Intro
합성원료, 페인트, 도료 등 필수 재료로 사용되는 '자일렌(Xylene)'에 대하여 상세하게 알아보겠습니다.
계통도, 국내 생산능력(Capa), 생산 공정에 대해 알아보고 자일렌의 유도품의 종류와 용도, 특징에 대해서도 함께 확인해 보겠습니다. 추가적으로 자일렌(혼합 자일렌) 심화편을 추가하였으니 참고하시길 바랍니다.
벤젠 및 톨루엔에 대해 아직 보지 않으신 분들은 아래의 포스팅을 참고해 주세요!
★ [석유화학] 필수원료 '벤젠(Benzene)'에 대해 알아보자 - 1편
★ [석유화학] 필수원료 '벤젠(Benzene)'에 대해 알아보자 - 2편
★ [석유화학] 기초유분 '톨루엔(Toluene)'에 대해 알아보자
▤ 목차
'자일렌(Xylene)'에 대하여
☞ 기초유분 중 하나로 방향이 있는 무색 투명한 액체
☞ 유기 용제이자 혼합자일렌(Mixed Xylene)으로 통칭되며, 주로 P-X(파라자일렌)의 원료로 사용
☞ 비점이 높은 O-X(올소자일렌)과 비점이 낮은 Me-X(메타자일렌), P-X(파라자일렌) 분리
☞ 세 자일렌은 분자 구조가 차이나는 만큼 물리적 성질도 다름
☞ Xylene은 다른 물질을 용해 시키거나 혼합시키는데 사용하며, 유기 합성 반응에서 중간체로도 사용
☞ 인공 향료 및 페인트, 라커, 접착제, 도료 등 다양한 분야에서 사용
☞ 플라스틱, 합성섬유, 고무 등의 제조 과정에서 사용되는 주요 원료
☞ 대체 물질로는 톨루엔(Toluene), 에탄올(Ethanol), 디클로로메탄, 디메틸포름아마이드, 디에틸에테르 등 있음
'자일렌' 계통도 및 국내 생산 능력
☞ 자일렌(Xylene)은 분류 공정을 통해 O-X(올소자일렌), Me-X(메타자일렌), P-X(파라자일렌) 으로 분류됨
☞ O-X(올소자일렌)은 PA(무수프탈산, Phthalic anhydride)의 원료로 사용
☞ Me-X(메타자일렌)은 PIA(아이소프탈산, Purified Isophthalic Acid)의 원료로 사용
☞ P-X(파라자일렌)은 TPA(테레프탈산,Terephthalic acid
☞ 국내 제조사들 중 HD현대케미칼이 가장 생산 CAPA가 높으며, 그 뒤로는 SK지오센트릭, S-OIL, GS칼텍스, YNCC(여천NCC) 순
☞ 대부분 혼합자일렌(Mixed Xylene)으로 통칭하고, 주로 P-X(파라자일렌)의 원료로 공급되며 일부는 용제 시장에 공급
☞ 혼합자일렌(Mixed Xylene)은 3가지 이성질체(올소- 메타- 파라-)와 에틸벤젠(Ethylbenzene)을 포함하여 통칭하고 도로 용제, 농약제조 용제, 페인트, 접착제 등 용제용으로 주로 사용
'자일렌(Xylene)' 심화편
자일렌(Xylene)은 산업에서 '혼합자일렌(MX, Mixed Xylene)'로 불리며, 3가지 이성질체(올소-, 메타-, 파라-)와 에틸벤젠(EB, Ethylbenzene)을 포함한 것을 말함
하지만 석유화학 시장에서는 혼합자일렌(MX, Mixed Xylene)을 'Solvent Grade' 와 'Isomer Grade' 두 가지로 분류함
√ Solvent Grade Xylene
- 성적서(COA, Certification of Analysis)에 보면 자일렌(3가지 이성질체 합)과 에틸벤젠의 함량 비율이 3:7 혹은 4:6으로 에틸벤젠 함량이 더 많은 것을 말함
