2. PRINSIP DASAR KATALIS RFCC
Katalis FCC yang banyak dipergunakan saat ini mempunyai komponen utama
silika dan alumina oxide.
Selain itu juga terdapat kandungan Sodium, Calsium, Magnesium dan sedikit
Lanthanum serta Cerium.
Keaktifan suatu katalis terdapat pada sisi asam yang sangat memungkinkan
untuk melakukan pemecahan molekul dengan baik menjadi fraksi-fraksi ringan
seperti yang diinginkan, tanpa banyak terjadi pengendapan coke pada
permukaan katalis.
Empat sifat-sifat yang menentukan performance katalitis zeolite adalah :
1. Zeolite mempunyai kemampuan pertukaran kation.
2. Kation dipertukarkan dengan H+, menghasilkan sejumlah besar sisi asam
yang sangat kuat.
3. Zeolite mempunyai diameter pori tertentu dan rongga yang teratur dengan
dimensi terbatas yang memungkinkan reaksi transisi dan intermedia sesuai
batasan.
4. Diameter pori zeolite disesuaikan dengan dimensi molekul (< 10 ) yang
membatasi akses molekul masuk-keluar sisi dalam tempat terjadinya
transformasi katalitis.
Page 2
3. PRINSIP DASAR KATALIS RFCC
Sifat pertama dan kedua berfungsi sebagai aktifitas katalis, sedangkan
sifat ketiga dan keempat berfungsi sebagai ketajaman selektifitas.
Aktifitas katalis zeolite yang tinggi menguntungkan untuk menghasilkan
gasoline, tetapi untuk menghasilkan middle distillate masih dipakai katalis
type amorphous.
Keaktifan katalis yang tinggi dimanfaatkan dengan konsep waktu kontak
yang singkat untuk perengkahan melalui riser.
Waktu kontak yang singkat dipergunakan untuk mencegah seminimum
mungkin terjadinya over cracking yang tidak diinginkan sehingga dapat
dihasilkan konversi yang baik.
Dalam proses perengkahan, molekul minyak memasuki rongga katalis
untuk bereaksi. Hasil reaksi perengkahan akan keluar meninggalkan
katalis, sehingga reaksi dapat berlangsung tidak terbatas.
Molekul yang mempunyai ukuran cukup kecil < 10 dapat masuk kedalam
pori Y zeolite, sedangkan molekul dengan struktur yang lebih besar (antara
10 - 25 ) tergantung pada aromaticity dan rantai cabang serta kandungan
sulfur, senyawa nitrogen dan metal, tidak cukup untuk masuk kedalam pori
zeolite.
Page 3
4. PRINSIP DASAR KATALIS RFCC
Perengkahan molekul residu pada katalis dilakukan dengan dua langkah
1. Pertama, precracking molekul berukuran besar dilakukan pada sisi
active matrix diluar permukaan kristal zeolite.
2. Kedua, perengkahan molekul intermediate dan kecil menjadi gasoline
dapat terjadi pada sisi matrix maupun zeolite.
Perengkahan pada sisi matrix memungkinkan terjadinya produk yang tidak
diharapkan sedangkan perengkahan pada sisi zeolite akan menghasilkan
produk yang berharga.
Untuk mengurangi reaksi yang tidak diharapkan pada sisi matrix, katalis
sebaiknya mempunyai aktifitas hydrogen transfer yang rendah.
Polynuclear naphtene/aromatik, resin dan asphaltene dikonversi menjadi
coke.
Sebagian besar coke ini akan menempel pada permukaan zeolite katalis
sehingga menurunkan aktifitasnya.
Page 4
5. PRINSIP DASAR KATALIS RFCC
Katalis RFCC berbentuk bubuk halus dengan ukuran diameter partikel rata-rata 75
micron yang mempunyai 4 sistem komponen utama yaitu :
1. ZEOLITE.
Merupakan komponen kunci pada RFCC catalyst untuk menghasilkan
selektifitas produk dan aktifitas katalitis yang tinggi.
