KEGUNAAN HIDROGEN DI ERA MODERN

HIDROGEN

Hidrogen adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada tahun 1983, Lavoisier menamkan gas hidrogen (hidro = air , genes = pembentuk ). Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia.

Hidrogen merupakan unsur paling melimpah di alam semesta, dan nomor tiga terbanyak di permukaan bumi. Tetapi gas hidrogen murni hampir tidak ada di permukaan bumi, karena gas hidrogen bereaksi dengan unsur lain membentuk persenyawaan yang lebih stabil (Cotton dan Wilkinson, 2009).

Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam (www.wikipedia.com).

Dalam skala industri, hidrogen dihasilkan dari uap air dengan metana atau hidrokarbon ringan dengan katalis nikel pada suhu 75°C menghasilkan campuran karbon monoksida dan hidrogen. Campuran gas ini disebut “synthesis gas” atau “syngas”. Gas alam seperti metana, propana atau etana direaksikan dengan steam (uap air) pada suhu tinggi (700~1000°C) dengan bantuan katalis, untuk menghasilkan hidrogen, karbon dioksida (CO₂) dan karbon monoksida (CO). Sebuah reaksi samping juga terjadi antara karbon monoksida dengan steam, yang menghasilkan hidrogen dan karbon dioksida. Persamaan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah: 

CH₄ +H₂O→CO+3H₂
CO + H₂O → CO₂ + H₂

Gas hidrogen yang dihasilkan kemudian dimurnikan, dengan memisahkan karbon dioksida dengan cara penyerapan. Saat ini, steam reforming banyak digunakan untuk memproduksi gas hidrogen secara komersil di berbagai sektor industri, diantaranya industri pupuk dan hidrogen peroksida (H₂O₂). Akan tetapi metode produksi seperti ini sangat tergantung dari ketersediaan gas alam yang terbatas, serta menghasilkan gas CO₂, sebagai gas efek rumah kaca.

Selain itu, gas H2 juga dapat dihasilkan dari elektrolisa Air (H₂O). Elektrolisa air memanfaatkan arus listrik untuk menguraikan air menjadi unsur-unsur pembentuknya, yaitu H₂dan O₂. Gas hidrogen muncul di kutub negatif atau katoda dan oksigen berkumpul di kutub positif atau anoda. Hidrogen yang dihasilkan dari proses electrolisa air berpotensi menghasilkan zero emission, apabila listrik yang digunakan dihasilkan dari generator listrik bebas polusi seperti energi angin atau panas matahari. Namun demikian dari sisi konsumsi energi, cara ini memerlukan energi listrik yang cukup besar (nurul.kimia.upi.edu).

Industri hidrogen

PENGGUNAAN HIDROGEN

A.    Pembuatan xylitol (untuk pasta gigi dan permen)

Dewasa ini, penggunaan H₂

Industri gas hidrogen

 diantaranya adalah sebagai bahan pembuatan Xylitol. Xylitol adalah senyawa organik yang tergolong gula dengan gugus hidroksi dengan formula (CHOH)3(CH2OH)2. Satu sendok teh xylitol mengandung 9,6 kalori tidak jauh dengan satu sendok teh gula tebu yang mengandung 15 kalori.

Xylitol ditemukan secara bersamaan oleh ilmuwan Jerman dan Perancis pada akhir abad ke-19 dan pertama dipopulerkan di Eropa sebagai pemanis yang aman bagi penderita diabetes yang tidak dapat memproduksi insulin. Pengaruh penggunaan xylitol di bidang kesehatan gigi mulai diteliti pada awal 1970 di mana ilmuwan asal Universitas Turki menunjukkan bahwa xylitol baik untuk kesehatan gigi.

