석유화학제품 개요

석유화학산업과 석유산업, 화학산업은 비슷하면서도 차이가 있어서 서로 혼동하는 경우가 많다. 석유산업은 에너지산업으로 나프타•휘발유•경유 같은 석유류 제품을 생산하는 산업이고, 화학산업은 석유화학산업, 정밀화학산업은 물론 비료산업, 의약산업 등을 포함하는 보다 포괄적인 개념의 산업 범주를 말한다.

 

 

 

 

석유화학제품 개요

석유화학산업 계통

석유화학산업은 석유제품(Naphtha) 또는 천연가스를 원료로 합성수지(플라스틱), 합성섬유(Polyester, Nylon) 원료, 합성고무 및 각종 기초 화학제품을 생산하는 산업을 말한다.

국내 석유화학산업의 경우 주로 납사 분해설비(Naphtha Cracking Center；NCC)를 통해 에틸렌, 프로필렌 등 기초유분을 생산한다.

NCC에서 생산되는 제품들의 구성비는 보통 에틸렌 31%, 프로필렌 16%, C4유분(부타디엔 원료)10%, RPG(분해가솔린. 벤젠/톨루엔/자일렌 원료) 14%, 메탄·수소·LPG 등 기타 제품이 29%로 생산된다. 이때 에틸렌과 프로필렌은 바로 유도품 생산 공정으로 가고, C4유분과 RPG는 추가로 추출·정제하는 공정을 거쳐 부타디엔과 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 유용한 석유화학 기초유분을 생산하는 데 쓰인다.

 

 

이러한 기초유분을 원료로 석유화학 최종제품을 만드는데, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 같이 기초유분 하나만을 가지고 중합반응을 통해 생산되기도 하고，스티렌모노머와 같이 기초유분 두 개(에틸렌과 벤젠)를 반응시켜 생산되기도 하며, AN이나 PVC처럼 다른 화학제품과의 반응을 통해 생산되기도 한다.

 

<그림 1> 석유화학산업 계통도

석유화학제품은 천연소재의 대체품으로서 각종 생활용품에서부터 전기·전자, 컴퓨터, 자동차, 건설 등에 이르기까지 사용되지 않는 곳이 없을 정도로 용도가 다양한 기초 원자재이다. 따라서 일부에서는 석유화학제품을 “산업의 쌀”이라고 한다.

 

 

주요 화학제품 개요

1. 기초유분 및 중간 원료

 

▶ 에틸렌 (Ethylene)

• 석유 또는 천연가스 등 탄화수소(납사. 에탄. LPG, Gas oil, NGL 등)를 열분해하여 제조

• 무색의 기체, 고압가스(-104℃에서 액상)

• 폴리에틸렌, PVC, SM, 아세트알데히드 등 에틸렌 계열제품의 원료로서 석유화학공업의 대표적인 기초 원료임

▶ 프로필렌 (Propylene)

• 납사 등 분해 시 에틸렌과 병산되거나 프로판Propane)을 탈수소하여 제조

• 무색의 기체

• 폴리프로필렌, AN, EPR, 옥탄올 등 프로필렌 계열 제품의 원료로서 에틸렌과 함께 석유화학공업의 대표적인 기초 원료임

▶ 부타디엔 (Butadiene)

• 납사 분해 시 부생하는 C4유분으로부터 추출하거나 부탄(Butane)을 탈수소하여 제조

• 상온에서 독특한 냄새가 있는 기체

• SBR, BR 등 합성고무의 원료

▶ 벤젠 (Benzene)

• 납사 분해유 혹은 납사 개질유로부터 추출과 톨루엔의 탈알킬 방법 등이 있음

• 방향족계 탄화수소의 대표적 제품으로 방향이 있는 액체

• SM, 카프로락탐, 알킬벤젠, 의약품, 농약, 유기약품 등의 원료

▶ 톨루엔 (Toluene)

• 납사 분해유 혹은 납사 개질유로부터 추출

• 방향이 있는액체

• 향료, 화약, TDI, 사카린 등의 원료, 용제 등

▶ 자일렌 (Xylene)

• 납사 분해유 혹은 납사 개질유로부터 추출

• 무색의 액체

• 올소-/ 파라-/ 메타-자일렌의 원료, 용제 등

 

 

▶ 이염화에틸렌(Ethylene Dichloride,EDC)

• 에틸렌과 염소와의 반응으로 제조

• 무색유상의액체

• VCM의원료

▶ VCM (Vinyl-Chloride Monomer)

• EDC 를 열분해하여 제조

• 무색으로 약간 감미가 있는 기체

• PVC의 원료

▶ SM (Styrene Monomer)

• 벤젠과 에틸렌을 원료로 합성한 에틸벤젠을 반응시켜 제조

• 방향이 있는 무색의 액체

• 열이나 빛에 의해서 쉽게 중합됨

• 폴리스티렌 (PS), SBR, ABS, 도료 등의 원료

▶ O-X (Ortho-Xylene)

• 혼합 자일렌을 증류하거나 양성화하여 제조

• 무색의 투명한 액체

• 무수프탈산의 원료

▶ P-X (Para-Xylene)

