Teknologi Fischer-Tropsch (Reaksi Kimia dan Kondisi Operasi)

Reaksi kimia

Reaksi Fischer-Tropsch (FT) sebenarnya merupakan reaksi polimerisasi CO dan diikuti oleh hydrogenation atau penambahan H2 [2]. Pertumbuhan rantai dan distribusi nomor karbonnya kemudian dapat digambarkan secara matematis sbb:

ln (xn) = n*ln(alpha)+ln((1-alpha)/alpha), atau

wt%n = n*(1-alpha)2*alpha(n-1)

dengan xn adalah konsentrasi molar komponen dgn nomor karbon n. Dan alpha adalah kemungkinan pertumbuhan rantai karbon.

Persamaan distribusi produk ini disebut distribusi Anderson-Schulz-Flory (ASF). Persamaan ini cukup menggambarkan distribusi produk berdasarkan nomor atom karbonnya. Cuma terjadi deviasi pada C1 dan C2 yg terlihat jelas pada reaksi dgn temperature rendah (LTFT). Hal ini disebabkan oleh pada temperature yg tinggi (HTFT), selektivitas pada produk2 yg ringan lebih besar. Sehingga, meskipun jika ada perbedaan, tidak akan terlihat jelas.

Reaksi utamanya adalah sbb:

CO + 2H2 à -(CH2)- + H2O

Secara umum, reaksi utk pembentukan alkana adalah sbb:

nCO + (2n+1)H2 à CnH2n+2 + nH2O

Jika kita mengikuti distribusi ASF dan menghitung produk yg terbentuk mulai dari n=1 s/d n=100, misalnya, kita akan mendapatkan nilai wt% utk setiap nilai n. Kemudian, utk setiap nilai n tsb, kita hitung berapa H2/CO yg diperlukan. Lalu, kedua hasil hitungan ini kita kalikan dan jumlahkan utk mendapatkan nilai rata2 H2/CO yg diperlukan. Secara singkat, ditunjukkan pada tabel di bawah.

C atom number (n) wt% H2/CO = (2n+1)/n
1 x1 y1 x1*y1
100 x100 y100 x100*y100
Total ~ 100% ∑xn*yn

Hasil perhitungan ini menunjukkan bahwa H2/CO ratio rata2 (∑xn*yn) akan berada pada sekitar 2.13. Nilai ini kurang lbh sama dgn keperluan H2/CO utk proses dgn menggunakan katalis Co, yakni antara 2.06 – 2.16 [1].

Kondisi operasi

Spesifikasi produk dari FT atau biasa disebut syncrude sgt tergantung pada temperature reaksi dan katalis yg digunakan. Pada temperature yg tinggi atau HTFT (300 – 350oC) [1], probabilitas terbentuknya rantai paraffin yg panjang relatif lebih kecil. Klo dihubungkan dgn persamaan distribusi ASF di atas, nilai alpha akan bernilai rendah. Produk2 yg ringan lebih banyak terbentuk. Pada temperature yg rendah atau LTFT (200 – 240oC) [1], yg terjadi adalah kebalikannya. Produk2 yg berat akan lebih banyak terbentuk, atau nilai alpha akan bernilai tinggi.

Katalis yg umum digunakan adalah katalis Cobalt (Co) dan Besi (Fe). Katalis Co lebih selektif utk rantai panjang paraffin. Katalis Co ini tidak mengakomodir reaksi water gas shift (CO + H2O ßà H2 +CO2). Akibatnya, katalis Co ini cocok digunakan utk syngas dgn H2/CO yg tinggi. Bisa terlihat dari table di atas bahwa produk utamanya yg berupa alkane (CnH2n+2). Hal ini menegaskan bahwa sintesis ini memerlukan H2/CO ratio yg tinggi. Harga katalis Co ini sekitar 230 kali harga katalis Fe. [1]

Katalis Fe mengakomodir reaksi water gas shift (CO + H2O ßà H2 +CO2). Dan pada temperature yg tinggi dgn katalis Fe, reaksi water gas shift ini akan berada pada kesetimbangan. Dengan pengaktifan reaksi water gas shift, maka katalis Fe ini bisa digunakan utk syngas dgn H2/CO ratio yg rendah. Dengan demikian, CO yg berlebih bisa diubah (dgn H2O) menjadi H2 (dan CO2). Katalis Fe ini yg paling murah.

Pada kondisi Fe-LTFT, kita bisa mendapatkan alpha = 0.95, sedikit lebih rendah drpd Co-LTFT. Dengan nilai alpha yg tinggi ini, kita akan mendapatkan rantai panjang wax paraffin sebagai produk utamanya [2].

Pada kondisi HTFT, nilai maksimum alpha adalah 0.7. Akan tetapi, batasan ini bukan disebabkan semata2 oleh katalisnya. Tetapi dari keterbatasan reactor fluidized bednya (lihat “tipe2 reaktor yg digunakan”) [2]. Dengan nilai alpha yg tinggi, produk liquid yg terbentuk akan otomatis menurunkan derajat fluidisasi (defluidization) bed katalis tsb.

Pengaruh bbrp variable reaksi terhadap FT adalah sbb [3]:

Variable Jika variable di bawah dinaikkan, maka …
Temperature Pressure Space velocity SN = (moles H2 – moles CO2)/(moles CO + moles CO2)
Distribusi nomor karbon Nilai alpha menurun Nilai alpha meningkat Tidak ada perubahan Nilai alpha menurun
Selektivitas methane Meningkat Menurun Menurun Meningkat
Selektivitas olefin Kompleks Kompleks Meningkat Menurun
Selektivitas oxygenate Kompleks Meningkat Meningkat Menurun
Selektivitas aromatic Meningkat Kompleks Menurun Menurun
Konversi syngas Meningkat Meningkat Menurun Kompleks

(bersambung…)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: