Katalis

4 Jun

Katalis oh katalis… Tugas yang mengisi minggu tenang ini,,hualah,,gak minggu tenang lagi kalo kayak gini ceritanya. Tapi, yo wes lah, hidup koq mau gampang aja, ya gak mungkin toh yo? Dijalanin aja, semampu sekuatnya… Ciamiiiik!!

*Jiah,,,malah curhat..

Ini sekedar ngasih info dikit tentang tugas mengenai katalis, semoga nilai untuk mata kuliah ini minimal B, Amiiiiin ya,Rob…

KATALIS

Pengertian Katalis

Katalis adalah zat yang dapat mempercepat jalannya reaksi (tidak ikut bereaksi). Peran katalis sebenarnya adalah menurunkan energi aktifasi reaksi. Pemilihan katalis untuk proses dapat didasarkan pada beberapa hal berikut:

a. Berumur panjang

b. Harganya murah

c. Mudah diregenerasi

d. Dapat diproduksi dalam jumlah besar

e. Tahan terhadap racun

f. Memiliki tahanan fisik yang besar

Penggolongan Katalis

Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama:

• Katalis homogen

Katalis homogen adalah katalis yang fasenya sama dengan fase zat yang bereaksi maupun zat hasil reaksi.

• Katalis heterogen

Katalis heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan fase zat yang bereaksi maupun zat hasil reaksi.

Contoh sederhana katalisis heterogen adalah katalis menyediakan suatu permukaan dimana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan antara produk baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas

Mekanisme katalisis heterogen :

1. Difusi molekul-molekul pereaksi menuju permukaan

2. Adsorpsi molekul-molekul pereaksi pada permukaan

3. Reaksi pada permukaan

4. Desorpsi hasil dari permukaan

5. Difusi hasil dari permukaan menuju badan sistem

Tipe katalis

Katalis homogen Katalis homo-heterogen Katalis heterogen

Katalis asam/basa Biokatalis (enzim) Bulk katalis (alloy logam)

Kompleks logam transisi Fungsional nanopartikel Katalis yang diemban

Perbandingan elemen katalis homogen dan heterogen

Elemen Katalis Homogen Heterogen

Efektifitas

Pusat aktif Semua atom yang memiliki reaktifitas Hanya atom-atom pada permukaan partikel

Konsentrasi yang dibutuhkan Rendah Tinggi

Selektifitas Tinggi Lebih rendah

Masalah difusi Secara praktis tak ada (kinetika mengendalikan jalannya reaksi) Ada (perpindahan massa mempengaruhi jalannya reaksi)

Kondisi reaksi Lembut (50 – 200 oC) Parah (sering > 250 oC)

Penggunaan Tertentu/spesifik Luas

Potensi kehilangan aktifitas Bereaksi kembali dengan produk (pembentukan klaster) dan keracunan Kristal logam mengalami sintering, keracunan, coking, fouling, migrasi uap metal pada suhu tinggi

Sifat katalis

Struktur/stoikiometri Mudah ditentukan Sulit ditentukan

Kemungkinan modifikasi Tinggi Rendah

Daya tahan suhu Rendah Tinggi

Tehnik pemisahan katalis Seringkali rumit (distilasi, ekstraksi, dekomposisi kimiawi) Suspensi, filtrasi (sistem slurry)

Tidak perlu pemisahan (sistem fixed-bed)

Kemungkinan daur ulang katalis Bisa dilakukan Tidak perlu (fixed-bed)

Mudah (suspensi atau slurry)

Potensi kehilangan katalis Tinggi Rendah

Katalis dan Racunnya

• Katalis pada kendaraan diesel (CuO atau Al2O3)

Katalis CuO atau Al2O3 akan mengalami keracunan jika terdapat senyawa sulfur dalam reaktan. Solar Indonesia mengandung sulfur sebesar 0,5% berat, sehingga CuO atau Al203 tidak dapat digunakan sebagai katalis untuk katalitik konverter kendaraan diesel.

