperasi berdasarkan pengukuran volume bahan bakar sehingga kenaikan specific gravity akan menyebabkan kenaikan massa bahan bakar yang dikonsumsi.

Specific

Gravity pada 60/60ºF (15,5/15,5ºC) dari produk cair hasil pirolisis adalah 0,8584. Nilai ini memenuhi standar untuk bahan bakar Solar Pertamina yaitu minimal 0,820 dan maksimal 0,870. Dengan menggunakan Tabel ASTM API Gravity to Specific Gravity and to Density, secara interpolasi, didapatkan nilai API Gravity sebesar 33,34 dan nilai densitas pada 15ºC sebesar 0,8580 gr/cm³. Nilai densitas ini termasuk dalam nilai rentang batasan minyak Solar Pertamina yaitu minimal 815 kg/m³ dan maksimal 870 kg/m³ sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675 K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006.

b.

Flash Point PMCC Flash Point adalah temperatur dimana suatu bahan bakar membentuk uap

yang mudah terbakar jika dberikan pemicu nyala api. Flash Point produk cair pirolisis hasil pengujian dengan alat PMCC adalah 15,5 °C. Pengujian dilakukan dengan standar ASTM D 93-07. Harga standar spesifikasi Solar Pertamina untuk

flash point minimal adalah 60 °C, sedangkan untuk gasoline pasaran Amerika adalah -43°C. Flash Point produk cair pirolisis terlalu rendah untuk digunakan dalam mesin diesel. Seharusnya, bahan bakar diesel memiliki flash point yang tinggi dan temperatur autoignition yang rendah. Flash point yang rendah menyebabkan masalah dalam penyimpanan bahan bakar. Jika digunakan sebagai bahan bakar mesin SI,

flash point produk cair pirolisis terlalu tinggi yang

menyebabkan bahan bakar susah terbakar pada temperatur rendah atau pada keadaan mesin dingin.

c.

Warna ASTM Warna ASTM hasil pengujian didapatkan nilai D 8.0. Nilai ini masuk

standar paling gelap untuk warna ASTM. Nilai ini tidak memenuhi standar warna Solar Pertamina sebesar D 3.0. Pada saat keluar dari kondensor proses pirolisis, produk cair pirolisis berwarna kuning keemasan. Namun selama penyimpanan, warna produk cair berubah menjadi gelap. Perubahan warna ini disebabkan komponen alkena/hidrokarbon tak jenuh pada produk cair mengalami oksidasi selama proses penyimpanan.

d.

Distilasi Dari data pengujian distilasi, dapat dilihat bahwa rentang titik didih

(boiling point range) produk cair pirolisis berada pada 78,5 °C (IBP) sampai pada 350 °C (End Point). Rentang titik didih ini menunjukkan bahwa produk cair pirolisis kurang volatile. Standar boiling range untuk bahan bakar bensin adalah antara 30°C -210°C. Antara 20%-46% volume bensin yang menguap/evaporate seharusnya berada pada temperatur 70 °C , 46%-71% berada pada temperatur 100°C dan lebih dari 75% volume bensin seharusnya menguap berada pada 150°C. Bagian ujung uji distilasi sangat berpengaruh pada kemudahan mesin dihidupkan. Sebanyak 10% volume bahan bakar pada bensin seharusnya berevaporasi pada temperatur 74 °C namun pada produk cair pirolisis minyak pelumas bekas berada pada temperatur 221°C. Temperatur 221°C ini termasuk

tinggi dan akan berpengaruh pada kinerja mesin terutama pada kondisi dingin. Pada mesin yang menggunakan karburator, karburator dirancang untuk memberikan sejumlah bensin ke dalam arus udara saat mesin dalam keadaan panas. Seharusnya, tetes bensin akan menguap di dalam manifold dan di dalam silinder sehingga terbentuk campuran uap bensin dan udara. Pada waktu mesin dalam keadaan dingin, bensin yang sama jumlahnya akan disemburkan dalam arus udara tetapi hanya sebagian kecil yang dapat menguap. Jika temperatur 10% evaporasi tinggi, maka dalam keadaan mesin dingin bahan bakar tidak dapat berevaporasi dan akan tetap berbentuk cair yang berakibat bahan bakar tidak terbakar. Bahan bakar yang tak bisa terbakar akan mengalir dalam bentuk lapisan sepanjang dinding manifold menuju silinder yang selanjutnya bahan bakar mengalir ke bagian bawah melalui dinding silinder menuju karter minyak pelumas. bahan bakar yang berada di dalam karter akan menyebabkan pengenceran minyak pelumas. Bahan bakar yang tidak terbakar kemungkinan besar juga akan terbawa oleh aliran gas buang.

e.

Kinematic Viscosity at 40°C Viskositas suatu bahan bakar adalah ukuran resistensi bahan bakar tersebut

untuk mengalir. Jika temperatur naik, viskositas akan turun sehingga akan lebih mudah mengalir. Viskositas kinematik produk cair pirolisis hasil pengujian pada 40°C didapatkan senilai 5,807 mm²/s. Nilai ini sedikit melebihi batas maksimal minyak solar Pertamina yaitu 5,0 mm²/s, dengan batas minimal 2,0 mm²/s. Viskositas kinematik adalah salah satu sifat fisik paling penting karena mempengaruhi kinerja komponen injeksi bahan bakar (fuel injection) terutama pada temperatur rendah dimana viskositas mempengaruhi fluiditas bahan bakar. Viskositas yang tinggi akan menyebabkan atomisasi bahan bakar yang lebih miskin (tidak sempurna) pada semprotan bahan bakar dan menyebabkan ketidakakuratan operasional injektor bahan bakar (fuel injector).

f.

Titik Tuang

Titik Tuang/pour point hasil pengujian didapatkan nilai -15 ºC. Nilai ini tidak melebihi batas maksimal minyak diesel dan minyak Solar Pertamina yaitu maksimal 18ºC. Ini menunjukkan, produk cair pirolisis pada cuaca dingin yang ekstrim sekalipun dapat tetap mengalir dan dapat dipompa dari tangki bahan bakar menuju mesin. Pour point pada angka -15 ºC ini juga menunjukkan tidak adanya komponen lilin (wax) pada produk cair pirolisis.

g.

Higher Heating Value Higher Heating Value hasil pengujian untuk produk cair hasil pirolisis

didapatkan sebesar 10821 cal/gr. Nilai ini mendekati nilai standar spesifikasi bahan bakar diesel pasaran Amerika yaitu sebesar 10963 cal/gr.

h.

Calculated Cetane Index Angka cetan menunjukkan kualitas penyalaan bahan bakar pada mesin

diesel. Semakin tinggi angka cetan, semakin mudah bahan bakar tersebut menyala setelah diinjeksikan. Dari API Gravity (G) = 33,34 dan Mid Boiling Point (M) = 342°C = 647,6 °F uji distilasi, dapat dihitung Calculated Cetane Index dengan rumus: 2 Calculated Cetane Index = - 420,34 + 0,016 G + 0,192 G log M + 65,01 (log M ) 2 - 0,0001809 M 2

= -420,34 + 0,016 (33,34)2 + 0,192 (33,34) log 647,6 + 65,01 (log 647,6) 2 – 0,0001809 (647,6)

Calculated Cetane Index = 53,37

Calculated Cetane Index produk cair pirolisis sebesar 53,37 memenuhi standar Solar Pertamina yaitu minimal 45. Angka cetan ini juga memenuhi batasan angka cetan bahan bakar diesel (diesel fuel) pasaran Amerika yaitu minimal 37 dan maksimal 56. Angka cetan produk cair pirolisis cukup tinggi. Angka cetan tinggi

ini dikarenakan komponen hidrokarbon jenuh (alkana/parrafin) yang tinggi (56,303%). Alkana rantai panjang dan tidak bercabang memiliki indeks cetan yang tinggi dan kualitas nyala yang baik, sedangkan hidrokarbon bercabang (berisomer) memiliki indeks cetan rendah dan kualitas penyalaan yang buruk. Angka cetan yang rendah dapat menyebabkan mesin sulit di-start pada kondisi dingin. Angka cetan yang rendah juga dapat menyebabkan mesin kasar, peak pressure dan emisi NO.

No

Tabel 4.5 Perbandingan Sifat-Sifat Produk Cair Pirolisis Oli, Premium dan Solar Pertamina ,serta Data Properties dari Sumber Lain

1 2 3 4

5 6 7

Jenis Pengujian Specific Gravity at 60/60ºF Flash Point P.M.C.C. Colour ASTM Distillation IBP 10% vol. evap. 20% vol. evap. 30% vol. evap. 40% vol. evap. 50% vol. evap. 60% vol. evap. 70% vol. evap. 80% vol. evap. 90% vol. evap. End Point Recovery at 300 °C Recovery Residue Total Recovery Loss Kinematic Viscosity at 40°C Pour Point Caloric

unit

Spesifikasi Standar Pertamina Hasil Uji Premium Solar Min Maks Min Mak

- 0,8584

Data Standar Sumber Lain

gaso diesel line 0,72- 0,85 a - 0,820 0,870 0,78a

-

°C

15,5

-

-

60

ASTM

8,0

°C °C °C °C °C °C °C °C °C °C °C %vol %vol %vol %vol %vol

78,5 221 308 335 342 342 347 349 346 350 350 18 93 4 97 3

-

74 125 180 205 2,0 -

40 -

mm²/s

5,807

-

-

2,0

°C -15 cal/gr 10821

-

- - -

yellow

-

-

-43 a

52 a

3,0 30 a

210 a

- 225 a 5,0 18 -

11154

235 a

1,94,1 b c

10963

c

Value/HHV(Bomb Calorimeter) Gross Heating 8 Value/HHV (Dengan cal/gr 10842 perhitungan) 9 Sulfur Content %m/m 0,183 10 Cetan Number 53,37 a) Sorensen, Harry A.,(1983) b) Demirbas (2008) c) Wikipedia.com/HHV (2010) i.

-

- -

-

0,00 - 45

-

-

-

0,35 0,05 b <15 a 37-56 a

Kandungan Sulfur Kandungan sulfur produk cair pirolisis minyak pelumas bekas hasil

pengujian didapatkan sebesar .0,183 % (m/m) dari massa produk cair. Nilai ini memenuhi syarat standar bahan bakar Solar Pertamina yaitu maksimal 0,35% (m/m). Namun kandungan sulfur produk cair pirolisis minyak pelumas tidak memenuhi syarat maksimal kandungan sulfur untuk Bensin yaitu 0 %. Kandungan sulfur dalam bensin juga dapat menurunkan angka oktan. Sebanyak 0,1 % sulfur dalam bensin akan menurunkan angka oktan 0 sampai 2 stuan angka oktan. Jika sulfur terbakar di dalam mesin, akan terbentuk sulfur dioksida (SO2) dan kemungkinan besar akan teroksidasi lebih lanjut menjadi sulfur trioksida (SO3). Jika bertemu dengan air (H2O), oksida sulfur ini akan menjadi asam sulfat (H2SO4) yang tidak hanya korosif namun juga mempunyai sifat seperti katalis dalam mempercepat keausan minyak pelumas mesin. Karena temperatur piston tinggi, asam sulfat ini dapat mengakibatkan deposit karbon yang menempel pada piston dan celah ring piston. Deposit yang tertumpuk pada celah ring piston menyebabkan ring piston tidak berfungsi dengan baik sehingga menyebabkan oli mesin cepat habis, keausan komponen mesin dan berkurangnya tenaga. BAB IV DATA DAN ANALISA

Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dan sifat-sifat fisik produk cair yang dihasilkan tersebut dengan menggunakan katalis zeolite. Pengujian pengaruh

temperatur pirolisis dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 o

C, 490oC dan 510 oC.

4.4. Hasil Pirolisis Hasil pirolisis minyak pelumas bekas berupa produk cair, residu padat (char), dan uap yang tak dapat terkondensasi (non-condensable gas). Uap atau gas yang tidak dapat terkondensasi tidak dianalisa karena persentasenya massa lebih kecil dibandingkan produk cair yang dihasilkan dari minyak pelumas bekas yang dipirolisis. Residu padat yang dihasilkan menempel di bagian bawah reaktor bercampur dengan katalis dan berwarna hitam. Setelah reaksi pirolisis, katalis yang semula berwana hijau muda berubah menjadi hitam. Karena sudah bercampur residu padat, katalis yang sudah digunakan, tidak digunakan kembali.

