Hydrocracking Catalysts

Katalis yang digunakan pada reaksi hydrocracking adalah bifunctional catalysts yang secara kimiawi memicu terjadinya reaksi-reaksi sebagai berikut.

         ·         Cracking, dengan mekanisme reaksi yang sama dengan catalytic cracking

         ·         Hidrogenasi hidrokarbon tidak jenuh hasil reaksi cracking

         ·         Hidrogenasi cincin aromatik

         ·         Hidrogenolisis struktur naftenik

Pada reaksi pertama, sisi logam berperan dalam memicu reaksi dehidrogeniasi menghasilkan senyawa alkena yang kemudian menjadi ion pada sisi asam. Reaksi kedua dan ketiga terjadi pada sisi logam. Reaksi keempat terjadi pada kedua sisi katalis (sisi asam dan logam).

Kesetimbangan fungsi asam dan logam yang tepat diperlukan untuk mencegah terbentuknya coke. Oleh karena itu, reaksi hidrogenasi alkena hasil reaksi cracking harus berlangsung dalam jangka waktu yang singkat guna menghindari terjadinya reaksi polimerisasi maupun kondensasi lebih lanjut yang menghasilkan senyawa prekursor coke. Kesetimbangan ini selain dipengaruhi oleh karakteristik katalis juga sangat dipengaruhi oleh pengaturan kondisi operasi.

         Ø  Temperatur yang tinggi menunjang reaksi pada sisi asam

         Ø  Meningkatkan tekanan parsial hidrogen dapat meningkatkan reaksi hidrogenasi pada sisi logam

Pemilihan Katalis

Katalis untuk hydrocracking didesain dengan sifat bifunctional dengan alasan:

         ·         Dapat diatur jumlah dan kekuatan dari sisi asamnya

         ·         Dapat diatur kekuatan hidrogenasinya

         ·         Sangat sesuai dengan tujuan proses (fleksibel)

Pemilihan struktur logam pada katalis harus memenuhi minimal 3 dari 4 jenis reaksi pada mekanisme reaksi hydrocracking. Oleh karena itu pemilihan jenis logam harus dilakukan dengan teliti karena sangat menentukan kinerja katalis. Menurut studi yang dilakukan Raseev, NiMo dan NiW merupakan pasangan logam yang paling cocok digunakan sebagai sisi logam katalis hydrocracking dibandingkan katalis dengan logam mulia lainnya seperti Pt dan Pd. Meskipun keduanya juga direkomendasikan untuk digunakan dalam membuat katalis hydrocracking.

Katalis dengan NiMo dan NiW banyak digunakan pada unit hydrocracking dengan sistem single stage dan selalu digunakan untuk stage pertama pada unit dengan sistem two stages. Sedangkan untuk stage keduanya menggunakan Pt maupun Pd. Untuk memaksimalkan stability dan efficiency katalis terhadap reaksi tertentu, digunakan promoters. Namun sebenarnya efficiency itu sendiri tidak hanya bergantung pada proporsi asam dan logam, serta karakter promoters saja tetapi juga dipengaruhi oleh dispersi promoters tersebut pada support katalis. Dispersi yang baik juga sangat penting khususnya pada katalis dengan Pt dan Pd.

Pada kondisi tertentu, pemilihan fungsi logam ditentukan berdasarkan tekanan parsial H₂S pada zona reaksi. Sebagai contoh Pd memiliki toleransi yang rendah terhadap H₂S. NiMo tidak memiliki batasan toleransi terhadap H₂S. Sementara NiW memiliki toleransi di antara keduanya.

Pada mulanya, amorphous aluminosilica digunakan sebagai support  pada sejumlah reaktor hydrocracking sebagaimana digunakan juga pada katalis untuk catalytic cracking. Selanjutnya, katalis dengan support zeolite pun mulai banyak dikembangkan. Dari penggunaannya pada reaksi catalytic cracking, diketahui sejumlah keunggulan zeolite dalam hal ini Y-zeolite dibandingkan amorphous. Salah satu katalis yang dikembangkan secara komersial oleh Shell dan sudah digunakan sejak 1983 adalah NiW dalam struktur Y-zeolite dengan nama HTY. Katalis jenis ini kemudian dikembangkan dengan nama S-753.