• Katalis pada Sintesis Asam Sulfat (Pt, Fe2O3, V2O5)

Katalis yang digunakan:

a. Pt dengan penyangga asbes atau magnesium sulfat yang telah dikalsinasi atau silika gel.

b. Fe2O3 Kurang reaktif dibandingkan Pt, tetapi murah, terdapat pada terak pemanggangan pirit.

c. V2O5 dengan penyangga zeolit atau natural diatomite brick

Tujuan pemakaian penyangga: memperluas permukaan kontak katalis dengan reaktan

Peracunan katalis

Pada saat terjadi peracunan, aktivitas katalis turun. Proses peracunan terjadi sebagai akibat melekatnya bahan-bahan asing (yang disebut racun, seperti debu, senyawa selenium, tellurium, antimony, lead, dsb.) pada permukaan aktif katalis sehingga tidak dapat dipakai sebagai tempat reaksi. Proses melekatnya benda asing pada permukaan aktif katalis dapat terjadi secara:

a. Fisis → dapat diaktifkan kembali. Contoh: Cl2, HCl → katalis diaktifkan lagi dengan cara pemanasan di dalam gas yang bebas Cl2 dan HCl.

b. Kimia → adsorpsi secara kuat pada permukaan aktif → tidak dapat diaktifkan lagi. Contoh: senyawa arsenik, selenium, tellurium, antimony, lead. (Katalis V2O5 dan Platinized-silica-gel tahan terhadap racun arsenik).

• Katalis pada Catalitic reforming (Ni)

Pada umumnya katalis yang dipakai di Steam Reforming adalah Nikel. Nikel merupakan sulfur absorbent yang sangat baik. Dalam jumlah sangat sedikit saja akan menyebabkan deaktivasi katalis total. Deaktivasi artinya berkurangnya keaktifan katalis. Dapat terjadi secara kimiawi dan secara fisik.

A. Deaktivasi secara kimiawi:

– Oksidasi katalis: katalis mengalami oksidasi kembali ke NiO. Dapat terjadi apabila H2 pada umpan kurang. Ni bereaksi dengan H2O membentuk NiO.

– Keracunan (poisoning): terjadi apabila senyawa aktif (Ni) bereaksi dengan senyawa racun (misal S, Cl membentuk NiS, NiCl2) sehingga senyawa aktif tersebut tidak dapat mereaksikan gas bumi.

B. Deaktivasi secara fisik terjadi apabila katalis menjadi tidak aktif karena perubahan fisik atau adanya suatu benda/padatan yang menutupi senyawa aktif sehingga tidak dapat kontak dengan reaktan, antara lain :

– Karbonisasi

– Sintering

Beberapa racun katalis catalytic reforming adalah sebagai berikut :

Sulfur

Konsentrasi sulfur maksimum yang diijinkan dalam umpan naphtha adalah 0,5 wt-ppm. Biasanya diusahakan kandungan sulfur dalam umpan naphtha sebesar 0,1-0,2 wt-ppm untuk menjamin stabilitas dan selektivitas katalis yang maksimum.

Beberapa sumber yang membuat kandungan sulfur dalam umpan naphta tinggi adalah : proses hydrotreating yang tidak baik (temperature reactor kurang tinggi atau katalis sudah harus diganti), recombination sulfur dari naphtha hydrotreater (dan terbentuknya sedikit olefin) akibat temperature hydrotreater yang tinggi dan tekanan hydrotreater yang rendah, hydrotreater stripper upset, memproses feed yang memiliki end point tinggi.

Nitrogen

Konsentrasi nitrogen maksimum yang diijinkan dalam umpan naphtha adalah 0,5 wt-ppm. Kandungan nitrogen dalam umpan naphtha akan menyebabkan terbentuknya deposit ammonium chloride pada permukaan katalis.

Beberapa sumber yang membuat kandungan nitrogen dalam umpan naphtha tinggi adalah : proses hydrotreating yang tidak baik (temperature reactor kurang tinggi atau katalis sudah harus diganti), penggunaan filming atau neutralizing amine sebagai corrosion inhibitor di seluruh area yang tidak tepat guna.