(b)

(a)

(c)

Gambar 4.1 (a) Produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas, (b) katalis terpakai dan (c) residu padat

4.5. Pengaruh Temperatur Pirolisis Terhadap Persentase Produk Cair Penelitian pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair dari pirolisis minyak pelumas bekas dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC dan 510oC. Laju pemanasan (heating rate) dari setiap variasi temperatur pirolisis dijaga konstan sebesar 5oC/menit dan proses

pirolisis dilakukan pada tekanan atmosfer. Proses pirolisis menggunakan katalis zeolit 5% (w/w) yang diperlakukan dengan larutan NaOH 10% (w/w). Ukuran partikel zeolit sebagai katalis sebesar 60-80 mesh. 100 90 Persentase Produk Cair (%)

89.98 80 70

93.01

97.03

93.31

83.85 75.88

79.54

60 50 40 30 20 10 0 400

410

430

450

470

490

510

Temperatur C

Gambar 4.2 Pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dengan katalis zeolit 5%, ukuran partikel zeolit 60-80 mesh

Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap variasi temperatur. Gambar 4.2 menampilkan rata-rata persentase produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis pada setiap variasi temperatur. Produk cair meningkat dengan kenaikan temperatur pirolisis hingga mencapai persentase maksimal pada temperatur 490oC, kemudian menurun pada temperatur pirolisis 510oC. Persentase hasil produk cair yang dihasilkan dari pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis zeolit adalah 75,88%, 79,54%, 83,85%, 89,98%, 93,01%, 97,03%, 93,31% dari massa awal pelumas bekas berturut-turut untuk temperatur pirolisis 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC, dan 510oC.

100

Persentase Produk Cair (%)

90 89.98

80 70 60

83.85 75.88

79.54 68.05

79.02

93.01 81.75

97.03 82.35

93.31 80.5

71.5

61.77

50 40 30

dengan katalis zeolit tanpa katalis

20 10 0 400

410

430

450

470

490

510

Temperatur C

Gambar 4.3 Pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dengan katalis zeolit 5% dibandingkan dengan pirolisis tanpa katalis

Pada penelitian pirolisis minyak pelumas bekas ini, produk cair mulai dihasilkan pada temperatur 400ºC sebanyak 75,88% dari massa minyak pelumas bekas yang digunakan. Dapat dikatakan bahwa temperatur 400 ºC merupakan temperatur jenuh (saturation temperature) dari minyak pelumas bekas SAE 20W50 yang digunakan. Pada temperatur pirolisis 400 oC, ikatan antar atom karbon pada minyak pelumas bekas mulai terputus menjadi hidrokarbon-hidrokarbon dengan rantai karbon lebih pendek. Karena rantai karbon lebih pendek, molekul hidrokarbon menjadi lebih ringan dan menguap melewati kondensor. Di dalam kondensor, uap pirolisis didinginkan pada temperatur air 28 ºC untuk menghentikan reaksi perengkahan lebih lanjut. Seiring naiknya temperatur dari 400 ºC sampai dengan 490ºC, persentase produk cair yang dihasilkan juga semakin meningkat. Tetapi, pada temperatur 510ºC terjadi penurunan hasil produk cair menjadi 93,31%, hampir sama dengan perolehan produk cair pada 470ºC. Dapat disimpulkan bahwa temperatur pirolisis optimal untuk laju pemanasan 5 ºC/menit dan tekanan atmosfer adalah 490 ºC.

Temperatur optimal ini akan berbeda untuk laju pemanasan dan tekanan pirolisis yang berbeda. Penurunan hasil produk cair pada temperatur 510 ºC disebabkan karena hidrokarbon fraksi ringan dihasilkan lebih banyak pada temperatur lebih tinggi dari 490 ºC. Fraksi ringan ini mempunyai rentang rantai karbon dari C1-C4. Pada rentang rantai karbon ini (metana – etana), hidrokarbon berwujud fasa gas dan bersifat non-condensable pada temperatur ruangan. Temperatur yang lebih tinggi dari 510 oC akan memicu pemutusan ikatan atom karbon-karbon lanjut (secondary cracking) lebih banyak sehingga akan diperoleh komponen hidrokarbon ringan yang lebih tinggi sehingga produk cair yang dihasilkan diperkirakan akan semakin sedikit. Sebagai pembanding, pirolisis minyak pelumas bekas juga dilakukan tanpa menggunakan katalis zeolit. Gambar 4.3 menampilkan pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair pirolisis yang dihasilkan tanpa katalis dibandingkan dengan pirolisis dengan katalis zeolit 5% dari massa awal minyak pelumas bekas. Pirolisis dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 o

C, 470 oC, 490oC dan 510oC. Laju pemanasan dijaga konstan pada 5 oC/menit.

Persentase produk cair yang dihasilkan berturut-turut adalah 61,77 %, 68,05%, 71,5%, 79,02%, 81,75%, 82,35% dan 80,5%. Produk cair pirolisis mulai dihasilkan pada temperatur 400 oC sebanyak 61,77 % . Produk cair hasil pirolisis tanpa katalis meningkat seiring naiknya temperatur dari 400 oC sampai 490 oC. Temperatur optimal untuk pirolisis minyak pelumas bekas tanpa katalis zeolit sama dengan temperatur optimal pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis zeolit yaitu 490 oC. Setelah temperatur 490 oC yaitu pada 510 oC, persentase produk cair tanpa katalis menurun. Persentase produk cair pirolisis tanpa katalis maksimal dicapai pada saat temperatur 490 oC sebesar 80,5%.. Produk cair yang dihasilkan pada pirolisis tanpa katalis rata-rata lebih rendah bila dibandingkan dengan katalis. Hal ini membuktikan bahwa peran katalis sangat besar dalam proses pirolisis dalam hal waktu pirolisis dan temperatur pirolisis. Pori-pori katalis pada permukaan merupakan tempat berlangsungnya reaksi pirolisis. Dengan penambahan katalis zeolit, pada

temperatur yang sama dengan temperatur pirolisis tanpa katalis zeolit, diperoleh persentase hasil produk cair yang lebih tinggi. Komponen utama katalis zeolit adalah logam alumunium dan silika. Katalis zeolit tidak ikut bereaksi dengan minyak pelumas bekas dalam proses pirolisis. Setelah selesai proses pirolisis, wujud katalis masih tetap berbentuk serbuk tetapi warna zeolit berubah menjadi hitam.

4.6.

Pengujian Laboratorium Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas Pelumas baru yang belum digunakan mengandung 100% hidrokarbon

dengan rantai karbon lebih dari 25 ( > C25). Setelah digunakan, komponen hidrokarbon berubah menjadi kurang lebih 84,42% > C25 dan 16,58% C12-C25. Jumlah 16,58 % C12-C25 ini diperkirakan dihasilkan selama proses pelumasan mesin dimana terjadi pemanasan yang memungkinkan terjadi perengkahan ikatan antar molekul hidrokarbon. Produk cair hasil pirolisis hidrokarbon organik, karena telah mengalami proses perengkahan, mempunyai komposisi karbon antara C6C20. Komposisi karbon produk cair pirolisis ini dapat digolongkan menjadi dua yaitu hidrokarbon C5-C11 yang merupakan komponen hidrokarbon volatil bensin dan C12-C25 yang merupakan angka karbon minyak bakar (diesel).

4.6.1. Hasil Pengujian GC-MS Tabel 4.2 menyajikan hasil analisa GC-MS produk cair hasil pirolisis dengan katalis zeolit. Pengujian GC-MS dilakukan menggunakan mesin Agilent tipe GC 6890N 5975B MSD dengan spesifikasi sebagai berikut: spesifikasi oven : initial temp : 50 ºC (on) initial time : 2.00 min maximum temp : 325 ºC equilibrium time : 1.00 min ramps: # rate final temp 1 10.00 300 2 0.0 (off) spesifikasi front inlet (split/splitless):

final time 3.00

mode : split initial temp : 300 ºC (on) pressure : 7.64 psi (on) split ratio : 200:1 split flow : 199.9 mL/min total flow : 203.7 mL/min gas saver : on saver flow : 20.0 mL/min gas type : helium spesifikasi kolom kapiler model number : Agilent 19091S-433 HP-5MS 5. Phenyl Methyl Siloxane Max temp : 325 ºC Nominal lenght, ø : 30.0 m, 250.00 um Nominal film thickness: 0.25 um Mode : constant flow Initial flow : 1.0 mL/min Nominal init. press : 7.65 psi Average velocity : 36 cm/sec Inlet : front inlet Outlet : MSD Outlet pressure : vacuum Tabel 4.1 Hasil Analisa GC-MS Pirolisis dengan Katalis Zeolit Nomor

Retention Time (menit)

Nama Unsur dalam Library

Rumus molekul

% dari Berat total mol. (g/mol)

Alkena (olefin) 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72.

1,457 2,231 2,317 2,532 3,685 3,753 5,388 7,022 7,117 8,682 10,334 10,454 10,239 11,788 11,900 13,061 13,147

2-metil,1-propena 4-metil siklopentena 1-heksena Heptena 2- metil 1-heptena 1-oktena 1-nonena 2-metil 1-nonena 1-dekena 5-metil 1- heksena 1-dodekena Dodekena 2-metil 3-undekena 1-tridekena Tridekena 2-metil-n-1-tridekena 1-tetradekena

C4H8 C5H8 C6H12 C7H14 C8H16 C8H16 C9H18 C10H20 C10H20 C7H14 C12H24 C12H24 C12H24 C13H26 C13H28 C14H28 C14H28

2,695 1,368 1,094 2,208 0,870 1,769 1,945 1,469 2,121 1,606 2,983 3,065 0,748 2,216 2,697 0,718 2,076

56,1 68,1 84,16 98,18 112,21 112,21 126,24 140,27 140,27 98,19 168,32 168,32 168,32 182,35 184,36 196,37 196,37

73. 74. 75. 76.

15,641 1-heksadekena 17,878 1-oktadekena 18,919 z-5-nonadekena 19,908 1-eikosena Persentase Alkena Total Alkana (parrafin)

C16H32 C18H36 C19H38 C20H40

1,425 1,053 0,893 0,886 35,905

224,43 252 266 280,53

77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. 97. 98. 99. 100. 101. 102. 103. 104.

1,586 Pentana 1,766 2-metil pentana 1,895 Heksana 2,609 Heptana 3,384 2-metil heptana 3,487 3-metil heptana 3,874 Oktana 4,923 Nonane 5,534 Nonana 6,609 Oktane 7,263 Dekana 7,848 3-n-pentilsikloheksanona 8,442 3-metil dekana 8,777 1-heptil 2-metil siklopropana 8,915 Undekana 11,839 1,4-dimetil sikloktana 13,250 Tetradekana 14,429 1-Tetradekana 14,523 Pentadekana 15,727 Heksadekana 16,785 1-heptadekana 16,863 Heptadekana 17,947 Oktadekana 18,979 Nonadekana 19,968 Eikosana 20,906 Heneikosana 21,809 Dokosana 22,669 Trikosana Persentase Alkana Total Aromatik

C5H12 C6H14 C6H14 C7H16 C8H12 C8H18 C8H18 C9H20 C9H20 C10H22 C10H22 C12H24 C11H24 C10H20 C11H24 C14H28 C14H30 C13H26 C15H32 C16H32 C17H34 C17H36 C18H38 C19H40 C20H42 C21H44 C22H46 C23H48

3,617 1,128 3,600 1,938 1,207 1,477 2,429 1,358 2,522 0,933 2,901 1,495 0,754 2,890 3,094 0,654 3,102 2,072 3,495 2,500 1,199 2,152 2,115 2,285 1,904 1,657 1,071 0,750 56,303

92,15 86,18 86,18 100,2 114,23 114,23 114,23 128,26 128,26 142,28 140,28 168 156,31 140,27 156,31 196,37 198,39 183,35 212,41 229,43 283,45 252,48 286,52 286,52 282,55 296,57 310,6 324,63

105. 106. 107. 108. 109.

