Bahan Kimia dari Proses Fischer-Tropsch
1. Pembukaan
Proses Fischer-Tropsch (FT) adalah salah satu teknologi penting dalam industri kimia untuk mengubah synthesis gas (campuran CO dan H2) menjadi bahan bakar cair dan berbagai bahan kimia bernilai tinggi. Proses ini merupakan bagian dari teknologi Gas to Liquids (GTL), Coal to Liquids (CTL), maupun Biomass to Liquids (BTL), sehingga dapat dimanfaatkan untuk diversifikasi energi sekaligus mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi konvensional.
2. Sejarah dan Pengembangannya
Proses FT pertama kali dikembangkan pada tahun 1920-an oleh dua ilmuwan Jerman, Franz Fischer dan Hans Tropsch, di Kaiser Wilhelm Institute. Pada masa Perang Dunia II, Jerman menggunakan FT untuk memproduksi bahan bakar dari batubara karena keterbatasan pasokan minyak bumi. Setelah perang, Afrika Selatan (Sasol) menjadi pengembang utama teknologi ini, mengingat negara tersebut memiliki cadangan batubara yang besar tetapi keterbatasan minyak mentah. Saat ini, FT kembali mendapat perhatian luas dalam konteks energi bersih, dengan aplikasi pada konversi gas alam, batubara, dan biomassa menjadi bahan bakar ramah lingkungan.
3. Produksi Synthesis Gas
Bahan baku utama FT adalah synthesis gas (syngas) yang terdiri dari CO dan H2. Sumber syngas dapat berasal dari:
-
Gas alam melalui steam methane reforming (SMR):
CH4 + H2O → CO + 3H2 -
Batubara melalui gasifikasi:
C + H2O → CO + H2 -
Biomassa melalui proses termokimia:
Biomass + O2 + H2O → CO + H2 + CO2 + CH4
Perbandingan H2/CO yang ideal untuk FT biasanya sekitar 2:1, tergantung katalis dan jenis produk yang diinginkan.
4. Parameter Proses
Beberapa parameter penting dalam operasi FT meliputi:
-
Tekanan: 1–40 bar, tergantung desain reaktor.
-
Temperatur:
-
Low Temperature Fischer-Tropsch (LTFT): 200–240 °C → menghasilkan wax berat.
-
High Temperature Fischer-Tropsch (HTFT): 300–350 °C → menghasilkan olefin ringan.
-
-
Rasio H2/CO: biasanya 1,8–2,2.
-
Kecepatan alir gas (space velocity): menentukan distribusi produk dan selektivitas.
5. Katalis dan Reaktor
Katalis memainkan peranan sentral dalam menentukan aktivitas, selektivitas, dan umur proses FT.
-
Katalis utama:
-
Besi (Fe): cocok untuk HTFT, lebih toleran terhadap CO2, dan dapat menghasilkan olefin.
-
Kobalt (Co): cocok untuk LTFT, sangat selektif menghasilkan parafin panjang, umur panjang.
-
Ruthenium (Ru): sangat aktif tetapi mahal, digunakan dalam aplikasi penelitian.
-
-
Jenis reaktor:
-
Fixed-bed reactor (tubular): sederhana, cocok untuk LTFT.
-
Slurry bubble column reactor: fleksibel, baik untuk LTFT dengan produksi wax.
-
Fluidized-bed reactor: digunakan untuk HTFT dengan produksi olefin.
-
6. Produk dan Kualitasnya
Produk utama dari FT meliputi:
-
Parafin (alkana): bahan bakar cair berkualitas tinggi dengan sulfur dan aromatik sangat rendah.
-
Olefin: bahan baku petrokimia untuk polimerisasi.
-
Wax: dapat diproses lebih lanjut menjadi pelumas, parafin padat, atau cracking menjadi diesel.
-
Produk oksigenat: alkohol, aldehida, dan asam karboksilat dalam jumlah kecil.
Kelebihan bahan bakar FT adalah cetane number tinggi, sulfur free, dan emisi lebih rendah, sehingga sangat cocok untuk aplikasi diesel bersih.
7. Kimia Fischer-Tropsch
Reaksi dasar FT melibatkan polimerisasi katalitik dari CO dan H2.
Reaksi umum:
(2n+1)H2 + nCO → CnH(2n+2) + nH2O (pembentukan parafin)
2nH2 + nCO → CnH2n + nH2O (pembentukan olefin)
Selain itu, terbentuk produk samping berupa alkohol, aldehida, dan asam lemak tergantung kondisi operasi dan katalis. Distribusi produk FT mengikuti Anderson-Schulz-Flory (ASF) distribution, di mana probabilitas rantai tumbuh (α) menentukan panjang rantai hidrokarbon.
Beberapa Solulsi Industri Petrokimia PT Tensor
Fluida
Struktur
Gambar
Proses