Water

Kandungan air dalam recycle gas sebesar 30 mol-ppm sudah menunjukkan excessive water, dissolved oxygen, atau combined oxygen di unit catalytic reforming. Tingkat moisture di atas level ini dapat menyebabkan reaksi hydrocracking yang excessive dan juga dapat menyebabkan coke laydown. Lebih lanjut lagi, kondisi ini akan menyebabkan chloride ter-strip dari katalis, sehingga mengganggu kesetimbangan H2O/Cl dan menyebabkan reaksi menjadi terganggu.

Beberapa sumber yang membuat kandungan air dalam system tinggi adalah : proses hydrotreating yang tidak sesuai, kebocoran heat exchanger yang menggunakan pemanas pendingin steam/water di upstream unit, system injeksi water catalytic reforming, kebocoran naphtha hydrotreater stripper feed effluent heat exchanger, proses drying yang tidak cukup di drying zone di dalam regeneration tower, dan kebocoran steam jacket di regeneration section.

Metal

Karena efek reaksi irreversible, maka kontaminasi metal ke dalam katalis catalytic reforming sama sekali tidak dibolehkan, sehingga umpan catalytic reformer tidak boleh mengandung metal sedikit pun.

Beberapa sumber kandungan metal dalam umpan naphtha adalah : arsenic (ppb) dalam virgin naphtha, lead mungkin timbul akibiat memproses ulang off-spec leaded gasoline atau kontaminasi umpan dari tangki yang sebelumnya digunakan untuk leaded gasoline, produk korosi, senyawa water treating yang mengandung zinc, copper, phosphorous, kandungan silicon dalam cracked naphtha yang berasal dari silicon based antifoam agent yang diijeksikan ke dalam coke chamber untuk mencegah foaming, dan injeksi corrosion inhibitor yang berlebihan ke stripper naphtha hydrotreater.

• Katalis Pada Proses Hydrocracking (Pt)

Keracunan Logam

Pada proses penghilangan logam dari umpan, senyawa logam organik terdekomposisi dan menempel pada permukaan katalis. Jenis logam yang biasanya menjadi racun katalis hydrocracker adalah nikel, vanadium, ferro, natrium, kalsium, magnesium, silica, arsenic, timbal, dan phospor. Keracunan katalis oleh logam bersifat permanent dan tidak dapat hilang dengan cara regenerasi. Keracunan logam dapat dicegah dengan membatasi kandungan logam dalam umpan. Best practice batasan maksimum kandungan logam yang terkandung dalam umpan hydrocracker adalah 1,5 ppmwt untuk nikel dan vanadium, 2 ppmwt untuk ferro dan logam lain, serta 0,5 ppmwt untuk natrium.

Kandungan air dalam katalis

Air dapat masuk ke dalam katalis jika pemisahan air dari feed hydrocracker di dalam tangki penyimpanan tidak sempurna ataupun terjadi kerusakan steam coil pemanas tangki penyimpanan. Air dapat dicegah masuk ke dalam reactor dengan memasang filter 25 micron.

• Katalis Pada Proses Reforming

Proses reforming nafta dengan katalis bifungsional dapat menghasilkan komponen bensin bermutu tinggi dan hidrokarbon aromatik rendah (benzena, toulena, dan silena). Umpan nafta mengandung kotoran-kotoran molekul non-hidrokarbon senyawa organic berupa sulfur, nitrogen, oksigen dan juga organik logam, sehingga umpan nafta tersebut perlu dimurnikan lebih dulu pada proses hidromurnian. Katalis reformer bifungsional mempunyai inti aktif logam (mono dan bi-metal) dan inti aktif asam (Al2O3Cl). Kotoran non-hidrokarbon umpan nafta dapat menurunkan aktivitas katalis reformer bi-fungsional.