• 혼합 자일렌을 증류하거나 양성화하여 제조

• 무색의 투명한 액체

• TPA/DMT 의 원료

▶ PO (Propylene Oxide)

• 프로필렌과 염소를 원료로 제조 또는 프로필렌을 과초산 혹은 에틸벤젠의 과산화물로 직접 산화하여 제조

• 무색의 휘발성 액체

• PG, PPG 등의 원료

 

 

2. 합성수지

▶ LDPE (Low Density Polyethylene)

• 에틸렌을 중합하여 제조 • 투명 고체(분말또는 입상)

• 밀도가 0.91~0.94인 것으로서 결정화가 낮아 신장률이 좋으며, 투명함

• 농업용 필름, 전선피복, 일용품 등의 원료

▶ HDPE (High Density Polyethylene)

• 에틸렌을 중합하여 제조

• 반투명 고체(분말또는입상)

• 밀도가 0.94 이상으로 강성이 있음

• 필름, 쇼핑백, 노끈, 컨테이너, 파이프 등의 원료

▶ PP (Polypropylene)

• 프로필렌을 중합하여 제조

• PE와 더불어 석유화학제품을 대표하는 열가소성 수지, 고체

• 물리적 특성이 양호

• 포대용 백, 필름, 섬유, 자동차 등 전기·전자부품, 컨테이너, 일용품 등의 원료

▶ PS (Polystylene)

• 스티렌모노머(SM)를 중합하여 제조

• 열가소성 수지, 고체

• 일반용(GP), 내충격성(HI), 발포성(EPS) 등이 있음

• 가전제품의 케이스 및 부품, 단열재, 파이프, 식품용기 등의 원료

▶ ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

• 부타디엔과 아크릴로니트릴 , 스티렌을 중합하여 얻는 공중합체 열가소성 수지

• 견고하며 열은 아이보리색

• 착색 용이

• 우수한 기계적, 전기적 성질 및 내약품성

• 가전제품. 자동차부품, 잡화 등의 원료

▶ PVC (Polyvinyl chloride)

• VCM 의 중합으로 얻는 수지

• 무취의 분말

• 내약품성, 전기 절연성이 양호

• 각종 파이프, 상재, 농업용 필름, 인조피혁 등의 원료

 

 

3. 합성섬유 원료

▶ AN (Acrylonitrile)

• 프로필렌, 산소, 암모니아 혼합가스를 산화 촉매를 사용하여 합성(SOHIO법)

• CH2=CHCN 의 구조를 가짐

• 액체, 달콤한 냄새를 지님

• 아크릴 섬유, ABS 수지, NBR 고무 등의 원료

▶ 카프로락탐 (Caprolactam)

• 벤젠과 수소를 반응시켜 얻은 사이클로핵산을 공기 산화하여 사이클로헥사논을 만든 후, 암모니아와 합성하여 제조

• 액상 또는 플레이크상

• 나일론 섬유(나이론 6) 및 나일론 수지의 원료

▶ TPA (Terephthalic Acid)

• 파라자일렌(P-Xylene)을 산화시켜 제조

• 자색 분말

• 폴리에스터 섬유 및 수지의 원료

▶ DMT (Dimethyl Terephthalate)

• 파라자일렌(P-Xylene)을 산화시켜 제조

• 분말

• 폴리에스터 섬유 및 수지(PBT 등)의 원료

▶ EG (Ethylene Glycol)

• 산화에틸렌(EO)을 물과 반응시켜 제조

• 무색무취의 액체

• 폴리에스터 섬유 및 수지,부동액 등의 원료

 

 

4. 합성고무

▶ 스티렌부타디엔고무 (Styrene Butadiene Rubber, SBR)

• 스티렌모노머와 부타디엔을 중합하여 제조

• 고무상

• 타이어, 신발 등 고무제품의 원료

▶ 부타디엔고무 (Butadiene Rubber, BR)

• 부타디엔을 중합하여 제조

• 고무상

• 탄성이 크며, 내한성 및 내마모성이 우수

• 타이어, 신발 등 고무제품의 원료, 합성수지의 내충격 개량제

 

 

5. 기타제품

▶ 알킬벤젠 (Alkyl Benzene)

• 노말파라핀(Normal-Paraffin)과 벤젠을 합성하여 제조

• 무색무취의 투명한 액체

• 가정용 및 공업용 합성세제, 계면활성제 등의 원료

▶ 무수프탈산 (Phthalic Anhydride, PA)

• 올소 자일렌(O-Xylen)을 공기와 반응시켜 제조

• 순백침상 결정으로 분말 혹은 플레이크상

• 독특한냄새가 있음

• 가소제(DOP, DBP 등), 도료, 폴리에스테르수지 등의 원료

▶ 무수말레인산 (Maleic Anhydride, MA)

• 벤젠을 접촉산화시켜 제조하거나 n-부탄을 산화시켜 제조

• 자색침상 또는 입상의 결정

• 승화성이 있음

• 불포화 폴리에스터수지, 푸말산 등의 원료

▶ 페놀 (Phenol)