5,052 Benzena 9,792 Benzena 5,465 Benzena 6,652 1-etil 2-metil benzena 7,212 1-metil 4-metil benzena Persentase Aromatik Total Pengotor (Impurities)

C8H10 C10H10 C8H10 C9H12 C9H22

1,860 1,151 0,812 1,255 1,529 6,607

106,17 140 106,17 120,19 120,19

C8H14O2

1,187 142,2

110. 24,751

Asam asetat

Pengujian GC-MS menunjukkan komposisi hidrokarbon penyusun produk cair pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis yaitu alkana, alkena, aromatik dan pengotor. Dari 55 unsur yang dapat terdeteksi, didapatkan komposisi hidrokarbon

alkana (parrafin) sebanyak 56,303%, alkena (olefin)

sebanyak

35,905%, aromatik sebanyak 6,607%, dan pengotor (impurities) sebanyak 1,18% dari produk cair hasil pirolisis. Jika ditinjau dari komposisi atom C (karbon), maka didapat untuk hidrokarbon dengan rantai C5-C11 sebanyak 46,993% dan hidrokarbon dengan rantai C12-C25 sebanyak 51,818%. Hidrokarbon dengan atom karbon lebih dari 25 (>C25) tidak terdeteksi pada produk cair pirolisis. Hal ini menunjukkan bahwa minyak pelumas bekas telah terengkah dengan sempurna menjadi hidrokarbon-hidrokarbon dengan rantai karbon lebih pendek dari 25. Persentase alkana lebih besar dari persentase alkena dan aromatik. Dari 56,303% alkana, 12,876% merupakan alkana rantai bercabang (isomer) dan sisanya (43,427%) adalah alkana rantai lurus. Alkana/parrafin adalah hidrokarbon jenuh (saturated hydrocarbon), yang merupakan hidrokarbon paling sederhana, yang tersusun seluruhnya atas komponen organik dan jenuh terhadap atom hidrogen karena berikatan tunggal. Alkana yang dihasilkan dari proses pirolisis ini terdiri dari alkana rantai lurus dan rantai bercabang (isomer). Isomer adalah hidrokarbon dengan rumus molekul yang sama namun berbeda strukturnya. Rumus umum alkana adalah CnH2n+2 (diasumsikan sruktur non-cyclic). Alkana adalah bahan utama bahan bakar minyak yang dapat berupa alkana lurus ataupun bercabang. Alkana dengan rantai bercabang lebih dipilih untuk komposisi penyusun bahan bakar bensin karena memiliki indeks anti ketuk (auto-ignition indeks/octane number) yang lebih tinggi dari alkana rantai lurus. Alkana yang dihasilkan pada pirolisis minyak pelumas bekas berupa pentana, heksana, heptana, oktana, nonana, dekana, undekana, tetradekana, heksadekana, oktadekana dan juga isomernya. Rantai karbon alkana yang dihasilkan bervariasi dari C5 – C18. Pada kondisi temperatur dan tekanan standar, C5H12 sampai C17H36 berwujud cair sedangkan komponen yang lebih besar dari C18H36 berwujud padat. Komponen – komponen alkana ini memiliki titik didih dan densitas yang berbeda-beda seperti yang disajikan pada Tabel 4.1. Titik didih

dan densitas alkana meningkat seiring meningkatnya massa molekul alkana. Sebagai perbandingan, pentana memiliki titik didih 36 ºC dan bertambah 20 - 30 ºC setiap bertambahnya atom karbon alkana. Alkana rantai lurus memiliki titik didih yang lebih tinggi dari alkana rantai bercabang diakibatkan gaya van der Walls yang lebih besar karena luas permukaan kontak antar molekul yang lebih besar. Alkana dari pentana sampai oktana merupakan cairan yang mudah menguap (volatile). Alkana jenis tersebut digunakan dalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) karena sifatnya yang mudah menguap ketika memasuki ruang bakar (combustion chamber) sehingga tidak terbentuk titik-titk bahan bakar (droplet) yang dapat mempengaruhi keseragaman pembakaran. Alkana dengan rantai bercabang lebih dipilih daripada alkana rantai lurus karena lebih kecil kecenderunganya untuk menyebabkan penyalaan tidak sempurna yang menyebabkan knocking. Alkana dari nonana sampai heksadekana berbentuk cair dengan viskositas yang lebih tinggi dan tidak cocok untuk komposisi bensin. Alkana jenis ini adalah komponen utama bahan bakar jenis solar dan minyak penerbangan. Alkana jenis ini memiliki titik leleh (melting point) yang tinggi sehingga menyebabkan masalah saat digunakan pada temperatur rendah dimana bahan bakar menjadi terlalu tebal (thick) untuk mengalir. Alkana dari heksadekana ke atas merupakan komponen utama minyak bakar dan minyak pelumas. Alkana jenis ini bersamaan fungsinya sebagai bahan bakar, juga dapat berfungsi sebagai zat anti karat karena sifatnya yang hidrophobic sehingga air tidak bisa menyentuh permukaan logam. Alkana akan bereaksi dengan oksigen pada reaksi pembakaran. Semakin panjang rantai karbon, semakin sulit dalam penyalaan. Rumus umum untuk pembakaran alkana adalah: CnH2n+2 + (1.5n+0.5)O2 → (n+1)H2O + nCO2

(4.1)

Pada kondisi dimana oksigen lebih sedikit, dapat terbentuk karbon monoksida (CO) bahkan jelaga seperti pada reaksi berikut: CnH(2n+2) + ½ nO2 → (n+1)H2O + nCO

(4.2)

Tabel 4.2 Sifat-sifat fisik beberapa alkana rantai lurus Alkana Metana Etana Propana Butana Pentana Heksana Heptana Oktana Nonana Dekana undekana dodekana triacontana

Rumus mol. CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C30H62

Boiling point (oC) -162 -89 -42 -0.5 36 69 98 26 151 174 196 216 343

Melting point (oC) -183 -181 -188 -135 -130 -95 -91 -57 -54 -30 -26 -10 37

Density [g·cm−3] pada 20°C gas gas gas gas 0,626 0,659 0,684 0,703 0,718 0,730 0,740 0,749 solid

Kandungan alkena/olefin/hidrokarbon tak jenuh pada produk cair pirolisis termasuk tinggi yaitu 35,905%. Alkena adalah hidrokarbon yang memiliki ikatan ganda (double bond) minimal satu antar atom karbon, terdiri dari ikatan sigma dan ikatan pi, yang menyebabkan alkena mudah terbakar dan melepaskan energi dengan sangat cepat. Rumus umum untuk alkena adalah CnH2n , bentuk paling sederhana alkena adalah etilena (C2H2). Alkena termasuk hidrokarbon yang relatif stabil namun lebih reaktif daripada alkana. Kereaktifan alkena disebabkan dan adanya ikatan pi antar karbon yang bersifat mudah rusak sehingga terbentuk ikatan tunggal yang baru. Kandungan alkena yang tinggi menyebabkan suatu bahan bakar mudah teroksidasi, sehingga menyebabkan hidrokarbon tersebut berwarna gelap dan memicu timbulnya pencemar/impurities. Alkena/olefin juga memiliki angka oktan yang rendah. Jenis alkena yang dihasilkan adalah propena, siklopentena, heksena, heptena, oktena, nonena, dekena, dokekena, tridekena, heksedekena, oktadekena,

dan eikosena. Kandungan alkena tidak diharapkan pada komposisi bensin. Selain memiliki nilai oktan rendah, alkena juga berpengaruh pada densitas produk cair pirolisis. Densitas alkena lebih tinggi dari alkana sehingga semakin tinggi kandungan alkena, maka densitasnya akan semakin tinggi. Komponen aromatik produk cair pirolisis sebanyak 6,607% termasuk memenuhi syarat untuk bahan bakar minyak. Persentase komponen aromatik dapat dijadikan indikator kecenderungan terbentuknya jelaga jika produk cair hasil pirolisis dibakar. Pada minyak tanah (kerosin) dan bahan bakar mesin jet, komponen aromatik tidak boleh melebihi 25% (v/v). Untuk semua bahan bakar minyak (petroleum), komponen aromatik tidak boleh melebihi 35% (v/v). Aromatik yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis adalah benzena. Benzene adalah komponen aromatik yang tak berwarna, mudah terbakar, titik leleh tinggi dan mempunyai aroma yang manis. Kandungan benzena pada bensin dapat meningkatkan angka oktan dan mengurangi knocking. Pada tahun 50-an, benzena digunakan sebagai aditif pada bensin sebelum digantikan oleh timbal tetraethil. Komponen dengan dua atau lebih cincin tergabung seperti naphthalena (C10H8) dan anthracene (C14H10) tidak terdeteksi dalam hasil pengujian GC-MS. Kedua komponen tersebut termasuk dalam Polycyclic Aromatic Hidrocarbon (PAH) yang bersifat karsinogen (beracun). PAH terbentuk dari tumbukan molekul-molekul aromatik kecil. Turunan PAH yang paling berbahaya adalah benz(a) pyrene. Tabel 4.3 Hasil Analisa GC-MS Pirolisis tanpa Katalis Zeolit Nomor

Retention Time (menit)

Nama Unsur dalam Library

Rumus molekul

% dari Berat total mol. (g/mol)

Alkena (olefin) 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59.

7,139 8,804 9,750 10,361 11,531 11,814 13,045

1-decene 1-undecene 1-dodecene 1-tridecene 1-pentadecene 1-tridecene 1-tetradecene

C10H20 C11H22 C11H24 C13H26 C15H30 C13H26 C14H18

0,702 1,266 1,217 1,625 1,136 1,108 0,866

140,27 154,29 168,32 182,35 210,4 182,35 196,37

60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71.

13,165 1-tetradecene 14,395 1-pentadecene 14,653 1-hexadecene 15,685 1-hexadecene 16,348 1-octadecene 16,829 1-heptadecene 17,681 1-nonadecene 17,922 1-nonadecene 18,971 1-nonadecene 19,961 1-hexadecene 21,320 1-nonadecene 24,812 1-hexacosene Persentase Alkena Total Alkana (parrafin)

C14H18 C15H30 C16H32 C16H32 C18H36 C17H37 C19H38 C19H38 C19H38 C16H32 C19H38 C26H52

2,904 1,201 1,247 3,010 2,280 1,787 0,831 1,592 1,598 2,236 2,259 2,107 30,972

196,37 210,4 224,43 224,43 254,48 239,45 266,51 266,51 266,51 224,43 266,51 364,69

72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. 97.

5,552 nonane 7,281 decane 7,651 undecane 8,933 undecane 9,913 dodecane 10,481 dodecane 11,668 tridecane 11,926 tridecane 12,227 pentadecane 13,285 tetradecane 14,498 pentadecane 14,559 pentadecane 14,808 hexadecane 15,763 hexadecane 16,460 heptadecane 16,907 heptadecane 17,776 octadecane 17,999 octadecane 18,920 nonadecane 19,040 nonadecane 20,029 eicosane 20,967 heneicosane 22,739 tricosane 23,569 tetracosane 24,356 pentacosane 24,631 docosane Persentase Alkana Total Pengotor (Impurities)

C9H20 C10H22 C11H24 C11H24 C12H26 C12H26 C13H28 C13H28 C15H32 C14H30 C15H32 C15H32 C16H32 C16H32 C17H36 C17 H36 C18H38 C18H38 C19H40 C19H40 C20H42 C21H44 C23H48 C24H50 C25H52 C22H46

0,605 1,733 0,794 1,460 2,206 1,271 1,627 2,607 1,240 2,177 2,815 1,719 1,421 3,921 1,753 2,967 1,223 2,914 1,789 3,128 2,768 2,926 2,041 1,665 2,316 3,733 54,819

128,26 142,28 156,31 156,31 170,33 170,33 184,36 184,36 212,41 198,39 212,41 212,41 224,43 224,43 240,47 240,47 254,49 254,49 268,52 268,52 282,55 269,57 327,63 338,65 352,68 310,6

98. 99. 100. 101.

19,900 20,915 21,870 22,197

C19H38 C22H46O C18H37Cl C18H37Cl

0,913 1,773 2,846 1,387

cycloeicosane 1-docosene 1-chloro-octadecane 1-chloro-octadecane

326,6 288,94 288,94

102. 25,130 Diethylmethyl-Borane 103. 25,388 Diethylmethyl-Borane 104. 26,111 Diethylmethyl-Borane Persentase Pengotor Total

C5H13B C5H13B C5H13B

2,855 83,96 2,540 83,96 1,893 83,96 14,207

Analisa GC-MS juga dilakukan untuk produk cair pirolisis tanpa menggunakan katalis zeolit. Tabel 4.3 menyajikan Hasil Analisa GC-MS Pirolisis tanpa Katalis. Pengaturan dan parameter yang digunakan pada mesin GC-MS untuk analisa produk cair pirolisis tanpa katalis sama dengan analisa GC-MS untuk produk cair pirolisis dengan katalis. Komposisi hidrokarbon yang terdeteksi adalah alkena sebanyak 30,972 %, alkana sebanyak 53,819 % dan pengotor 14,207 %. Alkena yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan pirolisis dengan katalis. Alkana yang dihasilkan juga lebih sedikit dibandingkan pirolisis dengan katalis. Namun demikian, pengotor yang dihasilkan jauh lebih besar dibanding pirolisis dengan katalis. Alkana dengan jumlah lebih sedikit merupakan suatu kerugian karena alkana adalah hidrokarbon jenuh yang sangat baik untuk auto ignition quality pada bensin dan ignition delay pada solar. Alkena yang dihasilkan, walaupun lebih sedikit dibanding pirolisis dengan katalis, masih termasuk tinggi untuk digunakan dalam bahan bakar. Pada proses pembuatan bahan bakar yang sesungguhnya,

jumlah

alkena

akan

berusaha

dihilangkan

dengan

cara

menghilangkan ikatan rangkapnya menggunakan teknik hidrogenasi. Semua komponen alkena dan alkana yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis berantai lurus tanpa cabang. Alkana rantai lurus memiliki angka oktan yang rendah bila dibandingkan alkana bercabang. Alkana rantai lurus juga memiliki titik didih yang lebih tinggi bila dibandingka alkana bercabang. Komponen selain hidrokarbon yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis dianggap sebagai pengotor. Pengotor tersebut adalah cycloeicosane Docosene,1-chloro-octadecane dan Diethylmethyl-Borane. Semuanya bersifat reaktif dan sangat berbahaya jika terlepas ke lingkungan.

