Pengaruh kondisi operasi pada kinerja reaksi dekomposisi katalitik metana dalam reaktor gauze

Abstract

Methane decomposition is an alternative way to produce high quality carbon nanotubes (CNTs) and hydrogen simultaneously. The use of gauze reactor for methane decomposition had proven in solving pressure drop problem in fixed bed reactor. This experiment was carried out to study the effects of operation conditions (space time, temperature, and feed ratio) to gauze rector performance. Ni-Cu-Al catalyst which is prepared by sol-gel method with atomic ratio 2:1:1, was coated to Stainless Steel gauze by dip coating method. The reaction was done by flowing methane into the reactor at atmospheric pressure and varying space time (0.0006; 0.0032; 0.006 g×kat×min/mL), temperature (700, 750, and 800°C), and feed ratio CH₄:H₂ (1:0, 4:1, 1:1). An online gas chromatograph is used to detect the gas products. Reactor performances were observed from methane conversion, hydrogen purity, carbon yield and quality of nanocarbon that have been produced. Experiment result showed that the highest reactor performance (except nanocarbon quality) occurred at space time 0.006 gr cat min/mL, temperature 700 °C, and with pure methane as feed which give methane conversion, hydrogen purity, and yield carbon results are 90.66%, 90.16%, and 37 g carbon/g catalyt, respectively. Based on SEM analysis indicated that the best nanocarbon morphology can be gained at CH₄:H₂ ratio of 1:1.

Keyword : methane decompotition, gauze reactor, carbon nanotube

Abstrak 

Dekomposisi katalitik metana adalah salah satu alternatif untuk memproduksi hidrogen dan nanokarbon bermutu tinggi secara simultan. Penggunaan reaktor gauze untuk dekomposisi metana terbukti dapat mengatasi permasalahan penyumbatan pada reaktor unggun diam. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kondisi operasi (space time, temperatur, dan rasio umpan) terhadap kinerja reaktor gauze. Katalis Ni-Cu-Al disiapkan dengan menggunakan metode sol-gel dengan perbandingan atomik 2:1:1 dilapiskan pada gauze Stainless Steel dengan metode dip-coating. Reaksi dilakukan dengan mengalirkan metana ke dalam reaktor pada tekanan atmosferik dan dengan memvariasikan space time (0,0006; 0,0032; 0,006 g×kat×min/mL), temperatur (700, 750, dan 800 °C), dan rasio umpan CH₄:H₂ (1:0, 4:1, 1:1). Produk gas dianalisis dengan menggunakan gas chromatography yang terpasang secara online. Kinerja reaktor pada penelitian ini ditinjau dari konversi metana, kemurnian hidrogen, perolehan dan kualitas nanokarbon yang dihasilkan. Berdasarkan hasil eksperimen diketahui bahwa kinerja reaktor paling tinggi (kecuali kualitas nanokarbon) terjadi pada space time 0,006 g×kat×min/mL, temperatur 700 °C, dan dengan menggunakan metana murni yang memberikan hasil konversi metana, kemurnian hidrogen, serta perolehan karbon secara berturut-turut 90,66%, 90,16%, dan 37 gram karbon/gram katalis. Hasil analisis menggunakan SEM menunjukkan bahwa morfologi nanokarbon paling baik didapat pada komposisi reaktan CH₄: H₂ = 1:1.

Kata Kunci : dekomposisi metana, reaktor gauze, karbon nanotube