Performance katalis tergantung pada besarnya nature & quality zeolite.
Disebut juga molecular sieve dan mempunyai struktur yang lebih dikenal
dengan lattice structure yang berupa susunan dasar blok silica (SiO4) dan
alumina (AlO4) tetrahedra yang terdiri dari satu atom silicon atau aluminium
pada titik pusat dengan satu atom oksigen pada keempat sudutnya.
Terdapat 2 type zeolite yaitu X dan Y yang umum dipergunakan dan identik
dalam struktur namun berbeda pada Silica / Alumina ratio (SAR).
Type Y mempunyai SAR dan kestabilan hydrothermal yang lebih besar
dibanding type X .
Zeolite memainkan peranan yang penting pada performance katalis secara
keseluruhan.
Page 5
6. PRINSIP DASAR KATALIS RFCC
2. MATRIX.
Matrix adalah komponen lain selain zeolite yang juga mempunyai aktifitas
katalitis atau yang sering disebut dengan active matrix.
Alumina merupakan sumber active matrix, sebagian besar active matrix
yang dipergunakan pada katalis RFCC adalah amorphous.
Active matrix secara significant berkontribusi pada performance RFCC
katalis.
Pori-pori zeolite terlalu kecil dan tidak dapat melakukan perengkahan
molekul hydrocarbon yang mempunyai end point > 480 属C, active matrix
mempunyai struktur pori yang dapat melakukan difusi molekul hydrocarbon
tersebut keluar-masuk pori katalis.
Sisi asam katalis terdapat pada matrix katalis sebagai primary cracking.
Tidak mempunyai selektifitas seperti zeolite tetapi dapat merengkah molekul
yang lebih besar yang tidak dapat masuk kedalam pori-pori zeolite.
Active matrix juga berfungsi sebagai pelindung zeolite dari deaktifasi dini
akibat impurities seperti vanadium dan basic nitrogen yang ditangkap pada
active matrix.
Page 6
7. PRINSIP DASAR KATALIS RFCC
3. BINDER & FILLER.
Filler yang dipergunakan adalah clay yang dicampurkan pada katalis untuk
mengendalikan aktifitas katalis.
Binder yang dipergunakan adalah alumina polymer bertindak sebagai
perekat untuk mengikat zeolite, matrix dan clay menjadi satu.
Fungsi binder menjadi lebih penting pada katalis yang mempunyai
konsentrasi zeolite tinggi.
Kedua Filler dan Binder tersebut membentuk integritas phisik (ABD, Atrition
Index, PSD dll), mechanical strength, media heat transfer dan media
fluidisasi dari katalis.
Page 7
9. REAKSI PERENGKAHAN KATALITIS
Semua komponen crude oil yang mempunyai rentang titik didih diatas
350 属C dapat diklasifikasikan sebagai residu, termasuk HGO, VGO dan
vacuum bottom.
Sebagian besar material ini mengandung mono/ polynuclear naphtenes,
mono/ polynuclear aromatik, resin dan asphaltenes.
Residu mempunyai densitas dan viskositas serta kandungan conradson
carbon, sulfur, basic nitrogen dan metal yang lebih besar dibanding pada
gasoil.
Reaksi cracking merupakan reaksi pemecahan ikatan C-C, yang reaksinya
bersifat endothermis dan secara thermodinamika reaksi tersebut dapat
berlangsung dengan baik pada temperatur tinggi.
Serangkaian reaksi yang kompleks akan terjadi pada saat molekul umpan
dikontakan dengan katalis pada temperatur 500 - 760 属C.
Distribusi produk yang dihasilkan tergantung pada banyak faktor termasuk
kondisi umpan dan kekuatan sisi asam katalis.
Meskipun reaksi yang terjadi adalah catalytic cracking, namun reaksi
thermal cracking juga terjadi akibat kurang idealnya kontak antara umpan
dengan katalis dalam riser.