4.6.2.

Sifat Fisik Produk Cair Hasil Pirolisis Minyak Pelumas Bekas

Pengujian sifat-sifat fisik produk cair minyak pelumas bekas dilakukan untuk memprediksi kinerja produk cair jika digunakan untuk bahan bakar mesin pembakaran dalam. Pengujian sifat fisik yang telah dilakukan adalah pengujian specific gravity, flash point, warna, distilasi, kinematic viscosity, pour point, Gross Heating Value, kandungan sulfur dan Calculated Cetan Index. Tabel 4.4 menampilkan Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas. Seluruh pengujian dilakukan dengan standar ASTM yang juga merupakan standar pengujian untuk bahan bakar Pertamina. Hasil pengujian ini kemudian dibandingkan dengan nilai standar bahan bakar Solar dan Bensin produk Pertamina yang ditampilkan dalam Tabel 4.5. Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas

No. 1 2 3 4

Jenis Pengujian

6

Specific Gravity at 60/60ºF Flash Point P.M.C.C. Colour ASTM Distillation IBP 10% vol. evap. 20% vol. evap. 30% vol. evap. 40% vol. evap. 50% vol. evap. 60% vol. evap. 70% vol. evap. 80% vol. evap. 90% vol. evap. End Point Recovery at 300 °C Recovery Residue Total Recovery Loss Kinematic Viscosity at 40°C Pour Point

7

Caloric Value

5

Satuan °C

°C °C °C °C °C °C °C °C °C °C °C %vol. %vol. %vol. %vol. %vol. mm²/s °C cal/gr

Hasil Metode pemeriksaan pemeriksaan 0,8584 ASTM D 1298-07 15,5 ASTM D 93-07 D 8,0 ASTM D 1500-07 ASTM D 86-07 78,5 221 308 335 342 342 347 349 346 350 350 18 93 4 97 3 5,807 -15 10821

ASTM D 445-07 ASTM D 97-07 Bomb Calorimeter

8 9 10 j.

Gross Heating Value (HHV) Kandungan sulfur (w/w) Calculated Cetan Index

cal/gr

10842

%

0,183 53,37

Dengan perhitungan ASTM D 4294-03 ASTM D 976- 00

Specific Gravity pada 60/60 ºF Specific Gravity merupakan salah satu sifat fisik bahan bakar yang paling

penting. Specific Gravity

menentukan perbandingan udara-bahan bakar yang

memasuki ruang bakar yang didasarkan pada berat campuran udara-bahan bakar. Peralatan sistem injeksi bahan bakar (fuel injection) pada mesin beroperasi berdasarkan pengukuran volume bahan bakar sehingga kenaikan specific gravity akan menyebabkan kenaikan massa bahan bakar yang dikonsumsi.

Specific

Gravity pada 60/60ºF (15,5/15,5ºC) dari produk cair hasil pirolisis adalah 0,8584. Nilai ini memenuhi standar untuk bahan bakar Solar Pertamina yaitu minimal 0,820 dan maksimal 0,870. Dengan menggunakan Tabel ASTM API Gravity to Specific Gravity and to Density, secara interpolasi, didapatkan nilai API Gravity sebesar 33,34 dan nilai densitas pada 15ºC sebesar 0,8580 gr/cm³. Nilai densitas ini termasuk dalam nilai rentang batasan minyak Solar Pertamina yaitu minimal 815 kg/m³ dan maksimal 870 kg/m³ sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675 K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006.

k.

Flash Point PMCC Flash Point adalah temperatur dimana suatu bahan bakar membentuk uap

yang mudah terbakar jika dberikan pemicu nyala api. Flash Point produk cair pirolisis hasil pengujian dengan alat PMCC adalah 15,5 °C. Pengujian dilakukan dengan standar ASTM D 93-07. Harga standar spesifikasi Solar Pertamina untuk flash point minimal adalah 60 °C, sedangkan untuk gasoline pasaran Amerika adalah -43°C. Flash Point produk cair pirolisis terlalu rendah untuk digunakan dalam mesin diesel. Seharusnya, bahan bakar diesel memiliki flash point yang tinggi dan temperatur autoignition yang rendah. Flash point yang rendah menyebabkan masalah dalam penyimpanan bahan bakar. Jika digunakan sebagai

bahan bakar mesin SI,

flash point produk cair pirolisis terlalu tinggi yang

menyebabkan bahan bakar susah terbakar pada temperatur rendah atau pada keadaan mesin dingin.

l.

Warna ASTM Warna ASTM hasil pengujian didapatkan nilai D 8.0. Nilai ini masuk

standar paling gelap untuk warna ASTM. Nilai ini tidak memenuhi standar warna Solar Pertamina sebesar D 3.0. Pada saat keluar dari kondensor proses pirolisis, produk cair pirolisis berwarna kuning keemasan. Namun selama penyimpanan, warna produk cair berubah menjadi gelap. Perubahan warna ini disebabkan komponen alkena/hidrokarbon tak jenuh pada produk cair mengalami oksidasi selama proses penyimpanan.

m.

Distilasi Dari data pengujian distilasi, dapat dilihat bahwa rentang titik didih

(boiling point range) produk cair pirolisis berada pada 78,5 °C (IBP) sampai pada 350 °C (End Point). Rentang titik didih ini menunjukkan bahwa produk cair pirolisis kurang volatile. Standar boiling range untuk bahan bakar bensin adalah antara 30°C -210°C. Antara 20%-46% volume bensin yang menguap/evaporate seharusnya berada pada temperatur 70 °C , 46%-71% berada pada temperatur 100°C dan lebih dari 75% volume bensin seharusnya menguap berada pada 150°C. Bagian ujung uji distilasi sangat berpengaruh pada kemudahan mesin dihidupkan. Sebanyak 10% volume bahan bakar pada bensin seharusnya berevaporasi pada temperatur 74 °C namun pada produk cair pirolisis minyak pelumas bekas berada pada temperatur 221°C. Temperatur 221°C ini termasuk tinggi dan akan berpengaruh pada kinerja mesin terutama pada kondisi dingin. Pada mesin yang menggunakan karburator, karburator dirancang untuk memberikan sejumlah bensin ke dalam arus udara saat mesin dalam keadaan panas. Seharusnya, tetes bensin akan menguap di dalam manifold dan di dalam silinder sehingga terbentuk campuran uap bensin dan udara.

Pada waktu mesin dalam keadaan dingin, bensin yang sama jumlahnya akan disemburkan dalam arus udara tetapi hanya sebagian kecil yang dapat menguap. Jika temperatur 10% evaporasi tinggi, maka dalam keadaan mesin dingin bahan bakar tidak dapat berevaporasi dan akan tetap berbentuk cair yang berakibat bahan bakar tidak terbakar. Bahan bakar yang tak bisa terbakar akan mengalir dalam bentuk lapisan sepanjang dinding manifold menuju silinder yang selanjutnya bahan bakar mengalir ke bagian bawah melalui dinding silinder menuju karter minyak pelumas. bahan bakar yang berada di dalam karter akan menyebabkan pengenceran minyak pelumas. Bahan bakar yang tidak terbakar kemungkinan besar juga akan terbawa oleh aliran gas buang.

n.

Kinematic Viscosity at 40°C Viskositas suatu bahan bakar adalah ukuran resistensi bahan bakar tersebut

untuk mengalir. Jika temperatur naik, viskositas akan turun sehingga akan lebih mudah mengalir. Viskositas kinematik produk cair pirolisis hasil pengujian pada 40°C didapatkan senilai 5,807 mm²/s. Nilai ini sedikit melebihi batas maksimal minyak solar Pertamina yaitu 5,0 mm²/s, dengan batas minimal 2,0 mm²/s. Viskositas kinematik adalah salah satu sifat fisik paling penting karena mempengaruhi kinerja komponen injeksi bahan bakar (fuel injection) terutama pada temperatur rendah dimana viskositas mempengaruhi fluiditas bahan bakar. Viskositas yang tinggi akan menyebabkan atomisasi bahan bakar yang lebih miskin (tidak sempurna) pada semprotan bahan bakar dan menyebabkan ketidakakuratan operasional injektor bahan bakar (fuel injector).

o.

Titik Tuang Titik Tuang/pour point hasil pengujian didapatkan nilai -15 ºC. Nilai ini

tidak melebihi batas maksimal minyak diesel dan minyak Solar Pertamina yaitu maksimal 18ºC. Ini menunjukkan, produk cair pirolisis pada cuaca dingin yang ekstrim sekalipun dapat tetap mengalir dan dapat dipompa dari tangki bahan bakar menuju mesin. Pour point pada angka -15 ºC ini juga menunjukkan tidak adanya komponen lilin (wax) pada produk cair pirolisis.

p.

Higher Heating Value Higher Heating Value hasil pengujian untuk produk cair hasil pirolisis

didapatkan sebesar 10821 cal/gr. Nilai ini mendekati nilai standar spesifikasi bahan bakar diesel pasaran Amerika yaitu sebesar 10963 cal/gr.

q.

Calculated Cetane Index Angka cetan menunjukkan kualitas penyalaan bahan bakar pada mesin

diesel. Semakin tinggi angka cetan, semakin mudah bahan bakar tersebut menyala setelah diinjeksikan. Dari API Gravity (G) = 33,34 dan Mid Boiling Point (M) = 342°C = 647,6 °F uji distilasi, dapat dihitung Calculated Cetane Index dengan rumus: 2 Calculated Cetane Index = - 420,34 + 0,016 G + 0,192 G log M + 65,01 (log M ) 2 - 0,0001809 M 2

= -420,34 + 0,016 (33,34)2 + 0,192 (33,34) log 647,6 + 65,01 (log 647,6) 2 – 0,0001809 (647,6)

Calculated Cetane Index = 53,37

Calculated Cetane Index produk cair pirolisis sebesar 53,37 memenuhi standar Solar Pertamina yaitu minimal 45. Angka cetan ini juga memenuhi batasan angka cetan bahan bakar diesel (diesel fuel) pasaran Amerika yaitu minimal 37 dan maksimal 56. Angka cetan produk cair pirolisis cukup tinggi. Angka cetan tinggi ini dikarenakan komponen hidrokarbon jenuh (alkana/parrafin) yang tinggi (56,303%). Alkana rantai panjang dan tidak bercabang memiliki indeks cetan yang tinggi dan kualitas nyala yang baik, sedangkan hidrokarbon bercabang (berisomer) memiliki indeks cetan rendah dan kualitas penyalaan yang buruk. Angka cetan yang rendah dapat menyebabkan mesin sulit di-start pada kondisi dingin.

Angka cetan yang rendah juga dapat menyebabkan mesin kasar, peak pressure dan emisi NO.

No

Tabel 4.5 Perbandingan Sifat-Sifat Produk Cair Pirolisis Oli, Premium dan Solar Pertamina ,serta Data Properties dari Sumber Lain

1 2 3 4

5 6 7

8 9 10

Jenis Pengujian

unit

Spesifikasi Standar Pertamina Hasil Uji Premium Solar Min Maks Min Mak

Specific Gravity at - 0,8584 60/60ºF Flash Point °C 15,5 P.M.C.C. ASTM Colour ASTM 8,0 Distillation IBP °C 78,5 10% vol. evap. °C 221 20% vol. evap. °C 308 30% vol. evap. °C 335 40% vol. evap. °C 342 50% vol. evap. °C 342 60% vol. evap. °C 347 70% vol. evap. °C 349 80% vol. evap. °C 346 90% vol. evap. °C 350 End Point °C 350 Recovery at 300 °C %vol 18 Recovery %vol 93 Residue %vol 4 Total Recovery %vol 97 Loss %vol 3 Kinematic mm²/s 5,807 Viscosity at 40°C Pour Point °C -15 Caloric Value/HHV(Bomb cal/gr 10821 Calorimeter) Gross Heating Value/HHV (Dengan cal/gr 10842 perhitungan) Sulfur Content %m/m 0,183 Cetan Number 53,37

Data Standar Sumber Lain

gaso diesel line 0,72- 0,85 a - 0,820 0,870 0,78a

-

-

60

yellow

-

-

-43 a

52 a

3,0 30 a

-

74 125 180 205 2,0 -

40 -

-

-

2,0

-

- -

18

-

- -

-

-

- -

-

-

0,00 - 45

210 a

- 225 a 5,0

11154

-

235 a

1,94,1 b c

10963

c

-

0,35 0,05 b <15 a 37-56 a

d) Sorensen, Harry A.,(1983) e) Demirbas (2008) f) Wikipedia.com/HHV (2010) r.

