[석유화학] 'O/P-Xylene, SM, EDC, VCM' 주요 생산 공정 (feat. 중간 원료)

Intro

최종 제품이 만들어지는 중간과정에서 얻을 수 있는 화합물인 중간 원료 O-X, P-X, SM, EDC, VCM 주요 생산 공정에 대해 알아보겠습니다. 각 공정별 개요, 원료, 공정, 기술선으로 나누어 정리하였습니다.

 

기초 유분인 나프타, 방향족, 부타디엔의 주요 생산 공정이 공굼하시다면 아래를 확인해 주세요.

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★ [석유화학] 나프타, 방향족, 부타디엔 주요 생산공정 (feat. 기초 유분)

 

[석유화학] 나프타, 방향족, 부타디엔 주요 생산 공정 (feat. 기초 유분)

 

O-Xylene / P-Xylene 제조 공정

01 개요

- 혼합 자일렌은 O-, M-, P-자일렌(크실렌)과 에틸벤젠(EB)을 포함하는 화합물

- MX에서 분리되는 O-Xylene은 무수프탈산, xylidiene, 함성고분자 모노머의 제조원료 등으로 사용

- P-Xylene은 텔레프탈산(TPA), DMT, P-Toluic acid 의 원료로 사용

- 대부분의 석유화학 기업은 PX의 유도품인 폴리에스터(polyester) 합성섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등 합성수지를 생산하기 위해 PX를 목적생상물로써 주로 생산 (예, SK인천석유화학)

- 중국을 중심으로 한 아시아 시장에 수출 많이 함

 

02 원료

- 혼합 자일렌(MX, Mixed Xylene)

 

03 공정

출처 - EnerTravel 님의 티스토리

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☞ P-Xylene 공정

- 파라자일렌(PX) 공정은 혼합자일렌(MX)을 원료로 P-Xylene(PX)와 O-Xylene(OX, Otrho-Xylene)를 생산하는 공정

- 파라자일렌(PX)는 무색 투명의 냄새를 가지를 휘발성 액체, 벤젠에 메틸기가 2개가 서로 대칭하여 붙어있는 자일렌의 이성질체 중 하나

- 오쏘자일렌(OX)는 벤젠 고리에 메틸기 2개가 서로 이웃하여 붙어있는 자일렌의 이성질체 중 하나

- 자사 공장에 PX 공정만 있는 경우 공장의 최적 운영을 위해 MX(혼합자일렌) 사외 구매함

- 반대로 TDP 공정 CAPA가 자사 Reformer, PX 대비 작은 경우 원료용 Toluene 을 사외 구매하여 공장을 가동함

- Feed 투입 (MX - 1.25)  // 제품 생산 (PX - 0.78 & OX - 0.21)

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출처 - SK인천석유화학

 

 

☞ P-X 생산

- Xylene 혼합물을 Parex(Rotary Valve)를 통해 연속적으로 흡착, 탈착하여 PX를 생산

- TPA(테레프탈산)의 원료, 페트병, 섬유, 필름의 원재료

 

☞ O-X 생산

- Col 운전 및 Side Cut을 통해 적은 끓는점 차이를 활용하여 OX 생산

** 끓는점 : Me-X (139.11℃), O-X (144.41 ℃ ), P-X (138.35 ℃ )

 

☞ Xylene Chain

- 산업용으로는 에틸벤젠(EB)까지 포함하여 혼합자일렌(Mixed Xylene, MX)으로 통칭하며, 도료 용제, 농약제조 용제 등으로 사용

- 오쏘자일렌(OX)는 무수프탈산으로, 메타자일렌(Me-X)는 이소프탈산과 PIA로, 파라자일렌(PX)는 테레프탈산과 TPA 그리고 에틸벤젠(SM, 스티렌모노머)을 생산하는 원료로도 사용됨

 

04 기술선

- 1970년까지는 고순도 P-X은 심냉결정화 분리법(수율 60%)에 의해 생산

- 최근들어 연속식 액상 자일렌 흡착분리법(수율 90%)이상이 채용되고 있음

- Licensor로는 UOP, MOBIL, CHEVRON RESEARCH, KRUPP-KOPPER, LUMMUS 등이 있음

- UOP : Parex(R) P-Xylene 분리 process

- MOBIL : Mhti Isomerization process

 

SM (스티렌모노머) 제조 공정

01 개요

- 에틸렌과 벤젠의 알킬화 반응에 의해 EB 제조, EB를 탈수소화하여 SM 제조되는 주요 석유화학 중간체

- 폴리머 합성제품 생산을 위한 중간 원료이며 주 용도는 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 발포폴리스티렌(EPS), 플라스틱류의 원료로 사용

 

02 원료

- 에틸렌(Ethylene), 벤젠(BZ)

 

03 공정

출처 - YNCC 홈페이지

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☞ 에틸벤젠(EB) 제조공정

- 벤젠과 에틸렌을 촉매반응에 의해 에틸벤젠 및 부산물을 생산하는 반응계와 미반응 에틸렌, 벤젠 기타 부산물로부터 고순도의 에틸벤젠을 분리하는 정제계, 그리고 반응기 촉매를 재생하기 위한 재생계로 구성되어 있음

 

☞ 스티렌모노머(SM) 제조공정

- 에틸벤젠(EB) 제조공정에서 생산된 에틸벤젠을 고온의 희석증기 존재하에 고정상 촉매층을 통과시켜 탈수소 반응을 일으키는 반응계와 반응기를 거쳐 나온 반응기 출구물질(중간생산물)인 조스티렌(CRUDE STYLENE)으로부터 고순도의 스티렌모노머(SM)를 분리하기 위한 정제계로 구성