- 대부분 나프타를 원료로 생산하는 NCC 제조사에서 주로 Solvent Grade Xylene가 나옴
- 제조사 및 공급처로는 YNCC, 롯데케미칼, LG화학 등 있음
- 한화토탈의 경우 NCC 이지만 별도 설비를 통해 Isomer Grade Xylene로 생산함
- 위험물이나 유독물질로 분류되지 않음 (EB는 유독물질이 아니며, Xylene보다 함량이 더 많음)
- 수출 시 UN 넘버는 1993으로 Isomer Grade와 동일하지만 제품 명칭 및 MSDS는 'FLAMMABLE LIQUID, N.O.S. (Ethylbenzene, xylene)'로 함
√ Isomer Grade Xylene
- 성적서(COA)에서 자일렌(3가지 이성질체 합)과 에틸벤젠 함량비율이 7:3 혹은 6:4로 자일렌 함량이 더 많은 것을 말함
- 자일렌(Xylene, O-, M-, P-)은 유독물질로 분류되며 합이 85% 이상인 경우 유독물질로 분류됨
- 대부분의 정유사에서 생산되는 Isomer Grade는 자일렌 함량이 85% 이상(EB함량 15% 미만) 으로 위험물, 유독물질로 분류됨
- 제조사 및 공급처로는 정유사인 SK지오센트릭, GS칼텍스, S-OIL 와 NCC인 한화토탈이 있으며 국내 시장은 GS칼텍스와 한화토탈에서 용제용으로 일부 공급함 (SK지오센트릭은 22년 국내 판매 사업 철수)
- 대부분의 Isomer Grade Xylene은 P-X(파라자일렌) 제조로 사용되며 NCC의 경우 별도 정제 설비 있을 경우 Solvent → Isomer Grade로 생산 가능
** 유기 용제인 유독 물질은 지정기준인 85% 이상인 경우, 유독물질로 분류하여 화학 물질 관리법을 적용 준수해야함 (ex. 톨루엔, TOLUENE)
'자일렌(Xylene)' 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
01 O-X (올소자일렌)
- 무색의 투명한 액체
- (혼합) 자일렌을 증류하거나 양성화하여 제조
- 분류공정을 통해 각각의 끓는점 차이(비점 차)를 이용하여 분리되며, 비점이 높음
- 무수프탈산(PA) 등의 원료
- 국내 제조사 : 롯데케미칼, SK지오센트릭
√ PA (무수프탈산, Phthalic anhydride)
- 순백색 바늘모양의 결정으로 독특한 냄새가 있음
- 올쏘자일렌(O-X)을 기화시킨 후 공기의 산소와 반응시켜 제조
- 가소제(DOP, DBP 등), 폴리에스터 수지, 도료, 염안료 중간체 등의 원료
- 국내에서는 애경유화, 한화솔루션, OCI가 생산함
√ DOP ( 가소제, Dioxtyl Ptalate)
- PA(무수프탈산)와 알코올이 중합하여 DOP(가소제) 생산
- PVC에 주로 들어가서 탄성, 유연성을 높여줌
- 벽지, 바닥재, 전선, 인조가죽 등에 사용
- 애경케미칼은 'PA → DOP' 수직계열화를 구축하였고, 세계 최고 수준의 생산능력 보유
- PA의 프탈산계 가소제 DOP, DINP, DBP 등이 있음 (PVC 제조 용도)
- DOP 유해 관련 이슈로 DOTP (애경케미칼, LG화학) 생산하였으며, 원료는 TPA 사용
02 Me-X (메타자일렌)
- 무색 투명한 액체
- 고순도 이소프탈산(PIA)의 원료로 사용