Kandungan Sulfur Kandungan sulfur produk cair pirolisis minyak pelumas bekas hasil

pengujian didapatkan sebesar .0,183 % (m/m) dari massa produk cair. Nilai ini memenuhi syarat standar bahan bakar Solar Pertamina yaitu maksimal 0,35% (m/m). Namun kandungan sulfur produk cair pirolisis minyak pelumas tidak memenuhi syarat maksimal kandungan sulfur untuk Bensin yaitu 0 %. Kandungan sulfur dalam bensin juga dapat menurunkan angka oktan. Sebanyak 0,1 % sulfur dalam bensin akan menurunkan angka oktan 0 sampai 2 stuan angka oktan. Jika sulfur terbakar di dalam mesin, akan terbentuk sulfur dioksida (SO2) dan kemungkinan besar akan teroksidasi lebih lanjut menjadi sulfur trioksida (SO3). Jika bertemu dengan air (H2O), oksida sulfur ini akan menjadi asam sulfat (H2SO4) yang tidak hanya korosif namun juga mempunyai sifat seperti katalis dalam mempercepat keausan minyak pelumas mesin. Karena temperatur piston tinggi, asam sulfat ini dapat mengakibatkan deposit karbon yang menempel pada piston dan celah ring piston. Deposit yang tertumpuk pada celah ring piston menyebabkan ring piston tidak berfungsi dengan baik sehingga menyebabkan oli mesin cepat habis, keausan komponen mesin dan berkurangnya tenaga.

BAB IV DATA DAN ANALISA

Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dan sifat-sifat fisik produk cair yang dihasilkan tersebut dengan menggunakan katalis zeolite. Pengujian pengaruh temperatur pirolisis dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 o

C, 490oC dan 510 oC.

4.7. Hasil Pirolisis Hasil pirolisis minyak pelumas bekas berupa produk cair, residu padat (char), dan uap yang tak dapat terkondensasi (non-condensable gas). Uap atau gas yang tidak dapat terkondensasi tidak dianalisa karena persentasenya massa lebih kecil dibandingkan produk cair yang dihasilkan dari minyak pelumas bekas yang dipirolisis. Residu padat yang dihasilkan menempel di bagian bawah reaktor bercampur dengan katalis dan berwarna hitam. Setelah reaksi pirolisis, katalis yang semula berwana hijau muda berubah menjadi hitam. Karena sudah bercampur residu padat, katalis yang sudah digunakan, tidak digunakan kembali.

(b)

(a)

(c)

Gambar 4.1 (a) Produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas, (b) katalis terpakai dan (c) residu padat

4.8. Pengaruh Temperatur Pirolisis Terhadap Persentase Produk Cair Penelitian pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair dari pirolisis minyak pelumas bekas dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC dan 510oC. Laju pemanasan (heating rate) dari setiap variasi temperatur pirolisis dijaga konstan sebesar 5oC/menit dan proses pirolisis dilakukan pada tekanan atmosfer. Proses pirolisis menggunakan katalis zeolit 5% (w/w) yang diperlakukan dengan larutan NaOH 10% (w/w). Ukuran partikel zeolit sebagai katalis sebesar 60-80 mesh. 100 90 Persentase Produk Cair (%)

89.98 80 70

93.01

97.03

93.31

83.85 75.88

79.54

60 50 40 30 20 10 0 400

410

430

450

470

490

510

Temperatur C

Gambar 4.2 Pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dengan katalis zeolit 5%, ukuran partikel zeolit 60-80 mesh

Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali untuk setiap variasi temperatur. Gambar 4.2 menampilkan rata-rata persentase produk cair hasil pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis pada setiap variasi temperatur. Produk cair meningkat dengan kenaikan temperatur pirolisis hingga mencapai persentase maksimal pada temperatur 490oC, kemudian menurun pada temperatur

pirolisis 510oC. Persentase hasil produk cair yang dihasilkan dari pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis zeolit adalah 75,88%, 79,54%, 83,85%, 89,98%, 93,01%, 97,03%, 93,31% dari massa awal pelumas bekas berturut-turut untuk temperatur pirolisis 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 oC, 470 oC, 490oC, dan 510oC. 100

Persentase Produk Cair (%)

90 89.98

80 70 60

83.85 75.88

79.54 68.05

79.02

93.01 81.75

97.03 82.35

93.31 80.5

71.5

61.77

50 40 30

dengan katalis zeolit tanpa katalis

20 10 0 400

410

430

450

470

490

510

Temperatur C

Gambar 4.3 Pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair yang dihasilkan dengan katalis zeolit 5% dibandingkan dengan pirolisis tanpa katalis

Pada penelitian pirolisis minyak pelumas bekas ini, produk cair mulai dihasilkan pada temperatur 400ºC sebanyak 75,88% dari massa minyak pelumas bekas yang digunakan. Dapat dikatakan bahwa temperatur 400 ºC merupakan temperatur jenuh (saturation temperature) dari minyak pelumas bekas SAE 20W50 yang digunakan. Pada temperatur pirolisis 400 oC, ikatan antar atom karbon pada minyak pelumas bekas mulai terputus menjadi hidrokarbon-hidrokarbon dengan rantai karbon lebih pendek. Karena rantai karbon lebih pendek, molekul hidrokarbon menjadi lebih ringan dan menguap melewati kondensor. Di dalam kondensor, uap pirolisis didinginkan pada temperatur air 28 ºC untuk menghentikan reaksi perengkahan lebih lanjut.

Seiring naiknya temperatur dari 400 ºC sampai dengan 490ºC, persentase produk cair yang dihasilkan juga semakin meningkat. Tetapi, pada temperatur 510ºC terjadi penurunan hasil produk cair menjadi 93,31%, hampir sama dengan perolehan produk cair pada 470ºC. Dapat disimpulkan bahwa temperatur pirolisis optimal untuk laju pemanasan 5 ºC/menit dan tekanan atmosfer adalah 490 ºC. Temperatur optimal ini akan berbeda untuk laju pemanasan dan tekanan pirolisis yang berbeda. Penurunan hasil produk cair pada temperatur 510 ºC disebabkan karena hidrokarbon fraksi ringan dihasilkan lebih banyak pada temperatur lebih tinggi dari 490 ºC. Fraksi ringan ini mempunyai rentang rantai karbon dari C1-C4. Pada rentang rantai karbon ini (metana – etana), hidrokarbon berwujud fasa gas dan bersifat non-condensable pada temperatur ruangan. Temperatur yang lebih tinggi dari 510 oC akan memicu pemutusan ikatan atom karbon-karbon lanjut (secondary cracking) lebih banyak sehingga akan diperoleh komponen hidrokarbon ringan yang lebih tinggi sehingga produk cair yang dihasilkan diperkirakan akan semakin sedikit. Sebagai pembanding, pirolisis minyak pelumas bekas juga dilakukan tanpa menggunakan katalis zeolit. Gambar 4.3 menampilkan pengaruh temperatur pirolisis terhadap persentase produk cair pirolisis yang dihasilkan tanpa katalis dibandingkan dengan pirolisis dengan katalis zeolit 5% dari massa awal minyak pelumas bekas. Pirolisis dilakukan pada temperatur 400 oC, 410 oC, 430 oC, 450 o

C, 470 oC, 490oC dan 510oC. Laju pemanasan dijaga konstan pada 5 oC/menit.

Persentase produk cair yang dihasilkan berturut-turut adalah 61,77 %, 68,05%, 71,5%, 79,02%, 81,75%, 82,35% dan 80,5%. Produk cair pirolisis mulai dihasilkan pada temperatur 400 oC sebanyak 61,77 % . Produk cair hasil pirolisis tanpa katalis meningkat seiring naiknya temperatur dari 400 oC sampai 490 oC. Temperatur optimal untuk pirolisis minyak pelumas bekas tanpa katalis zeolit sama dengan temperatur optimal pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis zeolit yaitu 490 oC. Setelah temperatur 490 oC yaitu pada 510 oC, persentase produk cair tanpa katalis menurun. Persentase produk cair pirolisis tanpa katalis maksimal dicapai pada saat temperatur 490 oC sebesar 80,5%..

Produk cair yang dihasilkan pada pirolisis tanpa katalis rata-rata lebih rendah bila dibandingkan dengan katalis. Hal ini membuktikan bahwa peran katalis sangat besar dalam proses pirolisis dalam hal waktu pirolisis dan temperatur pirolisis. Pori-pori katalis pada permukaan merupakan tempat berlangsungnya reaksi pirolisis. Dengan penambahan katalis zeolit, pada temperatur yang sama dengan temperatur pirolisis tanpa katalis zeolit, diperoleh persentase hasil produk cair yang lebih tinggi. Komponen utama katalis zeolit adalah logam alumunium dan silika. Katalis zeolit tidak ikut bereaksi dengan minyak pelumas bekas dalam proses pirolisis. Setelah selesai proses pirolisis, wujud katalis masih tetap berbentuk serbuk tetapi warna zeolit berubah menjadi hitam.

4.9.

Pengujian Laboratorium Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas Pelumas baru yang belum digunakan mengandung 100% hidrokarbon

dengan rantai karbon lebih dari 25 ( > C25). Setelah digunakan, komponen hidrokarbon berubah menjadi kurang lebih 84,42% > C25 dan 16,58% C12-C25. Jumlah 16,58 % C12-C25 ini diperkirakan dihasilkan selama proses pelumasan mesin dimana terjadi pemanasan yang memungkinkan terjadi perengkahan ikatan antar molekul hidrokarbon. Produk cair hasil pirolisis hidrokarbon organik, karena telah mengalami proses perengkahan, mempunyai komposisi karbon antara C6C20. Komposisi karbon produk cair pirolisis ini dapat digolongkan menjadi dua yaitu hidrokarbon C5-C11 yang merupakan komponen hidrokarbon volatil bensin dan C12-C25 yang merupakan angka karbon minyak bakar (diesel).

4.9.1. Hasil Pengujian GC-MS Tabel 4.2 menyajikan hasil analisa GC-MS produk cair hasil pirolisis dengan katalis zeolit. Pengujian GC-MS dilakukan menggunakan mesin Agilent tipe GC 6890N 5975B MSD dengan spesifikasi sebagai berikut: spesifikasi oven : initial temp initial time

: 50 ºC (on) : 2.00 min

maximum temp : 325 ºC equilibrium time : 1.00 min ramps: # rate final temp final time 1 10.00 300 3.00 2 0.0 (off) spesifikasi front inlet (split/splitless): mode : split initial temp : 300 ºC (on) pressure : 7.64 psi (on) split ratio : 200:1 split flow : 199.9 mL/min total flow : 203.7 mL/min gas saver : on saver flow : 20.0 mL/min gas type : helium spesifikasi kolom kapiler model number : Agilent 19091S-433 HP-5MS 5. Phenyl Methyl Siloxane Max temp : 325 ºC Nominal lenght, ø : 30.0 m, 250.00 um Nominal film thickness: 0.25 um Mode : constant flow Initial flow : 1.0 mL/min Nominal init. press : 7.65 psi Average velocity : 36 cm/sec Inlet : front inlet Outlet : MSD Outlet pressure : vacuum Tabel 4.1 Hasil Analisa GC-MS Pirolisis dengan Katalis Zeolit Nomor

Retention Time (menit)

Nama Unsur dalam Library

Rumus molekul

% dari Berat total mol. (g/mol)

Alkena (olefin) 111. 112. 113. 114. 115. 116. 117. 118. 119. 120.

1,457 2,231 2,317 2,532 3,685 3,753 5,388 7,022 7,117 8,682

2-metil,1-propena 4-metil siklopentena 1-heksena Heptena 2- metil 1-heptena 1-oktena 1-nonena 2-metil 1-nonena 1-dekena 5-metil 1- heksena

C4H8 C5H8 C6H12 C7H14 C8H16 C8H16 C9H18 C10H20 C10H20 C7H14

2,695 1,368 1,094 2,208 0,870 1,769 1,945 1,469 2,121 1,606

56,1 68,1 84,16 98,18 112,21 112,21 126,24 140,27 140,27 98,19

121. 122. 123. 124. 125. 126. 127. 128. 129. 130. 131.