Xilitol merupakan gula polialkohol berkarbon lima dengan tingkat kemanisan setara sukrosa, tetapi mengandung hanya 2,4 kal/g, sementara sukrosa 4 kal/g. Xilitol sangat cocok dikonsumsi oleh penderita diabetes mellitus, karena memiliki indeks glukemik rendah. Secara alami xilitol terdapat dalam jumlah sedikit pada sayuran dan buah-buahan, misalnya kol, pisang dan stroberi. Xilitol juga terdapat sebagai senyawa antara pada metabolisme mamalia, orang dewasa memproduksi 5 sampai dengan 15 g/hari (www.lontar.ui.ac.id).

Dalam skala industri xilitol dibuat dengan cara kimia yaitu dengan mereduksi xilosa murni dengan gas hidrogen, pada suhu 80°C-140°C dan menggunakan katalis Raney nikel. Cara ini dapat mengubah 50 sampai dengan 60% xilosa menjadi xilitol. Kini produksi xilitol dunia sekitar 20.000 sampai 40.000 ton per tahun dengan nilai 40 sampai 80 juta Euro.

Xilitol merupakan gula alkohol dengan lima atom karbon. Xilitol banyak digunakan sebagai pemanis buatan pengganti sukrosa. Xilitol secara alami terdapat pada berbagai buah dan sayuran, seperti jamur, plum, kembang kol, bayam dan jagung. Xilitol pertama kali berhasil diisolasi dari serpihan kayu birch oleh ahli kimia Jerman Prof. Dr.Emil Herman Fisher, pemenang Nobel kimia 1902 dan asistennya Rudolf Sachen pada 1891.

Adapun tahap pembuatan xylitol ini mencakup 4 tahap yaitu (Gerald Myer Jaffe, dkk., 1974) :

1. Tahap Persiapan Bahan Baku

Tongkol jagung yang berasal dari gudang bahan baku dimasukkan ke dalam mesin pemotong (rotary knife cutter). Di dalam mesin tersebut, tongkol jagung  dihancurkan sehingga menjadi potongan-potongan kecil dengan panjang maksimal 15 cm. Asam klorida yang digunakan sebagai katalis untuk proses hidrogenasi dan gas hidrogen disalurkan dari tangki penyimpanan menuju ke proses hidrogenasi disimpan di dalam tangki penyimpanan untuk proses pembuatan xylitol.

2. Proses Hidrolisis

Potongan – potongan tongkol jagung yang telah dipotong diumpankan ke dalam reaktor. Di dalam reaktor tersebut terjadi proses hidrolisis dengan temperatur 90oC dan tekanan operasinya 1 atm. Di dalam reaktor dicampurkan HCl 12 % dari massa tongkol jagung yang diumpankan. Reaktor dipanaskan dengan menggunakan steam. Keluaran dari reaktor dilanjutkan ke filter press untuk memisahkan ampas tongkol jagung dari campuran xylosa. Hasil dari filter dimasukkan ke flash drum yang bertujuan untuk memisahkan campuran xylosa dari asam klorida dan air berdasarkan perbedaan didih. Xylosa yang mempunyai titik didih tertinggi yaitu 168 ^oC akan terpisah dari HCl dan juga air dalam flash drum yang bertemperatur 120^o C dan tekanan 1 atm.

3. Proses Hidrogenasi

Katalis (Ni)

Keluaran dari flash drum dilanjutkan ke reaktor hidrogenasi yang akan mereaksikan xylosa dengan gas hidrogen (H2) menghasilkan xylitol. Katalis yang digunakan dalam proses ini adalah nikel (Ni). Keadaan operasi yang terjadi di dalam reaktor hidrogenasi yaitu 150^o C dan bertekanan 30 atm.  Di dalam reaktor hdrogen, rekasi yang terjadi adalah sebagai berik C₅H₁₀O₅­ ­+ H₂           -->      C₅H₁₂O₅

_{(D-Xylose)                            (xylitol)}

4. Proses Pemurnian

Produk dari reaktor hidrogenasi dialirkan ke dalam cooler untuk menurunkan suhu hingga 60o C. Setelah campuran didinginkan, dimasukkan lagi ke dalam filter press and plate frame yang bersuhu 45oC dan tekanan 1 atm untuk memisahkan katalis nikel dan dilakukan evaporasi untuk menguapkan kandungan air di dalam larutan xylitol dengan temperatur 120^oC. Xylitol yang diperoleh dari evaporator berupa sirup dialirkan ke prilling tower untuk mengubah sirup xylitol menjadi kristal xylitol yang memiliki kemurnian 98%.