Page 9
10. REAKSI PERENGKAHAN KATALITIS
REAKSI-REAKSI PENTING YANG TERJADI PADA RFCC ADALAH :
1. Cracking.
a. Paraffin terengkah menjadi olefin dan paraffin yang lebih kecil.
Cn H 2 n + 2 Cm H 2 m + Cp H 2 p + 2 dimana n = m + P
paraffin olefin paraffin
b. Olefin terengkah menjadi olefin yang lebih kecil.
Cn H 2n CmH2m + CpH2p dimana n = m + P
olefin olefin olefin
c. Perengkahan rantai samping aromatik.
ArCnH2n + 1 Ar CmH 2 m-1 + Cm H 2m+2 dimana n = 2 m
d. Naphthene (cycloparaffin) terengkah menjadi olefin.
Cyclo-CnH2n CmH2m + CpH2p dimana n = m + P
olefin olefin
jika cycloparaffin mengandung cincin cyclohexane,
Cyclo-Cn H 2 n C6 H 12 + Cm H 2 m + Cp H 2 p dimana n = m+p+6
olefin cyclohexane olefin olefin
Page 10
11. REAKSI PERENGKAHAN KATALITIS
2. ISOMERIZATION.
a. n-Olefin menjadi iso-Olefin
1- CnH2n trans-2-CnH2n
b. n-Paraffin menjadi iso-Paraffin.
n-CnH2n iso-CnH2n
3. HYDROGEN TRANSFER.
a. Naphthene + Olefin Aromatik + Paraffin
b. Cyclo aromatisasi.
C6 H 12 + 3C5 H 10 C6 H 6 + 3C5 H 12
c. Olefin menjadi paraffin dan aromatik.
4C6 H 12 3C6 H 14 + C6 H 6
Page 11
12. REAKSI PERENGKAHAN KATALITIS
4. ALKYL GROUP TRANSFER/TRANSALKYLATION.
C6 H 4 (C6 H 4) C6 H 12 + Cm H 2 m + Cp H 2 p
5. CYCLISASI OLEFIN MENJADI NAPHTHENE.
C7 H 14 CH 3-cyclo-C6 H 11
6. DEALKYLASI.
Iso-C3H 7-C6H 5 C6H 6 + C 3H 6
7. DEHYDROGENASI.
n-C8H 18 C8H 16 + H 2
8. REAKSI KONDENSASI.
CH = CH 2 + R 1CH = CH R 2 + 2H
R2
R1
Page 12
13. SIFAT-SIFAT KATALIS RFCC
1. Particle Size Distribution (PSD - micron).
PSD merupakan indikator sifat-sifat fluidisasi katalis, efisiensi cyclone dan
atrition resistance katalis. Distribusi ukuran katalis umumnya adalah 0 40
micron : 22 % max, 40 80 micron : 65 % max & 80 120 micron : 13 % max.
Peningkatan partikel halus menunjukkan tingginya catalyst atrition dan
rendahnya partikel halus menunjukan turunnya efisiensi cyclone yang dapat
diyakinkan pada MCB.
2. Surface Area (SA - m2/g).
Pori-pori katalis merupakan bagian tempat terjadinya reaksi perengkahan
sehingga surface area rongga pori-pori menggambarkan keaktifan suatu
katalis. Surface area berkorelasi langsung dengan aktifitas katalis. Surface
area untuk fresh catalyst adalah > 200 m2/g, sedangkan untuk E-cat adalah
70 - 200 m2/g. Kondisi hydrothermal dapat merusak struktur zeolite dan
menurunkan SA.
3. Pore Volume (PV - ml/gr).
PV mengindikasikan kwantitas rongga dalam partikel katalis dan merupakan
petunjuk deaktifasi suatu type katalis pada komersial unit.
Page 13
14. SIFAT-SIFAT KATALIS RFCC
Deaktifasi hydrothermal kecil sekali pengaruhnya terhadap volume pori katalis,
meskipun deaktifasi hydrothemal dapat mengakibatkan penurunan PV katalis.