10,334 1-dodekena 10,454 Dodekena 10,239 2-metil 3-undekena 11,788 1-tridekena 11,900 Tridekena 13,061 2-metil-n-1-tridekena 13,147 1-tetradekena 15,641 1-heksadekena 17,878 1-oktadekena 18,919 z-5-nonadekena 19,908 1-eikosena Persentase Alkena Total Alkana (parrafin)

C12H24 C12H24 C12H24 C13H26 C13H28 C14H28 C14H28 C16H32 C18H36 C19H38 C20H40

2,983 3,065 0,748 2,216 2,697 0,718 2,076 1,425 1,053 0,893 0,886 35,905

168,32 168,32 168,32 182,35 184,36 196,37 196,37 224,43 252 266 280,53

132. 133. 134. 135. 136. 137. 138. 139. 140. 141. 142. 143. 144. 145. 146. 147. 148. 149. 150. 151. 152. 153. 154. 155. 156. 157. 158. 159.

1,586 Pentana 1,766 2-metil pentana 1,895 Heksana 2,609 Heptana 3,384 2-metil heptana 3,487 3-metil heptana 3,874 Oktana 4,923 Nonane 5,534 Nonana 6,609 Oktane 7,263 Dekana 7,848 3-n-pentilsikloheksanona 8,442 3-metil dekana 8,777 1-heptil 2-metil siklopropana 8,915 Undekana 11,839 1,4-dimetil sikloktana 13,250 Tetradekana 14,429 1-Tetradekana 14,523 Pentadekana 15,727 Heksadekana 16,785 1-heptadekana 16,863 Heptadekana 17,947 Oktadekana 18,979 Nonadekana 19,968 Eikosana 20,906 Heneikosana 21,809 Dokosana 22,669 Trikosana Persentase Alkana Total Aromatik

C5H12 C6H14 C6H14 C7H16 C8H12 C8H18 C8H18 C9H20 C9H20 C10H22 C10H22 C12H24 C11H24 C10H20 C11H24 C14H28 C14H30 C13H26 C15H32 C16H32 C17H34 C17H36 C18H38 C19H40 C20H42 C21H44 C22H46 C23H48

3,617 1,128 3,600 1,938 1,207 1,477 2,429 1,358 2,522 0,933 2,901 1,495 0,754 2,890 3,094 0,654 3,102 2,072 3,495 2,500 1,199 2,152 2,115 2,285 1,904 1,657 1,071 0,750 56,303

92,15 86,18 86,18 100,2 114,23 114,23 114,23 128,26 128,26 142,28 140,28 168 156,31 140,27 156,31 196,37 198,39 183,35 212,41 229,43 283,45 252,48 286,52 286,52 282,55 296,57 310,6 324,63

160. 5,052 161. 9,792 162. 5,465

Benzena Benzena Benzena

C8H10 C10H10 C8H10

1,860 106,17 1,151 140 0,812 106,17

163. 6,652 1-etil 2-metil benzena 164. 7,212 1-metil 4-metil benzena Persentase Aromatik Total Pengotor (Impurities)

C9H12 C9H22

1,255 120,19 1,529 120,19 6,607

165. 24,751

C8H14O2

1,187 142,2

Asam asetat

Pengujian GC-MS menunjukkan komposisi hidrokarbon penyusun produk cair pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis yaitu alkana, alkena, aromatik dan pengotor. Dari 55 unsur yang dapat terdeteksi, didapatkan komposisi hidrokarbon

alkana (parrafin) sebanyak 56,303%, alkena (olefin)

sebanyak

35,905%, aromatik sebanyak 6,607%, dan pengotor (impurities) sebanyak 1,18% dari produk cair hasil pirolisis. Jika ditinjau dari komposisi atom C (karbon), maka didapat untuk hidrokarbon dengan rantai C5-C11 sebanyak 46,993% dan hidrokarbon dengan rantai C12-C25 sebanyak 51,818%. Hidrokarbon dengan atom karbon lebih dari 25 (>C25) tidak terdeteksi pada produk cair pirolisis. Hal ini menunjukkan bahwa minyak pelumas bekas telah terengkah dengan sempurna menjadi hidrokarbon-hidrokarbon dengan rantai karbon lebih pendek dari 25. Persentase alkana lebih besar dari persentase alkena dan aromatik. Dari 56,303% alkana, 12,876% merupakan alkana rantai bercabang (isomer) dan sisanya (43,427%) adalah alkana rantai lurus. Alkana/parrafin adalah hidrokarbon jenuh (saturated hydrocarbon), yang merupakan hidrokarbon paling sederhana, yang tersusun seluruhnya atas komponen organik dan jenuh terhadap atom hidrogen karena berikatan tunggal. Alkana yang dihasilkan dari proses pirolisis ini terdiri dari alkana rantai lurus dan rantai bercabang (isomer). Isomer adalah hidrokarbon dengan rumus molekul yang sama namun berbeda strukturnya. Rumus umum alkana adalah CnH2n+2 (diasumsikan sruktur non-cyclic). Alkana adalah bahan utama bahan bakar minyak yang dapat berupa alkana lurus ataupun bercabang. Alkana dengan rantai bercabang lebih dipilih untuk komposisi penyusun bahan bakar bensin karena memiliki indeks anti ketuk (auto-ignition indeks/octane number) yang lebih tinggi dari alkana rantai lurus. Alkana yang dihasilkan pada pirolisis minyak pelumas bekas berupa pentana, heksana, heptana, oktana, nonana, dekana, undekana, tetradekana,

heksadekana, oktadekana dan juga isomernya. Rantai karbon alkana yang dihasilkan bervariasi dari C5 – C18. Pada kondisi temperatur dan tekanan standar, C5H12 sampai C17H36 berwujud cair sedangkan komponen yang lebih besar dari C18H36 berwujud padat. Komponen – komponen alkana ini memiliki titik didih dan densitas yang berbeda-beda seperti yang disajikan pada Tabel 4.1. Titik didih dan densitas alkana meningkat seiring meningkatnya massa molekul alkana. Sebagai perbandingan, pentana memiliki titik didih 36 ºC dan bertambah 20 - 30 ºC setiap bertambahnya atom karbon alkana. Alkana rantai lurus memiliki titik didih yang lebih tinggi dari alkana rantai bercabang diakibatkan gaya van der Walls yang lebih besar karena luas permukaan kontak antar molekul yang lebih besar. Alkana dari pentana sampai oktana merupakan cairan yang mudah menguap (volatile). Alkana jenis tersebut digunakan dalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) karena sifatnya yang mudah menguap ketika memasuki ruang bakar (combustion chamber) sehingga tidak terbentuk titik-titk bahan bakar (droplet) yang dapat mempengaruhi keseragaman pembakaran. Alkana dengan rantai bercabang lebih dipilih daripada alkana rantai lurus karena lebih kecil kecenderunganya untuk menyebabkan penyalaan tidak sempurna yang menyebabkan knocking. Alkana dari nonana sampai heksadekana berbentuk cair dengan viskositas yang lebih tinggi dan tidak cocok untuk komposisi bensin. Alkana jenis ini adalah komponen utama bahan bakar jenis solar dan minyak penerbangan. Alkana jenis ini memiliki titik leleh (melting point) yang tinggi sehingga menyebabkan masalah saat digunakan pada temperatur rendah dimana bahan bakar menjadi terlalu tebal (thick) untuk mengalir. Alkana dari heksadekana ke atas merupakan komponen utama minyak bakar dan minyak pelumas. Alkana jenis ini bersamaan fungsinya sebagai bahan bakar, juga dapat berfungsi sebagai zat anti karat karena sifatnya yang hidrophobic sehingga air tidak bisa menyentuh permukaan logam.

Alkana akan bereaksi dengan oksigen pada reaksi pembakaran. Semakin panjang rantai karbon, semakin sulit dalam penyalaan. Rumus umum untuk pembakaran alkana adalah: CnH2n+2 + (1.5n+0.5)O2 → (n+1)H2O + nCO2

(4.1)

Pada kondisi dimana oksigen lebih sedikit, dapat terbentuk karbon monoksida (CO) bahkan jelaga seperti pada reaksi berikut: CnH(2n+2) + ½ nO2 → (n+1)H2O + nCO

(4.2)

Tabel 4.2 Sifat-sifat fisik beberapa alkana rantai lurus Alkana Metana Etana Propana Butana Pentana Heksana Heptana Oktana Nonana Dekana undekana dodekana triacontana

Rumus mol. CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C30H62

Boiling point (oC) -162 -89 -42 -0.5 36 69 98 26 151 174 196 216 343

Melting point (oC) -183 -181 -188 -135 -130 -95 -91 -57 -54 -30 -26 -10 37

Density [g·cm−3] pada 20°C gas gas gas gas 0,626 0,659 0,684 0,703 0,718 0,730 0,740 0,749 solid

Kandungan alkena/olefin/hidrokarbon tak jenuh pada produk cair pirolisis termasuk tinggi yaitu 35,905%. Alkena adalah hidrokarbon yang memiliki ikatan ganda (double bond) minimal satu antar atom karbon, terdiri dari ikatan sigma dan ikatan pi, yang menyebabkan alkena mudah terbakar dan melepaskan energi dengan sangat cepat. Rumus umum untuk alkena adalah CnH2n , bentuk paling sederhana alkena adalah etilena (C2H2). Alkena termasuk hidrokarbon yang relatif stabil namun lebih reaktif daripada alkana. Kereaktifan alkena disebabkan dan adanya ikatan pi antar karbon yang bersifat mudah rusak sehingga terbentuk

ikatan tunggal yang baru. Kandungan alkena yang tinggi menyebabkan suatu bahan bakar mudah teroksidasi, sehingga menyebabkan hidrokarbon tersebut berwarna gelap dan memicu timbulnya pencemar/impurities. Alkena/olefin juga memiliki angka oktan yang rendah. Jenis alkena yang dihasilkan adalah propena, siklopentena, heksena, heptena, oktena, nonena, dekena, dokekena, tridekena, heksedekena, oktadekena, dan eikosena. Kandungan alkena tidak diharapkan pada komposisi bensin. Selain memiliki nilai oktan rendah, alkena juga berpengaruh pada densitas produk cair pirolisis. Densitas alkena lebih tinggi dari alkana sehingga semakin tinggi kandungan alkena, maka densitasnya akan semakin tinggi. Komponen aromatik produk cair pirolisis sebanyak 6,607% termasuk memenuhi syarat untuk bahan bakar minyak. Persentase komponen aromatik dapat dijadikan indikator kecenderungan terbentuknya jelaga jika produk cair hasil pirolisis dibakar. Pada minyak tanah (kerosin) dan bahan bakar mesin jet, komponen aromatik tidak boleh melebihi 25% (v/v). Untuk semua bahan bakar minyak (petroleum), komponen aromatik tidak boleh melebihi 35% (v/v). Aromatik yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis adalah benzena. Benzene adalah komponen aromatik yang tak berwarna, mudah terbakar, titik leleh tinggi dan mempunyai aroma yang manis. Kandungan benzena pada bensin dapat meningkatkan angka oktan dan mengurangi knocking. Pada tahun 50-an, benzena digunakan sebagai aditif pada bensin sebelum digantikan oleh timbal tetraethil. Komponen dengan dua atau lebih cincin tergabung seperti naphthalena (C10H8) dan anthracene (C14H10) tidak terdeteksi dalam hasil pengujian GC-MS. Kedua komponen tersebut termasuk dalam Polycyclic Aromatic Hidrocarbon (PAH) yang bersifat karsinogen (beracun). PAH terbentuk dari tumbukan molekul-molekul aromatik kecil. Turunan PAH yang paling berbahaya adalah benz(a) pyrene. Tabel 4.3 Hasil Analisa GC-MS Pirolisis tanpa Katalis Zeolit Nomor

Retention Time

Nama Unsur dalam Library

Rumus molekul

% dari Berat total mol.

(menit)

(g/mol) Alkena (olefin)

105. 106. 107. 108. 109. 110. 111. 112. 113. 114. 115. 116. 117. 118. 119. 120. 121. 122. 123.

7,139 1-decene 8,804 1-undecene 9,750 1-dodecene 10,361 1-tridecene 11,531 1-pentadecene 11,814 1-tridecene 13,045 1-tetradecene 13,165 1-tetradecene 14,395 1-pentadecene 14,653 1-hexadecene 15,685 1-hexadecene 16,348 1-octadecene 16,829 1-heptadecene 17,681 1-nonadecene 17,922 1-nonadecene 18,971 1-nonadecene 19,961 1-hexadecene 21,320 1-nonadecene 24,812 1-hexacosene Persentase Alkena Total Alkana (parrafin)

C10H20 C11H22 C11H24 C13H26 C15H30 C13H26 C14H18 C14H18 C15H30 C16H32 C16H32 C18H36 C17H37 C19H38 C19H38 C19H38 C16H32 C19H38 C26H52

0,702 1,266 1,217 1,625 1,136 1,108 0,866 2,904 1,201 1,247 3,010 2,280 1,787 0,831 1,592 1,598 2,236 2,259 2,107 30,972

140,27 154,29 168,32 182,35 210,4 182,35 196,37 196,37 210,4 224,43 224,43 254,48 239,45 266,51 266,51 266,51 224,43 266,51 364,69

124. 125. 126. 127. 128. 129. 130. 131. 132. 133. 134. 135. 136. 137. 138. 139. 140. 141. 142. 143. 144. 145. 146.