Kristal xylitol

Kegunaan Xylitol

Xilitol ternyata juga mempunyai manfaat dalam mencegah karies gigi, hal ini karena berdasarkan penelitian, mikroorganisme kariogenik lebih menyukai struktur gula berkarbon enam seperti glukosa dalam mendukung pertumbuhannya. Xilitol memiliki lima atom karbon sehingga bakteri kariogenik seperti Streptocoocus mutans yang ada dalam mulut tidak dapat mengkonsumsi atau mendegradasinya sebagai sumber energi. Penelitian lain di Finlandia menyimpulkan bahwa xilitol mampu meningkatkan kepadatan tulang, sehingga bisa digunakan untuk melawan osteoporosis.

Xylitol yang memiliki kalori yang rendah sangat bermanfaat sebagai pemanis makanan/minuman bagi penderita diabetes. Gula langka ini juga bermanfaat mencegah karang gigi dan karies. Hal ini dikarenakan keberadaan xylitol akan menekan pertumbuhan bakteri di dalam mulut yang kebanyakan mengonsumsi glukosa sebagai bahan makanan mereka, sehingga bakteri tersebut tidak dapat berkembang biak dengan baik pada kondisi tinggi xylitol. Manfaat xylitol inilah yang telah digunakan pada dunia kedokteran gigi dan juga pada beberapa produk perawatan dental seperti permen karet anti-karies dan pasta gigi.

Xylitol adalah gula alkohol yang “bersahabat dengan gigi”, dan tidak mengalami fermentasi. Xylitol memiliki lebih banyak manfaat bagi kesehatan gigi dibandingkan gula polialkohol lain. Struktur xylitol mengandung sebuah ligan tridentat, (H-C-OH)3 yang dapat menata-ulang dengan kation polivalen seperti  Ca2+. Interaksi ini memungkinkan Ca2+ yang ditransfer melalui pembatas dinding usus dan melalui saliva yang dapat meremineralisasi email sebelum karies gigi terbentuk (www.repository.usu.ac.id). 

B.                 Industri pupuk amonia

Bahan baku pembuatan Pupuk Urea adalah Amoniak dan Karbondioksida, yang mana kedua bahan baku tersebut dihasilkan dari pabrik Amoniak. Amoniak dan Karbondioksida berasal dari synthesa gas alam.

Tahap-Tahap Proses Pembuatan Amonia

Amoniak diproduksi dengan mereaksikan gas Hydrogen (H₂) dan Nitrogen (N₂) dengan rasio H₂ : N₂ = 3 : 1 . H₂ adalah salah satu komponen gas synthesa yang diperoleh dari pemrosesan gas alam yang mengandung 80 – 95 % CH₄(Metan). Sedang N₂ diperoleh dari udara yang mengandung 79% N₂dan 21% O₂.

Pada pembuatan amonia yang dilaksanakan pada industri secara garis besar dibagi menjadi 4 Unit dengan urutan sebagai berikut :

1.    Feed Treating Unit

Gas alam yang masih mengandung kotoran (impurities), terutama senyawa belerang sebelum masuk ke Reforming Unit harus dibersihkan dahulu di unit ini, agar tidak menimbulkan keracunan pada Katalisator di Reforming Unit. Untuk menghilangkan senyawa belerang yang terkandung dalam gas alam, maka gas alam tersebut dilewatkan dalam suatu bejana yang disebut Desulfurizer. Gas alam yang bebas sulfur ini selanjutnya dikirim ke Reforming Unit. Jalannya proses melalui tahapan berikut :

a.    Sejumlah H₂S dalam feed gas diserap di Desulfurization Sponge Iron dengan sponge iron sebagai media penyerap. Persamaan Reaksi :