 

04 기술선

- LUMMUS/MONSANTO 공정, MOBIL/BADGER 공정, LUMMUS/UNOCOL/UOP 공정 구분

- EB 공정

** LUMMUS/MONSANTO : A1C13을 촉매로 하는 액상반응공정, 촉매의 부식성 문제로 특수재질의 기자재 필요, 촉매의 분리공정이 요구되는 등 공정이 비교적 복잡함

** MOBIL/BADGER : ZEOLITE계 촉매를 사용하는 기상반응 공정으로 반응조건(고온, 고압)이 가혹하고, 촉매재새엥 따른 추가 반응기 및 재생 공정이 필요

** LUMMUS/UNOCOL/UOP : ZEOLITE계 촉매를 이용하는 액상공정으로 반응조건이 온화하며 촉매의 수명이 길고(~2년) 부산물인 XL 성분이 극히 적음

- SM 공정

** LUMMUS/MONSANTO 및 COSDEN/BADGER 공정이 있으며 특별한 차이점 없음

 

EDC / VCM 제조 공정

01 개요

- EDC : 무색 유상의 액체인 EDC(Ethylene Dichloride)는 VCM(Vinyl Chloride Monomer) 제조 원료 및 폴리아미노산수지, 필름세정제, 유기용제, 의약품, 이용교환수배 등에 사용

- VCM : EDC를 열분해 탈염산하여 제조되는 염화비닐(VCM)은 대부분이 폴리염화비닐(PVC)의 제조에 사용되며, 염화비닐, 초산비닐 공중합체의 합성, 염화비닐리덴-염화비닐 공중합체의 합성 등에도 사용

** 공중합체 : 공중합체는 두 개 이상의 다른 단량체로 구성된 고분자, 서로 다른 물성을 가지는 단량체의 사용으로 다양한 물성의 고분자 재료를 얻을 수 있음

02 원료

- EDC : 에틸렌(Ethylene), 염소(염화수소), 공기

** C2H4 + Cl2 = C2H4Cl2 (EDC, 2염화에틸렌)

- VCM :  EDC(에틸렌, 염소,공기)

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출처 - EnerTravel 님의 티스토리

 

03 공정

출처 - 한화솔루션 (CA제조 공정 과정)

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☞ CA 공정

- 소금물을 전기분해하여 생산되는 CA(Chlor-Alkali) 제품군은 말 그대로 염소(Chlorine)와 염기성물질(Alkali)의 합성어

- 이 공정에서 생산되는 염소를 에틸렌과 결합된 물질인 EDC를 생산하고 이를 열분해하여 VCM을 생산함

 

☞ EDC 제조 공정

- C2H4 + Cl2 = C2H4Cl2 (EDC, 2염화에틸렌)

- 에틸렌 염소화 반응은 250~300℃에서 진행되며, 주 촉매는 염화구리를 사용하여 염화구리의 휘발에 의한 촉매활성의 열화를 방지하기 위해 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 염을 가하여 승화를 억제함과 동시에 희토류 금속염을 조촉매로 하여 활성을 증가시킴

- 염소화 반응 후 응축, 정제하여 이염화에틸렌을 생산

 

☞  VCM 제조 공정

- EDC Craker에서 EDC(Ethylene Dichloride)을 고온상태에서 열분해하고 이후 옥시 염소화라고 알려진 탄소와 염소를 결합

** 열분해시 EDC, VCM, HCL 생성되는데 EDC는 급냉시켜 회수하여 원료로 재순환 시키며 HCL은 에틸렌의 염소화 반응 원료로 사용, VCM은 정제하여 제품으로 생산

- 이를 연속적으로 결합하면 PVC(폴리염화비닐)이며, 공정의 중간 반제품 단량체가 PVC 주 원료인 VCM 임

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출처 - Gravity님의 블로그

 

04 기술선

- EDC : 옥시염소화법과 염소화법이 있으며, 이 두가지 방법을 결합시켜 제조하는 방법이 주류를 이루고 있음

** BP GOODRICH (염소와 산소를 이용한 옥시염소화법, 염소화법 사용)

** HOECHST, PPG, KAPSACK, TOSOH (염소화법)

 

- VCM : 에틸렌의 옥시염소화 공정과 EDC를 열분해하고 탈염산하는 공정을 조합시킨 공정이 주류를 이루고 있음

** BP GOODRICH (옥시 염소 공정, 염소화 공정, 유동화 촉매층 사용)

** HOECHST, KAPSACK, PPG, TOSOH (ECD법)

** 그 외 EUROPEAN VINYL CORP, DOW, ATOCH EM, MITSUI, TOATSU 등 있음

 

END

최종 제품이 만들어지는 중간과정에서 얻을 수 있는 화합물인 중간 원료 O-X, P-X, SM, EDC, VCM 주요 생산 공정에 대해 알아보았습니다. 중간 원료를 생산하는 공정 및 특성에 대해 조금이나마 이해하고 도움이 되는 정보가 되었길 바랍니다.

 

 

 

※ 본 내용들은 관련 제품 제조사 홈페이지 외 다양한 사이트에서 내용을 발췌하여 개인 공부용으로 정리했으며, 그 외 증권사 report를 참고하여 내용을 작성하였습니다.