4. Apparent Bulk Density (ABD gr/cc).
ABD merupakan perbandingan berat katalis per satuan volume dalam bentuk
curah. ABD yg terlalu tinggi akan mempersulit fluidisasi katalis dan bila terlalu
rendah akan mengakibatkan katalis loss yang berlebihan. Fresh cat umumnya
mempunyai ABD sekitar 0,7 1,0 gr/cc sedang E-cat mempunyai ABD antara
0,8 1,0 gr/cc.
5. Loss Of Ignition (LOI - %).
LOI mengindikasikan banyaknya material yang hilang bersama katalis sesudah
terjadi pemanasan pada temperatur (800 950 属C) dan periode tertentu.
Kandungan air, ammonia dan sulphate akan menguap pada temperatur
tersebut. Kelembaban fresh catalyst umumnya 10 15 %, bila terlalu tinggi
maka katalis akan menggumpal dan bila terlalu rendah (< 5 %) maka katalis
akan kering sehingga dapat menimbulkan pengaruh listrik statis.
Page 14
15. SIFAT-SIFAT KATALIS RFCC
6. Micro Activity Test (MAT - % wt).
MAT merupakan kemampuan konversi suatu katalis dengan mempergunakan
umpan gasoil standard yang dihitung dengan mengukur keaktifan dan
selektifitas katalis tersebut. Harga MAT fresh catalayst umumnya 72 min dan
untuk E-cat antara 66 68.
7. Rare Earth (RE2O3 - % wt).
Element RE2O3 seperti cerium dan lanthanum bertindak sebagai jembatan
untuk menstabilisasi atom aluminium dalam struktur zeolite, mencegah atom
zeolite terpisah dari lactice zeolite saat katalis terekspose oleh steam pada
temperatur tinggi di regenerator. RE2O3 meningkatkan aktifitas zeolite (MAT)
dan selektifitas gasoline namun menurunkan ON. Penurunan ON ini akibat
promosi reaksi hydrogen transfer. RE2O3 juga dapat meningkatkan kestabil
an thermal dan hydrothermal pada zeolite.
8. Alumina (Al2O3 - % wt).
Al2O3 dalam e-cat merupakan persen berat total alumina (active & inactive)
dalam katalis curah yang bertindak untuk menjaga kestabilan thermal dan
hydrothermal baik pada zeolite maupun pada matrix katalis.
Page 15
16. SIFAT-SIFAT KATALIS RFCC
Kandungan alumina dalam e-cat berkorelasi langsung dengan kandungan
alumina dalam fresh-cat, sehingga alumina level dalam e-cat dapat dipergu
nakan sebagai perhitungan pada saat melakukan penggantian katalis dengan
brand yang lain.
9. Sodium (Na - %wt).
Sodium dalam e-cat merupakan total sodium yang berasal dari fresh feed dan
fresh katalis. Sodium dapat mendeaktifasi sisi asam katalis dan dapat meng
akibatkan collapsnya struktur kristal zeolite. Sodium dapat juga menurunkan
ON gasoline.
10. Metals (Nickel Ni & Vanadium V ppm wt).
Metal bila terdeposit pada katalis akan cenderung meningkatkan produk gas
hydrogen dan coke sehingga membebani MAB dan WGC compressor. Logam-
logam tersebut mengakibatkan reaksi dehydrogenasi yang akan meningkatkan
produksi hydrogen dan menurunkan yield gasoline. V dapat merusak zeolite
activity dan menurunkan konversi. Kwantitas metal pada e-cat ditentukan oleh
level metal pada feed stock dan catalyst addition rate.
Page 16
17. SIFAT-SIFAT KATALIS RFCC
11. Carbon on Regenerated Catalyst (CRC - %wt).
Deposit carbon pada e-cat yang terjadi selama perengkahan akan menutupi
permukaan katalis dan akan menurunkan aktifitas katalis sehingga menurun
kan konversi. Jika CRC naik, menunjukan kurang baiknya udara pembakaran
atau spent catalyst distributor.