Fe₂O₃.6H₂O + H₂S → Fe₂S₃ 6 H₂O + 3 H₂O

b. CO₂ Removal Pretreatment Section

Feed Gas dari Sponge Iron dialirkan ke unit CO₂ Removal Pretreatment Section Untuk memisahkan CO₂ dengan menggunakan larutan Benfield sebagai penyerap. Unit ini terdiri atas CO₂ absorber tower, stripper tower dan benfield system.

c.       ZnO Desulfurizer

Seksi ini bertujuan untuk memisahkan sulfur organik yang terkandung dalam feed gas dengan cara mengubahnya terlebih dahulu mejadi Hydrogen Sulfida dan mereaksikannya dengan ZnO. Persamaan Reaksi :

H₂S + ZnO → ZnS + H₂O

Kondisi operasi di Desulfurisasi:

·           Pressure                     : 35-40 kg/cm²G

·           Temperature Inlet         : 350-400^oC

·           Temperature Outlet      : 330-380^oC

(www.fitriinurraiini.blogspot.com)

2. Reforming Unit

Di Reforming Unit gas alam yang sudah bersih dicampur dengan uap air, dipanaskan, kemudian direaksikan di Primary Reformer, hasil reaksi yang berupa gas-gas Hydrogen dan Carbon Dioksida dikirim ke Secondary Reformer dan direaksikan dengan udara sehingga dihasilkan gas-gas Hidrogen , Nitrogen dan Karbon Dioksida Gas-gas hasil reaksi ini dikirim ke Unit Purifikasi dan Methanasi untuk dipisahkan gas karbon dioksidanya. Tahap-tahap reforming unit adalah :

a. Primary Reformer

Seksi ini bertujuan untuk mengubah feed gas menjadi gas sintesa secara ekonomis melalui dapur reformer dengan tube-tube berisi katalis nikel sebagai media kontak feed gas dan steam pada temperature (824 ^oC)dan tekanan (45 – 46 kg/cm²) tertentu . Adapun kondisi operasi acuan adalah perbandingan steam to carbon ratio 3,2 : 1. Persamaan Reaksi :

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂ ∆H = - Q

CO + H₂O → CO₂ + H₂ ∆H = + Q

Secara overall reaksi yang terjadi adalah reaksi endothermic sehingga membutuhkan burner dan gas alam sebagai fuel.

Kondisi operasi Primary Reformer :

·         Pressure                     : 35 – 40 kg/cm²G

·         Temperature Inlet         : 530 – 650^oC

·         Temperature Outlet       : 770 – 811^oC

·         Kadar CH₄ Outlet          : 9 – 16 % berat

·         Kadar CO Outlet          : 8 – 9 % berat

·         Kadar H₂ Outlet           : 65 – 70 % berat.

b. Secondary Reformer

Gas yang keluar dari primary reformer masih mengandung kadar CH₄ yang cukup tinggi, yaitu 12 – 13 %, sehingga akan diubah menjadi H₂ pada unit ini dengan perantaraan katalis nikel pada temperature 1002,5 ^oC.

Persamaan Reaksi :

CH₄ + H₂O → 3 H₂ + CO

Kandungan CH₄ yang keluar dari Secondary reformer ini diharapkan sebesar 0.34 % mol dry basis. Karena diperlukan N₂ untuk reaksi pembentukan Amoniak maka melalui media compressor dimasukkan udara pada unit ini. Persamaan Reaksi :

2H₂ + O₂ → 2H₂O

CO + O₂ → 2CO₂

Kondisi operasi di Secondary Reformer :

·         Pressure                      : 35-40 kg/cm²G

·         Temperature Inlet          : 520-560^oC

·         Temperature Outlet       : 950-1050^oC

·         CH₄ Outlet                   : 0,2-1,0 % berat

·         CO Outlet                    : 10-13 % berat

·         H₂ Outlet                      : 54-56 % berat

(www.joetrizilo.wordpress.com)