Kelebihan katalis tipe ini adalah:

         ·         Pembentukan coke yang rendah

         ·         Stabilitas yang baik

         ·         Siklus regenerasi lebih lama

         ·         Membutuhkan temperatur yang lebih rendah untuk mencapai tingkat konversi yang diinginkan

Kekurangan katalis Y-zeolite ada pada selektivitasnya. Katalis ini memiliki tingkat konversi yang tinggi terhadap gasoline dan gas, serta konversi yang rendah terhadap produk kerosine dan gasoil. Hal ini ditengarai merupakan dampak reaksi hydrocracking yang berlebih pada katalis zeolit yang merupakan dampak dari tingginya jumlah sisi asam. Molekul yang telah terdekomposisi pada reaksi inisiasi teradsorbsi kembali oleh sisi asam lainnya dan terrengkah menjadi gasoline maupun gas.

Untuk mengatasi efek reaksi berlebihan ini, telah dilakukan pengembangan katalis zeolit pada generasi keduanya dengan menghilangkan sebagian aluminum dari pori-pori zeolit. Proses ini menghasilkan katalis zeolit untuk hydrocracking yang memiliki jumlah sisi asam lebih rendah. Pada kasus tertentu, komposisi support zeolit juga dimodifikasi (sebagai contoh S-703). Pengurangan ukuran crystallite ternyata menghubungkan dampak yang signifikan terhadap kenaikan volume fraction  mesopori. Hal ini memicu kenaikan selektivitas (konversi terhadap kerosin) dan stabilitasnya juga.

 Sebagai contoh, perubahan struktur pori pada katalis IFP HYC-642. Ditunjang dengan turunnya jumlah sisi asam menghasilkan selektivitas katalis yang lebih tinggi.

Pengembangan lebih lanjut yang dilakukan oleh Shell adalah menggunakan dua bed catalystsI untuk sistem reaktor single stage atau pada reaktor pertama pada sistem two stages. Pretreatment catalyst (misalnya C-424) digunakan pada bagian atas reaktor dan katalis hydrocracker pada bagian bawahnya. Sistem reaksi seperti ini dimungkinkan dengan pengembangan katalis yang tidak sensitif terhadap efek racun dari nitrogen, salah satunya adalah katalis Z-713. Pada stage kedua digunakan katalis yang dikembangkan dengan support yang terbuat dari campiran amorphous dan Y-zeolite (misalnya Z-603). Kinerja katalis tipe ini meningkat khususnya untuk pembukaan cincin naftenik. Secara keseluruhan, dampak positif dari pengembangan sistem reaksi dengan katalis tersebut adalah panjang siklus dan kualitas produknya.

Pengembangan Support Katalis

Pengembangan support katalis merupakan salah satu tugas utama dalam mengembangkan katalis hydrocracking dan telah dipublikasikan dalam sejumlah paten. Sebagai contoh pengembangan stabilitas katalis hydrocracking dengan tipe support Y-zeolite terdispersi dalam matriks oksida anorganik yang memberikan stabilitas ultra pada katalis hydrocracking oleh William A. Welsh, Fulton, Md. yang dipublikasikan dalam publikasi dengan nomor paten U.S. Pat. Nos. 4,456,693.

Pada tahun 1990, UOP telah mengembangkan amourphous support dengan peningkatan kinerja katalis dengan nama produk DHC-8 dan berlanjut dengan pengembangan katalis zeolit DHC-100. Katalis zeolit ini memiliki stabilitas yang tinggi dan bekerja pada temperatur kurang lebih 10^o celcius lebih rendah dibandingkan DHC-8.

Dengan memoderasi fungsi asam DHC-100 mampu menghasilkan produk middle distillate dengan jumlah yang hampir sama dengan yang dihasilkan DHC-8. 

(dalam persen volume produk terkonversi)

IFP menggunakan promoted catalyst NiMo pada support alumina HR-360 pada stage pertama untuk hydrotreating diikuti dengan reaktor yang menggunakan katalis HYC-642 untuk hydrocracking dengan basis zeolit. Katalis zeolit HYC-642 menghasilkan sejumlah distilat yang sebanding dengan yang dihasilkan amorphous.

[dirangkum dari berbagai sumber]

Posted in: Akamigas , Amorphous , Articles , Catalyst , DHC-100 , DHC-8 , Dual-function Catalyst , Gasoil , Hydrocracking , Hydrotreating , Naphta , Secondary Process , Struktur Katalis , UOP , Zeolite