5,552 7,281 7,651 8,933 9,913 10,481 11,668 11,926 12,227 13,285 14,498 14,559 14,808 15,763 16,460 16,907 17,776 17,999 18,920 19,040 20,029 20,967 22,739

C9H20 C10H22 C11H24 C11H24 C12H26 C12H26 C13H28 C13H28 C15H32 C14H30 C15H32 C15H32 C16H32 C16H32 C17H36 C17 H36 C18H38 C18H38 C19H40 C19H40 C20H42 C21H44 C23H48

0,605 1,733 0,794 1,460 2,206 1,271 1,627 2,607 1,240 2,177 2,815 1,719 1,421 3,921 1,753 2,967 1,223 2,914 1,789 3,128 2,768 2,926 2,041

128,26 142,28 156,31 156,31 170,33 170,33 184,36 184,36 212,41 198,39 212,41 212,41 224,43 224,43 240,47 240,47 254,49 254,49 268,52 268,52 282,55 269,57 327,63

nonane decane undecane undecane dodecane dodecane tridecane tridecane pentadecane tetradecane pentadecane pentadecane hexadecane hexadecane heptadecane heptadecane octadecane octadecane nonadecane nonadecane eicosane heneicosane tricosane

147. 23,569 tetracosane 148. 24,356 pentacosane 149. 24,631 docosane Persentase Alkana Total Pengotor (Impurities)

C24H50 C25H52 C22H46

1,665 338,65 2,316 352,68 3,733 310,6 54,819

150. 151. 152. 153. 154. 155. 156.

C19H38 C22H46O C18H37Cl C18H37Cl C5H13B C5H13B C5H13B

0,913 1,773 2,846 1,387 2,855 2,540 1,893 14,207

19,900 cycloeicosane 20,915 1-docosene 21,870 1-chloro-octadecane 22,197 1-chloro-octadecane 25,130 Diethylmethyl-Borane 25,388 Diethylmethyl-Borane 26,111 Diethylmethyl-Borane Persentase Pengotor Total

326,6 288,94 288,94 83,96 83,96 83,96

Analisa GC-MS juga dilakukan untuk produk cair pirolisis tanpa menggunakan katalis zeolit. Tabel 4.3 menyajikan Hasil Analisa GC-MS Pirolisis tanpa Katalis. Pengaturan dan parameter yang digunakan pada mesin GC-MS untuk analisa produk cair pirolisis tanpa katalis sama dengan analisa GC-MS untuk produk cair pirolisis dengan katalis. Komposisi hidrokarbon yang terdeteksi adalah alkena sebanyak 30,972 %, alkana sebanyak 53,819 % dan pengotor 14,207 %. Alkena yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan pirolisis dengan katalis. Alkana yang dihasilkan juga lebih sedikit dibandingkan pirolisis dengan katalis. Namun demikian, pengotor yang dihasilkan jauh lebih besar dibanding pirolisis dengan katalis. Alkana dengan jumlah lebih sedikit merupakan suatu kerugian karena alkana adalah hidrokarbon jenuh yang sangat baik untuk auto ignition quality pada bensin dan ignition delay pada solar. Alkena yang dihasilkan, walaupun lebih sedikit dibanding pirolisis dengan katalis, masih termasuk tinggi untuk digunakan dalam bahan bakar. Pada proses pembuatan bahan bakar yang sesungguhnya,

jumlah

alkena

akan

berusaha

dihilangkan

dengan

cara

menghilangkan ikatan rangkapnya menggunakan teknik hidrogenasi. Semua komponen alkena dan alkana yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis berantai lurus tanpa cabang. Alkana rantai lurus memiliki angka oktan yang rendah bila dibandingkan alkana bercabang. Alkana rantai lurus juga memiliki titik didih yang lebih tinggi bila dibandingka alkana bercabang.

Komponen selain hidrokarbon yang terdapat pada produk cair pirolisis tanpa katalis dianggap sebagai pengotor. Pengotor tersebut adalah cycloeicosane Docosene,1-chloro-octadecane dan Diethylmethyl-Borane. Semuanya bersifat reaktif dan sangat berbahaya jika terlepas ke lingkungan.

4.9.2.

Sifat Fisik Produk Cair Hasil Pirolisis Minyak Pelumas Bekas

Pengujian sifat-sifat fisik produk cair minyak pelumas bekas dilakukan untuk memprediksi kinerja produk cair jika digunakan untuk bahan bakar mesin pembakaran dalam. Pengujian sifat fisik yang telah dilakukan adalah pengujian specific gravity, flash point, warna, distilasi, kinematic viscosity, pour point, Gross Heating Value, kandungan sulfur dan Calculated Cetan Index. Tabel 4.4 menampilkan Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas. Seluruh pengujian dilakukan dengan standar ASTM yang juga merupakan standar pengujian untuk bahan bakar Pertamina. Hasil pengujian ini kemudian dibandingkan dengan nilai standar bahan bakar Solar dan Bensin produk Pertamina yang ditampilkan dalam Tabel 4.5. Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sifat-Sifat Fisik Produk Cair Pirolisis Minyak Pelumas Bekas

No. 1 2 3 4

Jenis Pengujian Specific Gravity at 60/60ºF Flash Point P.M.C.C. Colour ASTM Distillation IBP 10% vol. evap. 20% vol. evap. 30% vol. evap. 40% vol. evap. 50% vol. evap. 60% vol. evap. 70% vol. evap. 80% vol. evap. 90% vol. evap. End Point Recovery at 300 °C Recovery

Satuan °C

°C °C °C °C °C °C °C °C °C °C °C %vol. %vol.

Hasil Metode pemeriksaan pemeriksaan 0,8584 ASTM D 1298-07 15,5 ASTM D 93-07 D 8,0 ASTM D 1500-07 ASTM D 86-07 78,5 221 308 335 342 342 347 349 346 350 350 18 93

6

Residue Total Recovery Loss Kinematic Viscosity at 40°C Pour Point

7

Caloric Value

5

8 9 10 s.

Gross Heating Value (HHV) Kandungan sulfur (w/w) Calculated Cetan Index

%vol. %vol. %vol.

4 97 3

mm²/s

5,807

°C

-15

cal/gr

10821

cal/gr

10842

%

0,183 53,37

ASTM D 445-07 ASTM D 97-07 Bomb Calorimeter Dengan perhitungan ASTM D 4294-03 ASTM D 976- 00

Specific Gravity pada 60/60 ºF Specific Gravity merupakan salah satu sifat fisik bahan bakar yang paling

penting. Specific Gravity

menentukan perbandingan udara-bahan bakar yang

memasuki ruang bakar yang didasarkan pada berat campuran udara-bahan bakar. Peralatan sistem injeksi bahan bakar (fuel injection) pada mesin beroperasi berdasarkan pengukuran volume bahan bakar sehingga kenaikan specific gravity akan menyebabkan kenaikan massa bahan bakar yang dikonsumsi.

Specific

Gravity pada 60/60ºF (15,5/15,5ºC) dari produk cair hasil pirolisis adalah 0,8584. Nilai ini memenuhi standar untuk bahan bakar Solar Pertamina yaitu minimal 0,820 dan maksimal 0,870. Dengan menggunakan Tabel ASTM API Gravity to Specific Gravity and to Density, secara interpolasi, didapatkan nilai API Gravity sebesar 33,34 dan nilai densitas pada 15ºC sebesar 0,8580 gr/cm³. Nilai densitas ini termasuk dalam nilai rentang batasan minyak Solar Pertamina yaitu minimal 815 kg/m³ dan maksimal 870 kg/m³ sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675 K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006.

t.

Flash Point PMCC Flash Point adalah temperatur dimana suatu bahan bakar membentuk uap

yang mudah terbakar jika dberikan pemicu nyala api. Flash Point produk cair pirolisis hasil pengujian dengan alat PMCC adalah 15,5 °C. Pengujian dilakukan dengan standar ASTM D 93-07. Harga standar spesifikasi Solar Pertamina untuk

flash point minimal adalah 60 °C, sedangkan untuk gasoline pasaran Amerika adalah -43°C. Flash Point produk cair pirolisis terlalu rendah untuk digunakan dalam mesin diesel. Seharusnya, bahan bakar diesel memiliki flash point yang tinggi dan temperatur autoignition yang rendah. Flash point yang rendah menyebabkan masalah dalam penyimpanan bahan bakar. Jika digunakan sebagai bahan bakar mesin SI,

flash point produk cair pirolisis terlalu tinggi yang

menyebabkan bahan bakar susah terbakar pada temperatur rendah atau pada keadaan mesin dingin.

u.

Warna ASTM Warna ASTM hasil pengujian didapatkan nilai D 8.0. Nilai ini masuk

standar paling gelap untuk warna ASTM. Nilai ini tidak memenuhi standar warna Solar Pertamina sebesar D 3.0. Pada saat keluar dari kondensor proses pirolisis, produk cair pirolisis berwarna kuning keemasan. Namun selama penyimpanan, warna produk cair berubah menjadi gelap. Perubahan warna ini disebabkan komponen alkena/hidrokarbon tak jenuh pada produk cair mengalami oksidasi selama proses penyimpanan.

v.

Distilasi Dari data pengujian distilasi, dapat dilihat bahwa rentang titik didih

(boiling point range) produk cair pirolisis berada pada 78,5 °C (IBP) sampai pada 350 °C (End Point). Rentang titik didih ini menunjukkan bahwa produk cair pirolisis kurang volatile. Standar boiling range untuk bahan bakar bensin adalah antara 30°C -210°C. Antara 20%-46% volume bensin yang menguap/evaporate seharusnya berada pada temperatur 70 °C , 46%-71% berada pada temperatur 100°C dan lebih dari 75% volume bensin seharusnya menguap berada pada 150°C. Bagian ujung uji distilasi sangat berpengaruh pada kemudahan mesin dihidupkan. Sebanyak 10% volume bahan bakar pada bensin seharusnya berevaporasi pada temperatur 74 °C namun pada produk cair pirolisis minyak pelumas bekas berada pada temperatur 221°C. Temperatur 221°C ini termasuk

tinggi dan akan berpengaruh pada kinerja mesin terutama pada kondisi dingin. Pada mesin yang menggunakan karburator, karburator dirancang untuk memberikan sejumlah bensin ke dalam arus udara saat mesin dalam keadaan panas. Seharusnya, tetes bensin akan menguap di dalam manifold dan di dalam silinder sehingga terbentuk campuran uap bensin dan udara. Pada waktu mesin dalam keadaan dingin, bensin yang sama jumlahnya akan disemburkan dalam arus udara tetapi hanya sebagian kecil yang dapat menguap. Jika temperatur 10% evaporasi tinggi, maka dalam keadaan mesin dingin bahan bakar tidak dapat berevaporasi dan akan tetap berbentuk cair yang berakibat bahan bakar tidak terbakar. Bahan bakar yang tak bisa terbakar akan mengalir dalam bentuk lapisan sepanjang dinding manifold menuju silinder yang selanjutnya bahan bakar mengalir ke bagian bawah melalui dinding silinder menuju karter minyak pelumas. bahan bakar yang berada di dalam karter akan menyebabkan pengenceran minyak pelumas. Bahan bakar yang tidak terbakar kemungkinan besar juga akan terbawa oleh aliran gas buang.

w.

Kinematic Viscosity at 40°C Viskositas suatu bahan bakar adalah ukuran resistensi bahan bakar tersebut

untuk mengalir. Jika temperatur naik, viskositas akan turun sehingga akan lebih mudah mengalir. Viskositas kinematik produk cair pirolisis hasil pengujian pada 40°C didapatkan senilai 5,807 mm²/s. Nilai ini sedikit melebihi batas maksimal minyak solar Pertamina yaitu 5,0 mm²/s, dengan batas minimal 2,0 mm²/s. Viskositas kinematik adalah salah satu sifat fisik paling penting karena mempengaruhi kinerja komponen injeksi bahan bakar (fuel injection) terutama pada temperatur rendah dimana viskositas mempengaruhi fluiditas bahan bakar. Viskositas yang tinggi akan menyebabkan atomisasi bahan bakar yang lebih miskin (tidak sempurna) pada semprotan bahan bakar dan menyebabkan ketidakakuratan operasional injektor bahan bakar (fuel injector).

x.

