[석유화학] 필수 원료 '벤젠(Benzene)' 및 생산 제품에 대해 알아보자 1편 (Feat. 공정, 생산capa, 유도품, 특성)

Intro

합성수지, 합섬원료, 합성세제 등을 생산하기 위해 반드시 필요한 원료중 하나인 '벤젠(Benzene)'에 대해 1편, 2편 나누어서 상세히 알아보겠습니다.

계통도, 국내 생산능력(Capa), 생산 공정에 대해 함께 알아보고 벤젠의 유도품 종류와 용도, 특징에 대해서도 확인해 보겠습니다.

▤ 목차

'벤젠' 계통도 및 국내 생산 능력

☞ 벤젠을 원료로 하는 주요 수요는 SM(스티렌모노머), 사이클로헥산, 큐멘, 알킬벤젠. MNB, MA(무수말레인산) 있음

☞ SM(스티렌모노머)는 주로 PS(폴리스티렌), ABS, SBR 등을 만드는데 사용되는 중간제품

☞ 큐멘은 페놀로 만들어져서 주로 BPA 및 카프로락탐으로 생성 (BPA는 에폭시, PC(폴리카보네이트) 제조시 사용)

☞ 사이클로헥산은 폴리아미드(나일론)의 원재료인 카프로락탐 제조시 사용하고 또한 아닐린을 만들어 에폭시의 원료인 MDI를 생산하는데 사용

☞ Top 3위까지는 한화토탈, LG화학, GS칼텍스가 있으며, 주로 여수국가산업단지, 대산 석유화학단지에서 생산함

☞ S-Oil, SK지오센트릭, 울산아로마틱스, SK인천석유화학, 롯데케미칼은 생산 Capa가 비슷함

'벤젠(Benzene)'에 대해서

√ 나프타(Naphtha)를 원료로 BTX 시설에 투입하여 벤젠(BZ, Benzene), 톨루엔(TL, Toluene), 자일렌(XL, Xylene) 등 방향족(아로마틱) 석유화학 제품을 생산

√ 6개의 탄소원자가 정육각형태로 결합한 평면구조를 가짐

√ 무색이고 냄새를 가지는 휘발성 액체

√ 다양한 화학제품 원재료로 사용되며, 휘발유의 옥탄가 증가를 위한 첨가제, 합성 세제 원료 및 각종 용제 등 광범위하게 사용

√ 화학산업 수요 및 휘발유 수요에 따라서 수급의 영향을 받게 됨

√ 전방수요 비중은 SM(스티렌모노머) 가 50~60%으로 가장 많음

'벤젠(BZ)' 생산 공정

☞ 열분해 가솔린(PG)을 원료로 수소첨가 반응과 추출 솔벤트인 SULFOLANE을 사용하여 방향족 성분을 선택적으로 추출한 후 고순도의 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 분리 생산하는 방향족공장 분리공정에서 생산

☞ 수첨공정 → 추출공정 → 분리공정 → 수첨탈알킬공정(HDA)

√ 수첨공정

- 고순도의 방향족 제품을 생산하기 위하여 원료 중 이중결합 화합물을 수소첨가 반응시켜 포화화합물로 만들고, 황 화합물을 제거하여 추출공정에 적합한 원료를 만드는 공정

- Raw-C5는 C5공장의 원료로 보내고, 수첨된 C6~C8 혼합물(HEART CUT)은 추출공정으로 보내며, C9+는 석유수지 또는 수첨탈알킬공정(HDA)의 원료나, 연료로 사용

√ 추출공정

- C6~C8 혼합물(HEART CUT) 중에서 추출 솔벤트인 SULFOLANE에 잘 용해되는 방향족 성분(BTX)을 선택적으로 추출하는 공정

- 추출된 방향족 혼합물(EXTRACT)은 분리공정으로 보내고, 비방향족 혼합물(NA-RAFFINATE)은 분리하여 저장

√ 분리공정

- 추출공정 및 수첨탈알킬공정에서 도입된 방향족 혼합물로부터 비점차를 이용

- 고순도의 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 생산하는 분리공정

√ 수첨탈알킬공정(HDA)

- 수첨공정에서 분리된 C9+ 혼합물을 수첨분해반응(Hydrocracking)과 수첨탈알킬화반응(Hydrodealkylation)에 의해 벤젠 성분이 다량 함유된 방향족 혼합물로 전환시키는 공정

- 벤젠 성분이 다량 함유된 방향족 혼합물은 분리공정으로 보냄

주요 제품의 종류와 용도 ①

01 SM (Styrene Monomer)

- SM(스티렌모노머, 스티이렌)은 에틸렌과 벤젠의 화합물

- PS(폴리스티렌)이나 스티로폼의 주 원료인 EPS(발포폴리스티렌), 전자제품 및 자동차의 주요 소재로 쓰이는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)의 최종제품을 만드는데 필수적인 중간원료