12. Coke factor - CF dan Gas Factor GF (% wt).
Menunjukan kecenderungan suatu e-cat untuk menghasilkan coke dan gas
pada tingkat konversi yang sama. CF dan GF dipengaruhi oleh type fresh
catalyst dan level metal yang terdeposit pada e-cat. CF dan GF dapat juga
mengindikasikan aktifitas dehydrogenasi metal pada katalis. Penambahan
alumina amorhpous pada katalis akan cenderung meningkatkan nonselective
cracking yang mengahsilkan coke dan gas.
13. Dynamic Activity (DA).
Dua e-cat dengan MAT yang sama dapat menghasilkan konversi yang ber
beda apabila dioperasikan dengan delta coke yang berbeda. DA diperguna
kan untuk menentukan hubungan antara coke selectivity dengan coke yield
yang dihasilkan.
Page 17
18. SIFAT-SIFAT KATALIS RFCC
Kinetic MAT Conversions
DA =
Coke yield, wt %
MAT Conv, wt % E-Cat MAT Conv
Kin. MAT Conv = MAT Conv =
100 - MAT Conv, wt % Standard MAT Test
14. Surface Area Kinetic (SA/K) Number.
SA/K number mengindikasikan jumlah surface area katalis yang diperlukan
untuk menghasilkan satu unit konversi.
Surface Area, m2/gr
SA/K =
Kinetic MAT Conversions
15. Atrition Index (AI).
AI merupakan indikasi kekuatan dan kekerasan suatu katalis. Makin besar AI
katalis makin baik karena katalis tersebut tidak mudah hancur yg menimbul
kan debu namun akan berakibat buruk pada bagian peralatan akan mudah
terkikis.
Page 18
19. SIFAT-SIFAT KATALIS RFCC
16. Sintering Index ( SI).
SI merupakan indeks menurunnya keaktifan katalis akibat tertutupnya pori-
pori katalis oleh lelehan katalis (aglomerasi) akibat panas yang berlebihan.
Hal ini ditunjukan oleh persentase pori-pori katalis yang tertutup oleh lelehan
katalis tersebut. Selain temperatur berlebihan, sintering juga dipromote oleh
adanya kandungan Na dalam feed yang dapat menurunkan titik leleh katalis
sehingga katalis akan menyatu dan kehilangan luas permukaan.
Page 19
20. SIFAT-SIFAT FRESH CATALYST
ITEM TYPICAL CCIC GRACE AKZO N GRACE
SPEC ELZ-4070 Ramct 27 PT FOC90S Aurora1
CHEM PROP
a. LOI 15 max 10.3 15.0 13.0 15,0
b. Al2O,3 Wt % 30 55 32 53 49 46
c. Na2O, Wt % 0.6 max 0.4 0.5 0.3 0.3 0.35
d. SO, Wt % 1.2 max 0.6 - - 2.5
e. Fe, Wt % 1.2 max 0.3 0.85 - 0.85
f. RE2O3, Wt % 1.2 1.8 1.2 1.8 1.3 3.3
PHYS. PROP
a. App Bulk Den, Gr/ml 0.70 0.79 0.7 0.78 0.77 0.75
b. Surface Area, M2/gr 200 260 214 255 210 290
c. Pore Volume, Ml/gr 0.15 min 0.15 0.38 0.47 0.40
d. Attrition Index 37 3.0 5.0 3.5 7.0
e. Part Distribution
< 20 Micron Wt % 2 max - 1 - 1
< 40 Micron Wt % 20 max 17 10 - 12
< 80 Micron Wt % - - - - -
< 150 Micron Wt % 90 min 90 min 96 - 96
Avrg Part Size Wt % 69 80 58 76 72 71
MAT, Wt % 72 min 74 76 74 82 76
Page 20