3. Purification & Methanasi

Karbon dioksida yang ada dalam gas hasil reaksi Reforming Unit dipisahkan dahulu di Unit Purification, Karbon dioksida yang telah dipisahkan dikirim sebagai bahan baku Pabrik Urea. Sisa Karbon dioksida yang terbawa dalam gas proses, akan menimbulkan racun pada katalisator Ammonia Converter, oleh karena itu sebelum gas proses ini dikirim ke Unit Synloop & Refrigeration terlebih dahulu masuk ke Methanator. Tahap-tahap proses Purification dan methanasi adalah sebagai berikut :

a. High Temperature Shift Converter (HTS)

Setelah mengalami reaksi pembentukan H₂ di Primary dan Secondary Reformer maka gas proses didinginkan hingga temperature 371 ^oC untuk merubah CO menjadi CO₂ dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Kadar CO yang keluar dari unit ini adalah 3,5 % mol dry basis dengan temperature gas outlet 432 ^oC- 437 ^oC.

Kondisi operasi HTS :

·         Pressure                            : 35-40 kg/cm²G

·         Temperature Inlat             : 340-380 ^oC

·         Temperature Outlet          : 420 – 440 ^oC

·         CO Inlet                           : 12-14,5 % berat

·         CO Outlet                        : 2,5-4,5 % berat.

b. Low Temperature Shift Converter (LTS)

Karena tidak semua CO dapat dikonversikan menjadi CO₂ di HTS, maka reaksi tersebut disempurnakan di LTS setelah sebelumnya gas proses didinginkan hingga temperature 210 ^oC. Diharapkan kadar CO dalam gas proses adalah sebesar 0,3 % mol dry basis.

Kondisi operasi LTS :

·            Pressure                     : 35-40 kg/cm²G

·            Temperature Inlet         : 190-210 ^oC

·            Temperature Outlet       : 220-240 ^oC

·            CO Inlet                       : 2,5-4,5 % berat

·            CO Outlet                    : 0,2-0,4 % berat

·            CO₂ Outlet                   : 16-18 % berat

c. CO₂ Removal

Setelah CO diturunkan sampai kadar terendah, selanjutnya CO₂ diturunkan hingga 0,1 %  berat (1000 ppm). Penurunan CO₂ dilakukan dengan cara absorbsi oleh larutan K₂CO₃ ( karbonat) yang konsentraasinya 25-30 % berat di dalam sebuah menara Absprber. Gas Synthesa yang mengandung 16%-18% berat CO₂ dipertemukan dengan larutan karbonat yang mengalir dari atas ke bawah sedang gas mengalir dari bawah ke atas. Selanjutnya dalam pertemuan keduanya, CO₂ diserap oleh larutan karbonat. Adapun reaksi penyerapan yang terjadi: K₂CO₃+ H₂O + CO₂ → 2KHCO₃

Untuk meningkatkan  efektifitas penyerapan oleh K₂CO₃ diberikan juga Dietanol Amine (DEA) dengan konsentrasi 2,5-3 % berat. Di Absorber penyerapan dilakukan dalam dua tahap. Absorbsi di bagian bawah absorber dilakukan dengan larutan karbonat yang bertemperature 65-117 ^oC, sedang absorbsi berikutnya dilakukan di bagian atas Absorber dengan larutan Karbonat bertemperature 65-70^oC. Tujuan tahapan absorbsi ini adalah untuk meningkatkan penyerapan CO₂.

Penyerapan CO₂ di menara Absorber berlangsung dengan kondisi :

·         Pressure                                       : 27-35 kg/cm²G

·         Temperatur Gas Inlet                      : 100-130 ^oC

·         Temperatur Gas Outlet                   : 65-70 ^oC

·         Temperature Larutan Karbonat inlet  :

·         Ke Top menara                     : 65-70 ^oC

·         Ke Middle Menara                : 115-117 ^oC

·         CO₂ Inlet                               : 16-18 % berat

·         CO₂ Outlet                             : 0,04-0,1 % berat.