- PS, EPS, ABS 제조 회사에서는 원재료인 SM의 가격이 저렴할 수록 PS, EPS, ABS 이익 spread 증가

1-1 PS (Polystyrene, 폴리스티렌)

- 스티렌모노머(SM)를 중합하여 제조하는 열가소성 수지로서 고체

- 범용(GP), 고강도(HI), 발포성(EPS) 등이 있음

- 가전제품의 케이스 및 부품, 유제품 용기, 단열재나 발포 포장재, 충격완충재(EPS) 등의 원료로 사용

1-2 EPS (Expandable Polystyrene, 발포폴리스티렌)

- 우리 주변에서 흔하게 볼 수 있는 '스티로폼'

- 폴리스티렌수지에 펜탄이나 부탄과 같은 발포제를 첨가시켜 제조함

- 탄력성 우수, 파손의 우려가 적어 취급이 용이하고 가격이 저렴함

- 일반 건축용 단열재, 외단열, 샌드위치판넬 제조용 심재 등의 용도로 광범위 하게 사용

1-3 ABS (Acrylonitrile Butadiene Styene, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)

- 옅은 아이보리 색의 고체

- 부타디엔과 아크릴로니트릴(AN), 스티렌을 중합하여 얻어지는 공중합체 열가소성 수지

- 착색이 용이하고 표면광택이 아름다움

- 기계적, 전기적 성질 및 내약품성이 우수

- 가전제품의 하우징, 냉장고 내장재, 자동차 부품, 잡화 등의 원료

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주요 제품의 종류와 용도 ②

02 카프로락탐

- 액상 또는 플레이크상

- 벤젠과 수소를 반응시켜 얻어진 사이클로헥산을 공기산화하여 사이클로헥사논을 만든 후 암모니아와 합성하여 제조

- 제조 시 높은 온도와 압력이 필요하여 산화 안정제와 촉매 등의 화학물질 필요

- 나일론 섬유(나이론6) 및 나일론 수지의 원료로 의복이나 타이어코드, 어망, 카펫, 전기부품, 자동차 부품 등의 형태로 사용됨

- 수성 및 유성 용액에서 잘 펴지는 특성이 있어 표면활성제로 사용됨 (이 외 코팅제, 윤활유 용도로 사용)

- 국내 유일하게 '카프로' 업체에서 제조하며 90% 수출 10% 내수(농업용, 원료용, 공업용)

03 페놀 (Phenol) 및 아세톤(Acetone)

√ 페놀 (Phenol)

- 백색 결정상

- 프로필렌과 벤젠을 반응시켜 큐멘(Cumene)을 제조한 다음, 큐멘을 산화 및 분해하여 아세톤과 함께 제조 (생성비율은 페놀 1 : 아세톤 0.61)

- 비스페놀A(폴리카보네이트 수지의 원료), 페놀계 수지의 원료로 주로 사용되며, 기타 PCB 산화방지제, 방부제, 농약, 안정제의 원료로도 사용

√ 아세톤 (Acetone)

- 무색 유동성의 액체, 특유의 방향이 있음

- 프로필렌과 벤젠을 반응시켜 큐멘을 제조한 다음, 큐멘을 산화 및 분해하여 페놀과 함께 제조

- 주로 도료, 페인트의 용제로 사용하며 왁스, 락커, 고무에도 사용

3-1 BPA (Bisphenol A, 비스페놀 A)

- 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴설폰(PASF), 에폭시 수지 제조시 사용되는 가소제

- 페놀 두 분자와 아세톤 한 분자가 반응하여 생성

- 물에 거의 녹지 않으며, 염기성 수용액, 알코올, 아세톤에 녹음

- 여성호르몬의 기능을 흉내내는 환경호르몬이어서 어린이에게 유해함

- 아기 젖병, 치과 봉합제, 음료수 용기, 그밖의 여러 가지 재활용성 용기의 제조에 사용

3-2 Epoxy (에폭시)

- 에폭시 수지와 경화제의 혼합물로 이루어진 고분자 소재

- 우수한 접착력을 가지고 있음

- 내열성, 기계적 강도가 우수하며 절연성과 화학적 안정성도 우수함

- 접착제, 봉지재, 코팅재, 도료, 전자 제품, 구조용 부품 등 사용

3-3 PC (폴리카보네이트)

- 열가소성 플라스틱의 일종으로 내충격성, 내열성, 자기소화성, 투명성의 특징이 있음

- 강화유리의 약 150배 이상의 충격강도를 가지며, 유연성과 가고성이 우수함

- 잘 깨지고 변형이 되기 쉬운 아크릴의 대체용임

- 금속과 같이 단단하고 투명하며 산과 열에 잘 견딤

- 캐노피, 온실지붕, 공중전화부스, 건축연결 통로 등 많은 분야에서 사용

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