• Katalis pada Sintesis α-tokoferol (AlC13, BF3, dan ZnCl2)

α-tokoferol dikenal sebagai satu vitamin E yang mempunyai aktivitas antioksidan. Senyawa α tokoferol terbentuk dari reaksi kondensasi hidrokuinon dengan aklik alkohol merupakan proses yang penting dalam sintesis struktur cincin kroman, dengan menggunakan AlC13, BF3, dan ZnCl2 sebagai katalis asam Lewis.

Kelemahan katalis tersebut, mengalami deaktivasi karena terikatnya molekut air selama reaksi berlangsung. Akibainya katalis tersebut, tidak dapat dipakai ulang walaupun sebenamya masih ada. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan katalis yang efisien. Al bentonit dikenal sebagai katalis asam Lewis dan efisiensi dalam reaksi organik. Katalis ini mempunyai luas permukaan dan sisi aktifnya pada lapisan oktahedral dan tetrahedral sehingga dapat digunakan sebagai katalis asam dan reaksi penukar ion.

• Katalis Pada Proses Pembuatan Biodiesel (Katalis Lipase)

Biodiesel rute non-alkohol dari minyak goreng bekas dapat menyiasati semakin menipisnya ketersediaan bahah bakar berbasis minyak bumi. Saat ini, produksi biodiesel pada skala industri dilakukan melalui reaksi transes-terifikasi trigliserida minyak nabati dengan metanol menggunakan katalis alkali. Namun, penggunaan katalis alkali itu memiliki kelemahan, yakni pemurnian produk dari katalis yang bercampur homogen relatif sulit dilakukan. Selain itu, katalis bisa ikut bereaksi sehingga memicu reaksi penyabunan. Reaksi sampingan yang tidak diinginkan itu pada akhirnya membebani proses pemurnian produk dan menurunkan yield biodiesel sehingga berdampak pada tingginya biaya produksi.

Untuk mengatasi masalah-masalah tersebut, diperlukan katalis yang tidak bercampur homogen dan mampu mengarahkan reaksi secara spesifik guna menghasilkan produk yang diinginkan tanpa reaksi samping. Belakangan ini, riset sintesis biodiesel menggunakan enzim li-pase semakin banyak dilakukan. Enzim lipase yang bisa menjadi biokatalis dalam sintesis biodiesel tersebut mampu memperbaiki kelemahan katalis alkali, yakni tidak bercampur homogen sehingga pemisahannya lebih mudah. Selain itu, enzim tersebut juga mampu mengarahkan reaksi secara spesifik tanpa adanya reaksi samping yang tidak diinginkan.Meski mengandung kelebihan, penggunaan lipase sebagai biokatalis menyisakan satu persoalan. Lingkungan beralkohol seperti metanol menyebabkan lipase terdeakti-vasi secara cepat dan stabilitas enzim tersebut dalam menga-talisis reaksi menjadi buruk.

REFERENSI

Anonim. 2008. Biodesel Berbahan Dasar Minyak Jelantah. http://bataviase.co.id/node/109856. diakses 1 Juni 2011.

Anonim. 2011. Deaktivasi Katalis oleh Kotoran Umpan Nafta Proses Reformasi. http://www.dbriptek.lipi.go.id/cgi/penjaga.cgi?tampildetil&publikasi&1119945831&575&&1119945831&. diakses 1 Juni 2011.

Krisnayana. 2011. Catalitic Reforming. http://rinakrisnayana.blogspot.com/. diakses 1 Juni 2011.

Liherlinah. 2008. Pengertian Dasar Katalis. http://liherlinah.blogspot.com/2008/11/pengertian-dasar-katalis.html. diakses 1 Juni 2011.

Rohman, Ali. 2005. Efisiensi pembuatan vitamin E Menggunakan Bentonit Sebagai Katalis Padat. http://210.57.222.58/print.php?id=jiptunair-gdl-res-2005-rohmanali-1632&PHPSESSID=fb688e772e96670b5ed82380bb2f43e8. diakses 1 Juni 2011.

Priandani, Manik. 2011. Giffare necking di tube katalis. http://manik-gatot.blogspot.com/2011/01/girrafe-necking-di-tube-katalis.html. diakses 1 Juni 2011.

%d blogger menyukai ini: