|
■ EO가스 제조방법
※ 산소법
산소법은 에틸렌(C2H4)을 공기 또는 산소(O2)와 접촉, 반응시켜 산화에틸렌(EO)을 발생시는 방법으로 일본 미쓰이화학, 미쓰비시석유화학 등 상당수의 업체들이 이러한 방식으로 EO를 제조하고 있다.
원료로 사용되는 에틸렌은 고순도이어야 하며 요구되는 반응조건은 온도 230~315℃, 압력 8.4~21기압, 에틸렌농도 3~5% 등이다.
구체적으로 고순도 에틸렌, 압축공기, 순환가스 등을 혼합하여 반응열 조절을 위한 다관식 반응탑으로 투입한다. 반응을 마친 물질은 세정, 분리, 추출 등의 공정을 거쳐 정류공정에 들어간다.
이러한 정류공정에서 정류탑의 상단부에서 고순도 EO를 분리해낼 수 있으며 별도의 불활성가스를 충전시킨 저장탱크에 EO를 저장하면 된다.
이같은 산소법은 에틸렌 100부에서 125부 이상의 산화에틸렌을 얻을 수 있다.
※ 가수분해법
가수분해법은 에틸렌클로로히드린(HOCH2CH2Cl)을 가수분해한 후 중화시키는 방법으로 EO를 생산하는 방식이다.
먼저 역류콘덴서가 부착된 반응기에 입구온도 96℃, 출구온도 102℃, 압력 60~80mmHg의 조건을 만든 후 과다한 양의 석회유를 투입한다.
이렇게 하면 물 70%, EO 26%, 이염화에틸렌 3%, 기타 부생물 1%의 가스가 생성되는데 이를 다시 냉각 및 가스분리를 통해 증류시켜 이염화에틸렌을 분리해내야 한다.
이 공정에서 증류탑의 상부에서 순도 98~99%의 EO가 추출되며 EO 1kg 생산을 위해 순도 98.8%의 에틸렌 0.8kg, 전해염소 2kg, 100%의 석회 4.6kg이 소모된다.
이러한 가수분해공정은 EO의 수율이 85%에 달하고 투자비도 적게 들어간다는 장점이 있지만 높은 제조원가와 낮은 EO 순도로 인해 현재는 거의 사용되지 않고 있는 방법이다.
특히 EO 생산량과 비교해 원료 염소(Cl)의 투입량이 2배에 이르고 있어 별도의 염소 생산시설이 요구된다는 점도 가수분해법을 기피하는 요인이 되고 있다.
※ 직접산화법
직접산화법은 에틸렌을 산소 또는 공기로 직접 산화시켜 EO를 생산하는 방식으로 거의 모든 신규 EO 제조설비들이 채택하고 있는 공정이다.
직접산화법은 다시 기술을 개발해낸 업체들의 이름을 빌려 Union Carbide 공정과 산소를 반응물로 사용하는 'Shell 공정', 공기를 반응물로 사용하는 'Scientific Design 공정' 등으로 구분된다.
세가지 공정 모두 EO의 수율은 70% 수준으로 유사하지만 'Shell 공정'은 전체 제조설비의 규모를 소형화할 수 있다는 이점이 있다.
Shell 공정은 산소를 사용하기 때문에 전체 공장규모가 작다는 장점이 있으나 폭발위험이 있어 부수적으로 발생하는 에틸렌 연소반응에 따른 이산화탄소 생성반응을 일정수준까지 진행시켜 에틸렌의 분압을 낮추어야 하는 단점이 있으며 공기 중의 산소를 제조하는 설비를 갖추어야 한다.
Scientific Design 공정은 공기 중의 질소를 희석제로 사용하고 반응온도를 제어하기 위해 끓는점 범위가 좁은 유기증류물을 냉각제로 사용하며 에틸렌 원단위는 약 0.9이고 EO 수율은 71% 내외로 나타났다.
또한 생산설비의 규모가 커질수록 산화공정의 채산성이 향상 될 수 있다.
■ 국내 EO 생산량, 소비량
국내에서 EO(산화에틸렌)가 생산되기 시작한 것은 지난 1979년 10월 호남석유화학이 EO/EG(Ethylene Glycol) 공장을 준공, 가동하면서부터다.
이후 무려 12년동안 호남석유화학은 국내 독점 EO 공급업체의 지위를 누리며 관련시장을 지배해 왔다.
호남석화의 이러한 독점체제는 삼성종합화학(現삼성토탈)이 지난 91년 10월 EO 플랜트를 준공하면서 이원공급체제로 전환됐으며 95년에는 현대석유화학까지 EO시장에 진출, EO시장은 ‘호남석화-삼성종화-현대석화’의 3강 체제로 이어져 왔다.
그러나 2004년 현대석유화학이 호남석화와 LG화학에 매각 되면서 국내 EO시장은 새로운 구도로 재편 됐다.
현대유화의 분리인수를 조건으로 매각을 승인한 것과 관련 LG대산유화(현 LG화학 대산공장)은 현대석화의 SM(스티렌모노머) 제1공장, 호남석화는 EG를 생산하는 제2공장을 인수함으로써 호남석유화학을 필두로 롯데대산유화(옛 현대석유화학 2단지), LG화학 대산공장(옛 현대석유화학 1단지), 삼성토탈이 EO 시장에서 경쟁하고 있다.
실질적으로 롯데대산유화는 호남석화가 운영하는 형태이기 때문에 시장은 종전과 다름없는 3강 체제라고 볼 수 있다.
국내 EG수요의 절반정도가 아직도 수입에 의존하고 있긴 하지만 호남석화가 현대의 EG설비를 인수했어도 현재 독과점 폐해는 없는 것으로 나타났다.