• 벤젠과 프로필렌을 원료로 하여 얻은 큐멘을 원료로 제조하거나 탄화콜타르로 추출

하는 방법도 있음

• 백색 결정상

• 나일론 6 섬유, 페놀계 수지, 방부제 등의 원료

• 순수하지 않은 것은 빛을 받으면 적색으로 변하며 대기 중의 수분을 흡수하여 액화함

▶ 아세톤 (Acetone)

• 프로필렌과 벤젠을 반응시켜 큐멘을 제조한 다음, 큐멘을 산화·분해하여 아세톤과

페놀을 제조(생성비율은 페놀1:아세톤 0.6임)

• 무색 유동성의 액체, 특유의 방향이 있음

• 도료, 페인트 등에 사용되는 저비점 용제

▶ 옥탄올 (2-Ethyl Hexanol)

• 프로필렌에 일산화탄소와 수소를 반응시켜 제조

• 무색 액체

• 노말/이소옥탄올 및 2-에틸핵산올을 총칭함

• PVC 의 가소제

▶ 부탄올 (Butanol)

• 프로필렌을 옥소 반응시킬 때 옥탄올과 병산됨

• 무색투명한 액체

• 아크릴레이트, 가소제(DOP)의 원료, 용제

▶ 에탄올 (Ethanol)

• 에틸렌과 물을 반응시키는 합성법과 발효법이 있음

• 무색투명한 휘발성 액체

• 화장품, 향료 등의 원료, 용제

 

 

▶ 아세트알데히드 (Acetaldehyde)

• 에틸렌을 산소로 산화하여 제조

• 자극적인 냄새를 지닌 무색의 액체

• 화학적 반응성이 매우 활발함

• 초산, 초산에테르 등의 원료

▶ 초산에틸 (Ethyl Acetate)

• 아세트알데히드를 축합시켜 제조

• 무색투명의 가연액체, 방향이 있음

• 도료, 인쇄잉크, 접착제 등의 원료, 용제

▶ 석유수지 (Petroleum Resin)

• 납사 분해 시의 탄소수가 많은 불포화 화합물(분해잔사)을 중합하여 제조

• C9계와 C5계가 있음

• 도료, 잉크, 접착제 등의 원료

▶ PPG (Polypropylene Glycol)

• 산화프로필렌(PO)을 중합하여 제조

• 무색의 휘발성이 없는 액체

• 폴리우레탄수지, 계면활성제, 알키드수지 등의 원료

▶ TDI (Toluene Di-­isocyanate)

• 톨루엔을 원료로 하는 톨루엔디아민(TDA)을 포스겐과 반응시켜 제조

• 자극적 냄새가 나는 무색의 액체

• 폴리우레탄수지, 계면활성제, 알키드수지 등의 원료

▶ 카본블랙 (Carbon Black)

• 석탄계의 크레오소트유 혹은 석유계의 중질유를 불완전 연소시켜 제조

• 흑색의 분말

• 고무보강제, 인쇄잉크, 전선, 건전지 등의 원료

 

 

▶ 납사 (Naphtha)

• 원유를 상압증류할 때 200~370°C의 비점범위, 30-170°C 정도의 온도범위에서 얻어지는 경질유분

• 증류범위의 차이에 따라서 경질납사, 중질납사, 이들 양자를포함하는 Whole range naphtha로 구분되며 석유화학공업의 출발 원료

• 비중은 0.7 정도, 가솔린의 유분과동일, 조가솔린이라고도 함

▶ Gas oil

• 원유를 상압증류할 때 200~370°C의 비점범위에서 얻음

• 상압증류 잔사유를 감압증류하여 얻으며 대부분이 디젤엔진의 연료로 이용되어 소위 디젤엔진 연료유로 불림

• 각종 연료 및 화학연료로 사용

▶ NGL (Natural gas Liquid)

• 액상으로서 통칭 콘덴세이트(Condensate) 혹은 천연가솔린이라 일컬음

• 천연가스에는 상온·상압하에서 액체 상태인 탄화수소를 포함하고 있는 것이 있는데 이것을 분리장치로 가스와 액체탄화수소로 분리했을 때 그 액체가 NGL이며, 펜탄 이상의 중질 탄화수소의 혼합물

• NGL에는 유전계와 가스전계가 있는데, 유전계 NGL은 성상이 경질납사와 거의 동등하기 때문에 경질NGL, 가스전계 NGL은 등·경유 유분을 많이 포함하고 있기 때문에 중질NGL이라고 불림

• 화학원료 및 제유·연료용으로 사용

▶ 에탄 (Ethane)

• 파라핀계 탄화수소 중 하나로서 기체상태(C2H6)

• 천연가스, 석유분해가스 등에 포함

• 미국을 비롯한 캐나다, 사우디아라비아 등 산유 및 산가스국들에서는 에틸렌의 주원료로 사용, 화학원료 외에 냉매나 연료로도 사용

 

Reference : KOSHA 안전보건 실무길잡이 유기화학제품제조업