Sebagian besar K₂CO₃ dalam larutan Karbonat yang telah banyak menyerap CO₂ (Rich Solution) berubah menjadi  KHCO₃ seperti terlihat pada reaksi. Selanjutnya KHCO₃ ini harus kembali diubah menjadi K₂CO₃ agar bisa disirkulasikan ke Absorber untuk menyerap CO₂.

2KHCO₃ → K₂CO₃+ H₂O + CO₂ 

Dari Absorber yang bertekanan 27-35 kg/cm²G larutan Karbonat (Rich Solution)  dikirim ke regenarator yang tekanan operasinya 0,4-0,8 kg/cm²G. Penurunan   pressure yang cukup besar ini akan menggeser kesetimbangan reaksi ke kanan atau ke arah pelepasan CO₂ dan pembentuan K₂CO₃.

Di samping dengan penurunan tekanan, pelepasan CO₂ dari larutan karbonat (Rich Solution) juga dibantu dengan pemberian panas yang disuplay dari steam yang masuk dan dibangkitkan di Reboiler-reboiler yang terletak di bagian bawah Regenator.

Kondisi operasi Regenarator :

·         Pressure                     : 0,4-0,8 kg/cm²G

·         Temberature Bottom     : 120-130 ^oC

Larutan Karbonat yang telah bebas CO₂ ( Lean Solution) ini kemudian dikirim kembali ke Absorber, sedangkan CO₂ yang keluar dari Regenarator dikirim ke Pabrik Urea.

d. Methanasi

Gas synthesa yang keluar dari puncak absorber masih mengandung CO₂ dan CO relative kecil, yakni sekitar 0,3 % mol dry basis yang selanjutnya akan diubah menjadi methane di methanator pada temperature sekitar 316 ^oC.

Persamaan Reaksi :

CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

(www.perpustakaancyber.blogspot.com)

4. Synthesa loop dan Amonik Refrigerant

Gas proses yang keluar dari Methanator dengan perbandingan Gas Hidrogen dan Nitrogen = 3 : 1, ditekan atau dimampatkan untuk mencapai tekanan yang diinginkan oleh Ammonia Converter agar terjadi reaksi pembentukan, uap ini kemudian masuk ke Unit Refrigerasi sehingga didapatkan amoniak dalam fasa cair yang selanjutnya digunakan sebagai bahan baku pembuatan urea. Tahap-tahap poses Synthesa loop dan Amonik Refrigerant adalah :

a. Synthesis Loop

Gas synthesa yang akan masuk ke daerah ini harus memenuhi persyaratan perbandingan H₂/N₂ = 2,5 – 3 : 1. Gas synthesa pertama-tama akan dinaikkan tekanannya menjadi sekitar 177.5 kg/cm² oleh syn gas compressor dan dipisahkan kandungan airnya melalui sejumlah K.O. Drum dan diumpankan ke Amoniak Converter dengan katalis promoted iron. Persamaan Reaksi :

3H₂ + N₂ → 2NH₃ .

(ΔH = –92,38 kJ/mol, suhu = 298 K, K_p = 6,2 × 10⁵)

Kandungan Amoniak yang keluar dari Amoniak Converter adalah sebesar 12,05-17,2 % mol.

b. Amoniak Refrigerant

Amoniak cair yang dipisahkan dari gas synthesa masih mengandung sejumlah tertentu gas-gas terlarut. Gas-gas inert ini akan dipisahkan di seksi Amoniak Refrigerant yang berfungsi untuk Mem-flash amoniak cair berulang-ulang dengan cara menurunkan tekanan di setiap tingkat flash drum untuk melepaskan gas-gas terlarut, sebagai bagian yang integral dari refrigeration, chiller mengambil panas dari gas synthesa untuk mendapatkan pemisahan produksi amoniak dari Loop Synthesa dengan memanfaatkan tekanan dan temperature yang berbeda di setiap tingkat refrigeration.

5. Produk Amoniak

Produk Amoniak yang dihasilkan terdiri atas dua, yaitu Warm Ammonia Product (30 ^oC) yang digunakan sebagai bahan baku untuk pabrik urea, Cold Ammonia Product (-33 ^oC) yang disimpan dalam Ammonia Storage Tank (www.zainiusman6.blogspot.com).