※ 국내 EO 생산량 및 생산공정
현재 국내 4개 EO생산업체의 공칭 최대 생산능력은 3개의 플랜트를 보유한 호남석유화학이 약 36만톤, 롯데대산유화 25만톤, LG화학 14만톤, 삼성토털 11만톤 등 총 86만톤 규모이다. EO Equivalent로 생산되기 때문에 생산량은 생산능력과는 다르게 나타나고 있다.
지난 2006의 국내 EO시장 점유율은 호남석화 46.1%, 롯데대산유화 25.1%, 삼성토탈 14.6%, LG화학 대산공장 14.0% 순이다.
하지만 최종생산물인 EG와 MEG(모노에틸렌글리콜) 등의 자가공정에 사용된 후 실제 출하되는 HPEO(고순도 EO)는 2006년 기준 호남석화 5만톤, 삼성토탈 4만톤, LG화학 2만5천톤 등 약 11만5천톤 수준이다.
전체 생산량의 약 10%가 시장에 유통되고 있는 것으로 볼 수 있다.
구체적으로 살펴보면 EO시장의 선두주자인 호남석화는 12만톤 규모의 EO/EG 제1공장에 더해 지난 91년말 생산능력 8만톤의 제2공장을 건설하면서 HPEO의 생산량도 1만2천톤에서 2만톤으로 8천톤 가량 증가했다.
이어 97년 6월 제3공장 가동과 함께 지금과 같은 5만톤의 생산능력을 보유하고 있다.
이러한 호남석화는 수율 및 안정성이 우수한 것으로 알려진 에틸렌 직접산화법, 그중에서도 산소(O2)를 반응물로 사용하는 일명 ‘Shell 공정’을 채택해 EO를 생산중이다.
롯데대산유화는 고순도 정제설비를 갖추고 있지 않아 생산하는 EO를 전량 EG 생산에 사용하고 있으며 2006년 EG 생산량은 약 25만톤으로 나타났다.
롯데대산유화의 EO 생산방법은 ‘Scientific Design 공정’을 이용하고 있다.
LG화학은 옛 현대석유화학의 1단지에 설치된 고순도 정제설비를 갖추고 있어 HPEO생산이 가능하며 정제능력은 약 3만톤이지만 2006년 HPEO 생산량은 약 2만5천톤으로 나타나 고순도 정제설비의 활용도가 약 83%이고, HPEO 생산용 EO 사용량은 약 3만6천여톤으로 추산된다.
EG 생산능력은 약 12만5천톤이나 HPEO 생산용으로 EO를 100% 사용하고 있지 않기 때문에 EG 생산용으로 전환했을 가능성이 큰 것으로 추정되고 있으며 EG 생산용으로 사용된 EO는 약 11만6천5백톤으로 추산된다.
생산방법은 호남석화와 같은 에틸렌 직접산화법이지만 ‘Scientific Design 공정’을 채택함으로써 반응물이 산소가 아닌 공기라는 점에서 차이가 있다.
삼성토탈은 2006년 HPEO를 약 4만톤 생산했고 EG는 약 10만톤 생산한 것으로 나타났으며 HPEO 생산용 EO 사용량은 약 4만6천톤, EG 생산용 EO 사용량은 약 10만톤으로 추산된다.
삼성토탈의 HPEO생산량 확대는 2005년 가동된 한농화성 대산공장에 HPEO를 공급에 따른 것으로 분석된다.
삼성토탈은 91년 대산공장에 건설한 연 3만톤규모의 EO설비에서 ‘Scientific Design 방식’으로 제품을 생산해내고 있다.
한편 생산된 EO의 약 90% 가까이가 EG 생산용으로 사용되고 있고 EG 생산의 90%를 MEG가 차지하고 있는 가운데 폴리에스터 생산량 감소로 MEG의 국내수요가 감소하고 있음에도 불구하고 국내 MEG 생산량은 꾸준히 증가하고 있어 MEG 수입이 감소하더라도 MEG 생산증가는 지속될 전망이다.
2006년 국내 HPEO 생산량은 호남석유화학 5만톤, LG화학 대산공장 2만5천톤, 삼성토탈 5만톤이며 호남석유화학은 약 2만톤을 EOA 제조용으로 자가소비 했으며 나머지 3만여톤은 IC Chem에 파이프라인으로 공급하고 SFC와 SKC, 한국포리올 등에 대창종합상사 차량으로 공급했다.
LG화학은 동남합성에 판매량의 50%를 공급하고 있으며 대창종합상사를 통해 삼광고하켐, 한농화성, SKC, BASF 등에 나머지 50%를 공급하고 있다.
파이프라인으로 공급하기보다는 차량으로 HPEO를 공급하고 있는 LG화학은 HPEO 정제능력의 50%정도만 가동하고 있어 HPEO의 잉여물량 공급이 가능하지만 마땅한 공급처를 찾지 못하고 있으며 안정적인 파이프라인 공급처가 필요할 것으로 지적된다.
특히 한농화성의 대산단지 증설로 HPEO의 파이프라인 공급가능성에 기대를 걸었으나 한농화성은 기존에 거래를 유지해오던 삼성토탈과 파이프라인 공급계약을 맺어 LG화학이 공급할 수 있는 가능성은 거의 없는 것으로 보인다.
한농화성이 LG생활건강에 EOA 및 Glyco lEther 제품을 공급하고 있으며 LG화학과 LG생활건강과의 관계 등을 고려했을 때 LG화학이 한농화성에 Spot으로 필요물량 정도는 공급할 수 있을 것으로 분석된다.
삼성토탈은 그린소프트켐에 파이프라인으로 HPEO를 공급하고 있으며 한농화성의 군산공장, 성보화학, 삼광고하켐 등에 운송기업인 한국화공을 통해 공급하고 있다. |
)