Titik Tuang

Titik Tuang/pour point hasil pengujian didapatkan nilai -15 ºC. Nilai ini tidak melebihi batas maksimal minyak diesel dan minyak Solar Pertamina yaitu maksimal 18ºC. Ini menunjukkan, produk cair pirolisis pada cuaca dingin yang ekstrim sekalipun dapat tetap mengalir dan dapat dipompa dari tangki bahan bakar menuju mesin. Pour point pada angka -15 ºC ini juga menunjukkan tidak adanya komponen lilin (wax) pada produk cair pirolisis.

y.

Higher Heating Value Higher Heating Value hasil pengujian untuk produk cair hasil pirolisis

didapatkan sebesar 10821 cal/gr. Nilai ini mendekati nilai standar spesifikasi bahan bakar diesel pasaran Amerika yaitu sebesar 10963 cal/gr.

z.

Calculated Cetane Index Angka cetan menunjukkan kualitas penyalaan bahan bakar pada mesin

diesel. Semakin tinggi angka cetan, semakin mudah bahan bakar tersebut menyala setelah diinjeksikan. Dari API Gravity (G) = 33,34 dan Mid Boiling Point (M) = 342°C = 647,6 °F uji distilasi, dapat dihitung Calculated Cetane Index dengan rumus: 2 Calculated Cetane Index = - 420,34 + 0,016 G + 0,192 G log M + 65,01 (log M ) 2 - 0,0001809 M 2

= -420,34 + 0,016 (33,34)2 + 0,192 (33,34) log 647,6 + 65,01 (log 647,6) 2 – 0,0001809 (647,6)

Calculated Cetane Index = 53,37

Calculated Cetane Index produk cair pirolisis sebesar 53,37 memenuhi standar Solar Pertamina yaitu minimal 45. Angka cetan ini juga memenuhi batasan angka cetan bahan bakar diesel (diesel fuel) pasaran Amerika yaitu minimal 37 dan maksimal 56. Angka cetan produk cair pirolisis cukup tinggi. Angka cetan tinggi

ini dikarenakan komponen hidrokarbon jenuh (alkana/parrafin) yang tinggi (56,303%). Alkana rantai panjang dan tidak bercabang memiliki indeks cetan yang tinggi dan kualitas nyala yang baik, sedangkan hidrokarbon bercabang (berisomer) memiliki indeks cetan rendah dan kualitas penyalaan yang buruk. Angka cetan yang rendah dapat menyebabkan mesin sulit di-start pada kondisi dingin. Angka cetan yang rendah juga dapat menyebabkan mesin kasar, peak pressure dan emisi NO.

No

Tabel 4.5 Perbandingan Sifat-Sifat Produk Cair Pirolisis Oli, Premium dan Solar Pertamina ,serta Data Properties dari Sumber Lain

1 2 3 4

5 6 7

Jenis Pengujian Specific Gravity at 60/60ºF Flash Point P.M.C.C. Colour ASTM Distillation IBP 10% vol. evap. 20% vol. evap. 30% vol. evap. 40% vol. evap. 50% vol. evap. 60% vol. evap. 70% vol. evap. 80% vol. evap. 90% vol. evap. End Point Recovery at 300 °C Recovery Residue Total Recovery Loss Kinematic Viscosity at 40°C Pour Point Caloric

unit

Spesifikasi Standar Pertamina Hasil Uji Premium Solar Min Maks Min Mak

- 0,8584

Data Standar Sumber Lain

gaso diesel line 0,72- 0,85 a - 0,820 0,870 0,78a

-

°C

15,5

-

-

60

ASTM

8,0

°C °C °C °C °C °C °C °C °C °C °C %vol %vol %vol %vol %vol

78,5 221 308 335 342 342 347 349 346 350 350 18 93 4 97 3

-

74 125 180 205 2,0 -

40 -

mm²/s

5,807

-

-

2,0

°C -15 cal/gr 10821

-

- - -

yellow

-

-

-43 a

52 a

3,0 30 a

210 a

- 225 a 5,0 18 -

11154

235 a

1,94,1 b c

10963

c

Value/HHV(Bomb Calorimeter) Gross Heating 8 Value/HHV (Dengan cal/gr 10842 perhitungan) 9 Sulfur Content %m/m 0,183 10 Cetan Number 53,37 g) Sorensen, Harry A.,(1983) h) Demirbas (2008) i) Wikipedia.com/HHV (2010) aa.

-

- -

-

0,00 - 45

-

-

-

0,35 0,05 b <15 a 37-56 a

Kandungan Sulfur Kandungan sulfur produk cair pirolisis minyak pelumas bekas hasil

pengujian didapatkan sebesar .0,183 % (m/m) dari massa produk cair. Nilai ini memenuhi syarat standar bahan bakar Solar Pertamina yaitu maksimal 0,35% (m/m). Namun kandungan sulfur produk cair pirolisis minyak pelumas tidak memenuhi syarat maksimal kandungan sulfur untuk Bensin yaitu 0 %. Kandungan sulfur dalam bensin juga dapat menurunkan angka oktan. Sebanyak 0,1 % sulfur dalam bensin akan menurunkan angka oktan 0 sampai 2 stuan angka oktan. Jika sulfur terbakar di dalam mesin, akan terbentuk sulfur dioksida (SO2) dan kemungkinan besar akan teroksidasi lebih lanjut menjadi sulfur trioksida (SO3). Jika bertemu dengan air (H2O), oksida sulfur ini akan menjadi asam sulfat (H2SO4) yang tidak hanya korosif namun juga mempunyai sifat seperti katalis dalam mempercepat keausan minyak pelumas mesin. Karena temperatur piston tinggi, asam sulfat ini dapat mengakibatkan deposit karbon yang menempel pada piston dan celah ring piston. Deposit yang tertumpuk pada celah ring piston menyebabkan ring piston tidak berfungsi dengan baik sehingga menyebabkan oli mesin cepat habis, keausan komponen mesin dan berkurangnya tenaga.

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan Berdasarkan analisis data dan pembahasan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : ·

Pirolisis minyak pelumas bekas menghasilkan produk berupa gas yang dapat diembunkan (condensable gas), gas yang tidak dapat diembunkan (noncondensable gas) dan residu padat.

·

Pirolisis minyak pelumas bekas dengan katalis zeolit menghasilkan produk cair yang bernilai sebagai bahan bakar.

·

Penggunaan katalis zeolit berpengaruh pada penurunan temperatur pirolisis dan memberikan hasil produk cair pirolisis lebih tinggi rata-rata 12 % dibandingkan tanpa menggunakan katalis.

·

Persentase produk cair hasil prolisis meningkat seiring kenaikan temperatur pirolisis sampai temperatur 490oC, kemudian menurun dengan kenaikan temperatur pirolisis.

·

Komponen hidrokarbon produk cair pirolisis minyak pelumas bekas hasil pengujian GC-MS yaitu alkana sebanyak 56,303%, alkena sebanyak 35,905%, aromatik sebanyak 6,607%, dan pengotor sebanyak 1,18%.

·

Sifat-sifat fisik produk cair hasil pirolisis pelumas bekas: densitas relatif (specific gravity), viskositas kinematik, titik tuang (pour point), HHV, angka cetan (cetane number) dan kandungan sulfur memenuhi spesifikasi sifat-sifat fisik minyak Solar Pertamina bahan bakar mesin diesel.

·

Produk cair pirolisis minyak pelumas bekas belum bisa langsung digunakan sebagai bahan bakar diesel otomotif karena sifat fisik, distilasi, flash point dan warna tidak memenuhi spesifikasi minyak Solar namun, sangat mungkin digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel stationer.

5.2. Saran 1.

Melakukan analisa pada produk pirolisis selain produk cair yaitu gas yang tidak dapat diembunkan (non-condensable) dan residu padat karena masih mengandung hidrokarbon yang bernilai.

2.

Menggunakan katalis selain zeolit sebagai pembanding, misal: alumina sehingga dapat diperoleh persentase produk cair yang lebih besar.

3.

Melakukan perlakuan pada produk cair pirolisis dengan katalis zeolit yang diperlakukan terlebih dahulu dengan asam sulfat untuk mendapat warna produk cair yang lebih jernih.

4.

Menggunakan reaktor pirolisis continous feed sehingga dapat menggunakan bahan baku minyak pelumas bekas lebih banyak untuk menghasilkan produk cair yang lebih banyak.

5.

Menggunakan nitrogen dalam reaktor untuk meniadakan oksigen dalam proses pirolisis.

6.

Mengatur laju pemanasan yang lebih bervariasi.

DAFTAR PUSTAKA ASTM D0086-04B Test Method for Distillation of Petroleum Products at Atmospheric Pressure, ASTM International ASTM D0092-02B Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester, ASTM International ASTM D0093-02A Test Methods for Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester, ASTM International ASTM D 97, Standard Test Method for Pour Point of Petroleum Products, ASTM International ASTM D0287-92R00E01 Test Method for API Gravity of Crude Petroleum and Petroleum Products (Hydrometer Method), ASTM International ASTM D0445-04E01 Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and the Calculation of Dynamic Viscosity), ASTM International ASTM D0446-04 Specifications and Operating Instructions for Glass Capillary Kinematic Viscometers, ASTM International ASTM D0975-04C Specification for Diesel Fuel Oils, ASTM International ASTM D0976-04A Test Method for Calculated Cetane Index of Distillate Fuels, ASTM International ASTM D1298-99E02 Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), or API Gravity of Crude Petroleum and Liquid Petroleum Products by Hydrometer Method, ASTM International ASTM D1500-04A Test Method for ASTM Color of Petroleum Products (ASTM Color Scale), ASTM International

ASTM D4294-03 Test Method for Sulfur in Petroleum and Petroleum Products by Energy-Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry, ASTM International ASTM D4814-04A Specification for Automotive Spark-Ignition Engine Fuel, ASTM International Arpa, O., Yumrutas, R., Demirbas, A., 2010, Production of diesel-like fuel from waste engine oil by pyrolitic distillation, Journal of Applied Energy, Vol. 87, pp. 122-127 Demirbas, A., 2004, Recent advances in waste processing technologies for upgrading of synthetic fuels, Energy Edu. Sci. Technol, Vol. 13, pp.1–12 Demirbas, A., 2005, Recent advances in recycling and re-refining processes of petroleum-based wastes (PBW), Energy Sources, Vol. 27, pp. 261–269 Demirbas,A., 2008, Recovery of Oily Product from Organic Fraction of Black Liquor via Pyrolysis Part A, Energy Sources: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, Vol.30:20, pp. 1849 — 1855 Demirbas, A., 2008, Distillation Properties of Various Diesel Oils, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, Vol. 30, pp. 1484 — 1490 Demirbas, A., 2008, Gasoline-like Fuel from Waste Engine Oil via Catalytic Pyrolysis, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, Vol. 30, pp. 1433–1441 Elbashir, N.O. , Al-Zahrani, S.M., Mutalib, Abdul M.I., Abasaeed, A.E., 1996, A method of predicting effective solvent extraction parameters for recycling of used lubricating oils, Journal of Chemical Engineering and Processing , Vol.41, pp.765-769 Hamad, A., Al-Zubaidy,E., Fayed, M.E., 2004, Used Lubricating Oil Recycling Using Hydrocarbon Solvent, Jurnal of Enviromental Management , Vol. 74, pp. 153-159 La´zaro, M.J., Moliner,R., Domen˜o, C., Nerı´n, C., Low-cost sorbents for demetalisation of waste oils via pyrolysis, 2000, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Vol. 57, pp. 119–131

Moliner, R., La´zaro,M., and Suelves, I., 1997, Valorization of Lube Oil Waste by Pyrolysis, Energy & Fuels, Vol. 11, pp. 1165-1170 Nerın, C., Domeno, C., Moliner, R., La´zaro, M.J., Suelves,I., Valderrama, J., 2000, Behaviour of different industrial waste oils in a pyrolysis process: metals distribution and valuable products, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Vol. 55, pp. 171-183 Redwan, D. S., and Ali, S. A., 1992, Recent advances in fluid catalytic cracking process, Fuel Sci. Technol. Int. Vol. 10, pp. 141–172. Rincon, J., Canizares, P., Garcoa, M. T. and Garcia, I., 2005, “Regeneration of used lubricant oil by polar solvent extraction,” Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 44 Sampath, S.S., Babu, B.V., 2005, Energy and Useful Products from Waste Using Pyrolysis : A State-of-the-Art Review, Chemcon-05 New Delhi Wills, J. G., 1990, Lubrication Fundamentals, Marcel Dekker, New York