Reaktor Membran

Reaktor membran adalah sistem reaktor baru yang mengkombinasikan pemisahan dengan membran dan reaksi kimia. Reaktor membran memiliki dua tipe, yaitu reaktor membran packed-bed dan reaktor membran katalitik. Reaktor membran dengan katalis packed-bed memiliki area pemisahan yang terpisah dari area reaksi, sedangkan pada reaktor membran katalitik, reaksi dan pemisahan terjadi secara simultan. Membran dalam reaktor ini merupakan penghalang yang hanya dapat melewatkan komponen tertentu. Selektivitas pada membran ini dikontrol oleh ukuran diameter pori membran.


Pada reaktor membran, kombinasi reaksi dan pemisahan dilakukan untuk meningkatkan konversi. Salah satu produk hasil reaksi dipisahkan dari reaktor melalui membran. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan reaksi bergerak ke kanan (menurut Prinsip Le Chatelier), sehingga produk yang dihasilkan semakin banyak.
Membran reaktor banyak digunakan pada reaksi dehidrogenasi (misalnya reaksi dehidrogenasi etana). Pada reaksi ini, hanya salah satu produk, yaitu hidrogen, yang cukup kecil sehingga dapat melewati membran. Hasilnya, desain yang lebih padat dan konversi yang semakin tinggi membuat reaktor tipe ini menunjukkan proses yang lebih efisien. Pemisahan produk akan meningkatkan waktu tinggal untuk volume reaktor yang digunakan sehingga membawa reaksi yang terbatas pada kesetimbangan semakin mendekati penyelesaian reaksi.
Keuntungan yang lebih jauh lagi, reaktor membran dapat meningkatkan rentang temperatur dan tekanan yang diperbolehkan untuk reaksi. Reaktor membran secara fundamental mengubah ketergantungan konversi reaksi dekomposisi fasa gas terhadap tekanan sehingga reaksi lebih disukai jika dilakukan pada tekanan tinggi daripada tekanan rendah. Kondisi tekanan tinggi akan membutuhkan ukuran reaktor yang lebih kecil dan pemurnian yang lebih efisien. Reaktor membran juga berguna bagi reaksi endotermik dan eksotermik yang berurut, dengan menggunakan ekstraksi produk untuk meningkatkan perpindahan panas. Hasilnya adalah reaktor yang lebih kecil, biaya yang lebih rendah, dan reaksi samping yang lebih sedikit.
Salah satu penerapan reaktor membran adalah reaksi reforming metanol yang dapat digunakan sebagai sumber hidrogen untuk fuel cell. Reaksi yang terjadi adalah:
CH3OH + H2O –>3H2 + CO2 (1)
Reaksi ini dapat dimodelkan oleh dua tahap reaksi: reaksi perengkahan endotermik irreversible, dimana satu mol metanol dikonversi menjadi tiga mol produk:
CH3OH –>2H2 + CO (2)
dan diikuti oleh water gas shift reaction,
CO + H2O –> H2 + CO2 (3)
yang merupakan reaksi eksotermik dan terbatas pada kesetimbangan.
Kedua reaksi ini biasanya dilakukan pada reaktor aliran sumbat menggunakan katalis tembaga-seng oksida dan diikuti oleh reaksi pemurnian, yaitu oksidasi parsial untuk memisahkan CO yang tak bereaksi. Tanpa reaktor membran, persyaratan kondisi pemanasan dan tekanan pada proses ini menjadi sulit, karena memerlukan reaktor yang besar dan daerah pemanasan yang signifikan. Jika mungkin, reaksi 2 akan berlangsung pada tekanan dan temperatur tinggi untuk mempercepat reaksi dan meningkatkan penggunaan katalis. Selain itu, karena reaksi ini sangat endotermik, temperatur yang digunakan harus sangat tinggi dan panas harus diberikan sepanjang reaktor.

Membran reaktor memiliki beberapa keunggulan dibandingkan reaktor konvensional, diantaranya :
1.    Integrasi proses reaksi dan pemisahan dalam satu tahap, sehingga akan menurunkan biaya pemisahan dan daur ulang reaktan yang tidak bereaksi.
2.    Peningkatan perolehan selama satu kali proses pada reaksi yang terbatas karena kondisi termodinamika atau hambatan produk.
3.    Pengaturan kontak reaktan yang saling tidak larut.
4.    Pemisahan produk samping hasil reaksi secara simultan.
5.    Tidak terdapat air limbah karena tidak digunakan air.
6.    Membran reaktor dapat digunakan untuk berbagai macam bahan baku dengan kondisi operasi yang hampir sama.