- 혼합자일렌(MX) 중 40~45%를 차지하며, 자일렌 이성질체 중 가장 많이 함유
- 국내 제조사 : 롯데케미칼
√ PIA (고순도 이소프탈산, Purified Isophthalic Acid)
- Me-X(메타자일렌)를 원료로 하여 PIA를 제조하며 국내 Me-X 공급 및 PIA 생산은 롯데케미칼이 유일함
- PET병, 도료, 페인트, 불포화 수지 등 원료가 되며 고부가 제품
- 전세계적으로 7개국 7개사에서만 생산 (롯데케미칼 세계 1위)
- 단열재 생산을 위한 투입물로도 사용
03 P-X (파라자일렌)
- 무색 투명이며, 방향성 냄새를 가지고 있는 휘발성 액체
- 세 가지 이성질체 중 가장 중요한 이성질체
- 혼합자일렌(MX)으로부터 흡/탈착 공정을 통해 분리하여 생산
- 폴리에스터 섬유, PET병, 필림 등의 원료인 테레프탈산(TPA, TeraPhthalic Acid) 제조에 사용되는 고부가가치 제품
- DMT의 원료로도 소비됨
- 국내 제조사 : 한화토탈, S-Oil, SK인천석유화학, HD현대코스모, GS칼텍스, 울산아로마틱스, SK지오센트릭, 롯데케미칼
√ TPA (테레프탈산, Terephthalic Acid)
- 백색 결정성 고체로 PET 생산에 중요한 역할을 함
- 파라자일렌(P-X)을 산화, 정제, 분리, 건고 공정을 통해 제조
- 분자 구조는 두 개의 카르복실산(-COOH) 그룹이 파라 배열로 부착된 벤젠 고리로 구성되며 벤젠 고리에서 서로 반대편에 위치함
- EG 와 함께 투입되어 폴리에스터 섬유, PET 수지, 폴리에스터 타이어 코드 등의 원료로 사용됨
- 코팅용 알키드 수지 생산에 활용되며 엔지니어링 플라스틱 생산에도 사용
√ DMT (디메틸 테레프탈레이트, Dimethyl Terephthalate)
- 백색 결정성 분말로 높은 용해도를 가짐
- 파라자일렌(P-X)을 산화시킨 후 메탄올과 반응시켜 제조
- EG와 함께 투입되어 폴리에스터 섬유 및 Film의 원료로 사용됨
- 저온에서 안정성을 유지하며 산화 및 열 분해에도 강하게 저항
- 생분해성이 높아 자연환경에 해를 끼치지 않으며 제조 과정에서 발생하는 폐기물 최소화하고 재활용이 가능한 소재로 활용됨
END
합성원료, 페인트, 도료 등 필수 재료로 사용되는 '자일렌(Xylene)'에 대하여 상세하게 알아보았습니다.
자일렌(혼합 자일렌) 심화편을 추가하여 관련 종사자 또는 취업(이직) 준비를 하시는 분들에게 조금이나마 도움이 되는 정보가 되었으면 좋겠습니다. 필수 재료인 만큼 자일렌은 석유화학산업에서 중요한 원료로 사용되고 있습니다. 특히 국내에서는 자일렌 대부분을 P-X 제조시 원료로 투입하고 이를 바탕으로 생성된 P-X를 전량 수출로 판매하고 있습니다. 그만큼 전 세계 시장에서 중요한 부분을 차지하기 때문입니다.
방향족 제품 중 하나인 '자일렌'에 대해 정의, 제조방법, 생산 CAPA 그리고 관련 유도품에 대한 용도와 특성은 무엇인지에 대해 조금이나마 이해와 도움이 되셨기를 바랍니다.
※ 본 내용들은 다양한 사이트에서 내용을 발췌하여 개인 공부용으로 정리했으며, 자일렌 및 생산제품과 관련된 표(제조사, Capa(단위 : 1KT), 점유율)는 석유화학편람 및 기타 자료를 참고하여 직접 작성하였습니다.