C.                 Pembuatan metanol

Saat ini, gas sintesis umumnya dihasilkan dari metana yang merupakan komponen dari gas alam. Terdapat tiga proses yang dipraktekkan secara komersial.

Pada tekanan sedang 1 hingga 2 MPa (10–20 atm) dan temperatur tinggi (sekitar 850 °C), metana bereaksi dengan uap air (steam) dengan katalis nikel untuk menghasilkan gas sintesis menurut reaksi kimia berikut:

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

Reaksi ini, umumnya dinamakan steam-methane reforming atau SMR, merupakan reaksi endotermik dan limitasi perpindahan panasnya menjadi batasan dari ukuran reaktor katalitik yang digunakan.

Metana juga dapat mengalami oksidasi parsial dengan molekul oksigen untuk menghasilkan gas sintesis melalui reaksi kimia berikut:

2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂

Reaksi ini adalah eksotermik dan panas yang dihasilkan dapat digunakan secara in-situ untuk menggerakkan reaksi steam-methane reforming.

Ketika dua proses tersebut dikombinasikan, proses ini disebut sebagai autothermal reforming. Untuk menghasilkan stoikiometri yang sesuai dalam sintesis methanol, rasio CO and H₂ dapat diatur dengan menggunakan reaksi perpindahan air-gas (the water-gas shift reaction):

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Karbon monoksida dan hidrogen kemudian bereaksi dengan katalis kedua untuk menghasilkan metanol.  Saat ini, katalis yang umum digunakan adalah campuran tembaga, seng oksida, dan alumina, yang pertama kali digunakan oleh ICI di tahun 1966. Pada 5–10 MPa (50–100 atm) dan 250 °C, ia dapat mengkatalisis produksi metanol dari karbon monoksida dan hidrogen dengan selektifitas yang tinggi:

CO + 2 H₂ → CH₃OH

Sangat perlu diperhatikan bahwa setiap produksi gas sintesis dari metana menghasilkan 3 mol hidrogen untuk setiap mol karbon monoksida, sedangkan sintesis metanol hanya memerlukan 2 mol hidrogen untuk setiap mol karbon monoksida.

Salah satu cara mengatasi kelebihan hidrogen ini adalah dengan menginjeksikan karbon dioksida ke dalam reaktor sintesis metanol, dimana ia akan bereaksi membentuk metanol sesuai dengan reaksi kimia berikut:

CO₂ + 3 H₂ → CH₃OH + H₂O

Walaupun gas alam merupakan bahan yang paling ekonomis dan umum digunakan untuk menghasilkan metanol, bahan baku lain juga dapat digunakan (www.rediiver.blogspot.com).

DAFTAR PUSTAKA

Cotton dan Wilkinson. 1989. Dasar Kimia Anorganik. Jakarta : UI-Press.

http://fitriinurraiini.blogspot.com/2013/12/kesetimbangan-dalam-industri.html (diakses 28 maret 2014/ 21.00 WIB)

http://joetrizilo.wordpress.com/2012/03/26/proses-pembuatan-urea-proses-pabrik-amoniak-lengkap-bagian-6/ (diakses 30 maret 2014/ 19.00 WIB)

http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/20279418-T%2029067-Produksi%20xilitol-full%20text.pdf (diakses 30 maret 2014 / 19.00 WIB)

http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/06/contoh-penerapan-kesetimbangan-kimia-di-dalam-industri.html#ixzz2xzQ4uAjS (diakses 30 maret 2014/ 20.00 WIB)

http://rediiver.blogspot.com/2011_01_01_archive.html (diakses 2 April 2014/ 22.30 WIB)

http://zainiusman6.blogspot.com/ (diakses 2 April 2014/ 22.00 WIB)

repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/30141/4/Chapter%20II.pdf‎ (diakses 2 April 2014/ 22.00 WIB)

www.wikipedia.com (diakses 5 April 2014/ 23.00 WIB)